在床状態検出装置
【課題】 ベッド上の人体の位置や移動、姿勢を推定できる在床状態検出装置を提供すること。
【解決手段】 在床状態検出装置２０は、ベッド１０に配置され、ベッド１０に与えられる振動のベッド１０の長手方向に沿う成分とベッド１０の床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部３０と、振動検出部３０が検出した振動から前記ベッド１０上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部４０と、信号抽出部４０が抽出した心拍振動信号に基づいてベッド１０上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部５０と、を備えて構成する。
【解決手段】 在床状態検出装置２０は、ベッド１０に配置され、ベッド１０に与えられる振動のベッド１０の長手方向に沿う成分とベッド１０の床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部３０と、振動検出部３０が検出した振動から前記ベッド１０上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部４０と、信号抽出部４０が抽出した心拍振動信号に基づいてベッド１０上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部５０と、を備えて構成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド上の人の位置および姿勢を検出する在床状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベッド上の人の体動や寝返り、心臓の拍動や呼吸による体の細かな体動によって生じたベッド上を伝わる微小な振動を、ベッドの両サイドに内蔵された圧電素子を用いて検出し、センサ上に人体がなくても人体の位置や移動を知ることができる就寝装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８３０６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の就寝装置では、人体の位置や移動を知ることはできるが、人の姿勢まで判定できるものではなく、人がベッド上に寝た姿勢であるか、座った姿勢であるかを知ることはできない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、人体の位置および移動に加え、姿勢を推定できる在床状態検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の課題解決手段は、ベッドに配置され前記ベッドに与えられる振動の前記ベッドの長手方向に沿う成分と前記ベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部と、前記振動検出部が検出した振動から前記ベッド上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号に基づいて前記ベッド上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部と、を備えた在床状態検出装置である。
【０００７】
本発明の第２の課題解決手段は、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号の強度および信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて前記ベッド上に存在する前記生体の位置を検出することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動検出部はベッドに与えられる振動のベッドの長手方向に沿う成分とベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出し、信号抽出部は振動検出部が検出した振動からベッド上に存在する生体（例えば人体）の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する。そのため、状態推定部は、信号抽出部が抽出した心拍振動信号に基づき、ベッド上に存在する生体の位置および位置の径時変化を示す移動を推定できる。さらに、生体の心拍振動は胴体の縦方向（頭から足への方向）に沿う性質があるため、ベッドに与えられる振動のベッドの長手方向に沿う成分とベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出することにより、ベッドの長手方向と床面に対して鉛直方向とのなす面に対して生体の胴体がどの角度にあるのかを検出できる。生体が寝ている状態か起きている状態かによって生体の胴体の角度が変化するため、生体の姿勢を推定できる。
【０００９】
また、状態推定部は、心拍振動信号の強度および心拍振動信号の位相差から求められる信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて、ベッド上に存在する生体の位置をより高精度に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係る在床状態検出装置を備えるベッドを示す斜視図である。
【図２】実施例に係る在床状態検出装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】ベッドの床面の領域を長手方向に二分割、横方向に三分割した説明図である。
【図４】第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図５】第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図６】荷重センサにより検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図７】荷重センサにより検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図８】荷重センサにより検出されたピーク値の和がほぼ等しいときの、ピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図９】ベッドに人が寝た姿勢で存在する状態を示す説明図である。
【図１０】第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図１１】第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図１２】ベッドに人が座った姿勢で存在している状態を示す説明図である。
【図１３】報知手段を備えた在床状態検出装置を示すブロック図である。
【図１４】荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用した振動発生位置及び発生時刻の計算の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施例に係る在床状態検出装置２０を備えるベッド１０を示す斜視図である。在床状態検出装置２０を備えるベッド１０は、ベッドフレーム１１と、ベッドフレーム１１に載置されるマットレス１２と、ベッドフレーム１１を床に対して支持する四本の足１３と、ベッドフレーム１１の長手方向の片側に設けられるヘッドボード１４とを備える。
【００１３】
図２は、実施例に係る在床状態検出装置２０のシステム構成を示すブロック図である。
【００１４】
在床状態検出装置２０は、ベッド１０に配置され、配置された場所の振動の、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に沿う成分と、ベッド１０の床面に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に沿う成分とを別々に検出する複数の振動検出部３０と、振動検出部３０が検出した振動からベッド１０上に存在する生体（特に人体、本実施例では人体の例を取って説明する）の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部４０と、信号抽出部４０が抽出した心拍振動信号に基づいてベッド１０上の生体の状態（位置、姿勢）を推定する状態推定部５０と、状態推定部５０により検出されたベッド上の人の状態（位置、姿勢）を表示する表示部６０とを備える。
【００１５】
振動検出部３０としては、荷重センサ、加速度センサ、圧電素子、ロードセルなどを利用できる。本実施例では、荷重センサを用いた例を示す。荷重センサは、人がベッド１０に仰向けに寝た状態で頭側（ヘッドボード１４側）の右側から左側（図１のＸ方向）へ、第一荷重センサ３１、第二荷重センサ３２、第三荷重センサ３３の順に、足側の右側から左側（図１のＸ方向）へ、第四荷重センサ３４、第五荷重センサ３５、第六荷重センサ３６の順に、ベッド１０のマットレス１２の上面に配置されている。第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６の各々は、少なくとも二本の検出軸を備える。第一検出軸は、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に平行に配置され、第二検出軸は、ベッド１０の床面に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に平行に配置される。
【００１６】
第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６は、ベッド１０に配置され、配置された場所における振動を検出する。ベッド１０の振動は、ベッド１０上に存在する人の移動、呼吸、心拍などによって発生する。ベッド１０上に存在する人により近い荷重センサでの信号がより強くなることを利用して、人の位置が検出される。人が移動する（寝返り、ベッド１０への着席など）と、各荷重センサの信号は、人の体重による荷重を受けて変化する。人が呼吸をすると、息を吸って肺が膨らむ時にベッド１０を押す力が生じ、息を吐くときにその力が緩むため荷重センサの信号が変化する。これらの信号から、ベッド１０上の人の位置や状態（呼吸）を調べることができる。
【００１７】
ベッド１０上での人の移動、呼吸による振動の他、人の心臓の拍動により、心臓から血液が上方向（頭方向）へ拍出され、血液が拍出される際に反作用で下方向（足方向）に力を受けて心臓が人体の縦方向（頭から足への方向）に沿って振動し、この振動が人体を介してベッド１０へ伝わるため、ベッド１０に人体（特に胴体）の縦方向に沿った振動が生じる。人がベッド１０の長手方向に沿って寝た姿勢である場合、心臓の拍動によってベッド１０には主に長手方向（図１のＹ方向）の振動が伝わり、人がベッド１０の上に座った姿勢である場合、ベッド１０には主に鉛直方向（図１のＺ方向）の振動が伝わる。よって、ベッド１０に伝わる心拍振動の方向を調べることで、ベッド１０上の人の姿勢を調べることができる。
【００１８】
信号抽出部４０はバンドパスフィルタによって構成される。バンドパスフィルタは、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６が検出した信号から、人の心拍に対応する所定の周波数帯の振動を抽出する。
【００１９】
状態推定部５０は、電子回路、マイクロプロセッサ、コンピュータ等により構成され、後述の動作を行うプログラムを備えている。
【００２０】
実施例に係る在床状態検出装置２０を備えるベッド１０の動作を図面を参照して説明する。
【００２１】
図３は、ベッド１０の床面の領域を長手方向に二分割、横方向に三分割した説明図である。状態推定部５０は、ベッド１０の横方向（図１のＸ方向）に区切られた三つの領域ａ，ｂ，ｃと、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に区切られた二つの領域ｄ，ｅのどの領域に人がいるかを推定する。領域ａ，ｂ，ｃのいずれかと領域ｄ，ｅのいずれかとの組合せにより、六分割されたベッド１０の床面の領域のいずれかが特定される。
【００２２】
図４は、第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。図５は、第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【００２３】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号（強度）のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較し、平均値が他方の平均値よりも大きい方向に沿って、ベッド１０に振動が生じていると推定する。上記のように、心拍振動は人体の縦方向に沿って振動するので、ベッド１０の長手方向に沿って振動が生じていると推定された場合、ベッド１０上の人はベッド１０の長手方向に沿って寝ている姿勢であると推定され、ベッド１０の鉛直方向に沿って振動が生じていると推定された場合、ベッド１０上の人はベッド１０上に座った姿勢であると推定される。
【００２４】
なお、心拍振動の方向を推定するため、上記では第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値およびベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値を用いたが、これらの平均値を心拍複数回分の移動平均値としてもよい。
【００２５】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６のピーク値を比較して、ベッド上の人の存在位置を推定する。このとき、ベッド１０の長手方向に沿って振動が生じていると推定された場合はベッド１０の長手方向に沿った振動のピーク値を、ベッド１０の鉛直方向に沿って振動が生じていると推定された場合はベッド１０の鉛直方向に沿った振動のピーク値を用いて推定する。
【００２６】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４の和Ｓａと、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５の和Ｓｂとを比較する。次に、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５の和Ｓｂと、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｃとを比較する。この比較結果から、和Ｓａ、和Ｓｂおよび和Ｓｃの大小関係を求める。
【００２７】
図６、図７は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。図６のように、Ｓａ＞Ｓｂ＞Ｓｃ、Ｓａ＞Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ａに、Ｓａ＜Ｓｂ＞Ｓｃ、Ｓａ＝Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ｂに、Ｓａ＜Ｓｂ＜Ｓｃ、Ｓａ＝Ｓｂ＜Ｓｃならば領域ｃに人がいると推定する。図７のように、Ｓａ＝Ｓｂ＞Ｓｃならば領域ａと領域ｂの境界付近に、Ｓａ＜Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ｂと領域ｃの境界付近に人が存在していると推定する。
【００２８】
図８は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたピーク値の和がほぼ等しいときの、ピークの和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。ピーク値同士が等しいかどうかを比較する際には、和同士の比が所定の範囲以内（例えば、９０％〜１１０％）になるかどうかを調べ、所定の範囲以内になるときはほぼ等しい（≒）としてもよい。この場合、上記ＳａとＳｂ、ＳｂとＳｃとの比較に加えて、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４の和Ｓａと、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｃとをさらに比較する。Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ＞Ｓｃの全てを満たすときは領域ａに、Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ≒Ｓｃの全てを満たすときは領域ｂに、Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ＜Ｓｃを全て満たすときは領域ｃに人が存在していると推定する。
【００２９】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３の和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｅとを比較する。この比較結果から、和Ｓｄと和Ｓｅの大小関係を求める。
【００３０】
状態推定部５０は、Ｓｄ＞Ｓｅならば領域ｄに、Ｓｄ＜Ｓｅならば領域ｅに、Ｓｄ＝Ｓｅ（またはＳｄ≒Ｓｅ）ならば領域ｄと領域ｅの境界付近に人が存在していると推定する。
【００３１】
実施例に係る在床状態検出装置２０によるベッド上の人の第一状態推定例を図面を参照して説明する。
【００３２】
ベッド１０上に配置された第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出された信号から、信号抽出部４０により心拍振動信号を抽出した結果、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）については図４、ベッド１０の鉛直方向（図１のＺ方向）については図５となった。状態推定部５０は上述のように、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出したベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較する。その結果、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値が、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値より大きいため、状態推定部５０は、ベッド１０に伝わる心拍振動はベッド１０の長手方向に沿っていると推定し、人はベッド１０上に寝ている姿勢であると推定する。
【００３３】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４との和Ｓａ、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５との和Ｓｂ、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｃを求め、それぞれを比較する。その結果、Ｓａ＜ＳｂかつＳｂ＞Ｓｃとなるため、状態推定部５０は、人が領域ｂに存在していると推定する。
【００３４】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３の和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｅを求め、両者を比較する。その結果、Ｓｄ≒Ｓｅとなるため、状態推定部５０は、人が領域ｄと領域ｅの境界付近に存在していると推定する。
【００３５】
図９は、ベッド１０に人が寝た姿勢で存在している状態を示す説明図である。人がベッド１０に寝た姿勢であり、領域ｂ内、かつ領域ｄと領域ｅの境界付近に存在することから、状態推定部５０は、図９に示すような人の存在位置および姿勢を推定する。状態推定部５０により推定された人の存在位置および姿勢は、表示部６０により表示される。
【００３６】
実施例に係る在床状態検出装置２０によるベッド１０上の人の第二状態検出例を図面を参照して説明する。
【００３７】
図１０は、第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。図１１は、第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の鉛直方向（図１のＺ方向）に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【００３８】
ベッド１０上に配置された第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出された信号から、信号抽出部４０により心拍振動信号を抽出した結果、ベッド１０の長手方向については図１０、ベッド１０の鉛直方向については図１１のグラフが得られた。状態推定部５０は上述のように、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較する。その結果、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値が、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値より大きいため、状態推定部５０は、ベッド１０に伝わる心拍振動はベッド１０の鉛直方向に沿っていると推定し、人はベッド１０上に座った姿勢であると推定する。
【００３９】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４との和Ｓａ、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５との和Ｓｂ、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｃを求め、それぞれを比較する。その結果、Ｓａ＞ＳｂかつＳｂ＞Ｓｃとなるので、状態推定部５０は、人が領域ａに存在していると推定する。
【００４０】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３との和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｅを求め、両者を比較する。その結果、Ｓｄ＜Ｓｅとなるので、状態推定部５０は、人が領域ｅに存在していると推定する。
【００４１】
図１２は、ベッド１０に人が座った姿勢で存在している状態を示す説明図である。人がベッド１０に座った姿勢であり、領域ａかつ領域ｅに存在することから、状態推定部５０は、図１２に示すような人の存在位置および姿勢を推定する。状態推定部５０により推定された人の存在位置および姿勢は、表示部６０により表示される。
【００４２】
上記のように、実施例に係る在床状態検出装置２０によれば、生体（特に人体）の位置及び姿勢を検出できる。特に、人がベッドの端に座った姿勢になったことを検出できるため、人がベッドの端に座った姿勢から立ち上がる際の安全性の向上に寄与することができる。
【００４３】
図１３は、報知手段７０を備えた在床状態検出装置２０を示すブロック図である。上記実施例の構成に加え、所定の姿勢が検出された際に報知する報知手段７０を設け、例えば人がベッドの端に座った姿勢になったことを検出して報知し、その報知を受けた介助者等がその人のところへ介助に向かえるような構成にしてもよい。
【００４４】
なお、上記実施例では荷重センサを六つ設けたが、荷重センサは少なくとも三つ設けられることで振動源の位置を推定できる。
【００４５】
また、上記実施例では荷重センサはベッド１０のマットレス１２の上面に設けられたが、それに限らず、マットレス１２の中、マットレス１２の下面、ベッドフレーム１１の上面、ベッドフレーム１１に設けられた足１３の下面、ベッドフレーム１１の裏面に設けられても良い。荷重センサがベッド１０のマットレス１２の上面に配置される場合、荷重センサへ伝わる振動が大きくなる利点があるが、ベッド１０上に寝る人に違和感を与えるおそれがある。荷重センサがマットレス１２の中に配置される場合、人に違和感を与えない利点があるが、配置が難しく、後付けが難しいおそれがある。荷重センサがマットレス１２の下面に配置される場合、ベッド１０上の人に違和感を与えない利点があるが、荷重センサへ伝わる振動がマットレス１２の上面に設けた場合と比較すると小さくなるおそれがある。荷重センサがベッドフレーム１１の上面、ベッドフレーム１１の裏面に配置される場合、ベッド１０上の人に違和感を与えない、後付けが容易であるという利点があるが、荷重センサへ伝わる振動がマットレス１２の上面に設けた場合と比較すると小さくなる、通気用の穴が設けられたベッドフレームや網状のベッドフレームへの設置が困難であるなどの不利な点がある。荷重センサがベッドフレーム１１に設けられた足１３の下面に配置される場合、足のついたあらゆるベッドに後付けでき、ベッド上に寝る人に違和感を与えない利点があるが、ベッド上の人の姿勢を検出できても位置を検出することが難しくなるおそれがある。本実施例の在床状態検出装置２０の配置場所は任意であり、上記利点と不利点とを考慮して状況に応じ適した配置場所を選択することができる。
【００４６】
なお、上記実施例では、状態推定部５０は、荷重センサの信号のピーク値を用いて位置を検出したが、その代わりに、またはそれに加えて、少なくとも三箇所に配置された各荷重センサへの振動到達時刻のずれ（位相差）から、心拍振動の振動源の位置を求めてもよい。この方法では、心拍振動は心拍振動の振動源からベッド１０上を等速度Ｖで伝搬する（剛体上での振動の伝搬を仮定）ため荷重センサまでの距離が長いほど遅れて荷重センサに到達することを利用する。この方法でも、状態推定部５０は、ベッド１０上の人の存在位置を推定できる。
【００４７】
図１４は、荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用した振動発生位置及び発生時刻の計算の説明図である。三箇所に配置された荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用して、振動源位置と振動発生時刻を求めるには、次のようにする。第一荷重センサが位置座標(ｘ１，ｙ１)に、第二荷重センサが位置座標(ｘ２，ｙ２)に、第三荷重センサが位置座標(ｘ３，ｙ３)に配置され、それぞれ時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に振動を検出したとする。心拍振動発生時刻をｔ０、振動源位置を(ｘ０，ｙ０)と仮定すると、第一荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ１、第二荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ２、第三荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ３は、次式で与えられる。これら三つの連立方程式から、三つの未知変数ｘ０，ｙ０，ｔ０を求めることができる。
【数１】
【数２】
【数３】
【００４８】
これにより、状態推定部５０は、心拍振動信号の強度および心拍振動信号の位相差から求められる信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて、ベッド１０上に存在する生体の位置をより高精度に推定できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ベッド
２０ 在床状態検出装置
３０ 振動検出部
４０ 信号抽出部
５０ 状態推定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ベッド上の人の位置および姿勢を検出する在床状態検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ベッド上の人の体動や寝返り、心臓の拍動や呼吸による体の細かな体動によって生じたベッド上を伝わる微小な振動を、ベッドの両サイドに内蔵された圧電素子を用いて検出し、センサ上に人体がなくても人体の位置や移動を知ることができる就寝装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第２８３０６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１の就寝装置では、人体の位置や移動を知ることはできるが、人の姿勢まで判定できるものではなく、人がベッド上に寝た姿勢であるか、座った姿勢であるかを知ることはできない。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、人体の位置および移動に加え、姿勢を推定できる在床状態検出装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第１の課題解決手段は、ベッドに配置され前記ベッドに与えられる振動の前記ベッドの長手方向に沿う成分と前記ベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部と、前記振動検出部が検出した振動から前記ベッド上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部と、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号に基づいて前記ベッド上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部と、を備えた在床状態検出装置である。
【０００７】
本発明の第２の課題解決手段は、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号の強度および信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて前記ベッド上に存在する前記生体の位置を検出することである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、振動検出部はベッドに与えられる振動のベッドの長手方向に沿う成分とベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出し、信号抽出部は振動検出部が検出した振動からベッド上に存在する生体（例えば人体）の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する。そのため、状態推定部は、信号抽出部が抽出した心拍振動信号に基づき、ベッド上に存在する生体の位置および位置の径時変化を示す移動を推定できる。さらに、生体の心拍振動は胴体の縦方向（頭から足への方向）に沿う性質があるため、ベッドに与えられる振動のベッドの長手方向に沿う成分とベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出することにより、ベッドの長手方向と床面に対して鉛直方向とのなす面に対して生体の胴体がどの角度にあるのかを検出できる。生体が寝ている状態か起きている状態かによって生体の胴体の角度が変化するため、生体の姿勢を推定できる。
【０００９】
また、状態推定部は、心拍振動信号の強度および心拍振動信号の位相差から求められる信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて、ベッド上に存在する生体の位置をより高精度に推定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施例に係る在床状態検出装置を備えるベッドを示す斜視図である。
【図２】実施例に係る在床状態検出装置のシステム構成を示すブロック図である。
【図３】ベッドの床面の領域を長手方向に二分割、横方向に三分割した説明図である。
【図４】第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図５】第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図６】荷重センサにより検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図７】荷重センサにより検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図８】荷重センサにより検出されたピーク値の和がほぼ等しいときの、ピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。
【図９】ベッドに人が寝た姿勢で存在する状態を示す説明図である。
【図１０】第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図１１】第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部により検出された、ベッドの鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【図１２】ベッドに人が座った姿勢で存在している状態を示す説明図である。
【図１３】報知手段を備えた在床状態検出装置を示すブロック図である。
【図１４】荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用した振動発生位置及び発生時刻の計算の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施例に係る在床状態検出装置２０を備えるベッド１０を示す斜視図である。在床状態検出装置２０を備えるベッド１０は、ベッドフレーム１１と、ベッドフレーム１１に載置されるマットレス１２と、ベッドフレーム１１を床に対して支持する四本の足１３と、ベッドフレーム１１の長手方向の片側に設けられるヘッドボード１４とを備える。
【００１３】
図２は、実施例に係る在床状態検出装置２０のシステム構成を示すブロック図である。
【００１４】
在床状態検出装置２０は、ベッド１０に配置され、配置された場所の振動の、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に沿う成分と、ベッド１０の床面に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に沿う成分とを別々に検出する複数の振動検出部３０と、振動検出部３０が検出した振動からベッド１０上に存在する生体（特に人体、本実施例では人体の例を取って説明する）の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部４０と、信号抽出部４０が抽出した心拍振動信号に基づいてベッド１０上の生体の状態（位置、姿勢）を推定する状態推定部５０と、状態推定部５０により検出されたベッド上の人の状態（位置、姿勢）を表示する表示部６０とを備える。
【００１５】
振動検出部３０としては、荷重センサ、加速度センサ、圧電素子、ロードセルなどを利用できる。本実施例では、荷重センサを用いた例を示す。荷重センサは、人がベッド１０に仰向けに寝た状態で頭側（ヘッドボード１４側）の右側から左側（図１のＸ方向）へ、第一荷重センサ３１、第二荷重センサ３２、第三荷重センサ３３の順に、足側の右側から左側（図１のＸ方向）へ、第四荷重センサ３４、第五荷重センサ３５、第六荷重センサ３６の順に、ベッド１０のマットレス１２の上面に配置されている。第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６の各々は、少なくとも二本の検出軸を備える。第一検出軸は、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に平行に配置され、第二検出軸は、ベッド１０の床面に対して鉛直方向（図１のＺ方向）に平行に配置される。
【００１６】
第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６は、ベッド１０に配置され、配置された場所における振動を検出する。ベッド１０の振動は、ベッド１０上に存在する人の移動、呼吸、心拍などによって発生する。ベッド１０上に存在する人により近い荷重センサでの信号がより強くなることを利用して、人の位置が検出される。人が移動する（寝返り、ベッド１０への着席など）と、各荷重センサの信号は、人の体重による荷重を受けて変化する。人が呼吸をすると、息を吸って肺が膨らむ時にベッド１０を押す力が生じ、息を吐くときにその力が緩むため荷重センサの信号が変化する。これらの信号から、ベッド１０上の人の位置や状態（呼吸）を調べることができる。
【００１７】
ベッド１０上での人の移動、呼吸による振動の他、人の心臓の拍動により、心臓から血液が上方向（頭方向）へ拍出され、血液が拍出される際に反作用で下方向（足方向）に力を受けて心臓が人体の縦方向（頭から足への方向）に沿って振動し、この振動が人体を介してベッド１０へ伝わるため、ベッド１０に人体（特に胴体）の縦方向に沿った振動が生じる。人がベッド１０の長手方向に沿って寝た姿勢である場合、心臓の拍動によってベッド１０には主に長手方向（図１のＹ方向）の振動が伝わり、人がベッド１０の上に座った姿勢である場合、ベッド１０には主に鉛直方向（図１のＺ方向）の振動が伝わる。よって、ベッド１０に伝わる心拍振動の方向を調べることで、ベッド１０上の人の姿勢を調べることができる。
【００１８】
信号抽出部４０はバンドパスフィルタによって構成される。バンドパスフィルタは、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６が検出した信号から、人の心拍に対応する所定の周波数帯の振動を抽出する。
【００１９】
状態推定部５０は、電子回路、マイクロプロセッサ、コンピュータ等により構成され、後述の動作を行うプログラムを備えている。
【００２０】
実施例に係る在床状態検出装置２０を備えるベッド１０の動作を図面を参照して説明する。
【００２１】
図３は、ベッド１０の床面の領域を長手方向に二分割、横方向に三分割した説明図である。状態推定部５０は、ベッド１０の横方向（図１のＸ方向）に区切られた三つの領域ａ，ｂ，ｃと、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に区切られた二つの領域ｄ，ｅのどの領域に人がいるかを推定する。領域ａ，ｂ，ｃのいずれかと領域ｄ，ｅのいずれかとの組合せにより、六分割されたベッド１０の床面の領域のいずれかが特定される。
【００２２】
図４は、第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の長手方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。図５は、第一状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の鉛直方向に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【００２３】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号（強度）のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較し、平均値が他方の平均値よりも大きい方向に沿って、ベッド１０に振動が生じていると推定する。上記のように、心拍振動は人体の縦方向に沿って振動するので、ベッド１０の長手方向に沿って振動が生じていると推定された場合、ベッド１０上の人はベッド１０の長手方向に沿って寝ている姿勢であると推定され、ベッド１０の鉛直方向に沿って振動が生じていると推定された場合、ベッド１０上の人はベッド１０上に座った姿勢であると推定される。
【００２４】
なお、心拍振動の方向を推定するため、上記では第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値およびベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値を用いたが、これらの平均値を心拍複数回分の移動平均値としてもよい。
【００２５】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６のピーク値を比較して、ベッド上の人の存在位置を推定する。このとき、ベッド１０の長手方向に沿って振動が生じていると推定された場合はベッド１０の長手方向に沿った振動のピーク値を、ベッド１０の鉛直方向に沿って振動が生じていると推定された場合はベッド１０の鉛直方向に沿った振動のピーク値を用いて推定する。
【００２６】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４の和Ｓａと、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５の和Ｓｂとを比較する。次に、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５の和Ｓｂと、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｃとを比較する。この比較結果から、和Ｓａ、和Ｓｂおよび和Ｓｃの大小関係を求める。
【００２７】
図６、図７は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたピーク値の和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。図６のように、Ｓａ＞Ｓｂ＞Ｓｃ、Ｓａ＞Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ａに、Ｓａ＜Ｓｂ＞Ｓｃ、Ｓａ＝Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ｂに、Ｓａ＜Ｓｂ＜Ｓｃ、Ｓａ＝Ｓｂ＜Ｓｃならば領域ｃに人がいると推定する。図７のように、Ｓａ＝Ｓｂ＞Ｓｃならば領域ａと領域ｂの境界付近に、Ｓａ＜Ｓｂ＝Ｓｃならば領域ｂと領域ｃの境界付近に人が存在していると推定する。
【００２８】
図８は、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたピーク値の和がほぼ等しいときの、ピークの和の大小関係と人の推定位置との関係を示す説明図である。ピーク値同士が等しいかどうかを比較する際には、和同士の比が所定の範囲以内（例えば、９０％〜１１０％）になるかどうかを調べ、所定の範囲以内になるときはほぼ等しい（≒）としてもよい。この場合、上記ＳａとＳｂ、ＳｂとＳｃとの比較に加えて、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４の和Ｓａと、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｃとをさらに比較する。Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ＞Ｓｃの全てを満たすときは領域ａに、Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ≒Ｓｃの全てを満たすときは領域ｂに、Ｓａ≒Ｓｂ、Ｓｂ≒ＳｃおよびＳａ＜Ｓｃを全て満たすときは領域ｃに人が存在していると推定する。
【００２９】
状態推定部５０は、第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３の和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｅとを比較する。この比較結果から、和Ｓｄと和Ｓｅの大小関係を求める。
【００３０】
状態推定部５０は、Ｓｄ＞Ｓｅならば領域ｄに、Ｓｄ＜Ｓｅならば領域ｅに、Ｓｄ＝Ｓｅ（またはＳｄ≒Ｓｅ）ならば領域ｄと領域ｅの境界付近に人が存在していると推定する。
【００３１】
実施例に係る在床状態検出装置２０によるベッド上の人の第一状態推定例を図面を参照して説明する。
【００３２】
ベッド１０上に配置された第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出された信号から、信号抽出部４０により心拍振動信号を抽出した結果、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）については図４、ベッド１０の鉛直方向（図１のＺ方向）については図５となった。状態推定部５０は上述のように、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出したベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較する。その結果、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値が、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値より大きいため、状態推定部５０は、ベッド１０に伝わる心拍振動はベッド１０の長手方向に沿っていると推定し、人はベッド１０上に寝ている姿勢であると推定する。
【００３３】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４との和Ｓａ、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５との和Ｓｂ、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｃを求め、それぞれを比較する。その結果、Ｓａ＜ＳｂかつＳｂ＞Ｓｃとなるため、状態推定部５０は、人が領域ｂに存在していると推定する。
【００３４】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３の和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６の和Ｓｅを求め、両者を比較する。その結果、Ｓｄ≒Ｓｅとなるため、状態推定部５０は、人が領域ｄと領域ｅの境界付近に存在していると推定する。
【００３５】
図９は、ベッド１０に人が寝た姿勢で存在している状態を示す説明図である。人がベッド１０に寝た姿勢であり、領域ｂ内、かつ領域ｄと領域ｅの境界付近に存在することから、状態推定部５０は、図９に示すような人の存在位置および姿勢を推定する。状態推定部５０により推定された人の存在位置および姿勢は、表示部６０により表示される。
【００３６】
実施例に係る在床状態検出装置２０によるベッド１０上の人の第二状態検出例を図面を参照して説明する。
【００３７】
図１０は、第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の長手方向（図１のＹ方向）に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。図１１は、第二状態推定例にて、実施例に係る振動検出部３０により検出された、ベッド１０の鉛直方向（図１のＺ方向）に沿った振動に対応する信号を示すグラフである。
【００３８】
ベッド１０上に配置された第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出された信号から、信号抽出部４０により心拍振動信号を抽出した結果、ベッド１０の長手方向については図１０、ベッド１０の鉛直方向については図１１のグラフが得られた。状態推定部５０は上述のように、第一荷重センサ３１〜第六荷重センサ３６により検出されたベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＹ方向の値）と、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値（（Ｐ３１＋Ｐ３２＋Ｐ３３＋Ｐ３４＋Ｐ３５＋Ｐ３６）／６、各ピーク値はＺ方向の値）とを比較する。その結果、ベッド１０の鉛直方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値が、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号のピーク値の平均値より大きいため、状態推定部５０は、ベッド１０に伝わる心拍振動はベッド１０の鉛直方向に沿っていると推定し、人はベッド１０上に座った姿勢であると推定する。
【００３９】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１と第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４との和Ｓａ、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２と第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５との和Ｓｂ、第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３と第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｃを求め、それぞれを比較する。その結果、Ｓａ＞ＳｂかつＳｂ＞Ｓｃとなるので、状態推定部５０は、人が領域ａに存在していると推定する。
【００４０】
次に、状態推定部５０は上述のように、ベッド１０の長手方向に沿った心拍振動信号を検出した第一荷重センサ３１のピーク値Ｐ３１、第二荷重センサ３２のピーク値Ｐ３２および第三荷重センサ３３のピーク値Ｐ３３との和Ｓｄと、第四荷重センサ３４のピーク値Ｐ３４、第五荷重センサ３５のピーク値Ｐ３５および第六荷重センサ３６のピーク値Ｐ３６との和Ｓｅを求め、両者を比較する。その結果、Ｓｄ＜Ｓｅとなるので、状態推定部５０は、人が領域ｅに存在していると推定する。
【００４１】
図１２は、ベッド１０に人が座った姿勢で存在している状態を示す説明図である。人がベッド１０に座った姿勢であり、領域ａかつ領域ｅに存在することから、状態推定部５０は、図１２に示すような人の存在位置および姿勢を推定する。状態推定部５０により推定された人の存在位置および姿勢は、表示部６０により表示される。
【００４２】
上記のように、実施例に係る在床状態検出装置２０によれば、生体（特に人体）の位置及び姿勢を検出できる。特に、人がベッドの端に座った姿勢になったことを検出できるため、人がベッドの端に座った姿勢から立ち上がる際の安全性の向上に寄与することができる。
【００４３】
図１３は、報知手段７０を備えた在床状態検出装置２０を示すブロック図である。上記実施例の構成に加え、所定の姿勢が検出された際に報知する報知手段７０を設け、例えば人がベッドの端に座った姿勢になったことを検出して報知し、その報知を受けた介助者等がその人のところへ介助に向かえるような構成にしてもよい。
【００４４】
なお、上記実施例では荷重センサを六つ設けたが、荷重センサは少なくとも三つ設けられることで振動源の位置を推定できる。
【００４５】
また、上記実施例では荷重センサはベッド１０のマットレス１２の上面に設けられたが、それに限らず、マットレス１２の中、マットレス１２の下面、ベッドフレーム１１の上面、ベッドフレーム１１に設けられた足１３の下面、ベッドフレーム１１の裏面に設けられても良い。荷重センサがベッド１０のマットレス１２の上面に配置される場合、荷重センサへ伝わる振動が大きくなる利点があるが、ベッド１０上に寝る人に違和感を与えるおそれがある。荷重センサがマットレス１２の中に配置される場合、人に違和感を与えない利点があるが、配置が難しく、後付けが難しいおそれがある。荷重センサがマットレス１２の下面に配置される場合、ベッド１０上の人に違和感を与えない利点があるが、荷重センサへ伝わる振動がマットレス１２の上面に設けた場合と比較すると小さくなるおそれがある。荷重センサがベッドフレーム１１の上面、ベッドフレーム１１の裏面に配置される場合、ベッド１０上の人に違和感を与えない、後付けが容易であるという利点があるが、荷重センサへ伝わる振動がマットレス１２の上面に設けた場合と比較すると小さくなる、通気用の穴が設けられたベッドフレームや網状のベッドフレームへの設置が困難であるなどの不利な点がある。荷重センサがベッドフレーム１１に設けられた足１３の下面に配置される場合、足のついたあらゆるベッドに後付けでき、ベッド上に寝る人に違和感を与えない利点があるが、ベッド上の人の姿勢を検出できても位置を検出することが難しくなるおそれがある。本実施例の在床状態検出装置２０の配置場所は任意であり、上記利点と不利点とを考慮して状況に応じ適した配置場所を選択することができる。
【００４６】
なお、上記実施例では、状態推定部５０は、荷重センサの信号のピーク値を用いて位置を検出したが、その代わりに、またはそれに加えて、少なくとも三箇所に配置された各荷重センサへの振動到達時刻のずれ（位相差）から、心拍振動の振動源の位置を求めてもよい。この方法では、心拍振動は心拍振動の振動源からベッド１０上を等速度Ｖで伝搬する（剛体上での振動の伝搬を仮定）ため荷重センサまでの距離が長いほど遅れて荷重センサに到達することを利用する。この方法でも、状態推定部５０は、ベッド１０上の人の存在位置を推定できる。
【００４７】
図１４は、荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用した振動発生位置及び発生時刻の計算の説明図である。三箇所に配置された荷重センサへの振動到達時刻のずれを利用して、振動源位置と振動発生時刻を求めるには、次のようにする。第一荷重センサが位置座標(ｘ１，ｙ１)に、第二荷重センサが位置座標(ｘ２，ｙ２)に、第三荷重センサが位置座標(ｘ３，ｙ３)に配置され、それぞれ時刻ｔ１、ｔ２、ｔ３に振動を検出したとする。心拍振動発生時刻をｔ０、振動源位置を(ｘ０，ｙ０)と仮定すると、第一荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ１、第二荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ２、第三荷重センサから心拍振動の振動源までの距離ｄ３は、次式で与えられる。これら三つの連立方程式から、三つの未知変数ｘ０，ｙ０，ｔ０を求めることができる。
【数１】
【数２】
【数３】
【００４８】
これにより、状態推定部５０は、心拍振動信号の強度および心拍振動信号の位相差から求められる信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて、ベッド１０上に存在する生体の位置をより高精度に推定できる。
【符号の説明】
【００４９】
１０ ベッド
２０ 在床状態検出装置
３０ 振動検出部
４０ 信号抽出部
５０ 状態推定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベッドに配置され、前記ベッドに与えられる振動の前記ベッドの長手方向に沿う成分と前記ベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部と、
前記振動検出部が検出した振動から前記ベッド上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号に基づいて前記ベッド上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部と、を備えることを特徴とする在床状態検出装置。
【請求項２】
前記状態推定部は、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号の強度および信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて前記ベッド上に存在する前記生体の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の在床状態検出装置。
【請求項１】
ベッドに配置され、前記ベッドに与えられる振動の前記ベッドの長手方向に沿う成分と前記ベッドの床面に対して鉛直方向に沿う成分とを別々に検出する振動検出部と、
前記振動検出部が検出した振動から前記ベッド上に存在する生体の心拍に由来する心拍振動信号を抽出する信号抽出部と、
前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号に基づいて前記ベッド上の前記生体の姿勢を推定する状態推定部と、を備えることを特徴とする在床状態検出装置。
【請求項２】
前記状態推定部は、前記信号抽出部が抽出した前記心拍振動信号の強度および信号発生時刻の少なくともいずれか一方に基づいて前記ベッド上に存在する前記生体の位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の在床状態検出装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１１−１２０６６７（Ｐ２０１１−１２０６６７Ａ）
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７９１３９（Ｐ２００９−２７９１３９）
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２３日（２０１１．６．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月９日（２００９．１２．９）
【出願人】（０００００００１１）アイシン精機株式会社 (5,421)
【Ｆターム（参考）】
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