JP2846810B2

JP2846810B2 - 操作力測定装置

Info

Publication number: JP2846810B2
Application number: JP6025046A
Authority: JP
Inventors: 常仁岩城; 和夫松本
Original assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Current assignee: Sanyo Denki Co Ltd
Priority date: 1994-02-23
Filing date: 1994-02-23
Publication date: 1999-01-13
Anticipated expiration: 2014-01-13
Also published as: JPH07234167A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、操作力を及ぼすことに
よって動作させる種々の機械において、操作力の大きさ
を測定する装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、操作力の検出器としては、歪ゲー
ジやロードセルが一般的であり、斯種力検出器から得ら
れる信号は、増幅された後、操作力の大きさとして出力
される。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
操作力検出器から得られる信号は微弱であり、操作力の
大きさを表示し、或いは後段の信号処理に供するには、
複数段の増幅器による増幅処理が必要である。従って、
これらの増幅器を通過する度にノイズが重畳され、表示
や信号処理に支障が生じる問題があった。又、操作力が
任意方向から作用する場合、これを検出するには、歪ゲ
ージは複数箇所に貼り付ける必要があり、ロードセルで
は、構造が複雑となる問題がある。

【０００４】本発明の目的は、操作力の作用に応じて大
きな検出信号が得られ、然も操作力の作用方向には無関
係にその大きさを測定出来る簡易な構成の操作力測定装
置を提供することである。

【０００５】

【課題を解決する為の手段】本発明に係る操作力測定装
置は、操作力が直接或いは間接的に伝わる可撓性筒体
(１)と、該筒体(１)内の操作力の作用によって撓みが生
ずることとなる位置に配置された光学フィルター(２)と
を具え、該光学フィルター(２)は、筒体(１)の半径方向
に光透過率が連続的或いは段階的に変化する光透過特性
を有している。又、筒体(１)内には、光学フィルター
(２)の両側に、光学フィルター(２)へ向けてレーザ光を
出射する発光器(３)と、光学フィルター(２)を通過した
レーザ光が入射する受光器(31)とを配置し、受光器(31)
によって検出される光の強度に基づいて操作力の大きさ
を測定する。

【０００６】

【作用】筒体(１)に荷重が作用していない状態では、発
光器(３)から出射されたレーザ光は、光学フィルター
(２)の中心部を通過して受光器(31)へ入射する。筒体
(１)を直接に把持し、或いは筒体(１)に連結された他の
部材を把持することによって、筒体(１)に直接或いは間
接的に操作力が加わると、筒体(１)は、操作力に応じた
撓み量で弾性変形する。この結果、光学フィルター(２)
の中心は、発光器(３)と受光器(31)を結ぶ光軸からずれ
て、発光器(３)から出射されたレーザ光は、光学フィル
ター(２)の中心から偏心した半径位置を通過して、受光
器(31)へ入射する。ここで、光学フィルター(２)は、半
径方向に光透過率が変化しているから、受光器(31)によ
って検出される光の強度は、光学フィルター(２)の偏心
量、即ち筒体(１)の撓み量に応じて変化する。そこで、
受光器(31)によって検出される光の強度によって筒体
(１)の撓み量を検知し、該撓み量から操作力を求めるの
である。

【０００７】

【発明の効果】本発明に係る操作力測定装置において
は、筒体(１)表面の微小な歪みにはよらず、筒体(１)自
体の撓み量に応じて、操作力の検出信号が得られるか
ら、その信号レベルは比較的高く、大きな増幅処理は不
要である。従って、増幅に伴うノイズは抑制され、操作
力の表示や信号処理に支障は生じない。又、筒体(１)内
に光学フィルター(２)を１個配置しただけの簡易な構成
で、操作力の作用方向には無関係に操作力の大きさを測
定することが出来る。

【０００８】

【実施例】図１に示す如く、本発明の操作力測定装置
は、両端部が支柱(11)(11)に固定された断面円形の筒体
(１)内に、長手方向の中央部には、円板状の光学フィル
ター(２)を配置すると共に、両端部には夫々発光器(３)
と受光器(31)を配置している。筒体(１)は例えばジュラ
ルミン製であって、外径が２０ｍｍ、肉厚が０.３ｍ
ｍ、長さが５００ｍｍである。

【０００９】光学フィルター(２)は、例えば外径１８ｍ
ｍの円形透明基板(21)の表面に、複数種類の金属を蒸着
してなる薄膜層(22)を具えている。透明基板(21)は、Ａ
級ＢＫ７(ホウケイ酸クラウンガラス)製、又は合成フュ
ーズドシリカ(アモルファス二酸化シリコン)製である。
薄膜層(22)は、図２に示す様に、中心の円形領域Ｂを包
囲して、半径距離Ａ(例えば３００μm)毎に厚さが段階
的に増大するリング状に形成され、外径６.６ｍｍの範
囲内で、半径位置によって光透過率が段階的に変化する
ものである。

【００１０】図３は、中心の円形領域Ｂを含めて、１０
０％から０％まで１１段階にビーム透過率を変化させた
例であり、薄膜層(22)の最も外側の環状領域では、光は
完全に遮断される。この場合、筒体(１)の中央部の撓み
が３００μm増大する毎に、ビーム透過率が１０％ずつ
低下することになる。尚、光学フィルター(２)の光学的
濃度Ｄと透過率Ｔの関係は下記数１で規定される。

【００１１】

【数１】Ｄ＝ｌｏｇ₁₀（１／Ｔ）従って、所定の透過率Ｔから光学的濃度Ｄを算出して、
薄膜層(22)の各層部の厚さを決定することが出来る。

【００１２】図４(ａ)(ｂ)は、受光器(31)からの信号を
検出器(４)へ接続して、筒体(１)に作用する荷重Ｆを測
定している様子を表わしている。図４(ａ)の如く無負荷
時には、発光器(３)からのレーザ光が光学フィルター
(２)の中心部を透過して、受光器(31)へ入射する。光学
フィルター(２)の中心部は透過率が１００％であるか
ら、検出器(４)にて検出される信号の大きさは、最大と
なる。

【００１３】図４(ｂ)の如く光学フィルター(２)の中央
部に荷重Ｆが作用すると、筒体(１)が図示の如く撓ん
で、光学フィルター(２)の位置がずれることになる。例
えば、光学フィルター(２)の材質、寸法が前記の例で
は、引張り強さが３４３ＭＰａであって、縦弾性係数は
７０ＧＰａである。この場合、９８Ｎ(１０Ｋｇｆ)の荷
重Ｆが両端固定の筒体(１)の中央部に作用すると、荷重
作用部における撓みは、２.０２ｍｍとなる。従って、
図３の例では、ビーム透過率が１００％から４０％に低
下する。これに応じて検出器(４)での検出信号のレベル
も低下するから、該レベルから筒体(１)の撓み量、従っ
て荷重Ｆの大きさを測定することが出来る。

【００１４】図５及び図６は、患者(61)をベッド(６)上
に移載するための移載機構(５)に、上記操作力測定装置
を取り付けた本発明の応用例を示している。移載機構
(５)は、移動台車(56)上に昇降機構(55)を介して機台(5
4)が配備され、該機台(54)上の３枚のフレーム(53)上に
は夫々、移載プレート(52)がベッド(6)の上面に沿って
往復移動可能に取り付けられている。

【００１５】各移載プレート(52)はパワーアシスト装置
(図示省略)に連繋しており、各移載プレート(52)に突設
されたハンドル(51)を把持して、移載プレート(52)を移
動させるべく力をかけると、該操作力がパワーアシスト
装置(図示省略)によって増幅されて、移載プレート(52)
が操作方向へ動力駆動されるのである。

【００１６】各ハンドル(51)は円筒状であって、内部に
前述の光学フィルター(２)を具えると共に、両端部に発
光器及び受光器(共に図示省略)を配置して、本発明の操
作力測定装置を構成している。

【００１７】図６の如く介護者(62)がベッド(６)上の患
者(61)を移載プレート(52)上に移載するときは、先ず、
背部の移載プレート(52ａ)上のハンドル(51)を操作し
て、患者(61)の頭部及び背部の下に移載プレート(52ａ)
を潜り込ませる。次に足部の移載プレート(52ｃ)上のハ
ンドル(51)を操作して、患者(61)の足部の下に移載プレ
ート(52ｃ)を潜り込ませる。座部の移載プレート(52ｂ)
上のハンドル(51)を操作して、患者(61)の腰及び尻部の
下に移載プレート(23ｂ)を潜り込ませる。

【００１８】この過程で、各ハンドル(51)の操作力測定
装置の検出信号が夫々パワーアシスト装置に送られて、
各移載プレートの動力駆動が行なわれる。これによっ
て、患者(61)の体は３枚の移載プレート(52ａ)(52ｂ)(5
2ｃ)上に完全に移載されることになる。

【００１９】そして、最後に図６の如く座部の移載プレ
ート(52ｂ)上のハンドル(51)のみを手前に操作すれば、
該ハンドル(51)の操作力測定装置の検出信号がパワーア
シスト装置に送られて、３枚の移載プレート(52ａ)(52
ｂ)(52ｃ)が同時に後退移動するのである。

【００２０】又、図７乃至図１２は、前述の移載機構
(５)とは異なる構成の移載機構(７)を示している。図７
及び図８に示す様に、フレーム(71)の先端部には、コロ
支持枠(70)が固定され、該コロ支持枠(70)に、人体側コ
ロ(73)とベッド側コロ(74)が夫々回転自由に架設されて
いる。先頭の人体側コロ(73ａ)は、ベッド上の患者の背
中へ容易に潜り込む様、コロ支持枠(70)から前方へ突出
している。

【００２１】図９に示す如く、人体側コロ(73)とベッド
側コロ(74)とは互いに周面で当接しており、例えばベッ
ド側コロ(74)が反時計方向へ回転と、この回転が人体側
コロ(73)に伝わって、人体側コロ(73)は時計方向に回転
することになる。フレーム(71)には、人体側コロ(73)の
配列に連続して、患者を搭載すべき搬送シート(72)が取
り付けられている。該搬送シート(72)は、図１２の如く
ローラ(77)から繰り出され、或いは該ローラ(77)に巻き
取られる。

【００２２】図１２に示す如く、フレーム(71)の基端部
は、機台(78)上に前後移動可能に取り付けられると共
に、パワーアシスト装置(図示省略)に連繋している。
又、フレーム(71)上にハンドル(８)が突設され、該ハン
ドル(８)に本発明の操作力測定装置が内蔵され、該装置
の検出信号がパワーアシスト装置へ送られる。

【００２３】ベッド(６)上の患者(61)を搬送シート(72)
上に移載するときは、図１２(ａ)の如くベッド側コロ(7
4)をベッド(６)上に設置して、ハンドル(８)を前進方向
へ操作する。これによって、図１２(ｂ)の如くフレーム
(71)が前進し、ベッド(６)との摩擦によってベッド側コ
ロ(74)が反時計方向に回転する。この回転が人体側コロ
(73)に伝わって、人体側コロ(73)は時計方向に回転す
る。そして、先頭の人体側コロ(73ａ)が患者(61)に当る
と、該人体側コロ(73ａ)は、その時計方向の回転によっ
て、患者の背中へ容易に潜り込むことになる。

【００２４】更にハンドル(８)を操作して、フレーム(7
1)を前進させると、図１２(ｃ)の如く全ての人体側コロ
(73)が時計方向に回転して、患者(61)の背中に潜り込む
ことになる。最後に、図１２(ｄ)の如くコロ支持枠(70)
が患者(61)を通過するまで、フレーム(71)を前進させ
る。この過程においても、ベッド側コロ(74)の反時計方
向の回転に伴って人体側コロ(73)が時計方向に回転し
て、患者(61)を搬送シート(72)上へ移行させる機能を発
揮する。従って、患者(61)は、無理なくベッド(６)上か
ら搬送シート(72)上へ移載されるのである。

【００２５】図９の実施例では、人体側コロ(73)とベッ
ド側コロ(74)が常時接触して、同時回転するが、図１０
(ａ)(ｂ)の如くベッド側コロ(74)は連結片(76)に夫々軸
支すると共に、該連結片(76)をバネ支持機構(75)によっ
て懸架した構成も採用可能である。該構成においては、
患者の荷重が作用しない自由状態では、図１０(ａ)の如
くベッド側コロ(74)が人体側コロ(73)から離間して、ベ
ッド上を前進する過程ではベッド側コロ(74)のみが回転
するが、移載動作時に患者の荷重が作用すると、該荷重
によってベッド側コロ(74)が人体側コロ(73)と接触し、
両側のコロが一体回転する。各ベッド側コロ(74)は、図
１１の如く直接にバネ支持機構(75)によって支持し、独
立の懸架構造としても可い。

【００２６】上記実施例の説明は、本発明を説明するた
めのものであって、特許請求の範囲に記載の発明を限定
し、或は範囲を減縮する様に解すべきではない。又、本
発明の各部構成は上記実施例に限らず、特許請求の範囲
に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能であることは
勿論である。

【００２７】例えば図２に示す実施例では、光学フィル
ター(２)の薄膜層(22)は、厚さが半径方向に段階的に異
なる構成であるが、直線的に厚さが変化する構成も可能
であり、これによって更に撓み量検出の精度を上げるこ
とが出来る。又、光学フィルター(２)は、操作者が直接
に把持するハンドル内には配置せず、該ハンドルに連結
されて操作力が間接的に伝わる他の円筒部材の内部に配
置することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】操作力測定装置の構成を示す一部破断斜視図で
ある。

【図２】光学フィルターの薄膜層の平面図である。

【図３】光学フィルターの光透過特性を示すグラフであ
る。

【図４】操作力測定装置の動作を説明する図である。

【図５】操作力測定装置を具えた移載機構の斜視図であ
る。

【図６】該移載機構の動作を説明する斜視図である。

【図７】他の構成の移載機構の要部を斜め上方から見た
斜視図である。

【図８】同上の斜め下方から見た斜視図である。

【図９】該移載機構の要部を示す側面図である。

【図１０】各ベッド側コロに共通のバネ支持機構を装備
した移載機構を示す側面図である。

【図１１】各ベッド側コロを独立にバネ支持した例の側
面図である。

【図１２】図９に示す移載機構の動作を示す一連の側面
図である。

【符号の説明】

(１) 筒体 (２) 光学フィルター (21) 透明基板 (22) 薄膜層 (３) 発光器 (31) 受光器 (４) 検出器

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) G01L 5/22 G01D 5/26 G01L 1/24

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】操作力が直接或いは間接的に伝わる可撓
性筒体(１)内に、筒体(１)の半径方向に光透過率が連続
的或いは段階的に変化する光学フィルター(２)を配置す
ると共に、光学フィルター(２)の両側には、光学フィル
ター(２)へ向けてレーザ光を出射する発光器(３)と、光
学フィルター(２)を通過したレーザ光が入射する受光器
(31)とを配置し、受光器(31)によって検出される光の強
度に基づいて操作力の大きさを測定する操作力測定装
置。