JP2012066123A - 装着式動作補助装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】装着式動作補助装置1は、複数の回動軸(12a、12c、14a)を介して連結された複数の部材(体幹部材11、上腕部材13、前腕部材15)を有し、回動軸を中心とした一の部材に対する他の部材の相対的な回動運動を実現させる動作補助装着具10を備えるとともに、動作補助装着具10による複数の回動運動のうち少なくとも何れか一つを抑制する回動抑制手段(ロック機構30、回動抑制部62)を備える。
【選択図】図1
Description
〔1〕本発明は、動力で作動する装着式動作補助装置であって、装着者に装着される上腕部材及び前腕部材を有し、前記上腕部材及び前記前腕部材が肘関節機構により屈曲方向および伸展方向を画定するように前記肘関節機構の回動軸で動作可能に連結された動作補助装着具と、前記上腕部材及び前記前腕部材を取り外し可能に装着するベルトと、生体信号センサと、前記動作補助装着具に設けられ、前記肘関節機構まわりに前記上腕部材及び前記前腕部材を駆動するための力を印加するように、前記動作補助装着具の前記上腕部材及び前記前腕部材に連結され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく駆動トルクを発生するアクチュエータと、前記肘関節機構の前記回動軸を中心とした回動運動を抑制する回動抑制手段と、を備えることを特徴とする。
〔2〕本発明は、前記生体信号センサからの前記生体信号に基づいて、前記アクチュエータへ出力信号を生成するための制御装置を、さらに備えたことを特徴とする。
〔3〕本発明の前記制御装置は、前記肘関節機構のまわりの前記上腕部材及び前記前腕部材の移動の範囲を制限するための制御処理を実行する回動抑制部を有することを特徴とする。
〔4〕本発明の前記回動抑制手段は、前記肘関節機構のまわりの前記上腕部材及び前記前腕部材の移動の範囲を制限するための、前記アクチュエータに連結されたロック機構を有することを特徴とする。
〔5〕本発明の前記制御装置は、前記肘関節機構による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記ロック機構を作動させる回動抑制部を有することを特徴とする。
〔6〕本発明の前記上腕部材及び前記前腕部材は、装着者の腕に取り外し可能に装着され、前記肘関節機構の回動軸は、当該装着者の肘に近接することを特徴とする。
〔7〕本発明の前記動作補助装着具は、当該装着者の腕および手に取り外し可能に装着されることを特徴とする。
〔8〕本発明の前記前腕部材は、当該装着者の手に取り外し可能に装着される手首部材を有することを特徴とする。
〔9〕本発明は、動力で作動する装着式動作補助装置であって、装着者に装着される上腕部材及び前腕部材を有し、前記上腕部材及び前記前腕部材が肘関節機構により屈曲方向および伸展方向を画定するように前記肘関節機構の回動軸で動作可能に連結された動作補助装着具と、前記上腕部材及び前記前腕部材を取り外し可能に装着するベルトと、生体信号センサと、前記動作補助装着具に設けられ、前記肘関節機構まわりに前記上腕部材及び前記前腕部材を駆動するための力を印加するように、前記動作補助装着具の前記上腕部材及び前記前腕部材に連結され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく駆動トルクを発生するアクチュエータと、前記肘関節機構の前記回動軸を中心とした回動運動を抑制する回動抑制手段と、前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記生体信号センサから出力された生体信号を入力され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく制御信号を前記アクチュエータに出力することを特徴とする。
〔10〕本発明の前記アクチュエータは、入力される電力により駆動トルクを発生するモータであることを特徴とする。
〔11〕本発明は、〔1〕乃至〔10〕の何れか1項に記載の装着式動作補助装置の制御方法であって、装着者が関節を動かす際に、生体信号センサにより検出された生体信号を読み込むステップと、前記装着者が前記関節を動作すると共に、前記生体信号に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するステップと、を有することを特徴とする。
〔12〕本発明は、前記関節による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記アクチュエータに連結されたロック機構を作動させるステップを、さらに有することを特徴とする。
〔13〕本発明は、前記関節による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記アクチュエータに連結されたロック機構を作動させると共に、前記アクチュエータを停止させるステップを、さらに有することを特徴とする。
まず、図5のフローチャートを用いて、前腕部材15の回動角度と、生体信号と、を参照した回動抑制制御について説明する。制御装置70の回動抑制部72は、角度センサ40を介して動作補助装着具10の上腕部材13に対する前腕部材15の回動角度を検出する(角度検出工程:S1)。また、回動抑制部72は、生体信号センサ60を介して装着者Pからの生体信号を検出する(生体信号検出工程:S2)。そして、回動抑制部72は、角度検出工程S1で検出された回動角度が所定の閾値(θc)を超え、かつ、生体信号検出工程S2で検出された生体信号が所定レベルを超えるか否かを判定する(判定工程:S3)。
回動抑制部72は、判定工程S3において、回動角度が所定の閾値を超えるとともに生体信号が所定レベルを超えると判定した場合に、ロック機構30を作動させるための制御信号を生成し、この制御信号の出力によりピン駆動部32aを作動させピン32を駆動して前腕部材15の回動運動を阻止する(回動抑制工程:S4)。また、回動抑制部72は、回動抑制工程S4において肘部駆動モータ22への通電を一時的に停止させて駆動トルクを消失させる。一方、回動抑制部72は、判定工程S3において回動角度が所定の閾値以下であると判定した場合、又は、回動角度が所定の閾値を超えていても生体信号が所定レベル以下であると判定した場合には、前腕部材15の回動運動を抑制することなく制御を終了する。
次いで、図6のフローチャートを用いて、前腕部材15の回動角度と、前腕部材15に作用する荷重と、を参照した回動抑制制御について説明する。制御装置70の回動抑制部72は、角度センサ40を介して動作補助装着具10の上腕部材13に対する前腕部材15の回動角度を検出する(角度検出工程:S11)。また、回動抑制部72は、荷重センサ50を介して前腕部材15に作用する荷重を検出する(荷重検出工程:S12)。そして、回動抑制部72は、角度検出工程S11で検出された回動角度が所定の閾値(θc)を超え、かつ、荷重検出工程S12で検出された荷重が所定の閾値(Nc)を超えるか否かを判定する(判定工程:S13)。
回動抑制部72は、判定工程S13において、回動角度が所定の閾値を超えるとともに荷重が所定の閾値を超えると判定した場合に、ロック機構30を作動させるための制御信号を生成し、この制御信号の出力によりピン駆動部32aを作動させピン32を駆動して前腕部材15の回動運動を阻止する(回動抑制工程:S14)。また、回動抑制部72は、回動抑制工程S14において肘部駆動モータ22への通電を一時的に停止させて駆動トルクを消失させる。一方、回動抑制部72は、判定工程S13において回動角度が所定の閾値以下であると判定した場合、又は、回動角度が所定の閾値を超えていても荷重が所定の閾値以下であると判定した場合には、前腕部材15の回動運動を抑制することなく制御を終了する。
続いて、図7のフローチャートを用いて、前腕部材15に作用する荷重と、生体信号と、を参照した回動抑制制御について説明する。制御装置70の回動抑制部72は、荷重センサ40を介して動作補助装着具10の前腕部材15に作用する荷重を検出する(荷重検出工程:S21)。また、回動抑制部72は、生体信号センサ60を介して装着者Pからの生体信号を検出する(生体信号検出工程:S22)。そして、回動抑制部72は、荷重検出工程S21で検出された荷重が所定の閾値(Nc)を超え、かつ、生体信号検出工程S22で検出された生体信号が所定レベルを超えるか否かを判定する(判定工程:S23)。
回動抑制部72は、判定工程S23において、荷重が所定の閾値を超えるとともに生体信号が所定レベルを超えると判定した場合に、ロック機構30を作動させるための制御信号を生成し、この制御信号の出力によりピン駆動部32aを作動させピン32を駆動して前腕部材15の回動運動を阻止する(回動抑制工程:S24)。また、回動抑制部72は、回動抑制工程S24において肘部駆動モータ22への通電を一時的に停止させて駆動トルクを消失させる。一方、回動抑制部72は、判定工程S23において荷重が所定の閾値以下であると判定した場合、又は、荷重が所定の閾値を超えていても生体信号が所定レベル以下であると判定した場合には、前腕部材15の回動運動を抑制することなく制御を終了する。
10…動作補助装着具(回動装置)
11…体幹部材
12…肩関節機構
12c・12a…回動軸
13…上腕部材
14…肘関節機構
14a…回動軸
15…前腕部材
30…ロック機構(回動抑制手段の一部)
31…回動板(回動部材)
31a…凹部
31A・31B…歯部(凸部)
32…ピン
33A・33B…当接部材
72…回動抑制部(回動抑制手段の一部)
P…装着者
Claims (13)
- 動力で作動する装着式動作補助装置であって、
装着者に装着される上腕部材及び前腕部材を有し、前記上腕部材及び前記前腕部材が肘関節機構により屈曲方向および伸展方向を画定するように前記肘関節機構の回動軸で動作可能に連結された動作補助装着具と、
前記上腕部材及び前記前腕部材を取り外し可能に装着するベルトと、
生体信号センサと、
前記動作補助装着具に設けられ、前記肘関節機構まわりに前記上腕部材及び前記前腕部材を駆動するための力を印加するように、前記動作補助装着具の前記上腕部材及び前記前腕部材に連結され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく駆動トルクを発生するアクチュエータと、
前記肘関節機構の前記回動軸を中心とした回動運動を抑制する回動抑制手段と、
を備えることを特徴とする装着式動作補助装置。 - 前記生体信号センサからの前記生体信号に基づいて、前記アクチュエータへ出力信号を生成するための制御装置を、さらに備えたことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。
- 前記制御装置は、前記肘関節機構のまわりの前記上腕部材及び前記前腕部材の移動の範囲を制限するための制御処理を実行する回動抑制部を有することを特徴とする請求項2に記載の装着式動作補助装置。
- 前記回動抑制手段は、前記肘関節機構のまわりの前記上腕部材及び前記前腕部材の移動の範囲を制限するための、前記アクチュエータに連結されたロック機構を有することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の装着式動作補助装置。
- 前記制御装置は、前記肘関節機構による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記ロック機構を作動させる回動抑制部を有することを特徴とする請求項4に記載の装着式動作補助装置。
- 前記上腕部材及び前記前腕部材は、装着者の腕に取り外し可能に装着され、前記肘関節機構の回動軸は、当該装着者の肘に近接することを特徴とする請求項1乃至5の何れかに記載の装着式動作補助装置。
- 前記動作補助装着具は、当該装着者の腕および手に取り外し可能に装着されることを特徴とする請求項1乃至6の何れかに記載の装着式動作補助装置。
- 前記前腕部材は、当該装着者の手に取り外し可能に装着される手首部材を有することを特徴とする請求項1乃至7の何れかに記載の装着式動作補助装置。
- 動力で作動する装着式動作補助装置であって、
装着者に装着される上腕部材及び前腕部材を有し、前記上腕部材及び前記前腕部材が肘関節機構により屈曲方向および伸展方向を画定するように前記肘関節機構の回動軸で動作可能に連結された動作補助装着具と、
前記上腕部材及び前記前腕部材を取り外し可能に装着するベルトと、
生体信号センサと、
前記動作補助装着具に設けられ、前記肘関節機構まわりに前記上腕部材及び前記前腕部材を駆動するための力を印加するように、前記動作補助装着具の前記上腕部材及び前記前腕部材に連結され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく駆動トルクを発生するアクチュエータと、
前記肘関節機構の前記回動軸を中心とした回動運動を抑制する回動抑制手段と、
前記アクチュエータを制御する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記生体信号センサから出力された生体信号を入力され、前記生体信号センサからの生体信号に基づく制御信号を前記アクチュエータに出力することを特徴とする装着式動作補助装置。 - 前記アクチュエータは、入力される電力により駆動トルクを発生するモータであることを特徴とする請求項1、2、9の何れかに記載の装着式動作補助装置。
- 請求項1乃至10の何れか1項に記載の装着式動作補助装置の制御方法であって、
装着者が関節を動かす際に、生体信号センサにより検出された生体信号を読み込むステップと、
前記装着者が前記関節を動作すると共に、前記生体信号に基づいてアクチュエータに制御信号を出力するステップと、
を有することを特徴とする装着式動作補助装置の制御方法。 - 前記関節による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記アクチュエータに連結されたロック機構を作動させるステップを、さらに有することを特徴とする請求項11に記載の装着式動作補助装置の制御方法。
- 前記関節による回動角度が所定値を超えた場合、且つ前記生体信号センサにより検出された生体信号が所定値を超えた場合、前記アクチュエータに連結されたロック機構を作動させると共に、前記アクチュエータを停止させるステップを、さらに有することを特徴とする請求項11に記載の装着式動作補助装置の制御方法。
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