(57)【要約】【課題】直観的な操作感を実現すること。【解決手段】本発明の移乗支援装置は、被介護者を保持して移乗させるための移乗支援装置でる。移乗支援装置は、移動可能な台車部と、少なくとも１つの関節部を有し、少なくとも１つの関節部を中心に回動可能に構成されることで台車部に対して傾動自在となるように一端部が台車部に取り付けられたアーム部と、アーム部の他端部に取り付けられ、介護者からの操作を受けるハンドル部と、ハンドル部に連結され、ハンドル部に対する所定軸方向の操作力を検出する力検出部と、力検出部が検出した操作力に応じて、台車部の移動を制御する制御部と、を備える。アーム部は、少なくとも１つの関節部における角度を検出する角度検出部を有する。制御部は、角度検出部が検出した少なくとも１つの関節部における角度に基づいて、力検出部が検出した操作力の水平方向成分の力を、台車部の移動を指示する操作力として抽出する。【選択図】図１
2014033899.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被介護者を保持して移乗させるための移乗支援装置であって、
移動可能な台車部と、
少なくとも１つの関節部を有し、当該少なくとも１つの関節部を中心に回動可能に構成されることで前記台車部に対して傾動自在となるように一端部が前記台車部に取り付けられたアーム部と、
前記アーム部の他端部に取り付けられ、介護者からの操作を受けるハンドル部と、
前記ハンドル部に連結され、前記ハンドル部に対する所定軸方向の操作力を検出する力検出部と、
前記力検出部が検出した操作力に応じて、前記台車部の移動を制御する制御部と、を備え、
前記アーム部は、前記少なくとも１つの関節部における角度を検出する角度検出部を有し、
前記制御部は、前記角度検出部が検出した前記少なくとも１つの関節部における角度に基づいて、前記力検出部が検出した操作力の水平方向成分の力を、前記台車部の移動を指示する操作力として抽出する、
移乗支援装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記力検出部が検出した操作力の前後水平方向成分の力を、前記台車部の前後移動を指示する操作力として抽出し、前記力検出部が検出した操作力の左右水平方向成分の力を、旋回を指示する操作力として抽出する、
請求項１に記載の移乗支援装置。
【請求項３】
前記移乗支援装置は、前記ハンドル部を２つ備え、前記２つのハンドル部のそれぞれに対する操作力を検出するように前記力検出部を２つ備え、
前記制御部は、前記ハンドル部の１つに対して、前記介護者から片手で操作されていると判定した場合、前記力検出部が検出した操作力の前後水平方向成分の力を、前記台車部の前後方向への移動を指示する操作力として抽出し、前記力検出部が検出した操作力の左右水平方向成分の力を、旋回を指示する操作力として抽出し、
前記制御部は、前記ハンドル部の２つに対して、前記介護者から両手で操作されていると判定した場合、前記２つの力検出部が検出した操作力に基づいて、前記台車部の旋回中心における力を算出し、算出した旋回中心の力のうち、前後水平方向成分の力を、前記台車部の前後方向への移動を指示する操作力として抽出し、鉛直軸周りのモーメントを、旋回を指示する操作力として抽出する、
請求項２に記載の移乗支援装置。
【請求項４】
前記ハンドル部は、前記介護者からの操作に伴って押下され、前記介護者からの押下されている場合に、押下通知信号を前記制御部に出力するスイッチを有し、
前記制御部は、前記ハンドル部の１つから押下通知信号が出力されている場合に、前記介護者から片手で操作されていると判定し、前記ハンドル部の２つから押下通知信号が出力されている場合に、前記介護者から両手で操作されていると判定する、
請求項３に記載の移乗支援装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記２つの力検出部が検出した操作力のうち、１つの操作力が所定の閾値よりも大きい場合に、前記介護者から片手で操作されていると判定し、前記２つの力検出部が検出した操作力の両方が所定の閾値よりも大きい場合に、前記介護者から両手で操作されていると判定する、
請求項３に記載の移乗支援装置。
【請求項６】
前記力検出部は、前記操作力として３軸の並進力及びその３軸のモーメントを検出する６軸の力センサであり、
前記力センサが検出した並進力及びモーメントに基づいて、前記台車部の旋回中心における力を算出する、
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の移乗支援装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記力検出部が検出した操作力のノルムに対して所定の不感帯処理を実施する、
請求項３乃至６のいずれか１項に記載の移乗支援装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記旋回を指示する操作力として抽出した鉛直軸周りのモーメントを、前記ハンドル部と前記台車部の旋回中心との距離が小さくなるに従って、より大きくなるように決定されるゲインで増幅する、
請求項３乃至７のいずれか１項に記載の移乗支援装置。
【請求項９】
移動可能な台車部と、少なくとも１つの関節部を有し、当該少なくとも１つの関節部を中心に回動可能に構成されることで前記台車部に対して傾動自在となるように一端部が前記台車部に取り付けられたアーム部と、前記アーム部の他端部に取り付けられ、介護者からの操作を受けるハンドル部と、前記ハンドル部に連結され、前記ハンドル部に対する所定軸方向の操作力を検出する力検出部と、を備えた、被介護者を保持して移乗させるための移乗支援装置を、前記力検出部が検出した操作力に応じて、前記台車部を移動させることで制御する制御方法であって、
前記少なくとも１つの関節部における角度を検出するステップと、
前記検出した前記少なくとも１つの関節部における角度に基づいて、前記検出した操作力の水平方向成分の力を、前記台車部の移動を指示する操作力として抽出するステップと、
を備えた制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、移乗支援装置及びその制御方法に関し、特に、移乗支援装置を操作するためのハンドル部の位置が可変である移乗支援装置を制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自立歩行が困難な被介護者にとって、例えばベッドから車椅子へ移乗するといった乗り移りの動作を一人で行うことは容易ではない。そのため、近年、自立歩行が困難な人の移乗動作を支援する装置（以下、「移乗支援装置」とも呼ぶ）が多く開発されており、そのような装置に関する技術も検討されてきている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１７２４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本願出願人は、移乗支援装置において、以下に説明する課題があることを見出した。ここで、以下に説明する内容は、本願出願人が新たに検討したものであって、従来技術を説明するものではない。
【０００５】
ここでは、図１４に示すような移乗支援装置９を対象として、その課題について説明する。この移乗支援装置９は、図１４に示すように、保持具９１によって被介護者９０を保持することで、被介護者９０を移送して移乗させることを可能とする。また、台車部９４からハンドル９２までの間のアーム部９３全体（保持具９１を含む）は、関節部９５を中心として回動可能に構成されており、台車部９４に対して傾動自在となっている。これによって、保持具９１に保持した被介護者９０を、所望の高さに持ち上げて、移乗させることが可能である。
【０００６】
また、移乗支援装置９は、介護者からのハンドル９２に対する操作力を検出する力センサ９６を備えている。移乗支援装置９は、ハンドル９２に対する前後水平方向の操作力を力センサ９６によって検出し、検出した操作力に応じて前後移動する。しかしながら、図１５Ａに示すように、ハンドル９２が定位置に下がっている状態で、力センサ９６の検出軸が前後水平方向に合うようにして、前後水平方向の検出軸で検出した操作力を、前後方向への移動指示として検出するようにしている場合には、次に説明する問題が発生する。
【０００７】
それは、図１５Ｂに示すように、ハンドル９２が定位置よりも上げられている場合に発生する。図１５Ｂに示す状態では、図１５Ａに示す状態においてハンドル９２に対して前後水平方向となっていた検出軸の方向は、ハンドル９２に対して前後水平方向ではなくなってしまう。例えば、図１５Ｂに示す状態が、関節部９５を中心としてハンドル９２を直角に回転させた状態である場合には、移乗支援装置９が前後水平方向の操作力として検出する力は、上下垂直方向の操作力となってしまう。
【０００８】
つまり、図１５Ｂに示す状態では、移乗支援装置９を前後方向に移動させる場合には、介護者がハンドル４０に対して上下垂直方向に操作力を加える必要がある。そのため、介護者が力を加える操作方向と、移乗支援装置９の動作方向とが一致せず、操作感が悪くなってしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は、上述した知見に基づいてなされたものであって、直観的な操作感を実現することができる移乗支援装置及びその制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の第１の態様にかかる移乗支援装置は、被介護者を保持して移乗させるための移乗支援装置であって、移動可能な台車部と、少なくとも１つの関節部を有し、当該少なくとも１つの関節部を中心に回動可能に構成されることで前記台車部に対して傾動自在となるように一端部が前記台車部に取り付けられたアーム部と、前記アーム部の他端部に取り付けられ、介護者からの操作を受けるハンドル部と、前記ハンドル部に連結され、前記ハンドル部に対する所定軸方向の操作力を検出する力検出部と、前記力検出部が検出した操作力に応じて、前記台車部の移動を制御する制御部と、を備え、前記アーム部は、前記少なくとも１つの関節部における角度を検出する角度検出部を有し、前記制御部は、前記角度検出部が検出した前記少なくとも１つの関節部における角度に基づいて、前記力検出部が検出した操作力の水平方向成分の力を、前記台車部の移動を指示する操作力として抽出する、ものである。
【００１１】
本発明の第２の態様にかかる移乗支援装置の制御方法は、移動可能な台車部と、少なくとも１つの関節部を有し、当該少なくとも１つの関節部を中心に回動可能に構成されることで前記台車部に対して傾動自在となるように一端部が前記台車部に取り付けられたアーム部と、前記アーム部の他端部に取り付けられ、介護者からの操作を受けるハンドル部と、前記ハンドル部に連結され、前記ハンドル部に対する所定軸方向の操作力を検出する力検出部と、を備えた、被介護者を保持して移乗させるための移乗支援装置を、前記力検出部が検出した操作力に応じて、前記台車部を移動させることで制御する制御方法であって、前記少なくとも１つの関節部における角度を検出するステップと、前記検出した前記少なくとも１つの関節部における角度に基づいて、前記検出した操作力の水平方向成分の力を、前記台車部の移動を指示する操作力として抽出するステップと、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１２】
上述した本発明の各態様によれば、直観的な操作感を実現することができる移乗支援装置及びその制御方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる移乗支援装置の側面図である。
【図２】実施の形態１にかかる移乗支援装置の上面図である。
【図３】実施の形態１にかかる制御装置の構成を示すブロック図である。
【図４】実施の形態１にかかる片手操作時における制御方法を示す図である。
【図５】実施の形態１にかかる両手操作時における制御方法を示す図である。
【図６】実施の形態１にかかる操作モード判定処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態１にかかる片手操作時の動作制御処理を示すフローチャートである。
【図８】実施の形態１にかかる両手操作時の動作制御処理を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態１にかかる移乗支援装置の座標系モデルを示す図である。
【図１０】実施の形態２にかかる操作モード判定処理を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態５にかかる片手操作時の動作制御処理を示すフローチャートである。
【図１２】実施の形態５にかかる両手操作時の動作制御処理を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態６にかかる両手操作時の動作制御処理を示すフローチャートである。
【図１４】課題を説明するための移乗支援装置の一例を示す図である。
【図１５Ａ】移乗支援装置のハンドルが定位置に下がっている状態を示す図である。
【図１５Ｂ】移乗支援装置のハンドルが定位置よりも上げられた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の構成について説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の側面図である。図２は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の平面図である。
【００１５】
例えば、介護者は、移乗支援装置１によって、被介護者を移乗元から移乗先に容易に移送して移乗させることができる。移乗元及び移乗先として、例えば、ベッド、車椅子、トイレ、及び診察台等が該当する。
【００１６】
移乗支援装置１は、台車部１０、ロボットアーム部２０、保持部３０、及びハンドル４０を有する。台車部１０は、移動可能に構成されている。ロボットアーム部２０は、一端部が台車部１０の上部に連結されており、他端部が保持部３０に連結されている。保持部３０は、一端部がロボットアーム部２０に連結されており、他端部がハンドル４０に連結されている。ロボットアーム部２０及び保持部３０は、台車部１０に対して傾動自在なアーム部として機能する。
【００１７】
台車部１０は、台車本体１１、土台部１２、駆動車輪１３、及び補助車輪１４を有する。台車本体１１は、前方に左右一対の駆動車輪１３が取り付けられており、その後方に左右一対の補助車輪１４が取り付けられている。台車本体１１の上部には、土台部１２が連結されている。以下、前方向に対して左側の駆動車輪１３を「駆動車輪１３ａ」と呼び、前方向に対して右側の駆動車輪１３を「駆動車輪１３ｂ」と呼ぶ。
【００１８】
ロボットアーム部２０は、第１アーム部２１及び第２アーム部２２を有する。第１アーム部２１は、一端部が土台部１２と連結されており、他端部が第２アーム部２２と連結されている。第２アーム部２２は、少なくともピッチ軸回りの回転が可能となるように、第１関節部５１を介して第１アーム部２１と連結されている。
【００１９】
保持部３０は、正面保持具３１及び側面保持具３２を有する。保持部３０は、正面保持具３１及び側面保持具３２によって、被介護者を保持可能に構成される。正面保持具３１は、一端部が第２アーム部２２と連結されている。正面保持具３１は、少なくともピッチ軸回りの回転が可能となるように、第２関節部５２を介して第２アーム部２２と連結されている。正面保持具３１は、第２アーム部２２の他側部に左右一対の側面保持具３２が連結されている。側面保持具３２は、一端部に正面保持具３１が連結されており、他端部にハンドル４０が連結されている。
【００２０】
ハンドル４０は、介護者からハンドル４０に対して加えられる操作力を検出可能となるように、力センサ５０を介して側面保持具３２に連結されている。以下、前方向に対して左側のハンドル４０を「ハンドル４０ａ」と呼び、前方向に対して右側のハンドル４０を「ハンドル４０ｂ」と呼ぶ。また、前方向に対して左側の力センサ５０を「力センサ５０ａ」と呼び、前方向に対して右側の力センサ５０を「力センサ５０ｂ」と呼ぶ。
【００２１】
ここで、ヨー軸は、鉛直方向（上下垂直方向）の軸となる。また、ピッチ軸は、第２アーム部２２及び正面保持具３１を上下方向に回転（傾動）させる回転軸であり、移乗支援装置１が直進する方向に対して左右水平方向となる軸である。また、ロール軸は、移乗支援装置１が直進する方向に対して前後水平方向となる軸である。
【００２２】
続いて、図３を参照して、本実施の形態１にかかる移乗支援装置１を制御する制御装置２の構成について説明する。図３は、本実施の形態１にかかる移乗支援装置１を制御する制御装置２の構成を示すブロック図である。
【００２３】
制御装置２は、介護者から移乗支援装置１に対する操作に応じて、移乗支援装置１を統括的に制御する。制御装置２は、台車部１に備えられている。制御装置２は、制御部６０、駆動回路７０、第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３、及び第１乃至第３角度センサ８１〜８３を有する。
【００２４】
制御部６０は、各種センサ５０、８１〜８３及びハンドルスイッチ４１からの出力内容に基づいて、駆動回路７０を介して第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３を駆動して移乗支援装置１を制御する。具体的には、制御部６０は、力センサ５０から出力された力信号に基づいて、前後移動動作（以下、「前後動作」とも呼ぶ）又は旋回動作をさせるように移乗支援装置１を制御する。その際に、制御部６０は、第３角度センサ８３から出力された角度信号に基づいて、フィードバック制御を行う。また、制御部６０は、第１及び第２アクチュエータ７１、７２を駆動して、ロボットアーム部２０及び保持部３０を傾動させる際に、第１及び第２角度センサ８１、８２から出力された角度信号に基づいて、フィードバック制御を行う。
【００２５】
ここで、ハンドルスイッチ４１は、移乗支援装置１に左右一対に取り付けられたハンドル４０（４０ａ及び４０ｂ）のそれぞれに取り付けられている。以下、前方向に対して左側のハンドル４０ａに取り付けられたハンドルスイッチ４１を「ハンドルスイッチ４１ａ」と呼び、前方向に対して右側のハンドル４０ｂに取り付けられたハンドルスイッチ４１を「ハンドルスイッチ４１ｂ」と呼ぶ。
【００２６】
制御部６０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＲＯＭ（Read Only Memory）６２、及びＲＡＭ（Random Access Memory）６３を有する。制御部６０は、制御部６０として処理を実行するためのプログラムをＣＰＵ６１によって実行することによって、本実施の形態において説明するように移乗支援装置１を制御する。ＲＯＭ６２は、ＣＰＵ６１によって実行させるプログラムが格納されている。ＲＡＭ６３は、ＣＰＵ６１によってプログラムを実行するためにＲＯＭ６２からプログラムがロードされるとともに、プログラムの実行に際して演算されるデータが一時的に格納される。
【００２７】
駆動回路７０は、移乗支援装置１を動作させる際に制御部６０から出力される、第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３のそれぞれに対する指令値に基づいて、第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３のそれぞれを駆動するための駆動電流を生成し、第１乃至第４アクチュエータ７１〜７３のそれぞれに出力する。
【００２８】
ここで、第１アクチュエータ７１及び第１角度センサ８１は、第１関節部５１に備えられており、第２アクチュエータ７２及び第２角度センサ８２は、第２関節部５２に備えられており、第３アクチュエータ７３及び第３角度センサ８３は、移乗支援装置１に左右一対に取り付けられた駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）のそれぞれに備えられている。以下、前方向に対して左側の駆動車輪１３ａに取り付けられた第３アクチュエータ７３及び第３角度センサ８３を「第３アクチュエータ７３ａ」及び「第３角度センサ８３ａ」と呼び、前方向に対して右側の駆動車輪１３ｂに取り付けられた第３アクチュエータ７３及び第３角度センサ８３を「第３アクチュエータ７３ｂ」及び「第３角度センサ８３ｂ」と呼ぶ。
【００２９】
第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３のそれぞれは、駆動回路７０から出力される駆動電流に基づいて回転駆動する。第１乃至第３アクチュエータ７１〜７３のそれぞれが回転駆動することによって、移乗支援装置１における各種動作が実現される。
【００３０】
第１アクチュエータ７１が回転駆動することによって、第２アーム部２２が、第１アーム部２１に対して第１関節部５１を中心としてピッチ軸回りに回転動作を行う。第２アクチュエータ７２が回転駆動することによって、正面保持具３１が、第２アーム部２２に対して第２関節部５２を中心としてピッチ軸回りに回転動作を行う。
【００３１】
第３アクチュエータ７３が回転駆動することによって、駆動車輪１３が回転する。より具体的には、第３アクチュエータ７３ａが回転駆動することによって、駆動車輪１３ａが回転し、第３アクチュエータ７３ｂが回転駆動することによって、駆動車輪１３ｂが回転する。これによって、移乗支援装置１の前後動作又は旋回動作が実現される。
【００３２】
第１角度センサ８１は、第１アクチュエータ７１の回転角度を検出し、検出した回転角度を示す角度信号を生成して制御部６０に出力する。第２角度センサ８２は、第２アクチュエータ７２の回転角度を検出し、検出した回転角度を示す角度信号を生成して制御部６０に出力する。第３角度センサ８３は、第３アクチュエータ７３の回転角度を検出し、検出した回転角度を示す角度信号を生成して制御部６０に出力する。より具体的には、第３角度センサ８３ａは、第３アクチュエータ７３ａの回転角度を検出し、第３角度センサ８３ｂは、第３アクチュエータ７３ｂの回転角度を検出する。
【００３３】
ハンドルスイッチ４１は、押下することでオン／オフ状態を切り替え可能なスイッチである。ハンドルスイッチ４１は、例えば、介護者が移乗支援装置１を操作するためにハンドル４０を把持したときに押下される位置に配置される。ハンドルスイッチ４１は、介護者から押下されて、オン状態に切り替えられている場合、オン状態であることを通知する状態通知信号を制御部６０に継続的に出力する。ハンドルスイッチ４１は、介護者から押下されておらず、オフ状態に切り替えられている場合、オフ状態であることを通知する状態通知信号を制御部６０に継続的に出力する。この動作は、ハンドルスイッチ４１ａ及びハンドルスイッチ４１ｂともに同様である。
【００３４】
力センサ５０は、介護者からハンドル４０に対する３軸の操作力（並進力）を検出する。力センサ５０は、検出した操作力を示す力信号を生成し、制御部６０に出力する。例えば、力センサ５０の３軸のそれぞれは、ハンドル４０が定位置に下げられている状態で、前後水平方向に対する操作力と、鉛直方向に対する操作力と、左右水平方向に対する操作力とを検出可能となるように設けてもよい。
【００３５】
続いて、図４及び図５を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の制御方法について説明する。図４は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の片手操作時における制御方法を示す図である。図５は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の両手操作時における制御方法を示す図である。
【００３６】
まず、図４を参照して、移乗支援装置１の片手操作時における制御方法について説明する。片手操作時には、制御部６０は、ハンドル４０に対する前後水平方向の操作力を、前後移動を指示する操作力（以下、「前後操作力」とも呼ぶ）として検出し、左右水平方向の操作力を、旋回を指示する操作力（以下、「旋回操作力」とも呼ぶ）として検出する。
【００３７】
そして、制御部６０は、ハンドル４０に対する前後水平方向の操作力が力センサ５０によって検出されると、移乗支援装置１を前後動作させるように制御し、ハンドル４０に対する左右水平方向の操作力が力センサ５０によって検出されると、移乗支援装置１を旋回動作させるように制御する。具体的には、制御部６０は、水平前方向の操作力が検出されると、移乗支援装置１が前方に移動するように第３のアクチュエータ７３を駆動し、水平後方向の操作力が検出されると、移乗支援装置１が後方に移動するように第３のアクチュエータ７３を駆動する。また、制御部６０は、水平左方向の操作力が検出されると、移乗支援装置１が台車旋回中心軸を中心として右回りに旋回するように第３のアクチュエータ７３を駆動し、水平右方向の操作力が検出されると、移乗支援装置１が台車旋回中心軸を中心として左回りに旋回するように第３のアクチュエータ７３を駆動する。
【００３８】
このときに、本実施の形態１では、ハンドル４０の姿勢に関わらず、ハンドル４０に対する前後水平方向の操作力を検出可能とするために、力センサ５０の各軸に対する操作力から前後水平方向成分の力を抽出して前後操作力とする。すなわち、制御部６０は、第１及び第２角度センサ８１、８２のそれぞれから出力された角度信号が示す角度に基づいて、力センサ５０の各軸の傾き角を算出し、算出した傾き角を考慮することで前後水平方向の操作力を抽出する。
【００３９】
例えば、上述した例のように、ハンドル４０が定位置に下げられている状態で、力センサ５０の３軸のそれぞれが、前後水平方向に対する操作力と、鉛直方向に対する操作力と、左右水平方向に対する操作力とが検出可能となるように設けられているものと仮定する。この場合、制御部６０は、定位置において前後水平方向だった軸で検出された操作力と、定位置において鉛直方向だった軸で検出された操作力のそれぞれから、前後水平方向成分の操作力を抽出し、抽出した操作力のそれぞれを合成した力を前後操作力とする。また、移乗支援装置１は、前後方向に傾動するが、左右方向には傾動しないため、定位置において左右水平方向だった軸で検出された操作力は、そのまま旋回操作力として抽出される。
【００４０】
この本実施の形態１にかかる片手操作における制御方法によれば、ハンドルがどのような姿勢となっていても、移乗支援装置１に対する操作方向と、それに応じた移乗支援装置１の動作方向とが一致するため、直観的な操作感を実現することができる。
【００４１】
続いて、図５を参照して、移乗支援装置１の両手操作における制御方法について説明する。両手操作時には、制御部６０は、ハンドル４０に対する操作力を、台車旋回中心に加わる力に換算し、その台車旋回中心の力における前後水平方向成分の力（並進力）を、前後操作力として抽出し、その台車旋回中心の力における台車旋回中心軸（鉛直軸）回りの力（モーメント）を旋回操作力として抽出する。すなわち、制御部６０は、ハンドル４０に対する操作力が力センサ５０によって検出されると、その操作力から台車旋回中心の力を算出する。そして、制御部６０は、算出した台車旋回中心の力において、前後水平方向成分の力が存在する場合、移乗支援装置１を前後動作させるように制御し、台車旋回中心軸回りのモーメントが存在する場合、移乗支援装置１を旋回動作させるように制御する。ここで、台車旋回中心とは、例えば、駆動車輪１３ａ、１３ｂの軸を結ぶ線分における、駆動車輪１３ａ、１３ｂのそれぞれからの中点となる。
【００４２】
具体的には、制御部６０は、台車旋回中心の力における前後方向成分の力が前方向である場合、移乗支援装置１が前方に移動するように第３のアクチュエータ７３を駆動し、後方向である場合、移乗支援装置１が後方に移動するように第３のアクチュエータ７３を駆動する。また、制御部６０は、台車旋回中心の力における台車旋回中心軸回りのモーメントが右回りである場合、移乗支援装置１が台車旋回中心軸を中心として右回りに旋回するように第３のアクチュエータ７３を駆動し、台車旋回中心の力における台車旋回中心軸回りのモーメントが左回りである場合、移乗支援装置１が台車旋回中心軸を中心として左回りに旋回するように第３のアクチュエータ７３を駆動する。
【００４３】
この本実施の形態１にかかる両手操作における制御方法によれば、ハンドルがどのような姿勢となっていても、移乗支援装置１に対する操作方向と、それに応じた移乗支援装置１の動作方向との関係が、一般的な手押し台車におけるものと一致するため、直観的な操作感を実現することができる。
【００４４】
以上に説明したように、本実施の形態１にかかる制御方法によれば、ハンドル４０が下がっている場合であっても、ハンドル４０が上がっている場合であっても、介護者に対して直観的に操作し易い操作系を実現することができる。
【００４５】
また、本実施の形態１では、上述したように、片手操作と両手操作とで制御方法を切り替えることで、介護者にとって操作し易い操作系を実現している。例えば、片手操作時にも、上記の両手操作と同様の制御方法で移乗支援装置１を制御してしまうと、介護者が移乗支援装置１を前後に移動させようとして、ハンドル４０に対して前後方向に力を加えた場合、片方のハンドル４０（４０ａ又は４０ｂ）のみに操作力が与えられるため、台車旋回中心軸回りにモーメントが発生してしまう。そのため、介護者が前後方向だけに操作力を与えた場合であっても、移乗支援装置１の動作は前後動作及び旋回動作が混在した動作となってしまう。すなわち、直観的な操作が行い難くなってしまう。
【００４６】
それに対して、本実施の形態１では、片手操作と両手操作とで制御方法を切り替えることで、両手操作では手押し台車と同様の感覚での操作を実現しつつ、片手操作では操作方向と動作方向とを一致させた操作を実現することを可能としている。したがって、この点においても、より直観的な操作感を実現することを可能としている。
【００４７】
続いて、図６を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の操作モード判定処理について説明する。図６は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の操作モード判定処理を示すフローチャートである。
【００４８】
制御部６０は、左右のハンドルスイッチ４１（４１ａ及び４１ｂ）から出力される状態通知信号に基づいて、介護者から片手操作をされているか、介護者から両手操作をされているかを判定する。
【００４９】
制御部６０は、右のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号がオン状態を示しており（Ｓ１：ＯＮ）、かつ、左のハンドルスイッチ４１ａから出力されている状態通知信号がオン状態を示している（Ｓ２：ＯＮ）場合には、介護者から両手操作をされていると判定する（Ｓ３）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を両手操作モードに切り替える。
【００５０】
また、制御部６０は、右のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号がオン状態を示しており（Ｓ１：ＯＮ）、かつ、左のハンドルスイッチ４１ａから出力されている状態通知信号がオフ状態を示している（Ｓ２：ＯＦＦ）場合には、介護者から右手によって片手操作をされていると判定する（Ｓ４）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を片手操作モードに切り替える。
【００５１】
また、制御部６０は、右のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号がオフ状態を示しており（Ｓ１：ＯＦＦ）、かつ、左のハンドルスイッチ４１ａから出力されている状態通知信号がオン状態を示している（Ｓ５：ＯＮ）場合には、介護者から左手によって片手操作をされていると判定する（Ｓ６）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を片手操作モードに切り替える。
【００５２】
また、制御部６０は、右のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号がオフ状態を示しており（Ｓ１：ＯＦＦ）、かつ、左のハンドルスイッチ４１ａから出力されている状態通知信号がオフ状態を示している（Ｓ５：ＯＦＦ）場合には、介護者から操作が行われていないと判定する。
【００５３】
なお、図６に示す処理では、先に、右のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号に基づいて右のハンドルスイッチ４１ｂがオン状態かオフ状態かを判定するようにしているが、先に、左のハンドルスイッチ４１ｂから出力されている状態通知信号に基づいて左のハンドルスイッチ４１ｂがオン状態かオフ状態かを判定するようにしてもよい。
【００５４】
続いて、図７を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の片手操作モード時における動作制御処理について説明する。図７は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の片手操作モード時における動作制御処理を示すフローチャートである。
【００５５】
片手操作モード時には、制御部６０は、オン状態とされているハンドルスイッチ４１側の力センサ５０から出力された力信号を、介護者からハンドル４０に対する操作力を示す力情報として取得する（Ｓ１１）。制御部６０は、取得した力信号が示す３軸方向の操作力から、前後操作力と旋回操作力とを抽出する（Ｓ１２）。
【００５６】
このときに、制御部６０は、上述したように、ハンドル４０の姿勢を考慮して、前後水平方向成分の力を、前後操作力として抽出する。具体的には、制御部６０は、力センサ５０の各軸のそれぞれにおける操作力のうち、左右水平方向の軸を除いた２軸の操作力のそれぞれを、前後水平方向成分の力と、上下垂直方向成分の力とに分離する。そして、制御部６０は、その２軸の操作力のそれぞれにおける前後水平方向成分の力を合成した力を、前後操作力として抽出する。なお、制御部６０は、左右水平方向の軸における操作力を、そのまま旋回操作力とする。
【００５７】
制御部６０は、抽出した前後操作力及び旋回操作力のそれぞれについて、不感帯処理を実行する（Ｓ１３）。具体的には、制御部６０は、前後操作力及旋回操作力のそれぞれの大きさ（絶対値）が、所定の閾値以下であるか否かを判定する。そして、制御部６０は、閾値以下の操作力については、その操作力を０とみなす。また、制御部６０は、閾値よりも大きい操作力については、その操作力の大きさを、その操作力から閾値に相当する力を小さくした力とみなす。このように、閾値以下となる小さい操作力については、その操作力が与えられていないものとみなすことで、介護者が意図せずに与えてしまっている微小な操作力によって、介護者が意図していない方向に移乗支援装置１が動作してしまうことを防止することができる。
【００５８】
制御部６０は、不感帯処理後の前後操作力及び旋回操作力のそれぞれについて、飽和処理を実行する（Ｓ１４）。具体的には、制御部６０は、前後操作力及旋回操作力のそれぞれが、所定の最大値よりも大きいか否かを判定する。そして、制御部６０は、所定の最大値よりも大きい操作力については、その操作力を最大値に丸める。このようにすることで、後述の処理において、操作力に応じた加速度又は速度を算出するときに、操作力に基づいて算出される加速度又は速度が、移乗支援装置１が出力可能な許容値を超えないように抑制することができる。
【００５９】
制御部６０は、所定のインピーダンスモデルに基づいて、飽和処理後の前後操作力及び旋回操作力に基づいて、移乗支援装置１の速度の目標値を算出する（Ｓ１５）。このインピーダンスモデルとして、前後操作力を入力として、移乗支援装置１の前後方向速度の目標値を出力とする計算式と、旋回操作力を入力として、移乗支援装置１の旋回速度の目標値を出力とする計算式とを予め用意する。すなわち、このインピーダンスモデルは、制御部６０が、前後操作力又は旋回操作力を入力することで、上述したような操作力に応じた移乗支援装置１の動作が実現される前後方向速度又は旋回速度が算出されるように、任意に予め定めるようにすればよい。例えば、式（１）に示す仮想インピーダンスモデルに基づいて、速度の目標値を算出する。
【００６０】
【数１】
2014033899.tif 000003
【００６１】
式（１）に示す仮想インピーダンスモデルは、前後操作力と旋回操作力のそれぞれに対して用意される。すなわち、前後操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルと、旋回操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルとが用意される。以下、移乗支援装置１の加速度ｘｉ（ツードット）は、「ａｉ」と呼び、移乗支援装置１の速度ｘｉ（ドット）は、「ｖｉ」と呼んで説明する。
【００６２】
まず、制御部６０は、式（１）を変形した式（２）によって加速度ａｉを算出する。具体的には、操作力（前後操作力又は旋回操作力）Ｆｉから、仮想粘性Ｄと前回に算出した速度の目標値（前後方向速度又は旋回速度の目標値）ｖｉ−１とを乗算した値を減算し、その減算結果の値から仮想慣性Ｊを除算した値を加速度の目標値ａｉとして算出する。
【００６３】
【数２】
2014033899.tif 000004
【００６４】
そして、制御部６０は、式（２）によって算出した加速度の目標値ａｉに基づいて、式（３）によって速度の目標値ｖｉを算出する。具体的には、前回に算出した速度の目標値ｖｉ−１に、算出した加速度の目標値ａｉと微小時間dtとを乗算した値を加算することで、速度の目標値ｖｉを算出する。
【００６５】
【数３】
2014033899.tif 000005
【００６６】
ここで、インピーダンスモデルとして、操作力Ｆｉと速度ｖｉとを１対１で対応付けた単純な計算式を用いるようにしてもよい。例えば、操作力Ｆｉに所定の係数を乗算することで、速度の目標値ｖｉが算出されるようにしてもよい。しかしながら、好ましくは、上述した式（１）のように、加速度ａｉも考慮した仮想インピーダンスモデルとするとよい。そのように、操作力Ｆｉと速度ｖｉとが１対１に対応するのではなく、過渡的には加速度ａｉにも影響するような仮想インピーダンスモデルを用いることで、より直観的な操作感を実現することができる。
【００６７】
例えば、操作力Ｆｉと速度ｖｉとを１対１で対応付けたインピーダンスモデルを用いた場合には、その操作力のみが直接的に効いてくるように速度の目標値ｖｉが算出されてしまうため、移乗支援装置１に操作力を加えた瞬間から、目標の速度ｖｉに向けて急加速又は急減速するように移乗支援装置１が制御されてしまう。それに対して、上述したように、加速度ａｉも考慮した仮想インピーダンスモデルを用いることで、徐々に加速又は減速するように速度の目標値ｖｉが決定されることになる。したがって、介護者の操作に応じて、手押し台車と同様の感覚で移乗支援装置１を滑らかに動作させることが可能となり、より直観的な操作感が実現される。
【００６８】
また、仮想慣性Ｊと仮想粘性Ｄは、その値が予め固定的に定められているようにしてもよく、移乗支援装置１の速度等に応じて可変としてもよい。例えば、移乗支援装置１の速度ｖｉが大きくなるに従って、仮想粘性Ｄを下げていくよう変更してもよい。そのようにすることで、例えば、介護者が移乗支援装置１に対して操作力を加えて、ある程度大きな速度まで移乗支援装置１を加速させた後に、軽い操作力を移乗支援装置１に加え続けることで、移乗支援装置１をそのままの速度で進めることができるようになる。すなわち、介護者が、手押し台車と同様の感覚で移乗支援装置１を操作することが可能となり、より直観的な操作感が実現される。
【００６９】
制御部６０は、算出した移乗支援装置１の速度（前後方向速度及び旋回速度）から、車輪速度（角速度）の目標値を算出する（Ｓ１６）。具体的には、制御部６０は、移乗支援装置１の前後方向速度及び旋回速度から、その前後方向速度及び旋回速度となる駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）の車輪速度（角速度）を算出する。これは、例えば、移乗支援装置１の前後方向速度及び旋回速度を入力することで、台車旋回中心と駆動車輪１３との距離と、駆動車輪１３の径とに基づいて、その前後方向速度及び旋回速度となる車輪速度が、目標値として算出される計算式を予め定め、制御部６０がその計算式を利用して算出するようにすればよい。
【００７０】
制御部６０は、算出された車輪速度に基づいて速度制御を行う（Ｓ１７）。具体的には、制御部６０は、第３角度センサ８３ａ、８３ｂから出力される角度信号が示す第３アクチュエータ７３ａ、７３ｂの回転角度を微分して、現在の第３アクチュエータ７３ａ、７３ｂの角速度（駆動車輪１３ａ、１３ｂの車輪速度）を算出する。制御部６０は、現在の駆動車輪１３ａ、１３ｂの車輪速度と車輪速度の目標値との差に基づいて、駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）の車輪速度が、車輪速度の目標値となるように指令する指令値を生成し、駆動回路７０に出力する。駆動回路７０は、制御部６０から出力された指令値に応じて駆動電流を生成し、第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）のそれぞれに出力する。第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）のそれぞれは、駆動回路７０から出力された駆動電流に基づいて回転駆動する。これによって、駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）のそれぞれが、目標値として算出された車輪速度で回転駆動する。
【００７１】
続いて、図８を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理について説明する。図８は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理を示すフローチャートである。
【００７２】
両手操作モード時には、制御部６０は、左右両方の力センサ５０（５０ａ及び５０ｂ）から出力された力信号のそれぞれを、介護者からハンドル４０（４０ａ及び４０ｂ）のそれぞれに対する操作力を示す力情報として取得する（Ｓ２１）。
【００７３】
制御部６０は、取得した力信号のそれぞれが示す、左右のハンドル４０（４０ａ及び４０ｂ）に対する操作力のそれぞれについて、不感帯処理を実行する（Ｓ２２）。具体的には、制御部６０は、操作力における前後水平方向の軸（Ｘ軸とする）、左右水平方向の軸（Ｙ軸とする）、及び上下垂直方向の軸（Ｚ軸とする）の成分のそれぞれについて、式（４）に示すように、不感帯処理を実行する。
【００７４】
【数４】
2014033899.tif 000006
【００７５】
具体的には、制御部６０は、力センサ５０の各軸のそれぞれにおける操作力から、前後水平（Ｘ軸）方向成分の力Ｆｘ、左右水平（Ｙ軸）方向成分の力Ｆｙ、及び上下垂直（Ｚ軸）方向の力Ｆｚを抽出する。制御部６０は、算出した各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の力（Ｆｘ、Ｆｙ、Ｆｚ）のそれぞれの大きさ（絶対値）が、所定の閾値Ｆｄｅａｄ以下であるか否かを判定する。そして、制御部６０は、閾値Ｆｄｅａｄ以下の力については、その力を０とみなす。また、制御部６０は、閾値Ｆｄｅａｄよりも大きい力については、その力の大きさを、その力から閾値Ｆｄｅａｄに相当する力を小さくした力とみなす。例えば、制御部６０における演算で、前後水平（Ｘ軸）方向成分の力Ｆｘとして、水平前方向の力がプラスで表され、水平後方向の力がマイナスで表される場合、力Ｆｘが閾値Ｆｄｅａｄよりも大きいときには、力Ｆｘを、力Ｆｘから閾値Ｆｄｅａｄを減算した値に変更し、力Ｆｘが閾値Ｆｄｅａｄのマイナス値よりも小さいときには、力Ｆｘを、力Ｆｘに閾値Ｆｄｅａｄを加算した値に変更する。
【００７６】
このように、所定の閾値以下となる小さい力については、その力が与えられていないものとみなすことで、介護者が意図せずに与えてしまっている微小な操作力によって、介護者が意図していない方向に移乗支援装置１が動作してしまうことを防止することができる。
【００７７】
制御部６０は、左右の操作力それぞれについて、不感帯処理後の各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の操作力を、台車旋回中心周りの力に変換する（Ｓ２３）。具体的には、制御部６０は、所定の数式モデルに基づいて、ハンドル４０に対する各軸方向の操作力から、それらの操作力による台車旋回中心周りの力を算出する。この数式モデルは、各軸の操作力を入力として、台車旋回中心の力（力及びモーメント）を出力とする計算式である。この数式モデルは、移乗支援装置１の機構に基づいて、各軸の操作力を入力することで、上述したように、それらの操作力に応じた台車旋回中心の力が算出されるように、任意に予め定めるようにすればよい。
【００７８】
この数式モデルは、例えば、図９に示すような移乗支援装置１の座標系モデルに基づいて導き出される。式（５）として、この数式モデルの一例を示す。ｓｅｎＦｓｅｎは、力センサ５０の座標（図９の「ΣｓｅｎＲ」及び「ΣｓｅｎＬ」、以下総じて「Σｓｅｎ」とも呼ぶ）における各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）方向の力を示す。ｓｅｎＭｓｅｎは、力センサ５０の座標における各軸周りのモーメントを示す。ｒＦｒは、台車旋回中心の座標（図９の「Σｒ」）における各軸方向の力（並進力）を示す。ｒＭｒは、台車旋回中心の座標における各軸周りのモーメントを示す。Ｊｓｅｎ・ｒＴは、力センサ５０の座標における力（力及びモーメント）と、台車旋回中心の座標における力（力及びモーメント）とを関係付ける行列式である。ここでは、力センサ５０の座標における各軸周りのモーメントｓｅｎＭｓｅｎは、使用されないため、０として計算が行われる。
【００７９】
【数５】
2014033899.tif 000007
【００８０】
ここで、Ｊｓｅｎ・ｒＴは、次式（６）によって表される。ここで、式（６）における、ｒＲｓｅｎは、式（７）より導き出される３行３列の行列であり、[ｒＰｓｅｎ・ｒ×]は、式（８）によって表される。ｒＴｓｅｎは、台車旋回中心の座標Σｒと、力センサ５０の座標Σｓｅｎとの相対関係を示す４行４列の同時変換行列である。ｒＰｓｅｎは、各軸における、台車旋回中心の座標Σｒと、力センサ５０の座標Σｓｅｎとの相対位置を示す３行１列の行列である。ｒＰｓｅｎは、各軸における相対位置を、ｐｘ、ｐｙ、ｐｚとして示している。なお、これらの式（５）〜（８）は、図９に示すような移乗支援装置１の座標系モデルに基づいて、一般的な手法によって導き出すことができるため、詳細な導出方法については説明を省略する。
【００８１】
【数６】
2014033899.tif 000008
【００８２】
【数７】
2014033899.tif 000009
【００８３】
【数８】
2014033899.tif 000010
【００８４】
制御部６０は、左右の操作力のそれぞれから算出した台車旋回中心の力のそれぞれについて、前後操作力と旋回操作力とを抽出する（Ｓ２４）。具体的には、制御部６０は、前後操作力として、台車旋回中心の力から、前後水平（Ｘ軸）方向成分の力Ｆｘを抽出する。また、制御部６０は、旋回操作力として、台車旋回中心の力から、上下垂直（Ｚ軸）方向の軸周りのモーメントＭｚを抽出する。
【００８５】
制御部６０は、抽出した前後操作力及び旋回操作力のそれぞれについて、左右のそれぞれの操作力を合成する（Ｓ２５）。すなわち、制御部６０は、左の操作力から算出された前後操作力と、右の操作力から算出された前後操作力とを加算した力を、前後操作力として算出する。また、制御部６０は、左の操作力から算出された旋回操作力と、右の操作力から算出された前後操作力とを加算した力を、旋回操作力として算出する。
【００８６】
制御部６０は、算出した前後操作力及び旋回操作力のそれぞれについて、飽和処理を実行する（Ｓ２６）。具体的には、制御部６０は、前後操作力及び旋回操作力のそれぞれが、それぞれの力に対して予め用意された所定の最大値よりも大きいか否かを判定する。そして、制御部６０は、所定の最大値よりも大きい力については、その力を最大値に丸める。このようにすることで、後述の処理において、操作力に応じた加速度又は速度を算出するときに、操作力に基づいて算出される加速度又は速度が、移乗支援装置１が出力可能な許容値を超えないように抑制することができる。
【００８７】
制御部６０は、所定のインピーダンスモデルに基づいて、飽和処理後の前後操作力及び旋回操作力から、移乗支援装置１の速度の目標値を算出する（Ｓ２７）。ここでの両手操作モードにおける速度の目標値の算出は、力センサ５０の座標における前後水平方向成分の力及び左右水平方向成分の力ではなく、台車旋回中心の座標における前後水平方向成分の力及び上下垂直方向軸周りのモーメントを用いること以外は、片手操作モードにおける処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、ここで利用されるインピーダンスモデルとして、台車旋回中心における前後水平方向成分の力である前後操作力を入力として、移乗支援装置１の前後方向速度の目標値を出力とする計算式と、台車旋回中心における上下垂直方向軸周りのモーメントである旋回操作力を入力として、移乗支援装置１の旋回速度を出力とする計算式とを予め用意するようにすればよい。
【００８８】
例えば、片手操作モードと同様に、前後操作力と旋回操作力のそれぞれに対して、式（１）に示す仮想インピーダンスモデルを用意して計算するようにすればよい。すなわち、この場合、インピーダンスモデルとして、片手操作モードにおける前後操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルと、片手操作モードにおける旋回操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルと、両手操作モードにおける前後操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルと、両手操作モードにおける旋回操作力Ｆｉに対して仮想慣性Ｊ及び仮想粘性Ｄが定められた仮想インピーダンスモデルの４つが用意されることになる。
【００８９】
ここで、仮想インピーダンスモデル数は、これに限られない。例えば、片手操作モードにおける前後操作力Ｆｉに対する仮想インピーダンスモデルと、両手操作モードにおける前後操作力Ｆｉに対する仮想インピーダンスモデルとで、同一の仮想インピーダンスモデルを用いるようにしてもよい。すなわち、この場合、用意されるインピーダンスモデルの数は、３つとなる。
【００９０】
以降、ステップＳ２８及びＳ２９については、ステップＳ１６及びＳ１７と同様となるため、説明を省略する。
【００９１】
以上に説明したように、本実施の形態１によれば、角度センサ８１、８２が検出した関節部５１、５２における角度に基づいて、力センサ５０が検出したハンドル４０に対する操作力の水平方向成分の力を、移乗支援装置１の移動を指示する操作力として抽出するようにしている。これによれば、ハンドル４０がどのような姿勢となっていても、移乗支援装置１に対する操作方向と、それに応じた移乗支援装置１の動作方向とを一致させることができるため、直観的な操作感を実現することができる。
【００９２】
＜発明の実施の形態２＞
上述した実施の形態１では、片手操作か両手操作かの切り分けに、ハンドルスイッチ４１を用いる場合について説明したが、これに限られない。片手操作か両手操作かの切り分けには、介護者からハンドル４０に対する操作力を用いて行うようにしてもよい。以下、本実施の形態２では、その方法について説明する。
【００９３】
なお、発明の実施の形態２における移乗支援装置１及び制御装置２の各構成要素の配置については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態２では、上述したように、制御部６０が、力センサ５０によって検出されたハンドル４０に対する操作力に基づいて、操作モードを判定する点が、実施の形態１と異なる。その他の実施の形態１と同様の構成要素に動作については、その説明は省略する。よって、本実施の形態２では、ハンドル４０がハンドルスイッチ４１を有さないような構成としてもよい。
【００９４】
続いて、図１０を参照して、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の操作モード判定処理について説明する。図１０は、本発明の実施の形態１にかかる移乗支援装置１の操作モード判定処理を示すフローチャートである。
【００９５】
制御部６０は、左右の力センサ５０（５０ａ及び５０ｂ）から出力される力信号に基づいて、介護者から片手操作をされているか、介護者から両手操作をされているかを判定する。
【００９６】
制御部６０は、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きく（Ｓ７：Ｙｅｓ）、かつ、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きい（Ｓ８：Ｙｅｓ）場合には、介護者から両手操作をされていると判定する（Ｓ３）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を両手操作モードに切り替える。
【００９７】
また、制御部６０は、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きく（Ｓ７：Ｙｅｓ）、かつ、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値以下である（Ｓ８：Ｎｏ）場合には、介護者から右手によって片手操作をされていると判定する（Ｓ４）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を片手操作モードに切り替える。
【００９８】
また、制御部６０は、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値以下であり（Ｓ７：Ｎｏ）、かつ、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きい（Ｓ８：Ｙｅｓ）場合には、介護者から左手によって片手操作をされていると判定する（Ｓ６）。この場合、制御部６０は、移乗支援装置１を片手操作モードに切り替える。
【００９９】
また、制御部６０は、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値以下であり（Ｓ７：Ｎｏ）、かつ、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値以下である（Ｓ８：Ｎｏ）場合には、介護者から操作が行われていないと判定する。
【０１００】
なお、図１０に示す処理では、先に、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きいか否かを判定するようにしているが、先に、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力が所定の閾値よりも大きいか否かを判定するようにしてもよい。また、右の力センサ５０ａから出力されている力信号が示す操作力に対する閾値と、左の力センサ５０ｂから出力されている力信号が示す操作力に対する閾値とは、異なる閾値を用いるようにしてもよい。
【０１０１】
以上に説明した本実施の形態２のように、介護者から、片手操作をされているか、両手操作をされているかの判定を、力センサ５０に対して入力される操作力の大きさに基づいて、判定するようにしてもよい。これによれば、ハンドルスイッチ４１が不要となるため、その分のコストを低減することが可能となる。
【０１０２】
＜発明の実施の形態３＞
上述した実施の形態１では、両手操作モードにおいて、並進３軸の力センサ５０によって検出された操作力に基づいて、台車旋回中心にかかる力を検出して移乗支援装置１を動作させる場合について説明したが、これに限られない。６軸の力センサ５０によって検出された操作力に基づいて、台車旋回中心にかかる力を検出して移乗支援装置１を動作させるようにしてもよい。以下、本実施の形態３では、その方法について説明する。
【０１０３】
なお、発明の実施の形態３における移乗支援装置１及び制御装置２の各構成要素の配置については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態３では、上述したように、力センサ５０が、３軸の並進力とその３軸周りのモーメントとを検出する６軸の力センサである点と、制御部６０が、力センサ５０によって検出された６軸の操作力に基づいて、台車旋回中心にかかる力を検出して移乗支援装置１を動作させる点が、実施の形態１と異なる。その他の実施の形態１と同様の構成要素に動作については、その説明は省略する。
【０１０４】
具体的には、本実施の形態３では、ステップＳ２３において、制御部６０は、台車旋回中心の力を算出する際に、式（５）において、力センサ５０の座標における３軸周りのモーメントｓｅｎＭｓｅｎに検出したモーメントを設定して、台車旋回中心の力を算出する。その他の処理については、実施の形態１と同様となるため、説明を省略する。
【０１０５】
以上に説明した本実施の形態３のように、移乗支援装置１に６軸の力センサ５０を備えるようにし、介護者からハンドル４０に対する６軸の操作力に基づいて、移乗支援装置１を前後動作又は旋回動作させるようにしてもよい。
【０１０６】
＜発明の実施の形態４＞
上述した実施の形態１では、両手モードにおいて、介護者からの操作力Ｆ＝[Ｆｘ Ｆｙ Ｆｚ]ＴのＸ軸、Ｙ軸、及びＺ軸のそれぞれの成分の力に対して不感帯処理を施すことで、不感帯処理後の力Ｆ´＝[Ｆｘ´ Ｆｙ´ Ｆｚ´]Ｔを算出するようにしているが、これに限られない。操作力のノルム|Ｆ|に対して不感帯処理を施すことで、不感帯処理後の力Ｆ´を算出するようにしてもよい。以下、本実施の形態４では、その方法について説明する。
【０１０７】
なお、発明の実施の形態４における移乗支援装置１及び制御装置２の各構成要素の配置については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態４では、上述したように、制御部６０が、操作力のノルムに対して不感帯処理を行う点が、実施の形態１と異なる。その他の実施の形態１と同様の構成要素に動作については、その説明は省略する。
【０１０８】
具体的には、本実施の形態４では、ステップＳ２２において、操作力における各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の成分のそれぞれではなく、式（９）に示すように、ノルムに対して不感帯処理を実行する。
【０１０９】
【数９】
2014033899.tif 000011
【０１１０】
制御部６０は、操作力のノルム|Ｆ|が、所定の閾値Ｆｄｅａｄ以下であるか否かを判定する。そして、制御部６０は、操作力のノルム|Ｆ|が閾値Ｆｄｅａｄ以下である場合には、その力を０とみなす（各軸の成分の力を０とみなす）。また、制御部６０は、操作力のノルム|Ｆ|が閾値Ｆｄｅａｄよりも大きい場合には、操作力を、ノルム|Ｆ|から所定の閾値Ｆｄｅａｄに相当する力を減算した力をノルム|Ｆ|で割った割合を、ベクトルＦに乗算した力とみなす。その他の処理については、実施の形態１と同様となるため、説明を省略する。
【０１１１】
以上に説明した本実施の形態４のように、操作力のノルムに対して不感帯処理を行うようにしてもよい。これによれば、操作力における各軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）の成分のそれぞれに対して不感帯処理を施す場合と比較して、滑らかな動作を実現することが可能となる。すなわち、操作力における各軸成分のそれぞれに対して不感帯処理を施す場合には、式（４）に示すように、各軸成分の力の大きさに限らず、各軸成分の力の大きさを一律の力を小さくすることになってしまうが、本実施の形態４によれば、各軸成分の力の大きさに応じて小さくすることになる。そのため、本来与えられた操作力における各軸成分の力の比率を崩すことがないため、その力に基づいて滑らかな動作となる指令値が生成されることになる。
【０１１２】
＜発明の実施の形態５＞
上述した実施の形態１では、介護者からの操作力に基づいた前後操作力及び旋回操作力から駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）の車輪速度の目標値を算出して第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）を速度制御する場合について説明したが、これに限られない。介護者からの操作力に基づいた前後操作力及び旋回操作力から駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）のアシストトルクを算出して第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）をトルク制御するようにしてもよい。以下、本実施の形態５では、その方法について説明する。
【０１１３】
なお、発明の実施の形態５における移乗支援装置１及び制御装置２の各構成要素の配置については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態５では、上述したように、制御部６０が、介護者からの操作力に基づいた前後操作力及び旋回操作力に基づいてアシストトルク（トルクの目標値）を算出して、算出されたアシストトルクに基づいてトルク制御を行う点と、駆動回路７０が、制御部６０からアシストトルクの指令に基づいて第３のアクチュエータ７３を回転駆動する点が、実施の形態１と異なる。その他の実施の形態１と同様の構成要素に動作については、その説明は省略する。
【０１１４】
続いて、図１１を参照して、本発明の実施の形態５にかかる移乗支援装置１の片手操作モード時における動作制御処理について説明する。図１１は、本発明の実施の形態５にかかる移乗支援装置１の片手操作モード時における動作制御処理を示すフローチャートである。なお、実施の形態１と同様の処理ステップについては、同一の符号を付し、その説明を省略する。
【０１１５】
本実施の形態５では、制御部６０は、飽和処理（Ｓ１４）後に、飽和処理後の前後操作力及び旋回操作力に基づいて、駆動車輪１３に与えるトルクの目標値を算出する（Ｓ１８）。具体的には、制御部６０は、飽和処理後の前後操作力及び旋回操作力から、その前後操作力及び旋回操作力に応じた移乗支援装置１の動作が実現される駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）のトルクの目標値を算出する。これは、例えば、前後操作力及び旋回操作力を入力することで、上述したような操作力に応じた移乗支援装置１の動作が実現されるトルクが、目標値として算出される計算式を予め定め、制御部６０がその計算式を利用して算出するようにすればよい。
【０１１６】
制御部６０は、算出されたトルクに基づいてトルク制御を行う（Ｓ１８）。具体的には駆動車輪１３に与えるトルクは、第３アクチュエータ７３における駆動電流の大きさに応じた大きさとなる。そのため、制御部６０は、現在の第３アクチュエータ７３ａ、７３ｂにおける駆動電流に基づいて、現在、駆動車輪１３ａ、１３ｂに与えられているトルクを算出する。制御部６０は、現在、駆動車輪１３ａ、１３ｂに与えられているトルクとトルクの目標値との差に基づいて、駆動車輪１３ａ、１３ｂに与えられるトルクが、トルクの目標値となるように指令する指令値を生成し、駆動回路７０に出力する。駆動回路７０は、制御部６０から出力された指令値に応じて駆動電流を生成し、第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）のそれぞれに出力する。第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）のそれぞれは、駆動回路７０から出力された駆動電流に基づいて回転駆動する。これによって、第３のアクチュエータ７３（７３ａ及び７３ｂ）のそれぞれが、目標値として算出されたトルクを駆動車輪１３（１３ａ及び１３ｂ）に付与するように回転駆動する。
【０１１７】
なお、制御装置２において、第３アクチュエータ７３ａ、７３ｂのそれぞれに対応するように、第３アクチュエータ７３における駆動電流を検出する電流センサを有するようにして、電流センサが検出した駆動電流を通知する信号を制御部６０に送信するようにすることで、制御部６０が現在の第３アクチュエータ７３ａ、７３ｂにおける駆動電流を認識可能とすればよい。
【０１１８】
続いて、図１２を参照して、本発明の実施の形態５にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理について説明する。図１２は、本発明の実施の形態５にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理を示すフローチャートである。
【０１１９】
本実施の形態５では、制御部６０は、飽和処理（Ｓ２６）後に、飽和処理後の前後操作力及び旋回操作力に基づいて、車輪に与えるトルクの目標値を算出する（Ｓ３０）。ここでの両手操作モードにおけるトルクの目標値の算出は、力センサ５０の座標における前後水平方向成分の力及び左右水平方向成分の力ではなく、台車旋回中心の座標における前後水平方向成分の力及び上下垂直方向軸周りのモーメントを用いること以外は、片手操作モードにおける処理と同様であるため、詳細な説明は省略する。すなわち、ここで利用される計算式として、台車旋回中心における前後水平方向成分の力を前後操作力として入力し、かつ、台車旋回中心における上下垂直方向軸周りのモーメントを旋回操作力として入力し、トルクを出力とする計算式とを予め用意するようにすればよい。
【０１２０】
以上に説明した本実施の形態５のように、トルク制御によって、移乗支援装置１の動作を制御するようにしてもよい。
【０１２１】
＜発明の実施の形態６＞
上述した実施の形態１では、両手操作モードにおいて、ハンドル４０と台車旋回中心との距離が小さい場合には、モーメントアームが小さくなってしまうため、距離が大きい場合と比較して、同じ大きさの力をハンドル４０に対して入力しても旋回操作力が小さくなってしまう。そのため、より大きな力を入力しなければ、移乗支援装置１が旋回動作しなくなり、操作感が悪くなってしまう。
【０１２２】
そこで、本実施の形態６では、両手操作モード時には、旋回操作力に対して、ハンドル４０と台車旋回中心との距離に応じたゲインをかけて旋回操作力を増幅することで、ハンドル４０の位置が変わっても操作感を損なうことがない操作系を実現する。
【０１２３】
なお、発明の実施の形態６における移乗支援装置１及び制御装置２の各構成要素の配置については、実施の形態１と同様であるため、その説明を省略する。ただし、本実施の形態６では、上述したように、制御部６０が、さらに、ハンドル４０と台車旋回中心の距離に応じて旋回操作力を増幅する点が、実施の形態１と異なる。その他の実施の形態１と同様の構成要素に動作については、その説明は省略する。
【０１２４】
続いて、図１３を参照して、本発明の実施の形態６にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理について説明する。図１３は、本発明の実施の形態６にかかる移乗支援装置１の両手操作モード時における動作制御処理を示すフローチャートである。
【０１２５】
本実施の形態６では、制御部６０は、操作力の合成（Ｓ２５）後に、旋回操作力をハンドル４０と台車旋回中心の距離とに応じて増幅する（Ｓ３２）。具体的には、制御部６０は、式（１０）及び（１１）に示すように、旋回操作力を増幅する。
【０１２６】
【数１０】
2014033899.tif 000012
【０１２７】
【数１１】
2014033899.tif 000013
【０１２８】
このように、制御部６０は、旋回操作力Ｍ旋回に対して、ハンドル４０と台車旋回中心の距離とに応じたゲインＫｒａｔｉｏを乗算することで、増幅した旋回操作力Ｍ´旋回を算出する。ここで、Ｌｍａｘは、力センサ５０の座標と台車旋回中心の座標との水平距離の最大値であり、力センサ５０の座標と台車旋回中心の座標との水平距離である。また、αは、任意の正整数である。すなわち、ゲインＫｒａｔｉｏは、力センサ５０の座標と台車旋回中心の座標との水平距離の最大値Ｌｍａｘから、力センサ５０の座標と台車旋回中心の座標との水平距離Ｌを除算したものをα乗した値として算出される。これによって、ハンドル４０と台車旋回中心の距離が小さくなるに従って、より大きくなるように、旋回操作力が増幅される。以降、この旋回操作力Ｍ´旋回を旋回操作力とみなして計算を行う。
【０１２９】
以上に説明した本実施の形態６のように、ハンドル４０と台車旋回中心との距離が小さくなるに従って、より大きくなるように決定されるゲインで旋回操作力を増幅し、増幅後の旋回操作力に基づいて、移乗支援装置１を前後動作又は旋回動作させるようにしてもよい。これによれば、ハンドル４０と台車旋回中心との距離が小さくなった際における操作感の悪化を抑制して、操作性を向上させることができる。
【０１３０】
なお、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。例えば、上述した実施の形態２乃至６は、いずれか２つ以上を組み合わせて実施するようにしてもよい。
【０１３１】
また、上記実施の形態では、台車部１０からハンドル４０までの間のアーム部（ロボットアーム部２０及び保持部３０）が、２つの関節部及び３つのアーム（第１アーム部、第２アーム部、保持部３０）を有する場合について例示したが、関節部及びアームの数は、これに限られない。
【０１３２】
また、上記実施の形態では、アーム部が前後方向のみに傾動する場合について例示したが、これに限られない。アーム部が左右方向のみに傾動する、又は、アーム部が前後左右方向に傾動するようにしてもよい。この場合、関節部における角度センサによってピッチ軸回りのみでなく、ロール軸回り、又は、ロール軸及びピッチ軸の２軸回りの関節部の角度を検出し、検出した角度に基づいて、上記実施の形態と同様にして、前後水平方向の前後操作力と左右水平方向の旋回操作力を抽出するようにすればよい。
【０１３３】
また、上記実施の形態では、第１及び第２角度センサ８１、８２のそれぞれから出力された角度信号が示す、第１及び第２アクチュエータ７１、７２（第１関節部５１及び第２関節部５２）の回転角度に基づいて、ハンドル４０の姿勢（力センサ５０の各軸の傾き角）を算出するようにしているが、ハンドル４０の姿勢の算出方法は、これに限られない。他の種類のセンサの検出結果に基づいて、ハンドル４０の姿勢を算出するようにしてもよい。例えば、移乗支援装置１を構成する部材間の距離を距離センサによって検出して、検出した距離と、それらの部材の長さとに基づいて関節部（アクチュエータ）の回転角度を算出することで、ハンドル４０の姿勢を算出するようにしてもよい。具体的には、例えば、第２アーム部２２の所定点に距離センサを有するようにし、その所定点から、正面保持部３１の所定点までの距離を距離センサによって検出する。そして、予め分かっている第２アーム部２２の所定点から第２関節部５２までの距離及び正面保持部３１の所定点から第２関節部５２までの距離と、検出した第２アーム部２２の所定点から正面保持部３１の所定点までの距離に基づいて、第２関節部５２（第２アクチュエータ７２）の回転角度を算出するようにしてもよい。他の関節部における回転角度の算出についても同様にして行えばよい。このようにして算出した第１関節部５１及び第２関節部５２の回転角度に基づいて、ハンドル４０の姿勢を算出するようにしてもよい。
【符号の説明】
【０１３４】
１  移乗支援装置
２  制御装置
１０  台車部
１１  台車本体
１２  土台部
１３  駆動車輪
２０  ロボットアーム部
２１  第１アーム部
２２  第２アーム部
３０  保持部
３１  正面保持部
３２  側面保持部
４０、４０ａ、４０ｂ  ハンドル
４１、４１ａ、４１ｂ  ハンドルスイッチ
５０、５０ａ、５０ｂ  力センサ
５１、５２  関節部
６０  制御部
６１  ＣＰＵ
６２  ＲＯＭ
６３  ＲＡＭ
７０  駆動回路
７１  第１アクチュエータ
７２  第２アクチュエータ
７３、７３ａ、７３ｂ  第３アクチュエータ
８１、８２、８３、８３ａ、８３ｂ  角度センサ
９０  被介護者
９１  保持具
９２  ハンドル
９３  アーム部
９４  台車部
９５  関節部
９６  力センサ
【図１】
2014033899.tif 000014
【図２】
2014033899.tif 000015
【図３】
2014033899.tif 000016
【図４】
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【図５】
2014033899.tif 000018
【図６】
2014033899.tif 000019
【図７】
2014033899.tif 000020
【図８】
2014033899.tif 000021
【図９】
2014033899.tif 000022
【図１０】
2014033899.tif 000023
【図１１】
2014033899.tif 000024
【図１２】
2014033899.tif 000025
【図１３】
2014033899.tif 000026
【図１４】
2014033899.tif 000027
【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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