JP2022014660A - Walking support robot - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行支援ロボットに関する。 The present invention relates to a walking support robot.
近年、歩行能力が低下した高齢者等の増加に伴い、歩行の支援や、歩行のトレーニング等に用いることが出来る種々の歩行支援ロボットが提案されている。 In recent years, as the number of elderly people with reduced walking ability has increased, various walking support robots that can be used for walking support, walking training, and the like have been proposed.
例えば、特許文献1に記載の(停止状態の)歩行支援装置(歩行支援ロボットに相当)を上から見た場合の模式図を図14に示す。図14に示すように、上から見た場合、歩行支援装置110には、連結部材117で連結された左フレーム113Lと右フレーム113Rで構成されたフレームの前方左下端部に左キャスタ輪131L、前方右下端部に右キャスタ輪131R、後方左下端部に左駆動輪132L、後方右下端部に右駆動輪132R、のそれぞれの車輪が配置されている。また、左キャスタ輪131L及び右キャスタ輪131Rが左右方向に旋回する際の軸となる旋回軸部材131BL、131BR及び旋回軸線131JL、131JRは、鉛直方向(Z軸方向)に沿うように配置されている。なお図14は、停止状態の歩行支援装置110であって、左キャスタ輪131Lと右キャスタ輪131Rとが、上から見た場合に逆ハの字状となっている状態を示している。また図14において、左キャスタ輪131Lは接地点131SLにて床面に接地しており、右キャスタ輪131Rは接地点131SRにて床面に接地している状態を示している。
For example, FIG. 14 shows a schematic diagram of the walking support device (corresponding to a walking support robot) described in Patent Document 1 (in a stopped state) when viewed from above. As shown in FIG. 14, when viewed from above, the
特許文献1に記載の歩行支援装置では、図14に示す停止状態から前方(X軸方向)に直進するように発進する場合、左駆動輪132Lから推力FL、右駆動輪132Rから推力FRを発生させて発進する。図14に示す停止状態からの発進時では、左フレーム113Lの前端には、左キャスタ輪131Lの接地点131SLを中心とした円弧状の力FCLがかかり、右フレーム113Rの前端には、右キャスタ輪131Rの接地点131SRを中心とした円弧状の力FCRがかかる。図14において、円弧状の力FCLと力FCRは、左右のフレームの間隔を狭くする方向に働く力であるが、左フレーム113Lと右フレーム113Rは連結部材117にて固定されているので実際には間隔は変化しない。この場合、接地点131SL、131SRを強制的に床面上で滑らせて、ようやく発進することができる。
In the walking support device described in
つまり、停止状態におけるキャスタ輪の旋回している方向によっては、発進時に比較的大きな力が必要となる。また同じトルクで発進した場合、停止状態におけるキャスタ輪の旋回方向によっては、加速が鈍くなる場合がある。図14に示す歩行支援装置110では、旋回軸部材131BL、131BR及び旋回軸線131JL、131JRが鉛直方向(Z軸方向)に沿うように配置されているので、停止状態では、左右のキャスタ輪が、どのように旋回していてもおかしくない。
That is, a relatively large force is required at the time of starting depending on the turning direction of the caster wheel in the stopped state. If the vehicle starts with the same torque, acceleration may slow down depending on the turning direction of the caster wheels in the stopped state. In the
なお、発進時の加速が鈍ることを回避するために、どのような場合でも停止状態からの発進時のトルクを大きくしてしまうと、停止状態において左右のキャスタ輪が前進に対応する方向に旋回している場合では発進時の加速が大きくなりすぎて、利用者よりも歩行支援ロボットが先行しすぎてしまい、好ましくない。 In addition, in order to avoid slowing down the acceleration at the time of starting, if the torque at the time of starting from the stopped state is increased in any case, the left and right caster wheels turn in the direction corresponding to the forward movement in the stopped state. In this case, the acceleration at the time of starting becomes too large, and the walking support robot precedes the user too much, which is not preferable.
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、停止状態でのキャスタ輪の旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることができるとともに、停止状態におけるキャスタ輪の旋回方向を所定の旋回方向へと積極的にそろえることを支援する、歩行支援ロボットを提供することを課題とする。 The present invention has been devised in view of such a point, and can make the acceleration at the time of starting from the stopped state more stable regardless of the turning direction of the caster wheel in the stopped state. An object of the present invention is to provide a walking support robot that supports positively aligning the turning direction of caster wheels in a predetermined turning direction in a stopped state.
上記課題を解決するため、本発明の第1の発明は、複数の車輪を備えて歩行する利用者とともに移動する歩行支援ロボットであって、複数の前記車輪の少なくとも1つは前記歩行支援ロボットの進行方向に応じてキャスタ旋回軸部材回りに左右に旋回するキャスタ輪であり、残りの前記車輪の少なくとも1つは駆動輪であり、前記駆動輪を駆動する電動モータと、前記電動モータを制御する制御装置と、を備え、前記キャスタ旋回軸部材は、鉛直方向に対して所定前傾角度だけ前傾するように前記歩行支援ロボットに支持されており、前記制御装置は、前記キャスタ輪の向きに関連するキャスタ輪方向関連量を推定する、キャスタ輪方向推定部と、推定した前記キャスタ輪方向関連量に基づいて、直進時かつ前記キャスタ輪が直進方向に対応する向きの場合の駆動トルクとして設定された基準駆動トルクを補正して前記電動モータを制御する、駆動トルク制御部と、を有する、歩行支援ロボットである。 In order to solve the above problems, the first invention of the present invention is a walking support robot that moves with a user who walks with a plurality of wheels, and at least one of the plurality of wheels is the walking support robot. A caster wheel that swivels left and right around a caster swivel shaft member according to the traveling direction, and at least one of the remaining wheels is a drive wheel, which controls an electric motor that drives the drive wheel and the electric motor. A control device is provided, and the caster swivel shaft member is supported by the walking support robot so as to tilt forward by a predetermined forward tilt angle with respect to the vertical direction, and the control device is oriented in the direction of the caster wheels. Based on the caster wheel direction estimation unit that estimates the related caster wheel direction related amount and the estimated caster wheel direction related amount, it is set as the drive torque when traveling straight and when the caster wheels are in the direction corresponding to the straight direction. It is a walking support robot having a drive torque control unit that corrects the reference drive torque and controls the electric motor.
次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係る歩行支援ロボットであって、前記歩行支援ロボットには、鉛直方向に対する歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量を検出する傾斜検出装置が設けられており、前記制御装置は、前記キャスタ輪方向推定部にて、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量に基づいて、前記キャスタ輪方向関連量を推定する、歩行支援ロボットである。 Next, the second invention of the present invention is the walking support robot according to the first invention, and the walking support robot has an inclination detection for detecting an inclination direction and an inclination amount of the walking support robot with respect to the vertical direction. A device is provided, and the control device is a caster wheel direction-related amount based on the tilt direction and tilt amount of the walking support robot detected by the caster wheel direction estimation unit using the tilt detection device. It is a walking support robot that estimates.
次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係る歩行支援ロボットであって、前記制御装置は、前記駆動トルク制御部にて、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量に基づいて、前記基準駆動トルクを補正する傾斜関連補正量を求める、歩行支援ロボットである。 Next, the third aspect of the present invention is the walking support robot according to the second aspect of the present invention, wherein the control device is the walking detected by the drive torque control unit using the tilt detecting device. It is a walking support robot that obtains a tilt-related correction amount that corrects the reference drive torque based on the tilt direction and tilt amount of the support robot.
次に、本発明の第4の発明は、上記第2の発明または第3の発明に係る歩行支援ロボットであって前記歩行支援ロボットには、当該歩行支援ロボットの走行速度に関連する走行速度関連情報を検出可能な走行速度関連情報検出装置が設けられており、前記制御装置は、前記駆動トルク制御部にて、前記走行速度関連情報検出装置を用いて検出した前記走行速度関連情報と、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量と、に基づいて、前記基準駆動トルクを補正する速度関連補正量を求める、歩行支援ロボットである。 Next, the fourth invention of the present invention is the walking support robot according to the second invention or the third invention, and the walking support robot is related to the running speed related to the running speed of the walking support robot. A traveling speed-related information detection device capable of detecting information is provided, and the control device includes the traveling speed-related information detected by the drive torque control unit using the traveling speed-related information detecting device and the traveling speed-related information. It is a walking support robot that obtains a speed-related correction amount for correcting the reference drive torque based on the inclination direction and the inclination amount of the walking support robot detected by using the inclination detection device.
次に、本発明の第5の発明は、上記第1の発明~第4の発明のいずれか1つに係る歩行支援ロボットであって、前記歩行支援ロボットは、利用者が把持するためのグリップを含むとともに利用者に操作されて前後方向にストロークする左右一対の操作部を有し、一対の前記操作部は、利用者が腕を振ることなく歩行する非腕振り歩行の際に、前後方向の規制範囲に前記操作部のストロークの範囲を規制する固定モードと、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行の際に、前記規制範囲を超えた前後方向へ前記操作部をストロークさせることが可能とされた可動モードと、を含む動作モードのいずれかに設定され、前記歩行支援ロボットには、それぞれの前記操作部がストロークされた位置である操作部位置を検出可能なそれぞれの操作部位置検出装置が設けられており、前記制御装置は、前記駆動トルク制御部にて、設定された前記動作モードと、それぞれの前記操作部位置検出装置を用いて検出したそれぞれの前記操作部位置と、に基づいて、前記基準駆動トルクを求める、歩行支援ロボットである。 Next, the fifth invention of the present invention is a walking support robot according to any one of the first to fourth inventions, wherein the walking support robot is a grip for the user to grip. It has a pair of left and right operation units that are operated by the user and stroke in the front-back direction, and the pair of the operation units is used in the front-back direction during non-arm swing walking in which the user walks without swinging his / her arm. In the fixed mode that regulates the stroke range of the operation unit within the regulation range of, and when the user walks while swinging his / her arm, the operation unit is stroked in the front-rear direction beyond the regulation range. The walking support robot is set to either a movable mode that enables A position detection device is provided, and the control device includes the operation mode set by the drive torque control unit and the position of each operation unit detected by using the respective operation unit position detection devices. , Is a walking support robot that obtains the reference drive torque based on.
第1の発明によれば、キ歩行支援ロボットが停止状態にあるとき、重力は、キャスタ輪が、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪が直進方向に対応する向き)を向くように働く。従って、歩行支援ロボットは、キャスタ旋回軸部材は、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボットに支持されていることで、停止状態におけるキャスタ輪の左右の旋回方向を基準キャスタ輪方向(所定の旋回方向)へと積極的にそろえることを支援することができる。 According to the first invention, when the walking support robot is in the stopped state, gravity acts so that the caster wheel faces the reference caster wheel direction (the direction in which the caster wheel goes straight and corresponds to the straight direction). Therefore, in the walking support robot, the caster turning shaft member is supported by the walking support robot so as to tilt forward with respect to the vertical direction, so that the left and right turning directions of the caster wheels in the stopped state are referred to as the reference caster wheel direction ( It is possible to support positive alignment in a predetermined turning direction).
また、制御装置は、キャスタ輪方向推定部と、駆動トルク制御部と、を有する。キャスタ輪方向推定部は、キャスタ輪の向きに関連するキャスタ輪方向関連量を推定する。駆動トルク制御部は、キャスタ輪方向推定部が推定したキャスタ輪方向関連量に基づいて、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪が直進方向に対応する向き)の駆動トルクとして設定された基準駆動トルクを補正して、電動モータを制御する。これにより、歩行支援ロボットは、停止状態でのキャスタ輪の旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることができる。従って、歩行支援ロボットは、停止状態でのキャスタ輪の旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることができるとともに、停止状態におけるキャスタ輪の旋回方向を所定の旋回方向へと積極的にそろえることを支援することができる。 Further, the control device includes a caster wheel direction estimation unit and a drive torque control unit. The caster wheel direction estimation unit estimates the caster wheel direction-related amount related to the direction of the caster wheel. The drive torque control unit is a reference drive set as a drive torque in the reference caster wheel direction (when traveling straight and the direction in which the caster wheels correspond to the straight direction) based on the caster wheel direction related amount estimated by the caster wheel direction estimation unit. The torque is corrected to control the electric motor. As a result, the walking support robot can make the acceleration at the time of starting from the stopped state more stable regardless of the turning direction of the caster wheel in the stopped state. Therefore, the walking support robot can make the acceleration at the time of starting from the stopped state more stable regardless of the turning direction of the caster wheels in the stopped state, and can set the turning direction of the caster wheels in the stopped state to a predetermined value. It is possible to support positive alignment in the turning direction.
第2の発明によれば、傾斜検出装置を用いて検出した歩行支援ロボットの傾斜方向および傾斜量に基づいて、キャスタ輪方向推定部がキャスタ輪方向関連量を推定できる。これにより、歩行支援ロボットは、キャスタ輪方向関連量をより容易に推定できる。 According to the second invention, the caster wheel direction estimation unit can estimate the caster wheel direction related amount based on the tilt direction and the tilt amount of the walking support robot detected by using the tilt detection device. As a result, the walking support robot can more easily estimate the amount related to the caster wheel direction.
第3の発明によれば、制御装置は、駆動トルク制御部にて、傾斜検出装置を用いて検出した歩行支援ロボットの傾斜方向および傾斜量に基づいて、基準駆動トルクを補正する傾斜関連補正量を求める。これにより、歩行支援ロボットは、停止状態でのキャスタ輪の旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることを、より確実にできる。 According to the third invention, the control device corrects the reference drive torque based on the tilt direction and the tilt amount of the walking support robot detected by the drive torque control unit using the tilt detection device. Ask for. As a result, the walking support robot can more reliably accelerate the acceleration at the time of starting from the stopped state regardless of the turning direction of the caster wheel in the stopped state.
第4の発明によれば、駆動トルク制御部にて、走行速度関連情報検出装置を用いて検出した走行速度関連情報と、傾斜検出装置を用いて検出した歩行支援ロボットの傾斜方向および傾斜量と、に基づいて、基準駆動トルクを補正する速度関連補正量を求める。これにより、歩行支援ロボットは、停止状態でのキャスタ輪の旋回方向にかかわらず、停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることが、より確実にできる。 According to the fourth invention, the traveling speed-related information detected by the drive torque control unit using the traveling speed-related information detection device, and the inclination direction and inclination amount of the walking support robot detected by the inclination detection device. Based on, the speed-related correction amount for correcting the reference drive torque is obtained. As a result, the walking support robot can more reliably accelerate the acceleration when starting from the stopped state regardless of the turning direction of the caster wheel in the stopped state.
第5の発明によれば、利用者が腕を振ることなく歩行する非腕振り歩行を行う場合、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行を行う場合、のいずれかの場合に対して、利用者は歩行支援ロボットを用いることが出来る。 According to the fifth invention, for either case of non-arm swing walking in which the user walks without swinging the arm or arm swing walking in which the user walks while swinging the arm. , The user can use the walking support robot.
以下では、本発明を実施するための形態を、図面を用いて説明する。なお、図中にX軸、Y軸、Z軸が記載されている場合、各軸は互いに直交している。そしてX軸方向は、歩行支援ロボット10(図1参照)から見て前方に向かう方向を示し、Y軸方向は、歩行支援ロボット10から見て左に向かう方向を示し、Z軸方向は、歩行支援ロボット10からみて鉛直上方に向かう方向を示している。以降では、歩行支援ロボット10に対して、X軸方向(+X方向)を“前”、X軸方向に対して反対方向(-X方向)を“後”とし、Y軸方向(+Y方向)を“左”、Y軸方向に対して反対方向(-Y方向)を“右”、Z軸方向(+Z方向)を“上”、Z軸方向に対して反対方向(-Z方向)を“下”とする。
Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. When the X-axis, Y-axis, and Z-axis are described in the figure, the axes are orthogonal to each other. The X-axis direction indicates a direction toward the front when viewed from the walking support robot 10 (see FIG. 1), the Y-axis direction indicates a direction toward the left when viewed from the walking
●[歩行支援ロボット10の全体構成(図1、図2)]
歩行支援ロボット10は、電動モータ等の動力源を有して利用者とともに自走する自走タイプである。また、歩行支援ロボット10は、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行の支援や、利用者が腕を振らず歩行する非腕振り歩行の支援に用いることが出来る。
● [Overall configuration of walking support robot 10 (Figs. 1 and 2)]
The walking
歩行支援ロボット10は、以下に図1及び図2を用いて詳細を説明するが、図1に示すように、旋回自在なキャスタ輪31L、31Rと、駆動輪32L、32Rと、フレーム13L、13Rと、電動モータ33L、33Rと、バッテリBと、制御装置40と、操作部24L、24Rと、ブレーキレバーBKLと、シャフト保持部22L、22Rと、収容ボックス14、バッグ16等を有している。この様に、歩行支援ロボット10は、旋回する従動輪であるキャスタ輪31L、31Rと、電動モータ33L、33Rにて駆動される駆動輪32L、32Rを有しており、複数の車輪を備えて歩行する利用者とともに移動する歩行支援ロボットである。
The walking
駆動輪32L、32Rは、電動モータ33L、33Rにて回転駆動され、電動モータ33L、33Rには、速度情報検出装置33LE、33REが設けられている。また電動モータ33L、33Rは、制御装置40からの制御信号にて制御される(図2参照)が、電動モータ33L、33Rの制御の詳細については説明を省略する。
The
速度情報検出装置33LE、33REは、例えばエンコーダであり、電動モータ33L、33Rの回転(すなわち駆動輪32L、32Rの回転)に応じた検出信号を制御装置40に出力する(図2参照)。すなわち、速度情報検出装置33LE、33REは、走行速度関連情報検出装置であり、歩行支援ロボット10の走行速度V(走行速度に関連する走行速度関連情報)を検出可能である。制御装置40は、速度情報検出装置33LE、33REからの検出信号に基づいて、歩行支援ロボット10の走行速度V(走行速度に関連する走行速度関連情報。前進か、後進のどちらの方向かも含む)を検出可能である(図2参照)。
The speed information detection devices 33LE and 33RE are, for example, encoders, and output a detection signal corresponding to the rotation of the
キャスタ輪31L、31Rは、図1に示すように、キャスタ旋回軸部材31BL、31BR回りに左右に旋回できるキャスタ輪である。キャスタ旋回軸部材31BL、31BRは、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボット10に支持されており、鉛直方向に対して所定前傾角度θc~θdだけ前傾する。詳細は後述するが、キャスタ旋回軸部材31BL、31BRが、前傾していることにより、キャスタ輪31L、31Rの左右の旋回に応じて、歩行支援ロボット10の鉛直方向に対する傾きが変わる。
As shown in FIG. 1, the
キャスタ輪31Lと駆動輪32Lは、フレーム13Lに支持されており、キャスタ輪31Rと駆動輪32Rは、フレーム13Rに支持されている。そしてフレーム13Lとフレーム13Rは、連結部材17にて連結されている。連結部材17の前方には、バッグ16が設けられており、連結部材17には、3軸加速度・角速度センサ15Sが設けられている。
The
3軸加速度・角速度センサ15Sは、X軸・Y軸・Z軸の3方向のそれぞれの軸を中心とした回転の角速度を計測し、計測結果に基づいた検出信号を制御装置40に出力する(図2参照)。制御装置40は、3軸加速度・角速度センサ15Sからの検出信号に基づいて、歩行支援ロボット10のX軸・Y軸・Z軸に対するそれぞれの傾斜角度、加速度(衝撃)の大きさ、ピッチ角速度、ヨー角速度、ロール角速度を検出することができる(図2参照)。ここで、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量に相当、不図示)は、鉛直方向に対する傾斜角度となる。なお、軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)に代えて、歩行支援ロボット10のX軸・Y軸・Z軸に対するそれぞれの傾斜角度を検出できるGセンサを用いてもよい。
The 3-axis acceleration /
以上で説明した様に、歩行支援ロボット10は、複数の車輪(キャスタ輪31R、31L、駆動輪32L、32R)を備えており、複数の車輪の少なくとも1つは歩行支援ロボット10の進行方向に応じてキャスタ旋回軸部材31BL、31BR回りに左右に旋回するキャスタ輪31R、31Lであり、残りの車輪の少なくとも1つは駆動輪32L、32Rである。歩行支援ロボット10は、駆動輪32L、32Rを駆動する電動モータ33L、33Rと、電動モータ33L、33Rを制御する制御装置40を備えている。
As described above, the walking
フレーム13Lには、上下方向に高さ調整可能なスライド体12Lが設けられており、フレーム13Rには、上下方向に高さ調整可能なスライド体12Rが設けられている。スライド体12L、12Rの上端には、シャフト保持部22L、22Rが設けられている。
The
詳細は後述するが、シャフト保持部22L、22Rは、利用者が把持することができる操作部24L、24Rを前後方向に摺動可能に保持している。操作部24L、24Rは、利用者が把持することができるグリップ20R、20L(後述)と、シャフト21R、21Lとを一体に備えている。すなわち、シャフト21Rはグリップ20Rと一体であり、シャフト21Lはグリップ20Lと一体である。シャフト保持部22R、22Lに対して、シャフト21R、21Lが前後方向に摺動すると、シャフト21R、21Lとともにグリップ20R、20Lも前後方向に動く。
Although the details will be described later, the
シャフト保持部22R、22Lは、移動量検出装置21RS、21LSと、ロック・解放切替装置23R、23Lと、ロック・解放検出装置23LS、23RSと、を有している。シャフト保持部22R、22Lは、シャフト21R、21Lを前後方向に摺動可能に保持している。移動量検出装置21RS、21LSは、シャフト保持部22R、22Lに対する、シャフト21R、21Lの前後方向の相対位置(すなわち、グリップ20R、20Lの前後方向の相対位置)に対応する検出信号(シャフト21L、21Rの前後方向の摺動に応じた検出信号)を制御装置40に出力する。これにより、制御装置40は、シャフト保持部22R、22Lに対するグリップ20R、20Lの前後方向の位置(相対位置)を検出できる。
The
ロック・解放切替装置23R、23Lは、後述する様に、シャフト21R、21Lの前後方向の摺動の範囲が、規制範囲に制限された「ロック状態」(図3の上段参照)と、狭い範囲に制限されていない「解放状態」(図3の中段および下段参照)と、を利用者の操作に応じて切替えることができる。ロック・解放検出装置23LS、23RSは、ロック・解放切替装置23R、23Lが、「ロック状態」となっているか、「解放状態」となっているかに応じた検出信号を制御装置40に出力する。制御装置40は、ロック・解放検出装置23LS、23RSが出力した検出信号に基づいて、ロック・解放切替装置23R、23Lが左右それぞれ、「ロック状態」となっているか、あるいは「解放状態」となっているかを検出できる。なお、後述するように、左右双方のロック・解放切替装置23R、23Lが「ロック状態」となっている場合には、歩行支援ロボット10は「固定モード」に設定される。一方、左右双方のロック・解放切替装置23R、23Lが「解放状態」となっている場合には、歩行支援ロボット10は「可動モード」に設定される。
As will be described later, the lock /
グリップ20L、20Rには、前後方向に延びるグリップと、上下方向に延びるグリップとの双方が設けられており、利用者は、把持しやすいグリップを選択して歩行トレーニングを行うことができる。またグリップ20L、20Rそれぞれには、ブレーキレバーBKLが設けられており、利用者は、これらのブレーキレバーBKLを用いて駆動輪32R、32Lにブレーキをかけることが出来る。そして、以上説明した様に、左の操作部24Lは、グリップ20Lと、シャフト21Lとを有している。また、左の操作部24Lは、利用者が把持するためのグリップ20Lを含むとともに利用者に操作されて前後方向にストロークする。左の操作部24Lが構成されている。同様に、右の操作部24Rは、グリップ20Rと、シャフト21Rとを有している。また、右の操作部24Rは、利用者が把持するためのグリップ20Rを含むとともに利用者に操作されて前後方向にストロークする。換言すれば、左右一対の操作部24L、24Rは、グリップ20L、20Rと、シャフト21L、21Rと、を有している。左右一対の操作部24L、24Rは、利用者が把持するためのグリップ20Rを含むとともに利用者に操作されて前後方向にストロークする。
The
また、歩行支援ロボット10には、利用者が歩行支援ロボット10の設定の入力や、種々の情報の出力(表示または音声で出力)ができる入出力部78を有する。本実施形態では、入出力部78として、図1及び図2に示すように、歩行支援ロボット10とは別体とされた携帯端末70(スマートフォン、タブレット等)を用いており、図2に示すように、制御装置40は、通信部45を有し、通信部45を介して携帯端末70と通信を行って、利用者から携帯端末70への入力情報を取得し、利用者へ出力を行う。
Further, the walking
入出力部78は、利用者からの設定の入力や、種々の情報の出力が出来ればよく、携帯端末70以外にも、例えば、モニタ50(タッチモニタ等)や、音声入出力装置51(スピーカ等)を用いることが出来る。入出力部78としてモニタ50及び音声入出力装置51を用いた場合、これらは制御装置40に接続されており、制御装置40は、モニタ50や音声入出力装置51を介して、利用者からの入力の取得と、利用者への出力とを行う(なおこの場合、制御装置40に通信部45を設けてもよく、設けなくともよい)。
The input /
フレーム13R(またはフレーム13L)には、収容ボックス14が取り付けられており、収容ボックス14には、バッテリB(電源)と制御装置40が収容されている。制御装置40は、CPU41、RAM42、記憶装置43、タイマ44、通信部45等を有している。記憶装置43は、例えばFlash-ROMや、EEP-ROMである。また制御装置40は、上述した様に、通信部45を必要に応じて有し、通信部45は携帯端末70と無線にて通信行うことができる。通信部45は、例えばBluetooth(登録商標)にて通信を行う。
A
●[シャフト保持部22R、22Lの構成と、「ロック状態」/「解放状態」の切り替え(図3)]
次に、シャフト保持部22R、22Lの概略構成と、操作部24R、24Lの可動範囲の切り替えについて、図3を用いて説明する。図1を用いて上述したように、シャフト保持部22R、22Lは、操作部24L、24Rのシャフト21R、21Lを前後に摺動可能に保持し、左右一対で設けられている。図3に示すように、シャフト保持部22R、22Lは、複数のローラ25R、移動量検出装置21LS、21RS、付勢部材25A、25B、固定部材25C、ダンパ25D、ロック機構27、ロック・解放切替装置23R、23L等を有している。
● [Structure of
Next, the schematic configuration of the
複数のローラ25Rおよび移動量検出装置21LS、21RSは、図3に示すように、シャフト21L、21Rを前後方向に摺動可能となるように保持している。移動量検出装置21LS、21RS(例えばエンコーダ)は、上述した様に、シャフト21L、21Rの前後方向の摺動に応じた検出信号を制御装置40に出力する。移動量検出装置21LS、21RSがエンコーダの場合、当該エンコーダは、シャフト21L、21R(操作部24L、24R)の前後方向の移動に伴って回転し、回転に応じた検出信号(パルス信号等)を出力する。制御装置40は、移動量検出装置21LS、21RSからの検出信号に基づいて、シャフト保持部22R、22Lに対するグリップ20R、20Lの前後方向の相対位置を検出することができる。ここで、シャフト保持部22R、22Lに対するグリップ20R、20Lの前後方向の相対位置は、換言すれば、次のA~Cの3つとなる。A、シャフト21L、21Rと一体とされたグリップ20R、20Lの、シャフト保持部22R、22Lに対する前後方向の相対位置。B、それぞれの操作部24L、24Rがストロークされた位置である操作位置。C、シャフト21L、21Rが、それぞれどれくらい押し込まれているか、または引張られているか。従って、歩行支援ロボット10は、それぞれの操作部24L、24Rがストロークされた位置である操作位置(上記B)を検出可能な移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)が設けられている。
As shown in FIG. 3, the plurality of
付勢部材25A、25Bは、バネ等の弾性体で形成されている。固定部材25Cは、前側(+X方向側)でシャフト保持部22L、22Rに固定されており、後側(-X方向側)で付勢部材25Aの前側(+X方向側)端部および付勢部材25Bの前側(+X方向側)端部に接続されている。付勢部材25Aは、後側(-X方向側)では、シャフト21L、21Rに接続されている。ダンパ25Dは、前側(+X方向側)では付勢部材25Bに接続されており、後側(-X方向側)では、シャフト21L、21Rの前側(+X方向側)端部に形成されたフランジ部21FL、21FRに対向している。
The urging
従って、付勢部材25Aは、前側(+X方向側)端部が固定部材25Cを介してシャフト保持部22L、22Rに接続されており、後側(-X方向側)端部が直接シャフト21L、21Rに接続されている。また、付勢部材25Bは、前側(+X方向側)端部が固定部材25Cを介してシャフト保持部22L、22Rに固定されており、後側(-X方向側)端部がダンパ25Dに接続されている。
Therefore, in the urging
付勢部材25A、25Bは、シャフト保持部22L、22Rに対するシャフト21L、21R(操作部24L、24R)の後端(-X方向側端)の相対位置が、あらかじめ設定されたシャフト基準位置Mzとなるように付勢している。すなわち、操作部24L、24Rのシャフト保持部22L、22Rは、シャフト基準位置Mzにあるとき、付勢部材25Aから前方(X方向)に引張られる力と、付勢部材25Bから後方(-X方向)に押される力が釣り合う。これにより、利用者が操作部24L、24Rのグリップ20R、20Lから手を離すと、シャフト21L、21R(シャフト21R、21Lと一体とされたグリップ20R、20Lも)が、付勢部材25Aおよび付勢部材25Bに付勢されて、シャフト21L、21Rの後端(-X方向側端)の相対位置がシャフト基準位置Mzに復帰(移動)する。
In the urging
ロック機構27は、シャフト21L、21Rのそれぞれに形成されたロック孔27Aと、シャフト保持部22R、22Lに保持されたロックピン27Bと、ロックバネ27C、ロック・解放切替装置23L、23R、付勢解除機構(不図示)等から構成されている。ロックピン27Bは、シャフト基準位置Mzにシャフト21L、21Rが位置する際に、ロック孔27Aの略中心に対向する位置に配置され、ロックバネ27Cによって上方へ移動するように付勢されている。また、ロックピン27Bには、不図示の付勢解除機構が接続されている。詳細は省略するが、付勢解除機構(例えば電磁石を有して力を発生することができる)は、ロック・解放切替装置23R、23Lに接続されており、ロック・解放切替装置23R、23Lから電力が供給されると、ロックピン27Bを下に付勢して、図3の中段に示すように、ロックピン27Bを下に押し下げることができる。
The
以下では、まず、ロック・解放切替装置23R、23Lから付勢解除機構(不図示)に電力が供給されていない場合について説明する。図3の上段に示すように、シャフト21L、21Rがシャフト基準位置Mzに位置するときには、ロックピン27Bがロックバネ27Cによって上方へ移動するように付勢されて、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aの略中心に嵌る。このときに、ロック孔27AのX方向の幅は、ロックピン27Bの先端部27BPに対して、前側(+X方向側)には間隔D11が開き、後側(-X方向側)には間隔D12が開いている。D11は例えば1[mm]で、D12は1[mm]である。
Hereinafter, a case where power is not supplied to the urging release mechanism (not shown) from the lock /
従って、図3の上段に示すように、シャフト21L、21Rがシャフト基準位置Mzに位置し、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っている場合には、操作部24L、24Rを把持した利用者は、操作部24L、24Rの一部であるシャフト21L、21Rを、前側にD11まで動かすことができ、後側にD12まで動かすことができ、換言すれば、利用者は操作部24L、24Rを把持して前後にD11+D12(D11+D12は、上記の様に例えば、1+1=2[mm])の幅でしか動かすことが出来ない。この様に、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っていることで、シャフト21R、21L(操作部24L、24R)の前後方向の摺動の範囲が、狭い規制範囲(D11+D12の範囲)に制限された状態を「ロック状態」とする。
Therefore, as shown in the upper part of FIG. 3, when the
すなわち、「ロック状態」では、利用者は、グリップ20R、20Lを把持して、シャフト21L、21R(操作部24L、24R)を、狭い規制範囲(D11+D12の範囲)で前後に動かすことが出来る。そして、シャフト21L、21R(操作部24L、24R)が、狭い規制範囲(D11+D12の範囲)内で、前後方向のどの位置にあるか(すなわち、それぞれの操作部24L、24Rがストロークされた位置である操作位置)を、移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)が検出し、操作位置に応じた検出信号を制御装置40に出力する。これにより、制御装置40は、操作部24L、24Rの操作位置を検出できる。
That is, in the "locked state", the user can grip the
次に、ロック・解放切替装置23R、23Lから付勢解除機構(不図示)に電力が供給されている場合について説明する。付勢解除機構(不図示)に電力が供給されて、付勢解除機構(不図示)がロックピン27Bを下に付勢すると、図3の中段および下段に示すように、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っていない状態となる。ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っていない状態では、シャフト21R、21Lの前後方向の摺動の範囲は次の様になる。すなわち、図3の中段に示すように、シャフト21R、21Lが、シャフト基準位置Mzから前側(+X方向側)に移動するにつれて、シャフト21R、21Lにダンパ25Dを介して連結された付勢部材25Bが押しつぶされてゆく。図3の中段に示すように、シャフト21R、21L(操作部24L、24R)の前側(+X方向側)の限界位置である前側限界位置Maでは、付勢部材25Bが最も押しつぶされた状態となっている。これに対して、図3の下段に示すように、シャフト21R、21L(操作部24L、24R)の後側(-X方向側)の限界位置である後側限界位置Mbでは、シャフト21R、21Lのフランジ部21FL、21FRは、ローラ25Rに当たっており、これ以上後側(-X方向側)に移動できない状態となっている。
Next, a case where power is supplied from the lock /
以上の様に、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っていない場合、シャフト21L、21Rを、前側には前側限界位置Maまで動かすことができ(図3の中段参照)、後側には後側限界位置Mbまで動かすことができる(図3の下段参照)。ここで、シャフト基準位置Mzから前側限界位置Maまでの距離を距離L1(図3の中段参照)とし、シャフト基準位置Mzから後側限界位置Mbまでの距離を距離L2(図3の中段参照)とする。例えば、距離L1(図3の中段参照)は数[mm]~数10[mm]程度であり、距離L2(図3の下段参照)は100~300[mm]程度である。シャフト21L、21Rは、シャフト基準位置Mzから、前側には前側限界位置Maまで距離L1動かすことができ(図3の中段参照)、後側には後側限界位置Mbまで距離L2動かすことができる(図3の下段参照)。すなわち、シャフト21L、21Rの前後方向の摺動は、L1+L2の範囲内となる。上記の様に、L1=数[mm]~数10[mm]、L2=100[mm]~300[mm]として、L1+L2は、例えば、100~300[mm]程度である。
As described above, when the tip portion 27BP of the
以上で説明した様に、ロックピン27Bの先端部27BPが、シャフト21L、21Rの各ロック孔27Aに嵌っていないことで、シャフト21R、21Lが前後方向にL1+L2の範囲で摺動できる状態を「解除状態」とする。すなわち、「解除状態」では、利用者は、グリップ20R、20Lを把持して、シャフト21L、21R(操作部24L、24R)を、上述した「ロック状態」のときよりも、より広い範囲(前後にL1+L2の幅)で前後に動かすことが出来る。
As described above, since the tip portion 27BP of the
図1に示すように、ロック・解放切替装置23Rはスライドスイッチ有しており、ロック・解放切替装置23R、23Lもスライドスイッチを有している。これらのスライドスイッチは、利用者が、「ロック状態」に対応する「ロック状態位置」か、「解放状態」に対応する「解放状態位置」かに設定できる。そして、利用者が、「ロック状態位置」にすれば付勢解除機構(不図示)に電流が供給されないことで「ロック状態」に設定され、「解放状態位置」にすれば付勢解除機構(不図示)に電流が供給されて「解放状態」に設定される。そして、ロック・解放検出装置23LS、23RSは、ロック・解放切替装置23R、23Lが、「ロック状態」となっているか、「解放状態」となっているかに応じた検出信号を制御装置40に出力する。制御装置40は、ロック・解放検出装置23LS、23RSが出力した検出信号に基づいて、ロック・解放切替装置23R、23Lが「ロック状態」となっているか、あるいは「解放状態」となっているかを検出できる。ここで、「ロック状態」と、「解放状態」とを、併せてグリップ状態とする。
As shown in FIG. 1, the lock /
以上で説明したように、利用者は、ロック・解放切替装置23Rを操作して、グリップ状態を、「解除状態」か、「ロック状態」に設定できる。そして、利用者が腕を振ることなく歩行する非腕振り歩行の際に、前後方向の規制範囲(D11+D12の範囲)に操作部24L、24Rのストロークの範囲を規制する「固定モード」に、歩行支援ロボット10の動作モードを設定する場合には、グリップ状態が左右双方とも「ロック状態」となっている必要がある。以下に説明するように、「固定モード」としては、利用者のアシスト用の「つかまり歩行アシストモード」と、利用者のトレーニング用の「手押し歩行トレーニングモード」と、の2種類ある。
As described above, the user can operate the lock /
一方、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行の際に、規制範囲(D11+D12の範囲)を超えた前後方向へ操作部24L、24Rをストロークさせることが可能とされた「可動モード」に、歩行支援ロボット10の動作モードを設定する場合には、グリップ状態が左右双方とも「解放状態」となっている必要がある。以下に説明するように、「可動モード」としては、利用者のトレーング用の「腕振り歩行トレーニングモード」がある。
On the other hand, in the "movable mode" in which the
これらの「固定モード」(「つかまり歩行アシストモード」、「手押し歩行トレーニングモード」)、および「可動モード」(「腕振り歩行トレーニングモード」)では、それぞれの操作部24L、24Rがストロークされた位置である操作位置を、移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)が検出し、制御装置40は、移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)からの検出信号に応じて、電動モータ33L、33Rを駆動する。
In these "fixed mode" ("grasping walking assist mode", "hand-push walking training mode") and "movable mode" ("arm swing walking training mode"), the positions where the
「つかまり歩行アシストモード」では、制御装置40は、利用者が、グリップ20R、20Lを把持した状態で押して歩行する「手押し歩行」に合わせて、電動モータ33L、33Rを駆動して、歩行支援ロボット10に自走させるモードである。ここで、利用者の「手押し歩行」に対して歩行負荷を掛けないように、利用者の「手押し歩行」に合わせて歩行支援ロボット10を進行させる。
In the "grabbing walking assist mode", the
「つかまり歩行アシストモード」は、利用者が左右双方のグリップ状態を「ロック状態」に設定して、前後方向の規制範囲(D11+D12の範囲)に操作部24L、24Rのストロークの範囲を規制する状態としたうえで、設定される「固定モード」の一種の動作モードである。これにより、「つかまり歩行アシストモード」では、利用者に対して歩行負荷を掛けないで、利用者の「手押し歩行」を支援することができる。
In the "grabbing walking assist mode", the user sets both the left and right grip states to the "locked state" and regulates the stroke range of the
「手押し歩行トレーニングモード」では、制御装置40は、利用者のグリップ20R、20Lを把持した状態で押して歩行する「手押し歩行」に対して、電動モータ33L、33Rに回生制動等によって負荷を掛けつつ、歩行支援ロボット10に自走させるモードである。ここで、利用者の「手押し歩行」に対して歩行負荷を掛けるように、利用者の「手押し歩行」に合わせて歩行支援ロボット10を進行させる。この様に、「手押し歩行トレーニングモード」では、利用者に対して歩行負荷を掛け、利用者の「手押し歩行」のトレーニングを支援することができる。上述したが、「手押し歩行トレーニングモード」は、利用者が左右双方のグリップ状態を「ロック状態」に設定して、前後方向の規制範囲(D11+D12の範囲)に操作部24L、24Rのストロークの範囲を規制する状態としたうえで、設定される「固定モード」の一種の動作モードである。
In the "hand-push walking training mode", the
「腕振り歩行トレーニングモード」では、制御装置40は、利用者のグリップ20R、20Lを把持した腕振り歩行に合わせて電動モータ33L、33Rを駆動して、歩行支援ロボット10が自走するモードである。「腕振り歩行トレーニングモード」では、利用者の腕振り歩行のトレーニングを支援することができる。「腕振り歩行トレーニングモード」は、利用者が左右双方のグリップ状態を「解放状態」に設定して、規制範囲(D11+D12の範囲)を超えた前後方向へ操作部24L、24Rをストロークさせることが可能な状態としたうえで、設定される「可動モード」の一種の動作モードである。
In the "arm swing walking training mode", the
●[キャスタ輪31L、31Rの左右の旋回による歩行支援ロボット10の傾きの変化(図4~7)]
次に、キャスタ輪31L、31Rの左右の旋回による歩行支援ロボット10の傾きの変化を、図4~図7を用いて説明する。図1を用いて上述した様に、キャスタ旋回軸部材31BL、31BRは、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボット10に支持されている。換言すれば、キャスタ旋回軸部材31BL、31BRの旋回軸線31JL、31JRは、鉛直方向に対して前傾している。
● [Change in tilt of walking
Next, changes in the inclination of the walking
図4に示すように、車輪31WL、31WRの回転中心である車輪回転中心31CL、31CRと旋回軸線31JL、31JRとの距離を距離31Dとする。また、旋回軸線31JL、31JRに直交し、車輪回転中心31CL、31CRのある平面を平面31Pとする。
As shown in FIG. 4, the distance between the wheel rotation centers 31CL and 31CR, which are the rotation centers of the wheels 31WL and 31WR, and the turning axes 31JL and 31JR is defined as the
キャスタ輪31L、31Rは、旋回軸線31JL、31JRを中心に回転する。キャスタ輪31L、31Rが左右に旋回すると、車輪回転中心31CL、31CRは、旋回軸線31JL、31JRに対して次の様に回転する。キャスタ輪31L、31Rが左右に旋回しても、車輪回転中心31CL、31CRは、常に平面31P上にある。平面31P上において、車輪回転中心31CL、31CRは、旋回軸線31JL、31JRから常に距離31D離れた位置にある。従って、平面31Pにおいて、車輪回転中心31CL、31CRの位置は、旋回軸線31JL、31JRから、半径が距離31Dの円(不図示)の上にある。
The
これにより、車輪回転中心31CL、31CRが、最も後にある場合(図4の上段参照)にはキャスタ輪31L、31Rはフレーム13R、13Lに最も近づき、最も前にある場合(図4の下段参照)にはキャスタ輪31L、31Rはフレーム13R、13Lから最も離れる。なお、図4の下段には、キャスタ輪31L、31Rが最も後にある場合のキャスタ輪31L、31Rの位置を2点鎖線で示した。
As a result, when the wheel rotation centers 31CL and 31CR are at the rearmost position (see the upper part of FIG. 4), the
そして、駆動輪32L、32R、および、キャスタ輪31L、31Rは、常に接地している。このため、車輪回転中心31CL、31CRが、最も後にある場合(図4の上段参照)には、歩行支援ロボット10の前部が最も下がる。この逆に、車輪回転中心31CL、31CRが、最も前にある場合(図4の上段参照)には、歩行支援ロボット10の前部が最ももち上がる。
The
図4の上段に示すように、車輪回転中心31CL、31CRが最も後にある場合には、歩行支援ロボット10の前部が最も下がるため、歩行支援ロボット10の重心は最も下がった位置Gaとなる。そして、位置Gaと歩行支援ロボット10の接地面との距離をHgaとする。これに対して、図4の下段に示すように、車輪回転中心31CL、31CRが最も前にある場合には、歩行支援ロボット10の前部が最ももち上がるため、歩行支援ロボット10の重心は最も上がった位置Gbとなる。そして、位置Gbと歩行支援ロボット10の接地面との距離をHgbとする。歩行支援ロボット10の重心と接地面との距離は、キャスタ輪31L、31Rの回転に応じて、最も高い距離Hgb(図4の下段参照)から、最も低い距離Hga(図4の上段参照)まで変化する。
As shown in the upper part of FIG. 4, when the wheel rotation centers 31CL and 31CR are at the rearmost position, the front part of the walking
そして、歩行支援ロボット10には重力がかかるため、重力により、歩行支援ロボット10の重心が下がるように、キャスタ輪31L、31Rが左右の回転をする。最も歩行支援ロボット10の重心が下がった状態は、図4の上段および図1に示す、車輪回転中心31CL、31CRが最も後にある状態である。このため、利用者が歩行支援ロボット10に触れていない状態では、重力は、車輪回転中心31CL、31CRが最も後ろにいく様に作用する。
Since gravity is applied to the walking
車輪回転中心31CL、31CRが最も後にある場合は、図1に示すように、利用者が歩行支援ロボット10を前方(+X方向)に押せば、キャスタ輪31L、31Rは左右の旋回をしなくても、車輪31WL、31WRが容易に回転して、歩行支援ロボット10が前に進む。従って、停止状態の歩行支援ロボット10が、車輪回転中心31CL、31CRが最も後ろにあれば、発進時に、歩行支援ロボット10はスムーズに進み始めることが出来る。そこで、図4の上段に示す、車輪回転中心31CL、31CRが最も後ろにあるときのキャスタ輪31L、31Rを、「直進時かつキャスタ輪31L、31Rが直進方向に対応する向き」である基準キャスタ輪方向とする。キャスタ輪31L、31Rは、図4の上段に示す基準キャスタ輪方向から、図4の下段に示す、基準キャスタ輪方向とは反対の方向である、キャスタ輪反転方向まで、左右に旋回する。
When the wheel rotation centers 31CL and 31CR are at the rearmost position, as shown in FIG. 1, if the user pushes the walking
なお、図4に示すように、旋回軸線31JL、31JRと、鉛直線Vvとの角度であるキャスタ角は、キャスタ輪31L、31Rが基準キャスタ輪方向を向いている場合(図4の上段参照)には最も大きい角度θcとなり、キャスタ輪反転方向を向いている場合(図4の下段参照)には最も小さい角度θdとなる。
As shown in FIG. 4, the caster angle, which is the angle between the turning axes 31JL and 31JR and the vertical line Vv, is when the
以上で説明したように、歩行支援ロボット10が停止状態にあるとき、重力は、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪31L、31Rが直進方向に対応する向き)を向くように働く。すなわち、歩行支援ロボット10が停止状態にあるとき、キャスタ輪31L、31Rの旋回軸線31JL、31JRが所定前傾角度(θc~θd)前傾していることと重力が、自動的に基準キャスタ輪方向を向くことを支援する。換言すれば、歩行支援ロボット10は、キャスタ旋回軸部材31BL、31BRは、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボット10に支持されていることで、停止状態におけるキャスタ輪の左右の旋回方向を基準キャスタ輪方向(所定の旋回方向)へと積極的にそろえることを支援する。そして、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向を向いている場合には、発進時にスムーズにキャスタ輪31L、31Rの車輪31WL、31WRが回転するため、歩行支援ロボット10は発進時にスムーズに進み始めることが出来る。
As described above, when the walking
そこで、図4の上段に示すように、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪31L、31Rが直進方向に対応する向き)を向いている場合を基準とする。ここで基準とする、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向を向いている場合には、上述した様に、歩行支援ロボット10の前部が最も下がり、この場合において、シャフト21R、21Lの前後に延びる軸線S10と、水平線Vhとの角度を水平時基準仰角θaとする。また、歩行支援ロボット10は、この軸線S10と、水平線Vhとの角度は、3軸加速度・角速度センサ15Sが計測する、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyと等しくなるように設定されている(軸線S10と、水平線Vhとの角度=θy)。すなわち、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向を向いている場合には、仰角θy(不図示)は、水平時基準仰角θaとなる(仰角θy=水平時基準仰角θa)。
Therefore, as shown in the upper part of FIG. 4, the case where the
また、図4の下段に示すように、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向と反対方向であるキャスタ輪反転方向を向いている場合には、歩行支援ロボット10の前部が最も上がる。この場合において、シャフト21R、21Lの前後に延びる軸線S10と、水平線Vhとの角度をθbとする(この場合、仰角θy=θbとなる)。θbは、水平時基準仰角θaよりも大きい(θb>水平時基準仰角θa)。以上で説明したように、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向(図4の上段参照)から、キャスタ輪反転方向(図4の下段参照)を向くにつれて、歩行支援ロボット10の前部が持ち上がってゆき、同時に軸線S10と水平線Vhとの角度はθaからθbへと大きくなってゆき、さらに、3軸加速度・角速度センサ15Sが計測する仰角θy(不図示)はθaからθbへと大きくなってゆく。
Further, as shown in the lower part of FIG. 4, when the
制御装置40は水平時基準仰角θaの値をあらかじめ記憶している。そして、仰角θyから水平時基準仰角θaを引いた値θs(θs=仰角θy-水平時基準仰角θa)を、キャスタ輪方向関連量θsとする。キャスタ輪方向関連量θsは、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rの向きが、基準キャスタ輪方向(図4の上段参照)の場合(仰角θy=水平時基準仰角θa)には0(キャスタ輪方向関連量θs=θa-θa=0)となり、キャスタ輪反転方向(図4の下段参照)の場合(仰角θy=θb)にはθb-θaの値(キャスタ輪方向関連量θs=θb-θa)となる。上述した様に、θb>水平時基準仰角θaであるため、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rの向きが、基準キャスタ輪方向からキャスタ輪反転方向に近付くにつれて、キャスタ輪方向関連量θs(θs=仰角θy-水平時基準仰角θa)は大きくなる(仰角θy→大(θa→θb) ⇔ キャスタ輪方向関連量θs;0→θb-θa)。以上を換言すれば、キャスタ輪方向関連量θs(θs=仰角θy-水平時基準仰角θa)が大きい程、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rの向きは基準キャスタ輪方向(図4の上段参照)からキャスタ輪反転方向に近付く(より歩行支援ロボット10を前に進めにくくなる)とともに、歩行支援ロボット10の重心の位置はより高い位置となり、さらに、3軸加速度・角速度センサ15Sが計測する仰角θy(不図示)は大きくなる。
The
上述した様に、3軸加速度・角速度センサ15Sが、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyを計測して制御装置40に検出信号を送信し、歩行支援ロボット10は検出信号に基づいて、制御装置40は仰角θyを検出できる。さらに、制御装置40は、記憶している水平時基準仰角θaの値と、仰角θyに基づいて、キャスタ輪の向きに関連するキャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)を推定する。
As described above, the 3-axis acceleration /
ここで、キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)を推定する制御装置40は、キャスタ輪方向推定部41A(図2参照)に相当する。また、3軸加速度・角速度センサ15Sが計測する、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(不図示)は、角度であるため方向を表すことにより鉛直方向に対する歩行支援ロボット10の「傾斜方向」でもあり、同時に「傾斜量」でもある。3軸加速度・角速度センサ15Sは、傾斜検出装置である。
Here, the
以上の説明は、図4に示すように、歩行支援ロボット10が水平面上を走行する場合について説明した。歩行支援ロボット10が仰角θp(傾斜角θp、不図示)の傾斜面を走行する場合には、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyおよびキャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)は、水平面を走行する場合よりも仰角θp(傾斜角θp、不図示)が大きい程、より大きくなる。
The above description has described the case where the walking
また、以上の説明は、歩行支援ロボット10についての説明であり、歩行支援ロボット10のキャスタ旋回軸部材31BL、31BRは、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボット10に支持されている。これに対して、図6及び図7に示すように、キャスタ旋回軸部材131BL、131BRが、鉛直方向に対して前傾しておらず、キャスタ輪131L、131Rのキャスタ角度が0の歩行支援ロボット110は次の様になる。
Further, the above description is a description of the walking
キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても、車輪回転中心131CL、131CRは、常に水平面131P内にある。従って、キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても、車輪回転中心131CL、131CRと、歩行支援ロボット110の接地面との距離は、常に一定である。これにより、キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても、歩行支援ロボット110の後部に対して前部が持ち上がることもなく、下がることもない。従って、キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても、シャフト121R、121Lの前後に延びる軸線S110と、水平線Vhとの角度は、常にθcであり、歩行支援ロボット110のY軸回りの仰角θy(不図示)も常にθcである。このため、歩行支援ロボット110では、歩行支援ロボット110のY軸回りの仰角θyからはキャスタ輪131L、131Rの左右の向きを推定することはできない。
Even if the
そして、図6及び図7に示すように、歩行支援ロボット110の重心の位置Gcは、キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても変わることはない。歩行支援ロボット110の重心の位置Gcと、接地面との距離は、キャスタ輪131L、131Rが左右に旋回しても、常にHgcである。このため、歩行支援ロボット110が停止状態にあるときに、重力は、キャスタ輪131L、131Rが基準キャスタ輪方向を向くように働かない。キャスタ輪131L、131Rが基準キャスタ輪方向を向いていないため、発進時にスムーズにキャスタ輪31L、31Rの車輪131WL、131WRが回転できない状態に比較的なりやすい。この状態では、歩行支援ロボット110の発進時に、歩行支援ロボット110は必ずしもスムーズに進み始めることができない。これにより、発進時に、利用者が歩行支援ロボット110にぶつかり、利用者が不快感を感じる場合がある。また、「腕振り歩行トレーニング」を行う利用者が、発進時に、グリップ120R、120Lを把持して前に押そうとしたところ、思いもよらず、グリップ120R、120Lが前端でガツガツ当たり、不快な音や不快な手感が生じてしまう場合もある。
As shown in FIGS. 6 and 7, the position Gc of the center of gravity of the walking
●[制御装置40の処理手順(図8~図11)]
次に、制御装置40の処理手順について説明する。制御装置40(制御装置40のCPU41(図2参照))は、起動されると、例えば所定時間間隔(数[ms]~数10[ms]間隔)にて、図8に示す全体処理を起動する。制御装置40は、図8に示す全体処理を起動すると、ステップS010へ処理を進める。
● [Processing procedure of control device 40 (FIGS. 8 to 11)]
Next, the processing procedure of the
ステップS010にて制御装置40は、左右一対のロック・解放検出装置23LS、23RSからの検出信号に基づいて、左右のロック・解放切替装置23L、23Rのそれぞれのグリップ状態(「ロック状態」、「解放状態」)を検出し、ステップS020へ処理を進める。
In step S010, the
ステップS020にて制御装置40は、左右のそれぞれのグリップ状態(「ロック状態」か、「解放状態」か)の情報であるグリップ状態情報と、歩行支援ロボット10のバッテリBの残量(SOC)の情報であるバッテリ残量情報と、入力情報(後述)の送信を要求する送信要求情報と、を含む状態情報を携帯端末70へ送信し、ステップS030へ処理を進める。
In step S020, the
ステップS030にて制御装置40は、携帯端末70から入力情報を受信したか否かを判定する。制御装置40は、携帯端末70から入力情報を受信した場合(Yes)はステップS040へ処理を進め、入力情報を受信していない場合(No)はステップS010へ処理を戻す。
In step S030, the
なお、後述する様に、携帯端末70から送信される入力情報には、利用者から携帯端末70に入力された動作モードの情報が含まれている。利用者から入力された動作モード(「腕振り歩行トレーニングモード」か、「手押し歩行トレーニングモード」か、あるいは「つかまり歩行アシストモード」か)と、グリップ設定状態(「固定モード」か、「解放モード」か)との整合性が取れていると、携帯端末70が判定した場合(図13のステップSK050:Yes)に、携帯端末70は入力情報を送信する。そこで、以下に説明するように、制御装置40は、携帯端末70から入力情報を受信した場合(ステップS030:Yes)には続くステップ(ステップS040~ステップS070)にて、入力情報に含まれている利用者が入力した動作モードの情報に従って、歩行支援ロボット10を設定して、電動モータ33L、33Rを駆動する。
As will be described later, the input information transmitted from the
一方、入力情報を受信していない場合(ステップS030:No)は、制御装置40は、携帯端末70から入力情報を受信できる(ステップS030:Yes)まで、左右のロック・解放切替装置23L、23Rのそれぞれのグリップ情報を取得(ステップS010)して、携帯端末70に送る(ステップS020)ことを繰り返す。これにより、後述するように、携帯端末70は、利用者から入力された動作モード(「腕振り歩行トレーニングモード」、「手押し歩行トレーニングモード」、「つかまり歩行アシストモード」)と、左右のグリップ設定状態(「固定モード」、「解放モード」)との整合性が取れているか否かを判定(図13のステップSK050)して、整合性が取れていると判定できる(図13のステップSK050:Yes)まで、繰り返し、左右のグリップ情報を状態情報に含めて受信できる(ステップS010~ステップS030:No)。
On the other hand, when the input information is not received (step S030: No), the
ステップS040に処理を進めた場合、制御装置40は、歩行支援ロボット10の動作状態を取得してステップS050へ処理を進める。制御装置40は、動作状態として、例えば、電動モータ33L、33Rの走行トルクTvL、TvR、歩行支援ロボット10の走行速度V、グリップ20L、20Rの操作部位置(グリップ20L、20Rが利用者から前方に押されているか、または後方に引かれているか)、等を取得する。なお、上述した様に、制御装置40は、歩行支援ロボット10の走行速度V(走行速度に関連する走行速度関連情報。前進か、後進のどちらの方向かも含む)を、速度情報検出装置33LE、33REからの検出信号に基づいて検出できる。
When the process proceeds to step S040, the
ステップS050にて制御装置40は、設定された動作モード(「固定モード」である「手押し歩行トレーニングモード」「つかまり歩行アシストモード」、「可動モード」である「腕振り歩行トレーニングモード」)と、左右それぞれの移動量検出装置21LS、21RS(操作部位置検出装置)を用いて検出した左右それぞれの操作部位置と、に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを求めて、ステップS060へ処理を進める。ここで、基準駆動トルクTtL、TtRは、直進時かつキャスタ輪が直進方向に対応する向きの場合の駆動トルクである。基準駆動トルクTtL、TtRを求めることは、直進時かつキャスタ輪が直進方向に対応する向きの場合の駆動トルクとして設定された基準駆動トルクTtL、TtRを設定する。また、設定された動作モードと、左右それぞれの移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)を用いて検出した左右それぞれの前記操作部位置と、に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを求める制御装置40は、駆動トルク制御部41B(図2参照)に相当する。換言すれば、ステップS050にて、駆動トルク制御部41B(図2参照)は、設定された動作モード(「固定モード」である「手押し歩行トレーニングモード」「つかまり歩行アシストモード」、「可動モード」である「腕振り歩行トレーニングモード」)と、左右それぞれの移動量検出装置21LS、21RS(操作位置検出装置)を用いて検出した左右それぞれの前記操作部位置と、に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを求める。基準駆動トルクTtL、TtRの算出手順の詳細については説明を省略する。
In step S050, the
また、「腕振り歩行トレーニングモード」では、制御装置40は、左右のグリップ20R、20Lを把持した利用者の腕振りに応じて電動モータ33L、33Rを駆動して歩行支援ロボット10を利用者とともに自走させる。また「手押し歩行トレーニングモード」では、制御装置40は、グリップ20R、20Lを把持した利用者が腕を軽く前方に差し出して押しながら歩行する際、利用者に負荷がかかるように電動モータ33L、33Rを駆動する。また「つかまり歩行アシストモード」では、制御装置40が、グリップ20R、20Lを把持した利用者が腕を軽く前方に差し出して押しながら歩行する際、利用者に負荷をかけずにアシストするように電動モータ33L、33Rを駆動する。
Further, in the "arm swing walking training mode", the
ステップS060にて制御装置40は、処理SB100(図9に示す基準駆動トルクの補正処理)を実行してステップS070へ処理を進める。なお、処理SB100(基準駆動トルクの補正処理)の詳細については、図9~図11を用いて後述するが、処理SB100(基準駆動トルクの補正処理)では、キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを補正した、補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを算出する。また、補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを算出する制御装置40は、駆動トルク制御部41B(図2参照)に相当する。
In step S060, the
ステップS070にて制御装置40は、補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRに近づくように、電動モータ33L、33Rに制御信号を出力して、図8に示す処理を終了する。なお、制御信号を受け取った電動モータ33L、33Rにて、駆動輪32L、32Rが回転駆動される。
In step S070, the
●[処理SB100:基準駆動トルクの補正処理(図9)と、基準駆動トルクの補正内容(図10、図11)]
次に図9を用いて、図8に示す処理SB100(基準駆動トルクの補正処理)の詳細について説明する。制御装置40は、図8に示すステップS060にて処理SB100を実行すると、図9に示すステップSB110に処理を進める。なお、処理SB100は、図8に示すステップS050にて算出された基準駆動トルクTtL、TtRを補正する補正後基準駆動トルク処理である。
● [Process SB100: Reference drive torque correction process (FIG. 9) and reference drive torque correction content (FIG. 10, FIG. 11)]
Next, the details of the process SB100 (reference drive torque correction process) shown in FIG. 8 will be described with reference to FIG. When the
ステップSB110にて制御装置40は、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)を検出して、ステップSB120へ処理を進める。なお、図1及び図2を用いて上述した様に、制御装置40は、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)からの検出信号に基づいて、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyを検出できる。
In step SB110, the
ステップSB120にて制御装置40は、傾斜関連補正量Tθcを算出して、ステップSB130へ処理を進める。なお、ステップSB120にて制御装置40は、まず、キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)を推定(算出)し、さらに、傾斜関連補正量Tθcを算出する。ここで、制御装置40は水平時基準仰角θaの値をあらかじめ記憶しており、記憶した水平時基準仰角θaの値を読み出すことが出来る。制御装置40は、上述したステップSB110で検出した仰角θyと、記憶から読みだした仰角θaの値を用いて、キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)を算出する。そして、傾斜関連補正量Tθcとは、以下に説明するように、歩行支援ロボット10が仰角θp(傾斜角θp)の傾斜面を走行する場合において、傾斜面の仰角θp(傾斜角θp)を考慮した補正量である。歩行支援ロボット10が仰角θp(傾斜角θp)の傾斜面を走行する場合には、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyおよびキャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)は、水平面を走行する場合よりも仰角θp(傾斜角θp)が大きい程、より大きくなる。
In step SB120, the
図4を用いて上述した様に、歩行支援ロボット10が水平面上にある場合、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyが大きい程(仰角θy→大)、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rの向きは基準キャスタ輪方向(図4の上段参照)からキャスタ輪反転方向に近付き、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要とされる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRは大きくなる(水平面上;仰角θy→大 ⇔ トルクTL、TR→大)。
As described above with reference to FIG. 4, when the walking
また、歩行支援ロボット10が仰角θp(傾斜角θp)の傾斜面を走行する場合には、仰角θp(傾斜角θp)が大きい程(仰角θp→大)、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyは大きくなる(仰角θy→大)とともに、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要とされる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRは大きくなる(傾斜面状;仰角θy→大 ⇔ 仰角θy→大 ⇔ トルクTL、TR→大)。
Further, when the walking
従って、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rの向きが基準キャスタ輪方向からキャスタ輪反転方向により近付くことによっても、歩行支援ロボット10が走行している傾斜面の仰角θp(傾斜角θp)が大きくなること(仰角θp→大)によっても、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyは大きくなる(仰角θy→大)とともに、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要とされる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRは大きくなる。すなわち、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyは大きい程(仰角θy→大)、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要とされる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRは大きくなる(仰角θy→大 ⇔ トルクTL、TR→大)。
Therefore, even if the directions of the
キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)は、歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θyが大きい程、大きくなる。従って、キャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)が大きい程、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要とされる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRは大きくなる(θs→大 ⇔ トルクTL、TR→大)。
The caster wheel direction-related amount θs (θs = θy−θa) increases as the elevation angle θy around the Y axis of the walking
そこで、図10のグラフに例を示すように、傾斜関連補正量Tθcは、キャスタ輪方向関連量θsに応じて大きくなるように設定する。なお、図10に示すTθcmaxは、電動モータ33L、33Rに発生させるトルクTL、TRが最大値TLmax、TRmaxを超えないように設定された、傾斜関連補正量Tθcの最大値Tθcmaxである。図10に示すように、上り坂において、キャスタ輪方向関連量θsがθpus以上の場合には、傾斜関連補正量Tθcを最大値Tθcmaxに設定する(Tθc=Tθcmax)。一方、図10に示すように、下り坂において、キャスタ輪方向関連量θsがθpds以下の場合には、傾斜関連補正量Tθcを最大値である-Tθcmaxに設定する(Tθc=-Tθcmax)。また、キャスタ輪方向関連量θsが小さくなると、傾斜関連補正量Tθcは負の値をとることで、ブレーキがかかるが、これは、傾斜面の仰角θp(傾斜角θp)が負となり、キャスタ輪方向関連量θsが小さくなる下り坂では、歩行支援ロボット10が下り坂を落ちていかない様にブレーキをかけている。これにより、利用者は、下り坂において、より安全に歩行支援ロボット10を用いることが出来る。
Therefore, as shown in the graph of FIG. 10, the inclination-related correction amount Tθc is set so as to increase according to the caster wheel direction-related amount θs. Note that Tθcmax shown in FIG. 10 is the maximum value Tθcmax of the inclination-related correction amount Tθc set so that the torques TL and TR generated in the
なお、図10のグラフに対応するマップ(キャスタ輪方向関連量θs=θy-θaと、傾斜関連補正量Tθcとのマップ)を制御装置40はあらかじめ記憶している。ステップSB120では、制御装置40は、図10のグラフに相当するマップと、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rが前を向いている場合(図4参照)の仰角θyである水平時基準仰角θaと、を記憶から読みだす。そして、上述したステップSB110で検出した歩行支援ロボット10の仰角θyから水平時基準仰角θaを引いたキャスタ輪方向関連量θs(θs=θy-θa)を推定(算出)し、さらに、図10のグラフに対応するマップ(キャスタ輪方向関連量θsと、傾斜関連補正量Tθcとのマップ)を用いて、傾斜関連補正量Tθcを算出する。
The
また、ステップSB120において、制御装置40は、キャスタ輪方向関連量θsを算出しており、これを換言すれば、制御装置40は、キャスタ輪31L、31Rの向きに関連するキャスタ輪方向関連量θsを推定している。キャスタ輪31L、31Rの向きに関連するキャスタ輪方向関連量θsを推定する制御装置40は、キャスタ輪方向推定部41A(図2参照)に相当する。キャスタ輪方向推定部41Aは、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)に基づいて、キャスタ輪31L、31Rの向きに関連するキャスタ輪方向関連量θsを推定している。
Further, in step SB 120, the
なお、ステップSB120において、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを補正する傾斜関連補正量Tθcを求める、制御装置40は、駆動トルク制御部41B(図2参照)に相当する。
In step SB120, the reference drive torque TtL is based on the elevation angle θy (tilt direction and tilt amount) around the Y axis of the walking
ステップSB130にて制御装置40は、速度関連補正量Cvを算出して、ステップSB140へ処理を進める。なお、速度関連補正量Cvとは、以下に説明するように、走行速度V、仰角θp(傾斜角θp)の傾斜面を歩行支援ロボット10が進行し始める場合において、キャスタ輪31L、31Rの左右の向き、および歩行支援ロボット10の進行する仰角θp(傾斜角θp)、に応じて進行のしやすさが変わることを考慮した補正量である。
In step SB130, the
歩行支援ロボット10の走行速度Vがある程度大きい場合には、既に左右の双方のキャスタ輪31L、31Rがスムーズに回転しているため、電動モータ33L、33Rの走行トルクTvL、TvRをより大きくするまでもなく、歩行支援ロボット10はスムーズに進む。一方、歩行支援ロボット10の発進時や発進直後等で、歩行支援ロボット10の走行速度Vが0に近い場合には、左右の双方のキャスタ輪31L、31Rはスムーズに回転していない。そこで、スムーズに回転させるためには、電動モータ33L、33Rの走行トルクTvL、TvRをより大きくすればよく、大きくするために、速度関連補正量Cvを設定する。さらに、歩行支援ロボット10が上り坂を進行している場合には、上り坂(傾斜面)の仰角θp(傾斜角θp)が大きい程、電動モータ33L、33Rの走行トルクTvL、TvRをより大きくする必要がある。また、傾斜面の仰角θp(傾斜角θp)も、より大きくなるほど、歩行支援ロボット10を前に進めるために必要となる、電動モータ33L、33Rが発生させるトルクTL、TRもより大きくなり、さらには、仰角θyもより大きくなる。
When the traveling speed V of the walking
そこで、例えば、図11に示す様に、走行速度Vに応じた特性曲線に基づいて、速度関連補正量Cvを設定する。ここで、図11に示す様に、キャスタ輪方向関連量θs(図11では、θsの例として、θsA、θsB、θsCを例示)に応じて複数の特性曲線が設定されている。図11は縦軸に速度関連補正量Cvをとり、横軸に歩行支援ロボット10の走行速度Vをとったグラフである。図11のグラフにおいて、キャスタ輪方向関連量θsAは、キャスタ輪方向関連量θsが例えば1°の場合で、キャスタ輪方向関連量θsBは、キャスタ輪方向関連量θsが例えば2°の場合で、キャスタ輪方向関連量θsCは、キャスタ輪方向関連量θsが例えば3°の場合である。これらの大小関係は、θsA<θsB<θsCである。なお、図11のグラフに相当するマップを制御装置40はあらかじめ記憶してある。ステップSB130では、制御装置40は、記憶から図11のグラフに相当するマップを読みだし、さらに、図8のステップS040で取得した歩行支援ロボット10の走行速度V、上述したステップSB120にて推定(算出)した歩行支援ロボット10のキャスタ輪方向関連量θsを用いて、速度関連補正量Cvを算出する。
Therefore, for example, as shown in FIG. 11, the speed-related correction amount Cv is set based on the characteristic curve corresponding to the traveling speed V. Here, as shown in FIG. 11, a plurality of characteristic curves are set according to the caster wheel direction-related amount θs (in FIG. 11, θsA, θsB, and θsC are exemplified as examples of θs). FIG. 11 is a graph in which the vertical axis represents the speed-related correction amount Cv and the horizontal axis represents the traveling speed V of the walking
なお、ステップSB130において、制御装置40は、速度情報検出装置33LE、33RE(走行速度関連情報検出装置)を用いて検出した走行速度V(走行速度関連情報)と、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)と、に基づいて(キャスタ輪方向関連量θs=仰角θy-水平時基準仰角θa、による)、基準駆動トルクTtL、TtRを補正する速度関連補正量Cvを求める。速度情報検出装置33LE、33RE(走行速度関連情報検出装置)を用いて検出した走行速度V(走行速度関連情報)と、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)と、に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを補正する速度関連補正量Cvを求める、制御装置40は、駆動トルク制御部41B(図2参照)に相当する。
In step SB130, the
ステップSB140にて制御装置40は、基準駆動トルクTtL、TtR、傾斜関連補正量Tθc、速度関連補正量Cvに基づいて補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを算出して処理を終了して、図8に示すステップS070に処理を戻す。なお、ステップSB140では、制御装置40は、補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRは、例えば以下の(式1)、(式2)に代入して算出する。
左の電動モータ33Lの補正後基準駆動トルクTtcL=基準駆動トルクTtL×(速度関連補正量Cv+1)+傾斜関連補正量Tθc (式1)
右の電動モータ33Rの補正後基準駆動トルクTtcR=基準駆動トルクTtR×(速度関連補正量Cv+1)+傾斜関連補正量Tθc (式2)
In step SB140, the
Corrected reference drive torque TtcL of the left
Corrected reference drive torque TtcR of the right
●[携帯端末70の画面の例と携帯端末70の処理手順(図12、図13)]
次に、図12を用いて携帯端末70の画面の例を説明し、図13を用いて携帯端末70の処理手順について説明する。例えば携帯端末70は、予めインストールされたアプリケーションプログラムが起動されると、図2に示す制御装置40の通信部45を用いて制御装置40との無線通信回線の接続を行い、図12に示す画面を表示する。そして、図13に示す以下の携帯端末70の処理手順に示すように、利用者が画面に表示されたボタンを押すことで、利用者の指示(動作モード等)が携帯端末70に入力される。
● [Example of screen of
Next, an example of the screen of the
●[携帯端末70の画面(図12)]
図12に例を示す携帯端末70の表示画面には、以下に説明するように、バッテリ表示部71A、グリップ状態表示部71B、利用者名等表示部71C、動作モード選択部71D、設定要求表示部71E、強度入力部71F等がある。
● [Screen of mobile terminal 70 (Fig. 12)]
As described below, the display screen of the
バッテリ表示部71Aには、携帯端末70のバッテリ残量(SOC)の状態と、制御装置40から受信した(後述する、図13のステップSK030)状態情報に含まれている歩行支援ロボット10のバッテリB残量(SOC)の状態と、が表示される。
The
グリップ状態表示部71Bには、制御装置40から受信した(後述する、図13のステップSK030)グリップ状態情報に基づいて取得した、グリップ設定状態が表示される。グリップ設定状態とは、左右のグリップ状態が、左右双方とも「ロック状態」にある「固定モード」か、左右双方とも「解放状態」にある「可動モード」か、あるいは、左右でグリップ状態が一致しない状態(左右の一方が「ロック状態」で、左右の他方が「解除状態」)でありグリップ状態の設定がいまだ設定されていないとみなせる状態にある「未設定モード」か、である。
The grip
図12には、一つの例として、グリップ設定状態が「可動モード」の場合を示した。グリップ状態表示部71Bには、グリップ設定状態が「固定モード」の場合には「固定モード」が大きく表示され、グリップ設定状態が「可動モード」の場合には「可動モード」が大きく表示され、グリップ設定状態が「未設定モード」の場合には「設定して下さい」が大きく表示される。
FIG. 12 shows a case where the grip setting state is “movable mode” as an example. On the grip
利用者名等表示部71Cには、利用者名が入力されていない場合には「利用者を入力してください」と表示(不図示)され、利用者名がすでに入力されている場合は入力された利用者名が表示される。図12には、一つの例として、利用者名として「山田一郎」がすでに入力されている場合を示した。
If the user name has not been entered, "Please enter the user" is displayed (not shown) on the user
動作モード選択部71Dには、利用者に対して、歩行支援ロボット10を、「腕振り歩行トレーニングモード」に設定するか、「手押し歩行トレーニングモード」に設定するか、「つかまり歩行アシストモード」に設定するか、の動作モードの入力を促すとともに、入力されているほうを識別可能(図12では、大きく表示)に表示する。図12に示すように、動作モード選択部71Dには、「腕振り歩行トレーニングモード」を示す「腕振り歩行トレーニング」と描かれたボタンと、「手押し歩行トレーニングモード」を示す「手押し歩行トレーニング」と描かれたボタンと、「つかまり歩行アシストモード」を示す「つかまり歩行アシスト」と描かれたボタンと、が表示されており、利用者がこれらのボタンを押すことで、動作モードを選択できる。例えば、利用者が「腕振り歩行トレーニング」と描かれたボタンをタッチして「腕振り歩行トレーニングモードを選択すると、図12に示すように、「腕振り歩行トレーニング」と描かれたボタンが大きく表示され、他のモードのボタン(「手押し歩行トレーニング」と描かれたボタンと、「つかまり歩行アシスト」と描かれたボタン)が小さく表示される。なお、利用者がこれらの動作モードを示すボタンを押すと、利用者が、どの動作モード(「腕振り歩行トレーニングモード」、「手押し歩行トレーニングモード」、「つかまり歩行アシストモード」)を選択したかの情報と、利用者が動作モードを選択したとの情報を、携帯端末70は記憶する。そして、初期設定では、携帯端末70は、利用者が動作モードを選択していないとの情報を記憶する。
In the operation
設定要求表示部71Eには、利用者が歩行支援ロボット10の設定を行う必要がある場合に、「設定して下さい」との表示が濃い太字(不図示)で表示される。利用者が歩行支援ロボット10の設定を行う必要がある場合として、動作モード選択部71Dのボタンが押されておらず、利用者が動作モードの選択入力をしていない場合や、利用者がロック・解放切替装置23L、23Rを設定する必要がある場合などがある。なお、設定要求表示部71Eの「設定して下さい」との表示が、図12に示すように、薄い太字で表示されている場合には、以下に説明するように、利用者が、選択した動作モードで、歩行支援ロボット10の駆動輪32L、32Rが回転駆動される。
When the user needs to set the walking
強度入力部71Fには、利用者から入力される負荷量/アシスト量の設定情報が表示されている。利用者は、トレーニングモードでの負荷の大きさ、アシストモードでのアシスト量の大きさを、負荷量/アシスト量にて指示する(入力する)ことができる。利用者からの指示(入力)がない場合、初期設定値である標準の大きさに利用者が指示(入力)したものとみなす。
The
●[携帯端末70の処理手順(図13)]
次に図13を用いて、携帯端末70の処理手順について説明する。例えば携帯端末70は、予めインストールされたアプリケーションプログラムが起動されると、図2に示す制御装置40の通信部45を用いて制御装置40との無線通信回線の接続を行い、画面にバッテリ表示部71A~設定要求表示部71Eを表示(図12参照)して、ステップSK010へ処理を進める。
● [Processing procedure of mobile terminal 70 (FIG. 13)]
Next, the processing procedure of the
ステップSK010にて携帯端末70は、利用者名の入力がされたか否かを判定する。携帯端末70は、利用者名が入力された場合(Yes)はステップSK020へ処理を進め、利用者名が入力されていない場合(No)はステップSK010へ処理を戻す。なお、利用者名が入力されていない場合(ステップSK010:No)には再びステップSK010の処理が実行されるため、ステップSK010は、利用者名が入力されるまで繰り返し実行される。
In step SK010, the
ステップSK020にて携帯端末70は、記憶を読みだして、利用者から動作モード(「腕振り歩行トレーニングモード」、「手押し歩行トレーニングモード」、「つかまり歩行アシストモード」)が入力されており、すでに選択されているか否かを判定する。携帯端末70は、動作モードがすでに選択されている場合(Yes)はステップSK030へ処理を進め、動作モードが選択されていない場合(No)はステップSK020へ処理を戻す。なお、動作モードの選択は、図12を用いて上述した様に、利用者が携帯端末70に表示されている動作モード選択部71Dのボタンを押すことでなされる。また、利用者が動作モード入力せず、動作モードを選択していない場合(ステップSK020:No)には再びステップSK020の処理が実行されるため、ステップSK020は、利用者が入力して、動作モードを選択するまで繰り返し実行される。
In step SK020, the
ステップSK030にて携帯端末70は、歩行支援ロボット10の制御装置40からグリップ状態情報(左右のそれぞれのグリップ状態が、「ロック状態」か、「解放状態」か、の情報)や送信要求情報等を含む状態情報を受信したか否かを判定する。携帯端末70は、状態情報を受信した場合(Yes)はステップSK040へ処理を進め、状態情報を受信していない場合(No)はステップSK030へ処理戻す。なお、制御装置40から状態情報を受信していない場合(ステップSK030:No)には再びステップSK030の処理が実行されるため、ステップSK030は、制御装置40から状態情報を受信するまで繰り返し実行される。
In step SK030, the
ステップSK040にて携帯端末70は、受信した状態情報に含まれるグリップ状態情報(「ロック状態」、「解放状態」)に基づいてグリップ設定状態を取得し、グリップ状態表示部71Bにグリップ設定状態を表示してステップSK050へ処理を進める。なお、上述した様に、グリップ設定状態とは、左右のグリップ状態が、左右双方とも「ロック状態」にある「固定モード」か、左右双方とも「解放状態」にある「可動モード」か、あるいは、左右が一致しない状態(左右の一方が「ロック状態」で、左右の他方が「解除状態」)であり設定されていないとみなせる状態にある「未設定モード」か、である。グリップ状態情報(左右のそれぞれのグリップ状態が、「ロック状態」か、「解放状態」か、の情報)は、受信した状態情報(ステップSK030参照)に含まれる。ステップSK040にて、携帯端末70は、グリップ状態情報(「ロック状態」、「解放状態」)に基づいて、グリップ設定状態(「固定モード」、「解放モード」、「未設定モード」)を取得し、図12に示すように、グリップ状態表示部71Bにグリップ設定状態を表示する。また、歩行支援ロボット10のバッテリBの残量(SOC)の情報であるバッテリ残量情報も受信した状態情報に含まれており、ステップSK040にて携帯端末70は、バッテリ残量情報に基づいて、歩行支援ロボット10のバッテリB残量(SOC)の状態をバッテリ表示部71Aに表示する。
In step SK040, the
また、ステップSK040にて、グリップ設定状態がグリップ状態表示部71Bに表示されることにより、利用者はロック・解放切替装置23L、23Rの設定を確認することなく、携帯端末70のグリップ状態表示部71Bを見るだけで、グリップ設定状態を把握することできる。これより、利用者がグリップ設定状態を把握することがより容易となり、さらには、利用者がロック・解放切替装置23L、23Rを設定する必要があるか無いかを判断することがより容易となる。
Further, in step SK040, the grip setting state is displayed on the grip
ステップSK050にて携帯端末70は、グリップ設定状態(「固定モード」、「解放モード」、「未設定モード」)と、利用者が選択した動作モード(「腕振り歩行トレーニングモード」、「手押し歩行トレーニングモード」、「つかまり歩行アシストモード」)との整合性が取れているか否かを判定する。携帯端末70は、整合性が取れていると判定できる場合(Yes)はステップSK060へ処理を進め、整合性が取れていると判定できない場合(No)はステップSK070へ処理を進める。なお、携帯端末70が記憶している、利用者がどの動作モードを選択したかの情報と、利用者が動作モードを選択したとの情報を、携帯端末70は、ステップSK050にて判定を行っても上書きすることはない。上述したが、上書きは、利用者が新たに動作モード選択部71Dのボタン(図12参照)を押して、新たに動作モードを選択した場合に行われる。
In step SK050, the
図3を用いて上述したが、「腕振り歩行トレーニングモード」では、左右のグリップ20R、20Lを把持した利用者の腕振りに応じて、歩行支援ロボット10を自走させる。このため、歩行支援ロボット10が、「腕振り歩行トレーニングモード」に設定されるためには、左右のグリップ状態が双方とも「解放状態」となっている必要(すなわち、グリップ設定状態が「可動モード」なっている必要)がある。従って、利用者が入力した動作モードが「腕振り歩行トレーニングモード」であり、グリップ設定状態が「固定モード」である場合(「腕振り歩行トレーニングモード」、かつ、「固定モード」)には、携帯端末70は、整合性がとれていないと判定(ステップSK050:No)し、グリップ設定状態が「可動モード」である場合(「腕振り歩行トレーニングモード」、かつ、「可動モード」)には、整合性がとれていると判定(ステップSK050:Yes)する。整合性が取れている場合(ステップSK050:Yes)には、歩行支援ロボット10が正しく設定されており、整合性が取れていない場合(ステップSK050:No)には歩行支援ロボット10は正しく設定がなされていないと考えることができる。
As described above with reference to FIG. 3, in the “arm swing walking training mode”, the walking
一方、図3を用いて上述したが、「手押し歩行トレーニングモード」、または、「つかまり歩行アシストモード」では、利用者が腕振りを行わずに左右のグリップ20R、20Lを把持し、歩行支援ロボット10を自走させる。このため、歩行支援ロボット10が、「手押し歩行トレーニングモード」、または、「つかまり歩行アシストモード」に設定された場合には、左右のグリップ状態が、双方とも「ロック状態」となっている必要(すなわち、グリップ設定状態が「固定モード」なっている必要)がある。従って、利用者が入力した動作モードが「手押し歩行トレーニングモード」、または、「つかまり歩行アシストモード」の場合において、グリップ設定状態が「固定モード」の場合(「手押し歩行トレーニングモード」または「つかまり歩行アシストモード」、かつ、「固定モード」)には、携帯端末70は、整合性がとれていると判定(ステップSK050:Yes)し、グリップ設定状態が「可動モード」の場合(「手押し歩行トレーニングモード」または「つかまり歩行アシストモード」、かつ、「可動モード」)には、携帯端末70は整合性がとれていないと判定(ステップSK050:No)する。
On the other hand, as described above with reference to FIG. 3, in the "hand-push walking training mode" or the "grabbing walking assist mode", the user grips the left and
ステップSK060に処理を進めた場合、携帯端末70は、図12に示す利用者名等表示部71Cに入力された利用者名の情報と、利用者から動作モード選択部71Dに入力された動作モードの情報と、強度入力部71Fに入力された負荷量/アシスト量と、を含む入力情報を、制御装置40へ送信して、ステップSK020へ処理を戻す。なお、ステップSK060は、携帯端末70が、グリップ設定状態と、利用者が入力した動作モードと、の整合性が取れていると判定した場合(ステップSK050:Yes)に実行される処理であるため、歩行支援ロボット10は整合性がとれていることにより正しく設定がなされていると考えることができる。そこで、ステップSK060にて、携帯端末70は、利用者が入力した動作モードの情報を制御装置40へ送信し、前述した様に、制御装置40は受け取った動作モードの情報に基づいて、歩行支援ロボット10を制御する(図8のステップS030~ステップS070)。
When the process proceeds to step SK060, the
ステップSK070に処理を進めた場合、携帯端末70は、設定の入力を促す旨を報知し、ステップSK020へ処理を戻す。なお、設定の入力を促す旨の報知は、設定要求表示部71Eの「設定して下さい」との表示(図12参照)を濃い太字(不図示)にすることでなされる。報知の方法は、設定の入力を利用者に促すことができる方法であればよく、適宜変更できる。例えば、表示する代わりに音声(例えば、ブザーや、「設定し直して下さい」との旨の音声)で報知してもよい。
When the process proceeds to step SK070, the
また、ステップSK070は、利用者が選択した動作モードと、グリップ設定状態とが、整合性が取れておらず、歩行支援ロボット10は正しく設定がなされていないと考えることができる場合(ステップSK050:No)に実行される処理である。次の様に、利用者が、設定を修正すると、修正に応じて、歩行支援ロボット10に動作モードが設定され、ステップSK050にて、整合性が取れているか否かの判定がし直される。
Further, in step SK070, when it can be considered that the operation mode selected by the user and the grip setting state are not consistent and the walking
利用者が動作モード選択部71Dのボタンを新たに押して選択し直せば、携帯端末70は、記憶している、利用者がどの動作モードを選択したかの情報を上書きする。また、利用者が、ロック・解放切替装置23L、23Rの設定を変更(「ロック状態位置」と、「解放状態位置」との切り替え)を行えば、左右のロック・解放切替装置23L、23Rのそれぞれのグリップ状態(「ロック状態」、「解放状態」)が切り替わる。そして、制御装置40がグリップ状態(「ロック状態」、「解放状態」)の情報であるグリップ状態情報を検出して、携帯端末70に送信する(図8のステップS010~ステップS030)。これに応じて、携帯端末70は、ステップSK040にて、受信したグリップ状態情報に基づいて、グリップ設定状態を取得しなおして、グリップ設定状態を上書きする。さらに、携帯端末70は、続くステップSK050にて整合性を判定しなおし、整合性が取れていると判定(ステップSK050:Yes)できる場合にはステップSK060の処理を行い、整合性が取れていないと判定(ステップSK050:No)できる場合にはステップSK070の処理を行う。これにより、利用者が設定を修正すると、修正に応じて整合性が取れているか否かが判定される(ステップSK050)。さらに、利用者が、設定を変更すると、変更に応じて、歩行支援ロボット10は動作モードの設定を切り替えることができる。
If the user newly presses the button of the operation
●[本願の効果]
図4および図5を用いて説明した様に、歩行支援ロボット10が停止状態にあるとき、重力は、キャスタ輪31L、31Rが、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪31L、31Rが直進方向に対応する向き)を向くように働く。従って、歩行支援ロボット10は、キャスタ旋回軸部材31BL、31BRは、鉛直方向に対して前傾するように歩行支援ロボット10に支持されていることで、停止状態におけるキャスタ輪の左右の旋回方向を基準キャスタ輪方向(所定の旋回方向)へと積極的にそろえることを支援することができる。
● [Effect of this application]
As described with reference to FIGS. 4 and 5, when the walking
また、制御装置40は、キャスタ輪方向推定部41Aと、駆動トルク制御部41Bと、を有する。キャスタ輪方向推定部41Aは、キャスタ輪31L、31Rの向きに関連するキャスタ輪方向関連量θsを推定する。駆動トルク制御部41Bは、キャスタ輪方向推定部41Aが推定したキャスタ輪方向関連量θsに基づいて、基準キャスタ輪方向(直進時かつキャスタ輪31L、31Rが直進方向に対応する向き)の駆動トルクとして設定された基準駆動トルクTtL、TtRを補正して、電動モータ33L、33Rを制御する。これにより、歩行支援ロボット10は、停止状態でのキャスタ輪31L、31Rの旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることができる。従って、歩行支援ロボット10は、停止状態でのキャスタ輪31L、31Rの旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることができるとともに、停止状態におけるキャスタ輪31L、31Rの旋回方向を所定の旋回方向へと積極的にそろえることを支援することができる。
Further, the
また、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10の仰角θy(傾斜方向および傾斜量)に基づいて、キャスタ輪方向推定部41Aがキャスタ輪方向関連量θsを推定できる。これにより、歩行支援ロボット10は、キャスタ輪方向関連量θsをより容易に推定できる。
Further, the caster wheel
また、制御装置40は、駆動トルク制御部41Bにて、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10の仰角θy(傾斜方向および傾斜量)に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを補正する傾斜関連補正量Tθcを求める。これにより、歩行支援ロボット10は、停止状態でのキャスタ輪31L、31Rの旋回方向にかかわらず停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることを、より確実にできる。
Further, the
また、駆動トルク制御部41Bにて、速度情報検出装置33LE、33RE(走行速度関連情報検出装置)を用いて検出した走行速度V(走行速度関連情報)と、3軸加速度・角速度センサ15S(傾斜検出装置)を用いて検出した歩行支援ロボット10のY軸回りの仰角θy(傾斜方向および傾斜量)と、に基づいて、基準駆動トルクTtL、TtRを補正する速度関連補正量Cvを求める。これにより、歩行支援ロボット10は、停止状態でのキャスタ輪31L、31Rの旋回方向にかかわらず、停止状態からの発進時の加速をより安定した加速とすることが、より確実にできる。
Further, the traveling speed V (traveling speed-related information) detected by the drive
また、利用者が腕を振ることなく歩行する非腕振り歩行を行う場合、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行を行う場合、のいずれかの場合に対して、利用者は歩行支援ロボット10を用いることが出来る。
In addition, the user supports walking in either case of non-arm swing walking in which the user walks without swinging the arm or arm swing walking in which the user walks while swinging the arm. The
●[他の実施の形態]
本発明の歩行支援ロボットは、上述した実施形態で説明した歩行支援ロボット10の構成、形状、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
● [Other embodiments]
The walking support robot of the present invention is not limited to the configuration, shape, structure, etc. of the walking
図9を用いて上述した、処理SB100の基準駆動トルクの補正処理では、補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを、上述した、傾斜関連補正量Tθcの項および、速度関連補正量Cvの項を含む、式(式1)、(式2)を用いて算出する例を説明したが、上述の(式1)、(式2)から傾斜関連補正量Tθcの項を省いた以下の(式3)、(式4)を用いて補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを算出してもよい。また、上述の(式1)、(式2)から速度関連補正量Cvの項を省いた以下の(式5)、(式6)を用いて補正後基準駆動トルクTtcL、TtcRを算出してもよい。
左の電動モータ33Lの補正後基準駆動トルクTtcL=基準駆動トルクTtL×(速度関連補正量Cv+1) (式3)
右の電動モータ33Rの補正後基準駆動トルクTtcR=基準駆動トルクTtR×(速度関連補正量Cv+1) (式4)
左の電動モータ33Lの補正後基準駆動トルクTtcL=基準駆動トルクTtL+傾斜関連補正量Tθc (式5)
右の電動モータ33Rの補正後基準駆動トルクTtcR=基準駆動トルクTtR+傾斜関連補正量Tθc (式6)
In the correction process of the reference drive torque of the process SB100 described above with reference to FIG. 9, the corrected reference drive torques TtcL and TtcR include the term of the tilt-related correction amount Tθc and the term of the speed-related correction amount Cv described above. , An example of calculation using the equations (Equation 1) and (Equation 2) has been described, but the following (Equation 3) in which the term of the inclination-related correction amount Tθc is omitted from the above-mentioned (Equation 1) and (Equation 2). , (Equation 4) may be used to calculate the corrected reference drive torques TtcL and TtcR. Further, the corrected reference drive torques TtcL and TtcR are calculated using the following (Equation 5) and (Equation 6) in which the speed-related correction amount Cv is omitted from the above (Equation 1) and (Equation 2). May be good.
Corrected reference drive torque TtcL of the left
Corrected reference drive torque TtcR of the right
Corrected reference drive torque TtcL of the left
Corrected reference drive torque TtcR of the right
上述した実施形態の歩行支援ロボット10は、利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行を支援する腕振り歩行タイプ(動作モードが「可動モード」)と、利用者が腕を振らずに手で押す手押し歩行タイプ(動作モードが「固定モード」)とを兼ねることができる、動作モードを「可動モード」か「固定モード」かに切り替えることができる、切替タイプである。歩行支援ロボット10を、動作モードが「固定モード」のみの手押し歩行タイプにしてもよく、動作モードが「可動モード」のみの腕振り歩行タイプにしてもよい。
The walking
また、以上(≧)、以下(≦)、より大きい(>)、未満(<)等は、等号を含んでも含まなくてもよい。また、本実施の形態の説明に用いた数値は一例であり、この数値に限定されるものではない。 Further, the above (≧), the following (≦), the larger (>), the less than (<), etc. may or may not include the equal sign. Moreover, the numerical value used in the explanation of this embodiment is an example, and is not limited to this numerical value.
10 歩行支援ロボット
12L、12R スライド体
13L、13R フレーム
14 収容ボックス
15S 3軸加速度・角速度センサ(傾斜検出装置)
16 バッグ
17 連結部材
20L、20R グリップ
21L、21R シャフト
21LS、21RS 移動量検出装置(操作部位置検出装置)
21FL、21FR フランジ部
22L、22R シャフト保持部
23L、23R ロック・解放切替装置
23LS、23RS ロック・解放検出装置
24L、24R 操作部
25A、25B 付勢部材
25C 固定部材
25D ダンパ
25R ローラ
27 ロック機構
27A ロック孔
27B ロックピン
27BP 先端部
27C ロックバネ
31L、31R キャスタ輪
31BL、31BR キャスタ旋回軸部材
31CL、31CR 車輪回転中心
31WL、31WR 車輪
31JL、31JR 旋回軸線
31P 平面
32L、32R 駆動輪
33L、33R 電動モータ
33LE、33RE 速度情報検出装置
40 制御装置
41 CPU
41A キャスタ輪方向推定部
41B 駆動トルク制御部
43 記憶装置
44 タイマ
45 通信部
50 モニタ
51 音声入出力装置
70 携帯端末
71A バッテリ表示部
71B グリップ状態表示部
71C 利用者名等表示部
71D 動作モード選択部
71E 設定要求表示部
71F 強度入力部
78 入出力部
110 歩行支援装置
131L、131R キャスタ輪
131BL、131BR キャスタ旋回軸部材
131CL、131CR 車輪回転中心
131WL、131WR 車輪
131JL、131JR 旋回軸線
131P 水平面
B バッテリ
BKL ブレーキレバー
D11、D12 間隔
Ga~Gc 位置
Hga、Hgb 距離
L1、L2 距離
Ma 前側限界位置
Mb 後側限界位置
Mz シャフト基準位置
S10 軸線
Tθc 傾斜関連補正量
V 走行速度
TtL、TtR 基準駆動トルク
TtcL、TtcR 補正後基準駆動トルク
TLmax 最大値
Cv 速度関連補正量
Vh 水平線
Vv 鉛直線
θa 水平時基準仰角
θb~θd 角度
θy 仰角
θp 傾斜面の仰角(傾斜角)
θs、θsA~θsC キャスタ輪方向関連量
10
16
21FL,
41A Caster wheel
θs, θsA to θsC Caster wheel direction related amount
Claims (5)
複数の前記車輪の少なくとも1つは前記歩行支援ロボットの進行方向に応じてキャスタ旋回軸部材回りに左右に旋回するキャスタ輪であり、残りの前記車輪の少なくとも1つは駆動輪であり、
前記駆動輪を駆動する電動モータと、
前記電動モータを制御する制御装置と、
を備え、
前記キャスタ旋回軸部材は、鉛直方向に対して所定前傾角度だけ前傾するように前記歩行支援ロボットに支持されており、
前記制御装置は、
前記キャスタ輪の向きに関連するキャスタ輪方向関連量を推定する、キャスタ輪方向推定部と、
推定した前記キャスタ輪方向関連量に基づいて、直進時かつ前記キャスタ輪が直進方向に対応する向きの場合の駆動トルクとして設定された基準駆動トルクを補正して前記電動モータを制御する、駆動トルク制御部と、
を有する、
歩行支援ロボット。 A walking support robot that moves with a user who walks with multiple wheels.
At least one of the plurality of wheels is a caster wheel that swivels left and right around a caster swivel shaft member according to the traveling direction of the walking support robot, and at least one of the remaining wheels is a drive wheel.
The electric motor that drives the drive wheels and
A control device that controls the electric motor and
Equipped with
The caster turning shaft member is supported by the walking support robot so as to tilt forward by a predetermined forward tilt angle with respect to the vertical direction.
The control device is
A caster wheel direction estimation unit that estimates a caster wheel direction-related amount related to the direction of the caster wheel, and a caster wheel direction estimation unit.
Based on the estimated amount related to the caster wheel direction, the drive torque that controls the electric motor by correcting the reference drive torque set as the drive torque when traveling straight and when the caster wheels are oriented in the straight direction. Control unit and
Have,
Walking support robot.
前記歩行支援ロボットには、鉛直方向に対する歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量を検出する傾斜検出装置が設けられており、
前記制御装置は、
前記キャスタ輪方向推定部にて、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量に基づいて、前記キャスタ輪方向関連量を推定する、
歩行支援ロボット。 The walking support robot according to claim 1.
The walking support robot is provided with an inclination detection device that detects the inclination direction and the amount of inclination of the walking support robot with respect to the vertical direction.
The control device is
The caster wheel direction estimation unit estimates the caster wheel direction-related amount based on the tilt direction and the tilt amount of the walking support robot detected by the tilt detection device.
Walking support robot.
前記制御装置は、
前記駆動トルク制御部にて、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量に基づいて、前記基準駆動トルクを補正する傾斜関連補正量を求める、
歩行支援ロボット。 The walking support robot according to claim 2.
The control device is
The drive torque control unit obtains an inclination-related correction amount for correcting the reference drive torque based on the inclination direction and the inclination amount of the walking support robot detected by the inclination detection device.
Walking support robot.
前記歩行支援ロボットには、
当該歩行支援ロボットの走行速度に関連する走行速度関連情報を検出可能な走行速度関連情報検出装置が設けられており、
前記制御装置は、
前記駆動トルク制御部にて、前記走行速度関連情報検出装置を用いて検出した前記走行速度関連情報と、前記傾斜検出装置を用いて検出した前記歩行支援ロボットの傾斜方向及び傾斜量と、に基づいて、前記基準駆動トルクを補正する速度関連補正量を求める、
歩行支援ロボット。 The walking support robot according to claim 2 or 3.
The walking support robot includes
A running speed-related information detection device capable of detecting running speed-related information related to the running speed of the walking support robot is provided.
The control device is
Based on the traveling speed-related information detected by the drive torque control unit using the traveling speed-related information detection device, and the inclination direction and inclination amount of the walking support robot detected by the inclination detection device. To obtain the speed-related correction amount for correcting the reference drive torque.
Walking support robot.
前記歩行支援ロボットは、
利用者が把持するためのグリップを含むとともに利用者に操作されて前後方向にストロークする左右一対の操作部を有し、
一対の前記操作部は、
利用者が腕を振ることなく歩行する非腕振り歩行の際に、前後方向の規制範囲に前記操作部のストロークの範囲を規制する固定モードと、
利用者が腕を振りながら歩行する腕振り歩行の際に、前記規制範囲を超えた前後方向へ前記操作部をストロークさせることが可能とされた可動モードと、
を含む動作モードのいずれかに設定され、
前記歩行支援ロボットには、
それぞれの前記操作部がストロークされた位置である操作部位置を検出可能なそれぞれの操作部位置検出装置が設けられており、
前記制御装置は、
前記駆動トルク制御部にて、設定された前記動作モードと、それぞれの前記操作部位置検出装置を用いて検出したそれぞれの前記操作部位置と、に基づいて、前記基準駆動トルクを求める、
歩行支援ロボット。 The walking support robot according to any one of claims 1 to 4.
The walking support robot
It has a pair of left and right operating units that include a grip for the user to grip and that is operated by the user to stroke in the front-back direction.
The pair of the operation units
A fixed mode that regulates the stroke range of the operation unit within the regulation range in the front-back direction during non-arm swing walking in which the user walks without swinging his arm.
A movable mode in which the operation unit can be stroked in the front-rear direction beyond the regulation range when the user walks while swinging his / her arm.
Set to one of the operating modes, including
The walking support robot includes
Each operation unit position detection device capable of detecting the operation unit position, which is the position where each operation unit is stroked, is provided.
The control device is
The reference drive torque is obtained based on the operation mode set by the drive torque control unit and the operation unit position detected by each operation unit position detection device.
Walking support robot.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020117127A JP2022014660A (en) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Walking support robot |
Applications Claiming Priority (1)
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Publication Number | Publication Date |
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JP2022014660A true JP2022014660A (en) | 2022-01-20 |
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ID=80120482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2020117127A Withdrawn JP2022014660A (en) | 2020-07-07 | 2020-07-07 | Walking support robot |
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Country | Link |
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JP (1) | JP2022014660A (en) |
-
2020
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