JP6544691B2 - 起立動作支援システム、起立動作支援システムの制御部の制御方法、起立動作支援システムの制御部用プログラム、介護ベルト、ロボット - Google Patents
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Description
図18A〜図18Fに、腰掛部5に座っている成人健常者19の座位状態から起立状態での動作の様子を示す。図18Aから図18Bに示すように、成人健常者19は、座位状態から、上半身を前傾することで重心を前方へ移動する。次いで、図18Cに示すように、成人健常者19は、臀部を腰掛部5から離床させる。次いで、臀部離床後は、図18D〜図18Fに示すように、成人健常者19は、前方へ移動した重心を後方へ戻しながら、膝を伸ばして起立動作に移行する。
図1A及び図1Bは、本開示の第1実施形態にかかる起立動作支援システム(すなわち、起立動作支援装置)の一例としてのロボットシステム1を使った作業の例として、被介護者7の座位姿勢の状態から起立姿勢の状態への起立動作を支援するロボット20の様子を示す側面図及び正面図である。被介護者7は、床13上の腰掛部5に座ることにより、座位姿勢を採る。図1Cは、被介護者7が起立姿勢の状態に至ったときのロボットシステム1の正面図である。図1Dは、ロボットシステム1の介護ベルト3と被介護者7の体の位置との対応関係を示すための説明図である。図2は、第1実施形態におけるロボットシステム1の詳細構成を示すブロック図である。図3A〜図3Cは、本開示の第1実施形態におけるロボットシステムの動作の概要を示す図である。
介護ベルト3は、図1A〜図1Cに示すように、ホールド機構3gと連結部3cとを備えて、被介護者7に装着可能である。
歩行機構14は、少なくとも一対の車輪14a、14bを備える。一例として、歩行機構14は、矩形台14eと、一対の前輪14aと、一対の後輪14bと、前輪用ブレーキ14cと、後輪用ブレーキ14dとを備え、床13上に置かれる。一対の前輪14aは、矩形台14eの前端の一対の角部に回転自在に配置される。一対の後輪14bは、矩形台14eの後端の一対の角部に回転自在に配置される。前輪用ブレーキ14cは、一対の前輪14aにブレーキをかける。後輪用ブレーキ14dは、一対の後輪14bにブレーキをかける。歩行機構14の上部にはアーム機構4が備えられる。すなわち、矩形台14eの前部の中央部には、アーム機構4が起立支持される。一例として一対の前輪14aと一対の後輪14bとは、図3Cに示す状態で、被介護者7が前方方向(例えば、図3Cの左方向)に力を加えることで回転し、歩行器として被介護者7の歩行を支援することができる。なお、この例では、一対の前輪14aと一対の後輪14bとは被介護者7が押すことで回転するようにしたが、例えばモータをそれぞれ又はいずれかに備えて、被介護者7の押す力をアシストすることで、楽に移動できるような構成としても良い。さらに前輪用ブレーキ14cと後輪用ブレーキ14dとは一例として電磁ブレーキで構成し、入力IF6により一対の前輪14a又は一対の後輪14bのブレーキON/OFFを行うことができるようにする。前輪用ブレーキ14cをONにすることで、一対の前輪14aにブレーキをかけることができる。後輪用ブレーキ14dをONにすることで、一対の後輪14bにブレーキをかけることができる。前輪用ブレーキ14cをOFFにすることで、一対の前輪14aのブレーキを解除することができる。後輪用ブレーキ14dをOFFにすることで、一対の後輪14bのブレーキを解除することができる。なお、一例として電磁ブレーキとしたが、手動ブレーキとしても良い。
アーム機構4は、第2連結部3cbと連結し、第2連結部3cbを牽引する牽引機構の一例であるロボットアームを有している。一例として、アーム機構4は、歩行機構14の上部に備えられるとともに、先端が連結部3cを介してホールド機構3gに連結される。アーム機構4は、一例として、第1モータ41と、第1モータ41の回転軸の回転数(例えば回転角度)を検出する第1エンコーダ43と、第2モータ42と、第2モータ42の回転軸の回転数を検出する第2エンコーダ44とを備える2自由度のロボットアームである。第1エンコーダ43と第2エンコーダ44とからの回転角度情報をアーム機構4の位置情報に変換した位置情報を基に第1モータ41と第2モータ42とを制御装置11で制御する。この制御により、一例として、図3A〜図3Cに示すように、ロボットシステム1を駆動して、座位姿勢にある被介護者7の臀部7eが腰掛部5からの離床を支援するため、ホールド機構3gの第1保持部3aと第2保持部3bとを、同時に、被介護者7の正面方向の前方に向けて牽引動作可能で、かつ、その後、上方に向けて牽引動作可能となっている。
タイマー16は、ある一定時間(例えば、1msec毎)の経過後に、データベース入出力部9及び制御部12を実行させるための指令を、データベース入出力部9及び制御部12に出力する。
また、入力IF6は、例えばアーム機構4に配置され、ロボットシステム1の電源の開始及び終了、前輪用ブレーキ14c及び後輪用ブレーキ14dのOF/OFF、及び、立ち上がり開始及び終了を指示するための操作インターフェースで、例えばボタンなどで構成される。
タイマー16からの指令に基づいて制御部12が実行され、アーム機構4の位置情報(第1エンコーダ43及び第2エンコーダ44からのそれぞれの回転角度情報をアーム機構4の位置情報に変換した位置情報)が、タイマー16からの実行指令を利用してデータベース入出力部9及び制御部12を実行させて、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に生成される。これらの生成された位置情報が、時刻と共に、この第1実施形態では動作情報としてデータベース入出力部9を介して動作情報データベース8に出力されて、動作情報として動作情報データベース8に記憶される。なお、第1実施形態では、動作情報は、入力IF6などにより、予め生成されて記憶される。
データベース入出力部9は、動作情報データベース8と、制御部12との間で、データ(すなわち、情報)の入出力を行う。
制御部12は、データベース入出力部9から入力された動作情報に追従するように、アーム機構4の第1モータ41と第2モータ42とをそれぞれ独立して動かす。加えて、入力IF6により入力された前輪用ブレーキ14c及び後輪用ブレーキ14dのON/OFFの指令に基づいて、前輪用ブレーキ14c及び後輪用ブレーキ14dのブレーキを制御する。
アーム機構4に第1保持部3aと第2保持部3bとで構成されるホールド機構3gと連結部3cとを介護ベルト3として備えて、制御部12の制御の下にアーム機構4で牽引動作するように介護ベルト3を前方に移動させることができる。この結果、起立動作初期時に(すなわち、着座姿勢の状態から臀部7eを離床させる第1の状態において)、被介護者7の前傾姿勢をできるだけ浅くし、成人健常者の動作に近づけることができるよう動作を支援することが可能となる。
図8は、本開示の第2実施形態にかかる起立動作支援システム(すなわち、起立動作支援装置)の一例としてのロボットシステム1Bを使った作業の例として、被介護者7の座位姿勢の状態から起立姿勢の状態への動作を支援するロボット20Bの様子を示す。図9は、本開示の第2実施形態におけるロボットシステム1Bの詳細構成を示すブロック図である。
まず、アーム機構4に力検出部17を備えて、被介護者7がアーム機構4に加える力を力検出部17により検出する。力検出部17は、被介護者7が、入力IF6からロボットシステム1Bの動作開始情報を入力することで(例えばボタンを押下するなど)、ロボットシステム1Bの制御装置11Bの制御動作を開始させたのち、検出を開始する。力検出部17により、被介護者7がアーム機構4に加える力を検出し、力検出部17で検出した力とアーム機構4の位置とに基づいて、動作情報生成部10で動作を生成し、制御部12Bによりアーム機構4の動作を制御する。
アーム機構4は、第1実施形態と同様に、歩行機構14の上部に備えられ、一例として、第1モータ41と第1エンコーダ43とを第1関節部に有するとともに第2モータ42と第2エンコーダ44とを第2関節部に有する2自由度アームである。第1実施形態と同様に、第1エンコーダ43と第2エンコーダ44とからの情報を基に第1モータ41と第2モータ42とを制御装置11Bで制御することで、一例として、図3A〜図3Cに示すようにロボットシステム1Bを駆動することができる。第1エンコーダ43と第2エンコーダ44とは、アーム機構4の位置に関する情報を取得する位置取得部の一例として機能する。さらに、持ち手15が第1実施形態と同様に備えられており、被介護者7が座位又は起立時に手で握って持つことができる。
第1実施形態と同様に、タイマー16からの指令に基づいて制御部12が実行され、アーム機構4の位置情報(例えば、第1エンコーダ43及び第2エンコーダ44からのそれぞれの回転角度情報をアーム機構4の位置情報に変換した位置情報)が、タイマー16からの実行指令を利用して、データベース入出力部9及び制御部12を実行させて、ある一定時間毎(例えば、1msec毎)に生成される。これらの生成された位置情報が、時刻と共に、データベース入出力部9を介して動作情報データベース8に出力されて、動作情報データベース8に記憶される。第2実施形態では、後述するように、動作情報データベース8に記憶された力検出部17で検出された力の情報と位置情報と時刻の情報を基にして、動作情報生成部10で動作情報が生成されて動作情報データベース8に記憶される。
データベース入出力部9は、動作情報データベース8と、制御部12と、力検出部17と、動作情報生成部10との間で、データ(すなわち、情報)の入出力を行う。
動作情報生成部10は、動作情報データベース8に記憶された時刻と位置と力との情報を、データベース入出力部9より取得して、これらの位置と力との情報に基づいて、アーム機構4の動作情報を生成して、動作情報データベース8に記憶する。
制御部12Bは、データベース入出力部9から入力された動作情報の位置情報と力情報に追従するようにアーム機構4の第1モータ41と第2モータ42とを動かす。加えて、制御部12Bは、入力IF6により入力された前輪用ブレーキ14c及び後輪用ブレーキ14dのON/OFFの指令に基づいて、前輪用ブレーキ14c及び後輪用ブレーキ14dのブレーキを制御する。
動作情報データベース8に記憶された位置情報と力検出部17で検出し動作情報データベース8に記憶された力とに基づいて、動作情報生成部10でアーム機構4の動作情報を生成するため、例えば背の違い又は前傾速度の違いなどに応じて、臨機応変に動作情報を動作情報生成部10で生成することができる。この結果、起立動作初期時に(すなわち、着座姿勢の状態から臀部7eを離床させる第1の状態において)、被介護者7の前傾姿勢をできるだけ浅くし、成人健常者の動作に近づけることができるように動作を支援することができる。
図13及び図14A〜図14Dは、アーム機構4と歩行機構14とを備えずに、本開示の第3実施形態の介護ベルト3を使って、介護者18が、介助して、被介護者7の座位姿勢から起立姿勢の状態への移動動作を支援する様子を示す。この場合、介護者18が、被介護者7の胸部7dに位置しかつ第1保持部3aと第2保持部3bとを被介護者7の前面にて連結する連結部3cを把持可能としている。
被介護者7が介護ベルト3を装着し、介護者18が連結部3cを引くことで、立ち上がりの支援を容易に行うことができる。
なお、第1実施形態及び第2実施形態において、ロボットシステム1、1Bにアーム機構4を有する歩行機構14を備える構成としているが、アーム機構4を、ベッドサイド、トイレ、又は、車椅子などの腰掛部5側に備える構成でも良い。
2 本体機構
3,3G 介護ベルト
3a 第1保持部
3b 第2保持部
3c,3c−1,3c−2,3c−3 連結部
3ca 第1連結部
3cb 第2連結部
3d,3e 脱着部
3f バルブ
3g,3g−1,3g−2,3g−3,3g−4,3g−5 ホールド機構
3h 第3保持部
3i,3m バックル部
3j,3n バックル受け部
3k 第4保持部
3p 穴
4 アーム機構
4a 第1駆動部
4b 第2駆動部
4c 第1アーム
4d 第2アーム
4e 第3アーム
4f 第4アーム
4g 連結部
5 腰掛部(例えばベッド又は椅子又は便座など)
6 入力IF
6G 介護者側の入力IF
7 被介護者
7a 首部
7b 背中部
7c 腰部
7d 胸部
7e 臀部
7f 胴部の側部
7g 脇
7h 肩部
8 動作情報データベース
9 データベース入出力部
10 動作情報生成部
11,11B 制御装置
12,12B 制御部
13 床
14 歩行機構
14a 前輪
14b 後輪
14c 前輪用ブレーキ
14d 後輪用ブレーキ
14e 矩形台
15 持ち手
15G 介護者側の持ち手
16 タイマー
17 力検出部
18 介護者
19 成人健常者
20,20B ロボット
30 紐
31 滑車取付部材
32 滑車
33a 背中側
33b 胸側
41 第1モータ
42 第2モータ
43 第1エンコーダ
44 第2エンコーダ
100 操作部
101 軸部
102 軸固定部
103 留め具
104 貫通穴
105 受け固定部
R1 第1領域
R2 第2領域
Claims (13)
- 被介護者の起立動作を支援する起立動作支援システムであって、
前記被介護者の首部又は背中部を保持する第1保持部、
前記被介護者の腰部を保持する第2保持部、
前記第1保持部と前記第2保持部とを連結して前記被介護者の脇を保持する第3保持部、及び、
前記被介護者の胸部に位置する第2連結部を有し、かつ前記第1保持部と前記第2保持部とを前記被介護者の前面にて連結する第1連結部、
を有する介護ベルトと、
前記第2連結部と連結し、前記第2連結部を牽引する牽引機構と、
前記牽引機構が、前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引した後、前記第2連結部を前記被介護者の後方かつ上方に向けて牽引するように前記牽引機構を制御する制御部と、
を備え、
前記牽引機構が、前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引する間、 前記上方を第1軸の正方向、前記後方を第2軸の正方向とし、前記第1軸と前記第2軸で規定される平面上における前記第2連結部の軌跡は下側に凸である
起立動作支援システム。 - 前記制御部は、前記牽引機構が前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引している間において前記牽引機構の牽引速度を加速させるように制御する、
請求項1に記載の起立動作支援システム。 - 前記第1保持部は、前記被介護者の身体後方から身体前方へ向かって、前記首部から前記胸部と胴部の側部とを保持するとともに、前記第2保持部は、前記胴部の側部を経由して前記背中部を保持する、
請求項1又は2に記載の起立動作支援システム。 - 前記第1保持部は、前記被介護者の身体後方から身体前方へ向かって、肩部から前記胸部と胴部の側部とを保持するとともに、前記第2保持部は、前記胴部の側部を経由して前記背中部を保持する、
請求項1又は2に記載の起立動作支援システム。 - 前記牽引機構は、前後一対の車輪を備える歩行機構を有する、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の起立動作支援システム。 - 前記牽引機構は、複数の関節部を有するアーム機構を有し、
前記起立動作支援システムは、さらに、
前記アーム機構に外部から加わる力に関する情報を取得する力取得部と、
前記アーム機構の位置に関する情報を取得する位置取得部と、
前記力取得部より取得された前記力に関する情報と、前記位置取得部より取得された前記位置に関する情報とより、前記アーム機構の動作情報を生成する動作情報生成部とを備え、
前記制御部は、前記動作情報生成部より生成された前記動作情報に基づき、前記アーム機構の動作を制御する、
請求項1〜5のいずれか1つに記載の起立動作支援システム。 - 前記動作情報生成部は、
前記制御部が、前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引するように前記牽引機構を制御しているとき、前記力取得部より取得された第1の時刻における第1の力と、前記第1の時刻よりも前の第2の時刻における第2の力との差分を算出し、
前記第1の力と前記第2の力との前記差分の符号が反転した後に前記力取得部より取得された前記力の絶対値が閾値以上の場合、前記アーム機構が前記第2連結部を上方へ牽引する牽引速度を、前記差分の符号が反転する前の速度より大きくする動作情報を生成する、
請求項6に記載の起立動作支援システム。 - 前記動作情報生成部は、
前記制御部が、前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引するように前記牽引機構を制御しているとき、前記力取得部より取得された第1の時刻における第1の力と、前記第1の時刻よりも前の第2の時刻における第2の力との差分を算出し、
前記第1の力と前記第2の力との前記差分の符号が反転した後、前記力取得部より取得された前記力の絶対値が大きいほど、前記アーム機構が前記第2連結部を上方へ牽引する牽引速度を大きくする動作情報を生成する、
請求項6に記載の起立動作支援システム。 - 前記牽引機構と前記第2連結部との内の一方にバックル部を備え、他方にバックル受け部を備え、前記バックル部と前記バックル受け部とを着脱可能に連結する、
請求項1〜8のいずれか1つに記載の起立動作支援システム。 - 被介護者の首部又は背中部を保持する第1保持部、前記被介護者の腰部を保持する第2保持部、前記第1保持部と前記第2保持部とを連結して前記被介護者の脇を保持する第3保持部、及び、前記被介護者の胸部に位置する第2連結部を有し、かつ前記第1保持部と前記第2保持部とを前記被介護者の前面にて連結する第1連結部、
を有する介護ベルトと、
前記第2連結部と連結し、前記第2連結部を牽引する牽引機構と、
前記牽引機構の牽引動作を制御する制御部と、
を備える起立動作支援システムの前記制御部に対して、
第1期間において、前記牽引機構が前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引するように制御させ、
その後、前記牽引機構が前記第2連結部を前記被介護者の後方かつ上方に向けて牽引するように制御させ、
前記第1期間において、前記上方を第1軸の正方向、前記後方を第2軸の正方向とし、前記第1軸と前記第2軸で規定される平面上における前記第2連結部の軌跡は下側に凸である、
起立動作支援システムの制御部の制御方法。 - 被介護者の首部又は背中部を保持する第1保持部、前記被介護者の腰部を保持する第2保持部、前記第1保持部と前記第2保持部とを連結して前記被介護者の脇を保持する第3保持部、及び、前記被介護者の胸部に位置する第2連結部を有し、かつ前記第1保持部と前記第2保持部とを前記被介護者の前面にて連結する第1連結部、
を有する介護ベルトと、
前記第2連結部と連結し、前記第2連結部を牽引する牽引機構と、
前記牽引機構の牽引動作を制御する制御部と、
を備える起立動作支援システムの前記制御部に対して、
第1期間において、前記牽引機構が前記第2連結部を前記被介護者の前方かつ上方に向けて牽引するように制御させ、
その後、前記牽引機構が前記第2連結部を前記被介護者の後方かつ上方に向けて牽引するように制御させ、
前記第1期間において、前記上方を第1軸の正方向、前記後方を第2軸の正方向とし、前記第1軸と前記第2軸で規定される平面上における前記第2連結部の軌跡は下側に凸である、
起立動作支援システムの制御部用プログラム。 - ロボットであって、
ユーザが装着するサポーターに含まれる連結部に接続され、前記連結部をx軸方向及び/またはz軸方向に移動させるアーム機構と、
動作情報データベースが保持する時刻と前記時刻における目標座標値を含むデータに基づいて、前記アーム機構を制御する制御手段を含み、
前記時刻、前記目標座標値は1対1対応しており、
前記目標座標値の各々は、対応する時刻に、前記アーム機構に関連する目標位置を示し、
前記x軸、z軸は前記アーム機構に含まれるアームが動作する仮想平面と平行で、前記x軸とz軸は互いに直交し、z軸は前記ロボットが設置される面に垂直で、
前記ロボットが設置される面から、前記ロボットに向かう方向が、前記z軸の正方向で、
前記アーム機構の先端から前記連結部に向かう方向が、x軸方向の正方向であり、
前記時刻がt1〜t3の場合、前記目標座標値のz軸座標値は増加し、
前記時刻がt1〜t2の場合、前記目標座標値のx軸座標値は減少し、
前記時刻がt2〜t3の場合、前記目標座標値のx軸座標値は増加し、
t1<t2<t3であり、
前記時刻がt1〜t2の場合、前記x軸と前記z軸で規定されるxz平面における前記目標座標の軌跡は下側に凸である、
ロボット。 - 前記サポーターは、
前記サポーターを装着した前記ユーザの左肩に沿う部分を有する左肩部と、
前記サポーターを装着したユーザの右肩に沿う部分を有する右肩部と、
前記サポーターを装着したユーザの左腰に沿う部分を有する左腰部と、
前記サポーターを装着したユーザの右腰に沿う部分を有する右腰部と、
前記左肩部、前記右肩部、前記左腰部、前記右腰部と接続され、かつ、前記サポーターを装着したユーザの背中に沿う部分を有する接続領域と、
前記連結部を含み、
前記連結部に、前記左肩部、前記右肩部、前記左腰部、前記右腰部が接続され、
前記ユーザが前記サポーターを装着した場合、前記連結部と前記接続領域の間に前記ユーザが位置する
請求項12記載のロボット。
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