JP3166214U - 起立着座動作の訓練補助ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】訓練者に自然な起立着座動作を行わせることが可能な起立着座動作の訓練補助ロボットを提供する。【解決手段】起立着座動作の訓練を行う訓練者Ｔをアシストする訓練補助ロボット１０において、座部１１及び立設フレーム１２が取り付けられたベース架台１３と、立設フレーム１２に固定された縦ガイドレール１４に昇降可能に装着された昇降部材１５と、昇降部材１５に固定された横ガイドレール１６に沿って前後動可能に取り付けられ、訓練者Ｔを支持するサポート部３２ａを備えた訓練者支持機構１７と、昇降部材１５を昇降させる昇降手段２３及び訓練者支持機構１７を前後動させる進退手段３６に作動信号を送信する制御部とを有し、昇降手段２３及び進退手段３６は、サポート部３２ａを、制御部に記憶された経路に沿って、起立着座動作を行う訓練者Ｔの動きに合わせ上下及び前後に移動させる。【選択図】図１

Description

本考案は、下肢機能に衰え又は障害がある者の起立動作及び着座動作を回復するための訓練補助ロボットに関する。

従来、下肢機能障害等により起立着座の動作が困難である人に対して起立着座に必要な筋力を付けるための訓練が行われている。この訓練では、訓練者が転倒しないように、あるいは訓練者が自然な起立着座動作を再現できるように、訓練者の動作の補助が求められる。
この補助をセラピストが行う場合、セラピストに生じる物理的な負担が大きいという問題に加え、セラピストは、訓練中に時間を拘束されることになり、その間他の業務を行うことができないという問題がある。

そこで、この問題を解消するために、訓練者の起立着座訓練を補助する器具や装置が開発されており、その具体例が特許文献１に記載されている。
特許文献１のトレーニング装置は、訓練者が腰をかける座部を備え、その座部が訓練者から受ける荷重を計測し、その荷重の大きさに合わせて座部に押し上げ方向の補助力を発生させて訓練者に負荷を与えることができる。

特開２０１０―１１９４９９号公報

しかしながら、起立着座を行う通常の動作では訓練者の臀部が上下方向と前後方向の移動をするのに対し、特許文献１では座部が垂直方向の移動をするのみで前後には移動しないため、訓練者に対して自然な起立着座動作を再現させることができない。
従って、自然な起立着座動作を行うための動的バランス感覚の確立及び必要な箇所の筋肉の鍛錬を効率的になすことができる訓練を訓練者が行えないという問題があった。
本考案はかかる事情に鑑みてなされたもので、訓練者に自然な起立着座動作を行わせることが可能な起立着座動作の訓練補助ロボットを提供することを目的とする。

前記目的に沿う本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットは、起立着座動作の訓練を行う訓練者をアシストする起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、座部及び該座部の後側に配置された立設フレームが取り付けられたベース架台と、前記立設フレームに固定された縦ガイドレールに昇降可能に装着された昇降部材と、前記昇降部材に固定された横ガイドレールに沿って前後動可能に取り付けられ、前部には前記訓練者を支持するサポート部を備えた訓練者支持機構と、前記昇降部材を昇降させる昇降手段及び前記訓練者支持機構を前後動させる進退手段に作動信号を送信する制御部とを有し、前記昇降手段及び前記進退手段は、前記制御部からの作動信号によって、前記サポート部を、該制御部に記憶された予め定められた経路に沿って、起立着座動作を行う前記訓練者の動きに合わせ上下及び前後に移動させる。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記サポート部にかかる前記訓練者の荷重を計測する荷重センサを備え、前記制御部は、前記荷重センサからの出力を受けて、前記サポート部の移動速度を制御し、前記荷重センサの出力を予め設定された許容荷重範囲に維持するのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記制御部は、前記経路上の各領域での前記サポート部の基準移動速度を記憶し、該基準移動速度に対して該サポート部の移動速度を変える制御を行うのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記許容荷重範囲は複数あるのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記訓練者支持機構は、起立着座の訓練時に前記訓練者の左右の脇に挟まれるパッドを先側にそれぞれ備える対となる水平ロッドと、該水平ロッドの基側が固定され、前記横ガイドレールに進退可能に装着されたスライドブロックとを有するのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記昇降手段は、軸受けを介して前記立設フレームに取り付けられ、前記昇降部材に形成された雌ねじ孔に螺合する上下方向に沿って配置された雄ねじＡと、該雄ねじＡを回転させるサーボモータαを有し、前記進退手段は、前記昇降部材に軸受けを介して取り付けられ、前記スライドブロックに形成された雌ねじ孔に螺合する前後方向に沿って配置された雄ねじＢと、該雄ねじＢを回転させるサーボモータβを有し、前記サーボモータα、βは前記制御部に信号接続されているのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記座部の前側には、パッド保持材を介して前記ベース架台又は前記立設フレームに取り付けられた膝当てパッドが配置されているのが好ましい。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットは、昇降手段及び進退手段は、制御部からの作動信号によって、サポート部を、制御部に記憶された予め定められた経路に沿って、起立着座動作を行う訓練者の動きに合わせ上下及び前後に移動させるので、起立着座動作を行う訓練者は、体を補助された状態で自然な起立着座動作を訓練することができる。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、制御部が、荷重センサからの出力を受けて、サポート部の移動速度を制御し、荷重センサの出力を予め設定された許容荷重範囲に維持する場合、サポート部が訓練者を支える力を所定の範囲で保つことができ、訓練者は起立着座動作に必要な筋力を効率的に鍛えることが可能である。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、制御部が、基準移動速度に対してサポート部の移動速度を変える制御を行う場合、サポート部の移動速度の制御を安定的に行うことが可能である。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、許容荷重範囲が複数ある場合、各訓練者に対して、起立着座動作のできるレベルに応じた負荷の訓練を提供することができる。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、訓練者支持機構が、訓練者の左右の脇に挟まれるパッドを先側にそれぞれ備える対となる水平ロッドを有する場合、訓練者は両脇を支えられバランスが取られた安定した姿勢で訓練を行うことができる。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、昇降手段が、雄ねじＡを回転させるサーボモータαを有し、進退手段が、雄ねじＢを回転させるサーボモータβを有する場合、サーボモータα、βの回転数を変えることによって、サポート部を所定の経路に沿って確実に移動することができる。

本考案に係る起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、座部の前側に、膝当てパッドが配置されている場合、訓練者は、起立着座動作を行う際に膝当てパッドによって膝を支えられ転倒が抑制された状態で訓練を行うことができる。

本考案の一実施の形態に係る起立着座動作の訓練補助ロボットの側面図である。 同起立着座動作の訓練補助ロボットの訓練者支持機構の説明図である。 同起立着座動作の訓練補助ロボットの制御部の信号接続を示すブロック図である。

続いて、添付した図面を参照しつつ、本考案を具体化した実施の形態につき説明し、本考案の理解に供する。
図１〜図３に示すように、本考案の一実施の形態に係る起立着座動作の訓練補助ロボット（以下、単に「訓練補助ロボット」という）１０は、起立着座動作の訓練を行う訓練者Ｔをアシストするロボットであって、座部１１及び立設フレーム１２が取り付けられたベース架台１３と、立設フレーム１２に固定された縦ガイドレール１４、１４ａに昇降可能に装着された昇降部材１５と、昇降部材１５に固定された横ガイドレール１６、１６ａに沿って前後動可能に取り付けられ、前部には訓練者Ｔを支持するサポート部３２ａを備えた訓練者支持機構１７とを有している。以下、これらについて詳細に説明する。

ベース架台１３は主として鉄、アルミ等の金属によって形成されている。ベース架台１３には、図１に示すように、前側に訓練補助ロボット１０を使用して起立着座動作を訓練する訓練者Ｔが腰を掛けることができる座部１１が取り付けられ、座部１１の後側には立設フレーム１２が配置されている。
ベース架台１３は座部１１の前側が開口しており、訓練者Ｔは自らの足を訓練補助ロボット１０の設置面に着けた状態で起立着座動作を行うことができる。

座部１１の高さは可変であり、座部１１に座る訓練者Ｔは自らの体格に合わせて座部１１の高さを調整することができる。
立設フレーム１２は、平行して前後に配置された対となる棒材と平行して左右に配置された対となる棒材とからなる平面視して矩形の枠体１２ａを天井部に備え、その枠体１２ａの４つの角部には垂直配置された柱材１２ｂがそれぞれ連結されている。柱材１２ｂは、２本がベース架台１３の前後方向の中間部に左右に間隔を有して配置され、他の２本がベース架台１３の後部に左右に間隔を有して配置され、全ての柱材１２ｂは、下部がベース架台１３にねじ取り付けされている。そして、立設フレーム１２は、ベース架台１３と同様に主として金属を素材に形成され、起立着座動作をする訓練者Ｔを補助するための部品や部材等（例えば訓練者支持機構１７）を支持するために必要な強度を保っている。

ベース架台１３の前後方向の中間部にある２本の柱材１２ｂには、図１、図２に示すように、上下方向に沿って配置され、後側の面に基礎板材１８が固着された金属プレート１９が周知のねじ部材によって固定されている。そして、金属プレート１９には基礎板材１８を介して縦ガイドレール１４、１４ａが取り付けられている（即ち、縦ガイドレール１４は金属プレート１９及び基礎板材１８を介して立設フレーム１２に固定されている）。
縦ガイドレール１４、１４ａは平行に配置され、それぞれ上下方向に沿っており、縦ガイドレール１４、１４ａに昇降可能に取り付けられた昇降部材１５の上昇運動及び下降運動を案内することができる。

昇降部材１５は、訓練者支持機構１７を介して訓練者Ｔの荷重がかかる矩形の水平プレート２１と水平プレート２１を下から支持して水平プレート２１の水平姿勢を保つ対となる補強プレート２２、２２ａを備えている。
補強プレート２２、２２ａは平行配置され、側面視して三角形状であり、それぞれ前部が縦ガイドレール１４、１４ａに摺動可能に嵌合されている。

立設フレーム１２には、昇降部材１５を昇降させる昇降手段２３が取り付けられている。昇降手段２３は、軸受け２４、２４ａを介して立設フレーム１２に取り付けられた、上下方向に沿って配置された雄ねじ２５（雄ねじＡ）と、雄ねじ２５を回転させるサーボモータ２６（サーボモータα）を有している。
水平プレート２１の前側には、雌ねじ構造を備えた貫通孔である雌ねじ孔２７が形成されており、雄ねじ２５はこの雌ねじ孔２７に螺合している。
雄ねじ２５は、対となる補強プレート２２、２２ａの間に配置され、サーボモータ２６から駆動力を与えられて回転する。雄ねじ２５にはプーリ２８が装着されており、サーボモータ２６は、サーボモータ２６及びプーリ２８に掛け渡されたタイミングベルト２９とプーリ２８を介して駆動力を雄ねじ２５に伝える。
なお、サーボモータ２６は支持材３０を介して基礎板材１８に固定されている。また、軸受け２４、２４ａは基礎板材１８に固定されたハウジング３１、３１ａにそれぞれ収容され、雄ねじ２５は軸受け２４、２４ａ、ハウジング３１、３１ａ、基礎板材１８及び金属プレート１９を介して立設フレーム１２に取り付けられている。

水平プレート２１には、左右に前後方向に沿って配置された横ガイドレール１６、１６ａが周知のねじ部材によってそれぞれ固定され、この対となる横ガイドレール１６、１６ａに、訓練者Ｔを保持する訓練者支持機構１７が前後動可能に取り付けられている。
訓練者支持機構１７は、横ガイドレール１６、１６ａに進退可能に装着されたスライドブロック３２と、スライドブロック３２の左右に基側がそれぞれ固定され、先側に起立着座動作を行う訓練者Ｔを保持して訓練者Ｔの姿勢を保つサポート部３２ａを備えた対となる水平ロッド３３、３３ａを有している。

水平ロッド３３、３３ａは、間隔を有して平行配置され、金属プレート１９に上下方向に沿って形成された貫通孔を挿通している。
水平ロッド３３、３３ａは、それぞれ先側に起立着座の動作時に訓練者Ｔの脇に挟まれるパッド３４を備え、このパッド３４を備えた水平ロッド３３、３３ａの先側の部位によってサポート部３２ａが形成されている。サポート部３２ａは、座部１１の上位置にあって起立着座動作を行う訓練者Ｔの動きに合わせ上下前後に移動する。
水平ロッド３３、３３ａの各パッド３４は、それぞれ訓練者Ｔの左右の脇に挟まれ、訓練者Ｔが水平ロッド３３、３３ａに体重をかけた状態でも脇を傷めないようクッション性を備えている。

立設フレーム１２には、訓練者支持機構１７を前後動させる進退手段３６が取り付けられている。
進退手段３６は、水平プレート２１に軸受け３５、３５ａを介して取り付けられ、スライドブロック３２に形成された雌ねじ孔３７に螺合する前後方向に沿って配置された雄ねじ３８（雄ねじＢ）と、雄ねじ３８を回転させるサーボモータ３９（サーボモータβ）を有している。なお、雌ねじ孔３７は雌ねじ構造を備えた貫通孔である。

軸受け３５、３５ａは、ハウジング４０、４０ａに収容され、水平プレート２１の前側及び後側にそれぞれ固定されている。
雄ねじ３８には、サーボモータ３９からの駆動力を雄ねじ３８に伝えるタイミングベルト４１が掛け渡されたプーリ４２が装着されている。

昇降手段２３のサーボモータ２６及び進退手段３６のサーボモータ３９は、図３に示すように、サーボモータ２６、３９に作動信号を送信する制御部４３が信号接続されている。
昇降手段２３及び進退手段３６は、制御部４３からの作動信号によって、同時に作動して、あるいは一方のみが作動して、サポート部３２ａを、制御部４３に記憶された予め定められた経路（軌跡）に沿って上下及び前後に移動させる。

制御部４３には、人が左右の脇にサポート部３２ａを挟んで起立着座動作をスムーズに行った際に、その人の動きに合わせて移動するサポート部３２ａの経路が複数パターン記憶されている。
制御部４３に記憶されているサポート部３２ａの各経路は、起立着座動作をスムーズに行うことができる身長、年齢、性別の異なる複数の者に起立着座動作を行わせてトレースしたものである。
また、制御部４３は、サポート部３２ａが移動する経路を記憶する際に、経路上の各領域についてサポート部３２ａの移動速度を検出して、これを経路上の各領域での基準移動速度として記憶する。なお、制御部４３は、例えばマイクロコンピュータからなり、サポート部３２ａの移動をトレースするためのプログラムや、所定の経路に沿ってサポート部３２ａを基準移動速度で移動させるためのプログラム等を搭載している。

このサポート部３２ａの経路及び基準移動速度は、起立着座動作を行う人の身長、年齢、性別によって異なるので、訓練者Ｔは、自分の身長や年齢に合わせて最適な経路及び基準移動速度を選択して、起立着座動作の訓練を行うことができる。
従って、サポート部３２ａは、選択された経路に沿って上下前後に移動することができ、起立着座動作をする訓練者Ｔが想定される経路を大きく逸脱した動きをしない限り、訓練者Ｔの脇に挟まれた状態を維持し、訓練者Ｔの動きに合わせて移動することが可能である。
また、制御部４３には、図３に示すように、訓練者Ｔが起立着座動作の訓練を開始するための操作や、サポート部３２ａの経路を選択するための操作等を行うためのコントローラ４４が信号接続されている。
ここで、制御部４３はサポート部３２ａの経路のみを記憶し、基準移動速度を記憶しないようにすることもでき、この場合、サポート部３２ａは記憶している経路に沿って一定速度で移動することになる。

制御部４３には、サポート部３２ａにかかる訓練者Ｔの荷重を計測する荷重センサ４５が信号接続されている。荷重センサ４５は、本実施の形態ではロードセルであり、図１に示すように水平ロッド３３のパッド３４及び水平ロッド３３ａのパッド３４の内部にそれぞれ搭載されている。
訓練者Ｔがコントローラ４４を操作して、サポート部３２ａを移動させるための経路を選択し、サポート部３２ａの移動を開始すると、制御部４３は、サーボモータ２６、３９に対し作動信号を出力してサポート部３２ａをその選択された経路に沿って移動させ、訓練者Ｔが姿勢を保った状態で起立着座動作を行えるようにする。

また、制御部４３は、起立着座動作を行う訓練者Ｔがサポート部３２ａにかけることを許容される複数の予め設定された許容荷重範囲を記憶している。各許容荷重範囲は相互に異なり、訓練者Ｔはコントローラ４４の操作によって、この複数の許容荷重範囲から一の許容荷重範囲を選択することができる。
制御部４３は、サーボモータ２６、３９に作動信号を送信しサポート部３２ａを移動させながら、荷重センサ４５からの出力を受けて、荷重センサ４５にかかる訓練者Ｔの荷重を検知する。

制御部４３は、荷重センサ４５からの出力を受けて、サーボモータ２６、３９の各回転数を算出し、サポート部３２ａの移動速度を制御して、荷重センサ４５の出力を許容荷重範囲に維持することができる。具体的には、制御部４３は、記憶している経路上の各領域で基準移動速度に対してサポート部３２ａの移動速度を変える制御を行い、荷重センサ４５の出力を許容荷重範囲に維持する。
具体的には、起立時に荷重センサ４５を介して検知される荷重が、選択された許容荷重範囲の上限値を超える場合にはサポート部３２ａの移動速度を遅くして訓練者Ｔを支える力を減少させ、検知される荷重が、その許容荷重範囲の下限値を下回る場合にはサポート部３２ａの移動速度を速くして訓練者Ｔを支える力を増加させる。
一方、着座時に荷重センサ４５を介して検知される荷重が、選択された許容荷重範囲の上限値を超える場合にはサポート部３２ａの移動速度を速くして訓練者Ｔを支える力を減少させ、検知される荷重がその許容荷重範囲の下限値を下回る場合にはサポート部３２ａの移動速度を遅くして訓練者Ｔを支える力を増加させる。

このように昇降手段２３及び進退手段３６は、サポート部３２ａの経路上の各領域における移動速度を基準移動速度に対して速くしたり、あるいは遅くしたりして、制御部４３が荷重センサ４５を介して検知する荷重を選択された許容荷重範囲内に収める。
訓練者Ｔは、起立着座動作を行う際にサポート部３２ａから自身に与えられる補助力を、コントローラ４４の操作によって選択し、自身の筋力にかかる負荷を調整することが可能である。

また、座部１１の前側には、図１に示すように、パッド保持材４７を介してベース架台１３に取り付けられた膝当てパッド４８が配置されている。この膝当てパッド４８は、起立着座訓練を行う訓練者Ｔの膝に当接し、訓練者Ｔがバランスを崩して転倒するのを防止している。
そして、ベース架台１３の前後にはそれぞれ、左右に間隔を有して配置されたストッパー付きキャスタ４９が取り付けられているので、訓練者Ｔは訓練補助ロボット１０を容易に移動することができる。

以上、本考案の実施の形態を説明したが、本考案は、上記した形態に限定されるものでなく、要旨を逸脱しない条件の変更等は全て本考案の適用範囲である。
例えば、サポート部にかかる荷重を計測する荷重センサは、訓練者の左右の脇下に挟まれる対となるパッドのいずれかにのみ搭載することができる。
また、膝当てパッドはパッド保持材を介して立設フレームに取り付けてもよい。

１０：訓練補助ロボット、１１：座部、１２：立設フレーム、１２ａ：枠体、１２ｂ：柱材、１３：ベース架台、１４、１４ａ：縦ガイドレール、１５：昇降部材、１６、１６ａ：横ガイドレール、１７：訓練者支持機構、１８：基礎板材、１９：金属プレート、２１：水平プレート、２２、２２ａ：補強プレート、２３：昇降手段、２４、２４ａ：軸受け、２５：雄ねじ（雄ねじＡ）、２６：サーボモータ（サーボモータα）、２７：雌ねじ孔、２８：プーリ、２９：タイミングベルト、３０：支持材、３１、３１ａ：ハウジング、３２：スライドブロック、３２ａ：サポート部、３３、３３ａ：水平ロッド、３４：パッド、３５、３５ａ：軸受け、３６：進退手段、３７：雌ねじ孔、３８：雄ねじ（雄ねじＢ）、３９：サーボモータ（サーボモータβ）、４０、４０ａ：ハウジング、４１：タイミングベルト、４２：プーリ、４３：制御部、４４：コントローラ、４５：荷重センサ、４７：パッド保持材、４８：膝当てパッド、４９：ストッパー付きキャスタ

Claims (7)

1. 起立着座動作の訓練を行う訓練者をアシストする起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、
   座部及び該座部の後側に配置された立設フレームが取り付けられたベース架台と、
   前記立設フレームに固定された縦ガイドレールに昇降可能に装着された昇降部材と、
   前記昇降部材に固定された横ガイドレールに沿って前後動可能に取り付けられ、前部には前記訓練者を支持するサポート部を備えた訓練者支持機構と、
   前記昇降部材を昇降させる昇降手段及び前記訓練者支持機構を前後動させる進退手段に作動信号を送信する制御部とを有し、
   前記昇降手段及び前記進退手段は、前記制御部からの作動信号によって、前記サポート部を、該制御部に記憶された予め定められた経路に沿って、起立着座動作を行う前記訓練者の動きに合わせ上下及び前後に移動させることを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。
2. 請求項１記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記サポート部にかかる前記訓練者の荷重を計測する荷重センサを備え、前記制御部は、前記荷重センサからの出力を受けて、前記サポート部の移動速度を制御し、前記荷重センサの出力を予め設定された許容荷重範囲に維持することを特徴とする訓練補助ロボット。
3. 請求項２記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記制御部は、前記経路上の各領域での前記サポート部の基準移動速度を記憶し、該基準移動速度に対して該サポート部の移動速度を変える制御を行うことを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。
4. 請求項２又は３記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記許容荷重範囲は複数あることを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記訓練者支持機構は、起立着座の訓練時に前記訓練者の左右の脇に挟まれるパッドを先側にそれぞれ備える対となる水平ロッドと、該水平ロッドの基側が固定され、前記横ガイドレールに進退可能に装着されたスライドブロックとを有することを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。
6. 請求項５記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記昇降手段は、軸受けを介して前記立設フレームに取り付けられ、前記昇降部材に形成された雌ねじ孔に螺合する上下方向に沿って配置された雄ねじＡと、該雄ねじＡを回転させるサーボモータαを有し、前記進退手段は、前記昇降部材に軸受けを介して取り付けられ、前記スライドブロックに形成された雌ねじ孔に螺合する前後方向に沿って配置された雄ねじＢと、該雄ねじＢを回転させるサーボモータβを有し、前記サーボモータα、βは前記制御部に信号接続されていることを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載の起立着座動作の訓練補助ロボットにおいて、前記座部の前側には、パッド保持材を介して前記ベース架台又は前記立設フレームに取り付けられた膝当てパッドが配置されていることを特徴とする起立着座動作の訓練補助ロボット。

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