(57)【要約】【課題】食事支援を効率良く行うことができるようにする。【解決手段】先端に掬い部１４Ａが設けられたロボットアーム１２と、載置された食器を傾斜させた状態で回転させる機構が設けられた傾斜回転装置２０と、を設け、食器を傾斜させた状態で回転させ、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるようにロボットアーム及び傾斜回転装置を制御する。【選択図】　　　図１
2004008327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端に掬い部が設けられたロボットアームと、
食物を収納する食器が載置されると共に、載置された食器を傾斜させかつ回転させる機構が設けられた傾斜回転装置と、
食器を傾斜させた状態で回転させ、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるように前記ロボットアーム及び前記傾斜回転装置を制御する制御装置と、
を含む食事支援装置。
【請求項２】
食物を収納する食器が載置される載置部が複数個設けられた回転可能なターンテーブルと、
先端に掬い部が設けられたロボットアームと、
ターンテーブに載置された食器のいずれかが載置されると共に、載置された食器を傾斜させかつ回転させる機構が設けられた傾斜回転装置と、
食器を傾斜させた状態で回転させると共に、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるように前記ロボットアーム及び前記傾斜回転装置を制御する制御装置と、
を含む食事支援装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、食事支援装置に係り、特に、ロボットを用いて高齢者や身体障害者等の食事を支援する食事支援装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、手足の不自由な身体障害者等が一人で食事ができるように支援するロボットを用いた食事支援装置が提案されている（日本機械学会誌　２００２．５　Ｖｏｌ．１０５　Ｎｏ．１００２）。この食事支援装置は、スプーンとフォークとが装着されたハンドアーム、ジョイスティック、及びコンピュータから構成されており、テーブルに載置された食器の近傍に配置される。この食事支援装置によれば、ジョイスティックによって操作することにより、スプーンとフォークとで食物を挟んで操作者の口元まで搬送することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の従来の食事支援装置ではスプーンとフォークとで食物を挟むように構成されているため、食器の隅部に存在する食物や食器の底部に存在する食物を効率良く挟むことができず、食器に残存する食物量が多くなることから食事支援を効率良く行うことができない、という問題があった。また、食物を挟むように構成されていることからスープ等の液状食物に対する食事支援を行なうことができない、という問題があった。
【０００４】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたもので、食物を掬い上げるようにロボットアームを制御することによって、食事支援を効率良く行うことができるようにした食事支援装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第１の発明は、先端に掬い部が設けられたロボットアームと、食物を収納する食器が載置されると共に、載置された食器を傾斜させかつ回転させる機構が設けられた傾斜回転装置と、食器を傾斜させた状態で回転させ、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるように前記ロボットアーム及び前記傾斜回転装置を制御する制御装置と、を含んで構成したものである。
【０００６】
本発明によれば、食器を傾斜させた状態で回転させ、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるようにロボットアーム及び傾斜回転装置を制御することにより、食器に残存する食物量を少なくすることができるので、食事支援を効率良く行うことができる。
【０００７】
本発明では、食器を回転させる際の回転軸は、鉛直方向を向いた軸、食器の底面に垂直な軸の何れでもよいが、鉛直方向を向いた軸を中心に食器を回転させると食器の底面と掬い部との角度が変化するので、食器を大きく傾斜させる場合には、食器の底面に垂直な軸を中心に回転させるのが良い。
【０００８】
また、第２の発明は、食物を収納する食器が載置される載置部が複数個設けられた回転可能なターンテーブルと、先端に掬い部が設けられたロボットアームと、ターンテーブに載置された食器のいずれかが載置されると共に、載置された食器を傾斜させかつ回転させる機構が設けられた傾斜回転装置と、食器を傾斜させた状態で回転させると共に、掬い部を食器の食物収納部に挿入して食器の回転方向と逆方向に掬い動作させるように前記ロボットアーム及び前記傾斜回転装置を制御する制御装置と、を含んで構成したものである。
【０００９】
本発明によれれば、食物を収納する食器が載置される載置部が複数個設けられた回転可能なターンテーブルが設けられているので、種類が異なる食物が収納された食器を複数個ターンテーブルに載置して、目的とする食物が収納された食器を選択することにより、種類が異なる食物の食事支援を効率良く行うことができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００１１】
本実施の形態には、図１に示すように、テーブル１０上に取り付けられたロボットアーム１２が設けられている。ロボットアーム１２は、操作者の前後方向に並進運動可能な基部１２Ａに、複数のリンクとリンク間に設けられた複数の間接とで構成されたアーム部１２Ｂを連結して構成されている。
【００１２】
ロボットアーム１２の手首部には、先端に掬い部１４Ａが形成されたれんげ等のスプーン１４の柄部１４Ｂがコイルスプリングやゴム製のロッド等の弾性部材を介在させて取り付けられている。このようにロボットアームの手首部にスプーンを取り付けることにより、ロボットアーム先端に掬い部が設けらるている。この手首部は、図７に示すように、ｘｙｚの各座標軸を中心に回転可能である。
【００１３】
また、テーブル１０には、回転軸が鉛直方向に向くようにステッピングモータ１６が固定されている。ステッピングモータ１６の回転軸には、貫通孔１８Ａが周方向に沿って複数個穿設されたターンテーブル１８が中心部において固定されている。貫通孔１８Ａの内径は、食物を収納した皿等の食器の底部に形成された糸底を含む底部中心部分が挿入可能な大きさである。
【００１４】
テーブル１０上でかつターンテーブル１８に穿設された貫通孔１８Ａの直下に位置するように、食器が載置されると共に、載置された食器を傾斜させかつ回転させる傾斜回転機構が設けられた食器搭載装置２０が固定されている。
【００１５】
食器搭載装置２０には、回転軸が鉛直方向を向くようにテーブル１０に固定されたステッピングモータ３２が設けられており、ステッピングモータ３２の回転軸には、外径がターンテーブル１８に穿設された貫通孔１８Ａの内径より小さいディスク２２が回転軸と共に回転可能に固定されている。ディスク２２の裏面の周方向に沿った１２０°間隔の位置には、回転軸２６がディスク２２を鉛直上方に貫通するように、リニアステッピングモータ３０が固定されている。この回転軸２６の各々は、ディスク２２に対して回転可能に設けられている。
【００１６】
また、回転軸２６の先端には、外径がディスク２２と略同一で、中心に食器の底部中心部分が挿入可能な大きさの貫通孔２４Ａが穿設されたドーナツ状ディスク２４が、図示しないジョイントを介して取り付けられている。ドーナツ状ディスク２４の上面には、貫通孔２４Ａの周方向に沿ってゴムやスポンジ等で形成された緩衝材２８が等間隔に複数個固定されている。回転軸２６の中間部には、初期位置を設定するためのプッシュスイッチ３４が取り付けられている。
【００１７】
この食器搭載装置２０によれば、リニアステッピングモータ３０を回転させると、回転軸２６が軸方向に移動してドーナツ状ディスク２４とディスク２２との間の距離を変化させることができる。このため、いずれかのリニアステッピングモータ３０の回転軸を回転させると、この回転軸が取り付けられた部分が上昇または下降するので、ドーナツ状ディスク２４を傾斜させることができる。また、ステッピングモータ３２を回転させるとドーナツ状ディスク２４がディスク２２と共に回転するので、ドーナツ状ディスク２４を傾斜させた状態でドーナツ状ディスク２４を鉛直軸を中心に回転させることができる。
【００１８】
この食器搭載装置２０によれば、ドーナツ状ディスクの外径がターンテーブルの貫通孔の内径より小さいので、ターンテーブルに食器を載置した状態でターンテーブルの貫通孔を貫通するようにドーナツ状ディスクを鉛直上方に上昇させることで、ターンテーブルに載置された食器をドーナツ状ディスク上に載置させることができる。また、ドーナツ状ディスクに載置された食器を傾斜させた状態で回転させることができる。
【００１９】
本実施の形態の食事支援装置を操作する操作者の近傍には、２本の接触子４０、４２を備えたタッチセンサ４４が設けられている。一方の接触子は食事支援装置の動作を選択するために使用され、他方の接触子は選択された動作を決定するために使用される。また、タッチセンサ４４には、選択された動作を発光色を変化させることによって表示するための異なる色の光を発光する複数のＬＥＤで構成された表示部４６が設けられている。
【００２０】
また、本実施の形態には、ロボットアーム、ターンテーブル、及び食器搭載装置等を制御するためのパーソナルコンピュータ５０が設けられており、このパーソナルコンピュータ５０には、ロボットアームのモータ、ターンテーブルを回転させるステッピングモータ、食器搭載装置に設けられているモータ、及びタッチセンサが接続されている。
【００２１】
また、本実施の形態の食事支援装置には、ターンテーブル及びディス等の位置を検出するクフォトインターラプタ等のフォトセンサが取り付けられているが、図示を省略した。
【００２２】
次に、図５を参照してパーソナルコンピュータで実行される本実施の形態の食事支援ルーチンについて説明する。
【００２３】
まず、掬い上げ動作は、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように座標を定め、ｘ軸回りの回転角であるロール角をＲ、ｙ軸回りの回転角であるピッチ角をＰ、ｚ軸回りの回転角であるヨー角をＹとすると、ロール角Ｒ及びヨー角Ｙを同時に回転させることにより行う動作である。すなわち、掬い上げ動作は、ｘ軸及びｙ軸の２軸を同時に回転させることにより行う動作であり、スプーンの掬い部は、柄部の軸心を中心に回転しながら手首部を中心として略水平面上を移動する。掬い上げ動作におけるロール角Ｒの動作範囲は１８０°〜３６０°、ピッチ角Ｐの動作範囲は０°〜β°であり、βは以下で説明するように４２°である。なお、ｚ軸回りには回転させないためヨー角Ｙは０°である。
【００２４】
上記掬い動作について図８を参照して更に詳細に説明する。図において、αは、食器のＹ軸に対する傾き角、βは、スプーンのＹ軸に対する傾き角、ｒはスプーンの曲率半径、Ｒは食器の内部の曲率半径である。
【００２５】
スプーン及び食器の曲面は複数の曲面の組合せによって構成されている。スプーンの外周縁を含む平面が鉛直方向を向くようにスプーンの姿勢を制御し、スプーンの食器の底面に当接する部分を含む領域の周縁部の曲率半径をｒ、食器の底面のスプーンが当接する部分におけるスプーンの周縁を含む鉛直面で切断した断面の曲率半径をＲとすると、スプーンと食器とが最もフィットするのはＲ＝ｒのときである。Ｒとｒとが等しくなる曲率半径を調べた結果、Ｒ＝ｒ＝０．０３〔ｍ〕であった。
【００２６】
また、この２つの曲率の中心が鉛直方向に重なり合う時のα、βはα＝０°、β＝５０°のときであった。食物を掬う際には対象とするＲ，ｒがＹ軸に対して垂直であることが望ましく、この時のα、βの値はα＝８°、β＝４２°であった。
【００２７】
ステップ１００では、プッシュスイッチ３４等を操作することによって、ターンテーブルやドーナツ状ディスク等を初期位置に位置させるための初期値の設定を行なう。初期値の設定を行なった後、食物を収納した皿等の食器の糸底部をターンテーブル１８の貫通孔に挿入して、食器をターンテーブル１８に載置する。次のステップ１０２では、タッチセンサを操作することによって、ターンテーブルを回転させ、希望の食物を収納した食器が食器搭載装置の直上に位置したところで、タッチセンサを操作することによって希望の食物を収納した食器を停止させる。これによって、希望の食物を収納した食器が選択される。
【００２８】
次のステップ１０４では、タッチセンサの操作によって食物をかき集めるかき集め動作が選択されたか否かを判断し、かき集め動作が選択されたか場合には、ステップ１０６においてロボットアームを制御してスプーンを往復移動させることにより、スプーンによって食物を掬い易い部位にかき集める。
【００２９】
一方、ステップ１０４でかき集め動作が選択されなかったと判断されたときは、ステップ１０８において以下で説明するアーム・テーブルの協調動作を行なって食物を掬い上げる動作を行なう。
【００３０】
スプーンによって食物を掬った後、ステップ１１０において掬った食物を操作者の口元に搬送するようにロボットアームを制御する。次のステップ１１２では、タッチセンサの操作によって食物を再度食べるための操作が行なわれたか否かを判断し、食物を再度食べるための操作が行なわれた場合には、ステップ１０２に戻って上記の処理を繰り返し、掬った食物を操作者の口元に搬送するようにロボットアームを制御する。食物を再度食べるための操作が行なわれない場合には、このルーチンを終了する。
【００３１】
次に、図６を参照してアーム・テーブルの協調動作について説明する。図では、ロボットアームの制御と食器搭載装置による皿の制御とを関連させて記載した。
【００３２】
まず、ステップ１２０ではロボットアームの先端、すなわちスプーンの先端を食器まで移動させる制御を開始し、ステップ１２２でこの移動させる制御を終了する。スプーンの先端を食器まで移動させた状態で、スプーンの柄部は水平面に対して所定角β傾斜した状態になる。また、スプーンの先端を食器まで移動させた状態でスプーンの掬い部は、食物を掬う動作がし易いように、掬い部の周縁部を含む平面が鉛直または鉛直面に対して鉛直下方を向くように所定角傾斜させるのが好ましい。
【００３３】
スプーンの先端を食器まで移動させる制御を行なっている最中に、ステップ１３０では食器搭載装置の３つのリニアステッピングモータを同時に同じ方向に回転させてドーナツ状ディスクを鉛直上方に移動させて食器を上方に持ち上げる動作を開始し、ステップ１３２でこの動作を終了する。これによって、食器がドーナツ上ディスク上に載置される。
また、ステップ１３４においてリニアステッピングモータのいずれか１つ、または２つを回転させて食器の一端を持ち上げることにより食器を水平面に対して所定角度α傾斜させる動作を開始し、ステップ１３６でこの動作を終了する。
【００３４】
ステップ１２４では、ロボットアーム先端のスプーンが掬い動作するようにロボットアームを制御し、スプーンが水平方向に対して所定角度β傾斜した状態でスプーンの掬い部が鉛直上方を向いたときにステップ１２６において掬い動作を終了する。スプーンに掬い動作させるためには、上記のようにｘ軸及びｙ軸の２軸を同時に回転させればよい。
【００３５】
スプーンが掬い動作するようにロボットアームを制御しながら、食器搭載装置を制御し、搭載された食器が鉛直軸を中心に所定角度（例えば、３６０度）回転するように制御し、ステップ１４０でこの動作を終了する。スプーンの掬い動作は、食器の回転方向と逆方向にスプーンを回転させる動作であるので、効率良く食物を掬い上げることができる。
【００３６】
ステップ１２８では、スプーンによって掬い上げられた食物を操作者の口元に搬送するようにロボットアームを制御すると共に、ステップ１４２において食器の傾きが初期値（水平）に戻るように食器搭載装置を制御すると共に、ドーナツ状ディスクをが初期位置に戻るように食器搭載装置を制御する。
【００３７】
なお、上記では、スプーンを用いる例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、掬い部を備えた食器であれば他のさじの類を使用することができる。また、上記では、食器を傾斜させた状態で鉛直軸を中心に回転させる例について説明したが、食器を傾斜させた状態で食器の底面に垂直な軸を中心に回転させるようにしてもよい。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、食物を掬い上げるようにロボットアームを制御しているので、液状食物に対する食事支援やその他の食事支援を効率良く行うことができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す概略図である。
【図２】本実施の形態のターンテーブルと食器搭載装置とを示す斜視図である。
【図３】本実施の形態の食器搭載装置を示す斜視図である。
【図４】本実施の形態の食器搭載装置を示す斜視図である。
【図５】本実施の形態の食事支援ルーチンを示す流れ図である。
【図６】図５のアーム・テーブルの強調動作処理の詳細を示す流れ図である。
【図７】（Ａ）はスプーン、食器、及び座標の関係を示す概略図であり、（Ｂ）は手首部の回転角を説明する概略図である。
【図８】食器断面とスプーンとの関係を示す線図である。
【符号の説明】
１２　ロボットアーム
１４　スプーン
１６　ターンテーブル
２０　食器搭載装置
２４　ドーナツ状ディスク
【図１】
2004008327.tif 000003
【図２】
2004008327.tif 000004
【図３】
2004008327.tif 000005
【図４】
2004008327.tif 000006
【図５】
2004008327.tif 000007
【図６】
2004008327.tif 000008
【図７】
2004008327.tif 000009
【図８】
2004008327.tif 000010