JP2017148149A

JP2017148149A - 移乗装置及びその制御方法

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Publication number: JP2017148149A
Application number: JP2016031615A
Authority: JP
Inventors: 雄平山口; Yuhei Yamaguchi
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-08-31
Anticipated expiration: 2036-02-23
Also published as: JP6443360B2

Abstract

【課題】被移乗者の腹部を圧迫することなく被移乗者に不快感を与えることがないこと。【解決手段】移乗装置は、被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持手段と、胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結され被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持手段と、を有する保持具と、保持具の上端側に連結され、被移乗者の持上げ時には搖動することで、胴体保持手段の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、保持具を移動させるアームと、アームの搖動角を検出する角度検出手段と、胴体保持手段に対して大腿保持手段を搖動させる駆動手段と、角度検出手段により検出された搖動角に応じて、駆動手段による搖動を制御する制御手段と、を備える。【選択図】図１

Description

本発明は、人を移乗する移乗装置及びその制御方法に関する。

被移乗者の胴体前面を保持具により保持して、被移乗者の移乗を行う移乗装置が知られている（特許文献１参照）。

特開２０１３−０９０８４２号公報

上記移乗装置においては、例えば、被移乗者の胴体前面を保持具により保持して、被移乗者を持上げたときに、被移乗者が保持具から摺り落ちることがある。この場合、保持具の下端が被移乗者の腹部を圧迫して、被移乗者に不快感を与える虞がある（図１５）。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、被移乗者の腹部を圧迫することなく被移乗者に不快感を与えることがない移乗装置及びその制御方法を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するための本発明の一態様は、被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持手段と、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結され前記被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持手段と、を有する保持具と、前記保持具の上端側に連結され、前記被移乗者の持上げ時には搖動することで、前記胴体保持手段の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、前記保持具を移動させるアームと、前記アームの搖動角を検出する角度検出手段と、前記胴体保持手段に対して前記大腿保持手段を搖動させる駆動手段と、前記角度検出手段により検出された搖動角に応じて、前記駆動手段による搖動を制御する制御手段と、を備える、ことを特徴とする移乗装置である。
この一態様において、前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角が増加するに従がって、前記胴体保持手段と前記大腿保持手段とが離間しその成す搖動角が増加するように、前記駆動手段による搖動を制御してもよい。
この一態様において、前記大腿保持手段が搖動し前記胴体保持手段に対し接近する方向に作用する力を検出する力検出手段と、前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角が増加するに従がって、前記力検出手段により検出される力が増加するように、前記駆動手段による搖動を制御してもよい。
この一態様において、前記大腿保持手段は、前記被移乗者の左右の大腿前面を個別に保持する左及び右大腿保持部を有しており、前記胴体保持手段に対して前記左及び右大腿保持部を夫々搖動させる一対の前記駆動手段を備え、前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角に応じて、前記各駆動手段による搖動を独立して制御してもよい。
この一態様において、前記大腿保持手段において、前記被移乗者の大腿と接触する部分が凹形状に形成されていてもよい。
この一態様において、前記大腿保持手段は、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結された第１保持部と、該第１保持部の下端側に搖動可能に連結された第２保持部と、を有していてもよい。
上記目的を達成するための本発明の一態様は、被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持手段と、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結され前記被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持手段と、を有する保持具と、前記保持具の上端側に連結され、前記被移乗者の持上げ時には搖動することで、前記胴体保持手段の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、前記保持具を移動させるアームと、前記胴体保持手段に対して前記大腿保持手段を搖動させる駆動手段と、を備える移乗装置の制御方法であって、前記アームの搖動角を検出するステップと、前記検出された搖動角に応じて、前記駆動手段による搖動を制御するステップと、を含む、ことを特徴とする移乗装置の制御方法であってもよい。

本発明によれば、被移乗者の腹部を圧迫することなく被移乗者に不快感を与えることがない移乗装置及びその制御方法を提供することができる。

本発明の実施形態１に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施形態１に係る移乗装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本発明の実施形態１に係る制御装置の概略的システム構成を示すブロック図である。アームの搖動角と第２アクチュエータの変位目標値とのグラフ情報の一例を示す図である。本発明の実施形態１に係る移乗装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。乗り込み姿勢の被移乗者を保持具で保持した状態の一例を示す図である。持上げ姿勢の被移乗者を保持具で保持した状態の一例を示す図である。本発明の実施形態２に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施形態２に係る制御装置の概略的システム構成を示すブロック図である。アームの搖動角と力センサの目標値とのグラフ情報の一例を示す図である。本発明の実施形態３に係る移乗装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本発明の実施形態４に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。第１保持部及び第２保持部をプーリー及びベルトで連結した構成の一例を示す図である。大腿保持部が凹形状に形成された構成の一例を示す図である。従来の保持具の下端が被移乗者の腹部を圧迫した状態を示す図である。

実施形態１
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。図１は、本発明の実施形態１に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。図２は、本実施形態１に係る移乗装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態１に係る移乗装置１は、被移乗者を保持具２により保持して、該被移乗者を移乗するものである。

保持具２は、被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持部２１と、胴体保持部２１の下端側に連結され被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持部２２と、を有している。胴体保持部２１は、被移乗者の胴体前面と対峙し、接触する。大腿保持部２２は、被移乗者の大腿前面と対峙し接触する。胴体保持部２１及び大腿保持部２２の接触面には、例えば、弾性のクッションが設けられている。

保持具２の胴体保持部２１には、アーム３の先端が連結されている。なお、アーム３は、複数の関節部（手首関節、肘関節など）を有する多関節型のアームであってもよい。アーム３の後端は、アーム支柱部４に搖動可能に連結されている。保持具２の上端側は、アーム３の先端側に連結されている。アーム３は、被移乗者の持上げ時には搖動することで、胴体保持部２１の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、保持具２を移動させる。

アーム３の後端には、アーム３を搖動させるサーボモータなどの第１アクチュエータ５が設けられている。第１アクチュエータ５は、アーム３を搖動させることで、保持具２を移動させ、保持具２に保持された被移乗者を持上げることができる。

アーム支柱部４は、任意の方向へ移動可能な台車部６に立設されている。ユーザは、台車部６を移動させることがで、保持具２に保持された被移乗者を任意の位置に移動させることができる。あるいは、ユーザは、台車部６を被保持者の位置に移動させ、移乗装置１によりその被移乗者を保持させることができる。

ところで、被移乗者の胴体前面を保持具により保持して、被移乗者を持上げたときに、被移乗者が保持具から摺り落ちることがある。この場合、従来、保持具の下端が被移乗者の腹部を圧迫して、被移乗者に不快感を与える虞がある（図１５）。

これに対し、本実施形態１において、保持具２は、上述の如く、被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持部２１と、被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持部２２と、を有している。さらに、移乗装置１は、アーム３の搖動角に応じて、胴体保持部２１に対して大腿保持部２２を搖動させる制御を行う。

これにより、例えば、アーム３が搖動し、被移乗者が保持具２の胴体保持部２１から摺り落ちる場合がある。この場合でも、アーム３の搖動角に応じて、胴体保持部２１に対して大腿保持部２２を搖動し、胴体保持部２１だけでなく、その連続する大腿保持部２２が被移乗者の摺り落ちた部分を保持し、被移乗者の胴体及び大腿を胴体保持部２１および大腿保持部２２で均等にバランスよく保持できる。このため、被移乗者の腹部に荷重が集中して被移乗者の腹部を圧迫するようなことなく、被移乗者に不快感を与えることがない。

図２に示す如く、本実施形態１に係る移乗装置１は、アーム３を搖動させる第１アクチュエータ５と、保持具２の胴体保持部２１に対して大腿保持部２２を搖動させる第２アクチュエータ７と、アーム３の搖動角を検出する角度センサ８と、第２アクチュエータ７の変位量を検出する変位センサ９と、第１及び第２アクチュエータ５、７による搖動を制御する制御装置１０と、を備えている。

第２アクチュエータ７は、駆動手段の一具体例である。第２アクチュエータ７は、リニアモータやピストン及びシリンダなどで構成されている。例えば、第２アクチュエータ７は、一端が保持具２の胴体保持部２１に連結され、他端が大腿保持部２２に連結されて、伸縮する機構を有している。第２アクチュエータ７が収縮すると、保持具２の胴体保持部２１と大腿保持部２２とが接近し、これらが成す搖動角が減少する。一方、第２アクチュエータ７が伸長すると、保持具２の胴体保持部２１と大腿保持部２２とが離間し、これらが成す搖動角が増加する。なお、大腿保持部２２は、胴体保持部２１に回転軸を介して連結されている。第２アクチュエータ７は、この大腿保持部２２の回転軸を駆動することで、胴体保持部２１と大腿保持部２２とが成す搖動角を変化させてもよい。第２アクチュエータ７は、制御装置１０から送信されるトルク指令値に応じて駆動する。

角度センサ８は、角度検出手段の一具体例である。角度センサ８は、例えば、エンコーダ、ポテンショメータなどで構成されている。角度センサ８は、例えば、反時計方向を正として所定角からの搖動角θを検出する。この搖動角が増加すると、アーム３は反時計方向に搖動し、アーム３に連結された保持具２は持ち上がる。角度センサ８は、検出した搖動角θを制御装置１０に出力する。

変位センサ９は、第２アクチュエータ７が伸縮した際の、第２アクチュエータ７の変位量（伸縮量）Ｘを検出する。変位センサ９は、検出した第２アクチュエータ７の変位量Ｘを制御装置１０に出力する。

制御装置１０は、制御手段の一具体例である。制御装置１０は、例えば、制御処理、演算処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）１０ａ、ＣＰＵ１０ａ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）やＲＡＭ（Random Access Memory）からなるメモリ１０ｂ、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）１０ｃ、など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。ＣＰＵ１０ａ、メモリ１０ｂ、及びインターフェイス部１０ｃは、データバスなどを介して相互に接続されている。

図３は、本実施形態１に係る制御装置の概略的システム構成を示すブロック図である。本実施形態１に係る制御装置１０は、第２アクチュエータ７の変位目標値を生成する目標値生成部１１と、第２アクチュエータ７を制御する制御部１２と、を有している。

目標値生成部１１は、例えば、角度センサ８から出力されるアーム３の搖動角θと、予め設定されたアーム３の搖動角θと第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆとの関係を示すグラフ情報と、に基づいて、第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆを生成する。アーム３の搖動角θと第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆとのグラフ情報は、例えば、図４に示す如く、アーム３の搖動角θが増加するに従がって、第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆが漸増するような情報である。グラフ情報は、例えば、複数の被移乗者に対する持上げ試験の結果から帰納的に求める、あるいは、想定する被移乗者の体格から演繹的に求めることができる。グラフ情報は、メモリ１０ｂなどに設定されている。目標値生成部１１は、生成した第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆを制御部１２に出力する。

制御部１２は、例えば、目標値生成部１１から出力される第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆと、変位センサ９から出力される第２アクチュエータ７の変位量Ｘと、に基づいて、第２アクチュエータ７のフィードバック制御を行う。制御部１２は、第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆに変位センサ９から出力される第２アクチュエータ７の変位量Ｘを追従させるように、第２アクチュエータ７に対するトルク指令値を生成する。制御部１２は、生成したトルク指令値を第２アクチュエータ７に対して出力する。

図５は、本実施形態に係る移乗装置の制御方法のフローを示すフローチャートである。
例えば、台車部６を車椅子やベッドなどで端座位の被移乗者に接近させ、保持具２の胴体保持部２１を被移乗者の胴体前面に接触させ、大腿保持部２２を大腿に接触させることで、乗り込み姿勢の被移乗者を保持具２で保持する（図６）。
制御装置１０は、第１アクチュエータ５を制御してアーム３を搖動させる（ステップＳ１０１）。角度センサ８は、アーム３の搖動角を検出し、制御装置１０に出力する。

制御装置１０の目標値生成部１１は、角度センサ８から出力されるアーム３の搖動角θと、アーム３の搖動角θと第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆとのグラフ情報と、に基づいて、第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆを生成し、制御部１２に出力する（ステップＳ１０２）。

制御装置１０の制御部１２は、目標値生成部１１から出力される第２アクチュエータ７の変位目標値Ｘ_ｒｅｆと、変位センサ９から出力される第２アクチュエータ７の変位量Ｘと、に基づいて、第２アクチュエータ７のフィードバック制御を行う（ステップＳ１０３）。

上述の制御を行うことで、アーム３の搖動角θが増加するに従がって、第２アクチュエータ７が伸長し変位量Ｘが増加することとなる。換言すると、図７に示す如く、アーム３の搖動角θが増加するに従がって、持上げ姿勢の被移乗者の胴体及び大腿に沿うように、胴体保持部２１と大腿保持部２２とが離間しその搖動角が増加することとなる。したがって、例えば、アーム３が搖動し、被移乗者が保持具２の胴体保持部２１から摺り落ちた場合でも、被移乗者の胴体及び大腿を胴体保持部２１および大腿保持部２２で均等にバランスよく保持できる。このため、被移乗者の腹部に荷重が集中して被移乗者の腹部を圧迫することなく、被移乗者に不快感を与えることがない。

実施形態２
図８は、本発明の実施形態２に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。本発明の実施形態２に係る移乗装置２０は、第２アクチュエータ７の変位量を検出する変位センサ９の代わりに、大腿保持部２２が搖動し胴体保持部２１に対し接近する方向に作用する力を検出する力センサ１３を備えていてもよい。

力センサ１３は、大腿保持部２２と胴体保持部２１との間で、第２アクチュエータ７と並列あるは直列に設けられている。力センサ１３は、荷重センサなどで構成されている。

目標値生成部１１は、例えば、角度センサ８から出力されるアーム３の搖動角θと、予め設定されたアーム３の搖動角θと力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆとの関係を示すグラフ情報と、に基づいて、力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆを生成する（図９）。アーム３の搖動角θと力センサ１３の変位目標値ｆ_ｒｅｆとのグラフ情報は、例えば、図１０に示す如く、アーム３の搖動角θが増加するに従がって、力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆが漸増するような情報である。

制御部１２は、例えば、目標値生成部１１から出力される力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆと、力センサ１３から出力される計測値ｆと、に基づいて、第２アクチュエータ７のフィードバック制御を行う。制御部１２は、力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆに力センサ１３から出力される計測値ｆを追従させるように、第２アクチュエータ７に対するトルク指令値を生成する。制御部１２は、生成したトルク指令値を第２アクチュエータ７に対して出力する。なお、制御部１２は、保持具２の大腿保持部２２が常に被移乗者の大腿に押付けられるように、力センサ１３の目標値ｆ_ｒｅｆに力センサ１３から出力される計測値ｆを追従させて、第２アクチュエータ７に対するトルク指令値を生成する。
本実施形態２において、上記実施形態１と同一部分には同一符号を付して詳細な説明は省略する。

アーム３を搖動させ、被移乗者を持上げる際に、その被移乗者の胴体と大腿との成す角度の増加量は、被移乗者の体格によって異なる。本実施形態２によれば、アーム３の搖動角が増加するに従がって、力センサ１３により検出される力が増加するように、第２アクチュエータ７による搖動を制御する。これにより、被移乗者の大腿を大腿保持部２２に対し常時、十分に接触させ保持することができるため、異なる体格の被移乗者でも、その被移乗者の腹部を圧迫することなく、被移乗者に不快感を与えることがない。

実施形態３
図１１は、本発明の実施形態３に係る移乗装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態３において、胴体保持部２１には、被移乗者の左右の大腿前面を個別に保持する左及び右大腿保持部２２１が設けられていてもよい。一対の第２アクチュエータ７が、胴体保持部２１に対して左及び右大腿保持部２２１を夫々搖動させる。制御装置１０は、上記実施形態１と同様に、角度センサ８により検出された搖動角に応じて、第２アクチュエータ７による搖動を独立して制御する。
本実施形態３において、上記実施形態１と同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。

例えば、片麻痺などにより被移乗者の左右股関節の可動域が異なる場合や左右の大腿の大きさが異なる場合がある。本実施形態３によれば、そのような場合でも、角度センサ８により検出された搖動角に応じて、被移乗者の左右差に適応するように、第２アクチュエータ７による搖動を独立して制御することができる。

実施形態４
図１２は、本発明の実施形態４に係る移乗装置の概略的な構成を示す図である。
本発明の実施形態４において、胴体保持部２１の下端側に、第１保持部２２３が搖動可能に連結され、第１保持部２２３の下端側に第２保持部２２４が搖動可能に連結されている。第２アクチュエータ７は、一端が胴体保持部２１に連結され、他端が第１保持部２２３に連結されている。第２アクチュエータ７が伸縮することで、胴体保持部２１に対して第１保持部２２３が搖動する。第３アクチュエータ１４は、一端が胴体保持部２１に連結され、他端が第２保持部２２４に連結されている。第３アクチュエータ１４が伸縮することで、胴体保持部２１及び第１保持部２２３に対して第２保持部２２４が搖動する。

なお、第３アクチュエータ１４は、一端が第１保持部２２３に連結され、他端が第２保持部２２４に連結されていてもよい。第３アクチュエータ１４が伸縮することで、第１保持部２２３に対して第２保持部２２４が搖動する。第１保持部２２３と第２保持部２２４にプーリー２２５を設け、第１保持部２２３のプーリー２２５と第２保持部２２４のプーリー２２５とをベルト２２６で連結してもよい（図１３）。第３アクチュエータ１４はベルト２２６を駆動することで、第１保持部２２３に対して第２保持部２２４が搖動させる。同様に、胴体保持部２１と第１保持部２２３にプーリー２２５を設け、胴体保持部２１のプーリー２２５と第２保持部２２４のプーリー２２５とをベルト２２６で連結してもよい。第２アクチュエータ７はベルト２２６を駆動することで、胴体保持部２１に対して第１保持部２２３を搖動させる。
本実施形態４において、上記実施形態１と同一部分に同一符号を付して詳細な説明は省略する。

本実施形態４によれば、被移乗者の大腿の前面を保持する大腿保持部２２を分割し、複数の保持部で保持することで、例えば、被移乗者の摺り落ちの程度や被移乗者の体格に合わせて、各保持部を極め細やかに動作させ最適な保持面を形成することができる。したがって、被移乗者の腹部に対する負荷をより軽減できる。

なお、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。
上記実施形態において、大腿保持部２３において、被移乗者の大腿と接触する部分が、大腿の外形状に対応して凹形状２３１に形成されていてもよい（図１４）。これにより、被移乗者の大腿に印加される面圧が低減されるため、より被移乗者に不快感を与え難くなる。また、大腿保持部２３の凹形状２３１に被移乗者の大腿が嵌る為、被移乗者の持上げ時に大腿が大腿保持部２３からずれ難く、保持姿勢が安定する。
上記実施形態を任意に組み合わせることができる。

１移乗装置、２保持具、３アーム、４アーム支柱部、５第１アクチュエータ、６台車部、７第２アクチュエータ、８角度センサ、９変位センサ、１０制御装置、１１目標値生成部、１２制御部

Claims

被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持手段と、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結され前記被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持手段と、を有する保持具と、
前記保持具の上端側に連結され、前記被移乗者の持上げ時には搖動することで、前記胴体保持手段の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、前記保持具を移動させるアームと、
前記アームの搖動角を検出する角度検出手段と、
前記胴体保持手段に対して前記大腿保持手段を搖動させる駆動手段と、
前記角度検出手段により検出された搖動角に応じて、前記駆動手段による搖動を制御する制御手段と、
を備える、ことを特徴とする移乗装置。
請求項１記載の移乗装置であって、
前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角が増加するに従がって、前記胴体保持手段と前記大腿保持手段とが離間しその成す搖動角が増加するように、前記駆動手段による搖動を制御する、ことを特徴とする移乗装置。
請求項１記載の移乗装置であって、
前記大腿保持手段が搖動し前記胴体保持手段に対し接近する方向に作用する力を検出する力検出手段と、
前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角が増加するに従がって、前記力検出手段により検出される力が増加するように、前記駆動手段による搖動を制御する、ことを特徴とする移乗装置。
請求項１乃至３のうちいずれか１項記載の移乗装置であって、
前記大腿保持手段は、前記被移乗者の左右の大腿前面を個別に保持する左及び右大腿保持部を有しており、
前記胴体保持手段に対して前記左及び右大腿保持部を夫々搖動させる一対の前記駆動手段を備え、
前記制御手段は、前記角度検出手段により検出された搖動角に応じて、前記各駆動手段による搖動を独立して制御する、
ことを特徴とする移乗装置。
請求項１乃至４のうちいずれか１項記載の移乗装置であって、
前記大腿保持手段において、前記被移乗者の大腿と接触する部分が凹形状に形成されている、
ことを特徴とする移乗装置。
請求項１乃至５のうちいずれか１項記載の移乗装置であって、
前記大腿保持手段は、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結された第１保持部と、該第１保持部の下端側に搖動可能に連結された第２保持部と、を有する、
ことを特徴とする移乗装置。
被移乗者の胴体前面を保持する胴体保持手段と、前記胴体保持手段の下端側に搖動可能に連結され前記被移乗者の大腿前面を保持する大腿保持手段と、を有する保持具と、
前記保持具の上端側に連結され、前記被移乗者の持上げ時には搖動することで、前記胴体保持手段の下端側が上端側よりも多く上方に移動するように、前記保持具を移動させるアームと、
前記胴体保持手段に対して前記大腿保持手段を搖動させる駆動手段と、を備える移乗装置の制御方法であって、
前記アームの搖動角を検出するステップと、
前記検出された搖動角に応じて、前記駆動手段による搖動を制御するステップと、
を含む、ことを特徴とする移乗装置の制御方法。