高齢者・障害者の自立及び社会活動参加を支援する移動装置の開発

高齢者
.
障害者の自立及び社会活動参加を支援する移動装置の開発
一不整地走行可能な省エネルギー型電動車いすの開発初年度一
機械金属部機械研究室
副島辰夫
デザイン部
辛川洋介,佐藤彰
副所長
持永晋一郎
高齢者・障害者の活動圏を広げることを目的に,不整地を走行可能な省エネルギー型電動
車いすの開発を3年計画で行う.今年度は,太陽光発電システムを利用した充電装置,不整
地を走行可能とする駆動機構と走行制御方式,段差乗り越え機構,運転者の姿勢安定化機構,
危険予知システム等についての実験モデルを製作した.また,段差乗り越えのロッカーボギ
一機構に関しては,コンピュータシミュレーションでその有効性を確認した.開発コンセプ
トや外観デザインに関しては,一般公募によるアイディアの集約とイメージモデルの製作を
行った
1.はじめに
下肢機能に障害を持つ人の自立した移動手段とし
て手動,電動タイプの車いすが多用されている
各種展示会に展示されたり,市販されているこれら
の車いすに筆者らが実際に試乗してみたところ,
れら現状の車いすは家庭内や舗装された平滑な路面
移動用には十分機能する.しかし,斜面の傾斜が強
い箇所,段差のある舗道,不整地面等を走行するに
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は相当の運転技量を要すると共に,運転者に不安感
と危険性を与える.また,段差や偏段差の程度絲勺
2.1 駆動源
不整地を走行することから,エネルギーの多消費
が考えられるので,太陽光利用による走行時及び停
止時の充電方式を採用する
また,バッテリーに関してもニッケル水素電池を採
用することにより,容積と重量の軽減を図る
今回試作した,家庭用電源からの充電方法との併用
を可能とする充電方式及び太陽光発電からの過充電
を防止する装置のブロック図を図1に示す
20cm)によっては,乗り越えが不能となる
下肢障害のある高齢者や障害者が,生活の活動圏
を広けるには,これらのバリアーをクリアーできる
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移動装置が必要と老え, NED0 の3力年の補助金を
得て開発に取り組んでいる
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段差や偏段差の乗り越え機構,不整地を走行可能
とする駆動機構と走行制御方式,運転者の姿勢安定
化機構,危険予知システム等について要素モデル等
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モーター
図1
を製作したので報告する
2.2 駆動機構と走行操作
駆動機構は,4輪と6輪の車輪を DC ブラシレス
2.要素モジュール
ギヤモータで駆動し,方向制御をハンドル,ジョイ
開発要素を,駆動源(エネルギー供給部)関係,
駆動機構と操作関係,段差乗り越え機構とフレーム
関係,姿勢安定化機構関係,危険予知システム関係
に分けた.開発コンセプトや外観デザインに関して
は,一般公募を行いアイディアを集約した
スティック,コントロールボックスで車輪の向き制
御と左右車輪の回転差で行う方法について検討した
ブロック図,概略設計図,及び実験模様を図2 図
-33-
4に示す
右庫輪、モータ X3
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2.1.1 ロッカーボギー機構
6輪の Rocker Bogie 機構をコンピュータシミュ
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レーションにより有効性を確認した
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モデルの作成をV則Lで,車輪径と段差の高さを20cm
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に設定し,順運動学でシミュレーションを行った
ローバーのパラメータを図5 に,シミュレーション
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結果を図6に示す
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図2
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図5
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図6
図4
2.3 段差乗り越え機構
市販の電動車いすの段差や溝の乗り越えは,車輪
径によって決まる場合が多く,特別な装置は施され
ていないようだ
惑星探査等で利用されている口ーバー車(ロッカー
ボギー機構)や,理論上の車輪径を大きくする方法,
シリンダーによる車体持ち上げ法等について検討を
2.3.2 車体持ち上げ機構
今回は,前後輪近くのフレーム下部にシリンター
を4本配置し,段差を検知するとシリンダーの押し
出し力により車体を持ち上げる方式について試作を
行い動作実験を試みた.段差乗り越えの目標値を
20cn に設定して行った
設計図を図7に,乗り越え確認模様を図8にそれぞ
れ示す
-34-
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図8
図 1 0
2.4 姿勢安定化機構
不整地を走行する場合,運転者座席を水平に保つ
姿勢安定化は重要な要素である.球面座方式や岡持
方式,ブランコ方式等を検討して球面座方式につい
て試作実験を行った.図9に設計図を示す
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2.5 危険予知システム
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開発する電動車いすが,走破できない走行路面の
凹凸を事前に検出する装置として,複数の超音波発
信器と受信器を備えたシステムについて検討した
検出位置は,進行方向と左右4力所の計5力所に設
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定した.超音波の周波数を 17.2kHZ に設定,平坦面
での反射時問を基準値とし,測定時間が基準値よの
2.6 外観デザイン
短いと凸段差,長いと凹段差と判定する
システムブロック図を図 10 に,試作品を図 11に
一般公募を行ったコンセプトと外観のデザインコ
ンペで最優秀となった作品と,そのモデルをそれぞ
図 1 1
-35-
れ図12,図13に示す
4.おわりに
デザインコンベλ賞作品
本研究は,滞D0 の「エネルギー使用合理化在宅
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福祉機器システム開発助成」の補助を受けて,また
福岡・佐賀・長崎の九州北部3県での共同研究開発
事業として3力年計画で取り組んでいる課題である
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本年度は,初年度でもあり,電動車いすの開発コ
ンセプトの形成に多くの時問を費やした.電動車い
やノミt,f ,1 D_<、、)、、ーミメ.ー'、":'
すの開発は多くの企業や研究機関で行われ,新機能
を持つ製品が毎年市場に出されている.しかし,今
回筆者らが取り組んでいる姿勢安定化機構と危険予
知システムを併せ持つ不整地走行可能な車いすはま
だ開発されていない
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図 1 2
生活圏の拡大と社会活動参画を願っておられる下
肢障害者をより支援する意味においても,次年度以
降の課題を早急に解決し実機モデルの作成を行いた
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本研究開発を行うに当たり,設計・試作にご協力
を頂いた「テクノエイド研究会」の(株)戸上電機
製作所,件知山口電機製作所,(株)中村電機製作
所,件知千代田電子,(株)大橋,(キ知ジーバ,
(有)佐賀プラントエ業に感謝しますと共に,技術
的助言を頂いた長崎大学石松教授,佐賀大学信太教
授,渡辺教授に謝意を表します
図 1 3
3'試作実験結果と次年度ヘの取組
駆動機構
市販する場合の価格と,スタイルの点でロッカー
ボギーを用いた6輪駆動は見送ることとし,4輪駆
動のハンドル操作で次年度は取り組むこととする
3.1
段差乗り越え機構
段差乗り越えに関しては,今回取り組んだ持ち上
3.2
げ機構について実荷重を与えた実験を次年度行うと
共に,理論上の車輪径を大きくする方法についても
検討する
3.3 姿勢安定化機構
今回は,メカニカル機構で水平保持を試みたが応
答性に問題があり,次年度は前後傾斜補正用,左右
傾斜補正用と前後位置補正用の3台のモータを用い
た姿勢保持について検討する
3.4 危険予知システム
実験室レベルでは,凹凸の検出が出来るが,実機
運転時に.は温度変化,路面状態綽獣曼地,水たまり
等),車体の傾斜等まだまだ検討・実験する必要か
ある
-36-

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