(57)【要約】【課題】駆動系に要求される出力を抑制することができる移乗支援装置を提供する。【解決手段】移乗支援装置１は、被介護者を保持する保持具４と、関節部３１ａを介して保持具４と連結されたアーム３２ａと、関節部３１ｂを介してアーム３２ａと連結されたアーム３２ｂと、被介護者の重心位置を検出する重心検出部５４と、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの角度を制御する駆動制御部５５とを有する。駆動制御部５５は、重心検出部５４により検出された重心位置から算出される、被介護者の重心に対するモーメントアームに基づいて軌道を算出し、該軌道にしたがって制御を行う。【選択図】図４
2016137127.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被介護者を保持する保持具と、
第１の関節部を介して前記保持具と連結された第１のアームと、
第２の関節部を介して前記第１のアームと連結された第２のアームと、
前記被介護者の重心位置を検出する重心検出手段と、
前記第１の関節部及び前記第２の関節部の角度を制御する制御手段と
を有し、
前記制御手段は、前記重心検出手段により検出された重心位置から算出される、前記被介護者の重心に対するモーメントアームに基づいて軌道を算出し、該軌道にしたがって制御を行う
移乗支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は移乗支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、被介護者をベッドや車椅子間などで移乗させる際の負荷を軽減するための様々な移乗支援装置が開発されている。例えば、特許文献１では、被介護者及び移乗支援装置に対応する複数の質点を含む質点系の重心の位置を算出し、算出された重心の位置に基づいて移乗支援装置の安定性を評価し、安定性の評価結果に応じて移乗支援装置の動作状態を制御する技術について開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１５８４６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
移乗支援装置が、移乗支援の動作を行う際、重心の位置にかかわらず動作を制御する場合、重心の位置によっては駆動系に過大な負荷がかかる場合がある。このため、負荷に見合う出力性能が駆動系に要求され、駆動系の大型化を招くという問題がある。
【０００５】
本発明は、上記した事情を背景としてなされたものであり、駆動系に要求される出力を抑制することができる移乗支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明にかかる移乗支援装置は、被介護者を保持する保持具と、第１の関節部を介して前記保持具と連結された第１のアームと、第２の関節部を介して前記第１のアームと連結された第２のアームと、前記被介護者の重心位置を検出する重心検出手段と、前記第１の関節部及び前記第２の関節部の角度を制御する制御手段とを有し、前記制御手段は、前記重心検出手段により検出された重心位置から算出される、前記被介護者の重心に対するモーメントアームに基づいて軌道を算出し、該軌道にしたがって制御を行う。
【０００７】
このような移乗支援装置によれば、被介護者の重心位置に応じた軌道に基づいて動作を制御することができるため、重心位置に適した動作を実現し、負荷を抑制することができる。したがって、移乗支援装置の駆動系に要求される出力を抑制することができ、小型化に寄与することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、駆動系に要求される出力を抑制することができる移乗支援装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態に係る移乗支援装置の外観を示す模式図である。
【図２】実施の形態に係る移乗支援装置の概略的システム構成を示すブロック図である。
【図３】実施の形態に係る移乗支援装置による移乗動作の様子を示す模式図である。
【図４】実施の形態に係る制御装置の機能構成の一例を示すブロック図である。
【図５】実施の形態に係る重心検出部による重心検出における座標を表す図である。
【図６】実施の形態に係る重心検出処理の一例を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態に係る移乗支援装置における移乗支援動作の一例を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
＜実施の形態１＞
図１は、実施の形態に係る移乗支援装置１の外観を示す模式図であり、図２は、移乗支援装置１の概略的システム構成を示すブロック図である。移乗支援装置１は、台車２と、台車２に支持されたアーム群３と、アーム群３の先端に設けられた保持具４と、操作部５と、制御装置６を備えている。
【００１１】
台車２は、車輪２１が設けられている。台車２は、車輪２１を回転駆動することで、例えば、前後進、左右旋回、加減速、停止などの任意の走行を行うことができる。具体的には、車輪２１は、台車用駆動機構２２の動作により回転駆動する。台車用駆動機構２２は、例えば図示しないモータなどのアクチュエータを備え、制御装置６の制御信号にしたがって車輪２２を駆動する。
【００１２】
アーム群３は、関節部３１ａと、アーム３２ａと、関節部３１ｂと、アーム３２ｂを備えている。アーム３２ａは、第１のアームとも呼ばれ、関節部３１ａを介して保持具４と連結している。関節部３１ａは、第１の関節部とも呼ばれ、回転中心点Ａを中心にして図１において時計回り又は反時計回りに回動する。すなわち、関節部３１ａの回動により、アーム３２ａに対する保持具４の角度が変更される。具体的には、関節部３１ａは、関節用駆動機構３３ａの動作により回動する。関節用駆動機構３３ａは、例えば図示しないモータなどのアクチュエータを備え、制御装置６の制御信号にしたがって動作する。
【００１３】
アーム３２ｂは、第２のアームとも呼ばれ、関節部３１ｂを介してアーム３２ａと連結している。アーム３２ｂは、アーム３２ａと連結していない側の端が台車２と連結しており、アーム３２ｂは台車２上に固定されている。関節部３１ｂは、第２の関節部とも呼ばれ、回転中心点Ｏを中心にして図１において時計回り又は反時計回りに回動する。すなわち、関節部３１ｂの回動により、アーム３２ｂに対するアーム３２ａの角度が変更される。具体的には、関節部３１ｂは、関節用駆動機構３３ｂの動作により回動する。関節用駆動機構３３ｂは、例えば図示しないモータなどのアクチュエータを備え、制御装置６の制御信号にしたがって動作する。
【００１４】
保持具４は、被介護者を保持する。移乗支援装置１は、関節部３１ａ、関節部３１ｂ、又は車輪２１を駆動して、保持具４により保持された被介護者の移乗動作を支援する。操作部５は、移乗支援装置１を操作するための入力装置である。操作部５は、例えば、操作レバーを有し、操作レバーに加えられた操作力の大きさ、方向等を検出し、操作信号を制御装置６に出力する。
【００１５】
制御装置６は、例えば、制御処理、演算処理等を行うＣＰＵ（Central Processing Unit）６１、ＣＰＵ６１によって実行される制御プログラム、演算プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）６２、処理データ等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）６３等からなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。制御装置６は、操作部５が出力した操作信号に応じて上述の各駆動機構に制御信号を出力し、各駆動機構を制御する。具体的には、制御装置６は、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの動作に関し、操作信号に応じて、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの軌道を算出し、算出された軌道に沿った動作を実現する制御信号を関節用駆動機構３３ａ及び関節用駆動機構３３ｂに出力する。
【００１６】
以上説明した構成の移乗支援装置１は、図３に示されるように、重心Ｇを有する被介護者１０を関節部３１ａ及び関節部３１ｂの駆動により移動させる。なお、上記の移乗支援装置１の構成は一例であり、これに限定されない。
【００１７】
図４は、制御装置６の機能構成の一例を示すブロック図である。なお、図４に示すブロック図では、制御装置６の機能構成のうち、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの駆動制御に関する一部分の構成を示しており、理解が容易となるよう他の機能構成については説明を省略している。なお、図４に示される各構成は、例えば、上記制御プログラム又は演算プログラムがＣＰＵ６１により実行されることで実現される。
【００１８】
制御装置６は、トルク取得部５１ａと、角度取得部５２ａと、トルク取得部５１ｂと、角度取得部５２ｂと、重量取得部５３と、重心検出部５４と、駆動制御部５５とを含んでいる。
【００１９】
トルク取得部５１ａは、関節部３１ａの関節用駆動機構３３ａにおいて発生するトルクの値を取得する。トルク取得部５１ａは、公知の任意の方法によりトルクの値を取得すればよい。例えば、関節用駆動機構３３ａにおいてトルクを発生させるアクチュエータがモータである場合には、トルク取得部５１ａは、モータに通電している電流の測定値にモータのトルク定数を掛け合わせることにより算出されたトルク値を取得すればよい。
【００２０】
角度取得部５２ａは、関節部３１ａの角度を取得する。具体的には、角度取得部５２ａは、所定の基準座標軸を基準とした保持具４の角度を取得する。ここで、基準座標軸は、絶対座標系の水平方向の座標軸と一致しているとは限らない。このため、角度取得部５２ａが取得した角度からは、絶対座標系の水平方向の座標軸を基準とした場合の保持具４の角度が直ちにはわからない。なお、角度取得部５２ａは、例えば図示しないロータリエンコーダを用いて角度を取得する。
【００２１】
トルク取得部５１ｂは、関節部３１ｂの関節用駆動機構３３ｂにおいて発生するトルクの値を取得する。トルク取得部５１ｂは、トルク取得部５１ａと同様、公知の任意の方法によりトルクの値を取得すればよい。
【００２２】
角度取得部５２ｂは、関節部３１ｂの角度を取得する。具体的には、角度取得部５２ｂは、絶対座標系の水平方向の座標軸を基準としたアーム３２ａの角度を取得する。なお、角度取得部５２ｂは、例えば図示しないロータリエンコーダを用いて角度を取得する。
【００２３】
重量取得部５３は、被介護者の重量を取得する。重量取得部５３は、例えば、図示しない入力装置を介してユーザなどから入力された重量を取得してもよいし、保持具４などに設けられた図示しない重量センサにより重量を取得してもよい。
【００２４】
重心検出部５４は、被介護者の重心位置を検出する。重心検出部５４は、関節部３１ａにおけるトルク及び角度と関節部３１ｂにおけるトルク及び角度と被介護者の重量とを用いて重心の位置を推定することにより、被介護者の重心位置を検出する。なお、重心検出部５４による具体的な重心位置の検出については、後述する。
【００２５】
駆動制御部５５は、制御手段として機能し、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの角度を制御する。具体的には、駆動制御部５５は、まず、重心検出部５４により検出された重心位置から算出される、被介護者の重心に対するモーメントアームに基づいて軌道を算出する。駆動制御部５５は、例えば、乗り心地や移乗支援装置１の動作における可動範囲の制約などの予め定められた制約条件下での最小のモーメントアームを、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの動作時に実現する軌道を算出する。そして、駆動制御部５５は、算出された軌道にしたがって関節用駆動機構３３ａ及び関節用駆動機構３３ｂに対し制御信号を出力し関節部３１ａ及び関節部３１ｂの角度を制御する。
【００２６】
次に、図５を参照して、重心検出部５４による重心検出の詳細について説明する。図５及び以下の説明において、各変数は次のように定義される。
Ｔ１：関節部３１ｂの関節用駆動機構３３ｂにおいて、被介護者が搭乗した状態でアーム３２ａを支持するために必要なトルク（すなわち、重力方向の力に釣り合った状態のトルク）を示すベクトル
｜Ｔ１｜：Ｔ１の大きさ
Ｔ２：関節部３１ａの関節用駆動機構３３ａにおいて、被介護者が搭乗した状態の保持具４を支持するために必要なトルク（すなわち、重力方向の力に釣り合った状態のトルク）を示すベクトル
｜Ｔ２｜：Ｔ２の大きさ
ＬＯＡ：関節部３１ｂの回転中心点Ｏから関節部３１ａの回転中心点Ａに向けたベクトル
｜ＬＯＡ｜：ＬＯＡの大きさ
ＬＡＧ：関節部３１ａの回転中心点Ａから被介護者の重心Ｇに向けたベクトル
｜ＬＡＧ｜：ＬＡＧの大きさ
ＬＯＧ：関節部３１ｂの回転中心点Ｏから被介護者の重心Ｇに向けたベクトル
ｍｇ：被介護者の重量ベクトル
｜ｍｇ｜：被介護者の重量
θ１：水平方向の座標軸を基準としたアーム３２ａの角度
θ２：水平方向の座標軸を基準とした重心Ｇの角度
θ２offset：上述の基準座標軸と水平方向の座標軸とのなす角度
Δθ２：上述の基準座標軸を基準とした重心Ｇの角度
Ｇ′：重心Ｇの水平方向の座標軸上の位置
ここで、上記の変数に関し、以下の関係が成り立つ。
【００２７】
【数１】
2016137127.tif 000003
【００２８】
【数２】
2016137127.tif 000004
【００２９】
【数３】
2016137127.tif 000005
【００３０】
【数４】
2016137127.tif 000006
【００３１】
【数５】
2016137127.tif 000007
【００３２】
また、上記数式において、｜ｍｇ｜は重量取得部５３により取得され、θ１は角度取得部５２ｂにより取得される。｜ＬＯＡ｜はアーム３２ａの長さに相当するため既知の値である。ここで、基準座標軸を基準とした重心Ｇの角度Δθ２と、角度取得部５２ａにより取得される基準座標軸を基準とした保持具４の角度との差をθｄとすると、θｄが得られれば、角度取得部５２ａにより取得される角度に基づき、Δθ２を得ることができる。また、θ２offsetが得られれば、式（５）よりθ２が求まる。そして、｜Ｔ１｜がトルク取得部５１ｂにより取得されれば、式（２）より｜ＬＡＧ｜が求められるため、重心Ｇの座標位置を検出することができる。
【００３３】
具体的には、重心検出部５４は、以下の流れで重心Ｇの座標位置を検出する。図６は、重心検出部５４における重心検出の流れを説明するフローチャートである。以下のフローチャートでは、まずステップ１００及びステップ１０１においてθ２offsetを取得し、ステップ１０２からステップ１０４において上記θｄを取得している。以下、具体的に説明する。
【００３４】
ステップ１００（Ｓ１００）において、被介護者が保持具４に搭乗していない状態で、関節部３１ａを変動させる。なお、この変動の際の一時点において、保持具４の角度は水平となるものとする。
【００３５】
ステップ１０１（Ｓ１０１）において、トルク取得部５１ａにより取得されるトルク値を監視し、上記変動の際にトルク値が最大となった時の保持具４の角度をθ２offsetとして取得する。なお、ここで取得される保持具４の角度は、角度取得部５２ａにより取得される、基準座標軸を基準とした角度である。トルク値が最大となった時は、保持具４が水平状態になった時と想定される。このため、この時に角度取得部５２ａにより取得される角度がθ２offsetに等しい。
【００３６】
ステップ１０２（Ｓ１０２）において、被介護者が保持具４に搭乗した状態で関節部３１ａを変動させる。なお、この変動の際の一時点において、保持具４の角度は水平となるものとする。
【００３７】
ステップ１０３（Ｓ１０３）において、トルク取得部５１ａにより取得されるトルク値を監視し、上記変動の際にトルク値が最大となった時の保持具４の角度θ′を取得する。なお、θ′は、角度取得部５２ａにより取得される基準座標軸を基準とした保持具４の角度である。トルク値が最大となった時は、ＬＡＧが水平状態になった時と想定される。すなわち、この時、θ２＝０である。
【００３８】
ステップ１０４（Ｓ１０４）において、まず、Δθ２を算出する。θ２＝０であり、ステップ１０１においてθ２offsetが取得されているため、式（５）よりΔθ２が算出される。そして、このΔθ２とステップ１０３で取得された角度θ′とから、θ′−Δθ２により上記θｄを算出する。
【００３９】
ステップ１０５（Ｓ１０５）において、被介護者が保持具４に搭乗した状態で、保持具４の角度θ″を取得する。ここで取得される保持具４の角度θ″は、角度取得部５２ａにより取得される、基準座標軸を基準とした角度である。なお、ステップ１０５において、保持具４の角度は、任意の角度に固定された状態である。
【００４０】
ステップ１０６（Ｓ１０６）において、この時の重心Ｇの角度θ２を、式（５）を用いて算出する。なお、式（５）において、θ２offsetは既知であり、Δθ２は、θ″−θｄにより得られる。
【００４１】
ステップ１０７（Ｓ１０７）において、保持具４の角度が固定された状態で、関節部３１ｂを駆動するトルクを増加させる。
【００４２】
ステップ１０８（Ｓ１０８）において、アーム３２ａの角度θ１が増加し始めた時のトルク値を｜Ｔ１｜として取得する。トルク値｜Ｔ１｜は、トルク取得部５１ｂにより取得される。アーム３２ａの角度θ１が増加し始めた時は、関節部３１ｂにおけるトルクが、重力方向の力に釣り合った状態の時と想定される。このため、｜Ｔ１｜として取得することができる。
【００４３】
ステップ１０９（Ｓ１０９）において、式（２）より｜ＬＡＧ｜を算出する。具体的には、｜ＬＡＧ｜は、取得された｜Ｔ１｜と、重量取得部５３により取得された｜ｍｇ｜と、既知の｜ＬＯＡ｜と、角度取得部５２ｂにより取得されたθ１と、角度取得部５２ａにより取得された角度に基づいて得られるθ２とを用いて算出される。｜ＬＡＧ｜が求まると、図５に示される位置関係から重心Ｇの座標位置が算出される。
【００４４】
以上のようにして重心検出部５４により重心Ｇの座標位置が検出される。次に、移乗支援装置１における移乗支援動作について説明する。図７は、移乗支援装置１の動作の一例を示すフローチャートである。
【００４５】
ステップ１０（Ｓ１０）において、重心検出部５４が被介護者の重心Ｇの位置を検出する。なお、ステップ１０の具体的な処理の流れを示したものが上述の図６に示されるフローチャートである。
【００４６】
ステップ１１（Ｓ１１）において、駆動制御部５５が、ステップ１０で検出された重心位置から算出される被介護者の重心に対するモーメントアームに基づいて軌道を算出する。被介護者の重心に対するモーメントアームは、回転中心点Ｏから重心Ｇの水平方向の座標軸上の位置Ｇ′までの長さに相当する。
【００４７】
ステップ１２（Ｓ１２）において、駆動制御部５５は、ステップ１１で算出された軌道にしたがって、関節部３１ａ及び関節部３１ｂの角度を制御する。
【００４８】
このように、移乗支援装置１は、被介護者の重心位置に応じた軌道に基づいて動作を制御することができるため、重心位置に適した動作を実現し、負荷を抑制することができる。つまり、モーメントアームが最小となる軌道で移乗動作を実現するため、移乗支援装置１の駆動系に要求される出力を抑制することができる。よって、冗長な出力特性を移乗支援装置１が有する必要がなくなり、搭載するアクチュエータや電池などを小型化することができる。
【００４９】
＜実施の形態２＞
次に、実施の形態２について説明する。実施の形態１では、角度取得部５２ａにより取得される保持具４の角度と、重心Ｇの角度とのずれ量であるθｄを算出した。本実施の形態では、重心Ｇの角度を、角度取得部５２ａにより取得される保持具４の角度で近似して重心位置の算出を行う。すなわち、本実施の形態では、重心Ｇの角度を保持具４の角度とみなす。
【００５０】
このため、実施の形態２にかかる重心検出部５４では、上述のθｄの算出処理は省略される。具体的には、図６に示されるステップ１０２からステップ１０４の処理が省略されることとなる。また、上記の近似を行うため、本実施の形態では、上記ステップ１０６において、Δθ２は角度取得部５２ａにより取得されることとなる。
【００５１】
実施の形態２にかかる移乗支援装置１によれば、実際の重心Ｇの角度と重心位置の検出に用いる重心Ｇの角度との間に誤差が生じる恐れがあるものの、より簡便な方法により重心位置を検出することができる。また、実施の形態１と同様、移乗支援装置１の駆動系に要求される出力を抑制することができる。
なお、本実施の形態では、重心Ｇの角度を保持具４の角度とみなしているが、θｄを予め定められた固定値としてもよい。
【００５２】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１    移乗支援装置
２    台車
４    保持具
６    制御装置
３１ａ、３１ｂ    関節部
３２ａ、３２ｂ    アーム
３３ａ、３３ｂ関節用駆動機構
５１ａ、５１ｂ    トルク取得部
５２ａ、５２ｂ    角度取得部
５３    重量取得部
５４    重心検出部
５５    駆動制御部
【図１】
2016137127.tif 000008
【図２】
2016137127.tif 000009
【図３】
2016137127.tif 000010
【図４】
2016137127.tif 000011
【図５】
2016137127.tif 000012
【図６】
2016137127.tif 000013
【図７】
2016137127.tif 000014