JP6447337B2 - 移乗支援装置 - Google Patents

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Description

本発明は、移乗支援装置に関する。
一般的な移乗支援装置は、特許文献1の移乗支援装置のように、台車にアーム部が設けられており、アーム部に設けられた保持部に被介護者を保持した状態で、アーム部を回転させることで被介護者を持ち上げる構成である。
例えば、一般的な移乗支援装置は、図8に示すように、台車101、アーム部102及び保持部103を備えている。アーム部102は、第1のアーム部102a及び第2のアーム部102bを備えている。第1のアーム部102aは、台車101に立設されており、第1のアーム部102aの上端部に第2のアーム部102bの一端部が点Oを中心に回転可能に連結されている。また、第2のアーム部102bの他端部には、保持部103が点Aを中心に回転可能に連結されている。
特開2013−85881号公報
移乗支援装置における点O回りのトルクは、所謂モーメントアームである点Oから被介護者の重心Gまでの距離の水平成分に依存する。そのため、モーメントアームが増加すると、アーム部102への要求トルクが増大してしまう。しかし、特許文献1の移乗支援装置は、モーメントアームを考慮することなく、被介護者を持ち上げるので、アーム部が大きなトルクに耐え得る構成とする必要がある。
本発明は、上記を鑑みなされたものであって、アーム部への要求トルクを低減する。
本発明の一態様に係る移乗支援装置は、
台車と、
前記台車に設けられたアーム部と、
前記アーム部に設けられ、被介護者を保持する保持部と、
前記アーム部の関節部を駆動する第1の駆動部と、
前記アーム部と前記保持部との関節部を駆動する第2の駆動部と、
前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記被介護者が着座物に着座した状態から当該被介護者を持ち上げるとき、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第2の駆動部を制御した後に、前記台車に対して前記アーム部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第1の駆動部を制御する。
このように、アーム部を回転させる前に保持部を回転させてモーメントアームを小さくしてから、アーム部を回転させるので、アーム部の要求トルクを低減できる。
上述の移乗支援装置において、前記制御部は、前記台車に対する前記アーム部の回転角度が、予め設定された前記アーム部に対する前記保持部の回転角度との関係に基づいて前記被介護者が不快に感じる回転角度を超えると、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち下げるように前記第2の駆動部を制御することが好ましい。
このように、被介護者が不快に感じないように保持部を回転させるので、被介護者を快適に移動させることができる。
上述の移乗支援装置において、前記アーム部の関節部に作用するトルクを検出するトルク検出部を備え、
前記制御部は、前記台車に対する前記アーム部の回転角度に応じて当該アーム部の関節部に作用するトルクが、前記台車に対する前記アーム部の回転角度に応じて予め設定されているトルクより大きくなると、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第2の駆動部を制御することが好ましい。
このように、アーム部の関節部に作用するトルクが増加すると、水平方向において被介護者の重心位置がアーム部の関節部側に移動するように、保持部を回転させるので、アーム部の関節部への想定外のトルクの作用を抑制することができる。
本発明によれば、アーム部への要求トルクを低減できる。
実施の形態1の移乗支援装置を示す模式図である。 実施の形態1の移乗支援装置の制御系のブロック図である。 実施の形態1の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。 第1の関節部に作用するモーメントを説明するための図である。 実施の形態2の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。 実施の形態3の移乗支援装置の制御系のブロック図である。 実施の形態3の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。 一般的な移乗支援装置を示す模式図である。
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。但し、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>
本実施の形態の移乗支援装置の構成を説明する。図1は、本実施の形態の移乗支援装置を示す模式図であり、被介護者を持ち上げる前の状態を仮想線で示し、被介護者を持ち上げた状態を実線で示している。図2は、本実施の形態の移乗支援装置の制御系のブロック図である。なお、以下の説明では、図1に示すように水平な床面上に移動支援装置が配置された形態を基準として説明するが、移乗支援装置の方向は当該移乗支援装置の走行形態によって適宜変更される。
本実施の形態の移乗支援装置1は、図1及び図2に示すように、台車2、アーム部3、保持部4及び制御部5を備えている。
台車2は、所謂全方位移動台車であって、台車本体6の下面に設けられた車輪7を備えている。所定の車輪7は、例えば自在キャスターやオムニホイールで構成され、他の車輪7は、モータによって駆動する駆動輪とされているとよい。
アーム部3は、第1のアーム部3a及び第2のアーム部3bを備えている。第1のアーム部3aは、移乗支援装置1の上下方向に延在しており、台車本体6の上面から立設されている。
第2のアーム部3bの一方の端部は、第1のアーム部3aの上端部に第1の関節部8を介して連結されており、第1の関節部8によって、第2のアーム部3bが第1のアーム部3aに対して移乗支援装置1の左右方向に延在する軸(ピッチ軸)回りに回転する。
第2のアーム部3bの他方の端部は、保持部4に第2の関節部9を介して連結されており、第2の関節部9によって、保持部4が第2のアーム部3bに対してピッチ軸回りに回転する。第1の関節部8及び第2の関節部9は夫々、モータ(駆動源)8a、9a及び減速器(図示を省略)などを備えている。
なお、本実施の形態では、説明を明確にするために、第2のアーム部3b及び保持部4がピッチ軸回りのみ回転可能な構成としたが、第1のアーム部3aが移乗支援装置1の上下方向に延在する軸(ヨー軸)回りに回転したり、保持部4が第2のアーム部3bの軸線(ロール軸)回りに回転したり、する構成でもよい。要するに、アーム部3としては、一般的なロボットアームを用いることができる。
保持部4は、被介護者を保持する。本実施の形態の保持部4は、第2のアーム部3bに連結された側と逆側の面に被介護者の胸部を接触させた状態で当該被介護者に抱え込まれる。
制御部5は、第1の関節部8のモータ8a及び第2の関節部9のモータ9aを制御するための制御信号を生成する。本実施の形態の制御部5は、操作部10からの操作信号に基づいて制御信号を生成する。操作部10は、被介護者を持ち上げ又は持ち下げるために介護者によって操作され、例えばジョイスティックや操作パネルなどである。
このような構成の移乗支援装置1は、制御部5の制御に基づいて第2のアーム部3b及び保持部4が所望の動作をし、保持部4に保持された被介護者を持ち上げ及び持ち下げる。
次に、本実施の形態の移乗支援装置1の制御方法を説明する。図3は、本実施の形態の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。
なお、以下の説明では、図1に示すように、既にベッド11に着座する被介護者に移乗支援装置1を近づけ、被介護者の胸部に保持部4を接触させて当該被介護者に保持部4を抱き込ませた状態から、被介護者を持ち上げる動作を説明する。
先ず、被介護者の持ち上げ動作を移乗支援装置1に実行させるべく、介護者が操作部10を操作すると、操作部10は、操作信号を制御部5に出力する(S1)。
次に、制御部5は、被介護者の重心位置をベッド11に対して移乗支援装置1側(即ち、水平方向において被介護者の重心位置を第1の関節部8側)に移動させるために、第2の関節部9のモータ9aを制御する(S2)。詳細には、制御部5は、第2の関節部9のピッチ軸を中心に第2のアーム部3bに対して保持部4を移乗支援装置1の後側(矢印I方向)に回転させて被介護者を持ち上げるように当該第2の関節部9のモータ9aを制御する。
次に、制御部5は、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度が予め設定された第1の回転角度に到達したか否かを判定する(S3)。ここで、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度との関係において第2のアーム部3bに対して保持部4が所定の回転角度を超えて回転すると被介護者が不快に感じるので、当該所定の回転角度を第1の回転角度として設定するとよい。
なお、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度は、例えば、保持部4における被介護者の胸部と接触する側の面の中央を通り、且つ当該面に直交する線と第2のアーム部3bの軸線とが成す角度であり、移乗支援装置1を右側から見て反時計回りを+とする。また、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度は、例えば、第2のアーム部3bの軸線と台車2の上面(即ち、本実施の形態では水平線)とが成す角度であり、移乗支援装置1を右側から見て反時計回りを+とする。これらの回転角度は、各々の関節部に設けられた角度検出器(例えば、エンコーダなど)によって検出してもよく、制御部5がモータ8a、9aを制御するための制御信号に基づいて算出してもよい。
制御部5は、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度が第1の回転角度未満の場合(S3のNO)、S2の工程に戻る。一方、制御部5は、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度が第1の回転角度以上の場合(S3のYES)、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転を停止するように第2の関節部9のモータ9aを制御する。そして、制御部5は、第1の関節部8のピッチ軸を中心に台車2に対して第2のアーム部3bを移乗支援装置1の後側(図1の矢印II方向)に回転させて被介護者を持ち上げるように当該第1の関節部8のモータ8aを制御する(S4)。
次に、制御部5は、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度及び台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に基づいて、被介護者が目標位置に到達したか否かを判定する(S5)。制御部5は、被介護者が目標位置に到達している場合(S5のYES)、持ち上げ動作を終了するべく第1の関節部8のモータ8aを制御する。一方、制御部5は、被介護者が目標位置に到達していない場合(S5のNO)、S4の工程に戻る。
ここで、第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクを説明する。図4は、第1の関節部のピッチ軸回りのトルクを説明するための図である。ここで、点Oは第1の関節部8のピッチ軸の回転中心点である。点Aは第2の関節部9のピッチ軸の回転中心点である。Gは被介護者の重心である。
第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクTは、以下の式1で求めることができる。
<式1>
=m|g|・|LOG|・cosθOG
=m|g|・(|LOA|・cosθ+|LAG|・cosθ
但し、mは被介護者の質量である。gは重力ベクトルである。LOGは点Oから重心Gに向かうベクトルであり、被介護者の重心ベクトルである。θOGは水平線と、点Oと重心Gとを結んだ線と、が成す角度である。LOAは点Oから点Aに向かうベクトルである。θは水平線と第2のアーム部3bの軸線とが成す角度である。LAGは点Aから重心Gに向かうベクトルである。θは水平線と、点Aと重心Gとを結んだ線と、が成す角度である。
式1で明らかなように、TはLOGの水平成分に依存するので、LOG・cosθOGを小さくすればTも小さくすることができる。そのため、上述の移乗支援装置1の制御方法のように、第2のアーム部3bを回転させる前に保持部4を回転させて、水平方向において被介護者の重心位置を第1の関節部8に近付けてLOG・cosθOGを小さくすると、Tを小さくすることができる。これにより、アーム部3の要求トルクを低減できる。しかも、LOG・cosθOGを小さくすることで、被介護者の体格差によるトルクのマージン(余裕トルク)を低減できる。そのため、アーム部3の小型化に寄与でき、ひいては移乗支援装置1を小型化できる。
<実施の形態2>
移乗支援装置は、被介護者が目標位置に到達した状態で当該被介護者を移動させるが、被介護者が目標位置に到達した際に、被介護者が不快に感じる姿勢になっているか否かを判定できる構成であることが好ましい。図5は、本実施の形態の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。なお、実施の形態1の移乗支援装置の制御方法と等しい工程は説明を省略する。
制御部5は、被介護者が目標位置に到達した場合、被介護者が不快に感じる姿勢になっているか否かを判定する(S21)。ここで、被介護者が不快に感じる姿勢は、予め第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度と台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度との関係に基づいて定められており、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度が第1の回転角度に到達した状態で、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度が予め設定された第2の回転角度以上となると、制御部5は、被介護者が不快に感じる姿勢になったと判定し(S21のYES)、第2のアーム部3bに対して保持部4を移乗支援装置の前側(図1の矢印III方向)に回転するように第2の関節部9のモータ9aを制御する(S22)。第2のアーム部3bに対する保持部4の移乗支援装置の前側への回転角度は、予め設定された台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度との関係に基づいて、被介護者が不快に感じない姿勢となるように設定すればよい。その後、制御部5は、S4の工程に戻る。
一方、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度が予め設定された第2の回転角度未満であると、制御部5は、被介護者が不快に感じる姿勢になっていないと判定し、被介護者の持ち上げ動作を終了する。
このように本実施の形態では、被介護者が目標位置に到達した状態で当該被介護者を移動させる際に、被介護者が不快に感じないように保持部4を回転させるので、被介護者を快適に移動させることができる。
なお、本実施の形態では、保持部4を移乗支援装置1の前側に回転させた後に、第2のアーム部3bを移乗支援装置1の後側に回転させているが(即ち、S22の工程とS4の工程とを別工程で実施しているが)、同時に行ってもよい。
<実施の形態3>
移乗支援装置は、被介護者の重心位置の変動(即ち、被介護者の保持状態の変動)に基づいて第1の関節部8のモータ8a又は第2の関節部9のモータ9aを制御することが好ましい。ここで、図6は、本実施の形態の移乗支援装置の制御系のブロック図である。図7は、本実施の形態の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。なお、実施の形態2の移乗支援装置の制御方法と等しい工程は説明を省略する。
本実施の形態の移乗支援装置31は、図6に示すように、実施の形態1の移乗支援装置1の構成に加えて第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクを検出するトルク検出部32を備えている。そして、本実施の形態では、トルク検出部32を用いて、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが増加するように被介護者の重心位置が変動したか否かを判定する。なお、トルク検出部32は、例えば、制御部5で生成される制御信号の電流値に基づいて第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクを検出することができる。
具体的には、図7に示すように、制御部5は、S4の工程の後に台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じて予め設定されたトルクより大きいか否かを判定する(S31)。
被介護者が保持部4に保持された状態で下側にずり下がると、LOG・cosθOGが増加して第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが増大する。そこで、本実施の形態では、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じて予め設定されたトルクより大きくなると、制御部5は、被介護者の重心位置が変動して台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが増加していると判定し、一旦、第2のアーム部3bの回転が停止するように第1の関節部8のモータ8aを制御する(S32)。
次に、制御部5は、第2のアーム部3bに対して保持部4が移乗支援装置31の後側に回転するように第2の関節部9のモータ9aを制御する(S33)。このとき、第2のアーム部3bに対する保持部4の回転角度は上限である第1の回転角度に到達しているが、被介護者が保持部4に保持された状態で下側にずり下がっているため、保持部4を移乗支援装置31の後側に回転させることが可能である。第2のアーム部3bに対する保持部4の移乗支援装置31の後側への回転角度は、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じて予め設定されたトルクと略等しくなるように設定すればよい。これにより、被介護者の重心位置を第1の関節部8側に移動させてLOG・cosθOGを減少させることができる。その後、制御部5は、S4の工程に戻る。
一方、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが、予め設定されたトルク以下であると、制御部5は、台車2に対する第2のアーム部3bにおける移乗支援装置31の後側への回転が継続するように第1の関節部8のモータ8aを制御する(S34)。その後、制御部5は、S5の工程に移行する。
このように本実施の形態では、被介護者の重心位置が変動して第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクが増加すると、水平方向において被介護者の重心位置が第1の関節部8側に移動するように、第2のアーム部3bに対して保持部4をさらに移乗支援装置31の後側に回転させるので、第1の関節部8への想定外のトルクの作用を抑制することができる。
<実施の形態4>
実施の形態3では、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた第1の関節部8のピッチ軸回りのトルクの変動に基づいて、被介護者の重心位置が変動したか否かを判定しているが、移乗支援装置に搭載された重心検出装置が被介護者の重心位置を検出し、その検出結果に基づいて被介護者の重心位置が変動したか否かを判定してもよい。
重心検出装置としては、一般的な重心検出装置を用いることができる。例えば、第1の関節部8のピッチ軸回りのトルク並びに回転角度、第2の関節部9のピッチ軸回りのトルク並びに回転角度、及び被介護者の重量に基づいて、被介護者の重心位置(重心座標)を検出することができる。
詳細には、上述の<式1>は、以下の<式2>に書き直すことができる。
<式2>
=LOG×mg
そして、以下の関係が成り立つ。
<式3>
|T|=|mg|・|LOA|・cosθ+|mg|・|LAG|・cosθ
<式4>
=LAG×mg
<式5>
|T|=|mg|・|LAG|・cosθ
<式6>
θ2=Δθ−θ2offset
但し、θ2offsetは第2のアーム部3bの軸線と水平線とが成す角度である。Δθは第2のアーム部3bの軸線と、点Aと重心Gとを結んだ線と、が成す角度である。
被介護者の重量であるmgを重量検出部(図示を省略)などで検出すると、上述の関係に基づいて被介護者の重心位置を検出することができる。このとき、検出した被介護者の重心位置に基づいて、上記式1の<T>が最小になるようにθ及びθを設定して第2のアーム部3b及び保持部4の最適軌道を設定することができる。例えば、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた被介護者の重心位置が、最適軌道における台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた被介護者の重心位置からずれている場合、台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた被介護者の重心位置が、最適軌道における台車2に対する第2のアーム部3bの回転角度に応じた被介護者の重心位置に配置されるように、第1の関節部8のモータ8a又は第2の関節部9のモータ9aを制御する。
本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
上記実施の形態では、説明を簡潔にするために、回転するアーム部が一本であるが、回転するアーム部の数は特に限定されず、上述の制御方法を実現できればよい。
上述の実施の形態では、本発明をハードウェアの構成として説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。本発明は、任意の処理を、CPU(Central Processing Unit)にコンピュータプログラムを実行させることにより実現することも可能である。
プログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)を用いて格納され、コンピュータに供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記録媒体(tangible storage medium)を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、磁気記録媒体(例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、ハードディスクドライブ)、光磁気記録媒体(例えば光磁気ディスク)、CD−ROM(Read Only Memory)、CD−R、CD−R/W、半導体メモリ(例えば、マスクROM、PROM(Programmable ROM)、EPROM(Erasable PROM)、フラッシュROM、RAM(random access memory))を含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によってコンピュータに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバ等の有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをコンピュータに供給できる。
1 移乗支援装置
2 台車
3 アーム部、3a 第1のアーム部、3b 第2のアーム部
4 保持部
5 制御部
6 台車本体
7 車輪
8 第1の関節部、8a モータ
9 第2の関節部、9a モータ
10 操作部
11 ベッド
31 移乗支援装置
32 トルク検出部
101 台車
102 アーム部、102a 第1のアーム部、102b 第2のアーム部
103 保持部

Claims (2)

  1. 台車と、
    前記台車に設けられたアーム部と、
    前記アーム部に設けられ、被介護者を保持する保持部と、
    前記アーム部の関節部を駆動する第1の駆動部と、
    前記アーム部と前記保持部との関節部を駆動する第2の駆動部と、
    前記アーム部の関節部に作用するトルクを検出するトルク検出部と、
    前記第1の駆動部及び前記第2の駆動部を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、前記被介護者が着座物に着座した状態から当該被介護者を持ち上げるとき、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第2の駆動部を制御した後に、前記台車に対して前記アーム部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第1の駆動部を制御し、前記台車に対する前記アーム部の回転角度に応じて当該アーム部の関節部に作用するトルクが、前記台車に対する前記アーム部の回転角度に応じて予め設定されているトルクより大きくなると、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち上げるように前記第2の駆動部を制御する、移乗支援装置。
  2. 前記制御部は、前記台車に対する前記アーム部の回転角度が、予め設定された前記アーム部に対する前記保持部の回転角度との関係に基づいて前記被介護者が不快に感じる回転角度を超えると、前記アーム部に対して前記保持部を回転させて前記被介護者を持ち下げるように前記第2の駆動部を制御する、請求項1に記載の移乗支援装置。
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