(57)【要約】【課題】簡易な構造で、脚部を昇降する複数のアクチュエータの動作速度のばらつきを少なくして操作性を向上させたベッド装置を提供する。【解決手段】いずれかのアクチュエータＲＡのモータ電流値が閾値ＳＬを超えると、制御部は当該閾値ＳＬを越えた最も負荷が重いアクチュエータＲＡのモータ電流値から負荷の大きさを推定し、制御可能な範囲内の所定移動速度まで下げ、当該変更後の移動速度にならって他のアクチュエータＦＡならびに理想的なアクチュエータＶＡの移動速度の傾きを変更する。【選択図】図１
2008259630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定フレームにリンク機構を介して可動フレームを支持する脚部を昇降する複数のアクチュエータを備えたベッド装置であって、
複数のアクチュエータを個別に駆動する駆動部と、
各アクチュエータの出力信号から移動位置、移動速度の演算を行なって各駆動部へ制御指令を個別に送信する演算部と、
予め記憶した理想的なアクチュエータの動作軌跡を記憶した仮想動作プログラムが格納された記憶部と、
各アクチュエータの電流値から負荷の大きさを推測し、負荷に見合ったモータ電流値となるよう演算部を通じて駆動部へフィードバック制御する制御部を備え、
前記制御部へ起動信号が入力されると記憶部より仮想動作プログラムを読み出して累積カウンタ値で特定される理想的なアクチュエータの総移動量を演算すると共に複数のアクチュエータを起動し、いずれかのアクチュエータのモータ電流値が閾値を超えると、当該閾値を越えた最も負荷が重いアクチュエータのモータ電流値から負荷の大きさを推定し、制御可能な範囲内の所定速度まで下げ、当該変更後の移動速度にならって他のアクチュエータ並びに理想的なアクチュエータの移動速度の傾きを変更するべッド装置。
【請求項２】
移動停止信号が入力されると、制御部は演算したカウント値から理想的なアクチュエータの停止目標位置を特定して位置指令を該当する演算部へ転送し、該演算部は動作中のアクチュエータの出力信号から現在の移動位置を演算して停止目標位置に到達するまで駆動部を駆動させて動作中のアクチュエータを停止目標位置まで移動させる請求項１記載のベッド装置。
【請求項３】
固定フレームにリンク機構を介して可動フレームを支持する脚部を昇降する複数のアクチュエータを備えたベッド装置であって、
複数のアクチュエータを個別に駆動する駆動部と、
各アクチュエータの出力信号から移動位置、移動速度の演算を行なって各駆動部へ制御指令を個別に送信する演算部と、
各アクチュエータの電流値から負荷の大きさを推測し、負荷に見合ったモータ回転速度となるよう演算部を通じて駆動部へフィードバック制御する制御部を備え、
制御部は起動信号が入力されると複数のアクチュエータを起動し、モータ回転速度を初期設定速度より遅くなるように変更することで複数アクチュエータ間の速度差を解消して可動フレームの昇降動作を制御するベッド装置。
【請求項４】
制御部は複数のアクチュエータのうち少なくとも一以上のモータ電流値が設定閾値を越えると、当該モータ電流値を変えずにすべてのアクチュエータが制御可能な速度範囲までモータ回転速度を低下させて同じ移動速度で駆動する請求項３記載のベッド装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば病院や介護施設などで用いられ、少なくとも脚部が昇降する昇降式脚部を備えたべッド装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、低床で上下昇降動作を行なう昇降式脚部を２箇所に備えこれらを同時に駆動する電動ベッドが提案されている。この電動ベッドは、ベッド床部に加わる荷重が偏在することから、床部の傾きによる使用者の不快感を解消するため、駆動モータの回転検出手段から回転信号を取り込んで比較演算することにより双方に駆動モータの回転量を制御するようになっている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特公平０７−４３９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、電動ベッドには、昇降式脚部のみならず、背上げや脚部上げ、床ずれ防止など２以上のアクチュエータが用いられる場合が想定される。これらのアクチュエータの動作を併用するとなると、複数アクチュエータ間の停止位置や移動速度を比較演算により調整しなければならず、制御部の演算量が増えて制御動作が複雑になり、製品コストも上昇する。
また、利用者が可動フレーム上に横たわったまま昇降動作を行なうため、負荷の大きさの偏在により昇降速度をできるだけばらつくことなく一定にすること並びに可動フレームの停止位置を一定の位置で止めたいというニーズがある。
【０００４】
本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構造で、脚部を昇降する複数のアクチュエータの動作速度のばらつきを少なくして操作性を向上させたベッド装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は上記目的を達成するため、次の構成を備える。
固定フレームにリンク機構を介して可動フレームを支持する脚部を昇降する複数のアクチュエータを備えたベッド装置であって、複数のアクチュエータを個別に駆動する駆動部と、各アクチュエータの出力信号から移動位置、移動速度の演算を行なって各駆動部へ制御指令を個別に送信する演算部と、予め記憶した理想的なアクチュエータの動作軌跡を記憶した仮想動作プログラムが格納された記憶部と、各アクチュエータの電流値から負荷の大きさを推測し、負荷に見合ったモータ電流値となるよう演算部を通じて駆動部へフィードバック制御する制御部を備え、前記制御部へ起動信号が入力されると記憶部より仮想動作プログラムを読み出して累積カウンタ値で特定される理想的なアクチュエータの総移動量を演算すると共に複数のアクチュエータを起動し、いずれかのアクチュエータのモータ電流値が閾値を超えると、制御部は当該閾値を越えた最も負荷が重いアクチュエータのモータ電流値から負荷の大きさを推定し、制御可能な範囲内の所定移動速度まで下げ、当該変更後の移動速度にならって他のアクチュエータならびに理想的なアクチュエータの移動速度の傾きを変更することを特徴とする。
また、移動停止信号が入力されると、制御部は演算したカウント値から理想的なアクチュエータの停止目標位置を特定して位置指令を該当する演算部へ転送し、該演算部は動作中のアクチュエータの出力信号から現在の移動位置を演算して停止目標位置に到達するまで駆動部を駆動させて動作中のアクチュエータを停止目標位置まで移動させることを特徴とする。
【０００６】
他の手段としては、固定フレームにリンク機構を介して可動フレームを支持する脚部を昇降する複数のアクチュエータを備えたベッド装置であって、複数のアクチュエータを個別に駆動する駆動部と、各アクチュエータの出力信号から移動位置、移動速度の演算を行なって各駆動部へ制御指令を個別に送信する演算部と、各アクチュエータの電流値から負荷の大きさを推測し、負荷に見合ったモータ回転速度となるよう演算部を通じて駆動部へフィードバック制御する制御部を備え、制御部は起動信号が入力されると複数のアクチュエータを起動し、モータ回転速度を初期設定速度より遅くなるように変更することで複数アクチュエータ間の速度差を解消して可動フレームの昇降動作を制御することを特徴とする。
また、制御部は複数のアクチュエータのうち少なくとも一以上のモータ電流値が設定閾値を越えると、当該モータ電流値を変えずにすべてのアクチュエータが制御可能な速度範囲までモータ回転速度を低下させて同じ移動速度で駆動することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
上述したベッド装置を用いれば、制御部へ起動信号が入力されると記憶部より仮想動作プログラムを読み出して累積カウンタ値で特定される理想的なアクチュエータの総移動量を演算すると共に複数のアクチュエータを起動し、いずれかのアクチュエータのモータ電流値が閾値を越えると、当該閾値を越えた最も負荷が重いアクチュエータのモータ電流値から負荷の大きさを推定し、制御可能な範囲内の所定速度まで下げ、当該変更後の移動速度にならって他のアクチュエータならびに理想的なアクチュエータの移動速度の傾きを変更することで、理想的なアクチュエータ及び負荷を負うすべてのアクチュエータを所定の移動速度へ鈍らせる。これにより、可動フレームに偏在する負荷により、起動しているアクチュエータどうし、起動しているアクチュエータと理想的なアクチュエータ間の速度差が必要以上に広がることなく可動フレームを移動制御することができる。
また、移動停止信号が入力されると、制御部は演算したカウント値から理想的なアクチュエータの停止目標位置を特定して位置指令を該当する演算部へ転送し、該演算部は動作中のアクチュエータの出力信号から現在の移動位置を演算して停止目標位置に到達するまで駆動部を駆動させて動作中のアクチュエータを停止目標位置で停止する。これにより、可動フレームの最終的な停止位置が揃えられるので、使用者は違和感なく利用することができる。
また、理想的なアクチュエータはあくまで１個であるので負荷を負うアクチュエータの数が増えても制御部が演算した理想的なアクチュエータの停止目標位置まで移動させて停止することができ、制御動作が簡易に行なえる。
また、制御部は起動信号が入力されると複数のアクチュエータを起動し、モータ回転速度を初期設定速度より遅くなるように変更することで複数アクチュエータ間の速度差を解消して可動フレームの昇降動作を制御する。これによっても、複数同時に動作するアクチュエータの移動速度のばらつきを抑えることができる。
特に、制御部は複数のアクチュエータのうち少なくとも一以上のモータ電流値よりが設定閾値を越えると、モータ電流値を変えずにすべてのアクチュエータが制御可能な速度範囲までモータ回転速度を低下させて同じ速度で駆動することで可動フレームの移動速度の差を解消できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明に係るベッド装置の最良の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。本実施例は、アクチュエータを２箇所に備えたベッド装置を例示して説明するものとする。
【０００９】
[第１実施例]
先ず、ベッド装置の一例について図３の概略構成図を参照して説明する。図３（ａ）、（ｂ）において、設置面に載置される脚部に相当する固定フレーム１にはリンク２、３を介して可動フレーム４が上下動可能に支持されている。可動フレーム４には布団や毛布などが載置されて使用者が寝台として使用される。可動フレーム４は、頭部フレーム４ａと脚部フレーム４ｂ、４ｃに分かれている。頭部フレーム４ａと脚部フレーム４ｂ、４ｃは折り曲げ可能に分割されているが、昇降動作は一体として行なわれる。
【００１０】
図３（ｃ）において、頭部フレーム４ａと脚部フレーム４ｃの直下に対応する固定フレーム４ａには駆動源として第１、第２のアクチュエータ（サーボモータ）Ａ、Ｂが設けられている。図３（ｂ）において、第１のアクチュエータＡに連繋して進退動（上下動）する作動軸５が頭部フレーム４ａと、第２のアクチュエータＢに連繋して進退動する作動軸６が脚部フレーム４ｃと各々連結されている。また、手前側のリンク２の両端側は、固定フレーム１と脚部フレーム４ｃに回転可能に連結されている。奥側のリンク３の両端側は固定フレーム１と頭部フレーム４ａに回転可能に連結されている。
【００１１】
次に、図２を参照して、ベッド装置の制御系のブロック図について説明する。
第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂは、第１、第２の駆動回路（駆動部）２１、２２によって個別に駆動される。制御部２３（マイクロコントローラ）には、第１、第２の演算回路２４、２５（演算部）が設けられている。第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂの出力信号（ＦＧパルス信号）が第１、第２のパルスカウンタ２６、２７によりカウントされ、各カウント値に基づいて第１、第２の演算回路２４、２５が演算を行なって各アクチュエータＡ，Ｂの移動位置、移動速度を検出する。第１、第２の演算回路２４、２５は、第１、第２の駆動回路２１、２２へ制御指令を個別に送信する。第１、第２の駆動回路２１、２２は制御指令に基づいて第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂの動作を制御する。制御部２３には、フラッシュメモリ（ＥＥＰＲＯＭなど）の記憶部２８に理想的なアクチュエータの動作軌跡を示す仮想動作プログラム（バーチャルアクチュエータ）が格納されている。また、制御部２３には図６及び図７に示すアクチュエータＡ、Ｂに用いられるモータに関するモータ電流−推力（トルク）特性、推力（トルク）−モータ速度特性に関する特性データが記憶されている。
【００１２】
図２において、制御部２３には、第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂ（実アクチュエータ）から検出されるモータ電流値が入力される。図１において、いずれかのアクチュエータのモータ電流値の差が閾値ＳＬを越えたとき（図１では高負荷側アクチュエータＲＡ）、制御部２３は例えば図６のグラフ図においてモータ電流値からモータ負荷（推力）を推定し、図７のグラフ図において推力から制御可能なモータ回転速度（回転数）を判定する。
【００１３】
コントローラや操作スイッチなどの入力部２９から制御部２３へ起動信号が入力されると（例えばスイッチを押し続けている間）、制御部２３は記憶部２８からワークエリアに仮想動作プログラムを読み出してバーチャルアクチュエータを起動させ、累積カウンタ値で特定される理想的なアクチュエータの総移動量を演算する。また、制御部２３に入力部２９から移動停止信号が入力されると（例えばスイッチから手を離すと）、バーチャルアクチュエータのカウント値から理想的なアクチュエータの停止目標位置を特定して位置指令を第１、第２の演算回路２４、２５へ転送する。
【００１４】
第１、第２の演算回路２４、２５は第１、第２アクチュエータＡ、Ｂの各出力信号から現在の移動位置を演算して停止目標位置に到達するまで第１、第２の駆動回路２１、２２を各々駆動させて各アクチュエータＡ、Ｂをバーチャルアクチュエータに追従させて停止目標位置まで移動させる。
【００１５】
図１において、バーチャルアクチュエータの動作軌跡ＶＡは、完全無負荷状態を想定して動作させる。よって、バーチャルアクチュエータの動作軌跡ＶＡは、必ず負荷がかかった実アクチュエータ（第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂ）の動作軌跡ＦＡ、ＲＡより移動速度が速く設定される。可動フレーム４上の負荷の偏在により、バーチャルアクチュエータと第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂとの速度差（累積カウンタ値）若しくは第１のアクチュエータＡと第２のアクチュエータＢとの速度差（累積カウンタ値）が拡大するおそれがある。
【００１６】
そこで、制御部２３は、図１において、負荷を負ういずれかのアクチュエータＡ，Ｂのモータ電流値が閾値ＳＬを超えると、以下に述べるように各アクチュエータの移動速度を変更する。図１にバーチャルアクチュエータの動作軌跡ＶＡと、第１、第２アクチュエータＡ，Ｂの動作軌跡ＦＡ、ＲＡをグラフ図に示す。縦軸は累積カウント値（移動量）、横軸は時間を表している。原点は、可動フレーム４が最低位置にある状態（図３（ａ）参照）を示す。制御部２３は、閾値を越えた最も負荷が重いアクチュエータＲＡのモータ電流値から負荷の大きさを推定する。例えば、図６においてモータ電流が４．０Ａであるとすると、モータ負荷はおよそ６０００Ｎ付近であると推定される。次いで図７において、モータ負荷が６０００Ｎで制御可能なモータ回転数は図８よりおよそ２０００ｒｐｍであることが判定できる。
【００１７】
図１において、時間ＲＴＡにおいて、アクチュエータＲＡの移動速度を制御可能な範囲内の所定移動速度まで下げると、当該変更後の移動速度にならってそれより負荷が小さい（移動速度が速い）他のアクチュエータＦＡならびに理想的なアクチュエータＶＡの移動速度の傾きを変更する（図１の破線グラフ参照）。移動速度の変更は、図２において第１、第２の演算回路２４，５から第１，第２の駆動回路２１，２２へモータ電流値の変更を指令する（フィードバック制御）。また、バーチャルアクチュエアータの動作軌跡ＶＡの傾きは、記憶部２８から読み出された仮想動作プログラムにおいてバーチャルアクチュエータの動作速度（カウント速度）を遅くなるように書き換える（図１の一点鎖線グラフ参照）。
これにより、可動フレーム４に偏在する負荷により、起動しているアクチュエータＡ，Ｂどうし、起動しているアクチュエータＡ，Ｂと理想的なアクチュエータ間の速度差が必要以上に広がることなく可動フレーム４を移動制御することができる。
【００１８】
そして、入力部２９から停止信号が入力される（スイッチの押圧を解除する）と、バーチャルアクチュエータの動作軌跡ＶＡは時間ＴＡで停止し、このときの累積カウント値Ｘ１から総移動量（原点からの移動量）が算出される。時間ＴＡにおいて、第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂの動作軌跡ＦＡ，ＲＡから累積カウント値が総移動量に届いていない。このため、第１、第２の演算回路２４，２５は、更に第１、第２の駆動回路２１，２２に駆動信号を出力して累積カウント値がＸ１になる時間ＴＢ、ＴＣまで第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂを動作させてから停止する（図３（ｂ）参照）。
【００１９】
以上より、負荷を負ったアクチュエータＡ，Ｂのうちいずれかのモータ電流値が閾値ＳＬを越えると先ず負荷が最も重いアクチュエータの移動速度を制御可能な移動速度まで鈍らせ、これにならって他のアクチュエータならびに理想的なアクチュエータの移動速度の傾きを変更する。よって、理想的なアクチュエータ及び負荷を負うすべてのアクチュエータを所定の移動速度へ鈍らせる。これにより、理想的なアクチュエータ（バーチャルアクチュエータ）と起動しているアクチュエータＡ，Ｂ間、起動しているアクチュエータＡ，Ｂ間の速度差が必要以上に広がることなく駆動源が正常範囲の駆動状態で可動フレーム４を移動することができる。
【００２０】
また、制御部２３は演算したカウント値から理想的なアクチュエータの停止目標位置を特定して位置指令を該当する第１、第２の演算回路２４、２５へ転送し、該第１、第２の演算回路２４、２５は動作中のアクチュエータＡ，Ｂの出力信号から現在の移動位置を演算して停止目標位置に到達するまで第１、第２の駆動回路２１、２２を駆動させて動作中のアクチュエータを停止目標位置で停止する。これにより、可動フレーム４の最終的な停止位置が揃えられるので、使用者は違和感なく利用することができる。
【００２１】
以上のベッド装置は、アクチュエータの数が昇降部に２箇所の場合を例示したが、これらのほかに、背上げ用、脚上げ用、傾き用の各アクチュエータを増加することも可能である。この場合でも、バーチャルアクチュエータはあくまで１個であるので、負荷を負うアクチュエータの数が増えてもバーチャルアクチュエータの理想的な停止目標位置まで移動させて停止することができ、制御動作が簡易に行なえコストも低廉に抑えられる。
【００２２】
また、可動フレーム４を駆動する駆動源（第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂ）やリンク機構の構成は任意に設計可能である。例えば、図４（ａ）〜（ｃ）において、固定フレーム１には幅方向両側に第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂが設けられている。第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂに連繋する作動軸５、６が互いに長手方向反対向きに進退動するようになっている。また、作動軸５、６の一端には折り畳みリンク７、８の一端と回転可能に連結されている。また折り畳みリンク７、８の他端は可動フレーム４の脚部フレーム４ｃ、頭部フレーム４ａと各々回転可能に連結されている。
【００２３】
可動フレーム４が最低位置にある状態（図４（ａ）参照）において、入力部２９から駆動源の動作指令が入力されると、仮想動作プログラムが読み出されてバーチャルアクチュエータが起動して動作パルスがカウントされ、第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂが各々起動するようになっている。そして、作動軸５、６が互いに反対向きに伸びると、折り畳みリンク７、８が展開されて可動フレーム４が上昇するようになっている（図４（ｂ）参照）。尚、図４（ｄ）において、折り畳みリンク７、８どうしは互いに支点９を中心に回転可能に連繋していてもよい。また、リンク機構の構成は、上記実施の形態に限定されるものではなく、様々な機構を作用できる。
【００２４】
[第２実施例]
次に、ベッド装置の制御系の他例について図５乃至図８を参照して説明する。第１実施例と同一部材には同一の番号を付して説明を援用するものとする。ベッド装置の概略構成は図３、図４と同様であるが制御系の構成が異なっている。即ち、本実施例は、制御部２３にバーチャルアクチュエータ（仮想動作プログラム）を格納しておらず、モータ電流値から第１、第２のアクチュエータＡ，Ｂの負荷の大きさを推測し、負荷に見合ったモータ回転速度となるよう第１、第２の演算回路２４、２５を通じて第１、第２の駆動回路２１、２２へフィードバック制御する。
【００２５】
入力部２９から駆動源の動作指令が入力される（スイッチが押される）と、制御部２３は、第１、第２の駆動回路２１、２２を通じて第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂを起動する。また、可動フレーム４上の負荷の偏在によりアクチュエータＡ，Ｂのうちいずれかの移動速度が早まったり遅くなったりする。複数のアクチュエータのうち少なくとも一以上のモータ電流値が設定閾値を越えると、当該モータ電流値を変えずにすべてのアクチュエータが制御可能な速度範囲までモータ回転速度を低下させて同じ移動速度で駆動する（図５模式図参照）。
【００２６】
制御部２３は、閾値を越えた１のアクチュエータのモータ電流値から負荷の大きさを推定する。例えば、図６において第２のアクチュエータＢのモータ電流が閾値３、５Ａを越えて４．０Ａであるとすると、モータ負荷はおよそ６０００Ｎ付近であると推定される。次いで図７において、モータ負荷が６０００Ｎで制御可能なモータ回転数は図８よりおよそ２０００ｒｐｍであることが判定できる。よって、図８において、第１、第２のアクチュエータＡ、Ｂの移動速度をモータ回転数２０００ｒｐｍで駆動することで可動フレーム４の移動速度の差を解消できる。上記構成によっても、アクチュエータの数が増えても、複数同時に動作するアクチュエータの移動速度のばらつきを抑えて、簡易な構成で操作性や使い勝手を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】バーチャルアクチュエータとアクチュエータの動作軌跡を示すグラフ図である。
【図２】ベッド装置の制御系のブロック図である。
【図３】ベッド装置の概略構成を示す説明図である。
【図４】他例に係るベッド装置の概略構成を示す説明図である。
【図５】他例に係るベッド装置の制御系のブロック図である。
【図６】モータ電流−推力（トルク）特性のグラフ図である。
【図７】推力（トルク）−モータ速度特性のグラフ図である。
【図８】モータ電流−モータ速度特性のグラフ図である。
【符号の説明】
【００２８】
１  固定フレーム
２、３  リンク
４  可動フレーム  
４ａ  頭部フレーム  
４ｂ、４ｃ  脚部フレーム  
５、６  作動軸  
７、８  折り畳みリンク  
９  支点  
Ａ  第１のアクチュエータ  
Ｂ  第２のアクチュエータ  
２１  第１の駆動回路  
２２  第２の駆動回路  
２３  制御部  
２４  第１の演算回路  
２５  第２の演算回路  
２６  第１のパルスカウンタ  
２７  第２のパルスカウンタ  
２８  記憶部  
２９  入力部
【図１】
2008259630.tif 000003
【図２】
2008259630.tif 000004
【図５】
2008259630.tif 000005
【図６】
2008259630.tif 000006
【図３】
2008259630.tif 000007
【図４】
2008259630.tif 000008
【図７】
2008259630.tif 000009
【図８】
2008259630.tif 000010