JP2013146328A - 動作支援装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】動作支援装置は、被支援者の筋肉の起始部近傍と停止部近傍との間に懸架されるとともに、繊維状に形成され、かつ伸縮自在とした、高分子化合物、シリコン樹脂、又はカーボンナノチューブのいずれか1つからなるアクチュエーター40と、被支援者に装着され、かつ被支援者の姿勢と動作の向きとを検知するセンサー30と、被支援者の姿勢と動作の向きとに関する情報を格納する運動情報格納部と、センサー30が検知した被支援者の姿勢と動作の向きとの検知結果に基づいて、運動情報格納部から取得した運動情報に応じてアクチュエーター40を制御する制御部と、を備え、制御部は、運動情報に基づいて、センサー30が検知した被支援者の姿勢と動作の向きに応じてアクチュエーター40の出力の向きを制御することによって、被支援者の運動を支援する。
【選択図】図1
Description
図7は、本実施形態に係る動作支援装置100の人工腱50を示す概略構成図である。人工腱50は、伸展張力が他の繊維と比較して強い絹糸52を素材として用い、両端には接合性の良いポリエステル54を利用する。また、絹糸52とポリエステル54の接合部は、繊維状の絹糸52と繊維状に加工したポリエステル54を縫合して接合しても良い。
動作支援装置100では被覆部材60を主として衣服部分に利用する。被覆部材60は絶縁性、伸縮性、耐久性、及び軽量性において優れたものであれば良く、例えばポリエステルが好適である。被覆部材60は動作支援装置100の衣服部であるとともに、動作支援装置100の構成要素を接合する役割をもつ。被覆部材60、アクチュエーター40、及び人工腱50の厚さは、脱着性及び装着時の軽量性を考慮すると3センチメートル以下が望ましい。
図8は、本実施形態に係る動作支援装置100の姿勢・運動センサー30を示す概略構成図である。
図9は、本実施形態に係る動作支援装置100の制御・電源部10を示す概略構成図である。制御・電源部10は、制御回路12とデータ格納部14とから構成される制御回路12と、バッテリー部16と、充電端子17とで構成される。データ格納部14は運動情報格納部74(図11参照)を含む。
図10は、本実施形態に係る動作支援装置100の操作・表示部20を示す概略構成図である。表示部21は、日付・時刻表示部23と、バッテリー残時間表示部24と、バッテリー残量グラフ表示部25と、保守情報提示部26とから構成される。操作部22は、出力調整部28と電源スイッチ部29とから構成される。保守情報提示部26は、保守が必要なアクチュエーター40と姿勢・運動センサー30との部位番号27を提示する。出力調整部28ではスライダーを利用して、右腕、左腕、右脚、及び左脚のアクチュエーター40の出力を調整することができる。被支援者は、動作支援装置100を装着したときに電源スイッチ部29により電源を入れ、脱衣するときに電源スイッチ部29により電源を切るようにする。
図11は、本実施形態に係る動作支援装置100の機能を示すブロック図である。制御・電源部10は、制御部72、運動情報格納部74、センサー信号受信部76、及び電源装置部78から構成される。矢印は情報が流れる方向を示す。
図12は、本実施形態に係る運動情報格納部74を示す表である。運動情報格納部74には被支援者の日常的な姿勢・運動に関する情報が格納される。運動情報格納部74には、被支援者の関節部に配置された複数の姿勢・運動センサー30からの情報が格納される。運動情報格納部74には、臥位、座位、立位、立ち上がり動作、立ち下がり動作、屈伸運動、上肢の運動、下肢の運動、歩行運動、及び重心動揺など日常的な姿勢・運動に関する実験により検証された情報が格納される。運動情報格納部74には、「気圧」、「距離1」、…、「距離N」、「加速度」、「速度」、「角加速度」、及び「補助力」などの項目が設けられる。各項目は、各部位の姿勢・運動センサー30ごとに設けられる。例えば、図12に示すように、各項目は、姿勢・運動センサー(1)から姿勢・運動センサー(N)まで設けられる。
図13は、本実施形態に係る動作支援装置100の処理を示すフローチャートである。
制御部72は、姿勢・運動センサー30からの姿勢・運動の情報を運動情報格納部74に格納された姿勢・運動の情報と照合して、歩行運動であることを認識する。姿勢・運動の情報を照合するためには、肩関節、肘関節、手関節、腰部、膝関節、及び足関節に配置された、すべての姿勢・運動センサー30の姿勢・運動の情報を利用する。動作支援装置100は、各関節部に配置された姿勢・運動センサー30からの姿勢・運動の情報を制御部72に伝達し、t秒後の補助力が発生するようにアクチュエーター40を制御することによって歩行運動を支援する。
図14は、本実施形態に係る動作支援装置100と身体の上肢部の筋肉図とを示す概略装着図である。アクチュエーター40は上肢部の拮抗筋に沿って配置される。例えば、上腕部においては、拮抗筋である上腕二頭筋と上腕三頭筋長頭とに沿って配置されている。筋肉の端部は、人工腱50により筋肉の起始部18付近と停止部19付近とに配置されている。肩などの関節部には姿勢・運動センサー30が配置される。
図15は、本実施形態に係る動作支援装置100を示す概略上肢部装着図である。アクチュエーター40は、図5に示すように、被覆部材60で保護されている。上腕部のアクチュエーター40の上端は、人工腱50と接合されて筋肉の起始部18付近に配置される。一方、上腕部のアクチュエーター40の下端は人工腱50と接合されて筋肉の停止部19付近に配置される。また、人工腱50が筋肉の起始部18、筋肉の停止部19から位置が移動しないようにするため、血流を悪化させることがない程度にサポーター66で支持しても良い。なお、サポーター66はゴムのような弾性素材や面状ファスナーを使用する。被覆部材60は動作支援装置100の衣服部であるとともに、動作支援装置100の構成要素を接合する役割をもつ。
図16は、本実施形態に係るICPF41の発生力と電圧との関係を示すグラフである。横軸に電圧[V]及び縦軸に発生力gf[gramforce]を示す。電圧0Vのとき、発生力は0gfである。電圧が4Vのとき発生力は、16gf程度である。電圧が10Vのとき、発生力は40gf程度になる。このように電圧と発生力とは比例関係にある。したがって、アクチュエーター40の出力は容易に調整可能である。
図17は、本実施形態に係るICPF41を示す概略平面図である。図18は、図17に示すICPF41のA−A´線に沿う概略断面図である。ここでICPF41の1個の寸法を1センチメートル×5センチメートル×0.3センチメートル程度として説明する。図17より、一層に配置されるICPF41は18個、図18より8層に配置されるICPF41は144個である。すなわち、6センチメートル×15センチメートル×2.4センチメートルの直方体に収まるICPF41は144個である。
= 2304[gf]
= 2.3[kgf]
ICPF41の144個の出力[N] = 2.3[kg]×9.8[m/s2]
= 22.54[N]
Claims (1)
- 被支援者の筋肉の起始部近傍と停止部近傍との間に懸架されるとともに、繊維状に形成され、かつ伸縮自在とした、高分子化合物、シリコン樹脂、又はカーボンナノチューブのいずれか1つからなるアクチュエーターと、
前記被支援者に装着され、かつ該被支援者の姿勢と動作の向きとを検知するセンサーと、
前記被支援者の姿勢と動作の向きとに関する情報を格納する運動情報格納部と、
前記センサーが検知した前記被支援者の姿勢と動作の向きとの検知結果に基づいて、前記運動情報格納部から取得した運動情報に応じて前記アクチュエーターを制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記運動情報に基づいて、前記センサーが検知した前記被支援者の姿勢と動作の向きとに応じて前記アクチュエーターの出力の向きを制御することによって、前記被支援者の運動を支援することを特徴とする動作支援装置。
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