JP2010142550A - 移乗支援装置及びその制御方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】迅速かつ正確に保持具の姿勢を制御することができる移乗支援装置及びその制御方法を提供すること。
【解決手段】本発明の第1の態様に係る移乗支援装置は、第1及び第2の関節を有するアーム部と、前記アーム部に連結された、被介護者を保持するための保持部と、前記保持部の位置及び姿勢を操作するための操作ハンドルと、前記第1の関節を駆動する第1のモータと、前記第2の関節を駆動する第2のモータと、前記操作ハンドルから入力された情報と、前記第1及び第2の関節の角度情報とに基づいて、前記第1及び第2のモータを制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記保持部の姿勢が所定の許容範囲に保たれるように、前記第1及び第2のモータを自動制御するものである。
【選択図】図4

Description

本発明は、移乗支援装置及びその制御方法に関し、特に、アーム構造を有する移乗支援装置及びその制御方法に関する。
自立歩行が困難な被介護者にとって、ベッドから車椅子への移乗といった乗り移りの動作を一人で自立して行うことは容易でない。そのため、通常は介護者の手助けが必要となるが、移乗の手助けは介護者にとって肉体的な負担が大きく、また、被介護者にとっても精神的な負担が大きい。そのため、近年、自立歩行が困難な人の移乗動作を支援する移乗支援装置が多く開発されている。
特許文献1には、複数リンクからなるアーム構造を有する移乗支援装置であって、当該アーム構造の先端部に被介護者を保持するための保持具を備えた移乗支援装置が開示されている。このような移乗支援装置では、通常、各関節角度などを制御することにより、上記保持具の姿勢を自在に制御することができる。
特開2008−073501号公報
しかしながら、制御の自由度が大きくなると、移乗支援装置を操作する介護者の誤操作などにより、保持具の姿勢が、被介護人に対し苦痛を与えるような姿勢になってしまう恐れがあった。他方、このような問題を回避するため、介護者が慎重に操作すると、操作に時間が掛かるという問題があった。
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、迅速かつ正確に保持具の姿勢を制御することができる移乗支援装置及びその制御方法を提供すること目的とする。
本発明の第1の態様に係る移乗支援装置は、
第1及び第2の関節を有するアーム部と、
前記アーム部に連結された、被介護者を保持するための保持部と、
前記保持部の位置及び姿勢を操作するための操作ハンドルと、
前記第1の関節を駆動する第1のモータと、
前記第2の関節を駆動する第2のモータと、
前記操作ハンドルから入力された情報と、前記第1及び第2の関節の角度情報とに基づいて、前記第1及び第2のモータを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記保持部の姿勢が所定の許容範囲に保たれるように、前記第1及び第2のモータを自動制御するものである。
本発明の第2の態様に係る移乗支援装置は、上記の態様において、前記許容範囲は、前記操作ハンドルから入力された情報に基づいて計算されること特徴とするものである。
本発明の第3の態様に係る移乗支援装置は、上記の態様において、当該移乗支援装置が載置される平面の傾斜角を測定するための傾斜計をさらに備え、前記傾斜角に基づいて、前記保持部の姿勢が制御されること特徴とするものである。
本発明の第4の態様に係る移乗支援装置は、上記の態様において、前記制御部が、前記保持部の位置が所定の高さを越えている間、前記保持部の姿勢を保持するように制御すること特徴とするものである。
本発明の第5の態様に係る移乗支援装置は、上記の態様において、前記制御部が、前記許容範囲から前記第1及び第2の関節の角度を決定し、前記第1及び第2のモータを自動制御すること特徴とするものである。
本発明の第6の態様に係る移乗支援装置の制御方法は、
第1及び第2の関節を有するアーム部と、
アーム部に連結された、被介護者を保持するための保持部と、
前記保持部の位置及び姿勢を操作するための操作ハンドルと、
前記第1の関節を駆動する第1のモータと、
前記第2の関節を駆動する第2のモータと、を備えた移乗支援装置の制御方法であって、
前記第1及び第2の関節の角度情報を検出し、
前記操作ハンドルから入力された情報を検出し、
前記操作ハンドルから入力された情報と、前記第1及び第2の関節の角度情報とに基づいて、前記保持部の姿勢が所定の許容範囲に保たれるように、前記第1及び第2のモータを自動制御するものである。
本発明の第7の態様に係る移乗支援装置の制御方法は、上記の態様において、前記許容範囲を、前記操作ハンドルから入力された情報に基づいて計算すること特徴とするものである。
本発明の第8の態様に係る移乗支援装置の制御方法は、上記の態様において、前記自動制御では、当該移乗支援装置が載置される平面の傾斜角に基づいて、前記保持部の姿勢を制御することを特徴とするものである。
本発明の第9の態様に係る移乗支援装置の制御方法は、上記の態様において、前記自動制御では、前記保持部の位置が所定の高さを越えている間、前記保持部の姿勢を保持するように制御すること特徴とするものである。
本発明の第10の態様に係る移乗支援装置の制御方法は、上記の態様において、前記許容範囲から前記第1及び第2の関節の角度を決定し、前記第1及び第2のモータを自動制御すること特徴とするものである。
本発明によれば、迅速かつ正確に保持具の姿勢を制御することができる移乗支援装置及びその制御方法を提供することができる。
以下、本発明を適用した具体的な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。ただし、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。
実施の形態1
図1は、本発明の第1実施形態に係る移乗支援装置の概略を示す図であり、保持具により被介護者を保持した状態の一例を示す図である。図1に示すように、実施の形態1に係る移乗支援装置10は、台車部1と、台車部1に連結されたロボットアーム部2と、ロボットアーム部2に取付けられた保持具3と、を備えている。例えば、介護者は、この移乗支援装置10を操作して、被介護者を容易に、ベッドと車椅子との間を移乗させ、あるいは、トイレ、診察台等まで移送して移乗させることができる。これにより、移乗時における介護者の負荷を軽減することができる。
図1に示すように、台車部1は、台車本体11と、台車部1を押して移動させるためのハンドル部12と、台車本体11の前方に取付けられた左右一対の前方補助輪13と、台車本体11の後方に取付けられた左右一対の後方補助輪14と、台車本体11の略中央部に取付けられ、台車部1を駆動する左右一対の駆動車輪15と、を有している。
前方補助輪13と後方補助輪14とは、台車本体11の方向転換が可能なように、台車本体11に対して回転可能なように取付けられている。なお、台車本体11には、一対の前方補助輪13と一対の後方補助輪14とが各々取付けられているが、取付けられる補助輪の数は任意でよい。
図1には示されていないが、左右一対の駆動車輪15には、各駆動車輪15を駆動する左右一対の第5モータ(第5駆動部)16が各々連結されている。各第5モータ16は、左右の駆動車輪15を独立して回転駆動させることができる。従って、例えば、第5モータ16は、左右の駆動車輪15の回転差を生じさせることで、台車部1を任意の方向へ旋回させ、正転又は逆転させることで、台車部1を前進又は後進させることができる。このように、移乗支援装置10を前進、後進、又は旋回させ、任意の位置へ移動させることができる。
図2は、アーム部2の一例を示す模式図である。アーム部2は、リンク付根部20、第1リンク21と、第2リンク22と、取付部23と、を有する多関節型アームである。リンク付根部20は、ヨー軸回りの回転が可能となるように、台車本体11の土台部11aに対して連結されている。第1リンク21は、ピッチ軸回りの回転が可能となるように、リンク付根部20に対して、第1関節部51を介して連結されている。第2リンク22は、ピッチ軸回りの回転が可能となるように、第1リンク21に対して、第2関節部52を介して連結されている。また、第2リンク22の他端には、ロール軸回りの回転が可能となるように、保持具3を取付けるための取付部23が第3関節部53を介して連結されている。
取付部23は、保持具3の取付け/取外しが可能な周知の取付構造(例えば、ボルト及びナットを用いた締結構造、嵌合構造)を有している。この取付部23の取付構造により、介護者は保持具3の取付け、取外し、変更等を容易に行うことができる。
なお、上記ヨー軸とは、リンク付根部20の回転軸であり、鉛直方向の軸である。また、上記ピッチ軸とは、第1、第2リンク21、22を上下方向へ回動させる際の回転軸である。さらに、ロール軸とは、第2リンク22に対して取付部23及び保持具3を回転させる際の回転軸であり、第2リンク22の軸線に相当する。
台車本体11の土台部11aには、リンク付根部20をヨー軸回りに回転駆動する第1モータ(第1駆動部)61が設けられている。また、リンク付根部20と第1リンク21とを連結する第1関節部51には、第1リンク21をピッチ軸回りに回転駆動する第2モータ(第2駆動部)62が設けられている。第2モータ62の回転動力は第1タイミングベルト81を介して第1リンク21に伝達される。
さらに、第1リンク21と第2リンク22とを連結する第2関節部52には、第2リンク22をピッチ軸回りに回転駆動する第3モータ(第3駆動部)63が設けられている。第3モータ63の回転駆動力は第2タイミングベルト82を介して第2リンク22に伝達される。そして、第2リンク22と取付部23とを連結する第3関節部53には、取付部23及び保持具3をロール軸回りに回転駆動する第4モータ(第4駆動部)64が設けられている。
なお、動力伝達手段はタイミングベルトに限定されるわけではなく、例えば、動力伝達手段がギヤであってもよい。モータは比較的質量の大きい構成要素であるため、各リンクの支点に近づけて設置するほど、モーメントを小さくするという観点からは有利である。そのため、本実施の形態では、関節部を直接モータ駆動するのでなく、動力伝達手段を介して間接的に駆動する方式を採用している。しかしながら、動力伝達機構を介さずに、関節軸をモータにより直接的に駆動してもよい。
ロボットアーム部2の取付部23には、介護者が移乗支援装置10を操作するための操作ハンドル24が設けられている。操作ハンドル24は、力センサを備えており、これを介して、ロボットアーム部2の取付部23に連結されている。この力センサにより、操作ハンドル24に対して加えられた操作力の大きさ、方向、モーメント等に応じた操作信号を検出することができる。後述するように、力センサは、検出した操作信号を制御装置17に対して出力する。
保持具(第1保持具)3は、ロボットアーム部2の取付部23に取付けられる。また、保持具3は、被介護者の胴体を抱えるように保持する胴体サポート部31と、被介護者の下肢部を支持する下肢サポート部32と、を有している。下肢サポート部32は、略逆T字状に形成されており、胴体サポート部31の下部に接続されている。なお、胴体サポート部31及び下肢サポート部32は、一体で構成されているが、別体で各々構成されていてもよい。
図3は、本発明の実施の形態1に係る移乗支援装置のシステム構成の一例を示すブロック図である。台車部1には、第1〜第5モータ61、62、63、64、16の回転駆動を制御する制御装置17が設けられている。また、制御装置17は、制御処理、演算処理等と行うCPU(Central Processing Unit)17aと、CPU17aによって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)17bと、処理データ等を一時的に記憶するRAM(Random Access Memory)17cと、を有する、マイクロコンピュータを中心に構成されている。
第1〜第5モータ61、62、63、64、16は、制御装置17に駆動回路18を介して接続されており、制御装置17からの制御信号に基づいて、回転駆動する。さらに、土台部11a及び第1〜第3関節部51、52、53には、第1〜第4モータ61、62、63、64の回転駆動量を検出する、ポテンショメータ等の回転センサ71、72、73、74が各々設けられている。回転センサ71、72、73、74は、制御装置17に接続されており、検出した回転駆動量を制御装置17に対して出力する。
図3に示すように、制御装置17は、操作ハンドル24の力センサからの操作信号と、回転センサ71、72、73、74からの回転駆動量と、に基づいて、第1〜第4モータ61、62、63、64のフィードバック制御を行う。これにより、介護者は、移乗支援装置10のロボットアーム部2を所望の位置へ容易かつ正確に移動させることができる。
なお、操作ハンドル24は、ロボットアーム部2の取付部23に取付けられているが、これに限らず、例えば、台車部1のハンドル部12に取付けられていてもよく、介護者が操作可能であれば任意の位置に取付け可能である。
次に、本実施の形態に係る保持具3の姿勢の制御方法について、図4を用いて説明する。図4は保持具3の姿勢の制御方法を示すフローチャートである。被介護者に苦痛を与えずかつ安全に移乗するため、保持具3は適切な姿勢に保たれる必要がある。本実施の形態の場合、保持具3の姿勢は第1関節部51及び第2関節部52により決定される。すなわち、自由度は2である。自由度は2以上であれば、本実施の形態を適用することができる。本実施の形態では、第2関節部52を操作する。
まず、第1関節部51の関節角度A及び第2関節部52の関節角度Bを、各々回転センサ71、72により検出する(ST101)。
次に、操作ハンドル24の圧力センサにより、操作量を検出する(ST102)。
次に、前記操作量に基づいて、関節角度Bの仮目標角度を計算する(ST103)。
次に、ステップST101において検出された関節角度Aの現在値と、ステップST103において算出された関節角度Bの仮目標角度とから、保持具3の予想位置及び姿勢を計算する(ST104)。
次に、保持具3の予想位置に応じて被介護者が許容できる保持具3の姿勢すなわち許容姿勢範囲を求める(ST105)。予想位置と許容姿勢範囲との対応を示すデータはROM17bに格納されている。
次に、ステップST104において算出された予想姿勢が、ステップST105において求められた許容姿勢を超えているか否か判定する(ST106)。超えていなければ(ST106NO)、関節角度Bの仮目標角度をそのまま目標角度とし(ST107)、モータを制御する(ST109)。
一方、超えていれば(ST106YES)、ステップST101において検出された関節角度Aの現在値と、ステップST105において求められた許容姿勢とから関節角度Bの取るべき角度を関節角度Bの目標角度とする(ST108)。そして、モータを制御する(ST109)。上記ステップST101〜ST109を繰り返し実行する。このように操作していない関節(本実施の形態では第1関節部51)の角度に応じて、操作している関節(本実施の形態では第2関節部52)の角度を制限することにより、迅速かつ正確に保持具の姿勢を制御することができる。
実施の形態2
次に本発明の他の実施形態について説明する。実施の形態1との相違点は、保持具3の姿勢の制御方法の手順である。その他の点は、実施の形態1と同様であるため、説明を省略する。図5を用いて、本実施の形態に係る保持具3の姿勢の制御方法について説明する。本実施の形態では、第1関節部51及び第2関節部52を操作する。
まず、第1関節部51の関節角度A及び第2関節部52の関節角度Bを、各々回転センサ71、72により検出する(ST201)。
次に、ステップST201において検出された関節角度A及び関節角度Bから、保持具3の現在位置及び現在姿勢を計算する(ST202)。
次に、操作ハンドル24の圧力センサにより、操作量を検出する(ST203)。
次に、前記操作量に基づいて、保持具3の姿勢を変化させる目標速度及び目標角速度を計算する(ST204)。
次に、ステップST202において算出された保持具3の現在位置と、ステップST204において算出された目標速度及び目標角速度とから、保持具3の予想位置を計算する(ST205)。
次に、ステップST202において算出された保持具3の現在姿勢と、ステップST204において算出された目標角速度とから、保持具3の予想姿勢を計算する(ST206)
次に、ステップST205において算出された保持具3の予想位置に応じて、被介護者が許容できる保持具3の姿勢すなわち許容姿勢範囲を求める(ST207)。予想位置と許容姿勢範囲との対応を示すデータはROM17bに格納されている。
次に、ステップST206において算出された予想姿勢が、ステップST207において求められた許容姿勢を超えているか否か判定する(ST208)。超えていなければ(ST208NO)、予想姿勢を満足する関節角度A及び関節角度Bを計算し、これを両関節の目標角度とする(ST209)。そして、モータを制御する(ST211)。
一方、超えていれば(ST208YES)、許容姿勢を満足する関節角度A及び関節角度Bを計算し、これを両関節の目標角度とする(ST209)。そして、モータを制御する(ST211)。上記ステップST201〜ST211を繰り返し実行する。このように目標姿勢を制限し、操作している関節(本実施の形態では第1関節部51及び第2関節部52)の角度を決定することにより、迅速かつ正確に保持具の姿勢を制御することができる。
実施の形態3
次に本発明の他の実施形態について説明する。図6は実施の形態1及び2において、移乗支援装置10を斜面上において操作する場合を示す図である。例えば、図6に示すように、台車1上に傾斜計91を搭載すれば、この傾斜計91により斜面の傾斜角θcを合わせて検出することができる。すなわち、実施の形態1及び2におけるステップST101及び201において、関節角度A及び関節角度Bに加え、斜面の傾斜角θcを合わせて検出することができる。
傾斜角θcを考慮しない実施の形態1及び2では、保持具3の姿勢は、図6に示すように、例えば、台車本体11の主面の法線方向と、保持具3の胴体サポート部31の主面と、がなす角θにより定義することができる。このθは関節角度A及び関節角度Bにより決定される。
一方、本実施の形態では、移乗支援装置10を載置した面が水平方向から、θc傾いているから、保持具3の姿勢θh=θ+θcとして定義する。これにより、移乗支援装置10を斜面上に置いて操作した場合であっても、保持具3の姿勢を被介護者に苦痛を与えることがないように、迅速かつ正確に制御することができる。
実施の形態4
次に本発明の他の実施形態について説明する。図7は本実施の形態に係る保持具3の姿勢の制御方法を示すフローチャートである。本実施の形態は、実施の形態2に所定のフローを付加したものである。図7を用いて、本実施の形態に係る保持具3の姿勢の制御方法について説明する。
まず、保持具3の最適姿勢を制御装置17に対して入力する(ST301)。
次に、実施の形態2の図5のステップST201〜ST205を実行する(ST302)。
次に、保持具3の現在位置が目標高さに到達しているか否か判定する(ST303)。
目標高さに到達していない場合(ST303NO)、実施の形態2の図5のステップST201〜ST205を実行する(ST304)。その後、ステップST302に戻り、実施の形態2の図5のステップST206〜ST211を実行する。すなわち、目標高さに到達しない間は、実施の形態2のST201〜ST211を繰り返し実行する。
目標高さに到達した場合(ST303YES)、ステップST301において入力された最適姿勢を目標姿勢に設定する(ST305)。
次に、ST302内のステップST205において算出された保持具3の予想位置を目標位置に設定する(ST306)。そして、モータを制御する(ST307)。
これにより、保持具3が所定の高さに達している間、保持具3の姿勢を最適姿勢に保持することができる。アンケートの結果、被介護者は、持ち上げられている間、保持具3の姿勢が保持されることを要望している。本実施の形態は被介護者のこのような要望に応えるものである。一方、被介護者をベッドなどから持ち上げる場合や、車椅子などに降ろす場合には、被介護者を持ち上げて搬送している間の姿勢とは異なる姿勢にする必要がある。このような場合に、本実施の形態は好適である。
なお、本実施の形態において、目標高さは予め決定された一定値である必要はない。また、目標高さは被介護者の身長や座高などから推定するなどしてもよい。
実施の形態1に係る移乗支援装置の概略を示す側面図である。 実施の形態1に係る移乗支援装置のロボットアーム部の側面図である。 実施の形態1に係る移乗支援装置のシステム構成を示すブロック図である。 実施の形態1に係る保持具の姿勢の制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態2に係る保持具の姿勢の制御方法を示すフローチャートである。 実施の形態3を説明するための図である。 実施の形態4に係る保持具の姿勢の制御方法を示すフローチャートである。
符号の説明
1 台車部
2 ロボットアーム部
3 保持具
10 移乗支援装置
16 第5モータ
17 制御装置
20 リンク付根部
21、22 第1、第2リンク
23 取付部
24 操作ハンドル
31 胴体サポート部
32 下肢サポート部
51〜53 第1〜第3関節部
91 傾斜計

Claims (10)

  1. 第1及び第2の関節を有するアーム部と、
    前記アーム部に連結された、被介護者を保持するための保持部と、
    前記保持部の位置及び姿勢を操作するための操作ハンドルと、
    前記第1の関節を駆動する第1のモータと、
    前記第2の関節を駆動する第2のモータと、
    前記操作ハンドルから入力された情報と、前記第1及び第2の関節の角度情報とに基づいて、前記第1及び第2のモータを制御する制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記保持部の姿勢が所定の許容範囲に保たれるように、前記第1及び第2のモータを自動制御する移乗支援装置。
  2. 前記許容範囲は、前記操作ハンドルから入力された情報に基づいて計算されること特徴とする請求項1に記載の移乗支援装置。
  3. 当該移乗支援装置が載置される平面の傾斜角を測定するための傾斜計をさらに備え、前記傾斜角に基づいて、前記保持部の姿勢が制御されること特徴とする請求項1又は2に記載の移乗支援装置。
  4. 前記制御部は、前記保持部の位置が所定の高さを越えている間、前記保持部の姿勢を保持するように制御すること特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の移乗支援装置。
  5. 前記制御部は、前記許容範囲から前記第1及び第2の関節の角度を決定し、前記第1及び第2のモータを自動制御すること特徴とする請求項1〜4のいずれか一項に記載の移乗支援装置。
  6. 第1及び第2の関節を有するアーム部と、
    前記アーム部に連結された、被介護者を保持するための保持部と、
    前記保持部の位置及び姿勢を操作するための操作ハンドルと、
    前記第1の関節を駆動する第1のモータと、
    前記第2の関節を駆動する第2のモータと、を備えた移乗支援装置の制御方法であって、
    前記第1及び第2の関節の角度情報を検出し、
    前記操作ハンドルから入力された情報を検出し、
    前記操作ハンドルから入力された情報と、前記第1及び第2の関節の角度情報とに基づいて、前記保持部の姿勢が所定の許容範囲に保たれるように、前記第1及び第2のモータを自動制御する移乗支援装置の制御方法。
  7. 前記許容範囲を、前記操作ハンドルから入力された情報に基づいて計算すること特徴とする請求項6に記載の移乗支援装置の制御方法。
  8. 前記自動制御では、当該移乗支援装置が載置される平面の傾斜角に基づいて、前記保持部の姿勢を制御することを特徴とする請求項6又は7に記載の移乗支援装置の制御方法。
  9. 前記自動制御では、前記保持部の位置が所定の高さを越えている間、前記保持部の姿勢を保持するように制御すること特徴とする請求項6〜8のいずれか一項に記載の移乗支援装置の制御方法。
  10. 前記許容範囲から前記第1及び第2の関節の角度を決定し、前記第1及び第2のモータを自動制御すること特徴とする請求項6〜9のいずれか一項に記載の移乗支援装置の制御方法。
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