JP2016093371A - 移乗支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アーム部への要求トルクを低減することができる移乗支援装置を提供する。【解決手段】本発明の一態様に係る移乗支援装置１は、被介護者の足裏を支持する足裏支持部６ａを有する台車２と、台車２に設けられたアーム部３と、アーム部３に設けられ、被介護者を保持する保持部４と、アーム部３を制御する制御部５と、を備える。制御部５は、着座物に着座した状態の被介護者を台車２とアーム部３との連結部側に引き込み、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地した位置の上方付近に被介護者の重心位置が配置された状態で、被介護者の重心位置が上方に移動するように、アーム部３を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、移乗支援装置に関する。

移乗支援装置は、自立歩行が困難な被介護者をベッドから車椅子に移動する際などに良好に用いられている。例えば、図７に示すように、一般的な移乗支援装置１００は、台車１０１にアーム部１０２が支持されており、アーム部１０２に設けられた保持部１０３に被介護者を保持した状態で、アーム部１０２を回転（傾動）させて被介護者を移乗させる構成である。

ここで、特許文献１の移乗支援装置は、被介護者が保持される保持部や当該被介護者の膝を支持する膝支持部にセンサを設け、各センサで検出した被介護者の保持部や膝支持部への接触状態に基づいて、アーム部や保持部を制御することで、被介護者の身体的な負担を軽減するように工夫されている。

特開２０１１−１１００８０号公報

移乗支援装置は、被介護者の移乗を支援する際に、下方にかかる重力に対して被介護者が自重を支える筋力の不足分を補うこと、及び被介護者の踵を中心に後方に回転（転倒）することを防ぐこと、の２つの機能が求められる。

ここで、被介護者の後方への転倒モーメントは、被介護者の自重×モーメントアームで求めることができ、モーメントアームは、被介護者の足の接地位置（足裏位置）と当該被介護者の重心位置との重力方向と直交する方向での間隔（即ち、水平方向での間隔）Ｄ１である。

つまり、モーメントアームが大きくなると、被介護者の後方への転倒モーメントが大きくなり、アーム部への要求トルクが増大してしまう。しかし、特許文献１の移乗支援装置は、モーメントアームを考慮することなく、被介護者を移乗するので、アーム部に大きなトルクが要求される場合がある。

本発明は、上記を鑑みなされたものであって、アーム部への要求トルクを低減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。

本発明の一態様に係る移乗支援装置は、
被介護者の足裏を支持する足裏支持部を有する台車と、
前記台車に設けられたアーム部と、
前記アーム部に設けられ、前記被介護者を保持する保持部と、
前記アーム部を制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、着座物に着座した状態の前記被介護者を前記台車と前記アーム部との連結部側に引き込み、前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地した位置の上方付近に前記被介護者の重心位置が配置された状態で、前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部を制御する。
これにより、被介護者を移乗する際のモーメントアームが小さく、アーム部への要求トルクを軽減することができる。

上記の移乗支援装置において、
前記被介護者の重心位置を検出する第１の検出部と、
前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地した位置を検出する第２の検出部と、
前記制御部は、前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地することによって当該足裏に作用する反力の作用線上で前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部を制御することが好ましい。
これにより、被介護者の足裏が足裏支持部に接地することによって当該足裏に作用する反力の作用線上で正確に被介護者の重心位置を上方に移動させることができる。

上記の移乗支援装置において、前記被介護者の足裏位置を前記台車と前記アーム部との連結部側に移動させる位置調整部を備え、
前記制御部は、前記作用線上で前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部と前記位置調整部とを制御することが好ましい。
これにより、被介護者の足裏位置をアーム部と台車との連結部側に近づけることができるので、アーム部への要求トルクを軽減することができる。

本発明によれば、アーム部への要求トルクを低減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。

実施の形態１の移乗支援装置を示す模式図である。 実施の形態１の移乗支援装置のブロック図である。 実施の形態１の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。 実施の形態２の移乗支援装置を示す模式図である。 実施の形態３の移乗支援装置のブロック図である。 実施の形態２の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。 一般的な移乗支援装置を示す模式図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
以下に、本実施の形態の移乗支援装置を説明する。先ず、本実施の形態の移乗支援装置の基本構成を説明する。図１は、本実施の形態の移乗支援装置を示す模式図である。図２は、本実施の形態の移乗支援装置のブロック図である。なお、以下の説明では、移乗支援装置が水平に配置されていることを前提とし、被介護者が乗り込む側を移乗支援装置の前側としている。

本実施の形態の移乗支援装置１は、図１及び図２に示すように、台車２、アーム部３、保持部４及び制御部５を備えている。台車２は、台車本体６及び車輪７を備えている。台車本体６は、当該台車本体６の前側上面に、被介護者の足裏を支持する足裏支持部６ａを備えており、当該足裏支持部６ａ上に被介護者が搭乗する。

車輪７は、台車本体６の下面に前後左右に間隔を開けて設けられており、前側の一組の車輪７及び後側の一組の車輪７の何れか一方が例えば自在キャスターで構成されている。そして、他方の一組の車輪７がモータによって駆動する駆動輪とされているとよい。

アーム部３は、台車本体６の上面に設けられたロボットアームである。本実施の形態のアーム部３は、第１のアーム８、第２のアーム９及び第３のアーム１０を備えている。

第１のアーム８は、移乗支援装置１の上下方向に延在しており、ヨー軸回りに回転可能に台車本体６の後側上面に支持されている。つまり、第１のアーム８は、足裏支持部６ａに対して移乗支援装置１の後側に配置されている。

第２のアーム９の一方の端部は、第１のアーム８の上端部に第１の関節部１１を介して連結されており、第１の関節部１１によって、第２のアーム９が第１のアーム８に対してピッチ軸回りに回転する。

第３のアーム１０の一方の端部は、第２のアーム９の他方の端部に第２の関節部１２を介して連結されており、第２の関節部１２によって、第３のアーム１０が第２のアーム９に対してピッチ軸回りに回転する。

第３のアーム１０の他方の端部は、保持部４に第３の関節部１３を介して連結されており、第３の関節部１３によって、保持部４が第３のアーム１０に対してピッチ軸及びロール軸回りに回転する。

第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３は夫々、図示を省略するがモータ及び減速器などを備えており、制御部５から入力される制御信号に基づいて動作する。

ここで、ヨー軸は、移乗支援装置１の上下方向に延在し、移乗支援装置１を上下方向から見て第１のアーム８を左右方向に旋回させる軸である。ピッチ軸は、アーム部３を移動支援装置１の前後方向に延在させた状態で当該移動支援装置１の左右方向に延在し、第２のアーム９及び第３のアーム１０を移乗支援装置１の上下方向に回転させる軸である。ロール軸は、第３のアーム１０の軸線方向に延在し、移乗支援装置１を前後方向から見て保持部４を左右方向に回転させる軸である。

保持部４は、被介護者を保持する。本実施の形態の保持部４は、第３のアーム１０に連結された側と逆側の面に被介護者の胸部を接触させた状態で当該被介護者に抱え込まれる。

制御部５は、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３を制御するための制御信号を生成する。本実施の形態の制御部５は、操作部１４からの操作信号に基づいて制御信号を生成する。操作部１４は、被介護者を持ち上げ又は持ち下げるために介護者によって操作され、例えばジョイスティックや操作パネルなどである。

このような構成の移乗支援装置１は、制御部５の制御に基づいてアーム部３及び保持部４が所望の動作をし、保持部４に保持された被介護者を持ち上げ及び持ち下げる。

次に、本実施の形態の移乗支援装置１の詳細な構成を説明する。本実施の形態の移乗支援装置１は、上述の構成に加えて、さらに第１の検出部１５及び第２の検出部１６を備えている。

第１の検出部１５は、保持部４に保持された被介護者の重心位置を検出する。本実施の形態の第１の検出部１５は、詳細は後述するが、保持部４に保持された被介護者を撮像部１７で撮像して得た画像に基づいて、被介護者の重心位置を検出する。第１の検出部１５は、検出した被介護者の重心位置を示す信号を制御部５に出力する。

撮像部１７は、保持部４に保持された被介護者を撮像することができるように、台車２に固定されており、画像信号を第１の検出部１５に出力する。なお、図１では、撮像部１７の図示を省略している。撮像部１７としては、一般的な撮像装置を用いることができ、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）又はＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）などの撮像素子を備えている。

第２の検出部１６は、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地した位置を検出する。本実施の形態では、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地した位置を検出するために、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地することによって当該足裏支持部６ａに作用する荷重を検出する。そのため、第２の検出部１６として複数の荷重センサを足裏支持部６ａの上面に配置している。第２の検出部１６の荷重センサは、検出信号を制御部５に出力する。

次に、本実施の形態の移乗支援装置１の制御方法を説明する。図３は、本実施の形態の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。なお、以下の説明では、図１に示すように、既にベッド１８に着座する被介護者に移乗支援装置１を近づけ、被介護者の胸部に保持部４を接触させて当該被介護者に保持部４を抱き込ませ、且つ被介護者の足裏を足裏支持部６ａに接地させた状態から、被介護者を持ち上げる動作を説明する。

先ず、被介護者の持ち上げ動作を移乗支援装置１に実行させるべく、介護者が操作部１４を操作すると、操作部１４は、操作信号を制御部５に出力する（Ｓ１）。

次に、制御部５は、操作部１４から持ち上げ動作を実行する操作信号が入力されると、第１の検出部１５から被介護者の重心位置を取得する（Ｓ２）。詳細には、第１の検出部１５は、保持部４に保持された被介護者を移乗支援装置１の左右方向から撮像部１７で撮像して得た画像の特徴点を抽出し、各々の特徴点に移乗支援装置１におけるローカル座標系の座標を与える。

第１の検出部１５は、抽出した特徴点に基づいて被介護者の胸部（例えば、胸部の最も膨らんでいる位置）の座標及び当該胸部に対して被介護者の厚さ方向で対向する背部の座標を導き出す。そして、第１の検出部１５は、導き出した胸部の座標と背部の座標との厚さ方向の中心位置を被介護者の重心位置と推定し、推定した被介護者の重心位置を示す座標の信号を制御部５に出力する。これにより、制御部５は、被介護者の重心位置を取得することができる。

このとき、第１の検出部１５は、保持部４の形状が予め定まっており、当該保持部４に被介護者の胸部が接触しているので、保持部４周辺のみの画像を抽出して、抽出した画像の特徴点を抽出すればよい。これにより、特徴点を抽出する処理量を少なくすることができる。

次に、制御部５は、被介護者を移乗支援装置１側に引き寄せた後に上昇させるために、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３の制御信号を生成する（Ｓ３）。詳細には、制御部５は、保持部４を前斜め下側に向かって移動させて被介護者の股関節Ｈ１を中心に当該被介護者を前傾させ、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地することによって当該足裏支持部６ａに作用する荷重に対する反力の作用線Ｌ１上に被介護者の重心位置を配置する引き込み動作、及び被介護者を上昇させる上昇動作をアーム部３及び保持部４が実現するように、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３の制御信号を生成する。

次に、制御部５は、生成した制御信号に基づいて、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３を制御して引き込み動作を開始する（Ｓ４）。これにより、保持部４が前斜め下側に向かって移動し、その結果、被介護者は股関節Ｈ１を中心に前傾してベッド１８から自然と保持部４に身を預けることができる。

次に、制御部５は、第２の検出部１６からの検出信号に基づいて足裏支持部６ａからの反力位置を取得する（Ｓ５）。詳細には、第２の検出部１６の各荷重センサには、予め移乗支援装置１におけるローカル座標系の座標が与えられており、制御部５は、第２の検出部１６の各荷重センサから入力される検出信号に基づいて、被介護者の足裏の接地位置を示す座標として、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地することによって当該足裏支持部６ａに作用する荷重の中心位置を示す座標を導き出す。ここで、被介護者の足裏が足裏支持部６ａから受ける反力は、被介護者の足裏によって足裏支持部６ａが受ける荷重に対応するので、制御部５は、導き出した荷重の中心位置を示す座標を被介護者の足裏が受ける反力の中心位置を示す座標と推定する。荷重の中心位置は、一般的な手法を用いて導き出すことができ、例えば、第２の検出部１６の各荷重センサから入力される検出信号に基づいて分散圧を導き出し、当該分散圧に基づいて導き出すことができる。

次に、制御部５は、被介護者の重心位置が作用線Ｌ１上に配置されたか否かを判定する（Ｓ６）。ここで、作用線Ｌ１は、反力中心位置を通る重力線であり、本実施の形態では、移乗支援装置１の上下方向に延在する。そのため、制御部５は、被介護者の重心位置における移乗支援装置１の前後方向での座標が、反力中心位置における移乗支援装置１の前後方向の座標と一致するか否かを判定する。なお、移乗支援装置１が傾斜面で用いられる場合は、移乗支援装置１に搭載された加速度センサやジャイロセンサによって検出された移乗支援装置１の傾斜角度に基づいて各座標が補正される。

制御部５は、被介護者の重心位置における移乗支援装置１の前後方向での座標が、反力中心位置における移乗支援装置１の前後方向の座標と一致しない場合（Ｓ６のＮＯ）、保持部４が前斜め下側にさらに移動するように、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３を制御し（Ｓ７）、Ｓ５の工程に戻る。

一方、制御部５は、被介護者の重心位置における移乗支援装置１の前後方向での座標が、反力中心位置における移乗支援装置１の前後方向の座標と一致する場合（Ｓ６のＹＥＳ）、被介護者を上昇させるために上昇動作に切り替え（Ｓ８）、被介護者の重心位置が作用線Ｌ１上に配置された状態で当該被介護者を上昇させる（Ｓ９）。

次に、制御部５は、被介護者が目標位置に到達したか否かを判定する（Ｓ１０）。詳細には、予め第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３には、移乗支援装置１におけるローカル座標系の座標が与えられており、制御部５は、例えば、第３の関節部１３の座標が所定の位置に到達したか否かを判定する。

制御部５は、被介護者が目標位置に到達していないと判定すると（Ｓ１０のＮＯ）、Ｓ９の工程に戻る。一方、制御部５は、被介護者が目標位置に到達したと判定すると（Ｓ１０のＹＥＳ）、移乗支援装置１による被介護者の持ち上げ動作を終了する。

このように本実施の形態では、作用線Ｌ１上で被介護者の重心位置が移動するように、アーム部３及び保持部４を制御する。そのため、本実施の形態の移乗支援装置１は、被介護者を移乗する際（特に、被介護者を上昇及び下降させる際）のモーメントアームが小さく、アーム部３（即ち、各アームや関節部）への要求トルクを軽減することができる。しかも、転倒モーメントは、上述のように被介護者の自重×モーメントアームで求めることができるが、本実施の形態では、モーメントアームを小さくすることができるので、被介護者の体重に個別差があっても、転倒モーメントのばらつきを抑制でき、設計マージンを多く確保する必要がない。したがって、本実施の形態の移乗支援装置１は、アーム部３の小型化に寄与できる。

しかも、第１の検出部１５及び第２の検出部１６の検出結果に基づいてアーム部３を制御するので、作用線Ｌ１上で正確に被介護者の重心位置を上方に移動させることができる。

＜実施の形態２＞
実施の形態１の移乗支援装置１は、被介護者の重心位置が作用線Ｌ１上に配置されるようにアーム部３及び保持部４を制御したが、さらに被介護者の足裏位置を移動させてもよい。

図４は、本実施の形態の移乗支援装置を示す模式図である。図５は、本実施の形態の移乗支援装置のブロック図である。なお、以下の説明では、実施の形態１と等しい要素には等しい符号を用い、実施の形態１と重複する説明は省略する。

本実施の形態の移乗支援装置２１は、図４及び図５に示すように、実施の形態１の移乗支援装置１と略等しいが、足裏支持部６ａに被介護者の足裏位置を調整する位置調整部６ｂを備えている。

位置調整部６ｂは、被介護者の足裏位置を移乗支援装置１の前後方向に移動させるものであり、制御部５の制御信号に基づいて動作する。そして、位置調整部６ｂにおける台車２の上面から露出する部分に第２の検出部１６が配置されている。位置調整部６ｂとしては、例えばベルトコンベアなどを用いることができ、この場合、ベルトの外周面に第２の検出部１６を配置すればよい。

このような移乗支援装置２１は、以下のように制御される。図６は、本実施の形態の移乗支援装置の制御方法の流れを示すフローチャート図である。本実施の形態の移乗支援装置２１の制御方法のＳ２１〜Ｓ２８の工程は、実施の形態１の移乗支援装置１の制御方法のＳ１〜Ｓ８の工程と等しいので説明は省略する。

Ｓ２８の工程が終了すると、次に、制御部５は、第１の関節部１１、第２の関節部１２及び第３の関節部１３の制御と連動するように位置調整部６ｂの制御を開始し（Ｓ２９）、被介護者の重心位置が作用線Ｌ１上に配置された状態で当該被介護者を上昇させる（Ｓ３０）。詳細には、位置調整部６ｂによって被介護者の足裏位置を移乗支援装置２１の後側（即ち、台車２とアーム部３との連結部側）に移動させる。同時に、被介護者の重心位置が作用線Ｌ１上に配置された状態を維持するように、アーム部３によって被介護者の重心位置を移乗支援装置２１の後側に移動させつつ、被介護者を上昇させる。

次に、制御部５は、被介護者が目標位置に到達したか否かを判定し（Ｓ３１）、被介護者が目標位置に到達していないと判定するとＳ３０の工程に戻り（Ｓ３１のＮＯ）、被介護者が目標位置に到達したと判定すると移乗支援装置１による被介護者の持ち上げ動作を終了する（Ｓ３１のＹＥＳ）。

このように本実施の形態では、被介護者を移乗する際に当該被介護者の重心位置を台車２とアーム部３との連結部側に近づけることができるので、アーム部３への要求トルクをより軽減することができる。

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。

上記実施の形態では、撮像部１７を用いて被介護者の重心位置を推定しているが、この限りでなく、以下のように被介護者の重心位置を推定してもよい。例えば、予め保持部４における被介護者と接触する側の面に複数個の荷重センサを設けておき、第１の検出部１５は、保持部４に被介護者が保持された際の各荷重センサの検出値と、予め取得しておいた各荷重センサの検出値と体格との関係と、を比較し、被介護者の体格を推定する。そして、第１の検出部１５は、推定した被介護者の体格と、予め取得しておいた第３の関節部１３の関節軸から被介護者の重心位置までの距離と体格との関係と、を比較し、被介護者の重心位置を推定する。但し、被介護者の重心位置を検出することができれば、手法は限定されない。

上記実施の形態のアーム部３は、第１のアーム８、第２のアーム９及び第３のアーム１０を備えているが、アームの数は特に限定されず、上述の制御方法を実現できればよい。

上記実施の形態では、被介護者の重心位置を作用線Ｌ１上で移動させているが、アーム部３への要求トルクを軽減できるように被介護者を移動させればよい。例えば、上記実施の形態では、第１の検出部１５及び第２の検出部１６を用いて正確に被介護者の重心位置を作用線Ｌ１上で移動させているが、第１の検出部１５及び第２の検出部１６を省略し、台車２とアーム部３との連結部側に被介護者を引き込んだ後に当該被介護者が上昇又は下降するように、アーム部３を制御してもよい。詳細には、被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地する位置を予め設定すると共に、被介護者の重心位置を例えば第３の関節部１３を基準に予め設定しておき、設定した被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地する位置の上方付近に被介護者の重心位置が配置されるように、着座物に着座した状態の被介護者を引き込み、その後、設定した被介護者の足裏が足裏支持部６ａに接地する位置の上方付近に被介護者の重心位置が配置された状態で、被介護者の重心位置が上方に移動するように、アーム部３を制御すればよい。これにより、被介護者を移乗する際のモーメントアームが小さく、アーム部への要求トルクを軽減することができる移乗支援装置を簡単な構成で実現することができる。また、第１の検出部１５又は第２の検出部１６の一方を省略してもよい。

１ 移乗支援装置
２ 台車、６ 台車本体、６ａ 足裏支持部、６ｂ 位置調整部
３ アーム部、８ 第１のアーム、９ 第２のアーム、１０ 第３のアーム、１１ 第１の関節部、１２ 第２の関節部、１３ 第３の関節部
４ 保持部
５ 制御部
７ 車輪
１４ 操作部
１５ 第１の検出部
１６ 第２の検出部
１７ 撮像部
１８ ベッド
２１ 移乗支援装置
１００ 移乗支援装置
１０１ 台車
１０２ アーム部
１０３ 保持部
Ｈ１ 股関節
Ｌ１ 作用線

Claims (3)

1. 被介護者の足裏を支持する足裏支持部を有する台車と、
   前記台車に設けられたアーム部と、
   前記アーム部に設けられ、前記被介護者を保持する保持部と、
   前記アーム部を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、着座物に着座した状態の前記被介護者を前記台車と前記アーム部との連結部側に引き込み、前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地した位置の上方付近に前記被介護者の重心位置が配置された状態で、前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部を制御する移乗支援装置。
2. 前記移乗支援装置は、
   前記被介護者の重心位置を検出する第１の検出部と、
   前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地した位置を検出する第２の検出部と、
   前記制御部は、前記被介護者の足裏が前記足裏支持部に接地することによって当該足裏に作用する反力の作用線上で前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部を制御する請求項１に記載の移乗支援装置。
3. 前記被介護者の足裏位置を前記台車と前記アーム部との連結部側に移動させる位置調整部を備え、
   前記制御部は、前記作用線上で前記被介護者の重心位置が上方に移動するように、前記アーム部と前記位置調整部とを制御する請求項２に記載の移乗支援装置。

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