JP2019014021A - Power-assist suit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーアシストスーツに関する。 The present invention relates to a power assist suit.
例えば、特許文献1には、装着者の筋力を補助あるいは代行するパワーアシストスーツ(装着型動作支援装置)が記載されている。このパワーアシストスーツは、腰部フレームと、下肢フレームと、背部フレームと、回転機構と、を備えている。腰部フレームは、装着者の左右方向に長尺な基部および基部の左右両端から前方へ突出するサイド部を有して基部とサイド部が一体として挙動するもので装着者の腰回りに装着される。下肢フレームは、左右一対が腰部フレームの下部に接続され装着者の下肢に装着される。背部フレームは、腰部フレームの上部に接続されて装着者の肩に係留させるための係止具を有する。回転機構は、背部フレームと腰部フレームの基部とを接続する前額面(装着者の身体を前後に切る面)に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有する。 For example, Patent Document 1 describes a power assist suit (a wearable movement support device) that assists or substitutes for a wearer's muscle strength. The power assist suit includes a waist frame, a lower limb frame, a back frame, and a rotation mechanism. The waist frame has a base that is long in the left-right direction of the wearer and side portions that protrude forward from the left and right ends of the base, and the base and the side portions behave as one body, and are worn around the waist of the wearer. . A pair of left and right leg frames is connected to the lower part of the waist frame and is attached to the lower leg of the wearer. The back frame has a locking device connected to the upper portion of the waist frame and moored to the wearer's shoulder. The rotation mechanism has a degree of freedom of swinging in parallel with the frontal frame about an axis perpendicular to the frontal frame (surface that cuts the wearer's body back and forth) connecting the back frame and the base of the waist frame.
装着者が歩行する際に、装着者の左右の下肢の筋力を補助する場合、例えば、装着者の右足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、この荷重に抗するように右足側の下肢フレームが上方に延びるように作動し、これにより腰部フレームが背部フレームと共に左側に傾くように重心が移動するため、装着者は上肢が左側に傾くことになる。逆に、装着者の左足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、この荷重に抗するように左足側の下肢フレームが上方に延びるように作動し、これにより腰部フレームが背部フレームと共に右側に傾くように重心が移動するため、装着者は上肢が右側に傾くことになる。つまり、歩行において、装着者の意図に反して装着者の上肢が左右に傾くことになる。 When the wearer walks, when the wearer assists the muscle strength of the left and right lower limbs, for example, when the wearer's right leg touches the ground and a downward load is applied, the lower leg of the right foot side resists this load. The frame is operated so as to extend upward, whereby the center of gravity moves so that the waist frame and the back frame are tilted to the left side, so that the wearer tilts the upper limb to the left side. Conversely, when the wearer's left foot touches the ground and a downward load is applied, the left foot side lower limb frame extends upward to resist this load, which causes the waist frame to move to the right together with the back frame. Since the center of gravity moves so as to tilt, the wearer tilts the upper limb to the right. That is, during walking, the upper limb of the wearer tilts to the left and right against the wearer's intention.
特許文献1に記載のパワーアシストスーツにおいては、回転機構により背部フレームと腰部フレームの基部とを接続する前額面に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有する。したがって、上述したような装着者の歩行において、装着者の意図に反して装着者の上肢が左右に傾くことを抑制することが可能になる。 The power assist suit described in Patent Document 1 has a degree of freedom of swinging in parallel with the frontal frame about an axis perpendicular to the frontal frame connecting the back frame and the base of the waist frame by the rotation mechanism. Therefore, in the walking of the wearer as described above, it is possible to suppress the upper limb of the wearer from tilting left and right against the intention of the wearer.
しかしながら、前額面に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有すると、上肢フレームに左右方向に荷重が掛かったとき、この荷重を支えることなく上肢フレームが左右に揺動するため、装着者の動きが意図せず不自然となり、当該荷重が装着者に掛かると装着者の肉体的負担になる問題がある。 However, if there is a degree of freedom to swing in parallel with the frontal frame about the axis perpendicular to the frontal frame, when a load is applied to the upper limb frame in the left-right direction, the upper limb frame swings left and right without supporting this load. Therefore, the movement of the wearer is unintentionally unnatural, and there is a problem that a physical burden on the wearer is caused when the load is applied to the wearer.
本発明は上述した課題を解決するものであり、装着者の意図せぬ不自然な動きの発生を抑制することのできるパワーアシストスーツを提供することを目的とする。 This invention solves the subject mentioned above, and aims at providing the power assist suit which can suppress generation | occurrence | production of the unnatural movement which a wearer does not intend.
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツは、装着者の腰の位置に装着される腰パーツと、装着者の左右の脚の位置に装着される左右の脚パーツと、前記腰パーツと前記脚パーツとを前後軸線の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部と、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与する減衰部と、を備える。 In order to achieve the above object, a power assist suit according to one aspect of the present invention includes a waist part to be worn at a wearer's waist position, and left and right legs to be worn at a wearer's left and right leg positions. A roll connecting part that connects the part, the waist part and the leg part so as to be relatively rotatable around a longitudinal axis, and the longitudinal axis of the waist part and the leg part based on the rotation of the roll connecting part And a damping portion that provides resistance to relative rotational movement about the.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、空気の圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するエアダンパーにより構成されることが好ましい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the attenuation unit is configured to rotate relative to the waist part and the leg part around the front-rear axis based on rotation of the roll connecting part by air compression. It is preferable that the air damper is provided with resistance to movement.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記エアダンパーにおける圧縮の圧力値を調整する調整機構を有することが好ましい。 In the power assist suit according to one aspect of the present invention, it is preferable that the power assist suit has an adjustment mechanism for adjusting a pressure value of compression in the air damper.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、バネの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーにより構成されていてもよい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the damping part is a relative rotation around the front-rear axis of the waist part and the leg part based on the rotation of the roll connecting part by compression of a spring. You may be comprised by the spring damper which provides resistance to a movement.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、オイルの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するオイルダンパーにより構成されていてもよい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the damping portion is a relative rotation around the front-rear axis of the waist part and the leg part based on the rotation of the roll connecting part by oil compression. You may be comprised by the oil damper which provides resistance to a movement.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびオイルダンパーを複合した複合ダンパーにより構成されていてもよい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the damping unit is resistant to relative rotational movement of the waist part and the leg part around the front-rear axis based on the rotation of the roll connecting part. You may be comprised by the composite damper which compounded the spring damper and oil damper to provide.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびエアダンパーを複合した複合ダンパーにより構成されていてもよい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the damping unit is resistant to relative rotational movement of the waist part and the leg part around the front-rear axis based on the rotation of the roll connecting part. You may be comprised by the composite damper which compounded the spring damper and air damper to provide.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するように電気的に作動するアクチュエータを用いたダンパーにより構成されていてもよい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the damping unit is resistant to relative rotational movement of the waist part and the leg part around the front-rear axis based on the rotation of the roll connecting part. You may be comprised with the damper using the actuator which act | operates electrically so that it may provide.
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記ロール連結部は、前記腰パーツと前記脚パーツとを上下軸線の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部を共に備えることが好ましい。 Further, in the power assist suit according to one aspect of the present invention, the roll coupling portion may include both a yaw coupling portion that couples the waist part and the leg part so as to be relatively rotatable around a vertical axis. preferable.
本発明によれば、減衰部によりロール連結部の回転に基づく腰パーツと脚パーツとの前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与することから、装着者の上肢の左右の傾きを抑制することができる。例えば、歩行において、装着者の意図せぬ不自然な動きの発生を抑制する。 According to the present invention, since the damping part gives resistance to the relative rotational movement of the waist part and the leg part around the longitudinal axis based on the rotation of the roll connecting part, the left and right inclinations of the upper limbs of the wearer can be reduced. Can be suppressed. For example, the occurrence of unnatural movement unintended by the wearer is suppressed during walking.
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。 Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.
図1は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの正面図である。図2は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの側面図である。図3は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの平面図である。図4は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの背面図である。図5は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの制御ブロック図である。図6は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の斜視図である。図7は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の断面図である。図8は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す斜視図である。図9は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す断面図である。なお、図において、「左側」、「右側」、「前側」、「後側」、「上側」、および「下側」の記載は、図1、図2および図4に一点鎖線で示す使用者、すなわちパワーアシストスーツを装着して使用する装着者を基準としている。 FIG. 1 is a front view of a power assist suit according to the present embodiment. FIG. 2 is a side view of the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 3 is a plan view of the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 4 is a rear view of the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 5 is a control block diagram of the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 6 is a perspective view of a roll connecting portion in the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 7 is a cross-sectional view of the roll connecting portion in the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 8 is a perspective view showing the operation of the roll connecting portion in the power assist suit according to the present embodiment. FIG. 9 is a cross-sectional view showing the operation of the roll connecting portion in the power assist suit according to the present embodiment. In the figure, the descriptions of “left side”, “right side”, “front side”, “rear side”, “upper side”, and “lower side” are shown by the dashed line in FIG. 1, FIG. 2 and FIG. That is, it is based on the wearer who wears and uses the power assist suit.
図1〜図4に示すように、本実施形態のパワーアシストスーツ10は、装着者における腰に主に位置する腰パーツ11と、装着者の下肢に位置する脚パーツ13A,13Bとを備える。
As shown in FIGS. 1 to 4, the
腰パーツ11は、装着部21と、バッテリ24と、制御基板部25とを有する。
The
装着部21は、装着者に装着されるもので、腰当部21Aと、胸当部21Bと、背当部21Cとを有する。腰当部21Aは、装着者の腰の周囲に位置するリング形状の部材である。胸当部21Bは、腰当部21Aの上部に連結して配置され、装着者の胸の周囲に位置し、装着者の胸を後側から脇を介して前側に至り囲むように形成されたC形状の部材である。胸当部21Bは、左右に開閉可能に設けられている。背当部21Cは、胸当部21Bの上部に連結して配置され、装着者の背に沿って位置し、装着者の背の中央から左右の肩甲骨に至り広がった板状の部材である。そして、装着部21は、腰当部21Aに装着者の腰を通し、胸当部21Bを装着者の前側で連結バンド21Baにより連結することで、装着者に装着される。連結バンド21Baは、ラチェット式のロック装置を有していてもよい。なお、図には明示しないが、腰当部21Aは、装着者の腰を後側から脇を介して前側に至り囲むようにC形状に形成されて前側が連結バンドにより連結される構成であってもよい。
The wearing
バッテリ24は、制御基板部25や、パワーアシストスーツ10が備える各制御部や各駆動モータや各センサ部などの機器類に電力を供給する。バッテリ24は、装着者の両腰の位置で装着部21におけるフレーム26A,26Bに固定されている。なお、図には明示しないが、バッテリ24に代えて、パワーアシストスーツ10の外部の電源から電力の供給を受けるようにしてもよい。この場合、外部の電源からの電力を、パワーアシストスーツ10が備える機器類に適した電圧などに変換してこれらに供給する。外部の電源は、例えば、AC(Alternating Current)電源である。
The
制御基板部25は、パワーアシストスーツ10が備える制御装置(下肢制御装置17:図5参照)を構成する制御基板を収容するものである。制御基板部25は、装着者の腰の後側の位置で装着部21における腰当部21Aに固定されている。
The
脚パーツ13Aは、装着者の左脚に位置し、脚パーツ13Bは、装着者の右脚に位置する。左脚に位置する脚パーツ13Aは、大腿駆動機構31Aと、大腿制御部32Aと、大腿装着部41Aと、下腿装着部42Aと、足装着部43Aと、下腿駆動機構44Aと、脚制御部45Aと、足センサ部46Aとを有する。
The
大腿駆動機構31Aは、装着部21の下方にて装着部21に連結され、装着者の左の大腿部の側部に位置する。装着部21には、背当部21Cの左端側から下方に延在して腰当部21Aの後側の下方に連結する棒状のフレーム26Aが設けられており、大腿駆動機構31Aは、フレーム26Aに対し、図2に示す前後軸線Z0および上下軸線X0の周りに回転可能に連結されている。前後軸線Z0は、装着者の前後方向に延在する軸線であり、上下軸線X0は、装着者の上下方向に延在する軸線である。このため、大腿駆動機構31Aは、フレーム26Aに対し、上下軸線X0の周りに左右方向に回転移動が可能であり、かつ前後軸線Z0の周りに上下方向に回転移動が可能である。大腿駆動機構31Aは、脚パーツ13Aにおいて大腿装着部41Aを装着部21に対して所定の左右軸線Y1の周りに回転移動させることで、装着者の左脚の大腿の動作に応じて装着者の筋力を補助するものである。左右軸線Y1は、装着者の左右方向に延在する軸線である。大腿駆動機構31Aは、駆動モータ81A(図5参照)を備えている。駆動モータ81Aは、アクチュエータであってもよい。
The
ここで、フレーム26Aは、装着者の左側において、腰部から前側に延びて上側に向けて屈曲し肩部に至り、肩部から後側に向けて屈曲して後部に至り、後部から下側に向けて屈曲して腰当部21Aの後側に繋がるように環状に形成されている。したがって、フレーム26Aは、装着者の左側上肢を囲むように設けられている。フレーム26Aは、パワーアシストスーツ10の外郭を構成すると共に、装着者の左上肢を囲むことで当該左上肢を保護する役目も有している。
Here, on the left side of the wearer, the
大腿制御部32Aは、大腿駆動機構31Aに接続され、大腿駆動機構31Aを制御する。大腿制御部32Aは、CPUのようなマイクロプロセッサを含み、大腿駆動機構31Aを制御する制御信号を出力する。
The
大腿装着部41Aは、大腿駆動機構31Aに取り付けられ、装着者の左脚の大腿に沿って配置される。下腿装着部42Aは、装着者の左脚の下腿に沿って配置される。足装着部43Aは、装着者の左足部(左足首から下の部分)に装着される靴部である。大腿装着部41Aの一端部は、腰パーツ11における装着部21に左右軸線Y1の周りに回転可能に連結されている。下腿装着部42Aの一端部は、大腿装着部41Aの他端部に左右軸線Y2の周りに回転可能に連結されており、下腿装着部42Aの他端部は、足装着部43Aに左右軸線Y3の周りに回転可能に連結されている。左右軸線Y2,Y3は、装着者の左右方向に延在する軸線である。
The
下腿駆動機構44Aは、大腿装着部41Aの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構44Aは、下腿装着部42Aを大腿装着部41Aに対して所定の左右軸線Y2の周りに回転移動させることで、装着者の左脚の動作に応じて装着者の筋力を補助する。下腿駆動機構44Aは、駆動モータ85A(図5参照)を備えている。駆動モータ85Aは、アクチュエータであってもよい。
The lower
脚制御部45Aは、下腿駆動機構44Aに接続され、下腿駆動機構44Aの動作を制御する。脚制御部45Aは、CPUのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構44Aを制御する制御信号を出力する。
The
足センサ部46Aは、足装着部43Aの底部、すなわち靴底に設けられている。足センサ部46Aは、足装着部43Aの靴底(装着者の左足裏)に作用する床面からの荷重を検出する。本実施形態において、足センサ部46Aは、例えば、1軸のロードセルであるが、これに限定されるものではない。
The
右脚に位置する脚パーツ13Bは、脚パーツ13Aと同様に、大腿駆動機構31Bと、大腿制御部32Bと、大腿装着部41Bと、下腿装着部42Bと、足装着部43Bと、下腿駆動機構44Bと、脚制御部45Bと、足センサ部46Bとを有する。
The
大腿駆動機構31Bは、装着部21の下方にて装着部21に連結され、装着者の右の大腿部の側部に位置する。装着部21には、背当部21Cの右端側から下方に延在して腰当部21Aの後側の下方に連結する棒状のフレーム26Bが設けられており、大腿駆動機構31Bは、フレーム26Bに対し、前後軸線Z0および上下軸線X0の周りに回転可能に連結されている。このため、大腿駆動機構31Bは、フレーム26Bに対し、上下軸線X0の周りに左右方向に回転移動が可能であり、かつ前後軸線Z0の周りに上下方向に回転移動が可能である。大腿駆動機構31Bは、脚パーツ13Bにおいて大腿装着部41Bを装着部21に対して所定の左右軸線Y1の周りに回転移動させることで、装着者の右脚の大腿の動作に応じて装着者の筋力を補助するものである。大腿駆動機構31Bは、駆動モータ81B(図5参照)を備えている。駆動モータ81Bは、アクチュエータであってもよい。
The
ここで、フレーム26Bは、装着者の右側において、腰部から前側に延びて上側に向けて屈曲し肩部に至り、肩部から後側に向けて屈曲して後部に至り、後部から下側に向けて屈曲して腰当部21Aの後側に繋がるように環状に形成されている。したがって、フレーム26Bは、装着者の右側上肢を囲むように設けられている。フレーム26Bは、パワーアシストスーツ10の外郭を構成すると共に、装着者の右上肢を囲むことで当該右上肢を保護する役目も有している。
Here, on the right side of the wearer, the
大腿制御部32Bは、大腿駆動機構31Bに接続され、大腿駆動機構31Bを制御する。大腿制御部32Bは、CPUのようなマイクロプロセッサを含み、大腿駆動機構31Bを制御する制御信号を出力する。
The
大腿装着部41Bは、大腿駆動機構31Bに取り付けられ、装着者の右脚の大腿に沿って配置される。下腿装着部42Bは、装着者の右脚の下腿に沿って配置される。足装着部43Bは、装着者の右足部(右足首から下の部分)に装着される靴部である。大腿装着部41Bの一端部は、腰パーツ11における装着部21に左右軸線Y1の周りに回転可能に連結されている。下腿装着部42Bの一端部は、大腿装着部41Bの他端部に左右軸線Y2の周りに回転可能に連結されており、下腿装着部42Bの他端部は、足装着部43Bに左右軸線Y3の周りに回転可能に連結されている。
The
下腿駆動機構44Bは、大腿装着部41Bの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構44Bは、下腿装着部42Bを大腿装着部41Bに対して所定の左右軸線Y2の周りに回転移動させることで、装着者の右脚の動作に応じて装着者の筋力を補助する。下腿駆動機構44Bは、駆動モータ85B(図5参照)を備えている。駆動モータ85Bは、アクチュエータであってもよい。
The lower
脚制御部45Bは、下腿駆動機構44Bに接続され、下腿駆動機構44Bの動作を制御する。脚制御部45Bは、CPUのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構44Bを制御する制御信号を出力する。
The
足センサ部46Bは、足装着部43Bの底部、すなわち靴底に設けられている。足センサ部46Bは、足装着部43Bの靴底(装着者の右足裏)に作用する床面からの荷重を検出する。本実施形態において、足センサ部46Bは、例えば、1軸のロードセルであるが、これに限定されるものではない。
The
次に、本実施形態に係るパワーアシストスーツ10の制御系について説明する。本実施形態のパワーアシストスーツ10は、図5に示すように、下肢制御装置17を備える。
Next, a control system of the
下肢制御装置17は、CPUのようなマイクロプロセッサを含む制御部71と、通信インターフェース74と、外部通信インターフェース75と、電源部76とを有する。また、下肢制御装置17は、ジャイロセンサ72および荷重検出器73が接続される。
The lower
ジャイロセンサ72は、パワーアシストスーツ10の向きを検出し、その検出信号を制御部71に出力する。
The
荷重検出器73は、作用する荷重を検出し、その検出信号を制御部71に出力する。
The
通信インターフェース74は、大腿制御部32A,32Bおよび脚制御部45A,45Bの各通信インターフェース83および足センサ部46A,46Bの通信インターフェース88と通信可能である。外部通信インターフェース75は、外部制御装置77と通信可能である。電源部76は、バッテリ24に接続され、制御部71などに電力を供給する。
The
制御部71は、ジャイロセンサ72や荷重検出器73から検出信号を供給される。また、制御部71は、大腿制御部32A,32Bや脚制御部45A,45Bに制御信号を出力する。また、制御部71は、外部制御装置77と通信して、各種機器のメンテナンスを行う。
The
大腿制御部32Aは、CPUのようなマイクロプロセッサを含む制御部82と、通信インターフェース83と、電源部84とを有し、大腿駆動機構31Aの駆動モータ81Aを制御する。制御部82は、下肢制御装置17の制御部71から出力された制御信号を、通信インターフェース83を介して受信し、駆動モータ81Aを制御する。電源部84は、バッテリ24に接続され、制御部82などに電力を供給する。大腿制御部32Bは、大腿制御部32Aと実質的に同等に構成され、制御部82と、通信インターフェース83と、電源部84とを有し、大腿駆動機構31Bの駆動モータ81Bを制御する。
The
脚制御部45Aは、CPUのようなマイクロプロセッサを含む制御部82と、通信インターフェース83と、電源部84とを有し、下腿駆動機構44Aの駆動モータ85Aを制御する。制御部82は、下肢制御装置17の制御部71から出力された制御信号を、通信インターフェース83を介して受信し、駆動モータ85Aを制御する。電源部84は、バッテリ24に接続され、制御部82などに電力を供給する。脚制御部45Bは、脚制御部45Aと実質的に同等に構成され、制御部82と、通信インターフェース83と、電源部84とを有し、下腿駆動機構44Bの駆動モータ85Bを制御する。
The
足センサ部46Aは、足装着部43Aに作用する荷重を検出する荷重センサ、足装着部43Aの角度を検出する角度センサ、および足装着部43Aに作用する加速度を検出する加速度センサなどを含む各種のセンサ86と、CPUのようなマイクロプロセッサを含む制御部87と、通信インターフェース88と、電源部89とを有する。制御部87は、センサ86の検出信号を通信インターフェース88から下肢制御装置17の制御部71に出力する。電源部89は、バッテリ24に接続され、制御部87などに電力を供給する。足センサ部46Bは、足センサ部46Aと実質的に同等に構成され、センサ86と、制御部87と、通信インターフェース88と、電源部89とを有し、センサ86の検出信号を下肢制御装置17の制御部71に出力する。
The
次に、パワーアシストスーツ10の使用方法の一例について説明する。
Next, an example of how to use the
装着者に対し、腰パーツ11および脚パーツ13A,13Bを装着するには、パワーアシストスーツ10をハンガーにかけておき、まず足先から足装着部43A,43B、下腿装着部42A,42B、大腿装着部41A,41Bの順で脚パーツ13A,13Bを装着し、次に腰パーツ11の装着部21における胸当部21B(および腰当部21A)を連結バンド21Baにより装着する。パワーアシストスーツ10の脱衣時には、基本的に上述の逆の手順である。
In order to wear the
制御部71を含む下肢制御装置17は、ジャイロセンサ72、荷重検出器73、および足センサ部46A,46Bの検出信号に基づいて、大腿制御部32A,32Bおよび脚制御部45A,45Bに制御信号を出力する。制御部71は、検出した荷重に基づいて大腿駆動機構31A,31Bおよび下腿駆動機構44A,44Bによるアシスト力を設定して、大腿駆動機構31A,31Bの駆動モータ81A,81B、および下腿駆動機構44A,44Bの駆動モータ85A,85Bを制御する。
The lower
例えば、パワーアシストスーツ10を装着した装着者が作業を実施すると、足装着部43A,43Bに荷重が作用する。荷重センサおよび角度センサなどを含むセンサ86を有する足センサ部46A,46Bは、足装着部43A,43Bに作用する荷重および角度を検出し、その検出信号を下肢制御装置17に出力する。下肢制御装置17は、足センサ部46A,46Bからの検出信号に基づいて大腿装着部41A,41Bおよび下腿装着部42A,42Bへのアシスト力を設定し、所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ81A,81Bおよび駆動モータ85A,85Bを作動して、大腿駆動機構31A,31Bおよび下腿駆動機構44A,44Bを駆動する。
For example, when a wearer wearing the
なお、本実施形態では、図5に示すように、下肢制御装置17に、大腿駆動機構31A,31Bおよび下腿駆動機構44A,44Bによるアシスト力を調整する調整スイッチ78が設けられていてもよい。そして、装着者が被運搬物の持ち上げ動作を行うとき、被運搬物の重量を事前に把握している場合には、調整スイッチ78により被運搬物の重量に適したアシスト力が発生するように、大腿駆動機構31A,31Bおよび下腿駆動機構44A,44Bのアシスト力を調整することが可能である。
In the present embodiment, as shown in FIG. 5, the lower
ところで、上述したように、パワーアシストスーツ10では、脚パーツ13Aの大腿駆動機構31Aがフレーム26Aに対して図2に示す前後軸線Z0および上下軸線X0の周りに回転可能に連結されている。具体的に、本実施形態のパワーアシストスーツ10は、腰パーツ11と大腿駆動機構31Aとを前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部51A、および腰パーツ11と大腿駆動機構31Aとを上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部52Aを有する。すなわち、大腿駆動機構31Aを有する脚パーツ13Aは、腰パーツ11に対してロール連結部51Aにより前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に連結されると共に、ヨー連結部52Aにより上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に連結される。
Incidentally, as described above, in the
また、上述したように、パワーアシストスーツ10では、脚パーツ13Bの大腿駆動機構31Bがフレーム26Bに対して前後軸線Z0および上下軸線X0の周りに回転可能に連結されている。具体的に、本実施形態のパワーアシストスーツ10は、腰パーツ11と大腿駆動機構31Bとを前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部51B、および腰パーツ11と大腿駆動機構31Bとを上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部52Bを有する。すなわち、大腿駆動機構31Bを有する脚パーツ13Bは、腰パーツ11に対してロール連結部51Bにより前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に連結されると共に、ヨー連結部52Bにより上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に連結される。
Further, as described above, in the
以下、ロール連結部51A,51Bおよびヨー連結部52A,52Bについて説明する。本実施形態のパワーアシストスーツ10では、ロール連結部51Aおよびヨー連結部52Aが一体に構成されており、また、ロール連結部51Bおよびヨー連結部52Bが一体に構成されている。ロール連結部51Aおよびヨー連結部52Aと、ロール連結部51Bおよびヨー連結部52Bとは、取り付け位置が左側と右側とに異なるのみで構成は左右対称である。したがって、図6から図9においてロール連結部51Aおよびヨー連結部52Aを示して説明し、ロール連結部51Bおよびヨー連結部52Bの説明は省略する。
Hereinafter, the
図6および図7に示すように、ロール連結部51Aおよびヨー連結部52Aは、一体に構成されるように共通の支持部50Aに設けられている。また、ロール連結部51Aは、減衰部53Aが設けられている。
As shown in FIGS. 6 and 7, the
ロール連結部51Aは、前後軸線Z0に沿って設けられるロール回転軸51Aaを有し、このロール回転軸51Aaによりロール回転部材51Abが支持部50Aと前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に設けられている。ロール回転部材51Abは、固定ボルト51Acにより大腿駆動機構31Aに連結される。したがって、ロール連結部51Aは、大腿駆動機構31Aを支持部50Aと前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に設ける。
The
ヨー連結部52Aは、上下軸線X0に沿って設けられるヨー回転軸52Aaが支持部50Aに固定され、このヨー回転軸52Aaによりヨー回転部材52Abが支持部50Aと上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に設けられている。そして、ヨー連結部52Aは、支持部50Aおよびロール連結部51Aを介して大腿駆動機構31Aに連結される。したがって、ヨー連結部52Aは、支持部50Aおよびロール連結部51Aを含む大腿駆動機構31Aをヨー回転部材52Abと上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に設ける。なお、ヨー回転軸52Aaは、その周りに捻りコイルバネ52Acが巻かれており、この捻りコイルバネ52Acの弾性力によりヨー回転部材52Abの上下軸線X0の周りの回転を正位置に戻すように作用する。正位置とは、パワーアシストスーツ10の装着者が直立して前側を向く姿勢を意味する。そして、後述するように、ヨー連結部52Aは、腰パーツ11に連結されたフレーム26Aに対し減衰部53Aを介して連結される。
In the
減衰部53Aは、ヨー連結部52Aのヨー回転部材52Abに固定される固定部53Aaと、固定部53Aaに対して固定されたダンパー部53Abと、ダンパー部53Abに接続されて固定部53Aaと相対的にスライド移動可能に設けられたスライド部53Acと、を有している。
The damping
ダンパー部53Abは、空気室を有するシリンダ53Abaと、シリンダ53Abaの空気室を圧縮・膨張するように摺動可能に設けられたピストン53Abbと、を有するエアダンパーとして構成されている。シリンダ53Abaは、固定部53Aaに固定されている。ピストン53Abbは、ヨー連結部52Aにおける上下軸線X0と平行に延在する軸線Vに沿って摺動可能にシリンダ53Abaに設けられている。
The damper portion 53Ab is configured as an air damper having a cylinder 53Aba having an air chamber and a piston 53Abb slidably provided so as to compress and expand the air chamber of the cylinder 53Aba. The cylinder 53Aba is fixed to the fixing portion 53Aa. The piston 53Abb is provided in the cylinder 53Aba so as to be slidable along the axis V extending in parallel with the vertical axis X0 in the
スライド部53Acは、ダンパー部53Abのピストン53Abbに連結されてピストン53Abbと共に上下軸線X0と平行に延在する軸線Vに沿って移動可能に設けられている。スライド部53Acは、固定部53Aaに対して摺動部53Acaを介して上下軸線X0と平行に延在する軸線Vに沿ってスライド移動可能に設けられている。固定部53Aaは、ヨー連結部52Aのヨー回転部材52Abの前側、およびダンパー部53Abの後側を覆うように設けられている。そして、スライド部53Acは、固定部53Aaの前側および後側に配置され、摺動部53Acaを介して上下軸線X0と平行に延在する軸線Vに沿って固定部53Aaと相対的にスライド移動可能に設けられている。そして、スライド部53Acは、前側および後側の位置において、腰パーツ11の左側を通過するフレーム26Aの途中に介在するようにフレーム26Aに連結されている。
The slide portion 53Ac is connected to the piston 53Abb of the damper portion 53Ab so as to be movable along the axis V extending in parallel with the vertical axis X0 together with the piston 53Abb. The sliding portion 53Ac is provided so as to be slidable along the axis V extending in parallel with the vertical axis X0 with respect to the fixed portion 53Aa via the sliding portion 53Aca. The fixing portion 53Aa is provided so as to cover the front side of the yaw rotating member 52Ab of the
このような構成により、減衰部53Aが上下軸線X0と平行な軸線Vに沿ってヨー連結部52Aと相対的にスライド移動可能に設けられ、かつヨー連結部52Aを伴ってフレーム26Aに連結されていることから、ヨー連結部52Aに支持部50Aを介して連結されているロール連結部51Aは、フレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)とを前後軸線Z0の周りに相対的に回転可能に設ける。また、ヨー連結部52Aは、フレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)とを上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に設ける。また、減衰部53Aは、ロール連結部51Aにおいてフレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)とが前後軸線Z0の周りに相対的に回転移動した場合、図8および図9に示すように、前後軸線Z0を基準にフレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)との相対位置が接近や離隔することに伴ってダンパー部53Abが作用し、ロール連結部51Aにおけるフレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(および脚パーツ13A)との前後軸線Z0の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与して減衰させる。
With such a configuration, the
ロール連結部51A,51Bは、例えば、本実施形態のパワーアシストスーツ10を装着した装着者が上肢を左右に傾けた場合、共に傾くフレーム26A,26Bにおいて、大腿駆動機構31A,31B(脚パーツ13A,13B)に対して前後軸線Z0の周りの相対的な回転移動を許容することで、装着者の上記動きに追従して当該動きを妨げないようにする。また、ヨー連結部52A,52Bは、例えば、本実施形態のパワーアシストスーツ10を装着した装着者が上肢を左右に回転させた場合、共に回転するフレーム26A,26Bにおいて、大腿駆動機構31A,31B(脚パーツ13A,13B)に対して上下軸線X0の周りの相対的な回転移動を許容することで、装着者の上記動きに追従して当該動きを妨げないようにする。
For example, when the wearer wearing the
ここで、装着者が歩行する際、パワーアシストスーツ10は、以下のように作動する。例えば、装着者の左足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、パワーアシストスーツ10は、この荷重に抗するように脚パーツ13Aにおいて所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ81Aおよび駆動モータ85Aを作動して、大腿駆動機構31Aおよび下腿駆動機構44Aを駆動し、脚パーツ13Aが上方に延びるように作動する。この際、装着者は、左足に上記アシスト力が作用することでロール連結部51A,51Bを介してフレーム26A,26Bと共に上肢が右側に傾くことになる。逆に、装着者の右足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、パワーアシストスーツ10は、この荷重に抗するように脚パーツ13Bにおいて所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ81Bおよび駆動モータ85Bを作動して、大腿駆動機構31Bおよび下腿駆動機構44Bを駆動し、脚パーツ13Bが上方に延びるように作動する。この際、装着者は、右足に上記アシスト力が作用することでロール連結部51A,51Bを介してフレーム26A,26Bと共に上肢が左側に傾くことになる。つまり、この動作では、歩行において、装着者の意図に反して上肢が左右に傾くことになる。
Here, when the wearer walks, the
このような事象に対し、本実施形態のパワーアシストスーツ10によれば、減衰部53A,53Bを備えており、ロール連結部51A,51Bの回転に基づくフレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)や、フレーム26B(腰パーツ11)と大腿駆動機構31B(脚パーツ13B)の前後軸線Z0の周りの相対的な回転に抵抗を付与することから、装着者の上肢の左右の傾きを抑制する。つまり、減衰部53A,53Bにより、歩行において、装着者の意図せぬ不自然な動きを抑制することができる。また、装着者の上肢の左右の傾きを抑制することで、装着者に掛かる荷重を抑制し、装着者の肉体的負担を軽減することができる。
In response to such an event, according to the
また、本実施形態のパワーアシストスーツ10では、減衰部53A,53Bは、ダンパー部53Ab,53Bbが、空気の圧縮によりロール連結部51A,51Bの回転に基づくフレーム26A(腰パーツ11)と大腿駆動機構31A(脚パーツ13A)や、フレーム26B(腰パーツ11)と大腿駆動機構31B(脚パーツ13B)の前後軸線Z0の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するエアダンパーにより構成されることが好ましい。
Further, in the
エアダンパーは、空気室内の空気を増減させることで抵抗力を容易に調整することができる。すなわち、ダンパー部53Ab,53Bbにおいて空気室に空気を供給したり排出したりする給排気機構(図示せず)や、空気室の容量を拡縮する拡縮機構(図示せず)により、エアダンパーにおける圧縮の圧力値を調整する調整機構を備えることによりパワーアシストスーツ10の用途や、装着者の筋力に基づいて抵抗力を可変することができる。しかも、エアダンパーであることで、電気的な複雑な制御を要すことなく、かつモータなどがなく重量を軽減することができる。なお、ダンパー部53Ab,53Bbは、上述したようにエアダンパーが好ましいが、オイルダンパーや、バネダンパーや、エアダンパーおよびバネダンパーを複合したり、オイルダンパーおよびバネダンパーを複合したりする複合ダンパーや、または電気的に作動するアクチュエータを用いたダンパーを用いることを拒まない。
The air damper can easily adjust the resistance force by increasing or decreasing the air in the air chamber. That is, the dampers 53Ab and 53Bb compress the air damper with an air supply / exhaust mechanism (not shown) that supplies and discharges air to and from the air chamber and an expansion / contraction mechanism (not shown) that expands and contracts the capacity of the air chamber. By providing an adjustment mechanism that adjusts the pressure value, the resistance force can be varied based on the use of the
また、本実施形態のパワーアシストスーツ10では、ロール連結部51A,51Bは、腰パーツ11と脚パーツ13A,13Bとを上下軸線X0の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部52A,52Bを共に備えることが好ましい。
Further, in the
ロール連結部51A,51Bとヨー連結部52A,52Bを共に備えることで、腰パーツ11と脚パーツ13A,13Bとを連結する2軸の回転移動の構成を1箇所に集約して設けることができ、かつ部品点数を低減することができる。
By providing both the
なお、本実施形態においては、パワーアシストスーツ10は、腰パーツ11と、脚パーツ13A,13Bとを有することとしたが、さらに、腰パーツ11に対して上肢の動作を補助するような上肢パーツ(図示せず)を備えていてもよい。このように、上肢パーツを備えた場合、上肢パーツ自体の荷重や、上肢パーツにより重量物を持ち上げる際の荷重が腰パーツ11やフレーム26A,26Bに掛かる。そして、この荷重が掛かったまま、腰パーツ11やフレーム26A,26Bがロール連結部51A,51Bの前後軸線Z0を介して脚パーツ13A,13Bと相対的に回転すると、上肢が左右に傾いて装着者に荷重が掛かるおそれがある。このような事象に対し、本実施形態のパワーアシストスーツ10によれば、減衰部53A,53Bによりロール連結部51A,51Bの前後軸線Z0を介した上肢の左右の傾きを抑制するため、この傾きにより装着者の上肢に荷重が掛かることを防ぎ、装着者の肉体的負担を軽減することができる。
In the present embodiment, the
10 パワーアシストスーツ
11 腰パーツ
13A,13B 脚パーツ
26A,26B フレーム
50A 支持部
51A,51B ロール連結部
51Aa ロール回転軸
51Ab ロール回転部材
51Ac 固定ボルト
52A,52B ヨー連結部
52Aa ヨー回転軸
52Ab ヨー回転部材
52Ac 捻りコイルバネ
53A,53B 減衰部
53Ab ダンパー部
53Aba シリンダ
53Abb ピストン
53Ac スライド部
X0 上下軸線
Z0 前後軸線
DESCRIPTION OF
Claims (9)
装着者の左右の脚の位置に装着される左右の脚パーツと、
前記腰パーツと前記脚パーツとを前後軸線の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部と、
前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与する減衰部と、
を備えるパワーアシストスーツ。 Waist parts to be worn at the wearer's waist,
Left and right leg parts to be worn at the left and right leg positions of the wearer,
A roll connecting portion for connecting the waist part and the leg part so as to be relatively rotatable around a longitudinal axis;
A damping unit that provides resistance to relative rotational movement around the front-rear axis of the waist part and the leg part based on rotation of the roll coupling part;
Power assist suit with
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JP2009207840A (en) * | 2008-03-06 | 2009-09-17 | Toyota Motor Corp | Walking movement assisting device |
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