JP6905255B2

JP6905255B2 - 電動ベッド

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Publication number: JP6905255B2
Application number: JP2017181721A
Authority: JP
Inventors: 晃水科
Original assignee: WAKO LLC.
Current assignee: WAKO LLC.
Priority date: 2017-09-21
Filing date: 2017-09-21
Publication date: 2021-07-21
Anticipated expiration: 2037-09-21
Also published as: JP2019055059A

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、背上げ角及び膝上げ高さに関する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１５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。図１５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、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの可変動作の操作が可能となっており、フィードバック制御により設定変更可能な設定値を超えることなく作動する。

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１６に示している。図１６を参照するに、まず、スイッチ１１から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。

また、第２のタイプの電動ベッド１０の中には、背上げ又は背下げに係る動作と膝上げ又は膝下げに係る動作とを連動制御して、その使い勝手を向上させるものがある。

例えば、背ボトム及び膝ボトムをそれぞれ上下揺動可能とし、背ボトムの水平状態からの持ち上がり角度である背角度と、膝ボトムの水平状態からの持ち上がり角度である膝角度が、予め設定し記憶したパターンに沿って変化するように背角度及び膝角度を連動制御する技法が知られている（例えば、特許文献２，３参照）。

即ち、特許文献２の技法では、背ボトム及び膝ボトムが水平状態である座標点と、背ボトムが起き上がった座標点との間を複数の点で結ぶ当該予め設定されたパターンを記憶部に格納しておき、背角度及び膝角度がそのパターンに沿って変化するように連動制御するものとなっている。特に、特許文献２，３の技法では、背角度及び膝角度の双方の位置制御を行うときは、常に背角度及び膝角度の双方を動作させて、点と点とを結ぶパターンに沿って連動動作を行うものとなっている。尚、背上げ及び背下げに関する各パターンを予め用意しておき、各座標点のばらつきを許容しつつ、３°以下とするのが好ましいとされている。

また、特許文献３の技法では、背角度及び膝角度の座標平面を当該パターンに基づいて複数のエリアに分割し、エリア毎に、背角度及び膝角度の実座標がパターン上でない位置に位置しているときに当該パターン上に一致させるための背ボトム及び膝ボトムの動作態様を予め定めて記憶部に記憶しておき、その予め定めた動作態様に従って背角度及び膝角度を連動制御するものとなっている。

尚、特許文献２，３の技法では、上述した図１５及び図１６に示すものと同様に、背ボトム及び膝ボトムをそれぞれ上下揺動可能とする各アクチュエーターをそれぞれのモーターの回転を制御して伸縮させる際に、そのモーターに付随する回転量検知センサーを監視してフィードバック制御を行うものとなっている。

ところで、電動ベッドではないが、当該背上げ角（即ち、背角度）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４参照）。

特開２０１４−１２０５４号公報特許第３７０７５５５号明細書特許第４１７９８５２号明細書特開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、特許文献２，３にも開示されるように、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、より低廉化可能とし、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。

ところで、特許文献２の技法では、「複数の点で結ぶパターンを予め設定し記憶部に格納」し、この予め記憶されたパターンに沿って背角度と膝角度が変化するように背角度及び膝角度を連動制御するものとなっている。また、特許文献３の技法では、背角度及び膝角度の座標平面を「当該パターンに基づいて分割した複数のエリア毎に、当該パターン上でない背ボトム及び膝ボトムに対して当該パターン上に一致させるための動作態様を予め定めて記憶部に記憶」しておき、その予め定めた動作態様に従って背角度及び膝角度を連動制御するものとなっている。

そして、特許文献２，３の技法では、エンコーダーやポテンションメーターによるモーターの回転量の検出を基に演算する背角度及び膝角度を想定しているため、背角度及び膝角度の双方を連動させるために「複数の点で結ぶパターン」として直線状に結ぶ場合でも、単純なモーターの回転量に基づく幾何学変換で制御可能であるが、背角度及び膝角度の双方の位置制御を行うときは、常に背角度及び膝角度の双方を動作させて、点と点とを結ぶパターンに沿って連動動作を行うものとなっている。

しかしながら、特許文献２，３の技法のような「パターン」や「エリアごとの動作態様」を記憶部に記憶する構成では、電動ベッドの構造が変わるとき、記憶部としてＲＯＭを使用するときはそのＲＯＭの取り換えを要しＲＡＭを使用するときはそのＲＡＭの書き換えを要すると説明されていることからも理解されるように、利用者がそのパターンを変更可能とすることが予定されておらず、使い勝手の点で改善の余地がある。

また、特許文献２，３の技法のような「パターン」や「エリアごとの動作態様」を記憶部に記憶する構成では、そのための記憶部の記憶容量が必要となるが、記憶容量の削減に伴うコスト削減が望まれる。特に、特許文献２，３の技法では、利用者が「パターン」や「エリアごとの動作態様」を変更できず、変更可能とするのも容易ではないため、予め利用者が選択可能な複数種のパターンの記憶を要することになり、その場合には更なる記憶容量の増大を伴うものとなる。

そして、特許文献２，３の技法では、エンコーダーやポテンションメーターによるモーターの回転量の検出を基に演算する背角度及び膝角度を想定しているため、上述したように、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問題が依然として残る。

また、特許文献２，３の技法のような「パターン」や「エリアごとの動作態様」に沿って連動制御する構成では、特にパターンに従う「エリアごとの動作態様」に沿って連動制御すると、背角度及び膝角度の位置によってはギクシャクした動作となることがあり、このギクシャクした動作を抑制し、好適にはより滑らかな動作となる連動制御で使い勝手を向上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、より低廉で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現し、使い勝手を向上させて背角度及び膝角度の連動制御を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、着床部に対し背上げ又は背下げの動作と膝上げ又は膝下げの動作を含む所定の起伏動作を実行する駆動機構を制御するための操作信号を基に、前記背上げ又は背下げの動作と前記膝上げ又は膝下げの動作の連動制御を行う設定値を演算し、前記着床部の可動に係る可動部位の動作を直接又は間接的に検知する所定のセンサーからのセンサー信号と前記設定値を基に、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操作信号制御部を備え、前記操作信号制御部は、前記背上げ又は背下げの動作に対応する前記着床部の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である背角度、及び前記膝上げ又は膝下げの動作に対応する前記着床部の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である膝角度で表される座標平面上で、複数の連動制御点を予め記憶する記憶部と、前記センサー信号に基づく背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点を演算し、前記開始基準点に対し動作方向に最近位置以降の連動制御点を認定して前記開始基準点を始点とし当該連動制御点を基準に曲線近似した制御線を演算し、前記開始基準点からの動作を当該制御線に従って制御するために、当該制御線上で実目標点を演算設定して当該連動モードの動作として一時保持しておき、前記開始基準点から動作方向に最近位置の実目標点に向かって背角度及び膝角度の連動制御を行う設定値を演算する連動制御設定値演算部と、前記設定値に基づいて、前記開始基準点に対し動作方向に最近位置の実目標点を目標として前記駆動機構を制御し、目標に到達したと判定したときに当該開始基準点を更新し、前記連動制御設定値演算部に対し新たな目標とする当該制御線上で動作方向に最近位置の実目標点を示す設定値を更新指示してフィードバック制御し、前記連動モードの操作終了まで継続動作するよう制御するフィードバック制御部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記記憶部に記憶される複数の連動制御点は、外部操作によって設定変更可能に構成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、前記フィードバック制御部は、当該実目標点の座標値における背角度と膝角度のいずれか一方の予め定めた基準に従う座標軸に到達したときに当該目標に到達したと判定することを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記フィードバック制御部は、前記開始基準点と当該目標とした実目標点との比較で、膝角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では膝角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行い、背角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では背角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行うことを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記連動制御設定値演算部は、前記開始基準点及び連動制御点の各座標点に対し、平滑化スプライン関数、移動平均関数、ローパスフィルター関数、隣接する座標点を局所的に重み付けした線形回帰関数、ｎ次多項式に基づく最小２乗法による近似関数、及び各座標点間に内挿を用いたこれらの関数の併用のいずれかにより、当該曲線近似した制御線を演算することを特徴とする。

また、本発明の電動ベッドにおいて、前記連動制御設定値演算部は、当該制御線上における実目標点の配列として、所定のユークリッド距離で等間隔となるように実目標点を演算設定するか、又は実動作時間を考慮した所定時間単位となるように実目標点を演算設定す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から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、前記所定のセンサーは、前記駆動機構の駆動を行うモーターの回転量を検知する回転量検知センサーから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、前記所定のセンサーは、前記着床部の可動に係る可動部位に設置され、ジャイロセンサー、角度センサー、加速度センサー、又は衝撃センサーからなる状態センサーから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、前記可動部位に少なくとも１つ設置され、鉛直方向の１軸、鉛直及び水平方向の２軸、鉛直方向と縦・横の水平方向の３軸、或いは鉛直方向と縦・横の水平方向以外の方向を含む３軸以上の絶対座標軸に対し各軸に対応する状態値を検出し、少なくとも前記可動部位における前記膝角度と前記背角度を検出可能なセンサーよりなることを特徴とする。

本発明によれば、より低廉で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現し、使い勝手を向上させて背角度及び膝角度の連動制御を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のスイッチの概略的な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におけるコントローラー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概略的なフィードバック動作を示すフローチャートである。（ａ）は本発明による第１実施形態の電動ベッド１における背上げ時の連動制御点の設定値の例を示す背角度及び膝角度の座標平面図であり、（ｂ）は比較例（従来技術に基づく背上げパターン）を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。（ａ）は本発明による第１実施形態の電動ベッド１における背下げ時の連動制御点の設定値の例を示す背角度及び膝角度の座標平面図であり、（ｂ）は比較例（従来技術に基づく背下げパターン）を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。本発明による第１実施形態の電動ベッドにおける一実施例の連動制御を示すフローチャートである。（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の電動ベッドにおける一実施例の連動制御に係る制御線の演算例を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。本発明による第１実施形態の電動ベッドにおける一実施例の連動制御の動作例を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。（ａ）乃至（ｄ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の電動ベッドにおける一実施例の連動制御に係る制御線上に設けた実目標点に対する制御例を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。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概略的なフィードバック動作を示すフローチャートである。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１５及び図１６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１５及び図１６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の内部に操作信号制御部５０が設けられ、操作信号制御部５０にて状態センサー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。ここでは、操作信号制御部５０の詳細は後述するものとし、フィードバック（ＦＢ）制御部３０の作用について主として説明する。

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所定の設定値の範囲内でほぼ無段階の調整を行う個別操作と、詳細は後述するが、設定変更可能な連動制御点を基に、背上げ角及び膝上げ高さを連動動作させる連動操作を選択的に操作できるようになっている。

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。

（状態センサー）
本実施形態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。

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。

本実施形態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、本実施形態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実施形態に係るフィードバック制御を構成することができる。

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。

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。

（スイッチ）
図３は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１のスイッチ１１の概略的な構成を示している。スイッチ１１は、図３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、個別操作モード時では背上げ角、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に液晶表示され、連動モードでは後述する図６（ａ），図７（ａ）に示す座標平面の態様で液晶表示される。

また、操作・設定ボタン部１１２には、設定ボタン１１２ｄ、個別操作ボタン１１２ｆ、及び連動ボタン１１２ｈ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１１２ｅが点灯し、個別操作ボタン１１２ｆが押されると個別操作モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｇが点灯し、連動ボタン１１２ｈが押されると連動モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｉが点灯する。個別操作ボタン１１２ｆと連動ボタン１１２ｈは、そのいずれか一方のみが選択できるように切り替わるものとなっている。

個別操作ボタン１１２ｆが押されて個別操作モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｇが点灯している状態で設定ボタン１１２ｄを押すと、個別操作に関する設定モードとなり、上下ボタン１１２ａ, １１２ｂ, １１２ｃ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。設定モードとなっていることを示すＬＥＤ表示部１１２ｅが点灯している状態で、設定ボタン１１２ｄを再び押すとＬＥＤ表示部１１２ｅが消灯し、ＬＥＤ表示部１１２ｇが点灯している個別操作モードに戻る。

ＬＥＤ表示部１１２ｅが消灯しＬＥＤ表示部１１２ｇが点灯している個別操作モードでは、上下ボタン１１２ａ, １１２ｂ, １１２ｃを操作することで、それぞれ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。

一方、連動ボタン１１２ｈが押されて連動モードとなりＬＥＤ表示部１１２ｉが点灯している状態で設定ボタン１１２ｄを押すと、背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御の設定モードとなり、上下ボタン１１２ａ, １１２ｂを操作することで、背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御の設定変更（後述する図６（ａ），図７（ａ）に示す連動制御点Ｐｎについて設定されているデフォルト値の設定変更）ができ、連動制御点Ｐｎの値が設定値表示部１１１にて図６（ａ），図７（ａ）に示す座標平面の態様で液晶表示される。設定モードとなっていることを示すＬＥＤ表示部１１２ｅが点灯している状態で、設定ボタン１１２ｄを再び押すとＬＥＤ表示部１１２ｅが消灯し、ＬＥＤ表示部１１２ｉが点灯している連動モードに戻る。

ＬＥＤ表示部１１２ｅが消灯しＬＥＤ表示部１１２ｉが点灯している連動モードでは、上下ボタン１１２ａ又は１１２ｂを操作することで、図６（ａ）に示す背上げ時の連動モードの開始と終了を操作可能となっており、例えば上下ボタン１１２ａの“△（上昇）”を押したときに背上げ時の連動モードが開始され、その押し操作を止めたときに終了する。或いは、上下ボタン１１２ａの“▽（下降）”を押したときに背下げ時の連動モードが開始され、その押し操作を止めたときに終了する。

上下ボタン１１２ａと上下ボタン１１２ｂのいずれを操作しても背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御として同様に動作するが、ベッド高さに関する上下ボタン１１２ｃの操作は、背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御として動作せず、個別操作モードと同様の動作となっている。また、連動モードの動作中、設定値表示部１１１にて図６（ａ），図７（ａ）に示す座標平面の態様で液晶表示されるが、現在動作中の背上げ角及び膝上げ高さに対応する背角度及び膝角度の動作点が動的表示されるように構成するのが好ましい。

（コントローラー）
図４は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１におけるコントローラー１２の概略構成を示すブロック図である。コントローラー１２は、操作信号制御部５０、操作信号受信部５１、第１センサー信号入力部５２、第２センサー信号入力部５３、第３センサー信号入力部５４、及びモーター駆動制御部５５を備える。本例では、フィードバック（ＦＢ）制御部３０は、操作信号制御部５０内に組み込まれている。

操作信号受信部５１は、スイッチ１１からの操作信号を入力し、操作信号制御部５０に出力する。操作信号は、個別操作モードにおける背上げ角、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を示す設定信号と、連動モードにおける背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御点の設定変更（後述する図６（ａ），図７（ａ）に示す連動制御点Ｐｎについて設定されているデフォルト値の増減又は座標値の設定変更）を示す設定信号と、個別操作モード又は連動モードで実際に操作し動作させる旨を示す実行信号と、をそれぞれ識別できる信号フォーマットで構成されている。

第１信号入力部５２、第２信号入力部５３、及び第３信号入力部５４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、操作信号制御部５０に出力する。

モーター駆動制御部５５は、操作信号制御部５０から、スイッチ１１からの操作信号（実行信号）に基づく個別操作モード又は連動モードの動作指示を入力して、その個別操作モード又は連動モードの動作を行うよう、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの各々を動作させるためのモーター１３ａ，１３ｂ，１３ｃからなるモーター１３を駆動する。

特に、モーター駆動制御部５５は、操作信号制御部５０におけるフィードバック（ＦＢ）制御部３０からの比較信号を入力し、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を基にしたフィードバック制御で、背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの各々を動作させるようモーター１３を駆動する。

操作信号制御部５０は、信号種別判別部５０１、連動制御点設定部５０２、個別操作設定部５０３、記憶部５０４、個別操作・連動判定部５０５、連動制御設定値演算部５０６、個別操作設定値読出部５０７、動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０を備える。

信号種別判別部５０１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、信号種別を判別して、個別操作モードにおける背上げ角、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を示す設定信号については個別操作設定部５０３に出力し、連動モードにおける背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御点の設定変更（後述する図６（ａ），図７（ａ）に示す連動制御点Ｐｎについて設定されているデフォルト値の増減又は座標値の設定変更）を示す設定信号については連動制御点設定部５０２に出力し、個別操作モード又は連動モードで実際に操作し動作させる旨を示す実行信号については個別操作・連動判定部５０５に出力する。

連動制御点設定部５０２は、信号種別判別部５０１から連動モードに関する設定信号を入力し、連動モードにおける背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御点を更新設定するよう記憶部５０４に記憶する。記憶部５０４に、当該連動制御点に関するデフォルト値又はその前回値が記憶されているとき、その連動制御点が更新される。

個別操作設定部５０３は、信号種別判別部５０１から個別操作モードに関する設定信号を入力し、個別モードにおける背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する設定値を保持するよう記憶部５０４に記憶する。記憶部５０４に、当該設定値に関するデフォルト値又はその前回値が記憶されているとき、その設定値が更新される。

記憶部５０４は、不揮発性メモリで構成され、個別操作モードの背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する設定値と、連動モードの背上げ角及び膝上げ高さに関する連動制御点とを記憶保持する。また、詳細は後述するが、記憶部５０４は、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における信号変換部３１によって状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃの信号を背上げ角、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の、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予め保持している。不揮発性メモリとして、ＲＯＭ又はＲＡＭを利用できる。

尚、操作信号制御部５０は、中央演算処理ユニット（ＣＰＵ）を備えるコンピューターとして構成することができ、記憶部５０４には、当該ＣＰＵにより読み出し操作信号制御部５０における各機能を実現するためのプログラムが格納される。

個別操作・連動判定部５０５は、信号種別判別部５０１から個別操作モード又は連動モードに関する実行信号を入力し、個別操作モード時には個別操作モードの動作を行う旨を示す信号を個別操作設定値読出部５０７及び動作指示部５０８に出力し、連動モード時には連動モードの動作を行う旨を示す信号を連動制御設定値演算部５０６及び動作指示部５０８に出力する。

尚、連動モードの実行信号が個別操作・連動判定部５０５に入力されている間、個別操作・連動判定部５０５は連動モードの動作を行う旨を示す信号を連動制御設定値演算部５０６及び動作指示部５０８に出力しているが、連動モードの実行信号が図４に示す個別操作・連動判定部５０５に入力されなくなった時点で、当該連動モードの終了を示す信号をフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２に出力する（図示せず）。

連動制御設定値演算部５０６は、個別操作・連動判定部５０５から連動モードの動作を行う旨を示す信号を入力すると、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における信号変換部３１から、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づく現在の背上げ角及び膝上げ高さの状態値を取得し、現在の背上げ角及び膝上げ高さにそれぞれ対応する背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点Ｐｓを演算する。

そして、連動制御設定値演算部５０６は、記憶部５０４から、後述する図６（ａ），図７（ａ）に示す設定されている連動制御点Ｐｎを読み出し、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐｎを認定し、開始基準点Ｐｓを始点とし当該連動制御点Ｐｎを基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算する（後述する図９（ａ）,（ｂ）参照）。続いて、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓからの動作を当該制御線ＣＬに従って制御するために、当該制御線ＣＬ上で実目標点Ｐｒｎを所定のユークリッド距離又は所定時間単位で演算設定して逐次更新可能なレジスタ（図示せず）に当該連動モードの動作として一時保持しておく（後述する図１０参照）。そして、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓから最近位置の実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する。

これにより、動作指示部５０８の動作指示に基づいて、モーター駆動制御部５５が動作し、電動ベッド１の動作が当該設定値における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達するまで、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２からの比較信号によりフィードバック制御が行われる。

そして、連動制御設定値演算部５０６は、連動制御の動作中、電動ベッド１の動作が当該設定値（実目標点Ｐｒｎの座標値）における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達したときにフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２が示す開始基準点Ｐｓの更新指示を入力すると、再び、現在の背上げ角及び膝上げ高さにそれぞれ対応する背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点Ｐｓを演算して更新し、更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する。この動作を、スイッチ１１からの連動制御の終了指示があるまで繰り返す。

個別操作設定値読出部５０７は、個別操作・連動判定部５０５から個別操作モードの動作を行う旨を示す信号を入力すると、記憶部５０４から、設定されている背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する設定値を読み出し、動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する。これにより、動作指示部５０８の動作指示に基づいて、モーター駆動制御部５５が動作し、電動ベッド１の動作が当該設定値に到達するまで、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２からの比較信号によりフィードバック制御が行われる。

動作指示部５０８は、個別操作・連動判定部５０５から、個別操作モード又は連動モードの動作を行う旨を示す信号が入力されると、連動制御設定値演算部５０６又は個別操作設定値読出部５０７から当該設定値（個別操作モードであれば背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する設定値、連動モードであれば背上げ角及び膝上げ高さに関する実目標点Ｐｒｎの座標値）を入力し、モーター駆動制御部５５に対し、当該設定値に対応する背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの各々を動作させるためのモーター１３ａ，１３ｂ，１３ｃからなるモーター１３の駆動を指示する。

ここで、本実施形態に係るフィードバック制御では、各モーター１３に対しエンコーダーやポテンションメーターなどの回転量検知センサーを用いていないため、動作指示部５０８は、例えばモーター１３として誘導モーターを用いるときは、当該設定値に対応する現在値から目標値までの回転速度と動作時間をモーター１３毎に演算して、モーター駆動制御部５５に対しモーター１３の駆動を指示し、モーター駆動制御部５５では、フィードバック（ＦＢ）制御部３０からの比較信号を監視してそのモーター１３毎の動作時間についてＯＮ／ＯＦＦ制御で増減することでフィードバック制御を行う。尚、動作の開始時のスローアップや動作の停止時のスローダウンを行う動作を組み入れることもできる。

また、モーター１３としてステッピングモーターを用いるときは、当該設定値に対応する現在値から目標値までの回転速度とパルスカウント値を演算して、モーター駆動制御部５５に対しモーター１３の駆動を指示し、モーター駆動制御部５５では、フィードバック（ＦＢ）制御部３０からの比較信号を監視してそのモーター１３毎のパルスカウント値について増減することでフィードバック制御を行う。尚、動作の開始時のスローアップや動作の停止時のスローダウンを行う動作を組み入れることもできる。

フィードバック（ＦＢ）制御部３０は、信号変換部３１、及び比較部３２を備える。

信号変換部３１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し、比較部３２に出力する。尚、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は、連動制御設定値演算部５０６にも出力される。

尚、信号変換部３１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記憶部５０４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。

比較部３２は、連動制御設定値演算部５０６又は個別操作設定値読出部５０７から当該設定値（個別操作モードであれば背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さに関する設定値、連動モードであれば背上げ角及び膝上げ高さに関する実目標点Ｐｒｎの座標値）を入力して、信号変換部３１から得られる状態値に対し対比可能な数値に変換して比較し、その差分の有無を示す比較信号をモーター駆動制御部５５に出力する。

従って、コントローラー１２は、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号を基にした当該比較信号によりモーター１３をフィードバック制御する。

（フィードバック制御）
図５は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１の概略的なフィードバック動作を示すフローチャートである。

まず、電動ベッド１の着床部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）、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標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、利用者による操作終了指示が無い限り、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標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、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標に到達したとして判定すると（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、個別操作モード時ではモーター１３の駆動を停止させ、背角度及び膝角度の連動モード時では目標を更新して当該モーター１３の駆動を継続するが、利用者による操作終了指示があるときにモーター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）。

このように、本実施形態の電動ベッド１においては、より低廉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、連動モード及び個別操作モードにも対応した使い勝手の良い動作が実現され、結果としてベッド自体も低廉化させることができる。

（連動制御点で示される背角度及び膝角度の座標平面）
以下、本発明による第１実施形態の電動ベッド１における背角度及び膝角度の連動モードの制御方法について、より詳細に説明する。

図６（ａ）は本発明による第１実施形態の電動ベッド１における背上げ時の連動制御点Ｐｎの設定値の例を示す背角度及び膝角度の座標平面図であり、図６（ｂ）は比較例（特許文献２，３に示される従来技術に基づく背上げパターン）を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。

また、図７（ａ）は本発明による第１実施形態の電動ベッド１における背下げ時の連動制御点Ｐｎの設定値の例を示す背角度及び膝角度の座標平面図であり、図７（ｂ）は比較例（特許文献２，３に示される従来技術に基づく背上げパターン）を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。

まず、図６（ａ）及び図７（ａ）には、背上げ角の調整に係る着床部１８の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である背角度ａと、膝上げ高さの調整に係る着床部１８の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である膝角度ｂが座標平面（ａ,ｂ）で示されている。ここで、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す従来技法とそれぞれ対比可能にするために、連動制御点Ｐｎとして、従来技法と同一の座標点を示している。尚、本発明においても、操作信号における連動モードの実行信号を基に背上げ又は背下げの動作と膝上げ又は膝下げの動作を連動制御する際には、その背上げ又は背下げの動作に対応する着床部１８の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である背角度ａ、及び膝上げ又は膝下げの動作に対応する着床部１８の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である膝角度ｂで表される座標平面を用いるが、その連動制御の方法が従来技法とは異なる。

つまり、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示す特許文献２，３の技法では、背角度及び膝角度の座標平面にて複数の点で結ぶ予め設定されたパターンを記憶部に格納しておき、背角度及び膝角度がそのパターンに沿って変化するように連動制御し、更に、背角度及び膝角度の座標平面を当該パターンに基づいて複数のエリアに分割し、エリア毎に背角度及び膝角度の動作態様を予め定めて記憶部に記憶しておき、その予め定めた動作態様に従って背角度及び膝角度を連動制御するものとなっている。特に、特許文献２，３の技法では、常に背角度及び膝角度の双方を動作させて、連動制御点Ｐ３と連動制御点Ｐ４とを結ぶパターンに沿って連動動作を行う制御となっている。

一方、本実施形態に係る電動ベッド１では、例えば図６（ａ）を参照するに、連動制御点Ｐ１の座標点（０，０）、連動制御点Ｐ２の座標点（０，２５）、連動制御点Ｐ３の座標点（４０，２５）、連動制御点Ｐ４の座標点（４７，１５）、連動制御点Ｐ５の座標点（６０，１５）、連動制御点Ｐ６の座標点（７５，０）の６点が、デフォルト値として図４に示す記憶部５０４に格納されているとすると、上述したように、利用者の操作によるスイッチ１１からの操作信号（連動モードにおける設定信号）によって、増減又は座標値の設定変更が容易に実現される。

更に、本実施形態に係る電動ベッド１では、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、スイッチ１１からの操作信号（実行信号）に基づく連動モードの動作指示により、連動制御設定値演算部５０６は、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づく現在の背上げ角及び膝上げ高さの状態値を取得し、現在の背上げ角及び膝上げ高さのそれぞれに対応する背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点Ｐｓを演算する。

そして、本実施形態に係る電動ベッド１では、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐｎを認定する。尚、後述する図９（ａ）,（ｂ）に例示するように、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓを始点とし当該連動制御点Ｐｎを基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算する。続いて、後述する図１０に例示するように、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓからの動作を当該制御線ＣＬに従って制御するために、当該制御線ＣＬ上で実目標点Ｐｒｎを所定のユークリッド距離又は所定時間単位で演算設定して逐次更新可能なレジスタ（図示せず）に当該連動モードの動作として一時保持しておき、開始基準点Ｐｓから最近位置の実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値とする。

このため、本実施形態に係る電動ベッド１では、図６（ａ）及び図７（ａ）に示すように、例えば開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置の連動制御点Ｐｎが連動制御点Ｐ３であれば、その開始基準点Ｐｓから連動制御点Ｐ３に向かって、これに対応する実目標点Ｐｒｎを目標に背角度及び膝角度の連動制御を行う。同様に、例えば開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置の連動制御点Ｐｎが連動制御点Ｐ４であれば、その開始基準点Ｐｓから連動制御点Ｐ４に向かって、これに対応する実目標点Ｐｒｎを目標に背角度及び膝角度の連動制御を行う。

このように、本実施形態に係る電動ベッド１では、開始基準点Ｐｓが当該座標平面上のいずれの位置にあっても、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置の連動制御点Ｐｎに向かって、これに対応する実目標点Ｐｒｎを目標として動作する。更に、実目標点Ｐｒｎの座標点における予め定めた背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達すると、その到達した時点の位置を開始基準点Ｐｓとして更新し、当該更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として新たに更新して、利用者がスイッチ１１による連動モードの操作を終了するまで継続動作する。

従って、図６（ａ）及び図７（ａ）に示す本実施形態に係る連動制御は、「複数の点で結ぶパターン」や「エリアごとの動作態様」を記憶部５０４に記憶として制御するものではなく、連動制御に関して利用者によって設定変更可能な連動制御点Ｐｎのみを記憶部５０４に記憶し、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐｎを基準に曲線近似した制御線ＣＬに従って制御するものとなっている。

このため、本実施形態に係る電動ベッド１は、連動制御に関して記憶部５０４の記憶容量の削減が可能となり低廉化を促進させ、尚且つ、その電動ベッド１の構造が変わるような場合や、利用者の体格等に起因する微調整を要する場合、或いは実際の着床部１８の位置とモーター１３の回転量とが誤差がある場合や、経年変化で着床部１８が変形してしまうなどの状態が起こる場合などでも、容易に設定変更することができるため使い勝手の点で向上したものとなる。

また、本実施形態に係る電動ベッド１は、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐｎを基準に演算した制御線ＣＬに従って制御するため、従来技法では背角度及び膝角度の位置によって生じうるギクシャクした動作を抑制し、好適にはより滑らかな動作となる連動制御で使い勝手を向上させることができる。

次に、本実施形態に係る電動ベッド１の連動制御における開始基準点Ｐｓ及び実目標点Ｐｒｎの更新に関する制御方法の詳細について説明する。また、以下では、図６（ａ）に例示する連動制御点Ｐ１,Ｐ２, …,Ｐ５が設定された座標平面上の背上げに係る連動モードを代表して説明する。

（一実施例の連動制御）
図８は、本発明による第１実施形態の電動ベッド１における一実施例の連動制御を示すフローチャートである。

図８を参照するに、一実施例の連動制御では、連動モードの連動制御の開始にあたり、連動制御設定値演算部５０６は、記憶部５０４から背角度・膝角度に関する連動制御点Ｐ１,Ｐ２, …,Ｐ５の読み出す（ステップＳ２１）。

続いて、連動制御設定値演算部５０６は、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づいた開始基準点Ｐｓを演算する（ステップＳ２２）。

続いて、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐｎを認定する（ステップＳ２３）。

続いて、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓを始点とし当該連動制御点Ｐｎを基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算し、開始基準点Ｐｓからの動作を当該制御線ＣＬに従って制御するために、当該制御線ＣＬ上で実目標点Ｐｒｎを所定のユークリッド距離又は所定時間単位で演算設定して逐次更新可能なレジスタ（図示せず）に一時保持しておき、開始基準点Ｐｓから最近位置の実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する（ステップＳ２４）。

続いて、動作指示部５０８は、実目標点Ｐｒｎの座標値を目標にモーター駆動制御部５５を動作させる（ステップＳ２５）。

フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２は、開始基準点Ｐｓと実目標点Ｐｒｎとを比較（即ち状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づいた開始基準点Ｐｓに対応する信号変換部３１から得られる状態値について、設定値として入力される実目標点Ｐｒｎと対比可能な数値に変換して比較）し、制御線に従った設定値に基づいて膝角度と背角度の監視に基づくフィードバック制御を行う（ステップＳ２６）。

続いて、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２は、当該連動制御に係る電動ベッド１の動作が、実目標点Ｐｒｎにおける背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達したか否かを監視し（ステップＳ２７）、到達していないとき（ステップＳ２７：Ｎｏ）、ステップＳ２６に移行し、到達するまで（ステップＳ２７：Ｙｅｓ）、フィードバック制御を行う。

連動モードの実行信号が図４に示す個別操作・連動判定部５０５に入力されている間、個別操作・連動判定部５０５は連動モードの動作を行う旨を示す信号を連動制御設定値演算部５０６及び動作指示部５０８に出力しているが、連動モードの実行信号が図４に示す個別操作・連動判定部５０５に入力されなくなった時点で、当該連動モードの終了を示す信号をフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２に出力する。

このため、図４に示す例では、ステップＳ２７の後の処理として示しているが、実施例上では、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２は、連動制御を終了するか否かを常に監視しており（ステップＳ２８）、当該連動モードの終了を示す信号の入力があったと判定したとき（ステップＳ２８：Ｙｅｓ）、連動制御を終了する。

一方、連動制御を継続するとき（ステップＳ２８：Ｎｏ）、フィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２は、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づく開始基準点Ｐｓを、連動制御設定値演算部５０６に更新指示し（ステップＳ２９）、ステップＳ２２以降の制御へと移行する。

このため、上述したステップＳ２９にて当該設定値（即ち、実目標点Ｐｒｎの座標点）における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達すると、連動制御設定値演算部５０６は、その到達した時点の位置を開始基準点Ｐｓとして更新し、更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線ＣＬ上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、利用者がスイッチ１１による連動モードの操作を終了するまで継続動作する。

この一実施例の連動制御を実現する制御線ＣＬを図９（ａ）,（ｂ）に例示している。図９（ａ）,（ｂ）は、それぞれ本発明による第１実施形態の電動ベッド１における一実施例の連動制御に係る制御線の演算例を示す背角度及び膝角度の座標平面図である。

まず、図９（ａ）に示す例では、背上げ時の連動モードの連動制御の開始にあたり、図６（ａ）に示す背上げ時の連動制御点Ｐｎが設定されているものとし、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づいた開始基準点Ｐｓを演算したとき、連動制御点Ｐ２とＰ３との間に、開始基準点Ｐｓが位置していたとする。この場合、連動制御設定値演算部５０６は、記憶部５０４から、６点の連動制御点Ｐｎを読み出し、読み出した６点の連動制御点Ｐｎのうち、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を認定し、開始基準点Ｐｓを始点とし当該連動制御点Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算する。

また、図９（ｂ）に示す例では、背上げ時の連動モードの連動制御の開始にあたり、図６（ａ）に示す背上げ時の連動制御点Ｐｎが設定されているものとし、状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからのセンサー信号に基づいた開始基準点Ｐｓを演算したとき、連動制御点Ｐ３とＰ４との間に、開始基準点Ｐｓが位置していたとする。この場合も、連動制御設定値演算部５０６は、記憶部５０４から、６点の連動制御点Ｐｎを読み出し、読み出した６点の連動制御点Ｐｎのうち、開始基準点Ｐｓに対し動作方向に最近位置以降の連動制御点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を認定し、開始基準点Ｐｓを始点とし当該連動制御点Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算する。

制御線ＣＬの演算方法は、背角度及び膝角度の連動制御にあたり、滑らかに動作させることを意図したものであればよい。例えば、制御線ＣＬの演算基準とする開始基準点Ｐｓ及び連動制御点Ｐｎの各座標点に対し、平滑化スプライン関数、移動平均関数、ローパスフィルター関数、隣接する座標点を局所的に重み付けした線形回帰関数、ｎ次多項式に基づく最小２乗法による近似関数、及び各座標点間に内挿を用いたこれらの関数の併用などを適用することで曲線近似した制御線ＣＬを得ることができる。

尚、ｎ次多項式に基づく最小２乗法による近似関数は簡便であり、制御線ＣＬの演算基準とする座標点が、開始基準点Ｐｓを含み２点であるときは１次式、開始基準点Ｐｓを含み３点であるときは２次多項式、開始基準点Ｐｓを含み４点以上であるときは３次多項式とすることができ、開始基準点Ｐｓの位置によらず容易に曲線近似した制御線ＣＬを得ることができる。

例えば図９（ａ）に例示する制御線ＣＬの演算後、連動制御設定値演算部５０６は、図１０に示すように、開始基準点Ｐｓからの動作を当該制御線ＣＬに従って制御するために、当該制御線ＣＬ上で実目標点Ｐｒｎを演算設定し、逐次更新可能なレジスタ（図示せず）に一時保持しておく。連動制御設定値演算部５０６は、制御線ＣＬ上における実目標点Ｐｒｎの配列として、所定のユークリッド距離で等間隔となるように実目標点Ｐｒｎを演算設定するか、又は実動作時間を考慮した所定時間単位となるように実目標点Ｐｒｎを演算設定する。

そして、連動制御設定値演算部５０６は、開始基準点Ｐｓから最近位置の実目標点Ｐｒｎの座標値（図１０の例では、実目標点Ｐｒ１）の座標値を連動制御の設定値として動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する。

そして、連動制御設定値演算部５０６は、連動制御の動作中、電動ベッド１の動作が当該設定値（実目標点Ｐｒｎの座標値）における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達したときにフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３２が示す開始基準点Ｐｓの更新指示を入力すると、再び、現在の背上げ角及び膝上げ高さにそれぞれ対応する背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点Ｐｓを演算して更新し、更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線ＣＬ上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として動作指示部５０８、及びフィードバック（ＦＢ）制御部３０における比較部３１に出力する。この動作を、スイッチ１１からの連動制御の終了指示があるまで繰り返す。これにより、図１０の例では、破線矢印で示すような背角度及び膝角度の連動動作を連続させることができる。

ここで、本実施形態の例では、連動制御の動作中、電動ベッド１の動作が当該設定値（実目標点Ｐｒｎの座標値）における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸に到達したときに、開始基準点Ｐｓを演算して更新し、更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線ＣＬ上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として定めるとしている。

この目標への到達判断は、予め定めた判断基準に従うものとし、例えば図１０を基に例示した図１１（ａ）に示すように、実目標点Ｐｒｎの座標値における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸にいち早く到達したときとすることや、例えば図１０を基に例示した図１１（ｂ）に示すように、実目標点Ｐｒｎの座標値における膝角度の座標軸にいち早く到達したときとすることや、例えば図１０を基に例示した図１１（ｃ）に示すように、実目標点Ｐｒｎの座標値における背角度の座標軸にいち早く到達したときとすることや、例えば図１０を基に例示した図１１（ｄ）に示すように、実目標点Ｐｒｎの座標値における背角度及び膝角度の正側の座標軸にいち早く到達したときとすることができる。

尚、連動制御の動作中、開始基準点Ｐｓと実目標点Ｐｒｎの比較で、膝角度のみ所定の閾値（例えば２°）より大きい差がある場合では膝角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行い、背角度のみ所定の閾値（例えば２°）より大きい差がある場合では背角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行うのが好適である。これにより、フィードバック制御を安定化させ、不必要に右往左往するようなふらつき制御を無くすことができる。

このような図１１に示す各例のようにフィードバック制御を行うと、図１０に示すように、Ｐ３の座標点（４０，２５）に到達せずに遷移することもありうるが、本実施形態に係る構成ではこれを許容している。

そして、逐次、実目標点における背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸上に到達後、連動モードを継続するときは、開始基準点Ｐｓを演算して更新し、更新した開始基準点Ｐｓに対し当該制御線ＣＬ上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として定めるとしている。

即ち、本実施形態に係る一実施例の連動制御では、モーター１３の回転検知によらず状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃに基づくＦＢ制御としている場合や利用者によって設定変更な連動制御点Ｐｎとして構成している場合では顕著になるが、例えば従来技法のように複数の連動制御点Ｐｎを結ぶパターンに対し無理にそのパターンに沿って連動制御させると、背角度及び膝角度の位置によってはギクシャクした動作となることがある。このため、本実施形態に係る一実施例の連動制御では、当該制御線ＣＬ上で動作方向に最近位置の実目標点Ｐｒｎを改めて目標として認定し、その目標として認定した実目標点Ｐｒｎの座標値を連動制御の設定値として定めてフィードバック制御を行うことで、連動制御点Ｐｎの座標点に到達せずに、実目標点Ｐｒｎにおける背角度と膝角度のいずれか一方の座標軸上に到達しても、これを許容して、フィードバック制御を安定化させ、不必要に右往左往するようなふらつき制御を無くすこともでき、スムーズな動作を実現することができる。

〔第２実施形態〕
（装置構成）
図１２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１３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１２及び図１３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１２及び図１３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１５及び図１６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の内部に操作信号制御部５０が設けられ、操作信号制御部５０にて状態センサー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１２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。

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１５及び図１６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３に示すものと同様とすることができる。

ただし、本実施形態のスイッチ１１には、図１３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、及び操作信号制御部５０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を備える操作信号制御部５０の構成は、第１実施形態における図４に示すものと同様とすることができ、図４に示すＦＢ制御部３０を備える操作信号制御部５０を本実施形態のスイッチ１１に組み入れるのに必要な各信号の送受信に係る制御線等は適宜設計すればよい。

図１３を参照するに、まず、スイッチ１１から当該背上げ角、膝上げ高さ、及びベッド高さの調整をそれぞれ行うための電動ベッド１の着床部１８の可変動作に関する制御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、当該制御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。

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目標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。

（フィードバック制御）
図１４は、本発明による第２実施形態の電動ベッド１の概略的なフィードバック動作を示すフローチャートである。

まず、電動ベッド１の着床部１８の可変動作に関する操作信号に対応する制御信号をスイッチ１１からコントローラー１２へ送信する（ステップＳ１１）。

当該制御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）、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標に到達したか否かを判定する（ステップＳ１４）。

スイッチ１１は、利用者による操作終了指示が無い限り、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標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制御信号を送信せず、その駆動を継続させる。

一方、スイッチ１１は、電動ベッド１の着床部１８の動作が目標に到達したとして判定すると（ステップＳ１４：Ｙｅｓ）、個別操作モード時ではモーター１３の駆動を停止させる制御信号をコントローラー１２に出力し、背角度及び膝角度の連動モード時では目標を更新した制御信号をコントローラー１２に出力するが、利用者による操作終了指示があるときにモーター１３の駆動を停止させる制御信号をコントローラー１２に出力する（ステップＳ１５）。

コントローラー１２は、モーター１３の駆動を停止させる制御信号を受け付けると、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、より低廉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、従来技法における上述した種々の課題を解決するための手段を全て含む好適な例を代表して説明したが、種々の課題を個別に解決するように本発明に係る一実施形態の電動ベッド１を構成することができる。

即ち、包括するに、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１は、操作信号制御部５０を備え、操作信号制御部５０は、連動制御に係る背角度及び膝角度の座標平面上で複数の連動制御点Ｐｎを記憶する記憶部５０４と、着床部１８の可動に係る可動部位の動作を直接又は間接的に検知する所定のセンサーからのセンサー信号に基づく背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点を始点とし当該連動制御点を基準に曲線近似した制御線ＣＬを演算し、当該制御線ＣＬ上で演算設定した実目標点Ｐｒｎに向かって当該連動制御を行う設定値を演算する連動制御設定値演算部５０６と、該設定値を基に当該制御線ＣＬに従う実目標点Ｐｒｎに向かってフィードバック制御を行うＦＢ制御部３０と、を備える。
これにより、滑らかな動作となる連動制御で使い勝手を向上させることができる。このとき、当該駆動機構をモーター１３の駆動によるアクチュエーターで構成し、当該所定のセンサーとして、モーター１３の回転量を検知する回転量検知センサーにより構成してもよいし、上述した状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃで構成してもよく、いずれの場合でも、滑らかな動作となる連動制御が実現されて、使い勝手を向上させることができる。
また、操作信号制御部５０をスイッチ１１とコントローラー１２のいずれか一方に設けることができるが、スイッチ１１とコントローラー１２との間に中継ユニットを設け、この中継ユニットに操作信号制御部５０を設けてもよい。

また、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１において、記憶部５０４に記憶される複数の連動制御点Ｐｎは外部操作（例えばスイッチ１１からの操作）によって設定変更可能に構成するのが好適である。
これにより、その電動ベッド１の構造が変わるような場合や、利用者の体格等に起因する微調整を要する場合、或いは実際の着床部１８の位置とモーター１３の回転量とが誤差がある場合や、経年変化で着床部１８が変形してしまうなどの状態が起こる場合などでも、容易に設定変更することができるため使い勝手の点で向上したものとなる。

また、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１において、当該実目標点の座標値における背角度と膝角度のいずれか一方の予め定めた基準に従う座標軸に到達したときに当該目標に到達したと判定するよう構成するのが好適である。
これにより、不必要に右往左往するようなふらつき制御を無くすこともでき、スムーズな動作を実現することができる。

また、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１において、フィードバック制御部３０は、開始基準点Ｐｓと当該目標とした実目標点Ｐｒｎとの比較で、膝角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では膝角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行い、背角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では背角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行うよう構成するのが好適である。
これにより、フィードバック制御を安定化させ、不必要に右往左往するようなふらつき制御を無くすことができる。

また、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１において、所定のセンサーは、着床部１８の可動に係る可動部位に設置され、ジャイロセンサー、角度センサー、加速度センサー、又は衝撃センサーからなる状態センサー２０ａ，２０ｂ，２０ｃからなるものとするのが好適である。
これにより、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ある場合や、経年変化で着床部１８が変形してしまうなどの状態が起こる場合でも、高精度のフィードバック制御が実現される。また、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、フィードバック制御を行う第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、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、本発明に係る一実施形態の電動ベッド１において、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。

従って、状態センサーは、着床部１８の可動部位に少なくとも１つ設置され、鉛直方向の１軸、鉛直及び水平方向の２軸、鉛直方向と縦・横の水平方向の３軸、或いは鉛直方向と縦・横の水平方向以外の方向を含む３軸以上の絶対座標軸に対し各軸に対応する状態値を検出し、少なくとも当該可動部位における膝角度と背角度を検出可能なセンサーとする。

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、本発明に係る一実施形態の電動ベッドは、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。

本発明によれば、より低廉で尚且つ高精度のフィードバック制御を実現し、使い勝手を向上させて背角度及び膝角度の連動制御を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信号変換部
３２比較部
５０操作信号制御部
５１操作信号受信部
５２第１センサー信号入力部
５３第２センサー信号入力部
５４第３センサー信号入力部
５５モーター駆動制御部
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
１１２ｆ個別操作ボタン
１１２ｈ連動ボタン
１１２ｅ，１１２ｇ，１１２ｉＬＥＤ表示部
５０１信号種別判別部
５０２連動制御点設定部
５０３個別操作設定部
５０４記憶部
５０５個別操作・連動判定部
５０６連動制御設定値演算部
５０７個別操作設定値読出部
５０８動作指示部

Claims

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、
着床部に対し背上げ又は背下げの動作と膝上げ又は膝下げの動作を含む所定の起伏動作を実行する駆動機構を制御するための操作信号を基に、前記背上げ又は背下げの動作と前記膝上げ又は膝下げの動作の連動制御を行う設定値を演算し、前記着床部の可動に係る可動部位の動作を直接又は間接的に検知する所定のセンサーからのセンサー信号と前記設定値を基に、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操作信号制御部を備え、
前記操作信号制御部は、前記背上げ又は背下げの動作に対応する前記着床部の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である背角度、及び前記膝上げ又は膝下げの動作に対応する前記着床部の可動部位の水平状態からの持ち上がり角度である膝角度で表される座標平面上で、複数の連動制御点を予め記憶する記憶部と、前記センサー信号に基づく背角度及び膝角度の座標点を示す開始基準点を演算し、前記開始基準点に対し動作方向に最近位置以降の連動制御点を認定して前記開始基準点を始点とし当該連動制御点を基準に曲線近似した制御線を演算し、前記開始基準点からの動作を当該制御線に従って制御するために、当該制御線上で実目標点を演算設定して当該連動モードの動作として一時保持しておき、前記開始基準点から動作方向に最近位置の実目標点に向かって背角度及び膝角度の連動制御を行う設定値を演算する連動制御設定値演算部と、前記設定値に基づいて、前記開始基準点に対し動作方向に最近位置の実目標点を目標として前記駆動機構を制御し、目標に到達したと判定したときに当該開始基準点を更新し、前記連動制御設定値演算部に対し新たな目標とする当該制御線上で動作方向に最近位置の実目標点を示す設定値を更新指示してフィードバック制御し、前記連動モードの操作終了まで継続動作するよう制御するフィードバック制御部と、を備えることを特徴とする電動ベッド。
前記記憶部に記憶される複数の連動制御点は、外部操作によって設定変更可能に構成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。
前記フィードバック制御部は、当該実目標点の座標値における背角度と膝角度のいずれか一方の予め定めた基準に従う座標軸に到達したときに当該目標に到達したと判定することを特徴とする、請求項１又は２に記載の電動ベッド。
前記フィードバック制御部は、前記開始基準点と当該目標とした実目標点との比較で、膝角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では膝角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行い、背角度のみ所定の閾値より大きい差がある場合では背角度のみの監視に基づくフィードバック制御を行うことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の電動ベッド。
前記連動制御設定値演算部は、前記開始基準点及び連動制御点の各座標点に対し、平滑化スプライン関数、移動平均関数、ローパスフィルター関数、隣接する座標点を局所的に重み付けした線形回帰関数、ｎ次多項式に基づく最小２乗法による近似関数、及び各座標点間に内挿を用いたこれらの関数の併用のいずれかにより、当該曲線近似した制御線を演算することを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の電動ベッド。
前記連動制御設定値演算部は、当該制御線上における実目標点の配列として、所定のユークリッド距離で等間隔となるように実目標点を演算設定するか、又は実動作時間を考慮した所定時間単位となるように実目標点を演算設定す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。
前記駆動機構はモーター駆動によるアクチュエーターから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。
前記所定のセンサーは、前記駆動機構の駆動を行うモーターの回転量を検知する回転量検知センサーから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。
前記所定のセンサーは、前記着床部の可動に係る可動部位に設置され、ジャイロセンサー、角度センサー、加速度センサー、又は衝撃センサーからなる状態センサーから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。
前記状態センサーは、前記可動部位に少なくとも１つ設置され、鉛直方向の１軸、鉛直及び水平方向の２軸、鉛直方向と縦・横の水平方向の３軸、或いは鉛直方向と縦・横の水平方向以外の方向を含む３軸以上の絶対座標軸に対し各軸に対応する状態値を検出し、少なくとも前記可動部位における前記膝角度と前記背角度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９に記載の電動ベッド。