JP2008043675A - Movement assisting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、動作支援機器に関し、より詳しくは、回生エネルギを利用して身体の障害部分の運動を支援すると共に個々の患者が着用可能な動作支援機器に関するものである。 The present invention relates to a motion support device, and more particularly, to a motion support device that uses regenerative energy to support movement of a disabled part of the body and can be worn by an individual patient.
昨今における高齢化社会の進行と共に、下肢或いは上肢に障害を有する患者が増加しつつある。これら障害を有する患者にとって、障害を克服できるか否かは、効果的なリハビリテーションを充分に行えるか否かに大きく依存すると言っても過言ではない。
このことから、上記リハビリテーションを支援するインテリジェントな技術開発が重要性を増している。
With the progress of an aging society in recent years, the number of patients with disabilities in lower limbs or upper limbs is increasing. For patients with these disorders, it is no exaggeration to say that whether or not the disorder can be overcome depends largely on whether or not effective rehabilitation can be sufficiently performed.
For this reason, the development of intelligent technology that supports the above-mentioned rehabilitation is becoming increasingly important.
このようなインテリジェントなリハビリテーション支援技術として、例えば、下記特許文献1には、上肢の肘部と手首部に装着する装具に、それらを吊下するための複数の糸条をそれぞれ連結し、各装具に連結した複数の糸条の各他端を、上方に位置する支持部材上の互いに離間した位置にある転向子を介して、それらの各糸条の導出長さを制御して巻取る巻取り駆動装置に保持させた構成を有する上肢動作補助機構が開示されている。
As such an intelligent rehabilitation support technology, for example, in
しかしながら、これに代表されるような上肢動作補助機構は、外部からの動力を使用しているため、患者にとって機械が暴走する等の不安感を拭いきることができるとは言えず、もしものために理学療法士等の指導者が常時立ち会う必要がある。
また、患者が個人的に使用する際には、通常、リハビリテーション室等の部屋に設置し、理学療法士の立ち会いのもと、患者が交代で使用しなくてはならない。
However, because the upper limb movement assist mechanism represented by this uses external power, it cannot be said that the patient can wipe away anxiety such as machine runaway. In addition, a physical therapist or other instructor must be present at all times.
In addition, when a patient uses it personally, it is usually installed in a room such as a rehabilitation room, and the patient must use it in turn in the presence of a physical therapist.
以上のようなことから、患者の各々について、長時間のリハビリテーションを行うことは難しく、結果として、患者の回復に時間を要することとなり、最悪の場合、患者がリハビリテーションを途中で中断し、寝たきりになってしまうことも否定はできない。
尚、特許文献1に開示される技術は、車椅子やベッドサイドに対して上記機構を配設することを可能としているが、近時における車椅子の不足等を考慮すると、必ずしも万人がリハビリテーションを常時行えるとは言い難い。
As described above, it is difficult to perform rehabilitation for each patient for a long time, and as a result, it takes time for the patient to recover. In the worst case, the patient interrupts rehabilitation halfway and becomes bedridden. It cannot be denied that it will be.
The technique disclosed in
ところで、初期のリハビリテーションを終了して社会復帰する患者の生活支援として、小型軽量のバッテリを駆動源として、個々の患者が身につけて使用できる、所謂ウエアラブルな機器が提案されており、例えば、エネルギ消費の少ないセミアクティブな短下肢装具等が開発されている。
しかしながら、このような機器では、状況に応じてアクティブに力を加えようとしても小型軽量なバッテリでは、エネルギの点において無理があった。
By the way, as a life support for patients who have completed initial rehabilitation and returned to society, so-called wearable devices that can be worn by individual patients using a small and lightweight battery as a driving source have been proposed. Semi-active short leg braces, etc. that consume less are being developed.
However, with such a device, even if an attempt is made to actively apply force according to the situation, a small and light battery is not possible in terms of energy.
尚、上記では上肢・下肢に係る支援技術を例としたが、その他障害を有する部位における支援技術の提案も当然為されていることは言うまでもない。 In the above, the assist technology for the upper and lower limbs is taken as an example, but it goes without saying that assist technologies for other parts with disabilities have been proposed.
本発明は上記実情を鑑みてなされたものであって、外部動力を必要とせず、また、場所及び時間の制約を受けることなく、更に、安全確保のための指導者をつけることなく個々の患者が着用できる動作支援機器を提供せんとするものである。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and does not require external power, is not subject to location and time constraints, and further has no individual instructor for ensuring safety. It is intended to provide an operation support device that can be worn by children.
請求項1に係る発明は、身体の一部の動作を支援する動作支援機器であって、身体の健常な部位に装着されると共に該健常な部位の関節運動により回転或いは直線動作を行うエネルギ回生機構と、該エネルギ回生機構の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギによって駆動し、且つ身体の障害を有する部位に装着されると共に前記駆動により当該障害を有する部位の関節運動を支援する運動支援機構とを具備してなり、前記エネルギ回生機構より生じるトルクに応じて前記運動支援機構の力が制御されることを特徴とする動作支援機器に関する。
The invention according to
請求項2に係る発明は、前記エネルギ回生機構の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギを蓄積するバッテリを更に備え、前記運動支援機構は、当該電気エネルギが蓄積されたバッテリを電源として、前記障害を有する部位を支援することを特徴とする請求項1記載の動作支援機器に関する。
The invention according to
請求項3に係る発明は、前記エネルギ回生機構と前記バッテリの入力経路に昇圧チョッパが組み込まれてなることを特徴とする請求項2記載の動作支援機器に関する。
The invention according to claim 3 relates to the operation support device according to
請求項1に係る発明によれば、身体の一部の動作を支援する動作支援機器であって、身体の健常な部位に装着されると共に該健常な部位の関節運動により回転或いは直線動作を行うエネルギ回生機構と、該エネルギ回生機構の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギによって駆動し、且つ身体の障害を有する部位に装着されると共に前記駆動により当該障害を有する部位の関節運動を支援する運動支援機構とを具備してなり、前記エネルギ回生機構より生じるトルクに応じて前記運動支援機構の力が制御されることにより、外部動力を必要とせず、障害を有する部位の支援が可能となる。
また、患者の判断にて健常な部位の関節運動を加減することにより、障害部位の支援加減を適切に行うことができる。特に障害を有する部位に加わる力の大きさを健常な部位で直接感じることができるため、支援の加減をするのに非常に有効である。
According to the first aspect of the present invention, it is an operation support device that supports the movement of a part of the body, and is attached to a healthy part of the body and performs a rotation or linear motion by joint movement of the healthy part. An energy regeneration mechanism and exercise support that is driven by electrical energy generated by rotation or linear motion of the energy regeneration mechanism and is attached to a part having a physical disorder and supports joint movement of the part having the disorder by the drive. And the force of the movement support mechanism is controlled according to the torque generated by the energy regeneration mechanism, so that it is possible to support a part having a failure without requiring external power.
In addition, by adjusting the joint motion of a healthy part according to the judgment of the patient, it is possible to appropriately perform support adjustment of the damaged part. In particular, since the magnitude of the force applied to the site having a disability can be directly felt at a healthy site, it is very effective for adjusting the support.
請求項2に係る発明によれば、エネルギ回生機構の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギを蓄積するバッテリを更に備え、運動支援機構は、当該電気エネルギが蓄積されたバッテリを電源として、障害を有する部位を支援することにより、障害を有する部位の関節運動の支援に必要なだけのエネルギを回生して制御するのに比して、充分大きい制御力を加えることが可能となる。
また、バッテリを備えることにより、電気エネルギを充分に賄うことが可能となり、一つのエネルギ回生機構に対して、複数の運動支援機構を構成することも可能となる。
According to the second aspect of the present invention, the battery further stores the electric energy generated by the rotation or linear operation of the energy regeneration mechanism, and the exercise support mechanism has a failure using the battery storing the electric energy as a power source. By supporting the part, it is possible to apply a sufficiently large control force as compared to regenerating and controlling the energy necessary for supporting the joint movement of the part having a disorder.
Further, by providing the battery, it is possible to sufficiently cover the electric energy, and it is possible to configure a plurality of exercise support mechanisms for one energy regeneration mechanism.
請求項3に係る発明によれば、エネルギ回生機構とバッテリの入力経路に昇圧チョッパが組み込まれてなることにより、エネルギ回生機構の起電力がバッテリの電圧よりも低い場合であっても充電を行うことが可能となる。 According to the third aspect of the present invention, charging is performed even when the electromotive force of the energy regeneration mechanism is lower than the voltage of the battery by incorporating the boost chopper in the energy regeneration mechanism and the input path of the battery. It becomes possible.
以下、本発明に係る動作支援機器の好適な実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本発明に係る動作支援機器の使用形態の一例を示す図である。
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of an operation support device according to the invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram illustrating an example of a usage pattern of an operation support device according to the present invention.
本発明に係る動作支援機器は、身体の一部の動作を支援するものであって、身体の健常な部位に装着されると共に該健常な部位の関節運動により回転或いは直線動作を行うエネルギ回生機構(1)と、エネルギ回生機構(1)の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギによって駆動し、且つ身体の障害を有する部位に装着されると共に前記駆動により当該身体の障害を有する部位の関節運動を支援する運動支援機構(2)とを備えている。 An operation support device according to the present invention supports an operation of a part of a body, and is attached to a healthy part of the body and performs an energy regeneration mechanism that rotates or linearly moves by a joint motion of the healthy part. (1) and driven by electrical energy generated by rotation or linear motion of the energy regeneration mechanism (1), and mounted on a part having a physical disorder, and the joint movement of the part having the physical disorder is performed by the driving. And an exercise support mechanism (2) for supporting.
エネルギ回生機構(1)は、所謂発電機として使用するための機構であり、機械的エネルギを電気エネルギに変換できるもの(以下、回生機器と称する)、例えば、モータ(発電機)、圧電素子、その他の圧電材料等を備えることにより構成されている。
このエネルギ回生機構(1)における発電構成としては、身体の健常な部位における関節運動をそのまま回転運動として発電を行う手段(図1(a)参照)、或いは関節の動きを直線運動に変換して発電を行う手段(図1(b)参照)を挙げることができる。
The energy regeneration mechanism (1) is a mechanism for use as a so-called generator, and can convert mechanical energy into electric energy (hereinafter referred to as a regenerative device), for example, a motor (generator), a piezoelectric element, It is configured by including other piezoelectric materials.
As a power generation configuration in this energy regeneration mechanism (1), a means for generating power by directly rotating a joint motion in a healthy part of the body (see FIG. 1A), or converting a joint motion into a linear motion. Examples include means for generating power (see FIG. 1B).
回転運動による発電、即ち、エネルギ回生は、図1(a)に示されるように、身体の一部分(例えば、大腿部)と連動する第一リンク部(11)と、該身体の第一部分に対して、関節を介して回動運動を行う身体の第二部分(例えば、下腿部)と連動する第二リンク部(12)と、第一リンク部(11)と第二リンク部(12)との間に、且つリンク部(11,12)に回転可能に接続される回生機器(A)とから構成することで達成される。 As shown in FIG. 1 (a), power generation by rotational movement, that is, energy regeneration, is applied to a first link part (11) interlocked with a body part (for example, a thigh), and the first part of the body. On the other hand, the second link part (12) interlocked with the second part (for example, the lower leg part) of the body that performs the rotational movement through the joint, the first link part (11), and the second link part (12 ) And the regenerative device (A) that is rotatably connected to the link portions (11, 12).
即ち、上記の構成により、身体の第一部分と身体の第二部分が関節動作を行うことで、回生機器が回転運動を行い、この回転に伴って電気エネルギが生じる、つまり、発電する。
この発電された電気エネルギは、回生エネルギとして運動支援機構へと供給される。
That is, with the above configuration, the regenerative device performs a rotational motion when the first part of the body and the second part of the body perform a joint operation, and electrical energy is generated along with the rotation, that is, power is generated.
The generated electric energy is supplied as regenerative energy to the exercise support mechanism.
直線運動によるエネルギ回生機構は、図1(b)に示される如く、身体の一部分(例えば、大腿部)と連動する第一リンク部(11)と、該身体の第一部分に対して、関節を介して回動運動を行う身体の第二部分(例えば、下腿部)と連動する第二リンク部(12)と、第一リンク部(11)と第二リンク部(12)とを回転可能に接続する回転ピン(13)と、一端が第一リンク部(11)に、且つ多端が第二リンク部(12)に回動可能に取付けられると共に伸縮運動を可能とする回生機器(B)とから構成する。 As shown in FIG. 1B, the energy regeneration mechanism by linear motion includes a first link portion (11) interlocked with a body part (for example, a thigh), and a joint with respect to the first part of the body. The second link part (12) interlocked with the second part of the body (for example, the lower leg part) that performs the rotational movement via the first, the first link part (11) and the second link part (12) rotate. Rotating pin (13) to be connected to the regenerative device (B), one end of which is pivotally attached to the first link portion (11) and the other end is rotatably attached to the second link portion (12). ).
これにより、身体の第一部分と身体の第二部分が関節動作(例えば、大腿部と下腿部の場合は膝の動作)を行うことで、回生機構が伸縮運動を行い、発電を行う。 Accordingly, the first part of the body and the second part of the body perform joint movement (for example, movement of the knee in the case of the thigh and the lower leg), so that the regenerative mechanism performs expansion and contraction to generate power.
尚、エネルギ回生機構(1)において、回転運動による発電を行う際には増速機器を、また、直線運動による発電を行う際には拡大機構(例えば、てこ等)を組み合わせることが好ましい。
これにより、効率の良いエネルギ回生を行うことが可能となる。
また、エネルギ回生機構(1)として圧電素子を用いる場合、該圧電素子は変位の許容量が小さいので、身体の関節動作による運動量を縮小する機構(例えば、減速機やてこ等)を組み合わせる、或いは、曲げ変形を利用した圧電素子を用いることが好ましい。
In the energy regeneration mechanism (1), it is preferable to combine a speed increasing device when generating electric power by rotational movement, and an expansion mechanism (for example, a lever) when generating electric power by linear movement.
Thereby, efficient energy regeneration can be performed.
Further, when a piezoelectric element is used as the energy regeneration mechanism (1), since the piezoelectric element has a small allowable displacement, a mechanism (for example, a speed reducer, a lever, etc.) that reduces the amount of motion due to joint motion of the body is combined, or It is preferable to use a piezoelectric element utilizing bending deformation.
次に、運動支援機構(2)について説明する。
運動支援機構(2)は、身体の障害を有する部位の関節運動を支援するための機構で、エネルギ回生機構(1)と電気的に接続されている。
この運動支援機構(2)は、上記したエネルギ回生機構(1)より生じる電気エネルギ(回生エネルギ)によって駆動する所謂アクチュエータを備えることにより構成される。
アクチュエータとしては、エネルギ回生機構(1)と同様、モータ、圧電素子、その他の圧電材料等を挙げることができ、加えて電気エネルギによる発熱を利用する形状記憶合金等も好適に使用することができる。
Next, the exercise support mechanism (2) will be described.
The exercise support mechanism (2) is a mechanism for supporting joint motion of a part having a physical disorder, and is electrically connected to the energy regeneration mechanism (1).
The exercise support mechanism (2) includes a so-called actuator that is driven by electric energy (regenerative energy) generated from the energy regeneration mechanism (1).
Examples of the actuator include a motor, a piezoelectric element, and other piezoelectric materials as in the energy regeneration mechanism (1). In addition, a shape memory alloy that uses heat generated by electric energy can be preferably used. .
運動支援機構(2)による運動支援の構成としては、回転運動による構成(図1(c)参照)及び直線運動による構成(図1(d)参照)を挙げることができる。 Examples of the configuration of exercise support by the exercise support mechanism (2) include a configuration based on rotational motion (see FIG. 1C) and a configuration based on linear motion (see FIG. 1D).
回転運動による運動支援の構成は、図1(c)に示される如く、身体の一部分(例えば、大腿部)に一体装着される第一支援リンク部(21)と、該身体の第一部分に対して、関節を介して回動運動を行う身体の第二部分(例えば、下腿部)に一体装着される第二支援リンク部(22)と、第一支援リンク部(21)と第二支援リンク部(22)との間に、且つ支援リンク部(21,22)を回転可能に支持するアクチュエータ(C)とからなる。 As shown in FIG. 1 (c), the configuration of the exercise support by the rotational motion includes a first support link portion (21) integrally attached to a part of the body (for example, a thigh), and a first part of the body. On the other hand, a second support link unit (22), a first support link unit (21), and a second unit that are integrally attached to a second part (for example, the lower leg) of the body that performs a rotational motion via a joint. It consists of an actuator (C) which supports the support link part (21, 22) rotatably between the support link part (22).
ここで、アクチュエータ(C)が、上述の如く、回生エネルギによって駆動し、第一支援リンク部(21)及び第二支援リンク部(22)を任意の方向へと回動させることにより、身体の障害を有する部位の関節運動を支援する。即ち、大腿部と下腿部との関節運動(膝の動作)を例に挙げると、患者が立ち上がろうとするときには、大腿部を持ち上げるように力を付勢し、逆に患者が座ろうとするときには、患者の体重を支えるように制動力を付勢して支援を行う。 Here, as described above, the actuator (C) is driven by the regenerative energy, and rotates the first support link portion (21) and the second support link portion (22) in an arbitrary direction. Assist joint movements in areas with disabilities. That is, taking as an example the joint movement (knee movement) between the thigh and crus, when the patient tries to stand up, the force is applied to lift the thigh and the patient tries to sit down. When doing so, support is provided by urging the braking force to support the weight of the patient.
また、直線運動による運動支援は、図1(d)に示される如く、身体の一部分(例えば、大腿部)に一体装着される第一支援リンク部(21)と、該身体の第一部分に対して、関節を介して回動運動を行う身体の第二部分(例えば、下腿部)に一体装着される第二支援リンク部(22)と、第一支援リンク部(21)と第二支援リンク部(22)とを回転可能に接続する回転ピン(23)と、一端が第一支援リンク部(21)に、且つ多端が第二支援リンク部(22)に回動可能に取付けられ、支援リンク部(21,22)を支持すると共に伸縮運動を行うアクチュエータ(D)とから構成する。 Further, as shown in FIG. 1 (d), exercise support by linear motion is performed on the first support link portion (21) integrally attached to a part of the body (for example, the thigh) and the first part of the body. On the other hand, a second support link unit (22), a first support link unit (21), and a second unit that are integrally attached to a second part (for example, the lower leg) of the body that performs a rotational motion via a joint. A rotating pin (23) that rotatably connects the support link part (22), one end is attached to the first support link part (21), and the other end is rotatably attached to the second support link part (22). The support link portion (21, 22) is supported and the actuator (D) is configured to extend and contract.
これにより、上記した回転運動による支援構成と同様に、回生エネルギによってアクチュエータ(D)が直線運動を行い身体の障害を有する部位の関節運動を支援する。
以上により、本発明に係る動作支援機器の基本となる部分が構成され、外部動力を必要とせず、障害を有する部位の支援が可能となる。
As a result, similar to the support configuration based on the rotational motion described above, the actuator (D) performs a linear motion by the regenerative energy to support the joint motion of the part having a physical disorder.
As described above, a basic part of the operation support device according to the present invention is configured, and external power is not required, and it is possible to support a part having a failure.
以下、本発明に係る動作支援機器の基本系についての説明を行う。
図2は、本発明に係る動作支援機器の基本原理を示す回路図である。
尚、以下においては、エネルギ回生機構(1)及び運動支援機構(2)にモータを用いた場合を例に挙げて説明を行う。(エネルギ回生機構(1)対応するモータを、モータ1、運動支援機構(2)対応するモータを、モータ2と称する)
Hereinafter, the basic system of the operation support device according to the present invention will be described.
FIG. 2 is a circuit diagram showing the basic principle of the operation support device according to the present invention.
In the following description, a case where a motor is used for the energy regeneration mechanism (1) and the exercise support mechanism (2) will be described as an example. (The motor corresponding to the energy regeneration mechanism (1) is referred to as the
本発明に係る動作支援機器は、図2に示される如く、身体における健常な部位の関節運動により、回路内のモータ1(出力側)が回転し、これにより発生する誘導電圧により前記回路内に電流を流し、当該回路内に接続されるモータ2(入力側)にトルクを発生させて障害を有する部位に対して仕事(支援)を行うように構成されている。
As shown in FIG. 2, the motion support device according to the present invention rotates the motor 1 (output side) in the circuit by the joint movement of a healthy part in the body, and the induced voltage generated thereby causes the
ここで、モータ1を回転速度dθ1/dtで回転させたとすると、誘導電圧e1は次式(1)となる。
Here, if the
また、モータ2の回転速度dθ2/dt、逆起電力をe2とすると、回路の微分方程式は、次式(2)で表される。
尚、Lはリアクタンス、Rは抵抗である。
逆起電力e2は、次式(3)で表される。
更に、モータ1に加えるトルクT1は次式(4)で、モータ2に加わるトルクT2は次式(5)で表記することができる。
尚、A1及びA2はアクチュエータ係数である。
Further, when the rotational speed dθ 2 / dt of the
Note that L is reactance and R is resistance.
The counter electromotive force e 2 is expressed by the following equation (3).
Further, the torque T 1 applied to the
A 1 and A 2 are actuator coefficients.
次に、上式(2)において表記した回路の微分方程式において、加振周波数が電気系の応答よりも充分遅いと考えれば、L・di/dtの項は無視できるので、電気系の式は次式(6)で表すことができる。
これより、構造系の運動方程式は、次式(7)と決定される。
尚、J2はモータ2の慣性モーメント、Cは減衰係数である。
Next, in the differential equation of the circuit expressed in the above equation (2), if it is considered that the excitation frequency is sufficiently slower than the response of the electrical system, the term of L · di / dt can be ignored. It can represent with following Formula (6).
From this, the equation of motion of the structural system is determined as the following equation (7).
Incidentally, J 2 is the moment of inertia of the
ここで、この構造系においての運動は人的による所謂ゆっくりとした現象であるので、慣性項であるJ2・d2θ2/dt2を無視すると、上式(7)は次式(8)で表される。
これを変形し、上式(6)に代入して整理すると、次式(9)となる。
Here, since the motion in this structural system is a so-called slow phenomenon caused by humans, if J 2 · d 2 θ 2 / dt 2 which is an inertial term is ignored, the above equation (7) can be expressed by the following equation (8 ).
When this is transformed and substituted into the above equation (6) and rearranged, the following equation (9) is obtained.
従って、上式(9)を上式(8)に代入すると速度の関係式(10)を得る事ができる。
また、上式(9)を上式(4)及び(5)に代入すると、次式(11)及び(12)となり、トルクの関係式が得られる。
Therefore, the speed relational expression (10) can be obtained by substituting the above expression (9) into the above expression (8).
Further, when the above equation (9) is substituted into the above equations (4) and (5), the following equations (11) and (12) are obtained, and a relational expression of torque is obtained.
以上のことから、上式(12)より、トルクは入力側と出力側とで比例関係にあるため、出力側におけるトルクを入力側より患者が感じとることが可能となる。即ち、モータ2(運動支援機構)により障害を有する部位の関節運動を支援する際、障害を有する部位で生じる反力の大きさに対応する力をモータ1(エネルギ回生機構)を動かすときの反力として感じ取ることができ、あたかも障害を有する部位を直接動かしているような感覚を得ることができる。
従って、患者は自らの判断により健常な部位の関節運動を加減することにより、障害部位の支援加減を適切に行うことが可能となる。
また、上式(10)に表される速度の関係式より、出力の抵抗Cが大きくなれば、入力の速度に比して出力の速度は小さくなるので、無理に出力側を動かすことにはならず、患者は実感を持ってリハビリを行うことが可能となる。
From the above, according to the above equation (12), since the torque is in a proportional relationship between the input side and the output side, the patient can feel the torque on the output side from the input side. That is, when the motor 2 (motion support mechanism) supports joint movement of a part having a failure, a force corresponding to the magnitude of the reaction force generated at the part having the failure is a reaction when the motor 1 (energy regeneration mechanism) is moved. It can be felt as a force, and a feeling as if the part having the obstacle is directly moved can be obtained.
Therefore, the patient can appropriately adjust the support of the damaged part by adjusting the joint motion of the healthy part according to his / her own judgment.
Further, from the relational expression of the speed expressed by the above equation (10), if the output resistance C increases, the output speed becomes smaller than the input speed. Instead, the patient can rehabilitate with a sense of reality.
また、抵抗Rを可変とすると、出力側の微調整が可能となるので、例えば、位置や速度のフィードバック等を行うことで、フィードバック信号にて抵抗を変化させて、出力側の制御力を変化させることも可能となる。(図3参照)
尚、等価なアクチュエータ係数A1及びA2は、上記回路内に減速機器や増速機器等を介することにより、独立して決定することができ、特性を変化させることが可能である。
Also, if the resistance R is variable, fine adjustment on the output side becomes possible. For example, by performing position or speed feedback, the resistance is changed by a feedback signal, and the control force on the output side is changed. It is also possible to make it. (See Figure 3)
Incidentally, the equivalent actuator coefficients A 1 and A 2, by passing through the deceleration devices and speed increasing device or the like in the circuit, can be determined independently, it is possible to change the characteristics.
また、上記した回路内にバッテリ(図示せず)を配することにより、バッテリの充電電流(バッテリ内に供給される電流)を一旦バッテリに取り込み、障害を有する部位の働き等をフィードバックし、その状況にあった制御力をバッテリのエネルギを用いて加えることが可能となる。
この際、入力側とバッテリの入力経路に図示しない昇圧チョッパを組み込むことにより、入力側の起電力がバッテリの電圧よりも低い場合であっても充電を行うことが可能となる。
更に、この他、抵抗が小さい回路や、バッテリを配した回路とPWM等を組み合わせる構成等を採用することも可能である。
In addition, by arranging a battery (not shown) in the above circuit, the battery charging current (current supplied to the battery) is once taken into the battery, and the function of the faulty part is fed back. It becomes possible to apply a control force suitable for the situation using the energy of the battery.
At this time, by incorporating a step-up chopper (not shown) in the input path between the input side and the battery, charging can be performed even when the electromotive force on the input side is lower than the voltage of the battery.
In addition to this, it is also possible to adopt a configuration in which a circuit having a small resistance, a circuit in which a battery is arranged, and PWM are combined.
最後に、本発明に係る動作支援機器を使用する部位について例示する。
本発明に係る動作支援機器は回生エネルギが充分であれば、特に使用に制限はないが、エネルギ回生機構(入力側)を装着する箇所に対して、運動支援機構(出力側)を装着する箇所を一対一で構成することが好ましい。
例えば、右肘(エネルギ回生機構側)から左肘(運動支援機構側)や、肩、肘及び手首の三箇所(エネルギ回生機構側)から股、膝及び足首の三箇所(運動支援機構側)というように構成することができる。
Finally, the part using the operation support device according to the present invention is illustrated.
The operation support device according to the present invention is not particularly limited in use as long as the regenerative energy is sufficient, but the exercise support mechanism (output side) is attached to the location where the energy regeneration mechanism (input side) is attached. Are preferably configured in a one-to-one relationship.
For example, right elbow (energy regeneration mechanism side) to left elbow (exercise support mechanism side), shoulder, elbow and wrist (energy regeneration mechanism side) to crotch, knee and ankle (exercise support mechanism side) It can be configured as follows.
また、上記したバッテリを備えることにより、電気エネルギを充分に賄うことが可能となるので、一つのエネルギ回生機構に対して、複数の運動支援機構を構成することもでき、例えば、エネルギ回生機構を肘に設け、指(例えば、人差し指)の三つの関節を三つの運動支援機構にて同時に動かす(支援する)ことも可能である。
この際、上記した三つの関節に対して、適切な量の回生エネルギを分配するために可変抵抗や高周波切替えを行うことが好ましい。
In addition, since the above-described battery can sufficiently cover the electric energy, a plurality of exercise support mechanisms can be configured for one energy regeneration mechanism. It is also possible to move (support) three joints of a finger (for example, an index finger) at the same time with three motion support mechanisms by providing it on the elbow.
At this time, it is preferable to perform variable resistance and high-frequency switching in order to distribute an appropriate amount of regenerative energy to the above-described three joints.
本発明は、身体における障害を有する部位の動作を支援する機器として好適に利用可能である。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be suitably used as a device that supports the operation of a part having a disorder in the body.
1 エネルギ回生機構
2 運動支援機構
1
Claims (3)
身体の健常な部位に装着されると共に該健常な部位の関節運動により回転或いは直線動作を行うエネルギ回生機構と、
該エネルギ回生機構の回転或いは直線動作で生じる電気エネルギによって駆動し、且つ身体の障害を有する部位に装着されると共に前記駆動により当該障害を有する部位の関節運動を支援する運動支援機構とを具備してなり、
前記エネルギ回生機構より生じるトルクに応じて前記運動支援機構の力が制御されることを特徴とする動作支援機器。 An operation support device that supports the movement of a part of the body,
An energy regeneration mechanism that is attached to a healthy part of the body and that rotates or linearly moves by joint movement of the healthy part;
And an exercise support mechanism that is driven by electrical energy generated by rotation or linear motion of the energy regeneration mechanism and that is attached to a part having a physical disorder and supports joint movement of the part having the disorder by the drive. And
An operation support device, wherein the force of the exercise support mechanism is controlled according to torque generated by the energy regeneration mechanism.
前記運動支援機構は、当該電気エネルギが蓄積されたバッテリを電源として、前記障害を有する部位を支援することを特徴とする請求項1記載の動作支援機器。 A battery for storing electrical energy generated by rotation or linear motion of the energy regeneration mechanism;
The motion support device according to claim 1, wherein the exercise support mechanism supports the part having the obstacle by using a battery in which the electric energy is stored as a power source.
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