(57)【要約】【課題】コスト面を改善する。【解決手段】ベッド１は、寝床１０が置かれるフレーム１１と、このフレーム１１を支持する複数の脚１２ａ〜１２ｄと、これら複数の脚１２ａ〜１２ｄのうち１つの脚１２ａに設けられ、当該１つの脚１２ａに作用する振動を検知するセンサ１３と、複数の脚１２ａ〜１２ｄの全部又は一部の剛性を異ならせることで、センサ１３が設けられた１つの脚１２ａの振動を励起させる励起機構（センサ１３及び複数のスペーサ１４ｂ〜１４ｄ）と、を備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
寝床が置かれるフレームと、
前記フレームを支持する複数の脚と、
前記複数の脚のいずれか１つの脚に設けられ、該１つの脚に作用する振動を検知する１つのセンサと、
前記複数の脚の全部又は一部の剛性を異ならせることで、前記センサが設けられた前記１つの脚の振動を励起させる励起機構と、を備えていることを特徴とする、
ベッド。
【請求項２】
前記励起機構は、前記センサが設けられた前記１つの脚の剛性を相対的に低くし、前記センサが設けられた前記１つの脚から最も離れた前記脚の剛性を相対的に高くしたことを特徴とする、
請求項１に記載のベッド。
【請求項３】
前記複数の脚は、前記フレームの四隅に配置される４つであることを特徴とする、
請求項１又は２に記載のベッド。
【請求項４】
前記センサは、前記寝床の上で臥位となる人物の足の側の前記１つの脚に設けられていることを特徴とする、
請求項３に記載のベッド。
【請求項５】
前記センサは、左右のいずれか一方の側から前記人物が乗り降りする前記寝床の場合、前記人物が乗り降りする側の前記１つの脚に設けられていることを特徴とする、
請求項３又は４に記載のベッド。
【請求項６】
前記４つの脚は、前記寝床がぐらつかない範囲で、一方の対角の２つを相対的に長くし、かつ、他方の対角の２つを相対的に短くしたことで、前記一方の対角の２つに静的負荷を集中させたものであり、
前記センサは、前記一方の対角の２つの脚のいずれか一方に設けられていることを特徴とする、
請求項３〜５のいずれかに記載のベッド。
【請求項７】
前記センサが出力した信号の値を時間微分することで、前記センサの感度を高める微分回路を備えていることを特徴とする、
請求項１〜６のいずれかに記載のベッド。
【請求項８】
前記センサが出力した信号を、パターンマッチングにより解析することで、前記センサによる検知精度を高める解析手段を備えていることを特徴とする、
請求項１〜７のいずれかに記載のベッド。
【請求項９】
介護又は介助を必要とする人物が利用するものであることを特徴とする、
請求項１〜８のいずれかに記載のベッド。
【請求項１０】
寝床が置かれるフレームと、前記フレームを支持する複数の脚と、を備えるベッドに取り付けられ、在床状況を検知する在床状況検知システムであって、
前記複数の脚のいずれか１つの脚に設けられ、該１つの脚に作用する振動を検知する１つのセンサと、
前記複数の脚の全部又は一部の剛性を異ならせることで、前記センサが設けられた前記１つの脚の振動を励起させる励起機構と、を備えていることを特徴とする、
在床状況検知システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人物の臥床、離床、重心位置などの在床状況を検知するベッド、及び在床状況検知システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ベッドの上の人物（被験者）の在床状況を検知する方法として、様々なものが知られている（例えば、特許文献１〜５参照）。
【０００３】
基本的な構成として、ベッドが配置される部屋（寝室）の床面上に、ベッドの４つの脚部間の間隔に対応して４つの荷重検出器（荷重検出手段）が互いに離間して配置される。次いで、各荷重検出器の上面に設けられた荷重受け部上にベッドの各脚部を設置（載置）する。そして、これらの荷重検出器から出力された荷重値に基づいてベッド上における被験者の在床状況を計測する。
【０００４】
この計測中に、例えば被験者がベッド上から離床した場合、荷重検出器から出力された荷重値が離床判定の基準値よりも小さくなる結果、被験者の離床を知らせる信号（離床アラーム）が発せられる。このアラームを聞いた介護（介助を含む。）をする者（介護者）は、被験者がベッドから離床したことを知り、離床した被験者の介護などのため、被験者のもとへ向かうことができる。
【０００５】
この測定方法では、被験者の在床状況の計測の精度を高くするため、離床判定に用いられる荷重値は、一般に、ベッド上に被験者が乗っていない（在床していない）時のベッドの重量を風袋値として風袋処理した荷重値（風袋処理済み荷重値）が用いられる（例えば、特許文献６及び７参照）。そして、風袋処理（ベッドとクッションなどの重量で生じるオフセット成分を無効化する処理）を省く技術も提案されている（例えば、特許文献８参照）。
【０００６】
このような在床状況を検知する方法は、既に、見守り機能を持ったベッドへ実装され、その事業化が進められている（例えば、非特許文献１及び２参照）。そして、呼吸検知などの見守りに必要な機能も提案されており（例えば、特許文献５参照）、様々な新しいサービスが創出されることが想定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−３０５３４３号公報
【特許文献２】特開２００７−１７５２０８号公報
【特許文献３】特開２００７−３３０６５８号公報
【特許文献４】特開２００７−３３０６５９号公報
【特許文献５】特開２００８−２６４３３８号公報
【特許文献６】特開２００３−０７９５８５号公報
【特許文献７】特開２０１１−０１０９１５号公報
【特許文献８】特開２０１３−１２６４３２号公報
【非特許文献】
【０００８】
【非特許文献１】昭和電工株式会社、［online］、トップページ＞ニュースリリース＞２０１３＞当社製離床センサーがフランスベッド（株）の病院施設向けベッドに採用、［平成２６年２月２８日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.sdk.co.jp/news/2013/13448.html）
【非特許文献２】フランスベッド株式会社、［online］、ホーム＞医療・福祉施設＞新製品＞見守りケアシステムＭ−１、［平成２６年２月２８日検索］、インターネット（ＵＲＬ：http://www.francebed.co.jp/iryofukushi/special/mimamori/）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、これらの技術は、ベッドの４隅の全てに荷重センサを搭載しており、４つのセンサが情報を相互に送信する機能を有線又は無線で構築しなければならない点を制約とする。この制約にセンサ数の増加という点を加えれば、従来技術はコストのかかる方式であるといえる。
【００１０】
本発明は、上記課題を鑑みてなされたものであり、人物の在床状況を検知するベッド及び在床状況検知システムにおいて、コスト面を改善することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）本発明は、寝床が置かれるフレームと、前記フレームを支持する複数の脚と、前記複数の脚のいずれか１つの脚に設けられ、該１つの脚に作用する振動を検知する１つのセンサと、前記複数の脚の全部又は一部の剛性を異ならせることで、前記センサが設けられた前記１つの脚の振動を励起させる励起機構と、を備えていることを特徴とする、ベッドである。
【００１２】
本発明によれば、励起機構によって、センサが設けられた脚の振動を励起させることで、センサ数の削減に伴う性能の劣化が抑制される。このため、従来の技術は、４箇所に荷重センサを取り付ける必要があるが、本発明では、センサの取付けが１箇所で済む。ひいては、コスト面が飛躍的に改善される。なお、これまで、センサ数を削減する試みがなされなかった理由は、削減に伴う性能の劣化を解決する方法がなかったことにある。
【００１３】
（２）本発明はまた、前記励起機構は、前記センサが設けられた前記１つの脚の剛性を相対的に低くし、前記センサが設けられた前記１つの脚から最も離れた前記脚の剛性を相対的に高くしたことを特徴とする、上記（１）に記載のベッドである。
【００１４】
上記発明によれば、センサが設けられた脚の剛性が相対的に低いので、当該脚のみに振動を励起させることができる。すなわち、上記発明のように、複数の脚の剛性に指向性を持たせることで、寝床に体重がかかった際の脚の変位（振動）を、任意の方向に増幅させることが可能となる。そして、息のような微小な振動を１つのセンサのみで検知するにはきわめて高い感度が必要であるが、上記発明によれば、感度が高いので、１つのセンサで微小な振動も検知できる。
【００１５】
（３）本発明はまた、前記複数の脚は、前記フレームの四隅に配置される４つであることを特徴とする、上記（１）又は（２）に記載のベッドである。
【００１６】
（４）本発明はまた、前記センサは、前記寝床の上で臥位となる人物の足の側の前記１つの脚に設けられていることを特徴とする、上記（３）に記載のベッドである。
【００１７】
上記発明によれば、振動の発生源となる人物の足の側にセンサが設けられているので、センサによる振動の検知をより確実なものにできる。
【００１８】
（５）本発明はまた、前記センサは、左右のいずれか一方の側から前記人物が乗り降りする前記寝床の場合、前記人物が乗り降りする側の前記１つの脚に設けられていることを特徴とする、上記（３）又は（４）に記載のベッドである。
【００１９】
上記発明によれば、振動が発生する側である人物が乗り降りする側にセンサが設けられているので、センサによる振動の検知をより確実なものにできる。
【００２０】
（６）本発明はまた、前記４つの脚は、前記寝床がぐらつかない範囲で、一方の対角の２つを相対的に長くし、かつ、他方の対角の２つを相対的に短くしたことで、前記一方の対角の２つに静的負荷を集中させたものであり、前記センサは、前記一方の対角の２つの脚のいずれか一方に設けられていることを特徴とする、上記（３）〜（５）のいずれかに記載のベッドである。
【００２１】
上記発明によれば、センサが設けられた脚にかかる静的荷重を、従来と比較して、最大で約２倍まで大きくすることができる。このように、脚の長さの調整により、センサへの荷重を集中させたことで、センサ感度を向上させることができる。
【００２２】
（７）本発明はまた、前記センサが出力した信号の値を時間微分することで、前記センサの感度を高める微分回路を備えていることを特徴とする、上記（１）〜（６）のいずれかに記載のベッドである。
【００２３】
ベッドには、最大で例えば２００ｋｇ程度の荷重がかかるが、それに対して呼吸で変動する成分の比は小さい。ディジタル値として取り込んだ場合にその量子化の影響が大きい。上記発明によれば、微分回路を備え、時間微分した値を用いるので、量子化の影響を受けることなく変動の成分のみを抽出することができる。
【００２４】
（８）本発明はまた、前記センサが出力した信号を、パターンマッチングにより解析することで、前記センサによる検知精度を高める解析手段を備えていることを特徴とする、上記（１）〜（７）のいずれかに記載のベッドである。
【００２５】
従来の技術では、重心位置や荷重などの物理量の変化に基づき振動を検知しているが、センサ数を１つに限定した場合には、センサの非線形性が高くなり、物理量を正しく得られないことがある。ただし、非線形性は、検知精度を劣化させるものであるが、センシングの再現性を下げるものではない。そこで、上記発明では、物理量とは直接対応しないセンサ出力値と過去の履歴から得られる信号を、ダイナミックプログラミング法などの手法で比較・照合し、パターンマッチングにより状態を認識するようにしたので、センサによる検知精度を高めることができる。
【００２６】
（９）本発明はまた、介護又は介助を必要とする人物が利用するものであることを特徴とする、上記（１）〜（８）のいずれかに記載のベッドである。
【００２７】
（１０）本発明はまた、寝床が置かれるフレームと、前記フレームを支持する複数の脚と、を備えるベッドに取り付けられ、在床状況を検知する在床状況検知システムであって、前記複数の脚のいずれか１つの脚に設けられ、該１つの脚に作用する振動を検知する１つのセンサと、前記複数の脚の全部又は一部の剛性を異ならせることで、前記センサが設けられた前記１つの脚の振動を励起させる励起機構と、を備えていることを特徴とする、在床状況検知システムである。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の上記（１）〜（９）に記載のベッド、及び上記（１０）に記載の在床状況検知システムによれば、コスト面を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施形態に係るベッドの外観斜視図である。
【図２】ベッドの使用状態図であり、（Ａ）は人物が臥位となる場合を示し、（Ｂ）は乗り降りするために人物が座位となる場合を示す。
【図３】（Ａ）は各脚の負荷を説明する図であり、（Ｂ）は比較対象の場合を示す。
【図４】マイコンのハード構成を概略的に示すブロック図である。
【図５】ＣＰＵの機能構成を示すブロック図である。
【図６】（Ａ）はセンサが出力した信号の値の時刻歴であり、（Ｂ）は（Ａ）に示す値を時間微分した値の時刻歴である。
【図７】パターンマッチングによる解析を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係るベッド１について詳細に説明する。
【００３１】
まず、図１〜図７を用いて、ベッド１の構成について説明する。図１は、ベッド１の外観斜視図である。図２は、ベッド１の使用状態図である。図２（Ａ）は、人物ＭＡＮが臥位となる場合を示す。図２（Ｂ）は、乗り降りするために人物ＭＡＮが座位となる場合を示す。図３（Ａ）は、各脚１２ａ〜１２ｄの負荷を説明する図である。図３（Ｂ）は、比較対象の場合を示す。図４は、マイコン１５のハード構成を概略的に示すブロック図である。図５は、ＣＰＵ１６の機能構成を示すブロック図である。図６（Ａ）は、センサ１３が出力した信号の値の時刻歴である。図６（Ｂ）は、センサ１３が出力した信号の値の時刻歴である。図７は、パターンマッチングによる解析を説明する図である。なお、本図及び以降の各図において、一部の構成を適宜省略して、図面を簡略化する。そして、本図及び以降の各図において、部材の大きさ、形状、厚みなどを適宜誇張して表現する。
【００３２】
図１及び図２に示されるベッド１は、介護又は介助を必要とする人物（被験者）ＭＡＮが利用することに好適なものである。このベッド１は、センサ１３を利用して、人物の臥床、離床、重心位置などの在床状況を検知するものである。具体的に、ベッド１は、マットレスなどの寝床１０と、フレーム１１と、複数（本実施形態では、４つ）の脚１２ａ，１２ｂ，１２ｃ，１２ｄと、センサ１３と、複数（本実施形態では、３つ）のスペーサ１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、マイコン１５（図８参照）と、などを備えている。
【００３３】
フレーム１１は、矩形状を呈し、四隅の脚１２ａ〜１２ｄによって支持されている。このフレーム１１は、寝床１０が置かれる枠を構成する。複数の脚１２ａ〜１２ｄは、フレーム１１の四隅に配置され、当該フレーム１１を支持する。
【００３４】
センサ１３は、複数の脚１２ａ〜１２ｄのうち１つの脚１２ａの先端に設けられ、当該１つの脚１２ａに作用する振動（応力）や、寝床１０における人物ＭＡＮの重心位置などを検知する。このようなセンサ１３は、振動や重心位置などを検知することができればどのようなセンサであってもよいが、後述する力覚センサであってもよい。そして、センサ１３は、検知した値を信号にしてマイコン１５（図４参照）に出力する。
【００３５】
なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示されるように、センサ１３は、寝床１０の上で臥位となる人物ＭＡＮの足の側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における下側）の１つの脚に設けられていることが好ましく、また、左右のいずれか一方の側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における左側）から人物ＭＡＮが乗り降りする寝床１０の場合、当該人物ＭＡＮが乗り降りする側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における左側）の１つの脚に設けられていることが好ましい。
【００３６】
そして、センサ１３は、寝床１０の上で臥位となる人物ＭＡＮの足の側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における下側）であって、かつ、左右のいずれか一方の側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における左側）から人物ＭＡＮが乗り降りする寝床１０の場合、当該人物ＭＡＮが乗り降りする側（図２（Ａ）及び図２（Ｂ）における左側）の脚１２ａに設けられていることがより好ましい。
【００３７】
複数のスペーサ１４は、複数の脚１２ａ〜１２ｄのうち、センサ１３が設けられた脚１２ａを除く３つの脚１２ｂ〜１２ｄの先端に設けられる。これら複数のスペーサ１４ｂ〜１４ｄは、センサ１３と共に、励起機構として機能する。すなわち、センサ１３及び複数のスペーサ１４ｂ〜１４ｄは、複数の脚１２ａ〜１２ｄの全部又は一部の剛性を異ならせることで、センサ１３が設けられた１つの脚１２ａの振動を励起させる励起機構として機能する。
【００３８】
具体的に、励起機構は、センサ１３の剛性を相対的に低くし、複数のスペーサ１４ｂ〜１４ｄのうち、センサ１３から最も離れたスペーサ１４ｄの剛性を相対的に高くしている。そして、励起機構は、残りのスペーサ１４ｂ，１４ｃの剛性を、センサ１３の剛性よりも高く、かつ、スペーサ１４ｄの剛性よりも低くして、中程度としている。これにより、センサ１３が設けられた脚１２ａの剛性が相対的に低くなり、センサ１３が設けられた脚１２ａから最も離れた脚１２ｄの剛性が相対的に高くなる。すなわち、励起機構は、センサ１３が設けられた脚１２ａの剛性を相対的に低くし、センサ１３が設けられた脚１２ａから最も離れた脚１２ｄの剛性を相対的に高くする。
【００３９】
センサ１３及びスペーサ１４ｂ〜１４ｄを含めた脚１２ａ〜１２ｄの長さは、寝床１０がぐらつかない範囲で、一方の対角の２つ（脚１２ａ，１２ｄ）の長さＬ１を相対的に長くし、かつ、他方の対角の２つ（脚１２ｂ，１２ｃ）の長さＬ２（＜Ｌ１）を相対的に短くしている。結果、センサ１３は、一方の対角の２つの脚１２ａ，１２ｄの一方（脚１２ａ）に設けられている。これにより、一方の対角の２つ（脚１２ａ，１２ｄ）に静的負荷を集中させている。結果、センサ１３が設けられている脚１２ａに静的負荷を集中させることができる。
【００４０】
例えば、図３（Ａ）に示されるように、相対的に長さが長い脚１２ａ，１２ｄには１９０Ｎの応力がそれぞれ掛かる一方、相対的に長さが短い足１２ｂ，１２ｃには１０Ｎの応力がそれぞれ掛かる。これに対し、図３（Ｂ）に示されるように、４本の脚の長さが同じ場合には、全ての脚のそれぞれに、１００Ｎの応力が均等に掛かる。
【００４１】
図４に示されるように、マイコン１５は、ＣＰＵ１６と、ＲＡＭ１７と、ＲＯＭ１８と、などを備えている。
【００４２】
ＣＰＵ１６は、各種プログラムが実行されて、各種機能を実現する。ＲＡＭ１７は、ＣＰＵ１６の作業領域として使用される。ＲＯＭ１８は、ＣＰＵ１６で実行される各種プログラムや各種データなどを記憶する。
【００４３】
図５に示されるように、ＣＰＵ１６には、微分回路１９と、解析手段２０と、などが構築される。
【００４４】
微分回路１９は、センサ１３で検知され当該センサ１３が出力した信号の値（図６（Ａ）参照）を時間微分して、時間微分値（図６（Ｂ）参照）を算出する。これにより、センサ１３で検知された値の感度を高める。すなわち、微分回路１９は、センサ１３の感度を高める。なお、時間微分値は、寝床１０における人物ＭＡＮの呼吸による振動を拾うための値であり、寝床１０における人物ＭＡＮの重心位置の移動を拾うための値ではない。寝床１０における人物ＭＡＮの重心位置の移動を拾うためには、センサ１３が出力した信号の値（時間微分していない値）がそのまま用いられる。
【００４５】
解析手段２０は、センサ１３で検知され当該センサ１３が出力した信号（又は微分回路１９で時間微分された値の信号）を、パターンマッチングにより解析することで、センサ１３による検知精度を高める。具体的に、解析手段２０は、センサ１３が出力した信号（又は微分回路１９で時間微分された値の信号）について軌跡取得（軌跡の特徴点抽出、線形正規化処理、方向特徴抽出など）を行う。そして、解析手段２０は、取得した軌跡（図７参照）と、予め記憶されている各パターン（図７参照）と、を比較するパターンマッチングを行う。パターンマッチングには、例えば、音声処理では一般的なＤＰ（ダイナミックプログラミング、動的計画法）マッチングを用いることができる。すなわち、解析手段２０は、取得した軌跡と、予め記憶されている各パターンと、の類似度を算出して、その類似度が最も高いパターンであると認識判定する。すなわち、認識判定されたパターンと予め紐付けられた在床状況であると判定される。このパターンマッチングは、特に、人物の重心位置の移動軌跡について判定する場合に適している。
【００４６】
次に、センサ１３に用いることが可能な力覚センサの基本原理について、物体を支える支点に力覚センサが設けられている場合を例に説明する。
【００４７】
まず、物体を１つの支点で支持する場合について説明する。この場合、物体の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用することで、位置ベクトルをＰ１とする支点には、応力Ｆ１及びモーメントＭ１が作用する。そして、力の釣合いを示す下記式（１）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（２）が成り立つ。
【００４８】
Ｆｄｉｓ＋Ｆ１＝０・・・（１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐ１）＋Ｍ１＝０・・・（２）
【００４９】
そして、上記式（１）を成分分解することで、下記式（３）〜下記式（５）が導かれる。
【００５０】
Ｆｄｉｓｘ＝−Ｆ１ｘ・・・（３）
Ｆｄｉｓｙ＝−Ｆ１ｙ・・・（４）
Ｆｄｉｓｚ＝−Ｆ１ｚ・・・（５）
【００５１】
また、上記式（２）を展開することで、下記式（６）〜下記式（８）が導かれる。
【００５２】
Ｍ１ｘ＝Ｆｄｉｓｚ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）−Ｆｄｉｓｙ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）・・・（６）
Ｍ１ｙ＝Ｆｄｉｓｘ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）−Ｆｄｉｓｚ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）・・・（７）
Ｍ１ｚ＝Ｆｄｉｓｙ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）−Ｆｄｉｓｘ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）・・・（８）
【００５３】
さらに、上記式（６）〜上記式（８）に上記式（３）〜上記式（５）を代入することで、下記式（９）〜下記式（１１）が導かれる。
【００５４】
Ｍ１ｘ＝−Ｆ１ｚ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）＋Ｆ１ｙ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）・・・（９）
Ｍ１ｙ＝−Ｆ１ｘ（Ｐｄｉｓｚ−Ｐ１ｚ）＋Ｆ１ｚ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）・・・（１０）
Ｍ１ｚ＝−Ｆ１ｙ（Ｐｄｉｓｘ−Ｐ１ｘ）＋Ｆ１ｘ（Ｐｄｉｓｙ−Ｐ１ｙ）・・・（１１）
【００５５】
そして、上記式（９）及び上記式（１０）を整理することで、下記式（１２）が導かれる。
【００５６】
Ｐｄｉｓｚ＝（Ｍ１ｘ−Ｆ１ｚＰ１ｙ）／Ｆ１ｙ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｙ）Ｐｄｉｓｙ
＝（−Ｍ１ｙ−Ｆ１ｚＰ１ｘ）／Ｆ１ｘ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｘ）Ｐｄｉｓｘ・・・（１２）
【００５７】
ここで、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙは、力覚センサによって取得される測定値である。そして、Ｐ１ｘ，Ｐ１ｙ，Ｐ１ｚは、マイコンなどの記憶手段に予め記憶されている既知の値である。したがって、上記式（１２）では、Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚだけが未知数である。すなわち、上記式（１２）は、ｙ−ｚ平面に投影された直線が下記式（１３）であり、ｘ−ｚ平面に投影された直線が下記式（１４）である３次元空間の直線を表している。
【００５８】
Ｐｄｉｓｚ＝（Ｍ１ｘ−Ｆ１ｚＰ１ｙ）／Ｆ１ｙ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｙ）Ｐｄｉｓｙ・・・（１３）
Ｐｄｉｓｚ＝（−Ｍ１ｙ−Ｆ１ｚＰ１ｘ）／Ｆ１ｘ＋Ｐ１ｚ＋（Ｆ１ｚ／Ｆ１ｘ）Ｐｄｉｓｘ・・・（１４）
【００５９】
作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）は、上記式（１２）で表される３次元空間の直線と、物体の外面の領域と、の交点として求められる。すなわち、作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）は、上記式（１２）と、物体の外面の領域を表す位置ベクトルＰｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚの関係式と、から求められる。ひいては、作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に作用する外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）も求められる。つまり、このような力覚センサを、上記実施形態のセンサ１３に用いることで、ベッド１の脚１２ａに作用する振動（応力）や、寝床１０における人物ＭＡＮの重心位置などを検知することが可能になる。
【００６０】
なお、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙの５種類の測定値を使用する場合を例に説明したが、力覚センサは、Ｆ１ｘ，Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１ｚのうちの５種類の測定値を使用することができればよく、例えば、上記式（４）〜上記式（８）から求める場合には、Ｆ１ｙ，Ｆ１ｚ，Ｍ１ｘ，Ｍ１ｙ，Ｍ１ｚの５種類の測定値を使用することになる。すなわち、力覚センサは、３軸方向の応力成分及び２軸以上の軸回りのモーメント成分、又は、２軸以上の方向の応力成分及び３軸回りのモーメント成分を測定値として取得することができればよい。
【００６１】
次に、物体を複数の支点で支持する場合について、４つの支点で支持するときを例に説明する。この場合、物体の作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）に外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）が作用することで、位置ベクトルをＰ１とする支点には応力Ｆ１及びモーメントＭ１が、位置ベクトルをＰ２とする支点には応力Ｆ２及びモーメントＭ２が、位置ベクトルをＰ３とする支点には応力Ｆ３及びモーメントＭ３が、位置ベクトルをＰ４とする支点には応力Ｆ４及びモーメントＭ４が、それぞれ作用する。そして、力の釣合いを示す下記式（２１）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（２２）が成り立つ。
【００６２】
Ｆｄｉｓ＋Ｆ１＋Ｆ２＋Ｆ３＋Ｆ４＝０・・・（２１）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐ１）＋Ｆ２×（Ｐ２−Ｐ１）＋Ｆ３×（Ｐ３−Ｐ１）＋Ｆ４×（Ｐ４−Ｐ１）・・・（２２）
【００６３】
この場合、複数の力覚センサによって取得される５種類の測定値などを用いることで、上記式（２１）及び上記式（２２）から、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が求められる。
【００６４】
なお、力覚センサの数をｍ個に拡張した場合、力の釣合いを示す下記式（２３）及び下記式（２４）が成り立つと共に、モーメントの釣合いを示す下記式（２５）及び下記式（２６）が成り立つ。
【００６５】
Ｆｄｉｓ＋Ｆｓｕｍ＝０・・・（２３）
Ｆｓｕｍ＝ΣＦｊ・・・（２４）
Ｆｄｉｓ×（Ｐｄｉｓ−Ｐｏ）＋Ｍｓｕｍ・・・（２５）
Ｍｓｕｍ＝Σ｛Ｆｊ×（Ｐｊ−Ｐｏ）｝＋ΣＭｊ・・・（２６）
【００６６】
ここで、Ｆｊは力覚センサで測定したｊ番目の支点に作用する応力の測定値、Ｍｊは力覚センサで測定したｊ番目の支点に作用するモーメントの測定値、Ｐｊはｊ番目の支点の位置ベクトル、Ｐｏはモーメントを求める基準位置の位置ベクトル、Ｆｓｕｍは全ての支点に作用する応力の総和、Ｍｓｕｍは全ての支点に作用するモーメントの総和、Σはｊ＝１からｍ（ｍ：力覚センサの数）までの総和をそれぞれ示す。ただし、ｊ番目の支点に作用するモーメントの値は、応力Ｆｊの測定値から算出した値、又はモーメントＭｊの測定値のいずれか一方を用いる。
【００６７】
この場合、４つの支点で支持する場合と同様、複数の力覚センサによって取得される５種類の測定値などを用いることで、上記式（２３）〜上記式（２６）から、外力Ｆｄｉｓ（Ｆｄｉｓｘ，Ｆｄｉｓｙ，Ｆｄｉｓｚ）の大きさ及びその作用点Ｐｄｉｓ（Ｐｄｉｓｘ，Ｐｄｉｓｙ，Ｐｄｉｓｚ）が求められる。なお、力覚センサの詳細は、特許第４９８８５４５号公報を参照されたい。
【００６８】
このように、ベッド１によれば、励起機構（センサ１３及びスペーサ１４ｂ〜１４ｄ）によって、センサ１３が設けられた脚１２ａの振動を励起させることで、センサ数の削減に伴う性能の劣化が抑制される。このため、従来の技術は、４箇所に荷重センサを取り付ける必要があるが、本発明では、センサ１３の取付けが１箇所で済む。ひいては、コスト面が飛躍的に改善される。なお、これまで、センサ数を削減する試みがなされなかった理由は、削減に伴う性能の劣化を解決する方法がなかったことにある。
【００６９】
そして、センサ１３が設けられた脚１２ａの剛性が相対的に低いので、当該脚１２ａのみに振動を励起させることができる。すなわち、本実施形態のように、複数の脚１２ａ〜１２ｄの剛性に指向性を持たせることで、寝床１０に体重がかかった際の脚１２ａ〜１２ｄの変位（振動）を、任意の方向に増幅させることが可能となる。そして、息のような微小な振動を１つのセンサ１３のみで検知するにはきわめて高い感度が必要であるが、本実施形態によれば、感度が高いので、１つのセンサ１３で微小な振動も検知できる。
【００７０】
また、振動の発生源となる人物ＭＡＮの足の側にセンサ１３が設けられているので、センサ１３による振動の検知をより確実なものにできる。さらに、振動が発生する側である人物ＭＡＮが乗り降りする側にセンサ１３が設けられているので、センサ１３による振動の検知をより確実なものにできる。
【００７１】
そして、４つの脚１２ａ〜１２ｄについて、寝床１０がぐらつかない範囲で、一方の対角の２つ（脚１２ａ，１２ｄ）を相対的に長くし、かつ、他方の対角の２つ（脚１２ｂ，１２ｃ）を相対的に短くし、センサ１３が、一方の対角の２つの脚１２ａ，１２ｄの一方（脚１２ａ）に設けられているので、センサ１３が設けられた脚１２ａにかかる静的荷重を、従来と比較して、最大で約２倍まで大きくすることができる。このように、脚１２ａ〜１２ｄの長さの調整により、センサ１３への荷重を集中させたことで、センサ感度を向上させることができる。
【００７２】
ところで、ベッド１には、最大で例えば２００ｋｇ程度の荷重がかかるが、それに対して呼吸で変動する成分の比は小さい。ディジタル値として取り込んだ場合にその量子化の影響が大きい。本実施形態によれば、微分回路１９を備え、時間微分した値を用いるので、量子化の影響を受けることなく変動の成分のみを抽出することができる。
【００７３】
そして、従来の技術では、重心位置や荷重などの物理量の変化に基づき振動を検知しているが、センサ数を１つに限定した場合には、センサの非線形性が高くなり、物理量を正しく得られないことがある。ただし、非線形性は、検知精度を劣化させるものであるが、センシングの再現性を下げるものではない。そこで、本発明では、物理量とは直接対応しないセンサ出力値と過去の履歴から得られる信号を、ダイナミックプログラミング法などの手法で比較・照合し、パターンマッチングにより状態を認識するようにしたので、センサ１３による検知精度を高めることができる。
【００７４】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、その趣旨及び技術思想を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。また、各変形例は、可能な範囲で他の変形例に適用することができる。
【００７５】
すなわち、上記実施形態において、各構成の位置、大きさ、長さ、数量、形状、材質、向きなどは適宜変更できる。
【００７６】
あるいは、上記実施形態では、在床状況検知システムが組み込まれたベッド１の場合を例に説明したが、本発明はこれに限定されず、ベッドに組み込まれる前の在床状況検知システムであってもよい。すなわち、ベッド１における在床状況検知システムは、センサ１３と、複数のスペーサ１４ｂ，１４ｃ，１４ｄと、マイコン１５と、などを備えているが、ベッド１に組み込まれる前のものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明に係るベッドは、介護又は介助を必要とする人物が利用することに好適なものである。すなわち、本発明に係るベッドは、病院用、在宅介護用、一人暮らしの老人用など、種々の用途がある。
【符号の説明】
【００７８】
１  ベッド
１０  寝床
１１  フレーム
１２ａ〜１２ｄ  脚
１３  センサ（励起機構）
１４ｂ〜１４ｄ  スペーサ（励起機構）
１９  微分回路
２０  解析手段
ＭＡＮ  人物
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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