JP2017200574A - 電動ベッド - Google Patents

Abstract

【課題】より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現可能な起伏動作を制御可能とする電動ベッドを提供する。【解決手段】本発明の電動ベッド１は、フィードバック制御で起伏動作を制御可能とする電動ベッドであり、着床部１８に対し所定の起伏動作を実行するための操作信号を発生するスイッチ１１と、この操作信号を有線又は無線で受信し、着床部１８に対し当該所定の起伏動作を実行する駆動機構（モーター１３及びアクチュエーター１４）を制御するコントローラー１２と、着床部１８の可動に係る可動部位に設置される状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃとを備える。また、スイッチ１１又はコントローラー１２のいずれか一方に、当該状態センサーからのセンサー信号を基に当該駆動機構による所定の起伏動作の実行をフィードバック制御するフィードバック制御部３０が設けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、起伏動作を制御可能とする電動ベッドの技術に関し、特に、治療用又は介護用の電動ベッドに関する。

従来からモーターを介してアクチュエーターを駆動してリンク機構を作動させ、ベッドを起伏させる技法が知られている（例えば、特許文献１参照）。このような電動ベッドは、主に、病院内の治療用や家庭内での介護用に利用される。

電動ベッドにおけるこの起伏動作を実現するために、様々な構造のリンク機構が実用化され、油圧式のアクチュエーターを利用するものやモーター式のアクチュエーターを利用するものがあるが、一般的には、モーターを介してアクチュエーターを駆動してリンク機構を作動させるものが多い。特に、治療用或いは介護用の電動ベッドは、その起伏動作として、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの３つの動作をそれぞれほぼ無段階に調整できるのが一般的である。

ただし、このような電動ベッドは、大別してフィードバック制御を行わない第１のタイプと、フィードバック制御を行う第２のタイプの二種類がある。

第１のタイプは、操作用のスイッチに表示される表示値を操作者が確認しながら、モーターを介してアクチュエーターを駆動してリンク機構を作動させ、所望値となる位置で操作者の操作により停止させるものである。この第１のタイプの電動ベッドは、比較的廉価のものが多い。

しかしながら、例えば電動ベッドを利用する治療又は介護の対象者が医師の指導を受けてその背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについて制限されている場合、第１のタイプの電動ベッドでは、操作者の判断によって任意に背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さを調整することになるため、誤って操作してしまうおそれがある。

そこで、第２のタイプは、操作用のスイッチにて予め背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについて制限する設定値を入力しておき、モーターを介してアクチュエーターを駆動してリンク機構を作動させるにあたり、そのモーターの回転量をエンコーダーやポテンションメーターにより検知してフィードバック制御を行うよう構成したものである。

この第２のタイプの電動ベッドでは、例えば電動ベッドを利用する治療又は介護の対象者が医師の指導を受けてその背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについて制限されている場合、予め対応する設定値を操作用のスイッチにて設定しておく。そして、操作者が操作用のスイッチにてモーターを介してアクチュエーターを駆動してリンク機構を作動させたとき、フィードバック制御によりその設定値を超えることなく作動する。このため、第２のタイプの電動ベッドは、操作者にとって、或いは治療又は介護の対象者にとって、安心・安全な電動ベッドとして実現される。

特に、第２のタイプの電動ベッドでは、着床する対象者の身体的負担を少なくするよう細やかな動き、例えば背上げ角及び膝上げ高さを同時に可変に制御することや、スローアップ又はスローダウンなどの速度制御を行うなどの連動制御を実現することができ、このような制御は、第１のタイプの電動ベッドでは実現できない。

図１０に、従来の典型的な第２のタイプの電動ベッド１０の例を示している。また、図１１は、従来の典型的な第２のタイプの電動ベッド１０のスイッチ１１の概略的な構成を示している。

図１０を参照するに、従来の典型的な第２のタイプの電動ベッド１０は、人体を支えるベッドフレーム１７の下方に、コントローラー１２、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６が配設される。特に、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるように、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６を一組として合計３組設けられている。

コントローラー１２には各モーター１３を駆動するためのハーネスが接続されている。各モーター１３の出力軸にはそれぞれのアクチュエーター１４が連結され、各アクチュエーター１４のシリンダはそれぞれのリンク機構１６に接続される。また、各モーター１３の出力軸には、エンコーダーやポテンションメーターなどの回転量を検知する回転量検知センサー１５がそれぞれ設けられ、この回転量検知センサー１５の出力信号は、それぞれの信号ケーブル（図示せず）を経てコントローラー１２に接続される。

そして、操作用のスイッチ１１はコントローラー１２に接続されており、操作者は、スイッチ１１を用いて着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるようになっている。

第２のタイプの電動ベッド１０のスイッチ１１は、図１１では主要な機能のみを概略的に示しているが、設定値表示部１１１と操作・設定ボタン部１１２が設けられる。設定値表示部１１１には、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての現在の設定値がそれぞれの設定表示部１１１ａ，１１１ｂ，１１１ｃに表示される。

また、操作・設定ボタン部１１２には、設定ボタン１１２ｄと操作ボタン１１２ｅが設けられ、設定ボタン１１２ｄが押されると設定モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｆが点灯し、操作ボタン１１２ｅが押されると操作モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｇが点灯する。

設定ボタン１１２ｄを押して設定モードとし、上下ボタン１１２ａ, １１２ｂ, １１２ｂを操作することで、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれ所望の設定値となるよう設定することができ、その設定値が設定値表示部１１１にそれぞれ表示される。

操作ボタン１１２ｅを押して操作モードとし、上下ボタン１１２ａ, １１２ｂ, １１２ｂを操作することで、当該設定値を超えることのない範囲内で背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの可変動作が可能となっており、フィードバック制御によりその設定値を超えることなく作動する。

尚、図１１に示す例では、例えば背上げ角及び膝上げ高さを同時に可変に連動制御して動作させる操作ボタンの図示を省略しているが、この操作ボタンが押された時には、スローアップ又はスローダウンなどの速度制御を併用して当該設定値の位置まで自動的に可変動作する。

このような従来の典型的な第２のタイプの電動ベッド１０の全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を図１２に示している。図１２を参照するに、まず、スイッチ１１から操作モード時の操作信号がコントローラー１２へ出力される。

コントローラー１２は、当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する所定の設定値に基づく操作信号を受け付けると、対応する動作を実現するため、駆動信号をモーター１３に供給するとともに、エンコーダーやポテンションメーターなどのそれぞれの回転量検知センサー１５から対応するモーター１３の回転量を示す回転量信号を入力して監視し、当該回転量を基に当該所定の設定値に対応する状態となるようフィードバック制御を行う。

当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの調整をそれぞれ行う各アクチュエーター１４のシリンダは、モーター１３の回転に応じて伸縮し、この伸縮に応じてそれぞれのリンク機構１６を介して電動ベッド１０における着床部１８の可変動作が行われる。

尚、電動ベッドではないが、当該背上げ角の検出のために１軸加速度センサーを用いる技法が開示されている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−１２０５４号公報 特開２０１５−１３６５７９号公報

前述したように、フィードバック制御を行わない第１のタイプの電動ベッドでは、誤って操作してしまうおそれがある。

一方、フィードバック制御を行う第２のタイプの電動ベッドは、操作者にとって、或いは治療又は介護の対象者にとって、安心・安全な電動ベッドとして実現される。

しかしながら、従来の第２のタイプの電動ベッドは、エンコーダーやポテンションメーターなどの回転量を検知する回転量検知センサーを用いてフィードバック制御を行うよう構成しており、一般的に、エンコーダーやポテンションメーターは累積誤差が発生するという性質を持つ。このため、治療用や介護用の電動ベッドに利用するエンコーダーやポテンションメーターは極めて高精度・低誤差の仕様が要求され高価なものとなる。結果として、電動ベッドも高価なものとなる。

また、従来の第２のタイプの電動ベッドは、実際の着床部の位置を検知するものではなく、エンコーダーやポテンションメーターによりモーターの回転量から着床部の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについて間接的に推定してフィードバック制御を行うものであるため、実際の着床部の位置とモーターの回転量とが誤差がある場合や、経年変化で着床部が変形してしまうなどの状態が起こると改めて設定し直すか、又は再較正することが必要となる。

従って、フィードバック制御を行う第２のタイプの電動ベッドについて、より低連化可能とし、尚且つ高精度のフィードバック制御を実現する技法が望まれる。

より好適には、第１のタイプの電動ベッドについて、第２のタイプの電動ベッドを新たに購入するよりも低廉で、尚且つ後付け容易な構成の部品の追加及び変更のみで、第２のタイプの電動ベッドへと変様させる技法が望まれる。

より好適には、第２のタイプの電動ベッドについて、後付け容易な構成の部品の追加及び変更のみで、高精度化した第２のタイプの電動ベッドへと変様させる技法が望まれる。

本発明の目的は、上述の問題に鑑みて、より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現可能な起伏動作を制御可能とする電動ベッドを提供することにある。

本発明の電動ベッドは、フィードバック制御で起伏動作を制御可能とする電動ベッドであって、着床部に対し所定の起伏動作を実行するための操作信号を発生するスイッチと、前記操作信号を有線又は無線で受信し、前記着床部に対し前記所定の起伏動作を実行する駆動機構を制御するコントローラーと、前記着床部の可動に係る可動部位に設置される状態センサーと、を備え、前記スイッチ又は前記コントローラーのいずれか一方に、前記状態センサーからのセンサー信号を基に前記駆動機構による前記所定の起伏動作の実行をフィードバック制御するフィードバック制御部が設けられていることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記状態センサーは、前記所定の起伏動作の種類数に応じた個数で設置されていることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記状態センサーは、前記着床部の可動に係る可動部位に少なくとも１つ設置されていることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記所定の起伏動作は２種以上の起伏動作からなり、前記状態センサーは、該２種以上の起伏動作における共通の可動部位に１つ設けられ、前記所定の起伏動作の種類数より少ない個数で設置されていることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記駆動機構は、モーター駆動によるアクチュエーターよりなることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記状態センサーは、絶対座標軸に対する前記可動部位の傾きを検出可能なセンサーよりなることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記状態センサーは、２軸以上の絶対座標軸に対し各軸に対応する前記可動部位の傾きを検出可能なセンサーよりなることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記状態センサーは、ジャイロセンサー、角度センサー、加速度センサー、又は衝撃センサーよりなることを特徴とする。

本発明によれば、より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現可能とする電動ベッドを構成することができる。

本発明による第１実施形態の電動ベッドの概略構成を示す図である。 本発明による第１実施形態の電動ベッドの全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を示すブロック図である。 本発明による第１実施形態の電動ベッドにおけるフィードバック（ＦＢ）制御部の概略構成を示すブロック図である。 本発明による第１実施形態の電動ベッドの全体の操作時の動作を示すフローチャートである。 本発明による第２実施形態の電動ベッドの概略構成を示す図である。 本発明による第２実施形態の電動ベッドの全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を示すブロック図である。 本発明による第２実施形態の電動ベッドの全体の操作時の動作を示すフローチャートである。 本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサーについて２軸（２次元）で角度検出を行う際の原理図である。 本発明に係るフィードバック制御において、実角度θ＝０〜７０°における、ｘ軸（１次元）のみでフィードバック制御を行う場合、ｙ軸（１次元）のみでフィードバック制御を行う場合、及びｘ，ｙ軸（２次元）でフィードバック制御を行う場合における各角度誤差の分布を概略的に示す図である。 従来の典型的な第２のタイプの電動ベッドの例を示す図である。 従来の典型的な第２のタイプの電動ベッドのスイッチの概略的な構成を示す図である。 従来の典型的な第２のタイプの電動ベッドの全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を示すブロック図である。

以下、図面を参照して、本発明による各実施形態の電動ベッド１について説明する。

〔第１実施形態〕
（装置構成）
図１は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１の概略構成を示す図である。また、図２は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１の全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を示すブロック図である。尚、図１及び図２において、図１０乃至図１２に示す従来の電動ベッド１０と同様の構成要素には、同一の参照番号を付している。

図１及び図２を参照するに、本発明による第１実施形態の電動ベッド１は、図１０及び図１２に示す従来の電動ベッド１０と比較して、エンコーダーやポテンションメーターなどの回転量を検知する回転量検知センサーが設けられていない点、３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている点、及び、コントローラー１２の内部に、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づくフィードバック（ＦＢ）制御部３０が設けられている点で相違しているが、その他の構成要素は同様である。

より具体的には、図１に示す第１実施形態の電動ベッド１は、人体を支えるベッドフレーム１７の下方に、コントローラー１２、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６が配設される。特に、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるように、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６を一組として合計３組設けられている。

コントローラー１２には各モーター１３を駆動するためのハーネスが接続されている。各モーター１３の出力軸にはそれぞれのアクチュエーター１４が連結され、各アクチュエーター１４のシリンダはそれぞれのリンク機構１６に接続される。

そして、操作用のスイッチ１１はコントローラー１２に接続されており、操作者は、スイッチ１１を用いて着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるようになっている。スイッチ１１の構成は、図１１に示すものと同様とすることができる。尚、図１１に示す例では、例えば背上げ角及び膝上げ高さを同時に可変に連動制御して動作させる操作ボタンの図示を省略しているが、この操作ボタンが押された時には、スローアップ又はスローダウンなどの速度制御を併用して当該設定値の位置まで自動的に可変動作する。

ところで、第１実施形態の電動ベッド１には、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての可動部位の位置に、それぞれ３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている。状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、それぞれ状態変化を１次元以上で検出するためのジャイロセンサーや、角度センサー、加速度センサー、衝撃センサーのうちいずれかとすることができる。３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃから出力される各センサー信号は、破線で示すそれぞれの信号ケーブルを経てコントローラー１２に接続される。

このような第１実施形態の電動ベッド１の全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を図２に示している。図２に示すように、コントローラー１２の内部には、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づくＦＢ制御部３０が設けられている。

図２を参照するに、まず、スイッチ１１から操作モード時の操作信号がコントローラー１２へ出力される。

コントローラー１２は、当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する所定の設定値に基づく操作信号を受け付けると、対応する動作を実現するため、駆動信号をモーター１３に供給するとともに、ＦＢ制御部３０の機能により状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を入力して監視し、当該センサー信号を基に当該所定の設定値に対応する状態となるようフィードバック制御を行う。

当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの調整をそれぞれ行う各アクチュエーター１４のシリンダは、モーター１３の回転に応じて伸縮し、この伸縮に応じてそれぞれのリンク機構１６を介して電動ベッド１０における着床部１８の可変動作が行われる。

ここで、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、従来の治療用や介護用の電動ベッドに利用するエンコーダーやポテンションメーターと比較して廉価である。

また、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての可動部位の位置に設けられているため、実際の着床部１８の位置を直接的に検知する。このため、実際の着床部１８の位置とモーター１３の回転量とが誤差が吸収され、経年変化で着床部１８が変形してしまうような場合でもその検出精度に影響がほとんどない。そして、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃのセンサー出力は、累積誤差が発生することもなく高精度化が実現できる。

図３は、本実施形態の電動ベッド１におけるＦＢ制御部３０の概略構成を示すブロック図である。ＦＢ制御部３０は、第１信号入力部３１、第２信号入力部３３、第３信号入力部３３、設定値入力部３４、信号変換部３５、及び比較部３６を備える。

第１信号入力部３１、第２信号入力部３３、及び第３信号入力部３３は、それぞれ状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を入力し、信号変換部３５へ出力する。

信号変換部３５は、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を基に背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する状態値へと変換する。信号変換部３５は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）と記憶部とを備え、記憶部に格納されるプログラムをＣＰＵにより読み出し、当該状態値へと変換する演算を実行することで実現される。尚、信号変換部３５は、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する状態値へと変換のために、予め状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃの設置位置に基づいて較正したテーブル又は演算式を当該記憶部に予め保持しており、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を基に直ちに背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する状態値へと変換することができる。

設定値入力部３４は、当該操作信号における背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する所定の設定値を入力し、比較部３６へ出力する。

比較部３６は、信号変換部３５から得られる状態値と、設定値入力部３４から得られる設定値を比較して、その差分の有無を示す比較信号を出力する。

従って、コントローラー１２は、当該比較信号を基にモーター１３をフィードバック制御する。

（装置動作）
図４は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１の全体の操作時の動作を示すフローチャートである。

まず、ベッド（着床部１８）の可変動作に関する操作信号をスイッチ１１からコントローラー１２へ送信する（ステップＳ１）。

操作信号を受け付けたコントローラー１２は、対応するモーター１３の駆動を制御し、アクチュエーター１４を駆動する（ステップＳ２）。

このとき、コントローラー１２は、ＦＢ制御部３０の比較信号を基に、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃのセンサー信号を監視し（ステップＳ３）、ベッド（着床部１８）の可変動作は設定値に到達したか否かを判定する（ステップＳ４）。

コントローラー１２は、ベッド（着床部１８）の可変動作が設定値に到達していなければ（ステップＳ４：Ｎｏ）、当該モーター１３の駆動を継続する。

一方、コントローラー１２は、ベッド（着床部１８）の可変動作が設定値に到達したとして判定すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、モーター１３の駆動を停止し、アクチュエーター１４の位置を保持する（ステップＳ５）。

以上のように、本実施形態の電動ベッド１によれば、より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御が実現可能となり、結果としてベッド自体も低廉化させることができる。

〔第２実施形態〕
（装置構成）
図５は、本発明による第２実施形態の電動ベッド１の概略構成を示す図である。また、図６は、本発明による第２実施形態の電動ベッド１の全体の操作時の動作を実現する機能部の概略構成を示すブロック図である。尚、図５及び図６において、図１及び図２に示すものと同様の構成要素には、同一の参照番号を付している。

図５及び図６を参照するに、本発明による第２実施形態の電動ベッド１は、図１０及び図１２に示す従来の電動ベッド１０と比較して、エンコーダーやポテンションメーターなどの回転量を検知する回転量検知センサーが設けられていない点、３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている点、及び、スイッチ１１の内部に、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づくフィードバック（ＦＢ）制御部３０が設けられている点で相違しているが、その他の構成要素は同様である。

より具体的には、図５に示す第２実施形態の電動ベッド１は、第１実施形態と同様に、人体を支えるベッドフレーム１７の下方に、コントローラー１２、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６が配設される。特に、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるように、モーター１３、アクチュエーター１４、及びリンク機構１６を一組として合計３組設けられている。

即ち、第１実施形態と同様に、第２実施形態の電動ベッド１には、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての可動部位の位置に、それぞれ３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃが設けられている。３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃから出力される各センサー信号は、破線で示すそれぞれの信号ケーブルを経てコントローラー１２に接続される。

また、第１実施形態と同様に、コントローラー１２には各モーター１３を駆動するためのハーネスが接続されている。各モーター１３の出力軸にはそれぞれのアクチュエーター１４が連結され、各アクチュエーター１４のシリンダはそれぞれのリンク機構１６に接続される。

そして、操作用のスイッチ１１はコントローラー１２に接続されており、操作者は、スイッチ１１を用いて着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてそれぞれほぼ無段階の調整ができるようになっている。

第２実施形態のコントローラー１２は、第１実施形態とは異なり、コントローラー１２を図１０及び図１２に示す従来のコントローラー１２を変更なくそのまま用いることができる。

本実施形態のスイッチ１１は、その基本構成として、図１１に示すものと同様とすることができ、図１１に示す例では、例えば背上げ角及び膝上げ高さを同時に可変に連動制御して動作させる操作ボタンの図示を省略しているが、この操作ボタンが押された時には、スローアップ又はスローダウンなどの速度制御を併用して当該設定値の位置まで自動的に可変動作する。

ただし、本実施形態のスイッチ１１には、図６に示すように、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づくＦＢ制御部３０が設けられている。尚、本実施形態のスイッチ１１におけるＦＢ制御部３０の構成は、第１実施形態における図３に示すものと同様とすることができる。

図６を参照するに、まず、スイッチ１１から操作モード時の操作信号がコントローラー１２へ出力される。

コントローラー１２は、当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する所定の設定値に基づく操作信号を受け付けると、対応する動作を実現するため、駆動信号をモーター１３に供給する。

当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの調整をそれぞれ行う各アクチュエーター１４のシリンダは、モーター１３の回転に応じて伸縮し、この伸縮に応じてそれぞれのリンク機構１６を介して電動ベッド１０における着床部１８の可変動作が行われる。

スイッチ１１は、ＦＢ制御部３０の機能により状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を入力して監視し、当該センサー信号を基に当該所定の設定値に対応する状態となるようフィードバック制御を行う。

前述したように、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、従来の治療用や介護用の電動ベッドに利用するエンコーダーやポテンションメーターと比較して廉価である。

また、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての可動部位の位置に設けられているため、実際の着床部１８の位置を直接的に検知する。このため、実際の着床部１８の位置とモーター１３の回転量とが誤差が吸収され、経年変化で着床部１８が変形してしまうような場合でもその検出精度に影響がほとんどない。そして、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃのセンサー出力は、累積誤差が発生することもなく高精度化が実現できる。

（装置動作）
図７は、本発明による第２実施形態の電動ベッド１の全体の操作時の動作を示すフローチャートである。

まず、ベッド（着床部１８）の可変動作に関する操作信号をスイッチ１１からコントローラー１２へ送信する（ステップＳ１１）。

操作信号を受け付けたコントローラー１２は、対応するモーター１３の駆動を制御し、アクチュエーター１４を駆動する（ステップＳ１２）。

このとき、スイッチ１１は、ＦＢ制御部３０の比較信号を基に、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃのセンサー信号を監視し（ステップＳ１３）、ベッド（着床部１８）の可変動作は設定値に到達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。

スイッチ１１は、ベッド（着床部１８）の可変動作が設定値に到達していなければ（ステップＳ１４：Ｎｏ）、当該モーター１３の駆動を停止させる操作信号を送信せず、その駆動を継続させる。

一方、スイッチ１１は、ベッド（着床部１８）の可変動作が設定値に到達したとして判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、モーター１３の駆動を停止させるための操作信号をコントローラー１２に送信する（ステップＳ１５）。

コントローラー１２は、当該操作信号を受け付けて、モーター１３の駆動を停止し、アクチュエーター１４の位置を保持する（ステップＳ１６）。

以上のように、本実施形態の電動ベッド１によれば、より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御が実現可能となり、結果としてベッド自体も低廉化させることができる。

また、第２実施形態の電動ベッド１は、フィードバック制御を行わない既存の第１のタイプの電動ベッドについて、スイッチ１１の付け替えと、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃの設置のみで、第２のタイプの電動ベッドを新たに購入するよりも低廉で第２のタイプの電動ベッドへと変様させることができる。

また、第２実施形態の電動ベッド１は、エンコーダーやポテンションメーターなどの回転量を検知する回転量検知センサーに基づくフィードバック制御を行う既存の第２のタイプの電動ベッドについて、スイッチ１１の付け替えと、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃの設置のみで、より高精度化した第２のタイプの電動ベッドへと変様させることができる。

以上、特定の実施形態の例を挙げて本発明を説明したが、本発明は前述の実施形態の例に限定されるものではなく、その技術思想を逸脱しない範囲で種々変形可能である。例えば、上述した各実施形態の例では、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについての可動部位の位置に、それぞれ３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設ける例を説明したが、これは好適例であり、着床部１８の背上げ角及び膝上げ高さについての可動部位の位置にそれぞれ２つの状態センサー２０ａ，２０ｂを設けるのみでも、着床部１８の背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さについてのフィードバック制御は可能である。特に、本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、ジャイロセンサーや、角度センサー、加速度センサー、衝撃センサーのうちいずれかとすることができるが、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さ等のそれぞれの起伏動作に対応する１次元の位置を検出するものを複数配置し、当該起伏動作に関する状態変化を２次元以上で検出するのが好適である。このため、本発明は、１種の起伏動作を行う電動ベッドに対しては、１つの状態センサーとすることができ、或いは３種以上の起伏動作を行う電動ベッドに対し、共通の可動部位には１つの状態センサーとすることでより低廉化を図ることができる。

また、上述した実施形態の例では、着床部１８に状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃを設ける例を説明したが、例えばリンク機構１６やアクチュエーター１４など、着床部１８の可動に係る可動部位であれば、任意の箇所に設置することができる。

また、上述した実施形態の例では、モーター１３によるアクチュエーター１４を駆動機構として用いる例を説明したが、これは細密な連動制御を行うための好適例であり、油圧式や空気圧式のアクチュエーター、或いはその他の駆動機構を用いる電動ベッドとすることもできる。

また、本発明に係る電動ベッドは、スイッチ１１の操作信号を有線又は無線でコントローラー１２に送信する形態とすることもできる。

（状態センサー）
上述したように、本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサー（本例では３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）は、１次元又は複数次元の状態変化の検出で、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さ等のそれぞれの起伏動作に対応する位置を検出可能とするものであればよい。特に、起伏動作に対応する位置を検出するには、絶対座標軸に対する、状態センサーを設置する可動部位の傾きを検出可能なセンサーとするのが好適である。また、以下に説明するが、本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサー（本例では３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）として、２軸（２次元）以上の絶対座標軸（例えばｘｙｚ軸に対しｘｙ軸）に対し各軸（例えばｘｙ軸）に対応する当該可動部位の傾きを検出可能なセンサーとするとするのがより好適である。このため、状態センサーとして、ジャイロセンサーや、角度センサー、加速度センサー、衝撃センサー等を利用できる。

念のため、これらの具体的なセンサーについて説明すると、まず、ジャイロセンサーは回転角速度センサーとも称され、振動式、地磁気式、光学式、熱式、或いは機械式等の種々の機構のものがあるが、最も一般的に民生機器に搭載されているものとして、ＩＣタイプの１軸（上下、左右、或いは前後といった一次元）や３軸（上下、左右、及び前後といったｘｙｚ軸の３次元）の振動式ジャイロセンサーがあり、この振動式ジャイロセンサーにはシリコンを使う静電容量方式や、水晶や他の圧電材料を使うピエゾ方式などがある。振動式ジャイロセンサーは、動き（状態変化）に応じて機械的な動作をする素子と、その素子の動作に基づく信号を処理する電子回路とを組み合わせたものであり、回転角速度を検知することで、動き（状態変化）を検知することができる。従って、３軸のジャイロセンサーや１軸のジャイロセンサーを複数用いて複数軸（複数次元）の状態を検知する状態センサーとして構成することができる。

また、角度センサーは、いわば１軸のジャイロセンサーであり、一般的には、動き（状態変化）に応じて回転する回転体と、その回転体に設けられるスリットが通過する際に磁界又は光を遮るのを検出する電子回路とを組み合わせたロータリーエンコーダーと同原理のものや、動き（状態変化）に応じて静電容量が変化する容量式膜と、その静電容量の変化に基づく信号を処理する電子回路とを組み合わせたものなどがあり、このような回転体や静電容量の変化の変化を検知することで、動き（状態変化）を検知することができる。従って、１軸の角度センサーを複数用いて複数軸（複数次元）の状態を検知する状態センサーとして構成することができる。

また、加速度センサーは、振動式、地磁気式、光学式、熱式、或いは機械式等の種々の機構のものがありジャイロセンサーの一種として扱われることがあるが、厳密には、１軸（上下、左右、或いは前後といった一次元）や３軸（上下、左右、及び前後といったｘｙｚ軸の３次元）における各軸方向の加速度を検出するものであり、電子回路の処理が異なるのみで動作原理はジャイロセンサーと同様である。加速度センサーには、最も一般的に民生機器に搭載されているものとして、ＩＣタイプの１軸（上下、左右、或いは前後といった一次元）や３軸（上下、左右、及び前後といったｘｙｚ軸の３次元）のものがあり、特に、携帯電話等では地球の重力加速度を計測することで携帯電話の傾きを検出し、画面が常に正しい向きで表示されるようにしている。従って、３軸の加速度センサーや１軸の加速度センサーを複数用いて複数軸（複数次元）の状態を検知する状態センサーとして構成することができる。

衝撃センサーは、加速度センサーの一種として扱われることがあるが、厳密には、動き（状態変化）に応じて移動するマグネットと、そのマグネットの動きに基づく加速度を示す信号を処理する電子回路とを組み合わせたものであり、単純にセンサー部位に生じる衝撃の強さを出力するように構成される。このような１軸の衝撃センサーを複数用いて複数軸（複数次元）の状態を検知する状態センサーとして構成することができる。

本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサー（本例では３つの状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）として、直接的に１軸（上下、左右、或いは前後といった一次元）や３軸（上下、左右、及び前後といったｘｙｚ軸の３次元）の軸方向の状態変化を示す信号を出力するものだけでなく、これらの軸方向の状態変化へと変換できるものであれば様々なセンサーを利用できる。

ただし、上述したジャイロセンサーや、角度センサー、加速度センサー、或いは衝撃センサーは、民生用にも広く用いられているため低廉化の観点で有利であり、特に、ジャイロセンサーや加速度センサーは広く用いられているとともに高精度であり、低コスト化だけでなく、本発明に係るフィードバック制御の高精度化にも適している。

ところで、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さ等のそれぞれ起伏動作に対応する位置制御を可能とするには、当該起伏動作に対応する角度で制御すればよい。このため、１軸（上下、左右、或いは前後といった一次元）の状態変化を検出するのみでも本発明に係るフィードバック制御を構成することができる。ただし、その起伏動作に対応する位置制御を行うのに、複数次元の状態変化の検出を利用することで、本発明に係るフィードバック制御における位置制御がより高精度になる。この点について検証したため、以下に説明する。

実験的に、状態センサー２０ａについて、３軸の加速度センサーを用い、その３軸の出力信号のうち１軸の状態変化の検出でフィードバック制御における位置制御を行った場合と、その３軸の出力信号のうち２軸の状態変化の検出でフィードバック制御における位置制御を行った場合との誤差をそれぞれ検証した。

図８は、本発明に係るフィードバック制御に用いる状態センサーについて２軸で角度検出を行う際の原理図である。図８に示すように、当該加速度センサーが絶対座標（ｘ軸：水平方向，ｙ軸：鉛直方向）に対し角度θで傾いているときの各センサー軸をａｘ，ａｙとすると、当該加速度センサーから得られる２軸の出力信号Ｓｘ，Ｓｙは、その角度θに相当する重力（Ｇ）成分の信号として得られるため、出力信号Ｓｘ，Ｓｙの各々から当該角度θを検出することができる。

例えば出力信号Ｓｘから当該角度θを検出するときは、ｃｏｓ０°（ｘ軸）の時の重力（Ｇ）は１Ｇとなり、ｃｏｓ１°の時は０．９９９８Ｇ、ｃｏｓ４５ °の時は０．７０７１Ｇ、ｃｏｓ８９°の時は０．０１７５Ｇ、ｃｏｓ９０ °の時は０Ｇとなる。

このｃｏｓの角度が０ °，１°，４５°，８９°，９０°と大きくなるにつれ、重力が１Ｇ、０．９９９８Ｇ，０．７０７１Ｇ，０．０１７５Ｇ，０Ｇと減少する。ｃｏｓ ０°からｃｏｓ１°における変化量の差は０．０００２、ｃｏｓ８９°からｃｏｓ９０°における変化量の差は０．９８２５となり、Ｇが減少するにつれ変化量の差が大きくなる。

一方、出力信号Ｓｙから当該角度θを検出するときは、ｓｉｎ０°（ｙ 軸）の時の重力（Ｇ）は０Ｇとなり、ｓｉｎ１°の時は０．０１７５Ｇ 、ｓｉｎ４５°の時は０．７０７１Ｇ、ｓｉｎ８９°の時は０．９９９８Ｇ 、ｓｉｎ９０°の時は１Ｇ となる。このｓｉｎの角度が０°，１°，４５°，８９°，９０°と大きくなるにつれ、重力が０Ｇ，０．０１７５Ｇ，０．７０７１Ｇ，０．９９９８Ｇ，１Ｇと増加する。ｓｉｎ０°から１°における変化量の差は０．９８２５、ｓｉｎ８９°からｓｉｎ９０°における変化量の差は０．０００２となり、Ｇが増加するにつれ変化量の差が小さくなる。

（１軸のフィードバック制御の場合）
表１には、１軸（１次元）のフィードバック制御に関して実際に測定したデータを示している。表１から理解されるように、出力信号Ｓｘからｃｏｓ演算で検出される角度（ｘ（ｃｏｓ）センサー角度）と、出力信号Ｓｙからｓｉｎ演算で検出される角度（ｙ（ｓｉｎ）センサー角度）との精度を比較すると、１軸（１次元）においてはｘ軸のみ用いる場合、ｃｏｓ９０°の時は変化量の差が大きくなり精度が上がり、ｃｏｓ０°の時は差が小さくなり精度が下がる傾向となっている。また、１軸（１次元）においてはｙ軸のみ用いる場合に、０°の時は差が大きくなり精度が上がり、ｓｉｎ９０°の時は差が小さくなり精度が下がる傾向となっている。従って、センサー軸ａｘ，ａｙのいずれか一方のみを用いた１軸のフィードバック制御の場合では誤差３°未満ではあるが精度ムラが生じ、特に、センサー軸ａｘのみを用いたフィードバック制御の場合では水平近辺で分解能の影響が大きくなり他の角度域と比べて精度が低下するといった現象が生じている。

（２軸のフィードバック制御の場合）
一方、表２には、２軸（２次元）のフィードバック制御に関して実際に測定したデータを示している。表２から理解されるように、２軸にするとｃｏｓ０°からｃｏｓ１°における変化量の差は０．０００２で精度が下がるが、ｓｉｎ０°からｓｉｎ１°における変化量の差が０．９８２５となり、精度が上がる。また、ｓｉｎ８９ °からｓｉｎ９０°における変化量の差は０．０００２で精度が下がるが、ｃｏｓ８９ °からｃｏｓ９０°における変化量の差が０．９８２５となり、精度が上がる。表２から理解されるように、出力信号Ｓｘからｃｏｓ演算で検出される角度（ｘ（ｃｏｓ）センサー角度）と、出力信号Ｓｙからｓｉｎ演算で検出される角度（ｙ（ｓｉｎ）センサー角度）との精度を比較すると、実角度に対する精度が対称的であるため、“ｘ（ｃｏｓ）センサー角度”で精度が下がる角度の範囲では“ｙ（ｓｉｎ）センサー角度”の精度が上がり、“ｙ（ｓｉｎ）センサー角度”で精度が下がる角度の範囲では“ｘ（ｃｏｓ）センサー角度”の精度が上がる。従って、ｘ軸の出力信号Ｓｘで精度が悪い重力成分の範囲ではｙ軸の精度が良いためｙ軸の出力信号Ｓｙで補うことができ、ｙ軸の出力信号Ｓｙで精度が悪い重力成分の範囲ではｘ軸の精度が良いためｘ軸の出力信号Ｓｘで補うことができるため、精度ムラを抑制することができる。

表１及び表２の実測結果を基に、図９には、本発明に係るフィードバック制御において、実角度θ＝０〜７０°における、ｘ軸（１次元）のみでフィードバック制御を行う場合、ｙ軸（１次元）のみでフィードバック制御を行う場合、及びｘ，ｙ軸（２次元）でフィードバック制御を行う場合における各角度誤差の分布を概略的に示している。

図９からも理解されるように、２軸（２次元）のフィードバック制御であれば、実角度θの範囲に関係なく精度ムラを抑制することができ、１軸（１次元）のフィードバック制御よりも位置制御に関する精度をより向上させることができる（実験では誤差０．６°以下）。

従って、本発明に係るフィードバック制御において、状態センサーの次元数を増加させるほど、更に位置制御に関する精度が向上するため、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さ等のそれぞれの起伏動作に対応する位置制御のために、１次元よりも複数次元の状態変化の検出を行うのが好適である。

本発明によれば、より低連で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現可能とする電動ベッドを構成することができるので、治療用又は介護用の電動ベッドの用途に有用である。

１ 本発明の電動ベッド
１０ 従来の第２のタイプの電動ベッド
１１ スイッチ
１２ コントローラー
１３ モーター
１４ アクチュエーター
１５ 回転量検知センサー（エンコーダーやポテンションメーター）
１６ リンク機構
１７ ベッドフレーム
１８ 着床部
２０ａ，２０ｂ，２０ｃ 状態センサー
３０ フィードバック（ＦＢ）制御部
３１ 第１信号入力部
３２ 第２信号入力部
３３ 第３信号入力部
３４ 設定値入力部
３５ 信号変換部
３６ 比較部
１１１ 設定値表示部
１１２ 操作・設定ボタン部
１１１ａ, １１１ｂ，１１１ｃ 設定表示部
１１２ａ，１１２ｂ，１１２ｃ 上下ボタン
１１２ｄ 設定ボタン
１１２ｅ 操作ボタン
１１２ｆ，１１２ｇ ＬＥＤ表示部

Claims (8)

1. フィードバック制御で起伏動作を制御可能とする電動ベッドであって、
   着床部に対し所定の起伏動作を実行するための操作信号を発生するスイッチと、
   前記操作信号を有線又は無線で受信し、前記着床部に対し前記所定の起伏動作を実行する駆動機構を制御するコントローラーと、
   前記着床部の可動に係る可動部位に設置される状態センサーと、を備え、
   前記スイッチ又は前記コントローラーのいずれか一方に、前記状態センサーからのセンサー信号を基に前記駆動機構による前記所定の起伏動作の実行をフィードバック制御するフィードバック制御部が設けられていることを特徴とする電動ベッド。
2. 前記状態センサーは、前記所定の起伏動作の種類数に応じた個数で設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動ベッド。
3. 前記状態センサーは、前記着床部の可動に係る可動部位に少なくとも１つ設置されていることを特徴とする、請求項２に記載の電動ベッド。
4. 前記所定の起伏動作は２種以上の起伏動作からなり、
   前記状態センサーは、該２種以上の起伏動作における共通の可動部位に１つ設けられ、前記所定の起伏動作の種類数より少ない個数で設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の電動ベッド。
5. 前記駆動機構は、モーター駆動によるアクチュエーターよりなることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ベッド。
6. 前記状態センサーは、絶対座標軸に対する前記可動部位の傾きを検出可能なセンサーよりなることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の電動ベッド。
7. 前記状態センサーは、２軸以上の絶対座標軸に対し各軸に対応する前記可動部位の傾きを検出可能なセンサーよりなることを特徴とする、請求項１から６のいずれか一項に記載の電動ベッド。
8. 前記状態センサーは、ジャイロセンサー、角度センサー、加速度センサー、又は衝撃センサーよりなることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の電動ベッド。