JP2014131820A - 屋内移動支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移乗を介助する手段を備え、転倒の危険性がなく、充電が不要で、床面の形態に影響を受けずに移動することができる、屋内移動支援装置を提供する。
【解決手段】エンドエフェクタ２、ならびに、これを装着する据付型ロボットアーム１を含む移動支援装置であって、該エンドエフェクタ２が、腋窩を担持する腋窩支持体３と、胸部に当接する胸部支持体４とを具備することを特徴とする移動支援装置を提供する。
【選択図】図１

Description

据付型ロボットアームを移動の手段として利用する屋内移動支援装置、ならびに、その用に間取りを最適化した介護住宅に関する。

近年、介護負担が深刻さを増しており、介護支援装置の導入が望まれている。支援が求められる介護内容には、セルフケア（食事、整容、清拭、更衣、排泄）、移乗（ベッド、椅子、車いす、トイレ、浴槽）、移動（歩行、車いす、階段）、コミュニケーション（理解、記憶、交流）が含まれ、移乗および移動に関する負担が、特に大きいことが知られている（例えば非特許文献１）。

そのため、移乗を支援する装置が多数知られており、例えば、臥位から車いすへの移乗を介助する装置には、キャスタによって移動自在なベースに、患者支え板と背もたれ板を具備し、これにより、要介護者の大腿および背を、それぞれ支承することで、移乗を介助する装置（特許文献１）、あるいは、腋窩、背、大腿、下腿を支承する装置（特許文献２）が公知である。一方、端座位から車いすへの移乗を介助する装置には、車輪によって移動自在の基枠に、胸部、臀部、足底を支承する構造物を具備し、要介護者を前傾させ、該構造物でこれを担持することで、移乗を介助する装置（特許文献３）、同じく、臀部を支承する構造物を可動とすることで、便座への移乗を容易とした装置（特許文献４、５）が公知である。

しかしながら、いずれの装置も車輪を移動原理とする移動型ロボットの一種であり、転倒の危険性、電源の供給、階段や段差の乗越、自己位置推定の信頼性、について本質的に解決することが難しい。

これに対して従来方法では、装置の設置面積を大きく取る、充電装置および充電手続を備える、階段や段差を乗越するための特別な車輪を備える、などの対策が講じられているが、そのために装置が高価格化、大型化するため、一般家庭における使用が難しく、環境の整備が行き届いた病院や介護施設などに利用が限られていた。

特開昭６２−０３２９５３ 特開平０６−０１４９６５ 特開平０６−２５４１２３ 特開２０１１−０９２３２４ 特開２０１２−０５０６５４

福岡市経済観光文化局、"施設訪問によるロボットのニーズ調査結果"、２０１２年。

以上の問題点を勘案し、本発明は、移乗を介助する手段を備え、転倒の危険性がなく、充電が不要で、床面の形態に影響を受けずに移動することができる、屋内移動支援装置を提供するものである。

本発明は、係る課題を斟酌してなされたものであり、その手段は、エンドエフェクタ、ならびに、これを装着する据付型ロボットアームを含む移動支援装置であって、該エンドエフェクタが、腋窩を担持する腋窩支持体と、胸部に当接する胸部支持体とを具備することを特徴とする移動支援装置による。

前記エンドエフェクタは、腋窩支持体と胸部支持体により、水平もしくは一定の前傾角度を伴って人の体重の一部を支承することができる。そのため、自力での歩行が可能な要介護者に適し、特に、立ち上がりと歩行の補助（リハビリテーションを含む）に最適である。

前記据付型ロボットアームは、人および建築物に対する機械的干渉を最小化する観点から、垂直多関節型が望ましい。しかし、産業用の垂直多関節型ロボットが、位置制御を基本とする位置決め、ならびに、高速性を課題とするのに対し、本ロボットアームは、力制御を基本とするパワーアシスト、ならびに、安全性を課題とする。そのため、アームの慣性質量は、人との接触を考慮して可及的に小さく、また、アームの長さは、移動の手段として有効に機能するように、十分に長くする必要がある。

さらに、関節に加わる衝撃トルクを干渉するため、前記据付型ロボットアームが、柔軟関節を具備することを特徴とする、前記段落０００９記載の移動支援装置を利用することが望ましい。柔軟関節とは、衝撃トルクを緩衝するために十分な回転ばね定数と回転減衰係数を備える関節であって、ＶＳＡｓ（Ｖａｒｉａｂｌｅ Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ Ａｃｔｕａｔｏｒｓ）も同類のものである。具体的な形態としては、ＰＣＴ／ＪＰ２０１２／０６８７３６、または、特願２０１２−１７３６５３に記載の装置など、高周波入力に遅延なく応答できる受動機械要素を用いた機構が望ましい。

加えて、上記移動支援装置が屋内で人と接触して稼働することから、安全上、人および建築物との機械的干渉を防止する制御が求められる。そのため、前記据付型ロボットアームが、第１アームと、第２アームとを備え、第２アームが前記エンドエフェクタ側にあることを特徴とする垂直多関節型ロボットであって、エンドエフェクタ接続点が、円柱座標系において下記領域内を動作することを特徴とする、前記段落０００９または００１２記載の移動支援装置とすることが望ましい。
（イ）動径は、最小半径より大きく、最大半径より小さい。
（ロ）高さは、下記曲線（ａ）より高く、下記曲線（ｂ）より低い。
（ａ）第２アームの垂直を保ちながら第１アームを振るときに該接続点が描く曲線と、下限線とのうち、より高さが大きい方が描く曲線。
（ｂ）第１アームを最大傾斜角に保ちながら第２アームを振るときに該接続点が描く曲線と、上限線とのうち、より高さが小さい方が描く曲線。

上記最小半径は、ロボットアームの機構的な限界、または、適当な安全半径によって定めることができ、最大半径は、第１および第２アームの長さ、または、関節トルクの限界値に従って定めることができる。第２アームの垂直を保ちながら第１アームを振る方法は、第２アームが垂直線を超えてエンドエフェクタ側に傾倒しない限り、人との機械的干渉を防止できるとする考え方によるものである。下限線は、エンドエフェクタと床面に人が挟まれることを防止する観点から設定することができる。第１アームを最大傾斜角に保ちながら第２アームを振る方法は、ロボットアーム据付箇所近辺において接続点を上下する場合に、第１アームの触れ角が特に大きくなる点を考慮して、適当な最大傾斜角を設ける考え方によるものである。上限線については、人の身長を基準に決定することができる。

さらに、人が定位置で旋回する動作においても、アームが人に干渉する恐れがあるため無限回転することが難しい。そのため、前記エンドエフェクタが、関節ならびにエンドエフェクタ接続点を両端に備えるリンクを含み、該関節に可動結合されることを特徴し、前記ロボットアームの動作範囲が、下記制限（イ）および（ロ）を満たすように制限されることを特徴とする、前記段落０００９、００１２、００１３のいずれかに記載の移動支援装置を利用し、少なくとも左右１８０度ずつ、計３６０度の回転を可能とすることが望ましい。
（イ）前記エンドエフェクタ使用時に人が向く方向をエンドエフェクタ角とし、該関節側から該リンクが伸びる方向をリンクの方向とするとき、該リンクの方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの相対角度を±９０度の範囲に制限する。
（ロ）前記円柱座標系において該エンドエフェクタ角が原点に向かう方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの絶対角度を±１８０度の範囲に制限する。

さて、歩行が困難な要介護者の介助には、前記エンドエフェクタが、臀部を支承するシートを備え、該シートは、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記段落０００９、００１２、００１３、００１５のいずれかに記載の移動支援装置が適する。

上記起居動作は、（ア）端座位から立位への変換、（イ）長座位から立位への変換、（ウ）仰臥位から端座位への変換、（エ）仰臥位から長座位への変換、のいずれか少なくとも１を含む。端座位から立位への変換（ア）における立位は、所謂中腰を含み、長座位から立位への変換（イ）を床上で行う場合は、中間姿勢（体をねじって体の側方の床面に両手を当て、下半身をねじって四這になり、高這または膝立になる）を含む。

上記人の起居動作を妨げない手段は、上記シートが、臀部を支承する位置と、上記起居動作と干渉しない位置との両方を取り得るように、該シートが変形、移動する機構を具備する構成が少なくとも含まれる。

歩行が困難で、起き上がりの介助も必要な要介護者には、前記エンドエフェクタが、肩から首を支承する背もたれを備え、前記腋窩支持体が、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記段落００１６記載の移動支援装置が適する。

または、前記エンドエフェクタが、足底を支承するステップを備え、該ステップが、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記段落００１６または００１９記載の移動支援装置を利用してもよい。

このとき、要介護者の握力が弱く、体幹が脱落する恐れのある場合は、前記エンドエフェクタが、肘窩を担持する肘窩支持体と、前腕を掛止する前腕掛止体と、ハンドルとを備えることを特徴とする、前記段落０００９、００１２、００１３、００１５、００１６、００１９、００２０のいずれかに記載の移動支援装置を利用すればよい。

要介護者が寝たきりに類する状態の場合は、前記段落０００９記載のエンドエフェクタを、頭部を支承する頭部支持体と、背中を支承する背中支持体と、臀部および大腿部を支承する臀部支持体と、下腿部を支承する下腿支持体とを備え、臀部支持体が、機構全体を支承するアームと、背中支持体および下腿支持体を起倒する手段とを具備することを特徴とするエンドエフェクタと置換した、前記段落００１２、００１３、００１５のいずれかに記載の移動支援装置が適する。

さて、以上の移動支援装置が、移動の手段として最も効果を発揮する形態は、エンドエフェクタと、これを装着する据付型ロボットアームと、２以上の住宅設備とを含む建築物であって、該エンドエフェクタは、いずれの住宅設備に対しても移乗を介助する手段を具備し、該建築物は、該エンドエフェクタ、ならびに、該据付型ロボットアームの動作に干渉しない形状を備えることを特徴とする建築物である。

上記住宅設備は、介護行為において移乗の対象となる設備であって、通常、その用に専用の部屋が設けられ、要介護者が容易に移動できない程度の距離を相互に有するものである。具体的には、寝室に備わる寝台または椅子、ダイニングに備わる椅子、浴室に備わる浴槽、トイレに備わる便座、玄関付近に配置した自動車に備わるシートが少なくとも含まれる。ただし、車いすなど、それ自体が屋内の移動手段であるものは含めてはならない。

屋内において要介護者が移動する行為は、本質的には住宅設備の間を移動することであるから、上記構成における２以上の住宅設備とは、その最小の構成要件を意味するものである。

上記移乗を介助する手段は、前記移動支援装置のいずれであってもよいため、前記エンドエフェクタ、ならびに、前記据付型ロボットアームが、前記段落０００９、００１２、００１３、００１５、００１６、００１９、００２０、００２１、００２２のいずれかに記載の移動支援装置であることを特徴とする、前記段落００２３記載の建築物としてもよい。

据付型ロボットアームは堅固な基礎に固定されるものであり、それ自体、転倒する可能性が極めて少なく安全である。また、給電が容易なため、充電設備や充電手続が不要であり、運用面での利点が大きい。さらに、車輪を用いないため、階段や段差に影響を受けずに移動することができ、小型化や可用性の面で有利である。その他、ロボットアームの関節角から、エンドエフェクタの位置が容易に算出できるため、移動型ロボットの自己位置推定に相当する情報処理が容易であり、誘導の自動化に有利である。

要介護者は、エンドエフェクタによって支承されながら移動できるため、蹉躓があっても転倒の恐れがなく、安全である。歩行困難な要介護者も、車いす等に移乗する必要ないことから移乗の回数が減少する上、段差等に影響されず、円滑に移動することが可能となる。さらに、ロボットアームの関節トルクを調節することにより、負荷を柔軟に制御できるため、要介護者の体力低下を防止する用途や、リハビリテーションの用途にも適する。

問題点としては、アームが人および周囲の構造物と干渉しやすいこと、あるいは、アームが有限長であることにより、可動範囲が限られる点が挙げられるが、干渉については、前述の方法により、アームの動作範囲を制限することで安全性を確保することができる。可動範囲については、前記のとおり、建築物の構造を改良する方法により、実質的な可動範囲を確保することができる。

このように構成した建築物は、人の移動だけでなく、清掃用具やコミュニケーションロボットの移動手段としても有効であり、適宜エンドエフェクタを換装することによって、床面、壁面、窓、天井の自動清掃や、風呂、トイレの自動清掃、または、コミュニケーションロボットによるセルフケア介助や応客等に利用することができ、効果の範囲が広い。

エンドエフェクタを装着する据付型ロボットアームの実施例を示した図である。 腋窩支持体と胸部支持体とを備えるエンドエフェクタの実施例を示した図である。 腋窩支持体と胸部支持体とを備えるエンドエフェクタの使用例を示した図である。 据付型ロボットアームの動径方向と高さ方向の動作制限領域を示した図である。 リンクを含むエンドエフェクタと据付型ロボットアームの動作制限領域を示した図である。 腋窩支持体と胸部支持体とを備えるエンドエフェクタによる立ち上がり介助の手順を示した図である。 臀部を支承するシートを備えるエンドエフェクタの実施例を示した図である。 肩から首を支承する背もたれを備えるエンドエフェクタの実施例を示した図である。 足底を支承するステップを備えるエンドエフェクタの実施例を示した図である。 足底を支承するステップを備えるエンドエフェクタによる立ち上がり介助の手順を示した図である。 足底を支承するステップを備えるエンドエフェクタによる起き上がり介助の手順を示した図である。 肘窩支持体と前腕掛止体とハンドルを備えるエンドエフェクタの実施例を示した図である。 肩から首を支承する背もたれを備えるエンドエフェクタによる起き上がり介助の手順を示した図である。 椅子型エンドエフェクタの実施例を示した図である。 椅子型エンドエフェクタによる起き上がり介助の手順を示した図である。 椅子型エンドエフェクタによる浴槽移乗の介助手順を示した図である。 据付型ロボットアームと２以上の住宅設備を備える建築物の第１の実施例を示した図である。 自動車のシートからダイニングの椅子への移動介助を示した図である。 据付型ロボットアームと２以上の住宅設備を備える建築物の第２の実施例を示した図である。 寝台から便座への移動介助を示した図である。 寝台から浴槽への移動介助を示した図である。 換装可能なエンドエフェクタの類型を示した図である。

図１は、エンドエフェクタ（２）、ならびに、これを装着する据付型ロボットアーム（１）を含む移動支援装置であって、該エンドエフェクタ（２）が、腋窩を担持する腋窩支持体（３）と、胸部に当接する胸部支持体（４）とを具備することを特徴とする移動支援装置の実施例である。

据付型ロボットアーム（１）は、柔軟関節（Ｊ１）から（Ｊ６）を備える垂直多関節型６軸ロボットであって、各柔軟関節はトルクセンサを具備することによって力制御が可能である。ピラー（１ａ）は堅固な基礎に固定されており、エンドエフェクタ（２）と同程度の高さを有する。第１アーム（１ｂ）および第２アーム（１ｃ）は、振動吸収性に優れる材料により、可及的軽量かつ細径に製作され、エンドエフェクタ（２）、ならびに、それが支承する人を移動させる手段として機能させるため、その合計長は、ピラー（１ａ）を中心とする最大行動半径の１．１倍から１．２倍程度の長さを有する。

図２は、エンドエフェクタ（２）の詳細を示し、腋窩支持体（３）と、胸部支持体（４）と、フレーム（５）と、リンク（６）とを備え、フレーム（５）は、その一部がハンドル（５ａ）として機能し、腋窩支持体（３）および胸部支持体（４）を一体に固定し、関節（６ａ）を介してリンク（６）に可動結合され、関節（６ａ）はアクチュエータによって駆動され、リンク（６）は、人が体軸まわりに自転するのを妨げない長さを持ち、ロボットアーム（１）と接続するための機械的端子（６ｂ）を備えることを特徴とする。

図３は、エンドエフェクタ（２）が人を支承する方法を示し、腋窩を腋窩支持体（３）で担持し、胸部を胸部支持体（４）で支承する方法（ａ）、肘を腋窩支持体（３）で支承する方法（ｂ）、腋窩支持体（３）を把持する方法（ｃ）など、いずれであってもよく、最適な方法をとればよい。また、このような方法で人が支承されていれば、それが体重の一部を支承するものであっても、移乗したものとみなすことができる。

図４は、前記据付型ロボットアーム（１）が、第１アーム（１ｂ）と、第２アーム（１ｃ）とを備え、第２アーム（１ｃ）が前記エンドエフェクタ（２）側にあることを特徴とする垂直多関節型ロボットであって、エンドエフェクタ接続点（６ｂ）が、円柱座標系において下記領域内を動作することを特徴とする、前記段落０００９または００１２記載の移動支援装置の実施例である。
（イ）動径は、最小半径（７）より大きく、最大半径（８）より小さい。
（ロ）高さは、下記曲線（ａ）より高く、下記曲線（ｂ）より低い。
（ａ）第２アーム（１ｃ）の垂直を保ちながら第１アーム（１ｂ）を振るときに該接続点（６ｂ）が描く曲線（９）と、下限線（１０）とのうち、より高さが大きい方が描く曲線。
（ｂ）第１アーム（１ｂ）を最大傾斜角（１２）に保ちながら第２アーム（１ｃ）を振るときに該接続点（６ｂ）が描く曲線（１１）と、上限線（１３）とのうち、より高さが小さい方が描く曲線。

上記構成に従えば、人の胴や頭部に第２アーム（１ｃ）が接触する恐れが少なく安全である。第１アーム（１ｂ）も、適当な最大傾斜角（１２）を有するため、周囲の人物や建築物に接触する恐れが少ない。ピラー（１ａ）付近では、エンドエフェクタ（２）の上下動範囲が制限されるが、ピラー（１ａ）の高さをエンドエフェクタ（２）の運用高度と同程度にすることで、実用上の障害を回避することができる。

図５は、人が定位置で旋回する際の干渉を防止する手段を示し、前記エンドエフェクタ（２）が、関節（６ａ）ならびにエンドエフェクタ接続点を両端に備えるリンク（６）を含み、該関節（６ａ）に可動結合されることを特徴し、前記ロボットアーム（１）の動作範囲が、下記制限（イ）および（ロ）を満たすように制限されることを特徴とする、前記段落０００９、００１２、００１３のいずれかに記載の移動支援装置の実施例を示したものである。
（イ）前記エンドエフェクタ（２）使用時に人が向く方向をエンドエフェクタ角とし、該関節（６ａ）側から該リンク（６）が伸びる方向をリンクの方向とするとき、該リンクの方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの相対角度を±９０度の範囲に制限する（１４）。
（ロ）前記円柱座標系において該エンドエフェクタ角が原点に向かう方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの絶対角度を±１８０度の範囲に制限する（１６）。

このような構成である時、時計回りに９０度旋回する動作は、図５ｂに示すように、関節（６ａ）を−９０度だけ回転（１４）させることで補助することができ、このときのエンドエフェクタの角度は−９０度（１６）を示す。反時計回りの回転は、対称の手順に従って行えばよい。一方、時計回りに１８０度旋回する動作は、図５ｃに示すように、関節（６ａ）を−９０度（１４）だけ回転させた後、エンドエフェクタが−１８０度回転（１６）されるように、アーム（１ｂ、１ｃ）を駆動すればよい。１８０度以上自転するとアーム（１ｃ）が人と干渉する恐れが生じるため、アーム（１ｂ、１ｃ）の運動は制限される。反時計回りに１８０度回転する場合は、対称な手順に従えばよい。結局、上記関節の運動とアームの運動とを組み合わせることにより、３６０度の自転が可能となる。

なお、適当な手段によって関節（６ａ）を支承し、使用者の頭頂よりも上部に設けることに支障がなければ、アーム（１ｂ、１ｃ）との干渉を避け、無限回転することができる。この場合、上記段落００３８記載の構成および動作制限は不要である。

図６は、前記いずれかの移動支援装置により、立ち上がりを介助する方法を示した図である。まず、座位にある要介護者があって、ロボットアーム（１）の働きにより、腋窩に腋窩支持体（３）を誘導してこれを担持し、胸部に胸部支持体（４）を当接し、ハンドル（５ａ）を把持させ（ａ）、ロボットアーム（１）を駆動して、エンドエフェクタ（２）を前進させるとともに前傾させることで、要介護者を前屈させ（ｂ）、さらにロボットアームを駆動して、エンドエフェクタ（２）を上昇させ、腋窩支持体（３）ならびに胸部支持体（４）によって体幹を支承する（ｃ）ことで、立ち上がりの介助ができる。

着座の動作は、逆の手順に従えばよく、上記介助手段は、寝台、便座、椅子、車いす、自動車のシート、その他座位を保持する設備から起居する際、全般的に利用することができる。

腋窩支持体（３）が体幹を懸吊する強度は、ロボットアーム（１）の関節トルクによって制御できるため、要介護者の筋力に合わせて調節することで過剰な介助を抑制し、筋力の低下を防止することができる。また、歩行の際に足に加わる力を減らしたい場合は、エンドエフェクタ（２）の前傾角度を増し、胸部支持体（４）とハンドル（５ａ）とが体幹を支承する割合を増やせばよい。いずれの支承方法であっても、腋窩支持体（３）によって要介護者の体幹が懸吊されるため、蹉躓による転倒の危険性は著しく低下する。

図７ａは、歩行困難な要介護者の介助に用いる装置の実施例を示し、前記エンドエフェクタ（２）が、臀部を支承するシート（１７）を備え、該シート（１７）は、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする前記段落０００９、００１２、００１３、００１５のいずれかに記載の移動支援装置である。

上記起居動作を妨げない手段は、上記シート（１７）が、臀部を支承する位置（図７ａ）と、上記起居動作と物理的に干渉しない位置（図７ｂ）との両方を取り得るように、該シート（１７）が変形、移動する機構であり、より具体的には、フレーム（１８）と、シートアーム（１９）と、直動アクチュエータ（２０）とを左右対称に備え、該フレーム（１８）は前記エンドエフェクタ（２）と固定結合し、直動アクチュエータ（２０）は、シートアーム（１９）を駆動し、該シートアーム（１９）は、該フレーム（１８）との節点（１９ａ）を回転するてこ機構を構成し、シート（１７）を支承することを特徴とする機構による。

このような構成であれば、図７ｂに示すように、左右の直動アクチュエータ（２０）を駆動することによりシートアーム（１９）およびシート（１７）を展開し、人の起居動作を妨げない形状とすることができる。

図８ａは別の実施例を示し、前記エンドエフェクタ（２）が、肩から首を支承する背もたれ（２１）を備え、前記腋窩支持体（３ａ）が、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする前記段落００１６記載の移動支援装置である。

前記腋窩支持体（３ａ）が人の起居動作を妨げない手段は、軸受（５ｂ）を備え、該軸受（５ｂ）が、これを介して前記フレーム（５）と腋窩支持体（３ａ）とを可動結合する構成による。一方、シート（１７）が人の起居動作を妨げない手段は、上側フレーム（２２）と、回転アクチュエータ（２３）と、下側フレーム（２４）と、シート（１７）とを備え、該上側フレーム（２２）は前記エンドエフェクタ（２）を固定結合し、該回転アクチュエータ（２３）を介して該下側フレーム（２４）を可動結合し、該下側フレーム（２４）は、該シート（１７）を支承することを特徴とする構成による。

上記構成によれば、図８ｂに示すように、回転アクチュエータ（２３）を駆動することにより、下側フレーム（２４）およびシート（１７）を背部に移動し、人の起居動作を妨げない形状とすることができる。なお、要介護者は、該移動支援装置を横滑させて腋窩支持体（３ａ、３ｂ）を腋窩に誘導する方法により保持できる。

図９ａは、足底を支承する手段を備える移動支援装置の実施例を示し、前記エンドエフェクタ（２）が、足底を支承するステップ（２５）を備え、該ステップ（２５）が、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする前記段落００１９記載の移動支援装置である。

ステップ（２５）が人の起居動作を妨げない手段は、フレーム（２７）と、回転型アクチュエータ（２６）と、ステップアーム（２５ａ）と、ステップ（２５）とを備え、該フレーム（２７）は、前記エンドエフェクタ（２）と固定結合し、該回転型アクチュエータ（２６）を介して、該ステップアーム（２５ａ）を可動結合し、該ステップアーム（２５ａ）はステップ（２５）を固定結合することを特徴とする機構による。

シート（１７）が人の起居動作を妨げない手段は、前記フレーム（２７）と、シートフレーム（２８）と、直動アクチュエータ（３０）と、トグル機構（図９ｂの２９）と、シート（１７）とを備え、前記フレーム（２７）は、前記エンドエフェクタ（２）と固定結合し、該直動アクチュエータ（３０）を介して、該シートフレーム（２８）を駆動し、該シートフレーム（２８）は、前記フレーム（２７）との節点（２７ａ）を回転するてこ機構を構成し、該トグル機構（２９）を固定し、該トグル機構（２９）は、該シート（１７）を擺動させる手段を介してこれを可動結合することを特徴とする機構による。

この手段によれば、図９ｂに示すように、トグル機構（２９）のはたらきによりシート（１７）を閉じた上、直動アクチュエータ（３０）を駆動することにより、シートフレーム（２８）を回転し、人の起居動作を妨げない位置にシート（１７）を格納することができる。

図１０は、前記段落００２０記載の移動支援装置によって、立ち上がりを介助する手順を示したものであり、まず、座位にある要介護者の正面に前記エンドエフェクタ（３１）を誘導し、足底をステップ（２５）で支承させる（ａ）。次に、前記エンドエフェクタ（３１）を後進させて下腿部を屈曲させ、同時に脇下に腋窩支持体（３）を誘導してこれで腋窩を担持し、胸部に胸部支持体（４）を当接し、ハンドル（５）を把持させる（ｂ）。次に、エンドエフェクタ（３１）を前進させるとともに前傾させ、要介護者を前屈させ、それと同時に下腿部がさらに屈曲するようにステップアーム（２５ａ）を回転させる（ｃ）。さらに、エンドエフェクタ（３１）を、より前傾させるとともに上昇させ、同時に下腿部が伸展するようにステップアーム（２５ａ）を回転し、体幹を伸展させ（ｄ）、エンドエフェクタ（３１）を後傾回復するとともに、シート（１７）が臀部を支承するように、シートフレーム（２８）およびトグル機構（２９）を駆動することで、起居動作の介助ができる（ｅ）。

図１１は、前記段落００２０記載の移動支援装置によって、起き上がりを介助する手順を示したものであり、まず、仰臥位にある要介護者の正面に前記エンドエフェクタ（３１）を誘導してこれを保持し、ステップ（２５）が足底に当接するようにステップアーム（２５ａ）を適宜回転し、ステップ（２５）が足底を押圧して下腿部が屈曲するよう、さらに回転させる（ａ）。次に、ステップ（２５）を軸としてエンドエフェクタ（３１）が後転するようにロボットアーム（１）を駆動することで脇下に腋窩支持体（３）を誘導し、胸部に胸部支持体（４）を当接し、ハンドル（５ａ）を把持させる（ｂ）。さらに、要介護者から見て、エンドエフェクタ（３１）を前傾し、前進させることで臀部以外を懸吊し、臀部を中心に体幹を回転（３２）した後、腹部を中心に前方に回転（３３）することで、座位に変換することができる（ｃ）。

図１２ａ、図１２ｂ（使用状態を示す）は、要介護者の握力が弱く、体幹が脱落する恐れがある場合に使用できる構成であり、フレーム（５）が、肘窩を担持する肘窩支持体（３４）と、前腕を掛止する前腕掛止体（３５）と、ハンドル（３６）とを備えることを特徴とする。本構成によれば、懸吊状態でハンドルを開放しても、前腕掛止体（３５）が前腕を掛止するため、体幹が脱落せず、安全である。

図１３は、前記段落００１６記載の移動支援装置によって、起き上がりを介助する手順を示したものであり、側臥位にある要介護者に対して前記エンドエフェクタを横滑させ、胸部支持体（４）と背もたれ（２１）が胴体を挟み込むように誘導し、腋窩支持体（３）で腋窩を担持させ、ハンドル（５）を把持させ（ａ）、次に、エンドエフェクタが横転するようにロボットアーム（１）を駆動し（３７）、仰臥位に変換し（ｂ）、以降、前述の方法により、座位に変換することができる。

図１４ａ、図１４ｂ（裏面を示す）は、寝たきりに類する状態の要介護者の移動を介助する装置の実施例を示し、前記段落０００９記載のエンドエフェクタを、頭部を支承する頭部支持体（３８）と、背中を支承する背中支持体（３９）と、臀部および大腿部を支承する臀部支持体（４０）と、下腿部を支承する下腿支持体（４１）とを備え、臀部支持体が、機構全体を支承するアーム（４２）と、背中支持体および下腿支持体を起倒する手段とを具備することを特徴とするエンドエフェクタと置換した、前記段落００１２、００１３、００１５のいずれかに記載の移動支援装置である。

このような構成であるとき、図１５ａに示すように、側臥位にある要介護者の背中および臀部に、背中支持体（３９）および臀部支持体（４０）がそれぞれ当接するように前記エンドエフェクタを誘導し、次に、介護者の介助によって、仰臥位に変換し（ｂ）、さらに、要介護者が適切に支承される位置に滑動（ｃ）し、背中支持体および下腿支持体を適宜変形することで、側臥位から座位に変換することができる。

側臥位（図１５ａ）から仰臥位（図１５ｂ）にするとき、背中支持体（３９）および臀部支持体（４０）が床面となす角を変化させて追動したほうが良い場合は、そのようであってもよい。仰臥位（図１５ｂ）に変換した後に要介護者を滑動（図１５ｃ）するとき、背中支持体、臀部支持体、下腿支持体との摩擦は少ない方がよいため、これらの部材は摩擦係数の少ない表面を持つことが望ましく、タオル等を介挿して作業するとなお良い。

図１６は、背中支持体（３６）を適宜起倒して、エンドエフェクタを浴槽に沈め、要介護者を入浴させた状態を示した例である。この場合、要介護者が浴槽に移乗したものとみなすことができる。

さて、以上の移動支援装置が、移動の手段として最も効果を発揮する形態は、図１７に示すように、エンドエフェクタと、これを装着する据付型ロボットアーム（１）と、２以上の住宅設備（寝台４３、浴槽４６）とを含む建築物であって、該エンドエフェクタは、いずれの住宅設備に対しても移乗を介助する手段を具備し、該建築物は、該エンドエフェクタ、ならびに、該据付型ロボットアーム（１）の動作に干渉しない形状を備えることを特徴とする建築物（５５）である。

上記実施例には、住宅設備として、寝室（５０）に備わる寝台（４３）または椅子（４４）、ダイニング（５１）に備わる椅子（４５）、浴室（５２）に備わる浴槽（４６）、トイレ（５３）に備わる便座（４７）、玄関（４９）付近に配置した自動車に備わるシート（４８）が含まれる。

いずれの住宅設備に対しても、移乗を介助する手段には、上記いずれかのエンドエフェクタを適宜換装して、最適なものを選択すればよい。

エンドエフェクタ、ならびに、据付型ロボットアームの動作に干渉しない形状は、前記据付型ロボットアーム（１）を備えるロボット室（５４）に、前記住宅設備（寝台４３、浴槽４６）をそれぞれ含む２以上の部屋（寝室５０、浴室５２）を隣接して配置する構成による。

図１８（図１７の断面Ａ−Ａ’）は、前記段落００２０記載のエンドエフェクタを利用し、玄関（４９）付近に配置した自動車のシート（４８）から、ダイニング（５１）に備わる椅子（４５）へ、要介護者を移動させる例を示したものである。前記段落００５４記載の手順と逆の手順により、人（５６）を、シート（４８）から該エンドエフェクタに移乗させ、据付型ロボットアーム（１）を駆動して、玄関（４９）、ロボット室（５４）、ダイニング（５１）の順に誘導し、前記段落００５４記載の手順により、該エンドエフェクタから椅子（４５）に移乗させることで、移動ができる。

上記エンドエフェクタは、移動型ロボットのように車輪で移動しないため、床面の形態（階段等）に影響を受けることなく移動することができ、転倒の恐れもない。また、ロボットアーム（１）の関節角から、エンドエフェクタの位置と姿勢を容易に推定できるため、自動誘導や衝突回避などの制御が行いやすい。

図１９は、前記建築物（５５）の別の実施例を示したものであり、エンドエフェクタと、これを装着する据付型ロボットアーム（１）と、２以上の住宅設備（寝台４３、浴槽４６、便座４７）とを含む建築物であって、該エンドエフェクタは、いずれの住宅設備に対しても移乗を介助する手段を具備し、該建築物は、該エンドエフェクタ、ならびに、該据付型ロボットアーム（１）の動作に干渉しない形状を備えることを特徴とする建築物（５５）である。

この実施例においても、前記据付型ロボットアーム（１）を備えるロボット室（５４）に、前記住宅設備（寝台４３、浴槽４６、便座４７）をそれぞれ含む２以上の部屋（寝室５０、浴室５２、トイレ５３）を隣接して配置する構成により、該エンドエフェクタ、ならびに、該据付型ロボットアーム（１）の動作に干渉しない形状を実現している。なお、ロボット室（５４）と寝室（５０）の間に明確な境界はないが、それらが備える設備によって、機能的に区分できることは明らかである。

図２０は、前記段落００１５記載のエンドエフェクタを利用し、寝台（４３）から便座（４７）に要介護者を移動させる介助の例を示したものである。前記段落００４１記載の手順により、要介護者を該エンドエフェクタに移乗させ、方向を転換（ａ）し、エンドエフェクタの補助により前進（ｂ）し、寝室（５０）およびロボット室（５４）を経由してトイレ（５３）に移動し、方向を転換（ｃ）し、前記段落００４１記載の手順と逆の手順により、便座（４７）に移乗させることで、移動できる。

このとき、該エンドエフェクタおよびロボットアームは、前記段落００３６から００３９記載の動作範囲制限により、人と干渉しないように駆動される。寝室（５０）、ロボット室（５４）、トイレ（５３）を構成する構造物も、ロボット室に隣接する前記構成により、各動作に干渉しないことが明らかである。利用者のプライバシーが必要な場合は、浴室の戸（５７ａ）およびトイレの戸（５７ｂ）が、据付型ロボットアーム（１）を中心に回転する機構を備えるよう構成すればよく、寝室（５０）と、浴室と、トイレ（５３）とを、上記干渉を生じることなく仕切ることができる。

図２１は、前記段落００２２記載のエンドエフェクタを利用し、寝台（４３）から浴槽（４６）に要介護者を移動させる介助の例を示したものである。前記段落００５９記載の方法により、要介護者を該エンドエフェクタに移乗させ、これを座位に変形し（ｄ）、ロボットアーム（１）を駆動することにより、寝室（５０）およびロボット室（５４）を経由して浴室（５２）に移動し、前記段落００６１記載の方法により、浴槽に移乗（ｅ）させることで移動できる。

この例においても、寝室（５０）、ロボット室（５４）、浴室（５２）を構成する構造物が、各動作に干渉しないことが明らかである。

なお、ロボットアームおよび建築物は、産業構造上、個別の業態によって製造されるため、前記ロボットアームを据え付けて使用することを目的に製造された建築物、および、その用に既存の建築物を改装した建築物、ならびに、前記建築物に据え付けて使用することを目的に製造されたロボットアーム、および、前記ロボットアームに装着することを目的に製造されたエンドエフェクタが、それぞれ個別に製造され得る。しかしながら、そのような形態であっても、最終的な使用形態を本発明と同じくする以上、個別の実施物も本発明の範囲に含まれることは明らかである。

以上のように、移動手段（据付型ロボットアーム）の発明、および、環境（建築物の形状）の発明を組み合わせることで、個々の発明の効果以上の効果が得られることが明らかである。近年のロボット工学の分野では、ロボット自体の性能に限界があるとき、ロボットが活動する環境を改良することでロボットの性能を向上させる手法が用いられることがあり、本発明も同手法に基づいた高度な技術思想である。

さて、このように構成した建築物は、人の移動だけでなく、清掃用具やコミュニケーションロボットの移動手段としても有効であり、種々のエンドエフェクタを換装し、様々なサービスを提供する上で、そのインフラストラクチャとして最適である。

図２２はその実施例を示し、例えば、回転する洗浄具（５８）を備えるエンドエフェクタ（５９）や、掃除機（６０）を備えるエンドエフェクタ（６１）を利用することで、洗浄および清掃作業を自動的に実施することが可能である。また、コミュニケーションロボット（６２）を備えるエンドエフェクタ（６３）を利用すれば、段差や障害物がある床面上でも円滑に移動でき、自己位置推定も容易である。

Claims (11)

1. エンドエフェクタ、ならびに、これを装着する据付型ロボットアームを含む移動支援装置であって、該エンドエフェクタが、腋窩を担持する腋窩支持体と、胸部に当接する胸部支持体とを具備することを特徴とする移動支援装置。
2. 前記据付型ロボットアームが、柔軟関節を具備することを特徴とする、前記請求項１記載の移動支援装置。
3. 前記据付型ロボットアームが、第１アームと、第２アームとを備え、第２アームが前記エンドエフェクタ側にあることを特徴とする垂直多関節型ロボットであって、エンドエフェクタ接続点が、円柱座標系において下記領域内を動作することを特徴とする、前記請求項１または２記載の移動支援装置：
   （イ）動径は、最小半径より大きく、最大半径より小さい。
   （ロ）高さは、下記曲線（ａ）より高く、下記曲線（ｂ）より低い。
   （ａ）第２アームの垂直を保ちながら第１アームを振るときに該接続点が描く曲線と、下限線とのうち、より高さが大きい方が描く曲線。
   （ｂ）第１アームを最大傾斜角に保ちながら第２アームを振るときに該接続点が描く曲線と、上限線とのうち、より高さが小さい方が描く曲線。
4. 前記エンドエフェクタが、関節ならびにエンドエフェクタ接続点を両端に備えるリンクを含み、該関節に可動結合されることを特徴し、前記ロボットアームの動作範囲が、下記制限（イ）および（ロ）を満たすように制限されることを特徴とする、前記請求項１から３のいずれかに記載の移動支援装置：
   （イ）前記エンドエフェクタ使用時に人が向く方向をエンドエフェクタ角とし、該関節側から該リンクが伸びる方向をリンクの方向とするとき、該リンクの方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの相対角度を±９０度の範囲に制限する。
   （ロ）前記円柱座標系において該エンドエフェクタ角が原点に向かう方向を基準として、該エンドエフェクタ角がこれとなす反時計回りの絶対角度を±１８０度の範囲に制限する。
5. 前記エンドエフェクタが、臀部を支承するシートを備え、該シートは、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記請求項１から４のいずれかに記載の移動支援装置。
6. 前記エンドエフェクタが、肩から首を支承する背もたれを備え、前記腋窩支持体が、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記請求項５記載の移動支援装置。
7. 前記エンドエフェクタが、足底を支承するステップを備え、該ステップが、人の起居動作を妨げない手段を具備することを特徴とする、前記請求項５または６記載の移動支援装置。
8. 前記エンドエフェクタが、肘窩を担持する肘窩支持体と、前腕を掛止する前腕掛止体と、ハンドルとを備えることを特徴とする、前記請求項１から７のいずれかに記載の移動支援装置。
9. 前記請求項１記載のエンドエフェクタを、頭部を支承する頭部支持体と、背中を支承する背中支持体と、臀部および大腿部を支承する臀部支持体と、下腿部を支承する下腿支持体とを備え、臀部支持体が、機構全体を支承するアームと、背中支持体および下腿支持体を起倒する手段とを具備することを特徴とするエンドエフェクタと置換した、前記請求項２から４のいずれかに記載の移動支援装置。
10. エンドエフェクタと、これを装着する据付型ロボットアームと、２以上の住宅設備とを含む建築物であって、該エンドエフェクタは、いずれの住宅設備に対しても移乗を介助する手段を具備し、該建築物は、該エンドエフェクタ、ならびに、該据付型ロボットアームの動作に干渉しない形状を備えることを特徴とする建築物。
11. 前記エンドエフェクタ、ならびに、前記据付型ロボットアームが、前記請求項１から１０のいずれかに記載の移動支援装置であることを特徴とする、前記請求項１０記載の建築物。