JP2004309917A - 連結部印加力検出機構及びこれを備えた人体模型 - Google Patents
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Abstract
【課題】2つの部材が可動限界に達したことを検出できると共に、限界範囲に達してから更に加えられた外力の大きさを計測可能にする。
【解決手段】2つの部材に形成されると共に互いに当接することにより2つの部材の相対移動を所定範囲に制限するストッパと、ストッパ同士の間に設けられる力センサとを備える。2つの部材を相対移動させ、ストッパが互いに当接したときに、ストッパの間の押し付け力が力センサにより検出され、ヒンジの2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。
【選択図】 図2
【解決手段】2つの部材に形成されると共に互いに当接することにより2つの部材の相対移動を所定範囲に制限するストッパと、ストッパ同士の間に設けられる力センサとを備える。2つの部材を相対移動させ、ストッパが互いに当接したときに、ストッパの間の押し付け力が力センサにより検出され、ヒンジの2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。
【選択図】 図2
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの部材を回動方向のみに相対移動可能なように支持する連結部印加力検出機構及びこれを備えた人体模型に関する。
【0002】
【従来の技術】
昨今、地震や戦争などの災害時に被災者を如何にして素早く安全に救助するかの方法の模索が盛んになっている。その手段の一つとしてレスキューロボットの開発が活発になっている。その開発にあたり、被災者に痛みを与えず安全に救出できることが重要な課題になっている。また、高齢化社会が進むにつれ、ロボットやベッド等の介護支援用装置の開発が進んでいる。ここでも被介護者に痛みを与えず安全に介護する技術の確立が必要になっている。
【0003】
これらの技術開発の過程では被災者や被介護者の代わりにダミーの人体模型が使用されている。この種の人体模型において例えば手足の関節を無理に引っ張ることによる痛みの検出を行うため、関節部分に引っ張り力測定機構を内蔵したものが開発されている。引っ張り力測定機構により、人体模型が救助あるいは介護されるときの負荷を人の痛みとして数値化することが可能になっている。
【0004】
非特許文献1には、人体模型の関節に引っ張り力測定機構100を備えたものが記載されている。この引っ張り力測定機構100は、図6および図7に示すように透孔101を有する第1部材102と、この透孔101を貫通する軸部103と軸部103にフランジ状に形成されて透孔101の周縁部を押圧可能な押圧部104とを有する第2部材105と、透孔101の周縁部と押圧部104との間に設けられるシート状の力センサ106とを備えている。そして、第2部材105の軸部103を第1部材102の透孔101に貫通させて引っ張った時に(図7中に矢示)、力センサ106により透孔101の周縁部と押圧部104との間の押し付け力を検出する。これにより、第1部材102と第2部材105との引っ張り力を検知するものとしている。
【0005】
この力センサ106は、図8に示すようにポリエステルやPEN、ポリイミド等から成るフィルム基材107と、フィルム基材107に銀インクをスクリーン印刷等で印刷乾燥して成る電極部108および端子部109と、押し付け力によって導電抵抗が変化する感圧インクを電極部108の上に塗布して成る感圧部110と、電極部108と端子部109を接続する接続部112とを備えた片面シート111を、図9に示すように印刷面同士を対向させて張り合わせて形成されている。感圧部110に外部から挟み込む方向の力を加えることにより、各電極部108間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出することができる。電極部108及び感圧部110とその近傍のフィルム基材107は円環形状としている。その透孔113に第2部材105の軸部103が嵌入される。
【0006】
【非特許文献1】
日本機械学会[No,01−4]ロボテックス・メカトロニクス講演会’01講演論文集(1A1−E8「レスキューロボットコンテストのためのセンサ内蔵ダミーの開発」、Fig.5)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献1に記載の技術を、人体模型の肘や膝などの関節に適用した場合、これらの関節を引っ張る力の検出は可能であるが、関節が可動限界に達したことの検出、並びに可動限界方向に加えられる力の大きさを検出することができない。特にこれらの関節では曲げ方向あるいは伸ばし方向の可動範囲の限界に達した時に、それ以上同じ方向に加えられた力の大きさから人の痛みを推測することが望まれる。このため、可動限界に達した後に更に作用する力を検出できないのでは、人の痛みの数値化はできない。
【0008】
また、従来から知られるロードセルなどの力センサを関節に設けることも考えられるが、これでは装置が大掛かりになってしまうため人体模型の肘や膝などの関節に組み込むことは難しい。
【0009】
そこで、本発明の目的は、可動限界に達したことを検出できると共に限界範囲に達してから更に加えられた力の大きさを計測可能な連結部印加力検出機構及びこれを備えた人体模型を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の連結部印加力検出機構は、2つの部材を回動方向のみに相対移動可能なように支持する連結部印加力検出機構であって、前記2つの部材に形成されると共に互いに当接することにより前記2つの部材の相対移動を所定範囲に制限するストッパと、前記ストッパ同士の間に設けられる力センサとを備えている(請求項1)。
【0011】
この構成によると、2つの部材を回動方向に相対移動させ、ストッパが互いに当接したときに、ストッパの間の押し付け力が力センサにより検出される。これにより、連結部印加力検出機構の2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。なお、本明細書中で「回動」とは2つの部材を曲げたり伸ばしたりする方向に旋回することを意味すると共に、「伸ばす」とは2つの部材を引っ張ることではなく2つの部材が真っ直ぐになる方向に旋回させることを意味する。
【0012】
本発明の連結部印加力検出機構では、前記2つの部材を連動させるギア部をさらに備えていてもよい(請求項2)。
【0013】
この構成によると、2つの部材を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0014】
本発明の連結部印加力検出機構では、前記力センサは、外圧によって導電抵抗が変化する感圧部と、前記感圧部を挟む2つの電極部とを備えていてもよい(請求項3)。
【0015】
この構成によると、各ストッパが感圧部を挟み込む方向の力を加えることにより、2つの電極部間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出できる。このため、薄型で簡易な構造の力センサを得ることができる。
【0016】
本発明の人体模型は、請求項1〜3のいずれかに記載の連結部印加力検出機構を関節に備えている(請求項4)。
【0017】
この構成によると、肘や膝といった関節が曲げ方向あるいは伸ばし方向の限界まで達したことが検出される上に、限界に達した後に更に同じ方向に加えられた力を検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0019】
図1は、本発明の実施の形態によるヒンジ2を備えた人体模型3を描いた概略正面図である。この人体模型3は、レスキューロボットや介護支援用装置の開発過程で使用される人間のダミーである。図1において、人体模型3は、関節4に設けられる引っ張り力測定機構およびアクチュエータと、肘と膝の1自由度の関節4に設けられる連結部印加力検出機構としてのヒンジ2(図2及び図3参照)と、頭部に内蔵されるCCDカメラ5と、体表に設けられる体表センサ6と、胴体に内蔵される姿勢センサ7と、加速度センサ8と、熱や二酸化炭素を発生する信号発生装置9と、各部からの情報を収集したり各部を制御するコンピュータ10と、情報を外部に送受信する無線装置11と、各部を作動させる電源12とを備えている。但し、人体模型3としては、ヒンジ2以外の構成については特に限られるものではない。
【0020】
図2は、本発明の実施の形態によるヒンジ2を備えた関節4を描いた概略の側面図である。この関節4は一方の部材13と他方の部材14とを回動方向のみの1自由度で連結するものであり、ここでは肘の関節4としている。すなわち、一方の部材13を前腕25に内蔵させて心材にすると共に、他方の部材14を上腕に内蔵させて心材にする。
【0021】
図2において、ヒンジ2は、2つの部材13、14の回動方向の相対移動を所定範囲に制限するストッパ15、16と、ストッパ15、16同士の間に設けられる力センサ17とを備えている。このヒンジ2は、2つの部材13、14のヒンジ側端にそれぞれ一体化された連結ブロック18、19と、各連結ブロック18、19を各々支持軸20、21を中心に回転可能に連結する結合部材22とを備えている。
【0022】
ストッパ15、16は、2つの部材13、14にそれぞれ一体化された連結ブロック18、19に形成されると共に、互いに当接することにより2つの部材13、14の相対移動を所定範囲に制限する。ここでは、2つの部材13、14が真っ直ぐに伸びたときにストッパ15、16が当接してそれ以上伸びないように規制している。
【0023】
各連結ブロック18、19には、2つの部材13、14を連動させるギア部23、24が形成されている。このため、2つの部材13、14の相対回転の中心は一軸になり、ストッパ15、16同士を確実に当接させることができる。
【0024】
力センサ17は、図2及び図3に示すように一方のストッパ15に貼り付けられている。よって、前腕25が上腕に対して真っ直ぐ伸ばされてストッパ15、16同士が当接するときに、力センサ17がその間の押し付け力を検出する。
【0025】
図4は、力センサ17を構成する片面シート26を描いた断面図と平面図である。力センサ17は、2枚の片面シート26を図5に示すように印刷面同士を対向させて貼り合わせて形成されている。
【0026】
図4において、片面シート26は、ポリエステルやPEN、ポリイミド等から成るフィルム基材27と、フィルム基材27に銀インクをスクリーン印刷等で印刷乾燥して成る単一の長方形状の電極部28および端子部29と、電極部28と端子部29を接続する接続部30と、押し付け力によって導電抵抗が変化する感圧インクを電極部28の上に塗布して成る感圧部31とを備えている。
【0027】
力センサ17の電極部28及び感圧部31の部分が、図2および図3に示すようにストッパ15に貼り付けられる。端子部29は人体模型3のコンピュータ10に接続される。そして、感圧部31にストッパ15、16から挟み込む方向の力を加えることにより、各片面シート26、26の電極部28、28の間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出することができる。
【0028】
次に、本実施の形態のヒンジ2を備えた関節4の動作の一例について説明する。
【0029】
前腕25を上腕に対して曲げたり伸ばしたりすると、一方の部材13が他方の部材14に対して回転される。このとき、ギア部23、24が噛み合っているので、2つの部材13、14は一軸を中心に相対回転する。そして、前腕25を上腕に対して真っ直ぐ伸ばすとストッパ15、16同士が当接し、力センサ17が押し付け力を検出する。これにより、ヒンジ2の2つの部材13、14が可動範囲の限界に達したこと、即ち肘の関節4が可動限界まで伸ばされたことが検出される。
【0030】
また、伸ばした肘の関節4を更に外側に曲げようとする方向に力を加えると、この力も力センサ17により検出される。これにより、可動限界に達した後の更なる作用力の大きさを検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。
【0031】
さらに、本実施の形態の関節4を人体模型3の膝の関節4に使用することにより、脛が真っ直ぐ伸びて可動限界に達したことを検出できる上に、脛を前側に曲げようとする方向への作用力の大きさを検出できる。よって、人の痛みの検出をより現実に即して行うことができる。
【0032】
以上説明したように、本実施の形態のヒンジ2によると、2つの部材13、14を連動させるギア部23、24を備えているので、2つの部材13、14を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分、例えば肘の関節4等においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0033】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施の形態では、力センサ17は前腕25側のストッパ15に設けられているが、上腕側のストッパ16に設けるようにしてもよい。また、上述した実施の形態では、ストッパ15、16はヒンジ2が真っ直ぐ伸びたときにそれ以上移動しないように規制するものであるが、これには限られずヒンジ2が曲がったときにそれ以上曲がらないように規制するものであってもよい。この場合にもストッパの間に力センサ17を設けることにより、関節4が曲げ方向の移動限界まで達したこと及びそれ以上曲げようとする力の大きさを検出することができる。
【0034】
上述した実施の形態では、各連結ブロック18、19を結合部材22により回転可能に連結すると共に互いに噛み合うギア部23、24を形成しているが、ヒンジ2の構成はこれに限られない。すなわち、2つの部材13、14を一軸を中心に回転させる構造であれば既知のあるいは新規の構造であってもよい。
【0035】
さらに、上述した実施の形態では、力センサ17の各電極部28は長方形状を成しているが、これには限られず他の形状であってもよい。そして、上述した実施の形態では、力センサ17として電極部28と感圧部31を備えたものを使用しているが、その他の構造の力センサを使用してもよい。
【0036】
また、上述した実施の形態では、関節4を人体模型3に使用しているが、例えば動物模型や能動的(自律的)に動くロボット等のように他の用途に使用することもできる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、連結部印加力検出機構の2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。また、2つの部材を連動させるギア部を設けることにより、2つの部材を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分、例えば肘の関節4等においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0038】
さらに、この連結部印加力検出機構を関節に備えた人体模型では、肘や膝の関節が伸ばし方向あるいは曲げ方向の限界まで達したことが検出される上に、限界に達した後に更に同じ方向に加えられた力を検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。すなわち、肘や膝が伸ばし方向か曲げ方向のどちらに負荷を掛かっているのかを判断することが可能になり、痛みが発生している状況などを詳細に分析することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による人体模型の内部構成を描いた概略正面図である。
【図2】本発明の一実施の形態によるヒンジを利用した関節を描いた概略の側面図である。
【図3】図2のヒンジを伸ばした概略の側面図である。
【図4】力センサの片面シートを描いた図であり、(A)は(B)のIV−IV線で切断した断面図であり、(B)は平面図である。
【図5】力センサを図4のIV−IV線で切断した断面図である。
【図6】従来技術における引っ張り力測定機構を描いた概略の分解斜視図である。
【図7】図6の引っ張り力測定機構の中央縦断面側面図である。
【図8】図6の引っ張り力測定機構の力センサの片面シートを描いた図であり、(A)は(B)のVIII−VIII線で切断した断面図であり、(B)は平面図である。
【図9】図6の引っ張り力測定機構の力センサを図8のVIII−VIII線で切断した断面図である。
【符号の説明】
2 ヒンジ
3 人体模型
4 関節
13 一方の部材
14 他方の部材
15、16 ストッパ
17 力センサ
23、24 ギア部
28 電極部
31 感圧部
【発明の属する技術分野】
本発明は、2つの部材を回動方向のみに相対移動可能なように支持する連結部印加力検出機構及びこれを備えた人体模型に関する。
【0002】
【従来の技術】
昨今、地震や戦争などの災害時に被災者を如何にして素早く安全に救助するかの方法の模索が盛んになっている。その手段の一つとしてレスキューロボットの開発が活発になっている。その開発にあたり、被災者に痛みを与えず安全に救出できることが重要な課題になっている。また、高齢化社会が進むにつれ、ロボットやベッド等の介護支援用装置の開発が進んでいる。ここでも被介護者に痛みを与えず安全に介護する技術の確立が必要になっている。
【0003】
これらの技術開発の過程では被災者や被介護者の代わりにダミーの人体模型が使用されている。この種の人体模型において例えば手足の関節を無理に引っ張ることによる痛みの検出を行うため、関節部分に引っ張り力測定機構を内蔵したものが開発されている。引っ張り力測定機構により、人体模型が救助あるいは介護されるときの負荷を人の痛みとして数値化することが可能になっている。
【0004】
非特許文献1には、人体模型の関節に引っ張り力測定機構100を備えたものが記載されている。この引っ張り力測定機構100は、図6および図7に示すように透孔101を有する第1部材102と、この透孔101を貫通する軸部103と軸部103にフランジ状に形成されて透孔101の周縁部を押圧可能な押圧部104とを有する第2部材105と、透孔101の周縁部と押圧部104との間に設けられるシート状の力センサ106とを備えている。そして、第2部材105の軸部103を第1部材102の透孔101に貫通させて引っ張った時に(図7中に矢示)、力センサ106により透孔101の周縁部と押圧部104との間の押し付け力を検出する。これにより、第1部材102と第2部材105との引っ張り力を検知するものとしている。
【0005】
この力センサ106は、図8に示すようにポリエステルやPEN、ポリイミド等から成るフィルム基材107と、フィルム基材107に銀インクをスクリーン印刷等で印刷乾燥して成る電極部108および端子部109と、押し付け力によって導電抵抗が変化する感圧インクを電極部108の上に塗布して成る感圧部110と、電極部108と端子部109を接続する接続部112とを備えた片面シート111を、図9に示すように印刷面同士を対向させて張り合わせて形成されている。感圧部110に外部から挟み込む方向の力を加えることにより、各電極部108間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出することができる。電極部108及び感圧部110とその近傍のフィルム基材107は円環形状としている。その透孔113に第2部材105の軸部103が嵌入される。
【0006】
【非特許文献1】
日本機械学会[No,01−4]ロボテックス・メカトロニクス講演会’01講演論文集(1A1−E8「レスキューロボットコンテストのためのセンサ内蔵ダミーの開発」、Fig.5)
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
非特許文献1に記載の技術を、人体模型の肘や膝などの関節に適用した場合、これらの関節を引っ張る力の検出は可能であるが、関節が可動限界に達したことの検出、並びに可動限界方向に加えられる力の大きさを検出することができない。特にこれらの関節では曲げ方向あるいは伸ばし方向の可動範囲の限界に達した時に、それ以上同じ方向に加えられた力の大きさから人の痛みを推測することが望まれる。このため、可動限界に達した後に更に作用する力を検出できないのでは、人の痛みの数値化はできない。
【0008】
また、従来から知られるロードセルなどの力センサを関節に設けることも考えられるが、これでは装置が大掛かりになってしまうため人体模型の肘や膝などの関節に組み込むことは難しい。
【0009】
そこで、本発明の目的は、可動限界に達したことを検出できると共に限界範囲に達してから更に加えられた力の大きさを計測可能な連結部印加力検出機構及びこれを備えた人体模型を提供することである。
【0010】
【課題を解決するための手段】
本発明の連結部印加力検出機構は、2つの部材を回動方向のみに相対移動可能なように支持する連結部印加力検出機構であって、前記2つの部材に形成されると共に互いに当接することにより前記2つの部材の相対移動を所定範囲に制限するストッパと、前記ストッパ同士の間に設けられる力センサとを備えている(請求項1)。
【0011】
この構成によると、2つの部材を回動方向に相対移動させ、ストッパが互いに当接したときに、ストッパの間の押し付け力が力センサにより検出される。これにより、連結部印加力検出機構の2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。なお、本明細書中で「回動」とは2つの部材を曲げたり伸ばしたりする方向に旋回することを意味すると共に、「伸ばす」とは2つの部材を引っ張ることではなく2つの部材が真っ直ぐになる方向に旋回させることを意味する。
【0012】
本発明の連結部印加力検出機構では、前記2つの部材を連動させるギア部をさらに備えていてもよい(請求項2)。
【0013】
この構成によると、2つの部材を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0014】
本発明の連結部印加力検出機構では、前記力センサは、外圧によって導電抵抗が変化する感圧部と、前記感圧部を挟む2つの電極部とを備えていてもよい(請求項3)。
【0015】
この構成によると、各ストッパが感圧部を挟み込む方向の力を加えることにより、2つの電極部間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出できる。このため、薄型で簡易な構造の力センサを得ることができる。
【0016】
本発明の人体模型は、請求項1〜3のいずれかに記載の連結部印加力検出機構を関節に備えている(請求項4)。
【0017】
この構成によると、肘や膝といった関節が曲げ方向あるいは伸ばし方向の限界まで達したことが検出される上に、限界に達した後に更に同じ方向に加えられた力を検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
【0019】
図1は、本発明の実施の形態によるヒンジ2を備えた人体模型3を描いた概略正面図である。この人体模型3は、レスキューロボットや介護支援用装置の開発過程で使用される人間のダミーである。図1において、人体模型3は、関節4に設けられる引っ張り力測定機構およびアクチュエータと、肘と膝の1自由度の関節4に設けられる連結部印加力検出機構としてのヒンジ2(図2及び図3参照)と、頭部に内蔵されるCCDカメラ5と、体表に設けられる体表センサ6と、胴体に内蔵される姿勢センサ7と、加速度センサ8と、熱や二酸化炭素を発生する信号発生装置9と、各部からの情報を収集したり各部を制御するコンピュータ10と、情報を外部に送受信する無線装置11と、各部を作動させる電源12とを備えている。但し、人体模型3としては、ヒンジ2以外の構成については特に限られるものではない。
【0020】
図2は、本発明の実施の形態によるヒンジ2を備えた関節4を描いた概略の側面図である。この関節4は一方の部材13と他方の部材14とを回動方向のみの1自由度で連結するものであり、ここでは肘の関節4としている。すなわち、一方の部材13を前腕25に内蔵させて心材にすると共に、他方の部材14を上腕に内蔵させて心材にする。
【0021】
図2において、ヒンジ2は、2つの部材13、14の回動方向の相対移動を所定範囲に制限するストッパ15、16と、ストッパ15、16同士の間に設けられる力センサ17とを備えている。このヒンジ2は、2つの部材13、14のヒンジ側端にそれぞれ一体化された連結ブロック18、19と、各連結ブロック18、19を各々支持軸20、21を中心に回転可能に連結する結合部材22とを備えている。
【0022】
ストッパ15、16は、2つの部材13、14にそれぞれ一体化された連結ブロック18、19に形成されると共に、互いに当接することにより2つの部材13、14の相対移動を所定範囲に制限する。ここでは、2つの部材13、14が真っ直ぐに伸びたときにストッパ15、16が当接してそれ以上伸びないように規制している。
【0023】
各連結ブロック18、19には、2つの部材13、14を連動させるギア部23、24が形成されている。このため、2つの部材13、14の相対回転の中心は一軸になり、ストッパ15、16同士を確実に当接させることができる。
【0024】
力センサ17は、図2及び図3に示すように一方のストッパ15に貼り付けられている。よって、前腕25が上腕に対して真っ直ぐ伸ばされてストッパ15、16同士が当接するときに、力センサ17がその間の押し付け力を検出する。
【0025】
図4は、力センサ17を構成する片面シート26を描いた断面図と平面図である。力センサ17は、2枚の片面シート26を図5に示すように印刷面同士を対向させて貼り合わせて形成されている。
【0026】
図4において、片面シート26は、ポリエステルやPEN、ポリイミド等から成るフィルム基材27と、フィルム基材27に銀インクをスクリーン印刷等で印刷乾燥して成る単一の長方形状の電極部28および端子部29と、電極部28と端子部29を接続する接続部30と、押し付け力によって導電抵抗が変化する感圧インクを電極部28の上に塗布して成る感圧部31とを備えている。
【0027】
力センサ17の電極部28及び感圧部31の部分が、図2および図3に示すようにストッパ15に貼り付けられる。端子部29は人体模型3のコンピュータ10に接続される。そして、感圧部31にストッパ15、16から挟み込む方向の力を加えることにより、各片面シート26、26の電極部28、28の間の抵抗値が変化して押し付け力の増減を検出することができる。
【0028】
次に、本実施の形態のヒンジ2を備えた関節4の動作の一例について説明する。
【0029】
前腕25を上腕に対して曲げたり伸ばしたりすると、一方の部材13が他方の部材14に対して回転される。このとき、ギア部23、24が噛み合っているので、2つの部材13、14は一軸を中心に相対回転する。そして、前腕25を上腕に対して真っ直ぐ伸ばすとストッパ15、16同士が当接し、力センサ17が押し付け力を検出する。これにより、ヒンジ2の2つの部材13、14が可動範囲の限界に達したこと、即ち肘の関節4が可動限界まで伸ばされたことが検出される。
【0030】
また、伸ばした肘の関節4を更に外側に曲げようとする方向に力を加えると、この力も力センサ17により検出される。これにより、可動限界に達した後の更なる作用力の大きさを検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。
【0031】
さらに、本実施の形態の関節4を人体模型3の膝の関節4に使用することにより、脛が真っ直ぐ伸びて可動限界に達したことを検出できる上に、脛を前側に曲げようとする方向への作用力の大きさを検出できる。よって、人の痛みの検出をより現実に即して行うことができる。
【0032】
以上説明したように、本実施の形態のヒンジ2によると、2つの部材13、14を連動させるギア部23、24を備えているので、2つの部材13、14を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分、例えば肘の関節4等においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0033】
以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な設計変更が可能なものである。例えば、上述した実施の形態では、力センサ17は前腕25側のストッパ15に設けられているが、上腕側のストッパ16に設けるようにしてもよい。また、上述した実施の形態では、ストッパ15、16はヒンジ2が真っ直ぐ伸びたときにそれ以上移動しないように規制するものであるが、これには限られずヒンジ2が曲がったときにそれ以上曲がらないように規制するものであってもよい。この場合にもストッパの間に力センサ17を設けることにより、関節4が曲げ方向の移動限界まで達したこと及びそれ以上曲げようとする力の大きさを検出することができる。
【0034】
上述した実施の形態では、各連結ブロック18、19を結合部材22により回転可能に連結すると共に互いに噛み合うギア部23、24を形成しているが、ヒンジ2の構成はこれに限られない。すなわち、2つの部材13、14を一軸を中心に回転させる構造であれば既知のあるいは新規の構造であってもよい。
【0035】
さらに、上述した実施の形態では、力センサ17の各電極部28は長方形状を成しているが、これには限られず他の形状であってもよい。そして、上述した実施の形態では、力センサ17として電極部28と感圧部31を備えたものを使用しているが、その他の構造の力センサを使用してもよい。
【0036】
また、上述した実施の形態では、関節4を人体模型3に使用しているが、例えば動物模型や能動的(自律的)に動くロボット等のように他の用途に使用することもできる。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、連結部印加力検出機構の2つの部材が可動範囲の限界に達したことを検出できる上に、その後さらに同じ方向に加わった力の大きさを検出することができる。また、2つの部材を連動させるギア部を設けることにより、2つの部材を一方向のみに曲げ伸ばしする構造を小型化することができる。従って、通常のピンジョイントでは入らないような形状の部分、例えば肘の関節4等においても曲げ伸ばしする構造を得ることができる。
【0038】
さらに、この連結部印加力検出機構を関節に備えた人体模型では、肘や膝の関節が伸ばし方向あるいは曲げ方向の限界まで達したことが検出される上に、限界に達した後に更に同じ方向に加えられた力を検出できるので、人の痛みの検出がより現実に即したものになる。すなわち、肘や膝が伸ばし方向か曲げ方向のどちらに負荷を掛かっているのかを判断することが可能になり、痛みが発生している状況などを詳細に分析することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態による人体模型の内部構成を描いた概略正面図である。
【図2】本発明の一実施の形態によるヒンジを利用した関節を描いた概略の側面図である。
【図3】図2のヒンジを伸ばした概略の側面図である。
【図4】力センサの片面シートを描いた図であり、(A)は(B)のIV−IV線で切断した断面図であり、(B)は平面図である。
【図5】力センサを図4のIV−IV線で切断した断面図である。
【図6】従来技術における引っ張り力測定機構を描いた概略の分解斜視図である。
【図7】図6の引っ張り力測定機構の中央縦断面側面図である。
【図8】図6の引っ張り力測定機構の力センサの片面シートを描いた図であり、(A)は(B)のVIII−VIII線で切断した断面図であり、(B)は平面図である。
【図9】図6の引っ張り力測定機構の力センサを図8のVIII−VIII線で切断した断面図である。
【符号の説明】
2 ヒンジ
3 人体模型
4 関節
13 一方の部材
14 他方の部材
15、16 ストッパ
17 力センサ
23、24 ギア部
28 電極部
31 感圧部
Claims (4)
- 2つの部材を回動方向のみに相対移動可能なように支持する連結部印加力検出機構であって、
前記2つの部材に形成されると共に互いに当接することにより前記2つの部材の相対移動を所定範囲に制限するストッパと、
前記ストッパ同士の間に設けられる力センサとを備えていることを特徴とする連結部印加力検出機構。 - 前記2つの部材を連動させるギア部をさらに備えていることを特徴とする請求項1に記載の連結部印加力検出機構。
- 前記力センサは、
外圧によって導電抵抗が変化する感圧部と、
前記感圧部を挟む2つの電極部とを備えていることを特徴とする請求項1または2に記載の連結部印加力検出機構。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の連結部印加力検出機構を関節に備えることを特徴とする人体模型。
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006204832A (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-10 | Asahi Denshi Kenkyusho:Kk | リハビリ教育用患者模擬ロボット並びにリハビリ教育方法 |
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2003
- 2003-04-09 JP JP2003105534A patent/JP2004309917A/ja active Pending
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