(57)【要約】      （修正有）【課題】圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボットに関して、特に、圧力センサーを通じる能動的な患者のリアルタイムモニタリングとこれを通じてロボットアームを利用した実質的な補助役目ができるシステムを取り揃えたベッド型知能ロボットを提供する。【解決手段】ベッドの上にいる人の位置、姿勢、及び動きをリアルタイムにモニタリングして補助する圧力センサー付きマットレス; 上記マットレスのモニタリングから得られた情報を基にベッドの上にいる人を支持する支持型ロボットアーム;上記支持型ロボットアームに附着して使われ、利用しない場合にはベッド型知能ロボットの下側空間に移動して隠されることができる棚;及び上記ベッドの上にいる人にサービスを提供するためにベッドの全領域を移動する移動レール;を含む。使用者において、より親しくて便利な多様なサービスを提供することができる。【選択図】図１１
2006110212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドの上にいる人の位置、姿勢、及び動きをリアルタイムにモニタリングして補助する圧力センサー付きマットレス;
上記マットレスのモニタリングから得られた情報を基にベッドの上にいる人を支持する支持型ロボットアーム;
上記支持型ロボットアームに附着して使われて、利用しない場合にはベッド型知能ロボット下側空間に移動して隠されることができる棚;及び
上記ベッドの上にいる人にサービスを提供するためにベッドの全領域を移動する移動レール;
を含む圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項２】
請求項1において、
上記圧力センサー付きマットレスは、3段折曲を用い、ベッドの上にいる人を補助することを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項３】
請求項1において、
上記圧力センサー付きマットレスは、圧力センサーがマットレスの全面に附着することを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項４】
請求項2において、
上記3段折曲ができるように折曲毎に3個のセンシング用プロセッサを附着することを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項５】
請求項1において、
パターン分類のために、人の認識対象パターンを決めて、圧力センサーデータを決める第1段階;   上記圧力センサーデータの共分散(covariance)を計算して特徴点を抽出する第2段階;   各パターンデータの間の情報分類を最大化することができるように上記特徴点の数を決める第3段階;及び   新しく入り込む圧力センサーデータを予め決めた上記特徴点と比較をすることでパターン認識を行う第4段階;  を含むPCA(Principal Component Analysis)アルゴリズムを使うことを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項６】
請求項1において、   上記支持型ロボットアームは、2個の左右モーターと2個のトークセンサーとで構成し、電力消費を最小化することを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【請求項７】
請求項1において、   上記移動レールは、移動による機械的震動による騷音を防止するために機械的緩衝器を含むことを特徴とする圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボットに関して、特に、圧力センサーを通じる能動的な患者のリアルタイムモニタリングとこれを通じてロボットアームを利用した実質的な補助役目ができるシステムを取り揃えたベッド型知能ロボットに関する。
【背景技術】
【０００２】
以下、従来の人工知能ベッドロボットに関する技術を実施例を基づいて添付した図1乃至図10を参照して詳細に説明する 。
【０００３】
従来の人工知能ベッドロボットは移送手段、第1指圧部材、第2指圧部材、全身運動部材、第3指圧部材及び制御手段とで構成される。
【０００４】
上記移送手段は第1指圧部材及び第3指圧部材を支持して各部材を使用者が求む位置に移送させるためであって、従来のベッド形態に形成された本体(1)の一側面両方端に固定板(2)を設け、この固定板(2)の間に案内管(3)を設け、この案内管(3)には移送部(6)を移送可能に結合する。
【０００５】
上記移送部(6)の両側には別途の移送用ロープ(5)を固定させるにおいて、このロープ(5)は、上記固定板(2)にそれぞれ固定されたローラー(4)に巻かれてローラー(4)の回転によってロープ(5)が引かれる、及び滞りながら移送部(6)が連動されるように成り立ち、上記一側のローラー(4)には第1モーター(8)の回転軸を結合して第1モーター(8)が駆動する場合にローラー(4)が連動されるように成り立つ。 上記第1モーター(8)は、後述する制御手段の制御によって駆動される。
【０００６】
一方、上記移送部（6）の上側には、‘┐’模様に形成されてその上端に水平部(7a)を持つようになったメイン支持台(7)を設置する。このメイン支持台(7)には第1及び第3指圧部材が設置される。
【０００７】
上記第1指圧部材は人体のなどや脊椎と一緒に比較的広い部位を幅広く指圧するためで、 
上記水平部(7a)の一側にヒンジ軸(11)を形成して、このヒンジ軸(11)に中心支持台(12)の中間部分を結合して中心支持台(12)がヒンジ軸(11)を中心にシーソー作動するようにして、上記中心支持台(12)の一側末端下側ではその端に人体を押せるための比較的広い面積の指圧部(13)が形成された弾性体(14)を結合し、中心支持台(12)の他端側には第1作動間(15)をヒンジ結合し、この第1作動間(15)の下部にはラックギオ(15a)を形成する。上記指圧部(13)は、長方形模様に空気袋があって、磁石が付いた指圧ゴムで形成するのが望ましい。
【０００８】
そして、上記ラックギア(15a)は別途の駆動ギア(16)と噛み合うように構成し、この駆動ギア(16)は、第2モーター(15)の正逆回動に連動されるようにして駆動ギア(16)の回転方向に応じてラックギア(15a)が形成された第1作動間(15)が昇降できるように構成する。
【０００９】
上記第1作動間(15)が昇降すると、これと繋がれた中心支持台(12)がシーソー作動する事により、指圧部(13)が昇降して人体を指圧するようになる。 
【００１０】
上記指圧部(13)の底面には人体をやんわりと押せられるように柔らかい材質で形成するのが望ましく、上記弾性体(14)の内径上端と下端にはその中間部分が切断した報強材(14a)が内設される。
【００１１】
上記第2指圧部材は人体の特定部分、すなわち、漢方の経血部位を選択的に指圧することであって、上記水平部(7a)の一側に水平ケース(32)を設け、この水平ケース(32)内部には一端にラックギア(31a)が形成された第2作動間(31)を出沒可能に形成し、第3モーター(34)の回転軸に軸支された第2駆動ギア(33)を上記ラックギア(31a)に噛み合うようにすることにより、第3モーター(34)の正逆回動によって第2作動間(31)が前後陣できるように構成する。
【００１２】
そして、上記第2作動間(31)の末端には垂直ケース(36)を垂直方向に設け、この垂直ケース(36)の内部には一端にラックギア(35a)が形成された指圧棒(35)を出沒可能に形成し、第4モーター(38)の回転軸に軸支された第3駆動ギア(37)を上記ラックギア(35a)に噛み合うように構成することにより、第4モーター(38)の正逆回動の時、上記指圧棒(35)が昇降して人体を押されるように構成する。 
【００１３】
上記指圧棒(35)の中間部分には、指圧棒(35)が人体を過度に押せることを防止するために瓶型の弾性体(35b)を形成し、指圧の時、漢方のスックトムのような效果を得るために指圧棒(35)の内部空間にファン(35c)と熱線(35d)を設けることもできる。
【００１４】
上記全身運動部材は、人体の全体的な自律神経を適切に運動させて身体リズムを活性化させることであって、上記本体(1)の中央上端に人が横たわることができる板形態の下敷板(41)を設け、この下敷板(41)を複数個のリンク(42)を利用して本体(1)に結合して下敷板(41)が本体(1)と結合された状態で前後陣できるように構成する。
【００１５】
そして、別途の連結棒(43)を利用していずれ一対のリンク(42)を相互連結して、上記連結棒(43)の中間部には、第3作動間(46)の一側末端を結合することと共に第3作動間(46)の他側末端は回転板(44)の一面に突出形成された結合突起(44a)に結合して回転板(44)が回転する時、第3作動間(46)が連動されながら連結棒(43)を前後陣させて下敷板(41)が連動されて前後陣するように構成する。 
【００１６】
上記回転板(44)は、第5モーター(45)の回転軸に軸支させて第5モーター(45)が駆動する事により回転板(44)が連動回転するように構成する。
【００１７】
上記第3指圧部材は、図8と図9に図示されたように、支持台(7)の一側上端に支持ケース(51)を形成し、この支持ケース(51)の内部に第6モーター(52)の駆動の時、連動回転するスクリュー(53)を形成し、このスクリュー(53)はその中央部を中心に一側は左ねじ、他側は右ねじを形成し、上記スクリュー(53)の軸上には別途の移送体(54)(55)を設け、スクリュー(53)の回転方向によって2個の移送体(54)(55)がお互いに反対方向に移動されるように構成する。
【００１８】
そして、上記それぞれの移送体(54)(55)の下側では使用者の足を指圧するための指圧手(60)を形成し、この指圧手(60)は、それぞれの移送体(54)(55)下側で固定管(61)を長く形成し、この固定管(61)の末端両側には対角線方向に上向き傾いた案内ホーム(62)が中央部に形成された別途の案内板(63)を形成する。
【００１９】
上記固定管(61)の内部にはその上側にラックギア(64)が形成され、その下端両側に結合突起(65)が形成された移動管(66)を内設し、上記ラックギア(64)にはモーター(54a)(55a)の回転軸上に結合されて連動される駆動ギア(69)が噛み合うようにして上記駆動ギア(69)の回転方向によって上記移動管(66)が上、下方向に連動されるようにした。
【００２０】
一方、上記移動管(66)の下端には使用者の足を指圧するためのやっとこ(67)を形成し、このやっとこ(67)の末端は上記結合突起(65)にヒンジ結合し、その中間部には案内突起(68)を突出させて上記案内ホーム(62)に挿入されることにより上記移動管(66)が上、下方向に移動される時、上記案内突起(68)が案内ホーム(62)に沿って移動されながらやっとこ(67)が開閉で人が手で足を按摩することのように人の足を指圧するようにした。
【００２１】
一方、上記制御手段は、上記構成する移送手段、第1及び第2指圧部材、全身運動部材、及び第3指圧部材などを駆動させることにあって、オン/オフ、モード選択及び作動時間設定のための多数の機能キーが具備されたキー部(21)とリアルタイムを係数するタイマー(22)と第1指圧部材の中心支持台(12)と弾性体(14)の間に設けられ、指圧部(13)が人体を押す圧力を感知する圧力センサー(23)を具備し、使用者のキー部(21)入力によって本装置のオン/オフ、作動モード選択及び作動時間を設定し、上記圧力センサー(23)で感知される指圧圧力によって第1モーター(8)乃至第8モーター(55a)が正常に駆動されるように制御する制御部(24)を構成する。
【００２２】
そして、上記制御部(24)の制御信号によって実質的に各モーターを駆動させるモーター駆動部(25)を更に構成して制御手段を構成する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
ところが、従来の人工知能ベッドロボットは患者、老弱者及び挙動が不便な人を対象にする電動ベッドとして上体及び足部分の高さ角度を自由に調節することができる機能を取り揃えたが、単なる上下折曲機能のみを取り揃えた基本的な機能だけを取り揃えた問題点がある。
【００２４】
そこで、本発明は上記問題点を解決するためであって、本発明は、単純な電動ベッドの形態を脱して使用者により親しくて便利な多様なサービスを提供することができる人工知能ベッドロボットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
本発明は、圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボットに関し、特に、圧力センサーを通じる能動的な患者のリアルタイムモニタリングとこれを通じてロボットアームを利用した実質的な補助役目ができるシステムを取り揃えたベッド型知能ロボットに関する。
【発明の効果】
【００２６】
本発明による圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボットは使用者により親しくて便利な多様なサービスを提供することができる人工知能ベッドロボットを提供して人間親和的なシステムに関する基盤技術を確保することにより他のロボットシステムにも適用することができる期待効果が生まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施例に対する構成及びその作用を添付した図面を参照して詳細に説明する 。
【００２８】
図11は、本発明によるベッド型知能ロボットを示す正面図であり、図12は、本発明によるベッド型知能ロボットを示す斜視図である。本発明の圧力センサー付きマットレスと支持型ロボットアームが装着されたベッド型知能ロボットはベッドの上にいる人の位置、姿勢、及び動きをリアルタイムにモニタリングし、補助する圧力センサー付きマットレス; 上記マットレスのモニタリングから得られた情報を基にベッドの上にいる人を支持する支持型ロボットアーム; 上記支持型ロボットアームに附着して使われ、利用しない場合にはベッド型知能ロボット下側空間に移動して隠されることができる棚; 及び上記ベッドの上にいる人にサービスを提供するためにベッドの全領域を移動する移動レール; を含む。
【００２９】
図13は、本発明による圧力センサーが附着したベッドマットレスを示す図である。使用者がベッドから起きる時、使用者の意図を把握して知能型ベッドロボットの3段折曲を用いてこれを補助する必要がある。また、使用者がアクティブガイドシステム(active guide system)を利用する場合には使用者の位置を把握する必要がある。このために、ベッドのマットレス部分に14×24個の圧力センサーをマットレス全面に附着する。圧力センサーの場合に、早い反応速度と高い解像度を持つという側面から他温度センサーなどに比べ大きな長所を持つ。
【００３０】
使用者の位置と動きが分かるために、ベッドの上に附着した336個のセンサーをリアルタイムでセンシングを行う。また、ベッドの構造において3段折曲が可能な形態の為、ベッドの形態が可変されてもハードウェアが損傷を受けないように折曲毎にプロセッサを附着すべきである。従って、 3個のセンシング用プロセッサを附着してこれを主コンピューターでデータを送るようにした。
【００３１】
上記マットレスには使用者情報を認識することができるアルゴリズムを適用しなければならない。確率論基盤のリアルタイム信号処理のために、PCA(Principal Component Analysis)アルゴリズムを情報処理アルゴリズムと用いた。上記PCAアルゴリズムは、ベッドから出るセンサー情報をイメージで見て一般的にイメージ処理を行うフィルタリング技法と確率的接近法を同時に行う。センサーが与えるデータの値にノイズが多くなるだけでなく、ロボットアームをリアルタイムで経路を設定して制御することのため、計算量が少ないアルゴリズムが必要になる。本アルゴリズムを適用するために先に行う作業はデータベースを製作してリアルタイムで入り込むベッドイメージを分類する作業を経る。よって、患者のベッドの上での位置及び姿勢情報を有するデータベースを製作しなければならない。それでは、本発明にPCAアルゴリズムを適用する方法に対して察する。
【００３２】
先に、パターン分類のためのマットレスの標本圧力パターンを決める。すなわち、人が横たわっている姿勢及び座った姿勢などの認識対象パターンを決めて圧力センサーデータを抽出する。
【００３３】
続いて、圧力センサーデータの共分散(covariance)を計算して特徴点を抽出する。上記特徴点は、各姿勢のパターンを区分付ける主な情報として利用される。
【００３４】
続けて、各パターンデータの間の情報分類を最大化することができるように特徴点の数を決める。
【００３５】
続けて、新しく入り込む圧力センサーデータを予め決めた上記特徴点と比較をすることにより、パターン認識を行う。これを通じて、現在使用者の姿勢を決めることができ、認識された結果に基づいて使用者の姿勢がどのように変化するかを通じて動き情報を予測することができる。
【００３６】
図14は、本発明による支持型ロボットアームを示す。ロボットアームは、ベッド左右側面に一つずつ提供されてベッドの全領域をサービスすることができるロボットアームとして設計される。また、棚が上記支持型ロボットアームに附着して使われて、利用しない場合にはベッド型知能ロボット下側空間に移動して隠すことができる。最初に、左右それぞれ4個のモーターと2個のトークセンサーで構成したが、システムのサイズが大きくなってこれを運用するための構成の複雑性及び電力の過多消費などの問題点が生じて、同一な機能を持ちながら電力消費を最小化することができるシステムに変更して設計した。よって、 2個の左右モーター及び2個のトークセンサーを利用して使用者の意図情報を認知して、認知された結果とベッドマットレスから出る使用者位置情報を組み合わせてロボットアームの動き経路と方向を決めるようになる。それぞれのロボットアームに対して2自由度の動きと2自由度動き把握が要るため、上記のような最小限のシステム構成で求む機能を解決することができる。全体システムがACを用い、本ロボットアームのために24 Vの電圧のみを変換することにより、システムの電力効率性も高い。
【００３７】
図15は、本発明によるロボットアーム用移動レールを示す。ロボットアーム用移動レールは患者の支持と食板や読書台移送のようなサービスを提供するためにベッドの全領域を移動しなければならない。よって、ベッド下端部に設置された食板、読書台に至るまで約2500 mmに当たる距離を移動できるために重い力に耐えることができる材質でレールを製作すべきである。その理由は、患者がロボットアームに体重を支持することにより、これを支えることのためである。また、レールの長さが長いから機械的震動による騷音が生ずることがあって、これを防止するための機械的緩衝器を含むことである。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】従来の人工知能ベッドロボットを示す斜視図である 。
【図２】従来の人工知能ベッドロボットを示す側面図である 。
【図３】従来のベッドロボットを示す平面図である 。
【図４】(a)〜(c)は、従来の全身運動部材の作動状態を示す図である。
【図５】従来の第1指圧部材を示す図である。
【図６】従来の第1指圧部材の作動状態を示す図である。
【図７】従来の第2指圧部材を示す図である。
【図８】従来の第3指圧部材を断面図で示す図である。
【図９】(a)〜(b)は、従来の第3指圧部材の作動状態を示す図である。
【図１０】従来の制御手段を示すブロック図である 。
【図１１】本発明によるベッド型知能ロボットを示す正面図である 。
【図１２】本発明によるベッド型知能ロボットを示す斜視図である 。
【図１３】本発明による圧力センサーが付いたベッドマットレスを示す図である。
【図１４】本発明による支持型ロボットアームを示す図である。
【図１５】本発明によるロボットアーム用移動レールを示す図である。
【図１】
2006110212.tif 000003
【図２】
2006110212.tif 000004
【図３】
2006110212.tif 000005
【図４】
2006110212.tif 000006
【図５】
2006110212.tif 000007
【図６】
2006110212.tif 000008
【図７】
2006110212.tif 000009
【図８】
2006110212.tif 000010
【図９】
2006110212.tif 000011
【図１０】
2006110212.tif 000012
【図１１】
2006110212.tif 000013
【図１２】
2006110212.tif 000014
【図１３】
2006110212.tif 000015
【図１４】
2006110212.tif 000016
【図１５】
2006110212.tif 000017