JP2001070355A - 感圧式操作スイッチ装置を用いた電動車椅子の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 手、足、首の不自由な利用者にも負担をかけ
ることなく、電動車椅子を容易に操作することができる
感圧式操作スイッチ装置を提供することを目的とする。 【解決手段】 乗員がシート４ａに乗車した状態で枕体
１に頭をもたせかける電動車椅子４であって、前記枕体
１には、複数のスイッチ体１ｄを面上にレイアウトした
スイッチアレイ１ａと、スイッチ体１ｄの押圧面上に配
置するクッション材１ｂと、前記スイッチアレイ１ａと
クッション材１ｂを全体的に覆うカバー材１ｃとで構成
するスイッチ部１と、押されたスイッチ体１ｄの入力状
態に応じて、電動車椅子４を制御する制御部２と、制御
指示を表示する表示部３とを備えたことにより、操作制
御をしやすくする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電動車椅子の制御
に用いる感圧式操作スイッチに関する。

【０００２】

【従来の技術】最近、手足の不自由な人の自立を促す手
段として、電動車椅子の必要性、普及率は年々高まって
いる。

【０００３】手、足の不自由な人が電動車椅子の操作を
行う場合、頭部などを使って制御するものが多い。例え
ば、人の呼気を利用した呼気スイッチ（昭５６−５２９
１８号公報参照）や、ＣＣＤカメラで頭部の動きをとら
えて制御するものがあった（特開平１１−４７１９６号
公報参照）。しかしながら、人の呼気を利用した呼気ス
イッチは、息の仕方（強弱、長短）による制御が難し
い。また、ＣＣＤカメラを利用したものは、ＣＣＤカメ
ラが正確に頭部の動きを認識するには、首の動きを大き
く使わなくてはいけないから、首が不自由な人等には使
えないという問題があった。

【０００４】これに対して、電動車椅子の動作を少ない
頭部の動きによって操作しようとする場合に、使用する
枕の中に、頭の押圧によって作用するスイッチ機構（感
圧式スイッチ）を内装し、特定動作の制御を行うものが
考えられる。この感圧式スイッチには、空気圧センサを
利用したものや、ひずみゲージを利用したもの、スプリ
ングの弾性力を利用したものなどがある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、空気圧
センサを利用したものは、枕のような使い方をすると、
常に、空気圧センサに圧力が加わることもあって、空気
タンクのエア漏れなどにより、空気圧センサのレベル変
動が生じやすい。また、ひずみゲージを利用したものに
おいても、常に圧力が加わっていれば、レベル変動が生
じやすいために、ゲージを貼る位置や数量を考慮しなけ
ればならない。一方、スプリング式では、プレートを使
用し、その周辺にリミットスイッチなどを設けて構成す
るが、プレートの中央と端部では、感度が異なり、不都
合が生じる。また、感度調整は、スプリングを全て交換
するか、スプリングの初期張力を変更する機構が必要に
なる。

【０００６】また、枕の中にスイッチがある場合、当
然、電動車椅子の乗員が頭を休めたりすることも多いの
で、スイッチを操作する動作か、それ以外の動作かを判
別する必要がある。

【０００７】本発明は、前記従来の問題点に鑑みてなさ
れたものであって、手、足、首の不自由な利用者にも負
担をかけることなく、電動車椅子を容易に操作すること
ができる感圧式操作スイッチ装置を用いた電動車椅子の
制御装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記目的を達
成するため、次の構成を有する。本発明は、乗員がシー
トに乗車した状態で枕体に頭をもたせかける電動車椅子
であって、前記枕体には、複数のスイッチ体を面上にレ
イアウトしたスイッチアレイと、スイッチの押圧面上に
配置するクッション材と、前記スイッチアレイとクッシ
ョン材を全体的に覆うカバー材とで構成するスイッチ部
とを有し、押されたスイッチの入力状態に応じて、被制
御体を制御する制御部と、制御指示を表示する表示部と
を備えたことを特徴とする感圧式操作スイッチ装置を用
いた電動車椅子の制御装置である。

【０００９】本発明において、制御部は、スイッチ面上
の圧力中心点の座標変位および圧力変位により、被制御
体を制御するものにできる。

【００１０】すなわち、本発明は、前記の構成を採用す
ることにより、電動車椅子の乗員が電動車椅子の運転を
容易にすることができ、かつ、乗員が運転の誤動作をす
る確率を低くすることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１から図１３を参照して
本発明の実施形態を詳細に説明する。図１から図７は、
本発明に係わる感圧式操作スイッチ装置を用いた電動車
椅子の制御装置の第１の実施形態を示す。

【００１２】図１は、本発明の感圧式操作スイッチ装置
を用いた電動車椅子の制御装置を組み込んだ実施形態１
の説明図である。図２は、実施形態１の制御系統を示す
ブロック図である。図３は、実施形態１に係わるスイッ
チ部を示すもので、（ａ）は、正面図、（ｂ）は、真上
から見た断面図の説明図である。図４は、実施形態１に
おけるスイッチ部に使用するスイッチアレイの配置を示
した説明図である。

【００１３】図１から図４に示す通り、第１の実施形態
の感圧式操作スイッチ装置を用いた電動車椅子の制御装
置は、乗員がシート４ａに乗車した状態で枕体１に頭を
もたせかける電動車椅子４であって、前記枕体１には、
複数のショートストロークスイッチ体１ｄを面上にキー
ボード状にレイアウトしたスイッチアレイ１ａと、スイ
ッチ体１ｄの押圧面上に配置するクッション材１ｂと、
前記スイッチアレイ１ａとクッション材１ｂを全体的に
覆う頭の設置面に頭部を安定に保つための凹んだＲがつ
いたカバー材１ｃとカバー材の中を充填するための発泡
ウレタン材１ｅとをもって構成するスイッチ部１とを有
し、押されたスイッチ体１ｄの入力状態に応じて、駆動
モータ５に電源６を供給するなど被制御体４を制御する
制御部２と、制御指示を表示する表示部３とを備えてい
る。

【００１４】具体的には、図１に示すように電動車椅子
４のシート４ａに乗車した状態でバックシート４ｂに背
をもたせかけると、乗員の頭部は枕体１にもたせかける
ことができる。その枕体１に頭部をもたせかけた状態で
乗員が視界内に入れることができる位置に表示部３を設
ける。この場合、アームレスト４ｃ前部から支柱を出し
て設けている。また、複数のショートストロークスイッ
チ体１ｄのリード線のハーネスは、途中にコネクタでジ
ョイントし、枕体１の取り外し、取り付け時に脱着可能
な構造にできる。

【００１５】図５は、図４のスイッチアレイ１ａ上にあ
るショートストロークスイッチ体１ｄの制御分布を示す
もので中心領域はショートストロークスイッチ体１ｄの
Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４である。前進領域はＦ１，Ｆ２
である。後進領域はＢ１，Ｂ２である。右旋回領域はＲ
１，Ｒ２である。左旋回はＬ１，Ｌ２である。

【００１６】図６は、図２にある制御部２の構成を示す
もので、制御用抵抗体２ｂ、スイッチ体１ｄの出力をＣ
ＰＵ２ａのポートへ接続した図である。

【００１７】図７は、本発明の第１の実施形態の制御状
態を示すフローチャートである。このフローチャートで
は、電動車椅子４の乗員が前進運転するための方法を示
している。

【００１８】すなわち、乗員が図１に示す電動車椅子４
に乗ったときに、表示部３に枕体１の中にあるスイッチ
体１ｄが１つでも押されると、感圧式操作スイッチ装置
全体がＯＮ状態になることが表示されている（ステップ
１）。

【００１９】次いで、乗員が枕体１に頭を載せて、スイ
ッチ体１ｄが１つでも押されるとスイッチ装置全体がＯ
Ｎ状態になり、制御部２が押されたスイッチ体１ｄの個
数Ｎａを検出する（但し、検出数が４つ以上の場合はＮ
ａ＝４とする。）（ステップ２）。

【００２０】その後、表示部３には、制御部２が頭を休
ませる位置を確認するために、枕体１の中央部（中心領
域のスイッチ体１ｄのＳ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４）に頭を
つけることが指示される（ステップ３）。頭が中央部の
スイッチ体１ｄのいずれか、または、複数のスイッチ体
１ｄが押されていて、なおかつ、他の中心領域以外のス
イッチ体１ｄを押していなければ、枕体１の中央に頭が
載ったことが確認される（ステップ４）。もし、中心領
域のスイッチ体１ｄが１つも押されていない、または、
中心領域以外のスイッチ体１ｄが押されている場合は、
枕体１の中央に頭が載ったと判断されず、改めて、頭を
載せ直す（ステップ４）。

【００２１】中心領域にあるスイッチ体１ｄの押された
個数Ｎｐを検出する（ステップ５）。次いで、動作基準
数値Ｎｍを制御部２が計算する（小数点以下切り捨て）
（ステップ６）。

【００２２】前記までのことが終了したら、表示部３に
動作開始についての説明が表示される（ステップ７）。
例えば、前進したい場合、乗員の頭を枕体１の前進領域
あたりに載せる（ステップ８）。制御部２がスイッチ体
の番号、個数Ｎを検出する（ステップ９）。領域動作基
準数値Ｎｍが４とすると前進領域のスイッチ体１ｄのＦ
１，Ｆ２、前進領域に隣接している中心領域のＳ３，Ｓ
４の４つのスイッチ体１ｄが押された時に限り（ステッ
プ１０）、電動車椅子４が前進する（ステップ１１）。

【００２３】また、押されたスイッチ体１ｄの組み合わ
せが上記以外だったら、ステップ７からやり直す（ステ
ップ１０）。

【００２４】次いで、電動車椅子４が作動中は、表示部
３に停止方法が表示される（ステップ１２）。乗員が電
動車椅子４を停止させたいときは、現動作方向領域（中
心領域も含む）以外のスイッチ体１ｄが１つでも押され
たとき（ステップ１３）、電動車椅子４は、停止する
（ステップ１４）。一方、現動作方向領域、中心領域の
スイッチ体１ｄしか押されなかったときは、停止しない
（ステップ１３）。

【００２５】また、後進、右旋回、または左旋回の各運
転においても、上記図７のフローチャート運転方法と同
様の制御ができる。

【００２６】前記実施形態１による効果は、経時変化の
ないショートストロークスイッチ体１ｄを使用すること
により、一度設定すると殆ど再調整は不要である。

【００２７】前記実施形態１のような制御部がデジタル
処理するようなシステムであれば、初めて、本スイッチ
を作動させるときや、新しい枕、新しい制御装置（とく
に記憶部）に交換した場合には、”ＲＥＳＥＴ”からＮ
ｏ検出（検出無し）迄を必要とし、その後は、変動を殆
ど０として省略できる。多少スイッチ用クッション材の
歪みも発生するが、その場合には、ＲＥＳＥＴを行う。

【００２８】前記実施形態１においては、スイッチ部１
においては、スイッチ体１ｄ等の機構部分を増やせば、
リクライニング制御等にも対応できる。

【００２９】また、前記実施形態１においては、スイッ
チ体１ｄが軽い力で押された方が良い部分（領域）に
は、軟質のスイッチ用クッションを、強い力で押された
方が良い部分（領域）には、硬質のスイッチ用クッショ
ンをそれぞれ、使い分けることができる。

【００３０】前記実施形態１においては、スイッチ部１
は、図４に示すようにスイッチアレイ１ａ、スイッチ体
１ｄが用いられているが、図８に示すように、パターン
８ａ、プリント基板８ｂ、導電シート８ｃで構成される
感圧スイッチに置き換えることができる。

【００３１】前記実施形態１においては、制御部２は、
デジタル処理を行うＣＰＵ２ａのデジタル回路を用いて
いるが、アナログ回路に置き換えることもできる。図９
に示すアナログ回路は、演算増幅器９ａ、検出抵抗９
ｂ、基準電圧を検出するための抵抗Ｒ，２Ｒ，Ｒ（Ω）
（９ｃ，９ｄ，９ｅ）、固定抵抗器Ｒ（Ω）（９ｆ）に
スイッチ体１ｄと固定抵抗器２Ｒ（Ω）（９ｇ）を直列
に接続したものを複数個（スイッチの数分）並列にした
ものとを接続し、この接続点の出力と基準電圧とを比較
するものである。また、図１０は、図９のアナログ回路
を用いた時の演算増幅器の出力電圧Ｖｃｃとスイッチ体
１ｄの押された数との関係を表したものである。図１０
を見れば、わかるように、スイッチ体１ｄが１つ押され
ると、分圧抵抗９ｆ，９ｇによって、演算増幅器９ａの
出力電圧Ｖｃｃが２Ｖｃｃ／３となり、スイッチ体１ｄ
の押される数が多くなるほど、出力電圧Ｖｃｃは低くな
る。

【００３２】図１１は、押圧がかかった時クッション材
が軟らかい場合、押されるスイッチ体１ｄの数が多くな
って、余分なスイッチ体１ｄを押してしまうことをさけ
るために、スイッチ体１ｄの数を間引きしたものであ
る。

【００３３】また、本発明の応用例としては、図１２に
示すような、センサをドット状に細かく多数配置したセ
ンサアレイユニットをスイッチ部１に用いれば、圧力を
受ける中心の移動を判断することにより、図１３のよう
な指令信号とすることが出来る。丸で囲った位置に圧力
中心がくるかどこにも圧力がかからない場合は停止とな
る。また、上下左右の移動具合で速度も変えることが出
来る。そして必ずしも丸の位置だけが停止位置ではな
く、初期設定時、例えば電源を入れて数秒以内に圧力を
かけた部分を中心に停止位置とすれば、多少初めから頭
の位置がずれていても正常に操作できる。

【００３４】本発明の他の応用例としては、感圧式スイ
ッチとして本発明は、提案しているが、結果的に面積を
とらえていることにより、床等の広範囲にわたって布設
した場合、通過する者（物）の接地面積を検出できる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した通り本発明は、手、足、首
が不自由な乗員でも表示部に従えば、枕体に頭を載せる
だけで電動車椅子の操作を容易にすることができる。ま
た、スイッチ体を広範囲に点在させることが可能なた
め、操作部が固定されない。また、面積でとらえること
により、他の用途に応用しやすい。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の感圧式操作スイッチ装置を用いた電動
車椅子の制御装置の実施形態１の説明図である。

【図２】実施形態１の制御系統を示すブロック図であ
る。

【図３】実施形態１に係わるスイッチ部を示すもので、
（ａ）は、正面図、（ｂ）は、真上から見た断面図の説
明図である。

【図４】実施形態１におけるスイッチ部に使用するスイ
ッチアレイの配置を示した説明図である。

【図５】図４のスイッチアレイ上にあるスイッチ体の役
割領域を示した説明図である。

【図６】実施形態１における制御部の構成を示した説明
図である。

【図７】実施形態１における操作方法を示すフローチャ
ートである。

【図８】実施形態１において図４のスイッチアレイのか
わりに利用できる感圧式導電シートスイッチの説明図で
ある。

【図９】実施形態１において図６の制御部中にあるスイ
ッチ体の状態をデジタル処理するＣＰＵのかわりに利用
できるアナログ回路の説明図である。

【図１０】図９において、演算増幅器の出力電圧とスイ
ッチ体の押された数の関係を示す説明図である。

【図１１】本発明において、スイッチアレイを覆うクッ
ション材が軟らかい場合、余分なスイッチ体を押すこと
を防ぐためにスイッチ体の数を間引いたスイッチアレイ
の説明図である。

【図１２】本発明における応用例の図で、図４のスイッ
チ体の代わりに、ドット状にセンサを分布したセンサア
レイの説明図である。

【図１３】図１２におけるセンサの分布領域について示
した説明図である。

【符号の説明】

１ スイッチ部（枕体） １ａ スイッチアレイ １ｂ クッション材 １ｃ カバー材 １ｄ ショートストロークスイッチ体 １ｅ 発泡ウレタン材 ２ 制御部 ２ａ ＣＰＵ ２ｂ 抵抗 ３ 表示部 ４ 電動車椅子 ４ａ シート ４ｂ バックシート ４ｃ アームレスト ５ 駆動モータ ６ 電源 ８ａ パターン ８ｂ プリント基板 ８ｃ 導電シート ９ａ 演算増幅器 ９ｂ 出力検出抵抗 ９ｃ 基準電圧を検出するための抵抗 Ｒ ９ｄ 基準電圧を検出するための抵抗 ２Ｒ ９ｅ 基準電圧を検出するための抵抗 Ｒ ９ｆ 基準電圧と比較するための抵抗 Ｒ ９ｇ 基準電圧と比較するための抵抗 ２Ｒ １２ａ センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 乗員がシートに乗車した状態で枕体に頭
   をもたせかける電動車椅子であって、 前記枕体には、複数のスイッチ体を面上にレイアウトし
   たスイッチアレイと、 スイッチの押圧面上に配置するクッション材と、 前記スイッチアレイとクッション材を全体的に覆うカバ
   ー材とで構成するスイッチ部とを有し、 押されたスイッチの入力状態に応じて、被制御体を制御
   する制御部と、 制御指示を表示する表示部とを備えたことを特徴とする
   感圧式操作スイッチ装置を用いた電動車椅子の制御装
   置。
2. 【請求項２】 制御部は、スイッチ面上の圧力中心点の
   座標変位および圧力変位により、被制御体を制御するこ
   とを特徴とする請求項１記載の感圧式操作スイッチ装置
   を用いた電動車椅子の制御装置。