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JP6058382B2 - 介助ロボット - Google Patents
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Description

本発明は、要介助者の着座動作を支援する介助ロボットに関する。
特許文献1には、介助ロボットが開示されている。同文献記載の介助ロボットは、保持部を備えている。保持部は、要介助者の胸部を保持した状態で、起立時または着座時の胸部の軌道に沿って、移動することができる。このため、同文献記載の介助ロボットによると、要介助者の起立動作および着座動作を支援することができる。
特開2011−19571号公報 特開平7−146113号公報 特開平11−183117号公報
ここで、要介助者の起立動作を支援する場合は、椅子などに着座している要介助者を介助ロボットの保持部が迎えに行くことになる。この場合、保持部が要介助者に接近した時点で、要介助者と保持部との位置がずれていることが判明しても、要介助者は椅子に着座したままである。このため、要介助者に負担を強いることなく、要介助者と保持部との位置ずれを補正することができる。
これに対して、要介助者の着座動作を支援する場合は、保持部が保持している要介助者を椅子の座面などに着座させることになる。この場合、要介助者が座面に接近した時点で、要介助者と座面との位置がずれていることが判明すると、要介助者を着座させることができない。このため、要介助者と座面との位置ずれを補正する際、要介助者に負担を強いることになる。要介助者に負担を強いないためには、着座動作を支援する前に、介助者が、介助ロボットの保持部の軌道を予測する必要がある。言い換えると、介助者が、起立状態の要介助者の着座位置を予測する必要がある。
しかしながら、この場合、着座位置の予測は、介助者のスキルの熟練度に依存することになる。なお、特許文献2、3には、レーザ光により、物体の変位量や物体の有無を検出する技術が開示されている。これらの文献には、上記課題は開示、示唆されていない。
そこで、本発明は、着座動作を支援する前に、起立状態の要介助者の着座位置を予測しやすい介助ロボットを提供することを目的とする。
(1)上記課題を解決するため、本発明の介助ロボットは、要介助者の着座動作を支援する際に、着座対象物の座面に光を照射することにより、該座面に光像を形成する照射装置を備えることを特徴とする。
本発明の介助ロボットは、照射装置を備えている。照射装置は、座面に光を照射することにより、座面に光像を形成することができる。このため、当該光像を参照することにより、起立状態の要介助者の着座位置を予測することができる。
(2)好ましくは、上記(1)の構成において、前記座面の少なくとも一部を含む撮像エリアを有し、前記照射装置の光軸に対して、傾斜した光軸を有する撮像装置と、該撮像エリアに対する前記光像の位置を基に、該座面の高度を測定する制御装置と、を備える構成とする方がよい。本構成によると、撮像エリアと光像との相対的な位置関係から、座面の高度を測定することができる。
(3)好ましくは、上記(1)または(2)の構成において、前記制御装置は、前記座面に対する、前記撮像エリアおよび前記光像のうち少なくとも一方の位置を基に、該座面に対する前記要介助者の位置ずれを判別する構成とする方がよい。本構成によると、座面と、撮像エリアおよび光像のうち少なくとも一方と、の相対的な位置関係から、座面に対する要介助者の位置ずれを判別することができる。
(4)好ましくは、上記(1)の構成において、前記座面における前記光像の位置は、前記要介助者の着座目安位置である構成とする方がよい。本構成によると、介助者や要介助者が光像を目視することにより、起立状態の要介助者の着座位置を予測することができる。
本発明によると、着座動作を支援する前に、起立状態の要介助者の着座位置を予測しやすい介助ロボットを提供することができる。
本発明の一実施形態である介助ロボットの斜視図である。 同介助ロボットのブロック図である。 (a)は、着座動作支援前の介助ロボットの右側面図である。(b)は、着座動作支援後の介助ロボットの右側面図である。 同介助ロボットの、座面の位置が上下方向に変化する場合の、右側面図である。 同介助ロボットの、座面の位置が左右方向に変化する場合の、上面図である。 同介助ロボットの、座面の位置が上下左右方向に変化する場合の、撮像エリアである。 要介助者の着座動作支援前の介助ロボットの動きに関するフローチャートである。
以下、本発明の介助ロボットの実施の形態について説明する。
<介助ロボットの構成>
まず、本実施形態の介助ロボットの構成について説明する。図1に、本実施形態の介助ロボットの斜視図を示す。図2に、同介助ロボットのブロック図を示す。なお、図1においては、椅子90を透過して示す。
図1、図2に示すように、本実施形態の介助ロボット1は、走行部2と、制御装置3と、基部4と、左右一対の足部5L、5Rと、腕部6と、照射装置70と、撮像装置71と、を備えている。
基部4は、表示装置40を備えている。また、基部4には、後述する制御装置3が収容されている。表示装置40は、タッチパネルである。左右一対の足部5L、5Rは、基部4の前縁の左右両端から、前方に突設されている。左右一対の足部5L、5Rは、要介助者の着座動作を支援する際、要介助者の左右両足の左右両外側に配置される。
走行部2は、左右一対の駆動輪20Rと、左右一対の従動輪21L、21Rと、を備えている。左右一対の駆動輪20Rは、基部4の後縁の左右両端付近に配置されている。左右一対の従動輪21L、21Rは、左右一対の足部5L、5Rの前端付近に配置されている。
腕部6は、下段部60と、中段部61と、上段部62と、保持部63と、ハンドル64と、を備えている。下段部60は、上下方向に延在する角筒状を呈している。下段部60は、揺動軸601を介して、基部4に対して上下方向(詳しくは、上下前後に展開する面方向)に揺動可能である。中段部61は、上下方向に延在する角筒状を呈している。中段部61は、下段部60に対して、上下方向に往復動可能である。上段部62は、上端が前側に突出するL字状を呈している。上段部62は、中段部61に対して、上下方向に往復動可能である。保持部63は、前側に開口するC字状を呈している。保持部63は、揺動軸631を介して、上段部62に対して上下方向に揺動可能である。要介助者の着座動作を支援する際、保持部63は、要介助者の胸部を保持する。ハンドル64は、上段部62と保持部63との間に配置されている。要介助者の着座動作を支援する際、ハンドル64は、要介助者により把持される。
照射装置70は、保持部63のC字右端前面に配置されている。照射装置70は、左前下向きに、レーザ光Bを照射可能である。レーザ光Bは、本発明の「光」の概念に含まれる。すなわち、着座動作支援前の状態において、照射装置70は、レーザ光Bを、椅子90の座面Fに照射可能である。レーザ光Bにより、座面Fには、円形のスポットbが形成される。スポットbは、本発明の「光像」の概念に含まれる。
撮像装置71は、保持部63のC字左端前面に配置されている。撮像装置71と照射装置70とは、所定間隔だけ離間して、左右方向に並んでいる。撮像装置71は、CCD(Charge−Coupled Device)イメージセンサである。撮像装置71は、右前下側に、四角形の撮像エリアaを有している。着座動作支援前の状態において、撮像エリアaには、座面Fの少なくとも一部が含まれている。また、撮像エリアaには、スポットbが含まれている。
制御装置3は、基部4に収容されている。制御装置3は、コンピュータ30と、入出力インターフェイス31と、を備えている。コンピュータ30は、演算部300と、記憶部301と、を備えている。コンピュータ30は、入出力インターフェイス31を介して、撮像装置71、照射装置70、表示装置40に接続されている。撮像装置71の画像は、制御装置3により画像処理され、表示装置40に表示される。
<要介助者の着座動作支援時の介助ロボットの動き>
次に、要介助者の着座動作支援時の介助ロボットの動きについて簡単に説明する。図3(a)に着座動作支援前の介助ロボットの右側面図を示す。図3(b)に着座動作支援後の介助ロボットの右側面図を示す。
図3(a)、図3(b)に示すように、着座動作支援時においては、保持部63は、継続的に要介助者Hの胸部に密着している。すなわち、保持部63は、着座時の要介助者Hの胸部の動きに追随して、所定の軌道(図2に示す記憶部301に格納されている)で移動する。
図3(b)に示すように、椅子90の座面Fに対して、要介助者Hが理想的な姿勢で着座するためには、図3(a)に示す起立状態において、要介助者Hの臀部hが座面Fのどこに降りるか、予め予測しておく必要がある。
<座面の位置の変化に対する画像の変化>
次に、座面Fの位置が上下左右方向に変化する場合の、撮像装置71の撮像エリアa、つまり画像の変化について説明する。図4に、本実施形態の介助ロボットの、座面の位置が上下方向に変化する場合の、右側面図を示す。図5に、本実施形態の介助ロボットの、座面の位置が左右方向に変化する場合の、上面図を示す。図6に、本実施形態の介助ロボットの、座面の位置が上下左右方向に変化する場合の、撮像エリアを示す。なお、図6は、図4、図5に示す座面Fを、上から見ている。また、図6においては、撮像装置71の撮像エリアaの中心(図形重心(図心))Caを「+」で、レーザ光Bのスポットbの中心(図形重心(図心))Cbを「・」で、座面Fの中心(図形重心(図心))Cfを「×」で、各々示す。図6の九つの撮像エリアaは、いずれも図1、図2に示す表示装置40に表示可能である。
[座面の位置が上下方向に変化する場合]
図4に示すように、座面Fが上下方向中央位置mに設定されている場合、座面Fの高度は、要介助者に対して理想的な高度である。この場合、図6の(M,m)(=左右方向位置(L〜R),上下方向位置(u〜d))に示すように、撮像装置71の撮像エリアaの中心(図形重心)Caと、レーザ光Bのスポットbの中心(図形重心)Cbと、座面Fの中心(図形重心)Cfと、は互いに一致する。言い換えると、撮像装置71の光軸αとレーザ光Bの光軸βとは、座面Fの中心Cdで、交差する。
これに対して、座面Fが、上下方向中央位置mよりも上側の、上位置uに設定されている場合、図6の(M,u)に示すように、撮像装置71の撮像エリアaの中心Caは、座面Fの中心Cfに対して、左後側にずれる。また、レーザ光Bのスポットbの中心Cbは、座面Fの中心Cfに対して、右後側にずれる。また、スポットbの中心Cbは、撮像エリアaの中心Caに対して、右側にずれる。
これに対して、座面Fが、上下方向中央位置mよりも下側の、下位置dに設定されている場合、図6の(M,d)に示すように、撮像エリアaの中心Caは、座面Fの中心Cfに対して、右前側にずれる。また、スポットbの中心Cbは、座面Fの中心Cfに対して、左前側にずれる。また、スポットbの中心Cbは、撮像エリアaの中心Caに対して、左側にずれる。
[座面の位置が左右方向(座面幅方向)に変化する場合]
図5に示すように、座面Fが左右方向中央位置Mに設定されている場合、座面Fの左右方向位置は、要介助者に対して理想的な位置である。この場合、図6の(M,m)に示すように、撮像エリアaの中心Caと、スポットbの中心Cbと、座面Fの中心Cfと、は互いに一致する。言い換えると、撮像装置71の光軸αとレーザ光Bの光軸βとは、座面Fの中心Cdで、交差する。
これに対して、座面Fが、左右方向中央位置Mよりも左側の、左位置Lに設定されている場合、図6の(L,m)に示すように、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfが左側にずれる。撮像エリアaの中心Caと、スポットbの中心Cbと、は一致している。
これに対して、座面Fが、左右方向中央位置Mよりも右側の、右位置Rに設定されている場合、図6の(R,m)に示すように、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfは右側にずれる。撮像エリアaの中心Caと、スポットbの中心Cbと、は一致している。
[座面の位置が左上、右上、左下、右下方向に変化する場合]
図6の(L,u)に示すように、(M,m)に対して、座面Fが左上側に設定されている場合、(M,u)と比較して、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfが左側にずれる。図6の(R,u)に示すように、(M,m)に対して、座面Fが右上側に設定されている場合、(M,u)と比較して、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfが右側にずれる。図6の(L,d)に示すように、(M,m)に対して、座面Fが左下側に設定されている場合、(M,d)と比較して、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfが左側にずれる。図6の(R,d)に示すように、(M,m)に対して、座面Fが右下側に設定されている場合、(M,d)と比較して、撮像エリアaの中心Caに対して、座面Fの中心Cfが右側にずれる。
以上、説明したように、座面Fの位置が上下左右方向に変化する場合、撮像装置71の撮像エリアa、つまり画像が変化する。
<要介助者の着座動作支援前の介助ロボットの動き>
次に、要介助者の着座動作支援前の介助ロボット1の動きについて説明する。図7に、要介助者の着座動作支援前の介助ロボットの動きに関するフローチャートを示す。まず、図3(a)に示すように、起立状態の要介助者Hを保持している介助ロボット1の前側に、介助者(図略)が椅子90を配置する。次に、図2に示す演算部300は、撮像装置71、照射装置70、表示装置40を起動する(図7のS1(ステップ1。以下同様。))。図1に示すように、椅子90の座面Fには、レーザ光Bのスポットbが形成される。表示装置40には、図6に示すように、撮像装置71の撮像エリアaの画像が表示される。
ここで、図2に示す記憶部301には、複数の椅子90の種類ごとに、座面Fの形状データ、マスタデータが格納されている。なお、座面Fの形状データとは、座面Fの形状、端部に関するデータをいう。また、座面Fのマスタデータとは、左右方向中央位置Mにある座面Fの高度が変化する場合の、撮像エリアa、スポットb、座面Fに関するデータをいう。例えば、図6に示す(M,m)、(M,u)、(M,d)の画像をいう。
また、記憶部301には、座面Fの高度ずれに関する高度しきい値、着座予定高度変更しきい値(>高度しきい値)が格納されている。なお、高度ずれとは、具体的には、図6の(M,m)の状態(撮像エリアaの中心Ca=スポットbの中心Cb=座面Fの中心Cf)を基準とした場合の、例えば(M,u)や(M,d)の状態の、中心Caに対する中心Cb、Cfのずれをいう。
また、記憶部301には、座面Fの左右ずれに関する左右しきい値が格納されている。なお、左右ずれとは、具体的には、図6の(M,m)の状態(撮像エリアaの中心Ca=スポットbの中心Cb=座面Fの中心Cf)を基準とした場合の、例えば(L,m)や(R,m)の状態の、中心Caに対する中心Cfのずれをいう。
図2に示す演算部300は、撮像エリアaの画像から、高度ずれを測定する。そして、測定された高度ずれと、高度しきい値と、を比較する(図7のS2)。比較の結果、高度ずれ<高度しきい値の場合、演算部300は、図4に示す上下方向中央位置m(理想的な高度)に対して、実際の座面Fの高度が、許容範囲内であると判別する。
一方、比較の結果、高度ずれ≧高度しきい値の場合、演算部300は、図4に示す上下方向中央位置mに対して、実際の座面Fの高度が、許容範囲外であると判別する。この場合は、測定された高度ずれと、着座予定高度変更しきい値と、を比較する(図7のS7)。
比較の結果、高度ずれ<着座予定高度変更しきい値の場合、演算部300は、要介助者Hの着座予定高度を変更する(図7のS9)。すなわち、演算部300は、実際の座面Fの高度に合わせて、要介助者Hを着座させる高度を変更する。具体的には、プログラムを切り替える。例えば、図4に示す理想的な高度mに対して実際の座面Fの高度が高い場合は、理想的な高度自体を、より高い高度(例えば高度u)に変更する。一方、図4に示す理想的な高度mに対して実際の座面Fの高度が低い場合は、理想的な高度自体を、より低い高度(例えば高度d)に変更する。そして、再度、高度ずれをチェックする(図7のS2)。
一方、比較の結果、高度ずれ≧着座予定高度変更しきい値の場合(高度ずれが過大な場合)は、もはや着座予定高度を変更しても、座面Fに要介助者Hを快適に着座させることは困難である。この場合は、介助者が椅子90自体を交換する(図7のS8)。すなわち、座面Fの高度を変更する。そして、再度、高度ずれをチェックする(図7のS2)。
実際の座面Fの高度が許容範囲内の場合は(図7のS2)、図2に示す演算部300は、撮像エリアaの画像から、左右ずれを測定する。そして、測定された左右ずれと、記憶部301の左右しきい値と、を比較する(図7のS3)。比較の結果、左右ずれ<左右しきい値の場合、演算部300は、図5に示す左右方向中央位置M(理想的な位置)に対して、実際の座面Fの位置が、許容範囲内であると判別する。
一方、比較の結果、左右ずれ≧左右しきい値の場合、演算部300は、図5に示す左右方向中央位置Mに対して、実際の座面Fの位置が、許容範囲外であると判別する。この場合は、現在置いてある椅子90の位置を、介助者が左右方向に移動させる。または、介助ロボット1の位置を、介助者が左右方向に移動させる(図7のS6)。すなわち、介助ロボット1と、椅子90と、の相対的な左右方向位置関係を補正する。そして、再度、左右ずれをチェックする(図7のS3)。
実際の座面Fの左右方向位置が許容範囲内の場合、図2に示す演算部300は、高度ずれ、および左右ずれのチェックを完了する(図7のS4)。この場合は、図3(a)、図3(b)に示すように、介助ロボット1は、要介助者Hの着座動作の支援を実行する。ここで、椅子90の座面Fの位置は、支援前に既に調整されている。このため、介助ロボット1は、要介助者Hの臀部hを、座面Fの理想的な位置に降ろすことができる。
<作用効果>
次に、本実施形態の介助ロボット1の作用効果について説明する。本実施形態の介助ロボット1は、図1に示すように、照射装置70を備えている。照射装置70は、座面Fにレーザ光Bを照射することにより、座面Fにスポットbを形成することができる。このため、スポットbを参照することにより、起立状態の要介助者Hの着座位置を予測することができる。
また、本実施形態の介助ロボット1によると、図6に示すように、撮像エリアaとスポットbとの相対的な位置関係から、座面Fの高度を測定することができる。また、本実施形態の介助ロボット1によると、図6に示すように、座面Fと、撮像エリアaおよびスポットbのうち少なくとも一方と、の相対的な位置関係から、座面Fに対する要介助者Hの水平方向の位置ずれを判別することができる。
また、本実施形態の介助ロボット1によると、図1に示すように、照射装置70および撮像装置71が、保持部63の左右方向(幅方向)両端に配置されている。図3(a)、図3(b)に示すように、着座動作の際、要介助者Hの胸部は、照射装置70と撮像装置71との間に保持される。このため、照射装置70からのレーザ光B、および撮像装置71の撮像エリアaが、要介助者Hに干渉しない。
また、図3(a)に示すように、要介助者Hの体格によらず、要介助者Hが起立している場合の保持部63の角度は一定(例えば水平)である。このため、要介助者Hの体格によらず、同じ角度から、座面Fに、撮像エリアa、スポットbを形成することができる。したがって、要介助者Hの体格の相違によらず、図2に示す記憶部301のマスタデータ、高度しきい値、左右しきい値の汎用性が高い。また、本実施形態の介助ロボット1によると、図1に示すように、光としてレーザ光Bが用いられている。レーザ光Bは直進性に優れているため、スポットbが鮮明である。
<その他>
以上、本発明の介助ロボットの実施の形態について説明した。しかしながら、実施の形態は上記形態に特に限定されるものではない。当業者が行いうる種々の変形的形態、改良的形態で実施することも可能である。
上記実施形態においては、図1に示すように、保持部に照射装置70と撮像装置71とを配置した。しかしながら、照射装置70だけを配置してもよい。この場合は、介助者や要介助者Hが、座面F上のスポットb(着座目安位置)を目視して、座面Fの高度、左右方向位置を確認すればよい。この場合であっても、座面F上に何等着座の目安が無い場合と比較して、起立状態の要介助者Hの着座位置を予測しやすい。
図1に示すように、撮像装置71の種類については特に限定しない。例えば、CMOS(Complementary Metal−Oxide Semiconductor)イメージセンサであってもよい。また、照射装置70の種類は特に限定しない。例えば、電球、蛍光灯、発光ダイオードなどであってもよい。図6に示す撮像エリアaにおける座面Fの判別方法は特に限定しない。座面Fと座面F周囲との間の、色の違いや輝度の違いを基に、座面F(特に座面Fの端部)を判別してもよい。
また、図1に示す表示装置40は、基部4に対して、着脱可能であってもよい。こうすると、図3(a)に示すように、起立状態の要介助者Hが、自身が把持した表示装置40から、座面Fやスポットbを確認しやすい。また、表示装置40は、上段部62やハンドル64に配置してもよい。この場合も、起立状態の要介助者Hが、表示装置40から、座面Fやスポットbを確認しやすい。また、着座対象物は椅子90に限定しない。例えば、ベッド、車椅子、トイレなどであってもよい。
1:介助ロボット。
2:走行部、20R:駆動輪、21L、21R:従動輪。
3:制御装置、30:コンピュータ、300:演算部、301:記憶部、31:入出力インターフェイス。
4:基部、40:表示装置。
5L、5R:足部。
6:腕部、60:下段部、601:揺動軸、61:中段部、62:上段部、63:保持部、631:揺動軸、64:ハンドル。
70:照射装置、71:撮像装置。
90:椅子(着座対象物)。
α、β:光軸、B:レーザ光(光)、Ca〜Cf:中心、F:座面、H:要介助者、L:左位置、M:左右方向中央位置、R:右位置、a:撮像エリア、b:スポット(光像)、h:臀部、u:上位置、m:上下方向中央位置、d:下位置。

Claims (4)

  1. 要介助者の着座動作を支援する際に、着座対象物の座面に光を照射することにより、該座面に光像を形成する照射装置を備える介助ロボット。
  2. 前記座面の少なくとも一部を含む撮像エリアを有し、前記照射装置の光軸に対して、傾斜した光軸を有する撮像装置と、
    該撮像エリアに対する前記光像の位置を基に、該座面の高度を測定する制御装置と、
    を備える請求項1に記載の介助ロボット。
  3. 前記制御装置は、前記座面に対する、前記撮像エリアおよび前記光像のうち少なくとも一方の位置を基に、該座面に対する前記要介助者の位置ずれを判別する請求項1または請求項2に記載の介助ロボット。
  4. 前記座面における前記光像の位置は、前記要介助者の着座目安位置である請求項1に記載の介助ロボット。
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