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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Feld der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung, die dazu eingerichtet ist, eine Bewegung eines Oberkörpers dabei zu unterstützen, von einem geschwenkten Zustand in eine Grundstellung zurückzukehren, sowie eine Bewegung eines Beibehaltens einer geschwenkten Stellung zu unterstützen.
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Beschreibung des Stands der Technik
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Es ist herkömmlich eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung bekannt, die mit an die Beine eines Benutzers anzubringenden Schenkel-Anlageelementen, einem am Oberkörper des Benutzers anzubringenden Brust-Anlageelement, mit den Schenkel-Anlageelementen verbundenen Schenkel-Tragearmen und einem an der Hüfte des Benutzers anzubringenden Hüft-Anlageelement ausgerüstet ist (siehe das
japanische Patent Nr. 2736619 (im Folgenden bezeichnet als Patentdokument 1)).
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In der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung nimmt eine Kraft der elastischen Kraft einer Schraubenfeder, die dazu verwendet wird, die Schenkel-Tragearme und das Hüft-Anlageelement zu verbinden, sowie die elastische Kraft der Oberkörper-Tragearme selbst zu, wenn der Oberkörper sich bezüglich der Beine schwenkt, und die Kraft wirkt auf den Benutzer, um den durch die Schenkel-Tragearme und die Oberkörper-Tragearme gebildeten Winkel zu vergrößern. Diese Kraft wird auf einen Benutzer eingewirkt, um seine Bewegung zu unterstützen, mit der er den geschwenkten Oberkörper zurück in eine Grundstellung bringt (die Stellung, in der die relativen Positionen des Oberkörpers und der Beine zurück in Positionen gebracht worden sind, in denen der Benutzer in einem normalen aufrechten Zustand ist).
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Ferner sind in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung die Oberkörper-Tragearme bezüglich des Hüft-Anlageelements vertikal verschiebbar installiert, und die Position, an der ein mit den Oberkörper-Tragearmen verbundenes Brust-Anlageelement gegen den Benutzer anliegt, ist in einer vertikalen Richtung innerhalb eines vorbestimmten Bereichs anpassbar.
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Gemäß der in Patentdokument 1 beschriebenen Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung wird die Kraft zum Einschränken der Verschwenkung des Oberkörpers relativ zu den Beinen auf den Benutzer von den vorbestimmten elastischen Kräften der Komponentenelemente eingewirkt. Somit besteht die Möglichkeit, dass die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung ein unangenehmes Gefühl hervorrufen könnte, wenn die Kraft zum Unterstützen seiner Bewegung auf den Benutzer eingewirkt wird, abhängig von der Körperform des Benutzers.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung wurde getätigt, um das oben beschriebene Problem zu lösen, und es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung bereitzustellen, die in der Lage ist, das Unbehagen eines Benutzers zu verringern, das zum Zeitpunkt einer Unterstützung seiner Bewegung auftreten kann, und die ebenfalls in der Lage ist, eine angemessene Kraft bei einer entsprechenden Haltung einzuwirken.
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Eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst: eine erste Orthese, welche dazu eingerichtet ist, an einem Bein eines Benutzers angebracht zu werden; eine zweite Orthese, welche dazu eingerichtet ist, an einem Oberkörper des Benutzers angebracht zu werden; einen ersten Rahmen, welcher mit der ersten Orthese verbunden ist; einen zweiten Rahmen, welcher mit der zweiten Orthese verbunden ist; einen Aktuator, welcher eine Kraft auf den Benutzer unter Vermittlung durch die erste Orthese und die zweite Orthese ausübt, indem eine Antriebskraft auf den ersten Rahmen oder den zweiten Rahmen übertragen wird; einen Haltungs-Schätzsensor, welcher einen Haltungswinkel des Oberkörpers relativ zu einer vertikalen Ebene detektiert, wobei eine Längsrichtung des Benutzers als eine dazu senkrechte Richtung definiert ist; eine Steuer-/Regeleinheit, welche den Betrieb des Aktuators derart steuert/regelt, dass eine Kraft zum Verringern einer Abweichung des Haltungswinkels von einem Referenz-Haltungswinkel auf den Benutzer ausgeübt wird; und einen Auslösesensor, welcher ein Auftreten eines Auslöseereignisses detektiert, wobei die Steuer-/Regeleinheit einen von dem Haltungs-Schätzsensor detektierten Haltungswinkel als den Referenz-Haltungswinkel in einem Fall setzt, in dem der Auslösesensor das Auftreten des Auslöseereignisses detektiert.
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Somit setzt in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die Steuer-/Regeleinheit den von dem Haltungs-Schätzsensor detektierten Haltungswinkel als den Referenz-Haltungswinkel, wenn das Auftreten des Auslöseereignisses detektiert wird. Diese Gestaltung ermöglicht es, die Größe einer auf den Benutzer einwirkenden Kraft oder die Position, an der die Kraft gemäß der Grundhaltung (die Haltung, in der die relative Position zwischen dem Oberkörper und den Beinen die Position ist, wenn der Benutzer in einem normalen aufrechten Zustand ist), die sich von einem Benutzer zum anderen unterscheidet, ausgeübt wird, anzupassen.
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Ferner steuert/regelt die Steuer-/Regeleinheit der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung den Aktuator gemäß dem gesetzten Referenz-Haltungswinkel derart, dass die auf den Benutzer einzuwirkende Kraft die Abweichung des von dem Haltungs-Schätzsensor detektierten Winkels von dem Referenz-Haltungswinkel reduziert.
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Somit erlaubt die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung eine geeignete Kraft auf einen Benutzer auf Grundlage der Verschwenkung des Oberkörpers des Benutzers bezüglich der Grundhaltung einzuwirken, die sich von einem Benutzer zu einem anderen unterscheidet. Somit ermöglicht es die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung, das Unbehagen des Benutzers zu reduzieren, das hervorgerufen werden kann, wenn seine Bewegung unterstützt wird.
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In der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist der Auslösesensor vorzugsweise ein Kraftsensor, der eine Größe der auf den Aktuator einzuwirkenden Kraft detektiert, um eine Verschwenkung des Oberkörpers bezüglich der vertikalen Ebene zu steuern/regeln, wobei die Längsrichtung des Benutzers als die senkrechte Ebene davon definiert ist, und die Steuer-/Regeleinheit betreibt den Aktuator derart, dass ein Freiraum zwischen der zweiten Orthese und dem Benutzer in einer Grundstellung reduziert wird, und setzt als einen Referenz-Haltungswinkel den von dem Haltungs-Schätzsensor detektierten Winkel in einem Fall, in dem die von dem Kraftsensor detektierte Kraft einen vorbestimmten Wert oder einen Wert in einem vorbestimmten Bereich erreicht.
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Die zuvor beschriebene Gestaltung, die den Kraftsensor als den Auslösesensor verwendet, erlaubt es, dass der Referenz-Haltungswinkel automatisch gesetzt wird, wodurch es einfacher wird, das Unbehagen des Benutzers zu reduzieren.
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Ferner ist in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung der Auslösesensor vorzugsweise ein Setzschalter, durch den der Benutzer ein Signal zu einer beliebigen Zeit eingibt, und die Steuer-/Regeleinheit setzt als den Referenz-Haltungswinkel einen Haltungswinkel, der von dem Haltungs-Schätzsensor detektiert wird, wenn ein Signal von dem Setzschalter detektiert wird.
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Die Konfiguration, die es dem Benutzer erlaubt, einen beliebigen Winkel als den Referenz-Haltungswinkel zu setzen, erlaubt es, einfach einen geeigneten Referenz-Haltungswinkel zu setzen, wodurch es ermöglicht wird, einfacher das Unbehagen des Benutzers zu reduzieren.
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Ferner weist in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Orthese vorzugsweise ein Anlageelement auf, das sich an einer Benutzerseite befindet und das gegen den Benutzer anliegt, und eine Befestigungsposition des Anlageelements kann in einer vertikalen Richtung bezüglich des zweiten Rahmens geändert werden.
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Die Anlageposition, die es erlaubt, die Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung auszuüben, ohne dass beim Benutzer Unbehagen hervorgerufen wird, unterscheidet sich gemäß der Körperhaltung des Benutzers. Daher erlaubt die Gestaltung, die es ermöglicht, die Befestigungsposition des Anlageelements, das direkt die Kraft auf den Benutzer ausübt, relativ zu der zweiten Orthese zu ändern, dass die Position, an der die Kraft eingewirkt wird, gemäß der Körperform des Benutzers geändert wird. Dies erlaubt ferner eine einfachere Verringerung des Unbehagens des Benutzers.
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Ferner weist in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Orthese vorzugsweise an der Benutzerseite ein Anlageelement auf, das mit dem Benutzer in Kontakt kommt, und das Anlageelement weist eine runde Form auf, wenn der Benutzer von der Seite betrachtet wird.
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Diese Gestaltung erlaubt es dem Anlageelement, leicht unter einem geeigneten Winkel anzuliegen, ungeachtet des Unterschieds in der Körperform des Benutzers.
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Ferner ist in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein Anlageelement vorzugsweise an einem Abschnitt der zweiten Orthese installiert, der mit dem Benutzer in Kontakt kommt, und das Anlageelement ist um eine Achsenlinie rotierbar, die parallel zu einer lateralen Richtung es Benutzers ist, bezüglich der zweiten Orthese.
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Durch diese Gestaltung liegt das Anlageelement leichter unter einem geeigneten Winkel an, ungeachtet des Unterschieds in der Körperform des Benutzers, als in einem Fall einer Gestaltung, in der das Anlageelement der zweiten Orthese, das mit dem zweiten Rahmen verbunden ist, bezüglich der zweiten Orthese fixiert ist.
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Ferner weist in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung die zweite Orthese vorzugsweise ein Anlageelement auf, welches mit dem Benutzer an einer Vorderseite des Benutzers in Kontakt kommt, und das Anlageelement weist in einer lateralen Richtung eine Größe auf, welche eine Fläche von einem Verbindungsteil einer sechsten Rippe an einer rechten Seite des Benutzers und eines sechsten Rippenknorpels an der rechten Seite des Benutzers zu einem Verbindungsteil einer sechsten Rippe an einer linken Seite und eines sechsten Rippenknorpels an der linken Seite abdeckt und eine Fläche von einem Verbindungsteil einer siebten Rippe an der rechten Seite des Benutzers und eines siebten Rippenknorpels an der rechten Seite des Benutzers zu einem Verbindungsteil einer siebten Rippe an der linken Seite und eines siebten Rippenknorpels an der linken Seite abdeckt, und das Anlageelement weist eine Größe in einer vertikalen Richtung auf, welche eine Fläche von dem Verbindungsteil der sechsten Rippe auf der rechten Seite des Benutzers und des sechsten Rippenknorpels auf der rechten Seite des Benutzers zu einem Verbindungsteil der siebten Rippe auf der rechten Seite und des siebten Rippenknorpels auf der rechten Seite abdeckt, und eine Fläche von dem Verbindungsteil der sechsten Rippe auf der linken Seite des Benutzers und des sechsten Rippenknorpels auf der linken Seite des Benutzers zu dem Verbindungsteil der siebten Rippe auf der linken Seite und des siebten Rippenknorpels auf der linken Seite abdeckt.
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Wenn die Anlageposition des Anlageelements über der sechsten Rippe festgelegt ist, dann wird das Anlageelement mit der Brust in Kontakt kommen. Wenn andererseits die Anlageposition des Anlageelements unter der siebten Rippe festgelegt ist, dann wird das Anlageelement mit einem Körperflächenbereich in Kontakt kommen, in dem sich ein ensiformes Knorpelgewebe (Brustbein) oder ähnliches befindet. Aus diesen Gründen wird die Position des Anlageelements regelmäßig angepasst, so dass die Kraft zum Unterstützen einer Bewegung auf die sechste Rippe und die siebte Rippe ausgeübt wird.
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Somit macht das Anpassen der Größe des Anlageelements derart, dass das Anlageelement den Verbindungsteil des sechsten Rippenknorpels und der sechsten Rippe und den Verbindungsteil des sechsten Rippenknorpels und der sechsten Rippe bedeckt, es noch einfacher, das Unbehagen des Benutzers zu reduzieren. Ferner wird das auf die genannte Größe angepasste Anlageelement nicht die Bewegungen der Arme des Benutzers beeinträchtigen.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 ist eine perspektivische Ansicht, die die schematische Gestaltung einer Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert;
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2 ist eine Seitenansicht, die die schematische Gestaltung der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung aus 1 illustriert;
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3A bis 3C zeigen Diagramme, die die schematischen Gestaltungen eines zweiten Rahmens und einer zweiten Orthese der in 1 illustrierten Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung illustrieren, wobei 3A eine Hinteransicht ist, 3B eine Schnittansicht entlang der Linie I-I aus 3A ist und 3C eine Schnittansicht entlang der Linie II-II aus 3A ist;
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4 ist ein Diagramm, das die Größe eines Polsters der in 1 illustrierten Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung illustriert;
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5A bis 5D zeigen Graphen, die die auf einen Benutzer auf Grundlage des Unterschieds zwischen einem Referenz-Haltungswinkel der in 1 illustrierten Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung und einem Haltungswinkel ausgeübte Kraft illustrieren, wobei 5A ein Graph ist, der eine Gestaltung illustriert, in der die Kraft in einer Kurve zunimmt, bis der Unterschied einen vorbestimmten Wert erreicht und die Kraft konstant bleibt, nachdem der Unterschied den vorbestimmten Wert überschreitet, 5B ein Graph ist, der eine Gestaltung illustriert, in der die Kraft linear ansteigt, 5C ein Graph ist, der eine Gestaltung illustriert, in der die Kraft in einer Kurve ansteigt und 5D ein Graph ist, der eine Gestaltung illustriert, in der die Kraft in Schritten ansteigt;
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6 ist eine Seitenansicht, die einen Benutzer zeigt, der die in 1 illustrierte Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung trägt und der sich nach vorne lehnt; und
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7 ist ein Graph, der die auf den Benutzer ausgeübte Kraft illustriert, wenn die Zeit verstreicht, zum Zeitpunkt der Kalibration der in 1 illustrierten Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Zuerst wird die Gestaltung einer Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf 1, 2 und 3A bis 3C beschrieben.
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Wie in 1 illustriert, ist eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 mit einem Hüftgurt 10 ausgerüstet, der an der Hüfte eines Benutzers P anbringbar ist, und mit einem Paar von linken und rechten Aktuatoren 11, die in der Nähe der Hüfte des Benutzers P durch den Hüftgurt 10 anbringbar sind, wenn der Benutzer P die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 anlegt.
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Die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 ist ferner mit einem Paar von linken und rechten ersten Rahmen 12 bereitgestellt, die sich von den Unterseiten von jedem der Aktuatoren 11 zu den Vorderseiten der Schenkel des Benutzers P erstrecken, und mit ersten Orthesen 13, die an den unteren Enden von jedem der ersten Rahmen 12 verbunden sind, und die an dem linken und rechten Bein des Benutzers P anbringbar sind.
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Die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 ist ferner mit einem zweiten Rahmen 14 bereitgestellt, der sich von den Oberseiten der Aktuatoren 11 zu der Vorderseite des Oberkörpers des Benutzers P (ein Abschnitt oberhalb der Rotationsachse des Hüftgelenks) erstreckt, und mit einer zweiten Orthese 15, die mit dem oberen Rand des zweiten Rahmens 14 verbunden ist, und die an dem Oberkörper des Benutzers P anbringbar ist. Die Aktuatoren 11 müssen nicht unbedingt in der Nähe der Hüfte angebracht sein, sondern können an anderen Platzierungen angeordnet sein. Ferner sind die ersten Rahmen 12 und der zweite Rahmen 14 rotierbar durch Vermittlung der Aktuatoren 11 verbunden; alternativ können die ersten Rahmen 12 und der zweite Rahmen 14 direkt und rotierbar verbunden sein.
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Der zweite Rahmen 14 umfasst einen Haltungs-Schätzsensor PS und eine Steuer-/Regeleinheit C, die den Betrieb der Aktuatoren 11 steuert/regelt. Der Haltungs-Schätzsensor PS detektiert den von einer vertikalen Ebene, wobei eine longitudinale Richtung des Benutzers P als eine senkrechte Richtung dazu definiert ist, und dem zweiten Rahmen 14 gebildeten Winkel (im Folgenden als „der Haltungswinkel θ” bezeichnet; siehe 2).
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Der Haltungswinkel θ ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Winkel, der abnimmt, wenn der Haltungswinkel des Oberkörpers des Benutzers P bezüglich der vertikalen Ebene abnimmt, wobei die longitudinale Richtung des Benutzers P als die senkrechte Richtung dazu definiert ist (der von der Mittellinie des Oberkörpers (Bauch und Brust) und der vertikalen Ebene gebildete Winkel, wenn der Benutzer P von der Seite betrachtet wird).
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Jeder der Aktuatoren 11 umfasst einen Winkelsensor (nicht gezeigt). Der Winkelsensor detektiert den von den ersten Rahmen 12 und dem zweiten Rahmen 14 gebildeten Winkel (im Folgenden als „der Schwenkwinkel Φ” bezeichnet; siehe 2).
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Der Schwenkwinkel Φ ist in der vorliegenden Ausführungsform ein Winkel, der zunimmt, wenn der relative Schwenkwinkel des Oberkörpers bezüglich der Beine des Benutzers P (der von der Mittellinie des Oberkörpers (Bauch und Brust) und der Mittelebene der Beine (der Schenkel) gebildete Winkel, wenn der Benutzer P von der Seite betrachtet wird) zunimmt. Somit kann, wenn der Schwenkwinkel Φ kleiner als der Schwenkwinkel in einer Grundhaltung ist (ein Grund-Schwenkwinkel Φ0), bestimmt werden, dass sich der Benutzer nach vorne lehnt (sich nach vorne biegt).
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Das Paar der linken und rechten ersten Rahmen 12 ist dazu eingerichtet, unabhängig in der longitudinalen Richtung des Benutzers P bezüglich des zweiten Rahmens 14 durch Vermittlung der Aktuatoren schwingbar zu sein. Die ersten Rahmen 12 werden von einer von den Aktuatoren 11 übertragenen Antriebskraft geschwungen.
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Die erste Orthese 13 weist Beingurte 13a auf. Die ersten Rahmen 12 und die ersten Orthesen 13 werden durch Anbringen der Beingurte 13a an den Schenkeln des Benutzers P befestigt, so dass die ersten Rahmen 12 und die ersten Orthesen 13 sich integral mit den Beinen des Benutzers P bewegen.
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Die Längen der ersten Rahmen, die Befestigungspositionen der ersten Orthesen 13 und das Verfahren zum Befestigen der ersten Orthesen 13 an den Beinen des Benutzers P sind nicht auf das oben genannte beschränkt, insoweit die ersten Rahmen 12 dazu eingerichtet sind, integral mit den Beinen des Benutzers P schwingbar zu sein. Beispielsweise kann auf die Beingurte 13a verzichtet werden, und die ersten Orthesen können unter Verwendung von elastischen Elementen oder ähnlichem zu jeder Zeit gegen die Beine des Benutzers P gedrückt werden. Ferner können die ersten Orthesen 13 an der Crura anstelle der Schenkel des Benutzers P befestigt werden.
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Der zweite Rahmen 14 ist rotierbar mit den ersten Rahmen 12 durch Vermittlung der Aktuatoren 11 verbunden. Somit schwingt, wenn eine Kraft durch die ersten Rahmen 12 auf den Benutzer P ausgeübt wird, der zweite Rahmen 14 in der longitudinalen Richtung des Benutzers P um die Position, an der der zweite Rahmen 14 mit den ersten Rahmen 12 verbunden ist, aufgrund der Reaktion auf die Kraft.
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Die zweite Orthese 15 weist an der Seite des Benutzers P ein Polster 15a auf, das ein Anlageelement ist. Ferner weist die zweite Orthese 15 einen (nicht gezeigten) Kraftsensor auf, der eine auf den Oberkörper des Benutzers P von der zweiten Orthese 15 ausgeübte Kraft detektiert.
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Das Polster 15a der zweiten Orthese 15 ist in einem Halbkreis gebildet, dessen Schnittform in der vertikalen Richtung eine konvexe Fläche aufweist, die zu dem Benutzer P weist. In anderen Worten weist das Polster 15a eine runde Form auf, wenn der Benutzer P von der Seite betrachtet wird. Dies erlaubt es, dass das Polster 15a gegen den Benutzer P unter einem geeigneten Winkel anliegt, ungeachtet der Körperform des Benutzers P. Die runde Form des Polsters 15a, wenn der Benutzer P von der Seite betrachtet wird, kann beispielsweise eine Halbkugel-Form oder eine Halbellipsen-Form oder ähnliches sein.
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Das Polster 15a kann dazu eingerichtet sein, innerhalb eines vorbestimmten Bereichs um eine Achsenlinie rotierbar zu sein, die parallel zu der lateralen Richtung des Benutzers P ist, bezüglich eines Hauptkörpers 15b der zweiten Orthese 15 (siehe 3A bis 3C). Alternativ kann das Polster 15a dazu gebildet sein, eine runde Form aufzuweisen und dazu eingerichtet sein, rotierbar zu sein.
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Wie in 3A illustriert ist, weist die zweite Orthese 15 den Hauptkörper 15b und einen Gelenkabschnitt 15c auf, der den Hauptkörper 15 mit dem zweiten Rahmen 14 verbindet. Der Gelenkabschnitt 15c ermöglicht es, den Winkel zu ändern, unter dem der Hauptkörper 15b an dem zweiten Rahmen 14 befestigt ist, in der longitudinalen Richtung des Benutzers P.
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Ferner ist die Rückseite (an der Seite des Benutzers P) des Hauptkörpers 15b mit einem Paar von Führungsschienen-Rillen 15d bereitgestellt, die in der vertikalen Richtung gebildet sind, um das Polster 15a zu befestigen, und mit einem Riegel-Abschnitt 15e, der benachbart zu dem Hauptkörper ist und in der vertikalen Richtung zwischen dem Paar von Führungsschienen-Rillen 15d gebildet ist.
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Wie in 3B illustriert, ist das Polster 15a der zweiten Orthese aus einer Polsterbasis 15f, die bewegbar mit dem Hauptkörper 15b verbunden ist, und einem Polsterabschnitt 15g aufgebaut, der an einer Fläche der Polsterbasis 15f an der Seite des Benutzers P installiert ist und aus einem elastischen Element, wie beispielsweise einem Gummielement, gebildet ist.
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Ferner ist in dem Polster 15a ein (nicht illustrierter) Kraftsensor zwischen der Polsterbasis und dem Polsterabschnitt 15g installiert. Der Kraftsensor kann beispielsweise einen Flächendrucksensor, einen Drucksensor oder einen Mehrachsen-Drucksensor verwenden.
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Die Polsterbasis 15f weist Vorsprünge 15h auf, die benachbart zu dem Hauptkörper 15b gebildet sind. Die Vorsprünge 15h greifen mit den in dem Hauptkörper 15b gebildeten Führungsschienen-Rillen 15d ein, um das Polster 15a derart zu befestigen, dass das Polster 15a gleitbar in der vertikalen Richtung bezüglich des Hauptkörpers 15b ist.
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Wie in 3C illustriert, befindet sich unter der Polsterbasis 15f ein Riegel-Abschnitt 15i benachbart zu der Polsterbasis, und es befindet sich ebenfalls ein Druckabschnitt 15j an dem unteren Ende des Riegel-Abschnitts 15i benachbart zu der Polsterbasis bereitgestellt.
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Der Riegel-Abschnitt 15i benachbart zu der Polsterbasis ist als ein plattenartiges Element mit einem vorstehenden Abschnitt gebildet, der auf die konkav-konvexe Fläche des Riegel-Abschnitts 15e benachbart zu dem Hauptkörper angepasst ist. Ferner ist der Riegel-Abschnitt 15i benachbart zu der Polsterbasis aus einem elastischen Material gebildet und biegt sich, wenn der Druckabschnitt 15j von einem Finger niedergedrückt wird, wodurch der Eingriff davon mit dem Riegel-Abschnitt 15e benachbart zu dem Hauptkörper gelöst wird.
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In der zweiten Orthese 15, die wie oben beschrieben eingerichtet ist, ist die Befestigungsposition des Polsters 15a vertikal bezüglich des Hauptkörpers 15b (d. h. bezüglich des zweiten Rahmens 14) veränderbar. Somit kann die Position, an der eine Kraft ausgeübt wird, einfach gemäß der Körperform des Benutzers P angepasst werden.
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Wenn die Position, an der das Polster 15a anliegt, sich oberhalb der sechsten Rippe des Benutzers P befindet, dann wird das Polster 15a gegen die Brust anliegen, und wenn die Position, an der das Polster 15 anliegt, sich unterhalb der siebten Rippe des Benutzers P befindet, dass wird das Polster 15a gegen das ensiforme Knorpelgewebe (Brustbein) oder die Eingeweiden anliegen. Dementsprechend wird die Position, gegen die das Polster 15a anliegt, regelmäßig an die Position angepasst, an der sich die sechste Rippe und die siebte Rippe des Benutzers P befinden.
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Wie in 4 illustriert, weist das Polster 15a der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine Größe in der lateralen Richtung auf, die die Fläche von einem Verbindungsteil einer sechsten Rippe CR61 und einem sechsten Rippenknorpel CR62 an der rechten Seite des Benutzers P mit einer Standard-Körperform zu einem Verbindungsteil einer sechsten Rippe CL61 und einem sechsten Rippenknorpel CL62 an der linken Seite und die Fläche von einem Verbindungsteil einer siebten Rippe CR71 und einem siebten Rippenknorpel CR72 an der rechten Seite des Benutzers bis zu einem Verbindungsteil einer siebten Rippe CL71 und einem siebten Rippenknorpel CL72 an der linken Seite bedeckt.
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Ferner weist das Polster 15a in der vertikalen Richtung eine Größe auf, die die Fläche von dem Verbindungsteil der sechsten Rippe CR61 und des sechsten Rippenknorpels CR62 an der rechten Seite des Benutzers P zu dem Verbindungsteil der sechsten Rippe CR71 und des sechsten Rippenknorpels CR72 an der rechten Seite bedeckt, und die Fläche von dem Verbindungsteil der sechsten Rippe CL61 und des sechsten Rippenknorpels CL62 an der linken Seite des Benutzers P zu dem Verbindungsteil der siebten Rippe CL71 und des siebten Rippenknorpels CL72 an der linken Seite bedeckt.
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Das Polster 15a dieser Größe ist nicht übermäßig viel größer als die Breite des Oberkörpers des Benutzers P, so dass das Polster nicht die Bewegungen der Arme des Benutzers P beeinträchtigen wird.
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Ferner weist das Polster 15a von oben betrachtet (siehe 3B) zwei konvexe Abschnitte auf. Die konvexen Abschnitte werden dazu positioniert, mit dem Verbindungsteil der sechsten Rippe CR61 und des sechsten Rippenknorpels CR62 und dem Verbindungsteil der siebten Rippe CR71 und des siebten Rippenknorpels CR72 in Kontakt zu kommen.
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Unter Bezugnahme auf 5A bis 5D wird nun eine Beschreibung der auf den Benutzer P durch die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 ausgeübten Kraft zum Steuern/Regeln der Vorwärtsneigungshaltung des Oberkörpers bezüglich der Beine oder zum Beibehalten der Haltung gegeben.
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In der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1, die wie oben beschrieben eingerichtet ist, betreibt die in den zweiten Rahmen 14 integrierte Steuer-/Regeleinheit C die Aktuatoren 11 zum Übertragen einer Antriebskraft an die ersten Rahmen 12, wodurch auf den Benutzer P die Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung des Oberkörpers bezüglich der Beine durch Vermittlung der ersten Orthesen 13 und der zweiten Orthese 15 ausgeübt wird.
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Die Kraft wird gesteuert/geregelt, um die Verschwenkung des Oberkörpers bezüglich der Beine besser zu unterdrücken, wenn eine Abweichung dθ eines Haltungswinkels θ von einem Referenz Haltungswinkel θ0 (d. h. dθ = θ0 – θ) zunimmt.
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Spezifisch steuert/regelt in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 der vorliegenden Ausführungsform die Steuer-/Regeleinheit C die Aktuatoren 11 derart, dass eine Kraft F unter Steuerung/Regelung in einer Kurve zunimmt, wenn die Abweichung dθ zunimmt, in dem Fall, in dem der Wert der Abweichung dθ ein vorbestimmter Wert oder kleiner ist, und dass die Kraft F konstant bleibt, in dem Fall, in dem der Wert der Abweichung dθ den vorbestimmten Wert überschreitet, wie in 5A illustriert. Die Größe der Kraft F wird auf Grundlage der auf die Hüfte ausgeübten Kraft bestimmt, wenn der Benutzer P die Vorwärtsneigungshaltung einnimmt.
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Die Kraft F unter Steuerung/Regelung für die Abweichung dθ muss nicht unbedingt so gestaltet sein, dass sie sich wie oben beschrieben ändert. Beispielsweise kann die Kraft F so gestaltet sein, dass sie, wie ein 5 illustriert, linear zunimmt, oder wie in 5C illustriert in einer Kurve zunimmt, oder wie in 5D illustriert in Schritten zunimmt.
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Unter Bezugnahme auf 2, 6 und 7 wird eine Beschreibung gegeben, wie der Benutzer P die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 verwendet, um die Haltung seines Körpers zu steuern/regeln, wenn er sich bezüglich seiner Beine nach vorne lehnt.
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Um die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 zum Unterstützen der Bewegung zum Wechseln von der Vorwärtsschwenkhaltung, in der der Oberkörper bezüglich der Beine nach vorne geschwenkt ist (die in 6 illustrierte Haltung), zu der Grundhaltung (die in 2 illustrierte Haltung (die Haltung, in der die relativen Positionen des Oberkörpers und der Beine zu den Positionen zurückgekehrt sind, in denen der Benutzer in dem normalen aufrechten Zustand ist)) zu betreiben, oder zum Unterstützen der Vorwärtschwenkhaltung, legt der Benutzer zunächst die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 an und führt dann eine Kalibration auf die Position aus, in der die Kraft auf den Benutzer P ausgeübt werden soll, um die Haltung zu steuern/regeln.
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Spezifisch legt der Benutzer P zuerst die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 an und passt dann die Position des Polsters 15a an, so dass der Polsterabschnitt 15g gegen die Position anliegt, an der die Rippen des Benutzers P sich befinden, bevor ein Kalibrationsschalter (nicht gezeigt) gedrückt wird.
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Zu diesem Zeitpunkt, wenn der Benutzer die Grundhaltung einnimmt, wird der Polsterabschnitt 15g in einer Position entfernt von dem Benutzer P durch das Gewicht einer Struktur stabilisiert, wie beispielsweise des damit verbundenen zweiten Rahmens 14. In diesem Zustand drückt der Benutzer P den (nicht gezeigten) Kalibrationsschalter, der an dem zweiten Rahmen 14 oder ähnlichem bereitgestellt ist.
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Auf ein Erhalten eines Signals von dem Kalibrationsschalter hin, überträgt die in dem zweiten Rahmen 14 integrierte Steuer-/Regeleinheit C die Antriebskraft an die ersten Rahmen 12 von den Aktuatoren 11 und beginnt, die Kraft auf die Beine des Benutzers P durch Vermittlung der ersten Orthesen 13 auszuüben, die mit den ersten Rahmen 12 verbunden sind, so dass die ausgeübte Kraft graduell zunimmt. Die Reaktionskraft auf die ausgeübte Kraft veranlasst die mit dem zweiten Rahmen 14, der integral mit den Aktuatoren 11 gebildet ist, verbundene zweite Orthese 15 dazu, sich graduell dem Oberkörper des Benutzers P anzunähern und mit ihm in Kontakt zu kommen. Nachdem sie mit dem Oberkörper in Kontakt gekommen ist, beginnt die Kraft auf den Oberkörper des Benutzers ausgeübt zu werden, derart, dass die ausgeübte Kraft graduell zunimmt.
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Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Zeit t verstreicht, nimmt eine auf den Benutzer P ausgeübte Kraft Fc in einer Kurve von dem Zeitpunkt zu, zu dem der zweite Rahmen 14 mit dem Benutzer P in Kontakt kommt (der Zeitpunkt t = 0), wie in 7 illustriert.
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Anschließend speichert die Steuer-/Regeleinheit C den Haltungswinkel θ zu dem Zeitpunkt t0 (dem Zeitpunkt, wenn ein Auslöseereignis stattfindet), wenn der als der Auslösesensor TS in der zweiten Orthese 15 integrierte Kraftsensor einen vorbestimmten Wert Fc0 detektiert (z. B. einen Wert, der es erlaubt, die Verschwenkung des Oberkörpers zu steuern/regeln, ohne dass sich der Benutzer P unwohl fühlt), und setzt den Winkel θ als den Referenz-Haltungswinkel θ0. Dies beendet die Kalibration.
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Der vorbestimmte Wert Fc0 zu dieser Zeit wird auf Grundlage eines in der Steuer-/Regeleinheit gespeicherten Kennfelds bestimmt. Das Kennfeld wird zuvor auf Grundlage der Körperform des Benutzers P festgestellt, wie beispielsweise der Größe und des Gewichts des Benutzers P.
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Der Referenzwinkel θ0, der in der Kalibration gesetzt wird, muss nicht unbedingt der Winkel sein, der erhalten wird, wenn die von dem Kraftsensor detektierte Kraft den vorbestimmten Wert Fc0 erreicht, sondern kann ein Winkel sein, der zu dem Zeitpunkt erhalten wird, wenn die detektierte Kraft einen Wert innerhalb eines vorbestimmten Bereichs annimmt, der um den vorbestimmten Wert Fc0 herum liegt.
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Ferner ist das Kalibrationsverfahren nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Beispielsweise kann als ein alternatives Verfahren ein Kalibrationsschalter (Setzschalter) als ein Auslösesensor verwendet werden, und das Drücken des Kalibrationsschalters durch den Benutzer P kann als das Auslöseereignis definiert sein, und der Haltungswinkel, wenn der Schalter gedrückt wird, kann als der Referenz-Haltungswinkel θ0 gesetzt werden. Diese Konfiguration erlaubt es dem Benutzer, einen beliebigen Haltungswinkel θ als den Referenz-Haltungswinkel θ zu setzen.
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Indem die zuvor beschriebene Kalibration durchgeführt wird, wird der Referenz-Haltungswinkel θ0 von dem vorläufig als ein Ausgangszustand gesetzten Referenz-Haltungswinkel zu dem Referenz-Haltungswinkel geändert, der auf die Körperform des Benutzers P angepasst ist, der die Vorrichtung tatsächlich benutzt (d. h. den Referenz-Haltungswinkel, der zu der Grundhaltung des Benutzers P passt).
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Wenn der von dem Winkelsensor detektierte Schwenkwinkel Φ kleiner als der Schwenkwinkel Φ0 der Grundhaltung nach Beendigung der Kalibration ist, dann bestimmt die Steuer-/Regeleinheit C, dass der Oberkörper des Benutzers P sich bezüglich der Beine nach vorne lehnt (d. h. nach vorne beugt (z. B. auf einem Stuhl sitzend oder ähnliches nach einer stehenden Haltung)), und die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 übt die Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung des nach vorne geschwenkten Oberkörpers bezüglich der Beine des Benutzers P aus.
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Spezifisch betreibt, wenn der Benutzer P seinen Oberkörper bezüglich der Beine nach vorne Zehnt, wie in 6 illustriert, wenn der von dem Winkelsensor detektierte Schwenkwinkel Φ kleiner als der Schwenkwinkel Φ0 der Grundhaltung wird und der von dem Haltungs-Schätzsensor PS detektierte Haltungswinkel θ größer als der Referenz-Haltungswinkel 130 wird, dann die Steuer-/Regeleinheit C die Aktuatoren, um die Antriebskraft an die ersten Rahmen 12 und den zweiten Rahmen 14 zu übertragen.
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Dann wird eine Kraft zum Rotieren in Richtung der Vorderseite des Benutzers P (eine Kraft gegen den Uhrzeigersinn in 6) auf die Beine des Benutzers P von der mit den ersten Rahmen 12 verbundenen ersten Orthese 13 ausgeübt. Als Reaktion auf die Kraft gegen den Uhrzeigersinn, wird eine Kraft zum Rotieren in Richtung der Hinterseite des Benutzers P (eine Kraft im Uhrzeigersinn in 6) auf den Oberkörper des Benutzers P von der mit dem zweiten Rahmen 14 verbundenen zweiten Orthese 15 ausgeübt.
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Zu diesem Zeitpunkt steuert/regelt die Steuer-/Regeleinheit C den Betrieb der Aktuatoren 11 derart, dass die Kraft F zum Unterdrücken der Verschwenkung des Oberkörpers bezüglich der Beine zunimmt, wenn die Abweichung dθ des von dem Winkelsensor detektierten Winkels θ von dem Referenzwinkel θ0 zunimmt (siehe 5A bis 5D).
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Wie oben beschrieben setzt in der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Steuer-/Regelvorrichtung C den von dem Haltungs-Schätzsensor PS detektierten Haltungswinkel θ als den Referenz-Haltungswinkel θ0, wenn ein vorbestimmter Wert (z. B. der Wert, der es erlaubt, die Verschwenkung des Oberkörpers zu steuern/regeln, ohne dass der Benutzer dazu gebracht wird, sich unwohl zu fühlen) von dem Kraftsensor als der in die zweite Orthese 15 integrierte Auslösesensor TS detektiert wird (wenn das Auftreten des Auslöseereignisses detektiert wird). Diese Gestaltung ermöglicht es, die Größe der auf den Benutzer P auszuübenden Kraft und die Position, an der die Kraft gemäß der Grundhaltung ausgeübt werden soll, die sich von einem Benutzer zu einem anderen unterscheidet, anzupassen.
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Ferner steuert/regelt die Steuer-/Regeleinheit C der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Aktuatoren gemäß des Referenz-Haltungswinkels θ0, der derart gesetzt worden ist, dass die auf den Benutzer P auszuübende Kraft die Kraft zum Verringern der Abweichung dθ des von dem Haltungs-Schätzsensor PS detektierten Haltungswinkels θ von dem Referenz-Haltungswinkel θ0 wird.
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Ferner bestimmt die Steuer-/Regeleinheit C der Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ob oder ob nicht der Benutzer sich nach vorne beugt, auf Grundlage des von dem Winkelsensor detektierten relativen Schwenkwinkels Φ des Oberkörpers bezüglich der Beine des Benutzers P, und steuert/regelt die Aktuatoren 11 nur, wenn sich der Benutzer nach vorne beugt.
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Somit ermöglicht es die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, eine geeignete Kraft auf einen Benutzer gemäß der Verschwenkung des Oberkörpers des Benutzers auf Grundlage der Grundhaltung auszuüben, die sich für jeden Benutzer unterscheidet.
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Somit ist die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 gemäß der vorliegenden Ausführungsform in der Lage, das Unbehagen eines Benutzers zu verringern, das entstehen könnte, wenn eine Bewegung unterstützt wird. Auch zum Hinsetzen kann die bezüglich der Schwenkbewegung des Oberkörpers ausgeübte Kraft geeignet angepasst werden.
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Ferner ist die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in der Lage, das Zurückbeugen eines Benutzers aus seiner Grundhaltung durch Verwenden eines Winkelsensors zu detektieren, der einen relativen Schwenkwinkel des Oberkörpers bezüglich der Beine detektiert und in der Lage, die Ausgabe der Aktuatoren 11 zu stoppen. Dies ermöglicht es, eine Kraft davon abzuhalten, in der Richtung eines Zurückbeugens des Benutzers im Fall eines Versagens des Haltungs-Schätzsensors PS ausgeübt zu werden.
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Wenngleich die Beschreibung der illustrierten Ausführungsformen gegeben worden ist, so ist die vorliegende Erfindung dennoch nicht auf die oben beschriebenen Arten beschränkt.
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Beispielsweise ist in den zuvor beschriebenen Ausführungsformen die zweite Orthese 15 dazu eingerichtet, die Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung auf den Benutzer P von der Vorderseite her auszuüben. Jedoch ist die Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung nicht auf eine derartige Gestaltung beschränkt. Beispielsweise kann die zweite Orthese dazu eingerichtet sein, eine Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung auf einen Benutzer von der Vorderseite und der Rückseite auszuüben, so dass die auszuübende Kraft ebenfalls in der Vorwärtsschwenkrichtung ausgeübt werden kann, wenn der Oberkörper des Benutzers sich bezüglich der Beine nach hinten lehnt (d. h. wenn der Benutzer ein Objekt in die Höhe seine Gesichts hebt), wodurch die Unterstützung der Bewegung erlaubt wird, um so die Last auf den Benutzer zu verringern, die durch übermäßiges Strecken seiner Hüfte hervorgerufen wird.
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Beschreibung der Bezugszeichen
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- 1...Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung; 10...Hüftgurt; 11...Aktuatoren; 12...erster Rahmen; 13...erste Orthese; 13a...Beingurt; 14...zweiter Rahmen; 15...zweite Orthese; 15a...Polster (Anlageelement); 15b...Hauptkörper; 15c...Gelenkabschnitt; 15...Führungsschienen-Rille; 15e...Riegel-Abschnitt benachbart zu dem Hauptkörper; 15f...Polsterbasis; 15g...Polsterabschnitt; 15h...Vorsprung; 15i...Riegel-Abschnitt benachbart zu der Polsterbasis; 15j...Druckabschnitt; C...Steuer-/Regeleinheit; P...Benutzer; PS...Haltungs-Schätzsensor; und TS...Auslösesensor
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Die vorliegende Erfindung stellt eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung bereit, die in der Lage ist, das Unbehagen eines Benutzers zu verringern, das hervorgerufen werden kann, wenn eine Bewegung unterstützt wird. Eine Bewegungs-Unterstützungsvorrichtung 1 weist Aktuatoren 11 auf, die eine Kraft zum Steuern/Regeln der Haltung des Oberkörpers eines Benutzers P durch Vermittlung eines zweiten Rahmens 14 ausüben, einen Haltungs-Schätzsensor PS, der einen Haltungswinkel θ des Oberkörpers des Benutzers P detektiert, eine Steuer-/Regeleinheit C, die die Aktuatoren 11 dazu steuert/regelt, eine Abweichung dθ von einem Referenz-Haltungswinkel θ0 zu verringern, und einen Auslösesensor TS, der das Auftreten eines Auslöseereignisses detektiert. Die Steuer-/Regeleinheit C setzt den Haltungswinkel zum Zeitpunkt des Auftretens des Auslöseereignisses als den Referenz-Haltungswinkel θ0.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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