JP6539016B2

JP6539016B2 - 制御装置

Info

Publication number: JP6539016B2
Application number: JP2013258661A
Authority: JP
Inventors: 玉井　博文; 博文玉井; 智玉井
Original assignee: Muscle Corp
Current assignee: Muscle Corp
Priority date: 2013-12-13
Filing date: 2013-12-13
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2033-12-13
Also published as: JP2015112430A

Description

本発明は制御装置に関する。さらに詳しくは、ベッドに寝ている要介護者を車椅子に移乗させる際に利用される介護ロボットの制御装置に関する。

従来より、介護ヘルパーなどの介護者による高齢者や障害者(以下、要介護者という)の生活支援がなされている。介護者による生活支援においては、要介護者のトイレ介助や入浴介助の際に、ベッドから車椅子への移乗、あるいは車椅子からベッドへの移乗がなされている。

しかるに、かかる移乗は、一人の介護者によりなされていたところから、介護者に多大の負担を強いる結果となっていた。そのため、介護者には、腰を痛める者が多数に上っている。このような現状から、腰痛は介護者の職業病とまでいわれるようになってきている。

かかる状況に鑑み、移乗は二人によりなすようになってきているが、急激な高齢化社会の到来により、介護者の確保が困難となってきている。そのため、介護関係者から移乗の際の人員削減がなし得る介護ロボットが熱望されている。それに加えて、介護ロボットに搭載されて同介護ロボットを手軽にしかも安全に操作できるようにする制御装置も熱望されている。

なお、特許文献１には、介護用キャリアの提案がなされているが、構成が複雑であるため、操作性に難点があるという問題がある。

特開２００２−１３６５４９号公報

本発明はかかる従来技術の課題に鑑みなされたものであって、介護ロボットに搭載されて同介護ロボットを手軽にしかも安全に操作できるようにする制御装置を提供することを目的としている。

本発明の制御装置は、ロボットの制御装置であって、
前記ロボットは、一対の揺動自在とされた昇降軸により傾動される傾動部材を有する傾動部と、前記昇降軸の一方に対する動作指令を生成する一方の動作指示手段と、前記昇降軸の他方に対する動作指令を生成する他方の動作指示手段と、頭部が同ロボットの右側か左側かを指示する頭部位置指示手段と、を備え、
前記傾動部は加速度検出手段を有し、
前記制御装置は、信号入力部と、入力信号処理部と、演算処理部と、電流指令値生成部と、信号出力部と、記憶部とを有し、
前記信号入力部は、前記各動作指示手段、前記頭部位置指示手段および前記加速度検出手段から入力された信号を前記入力信号処理部および前記記憶部に出力するものとされ、
前記入力信号処理部は、動作指令の極性を判定する極性判定手段と、前記動作指令の大きさを比較する比較手段と、頭部位置を判定する頭部位置判定手段と、を有し、
前記極性判定手段は、信号入力部からの複数の動作指令信号の極性を判定して上昇指令または下降指令として演算処理部に出力するものとされ、
前記比較手段は、前記昇降軸の一方に対する動作指令値と前記昇降軸の他方に対する動作指令値との絶対値を比較し、小さい値を動作指令値として出力するものとされ、
前記頭部位置判定手段は、前記頭部位置指示手段からの信号に基づいて頭部位置を判定して判定結果を出力するものとされ、
前記演算処理部は、傾動処理セクションを有し、
前記傾動処理セクションは、入力信号処理部から入力される前記動作指令の極性を示す上昇指令または下降指令、前記動作指令値、前記頭部位置の判定結果ならびに前記記憶部に記憶されているデータに基づいて前記一対の昇降軸の各軸の昇降速度指令値を算出し、その結果を前記一対の昇降軸の各軸昇降速度指令値として前記電流指令値生成部に出力するものとされ、
前記電流指令値生成部は、前記演算処理部から入力された各軸昇降速度指令値に基づいて前記一対の昇降軸の各軸電流指令値を生成して前記信号出力部に出力するものとされ、
前記信号出力部は、前記電流指令値生成部からの各軸電流指令値を前記一対の昇降軸の各軸に出力するものとされてなる
ことを特徴とする。

また、本発明の制御装置においては、傾動処理セクションはリミット処理手段を有し、前記リミット処理手段は加速度検出手段から検出される加速度から傾動角を算出し、その算出された傾動角が傾動範囲を超える場合にリミット処理するようにされてなるのが好ましい。

本発明は前記の如く構成されているので、ベッドに寝ている要介護者を車椅子に移乗させる際に利用される、介護ロボットにおける傾動部の傾動が手軽にしかも安全になし得るという優れた効果を奏する。

ロボットの概略図である。同ロボットを傾動させた状態の概略図である。本発明の一実施形態に係る制御装置のブロック図である。同実施形態の回路図である。操作パネルの平面概略図である。入力信号処理部のブロック図である。演算処理部のブロック図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明を実施形態に基づいて説明するが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではない。

本発明の制御装置の制御の理解を容易にするため、本制御装置により制御されるロボットＲの構成について簡単に説明する。なお、以下の説明において、左側および右側とは、ロボットＲの背面より見た場合の左側および右側を意味するものとする。
図１にロボットＲを概略図で示し、図２に同ロボットＲを傾動させた状態を示す。

ロボットＲは、図１および図２に示すように、走行可能とされた基部１上に傾動部２を傾動させるとともに、傾動部２を昇降させる昇降軸３が配設されてなるものとされる。また、基部１には制御装置１００の電源および昇降軸３の電源を構成するバッテリーＢも配設されている。

昇降軸３は、中央に配設された中央昇降軸３Ｃと、中央昇降軸３Ｃの右側に隣接させて配設された右側昇降軸３Ｒと、中央昇降軸３Ｃの左側に隣接させて配設された左側昇降軸３Ｌと、を含むものとされる。ここで、右側昇降軸３Ｒと左側昇降軸３Ｌとは駆動軸とされ、中央昇降軸３Ｃは前記駆動軸に駆動される従動軸とされる。また、駆動軸はネジ駆動とされて停止時にはその位置が保持されるようにされているとともに、上限位置および下限位置のそれぞれに近接センサ(図示省略)が内蔵されていて、上限位置および下限位置で自動的に停止するようにされている。

傾動部２の傾動は、図１に示すように、中央昇降軸３Ｃの上端部に配設された太陽歯車(図示省略)と右側昇降軸３Ｒの上端部に配設された右側遊星歯車(図示省略)と、左側昇降軸３Ｌの上端部に配設された左側遊星歯車(図示省略)とにより構成される遊星歯車機構４を中心とした傾動機構により、傾動部２の傾動部材２ａを傾動させることによりなされる。また、傾動部２の昇降は、右側昇降軸３Ｒと左側昇降軸３Ｌとを同期させて傾動部２の傾動部材２ａを昇降させることによりなされる。

本実施形態では、昇降軸３による傾動部２の動作範囲は、昇降が７５０ｍｍないし１１５０ｍｍの範囲でなすようにされ、傾動部２の傾動角は頭部がある側が水平から上向き４５度の範囲でなすようにされている。ただし、昇降範囲および傾動角の範囲は前記に限定されるものではなく、傾動角の範囲は９０度を超えない範囲で適宜とすることができる。

図３に、本発明の制御装置１００をブロック図で示す。

制御装置１００は、図３に示すように、信号入力部１１０と、入力信号処理部１２０と、記憶部１３０と、演算処理部１４０と、電流指令値生成部１５０と、信号出力部１６０とを主要部として備えてなるものとされる。かかる構成とされた制御装置１００は、後述する機能を実現するためのプログラムが格納されたマイコンを中心に構成される。また、図４に回路を示す。

信号入力部１１０には、ロボットＲに設けられた昇降軸３に対する動作指令用つまみ(動作指示手段)５、スイッチおよび加速度センサ(加速度検出手段)７からの信号が入力され、ついで入力された信号を入力信号処理部１２０や記憶部１３０に出力するものとされる。

ここで、加速度センサ７は三次元加速度センサとされる。ただし、加速度センサ７は三次元加速度センサに限定されるものではなく、少なくとも加速度から傾動部の傾動角が演算できるものとされればよい。

動作指令用つまみ５は、図２に示すように、右側操作レバーＬＲの頂部に配設された右側つまみ５Ｒと、左側操作レバーＬＬの頂部に配設された左側つまみ５Ｌとを含むものとされ、各昇降軸３に対する動作指令を生成するものとされる。

ここで、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の一例について概略説明する。

右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌを同時に反手前方向(上向き)に回した場合は、右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する回した量に比例した上昇指令信号が生成される。つまり、回した量が大きいほど上昇速度が速くなるような右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する上昇指令信号が生成される。その逆に、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌを同時に手前方向(下向き)に回した場合は、右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する回した量に比例した下降指令信号が生成される。つまり、回した量が大きいほど下降速度が速くなるような右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する下降指令信号が生成される。昇降を停止させる場合は、右側つまみおよび左側つまみをゼロ点に復帰させる。ここで、このゼロ点への復帰は、つまみに内蔵されたばねにより自動的になされる。

なお、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌの回した量が一致しない場合の処理については後述する。

また、頭部が右側におかれた状態で右側つまみ５Ｒを反手前方向(上向き)に回す一方、左側つまみ５Ｌを手前方向(下向き)に回した場合は、右側が上になるよう右側昇降軸３Ｒに対する回した量に比例した上昇指令信号が生成される一方、左側が下になるよう左側昇降軸３Ｌに対する回した量に比例した下降信号が生成される。その逆の場合には、逆の指令信号が生成される。傾動を停止させる場合は、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌをゼロ点に復帰させる。

なお、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌの回した量の絶対値が一致しない場合の処理については後述する。

スイッチは、図５に示すように、操作パネルＰに配設された頭部の位置を指示する頭部位置指示スイッチ(頭部位置指示手段)８を含むものとされる。頭部位置指示スイッチ８は、頭部の位置が右側であることを示す右側指示スイッチ８Ｒと、頭部の位置が左側であることを示す左側指示スイッチ８Ｌと、を含むものとされる。右側指示スイッチ８Ｒと左側指示スイッチ８Ｌとは、一方がオンのときは他方がオフとなるように回路が構成されている。

加速度センサ(三次元加速度センサ)７は、図示はされていないが、主傾動部材２ａの中央上面に配設されている。

操作パネルＰは、図５に示すように、頭部の位置を表示する頭部位置指示ランプ９も有している。頭部位置指示ランプ９は、頭部の位置が右側であることを示す、つまり右側指示スイッチ８Ｒがオンで点灯する右側指示ランプ９Ｒと、頭部の位置が左側であることを示す、つまり左側指示スイッチ８Ｌがオンで点灯する左側指示ランプ９Ｌとを含むものとされる。

また、操作パネルＰには、緊急時にロボットＲに供給されている電力を遮断するための非常停止スイッチＥＳも設けられている。

入力信号処理部１２０は、信号入力部１１０から入力されてくる入力信号を処理して演算処理部１４０に出力するものとされ、図６に示すように、動作指令信号の極性を判定する極性判定手段１２２、動作指令の絶対値を比較して演算処理部１４０に出力する動作指令を決定する比較手段１２４と、頭部の位置を判定する頭部位置判定手段１２６とを有するものとされる。

極性判定手段１２２は、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の極性を判定し、右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌの上昇または下降を決定して演算処理部１４０に出力するものとされる。

例えば、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の極性が共にプラスであれば、右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する上昇指令を出力する。その逆に、右側つまみ５Ｒおよび左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の極性が共にマイナスであれば、右側昇降軸３Ｒおよび左側昇降軸３Ｌに対する下降指令を出力する。

また、右側つまみ５Ｒからの動作指令信号の極性がプラスで左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の極性がマイナスであれば、右側昇降軸３Ｒに対する上昇指令を出力する一方、左側昇降軸３Ｌに対する下降指令を出力する。その逆の場合は、右側昇降軸３Ｒに対する下降指令を出力する一方、左側昇降軸３Ｌに対する上昇指令を出力する。

比較手段１２４は、右側つまみ５Ｒからの動作指令信号と左側つまみ５Ｌからの動作指令信号との絶対値を比較して、小さい値を動作指令値(決定動作指令値)として出力するものとされる。そのため、右側つまみ５Ｒあるいは左側つまみ５Ｌからの動作指令信号が入力されない場合は、決定動作指令値がゼロとなり、昇降あるいは傾動がなされないことになり、安全性が担保されることになる。

頭部位置判定手段１２６は、頭部位置指示スイッチ８からの信号に基づいて頭部の位置が右側であるか左側であるかを判定し、その結果を演算処理部１４０に出力するものとされる。つまり、右側指示スイッチ８Ｒからの入力信号に基づいて頭部位置が右側であるとの指示を演算処理部１４０に出力し、左側指示スイッチ８Ｌからの入力信号に基づいて頭部位置が左側であるとの指示を演算処理部１４０に出力する。

記憶部１３０は、信号入力部１１０からの信号を記憶するとともに、傾動部２の動作範囲に関するデータなども記憶するものとされる。

演算処理部１４０は、入力信号処理部１２０から入力される信号および記憶部１３０に記憶されているデータに基づいて演算処理をなしてその結果を、例えば速度指令値として電流指令値生成部１５０に出力するものとされる。

以下、図７を参照しながら演算処理部１４０を具体的に説明する。

演算処理部１４０は、傾動処理セクション１４２を含むものとされ、演算した昇降速度を、例えば速度指令値として電流指令値生成部１５０に出力する。

傾動処理セクション１４２は、傾動速度指令生成手段(傾動指令値生成手段)１４４と、リミット処理手段１４５とを有し、以下の演算処理を行うものとされる。

頭部が右側にある場合に頭部を上げる場合
傾動速度指令生成手段１４４は、右側つまみ５Ｒからの動作指令信号の極性がプラスで、かつ、左側つまみ５Ｌからの動作指令信号の極性がマイナスと判定した場合、つまり、頭部がある側の昇降軸３に対し上昇指令がなされた場合、決定動作指令値に対応した速度指令値を右側昇降軸３Ｒ(上昇)および左側昇降軸３Ｌ(下降)に対して生成する。

リミット処理手段１４５は、以下のようにして傾動速度指令生成手段１４４により生成された速度指令値に対しリミット処理を行う。

まず、加速度センサ７からの信号を演算処理して増加角度を算出し、ついでその算出された角度が傾動範囲に収まるか否か判定する。傾動範囲を超えると判定した場合、速度指令値に対しリミット処理を行う。つまり、速度指令値の一部をカットして増加角度により傾動角が傾動範囲を超えないように処理する。ただし、傾動範囲内であっても、右側昇降軸３Ｒの上昇が上限位置に到達すれば傾動は停止される。

なお、頭部が左側にある場合は、前記と逆の処理をなすものとされる。

頭部が右側にある場合に頭部を下げる場合
傾動速度指令生成手段１４４は、右側つまみ５Ｒからの動作指令信号の極性がマイナスで、かつ、左側つまみからの動作指令信号の極性がプラスと判定した場合、つまり、頭部がある側の昇降軸３に対し下降指令がなされた場合、決定動作指令値に対応した速度指令値を右側昇降軸３Ｒ(下降)および左側昇降軸３Ｌ(上昇)に対して生成する。

リミット処理手段１４５は、以下のようにして傾動速度指令生成手段により生成された速度指令値に対しリミット処理を行う。

まず、加速度センサ７からの信号を演算処理して減少角度を算出し、ついでその算出された角度が傾動範囲に収まるか否か判定する。傾動範囲を超えると判定した場合、速度指令値に対しリミット処理を行う。つまり、速度指令値の一部をカットして減少角度により傾動角が傾動範囲を超えないように処理する。ただし、傾動範囲内であっても、右側昇降軸３Ｒの下降が下限位置に到達すれば傾動は停止される。

電流指令値生成部１５０は、演算処理部１４０から入力された速度指令値に基づいて各昇降軸３Ｒ，３Ｌの電流指令値を生成して信号出力部１６０に出力するものとされる。なお、電流指令値の生成は、記憶部１３０に格納されている電流指令値生成に必要なデータを用いて公知の手法によりなされる。

このように、本実施形態によれば、各操作レバーＬＲ，ＬＬの頂部に配設されたつまみ５Ｒ，５Ｌを回すという簡単な操作により傾動部２を傾動させることができるので、ロボットＲの操作が簡単になし得る。

以上、本発明を実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はかかる実施形態のみに限定されるものではなく、種々改変が可能である。

例えば、昇降軸３に対する動作指示手段は本実施形態に示す例に限定されるものではなく、種々改変が可能である。例えば、本実施形態に示すような操作レバーＬＲ，ＬＬ頂部のつまみ５に限定されるものではなく、各種形状とすることができ、また位置も適宜とすることができる。さらに力センサとの組み合わせも可能である。

本発明のロボット産業や介護産業に適用できる。

Ｒロボット
Ｂバッテリー
Ｐ操作パネル
ＥＳ非常停止スイッチ
ＬＲ右側操作レバー
ＬＬ左側操作レバー
１基部
２傾動部
２ａ傾動部材
３昇降軸
３Ｃ中央昇降軸
３Ｒ右側昇降軸
３Ｌ左側昇降軸
４遊星歯車機構
５動作指令用つまみ
５Ｒ右側つまみ
５Ｌ左側つまみ
７加速度センサ
８頭部位置指示スイッチ
８Ｒ右側指示スイッチ
８Ｌ右側指示スイッチ
９頭部位置指示ランプ
９Ｒ右側指示ランプ
９Ｌ左側指示ランプ
１００制御装置
１１０信号入力部
１２０入力信号処理部
１２２極性判定手段
１２４比較手段
１２６頭部位置判定手段
１３０記憶部
１４０演算処理部
１４２傾動処理セクション
１４４傾動速度指令生成手段
１４５リミット処理手段
１５０電流指令値生成部
１６０信号出力部

Claims

ロボットの制御装置であって、
前記ロボットは、一対の揺動自在とされた昇降軸により傾動される傾動部材を有する傾動部と、前記昇降軸の一方に対する動作指令を生成する一方の動作指示手段と、前記昇降軸の他方に対する動作指令を生成する他方の動作指示手段と、頭部が同ロボットの右側か左側かを指示する頭部位置指示手段と、を備え、
前記傾動部は加速度検出手段を有し、
前記制御装置は、信号入力部と、入力信号処理部と、演算処理部と、電流指令値生成部と、信号出力部と、記憶部とを有し、
前記信号入力部は、前記各動作指示手段、前記頭部位置指示手段および前記加速度検出手段から入力された信号を前記入力信号処理部および前記記憶部に出力するものとされ、
前記入力信号処理部は、動作指令の極性を判定する極性判定手段と、前記動作指令の大きさを比較する比較手段と、頭部位置を判定する頭部位置判定手段と、を有し、
前記極性判定手段は、信号入力部からの複数の動作指令信号の極性を判定して上昇指令または下降指令として演算処理部に出力するものとされ、
前記比較手段は、前記昇降軸の一方に対する動作指令値と前記昇降軸の他方に対する動作指令値との絶対値を比較し、小さい値を動作指令値として出力するものとされ、
前記頭部位置判定手段は、前記頭部位置指示手段からの信号に基づいて頭部位置を判定して判定結果を出力するものとされ、
前記演算処理部は、傾動処理セクションを有し、
前記傾動処理セクションは、入力信号処理部から入力される前記動作指令の極性を示す上昇指令または下降指令、前記動作指令値、前記頭部位置の判定結果ならびに前記記憶部に記憶されているデータに基づいて前記一対の昇降軸の各軸の昇降速度指令値を算出し、その結果を前記一対の昇降軸の各軸昇降速度指令値として前記電流指令値生成部に出力するものとされ、
前記電流指令値生成部は、前記演算処理部から入力された各軸昇降速度指令値に基づいて前記一対の昇降軸の各軸電流指令値を生成して前記信号出力部に出力するものとされ、
前記信号出力部は、前記電流指令値生成部からの各軸電流指令値を前記一対の昇降軸の各軸に出力するものとされてなる
ことを特徴とする制御装置。
傾動処理セクションはリミット処理手段を有し、前記リミット処理手段は加速度検出手段から検出される加速度から傾動角を算出し、その算出された傾動角が傾動範囲を超える場合にリミット処理するようにされてなることを特徴とする請求項１記載の制御装置。