JPWO2017002142A1 - ロボットシステム - Google Patents

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Abstract

ロボットシステムは、人が載せられる少なくとも１つの支持体と、複数の自由度を持つ複数の多関節アーム、および複数の多関節アームが設けられた少なくとも１つの土台、を含むロボットと、複数の多関節アームに取り付けられる少なくとも一種類の機器と、を備え、ロボットは、少なくとも一種類の機器を動かすことにより、人に対して少なくとも２つの介護・医療関連行為を行う。

Description

本発明は、介護・医療関連行為用のロボットシステムに関する。
従来から、人に対して介護・医療関連行為を行うロボットが種々提案されている。例えば、特許文献１の図１９には、ベッドに横たわった人を持ち上げる介護用の双腕型ロボットが開示されている。
国際公開第２００９／１４７８３２号
ところで、介護・医療関連行為を行う従前のロボットは、特定の介護・医療関連行為に専用に設計されている。そのため、複数の介護・医療関連行為を行うには、その介護・医療関連行為と同数のロボットが必要となる。
そこで、本発明は、１つのロボットにより複数の介護・医療関連行為を行うことができるロボットを含むロボットシステムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するために、本発明のロボットシステムは、人が載せられる少なくとも１つの支持体と、複数の自由度を持つ複数の多関節アーム、および前記複数の多関節アームが設けられた少なくとも１つの土台、を含むロボットと、前記複数の多関節アームに取り付けられる少なくとも一種類の機器と、を備え、前記ロボットは、前記少なくとも一種類の機器を動かすことにより、前記人に対して少なくとも２つの介護・医療関連行為を行う、ことを特徴とする。
上記の構成によれば、ロボットを複数の介護・医療関連行為のプラットホームとして使用することができるため、１つのロボットにより複数の介護・医療関連行為を行うことができる。
前記少なくとも一種類の機器は、前記複数の多関節アームのうちの２つの多関節アームにそれぞれ取り付けられる一対の透過検査装置を含み、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、人の透過検査を含んでもよい。この構成によれば、ロボットを人の透過検査と他の介護・医療関連行為とに共通に使用することができる。
前記少なくとも１つの支持体は、部分的に幅方向に揺動可能な変形ベッドを含み、前記少なくとも一種類の機器は、前記変形ベッドを操作するハンドを含み、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、前記変形ベッドを介した、前記変形ベッドと人との接触位置を変更する体位変更を含んでもよい。この構成によれば、ロボットを体位変更と他の介護・医療関連行為とに共通に使用することができる。
前記少なくとも１つの支持体は、ベッド状態とイス状態との間で変形可能な変形ベッドを含み、前記少なくとも一種類の機器は、前記変形ベッドを操作するハンドを含み、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、前記変形ベッドを介した、人が横たわった状態から座った状態へ変更する上体起こしを含んでもよい。この構成によれば、ロボットを上体起こしと他の介護・医療関連行為とに共通に使用することができる。
上記のロボットシステムは、前記複数の多関節アームの少なくとも１つに装着される腕置き台をさらに備え、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、人が座った状態から立ち上がるまで前記腕置き台で人を支える起立補助を含んでもよい。この構成によれば、ロボットを少なくとも上体起こしと起立補助とに共通に使用することができる。
例えば、前記少なくとも一種類の機器は、複数種類の機器を含み、前記複数の多関節アームに着脱可能に取り付けられてもよい。
前記少なくとも１つの支持体は、前記少なくとも１つの土台に連結されていてもよい。この構成によれば、支持体とロボットの土台との相対位置が固定されるため、多関節アームに取り付けられた機器の人または支持体に対する位置決めが容易となる。
前記少なくとも１つの土台は、当該少なくとも１つの土台の全体が前記支持体の占有スペース内に収まるように前記支持体の下方に配置されていてもよい。この構成によれば、比較的に大きなロボットの土台が支持体の下方に隠されるため、支持体に載せられた人に、それ以外の人が支持体の周囲から自由に近寄ることができる。それ故に、支持体に載せられた人に対する処置を容易に行うことができる。
前記ロボットは、前記少なくとも１つの支持体の下方に前記複数の多関節アームを格納できるように構成されていてもよい。この構成によれば、ロボットが介護・医療関連行為を行わないときは、多関節アームを支持体の下方に格納して、ロボットを支持体の下方に収容することができる。
例えば、前記ロボットは、音声またはスイッチ操作に基づいて、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為を行うように構成されていてもよい。また、前記ロボットは、所定のインターバルで前記体位変更を繰り返すように構成されていてもよい。
上記のロボットシステムは、前記土台に組み込まれた、左右の車輪を駆動する一対のサーボモータを含む移動装置をさらに備え、前記ロボットは、前記一対のサーボモータがロボット制御盤により制御されることにより移動されていてもよい。この構成によれば、ロボットを自由に自走させることができる。
本発明によれば、１つのロボットにより複数の介護・医療関連行為を行うことができる。
本発明の一実施形態に係るロボットシステムにおけるロボットの斜視図である。 前記ロボットシステムの斜視図であり、体位変更を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、体位変更を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、体位変更を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、体位変更を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、体位変更を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、透過検査を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、上体起こしを行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、上体起こしを行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、上体起こしを行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、起立補助を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、起立補助を行う場合の一工程を示す。 前記ロボットシステムの斜視図であり、起立補助を行う場合の一工程を示す。 移動装置を示すロボットの底面図である。
図２〜図１３に、本発明の一実施形態に係るロボットシステム１を示し、図１に、そのロボットシステム１に含まれるロボット３を示す。本実施形態では、ロボット３が、人１０に対して４つの介護・医療関連行為を行う。人１０は、介護・医療関連行為ごとに異なっていてもよい。
１つ目の介護・医療関連行為は、図２〜図６に示す体位変更である。例えば、体位変更は、床ずれ防止などを目的に、手術中に行われてもよいし、介護中に行われてもよい。２つ目の介護・医療関連行為は、図７に示す透過検査である。３つ目の介護・医療関連行為は、図８〜図１０に示す上体起こしである。４つ目の介護・医療関連行為は、図１１〜図１３に示す起立補助である。
ロボットシステム１は、ロボット３と、図２〜図１３に示す人１０が載せられる３つの支持体２を含む。３つの支持体２は、図２〜図６に示す変形ベッド２Ａと、図７に示す固定ベッド２Ｂと、図８〜図１３に示す変形ベッド２Ｃである。
ロボット３は、図１に示すように、複数の自由度を持つ複数の多関節アーム５と、多関節アーム５が設けられた少なくとも１つの土台４を含む。各多関節アーム５の自由度は、６自由度以上（例えば、７自由度）であることが好ましい。本実施形態では、土台４の数が１つ、多関節アーム５の数が２つである。ただし、土台４の数は２つ以上であってもよいし、多関節アーム５の数は３つ以上であってもよい。
本実施形態では、４つの介護・医療関連行為のいずれにおいても、土台４の全体が支持体２の占有スペース内に収まるように支持体２の下方に配置される。これにより、比較的に大きなロボット３の土台４が支持体２の下方に隠されるため、支持体２に載せられた人１０に、それ以外の人が支持体２の周囲から自由に近寄ることができる。それ故に、支持体２に載せられた人１０に対する処置（例えば、手術や介護）を容易に行うことができる。なお、ロボット３は、音声またはスイッチ操作に基づいて、４つの介護・医療関連行為を行うように構成されていてもよい。
さらに、本実施形態では、ロボット３が、４つの介護・医療関連行為のいずれにおいても、支持体２の下方に２つの多関節アーム５を格納できるように構成されている。このため、ロボット３が介護・医療関連行為を行わないときは、多関節アーム５を支持体２の下方に格納して、ロボット３を支持体２の下方に収容することができる。
２つの多関節アーム５には、介護・医療関連行為に応じた複数種類（本実施形態では二種類）の機器６が着脱可能に取り付けられる。ロボット３は、これらの機器６を多関節アーム５により動かすことにより、上述した４つの介護・医療関連行為を行う。図示は省略するが、ロボット３には、カメラやセンサなどの情報取得装置が装着されており、この情報取得装置で得られた情報に基づいて土台４に内蔵されるロボット制御盤４１（図１４参照）により多関節アーム５が制御される。
二種類の機器６は、体位変更および上体起こしに用いられる一対のハンド６１と、透過検査に用いられる一対の透過検査装置６２である。一対のハンド６１は、２つの多関節アーム５の先端にそれぞれ取り付けられ、一対の透過検査装置６２は、ハンド６１に代えて、２つの多関節アーム５の先端にそれぞれ取り付けられる。
本実施形態では、３つの支持体２（変形ベッド２Ａ，２Ｃおよび固定ベッド２Ｂ）のいずれもが土台４に連結されている。従って、支持体２とロボット３の土台４との相対位置が固定されるため、多関節アーム５に取り付けられた機器６の人１０または支持体２に対する位置決めが容易となる。ただし、各支持体２は、必ずしも土台４に連結される必要はなく、３つの支持体２のうちのいくつかまたは全てが、ロボット３が載置されるフロアに立設された支柱により支持されていてもよい。
ロボット３の土台４は、移動可能であることが望ましい。例えば、土台４には、図１４に示すような移動装置９が組み込まれてもよい。この移動装置９は、駆動用の左右の車輪９２と、従動用の前方の車輪９３を含む。また、移動装置９は、左右の車輪９２を駆動する一対のサーボモータ９１を含む。そして、ロボット３は、一対のサーボモータ９１がロボット制御盤４１により制御されることにより移動される。このような構成であれば、ロボット３を自由に自走させることができる。ただし、ロボット３の土台４は、ロボット３が載置されるフロアに設けられた移送機構により移送されてもよい。
以下、上述した各介護・医療関連行為（体位変更、透過検査、上体起こし、起立補助）について詳細に説明する。
（体位変更）
図２〜図６に示すように、体位変更では、支持体２として、部分的に幅方向に揺動可能な変形ベッド２Ａが用いられる。また、体位変更では、双方の多関節アーム５にハンド６１が取り付けられる。ロボット３は、ハンド６１により変形ベッド２Ａを操作することにより、変形ベッド２Ａを介した、変形ベッド２Ａと人１０との接触位置を変更する体位変更を行う。
上述したように、変形ベッド２Ａは、土台４と連結されている。本実施形態では、変形ベッド２Ａが、当該変形ベッド２Ａのほぼ中央に配置された後述する第１揺動機構２３を介して土台４に連結されており、変形ベッド２Ａが土台４に支持されている。ただし、上述したように変形ベッド２Ａは土台４から切り離されていてもよい。
変形ベッド２Ａは、長手方向に複数（図例では４つ）のピース２１に分割されている。各ピース２１の幅方向の両端部には、柵２２が設けられている。４つのピース２１は、隣り合うもの同士が変形ベッド２Ａの長手方向に延びる軸回りに相対的に回転できるように構成されている。
また、本実施形態では、変形ベッド２Ａが、全体も幅方向に揺動可能に構成されている。変形ベッド２Ａは、変形ベッド２Ａの全体を幅方向に揺動させる第１揺動機構２３（図４参照）と、各ピース２１を幅方向に揺動させる第２揺動機構２４（図５参照）を含む。
さらに、本実施形態では、体位変更で、人１０に対する一対の丸太状のクッション７が用いられる。例えば、各クッション７は、水や空気などの作動流体が供給されることにより所定の形状に膨らみ、作動流体が排出されることにより小さく縮むように構成されていてもよい。そして、クッション７は、ロボット３が介護・医療関連行為を行わないときは、小さく縮んだ状態で多関節アーム５と共に変形ベッド２Ａの下方に格納されてもよい。
ロボット３は、まず、双方のハンド６１によりクッション７を掴み、図３に示すように、一方のクッション７を人１０と柵２２との間に挿入する。ついで、図４に示すように、ロボット３は、一方のハンド６１で第１揺動機構２３を操作して変形ベッド２Ａの全体を挿入されたクッション７側に傾けた後、図５に示すように、そのハンド６１で第２揺動機構２４を操作して末端（人１０の頭側）のピース２１を水平に戻すように傾ける。その後、ロボット３は、図６に示すように、末端のピース２１と人１０との間に形成された空間に、他方のハンド６１でクッション７を挿入する。
なお、図２〜図６に示す体位変更は一例であり、その他の方法によって体位変更を行うことが可能であることは言うまでもない。この点は、後述する透過検査、上体起こしおよび起立補助でも同様である。また、ロボット３は、所定のインターバルで体位変更を繰り返すように構成されていてもよい。
（透過検査）
図７に示すように、透過検査では、支持体２として、固定ベッド２Ｂが用いられる。また、透過検査では、双方の多関節アーム５に透過検査装置６２が取り付けられる。例えば、一方の透過検査装置６２がＸ線を出射し、他方の透過検査装置６２がそのＸ線を受信する。ロボット３は、一対の透過検査装置６２を、例えば人１０の頭を中心とする球状軌道に沿って動かすことにより、透過検査を行う。
上述したように、固定ベッド２Ｂは、土台４と連結されている。本実施形態では、固定ベッド２Ｂが、当該固定ベッド２Ｂのほぼ中央で土台４に連結されており、土台４に支持されている。ただし、上述したように固定ベッド２Ｂは土台４から切り離されていてもよい。
（上体起こし）
図８〜図１０に示すように、上体起こしでは、支持体２として、ベッド状態とイス状態との間で変形可能な変形ベッド２Ｃが用いられる。また、体位変更では、双方の多関節アーム５にハンド６１が取り付けられる。ロボット３は、ハンド６１により変形ベッド２Ｃを操作することにより、変形ベッド２Ｃを介した、人１０が横たわった状態から座った状態へ変更する上体起こしを行う。変形ベッド２Ｃの両側には、後述する起立補助で使用される腕置き台８が配置されている。
上述したように、変形ベッド２Ｃは、土台４と連結されている。本実施形態では、変形ベッド２Ｃが、当該変形ベッド２Ｃのほぼ中央に配置された後述する第１起伏機構２５を介して土台４に連結されており、変形ベッド２Ｃが土台４に支持されている。ただし、上述したように変形ベッド２Ｃは土台４から切り離されていてもよい。
変形ベッド２Ｃは、長手方向に複数（図例では４つ）のピース２１に分割されている。各ピース２１の幅方向の両端部には、柵２２が設けられている。４つのピース２１は、隣り合うもの同士が変形ベッド２Ｃの幅方向に延びる軸回りに相対的に回転できるように構成されている。変形ベッド２Ｃは、人１０の頭側の２つのピース２１を起伏させる第１起伏機構２５（図９参照）と、人１０の足側の２つのピース２１を起伏させる第２起伏構（図示せず）を含む。
図８に示すベッド状態では、全てのピース２１が水平である。ロボット３は、まず、図９に示すように、一方のハンド６１で第１起伏機構２５を操作して頭側の２つのピース２１を立ち上げる。ついで、図１０に示すように、他方のハンド６１で第２起伏機構を操作して脚側の２つのピース２１を垂れ下げる。
（起立補助）
図１１〜図１３に示すように、起立補助では、双方の多関節アーム５に腕置き台８が装着される。ただし、腕置き台８は、一方の多関節アーム５のみに装着されてもよい。ロボット３は、人１０が座った状態から立ち上がるまで腕置き台８で人１０を支える起立補助を行う。
具体的に、ロボット３は、まず、図１１に示すように、ハンド６１により各多関節アーム５の先端アームに腕置き台８を装着する。ついで、ロボット３は、図１２に示すように、双方の腕置き台８を人１０の胸の前に移動する。その後、ロボット３は、人１０が立ち上がるにつれて腕置き台８を開く。
例えば、各腕置き台８は、上述したクッション７を利用して構成されてもよい。より詳しくは、作動流体により膨らんだり縮んだりするクッション７の内部を複数のセルに区切り、作動流体をそのうちの１つのセルに供給することによって、腕置き台８の形状が実現されてもよい。そして、腕置き台８は、ロボット３が介護・医療関連行為を行わないときは、小さく縮んだ状態で多関節アーム５と共に変形ベッド２Ｃの下方に格納されてもよい。
以上説明したように、本実施形態のロボットシステム１では、ロボット３を複数の介護・医療関連行為のプラットホームとして使用することができるため、１つのロボット３により複数（本実施形態では４つ）の介護・医療関連行為を行うことができる。換言すれば、ロボット３を４つの介護・医療関連行為に共通に使用することができる。
＜変形例＞
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。
例えば、ロボット３は少なくとも２つの医療行為を行えばよい。このため、ロボット３が行う介護・医療関連行為は、前記実施形態における４つのうちの２つまたは３つであってもよい。例えば、ロボット３が体位変更と上体起こしのみを行う場合は、ロボットシステム１は、機器６としてハンド６１のみを有していてもよい。このように、ロボットシステム１は、少なくとも一種類の機器６を有していればよい。
また、例えば、ロボット３が上体起こしと起立補助のみを行う場合は、ロボットシステム１は、支持体２として変形ベッド２Ｃのみを有していてもよい。このように、ロボットシステム１は、少なくとも１つの支持体２を有していればよい。
あるいは、変形ベッド２Ａの部分的に幅方向に揺動可能な機能と、変形ベッド２Ｃのベッド状態とイス状態との間で変形可能な機能を合わせ持った支持体２が用いられてもよい。
また、ロボット３が行う介護・医療関連行為は前記実施形態で説明した介護・医療関連行為に限られない。例えば、その他の介護・医療関連行為としては、リハビリ、マッサージ、食事補助などが挙げられる。また、ロボット３の多関節アーム５には、介護・医療関連行為に応じて様々な種類の機器６が取り付け可能である。
１ ロボットシステム
１０ 人
２ 支持体
２Ａ，２Ｃ 変形ベッド
３ ロボット
４ 土台
４１ ロボット制御盤
５ 多関節アーム
６ 機器
６１ ハンド
６２ 透過検査装置
８ 腕置き台
９ 移動装置
９１ サーボモータ
９２，９３ 車輪

Claims (12)

  1. 人が載せられる少なくとも１つの支持体と、
    複数の自由度を持つ複数の多関節アーム、および前記複数の多関節アームが設けられた少なくとも１つの土台、を含むロボットと、
    前記複数の多関節アームに取り付けられる少なくとも一種類の機器と、を備え、
    前記ロボットは、前記少なくとも一種類の機器を動かすことにより、前記人に対して少なくとも２つの介護・医療関連行為を行う、ロボットシステム。
  2. 前記少なくとも一種類の機器は、前記複数の多関節アームのうちの２つの多関節アームにそれぞれ取り付けられる一対の透過検査装置を含み、
    前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、人の透過検査を含む、請求項１に記載のロボットシステム。
  3. 前記少なくとも１つの支持体は、部分的に幅方向に揺動可能な変形ベッドを含み、
    前記少なくとも一種類の機器は、前記変形ベッドを操作するハンドを含み、
    前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、前記変形ベッドを介した、前記変形ベッドと人との接触位置を変更する体位変更を含む、請求項１または２に記載のロボットシステム。
  4. 前記少なくとも１つの支持体は、ベッド状態とイス状態との間で変形可能な変形ベッドを含み、
    前記少なくとも一種類の機器は、前記変形ベッドを操作するハンドを含み、
    前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、前記変形ベッドを介した、人が横たわった状態から座った状態へ変更する上体起こしを含む、請求項１〜３のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  5. 前記複数の多関節アームの少なくとも１つに装着される腕置き台をさらに備え、
    前記少なくとも２つの介護・医療関連行為は、人が座った状態から立ち上がるまで前記腕置き台で人を支える起立補助を含む、請求項４に記載のロボットシステム。
  6. 前記少なくとも一種類の機器は、複数種類の機器を含み、前記複数の多関節アームに着脱可能に取り付けられる、請求項１〜５のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  7. 前記少なくとも１つの支持体は、前記少なくとも１つの土台に連結されている、請求項１〜６のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  8. 前記少なくとも１つの土台は、当該少なくとも１つの土台の全体が前記支持体の占有スペース内に収まるように前記支持体の下方に配置されている、請求項１〜７のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  9. 前記ロボットは、前記少なくとも１つの支持体の下方に前記複数の多関節アームを格納できるように構成されている、請求項１〜８のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  10. 前記ロボットは、音声またはスイッチ操作に基づいて、前記少なくとも２つの介護・医療関連行為を行うように構成されている、請求項１〜９のいずれか一項に記載のロボットシステム。
  11. 前記ロボットは、所定のインターバルで前記体位変更を繰り返すように構成されている、請求項３に記載のロボットシステム。
  12. 前記土台に組み込まれた、左右の車輪を駆動する一対のサーボモータを含む移動装置をさらに備え、
    前記ロボットは、前記一対のサーボモータがロボット制御盤により制御されることにより移動される、請求項１〜１１のいずれか一項に記載のロボットシステム。
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