JP2007195814A - 動作支援装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】使用者の動作を十分に支援することができるようにする。
【解決手段】使用者の躯体の被支持部を支持する支持部材17と、該支持部材17を少なくとも第1、第2の方向に移動させるための移動機構と、通常の運動機能を有する人が、所定の動作を行ったときの動作パターンが標準動作パターンとして記録された記録装置と、前記使用者が前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材17を移動させる支持部材移動処理手段と、前記支持部材17を移動させるときに、支持部材17に加わる負荷を検出する負荷検出部と、検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンを補正する補正処理手段とを有する。使用者にとって最適な状態で動作をすることができる。
【選択図】図1
【解決手段】使用者の躯体の被支持部を支持する支持部材17と、該支持部材17を少なくとも第1、第2の方向に移動させるための移動機構と、通常の運動機能を有する人が、所定の動作を行ったときの動作パターンが標準動作パターンとして記録された記録装置と、前記使用者が前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材17を移動させる支持部材移動処理手段と、前記支持部材17を移動させるときに、支持部材17に加わる負荷を検出する負荷検出部と、検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンを補正する補正処理手段とを有する。使用者にとって最適な状態で動作をすることができる。
【選択図】図1
Description
本発明は、動作支援装置に関するものである。
従来、十分な運動機能を有しない人、例えば、高齢者の歩行を補助するために、部屋、廊下、トイレ等に手すりが取り付けられ、該手すりを把持することによって高齢者の歩行が支援されるようになっている。
ところが、前記手すりは起立した状態で利用するのに適しているが、例えば、椅子、ベッド等に着席した状態から起立する場合、起立した状態から椅子、ベッド等に着席する場合等においては、手すりを利用することができず、介護人による補助が必要になる。
そこで、介護人による補助を必要とすることなく、着席した状態から起立したり、起立した状態から着席したりすることができる動作支援装置が提供されている。
この種の動作支援装置においては、把手状の支持部材を垂直方向及び水平方向の2方向に移動させることができるようになっていて、高齢者等の使用者が支持部材を把持すると、支持部材があらかじめ設定された動作パターンで移動され、使用者が椅子に着席した状態から起立したり、起立した状態から椅子に着席したりする動作が支援される(例えば、特許文献1参照。)。
特開2005−152379号公報
しかしながら、前記従来の動作支援装置においては、支持部材が前記動作パターンで移動したときに、必ずしも使用者にとって最適な状態で起立したり、着席したりするとは限らない。
したがって、使用者の動作を十分に支援することができない。
本発明は、前記従来の動作支援装置の問題点を解決して、使用者の動作を十分に支援することができるようにした動作支援装置を提供することを目的とする。
そのために、本発明の動作支援装置においては、使用者の躯体の一部から成る被支持部を支持する支持部材と、該支持部材を少なくとも第1、第2の方向に移動させるための移動機構と、あらかじめ選定された、通常の運動機能を有する人が、前記支持部材を把持して所定の動作を行ったときの動作パターンが標準動作パターンとして記録された記録装置と、前記使用者が、前記支持部材を把持して前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材を移動させる支持部材移動処理手段と、前記支持部材を移動させるときに、支持部材に加わる負荷を検出する負荷検出部と、検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンを補正するパターン補正処理手段とを有する。
本発明の他の動作支援装置においては、さらに、前記負荷は、前記第1、第2の方向に加わる荷重及びトルク、並びに第1、第2の方向を含む平面に対して直角の方向の第3の方向に加わる荷重及びトルクである。
本発明の更に他の動作支援装置においては、さらに、前記標準動作パターンは、通常の運動機能を有する人が、前記支持部材を把持して所定の動作を行ったときの躯体の重心の軌跡に基づいて設定される。
本発明によれば、動作支援装置においては、使用者の躯体の一部から成る被支持部を支持する支持部材と、該支持部材を少なくとも第1、第2の方向に移動させるための移動機構と、あらかじめ選定された、通常の運動機能を有する人が、前記支持部材を把持して所定の動作を行ったときの動作パターンが標準動作パターンとして記録された記録装置と、前記使用者が、前記支持部材を把持して前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材を移動させる支持部材移動処理手段と、前記支持部材を移動させるときに、支持部材に加わる負荷を検出する負荷検出部と、検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンを補正するパターン補正処理手段とを有する。
この場合、使用者が、前記支持部材を把持して前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材を移動させ、このとき、支持部材に加わる負荷が検出され、検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンが補正されるので、使用者にとって最適な状態で動作をすることができる。
したがって、使用者の動作を十分に支援することができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
図1は本発明の実施の形態における動作支援装置の正面図、図2は本発明の実施の形態における支持部材の斜視図、図3は本発明の実施の形態における動作支援制御装置を示す図、図4は本発明の実施の形態における躯体の重心の軌跡の例を示す図である。なお、図4において、横軸に水平方向の位置を、縦軸に垂直方向の位置を採ってある。
図において、10は動作支援装置、11はフレームであり、該フレーム11は、例えば、椅子20に隣接させて、床面上に載置したり、壁に取り付けたりすることができるようになっている。前記フレーム11の所定の箇所、本実施の形態においては、下方に、第1の方向、本実施の形態においては、水平方向の移動機構、すなわち、水平方向移動機構(Xテーブル)12が、水平方向に延在させて形成され、該水平方向移動機構12に第1の移動部材13が水平方向に移動自在に配設される。また、該第1の移動部材13に、第2の方向、本実施の形態においては、垂直方向の移動機構、すなわち、垂直方向移動機構(Yテーブル)14が垂直方向に延在させて形成され、該垂直方向移動機構14に第2の移動部材15が垂直方向に移動自在に配設される。前記第1、第2の移動部材13、15は所定のストローク、例えば、65〔cm〕の長さを有する。
また、前記第2の移動部材15に所定の形状及び寸法を有する手すり状の支持部材17が取り付けられる。該支持部材17は、第2の移動部材15から前方(図2において右方)に向けて延び、突出させて形成された2本のスタッド18、及び該各スタッド18の先端間にわたって水平に、かつ、水平方向移動機構12に対して平行に取り付けられた把持部19(例えば、30〔cm〕の長さを有する。)を備え、十分な運動機能を有しない人、例えば、高齢者等の使用者の、被支持部としての躯体の一部、本実施の形態においては、手を支持する。
したがって、使用者が、前記手(図1に示されるように、椅子20に着席した状態で動作支援装置10が左側に設置された場合は左手)で支持部材17を把持することによって、椅子20に着席した状態から起立したり、起立した状態から椅子20に着席したりする動作を支援することができる。なお、ベッドにおいても、同様に、前記動作を支援することができる。
前記水平方向移動機構12は、第1の駆動部としてのモータ21、該モータ21の出力軸に取り付けられた第1の変換要素としてのボールねじ軸22、及び該ボールねじ軸22と螺(ら)合させられ、前記第1の移動部材13に取り付けられた第2の変換要素としてのボールナット23を備え、前記ボールねじ軸22及びボールナット23によって第1の運動方向変換部としてのボールねじ24が構成される。該ボールねじ24は、モータ21が駆動されるのに伴ってボールねじ軸22が回転させられると、回転運動を直進運動に変換してボールナット23を進退(図1において左右方向に移動)させる。なお、本実施の形態においては、モータ21の出力軸にボールねじ軸22が取り付けられ、第1の移動部材13にボールナット23が取り付けられるようになっているが、モータ21の出力軸にボールナットを取り付け、第1の移動部材13にボールねじ軸を取り付けることもできる。
また、前記垂直方向移動機構14は、第2の駆動部としてのモータ26、該モータ26の出力軸に取り付けられた第1の変換要素としてのボールねじ軸27、及び該ボールねじ軸27と螺合させられ、前記第2の移動部材15に取り付けられた第2の変換要素としてのボールナット28を備え、前記ボールねじ軸27及びボールナット28によって第2の運動方向変換部としてのボールねじ29が構成される。該ボールねじ29は、モータ26が駆動されるのに伴ってボールねじ軸27が回転させられると、回転運動を直進運動に変換してボールナット28を進退(図1において上下方向に移動)させる。なお、本実施の形態においては、モータ26の出力軸にボールねじ軸27が取り付けられ、第2の移動部材15にボールナット28が取り付けられるようになっているが、モータ26の出力軸にボールナットを取り付け、第2の移動部材15にボールねじ軸を取り付けることもできる。本実施の形態においては、前記モータ21、26としてACサーボモータが使用され、例えば、最大荷重が450〔N〕にされる。
したがって、モータ21、26を駆動することによって、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14を作動させ、支持部材17を水平方向及び垂直方向に二次元で移動させ、任意の位置に置くことができる。そして、使用者にとって最適な動作パターンに従って支持部材17を、移動を開始する位置、すなわち、移動開始位置から移動を終了する位置、すなわち、移動終了位置まで移動させることができる。なお、所定の位置で第1、第2の移動部材13、15及び支持部材17を停止させることができるように、モータ21、26にブレーキ付きのものを使用するのが好ましい。
本実施の形態においては、支持部材17を二次元で移動させるようになっているが、第3の方向、すなわち、水平方向及び垂直方向を含む平面に対して直角の方向の移動機構を形成し、支持部材17を三次元で移動させることもできる。また、水平方向移動機構12にモータ21及びボールねじ24を配設し、垂直方向移動機構14にモータ26及びボールねじ29を配設するようになっているが、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14としてリニアモータを使用することもできる。
さらに、本実施の形態においては、第1、第2の運動方向変換部としてボールねじ24、29を使用するようになっているが、ボールねじ24、29に代えてローラねじを使用することもできる。その場合、第1の変換要素としてローラねじ軸が、第2の変換要素としてローラナットが使用される。
次に、前記構成の動作支援装置10の制御を行うための動作支援制御装置及び動作支援制御方法について説明する。
図3において、31はCPU、MPU等の制御ユニット、及びRAM、ROM、フラッシュメモリ等の内蔵メモリから成る制御部であり、該制御部31は、ROM、フラッシュメモリに記録されたプログラム、及びRAM、ROM、フラッシュメモリ等に記録されたデータに基づいてコンピュータとして機能し、各種の演算、処理等を行う。また、32は、記録部及び外部記憶装置として配設され、記録媒体を構成するメモリであり、該メモリ32は、CD−ROM、DVD、MD、ハードディスク、フロッピィディスク、メモリカード等から成り、各種のデータが記録される。そして、前記メモリ32を、制御部31に対して着脱したり、搬送したりすることができる。なお、前記内蔵メモリによって第1の記録装置が、メモリ32によって第2の記録装置が構成される。
また、33はキー、ボタン等から成る操作部、34はランプ、画面等から成り、使用者に各種のメッセージを通知するための第1の出力部としての表示部、35はスピーカ等から成り、音声で使用者に各種のメッセージを通知するための第2の出力部としての音声出力部である。なお、前記表示部34がタッチパネル式の画面である場合には、表示部34は操作部としても機能する。前記制御部31は、動作支援装置10の下端部においてフレーム11に取り付けられ、前記操作部33、表示部34及び音声出力部35は、椅子20に隣接する部分においてフレーム11に取り付けられる。なお、前記操作部33、表示部34及び音声出力部35を第2の移動部材15に取り付けることもできる。
そして、38は支持部材17の水平方向における位置を検出する第1の位置検出部としての位置センサ、39は支持部材17の垂直方向における位置を検出する第2の位置検出部としての位置センサであり、前記位置センサ38、39は、それぞれ、前記モータ21、26に取り付けられたエンコーダから成る。
また、41は、前記支持部材17と第2の移動部材15との間に配設され、支持部材17に加わる負荷、本実施の形態においては、荷重及びトルクを検出するための負荷検出部としての力覚センサである。該力覚センサ41としては、6軸力覚センサが使用され、水平方向において支持部材17を押したり引いたりする力を第1のパラメータとして、水平方向の軸を中心として支持部材17を回転させようとするトルクを第2のパラメータとして、垂直方向において支持部材17を押したり引いたりする力を第3のパラメータとして、垂直方向の軸を中心として支持部材17を回転させようとするトルクを第4のパラメータとして、水平方向と垂直方向とから成る平面に対して直角の方向において支持部材17を押したり引いたりする力を第5のパラメータとして、直角の方向の軸を中心として支持部材17を回転させようとするトルクを第6のパラメータとして検出し、6個のパラメータから成る検出信号を制御部31に送る。
また、51は前記制御部31と水平方向移動機構12との間に配設されたアンプ、52は制御部31と垂直方向移動機構14との間に配設されたアンプである。前記アンプ51は、制御部31からモータ21に送られる駆動用のアナログの信号、及び位置センサ38から制御部31に送られる検出信号を増幅し、前記アンプ52は、制御部31からモータ26に送られる駆動用のアナログの信号、及び位置センサ39から制御部31に送られる検出信号を増幅する。
ところで、使用者の運動機能は、それぞれ異なり、起立を開始してから終了するまでの動作、並びに着席を開始してから終了するまでの動作もそれぞれ異なる。そこで、あらかじめ選定された、通常の運動機能を有する人、すなわち、健常者が、支持部材17を把持して起立したり、着席したりする際の動作に基づいて、最も楽で、かつ、運動量を少なくすることができる最適な支持部材17の位置の変化を表す動作パターンを標準の動作パターン、すなわち、標準動作パターンとしてメモリ32に記録するようにしている。
そのために、健常者が支持部材17を把持して起立したり、着席したりする際の躯体の重心の軌跡が標準軌跡として取得され、そのときの、健常者の支持部材17を把持する位置と重心の位置との相対的な関係、例えば、距離及び水平方向に対する角度等から、支持部材17の位置を算出するようにしている。前記標準軌跡は、撮像装置としてのカメラ等によって、健常者が起立する際の画像が撮影され、該画像から躯体の重心が決定され、重心の軌跡が算出される。
なお、図4において、ciは健常者が支持部材17を把持して起立する際の標準軌跡であり、該標準軌跡ciは、ペジェ曲線に類似した曲線を描いて形成される。psは起立を開始する点、peは起立を終了する点である。
そして、前記支持部材17の位置を二次元で表す座標が、支持部材17の移動を開始してからの経過時間に対応させて設定され、前記標準動作パターンとしてメモリ32に記録される。
本実施の形態においては、前記標準動作パターンは、起立する際の標準の動作パターン、すなわち、標準起立動作パターン、及び着席する際の標準の動作パターン、すなわち、標準着席動作パターンから成る。また、各標準動作パターンは、健常者の属性、本実施の形態においては、年齢、体重、身長等の各項目ごとに分類され、記録される。そして、各座標における支持部材17の移動速度、加速度、減速度等も併せて記録することができる。この場合、移動速度の最大値は450〔mm/sec〕にされる。
次に、前記動作支援装置10を使用して起立する際の手順について説明する。
まず、使用者又は操作者が、操作部33を操作して動作支援装置10の電源を投入し、使用者の年齢、体重、身長等を入力すると、制御部31の図示されない標準動作パターン取得処理手段は、標準動作パターン取得処理を行い、メモリ32から使用者の年齢、体重、身長等に対応する標準動作パターンを読み出す。
次に、椅子20に着席した状態の使用者が、操作部33を操作して起立モードを選択し、開始ボタンを押下すると、制御部31の図示されない位置設定処理手段は、位置設定処理を行い、前記メモリ32の標準起立動作パターンを参照して、支持部材17の移動を開始する位置、すなわち、移動開始位置の座標、及び支持部材17の移動を終了する位置、すなわち、移動終了位置の座標を読み込み、設定する。
続いて、制御部31の図示されない支持部材移動処理手段は、支持部材移動処理を行い、モータ21、26を駆動し、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14を作動させて、移動開始位置の座標を目標として支持部材17を移動させる。その間、位置センサ38、39によって支持部材17の位置が検出され、該支持部材17が移動開始位置に到達すると、前記支持部材移動処理手段はモータ21、26を停止させる。
次に、前記制御部31の図示されない出力処理手段は、表示部34に標準起立動作パターンに従って支持部材17の移動を開始する旨の表示をするとともに、音声出力部35によって支持部材17の移動を開始する旨の音声出力を行う。
続いて、使用者が支持部材17を把持すると、力覚センサ41が支持部材17に加わった荷重を検出し、検出信号を制御部31に送る。そして、前記支持部材移動処理手段は、支持部材17の移動を開始するとともに、タイマを起動し、標準起立動作パターンを参照して経過時間に対応する座標を読み込み、モータ21、26を駆動し、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14を作動させて、標準起立動作パターンの各座標を目標として支持部材17を移動させる。その間、位置センサ38、39によって支持部材17の位置が検出され、支持部材17が移動終了位置に到達すると、支持部材移動処理手段は、モータ21、26を停止させる。
ところで、使用者が支持部材17を把持して起立すると、躯体の重心の軌跡が前記標準軌跡ciから外れてしまうことがある。その場合、前記支持部材17を標準起立動作パターンに従って移動させると、使用者にとって最適な状態で起立することができない。
そこで、制御部31において、使用者にとって最適な状態で起立することができるように、使用者の状態に同期させて、支持部材17の動作パターンを設定するようにしている。
そのために、前記制御部31の図示されない状態判定処理手段は、状態判定処理を行い、前記力覚センサ41から送られた検出信号を読み込み、該各検出信号に基づいて、使用者の状態、すなわち、使用者の躯体の重心の位置を判定する。続いて、制御部31の図示されないパターン補正処理手段は、パターン補正処理を行い、使用者の躯体の重心の位置に基づいて、前記標準起立動作パターンを補正する。
また、制御部31の図示されない記録処理手段は、記録処理を行い、補正された後の標準起立動作パターンを補正起立動作パターンとして制御部31に記録する。
そして、前記出力処理手段は、表示部34に支持部材17の移動を終了する旨の表示をするとともに、音声出力部35によって支持部材17の移動を終了する旨の音声出力を行う。
次に、前記動作支援装置10を使用して椅子20に着席する際の手順について説明する。
まず、使用者が、操作部33を操作して動作支援装置10の電源を投入し、使用者の年齢、体重、身長等を入力すると、前記標準動作パターン取得処理手段は、メモリ32から使用者の年齢、体重、身長等に対応する標準動作パターンを読み出す。
次に、起立した状態の使用者が、操作部33を操作して着席モードを選択し、開始ボタンを押下すると、前記位置設定処理手段は、前記メモリ32の標準着席動作パターンを参照して、支持部材17の移動開始位置の座標、及び支持部材17の移動終了位置の座標を読み込み、設定する。
続いて、前記支持部材移動処理手段は、モータ21、26を駆動し、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14を作動させて、移動開始位置の座標を目標として支持部材17を移動させる。その間、位置センサ38、39によって支持部材17の位置が検出され、該支持部材17が移動開始位置に到達すると、前記支持部材移動処理手段はモータ21、26を停止させる。
次に、前記出力処理手段は、表示部34に標準着席動作パターンに従って支持部材17の移動を開始する旨の表示をするとともに、音声出力部35によって支持部材17の移動を開始する旨の音声出力を行う。
続いて、使用者が支持部材17を把持すると、力覚センサ41が支持部材17に加わった荷重を検出し、検出信号を制御部31に送る。そして、前記支持部材移動処理手段は、支持部材17の移動を開始するとともに、タイマを起動し、標準着席動作パターンを参照して経過時間に対応する座標を読み込み、モータ21、26を駆動し、水平方向移動機構12及び垂直方向移動機構14を作動させて、標準着席動作パターンの各座標を目標として支持部材17を移動させる。その間、位置センサ38、39によって支持部材17の位置が検出され、支持部材17が移動終了位置に到達すると、支持部材移動処理手段は、モータ21、26を停止させる。
ところで、使用者が支持部材17を把持して着席すると、躯体の重心の軌跡が前記標準軌跡ciから外れてしまうことがある。その場合、前記支持部材17を標準着席動作パターンに従って移動させると、使用者にとって最適な状態で着席することができない。
そこで、制御部31において、使用者にとって最適な状態で着席することができるように、使用者の状態に同期させて、支持部材17の動作パターンを設定するようにしている。
そのために、前記状態判定処理手段は、前記力覚センサ41から送られた検出信号を読み込み、該各検出信号に基づいて、使用者の躯体の重心の位置を判定する。続いて、前記パターン補正処理手段は、使用者の躯体の重心の位置に基づいて、前記標準着席動作パターンを補正する。
また、前記記録処理手段は、補正された後の標準着席動作パターンを補正着席動作パターンとして制御部31に記録する。
そして、前記出力処理手段は、表示部34に支持部材17の移動を終了する旨の表示をするとともに、音声出力部35によって支持部材17の移動を終了する旨の音声出力を行う。
本実施の形態においては、力覚センサ41から検出信号が送られるタイミングで、リアルタイムで支持部材17の位置を変更し、前記標準起立動作パターンを補正するようになっているが、支持部材17が移動終了位置に到達した後に、前記標準起立動作パターンを補正することができる。
本実施の形態においては、手すり状の支持部材17が使用されるようになっているが、被支持部としての手、肘(ひじ)等を置くための台を支持部材として使用し、手、肘等を支持することもできる。また、本実施の形態においては、支持部材17を片方の手で把持するようになっているが、使用者が両方の手で把持することができるように、棒状の支持部材を使用することもできる。
本実施の形態において、前記動作支援装置10は、任意の床面上に載置したり、壁上に取り付けたりして使用されるようになっているが、動作支援装置10の下端に車輪を付けて動作支援装置10を移動自在にすることができる。その場合、使用者は、支持部材17を把持して歩行することができる。
このように、本実施の形態においては、標準動作パターンに従って支持部材17を移動させたときに、実際に支持部材17に加わる荷重及びトルクに基づいて標準動作パターンが補正され、補正動作パターンを取得することができるので、支持部材17が前記補正動作パターンで移動したときに、使用者にとって最適な状態で起立したり、着席したりすることができる。
したがって、使用者の動作を十分に支援することができる。
また、起立する際に支持部材17を手前に引くことによって直線的に重心を移動させる必要がなくなるので、上下肢に加わる負荷を小さくすることができる。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨に基づいて種々変形させることが可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
10 動作支援装置
12 水平方向移動機構
14 垂直方向移動機構
17 支持部材
31 制御部
32 メモリ
41 力覚センサ
12 水平方向移動機構
14 垂直方向移動機構
17 支持部材
31 制御部
32 メモリ
41 力覚センサ
Claims (3)
- (a)使用者の躯体の一部から成る被支持部を支持する支持部材と、
(b)該支持部材を少なくとも第1、第2の方向に移動させるための移動機構と、
(c)あらかじめ選定された、通常の運動機能を有する人が、前記支持部材を把持して所定の動作を行ったときの動作パターンが標準動作パターンとして記録された記録装置と、
(d)前記使用者が、前記支持部材を把持して前記動作を行ったときに、前記標準動作パターンに従って前記移動機構を作動させ、前記支持部材を移動させる支持部材移動処理手段と、
(e)前記支持部材を移動させるときに、支持部材に加わる負荷を検出する負荷検出部と、
(f)検出された負荷に基づいて、前記標準動作パターンを補正するパターン補正処理手段とを有することを特徴とする動作支援装置。 - 前記負荷は、前記第1、第2の方向に加わる荷重及びトルク、並びに第1、第2の方向を含む平面に対して直角の方向の第3の方向に加わる荷重及びトルクである請求項1に記載の動作支援装置。
- 前記標準動作パターンは、通常の運動機能を有する人が、前記支持部材を把持して所定の動作を行ったときの躯体の重心の軌跡に基づいて設定される請求項1に記載の動作支援装置。
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