JP2015099136A - Joint structure of dummy doll - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ダミー人形の関節構造に関する。 The present invention relates to a joint structure of a dummy doll.
人体の関節構造について、例えば、腕(肘関節)の場合、図15(A)に示すように、垂直方向に沿った上腕201の中心軸Aに対して前腕202を屈曲させた屈曲状態では、一例として、中心軸Aに対する前腕202の角度θ=145[°]となる。また、前腕202を垂直方向に沿って伸展させた伸展状態では、一例として、中心軸Aに対する前腕202の角度θ=5[°]となる。
Regarding the joint structure of the human body, for example, in the case of an arm (elbow joint), as shown in FIG. 15A, in a bent state where the
さらに、人体の腕の関節構造について、図15(B)に示すように、親指を上にした状態から、手掌面204を上に向ける回外方向(−R方向)及び手甲面205を上に向けるねじり方向(+R方向)の動作では、一例として、可動域の角度が90[°]となる。
Further, regarding the joint structure of the human arm, as shown in FIG. 15 (B), from the state where the thumb is up, the outward direction (−R direction) with the
加えて、人体の腕の関節構造について、図15(C)に示すように、前腕202の伸展状態から前腕202を+R方向、−R方向に回転(振り動作)させようとした場合は、一例として、上腕201に対する前腕202の角度θが5[°]よりも小さくなる。このように、人体の可動域は、運動方向によって異なっている。
In addition, with regard to the joint structure of the human arm, as shown in FIG. 15C, when the
一方、特許文献1には、大腿部を構成する部材と下腿部を構成する部材とを、ゴムあるいは合成樹脂で成形された円筒状の弾性部材で連結した膝関節を有するダミー人形が記載されている。 On the other hand, Patent Document 1 describes a dummy doll having a knee joint in which a member constituting a thigh and a member constituting a crus are connected by a cylindrical elastic member formed of rubber or synthetic resin. Has been.
特許文献1のダミー人形では、大腿部を構成する部材に対して下腿部を構成する部材が移動したとき、弾性部材がどの方向にも弾性変形可能であるので、可動域が運動方向によらず同様となる可能性がある。さらに、弾性部材がどの方向にも弾性変形可能であることで、大腿部と下腿部との間の関節トルクについても、運動方向によらず同様となる可能性がある。このように、特許文献1のダミー人形では、可動域及び関節トルクについて、人体の挙動に近い挙動が得られない可能性がある。 In the dummy doll of Patent Document 1, when the member constituting the lower leg moves relative to the member constituting the thigh, the elastic member can be elastically deformed in any direction. It may be the same regardless. Furthermore, since the elastic member can be elastically deformed in any direction, the joint torque between the thigh and the crus may be the same regardless of the movement direction. Thus, in the dummy doll of patent document 1, there is a possibility that the behavior close to the behavior of the human body cannot be obtained with respect to the range of motion and the joint torque.
本発明は、上記問題を解決すべく成されたものであり、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができるダミー人形の関節構造を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to obtain a joint structure of a dummy doll that can approximate the behavior of a dummy doll to the behavior of a human body.
本発明の請求項1に係るダミー人形の関節構造は、球状部と該球状部から一方向に突出した軸部とを備えた第1関節部材と、前記球状部を回転可能に保持する凹部を備えた第2関節部材と、前記第1関節部材と前記第2関節部材とに連結され、前記軸部の回転に伴って前記軸部に抵抗力を付与する付与手段と、を有する。 The joint structure of the dummy doll according to claim 1 of the present invention includes a first joint member including a spherical portion and a shaft portion protruding in one direction from the spherical portion, and a concave portion that rotatably holds the spherical portion. A second joint member provided; and an imparting unit coupled to the first joint member and the second joint member and imparting a resistance force to the shaft portion as the shaft portion rotates.
上記構成によれば、第1関節部材の球状部を第2関節部材の凹部で保持しているので、第1関節部材及び第2関節部材の屈曲、伸展、ねじり、振りといった各回転動作が人体の関節の動作と同様となる。これにより、ダミー人形の関節の可動域を人体の関節の可動域に近づけることができる。 According to the above configuration, since the spherical portion of the first joint member is held by the concave portion of the second joint member, each rotation operation such as bending, extension, twisting, and swinging of the first joint member and the second joint member is performed by the human body. This is the same as the movement of the joint. Thereby, the movable range of the joint of the dummy doll can be brought close to the movable range of the joint of the human body.
また、第1関節部材及び第2関節部材において、各回転動作をさせたとき、第1関節部材及び第2関節部材には、球状部と凹部との接触による摩擦力と、付与手段によって付与された抵抗力とが作用する。これらの力は、人体の関節における筋肉の伸縮や靭帯の引張によって作用する関節トルクと同等の力に設定可能である。これにより、得られる関節トルクを人体の関節トルクに近づけることができる。 In addition, when the first joint member and the second joint member are rotated, the first joint member and the second joint member are imparted to the frictional force caused by the contact between the spherical portion and the recess and the imparting means. Resistive force acts. These forces can be set to a force equivalent to a joint torque acting by stretching or contracting muscles in a human joint or ligament tension. Thereby, the obtained joint torque can be brought close to the joint torque of the human body.
このように、上記構成によれば、関節の可動域が人体の関節の可動域に近づくと共に、得られる関節トルクの大きさも人体の関節トルクの大きさに近づくので、球状部を有していない構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。 Thus, according to the above-described configuration, the range of motion of the joint approaches the range of motion of the joint of the human body, and the magnitude of the joint torque obtained also approaches the size of the joint torque of the human body, and thus has no spherical portion. Compared to the configuration, the behavior of the dummy doll can be made closer to the behavior of the human body.
本発明の請求項2に係るダミー人形の関節構造は、前記付与手段は、前記軸部に前記抵抗力としての弾性力を作用させる弾性部材を有し、前記弾性部材は、設定方向で前記軸部に作用する弾性力よりも、該設定方向と交差する交差方向で前記軸部に作用する弾性力が大きくなるように、前記第1関節部材及び前記第2関節部材の少なくとも一方に設けられている。 In the joint structure of the dummy doll according to claim 2 of the present invention, the applying means includes an elastic member that applies an elastic force as the resistance force to the shaft portion, and the elastic member is configured to move the shaft in a setting direction. Provided in at least one of the first joint member and the second joint member so that the elastic force acting on the shaft portion is larger in the crossing direction intersecting the set direction than the elastic force acting on the portion. Yes.
上記構成によれば、第1関節部材及び第2関節部材を設定方向に回転(例えば、屈曲及び伸展)させたときは、軸部に作用する弾性力が小さい。このため、第1関節部材及び第2関節部材に作用する関節トルクは、球状部と凹部との接触による摩擦力が主となる。一方、第1関節部材及び第2関節部材を交差方向に回転させたときは、設定方向に回転させたときに比べて、軸部に作用する弾性力が大きくなり、関節トルクが大きくなる。 According to the above configuration, when the first joint member and the second joint member are rotated (for example, bent and extended) in the setting direction, the elastic force acting on the shaft portion is small. For this reason, the joint torque acting on the first joint member and the second joint member is mainly a frictional force due to the contact between the spherical portion and the concave portion. On the other hand, when the first joint member and the second joint member are rotated in the crossing direction, the elastic force acting on the shaft portion is larger and the joint torque is larger than when the first joint member and the second joint member are rotated in the setting direction.
このように、上記構成によれば、設定方向での第1関節部材及び第2関節部材の回転は制限されないが、交差方向での第1関節部材及び第2関節部材の回転が制限される。これは、人体の関節の動作に近い動作である。これにより、弾性部材を有しておらず、又は軸部に作用する弾性力が軸部の回転方向によらず一定である構成に比べて、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。 Thus, according to the above configuration, the rotation of the first joint member and the second joint member in the setting direction is not limited, but the rotation of the first joint member and the second joint member in the intersecting direction is limited. This is an operation close to that of a joint of a human body. Thereby, compared with the structure which does not have an elastic member or the elastic force which acts on a axial part is constant irrespective of the rotation direction of an axial part, the behavior of a dummy doll can be brought close to the behavior of a human body. .
本発明の請求項3に係るダミー人形の関節構造は、前記弾性部材は、前記軸部が前記交差方向の一方に回転したとき及び前記交差方向の他方に回転したときに弾性力が付与されるように、前記交差方向に間隔をあけて複数設けられている。 In the joint structure of the dummy doll according to claim 3 of the present invention, the elastic member is given elastic force when the shaft portion rotates in one of the intersecting directions and in the other of the intersecting directions. As described above, a plurality are provided at intervals in the crossing direction.
上記構成によれば、第1関節部材及び第2関節部材が交差方向へ向けて回転するとき、交差方向の一方と他方の両方で軸部に弾性力が作用する。これにより、交差方向の一方のみで軸部に弾性力が作用する構成に比べて、第1関節部材及び第2関節部材の可動域の範囲を限定することができる。 According to the above configuration, when the first joint member and the second joint member rotate in the intersecting direction, an elastic force acts on the shaft portion in both one and the other in the intersecting direction. Thereby, the range of the movable range of the first joint member and the second joint member can be limited as compared with the configuration in which the elastic force acts on the shaft portion only in one of the intersecting directions.
本発明の請求項4に係るダミー人形の関節構造は、前記付与手段は、前記第1関節部材に連結され前記第1関節部材の外周面に巻付き可能な長さのワイヤーを有し、前記ワイヤーには、前記弾性部材を介して前記第2関節部材が連結されている。 In the joint structure of the dummy doll according to claim 4 of the present invention, the applying means includes a wire having a length that is connected to the first joint member and can be wound around an outer peripheral surface of the first joint member, The second joint member is connected to the wire via the elastic member.
上記構成によれば、第1関節部材が設定方向から交差方向へ向けて回転したとき、ワイヤーの一部が第1関節部材に巻き付き、第1関節部材の回転方向にトルクが作用する。これにより、ワイヤーが第1関節部材に巻き付かない構成に比べて、回転時の第1関節部材に作用する関節トルクが増加する。そして、増加した関節トルクによって、第1関節部材の回転が制限される。このように、ワイヤーの他に部材を追加しなくても第1関節部材の回転が制限されるので、簡単な構成で第1関節部材及び第2関節部材の可動域を設定することができる。 According to the above configuration, when the first joint member rotates in the crossing direction from the setting direction, a part of the wire is wound around the first joint member, and torque acts in the rotation direction of the first joint member. Thereby, the joint torque which acts on the 1st joint member at the time of rotation increases compared with the structure where a wire does not wind around the 1st joint member. Then, the rotation of the first joint member is limited by the increased joint torque. As described above, since the rotation of the first joint member is restricted without adding a member in addition to the wire, the movable range of the first joint member and the second joint member can be set with a simple configuration.
本発明の請求項5に係るダミー人形の関節構造は、前記弾性部材は、バネ定数の異なる複数の弾性体を有する。 In the joint structure of the dummy doll according to claim 5 of the present invention, the elastic member has a plurality of elastic bodies having different spring constants.
上記構成によれば、バネ定数の異なる複数の弾性体を用いることによって、第1関節部材及び第2関節部材の変位に対して、第1関節部材及び第2関節部材に作用する弾性力(抵抗力)を非線形的に変化させることが可能となる。これにより、変位に対して負荷が非線形的に変化する関節を備えた人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。 According to the above configuration, by using a plurality of elastic bodies having different spring constants, an elastic force (resistance) acting on the first joint member and the second joint member with respect to the displacement of the first joint member and the second joint member. Force) can be changed nonlinearly. Thereby, the behavior of the dummy doll can be made closer to the behavior of a human body having a joint whose load changes nonlinearly with respect to the displacement.
本発明の請求項6に係るダミー人形の関節構造は、前記第1関節部材及び前記第2関節部材の少なくとも一方には、少なくとも前記軸部の前記交差方向の回転を制限する制限部材が設けられている。 In the joint structure of the dummy doll according to claim 6 of the present invention, at least one of the first joint member and the second joint member is provided with a limiting member that restricts at least the rotation of the shaft portion in the intersecting direction. ing.
上記構成によれば、第1関節部材及び第2関節部材を交差方向に回転させたとき、制限部材が第1関節部材、第2関節部材、及び制限部材の他方のいずれかと接触して、軸部の交差方向の回転を制限する。また、設定方向にも制限部材を設けた場合は、設定方向においても軸部の回転が制限される。これにより、設定方向及び交差方向において、第1関節部材の可動域を設定することができる。 According to the above configuration, when the first joint member and the second joint member are rotated in the crossing direction, the limiting member comes into contact with any one of the first joint member, the second joint member, and the limiting member, and the shaft Limit the rotation of parts in the crossing direction. Further, when the restriction member is provided also in the setting direction, the rotation of the shaft portion is restricted also in the setting direction. Thereby, the movable range of the first joint member can be set in the setting direction and the intersecting direction.
本発明は、上記構成としたので、ダミー人形の挙動を人体の挙動に近づけることができる。 Since this invention was set as the said structure, the behavior of a dummy doll can be closely approached to the behavior of a human body.
本実施形態に係るダミー人形の関節構造の一例について説明する。 An example of the joint structure of the dummy doll according to this embodiment will be described.
[全体構成]
図1には、本実施形態の一例としてのダミー人形10の概略構成が示されている。ダミー人形10は、胴体12と、脊柱14の上端に取り付けられた頭16とを有している。さらに、ダミー人形10は、胴体12の左右上部に連結された上肢18と、胴体12の左右下部に連結された下肢22とを有している。
[overall structure]
FIG. 1 shows a schematic configuration of a
以後の説明では、ダミー人形10の左側を+X側、右側を−X側、上側を+Y側、下側を−Y側、前側を+Z側、後側を−Z側と記載する。また、ダミー人形10の左右方向をX方向、上下方向をY方向、前後方向をZ方向と記載する。X、Y、Z方向は、それぞれ直交している。なお、ダミー人形10は、一例として、脊柱14を中心として左右対称の構造となっている。このため、以後の説明では、ダミー人形10の+X側の構造について説明し、−X側の構造については、+X側と同じ符号を示して説明を省略する。
In the following description, the left side of the
(胴体)
図1に示すように、胴体12は、一例として、脊柱14と、脊柱14に設けられた肋骨(図示省略)と、脊柱14の−Y側の端部に連結された腰部17とを含んで構成されている。また、胴体12は、一例として、脊柱14が配置された部位、上肢18が連結された部位、及び下肢22が連結された部位を除いて、樹脂製の本体カバー13で覆われている。脊柱14は、円柱状の部材が同軸でY方向に重ねられている。
(body)
As shown in FIG. 1, the
(上肢)
上肢18は、上腕18Aと、前腕18Bと、上腕18Aと前腕18Bとを連結するダミー人形の関節構造の一例としての関節部30と、前腕18Bの−Y側に設けられた手部材18Cとを有している。上腕18A内には、人体の骨に相当する円柱状の上腕部材19A(図2参照)が設けられている。前腕18B内には、人体の骨に相当する円柱状の前腕部材19B(図2参照)が設けられている。
(Upper limb)
The
さらに、上肢18は、上腕18Aの+Y側に設けられた柱状部(図示省略)が、胴体12に設けられた肩関節12Aに回転可能に取り付けられている。ここで、上腕18AがY方向(垂直方向)に沿って配置された状態を伸展状態と称し、上腕18Aに対して前腕18Bが+Z側へ向けて回転された状態を屈曲状態と称する。即ち、上腕18Aに対する前腕18Bの屈伸方向の回転とは、一例として、関節部30を支点として、前腕18Bの−Y側の端部がY−Z面に沿って回転することを意味している。
Further, the
なお、屈伸方向が、本実施形態における設定方向の一例である。また、前腕18Bの移動方向で屈伸方向とは交差する方向を交差方向と称する。本実施形態において、上腕18Aに対する前腕18Bの交差方向の回転とは、一例として、関節部30を支点として、前腕18Bの−Y側の端部がX−Y面に沿って+X側又は−X側に回転(振り動作)することを意味している。
The bending / extending direction is an example of the setting direction in the present embodiment. Further, the direction in which the
(下肢)
下肢22は、腰部17に+Y側の端部が連結された大腿部材22Aと、大腿部材22Aの−Y側の端部に連結された下腿部材22Bと、下腿部材22Bの−Y側の端部に連結された足部材22Cとを有している。
(Lower limb)
The
[要部構成]
次に、関節部30について説明する。
[Main part configuration]
Next, the
図2に示すように、関節部30は、第1関節部材の一例としてのジョイント32と、第2関節部材の一例としての保持材34と、付与手段の一例としての付与材36とを有している。
As shown in FIG. 2, the
〔ジョイント〕
図3に示すように、ジョイント32は、一例として、球ジョイント42と、球ジョイント42が取り付けられた取付部材44とを有している。なお、図3では、上腕部材19A及び前腕部材19B(図2参照)の図示を省略している。
〔Joint〕
As illustrated in FIG. 3, the joint 32 includes, as an example, a ball joint 42 and an
(取付部材)
図7(A)、(B)に示すように、取付部材44は、直方体状に形成された第1取付部45と、Y方向を軸方向とする円柱状に形成され第1取付部45と一体化された第2取付部46とを有している。第1取付部45には、X方向に貫通された貫通孔45Aが形成されている。貫通孔45Aには、円柱状のシャフト47(図2参照)が挿入され固定されている。そして、シャフト47が前腕部材19B(図2参照)に固定されることで、前腕部材19Bに取付部材44が取り付けられている。なお、第1取付部45及び前腕部材19Bへのシャフト47の固定方法は、溶接、接着、圧入、締結のいずれの方法であってもよい。
(Mounting member)
As shown in FIGS. 7A and 7B, the
第2取付部46における−Y側(第1取付部45に近い側)の部位には、X方向に貫通された貫通孔46Aが形成されている。貫通孔46Aの内径は、後述するワイヤー56(図4参照)を挿入可能な大きさとされている。また、図3に示すように、第2取付部46における貫通孔46Aよりも+Y側の部位には、+Y側が開口となる有底の取付穴46Bが形成されている。取付穴46Bの内壁には、雌ネジ部(図示省略)が形成されており、この雌ネジ部に後述する球ジョイント42の軸部42Bの雄ネジ部(図示省略)が締結されるようになっている。
A through
さらに、図7(A)、(B)に示すように、第2取付部46の+Y側の外周部には、傾斜部46Cが形成されている。傾斜部46Cには、一例として、図6(B)に示すように、周方向に45[°]ずつ間隔をあけて8箇所にネジ穴46Dが形成されている。各ネジ穴46Dは、Y方向に対して傾斜している。また、8箇所のネジ穴46Dのうち、周方向に90[°]ずつ間隔をあけた4箇所には、制限部材の一例としてのボルト52A、52B、52C、52D(図5(A)参照)が設けられている。ボルト52A、52B、52C、52Dは、一例として、丸頭ボルトである。
Further, as shown in FIGS. 7A and 7B, an
図5(A)には、後述する球ジョイント42の軸部42Bに対するボルト52A、52B、52C、52Dの配置が模式的に示されている。なお、ボルト52A、52B、52C、52Dは、軸部42BがY方向を軸方向とした配置状態において、Y方向に対して交差する方向に傾斜している。このため、図5(A)には、ボルト52A、52B、52C、52DをY方向に平面視した状態が示されている。
FIG. 5A schematically shows the arrangement of
ボルト52Aは、軸部42Bの中心軸Cに対して、−Z側に向けて延びている。また、ボルト52Aの軸方向長さはL1となっている。ボルト52Bは、中心軸Cに対して、+X側に向けて延びている。また、ボルト52Bの軸方向長さはL2となっている。ボルト52Cは、中心軸Cに対して、+Z側に向けて延びている。また、ボルト52Cの軸方向長さはL3となっている。ボルト52Dは、中心軸Cに対して、−X側に向けて延びている。また、ボルト52Dの軸方向長さはL4となっている。
The
ボルト52A、52B、52C、52Dの軸方向長さL1、L2、L3、L4の長短関係は、一例として、L3<L2=L4<L1となっている。即ち、前腕18B(図1参照)を屈曲させる側である+Z側の長さL3が最も短く、前腕18Bを屈曲させない側である−Z側の長さL1が最も長くなっている。また、前腕18Bが僅かに回転する+X側の長さL2及び−X側の長さL4は、長さL3よりも長く、長さL1よりも短く設定されている。
As an example, the length relationship between the axial lengths L1, L2, L3, and L4 of the
(球ジョイント)
図3に示すように、球ジョイント42は、一例として、後述する凹部34A内に一部を収容可能な外径の球状部42Aと、球状部42AからY方向に突出し、−Y側が取付部材44の取付穴46Bに取り付けられた軸部42Bとを備えている。軸部42Bは、円柱状に形成されている。また、軸部42BのY方向中央位置には、径方向に張り出された環状のフランジ部42Cが形成されている。
(Ball joint)
As shown in FIG. 3, as an example, the spherical joint 42 includes a
〔保持材〕
図4には、関節部30が模式的に示されている。なお、図4における下側が上腕18A(図3参照)側であり、図4における上側が前腕18B(図3参照)側である。また、図4では、ジョイント32を1つの部材として示している。
(Holding material)
FIG. 4 schematically shows the
保持材34は、Y方向を軸方向とする円柱状に形成されている。また、保持材34の−Y側の中央には、+Y側に向けて半球状に窪んだ凹部34Aが形成されている。凹部34Aは、球状部42Aを回転可能に保持する大きさとなっている。さらに、図4及び図6(A)に示すように、保持材34における凹部34Aの+X側には、+Y側に窪んだ縦穴部34Bが形成されており、保持材34における凹部34Aの−X側には、+Y側に窪んだ縦穴部34Cが形成されている。縦穴部34B、34Cの孔径は、後述するバネ材57、58の外径よりも大きくなっている。
The holding
〔付与材〕
図4に示すように、付与材36は、ワイヤー56と、縦穴部34B内に挿入されたバネ材57と、縦穴部34C内に挿入されたバネ材58とを有している。バネ材57、58は、弾性部材の一例である。ワイヤー56は、取付部材44の貫通孔46Aに中央部が挿入されて保持されている。なお、本実施形態では、ワイヤー56の貫通孔46Aでの保持状態を、取付部材44へのワイヤー56の連結状態に含める。また、ワイヤー56の長さは、取付部材44の外周面に巻付き可能な長さとなっている。
[Granting material]
As shown in FIG. 4, the imparting
ワイヤー56の一端には、バネ材57の−Y側の端部が接続されており、バネ材57の+Y側の端部は、縦穴部34Bの底部に係止(連結)されている。ワイヤー56の他端には、バネ材58の−Y側の端部が接続されており、バネ材58の+Y側の端部は、縦穴部34Cの底部に係止(連結)されている。即ち、ワイヤー56には、バネ材57、58を介して保持材34が連結されている。
One end of the
このように、付与材36は、前腕18B(図1参照)の屈伸方向とは交差する交差方向に配置されたバネ材57及びバネ材58を有すると共に、交差方向でジョイント32と保持材34とに連結されている。そして、バネ材57、58は、屈伸方向で軸部42Bに作用する弾性力よりも、交差方向で軸部42Bに作用する弾性力が大きくなるように、保持材34に設けられている。また、バネ材57、58は、軸部42Bが交差方向の一方に回転したとき及び交差方向の他方に回転したときに弾性力が付与されるように、交差方向に間隔をあけて配置されている。
Thus, the imparting
これにより、付与材36は、軸部42Bの回転に伴って、軸部42Bに抵抗力(バネ材57、58の弾性力)を付与するようになっている。なお、バネ材57、58のバネ定数は、軸部42Bに作用する抵抗力が、人体の関節部の関節トルクに近い大きさとなるように、予め設定されている。
Thereby, the imparting
本実施形態では、一例として、軸部42BがY方向に沿って静止した状態(既述の伸展状態)において、バネ材57、58がほぼ自然長となっており、軸部42Bには、バネ材57、58による負荷が作用しないようになっている。即ち、伸展状態では、軸部42Bに抵抗力がほとんど作用しないように、ワイヤー56及びバネ材57、58の長さが設定されている。また、ワイヤー56には、ストッパ(図示省略)が結合されており、バネ材57、58の変位量が所定値よりも大きくなった場合は、ワイヤー56の変位が制限されるようになっている。
In the present embodiment, as an example, in a state where the
(比較例)
次に、比較例のダミー人形210について説明する。
(Comparative example)
Next, the
図16(A)、(B)に示すように、比較例のダミー人形210は、上腕部材212と、前腕部材214と、ジョイント部材216とを有している。ジョイント部材216は、上腕部材212に回転可能に連結される第1連結部216Aと、前腕部材214にボルト状の連結ピン218を用いて回転可能に連結される第2連結部216Bとを有している。そして、第1連結部216Aと第2連結部216Bは、回転中心位置がずれている。また、比較例のダミー人形210では、第1連結部216Aの回転中心となる軸Gの軸方向と、第2連結部216Bの回転中心となる軸Hの軸方向とが、ほぼ直交している。
As shown in FIGS. 16A and 16B, the
即ち、比較例のダミー人形210では、上腕部材212に対して前腕部材214が屈伸するときの回転中心位置と、上腕部材212に対して前腕部材214が回旋するときの回転中心位置とがずれている。このため、比較例のダミー人形210は、前腕が屈伸するときの回転中心位置と前腕が回旋するときの回転中心位置とがほとんど変わらない人体とは動作が異なる。
That is, in the
また、比較例のダミー人形210では、上腕部材212に対して前腕部材214が屈伸動作、ねじり動作、振り動作するとき、関節部に作用する抵抗力は、各部材の接触面で生じる摩擦力のみとなる。このため、比較例のダミー人形210で生じる関節トルクは、摩擦力だけでなく筋肉による抵抗力も含む人体の関節トルクとは、大きさが異なる可能性がある。
Further, in the
このように、比較例のダミー人形210では、上腕に対する前腕の動作及び関節トルクが人体と異なることから、例えば、車両との衝突時において、人体の体幹挙動とは異なる挙動になる可能性がある。
In this way, in the
(作用)
次に、本実施形態の作用について説明する。
(Function)
Next, the operation of this embodiment will be described.
(屈曲動作)
図3に示す前腕18Bの伸展状態において、前腕18Bを+Z側へ回転(これを屈曲動作と称する)させたとき、図8に示すように、関節部30では、軸部42Bが球状部42Aの中心Oを回転中心として回転する。図8では、一例として、軸部42Bの中心軸CがZ方向に対して角度θAで傾倒した状態が示されている。このとき、軸部42Bが移動しても、球状部42Aの中心Oから取付部材44のワイヤー56を連結した部位までの距離は変わらない。また、軸部42Bは、ワイヤー56を架け渡した方向に対して直交する方向に移動する。
(Bending motion)
In the extended state of the
これらの条件により、バネ材57(図4参照)及びバネ材58は、ほとんど伸びず、ジョイント32及び前腕18B(図3参照)には、凹部34Aと球状部42Aとの接触による摩擦力のみが関節トルクとして作用する。また、関節部30では、図5(B)に示すように、軸部42Bが+Z側へ回転を続けると、ボルト52Cが保持材34と接触する。これにより、ジョイント32及び前腕18B(図3参照)の上腕18A(図3A参照)に対する回転が制限される。
Under these conditions, the spring material 57 (see FIG. 4) and the
このように、関節部30では、前腕18Bの屈曲動作(+Z側の回転)において、ボルト52Cにより可動域が設定されると共に、摩擦力による関節トルクが作用する。なお、前腕18Bが−Z側に移動しようとした場合は、4本のうちで最も長いボルト52Aと保持材34とが接触することにより、軸部42Bの回転が制限(規制)され、伸展状態が保持される。
As described above, in the
(ねじり動作)
図3に示す前腕18Bの伸展状態において、前腕18Bを+X側又は−X側に回転(これをねじり動作と称する)させたとき、図9に示すように、軸部42B及び取付部材44は、中心軸Cを中心として回転する。このとき、ワイヤー56が連結(挿入)された貫通孔46A(図4参照)の開口位置が変わるため、ワイヤー56は、取付部材44の外周面に巻き付く。なお、図9では、ボルト52A、52B、52C、52D(図5(A)参照)の図示を省略している。
(Torsion motion)
In the extended state of the
続いて、軸部42B及び取付部材44が回転して、取付部材44へのワイヤー56の巻き付き長が長くなると、バネ材57、58の伸び長が長くなり、ジョイント32及び前腕18B(図3参照)に作用する引張力が増加する。即ち、ジョイント32及び前腕18Bには、凹部34Aと球状部42Aとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材57、58による引張力も関節トルクとして作用する。そして、関節部30では、ジョイント32及び前腕18Bに作用する関節トルクが設定値を超えると、ジョイント32及び前腕18Bの回転が制限される。
Subsequently, when the
このように、関節部30では、前腕18Bの回転動作(+X側又は−X側の回転)において、凹部34Aと球状部42Aとの接触による摩擦力だけでなく、ワイヤー56の巻き付きによる関節トルクが作用する。そして、関節部30に作用する関節トルクが設定値を超えてジョイント32及び前腕18Bの回転が制限されることで、前腕18Bの可動域が設定される。
As described above, in the
(振り動作)
図3に示す前腕18Bの伸展状態において、前腕18Bを−X側に回転(これを振り動作と称する)させたとき、図10に示すように、軸部42Bは、球状部42Aの中心Oを回転中心として回転する。なお、図10では、ボルト52A、52B、52C、52D(図5(A)参照)の図示を省略している。そして、中心軸Cが、伸展状態での中心軸Cの位置(これをC1と称する)に対して、−X側に角度θBで傾倒する。
(Swing motion)
In the extended state of the
このとき、取付部材44からバネ材58までの距離に比べて、取付部材44からバネ材57までの距離が長くなるため、バネ材57の伸び長が長くなり、ジョイント32及び前腕18Bに作用する引張力が増加する。このように、関節部30では、ジョイント32及び前腕18Bに対して、凹部34Aと球状部42Aとの接触による摩擦力だけでなく、バネ材57による引張力も関節トルクとして作用する。
At this time, since the distance from the mounting
そして、関節部30では、ジョイント32及び前腕18Bに作用する関節トルクが設定値を超えると、ジョイント32の回転が制限される。即ち、前腕18Bの振り動作が制限される。なお、前腕18Bが+X側にスライドする場合は、バネ材58による引張力が関節トルクとして作用する。
In the
また、関節部30では、バネ材57又はバネ材58による引張力でジョイント32の−X側、+X側への回転を制限しきれない場合、図5(C)に示すように、ボルト52D又はボルト52Bが保持材34と接触して、回転を制限する。これにより、関節部30では、ジョイント32及び前腕18B(図3参照)の上腕18A(図3A参照)に対する回転が制限され、前腕18Bの可動域が設定される。
Further, in the
以上、説明したように、本実施形態の関節部30では、図3に示すように、ジョイント32の球状部42Aを保持材34の凹部34Aで保持している。このため、ジョイント32(前腕18B)及び保持材34の屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作が人体の関節の動作と同様となる。これにより、関節部30の可動域を人体の関節の可動域に近づけることができる。さらに、関節部30では、ジョイント32及び保持材34の屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作がほぼ同じ位置を中心として行われることから、比較例のダミー人形210(図16(B)参照)と比べて、関節部30の大きさを同等以下の大きさとすることができる。
As described above, in the
また、ジョイント32及び保持材34について、屈曲、伸展、ねじり、振りの各回転動作をさせたとき、ジョイント32及び保持材34には、球状部42Aと凹部34Aとの接触による摩擦力と、付与材36によって付与された抵抗力とが作用する。この抵抗力は、人体の関節における筋肉の伸縮や靭帯の引張力によって作用する関節トルクと同等の力に設定可能である。これにより、関節部30では、得られる関節トルクを人体の関節トルクに近づけることができる。
Further, when the joint 32 and the holding
このように、関節部30によれば、関節の可動域が人体の関節の可動域に近づくと共に、得られる関節トルクの大きさも人体の関節トルクの大きさに近づくので、ダミー人形10の挙動を人体の挙動に近づけることができる。そして、関節部30によれば、前腕18Bの可動域の特性と関節トルクの特性を独立に設定可能であるため、運動方向や年齢などの諸条件に応じた挙動特性を得ることができ、ダミー人形10の人体類似度を比較例のダミー人形210(図16(A)、(B)参照)に比べて大幅に向上させることができる。
As described above, according to the
さらに、ダミー人形10では、関節部30の人体類似度が向上することから、車両との衝突実験において、例えば、歩行者がボンネットに上肢を接触させた際の体幹挙動や、乗員の上肢がインパネやハンドルに接触した際の体幹挙動が比較例に比べて改善される。これにより、障害予測評価精度が向上する。そして、予測精度が向上することから、保護装置の適切な開発が行われるのに加えて、腱や筋肉に加わる外力による障害発生を、ワイヤー56やバネ材57、58の伸びや作用力を計測することで予測可能となる。
Furthermore, in the
また、関節部30によれば、ジョイント32及び保持材34を屈伸方向に屈伸させたときは、図4に示すように、交差方向でバネ材57、58の長さがほとんど変化しない。即ち、軸部42Bに作用する弾性力が小さい。このため、ジョイント32及び保持材34に作用する関節トルクは、球状部42Aと凹部34Aとの接触による摩擦力が主となる。一方、ジョイント32及び保持材34を交差方向に回転させたときは、交差方向でバネ材57、58の長さが変わる。このため、ジョイント32及び保持材34に作用する関節トルクは、ジョイント32及び保持材34を屈伸方向に屈伸させた場合に比べて大きくなる。
Further, according to the
このように、関節部30によれば、ジョイント32及び保持材34の回転は、屈伸方向では制限されないが、交差方向で制限される。そして、ジョイント32及び保持材34に作用する関節トルクが設定トルクを超えたとき、ジョイント32及び保持材34の移動(保持材34に対するジョイント32の相対的な移動)が止まる。
Thus, according to the
即ち、設定トルクを超える関節トルクが作用することで、ジョイント32の保持材34に対する可動域が制限(設定)される。この可動域は、可動域の境界付近で関節トルクが急激に(非線形的に)増加する人体の関節の可動域に近いものとなる。これにより、関節部30によれば、交差方向でバネ材57、58が連結されていない構成に比べて、ダミー人形10の挙動を人体の挙動に近づけることができる。
That is, when the joint torque exceeding the set torque acts, the movable range of the joint 32 with respect to the holding
さらに、関節部30によれば、ジョイント32が保持材34に対して交差方向へ向けて回転するとき、2つのバネ材57、58によって、交差方向の一方と他方の両方で、ジョイント32及び保持材34に抵抗力(負荷)が付与される。これにより、交差方向の一方のみでジョイント32及び保持材34に弾性力が作用する構成に比べて、ジョイント32及び保持材34の可動域の範囲を限定することができる。
Furthermore, according to the
加えて、関節部30によれば、ジョイント32が屈伸方向から交差方向へ向けて回転する(ねじられる)とき、ワイヤー56の一部がジョイント32の外周面に巻き付き、ジョイント32の回転方向にトルクが作用する。これにより、ワイヤー56がジョイント32に巻き付かない構成に比べて、ジョイント32に作用する関節トルクが増加する。そして、増加した関節トルクによって、ジョイント32の回転が制限(規制)される。このように、ワイヤー56の他に部材を追加しなくてもジョイント32の回転が制限されるので、簡単な構成でジョイント32及び保持材34の可動域を設定することができる。
In addition, according to the
また、関節部30によれば、ジョイント32を屈伸方向又は交差方向に移動させたとき、ボルト52A、52B、52C、52Dのいずれかが保持材34と接触して、ジョイント32及び保持材34の回転を制限する。これにより、屈伸方向及び交差方向において、ジョイント32の可動域を設定することができる。
Further, according to the
なお、本発明は上記の実施形態に限定されない。 In addition, this invention is not limited to said embodiment.
〔第1変形例〕
図4に示すバネ材57、58は、それぞれ1種類のバネ材で構成されるものに限定されない。図11に示すように、弾性部材及び弾性体の一例として、バネ定数の異なる第1バネ72と第2バネ74とを直列でワイヤー56に繋いだ構成としてもよい。これにより、ジョイント32及び保持材34(図4参照)の変位に対して、ジョイント32及び保持材34に作用する弾性力(抵抗力)を非線形的に変化させることが可能となる。そして、変位に対して負荷が非線形的に変化する関節を備えた人体の挙動に対して、ダミー人形の挙動を近づけることができる。
[First Modification]
The
また、弾性部材及び弾性体は、3つ以上の複数設けられてもよい。さらに、弾性部材及び弾性体は、直列でワイヤー56に繋がれるものに限らず、並列で繋がれるものであってもよい。加えて、弾性部材及び弾性体は、バネに限らず、ゴムなど、他の弾性部材であってもよい。
Moreover, the elastic member and the elastic body may be provided in a plurality of three or more. Furthermore, the elastic member and the elastic body are not limited to those connected in series to the
〔第2変形例〕
図4に示す関節部30において、ボルト52A、52B、52C、52Dを除いて、図12に示す首関節部80を構成してもよい。首関節部80では、取付部材44が頭16(図1参照)に固定される。また、保持材34が脊柱14(図1参照)に固定される。そして、首関節部80では、ボルト52A、52B、52C、52Dが無いため、関節部30よりもジョイント32の可動域が広くなる。なお、首関節部80において、可動域を設定するためにボルトなどの制限部材を設けてもよい。
[Second Modification]
In the
さらに、関節部30及び首関節部80の構成は、股関節、膝関節、肩関節、手首の関節、足首の関節など、他の関節にも適用することができる。
Further, the configuration of the
〔第3変形例〕
図4に示す関節部30において、図13に示すように、取付部材44の外周に円筒状の巻付部92を設け、巻付部92にワイヤー56が巻き付けられるように構成した関節部90を用いてもよい。巻付部92は、金属製や樹脂製の部材を巻き付けたものであってもよく、また、ゴムなどの弾性体を巻き付けたものであってもよい。さらに、巻付部92は、取付部材44と一体化されたものであってもよい。
[Third Modification]
In the
巻付部92では、取付部材44とは径が異なるため、ジョイント32の回転によるワイヤー56の巻付き量が変わる。即ち、ジョイント32が回転したときの変位量(回転量)に対するジョイント32に作用する関節トルクが変わるので、変位量に対する関節トルクの設定を変更することができる。また、巻付部92では、ワイヤー56に対する摩擦係数を取付部材44に対して変更可能となるので、巻付部92を交換することで、ワイヤー56が巻付いたときの関節トルクを調整することができる。
Since the diameter of the winding
さらに、関節部90では、巻付部92に弾性体を用いた場合、ワイヤー56が巻付部92に巻付いたときに弾性体に食い込み、巻付部92の径が変化する。この径の変化による関節トルクの変化により、ジョイント32の変位量に対する関節トルクの変化量の非線形性の関係が得られる。このように、関節部90では、関節トルクの変化を人体における関節トルクの変化に近づけることができる。
Further, in the
〔第4変形例〕
図4に示す関節部30において、ジョイント32の可動域が不足する場合、一例として、図14に示すように、2つの関節部を有する関節部100を用いてもよい。関節部100は、保持材34(図4参照)に換えて、円柱状の保持材102を有している。保持材102には、一例として、+Y側に向けて半球状に窪んだ凹部102Aと、−Y側に向けて半球状に窪んだ凹部102Bとが形成されている。凹部102A、102Bには、それぞれジョイント32の球状部42Aが収容され、保持されている。
[Fourth Modification]
In the
即ち、関節部100では、関節部30(図4参照)がY方向に対称に2つ設けられた構成となっている。これにより、関節部100では、関節部30の可動域のほぼ倍となる可動域を設定可能となっている。このように、関節部30を複数箇所設けてもよい。
That is, the
なお、既述の関節部30において、球ジョイント42と取付部材44とは一体化されていてもよい。また、付与材36は、ワイヤー56のみでもよく、あるいは、バネ材57、58のみでもよい。さらに、付与材36は、単数であってもよい。加えて、ボルト52A、52B、52C、52Dは、4つに限らず、1〜3箇所、あるいは5箇所以上に設けられていてもよい。
In the
また、付与材36は、保持材34側に設けられていてもよく、あるいは、ジョイント32及び保持材34の両方に設けられていてもよい。そして、付与材36同士が接触することで、軸部42Bの回転を制限してもよい。
Further, the imparting
さらに、上腕18A側にジョイント32が設けられ、前腕18B側に保持材34が設けられていてもよい。
Further, the joint 32 may be provided on the
なお、本願発明におけるダミー人形とは、図1に示すような人体に類似した形態を有するものであり、上下肢等が能動的に動くダミー形態も含む。 The dummy doll in the present invention has a form similar to the human body as shown in FIG. 1, and includes a dummy form in which the upper and lower limbs are actively moved.
10 ダミー人形
30 関節部(ダミー人形の関節構造の一例)
32 ジョイント(第1関節部材の一例)
34 保持材(第2関節部材の一例)
34A 凹部
36 付与材(付与手段の一例)
42A 球状部
42B 軸部
52A ボルト(制限部材の一例)
52B ボルト(制限部材の一例)
52C ボルト(制限部材の一例)
52D ボルト(制限部材の一例)
56 ワイヤー
57 バネ材(弾性部材の一例)
58 バネ材(弾性部材の一例)
72 第1バネ(弾性部材及び弾性体の一例)
74 第2バネ(弾性部材及び弾性体の一例)
10
32 joint (example of first joint member)
34 Holding material (example of second joint member)
52B bolt (an example of a limiting member)
52C bolt (an example of a limiting member)
52D bolt (an example of a limiting member)
56
58 Spring material (an example of an elastic member)
72 1st spring (an example of an elastic member and an elastic body)
74 Second spring (an example of an elastic member and an elastic body)
Claims (6)
前記球状部を回転可能に保持する凹部を備えた第2関節部材と、
前記第1関節部材と前記第2関節部材とに連結され、前記軸部の回転に伴って前記軸部に抵抗力を付与する付与手段と、
を有するダミー人形の関節構造。 A first joint member comprising a spherical portion and a shaft portion protruding in one direction from the spherical portion;
A second joint member having a concave portion for rotatably holding the spherical portion;
An applying means that is connected to the first joint member and the second joint member and applies a resistance force to the shaft portion as the shaft portion rotates;
The joint structure of a dummy doll with
前記弾性部材は、設定方向で前記軸部に作用する弾性力よりも、該設定方向と交差する交差方向で前記軸部に作用する弾性力が大きくなるように、前記第1関節部材及び前記第2関節部材の少なくとも一方に設けられている請求項1に記載のダミー人形の関節構造。 The applying means includes an elastic member that applies an elastic force as the resistance force to the shaft portion,
The elastic member has the first joint member and the first joint member so that the elastic force acting on the shaft portion in the intersecting direction intersecting the setting direction is larger than the elastic force acting on the shaft portion in the setting direction. The joint structure of the dummy doll of Claim 1 provided in at least one of 2 joint members.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2013240168A JP2015099136A (en) | 2013-11-20 | 2013-11-20 | Joint structure of dummy doll |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN112840193A (en) * | 2018-09-21 | 2021-05-25 | 惠曼创新解决方案公司 | Coupling design for meat components of anthropomorphic testing device |
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2013
- 2013-11-20 JP JP2013240168A patent/JP2015099136A/en active Pending
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