JP2005348761A - 無軌道自走行型介護用ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ベッドサイドでおこなう臥位にある被介護者を抱き起こして車椅子へ移乗させる順行的な介助作業、車椅子から臥位までの逆行的な介助作業、この間の外出行動（居室外往還行動）に係る介護能力（機械動作）について人間工学的な改善を図る。
【解決手段】無軌道自走行型介護用ロボット装置Ｘが、センシング手段11;12 により自己位置を把握しながら予設定された経路を自走行する無軌道搬送台車１からなる下部構造と、該台車１に立設した支柱部材２と該支柱部材の上部に基端を片持ちした水平アーム４とを構設したΓ型の直交伸縮機枠からなる上部構造を有するとともに、水平アーム４には、座席空間に出没可能な座板部材５と上下スイング可能に臨ませた抱き抱えアーム６とを懸垂して回動支持し、かつ、座席空間に対し視覚センサ８を臨設している。
【選択図】図１

Description

本発明は、被介護者を保持して移動するための介護用ロボット装置に係り、詳しくは、居室内のベッドサイドに接近移動して被介護者（搬送客体に同じ。）を臥位姿勢から抱き起こし、その身体を保持して装置に移乗、かつ、着座させ、被介護者による出動指令操作に基づき居室から出て選択した目的場所へ移動した後、帰還指令操作に基づき同じ経路で居室のベッドサイドに帰還し、かつまた座位から臥位姿勢に戻すまでの居室外往還行動の搬送主体となる無軌道自走行型介護用ロボット装置に関する。

従来より、被介護者の身体を介助する介護者の作業負担（労務負担）の軽減を考慮して、介護作業に介護用ロボット装置を導入しようとする試みがあった。

しかしながら、この種の作業は人手による場合がそうであるように、やわらかい微妙な動きやコツが要求されることもあり、機械動作による人手作業の代替は介護能力の点で問題があった。

こうしたなかで、被介護者が装着したリフトその他の人体保持装置をアーム保持して、移動したり姿勢を変えたりする介護用ロボット装置の提案があった（例えば、特許文献１を参照１）。
特開２００３−１３５５３９号公報

しかしながら、上記公知技術では、被介護者に直接的に関与するハンド（本発明に関し抱き抱えアーム）を備えていない。すなわち、直接的な介護能力はない。

また、床移動はキャスター走行であるが自走式ではなく、極論すると可搬式の荷役ロボットとみなせるものである。

ところで、介護用ロボットとしては、単に介護者の人手不足対策や労務負担の軽減を目的として介護者に代替することに止まらず、直接的な介護能力を獲得し、さらには被介護者と介護者との関係を仲介して新たな関係性を生み出すような２足歩行型ロボット（ヒューマノイドロボット）への指向がある。

この潮流は技術動向としては不可避であるとしても、本発明者は、直接的、かつ、機械的な介護動作の人間工学的改善に専ら意義を認めるものであり、関係性の再構築は所期目的とはしない。

ここで、技術解決課題は、無軌道で自走行する搬送主体であること、及び被介護者に直接的に関与するハンドを有し、かつ、介護者がおこなう介助作業（労務）に代替可能な介護能力を獲得することにある。特に、ベッドサイドでおこなう臥位にある被介護者を抱き起こして車椅子へ移乗させる順行的な介助作業、車椅子から臥位までの逆行的な介助作業、この間の外出行動（居室外往還行動）に係る介護能力（機械動作）について人間工学的な改善を図ることである。

より具体的には、少なくとも以下の４点を目的効果とする。
（１）被介護者を安全、かつ快適に抱え起こし、搬送主体（ロボット装置）に移乗し着座させる介護能力に関する動作制御の改善。
（２）目的地まで障害物を察知し回避しながら自走行する走破性とその制御の開発。
（３）被介護者が意思を円滑に反映するマン・マシンインタフェースの改善、及び動力源の最適化と装置の小型軽量化。
（４）ロボット装置が施設内での準スタッフとなるような運用管理体制（交通制御を含む）の構築。

本発明はこのような事情に鑑みなされたものであって、上記課題を解消し、居室内のベッドサイドに接近移動して被介護者（搬送客体に同じ。）を臥位姿勢から抱き起こし、その身体を保持して装置に移乗、かつ、着座させ、被介護者による出動指令操作に基づき居室から出て選択した目的場所へ移動した後、帰還指令操作に基づき同じ経路で居室のベッドサイドに帰還し、かつまた座位から臥位姿勢に戻すまでの居室外往還行動の搬送主体となる無軌道自走行型介護用ロボット装置を提供するものである。

課題を解決するために本発明は、被介護者を保持して移動するための介護用ロボット装置において、
居室内のベッドサイドに接近移動して被介護者（搬送客体に同じ。）を臥位姿勢から抱き起こし、その身体を保持して装置の座席空間に移乗、かつ、着座させ、被介護者による出動指令操作に基づき居室から出て選択した目的場所へ移動した後、帰還指令操作に基づき同じ経路で居室のベッドサイドに帰還し、かつまた座位から臥位姿勢に戻すまでの外出行動の搬送主体となる無軌道自走行型介護用ロボット装置であって、
センシング手段により自己位置を把握しながら予設定された経路を自走行する無軌道搬送台車からなる下部構造と、該台車に立設した支柱部材と該支柱部材の上部に基端を片持ちした水平アームとを構設したΓ型の直交伸縮機枠からなる上部構造を有するとともに、
前記水平アームには、座席空間に出没可能な座板部材と上下スイング可能に臨ませた抱き抱えアームとを懸垂して回動支持し、かつ、前記座席空間に対し視覚センサを臨設してなり、
ベッド上で臥位姿勢にある被介護者に対して前記抱き抱えアームを差し出して抱き起こし、座位姿勢に移行させて前記座位板部材を股間から臀部に差し出して着座させ、前記水平アームを縮動操作して座位姿勢のまま前記座席空間に横行移動し着座させる移乗介助機構と、
前記移乗介助の実行中に、前記視覚センサを介して被介護者の身体挙動を逐次監視（把握）し、かつ、画像処理することにより、被介護者の機器対応動作の不具合を補正するよう音声誘導する移乗ガイド機構
を具備したことを特徴とするものである。

本発明によれば、自分では寝起きや歩行が困難な被介護者を居室内のベッドから抱き起こし、搬送主体（ロボット装置）に乗車（移乗・着座）させ、居室を出て施設内の床面を自走行して目的場所（例えば、食堂ロビーや浴室やトイレなど。）まで安全に搬送し、用を済ませた後、再び居室内に帰還し、ベッド上の臥位姿勢に戻すことができるので、被介護者の意思行動を支援することができる。また、ベッドから搬送主体（ロボット装置）への移乗と目的場所への移動における介助に代替するスタンドアローンの介護能力を有しているので、介護者の作業負担（労務負担）を軽減することができる。

本発明の実施の最良形態について添付図面を参照して以下説明する。

図１はロボット装置の基本構成を示す３面図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図及び（ｃ）が右側面図である。図は、臥位にある被介護者へのアクセスを示す。

図２はロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面図である。図は、被介護者の抱き抱えを開始した機械動作を示す。

図３はロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面 図である。図は、被介護者を抱き起こしから座位へ移行する機械動作を示す。

図４はロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面図である。図は、被介護者をロボット装置へ移乗させた着座状態を示す。

図５は、上記一連の機械動作を実行するロボット装置の動作手順を示す説明図である。

図６は、居室外往還行動（往路での自走行）を模擬的に示す説明図である。

図７は、ロボット装置の始動から電源停止までの一連の実行動作（アクション）を説明するフローチャートである。

各図から理解されるように、無軌道自走行型介護用ロボット装置Ｘは、無軌道搬送台車からなる基台部材１と、支柱部材２と、背板部材３と、支柱部材１の上部に基端を片持して直交配置した水平アーム４と、水平アーム４から懸垂して回動支持した座板部材５（懸垂部材51を含む）及び抱き抱えアーム６と、少なくとも動作要素に対する音声を含む制御出力をおこなう制御装置７と、座席空間Ｓに臨ませて設けた視覚センサ８を具備している。

基台部材１は、センシング手段により自己位置を把握しながら予設定された経路を自走行する無軌道搬送台車からなり、センシング手段として距離センサ11、障害物センサ12又は加速度センサ（図示省略）を搭載している。

支柱部材２は、基台部材１の前端隅角部に基端を有し、少なくとも上下方向に伸縮可能に立設している。

背板部材３は、基台部材１の後端縁に衝立形成され、該基台部材１の面上前後方向に往復動可能に立設している。

水平アーム４は、支柱部材２の上部に基端を片持ちされ、水平方向に伸縮可能に構設したものである。後述の抱き抱えアーム６間に握りバー41を併設している。

座板部材５は、水平アーム４から垂下した懸垂部材51の下端に面形成され、基台部材１の面上の座席空間Ｓに出没可能に持設している。

抱き抱えアーム６は、水平アーム４に持設され、座板部材５（懸垂部材51を含む）を介した左右対称位置に広狭可能に対向し、かつ、基台部材１の面上の座席空間Ｓに対して上下スイング可能に臨ませて設けている。抱き抱えアーム６の対向面には面圧センサ61を設けている。

そして、ベッドＢ上で臥位姿勢にある被介護者Ｈに対して抱き抱えアーム６を差し出して抱き起こし、座位姿勢に移行させて座板部材５を股間から臀部に差し出して着座させ、水平アーム４を縮動操作して着座姿勢のまま座席空間Ｓに横行移動し台車１への移乗をおこなうようにしている〔移乗介助機構〕。

制御装置７は、座板部材５の下方で基台部材１に載置され、少なくとも動作要素に対する音声を含む制御出力をおこなうようにしている。機器動作の制御は、支柱部材２と水平アーム４間、水平アーム４と座板部材５（51）及び抱き抱えアーム６間をそれぞれ直交配置し、それらの動作又は操作に係る変位を同一座標系で処理するようにしている。

視覚センサ８は、少なくとも抱き抱えアーム６の基端側の水平アーム４と制御装置７の上面にそれぞれ基台部材１の面上の座席空間Ｓに臨ませて設けている。視覚センサ８は、移乗介助の実行中に、被介護者Ｈの身体挙動を逐次監視（把握）し、かつ、画像処理することにより、被介護者Ｈの機器対応動作の不具合を補正するよう音声誘導（上記音声を含む制御出力）をするためのものである〔移乗ガイド機構〕。至適には、ＣＣＤカメラ81と画像処理装置（図示省略）からなる３次元視覚センサである。

ここで、移乗介助機構と移乗ガイド機構における動作制御及び画像処理について説明しておく。

水平アーム４に設けた人物確認用のＣＣＤカメラ81（８）により、ベッドＢ上の被介護者Ｈの映像を捉え、以下の手順で認識処理をおこなう。
イ）人物の輪郭線を認識する。
ロ）輪郭線の形状から脇、股などのターゲット部位を認識する。
ハ）複数のカメラ画像によりターゲット部位までの距離を測る。

上記認識処理に基づき、抱き抱えアーム６を作動し、被介護者Ｈの両脇の下に左右それぞれのアーム６を差し入れるのであるが、アーム６動作中に被介護者Ｈが動いてしまう場合に対応するために、動画像処理とすることにより、アーム６を連続的に微修正しつつ動作制御をおこなうようにしている。

また、抱き抱えアーム６による抱え込み圧力の制御は、面圧センサ61により挟み込み圧力を直接感知してフィードバック制御する。

ここでは、面圧センサ61からの信号で設定圧力に達したことを感知した時点で挟み込み圧力動作を直ちに停止し、また体のズレによって挟み込み状態（圧力）が変化したときには、これに追随して加圧力を微妙に加減する必要がある。このため、アーム６の基端に液体クラッチ（図示省略）を内蔵し、一定の加圧負荷（挟み込み圧力に相当）がかかった場合に負荷を逃がす構造を採用することが望まれる。

次に、自走行制御について概要を述べる。ロボット装置Ｘは、下部構造に走行装置である無軌道搬送台車１（基台部材）を装備しており、必要なセンサ類を搭載し、対物距離その他制御される変量を制御出力して自律的な走行をおこなうものである。

このために、活動範囲のマップ情報を記憶させ、これに付加して試走により走行軌跡（ルート情報）をティーチングする。

そして、目的場所に向けて走行するが、誤差修正のために少なくとも側面に設けた２個の距離センサ11により壁面との平行を保って衝突やコースアウトを防止する。また、進行方向に設けた距離センサ11（又は障害物センサ12）により対面する壁や障害物までの距離を測定しマップ情報を参照して直進又は方向転換など進路判断をおこなう。

なお、距離センサ11の他に加速度センサその他目的に応じたセンサ類を搭載するこは可能である。この場合、視覚センサ８を搭載して複数のセンサに代替させ、画像処理により統合的な走行制御をおこなうことも考慮される。

さらに、被介護者Ｈがおこなうロボット装置Ｘの操作に関し、インタフェースの改善が望まれる。液晶タッチパネルや音声による発停その他の指令操作手段の採用である。ここでは、乗車している被介護者の姿勢変動（危険姿勢）やアドホックな発声による制動又は停止も考慮されることになる。

その他、駆動系、例えば汎用の１２Ｖバッテリやソーラーカー用のモータの採用による動力源の改善や材料選定、例えばアルミニウム製や樹脂製の部材採用による小型軽量化や転倒防止のための補助脚（アウトリガ）の装備等は当然に考慮されてよい。

本発明は、歩行が不自由な被介護者の意思行動を支援するために直接関与する介護能力を有し、これにより介護者の労力負担を軽減するとともに、施設内での準スタッフとなるような運用管理体制（交通制御を含む）の構築に資するロボット技術であるから、産業上の利用可能で有益である。

ロボット装置の基本構成を示す３面図であり、（ａ）が正面図、（ｂ）が平面図及び（ｃ）が右側面図である。図は、臥位にある被介護者へのアクセスを示す。 ロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面図である。図は、被介護者の抱き抱えを開始した機械動作を示す。 ロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面図である。図は、被介護者を抱き起こしから座位へ移行する機械動作を示す。 ロボット装置の基本構成を示す２面図であり、（ａ）が正面図及び（ｂ）が平面図である。図は、被介護者をロボット装置へ移乗させた着座状態を示す。 一連の機械動作を実行するロボット装置の動作手順を示す説明図である。 居室外往還行動（往路での自走行）を模擬的に示す説明図である。 ロボット装置の始動から電源停止までの一連の実行動作（アクション）を説明するフローチャートである。

符号の説明

１ 基台部材〔無軌道搬送台車；下部構造〕
11 距離センサ〔センシング手段〕
12 障害物センサ〔センシング手段〕
２ 支柱部材〔直交伸縮機枠；上部構造〕
３ 背板部材
４ 水平アーム〔直交伸縮機枠；上部構造〕
41 握りバー
５ 座板部材
51 懸垂部材
６ 抱き抱えアーム
61 面圧センサ
７ 制御装置
８ 視覚センサ
81 ＣＣＤカメラ
Ｂ ベッド
Ｓ 座席空間
Ｈ 被介護者（搬送客体）
Ｘ 無軌道自走行型介護用ロボット装置（搬送主体）

Claims (3)

1. 被介護者を保持して移動するための介護用ロボット装置において、
   居室内のベッドサイドに接近移動して被介護者（搬送客体に同じ。）を臥位姿勢から抱き起こし、その身体を保持して装置の座席空間に移乗、かつ、着座させ、被介護者による出動指令操作に基づき居室から出て選択した目的場所へ移動した後、帰還指令操作に基づき同じ経路で居室のベッドサイドに帰還し、かつまた座位から臥位姿勢に戻すまでの外出行動の搬送主体となる無軌道自走行型介護用ロボット装置であって、
   センシング手段により自己位置を把握しながら予設定された経路を自走行する無軌道搬送台車からなる下部構造と、該台車に立設した支柱部材と該支柱部材の上部に基端を片持ちした水平アームとを構設したΓ型の直交伸縮機枠からなる上部構造を有するとともに、
   前記水平アームには、前記台車の座席空間に出没可能な座板部材と上下スイング可能に臨ませた抱き抱えアームとを懸垂して回動支持し、かつ、前記座席空間に対し視覚センサを臨設してなり、
   ベッド上で臥位姿勢にある被介護者に対して前記抱き抱えアームを差し出して抱き起こし、座位姿勢に移行させて前記座位板部材を股間から臀部に差し出して着座させ、前記水平アームを縮動操作して座位姿勢のまま前記座席空間に横行移動し着座させる移乗介助機構と、
   前記移乗介助の実行中に、前記視覚センサを介して被介護者の身体挙動を逐次監視（把握）し、かつ、画像処理することにより、被介護者の機器対応動作の不具合を補正するよう音声誘導する移乗ガイド機構
   を具備したことを特徴とする無軌道自走行型介護用ロボット装置。
2. 被介護者を保持して移動するための介護用ロボット装置において、
   居室内のベッドサイドに接近移動して臥位の被介護者（搬送客体に同じ。）を抱き起こし、その身体を保持して装置に移乗、かつ、着座させ、被介護者による出動指令操作に基づき居室から出て選択した目的場所へ移動した後、帰還指令操作に基づき同じ経路で居室のベッドサイドに帰還し、かつまた座位から臥位に復帰するような外出行動の搬送主体となる無軌道自走行型介護用ロボット装置であって、
   センシング手段により自己位置を把握しながら予設定された経路を自走行する無軌道搬送台車からなる基台部材と、
   前記基台部材の前端隅角部に基端を有し、少なくとも上下方向に伸縮可能に立設した支柱部材と、
   前記基台部材の後端縁に衝立形成され、該基台部材の面上前後方向に往復動可能に立設した背板部材と、
   前記支柱部材の上部に基端を片持ちされ、水平方向に伸縮可能に構設した水平アームと、前記水平アームから垂下した懸垂部材の下端に面形成され、前記基台部材の面上の座席空間に出没可能に持設した座板部材と、
   前記水平アームに持設され、前記座板部材又は懸垂部材を介した左右対称位置に広狭可能に対向し、かつ、前記基台部材の面上の座席空間において上下スイング可能に臨ませて設けた抱き抱えアームと、
   前記座板部材の下方で前記基台部材に載置され、少なくとも動作要素に対する音声を含む制御出力をおこなう制御装置と、
   少なくとも前記抱き抱えアームの基端側の水平アームと前記制御装置の上面にそれぞれ前記基台部材の面上の座席空間に臨ませて設けた視覚センサを具備し、
   前記支柱部材と水平アーム間、前記水平アームと座板部材及び抱き抱えアーム間でそれぞれの軸線が直交関係を有するように配置し、それらの動作又は操作に係る変位を同一座標系で処理するようにしたことを特徴とする無軌道自走行型介護用ロボット装置。
3. センシング手段が障害物センサ、距離センサ又は加速度センサであり、
   視覚センサがＣＣＤカメラと画像処理装置からなる３次元視覚センサであり、
   抱き抱えアームが対向面に面圧センサを有したものである
   請求項１記載の無軌道自走行型介護用ロボット装置。
   

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