JP5323200B2 - ベッドおよび合体方法 - Google Patents

Description

本発明は、固定部と、該固定部から離合可能な移動部（車椅子）とを備えるベッドおよび合体方法に関するものである。

病院や介護施設においては、患者や被介護者などは、病室などのベッドに横たわっている状態から別の場所に１日に何度も移動する場合がある。この移動のために、患者や被介護者などをベッドから車椅子に移乗させる作業は、看護師や介護者などの人手により行われており、この作業が、看護師や介護者などにとり、肉体的に大きな負担となっている。

このような肉体的に大きな負担となる移乗作業を軽減化するために、ベッドの床部の一部に患者や被介護者などを乗せたまま分離することができ、分離した部分を車椅子として利用することができるベッドが提案されている。

また、電動車椅子としては、ジョイスティックを使い、利用者が思い通りに該電動車椅子を操作できるものがある。さらに、電動車椅子に接触センサを設け、該電動車椅子が他の物体にぶつかると接触センサが反応して、該電動車椅子が他の物体から自動的に回避するものがある。

ここで、電動車椅子を細い通路に進入させる場合には、該電動車椅子と壁などとの接触が避けられないこともあり、複数の接触センサの併用が有効と考えられている。

その場合、各接触センサに関する電動車椅子の運動特性（制御則を（式１）に示す）を個別で適切に設定することで、電動車椅子をスムーズに移動させることが可能になる。

ここで言うスムーズな移動とは、電動車椅子が他の物体に接触した時（接触センサが反応した時）、電動車椅子がその物体との接触を回避しながら姿勢修正を行うことである（接触回避動作及び姿勢修正動作）。さらに、このスムーズな移動とは、接触センサが反応した時に電動車椅子がすばやく動くことで、電動車椅子への衝撃を緩和することも含まれる。

このようなスムーズな移動（接触回避動作及び姿勢修正動作）は、接触センサにより検知した接触状態に応じて、電動車椅子の動作（ｘ軸方向の並進、ｙ軸方向の並進、ｚ軸回りの回転の３つの成分）を適切に変更することにより実現される。具体的には、電動車椅子が他の物体に接触した時は、（式１）に示す車椅子の運動特性である見かけの質量特性Ｍおよび見かけの粘性特性Ｄを小さくすることにより、スムーズな移動が実現される。

なお、電動車椅子ではないが、図１４に示す清掃ロボットが存在する（例えば、特許文献１参照）。この清掃ロボット５は、レーザセンサ１、超音波センサ２、接触センサ３を備え、他の物体との位置関係を把握した上で車輪４を駆動して自立走行を行うものである。このような清掃ロボット５は、経路上にある障害物を発見する超音波センサ２、障害物との接触状態を検知する接触センサ３が取付けられており、これらのセンサで検知した上で、制御装置によって障害物を回避しながら清掃を行なう。

特開昭６２−１６７５２７号公報

先に説明したように電動車椅子をスムーズに移動させるためには、接触センサにより検知した電動車椅子と他の物体との接触状態に応じて、電動車椅子の動作（ｘ軸方向の並進、ｙ軸方向の並進、ｚ軸回りの回転の３つの成分）を適切に設定する必要がある。さらに、電動車椅子が他の物体に接触した際は、（式１）に示す電動車椅子の運動特性の見かけの質量特性Ｍおよび見かけの粘性特性Ｄを小さくしてスムーズな移動を実現し、一方、接触状態がなくなった際は、見かけの質量特性Ｍを大きくする（元に戻す）ように調整する。この調整を行うことで、操作者に優しい動作が可能となる。

しかしながら、接触状態に応じて、ｘ軸方向の並進とｙ軸方向の並進とｚ軸回りの回転との３つの動作を関連させながら適切に調整するには、パラメータ調整が複雑になるという問題がある。

たとえば、ある一方向の接触力ｆａ（ ∈Ｒ ）を検出した場合、そのｆａに基づき（式２）に従って回避動作、姿勢修正動作を行う。

この場合には、接触力ｆａに基づき、ｘ軸方向とｙ軸方向とｚ軸回りとの動作を関連付けるために、見かけの質量特性Ｍと見かけの粘性特性Ｄとが１×３行列となる。

従って、接触力ｆａに基づく回避動作と姿勢修正動作とを行うためには、互いに関連する６個のパラメータを調整する必要があり、制御が複雑になる。

そこで本発明は、少ないパラメータ調整でスムーズな移動動作が可能となるベッドおよび合体方法を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明のベッドは、ベッド基台部と、前記ベッド基台部の中央部が一方の側面からへこんだ凹状の収容部に収容されると共に固定されてリクライニングベッドを構成する電動車椅子とを備えるベッドであって、前記一方の側面は、前記ベッドの側面であり、前記凹状の収容部は、前記ベッドを平面視したときの凹状の収容部であり、前記電動車椅子は、他の物体との接触の際に発生する接触力を検出する接触センサと、前記接触センサから得られる接触力に応じて前記電動車椅子の回転に関する情報である回避指令を生成する回避指令部と、前記収容部に対する前記電動車椅子の位置関係を検出する位置検出部と、前記位置検出部で検出された位置関係に応じて前記回避指令部が生成する回避指令の回転中心を設定する回転中心設定部と、前記回転中心設定部で設定された回転中心周りに前記電動車椅子を移動させる制御部とを備えることを特徴とする。

また、この目的を達成するために、本発明の合体方法は、ベッド基台部と、前記ベッド基台部の中央部が一方の側面からへこんだ凹状の収容部に収容されてベッドを構成する電動車椅子とを備えるベッドにおいて、前記収容部に前記電動車椅子を収容して前記ベッド基台部と前記電動車椅子とを合体させる合体方法であって、前記電動車椅子が備える接触センサにより前記電動車椅子と他の物体との接触の際に発生する接触力を検出し、前記接触センサから得られる接触力に応じて前記電動車椅子の回転に関する情報である回避指令を生成し、前記収容部に対する前記電動車椅子の位置関係を検出し、検出された前記位置関係に応じて前記回避指令の回転中心を設定し、設定された前記回転中心周りに回避動作を行うことを特徴とする。

本発明は、少ないパラメータ調整でスムーズな移動動作が可能となるベッドおよび合体方法を提供することを可能とする。

図１は、本発明の実施の形態１におけるベッドの斜視図である。 図２は、本実施の形態１における分離した時の固定部と移動部の斜視図である。 図３は、本実施の形態１における移動部のブロック図である。 図４は、本実施の形態１における移動部と固定部の足部との上面図である。 図５は、本実施の形態１における基準点距離ＬｓがＦ１以上の場合の移動部と固定部の足部の上面図である。 図６は、本実施の形態１における回転中心設定部のフローチャートである。 図７は、本実施の形態１における回転中心の設定条件の表を示す図である。 図８は、本実施の形態１における基準点距離ＬｓがＦ２以上Ｆ１未満の場合の移動部と固定部の足部の上面図である。 図９は、本実施の形態１における回避指令部のフローチャートである。 図１０は、本実施の形態１における移動部が足部の左側の側面壁に接触した時の上面図である。 図１１は、本実施の形態１における移動部が足部の右側の側面壁に接触した時の上面図である。 図１２は、本実施の形態１における移動部が収容部の左側の側面壁に接触した時の上面図である。 図１３は、本実施の形態１における移動部が収容部の左側の側面壁に接触した時の上面図である。 図１４は、従来の清掃ロボットの断面図である。

本発明にかかるベッドは、固定部と、前記固定部に設けられた凹状の収容部に収容される移動部とを備えるベッドであって、前記移動部は、他の物体との接触の際に発生する接触力を検出する接触センサと、前記接触センサから得られる接触力に応じて前記移動部の回転に関する情報である回避指令を生成する回避指令部と、前記収容部に対する前記移動部の位置関係を検出する位置検出部と、前記位置検出部で検出された位置関係に応じて前記回避指令部が生成する回避指令の回転中心を設定する回転中心設定部と、前記回転中心設定部で設定された回転中心周りに前記移動部を移動させる制御部とを備えることを特徴としている。

これにより、ベッドを合体させる際の固定部と移動部との位置関係によって、適切な回転中心を設定することができ、スムーズな固定部と移動部の合体を実行することが可能となる。

また、前記位置検出部は、前記収容部の基準点までの距離である基準点距離Ｌｓを取得し、前記回転中心設定部は、基準点距離Ｌｓに応じて前記回転中心を設定するものでも良い。

これによれば、固定部と移動部との位置関係を一次元で判断することができ、迅速かつスムーズな固定部と移動部の合体を実行させることが可能となる。

また、それぞれ異なる回転中心と対応づけられた複数の接触センサを備えるものでも良い。

これによれば、他の物体との接触をきめ細かに検出することができるため、よりスムーズな固定部と移動部の合体を行うことが可能となる。

本発明に係る合体方法は、固定部と、前記固定部に設けられた凹状の収容部と、前記収容部に収容される移動部とを備えるベッドにおいて、前記収容部に前記移動部を収容して前記固定部と前記移動部とを合体させる合体方法であって、前記移動部が備える接触センサにより前記移動部と他の物体との接触の際に発生する接触力を検出し、前記接触センサから得られる接触力に応じて前記移動部の回転に関する情報である回避指令を生成し、前記収容部に対する前記移動部の位置関係を検出し、検出された前記位置関係に応じて前記回避指令の回転中心を回転中心を設定し、設定された前記回転中心周りに回避動作を行うことを特徴とする。

これにより、ベッドを合体させる際の固定部と移動部との位置関係によって、適切な回転中心を設定することができ、スムーズな固定部と移動部の合体を実行することが可能となる。

さらに、前記移動部から前記収容部の基準点までの距離である基準点距離Ｌｓを前記位置関係として取得しても良い。

これによれば、固定部と移動部との位置関係を一次元で判断することができ、迅速かつスムーズな固定部と移動部の合体を実行させることが可能となる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明において、同じ構成には同じ符号を付して、適宜、説明を省略している。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１におけるベッド１０の斜視図である。図２は、ベッド１０が分離した時の固定部１１と走行車（車椅子）である移動部１２のそれぞれの斜視図である。

本実施の形態１にかかるベッド１０は、固定部１１と移動部１２とを備えており、特に移動部１２の特徴は、必要に応じ移動部１２を駆動制御するための基準とする回転中心の位置を適切な位置に設定することである。

まずは、移動部１２と固定部１１とを備えるベッド１０の構成を説明する。

なお、理解を容易にするために、移動部１２には、図２に示すように、互いに直交するｘ軸、ｙ軸、ｚ軸を有する座標系を設定している。ｘ軸とｙ軸から構成される平面は、地面に対して平行な水平面とし、ｘ軸は、移動部１２の前方（移動部１２に座った人が前を向く方向）を向き、ｚ軸は、鉛直上方向を向いているものとする。また、この座標系は、台車部１８（後述）の中心に設定している。

図１および図２に示すように、本実施の形態１のベッド１０は、収容部２０を有する固定部１１と、移動体としての移動部１２とを備えている。

固定部１１は、ベッド基台部１４ａと、このベッド基台部１４ａを下方で支持する足部１４ｂと固定部側床部１５とを備えている。

移動部１２は、固定部１１と分離、および、合体することができる装置である。また、移動部１２は、臥床姿勢から座位姿勢へと変形することができ、座位姿勢の状態で移動する電動車椅子としても機能する。さらに、移動部１２は、座部１６と肘掛部１７と台車部１８とを備えている。移動部１２と固定部１１とが合体してベッド１０を構成している時には、移動部１２の座部１６および肘掛部１７は、ベッド１０の床部１３となる。なお、固定部１１は、その中央部が一方の側面からへこんだ凹状の凹みを有し、この凹み（収容部２０）に移動部１２が収まることで、固定部１１と移動部１２とが合体する。

固定部１１と移動部１２とが合体した状態のベッド１０（図１参照）は、固定部側床部１５、座部１６、および、肘掛部１７により、床部１３が構成されている。

また、肘掛部１７には、ベッド１０（固定部１１と移動部１２と両方）の動作を制御できる操作パネル１９が配置されている（図１、図２参照）。操作パネル１９は、固定部１１と移動部１２とをリモートコントロールすることができるパネルである。また、操作パネル１９は、固定部１１と移動部１２とが合体している状態（図１の状態）では、床部１３の側方に配置され、移動部１２が電動車椅子として機能している状態（図２の状態）では、肘掛部１７の上側に配置される。このように、操作パネル１９は、肘掛部１７と共に移動可能となっている。

操作パネル１９は、ジョイスティック３２と、自動誘導開始スイッチ３８と、分離スイッチ４３とを備えている。操作パネル１９を用いることにより、患者や被介護者などが、ベッド１０を容易に操作することが可能になる。

ベッド１０は、このような構成を採用することにより、臥床している患者や被介護者などが背上げや脚上げの楽な姿勢をとりつつ、安心してベッド１０の固定部１１から移動部１２の分離または合体を迅速に行うことができる。したがって、患者や被介護者などが快適にベッド１０上で臥床することに加えて、移動部１２を安全かつ快適な電動車椅子に変形させて移動することを可能とする。したがって、介護者の負担の少ないベッド１０を実現することができる。

さらに、ベッド１０の状態では、電動車椅子（移動部１２）と一体となっているので、ベッド（ベッド１０）使用時の電動車椅子（移動部１２）の保管場所が不要である。この電動車椅子（移動部１２）は駆動部を有しており、操作パネル１９のジョイスティック３２を操作したマニュアル走行も可能である。

さらに、移動部１２は、固定部１１から分離している図２の状態から、固定部１１へ合体した図１の状態に自律的に移動する自動走行車でもある。移動部１２が備えるレーザ距離センサが固定部１１の収容部２０までの相対的な極座標データを測定して、移動部１２が進入位置補正と姿勢補正とを自律的に行いながら、収容部２０へ自動的に進入する。

ここで、移動部１２が備える接触センサが収容部２０の壁面にぶつかると、移動部１２は回避動作を行う。

次に、移動部１２が行う進入位置補正と姿勢補正と回避動作とについて、詳細を説明する。

図３は、移動部１２の機構部と機能部とを共に示すブロック図である。

移動部１２は、移動部１２を全方向に移動させることができる移動手段を備えている。ここで、「全方向に移動」とは、ｘｙ平面において移動部１２を移動させることと、ｚ軸周りの移動部１２の回転とを独立して制御しつつ移動部１２を移動させることを言う。つまり、移動手段は、移動部１２におけるｘ軸およびｙ軸と、移動部１２が移動する床面に仮想的に固定されたＸ軸およびＹ軸との関係を維持しつつ、床面における移動部１２の位置を変更することができる。本実施の形態１の場合、移動手段は、四つの車輪４４と、車体駆動部３１とから構成される。

移動部１２は、全方向移動機能を有する四つの車輪４４と、四つの車輪４４によって支持された台車部１８と、四つの車輪４４のそれぞれに独立して駆動力を与える車体駆動部３１と、車体駆動部３１へ停止や進行や移動方向等の指示を直接出すジョイスティック３２と、進入位置補正や姿勢補正を行う自動誘導制御部３３とを備えている。

さらに、移動部１２は、レーザ距離センサ３４と、レーザ距離センサ３４で検出された極座標データより収容ポイントを検出する収容ポイント検出部３６と、この収容ポイント検出部３６で検出された収容ポイントの極座標データより収容部２０の基準点Ｐｓの基準点距離Ｌｓ（図４参照）を算出する基準点検出部３５と、を備える。レーザ距離センサ３４は、検出エリアを所定の角度ごとにレーザ走査して、被検出物の相対的な極座標データである移動部１２と被検出物の部分との間の距離と、移動部１２を中心とした場合の被検出物の部分のＸＹ平面における角度を測定する。また、本実施の形態１の場合、レーザ距離センサ３４と基準点検出部３５とは、収容部２０に対する移動部１２の位置関係を検出する位置検出部としても機能している。

ここで、収容ポイント検出部３６で検出される収容ポイントとは、図４に示すように、正角度において移動部１２と固定部１１との間の距離が最短となる部分である点Ａと、負角度において最短距離の点Ｂと、点Ａと点Ｂとの間の挟角範囲内における正角度の最長距離の点Ｃと、点Ａと点Ｂとの間の挟角範囲内に存在する負角度の最長距離の点Ｄと、極座標データの角度が０度となる固定部１１の部分である中心点Ｈとの５ポイントである。

ここで、正角度とは、移動部１２の静止状態におけるｙ軸上に存在するレーザ距離センサ３４の位置を中心とし、ｙ軸を基準として図４において反時計回りに回転した場合の０度〜１８０度の角度範囲である。一方、負角度とは、正角度と同じ場合の１８０度〜３６０度の角度範囲、または、０度〜−１８０度の角度範囲である。

なお、レーザ距離センサ３４は台車部１８の左側面（移動部１２に座った操作者の左側）の中央に設置されている。レーザ距離センサ３４を台車部１８の左側面に設けた理由は、移動部１２が左側にスライドして収容部２０へ進入するように設計しているためである。ここで、逆に、移動部１２に座った人（操作者）の右方向に移動部１２が移動して収容部２０に進入するように設計した場合は、レーザ距離センサ３４を台車部１８の右側に設けることが好ましい。また、この場合は、レーザ距離センサ３４は台車部１８の右側面の中央に設置される。

さらに、移動部１２は、収容ポイント検出部３６で検出された点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄから形成される４角形の４辺が、収容部２０の４辺であるか否かの識別を行う収容部識別部３７と、収容部識別部３７で被検出物が収容部２０であると識別されると点灯して操作者の指示を待つ自動誘導開始スイッチ３８とを有する。この自動誘導開始スイッチ３８は操作パネル１９に配置されている。

また、移動部１２は、固定部１１との合体完了を判断する位置決めセンサ４０を備える。さらに、移動部１２は、ベッド可変駆動部４１と、固定部１１と移動部１２が合体している状態から分離した状態へ分離するよう指示を出す分離スイッチ４３とを備える。この分離スイッチ４３は操作パネル１９に配置されている。ベッド可変駆動部４１は、移動部１２を臥床姿勢から座位姿勢へと変形させる機能と、座位姿勢から臥床姿勢へ変形させる機能とを有する。

また、移動部１２は、他の物体と接触した場合に接触力を検出する接触センサ５０ａと、接触センサ５０ａの検出結果に応じて姿勢補正を行いながら他の物体から回避する回避指令を生成する回避指令部５１と、回避指令の回転中心を基準点距離Ｌｓによって設定する回転中心設定部５２と、回避指令を移動指令に変換する回避指令変換部５４とを備える。

なお、図３では接触センサ５０ａを一つしか記載していないが、実際には図４に示すように接触センサは四つ（５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ）あり、正方形である移動部１２の四隅（角部）に配置されている。

このように、接触センサ５０を四隅（角部）に設けることにより、壁等に移動部１２がぶつかる場合、最初にぶつかる部分は四隅（角部）のいずれかである可能性が高くなる。壁等に移動部１２がぶつかる場合、最初にぶつかる部分は四隅（角部）のいずれかであると、接触を高い確率で検出することが可能となる。

また、接触センサ５０は、ｘ軸方向、ｙ軸方向の少なくともいずれか一方の接触力を検出することができることが望ましい。

なお、上述した壁とは、一般的な壁も考えられるが、本実施の形態１の場合、収容部２０の側面壁２０ａ、２０ｂ、２０ｄ、２０ｅである（図４参照）。

そして、移動部１２が収容部２０へ進入する時、移動部１２は少し斜めから収容部２０へ進入することが多い。その時に側面壁２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、２０ｄにぶつかる部分は、接触センサ５０ａ、５０ｂを配置した台車部１８の隅（角部）であることが多い。

なお、本実施の形態１では、予め接触センサ５０毎に異なる回転中心が設定されている。そして、反応した接触センサ５０に対応する回転中心を回転中心設定部５２により設定し、設定した回転中心周りに回転動作速度が生成され、回避動作が行われる。

ここで、接触センサが一つ反応した場合は、その接触センサに対応した回転中心周りに回転動作速度が生成され、回避動作が行われる。また、接触センサが同時期に二つ反応した場合は、接触センサそれぞれに対応した回転中心周りに回転動作速度を生成し、それぞれの回転動作速度を合成することにより、移動部１２の回避動作速度を生成しても良い。なお、「同時期」とは、同時、又は、ほぼ同時の両方の意味として用いている。

次に、移動部１２が、どのような場合において、自動誘導により固定部１１との合体が可能になるかについて説明する。

図４は、移動部１２の台車部１８と足部とを示す上面図である。なお、図５に示す回転動作速度ωは、点Ｑ２を回転中心として回転する場合の角速度を示す。また、図８に示す回転動作速度ωは、点Ｑ３を回転中心として回転する場合の角速度を示す。

まず、固定部１１と移動部１２とが分離した状態から合体した状態にするために、操作者はジョイスティック３２を操作し、移動部１２を収容部２０に接近させる。この時、移動部１２（台車部１８）のレーザ距離センサ３４が、収容部２０の方を向くようにする。なお、レーザ距離センサ３４は、台車部１８のｙ軸方向の側部左側に取り付けられているので、移動部１２に搭乗している操作者は、左側を向いてジョイスティック３２を操作することになる。

ここで、ジョイスティック３２は、ニュートラルの際にはｚ軸に沿って配置されるレバー（図示せず）を備え、少なくとも前記レバーをｘ軸方向とｙ軸方向に傾動させることにより、傾動の角度と方向に関する情報を出力することができるものである。さらに、レバーの軸を中心としてレバーを回転させることによって、回転の向き（正回転か逆回転か）と回転量（角度）に関する情報を出力することができるものとなっている。

そして、ジョイスティック３２の操作によって移動指令が生成され、この移動指令により車体駆動部３１が車輪４４を駆動させる。なお、車輪４４は全方向に移動可能な車輪であり、具体的にはオムニホイールを使用する。

ここで言う移動指令とは、車体駆動部３１への指令動作速度に関する指令であり、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸回りの指令動作速度からなる。そして、ジョイスティック３２をｘ軸方向に傾けた角度により、ｘ軸方向の指令動作速度が変わる。また、ジョイスティック３２をｙ軸方向に傾けた角度により、ｙ軸方向の指令動作速度が変わる。また、ジョイスティックをどのくらい回転させたかで、ｚ軸回りの指令動作速度が変わる。この時、回転中心はｚ軸であり、図４にはこの回転中心を点Ｑ１として示す。点Ｑ１は台車部１８の中心であり、座標（０，０）とする。

また、自動誘導制御部３３も、移動指令を車体駆動部３１へ送り、移動部１２の動きを制御する。

なお、台車部１８の側面１８ａに取り付けられたレーザ距離センサ３４は、検出エリアが走査角度±６０度（ｙ軸方向を基準角０度とする）、有効距離４ｍ、角度分解能１度のレーザ距離センサを利用する。検出エリアとはこのレーザ距離センサが検出できる範囲であり、足部１４ｂの距離と角度を測定している。

そして、足部１４ｂの凹み（収容部２０）を検出するために、収容ポイント検出部３６は、レーザ距離センサ３４で測定された極座標データから、足部１４ｂの点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄを検出する。なお、ここで言う足部１４ｂの凹みとは収容部２０のことであるが、この段階で移動部１２は足部１４ｂの凹みを収容部２０として識別していないので、収容部２０を足部１４ｂの凹みとして記載している。

ただし、点Ｃと点Ｄは、点Ａと点Ｂとの挟角内に存在するものに限られる。これは足部１４ｂの凹みを検出するためである。

そして収容部識別部３７は、収容ポイント検出部３６で検出された四点より形成される四角形が収容部２０であるか否かの識別を行う。

なお、収容部識別部３７での識別は、レーザ距離センサ３４で検出された四点の極座標データより算出される四辺の寸法と、事前に登録されている収容部２０とを比較して行う。つまり、レーザ距離センサ３４で検出された点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄより形成される四角形が、移動部１２が合体すべき収容部２０であるか否かを、収容部識別部３７が判断する。

なお、収容部２０の４辺の寸法はＡＢ＝ＣＤ＝０．８０ｍ、ＡＣ＝ＢＤ＝０．８５ｍ、移動部１２は正方形で一辺が０．７５ｍである。

また、収容部識別部３７では、レーザ距離センサ３４が検出エリアを走査するたびに、以上のように自動誘導が可能な状態か否かの判断が行われる。ここで、自動誘導が可能な状態とは、レーザ距離センサ３４で検出された点Ａ、点Ｂ、点Ｃ、点Ｄより形成される四角形が、移動部１２が合体すべき収容部２０であると、収容部識別部３７が判断した状態である。

そして、自動誘導が可能な状態では、自動誘導開始スイッチ３８が点灯する。自動誘導開始スイッチ３８が点灯することにより、操作者は移動部１２が固定部１１と自動的に合体できる状態であることを知ることができる。そして、操作者が、移動部１２の合体が必要であるとして自動誘導開始スイッチ３８を押すと、ベッド可変駆動部４１が作動して、座部１６の下方部（足側）がベッド基台部１４ａより上に持ち上がる。そして、座部１６の下方部（足側）がベッド基台部１４ａにぶつからない状態になったら、自動誘導制御部３３が車体駆動部３１へ動作指令を発信する。そして、車体駆動部３１が動作指令を受信したら、移動部１２はｙ軸方向へ進入位置補正、姿勢補正を行いながら固定部１１に合体する。この時、移動部１２に搭乗している操作者は、真横に移動するような状態となる。

次に、移動部１２が固定部１１の収容部２０へ自動的に進入する方法について説明する。移動部１２が収容部２０へスムーズな進入を行うために、移動部１２と収容部２０との位置関係によって、移動部１２の進入位置補正や姿勢補正の制御則を変更する。

そのため、自動誘導制御部３３は、基準点検出部３５で取得された基準点距離Ｌｓを取得する。ちなみに、基準点距離Ｌｓとは、図４に示すように収容部２０の側面壁２０ｃからレーザ距離センサ３４までの垂線を引き、この垂線の長さが基準距離Ｌｓである。また、この垂線と側面壁２０ｃとの交点が収容部２０の基準点Ｐｓである。

そして、基準点距離Ｌｓの距離によって、自動誘導制御部３３は、移動部１２の進入位置補正と姿勢補正の制御則を変更し、収容部２０へスムーズな進入を可能にする。

まず、自動誘導制御部３３は、基準点検出部３５で取得された基準点距離Ｌｓを取得する。ちなみに、基準点検出部３５は、点Ａ、点Ｂの極座標データおよび中心点Ｈの距離ＬＨを用いて算出される。ただし、基準点検出部３５での基準点距離Ｌｓの取得はこれに限られるものではなく、点Ｃ、点Ｄの極座標データおよび中心点の距離ＬＨを用いて算出してもよいし、姿勢補正が行われることで中心線（中心点Ｈとレーザ距離センサ３４および台車部１８の中心を通る直線）が収容部２０の側面壁２０ｃとほぼ垂直になることを利用して中心線距離ＬＨを基準点距離Ｌｓとして算出してもよい。

このように移動部１２は、自動誘導で固定部１１の収容部２０に進入し、移動部１２と固定部１１とが合体してベッド１０の構成部材となる。この時、移動部１２は、点Ｃ、点Ｄを参照しながら、進入位置補正と姿勢補正とを行う。

しかしながら、レーザ距離センサ３４の精度が低い場合や、測定データの誤差のために、台車部１８の四隅（角部）に設けた接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄのいずれかが側面壁２０ａ、２０ｂにぶつかってしまうことがある。

このような場合、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは他の物体との接触力を検出し、この接触力に基づいた回避指令部５１の回避指令により移動部１２は回避動作を行う。この時、移動部１２と収容部２０との位置関係によって変わる回転中心を参照して、移動部１２の回避動作を行う。一般に、回転中心を変えることにより、その運動特性が大きく変わることが知られている。

図５に示す点Ｑ２（０，１．５）は、移動部１２が収容部２０へ自動誘導により進入する状態で、接触センサ５０ａが接触力を検出した時の移動部１２の回避動作の回転中心である。なお、点Ｑ２は点Ｑ１からｘ軸方向へ０ｍ、ｙ軸方向へ１．５ｍ離れていることを示す２次元の座標データである。

点Ｑ１は、自動誘導状態でない場合（通常時）において、接触センサ５０ａが接触力を検出した時の移動部１２の回避動作の回転中心である（点Ｑ１は、ジョイスティック３２の回転中心と同じである）。

次に、回転中心の設定動作および変更動作について図６のフローチャートと、図７に示す回転中心の変更条件の表５２ｂを用いて説明する。

まず、自動誘導開始スイッチ３８が押されると、移動部１２が自動誘導により収容部２０へ向かうと共に、回転中心設定部５２は、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄの回避動作の回転中心を取得する。本実施の形態の場合、回転中心は、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄに対応づけられて４点設定される。また、この４点は、あらかじめ移動部１２が記憶している。

ここでは、接触センサ５０ａが他の物体と接触し、回転中心設定部５２が接触センサ５０ａに対応した回転中心を設定した場合について説明する。

収容部２０と移動部１２の位置関係を検出する位置関係検出部として、収容部２０の基準点までの距離である基準点距離Ｌｓを取得する基準点検出部を利用する。この位置検出部として機能する基準点検出部３５は、収容ポイント検出部３６と基準点検出部３５とから成る。

なお、収容ポイント検出部３６は、レーザ距離センサ３４で検出された極座標データより極座標データの角度が０度である中心点Ｈを検出し、収容ポイント検出部３６で検出された極座標データより、基準点検出部３５は収容部２０の基準点Ｐｓの基準点距離Ｌｓを算出する。

回転中心設定部５２は、基準点検出部３５から基準点距離Ｌｓを取得する（ステップＳ１１）。そして、基準点距離Ｌｓが、移動部１２の一部が収容部２０の内方へ進入したことを示す距離Ｆ１（０．７ｍ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１２）。ここで、移動部１２が収容部２０へ進入したことを示す距離Ｆ１は、収容部２０のＡＣ方向の長さの約２０％の位置に移動部１２の先端が来た状態としている。

基準点距離Ｌｓが距離Ｆ１以上であると、回転中心設定部５２は、接触センサ５０ａに対応した回転中心を、図５に示す移動部１２の進入方向の前方に設定する（ステップＳ１３）。

なお、進入方向とは、移動部１２が収容部２０に近づく時、移動部１２が進む方向である。本実施の形態１では、移動部１２の側面１８ａと収容部２０の側面壁２０ｃが向き合って合体するために、移動部１２の進入方向は側面１８ａに垂直な方向である。この方向は、移動部１２のｙ軸方向と同じ方向である。

一方、基準点距離Ｌｓが距離Ｆ１より小さければ、回転中心設定部５２は、収容部２０の突き当たり付近（側面壁２０ｃ付近）であることを示す突き当たり距離Ｆ２（０．１ｍ）以上であるか否かを判断する（ステップＳ１４）。

ここで、本実施の形態の場合、点Ｃと点Ｄとを結ぶ線と重なる収容部２０の突き当たりに基準点Ｐｓが設定されているため、基準点距離Ｌｓと突き当たり距離Ｆ２とを直接比較して判断することができる。なお、基準点Ｐｓが上記以外の場所に設定されている場合、第二基準点Ｐｓ２を点Ｃと点Ｄとを結ぶ線と重なる収容部２０の突き当たりに設定し、距離Ｌｓ２と突き当たり距離Ｆ２とを比較すればよい。

基準点距離Ｌｓが突き当たり距離Ｆ２以上であると、回転中心設定部５２は、接触センサ５０ａに対応した回転中心を図８に示すように移動部１２の進入方向の反対の点Ｑ３（０，−１．５）に設定する（ステップＳ１５）。

一方、基準点距離Ｌｓが突き当たり距離Ｆ２より小さければ、回転中心設定部５２は、接触センサ５０ａに対応した回転中心を移動部１２の進入方向の反対の∞地点であるＱ４（０，−∞）（図示せず）に設定する。なお、ここで、回転中心を移動部１２の進入方向の∞地点に設定してもよい。この時、見かけ上、回転中心回りの移動部１２の動作はｘ軸方向に平行な動作となる（ステップＳ１６）。

回転中心設定部５２は、図７の回転中心の設定条件の表５２ｂに示すように、基準点距離Ｌｓによって、回転中心を設定する。

なお、レーザ距離センサ３４が検出エリアを走査し、基準距離Ｌｓが算出される度に、回転中心設定部５２で回転中心の設定を行う。

次に、回避指令部５１の動作について図９のフローチャートを用いて説明する。なお、回避指令部５１は、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄのそれぞれの反応によって回避指令を発信するものであるが、ここでは接触センサ５０ａの反応による回避指令部５１の回避指令について説明する。

まず、回避指令部５１は接触センサ５０ａが他の物体との接触を検出した場合に接触センサ５０ａから発信される接触信号を監視する（ステップＳ２１）。一方、接触信号を受信しなければ接触センサ５０ａの監視を続ける。

そして、接触信号を受信すると（ステップＳ２２）、接触力ｆ_aに基づく回避指令を生成する。回避指令は、接触センサ５０ａの接触力ｆ_aに基づき、（式３）に示す運動特性に従って、回転中心回りに生成される（ステップＳ２３）。

ただし、Ｍ_aθ∈Ｒは見かけの質量特性、Ｄ_aθ∈Ｒは見かけの粘性特性、ω_a∈Ｒは回転中心Ｑ２回りの回転動作速度である。（式３）は（式４）のように変形できる。

ただし、Ｌ[・]はラプラス変換を表し、Ｌ^-1[・]はラプラス逆変換を表す。従って、回避指令部５１では、接触力ｆ_aを入力として、（式４）に従って、接触センサ５０ａに対応した回転中心Ｑ２回りの回転動作速度ω_aを算出する。

ここで生成される回避指令は、回転動作速度ω_aのみであり、ｘ軸方向、ｙ軸方向の動作についての指令は生成されない。

そして、回転中心設定部５２より、接触センサ５０ａに対応した回転中心（ｘ２、ｙ２）を抽出する（ステップＳ２４）。この時の回転中心とは、Ｑ２が移動部１２の中心点であるＱ１からｘ軸方向、ｙ軸方向にどれくらい離れているかを示す２次元の座標データである。

そして、接触センサ５０ａに対応した回転中心と回避指令とを移動指令変換部５４へ送る（ステップＳ２５）。

この後、回避指令変換部５４が、回避指令部５１から発信された回転中心と回避指令とを受信する。そして、回避指令変換部５４は、接触センサ５０ａの回避指令と回転中心を移動指令に変換して、車体駆動部３１を駆動させる。

回避指令変換部５４では、回避指令部５１で生成された回避指令である回転中心Ｑ２回りの回転動作速度を、移動指令であるＱ１回りの動作速度に変換する。ここで、回転中心Ｑ２における動作速度を Ｖ_a＝[０、０、ω_a]^T∈Ｒ³ 、回転中心Ｑ１における動作速度を Ｖ_b＝[ｖ_b ^x、ｖ_b ^y、ω_b]^T∈Ｒ³ とおく。

いま、回転中心Ｑ２の位置が（ｘ₂、ｙ₂）であり、回転中心Ｑ１と回転中心Ｑ２の位置関係が図５に示すような場合を考える。この時、回転中心Ｑ２における動作速度Ｖ_aと、回転中心Ｑ１における動作速度Ｖ_bの間には、（式５）の関係が成り立つ。

ただし、（式６）、（式７）の関係を有するものとする。

そして、回避指令変換部５４では、（式５）、（式６）、（式７）に従って、回避指令部５１で算出した回転中心Ｑ２回りの回転動作速度Ｖ_ａを、回転中心Ｑ１における動作速度Ｖ_ｂに変換する。

このように制御することにより、固定部１１と移動部１２のスムーズな合体に必要な動作を、回転中心回りの動作のみで実現でき、パラメータ調整を容易に行うことができる。また、見かけの質量特性Ｍ及び見かけの粘性特性Ｄも回転中心回りに関するパラメータのみになるため、運動特性に関するパラメータ調整も容易に行うことができる。

つまり、回転中心を適切に設定することにより、接触力ｆａに基づく回転中心回りの回避動作と姿勢修正動作とを行う。この場合、（式３）に示すように、互いに関連する２個のパラメータＭａθ、Ｄａθのみの調整でよい。よって、パラメータ調整を容易に行うことができる。

例えば、基準点距離ＬｓがＦ１以上である状況で、回転中心が点Ｑ１のまま回避指令の調整を行うことも考えられるが、これはパラメータ調整に多大な時間を要するので、望ましくない。なぜなら、基準点距離ＬｓがＦ１以上である状況で、回転中心が点Ｑ１のまま、接触センサ５０ａが反応した時に移動部１２が回避しながら姿勢修正を行うには、ｘ軸方向、ｙ軸方向、ｚ軸回転の調整が必要となり、パラメータ調整に多大な時間を要する。

一方、本実施の形態１のように、収容部２０と移動部１２との位置関係によって、回転中心を適切に設定することにより、その回転中心回りの運動（ｚ軸回転）のみで、収容部２０と移動部１２の接触箇所からの回避と姿勢修正とを同時に行うことができるので、パラメータ調整が容易になる。

なお、基準点距離ＬｓがＦ１以上である場合、回転中心を進行方向の点（例えばＱ２）に設定する理由は、図１０、図１１に示すように、収容部２０に進入する前に足部１４ｂの進入側の側面壁２０ｄ，２０ｅに接触した場合に、回転中心回りの動作のみで接触を回避しながら、姿勢修正が行えるためである。図１０は接触センサ５０ａが進入方向の左側の側面壁２０ｄに接触した場合の接触回避動作及び姿勢修正動作を示し、図１１は接触センサ５０ｂが進入方向の右側の側面壁２０ｅに接触した場合の接触回避動作及び姿勢修正動作を示す。

図１２、図１３に示すように、収容部２０に進入中に側面壁２０ａ、２０ｂに接触した場合に、接触を回避しながら姿勢修正が行えるようにするため、基準点距離ＬｓがＦ２以上Ｆ１未満である場合に、回転中心を進行方向の反対方向の点（例えばＱ３）に設定することが好ましい。図１２は、接触センサ５０ａが収容部２０に進入中に左側の側面壁２０ａに接触した場合の接触回避動作及び姿勢修正動作を示し、図１４は、接触センサ５０ｂが収容部２０に進入中に右側の側面壁２０ｂに接触した場合の接触回避動作及び姿勢修正動作を示す。

また、この段階では姿勢修正がほぼ完了しており（姿勢修正が不要）、接触の回避のみでよいため、基準点距離ＬｓがＦ２未満である場合は、回転中心を進入方向または進入方向の反対方向の∞遠点に設定することが好ましい。

なお、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄごとに、回転中心が設定されるが、５０ｂ〜５０ｄは、５０ａと同じように設定される。詳しくは、通常時の移動部１２の回転中心はＱ１に設定され、基準点距離ＬｓがＦ１以上である場合の回転中心はＱ２に設定される。

また、基準点距離ＬｓがＦ１未満Ｆ２以上である場合、回転中心は点Ｑ３に設定される。また、基準点距離ＬｓがＦ２未満である場合、回転中心は進入方向または進入方向の反対方向の∞遠点に設定される。

なお、進入方向の反対に設置した接触センサ５０ｃ、５０ｄは、基準点距離ＬｓがＦ２以上で接触を検出した場合、回転中心を進入方向に設定し、基準点距離ＬｓがＦ２よりも小さい場合には、回転中心を進入方向または進入方向の反対方向の∞遠点であるＱ４に設定する。

基準点距離ＬｓがＦ２以上である場合、回転中心を進入方向に設定する理由は、収容部２０に進入中に辺ＡＣ，辺ＢＤに接触した場合に、接触を回避しながら姿勢修正が行えるためである。

基準点距離ＬｓがＦ２未満である場合、回転中心を進入方向または進入方向の反対方向の∞遠点に設定する理由は、この段階では姿勢修正がほぼ完了しており（姿勢修正不要）、接触の回避のみでよいためである。

本実施の形態１では、接触センサ５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄは接触力を検出するセンサである。このセンサは、例えば、バネ等の弾性体とポテンショメータを併用し、その変位から接触を検出するセンサを用いる。

なお、（式５）より、回転中心Ｑ１と回転中心Ｑ２の距離ｌ₂が大きくなるに従い、台車部１８の速度Ｖ_bが大きくなってしまう。台車部１８の速度Ｖ_bが大きくなった場合は、距離ｌ₂が大きくなるに従って、（式８）に示すように、Ｑ１回りの回転動作速度ω_bをω_b#に修正するとよい。

ただし、ω_b#∈Ｒは回転中心Ｑ２回りの回転動作速度ω_bの修正後の回転動作速度である。また、台車部中心における速度Ｖ_bが大きくなるのを防ぐ方法としては、接触力ｆ_aを小さくする、あるいは、見かけの質量特性Ｍθ、見かけの粘性特性Ｄθを大きくしてもよい。これにより、距離ｌ₂が大きくなっても、台車部１８の中心における速度Ｖ_ｂを一定に保つことができる。

本発明は、少ないパラメータの調整でスムーズ動作が可能な移動部を備えており、移動部と固定部が合体してなるベッドとして有用である。

１０ ベッド
１１ 固定部
１２ 移動部
１３ 床部
１４ａ ベッド基台部
１４ｂ 足部
１５ 固定部側床部
１６ 座部
１７ 肘掛部
１８ 台車部
１８ａ 側面
１９ 操作パネル
２０ 収容部
２０ａ 側面壁
２０ｃ 側面壁
３１ 車体駆動部
３２ ジョイスティック
３３ 自動誘導制御部
３４ レーザ距離センサ
３５ 基準点検出部
３６ 収容ポイント検出部
３７ 収容部識別部
３８ 自動誘導開始スイッチ
４０ センサ
４１ ベッド可変駆動部
４３ 分離スイッチ
４４ 車輪
５０ 接触センサ
５０ａ 接触センサ
５１ 回避指令部
５２ 回転中心設定部
５４ 回避指令変換部

Claims (11)

1. ベッド基台部と、前記ベッド基台部の中央部が一方の側面からへこんだ凹状の収容部に収容されると共に固定されてリクライニングベッドを構成する電動車椅子とを備えるベッドであって、
   前記一方の側面は、前記ベッドの側面であり、
   前記凹状の収容部は、前記ベッドを平面視したときの凹状の収容部であり、
   前記電動車椅子は、
   他の物体との接触の際に発生する接触力を検出する接触センサと、
   前記接触センサから得られる接触力に応じて前記電動車椅子の回転に関する情報である回避指令を生成する回避指令部と、
   前記収容部に対する前記電動車椅子の位置関係を検出する位置検出部と、
   前記位置検出部で検出された位置関係に応じて前記回避指令部が生成する回避指令の回転中心を設定する回転中心設定部と、
   前記回転中心設定部で設定された回転中心周りに前記電動車椅子を移動させる制御部と
   を備えるベッド。
2. 前記位置検出部は、前記収容部の側面壁から、前記位置検出部までの垂線を引いた場合に前記側面壁と交差する基準点までの距離である基準点距離Ｌｓを取得し、
   前記回転中心設定部は、基準点距離Ｌｓに応じて前記回転中心を設定する
   請求項１記載のベッド。
3. それぞれ異なる前記電動車椅子の回転中心と対応づけられた複数の接触センサを前記電動車椅子の角である四隅に備える
   請求項１または２に記載のベッド。
4. ベッド基台部と、前記ベッド基台部の中央部が一方の側面からへこんだ凹状の収容部に収容されてベッドを構成する電動車椅子とを備えるベッドにおいて、前記収容部に前記電動車椅子を収容して前記ベッド基台部と前記電動車椅子とを合体させる合体方法であって、
   前記電動車椅子が備える接触センサにより前記電動車椅子と他の物体との接触の際に発生する接触力を検出し、
   前記接触センサから得られる接触力に応じて前記電動車椅子の回転に関する情報である
   回避指令を生成し、
   前記収容部に対する前記電動車椅子の位置関係を検出し、
   検出された前記位置関係に応じて前記回避指令の回転中心を設定し、
   設定された前記回転中心周りに回避動作を行う
   合体方法。
5. 前記電動車椅子から前記収容部の側面壁から前記位置検出部までの垂線を引いた場合に前記側面壁と交差する基準点までの距離である基準点距離Ｌｓを前記位置関係として取得する
   請求項４記載の合体方法。
6. 前記収容部の側面壁から前記位置検出部までの距離であって、前記電動車椅子が前記収容部へ進入したことを示す距離Ｆ１を定義しておき、
   前記基準点距離Ｌｓが前記距離Ｆ１以上の時は、前記電動車椅子が前記収容部へ進入前であると判断して、前記回転中心を前記電動車椅子の進入方向前方に設定する
   請求項５記載の合体方法。
7. 前記収容部の側面壁から前記位置検出部までの距離であって、前記電動車椅子が前記収容部へ進入したことを示す距離Ｆ１を定義しておき、
   前記基準点距離Ｌｓが前記距離Ｆ１より小さい時は、前記電動車椅子が前記収容部へ進入したと判断して、前記回転中心を前記電動車椅子の進入方向後方に設定する
   請求項５または６に記載の合体方法。
8. 前記収容部の側面壁から前記位置検出部までの距離であって、前記電動車椅子が前記収容部の突き当たり付近であることを示す距離Ｆ２を定義しておき、
   前記基準点距離Ｌｓが前記距離Ｆ２より小さい時は、前記電動車椅子が前記収容部の突き当たり近くであると判断して、前記回転中心を前記電動車椅子の進入方向前方または進入方向後方の∞遠点に設定する
   請求項５〜７のいずれか１項に記載の合体方法。
9. 前記接触センサで検出した接触力を接触力ｆaとし、
   前記電動車椅子の見かけの重量特性をＭaθとし、
   前記電動車椅子の見かけの粘性摩擦係数をＤaθとした時に、
   下記（式４）により算出される回転動作速度ωaで前記電動車椅子を移動させる
   請求項４〜８のいずれか１項に記載の合体方法。
   

   
10. 複数の接触センサを前記電動車椅子の角である四隅に備え、接触を検出した前記接触センサ毎に異なる前記電動車椅子の回転中心を設定する
    請求項４〜９のいずれか１項に記載の合体方法。
11. 少なくとも２つの前記接触センサが同時期に接触を検出した場合に、前記接触センサ毎に設定された回転中心周りの複数の回転動作速度を合成し、合成した回転動作速度で前記電動車椅子を移動させる
    請求項１０に記載の合体方法。

Images