(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被抱き上げ物を抱き上げる操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部と、該支持部を上下に移動させる動力部と、操作者の両腕による被抱き上げ物の抱き上げ動作に伴って発生する力とその方向を上記支持部で検出される荷重の値と変化から検知する力センサと、該力センサで検出された操作者の力とその方向に応じて、前記操作者の両腕を支持する支持部の上下移動用の上記動力部を作動させて操作者の動きを補助する制御部とからなることを特徴とする抱き上げ補助装置。
【請求項２】
請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であって、支持部が受ける荷重をセンサで検出するとともに、操作者が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、検出した荷重と上記基準値との比較で操作者の挙動を判断し、該判断結果に基づいた方向に支持部を動かすことを特徴とする抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項３】
抱き上げて降ろす一連の動作を複数作業に分割して各分割作業毎に制御ルーティンを設定し、各作業の終了をセンサ出力値やその変化から判断して各分割作業用制御ルーティンを順次実行させていくことを特徴とする請求項２記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項４】
操作者の腕にかかる鉛直方向負荷が一定となるように制御することを特徴とする請求項２記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項５】
操作者の腕にかかる負荷の検出値の増減に基づいて制御する負荷を増減させることを特徴とする請求項２記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項６】
支持部の上下動範囲を操作者に合わせて可変とし、設定された上下動範囲内で支持部の上下動を行うことを特徴とする請求項２記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項７】
請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であって、支持部が受ける荷重をセンサで検出して該荷重の検出値から動力部のモータ位置、速度、トルクの指令値を発生させることを特徴とする抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項８】
検出値の増減に関係なく一定の指令値を発生させることを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項９】
指令値の加減速をＳ字カーブを描く特性のものととすることを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項１０】
検出値に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力することを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項１１】
検出値に比例ゲインを乗じたものに制御物体の移動速度や移動量からの補正項を加えたものを指令値として出力することを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項１２】
検出値を予め設定してある基準値と比較して、不足分に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力することを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項１３】
力の検出値に基づく力指令値と、位置の検出値に基づく位置指令値とを合成してトルクの指令値として出力することを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【請求項１４】
位置情報からトルク指令値を決定することを特徴とする請求項７記載の抱き上げ補助装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人を抱き上げたり物を持ち上げたりする動作を補助する抱き上げ補助装置とこの補助装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寝たきりとなっている患者を抱き上げてベッドから車椅子等に移すのはきわめて重労働であることから、このような動作を補助するためのものとして、特公平３−４１１８１号公報に示された患者用ホイストがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ホイストは動作速度が遅いために作業時間が長く、体重の重い患者にのみ用いられているのが現状であり、また患者側からすれば、機械で吊り下げられるために不安感がつきまとうとともに、物と同等のものとして扱われるという不満が生じる。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは患者はあくまで操作者（介護者）が抱き抱えるものの操作者の肉体的負担をきわめて小さくすることができる抱き上げ補助装置及びその制御方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る抱き上げ補助装置は、被抱き上げ物を抱き上げる操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部と、該支持部を上下に移動させる動力部と、操作者の両腕による被抱き上げ物の抱き上げ動作に伴って発生する力とその方向を上記支持部で検出される荷重の値と変化から検知する力センサと、該力センサで検出された操作者の力とその方向に応じて、前記操作者の両腕を支持する支持部の上下移動用の上記動力部を作動させて操作者の動きを補助する制御部とからなることに特徴を有している。被抱き上げ物を抱き上げる操作者の腕にかかる被抱き上げ物の荷重を支持部で支持するとともに該支持部を操作者の動きに伴って発生する力に応じて駆動部で上下動させることによって、操作者の肉体的負担を軽減させるものである。
【０００６】
そして本発明に係る抱き上げ補助装置の制御方法は、請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であり、支持部が受ける荷重をセンサで検出するとともに、操作者が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、検出した荷重と上記基準値との比較で操作者の挙動を判断し、該判断結果に基づいた方向に支持部を動かすことに特徴を有している。
【０００７】
この制御に際しては、抱き上げて降ろす一連の動作を複数作業に分割して各分割作業毎に制御ルーティンを設定し、各作業の終了をセンサ出力値やその変化から判断して各分割作業用制御ルーティンを順次実行させていくようにしておくのが好ましい。
【０００８】
また、上記制御にあたり、操作者の腕にかかる鉛直方向負荷が一定となるように制御するほか、操作者の腕にかかる負荷の検出値の増減に基づいて制御する負荷を増減させるようにしてもよい。
【０００９】
支持部の上下動範囲を操作者に合わせて可変とし、設定された上下動範囲内で支持部の上下動を行うものとするのも好ましい。
【００１０】
請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御にあたっては、支持部が受ける荷重をセンサで検出して該荷重の検出値から動力部のモータ位置、速度、トルクの指令値を発生させるとよく、この時、検出値の増減に関係なく一定の指令値を発生させたり、あるいは指令値の加減速をＳ字カーブを描く特性のものとしたり、検出値に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力するとよい。検出値に比例ゲインを乗じたものに制御物体の移動速度や移動量からの補正項を加えたものを指令値として出力したり、検出値を予め設定してある基準値と比較して、不足分に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力したり、さらには力の検出値に基づく力指令値と、位置の検出値に基づく位置指令値とを合成してトルクの指令値として出力するようにしてもよい。
【００１１】
位置情報からトルク指令値を決定するのも好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について説明すると、図１に示す抱き上げ補助装置は、床面と平行な水平移動のためのキャスター４０を備えたベース４と、ベース４から立設された２本のガイド軸４１，４１及びねじ軸４２と、ガイド軸４１にスライド自在に嵌合しているとともにねじ軸４２と螺合するナット部３０を備えている昇降部３と、昇降部３に固定された２本のアーム２，２と、両アーム２に夫々設けられた支持部１，１とからなるもので、ベース４には上記ねじ軸４２を回転させるモータ４３が配設されて、モータ４３によるねじ軸４２の回転でアーム２を備えた昇降部３が上下動を行うものとなっている。
【００１３】
先端に支持部１を夫々備えている各アーム２は、その途中に関節部２０を備えたもので、該関節部２０により、昇降部３側と支持部１側とのなす角度が可変となっているが、通常時は関節部２０の角度可変機構が作動しないようにされている。なお、アーム２は図２に示すようにその長手方向に伸縮させることができるようにしていてもよく、この伸縮を動力で行えるようにしていてもよい。
【００１４】
アーム２における支持部１は、患者９を抱いた操作者（介護者）８の腕（手を含む）を支えるためのもので、患者９の体重は操作者８の腕を介して支持部１で支持されるために、操作者８は患者９を抱いているものの、患者９を支えることに力は要しない。
【００１５】
しかして該補助装置においては、ベッドに寝ている患者９を抱き上げる場合、昇降部３を下降させ、操作者８は支持部１に腕を載せた状態で腕とアーム２とを患者９の体の下方に差し込み、この状態で昇降部３をモータ４３の駆動で上昇させることで患者９を抱き上げるのである。この時の患者の下方に腕を指し込む動作は、ベース４が備えるキャスター４０による全体の水平移動で行うことができ、前述のようにアーム２が伸縮自在となっていれば、アーム２の伸縮によっても行うことができる。患者９をベッドに戻す場合は昇降部３を下降させる。ベース４にはキャスター４０を設けているために、患者９を別のベッドに移したり、車椅子に載せたりすることもできる。後述するようにベース４を動力で走行させることができるようにしておいてもよい。
【００１６】
上記の昇降部３の上下動が操作者８の指示入力に基づいて行うものについてまず説明すると、図１に示すものでは上記指示入力をアーム２における関節部２０付近に設けた検出部５で行う。この検出部５は、図３に示すようにアーム２から突設した撓み自在な可動部５１の先端に操作者８の腕８０に嵌める係合部５０を設けるとともに、上記可動部５１に歪みゲージ５２を取り付けたもので、患者９を抱いた操作者８が腕８０における自由に動かせる部分を上方へ動かせば、図３(b)に示すように可動部５１が上方側へ撓むことを歪みゲージ５２の出力から検出して昇降部３を上昇させ、操作者８が腕８０を下方へ動かせば、図３(c)に示すように可動部５１が下方側へ撓むことを歪みゲージ５２の出力から検出して昇降部３を下降させる。なお、撓み方向に応じて昇降部３を上下させるだけでなく、撓み量に応じて昇降部３の昇降速度も制御するようにしてもよい。
【００１７】
可動部５１の撓み方向及び撓み量は、歪みゲージ５２ではなく、図４に示すようにポテンショメータ５３を用いたり、図５に示すように、非接触式ギャップセンサ５４を用いて行ってもよい。また、上記検出部５に代えて、図６に示すような手動操作スイッチ５５、あるいは図７に示すような足踏み操作スイッチ５６で昇降部３の上下動を操作することができるほか、図８に示すように操作者８の声を検出することができる範囲内にマイク５７を設けて、該マイク５７で採取した操作者８の声を音声認識処理し、この処理結果に基づいて昇降部３を上下動させるようにすることができる。
【００１８】
また、患者９を抱き上げるという動作に追随させるために、昇降部３で一対のアーム２，２を同時に上下動させるものを示したが、次に述べる実施の形態で示すように、各アーム２毎に個別に昇降制御することができるようにしてもよく、更には前記関節部２０をモータ駆動のものとし、昇降部３を上昇させる時にアーム２先端が上方側へと回転し、昇降部３を下降させる時にアーム２先端が下方側へ回転するようにしたり、別途指示入力に伴ってアーム２の先端部の回転駆動がなされるようにしておいてもよい。
【００１９】
図９及び図１０に上記支持部１を上下動させることについての本発明に係る一例を示す。これはベース４から２本のガイド軸４１とねじ軸４２との対を２つ立設するとともに、これらガイド軸４１及びねじ軸４２に対応する２つの昇降部３，３を設けて、各ねじ軸４２毎にモータ４３を設けて、２つの昇降部３を個別に昇降させることができるようにしたものであり、また各昇降部３，３から夫々アーム２を突設するとともに、各アーム２の先端に支持部１を設け、さらに各支持部１，１に加えられた荷重を検出する力センサ６，６を設けて、これら力センサ６，６の出力をもとに制御回路ＣＰＵがモータドライバ４８を介して各モータ４３の動作制御を行うものである。
【００２０】
力センサ６としては、図１０に示すように、支持部１に取り付けた歪みセンサを使用することができる。そして、該力センサ６の出力に応じた昇降部３の昇降制御は、次のルーティンを基本に用いて行うが、力センサ６の検出値に基づく制御を行うことで、装置動作時に操作者に対して装置側から加わる力の負担を極力緩和することができる。
【００２１】
すなわち、患者９を抱いた操作者８の腕を支持部１に載せれば、患者９の体重にほぼ応じた荷重Ｆを力センサ６で検出することができ、この状態で操作者８が患者９を抱き上げるために図１０(b)に示すように上方へ力Ｆ１を加えれば、力センサ６が検出する荷重はＦ−Ｆ１となることから、変動をもとに昇降部３を上昇させる。逆に操作者８が患者９を降ろそうとして支持部１を腕８０で押し下げれば、この押し下げ力Ｆ２が上記荷重Ｆに加えられた値が力センサ６で検出されることから、昇降部３を下降させる。
【００２２】
つまり、図１２に示すように、操作者８が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、該基準値より大きな力（荷重）が検出されたならば下向きの力が加えられたとして昇降部３を下降させ、上記基準値より小さな力（荷重）が検出されたならば上向きの力が加えられたとして昇降部３を上昇させるという制御（ただし、図１２(b)に示すように、検出値と基準値との差が設定値内である場合には、昇降動作を行わないという不感帯を設けておくのが好ましい）を行うのである。検出される力（荷重）が常に一定となるようにフィードバック制御するわけであり、この場合、操作者８が患者を持ち上げようとしているのか、あるいは降ろそうとしているのかの意思に応じた昇降動作を行わせることができる。
【００２３】
この時、モータ４３に対する制御は、図１３及び図１４に示すように、力センサ６で検出された力（歪み）と基準値との差が大きくなるほど、モータ４３で発生させるトルクを所定のゲインで大きくするというトルク制御とするのが操作者８の意思に応じたものとなって好ましい結果を得ることができるが、力センサ６で検出される値が常に基準値となるように、腕８０の上げ下げによる基準値からの変動を相殺するトルクを発生させるものであってもよい。また、上記の差が大きくなるほどモータ４３の回転速度を速くするという制御を行ってもよい。
【００２４】
患者９を抱いていない場合には、力センサ６で下向きの力が検出されたならば下降させ、力が検出されない場合は上昇させることによって、操作者８の腕８０の上下の動きにアーム２を追従させることができる。
【００２５】
力センサ６として、図１１に示すように、操作者８の足に加わる鉛直方向の力を検出する第２の力センサ６０を併用するようにしてもよい。操作者８が患者９を抱き上げることで、力センサ６０で検出される荷重が増加する。すなわち、操作者８の体重分から抱き上げる人または物の重量分だけが増加する。この値を基準値として操作者８の腕の挙動を検知して支持部１に力が上記増加分となるように、つまりは力センサ６０で検出される荷重が常に操作者８の体重分となるように支持部１を昇降制御するわけである。
【００２６】
ところで、上述したところから明らかなように、操作者８が患者９を抱いていない状態と、抱き上げている状態とでは異なる制御を行うことになり、従って制御方法の切換が必要であるが、スイッチ操作による切り換えは操作者８の負担が増えて煩わしい。また、操作者８が該抱き上げ補助装置を装着したかどうかを抱き上げ補助装置側で検出することができるようにしておけば、操作者８の抱き上げ補助装置の着脱をスムーズに行うことができる。
【００２７】
このために、装置を装着してアーム２を追従させた状態で患者９を抱き起こし、さらに抱き上げて移動し、抱き降ろした後、装置を取り外すという一連の作業を複数の作業に分割して、分割した作業毎に制御ルーティン及び閾値を設定しておき、力センサ６で検出された値が設定閾値を越えると次の作業に移行したとして、次の作業のための制御ルーティンに移行するようにしておく。このようにすることで、各作業内容に応じた力検出値−モータトルク特性の制御ルーティンを自動で切り換えて実行するものを得ることができる。
【００２８】
図１５は力センサ６を歪みセンサで構成した場合において、操作者８が装置をセットしたことを検知するためのフローを示しており、図１６は操作者８が患者９や物を抱えたことを検知するためのフローを示している。
【００２９】
そして、図１７は操作者８が患者９や物を抱き上げる動作（抱き降ろす動作）を検知して昇降のためのトルクを発生させるためのフローを示しており、読み込んだデータが予め設定してある不感帯を越えなければ、操作者８が動く意思がないと判断して、アーム２の現位置を保つだけのトルクを発生させる。データが不感帯を越えていれば、操作者８が抱け上げまたは抱き降ろしの意思があると判断し、それに見合ったトルクを発生させる。また、データが一定時間以上不感帯を越えなければ、操作者８が抱き上げ又は抱き下げ動作を終了したがっていると判断し、フラッグを立てて本制御のルーティンを終了し、次の作業のための制御ルーティンに移行する。
【００３０】
図１８は操作者８が抱き上げた患者９を移送する場合の動作に応じてトルクを発生させるルーティンを示しており、この場合も読み込んだデータが予め設定してある不感帯を越えなければ、操作者８が動く意思がないと判断して、アーム２の現位置を保つだけのトルクを発生させる。データが不感帯を越えていれば、操作者８が抱け上げまたは抱き降ろしの意思があると判断し、それに見合ったトルクを発生させる。ただし、移送中は大きくアーム２を昇降させることは無いと思われることから、この時の不感帯は通常の抱き上げ抱き降ろし動作時よりも大きく設定しておくのが好ましい。。
【００３１】
図１９は操作者８が患者９（または物）から手を抜く動作を検知するためのルーティンを示しており、読み込まれたデータが操作者８が始めに装置をセットした際の基準値に戻れば、操作者８が患者９をベッドや椅子に降ろして手を抜き去ったと判断して、アーム２の動作を停止するとともに本ルーティンを終了して、次のルーティンに移行する。データが基準値に戻っていなければ、操作者８の手が患者９に接していると判断して、再度データを取得する。
【００３２】
操作者８が装置を外すことの検知は、読み込んだデータが操作者８が始めに装置をセットする以前の値に戻っていれば、操作者８が装置から離れたと判断してアーム２の動作を停止するとともに、非装着状態のフラッグを立てて該検知ルーティンを終了し、操作者８が該装置をセットしたかどうかの検知ルーティンに移行する。
【００３３】
ところで、不感帯の設定値は、操作者８が患者９を抱えるまでは図２０に示すように巾の広い不感帯Ｂを設定値としておき、抱え終わった後は巾の狭い不感帯Ａに移行してアシスト制御するようにしておくとよい。操作者８が患者９を抱える際に起こす微小な検出値の変化には応動しなくなるために誤動作を防止することができる。
【００３４】
また、前述のように操作者８が患者９を抱えた状態で移送する時は、図２１に示すように、患者９を昇降させている時の不感帯Ａよりも巾の広い不感帯Ｂとするのがよい。移送作業中に生じる揺れなどによる微小な検出値には反応しにくくなるために装置の誤動作を避けることができる。操作者８が抱えていた患者９から手を抜く時も、不感帯Ａから巾の広い不感帯Ｂに移行するようにしておく。
【００３５】
不感帯の設定に加えて、検出される歪データの変化率がきわめて大である時には、抱き上げている患者や物を落としたり、抱えたままつまずいたりした事態を想定することができることから、この時には図４６に示すように、異常事態と判断して動作させないようにしておくのが好ましい。
【００３６】
アーム２に関節部２０を備えたものを用いる場合、前述のように、関節部２０で上下に回転駆動されるようにしておいてもよく、この場合、図２２に示すように、関節部２０にトルクセンサ２２を配して、操作者８の腕の動きに伴う関節部２０の回転挙動をトルクセンサ２２で検知し、トルクセンサ２２の出力に応じて関節部２０の上下回転駆動を行うとよい。腕の回転（腕を曲げる動作）を楽に行うことができる。特に、トルクセンサ２２でアーム２の回転によるモーメントを検知し、モーメントの値がある閾値を越えると関節軸にて回転するモータが作動して、操作者８の腕の回転方向にアーム２を追従させ、この動作によって操作者の腕の回転動作の補助を行うようにすれば、装置の簡略化が可能であり、また起動の自動化が可能である。
【００３７】
アーム２としては、図２３及び図２４に示すように、多関節型のものを用いてもよい。図示例の多関節吊り下げ型のアーム２２は、鉛直軸回りの回転を許す軸受け部２３によって昇降部３の上面に取りつけられたものであるとともに、鉛直面内での回転を許す２つの関節部２０，２０を供えたもので、軸受け部２３における回転で図２４(a)に示すように支持部１の左右方向水平移動を、両関節部２０，２０の回転で図２４(b)に示すように支持部１の前後方向水平移動を行わせることができる。ベース４の水平移動がなくても床面に平行な搬送動作を行うことができる。もちろん、これら関節部２０における回転をモータ等の動力による駆動で行うようにしてもよい。
【００３８】
この場合の関節部２０の動力駆動による水平方向の動作は、図２５及び図２６に示すように、腕８０が装着される検出部５に腕の水平方向挙動を検知するセンサ５２を配して、このセンサ５２出力に応じて関節部２０の駆動を行えば良い。上記のセンサ５２による挙動検知は、力を検知するものとし、力の方向（正負）に応じて、支持部１を前進させる方向の関節部２０の回転駆動と支持部１を後退させる方向の関節部２０の回転駆動とを行わせるのが好ましい。
【００３９】
支持部１の前後動作は、前述のようにアーム２を伸縮自在なものとした場合にも行えるが、このアーム２の伸縮動作をたとえばエアシリンダーや電動シリンダー等で行えるようにしておく場合は、上記の多関節型アーム２の場合の制御と同様の手法で、アーム２の伸縮動作の制御を行うとよい。
【００４０】
図２７はベース４にモータ４５によって駆動される走行輪４６を、図２８はモータ４５によって駆動されるクローラ４７を設けて、患者を抱き上げた状態での床面と平行な搬送動作を動力の補助を得て行えるようにしたものを示している。この場合のモータ４５の制御は、スイッチ操作によるものであってもよいが、図２９及び図３０に示すように、ベース４に操作者８の足の前進の動きを検知するセンサ４ａと、足の後退の動きを検知するセンサ４ｂとを設けて、操作者８が足８５を前に出せばセンサ４ａがモータ４５を前進方向に作動させ、足８５を後ろに出せばセンサ４ｂがモータ４５を後退方向に作動させるようにすると、つまりは操作者８とベース４との前後方向位置関係が一定となるように制御すると、操作者８の足の動きに追従した装置全体の移動がなされることになる。
【００４１】
前進か後退かの動きだけでなく、操作者８の足の速度を検知して、検知した速度に応じた走行がなされるようにすると、さらに好ましいものとなる。図３１及び図３２はこの場合の一例を示しており、ベース４の左右には非接触光電型で反射検知タイプの速度センサ４ｃ，４ｃを配置し、各速度センサ４ｃ，４ｃで操作者８の足８５を出す方向と左右の足８５の速度Ｖを測定し、足を出す方向によって前進か後退かを決定し、測定した速度Ｖと同じ速度Ｖでベース４の走行が行われるようにモータ４５を制御する。操作者８に等速度で追従して動作するために、搬送動作をスムーズに行うことができる。
【００４２】
なお、このような動力による走行を行う場合は、図３３に示すように、非接触光電型の反射検知タイプ等の障害物検知センサ４ｄを設けて、障害物を検知した時にはモータ４５を停止させるようにしておくのが好ましい。図示例では前進時にのみ障害物検知動作がなされるようにしたものを示したが、後退時用の障害物センサも設けるのが好ましく、左右の動きについても障害物を検知した時にはブレーキをかけて装置を停止させるものとするのが好ましい。また、操作者８の前進と後退とを検知する上記センサ４ａ，４ｂあるいはセンサ４ｃによる出力で、前述の多関節型アーム２の前後動や、伸縮型アーム２の前後伸縮動作を制御するようにしてもよい。
【００４３】
操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部１は、操作者８の手先部分を受けるのではなく、図３４あるいは図３５に示すように、前腕部の肘近くの部分を受けるものとすれば、抱き上げ補助を行う際の肘のずれを心配することなく搬送作業を行うことができるものとなり、また、支持部１の断面形状を操作者の肘から前腕にかけての断面形状に合わせたものとしておくことで、操作者が抱き上げた時に痛みなどを感じることがなくなる。図３６に示すように、肘から手先にかけての前腕全体を保持することができる形状に支持部１を形成してもよい。さらに楽に抱き上げ動作を行うことができる。また、いずれの支持部１にしても、支持部１に腕を固定することができる手段を設けるとよい。
【００４４】
図３７に他例を示す。ここではアーム２として関節部２０を備えていないものを用いるとともに、支持部１として肘の部分を受けるものを用いている。そして、支持部１を受ける部分などに配した歪ゲージなどのセンサからなる検出部５において歪または変形量を検出して、この値をコントローラにフィードバックする。コントローラはフィードバックされたデータを基に次の駆動に最適な制御モード（位置，速度，力）を選択すると同時に、その指令値を算出し、モータドライバーに出力するものとしてある。操作者の意思に安定な系で、操作者に追従させることができる。
【００４５】
この時、図３８に示すように、検出値の増減に関係なく、検出値が設定した閾値以下であれば一定の負の指令値を出力し、閾値以上であれば一定の正指令値を出力するようにすると、検出値と閾値の大小を比較するだけで出力を決定することができるために制御を簡単に行うことができる。
【００４６】
コントローラが出力する指令値は、その加減速が図３９に示すＳ字カーブを描くようにしておくと、滑らかな加減速動作が得られるために、操作者が感じる不快感を低減することができる。
【００４７】
また、図４０に示すように、歪データＨｎをフィードバックして前回の値との差を取ったものにゲインＫｐを乗じてトルクまたは速度指令値として出力すると、つまりは検出値に比例ゲインを乗じたものを出力すると、パワーアシストの応答の立ち上がり速度を速くすることができる。
【００４８】
検出値に比例ゲインを乗じたものに、さらに制御物体の移動速度や移動量に応じた補正項を加えて指令値として出力するようにしてもよい。たとえば、図４１に示すように、フィードバックした歪データから作成したパワーアシストの指令値に対して、エンコーダなどにより計測した速度の補正分を付加したものを指令値として出力するのである。人の動きへの追従特性を改善することができる。
【００４９】
検出値と基準値とを比較し、不足分に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令値として出力してもよい。たとえば図４２に示すように、フィードバックした歪データＨｎを予め設定してある基準データＨｐと比較し、基準データＨｐよりも小さければ正の指令値を、大きければ負の指令値を出力する。この場合のパワーアシスト応答の立ち上がり速度を速くすることができる。
【００５０】
力検出値からの力指令値と位置からの位置情報値とを合成してトルク指令値として出力するのも好ましい。図４３に示すように、予め設定した移動量の間、アーム２の位置を監視しつつ操作者が感ずるトルクが一定となるようにトルク指令値を出力すれば、アーム２にかかっている負荷に合わせたトルク出力が可能となるために、目標位置を保つ制御が可能となる。
【００５１】
位置情報からトルク指令値を決定して、アーム２を一定位置に保つことも好ましい。図４４に示すように、位置データをコントローラにフィードバックし、基準位置よりもアーム２が下がればトルクを増大させ、基準位置よりもアーム２が上がればトルクを減少させる指令値を出力する。一定以上の時間の間、基準位置にアーム２が停滞すれば、その時点のトルクを初期トルクとする。操作者８が患者９を抱き上げた段階でスイッチ等の操作をしなくても、患者９の体重に合わせた初期アシストトルクを自動的に設定することができる。
【００５２】
ところで、昇降部３を昇降させたり、アーム２の関節部２０を回転駆動することで支持部１の上下位置を変える場合、操作者の身長によっては、装置そのものが持つ支持部１の上下動の上限位置が高すぎたり下限位置が低すぎたりすることがある。このために、支持部１の上下位置についての上限位置（さらには下限位置）を操作者に合わせて変更することができるようにしておくのが好ましい。たとえば図４５に示すように、操作者がアーム２を上昇させ、ある位置で設定時間以上静止させたならば、そのポイントを基準高さ位置Ｈとするとともに、上限位置ＨｍａｘをＨ＋Ｌ（Ｌは所定値）とするようにプログラムしておくのである。下限位置についても同様の処理を行う。このようにしておけば、支持部１の上下位置の変化量を操作者に合わせて調整することができる。
【００５３】
図４７は力センサ６として支持部１の上下に歪みセンサを配置したものを示している。
【００５４】
動力による補助は、患者９の全荷重に応じたものとしていなくてもよい。つまり、操作者８が患者９を抱き上げるの必要な力が、たとえば数ｋｇの重さのものを抱き上げるのと同じ力ですむように補助を行うのである。
【００５５】
また、支持部１を上下に動かすための構成は、図示例のねじ軸４２とナット３０とからなるものに限るものではなく、支持部１を上下に移動させることができるとともにその上下移動をコントロールすることができるものであれば、種類及び構成を問うものではない。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明の抱き上げ補助装置は、被抱き上げ物を抱き上げる操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部と、該支持部を上下に移動させる動力部と、操作者の両腕による被抱き上げ物の抱き上げ動作に伴って発生する力とその方向を上記支持部で検出される荷重の値と変化から検知する力センサと、該力センサで検出された操作者の力とその方向に応じて、前記操作者の両腕を支持する支持部の上下移動用の上記動力部を作動させて操作者の動きを補助する制御部とからなるもので、被抱き上げ物を抱き上げるのはあくまで操作者であって、該操作者の腕にかかる被抱き上げ物の荷重を支持部で支持するとともに該支持部を駆動部で上下動させることによって、操作者の肉体的負担を軽減させるものであり、また抱き上げられるのが患者である場合、患者にしてみれば操作者に抱き抱えられるために安心感がある上に、物と同等のものとして扱われるという不満が生じることもない。また、操作者にしてみれば、自身の動きに伴って発生する力の方向に動力部が支持部を上下動させるために、操作者に対して装置側から加わる力の負担が殆どなく、このために操作者は思い通りに動かすことができる。
【００５７】
本発明に係る抱き上げ補助装置の制御方法は、上記請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であって、支持部が受ける荷重をセンサで検出するとともに、操作者が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、検出した荷重と上記基準値との比較で操作者の挙動を判断し、該判断結果に基づいた方向に支持部を動かすことから、操作者の意思に応じた動作を抱き上げ補助装置に確実に行わせることができる。
【００５８】
そして上記制御に際し、抱き上げて降ろす一連の動作を複数作業に分割して各分割作業毎に制御ルーティンを設定し、各作業の終了をセンサ出力値やその変化から判断して各分割作業用制御ルーティンを順次実行させていくようにしておくと、各作業に適したルーティンに操作者が手動で切り換えなくても、一連の動作における各作業を適切に補助することができ、支持部が受ける荷重をセンサで検出して該荷重の検出値から動力部のモータ位置、速度、トルクの指令値を発生させるものでは、操作者の意思に安定な系で、操作者に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は使用状態を示す斜視図である。
【図２】  同上のアームの他例を示す斜視図である。
【図３】  同上の検出部の一例を示す説明図である。
【図４】  同上の検出部の他例を示す説明図である。
【図５】  同上の検出部の更に他例を示す説明図である。
【図６】  同上の指示入力部の他例を示す斜視図である。
【図７】  同上の指示入力部の更に他例を示す斜視図である。
【図８】  同上の指示入力部の別の例を示す斜視図である。
【図９】  他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】  同上の力センサとその力検出についての説明図である。
【図１１】  同上の他例の斜視図である。
【図１２】  同上の動作説明図である。
【図１３】  同上の動作説明図である。
【図１４】  同上の不感帯についての説明図である。
【図１５】  同上の一ルーティンのフローチャートである。
【図１６】  同上の他のルーティンのフローチャートである。
【図１７】  同上の更に他のルーティンのフローチャートである。
【図１８】  同上の別のルーティンのフローチャートである。
【図１９】  同上の更に別のルーティンのフローチャートである。
【図２０】  同上の不感帯についての他の説明図である。
【図２１】  同上の不感帯についての更に他の説明図である。
【図２２】  アームの他例の斜視図である。
【図２３】  アームの別の例の斜視図である。
【図２４】  (a)(b)は同上のアームの動作を示す斜視図である。
【図２５】  同上の使用状態を示す斜視図である。
【図２６】  (a)(b)(c)は同上の検出部の斜視図である。
【図２７】  別の例の斜視図である。
【図２８】  同上の他例の斜視図である。
【図２９】  同上の検出部の例の斜視図である。
【図３０】  (a)(b)は同上の動作を示す平面図である。
【図３１】  同上の検出部の他例の斜視図である。
【図３２】  (a)は同上の動作を示す平面図、(b)は速度制御の説明図である。
【図３３】  障害物検知センサを備えた例の斜視図である。
【図３４】  支持部の他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は概略断面図である。
【図３５】  支持部のさらに他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は概略断面図である。
【図３６】  支持部の別の例の斜視図である。
【図３７】  (a)は別の例の斜視図、(b)は同上の制御系のブロック回路図である。
【図３８】  同上の制御法についての説明図である。
【図３９】  同上の制御法についての説明図である。
【図４０】  同上の他の制御法についての説明である。
【図４１】  同上の更に他の制御法についての説明図である。
【図４２】  同上の別の制御法についての説明である。
【図４３】  同上のさらに別の制御法についての説明図である。
【図４４】  同上の異なる制御法を示すもので、(a)(b)は共に説明図である。
【図４５】  上限設定に関する説明図である。
【図４６】  異常検出に関する説明図である。
【図４７】  支持部と力センサの説明図である。
【符号の説明】
１  支持部
２  アーム
３  昇降部
５  検出部
６  力センサ
【図１】
0003999888.tif 000002
【図２】
0003999888.tif 000003
【図３】
0003999888.tif 000004
【図４】
0003999888.tif 000005
【図５】
0003999888.tif 000006
【図６】
0003999888.tif 000007
【図７】
0003999888.tif 000008
【図８】
0003999888.tif 000009
【図９】
0003999888.tif 000010
【図１０】
0003999888.tif 000011
【図１１】
0003999888.tif 000012
【図１２】
0003999888.tif 000013
【図１３】
0003999888.tif 000014
【図１４】
0003999888.tif 000015
【図１５】
0003999888.tif 000016
【図１６】
0003999888.tif 000017
【図１７】
0003999888.tif 000018
【図１８】
0003999888.tif 000019
【図１９】
0003999888.tif 000020
【図２０】
0003999888.tif 000021
【図２１】
0003999888.tif 000022
【図２２】
0003999888.tif 000023
【図２３】
0003999888.tif 000024
【図２４】
0003999888.tif 000025
【図２５】
0003999888.tif 000026
【図２６】
0003999888.tif 000027
【図２７】
0003999888.tif 000028
【図２８】
0003999888.tif 000029
【図２９】
0003999888.tif 000030
【図３０】
0003999888.tif 000031
【図３１】
0003999888.tif 000032
【図３２】
0003999888.tif 000033
【図３３】
0003999888.tif 000034
【図３４】
0003999888.tif 000035
【図３５】
0003999888.tif 000036
【図３６】
0003999888.tif 000037
【図３７】
0003999888.tif 000038
【図３８】
0003999888.tif 000039
【図３９】
0003999888.tif 000040
【図４０】
0003999888.tif 000041
【図４１】
0003999888.tif 000042
【図４２】
0003999888.tif 000043
【図４３】
0003999888.tif 000044
【図４４】
0003999888.tif 000045
【図４５】
0003999888.tif 000046
【図４６】
0003999888.tif 000047
【図４７】
0003999888.tif 000048