CN108414070A - 荷重测量用销轴传感器、看护用床以及看护系统 - Google Patents

Abstract

一种荷重测量用销轴传感器、看护用床以及看护系统，将连结销设为荷重测量用销轴传感器，在现有的床也能够容易地使用。荷重测量用销轴传感器作为连结销被插入到床的多个框架的连结部，具备：轴部，构成连结销；施力点部，设置于轴部，一个框架的荷重作用于施力点部；支点部，设置在轴部的与施力点部不同的位置，另一个框架的应力作用于支点部；感应部，设置在轴部的连结施力点部与支点部的部分；以及应变仪，检测在感应部中发生的应变，施力点部和支点部中的一方的横截面为比轴部大的圆形以外的形状，所对应的框架侧的销轴传感器承纳部也为与圆形以外的形状对应的形状，从而避免转动，施力点部和支点部中的另一方的与框架侧接触的部分为球形状。

Description

荷重测量用销轴传感器、看护用床以及看护系统

技术领域

本发明涉及一种荷重测量用销轴传感器、看护用床以及看护系统，特别是涉及如下一种荷重测量用销轴传感器、具备该荷重测量用销轴传感器的看护用床以及使用了该荷重测量用销轴传感器和该看护用床的看护系统，其中，该荷重测量用销轴传感器适于在护理用床、医疗用床、电动床或护理升降机等医院或护理设施的患者用装置或者健全者用床(以下，统称为床)中测量荷重来获得重量、振动以及呼吸、心率等生物体信息时使用，且能够容易地测量床的所需部位的荷重，该荷重测量用销轴传感器除了能够在制造床时设置以外，还能够以后装方式容易地设置于使用中的床。

背景技术

近年来，痴呆症的老年人的出走以及在床附近跌倒、滚落的事故成为社会性问题，正在寻求其对策。另外，期望如下一种技术：利用床的荷重信息来监视老年人、手术后不久的患者等长期卧床的使用者的床上的活动，由此能够在异常事态时更加迅速地应对。

出于该目的，例如在专利文献1至3中记载了如下一种技术：在床的脚部、脚部与床之间设置荷重检测器来直接测量荷重，或者在床部的升降机构中设置间接地测量荷重的转矩传感器。另外，在专利文献4、5中记载了一种在床的框架上设置荷重检测器的技术。

专利文献1：日本特开平2-280733号公报

专利文献2：日本专利第3093745号公报

专利文献3：日本专利第3322632号公报

专利文献4：日本专利第4818162号公报

专利文献5：日本专利第4514717号公报

专利文献6：日本专利第4857156号公报

发明内容

发明要解决的问题

另一方面，近年来，如专利文献6所记载的那样，电动床正在被实用化。然而，以往不存在能够容易地在现有的床中使用的荷重测量用传感器。

本发明为了消除上述现有问题而完成的，其第一课题在于提供一种在现有的床中也能够容易地使用的不会转动的荷重测量用销轴传感器。

另外，本发明的第二课题在于提供一种具备所述荷重测量用销轴传感器的看护用床。

另外，本发明的第三课题在于提供一种使用了所述看护用床的看护系统。

用于解决问题的方案

本发明是一种作为连结销被插入到床的多个框架的连结部的荷重测量用销轴传感器，具备：轴部，其构成所述连结销；施力点部，其设置于该轴部，一个框架的荷重作用于该施力点部；支点部，其同样设置在所述轴部的与所述施力点部不同的位置，另一个框架的应力作用于该支点部；感应部，其设置在所述轴部的连结所述施力点部与所述支点部的部分；以及应变仪，其检测在该感应部中发生的应变，其中，所述施力点部和所述支点部中的一方的横截面被设为比所述轴部大的除圆形以外的形状，所对应的框架侧的销轴传感器承纳部也被设为与所述除圆形以外的形状对应的形状，从而避免转动，并且所述施力点部和所述支点部中的另一方的与框架侧接触的部分被设为球形状，利用这种荷重测量用销轴传感器解决了所述第一课题。

在此，能够将所述一方的横截面设为处于所述轴部的长边方向中央的支点部的横截面。

另外，能够将所述除圆形以外的形状设为四边形。

另外，能够将所述感应部设为横截面为长方形的棱柱形状。

另外，能够将所述应变仪倾斜地贴于所述感应部。

本发明还通过具备所述荷重测量用销轴传感器的看护用床解决了所述第二课题。

在此，能够将所述荷重测量用销轴传感器设置在床的框架连结部四个点。

本发明还通过如下的看护系统解决了所述第三课题，该看护系统具备：看护用床，其具备荷重测量用销轴传感器；信号处理单元，其对所述荷重测量用销轴传感器的输出进行处理来获得生物体信号；以及显示单元，其显示该信号处理单元的处理结果。

在此，所述生物体信号能够包括呼吸和心率中的至少任一方。

另外，所述信号处理单元包括：生物体放大器，其将生物体信号放大；以及增益控制电路，其根据测量对象的生物体信号振幅来动态地控制该生物体放大器的增益。

另外，所述信号处理单元能够将配设在床的头侧的荷重测量用销轴传感器的输出加上配设在床的脚侧的荷重测量用销轴传感器的输出的反相来消除噪声。

另外，能够还包括监视床上的测量对象的监控摄像头。

发明的效果

根据本发明，能够利用作为连结销被插入到床的多个框架、例如上下框架间的连结部的不会转动的销轴传感器来测量荷重，因此即使对于现有的床也能够容易地使用销轴传感器，能够基于由该销轴传感器检测的荷重的变化来容易地获取与患者的移动、呼吸、心率有关的生物体信息。

另外，通过将该销轴传感器安装于床，能够容易地实现具有荷重测量功能的看护用床。

并且，通过利用该看护用床，能够容易地实现看护系统。

附图说明

图1是从斜上方观察安装有本发明的实施方式所涉及的销轴传感器的电动床的整体结构例的立体图。

图2是从斜下方观察安装有本发明的实施方式所涉及的销轴传感器的电动床的整体结构例的立体图。

图3是从上观察上述电动床的头侧的放大立体图。

图4是表示上述实施方式的销轴传感器安装状态的用于替代附图的照片。

图5的(A)是表示参考方式的销轴传感器的结构的立体图，图5的(B)是表示参考方式的销轴传感器的安装状态的截面图。

图6的(A)是表示第一实施方式的销轴传感器的结构的立体图，图6的(B)是表示第一实施方式的销轴传感器的安装状态的截面图，图6的(C)是表示销轴传感器和撑条侧的销轴传感器承纳部的横截面的截面图。

图7是表示采用了第一实施方式的看护系统的第一实施例的整体结构的框图。

图8是表示第一实施例的被用作连结销的销轴传感器在床上的配设位置的俯视图。

图9的(A)是表示第一实施例的生物体信号，图9的(B)是表示第一实施例的处理中的信号变化的例子的图。

图10是表示第一实施例的生物体信号的处理过程的流程图。

图11是表示第一实施例的消除了噪声的例子的图。

图12是表示第一实施例的在重心位置检测处理中使用的荷重表的采样点的例子的俯视图。

图13是表示第一实施例的两点间重心的检测例的俯视图。

图14是表示第一实施例的根据两点间重心检测床上重心位置的例子的俯视图。

图15是表示附加有摄像头的看护系统的第二实施例的整体结构的图。

图16是表示第二实施例的监控画面的一例的图。

图17是表示上述监控画面的其它例的图。

附图标记说明

8：患者；10：电动床；20：上框架；30、36、54、60：横管；32、34、38、40、56、58、62、64：撑条；50：下框架；70：销轴传感器；71～74：连结销；80、82：施力点部；81、83：感应部；84：支点部；86：轴部；90：应变仪；100：信号处理单元；102：荷重用信号放大部；104：生物体偏移跟踪部；106：生物体用信号放大部；108A、108B：生物体用A/D变换部；110：生物体信号检测部；110A：呼吸检测部；110B：心率检测部；110C：生物体偏移跟踪处理部；112A、112B、112C、112D：荷重用A/D变换部；114：荷重/重心检测部；114A：荷重/重心表；114B：荷重检测部；114C：重心检测部；116：离床在床检测部；116A：在床检测部；116B：起床检测部；116C：离床检测部；118：通信部；120：显示部；120A：荷重显示部；120B：重心显示部；120C：呼吸数显示部；120D：心率数显示部；200：监控摄像头；210：图像识别单元。

具体实施方式

下面，参照附图来详细地说明本发明的实施方式。此外，本发明并不限定于以下的实施方式和实施例中记载的内容。另外，在以下记载的实施方式和实施例的构成要件中包含本领域技术人员能够容易地设想的构成要件、实质上相同的构成要件、所谓等同的范围内的构成要件。并且，以下记载的实施方式和实施例中公开的构成要素既可以适当组合地使用，也可以适当地选择地使用。

如图1至图3所示，安装有本发明的实施方式的销轴传感器的电动床10主要具备能够上下移动的上框架20和包括移动用车轮52的下框架50。

在所述上框架20上，从患者头侧朝向脚侧依次设置有背部底板22、腰部底板24、膝部底板26以及脚部底板28。

在所述上框架20和下框架50的患者头侧和脚侧分别沿横向设置有圆筒状的管(称为横管)30、36、54、60。

所述电动床10的用于支承所述背部底板22等的上框架20随着构成致动器的杆的管(称为外管)92(参照图2)的活动而进行上下移动，由此，能够调节上框架20的高度。

在所述背部底板22、腰部底板24、膝部底板26以及脚部底板28的下方设置有用于将背部底板22升起的背部升起装置(省略图示)和用于将膝部底板26升起的膝部升起装置(省略图示)。

所述上框架20和下框架50分别具有被固定于上框架头侧横管30的两侧的右侧撑条32和左侧撑条34、被固定于上框架脚侧横管36的两侧的右侧撑条38和左侧撑条40、被固定于下框架头侧横管54的两侧的右侧撑条56和左侧撑条58、被固定于下框架脚侧横管60的两侧的右侧撑条62和左侧撑条64，如在图4中例示撑条34和58的情况那样，对应的撑条32与56、34与58、38与62、40与64分别用连结销71、72、73、74连结。

在参考方式中，作为这些连结销71～74，使用如图5所示的销轴传感器70。

在图5中例示连结销71的情况的、参考方式的销轴传感器70具备：上框架20的荷重例如经由撑条32作用的两个施力点部80、82、下框架50的应力例如经由撑条56作用的支点部84、将所述施力点部80、82与支点部84连结的感应部81、83、轴部86和头部88、以及将所述施力点部80与支点部84之间的感应部81以及支点部84与施力点部82之间的感应部83中产生的应变变换为电信号的应变仪90。

所述施力点部80、82以及支点部84设为圆柱形状。

所述感应部81、83设为在水平方向上长且在上下方向上具有必要的厚度的横长的棱柱形状，来确保作为连结销的强度。

本参考方式维持现有床的销形状并设为能够更换的形状。

另外，为了明确地区分被施加荷重的部分和应变的部分而成为这种形状。

所述应变仪90例如以弯曲方式贴于感应部81、83的上下的表面，将隔着支点部84在上下设置有共计四片的应变仪90的输出桥状地连接，由此能够高灵敏度地检测应变。在此，应变仪能够设为一片、两片以及四片。片数越多，精度越高。在本参考方式中设为四片，用四片应变仪构成桥电路。

图6的(A)示出本发明的第一实施方式所涉及的销轴传感器70。本实施方式设为以下构造：将参考方式的施力点部80、82以及支点部84的与框架侧(在此为撑条32、56)接触的部分设为球形状，以点来捕获力。由此，如图6的(B)中所例示的那样，即使撑条(32)沿轴向偏移，与施力点部(80、82)接触的位置也几乎不变。另外，即使撑条(56)沿轴向偏移，与支点部(84)接触的位置也几乎不变。因此，销轴传感器70、框架(32、56)的偏移不会对支点和施力点造成影响，由轴向偏移导致的荷重值的偏差变小。

并且，在该第一实施方式中，如图6的(C)(从图6的(B)的箭头C方向观察到的横截面图)所示，将销轴传感器70的例如中央的支点部84的横截面设为四边形状，将对应的框架侧(撑条56)的销轴传感器承纳部的横截面也设为对应的四边形状，由此销轴传感器70不会转动。

该第一实施方式的感应部81、83设为在上下方向上长、在水平方向上具有必要的厚度的纵长的棱柱形状，来确保作为连结销的强度。

本实施方式的应变仪90被设为剪切方式，将以倾斜45°的方式被对称地贴附于感应部81、83的前后两个侧面的共计四片应变仪90的输出桥状地连接，由此能够高灵敏度地检测由对支点部84和施力点部80、82施加的荷重产生的剪切应变。在此，应变仪能够设为一片、两片以及四片。片数越多，精度越高。在本实施方式中设为四片，用四片应变仪构成桥电路。

还能够对参考方式的支点部84、施力点部80、82追加与第一实施方式的支点部84相同的结构，来防止参考方式的销轴传感器70的转动。

此外，还能够将参考方式设为剪切方式，将第一实施方式设为弯曲方式。

通过这样，能够检测对床壳体的上下框架的连结部施加的荷重，基于此，检测对该部分施加的荷重，根据该荷重的变化来检测向电动床10的壳体传递的振动(波)，从而能够检测包含呼吸和心率的生物体信息。因而，仅使人躺在电动床10上就能够非接触地检测躺着的人的呼吸和心率。

此外，使用销轴传感器70的位置并不限定于连结销71～74的位置，也可以是床的被施加所有荷重的其它四个点。根据床的构造的不同，点数也并不限定于四个点。

图7示出采用了销轴传感器的第一实施方式的看护系统的第一实施例的整体结构。

在该第一实施例中，各销轴传感器71～74如图8所示那样分别被配设在电动床10的头侧和脚侧的左右。

在此，为了获得呼吸、心率等生物体信息，能够通过使用例如销轴传感器71和74或者销轴传感器72和73那样的至少对角的两个传感器来检测床整体的生物体信号。

另外，为了获得荷重/重心信息，能够通过使用所有销轴传感器71～74来高精度地检测荷重和重心。

如图7所示出的那样，所述销轴传感器71～74的输出被输入到信号处理单元100的荷重用信号放大部102。用该荷重用信号放大部102放大后的销轴传感器输出中的例如销轴传感器71和74的输出被输入到生物体偏移跟踪部104。该生物体偏移跟踪部104的输出被输入到生物体用信号放大部106。该生物体用信号放大部106的输出在用生物体用A/D变换部108A、108B变换为数字信号后被输入到包括呼吸检测部110A、心率检测部110B、生物体偏移跟踪处理部110C的生物体信号检测部110。

如图9的(A)所例示那样，与销轴传感器输出信号的所有荷重值的变化范围相对应的生物体信号的变化范围非常小。因此，在生物体偏移跟踪处理部110C中进行如图9的(B)和图10所示那样的跟踪处理来找出生物体信号。

具体地说，首先，在图10的步骤1100中，利用荷重用信号放大部102和生物体用信号放大部106将销轴传感器71和74的输出信号放大。

接着，在步骤1110中，被输入到生物体用A/D变换部108A、108B来获取生物体AD值。将在此获取到的信号按时间序列排列而成的波形为生物体信号。

首先，对该生物体信号进行生物体偏移范围设定处理。

具体地说，进入步骤1120，判定生物体信号是否进入了生物体AD满刻度。

在判定结果为“否”时，进入步骤1130，使生物体偏移大幅地变化，并调整为使生物体AD值最接近生物体AD满刻度范围的中心的状态。

在步骤1120的判定结果为“是”时，进入步骤1140，来进行生物体偏移粗调整处理。

具体地说，在步骤1140中，与生物体偏移范围处理相比更细微地使生物体偏移中等程度地变化，并调整为使生物体AD值成为最接近生物体AD满刻度范围的中心的值。

在步骤1150的结果为“是”时，进行生物体偏移微调整处理。

具体地说，在步骤1160中，将生物体信号用的增益设定为微调整用的增益，并将信号放大。然后，在步骤1170中，细微地调整生物体信号的偏移，并调整为使生物体信号的整个振幅从微调上限进入微调下限的微调范围内。

在步骤1180中，如果判定为生物体信号的整个振幅从微调上限进入微调下限的微调范围内，则找出生物体信号的处理结束。

另一方面，所述四个销轴传感器71～74的输出信号在被荷重用信号放大部102放大之后被分别输入到荷重用A/D变换部112A、112B、112C、112D来进行A/D变换，并获取荷重用AD值。

以下面的流程进行床上荷重值的检测。

首先，1.将电源刚刚接通之后以及刚刚复位之后的荷重用AD值设为0偏移值。

接着，2.将从对床上施加荷重时的荷重用AD值减去0偏移值所得到的值乘以用于校正每个销轴传感器的灵敏度的差异的灵敏度校正系数。其为每个销轴传感器的荷重值。

接着，3.通过将每个销轴传感器的荷重值进行合计，能够检测床上荷重值。

以这种方式在床上实时地获得的荷重值被输入到具备荷重/重心表114A、荷重检测部114B以及重心检测部114C的荷重/重心检测部114。

此时，对头侧的销轴传感器71、72的输出信号加上脚侧的销轴传感器73、74的输出信号的反相，从而能够消除电信号中叠加的由床、空气的振动引起的外来噪声，能够提高生物体检测精度。脚侧的销轴传感器73、74中也存在生物体的振动，因此生物体信号也会衰减，但由床、空气的振动引起的外来噪声的衰减效果高，因此S/N比提高。在实施例中，如在图11中所例示的那样，振动噪声减少约50％，但生物体信号减少约30％即可，能够确认的是S/N比提高1.4倍以上。

例如能够以如下方式进行所述荷重检测部114B中的床上重心位置检测。

在此，使用之前求出的每个销轴传感器的床上荷重值，并根据四个点的销轴传感器各自的荷重值的比例来进行重心位置的检测。

首先，1)基于每个销轴传感器的床上荷重值和如表1那样的荷重表，来针对四个点的销轴传感器71～74中的以下两个点的组合分别检测两点间的重心位置。

·右头传感器71上和左头传感器72上的两个点

·右头传感器71上和右脚传感器73上的两个点

·左头传感器72上和左脚传感器74上的两个点

·右脚传感器73上和左脚传感器74上的两个点

例如，在根据右头传感器71上和左头传感器72上的两个点来计算重心位置的情况下，如下那样进行计算。

首先，分别计算右头荷重、左头荷重相对于四个点的荷重的总和的比例。为了计算荷重比例而使用如表1那样的荷重表。

【表1】

表1表示在图12的各采样点处施加荷重时对四个销轴传感器施加的荷重的比例。

1A)如在图13中所例示的那样，根据荷重表并通过线性插值来计算在床上对于四个点的总和而言有可能成为右头荷重比例的重心位置。在图13中示出了右头荷重比例为10％的位置的线性插值的例子。

1B)根据荷重表并通过线性插值来计算在床上对于四个点的总和而言有可能成为左头荷重比例的重心位置。在图13中示出了左头荷重比例为10％的位置的线性插值的例子。

1C)对右头荷重比例为10％的线性插值线与左头荷重比例为10％的线性插值线的交点进行计算。该交点为右头传感器71上与左头传感器72上的两点间的重心位置(参照图13)。

2)接着，根据四个点的销轴传感器71～74中的“针对两个点的重心位置”来检测床上重心位置。即，在1)的处理中检测以下的四个“针对两个点的重心位置”。

·右头传感器71上和左头传感器72上的两个点

·右头传感器71上和右脚传感器73上的两个点

·左头传感器72上和左脚传感器74上的两个点

·右脚传感器73上和左脚传感器74上的两个点

因此，如在图14中所例示的那样，根据这四个“针对两个点的重心位置”的交点来检测床上重心位置。

所述荷重/重心检测部114和所述生物体信号检测部110的输出被输入到包括在床检测部116A、起床检测部116B以及离床检测部116C的离床在床检测部116，来检测离床在床。

该离床在床检测部116的输出被输入到通信部118，并被输入到具备荷重显示部120A、重心显示部120B、呼吸数显示部120C以及心率数显示部120D的显示部120来进行显示。

接着，参照图15对进一步附加有监控摄像头的看护系统的第二实施例进行说明。

关于该第二实施例，如图15所示，除了与图7相同的看护系统的第一实施例以外，还附加有监控摄像头200和图像识别单元210，其中，该监控摄像头200例如设置于电动床10的脚踏板且使视野从脚侧朝向头侧，该图像识别单元210将患者8的人体部位(头部8A、胴体8B、手8C、脚8D等)识别为对象、部位。

此外，监控摄像头200的配设位置并不限定于脚踏板，也可以是能够拍摄床的全景的其它位置。

根据该第二实施例，除了第一实施例的重心检测结果以外，能够根据监控摄像头200的图像来识别患者8的对象、部位，并根据该识别结果来进一步进行可靠的看护。即，能够通过将由监控摄像头200获得的二维图像与床信息组合来进行可靠性高的判断。

例如，如图16所示，在利用销轴传感器71～74检测为重心处于电动床10的端部、进一步根据摄像头图像识别结果检测为患者8处于端坐的情况下，保持原样地继续进行看护。

另一方面，如图17所示，在判定为患者8正在睡觉时，判断为存在滚落等危险性，从而进行发出警报等必要的行动。

能够通过将像这样由监控摄像头200获得的二维图像与床信息组合来进行可靠性高的判断。

另外，例如还能够仅记录离床、跌倒、滚落等事件发生时的影像数据。

并且，还能够通过实时地将生物体、荷重、重心、人的行动的信息数据化并进行机械学习来预知危险行动。

此外，监控摄像头200的配设位置、方向并不限定于图15的例子。

在所述实施方式中，本发明应用于电动床，但本发明的应用对象并不限定于此，也能够应用于没有被电动化的护理用床、医疗用床、护理升降机，还能够应用于健全者用床。

销轴传感器的安装对象也并不限定于现有的床，也能够从最初就安装于新床地使用。

框架的关系也并不限定于上下。

Claims (7)

1.一种荷重测量用销轴传感器，作为连结销被插入到床的多个框架的连结部，所述荷重测量用销轴传感器的特征在于，具备：

轴部，其构成所述连结销；

施力点部，其设置于该轴部，一个框架的荷重作用于该施力点部；

支点部，其同样设置在所述轴部的与所述施力点部不同的位置，另一个框架的应力作用于该支点部；

感应部，其设置在所述轴部的连结所述施力点部与所述支点部的部分；以及

应变仪，其检测在该感应部发生的应变，

其中，所述施力点部和所述支点部中的一方的横截面被设为比所述轴部大的除圆形以外的形状，所对应的框架侧的销轴传感器承纳部也被设为与所述除圆形以外的形状对应的形状，从而避免转动，

并且所述施力点部和所述支点部中的另一方的与框架侧接触的部分被设为球形状。

2.根据权利要求1所述的荷重测量用销轴传感器，其特征在于，

所述一方的横截面是处于所述轴部的长边方向中央的支点部的横截面。

3.根据权利要求1或2所述的荷重测量用销轴传感器，其特征在于，

所述除圆形以外的形状是四边形。

4.根据权利要求1至3中的任一项所述的荷重测量用销轴传感器，其特征在于，

所述感应部被设为横截面为长方形的棱柱形状。

5.一种看护用床，其特征在于，

具备根据权利要求1至4中的任一项所述的荷重测量用销轴传感器。

6.一种看护系统，其特征在于，具备：

看护用床，其具备根据权利要求1至4中的任一项所述的荷重测量用销轴传感器；

信号处理单元，其对所述荷重测量用销轴传感器的输出进行处理来获得生物体信号；以及

显示单元，其显示该信号处理单元的处理结果。

7.根据权利要求6所述的看护系统，其特征在于，

还包括监视床上的测量对象的监控摄像头。