CN102292059A - 转移辅助设备 - Google Patents

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Abstract

一种转移辅助设备(10)，其包括对与受护理者的不安感相关联的身体变化进行检测而测量受护理者的不安感的不安测量单元(50)，以及对应于通过操作单元(25)输入的轨迹来控制驱动单元并执行反馈控制以缓解由不安测量单元(50)测量到的不安程度的控制单元(17)。不安测量单元对作为与受护理者的不安感相关联的身体变化的心率、排汗量、呼吸频率、眼球运动、皮肤电阻以及皮肤温度中的至少一项进行检测。控制单元(17)对应于不安测量单元测量到的不安程度来设定驱动单元的速度限制，并限制驱动单元的驱动速度以不超过速度限制。

Description

转移辅助设备
技术领域
本发明涉及转移辅助设备，例如，对自己不能行走的人的转移动作提供辅助以从床转移至轮椅或从轮椅转移至床的转移辅助设备。
背景技术
对于自己不能行走的受护理者而言，要自己完成从床转移至轮椅的转移动作非常困难。通常，需要护理员的帮助，但对转移动作提供辅助会对护理员造成较大的身体负担，并且会对受护理者造成较大的精神压力。最近已经研发出对自己不能行走的受护理者的转移动作提供辅助的设备。例如，日本专利申请公开号2006-305092(JP-A-2006-305092)揭示了一种转移辅助设备，其中以升起的方式在可旋转平台上设置可倾斜支柱，并且接收板(保持装置)被设置在支柱的末端。当受护理者通过利用该转移辅助设备进行转移动作时，支柱倾斜，由此使接收板接近受护理者的身体。然后，受护理者将手放置在保持装置上，抓住保持装置，将身体转移至接收板上，并将体重置于其上。然后，支柱升高，受护理者的身体也被抬起。在到达转移目标地之后，支柱倾斜，由此完成转移运动。
很明显，在转移辅助过程中确保受护理者的安全极其重要。日本专利申请公开号8-191865(JP-A-8-191865)及日本专利申请公开号7-016269(JP-A-7-016269)揭示了电动护理升降机中的安全机构。为此，JP-A-8-191865揭示了一种电动护理升降机，其将受护理者从床上抬起，或将受护理者降低至床上，升降机具有使得抬升臂可以伸展及收缩的结构。因此，即使在电动护理升降机被误操作并且受护理者被置于抬升装置与地板之间时，抬升臂也可收缩以吸收作用至受护理者的力。因此，可以可靠地确保受护理者的安全。
JP-A-7-016269揭示了设置具有防止跌倒的辅助臂的床，并利用一种对抬升臂的运动构成限制的结构，由此允许抬升臂仅在辅助臂伸出至床外侧时旋转。因此，可防止床发生诸如翻倒的意外事件，并保护受护理者的安全。
需要转移辅助的受护理者的身体会有丧失能力的区域，例如，半身瘫痪或腿瘫痪，以及认知能力损害。因此，明显地伴随转移运动，会产生严重的不安及畏惧感。此外，在转移运动过程中，具有身体残疾的受护理者不得不将其整个身体托付给护理助理或护理机器人。护理助理提供协助及转移辅助，同时聆听受护理者的意愿，并且基于护理助理与受护理者之间的信任关系，可以减轻受护理者的不安及畏惧感。但是，当使用转移辅助设备时，受护理者很难以信任护理助理的相同程度来信任设备，并且会额外增大不安及畏惧感。与转移辅助设备相关的另一问题在于存在各种会引起受护理者不安及畏惧感的因素，例如电动机及齿轮造成的工作噪音、不可预计的突然加速、不合乎受护理者要求的转移轨迹以及工作失误。因此，非常希望一种转移诸如设备，其不仅可确保受护理者的安全，还可保证安心的感觉。
发明内容
本发明提供了一种转移辅助设备，其在缓解受护理者的不安感的同时完成转移辅助。
根据本发明的第一方面的转移辅助设备对受护理者的转移提供辅助。该设备包括：可移动的托架单元；臂单元，其包括安装至所述托架单元的基端部，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；身体保持装置，其被安装至所述臂单元；驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；不安测量单元，其对与所述受护理者的不安感相关联的身体变化进行检测，并测量所述受护理者的不安程度；以及控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并执行反馈控制以缓解由所述不安测量单元测量得到的所述不安程度。
根据上述构造，所述不安测量单元可对作为与所述受护理者的所述不安感相关联的所述身体变化的心率、排汗量、呼吸频率、眼球运动、皮肤电阻以及皮肤温度中的至少一项进行检测。
所述控制单元可与通过所述不安测量单元测量得到的所述受护理者的所述不安程度对应地设定作为所述驱动单元的驱动速度的上限的速度限制，并将所述驱动单元的所述驱动速度限制为不超过所述速度限制。。
此外，所述控制单元可与通过所述不安测量单元测量得到的所述受护理者的所述不安程度对应地设定决定所述驱动单元的响应速度的增益，并通过利用所设定的所述增益来向所述驱动单元发送驱动指令。
在上述构造中，所述控制单元可包括用户数据库，所述用户数据库为每一个用户存储所述不安程度以及用于缓解所述不安程度的设定值。
所述控制单元还可包括数据累积单元，所述数据累积单元为每一个用户累积当使用所述转移辅助设备时的数据。
此外，所述控制单元可对使基于所述受护理者的不安程度以及所述保持装置的位置及速度的评价函数最小化的反馈增益进行设定，并在位置、速度或加速度反馈环中使用所设定的所述反馈增益。
所述转移辅助设备还可包括外部输出单元，其输出随着所述受护理者的所述不安感的增大而增大的不安提示信号。所述控制单元生成所述不安提示信号，并向所述外部输出单元输出所述信号以向操作者提示所述不安感。
所述外部输出单元可包括安装至所述操作单元的扬声器或振动器，并通过声音或振动来向操作者传达所述不安提示信号。
根据本发明的第二方面的转移辅助设备对受护理者的转移提供辅助。该设备包括：可移动的托架单元；臂单元，其安装至所述托架单元，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；身体保持装置，其被安装至所述臂单元；驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；以及控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并通过预先存储作为所述受护理者在其中感到安心的所述身体保持装置的轨迹范围的安心轨迹范围、以预定采样间隔对由操作者通过所述操作单元输入的所述身体保持装置的轨迹进行采样、将采样得到的所述轨迹的坐标数据与所述安心轨迹范围进行比较、并且在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在基于处于所述安心轨迹范围内的采样得到的所述坐标数据预测得到的点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时将所述身体保持装置的所述轨迹校正为进入所述安心轨迹范围，来执行反馈控制以缓解所述受护理者的不安程度。
根据上述构造，可以在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在预测得到的所述点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时，所述控制单元对即将在采样得到的所述坐标数据被采样之前或即将在预测得到的所述点被预测之前所采样得到的点的位置进行校正，或者对在采样得到的所述坐标数据被采样之前或在预测得到的所述点被预测之前所采样得到的至少一个点的位置进行校正，并生成被校正为使得基于校正后的采样位置预测得到的点处于所述安心轨迹范围内的轨迹。。
根据本发明的第三方面的转移辅助设备对受护理者的转移提供辅助。该设备包括：可移动的托架单元；臂单元，其包括安装至所述托架单元的基端部，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；身体保持装置，其被安装至所述臂单元；驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；以及控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并通过预先存储作为所述受护理者在其中感到安心的所述身体保持装置的轨迹范围的安心轨迹范围、以预定采样间隔对由操作者通过所述操作单元输入的所述身体保持装置的轨迹进行采样、将采样得到的所述轨迹的坐标数据与所述安心轨迹范围进行比较、并且在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在基于处于所述安心轨迹范围内的采样得到的坐标数据预测得到的点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时命令所述操作单元沿着对输入与所述安心轨迹范围偏离的所述轨迹的输入操作产生阻抗的方向生成反作用力，来执行反馈控制以缓解所述受护理者的不安程度。
在上述构造中，所述控制单元可通过基于所述驱动单元的驱动量时时刻刻地计算所述身体保持装置的位置，来对所述身体保持装置的轨迹进行采样。
附图说明
将参考附图，在以下对本发明的示例性实施例的详细描述中描述本发明的特征、优点及技术产业意义，其中，类似的标记表示类似的元件，并且其中：
图1是根据本发明的第一实施例的转移辅助设备的侧视图；
图2是根据第一实施例的保持装置的立体图；
图3是示出转移辅助设备的系统构造的框图；
图4是根据第一实施例的控制系统的功能框图；
图5示出了心率阈值与速度限制之间的关系；
图6示出了根据改变示例1的将心跳传感器设置在手腕及脚踝处的示例；
图7示出了根据改变示例2的具有检测受护理者的心音的话筒的保持装置；
图8示出了改变示例3；
图9示出了改变示例4；
图10示出了改变示例5；
图11示出了改变示例6；
图12示出了改变示例7；
图13示出了根据改变示例7将电极安装至手部的示例；
图14示出了根据改变示例7将电极安装至手部的另一示例；
图15示出了根据改变示例7将热敏电阻安装至手部的示例；
图16是根据第二实施例的控制系统的功能框图；
图17是根据第三实施例的控制系统的功能框图；
图18示出了根据第三实施例的累积数据的示例；
图19示出了根据第三实施例的累积数据的另一示例；
图20是根据第四实施例的控制系统的功能框图；
图21示出了根据第四实施例的不安轨迹范围及安心轨迹范围；
图22示出了根据第四实施例的连接起始点与目标点的多条轨迹；
图23示出了根据第四实施例的轨迹校正的示例；
图24示出了根据改变示例8的轨迹校正的示例；
图25是根据第五实施例的控制系统的功能框图；
图26示出了根据第五实施例被施加至操作杆的反作用力的状态；
图27是根据改变示例9的控制系统的功能框图；
图28是根据第六实施例的控制系统的功能框图；
图29是根据第七实施例的控制系统的功能框图；且
图30示出了根据第七实施例的受护理者的心率(不安程度)与不安提示信号之间的关系。
具体实施方式
本发明的实施例由附图示出，并将参考表明各种不同部件的数字来说明。
(第一实施例)以下将说明本发明的第一实施例。图1是根据本发明的第一实施例的转移辅助设备的侧视图。转移辅助设备10设置有托架单元1、偶合至托架单元1的机器人臂单元2、以及安装至机器人臂单元2的保持装置3。
托架单元1包括托架主体11、用于推进和移动托架单元1的手柄部分12、一对安装至托架主体11的前部的左右前辅助轮13、一对安装至托架主体11的后部的左右后辅助轮14、以及一对安装至托架主体11的大致中央部分并驱动托架单元1的左右驱动轮15。驱动左右驱动轮15的一对左右第六电动机16被偶合至一对左右驱动轮15。
机器人臂单元2是包括第一臂部分21、第二臂部分22以及第三臂部分23的多关节臂。第一臂部分21通过第一关节部分51偶合至托架主体11的基体部分11a，由此能够绕横摇轴及俯仰轴进行旋转。第二臂部分22通过第二关节部分52偶合至第一臂部分21，由此能够绕俯仰轴旋转。第三臂部分23的一端通过第三关节部分偶合至第二臂部分22，由此能够绕横摇轴旋转(因第三关节位于第三臂部分后方而不能被观察到，故在图1中未示出)。第三臂部分23的另一端通过第四关节部分偶合至用于安装保持装置3的安装部分24，由此能够绕侧倾轴旋转(因第四关节位于第三臂部分后方而不能被观察到，故在图1中未示出)。安装部分24具有能够安装拆卸保持装置3的常规安装结构(例如，使用螺栓及螺母的紧固结构，或装配结构)。
横摇轴在这里指第一臂部分21的转轴，并且其沿竖直方向延伸。俯仰轴在这里指在第一臂部分21、第二臂部分22及第三臂部分23向上下方向旋转的情况下的转轴。侧倾轴在这里指在安装部分24及保持装置3相对于第三臂部分23旋转的情况下的转轴。侧倾轴对应于第三臂部分23的轴线。
围绕横摇轴旋转驱动第一臂部分21的第一电动机(驱动装置)61被设置在托架主体11的基体部分11a处。围绕俯仰轴旋转驱动第一臂部分21的第二电动机(驱动装置)62被设置在第一关节部分51处。围绕俯仰轴旋转驱动第二臂部分22的第三电动机(驱动装置)63被设置在第二关节部分52处。围绕俯仰轴旋转驱动第三臂部分23的第四电动机(驱动装置)64被设置在第三关节部分处。围绕侧倾轴旋转驱动安装部分24及保持装置3的第五电动机(驱动装置)65被设置在第四关节部分处。
第一至第六电动机61，62，63，64，65及16经由驱动电路18被连接至控制单元17，并通过来自控制单元17的控制信号受到旋转驱动。此外，基体部分11a及关节部分(51，52)设置有对第一至第五电动机61，62，63，64及65的旋转驱动量分别进行检测的旋转传感器71，72，73，74及75。旋转传感器71，72，73，74及75连接至控制单元17，并向控制单元17输出检测到的旋转驱动量。
图2是保持装置的立体图。保持装置3被安装至机器人臂单元2的安装部分24。保持装置3包括包围并保持受护理者躯干的躯干支撑部分31、支撑受护理者的下肢的下肢支撑部分32、以及对受护理者的不安感进行检测的不安检测传感器。
下肢支撑部分32形成为大致倒T形，并连接至躯干支撑部分31的下部。躯干支撑部分31与下肢支撑部分32构成为一体，但也可构成为分立部分。
躯干支撑部分31设置有与受护理者的胸部接触的胸部支撑部分31a、对胸部侧面提供支撑的一对侧面支撑部分31b、以及支撑头部下颊的头部支撑部分31c。
一对侧面支撑部分31b彼此相对形成，并从胸部支撑部分31a的两侧边缘沿大致竖直方向延伸。此外，头部支撑部分31c形成为在胸部支撑部分31a顶部上的凸起部分。胸部支撑部分31a、侧面支撑部分31b以及头部支撑部分31c构成为一体，但也可构成为分立部分。
不安检测传感器是对受护理者的心跳进行检测的心跳传感器40。可以使用诸如IR射线系统及电位系统之类的各种系统的传感器。心跳传感器40是安装至受护理者的胸部区域的带的形式，并设置在躯干支撑部分31处。心跳传感器40的传感器输出被输出至不安测量单元50。不安测量单元50处理来自心跳传感器(心跳传感器)40的传感器信号，并向控制单元17输出传感器信号，即不安信号。在不安测量单元中进行的信号处理的示例包括对传感器信号中的脉冲数量进行计数，并将其计算作为每单位时间的心率，或进行A/D转换。
不安测量单元由不安检测传感器(心跳传感器40)以及不安测量单元构成。
图3是示出转移支撑设备的系统构造的框图。控制第一至第六电动机61，62，63，64，65及16的旋转驱动的控制单元17被设置至托架单元1。控制单元17主要由以下构件构成：包括具有进行控制处理及计算处理的中央处理单元(CPU)17a的微处理器、存储由CPU 17a执行的控制程序及计算程序的只读存储器(ROM)17b、以及临时存储处理数据的随机访问存储器(RAM)17c，并且控制单元17还设置有执行反馈控制以缓解受护理者的不安感的不安缓解控制单元100。
允许护理员操作转移辅助设备10的操作单元25被设置至机器人臂单元2的安装部分24。操作单元25设置有操作杆25A及力传感器25B。力传感器25B检测与施加至操作杆25A的操作力的大小、方向及动量对应的操作，并向控制单元17输出操作信号。
图4是通过控制单元17实现的控制系统的详细功能框图。控制单元17实现了轨迹生成单元171、目标关节角度计算单元172、合成单元173、电动机速度命令计算单元174、速度限制单元175及不安缓解控制单元100的功能。以下将结合整个转移辅助设备10的操作来说明各个功能单元的操作。
当进行受护理者的转移辅助时，护理员通过使用操作单元25来执行移动保持装置3的操作。具体而言，保持装置3被移动接近受护理者的身体。来自操作单元25的操作信号被提供至轨迹生成单元171。因此，轨迹生成单元171生成保持装置3的与操作信号对应的轨迹。生成的轨迹被提供至目标关节角度计算单元172。目标关节角度计算单元172通过为各个关节部分51及52计算角度来确定为实现生成的轨迹而用于关节部分51及52的角度。
计算得到的目标关节角度被输出至合成单元173。来自旋转传感器71至75的检测值也被反馈发送至合成单元173。合成单元173确定目标关节角度与用于各个电动机61至65及16的当前电动机回转角度之间的差异，并向电动机速度命令计算单元174提供所确定的差异。电动机速度命令计算单元174将转角差与预定增益相乘，并计算将被发送至各个电动机的速度命令。计算的电动机速度命令经由驱动电路18被提供至电动机61至65及16。因此，机器人臂单元2被电动机驱动力驱动，并且保持装置3沿轨迹以护理员期望的速度移动至受护理者身体前方。
受护理者然后抓住位于受护理者身体前方的保持装置3，并移动至保持装置3。在受护理者已经移动至保持装置3之后，护理员将用作不安检测传感器的心跳传感器40绕受护理者的胸部缠绕以设置传感器。受护理者的心跳由心跳传感器40检测，并且传感器信号被输出至不安测量单元50。由不安测量单元50检测的不安程度(心率)被提供至不安缓解控制单元100。
以下将描述本实施例的执行反馈控制以缓解受护理者的不安感的不安缓解控制单元100。不安缓解控制单元100设置有存储多级心率阈值(不安阈值)的心率阈值存储单元(不安阈值存储单元)101，以及对应于心率阈值来设定电动机的速度限制的速度限制设定单元102。
图5示出了心率阈值与速度限制之间的关系。从较低的心率开始，依此设定低不安阈值、中不安阈值以及高不安阈值作为心率阈值。对应于各个阈值，将电动机回转速度的速度限制设定为数级。这里，对应于不安阈值设定第一速度限制、第二速度限制及第三速度限制，并且进行设定使得心率(不安感)越高，速度限制就越低。
速度限制设定单元102对应于时时刻刻从不安程度检测单元50提供的受护理者的心率以及在心率阈值存储单元101中存储的阈值来设定电动机速度的上限。例如，当心率处于低不安阈值与中不安阈值之间时，第一速度限制是电动机回转速度的上限。
转移辅助设备10具有多个电动机61至65及16，由此可对各个电动机进行速度限制设定。
速度限制单元175设置在电动机速度命令计算单元174与驱动电路18之间，并且已经由不安缓解控制单元100设定的速度限制被提供至速度限制单元175。根据设定的速度限制，速度限制单元175向驱动电路18发送速度命令，使得电动机速度命令不会超过速度限制。
在上述控制系统进行工作的情况下，护理员升起保持装置3并抬升受护理者的身体。在此情况下，对应于受护理者的心率来设定电动机的速度限制，并且保持装置3的运动速度被自动限制。在受护理者的不安感增强的情况下，自动降低保持装置3的运动速度。因此，即使受护理者在较高运动速度时感到不安，也可在不安感变得过强之前自动限制转移速度。因此，可以缓解不安感。
在护理员已经将保持装置3与受护理者一起移动至转移目标地时，护理员降低保持装置3并将受护理者放下。由此完成转移辅助操作。
利用上述第一实施例，在受护理者的不安感增强至预定值时，速度被自动地限制。因此，可以在防止受护理者的不安感上升至或超过已确定水平、并缓解受护理者的不安感的情况下，执行转移辅助。
(改变示例1)在上述第一实施例中，通过将用作不安感传感器的心跳传感器40设定在受护理者的胸部区域中的示例方式描述了构造，但无需多言，也可从外部测量血液流动或进行心电图扫描。例如，如图6所示，心跳传感器40可被设置于手腕或脚踝。因为可以假定受护理者具有各种疾病，故可以为各个受护理者适当地选择用于检测心跳的位置。
(改变示例2)心跳传感器并不限于感应受护理者的血液流动或心电图扫描的构造，也可以检测心音。例如，如图7所示，可以将检测受护理者的心音的话筒41设置于保持装置3的胸部支撑部分31a处。此外，不安测量单元50将来自话筒41的信号转换为心率，并将其提供至不安缓解控制单元100。
(改变示例3)以下将说明改变示例3。改变示例3的具体特征在于将汗液传感器42用作对受护理者的不安感进行检测的不安检测传感器。图8是示出受护理者被保持在保持装置3中的状态的侧视图。台部31d在保持装置3的躯干支撑部分31的后表面一侧(躯干支撑部分31的与受护理者相反的一侧)处伸出。汗液传感器42设置在台部31d的上表面上。适用作汗液传感器42的装置的示例包括换气密封型排汗计(ventilatincapsule sudorometer)、皮肤电位计以及湿度传感器。坐在保持装置3中的受护理者将手放置在台部31d上。由此，汗液传感器42检测手护理者手掌的排汗量。
因为汗液传感器42被用作不安检测传感器，故第一实施例的不安测量单元50的构造被改变以基于传感器信号来检测排汗量。已经提到将不安缓解控制单元100的阈值设定为心率，但现在使用基于排汗量的阈值。
在上述构造中，随着受护理者不安感的增加，排汗量也增大。通过汗液传感器42来检测排汗量的增大，并且对应于排汗量来自动限制速度。由此缓解受护理者的不安感。
无需多言，还可在受护理者身体上除去手掌之外的其他位置处对排汗进行检测。
(改变示例4)以下将说明改变示例4。改变示例4的具体特征在于检测受护理者的微震动的压电传感器43被用作对受护理者的不安感进行检测的不安检测传感器。图9是示出受护理者被保持在保持装置3中的状态的侧视图。压电传感器43被设置在保持装置3的下肢支撑部分32的上表面上，以及胸部支撑部分31a的面向受护理者的侧面上。在受护理者坐在保持装置3中的情况下，受护理者自然地与压电传感器43接触。压电传感器43检测由呼吸引起的人体的微震动。
因为压电传感器43被用作不安检测传感器，故第一实施例的不安测量单元50的构造被改变以基于传感器信号来检测呼吸频率。已经提到将不安缓解控制单元100的阈值设定为心率，但现在使用基于呼吸频率的阈值。
在上述构造中，随着受护理者的不安感的增加，呼吸频率随之增大。呼吸频率的增大由压电传感器43来检测，并且对应于呼吸频率来自动限制速度。由此缓解受护理者的不安感。
(改变示例5)以下将说明改变示例5。改变示例5的具体特征在于使用拍摄受护理者的眼球运动的照相机44作为对受护理者的不安感进行检测的不安检测传感器。图10是示出受护理者被保持在保持装置3中的状态的侧视图。拍摄受护理者的面部图像的照相机44被设置在保持装置3的上表面上。在受护理者坐在保持装置3中的情况下，照相机44拍摄受护理者面部的图像。
因为照相机44被用作不安检测传感器，故第一实施例的不安测量单元50的构造被改变以基于眼球运动模式来检测不安程度。据称(例如，参见日本专利申请公开号2002-65609(JP-A-2002-65609))，当人有恐惧感时，其会出现反映不安的特定眼球运动。因此，不安测量单元50预先存储反映不安的眼球运动模式，并且将已经由照相机44拍摄的受护理者的眼球运动与上述模式进行比较。与受护理者的眼球运动与模式的匹配度对应地计算不安程度。替代地，也可计算眼球运动的变化频率来作为不安程度。不安缓解控制单元100的阈值基于眼球运动。
在上述构造中，随着受护理者的不安感的增加，受护理者的眼球进行特定运动。眼球运动由照相机44拍摄，并且对应于不安感来自动限制速度。由此缓解受护理者的不安感。
(改变示例6)以下将描述改变示例6。改变示例6的具体特征在于对受护理者的皮肤电阻进行检测的电流传感器45被用作对受护理者的不安程度进行检测的不安检测传感器。图11是示出受护理者被保持在保持装置3中的状态的侧视图。台部31d在保持装置3的躯干支撑部分31的后表面一侧(躯干支撑部分31的与受护理者相反的一侧)伸出。用作电流传感器45的电极45A被设置在台部31d的上表面上。坐在保持装置3中的受护理者将手放置在台部31d上。通过使弱电流经由电极45A流至受护理者的手，电流传感器45检测受护理者皮肤的电阻变化。
因为电流传感器45被用作不安检测传感器，故第一实施例的不安测量单元50的构造被改变以基于传感器信号来检测电阻。不安缓解控制单元100的阈值取决于皮肤的电阻。人类皮肤的电阻取决于紧张程度(例如在http://www.ryohdohraku.com/index.htlm中所揭示的)。在紧张情况下，当交感神经活跃时，电流易于流过人体。换言之，电阻会减小。因此，当在速度限制设定单元102中设定速度限制时，与皮肤的电阻对应地设定速度限制，由此降低电动机的速度上限。
在这种构造中，随着受护理者的不安感的增加，皮肤的电阻会减小。由电流传感器45检测上述电阻的减小，并且对应于皮肤的电阻来自动限制速度。因此，可缓解受护理者的不安感。
(改变示例7)以下将描述改变示例7。改变示例7的具体特征在于对受护理者的皮肤温度进行检测的温度传感器46被用作对受护理者的不安程度进行检测的不安检测传感器。图12是示出受护理者被保持在保持装置3中的状态的侧视图。台部31d在保持装置3的躯干支撑部分31的后表面一侧(在躯干支撑部分31的与受护理者相反的一侧)伸出。温度传感器46被设置在台部31d的上表面上。
电极46A可被用作温度传感器46。在此情况下，如图13或图14所示，使电极46A与受护理者的手发生接触。热敏电阻46b也可被用作温度传感器46。在此情况下，如图15所示，可将热敏电阻46b的温度检测点粘在手指上。
因为温度传感器46被用作不安检测传感器，故第一实施例的不安测量单元50的构造被改变以基于传感器信号来检测皮肤温度。不安缓解控制单元100的阈值取决于皮肤温度。人体的皮肤温度取决于紧张程度，当人紧张时，皮肤温度会降低，而在人平静(安心)时，皮肤温度会上升。因此，当在速度限制设定单元102中设定速度限制时，对应于皮肤温度的降低来设定速度限制，使得电动机的速度上限降低。
在上述构造中，随着受护理者的不安感增加，皮肤温度会降低。温度传感器46会检测到皮肤温度的下降，并且对应于皮肤温度而自动限制速度。因此，缓解了受护理者的不安感。
(第二实施例)以下将描述本发明的第二实施例。第二实施例的基本构造类似于第一实施例，但第二实施例的特征在于通过利用不安缓解控制单元110来调节增益来调节电动机速度。图16是第二实施例的功能框图。在第二实施例中，并未设置速度限制单元175。相反，不安缓解控制单元110设置有心率阈值记录单元111及增益设定单元112。
这里，为心率阈值设定数级，并且对应于数级的这些阈值来设定决定电动机的响应速度的增益。例如，对应于不安阈值(心率阈值)，增益被设定为随着不安感(心率)的增大而减小。
增益设定单元112将时时刻刻从不安测量单元50提供的受护理者的心率与存储在心率阈值存储单元111中的各个阈值进行比较，并确定增益的上限值。在增益设定单元112中设定的增益被提供至电动机速度命令计算单元174。电动机速度命令计算单元174使用已经被设定的增益，并计算将被提供至电动机61至65及16的速度命令。由此确定的速度命令经由驱动电路18被提供至各个电动机，并且保持装置3沿通过操作单元25表示的轨迹运动。
类似于第一实施例，在第二实施例中，随着受护理者的不安感的增加，电动机的响应被延迟。因此，保持装置3的运动速度被自动延迟。因此，即使对于在高速运动时会产生不安的受护理者而言，在不安感变得过强之前，运动速度会自动降低，由此缓解了不安感。
上述改变示例1-7可应用至第二实施例。
(第三实施例)以下将描述本发明的第三实施例。第三实施例的基本构造类似于第一实施例，但第三实施例的具体特征在于为每一个用户来执行优化控制。图17是第三实施例的功能框图。在一个转移辅助设备10被多个受护理者共享的情况下，引起各个受护理者不安的原因及其程度均不相同。在此情况下，不应将一种控制模式应用于全部受护理者。因此，在第三实施例中，不安缓解控制单元100设置有用户数据库200。此外，设置数据累积单元300，并且来自旋转传感器71至75的传感器信号以及利用不安测量单元50获得的测量值被输入数据累积单元300。
不安阈值(心率阈值)及速度限制设定与用户ID关联地记录在用户数据库200。当使用转移辅助设备10并且输入受护理者的用户ID时，读取与ID关联的心率阈值及速度限制，并提供给不安缓解控制单元100。
数据累积单元300累积为每一个用户使用转移辅助设备时获得的数据。累积数据的示例包括图18所示的电动机速度与不安程度之间的关系以及图19所示的保持装置3的高度与不安程度之间的关系。
利用上述构造，当使用转移辅助设备10时，首先输入受护理者的用户ID。因此，与ID关联的心率阈值及速度限制设定被读取并提供给不安缓解控制单元100。不安缓解控制单元100基于已经被读出的心率阈值及速度限制设定来执行不安缓解控制。同时，数据累积单元300收集并累积与受护理者特有的不安感相关的数据。
利用上述构造，可以为每一个用户执行优化不安缓解控制。此外，因为为每一个用户收集了与不安相关的数据，故可以实现对每一个用户而言舒适的转移。
无需多言，上述改变示例1至7可应用至第三实施例。
(第四实施例)以下将描述本发明的第四实施例。第四实施例的特征在于执行自动校正控制，由此生成使受护理者产生安心感的轨迹。图20是第四实施例的功能框图。在第四实施例中，不安缓解控制单元120设置有轨迹采样单元124、安心判定单元125及轨迹校正单元126。
此外，与安心轨迹范围相关的数据与用户ID关联地被记录在用户数据库210中。如图19所示，在数据累积单元300中收集保持装置3的高度与不安程度之间的关系。因此，如图21所示，可以通过为不安程度设定合适的阈值来分离并确定受护理者感到不安的不安轨迹范围SA以及受护理者感到安心的安心轨迹范围SR。以上述方式确定的安心轨迹范围SR被记录在用户数据库中作为安心轨迹范围。
以下将与整个转移辅助设备10的操作一起来说明由不安缓解控制单元120执行的控制操作。在对受护理者进行转移辅助时，护理员通过使用操作单元25来执行转移保持装置3的操作。来自操作单元25的操作信号被提供至轨迹生成单元171。因此，轨迹生成单元171生成保持装置3的与操作信号对应的轨迹。根据生成的轨迹来执行对电动机61至65及16的驱动控制。
轨迹采样单元124以预定采样间隔对在轨迹生成单元171中生成的轨迹进行采样。采样得到的座标数据被提供至安心判定单元125。安心判定单元125将采样座标数据与安心轨迹范围进行比较。在采样得到的座标数据处于安心轨迹范围内的情况下，与安心轨迹范围内的采样座标数据相关的处理完成，并且转换至对下一采样点的处理。
可将连接起始点及目标点的多条路径视为由护理员(操作者)指示的轨迹。例如，如图22所示，可选择轨迹A、轨迹B及轨迹C。在此情况下，轨迹B处于安心轨迹范围SR内，而轨迹A及轨迹C则处于不安轨迹范围SA内，因此不符合要求。因此，在输入及指示的轨迹处于不安轨迹范围SA内的情况下，轨迹校正单元126自动地校正轨迹，以使轨迹落入安心轨迹范围内。
当安心判定单元125判定在轨迹采样单元124中采样的座标数据处于不安轨迹范围SA内时，安心判定单元向轨迹校正单元126发送轨迹校正指令。假定如图23所示当前位置是P(n)。则例如如图23所示在采样点P(n+1)进入不安轨迹范围SA时，就需要对轨迹进行校正。轨迹校正单元126参考即将在采样点P(n+1)之前并处于安心轨迹范围SR内的采样点P(n)以及更前一个采样点P(n-1)。当通过校正点P(n)获得的点被表示为校正点P(n)′并且在将点P(n-1)及校正点P(n)′连接的延伸线上预测到的预测点被表示为P(n+1)′时，以使得预测点P(n+1)′进入安心轨迹范围的方式建立校正点P(n)′的位置。如此确定的校正点P(n)′被提供至轨迹生成单元171。轨迹生成单元171通过利用轨迹校正单元126中的校正获得的校正点P(n)′来替代点P(n)的位置，来对轨迹进行校正。因此，转移辅助操作中保持装置3的轨迹落入安心轨迹范围SR。
基于已经被校正的轨迹来继续电动机驱动控制。
通过护理员的操作命令来确定转移辅助操作中保持装置3的轨迹，但这并不意味着护理员无时无刻完全了解受护理者会感到不安的范围。此外，无论护理员多么认真，操作失误总是难以避免。因此，在实施例中，通过自动地将轨迹校正至受护理者会感到安心的范围内来缓解受护理者的不安感。
(改变示例8)在第四实施例中，通过其中前一个点的轨迹进入不安轨迹范围SA的示例进行了说明，但因为CPU 17a的采样间隔与电动机速度之间的关系的原因，对一个采样点进行校正会导致过于突然的变化。在此情况下，如图24所示可对多个采样点的位置进行校正。因此，在图24中，以使得作为点P(n)将前进数个点的预测点(例如，P(n+4)′)处于安心轨迹范围内的方式建立校正点P(n)′至P(n+3)′的位置。可通过联系连接至紧接着之前的点的矢量或例如通过使用诸如Bezier曲线的近似曲线来对将到来的数个点考虑在内的预测点进行计算。
(第五实施例)以下将描述本发明的第五实施例。第五实施例的具体特征在于当输入及指示的轨迹处于不安轨迹范围内时将反作用力施加至操作单元25的操作杆25A。图25是示出第五实施例的功能框图。在第五实施例中，不安缓解控制单元130设置有轨迹采样单元134、安心判定单元135以及反作用力命令单元137。
轨迹采样单元134对在轨迹生成单元171中生成的轨迹进行采样。安心判定单元135判定采样点是否处于安心轨迹范围SR内。当安心判定单元135判定在轨迹采样单元134中采样的座标数据已经进入不安轨迹范围SA时，安心判定单元就向反作用力命令单元137发出指令以生成反作用力。
反作用力命令单元137发出指令以沿对轨迹处于不安轨迹范围SA内的输入操作产生抵抗感的方向生成反作用力，并向操作单元25发送该命令。例如，在采样点P(n+1)移动至不安轨迹范围SA的情况下，类似于第四实施例，操作者会感到对向上改变操作杆25A的操作的抵抗。因此，如图26所示，在接收到来自反作用力命令单元137的反作用力生成指令时，操作单元25生成从上向下的反作用力。
利用上述构造，护理员(操作者)会在输入会使受护理者不安的轨迹时感到抵抗。因此，对护理员(操作者)提供用于使轨迹返回至安心轨迹范围SR内的反馈。因此，可缓解受护理者的不安感。
(改变示例9)在上述第四实施例、改变示例8以及第五实施例中，通过轨迹采样单元124及134对在轨迹生成单元171中生成的轨迹进行采样的示例进行了说明。相反，在改变示例9中，如图27所示，旋转传感器71至75的输出可被输入至轨迹采样单元144。轨迹采样单元144时时刻刻地基于旋转传感器71至75的输出来计算保持装置3的当前位置。此外，基于过去数个点来预测下一点。例如，可通过延伸将点P(n-1)及点P(n)连接的矢量来预测下一点P(n+1)，或可通过将诸如Bezier曲线的曲线近似应用至多个过去的点来预测将到来的点。由此确定的预测点被提供至安心判定单元145。上述构造还使得能够自动地将轨迹校正至受护理者感到安心的范围。因此，可缓解受护理者的不安感。
(第六实施例)以下将描述本发明的第六实施例。第六实施例的特征在于基于不安感来调整反馈增益以使评价函数最小化。图28是第六实施例的功能框图。在第六实施例中，不安缓解控制单元150具有反馈增益设定单元158。将增益倍增单元400设置在从旋转传感器71至75到合成单元173的环中。
旋转传感器71至75的传感器值以及已经在不安测量单元50中测量得到的不安程度的测量值被输入至不安缓解控制单元150。不安缓解控制单元150的反馈增益设定单元158设定增益倍增单元400的增益。例如，可以使用优化调节器作为用于调节增益的装置。以下将说明作为优化调节器的用于设定反馈增益的模型。
通过以下等式(1)来对受护理者的不安程度建模：
a · = r · v + q · h + 0 · a | - - - ( 1 )
这里，a表示不安程度，a上方的点表示不安程度的一阶导数。v表示保持装置3的速度，h表示保持装置3的高度，r及q表示权重系数。在速度v及高度h是矢量的情况下，可获得正定矩阵。
[v，h，a]是状态变量，而转移辅助设备10的状态方程可表示如下。
d dx v h a = a 1 a 2 0 a 3 a 4 0 r q 0 v h a + b 1 b 2 b 3 u - - - ( 2 )
这里，a1至a4及b1至b3表示包含转移辅助设备10固有的反馈控制系统和的系数矩阵及工程模型(plant model)的系数矩阵。
通过相对于上述方程(2)对Riccati方程进行解算来确定作为优化调节器的反馈增益。方程(2)表示成如下所示。
x · = Ax + Bu - - - ( 3 )
在此情况下，解得以下方程。
PA+ATP-PBR-1BTP+Q＝0          (4)
其中P为正的常量，反馈增益可表示如下。
K(t)＝R-1BTP(t)               (5)
在转移辅助设备的控制系统是系数随时间而变化的非线性反馈系统的情况下，必须依次计算最佳反馈增益。
如此计算得到的增益K被设定作为增益倍增单元400的增益。因此，自动地应用反馈以缓解受护理者与保持装置3的高度h及速度v关联的不安感，由此缓解受护理者的不安感。
(第七实施例)以下将说明本发明的第七实施例。第七实施例的特征在于向操作者(护理者)告知受护理者的不安感。图29是第七实施例的功能框图。在第七实施例中，不安缓解控制单元160设置有不安提示信号生成单元169。此外，在不安提示信号生成单元169中生成的不安提示信号以声音或振动的形式从外部输出单元500输出。
不安提示信号生成单元169与受护理者的不安程度对应地生成不安提示信号。图30示出了受护理者的心率(不安程度)与不安提示信号之间的关系。不安提示信号被设定为与受护理者的不安感一起增大。此外，对心率(不安程度)设定预定阈值，并且不安提示信号被设定为在心率(不安程度)超过阈值时迅速增大。
可以使用扬声器或振动器作为外部输出单元500。优选的是与受护理者的不安感相关的不安提示信号不会被传递至受护理者自身。否则，受护理者的不安感会增强。例如，可在操作杆25A的末端处设置较小的扬声器，由此仅操作者(护理员)可听到不安提示信号。替代地，可将振动器结合在操作杆25A中，并使振动传递至操作者(护理员)的手部。
在上述构造中，向操作者告知受护理者的不安感。在不安提示信号逐渐增大然后迅速增大的情况下，可以采取措施以缓解受护理者的不安感。例如，可以与受护理者沟通，可以减慢运动，并且可改变轨迹以避免高度过度增大。因此，可以缓解受护理者的不安感。
无需多言，也可将上述改变示例1至7类似地应用至第七实施例。
本发明并不限于上述实施例，并可以在不脱离本发明范围的前提下可进行各种改变。例如，在实施例中说明了为不安程度设定阈值并且速度限制或增益以逐级的方式减小的情况。但是，无需多言，速度限制的上限及增益也可响应于不安程度而连续地变化。上述实施例的系统构造仅涉及了位置反馈，但也可使用速度或加速度反馈。

Claims (17)

1.一种转移辅助设备，其对受护理者的转移提供辅助，其特征在于包括：
可移动的托架单元；
臂单元，其包括安装至所述托架单元的基端部，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；
身体保持装置，其被安装至所述臂单元；
驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；
操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；
不安测量单元，其对与所述受护理者的不安感相关联的身体变化进行检测，并测量所述受护理者的不安程度；以及
控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并执行反馈控制以缓解由所述不安测量单元测量得到的所述不安程度。
2.根据权利要求1所述的转移辅助设备，其中
所述不安测量单元对作为与所述受护理者的所述不安感相关联的所述身体变化的心率、排汗量、呼吸频率、眼球运动、皮肤电阻以及皮肤温度中的至少一项进行检测。
3.根据权利要求1或2所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元与通过所述不安测量单元测量得到的所述受护理者的所述不安程度对应地设定作为所述驱动单元的驱动速度的上限的速度限制，并将所述驱动单元的所述驱动速度限制为不超过所述速度限制。
4.根据权利要求1或2所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元与通过所述不安测量单元测量得到的所述受护理者的所述不安程度对应地设定决定所述驱动单元的响应速度的增益，并通过利用所设定的所述增益来向所述驱动单元发送驱动指令。
5.根据权利要求4所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元将所述增益设定为随着所述受护理者的所述不安程度的增大而减小。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元包括用户数据库，所述用户数据库为每一个用户存储所述不安程度以及用于缓解所述不安程度的设定值。
7.根据权利要求6所述的转移辅助设备，其中
所述设定值包括速度限制，所述速度限制是所述驱动单元的驱动速度的上限，并与所述不安程度对应地设定。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元包括数据累积单元，所述数据累积单元为每一个用户累积当使用所述转移辅助设备时的数据。
9.根据权利要求8所述的转移辅助设备，其中
对于每一个用户，所累积的所述数据包括所述不安程度与所述驱动单元的驱动速度之间的关系以及所述不安程度与所述保持装置的位置之间的关系。
10.根据权利要求1或2所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元对使基于所述受护理者的不安程度以及所述保持装置的位置及速度的评价函数最小化的反馈增益进行设定，并在位置、速度或加速度反馈环中使用所设定的所述反馈增益。
11.根据权利要求1或2所述的转移辅助设备，还包括
外部输出单元，其输出随着所述受护理者的所述不安感的增大而增大的不安提示信号，其中
所述控制单元生成所述不安提示信号，并向所述外部输出单元输出所述信号以向操作者提示所述不安感。
12.根据权利要求11所述的转移辅助设备，其中
所述外部输出单元包括安装至所述操作单元的扬声器或振动器，并通过声音或振动来向操作者传达所述不安提示信号。
13.一种转移辅助设备，其对受护理者的转移提供辅助，其特征在于包括：
可移动的托架单元；
臂单元，其安装至所述托架单元，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；
身体保持装置，其被安装至所述臂单元；
驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；
操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；以及
控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并通过预先存储作为所述受护理者在其中感到安心的所述身体保持装置的轨迹范围的安心轨迹范围、以预定采样间隔对由操作者通过所述操作单元输入的所述身体保持装置的轨迹进行采样、将采样得到的所述轨迹的坐标数据与所述安心轨迹范围进行比较、并且在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在基于处于所述安心轨迹范围内的采样得到的所述坐标数据预测得到的点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时将所述身体保持装置的所述轨迹校正为进入所述安心轨迹范围，来执行反馈控制以缓解所述受护理者的不安程度。
14.根据权利要求13所述的转移辅助设备，其中
在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在预测得到的所述点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时，所述控制单元对即将在采样得到的所述坐标数据被采样之前或即将在预测得到的所述点被预测之前所采样得到的点的位置进行校正，或者对在采样得到的所述坐标数据被采样之前或在预测得到的所述点被预测之前所采样得到的至少一个点的位置进行校正，并生成被校正为使得基于校正后的采样位置预测得到的点处于所述安心轨迹范围内的轨迹。
15.一种转移辅助设备，其对受护理者的转移提供辅助，其特征在于包括：
可移动的托架单元；
臂单元，其包括安装至所述托架单元的基端部，并且其在水平面内转动，和进行倾斜运动；
身体保持装置，其被安装至所述臂单元；
驱动单元，其驱动所述托架单元以及所述臂单元；
操作单元，所述身体保持装置的轨迹通过手动操作被输入所述操作单元；以及
控制单元，其与通过所述操作单元输入的所述轨迹对应地控制所述驱动单元，并通过预先存储作为所述受护理者在其中感到安心的所述身体保持装置的轨迹范围的安心轨迹范围、以预定采样间隔对由操作者通过所述操作单元输入的所述身体保持装置的轨迹进行采样、将采样得到的所述轨迹的坐标数据与所述安心轨迹范围进行比较、并且在采样得到的所述坐标数据处于所述安心轨迹范围之外时或在基于处于所述安心轨迹范围内的采样得到的坐标数据预测得到的点被预测为处于所述安心轨迹范围之外时命令所述操作单元沿着对输入与所述安心轨迹范围偏离的所述轨迹的输入操作产生阻抗的方向生成反作用力，来执行反馈控制以缓解所述受护理者的不安程度。
16.根据权利要求13至15中任一项所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元通过基于所述驱动单元的驱动量时时刻刻地计算所述身体保持装置的位置，来对所述身体保持装置的轨迹进行采样。
17.根据权利要求13或16所述的转移辅助设备，其中
所述控制单元包括用户数据库，所述用户数据库为每一个用户存储所述安心轨迹范围。
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