JP5426805B1 - Support device, motion support device, and strength training support device - Google Patents

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Abstract

支援装置は、第1及び第2の端部を有する軸と、第1及び第2の端部の間を移動可能に設けられた中間子と、第1及び第2の端部と中間子との間にそれぞれ設けられた第1及び第2の弾性部材と、中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、上肢又は下肢の動きと連動して中間子に力を伝達する把持部と、を備えた力計測センサ構造と、中間子に印加する負荷を変化させる駆動部と、駆動部を制御する制御部と、装着部であって、肩部に掛架されると共に、駆動部を固定するメインフレームと、メインフレームを胴体へ取り付ける腰ベルトと、メインフレームへ取り付けられ、力計測センサ構造と駆動部とを接続するワイヤを懸架するアームと、を備えた装着部と、を備え、第1及び第2の弾性部材は、中間子に一次元方向に負荷を印加可能であって、リニアポテンショメータによって中間子に加わる力を計測し、制御部は、中間子に加わる力に応じて駆動部を制御する。   The support device includes a shaft having first and second ends, a meson provided to be movable between the first and second ends, and between the first and second ends and the meson. Each of the first and second elastic members, a linear potentiometer that detects the position of the meson in the one-dimensional direction, and a grip portion that transmits force to the meson in conjunction with the movement of the upper limb or the lower limb. Force measuring sensor structure, drive unit for changing the load applied to the meson, control unit for controlling the drive unit, and mounting unit, which is hung on the shoulder portion and which fixes the drive unit And a waist belt that attaches the main frame to the torso, and an arm that is attached to the main frame and suspends a wire that connects the force measurement sensor structure and the drive unit. 2 elastic members are one-dimensional A possible application of a load direction, measures the force exerted on the intermediate element by a linear potentiometer, control unit controls the drive unit in response to a force exerted on the intermediate element.

Description

本開示は、過渡状態における力を計測して支援する支援装置、筋力訓練支援装置及び動作支援装置に関する。   The present disclosure relates to a support device that measures and supports force in a transient state, a muscle strength training support device, and a motion support device.

これまで、人体の動作を支援する動作支援装置が開発されている(例えば、特許文献1及び2参照。)。この動作支援装置では、筋肉の動きを検知するセンサが用いられている。しかし、筋肉にセンサを設けることは困難な場合がある。   Up to now, motion support devices that support the motion of the human body have been developed (see, for example, Patent Documents 1 and 2). In this motion support apparatus, a sensor that detects the movement of muscles is used. However, it may be difficult to provide a sensor in the muscle.

一方、一般的に力を計測する方法としては、例えば、歪みゲージによって電気抵抗の変化を計測し、歪みを算出し、印加されている力を計測する方法や、歪みによる圧電効果を計測し、印加されている力を計測する方法等がある。   On the other hand, in general, as a method of measuring force, for example, a change in electrical resistance is measured by a strain gauge, strain is calculated, a method of measuring applied force, or a piezoelectric effect due to strain is measured, There is a method for measuring the applied force.

国際公開公報第2007/043308号International Publication No. 2007/043308 特開2008−12358号公報JP 2008-12358 A

動的な力のなかでも、人力は一定の力ではなく、初期に加わる力が大きく、その後の力は初期に比べて小さくなる。また、初期とその後では、力の印加方向も変化する場合がある。人力による動作を支援しようとする場合には、むしろ初期の力ではなく、その後の力を計測する必要がある。   Among dynamic forces, human power is not a constant force, the force applied initially is large, and the subsequent force is small compared to the initial force. In addition, the direction in which the force is applied may change in the initial stage and thereafter. When trying to support the movement by human power, it is necessary to measure the subsequent force rather than the initial force.

しかし、このような場合、歪みゲージを用いた力センサや、圧電効果を利用した力センサでは、初期の大きな力を検出してしまうため、その後の力とは異なる大きさ、方向の力を検出してしまうという問題があった。初期の大きな力を計測した場合には、動作支援のために供給される動力が過剰となってしまい思わぬ動きをする場合がある。また、初期とその後の力の方向が異なる場合には、動作支援の方向が全く逆になってしまうという問題があった。   However, in such a case, a force sensor using a strain gauge or a force sensor using a piezoelectric effect detects a large initial force, and therefore detects a force in a magnitude and direction different from the subsequent force. There was a problem of doing. When an initial large force is measured, there is a case where the power supplied to support the operation becomes excessive and unexpected movement occurs. In addition, when the initial and subsequent force directions are different, there is a problem in that the direction of motion support is completely reversed.

そこで、本開示の目的は、一定の力でなく、初期に比べてその後の力が小さくなる人力を支援する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測して支援できる支援装置を提供することである。   Therefore, an object of the present disclosure is to provide a support device that can measure and support not the initial force but the subsequent force when supporting human power that is not a constant force and the subsequent force becomes smaller than the initial force. That is.

本開示に係る支援装置は、第1及び第2の弾性部材と、前記第1及び第2の弾性部材の間に支持された中間子と、を備えた力計測センサ構造と、
前記力計測センサ構造の前記第1及び第2の弾性部材から前記中間子に印加する負荷を変化させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
使用者の身体に装着するための装着部と、
を備えた支援装置であって、
前記力計測センサ構造は、
第1の端部と第2の端部とを有する軸と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記第2の端部との間を移動可能に設けられた前記中間子と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記中間子との間に設けられた前記第1の弾性部材と、
前記軸に沿って前記第2の端部と前記中間子との間に設けられた前記第2の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、
前記中間子と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、前記中間子に力を伝達する把持部と、
を備え、
前記装着部は、
使用者の肩部に掛架されると共に、前記駆動部を固定するメインフレームと、
前記メインフレームを使用者の胴体へ取り付ける腰ベルトと、
前記メインフレームへ取り付けられ、前記力計測センサ構造と前記駆動部とを接続するワイヤを懸架するアームと、
を備え、
前記第1及び第2の弾性部材は、前記中間子を支持すると共に、前記中間子に対して、前記軸に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記リニアポテンショメータによって、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出して前記中間子に加わっている力を計測し、
前記制御部は、計測された前記中間子に加わっている力に応じて前記駆動部を制御する。
A support device according to the present disclosure includes a force measurement sensor structure including first and second elastic members, and a meson supported between the first and second elastic members,
A drive unit for changing a load applied to the meson from the first and second elastic members of the force measurement sensor structure;
A control unit for controlling the driving unit;
A mounting part for mounting on the user's body;
A support device comprising:
The force measuring sensor structure is
A shaft having a first end and a second end;
The meson provided movably between the first end and the second end along the axis;
The first elastic member provided between the first end and the meson along the axis;
The second elastic member provided between the second end and the meson along the axis;
A linear potentiometer connected to the meson for detecting a one-dimensional position of the meson along the axis;
A gripping unit connected to the meson and transmitting force to the meson in conjunction with movement of the upper or lower limbs of a user;
With
The mounting part is
A main frame that is hung on the shoulder of the user and that fixes the drive unit;
A waist belt for attaching the main frame to a user's torso;
An arm attached to the main frame and suspending a wire connecting the force measurement sensor structure and the drive unit;
With
The first and second elastic members support the meson, and can apply a load to the meson in a direction opposite to each other in a one-dimensional direction along the axis,
The linear potentiometer detects the position of the meson in a one-dimensional direction along the axis and measures the force applied to the meson,
The control unit controls the drive unit according to the measured force applied to the meson.

上記の概括的かつ特定の態様は、上記支援装置を用いた動作支援装置及び筋力訓練支援装置として実現してもよい。   The above-described general and specific aspect may be realized as a motion support device and a strength training support device using the support device.

本開示に係る支援装置によれば、初期に比べてその後の力が小さくなる力を計測して支援する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測して支援できる。   According to the support device according to the present disclosure, in the case of supporting by measuring a force that becomes smaller than the initial force, it is possible to support by measuring the subsequent force instead of the initial force.

本開示の実施の形態1に係る力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the force measurement sensor structure which concerns on Embodiment 1 of this indication. 図1の力計測センサ構造の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the force measurement sensor structure of FIG. 本開示の実施の形態1に係る力計測センサ構造の変形例の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the modification of the force measurement sensor structure which concerns on Embodiment 1 of this indication. (a)は、図1及び図3の力計測センサ構造10、10aにおいて、中間子に上向き(+)方向の力が印加され、中間子が上向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図であり、(b)は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す正面図であり、(c)は、中間子に下向き(−)方向の力が印加され、中間子が下向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図である。(A) is a front view showing the position of the meson when the force in the upward (+) direction is applied to the meson and the meson moves upward in the force measurement sensor structures 10 and 10a of FIGS. 1 and 3. (B) is a front view showing the position of the meson when no force is applied to the meson, and (c) is a downward (−) direction force applied to the meson and the meson is moved downward. It is a front view which shows the position of the meson in the case. 本開示の実施の形態1に係る負荷制御装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view showing the composition of the load control device concerning Embodiment 1 of this indication. 図5の負荷制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the load control apparatus of FIG. 図6の制御部の物理的な構成例を示すブロック図である。FIG. 7 is a block diagram illustrating a physical configuration example of a control unit in FIG. 6. 図6の制御部の機能的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structural example of the control part of FIG. 本開示の実施の形態1に係る動作支援装置/筋力訓練支援装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the movement assistance apparatus / muscular strength training assistance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this indication. 図9の動作支援装置/筋力訓練支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the operation | movement assistance apparatus / muscular strength training assistance apparatus of FIG. 本開示の実施の形態1に係る動作支援装置の動作を説明するフローチャートである。6 is a flowchart for explaining the operation of the operation support apparatus according to the first embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態1に係る筋力訓練支援装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the muscular strength training assistance apparatus which concerns on Embodiment 1 of this indication. 本開示の実施の形態2に係る力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the force measurement sensor structure which concerns on Embodiment 2 of this indication. 図13の力計測センサ構造の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the force measurement sensor structure of FIG. (a)は、図13の力計測センサ構造において、中間子に時計回り(+)方向の力が印加され、中間子が時計回り(+)方向に移動した場合の位置を示す正面図であり、(b)は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す正面図であり、(c)は、中間子に反時計回り(−)方向の力が印加され、中間子が反時計回り(−)方向に移動した場合の中間子の位置を示す正面図である。(A) is a front view showing the position when the force in the clockwise (+) direction is applied to the meson and the meson moves in the clockwise (+) direction in the force measurement sensor structure of FIG. (b) is a front view showing the position of the meson when no force is applied to the meson, and (c) is a counterclockwise (−) direction force applied to the meson, and the meson is counterclockwise ( It is a front view which shows the position of the meson at the time of moving to (-) direction. 本開示の実施の形態2に係る負荷制御装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the load control apparatus which concerns on Embodiment 2 of this indication. 図16の負荷制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the load control apparatus of FIG. 図17の制御部の物理的な構成例を示すブロック図である。FIG. 18 is a block diagram illustrating a physical configuration example of a control unit in FIG. 17. 図17の制御部の機能的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structural example of the control part of FIG. 本開示の実施の形態2に係る動作支援装置/筋力訓練支援装置の構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the structure of the movement assistance apparatus / muscular strength training assistance apparatus which concerns on Embodiment 2 of this indication. 図20の動作支援装置/筋力訓練支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the operation | movement assistance apparatus / muscular strength training assistance apparatus of FIG. 本開示の実施の形態2に係る動作支援装置の動作を説明するフローチャートである。10 is a flowchart for explaining the operation of the operation support apparatus according to the second embodiment of the present disclosure. 本開示の実施の形態2に係る筋力訓練支援装置の動作を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining operation | movement of the muscular strength training assistance apparatus which concerns on Embodiment 2 of this indication. 実施の形態1に係る支援装置に用いる別例の身体用装着部の構成を示す概略斜視図である。It is a schematic perspective view which shows the structure of the mounting part for body of another example used for the assistance apparatus which concerns on Embodiment 1. FIG. 図24の別例の身体用装着部の正面図である。It is a front view of the mounting part for bodies of another example of FIG. 図24の別例の身体用装着部の平面図である。It is a top view of the mounting part for bodies of another example of FIG. 図24の別例の身体用装着部を用いた支援装置の側面図である。It is a side view of the assistance apparatus using the body mounting part of another example of FIG. (a)は、図24の別例の身体用装着部を用いた支援装置の支点の位置と、身体へかかるモーメントを示す側面図であり、(b)は、図9の支援装置の支点の位置と、身体へかかるモーメントを示す側面図である。(A) is a side view showing a position of a fulcrum of a support device using the body mounting portion of another example of FIG. 24 and a moment applied to the body, and (b) is a fulcrum of the support device of FIG. It is a side view which shows a position and the moment concerning a body.

本開示の第1態様に係る支援装置は、第1及び第2の弾性部材と、前記第1及び第2の弾性部材の間に支持された中間子と、を備えた力計測センサ構造と、
前記力計測センサ構造の前記第1及び第2の弾性部材から前記中間子に印加する負荷を変化させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
使用者の身体に装着するための装着部と、
を備えた支援装置であって、
前記力計測センサ構造は、
第1の端部と第2の端部とを有する軸と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記第2の端部との間を移動可能に設けられた前記中間子と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記中間子との間に設けられた前記第1の弾性部材と、
前記軸に沿って前記第2の端部と前記中間子との間に設けられた前記第2の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、
前記中間子と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、前記中間子に力を伝達する把持部と、
を備え、
前記装着部は、
使用者の肩部に掛架されると共に、前記駆動部を固定するメインフレームと、
前記メインフレームを使用者の胴体へ取り付ける腰ベルトと、
前記メインフレームへ取り付けられ、前記力計測センサ構造と前記駆動部とを接続するワイヤを懸架するアームと、
を備え、
前記第1及び第2の弾性部材は、前記中間子を支持すると共に、前記中間子に対して、前記軸に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記リニアポテンショメータによって、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出して前記中間子に加わっている力を計測し、
前記制御部は、計測された前記中間子に加わっている力に応じて前記駆動部を制御する。
A support device according to a first aspect of the present disclosure includes a force measurement sensor structure including first and second elastic members, and a meson supported between the first and second elastic members,
A drive unit for changing a load applied to the meson from the first and second elastic members of the force measurement sensor structure;
A control unit for controlling the driving unit;
A mounting part for mounting on the user's body;
A support device comprising:
The force measuring sensor structure is
A shaft having a first end and a second end;
The meson provided movably between the first end and the second end along the axis;
The first elastic member provided between the first end and the meson along the axis;
The second elastic member provided between the second end and the meson along the axis;
A linear potentiometer connected to the meson for detecting a one-dimensional position of the meson along the axis;
A gripping unit connected to the meson and transmitting force to the meson in conjunction with movement of the upper or lower limbs of a user;
With
The mounting part is
A main frame that is hung on the shoulder of the user and that fixes the drive unit;
A waist belt for attaching the main frame to a user's torso;
An arm attached to the main frame and suspending a wire connecting the force measurement sensor structure and the drive unit;
With
The first and second elastic members support the meson, and can apply a load to the meson in a direction opposite to each other in a one-dimensional direction along the axis,
The linear potentiometer detects the position of the meson in a one-dimensional direction along the axis and measures the force applied to the meson,
The control unit controls the drive unit according to the measured force applied to the meson.

第2態様に係る動作支援装置は、第1態様において、前記駆動部は、前記第1及び第2の弾性部材から前記中間子に印加する負荷の大きさと、負荷の方向とのうち少なくとも一方を変化させてもよい。   The motion support apparatus according to a second aspect is the first aspect, wherein the drive unit changes at least one of a magnitude of a load applied to the meson from the first and second elastic members and a direction of the load. You may let them.

第3態様に係る動作支援装置は、第1態様において、前記メインフレームは、使用者の背面側に設けられた背当て部と、使用者の腕を通すための肩ベルトと、で構成され、
前記アームは、使用者の背面側から前面側に向かって配置されていてもよい。
The operation support apparatus according to a third aspect is the first aspect, wherein the main frame is composed of a back rest provided on the back side of the user and a shoulder belt for passing the user's arm,
The arm may be arranged from the back side of the user toward the front side.

第4態様に係る動作支援装置は、第1態様において、前記メインフレームは、使用者の前面側に設けられた前面フレームと、前記前面フレームと接続され、使用者の背面側に設けられた背面フレームと、で構成され、
前記アームは、前記前面フレームに取り付けられていてもよい。
An operation support apparatus according to a fourth aspect is the operation support apparatus according to the first aspect, wherein the main frame is connected to the front frame provided on the front side of the user and the back side provided on the back side of the user. Frame, and
The arm may be attached to the front frame.

第5態様に係る動作支援装置は、第1態様において、前記第1及び第2の弾性部材は、バネ、ゴム、エア(空気)等の群から選ばれる一種以上の部材から構成されていてもよい。   In the operation support apparatus according to the fifth aspect, in the first aspect, the first and second elastic members may be composed of one or more members selected from a group such as a spring, rubber, and air (air). Good.

第6態様に係る動作支援装置は、第1態様に係る前記支援装置を含み、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された前記中間子に加わっている力を軽減するように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の動きを支援する。
The operation support apparatus according to the sixth aspect includes the support apparatus according to the first aspect,
The control unit controls the drive unit so as to reduce the force applied to the meson measured according to the movement of the user's upper limb or lower limb, and moves the user's upper limb or lower limb. To help.

第7態様に係る筋力訓練支援装置は、第1態様に係る前記支援装置を備え、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、前記中間子に所定の力が印加されるように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援する。
A muscle strength training support device according to a seventh aspect includes the support device according to the first aspect,
The control unit controls the driving unit so that a predetermined force is applied to the mesons according to the movement of the user's upper limb or lower limb, thereby assisting in muscular strength training of the user's upper limb or lower limb. To do.

以下、本実施の形態に係る支援装置、動作支援装置、及び、筋力訓練支援装置について、添付図面を用いて説明する。なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。   Hereinafter, a support device, a motion support device, and a strength training support device according to the present embodiment will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, substantially the same members are denoted by the same reference numerals.

(実施の形態1)
<力計測センサ構造>
図1は、実施の形態1に係る力計測センサ構造10の構成を示す概略斜視図である。図2は、図1の力計測センサ構造10の分解斜視図である。
この力計測センサ構造10は、第1の端部5aと第2の端部5bとを有する軸1と、軸1に沿って第1の端部5aと第2の端部5bとの間を移動可能に設けられた中間子2と、軸1に沿って第1の端部5aと中間子2との間に設けられた第1の弾性部材3aと、軸1に沿って第2の端部5bと中間子2との間に設けられた第2の弾性部材3bと、中間子2と接続され、軸1に沿った中間子2の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータ4と、を備える。第1及び第2の弾性部材3a、3bは、中間子2を支持すると共に、中間子2に対して、軸1に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であるように設けられている。この力計測センサ構造10では、リニアポテンショメータ4によって、軸1に沿った中間子2の一次元方向の位置を検出して中間子2に加わっている力を計測することができる。
(Embodiment 1)
<Force measurement sensor structure>
FIG. 1 is a schematic perspective view showing a configuration of a force measurement sensor structure 10 according to the first embodiment. FIG. 2 is an exploded perspective view of the force measurement sensor structure 10 of FIG.
The force measuring sensor structure 10 includes a shaft 1 having a first end 5a and a second end 5b, and a space between the first end 5a and the second end 5b along the shaft 1. An intermediate element 2 movably provided, a first elastic member 3 a provided between the first end 5 a and the intermediate element 2 along the axis 1, and a second end part 5 b along the axis 1 And a second elastic member 3b provided between the intermediate element 2 and a linear potentiometer 4 connected to the intermediate element 2 and detecting the position of the intermediate element 2 along the axis 1 in the one-dimensional direction. The first and second elastic members 3a and 3b are provided so as to support the meson 2 and to apply a load to the meson 2 in a direction opposite to each other in a one-dimensional direction along the axis 1. ing. In this force measurement sensor structure 10, the linear potentiometer 4 can detect the position of the meson 2 along the axis 1 in the one-dimensional direction and measure the force applied to the meson 2.

以下に、この力計測センサ構造10を構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises this force measurement sensor structure 10 is demonstrated.

<軸>
軸1は、中間子2、第1及び第2の弾性部材3a、3bを支持するものであって、中間子2の動きをその両端部5a、5bの間に規定する。なお、図1及び2では、中間子2及び第1及び第2の弾性部材3a、3bは、軸1が貫通するように設けているが、これに限られず、例えば、中間子2の側面に設けた溝を軸1が通るようにしてもよい。また、軸1の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。
<Axis>
The shaft 1 supports the meson 2, and the first and second elastic members 3a and 3b, and regulates the movement of the meson 2 between its both ends 5a and 5b. In FIGS. 1 and 2, the meson 2 and the first and second elastic members 3a and 3b are provided so that the shaft 1 penetrates, but the present invention is not limited to this. For example, the meson 2 is provided on the side surface of the meson 2. The shaft 1 may pass through the groove. The material of the shaft 1 can be used as long as it can be normally used in force measurement, such as iron, stainless steel, aluminum, wood, bamboo, and the like.

<中間子>
中間子2は、軸1に沿ってその両端部5a、5bの間で移動可能に設けられる。中間子2の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。
<Meson>
The meson 2 is provided so as to be movable between both end portions 5a and 5b along the shaft 1. The material of meson 2 can be used if it can be normally used in force measurement, such as iron, stainless steel, aluminum, wood, and bamboo.

<第1及び第2の弾性部材>
第1の弾性部材3aは、軸1に沿って第1の端部5aと中間子2との間に設けられる。第2の弾性部材3bは、軸1に沿って第2の端部5bと中間子2との間に設けられる。また、第1及び第2の弾性部材3a、3bは、中間子2の両端に設けられているので、中間子2を支持する。この第1及び第2の弾性部材3a、3bは、中間子2を支持すると共に、中間子2に対して、軸1に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であるように設けられている。
<First and second elastic members>
The first elastic member 3 a is provided between the first end 5 a and the intermediate element 2 along the axis 1. The second elastic member 3 b is provided between the second end 5 b and the intermediate element 2 along the axis 1. Further, since the first and second elastic members 3 a and 3 b are provided at both ends of the intermediate element 2, the intermediate element 2 is supported. The first and second elastic members 3a and 3b are provided so as to support the meson 2 and to apply a load to the meson 2 in a direction opposite to each other in a one-dimensional direction along the axis 1. It has been.

<リニアポテンショメータ>
リニアポテンショメータ4は、中間子2と接続され、軸1に沿った中間子2の一次元方向の位置を検出する。このリニアポテンショメータ4は、一次元方向の位置を検出することができるものであればよく、通常使用されるリニアポテンショメータ4を用いることができる。なお、図1及び図2では、リニアポテンショメータ4の一方の端部を第1の弾性部材3a側の端部に固定しているが、これに限られるものではなく、第2の弾性部材3b側の端部に固定してもよい。
<Linear potentiometer>
The linear potentiometer 4 is connected to the meson 2 and detects the position in the one-dimensional direction of the meson 2 along the axis 1. The linear potentiometer 4 only needs to be capable of detecting a position in a one-dimensional direction, and a commonly used linear potentiometer 4 can be used. 1 and 2, one end of the linear potentiometer 4 is fixed to the end on the first elastic member 3a side, but the present invention is not limited to this, and the second elastic member 3b side is not limited thereto. You may fix to the edge part.

(変形例)
図3は、本開示の実施の形態1の変形例に係る力計測センサ構造10aの構成を示す斜視図である。この変形例に係る力計測センサ構造10aでは、図1の力計測センサ構造10と対比すると、中間子2に把持部(グリップ)12を設けている点で相違する。この把持部12を使用者が手で握ることによって、中間子2に力を印加しやすくできる。なお、図3では、把持部12は、手で握るのに適したグリップ形状としているが、これに限られず、例えば、足で踏むペダル形状としてもよい。把持部12は、上肢又は下肢と連動して、中間子2に力を印加できるものであればよい。また、本開示の実施の形態1の変形例に係る力計測センサ構造10aは、一端にフック13を有する。このフック13は、移動させる対象物を吊下げることができる。
(Modification)
FIG. 3 is a perspective view illustrating a configuration of a force measurement sensor structure 10a according to a modification of the first embodiment of the present disclosure. The force measurement sensor structure 10a according to this modification is different from the force measurement sensor structure 10 of FIG. 1 in that a grip portion (grip) 12 is provided on the meson 2. The user can easily apply a force to the meson 2 by gripping the grip portion 12 with a hand. In addition, in FIG. 3, although the holding part 12 is made into the grip shape suitable for holding with a hand, it is not restricted to this, For example, it is good also as a pedal shape to step on with a foot. The gripping part 12 may be anything that can apply force to the meson 2 in conjunction with the upper limb or the lower limb. Further, the force measurement sensor structure 10a according to the modification of the first embodiment of the present disclosure has a hook 13 at one end. The hook 13 can suspend an object to be moved.

図4(a)は、図1及び図3の力計測センサ構造10、10aにおいて、中間子2に上向き(+)方向の力が印加され、中間子2が上向きに移動した場合の中間子2の位置を示す正面図であり、図4(b)は、中間子2に力が印加されていない場合の中間子2の位置を示す正面図であり、図4(c)は、中間子2に下向き(−)方向の力が印加され、中間子2が下向きに移動した場合の中間子2の位置を示す正面図である。
図4(a)に示すように、中間子2が上向きの位置にある場合には、第1の弾性部材3aが圧縮されると共に、第2の弾性部材3bが伸長されるため、第1及び第2の弾性部材3a、3bから、中間子2に下向きの負荷がかかる。一方、図4(c)に示すように、中間子2が下向きの位置にある場合には、第1の弾性部材3aが伸長されると共に、第2の弾性部材3bが圧縮されるため、第1及び第2の弾性部材3a、3bから、中間子2に上向きの負荷がかかる。この力計測センサ構造10、10aでは、リニアポテンショメータ4によって、軸1に沿った中間子2の一次元方向の位置を検出して、中間子2に加わっている力を計測する。例えば、中間子2の位置が上向きの場合には、中間子2には下向きの負荷がかかっていることがわかる。一方、中間子2の位置が下向きの場合には、中間子2には上向きの負荷がかかっていることがわかる。
4A shows the position of the meson 2 when a force in the upward (+) direction is applied to the meson 2 and the meson 2 moves upward in the force measurement sensor structures 10 and 10a of FIG. 1 and FIG. 4B is a front view showing the position of the meson 2 when no force is applied to the meson 2, and FIG. 4C is a downward (−) direction of the meson 2. 6 is a front view showing the position of the meson 2 when the force is applied and the meson 2 moves downward. FIG.
As shown in FIG. 4A, when the meson 2 is in the upward position, the first elastic member 3a is compressed and the second elastic member 3b is expanded. A downward load is applied to the meson 2 from the second elastic members 3a and 3b. On the other hand, as shown in FIG. 4C, when the meson 2 is in the downward position, the first elastic member 3a is expanded and the second elastic member 3b is compressed. Further, an upward load is applied to the meson 2 from the second elastic members 3a and 3b. In the force measurement sensor structures 10 and 10a, the linear potentiometer 4 detects the position of the meson 2 along the axis 1 in the one-dimensional direction, and measures the force applied to the meson 2. For example, when the position of the meson 2 is upward, it can be seen that a downward load is applied to the meson 2. On the other hand, when the position of the meson 2 is downward, it can be seen that an upward load is applied to the meson 2.

<負荷制御装置>
図5は、実施の形態1に係る負荷制御装置20の構成を示す斜視図である。図6は、図5の負荷制御装置20の機能的な構成を示すブロック図である。
図5及び図6に示すように、この負荷制御装置20は、力計測センサ構造10aと、その上部に固定されたワイヤ11と、ワイヤ11を巻き取る、あるいは、放出するモータ(駆動部)16と、モータ(駆動部)16を制御する制御部18と、を備える。ワイヤ11は、力計測センサ構造10aの上端に固定されているので、モータ(駆動部)16を駆動してワイヤ11を巻き取ってワイヤ11を上向きに引っ張る、あるいは、逆回転させてワイヤ11を放出してゆるめることで、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に印加する負荷を変化させることができる。制御部18は、計測された中間子2に加わっている力に応じて駆動部16を制御する。
<Load control device>
FIG. 5 is a perspective view showing the configuration of the load control device 20 according to the first embodiment. FIG. 6 is a block diagram showing a functional configuration of the load control device 20 of FIG.
As shown in FIGS. 5 and 6, the load control device 20 includes a force measurement sensor structure 10 a, a wire 11 fixed to the upper portion thereof, and a motor (drive unit) 16 that winds or releases the wire 11. And a control unit 18 that controls the motor (drive unit) 16. Since the wire 11 is fixed to the upper end of the force measurement sensor structure 10a, the motor (driving unit) 16 is driven to wind the wire 11 and pull the wire 11 upward, or reversely rotate the wire 11 to move the wire 11. By releasing and loosening, the load applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b can be changed. The control unit 18 controls the drive unit 16 according to the measured force applied to the meson 2.

以下に、この負荷制御装置20を構成する各部材について説明する。
<駆動部>
駆動部16は、例えば、ワイヤ11を巻き取る、あるいは、逆方向に回転させてワイヤ11を放出することができるモータ等を使用できる。駆動部16の構成はモータに限られず、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に印加する負荷を変化させることができるものであれば使用できる。例えば、上記モータ16では、ワイヤ11を引っ張って、第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bを固定する上端を上向き又は下向きに移動させるのに対して、第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bと中間子2との相対位置を上向き又は下向きに変化させて、第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bから中間子2にかかる負荷を変化させるものであってもよい。
Below, each member which comprises this load control apparatus 20 is demonstrated.
<Driver>
The drive unit 16 can use, for example, a motor that can take up the wire 11 or rotate it in the reverse direction to release the wire 11. The structure of the drive part 16 is not restricted to a motor, If it can change the load applied to the intermediate | middle 2 from the 1st and 2nd elastic members 3a and 3b, it can be used. For example, the motor 16 pulls the wire 11 to move the upper ends fixing the first elastic member 3a and the second elastic member 3b upward or downward, whereas the first elastic member 3a and the second elastic member 3b move upward. The load applied to the meson 2 from the first elastic member 3a and the second elastic member 3b may be changed by changing the relative position of the second elastic member 3b and the meson 2 upward or downward.

<制御部>
図7は、図6の制御部18の物理的な構成例を示すブロック図である。図8は、図6の制御部18の機能的な構成例を示すブロック図である。
この制御部18は、例えば、図7に示すように、CPU21、メモリ22、記憶部23、入力部24、出力部25等を備えたパーソナルコンピュータによって実現してもよい。また、この制御部18の機能的な構成は、図8に示すように、ポテンショメータの値を読み取るポテンショメータ読み取り部26と、中間子2に印加されている力を算出する中間子印加力算出部27と、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に加える負荷を制御する弾性部材負荷制御部28と、を備えてもよい。
<Control unit>
FIG. 7 is a block diagram illustrating a physical configuration example of the control unit 18 of FIG. FIG. 8 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the control unit 18 of FIG.
For example, as shown in FIG. 7, the control unit 18 may be realized by a personal computer including a CPU 21, a memory 22, a storage unit 23, an input unit 24, an output unit 25, and the like. Further, as shown in FIG. 8, the functional configuration of the control unit 18 includes a potentiometer reading unit 26 that reads the value of the potentiometer, an meson application force calculation unit 27 that calculates a force applied to the meson 2, and An elastic member load control unit 28 that controls the load applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b may be provided.

<支援装置(動作支援装置及び筋力訓練支援装置)>
図9は、実施の形態1に係る支援装置29(動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30b)の構成を示す概略斜視図である。図10は、図9の支援装置29(動作支援装置30a/筋力訓練支援装置30b)の機能的な構成を示すブロック図である。なお、動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30bを総称する場合、支援装置29と称する。
この支援装置29(動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30b)は、上記負荷制御装置20と、身体用装着部32aとを備える。なお、負荷制御装置20の力計測センサ構造10aには、把持部12を備える。この把持部12は、力計測センサ構造10aの中間子2と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、中間子2に力を伝達する。具体的には、把持部12は、手で握って力を印加しやすくするために設けられている。なお、把持部12は、図9の例では手で握ることができる形状としているが、これに限られず、上肢又は下肢の動きと連動するように、上肢又は下肢に固定してもよい。また、身体用装着部32aによって装着しやすくしてもよい。なお、身体用装着部32aは、この支援装置29(動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30b)の構成に必須のものではない。
<Support device (motion support device and strength training support device)>
FIG. 9 is a schematic perspective view illustrating a configuration of the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) according to the first embodiment. FIG. 10 is a block diagram illustrating a functional configuration of the support device 29 (the motion support device 30a / muscle training support device 30b) in FIG. The movement support device 30a and the strength training support device 30b are collectively referred to as the support device 29.
The support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) includes the load control device 20 and a body mounting portion 32a. Note that the force measurement sensor structure 10 a of the load control device 20 includes a grip portion 12. The grip 12 is connected to the meson 2 of the force measurement sensor structure 10a, and transmits force to the meson 2 in conjunction with the movement of the upper or lower limb of the user. Specifically, the grip portion 12 is provided to make it easier to apply a force by grasping it with a hand. In addition, although the holding part 12 is made into the shape which can be grasped with a hand in the example of FIG. 9, it is not restricted to this, You may fix to an upper limb or a lower limb so that it may link with a motion of an upper limb or a lower limb. Moreover, you may make it easy to mount | wear with the body mounting part 32a. Note that the body mounting portion 32a is not essential for the configuration of the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b).

(身体用装着部32a:リュック型装着部)
この身体用装着部32aについて、図9を用いて説明する。身体用装着部32aは、使用者の肩部に掛架されると共に、駆動部16を固定するメインフレーム40を構成する背当て部41及び肩ベルト42と、メインフレーム40を使用者の胴体へ取り付ける腰ベルト43と、メインフレーム40へ取り付けられ、力計測センサ構造10aと駆動部16とを接続するワイヤ11を懸架するアーム44と、を備える。背当て部41は、金属あるいは樹脂で構成できる。肩ベルト42及び腰ベルト43は、金属、樹脂、天然繊維等によって構成できる。なお、図9では、アーム44、力計測センサ構造10a及び駆動部16を2組設けているが、これに限られず、1組又は3組以上であってもよい。
この身体用装着部32aは、使用者が肩ベルト42に腕を通して背負う形式であるので、いわゆるリュック型装着部である。この身体用装着部32aでは、アパレル部材を使用できるため、安価且つ軽量にすることができる。また、リュック型であるため、装着方法が直観的に分かり易い。さらに、腰部にモータ等の重量物がある為、前傾姿勢時の負担が小さいという利点がある。また、身体前面にフレーム等が無く、腕の可動範囲を大きく確保できるため、支援装置を装着したままでの作業性が良いという利点がある。
(Body attachment part 32a: rucksack type attachment part)
The body mounting portion 32a will be described with reference to FIG. The body mounting portion 32a is hung on the shoulder portion of the user, and the backrest portion 41 and the shoulder belt 42 constituting the main frame 40 for fixing the driving portion 16 and the main frame 40 to the user's torso. A waist belt 43 to be attached and an arm 44 that is attached to the main frame 40 and suspends the wire 11 that connects the force measurement sensor structure 10a and the drive unit 16 are provided. The back pad 41 can be made of metal or resin. The shoulder belt 42 and the waist belt 43 can be made of metal, resin, natural fiber, or the like. In FIG. 9, two sets of the arm 44, the force measurement sensor structure 10a, and the driving unit 16 are provided.
The body mounting portion 32a is a so-called rucksack-type mounting portion because the user carries the shoulder belt 42 through his / her arm. In the body mounting portion 32a, since an apparel member can be used, it can be made inexpensive and lightweight. Moreover, since it is a rucksack type, the mounting method is intuitively easy to understand. Furthermore, since there is a heavy object such as a motor in the waist, there is an advantage that the burden during the forward tilt posture is small. Further, there is no frame on the front surface of the body, and a large movable range of the arm can be secured, so that there is an advantage that workability with the support device attached is good.

(別例:身体用装着部36:前抱え型装着部)
図24は、支援装置29に用いる別例の身体用装着部36の構成を示す概略斜視図である。図25は、図24の別例の身体用装着部36の正面図である。図26は、図24の別例の身体用装着部36の平面図である。図27は、図24の別例の身体用装着部36を用いた支援装置29の側面図である。
図24から図27に示す、この支援装置29の身体用装着部36では、図9の身体用装着部32aと対比すると、リュック型装着部ではなく前抱え型装着部である点で相違する。具体的には、この身体用装着部36は、図9で示すメインフレーム40が、使用者の前面側に設けられた前面フレーム45と、前面フレーム45と接続され、使用者の背面側に設けられた背面フレーム46と、で構成される。この前面フレーム45及び背面フレーム46は、金属あるいは樹脂で構成でき、さらに、剛性を有する材料で構成することが好ましい。また、アーム44は、前面フレーム45に取り付けられている。また、前面フレーム45と背面フレーム46とを脇で固定する脇ベルト47を設けてもよい。さらに、脇ベルト47の長さを調整する脇ベルト調整部48を設けてもよい。またさらに、前面フレーム45と背面フレーム46との間のフレーム幅を調整するフレーム幅調整部49を設けてもよい。また、アーム44の上にはワイヤ11を掛けるローラ50を設けてもよい。
(Another example: body mounting part 36: front holding type mounting part)
FIG. 24 is a schematic perspective view showing a configuration of another example of the body mounting portion 36 used for the support device 29. FIG. 25 is a front view of the body mounting portion 36 of another example of FIG. FIG. 26 is a plan view of the body mounting portion 36 of another example of FIG. FIG. 27 is a side view of a support device 29 using the body mounting portion 36 of another example of FIG.
The body mounting portion 36 of the support device 29 shown in FIGS. 24 to 27 is different from the body mounting portion 32a of FIG. 9 in that it is not a rucksack-type mounting portion but a front holding type mounting portion. Specifically, in the body mounting portion 36, the main frame 40 shown in FIG. 9 is connected to the front frame 45 provided on the front side of the user and the front frame 45, and provided on the back side of the user. And a rear frame 46. The front frame 45 and the back frame 46 can be made of metal or resin, and are preferably made of a material having rigidity. The arm 44 is attached to the front frame 45. Moreover, you may provide the side belt 47 which fixes the front frame 45 and the back frame 46 aside. Further, a side belt adjustment unit 48 that adjusts the length of the side belt 47 may be provided. Furthermore, a frame width adjustment unit 49 that adjusts the frame width between the front frame 45 and the back frame 46 may be provided. Further, a roller 50 for hanging the wire 11 may be provided on the arm 44.

この別例の身体用装着部36を用いた支援装置29は、以下の利点を有する。まず、この支援装置29では、前面フレーム45と背面フレーム46が、図9中、剛性のあるメインフレーム40と同様の役割を果すので、頭から支援装置29を被るようにして装着でき、一人でも装着可能である。また、荷重を肩と、広く身体前面とで支持できるため、荷重を分散することができ、身体への圧迫感を大きく軽減できる。さらに、アーム44を前面フレーム45から伸ばす事で、視界を広く確保できる。またさらに、肩を支点とし、アーム44を支点より前面側に配置し、駆動部16であるモータ等の重量物を支点より背面側に配置したので、肩から体幹に真っ直ぐ荷重が掛かるようになり、荷重(ワーク)保持姿勢が安定すると共に、荷重によって身体にかかるモーメントを軽減できる。   The support device 29 using the body mounting portion 36 of this other example has the following advantages. First, in this support device 29, the front frame 45 and the back frame 46 play the same role as the rigid main frame 40 in FIG. It can be installed. Moreover, since the load can be supported by the shoulder and the front of the body widely, the load can be dispersed and the feeling of pressure on the body can be greatly reduced. Further, by extending the arm 44 from the front frame 45, a wide field of view can be secured. Furthermore, the shoulder 44 is used as a fulcrum, the arm 44 is arranged on the front side from the fulcrum, and the heavy load such as a motor as the driving unit 16 is arranged on the back side from the fulcrum, so that a straight load is applied from the shoulder to the trunk. Thus, the load (work) holding posture is stabilized and the moment applied to the body by the load can be reduced.

さらに、この前抱え型装着部とした身体用装着部36を用いた支援装置29の利点のうち、特に、肩を支点とし荷重と重量物とをバランスよく配置することによる利点について、図28(a)及び(b)を用いて説明する。図28(a)は、図24の別例の身体用装着部36(前抱え型装着部)を用いた支援装置の支点の位置と、身体へかかるモーメントを示す側面図であり、図28(b)は、図9のリュック型装着部とした身体用装着部32aを用いた支援装置29の支点の位置と、身体へかかるモーメントを示す側面図である。   Further, among the advantages of the support device 29 using the body mounting portion 36 as the front holding type mounting portion, in particular, with respect to the advantage by arranging the load and the heavy load in a balanced manner with the shoulder as a fulcrum, FIG. This will be described with reference to a) and (b). FIG. 28A is a side view showing the position of a fulcrum of a support device using the body mounting part 36 (front holding type mounting part) of another example of FIG. 24 and the moment applied to the body. FIG. 10B is a side view showing the position of the fulcrum of the support device 29 using the body mounting portion 32a as the backpack-type mounting portion of FIG. 9 and the moment applied to the body.

この前抱え型装着部とした身体用装着部36によれば、図28(a)に示すように、荷重と重量物とをバランスよく配置することによって支援装置29を支える支点を使用者の肩の上とすることができる。一方、図28(b)に示すリュック型装着部とした身体用装着部32aを用いた支援装置では、支点が背当て部41のある背面側となる。荷重の重量が同じ場合、支点からの距離に応じて図28(a)のモーメントM2と図28(b)のモーメントM1の大きさは異なる(M2<M1)。その結果、腰ベルト43によって腹部にかかる力は、図28(a)の力F2のほうが図28(b)の力F1より小さくなる(F2<F1)。
具体的には、モーメントM2、M1は、荷重の大きさと支点から荷重までの距離x2、x1との積で表され、身体にかかる力F2、F1と支点から腹部までの距離y2、y1との積とそれぞれ下記式で示されるように釣り合う。
M2=(荷重)×x2=F2×y2 (1)
M1=(荷重)×x1=F1×y1 (2)
なお、図28(a)では、支点が肩の上にあるので、図28(b)の場合と比べてx2<x1及びy2>y1の関係を有する。
そのため、上記式(1)及び(2)で荷重の大きさが同じ場合には、モーメントM2はモーメントM1より小さくなり、その結果、腹部にかかる力F2、F1は、F2<F1の関係を有する。つまり、図24の前抱え装着部とした身体用装着部36を用いた支援装置29によれば、支点を使用者の肩の上とすることによって腹部にかかる力F2を軽減することができる。なお、駆動部16を構成するモータ等の重量物を背面側に配置することによって荷重に対するカウンターウエイトとなるので、さらにモーメントを低減させることができ、腹部にかかる力F2を軽減できる。
According to the body mounting portion 36 as the front holding type mounting portion, as shown in FIG. 28A, the fulcrum that supports the support device 29 by placing the load and the heavy load in a balanced manner is used as the shoulder of the user. Can be above. On the other hand, in the support device using the body mounting portion 32a as the backpack-type mounting portion shown in FIG. 28 (b), the fulcrum is on the back side where the backrest portion 41 is located. When the weight of the load is the same, the magnitude of the moment M2 in FIG. 28 (a) and the moment M1 in FIG. 28 (b) are different depending on the distance from the fulcrum (M2 <M1). As a result, the force applied to the abdomen by the waist belt 43 is smaller in the force F2 in FIG. 28A than in the force F1 in FIG. 28B (F2 <F1).
Specifically, the moments M2 and M1 are represented by the product of the magnitude of the load and the distances x2 and x1 from the fulcrum to the load, and the forces F2 and F1 applied to the body and the distances y2 and y1 from the fulcrum to the abdomen Each product is balanced as shown by the following formula.
M2 = (load) × x2 = F2 × y2 (1)
M1 = (load) × x1 = F1 × y1 (2)
In FIG. 28A, since the fulcrum is on the shoulder, there is a relationship of x2 <x1 and y2> y1 as compared with the case of FIG.
Therefore, when the magnitude of the load is the same in the above formulas (1) and (2), the moment M2 is smaller than the moment M1, and as a result, the forces F2 and F1 applied to the abdomen have a relationship of F2 <F1. . That is, according to the support device 29 using the body mounting portion 36 as the front holding mounting portion in FIG. 24, the force F2 applied to the abdomen can be reduced by setting the fulcrum on the shoulder of the user. In addition, since it becomes a counterweight with respect to a load by arrange | positioning heavy objects, such as a motor which comprises the drive part 16, on the back side, a moment can be reduced further and the force F2 concerning an abdominal part can be reduced.

<動作支援装置>
この支援装置29(動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30b)は、動作支援装置30aとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子2に加わっている力を軽減するように駆動部16を制御して、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
具体的には、使用者が把持部12を握って中間子2を上向きに持ち上げる動作を行った場合、図4(a)に示されるように、中間子2は上向きに移動する。この場合、第1の弾性部材3aは圧縮され、第2の弾性部材3bは伸長され、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2には下向きの力がかかる。そこで、リニアポテンショメータ4で中間子2の位置が上向きにあることを検出した場合には、モータ(駆動部)16を駆動させてワイヤ11を巻き上げて上向きに引っ張って使用者の上向きに持ち上げる動作を支援する。
また、使用者が把持部12を握って中間子2を下向きに押し下げる動作を行った場合、図4(c)に示されるように、中間子2は下向きに移動する。この場合、第1の弾性部材3aは伸長され、第2の弾性部材3bは圧縮され、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2には上向きの力がかかる。そこで、リニアポテンショメータ4で中間子2の位置が下向きにあることを検出した場合には、モータ(駆動部)16を駆動させてワイヤ11を逆方向に回転させてワイヤ11をゆるめて使用者の下向きに押し下げる動作を支援する。
<Operation support device>
When the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) functions as the motion support device 30a, it is added to the measured meson 2 according to the movement of the upper limb or the lower limb of the user. The drive unit 16 can be controlled to reduce the force to support the movement of the user's upper limb or lower limb.
Specifically, when the user performs the operation of lifting the meson 2 upward by grasping the grip portion 12, the meson 2 moves upward as shown in FIG. In this case, the first elastic member 3a is compressed, the second elastic member 3b is expanded, and a downward force is applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b. Therefore, when the linear potentiometer 4 detects that the position of the meson 2 is upward, the motor (driving unit) 16 is driven to wind up the wire 11 and pull it upward to lift the user upward. To do.
Further, when the user performs an operation of pressing down the meson 2 by holding the grip portion 12, the meson 2 moves downward as shown in FIG. 4C. In this case, the first elastic member 3a is expanded, the second elastic member 3b is compressed, and an upward force is applied from the first and second elastic members 3a, 3b to the meson 2. Therefore, when it is detected by the linear potentiometer 4 that the position of the meson 2 is downward, the motor (driving unit) 16 is driven to rotate the wire 11 in the reverse direction to loosen the wire 11 and downward of the user. Supports the operation of pushing down.

<動作支援フローチャート>
図11は、本開示の実施の形態1に係る動作支援装置30aの動作を説明するフローチャートである。
(1)リニアポテンショメータ4の値を読み込む(S01)。
(2)リニアポテンショメータ4の値は上向き(+)方向か否か判断し(S02)、上向き(+)方向の場合には、ワイヤ11を巻き取って上向き方向の動作を支援するようにモータを駆動する(S03)。その後、上記ステップS01に戻り、再度リニアポテンショメータ4の値を読み込む。一方、リニアポテンショメータ4の値が上向きでない場合には、次のステップS04に移動する。
(3)リニアポテンショメータ4の値は下向き(−)方向か否か判断し(S04)、下向き(−)方向の場合には、ワイヤ11を放出して下向き方向の動作を支援するようにモータを駆動する(S05)。その後、上記ステップS01に戻り、再度リニアポテンショメータ4の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。これによって、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
<Operation support flowchart>
FIG. 11 is a flowchart for explaining the operation of the operation support apparatus 30a according to the first embodiment of the present disclosure.
(1) The value of the linear potentiometer 4 is read (S01).
(2) It is determined whether or not the value of the linear potentiometer 4 is in the upward (+) direction (S02). If the value is in the upward (+) direction, the motor is operated so as to support the operation in the upward direction by winding the wire 11. Drive (S03). Thereafter, the process returns to step S01, and the value of the linear potentiometer 4 is read again. On the other hand, if the value of the linear potentiometer 4 is not upward, the process moves to the next step S04.
(3) It is determined whether or not the value of the linear potentiometer 4 is in the downward (−) direction (S04). If the value is in the downward (−) direction, the wire 11 is released to support the operation in the downward direction. Drive (S05). Thereafter, the process returns to step S01, and the value of the linear potentiometer 4 is read again.
Repeat the above steps. Thereby, the movement of the user's upper limb or lower limb can be supported.

<筋力訓練支援装置>
この支援装置29(動作支援装置30a及び筋力訓練支援装置30b)は、筋力訓練支援装置30bとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子2に加わっている力を増加するように駆動部16を制御して、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
具体的には、リニアポテンショメータ4で中間子2の位置が既定値より上向きにあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも大きな力が印加されていることがわかる。そこで、モータ(駆動部)16を駆動させてワイヤ11を巻き上げて上向きに引っ張って、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
また、リニアポテンショメータ4で中間子2の位置が既定値より下向きにあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも小さな力が印加されていることがわかる。そこで、モータ(駆動部)16を駆動させてワイヤ11を逆方向に回転させてワイヤ11をゆるめて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
<Muscle training support device>
When the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) functions as the strength training support device 30b, it is added to the measured meson 2 according to the movement of the upper limb or the lower limb of the user. The driving unit 16 can be controlled so as to increase the force of the user, and the muscle strength training of the upper limb or the lower limb of the user can be supported.
Specifically, when it is detected by the linear potentiometer 4 that the position of the meson 2 is upward from a predetermined value, the predetermined force applied to the upper limb or the lower limb of the user in a preset strength training is more than It can be seen that a large force is applied. Therefore, the motor (driving unit) 16 is driven to wind up the wire 11 and pull it upward so that the force applied to the upper limb or lower limb of the user becomes a predetermined force to support the user's muscle strength training. To do.
When the linear potentiometer 4 detects that the position of the meson 2 is lower than the predetermined value, a force smaller than the predetermined force applied to the upper limb or the lower limb of the user in the preset strength training is applied. It can be seen that it is applied. Therefore, the motor (driving unit) 16 is driven to rotate the wire 11 in the reverse direction to loosen the wire 11 so that the force applied to the upper limb or lower limb of the user becomes a predetermined force, and the user Support muscle strength training.

<筋力訓練支援フローチャート>
図12は、本開示の実施の形態1に係る筋力訓練支援装置30bの動作を説明するフローチャートである。
(1)リニアポテンショメータ4の値を読み込む(S11)。
(2)リニアポテンショメータ4の値は規定値より上向き(+)方向か否か判断し(S12)、規定値より上向き(+)方向の場合には、ワイヤ11を巻き取って規定値の負荷となるようにモータ16を駆動する(S13)。その後、上記ステップS11に戻り、再度リニアポテンショメータ4の値を読み込む。一方、リニアポテンショメータ4の値が規定値より上向きでない場合には、次のステップS14に移動する。
(3)リニアポテンショメータ4の値は規定値より下向き(−)方向か否か判断し(S14)、規定値より下向き(−)方向の場合には、ワイヤ11を放出して規定値の負荷となるようにモータ16を駆動する(S15)。その後、上記ステップS11に戻り、再度リニアポテンショメータ4の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。これによって、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
<Strength training support flowchart>
FIG. 12 is a flowchart for explaining the operation of the strength training support device 30b according to the first embodiment of the present disclosure.
(1) The value of the linear potentiometer 4 is read (S11).
(2) It is determined whether or not the value of the linear potentiometer 4 is in the upward (+) direction from the specified value (S12). If the value is in the upward (+) direction from the specified value, the wire 11 is wound to The motor 16 is driven so as to become (S13). Then, it returns to said step S11 and reads the value of the linear potentiometer 4 again. On the other hand, if the value of the linear potentiometer 4 is not higher than the specified value, the process moves to the next step S14.
(3) It is determined whether the value of the linear potentiometer 4 is in the downward (−) direction from the specified value (S14). If the value is in the downward (−) direction from the specified value, the wire 11 is released to The motor 16 is driven so as to become (S15). Then, it returns to said step S11 and reads the value of the linear potentiometer 4 again.
Repeat the above steps. Thereby, the user's upper limb or lower limb muscle strength training can be supported.

以上の説明から明らかなように、本開示の実施の形態1に係る支援装置29(動作支援装置30aおよび筋力訓練支援装置30b)は、第1及び第2の弾性部材3a、3bで中間子2を支持する構成としているため、使用者が急な動きを行っても、力計測センサ構造10、10aが過敏に反応し過ぎることはない。従って、使用者の動作に適した範囲で、支援装置29(動作支援装置30aおよび筋力訓練支援装置30b)の最適化が可能となる。
特に、動作支援装置30aとして用いる場合、作業内容に応じて第1及び第2の弾性部材3a、3bを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の特性が向上し、使用者に掛かる負荷を軽減できる。
As is clear from the above description, the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) according to the first embodiment of the present disclosure uses the first and second elastic members 3a and 3b to hold the meson 2. Since it is the structure which supports, even if a user makes a sudden movement, the force measurement sensor structure 10 and 10a do not react too sensitively. Therefore, the support device 29 (the motion support device 30a and the strength training support device 30b) can be optimized within a range suitable for the user's motion.
In particular, when used as the motion support device 30a, if the first and second elastic members 3a and 3b are adjusted according to the work contents, the upward and downward characteristics shown in the above description can be improved, and the user can be The applied load can be reduced.

同様に、筋力訓練支援装置30bとして用いる場合、使用者が回復すべき機能に応じて第1及び第2の弾性部材3a、3bを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の負荷を最適化できる。つまり、各方向に対する最適な負荷を設定できる。よって、使用者は、上向き方向に対して最適な負荷による訓練と下向き方向に対して最適な負荷による訓練とを同時に行うことが可能となり、訓練時間を短縮できる。   Similarly, when used as the strength training support device 30b, if the first and second elastic members 3a and 3b are adjusted according to the function that the user should recover, the loads in the upward direction and the downward direction shown in the above description Can be optimized. That is, the optimal load for each direction can be set. Therefore, the user can simultaneously perform training with an optimal load in the upward direction and training with an optimal load in the downward direction, and the training time can be shortened.

(実施の形態2)
<力計測センサ構造>
図13は、本開示の実施の形態2に係る力計測センサ構造10bの構成を示す斜視図である。図14は、図13の力計測センサ構造10bの分解斜視図である。
この力計測センサ構造10bは、支点7に対して回転可能な長さを有する測定子6と、測定子6の所定位置に設けられた中間子2と、測定子6の延在する方向と交差する方向について、中間子2の両端に設けられ、中間子2を支持する第1及び第2の弾性部材3a、3bと、中間子2と接続され、第1の弾性部材3aと中間子2と第2の弾性部材3bとを結ぶ円弧における中間子2の回転角度の変化を検出する回転ポテンショメータ9と、を備える。また、第1及び第2の弾性部材3a、3bは、中間子2に対して、上記円弧に沿って、中間子2の支点7を中心とする回転方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能に設けられている。さらに、回転ポテンショメータ9によって、上記円弧における中間子2の回転角度の変化を検出して中間子2に加わっている力を計測することができる。
測定子6の支点7となる回転軸は、ベース14に設けられている。また、第1の弾性部材3aを上端は第1のバネ受け15aで受けており、第2の弾性部材3bの下端は第2のバネ受け15bで受けている。第1及び第2のバネ受け15a、15bは、ベース14に設けられている。ベース14に設けられた支点7は、測定子6に設けられた軸受7aと嵌合する。
(Embodiment 2)
<Force measurement sensor structure>
FIG. 13 is a perspective view illustrating a configuration of a force measurement sensor structure 10b according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 14 is an exploded perspective view of the force measurement sensor structure 10b of FIG.
This force measurement sensor structure 10b intersects the measuring element 6 having a length rotatable with respect to the fulcrum 7, the intermediate element 2 provided at a predetermined position of the measuring element 6, and the extending direction of the measuring element 6. With respect to the direction, first and second elastic members 3a and 3b that are provided at both ends of the meson 2 and support the meson 2, and are connected to the meson 2, and the first elastic member 3a, the meson 2, and the second elastic member A rotation potentiometer 9 that detects a change in the rotation angle of the meson 2 in an arc connecting to 3b. Further, the first and second elastic members 3a and 3b are provided so as to be able to apply a load to the intermediate element 2 along the arc and in directions opposite to each other in the rotational direction around the fulcrum 7 of the intermediate element 2. It has been. Further, the rotation potentiometer 9 can detect a change in the rotation angle of the meson 2 in the arc and measure the force applied to the meson 2.
A rotating shaft serving as the fulcrum 7 of the measuring element 6 is provided on the base 14. The upper end of the first elastic member 3a is received by the first spring receiver 15a, and the lower end of the second elastic member 3b is received by the second spring receiver 15b. The first and second spring receivers 15 a and 15 b are provided on the base 14. The fulcrum 7 provided on the base 14 is fitted with a bearing 7 a provided on the probe 6.

以下に、この力計測センサ構造10bを構成する各部材について説明する。   Below, each member which comprises this force measurement sensor structure 10b is demonstrated.

<測定子>
測定子6は、回転軸(支点)7に対して回転可能に設けられている。測定子6の所定値に中間子2を設け、中間子に印加される力を計測するために、測定子6は剛体からなることが好ましい。測定子6の材料としては、剛体であればよく、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。
<Measuring element>
The measuring element 6 is provided so as to be rotatable with respect to a rotating shaft (fulcrum) 7. In order to measure the force applied to the intermediate element by providing the intermediate element 2 at a predetermined value of the measuring element 6, the measuring element 6 is preferably made of a rigid body. The material of the measuring element 6 may be a rigid body. For example, any material that can be normally used in force measurement of iron, stainless steel, aluminum, wood, bamboo, or the like can be used.

<中間子>
中間子2は、測定子6の所定位置に設けられる。中間子2の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。
<Meson>
The intermediate element 2 is provided at a predetermined position of the measuring element 6. The material of meson 2 can be used if it can be normally used in force measurement, such as iron, stainless steel, aluminum, wood, and bamboo.

<第1及び第2の弾性部材>
第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bは、測定子6の延在する方向と交差する方向について、中間子2の両端に設けられ、中間子2を支持する。この第1及び第2の弾性部材3a、3bは、中間子2に対して、第1の弾性部材3aと中間子2と第2の弾性部材3bとを結ぶ上記円弧に沿って、中間子2の支点7を中心とする回転方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能に設けられている。
<First and second elastic members>
The first elastic member 3 a and the second elastic member 3 b are provided at both ends of the meson 2 in the direction intersecting with the extending direction of the measuring element 6 and support the meson 2. The first and second elastic members 3a and 3b are connected to the meson 2 along the arc connecting the first elastic member 3a, the meson 2, and the second elastic member 3b. Is provided in such a manner that a load can be applied in directions opposite to each other in the rotation direction with respect to the center.

<回転ポテンショメータ>
回転ポテンショメータ9は、中間子2と接続され、第1の弾性部材3aと中間子2と第2の弾性部材3bとを結ぶ円弧における中間子2の回転角度の変化を検出する。回転ポテンショメータ9によって、円弧における中間子2の回転角度の変化を検出して中間子2に加わっている力を計測することができる。
<Rotary potentiometer>
The rotary potentiometer 9 is connected to the meson 2 and detects a change in the rotation angle of the meson 2 in an arc connecting the first elastic member 3a, the meson 2, and the second elastic member 3b. The rotation potentiometer 9 can detect a change in the rotation angle of the meson 2 in the arc and measure the force applied to the meson 2.

図15(a)は、図13の力計測センサ構造10bにおいて、中間子2に時計回り(+)方向の力が印加され、中間子2が時計回り(+)方向に移動した場合の位置を示す正面図であり、図15(b)は、中間子2に力が印加されていない場合の中間子2の位置を示す正面図であり、図15(c)は、中間子2に反時計回り(−)方向の力が印加され、中間子2が反時計回り(−)方向に移動した場合の中間子2の位置を示す正面図である。
図15(a)に示すように、中間子2が時計回り(+)方向の位置にある場合には、第1の弾性部材3aが圧縮されると共に、第2の弾性部材3bが伸長されるため、第1及び第2の弾性部材3a、3bから、中間子2に反時計回り(−)方向の負荷がかかる。一方、図15(c)に示すように、中間子2が反時計回り(−)方向の位置にある場合には、第1の弾性部材3aが伸長されると共に、第2の弾性部材3bが圧縮されるため、第1及び第2の弾性部材3a、3bから、中間子2に時計回り(+)方向の負荷がかかる。この力計測センサ構造10bでは、回転ポテンショメータ9によって、第1の弾性部材3aと中間子2と第2の弾性部材3bとを結ぶ円弧における中間子2の回転角度の変化を検出して、中間子2に加わっている力を計測する。例えば、中間子2の位置が時計回り(+)方向の場合には、中間子2には反時計回り(−)方向の負荷がかかっていることがわかる。一方、中間子2の位置が反時計回り(−)方向の場合には、中間子2には時計回り(+)方向の負荷がかかっていることがわかる。
FIG. 15A is a front view showing the position when a force in the clockwise (+) direction is applied to the meson 2 and the meson 2 moves in the clockwise (+) direction in the force measurement sensor structure 10b of FIG. FIG. 15B is a front view showing the position of the meson 2 when no force is applied to the meson 2, and FIG. 15C is a counterclockwise (−) direction with respect to the meson 2. 6 is a front view showing the position of the meson 2 when the force is applied and the meson 2 moves in the counterclockwise (−) direction. FIG.
As shown in FIG. 15A, when the meson 2 is located in the clockwise (+) direction, the first elastic member 3a is compressed and the second elastic member 3b is expanded. A load in the counterclockwise (−) direction is applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b. On the other hand, as shown in FIG. 15C, when the meson 2 is located in the counterclockwise (−) direction, the first elastic member 3a is expanded and the second elastic member 3b is compressed. Therefore, a load in the clockwise (+) direction is applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b. In this force measurement sensor structure 10b, the rotation potentiometer 9 detects a change in the rotation angle of the meson 2 in the arc connecting the first elastic member 3a, the meson 2, and the second elastic member 3b, and is applied to the meson 2. Measure the force. For example, when the position of the meson 2 is in the clockwise (+) direction, it can be seen that a load in the counterclockwise (−) direction is applied to the meson 2. On the other hand, when the position of the meson 2 is in the counterclockwise (−) direction, it can be seen that a load in the clockwise (+) direction is applied to the meson 2.

<負荷制御装置>
図16は、本開示の実施の形態2に係る負荷制御装置20aの構成を示す斜視図である。図17は、図16の負荷制御装置20aの機能的な構成を示すブロック図である。
図16及び図17に示すように、この負荷制御装置20aは、力計測センサ構造10bと、第1及び第2のバネ受け15a、15bを設けたベース14を回転させるモータ(駆動部)16と、モータ(駆動部)16を制御する制御部18と、を備える。また、測定子6の先端に手で握ることができる把持部12aを設けている。さらに、この負荷制御装置20aを上腕用装着部31a、31bによって上腕に装着することができる。上記モータ(駆動部)16によって、第1及び第2のバネ受け15a、15bを設けたベース14を回転させることによって、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に印加する負荷を変化させることができる。
<Load control device>
FIG. 16 is a perspective view illustrating a configuration of the load control device 20a according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 17 is a block diagram showing a functional configuration of the load control device 20a of FIG.
As shown in FIGS. 16 and 17, the load control device 20a includes a force measurement sensor structure 10b and a motor (drive unit) 16 that rotates a base 14 provided with first and second spring receivers 15a and 15b. , And a control unit 18 that controls the motor (drive unit) 16. In addition, a grip portion 12 a that can be gripped by hand is provided at the tip of the measuring element 6. Furthermore, the load control device 20a can be mounted on the upper arm by the upper arm mounting portions 31a and 31b. By rotating the base 14 provided with the first and second spring receivers 15a and 15b by the motor (drive unit) 16, the load applied to the intermediate element 2 from the first and second elastic members 3a and 3b is applied. Can be changed.

以下に、この負荷制御装置20aを構成する各部材について説明する。
<駆動部>
駆動部16は、例えば、第1及び第2のバネ受け15a、15bを設けたベース14を回転させることができるモータ等を使用できる。駆動部16の構成はモータに限られず、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に印加する負荷を変化させることができるものであれば使用できる。例えば、第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bと中間子2との相対位置を上向き又は下向きに変化させて、第1の弾性部材3a及び第2の弾性部材3bから中間子2にかかる負荷を変化させるものであってもよい。
Below, each member which comprises this load control apparatus 20a is demonstrated.
<Driver>
As the drive unit 16, for example, a motor that can rotate the base 14 provided with the first and second spring receivers 15a and 15b can be used. The structure of the drive part 16 is not restricted to a motor, If it can change the load applied to the intermediate | middle 2 from the 1st and 2nd elastic members 3a and 3b, it can be used. For example, the load applied to the meson 2 from the first elastic member 3a and the second elastic member 3b by changing the relative positions of the first elastic member 3a and the second elastic member 3b and the meson 2 upward or downward. May be used.

<制御部>
図18は、図17の制御部18の物理的な構成例を示すブロック図である。図19は、図17の制御部18の機能的な構成例を示すブロック図である。
この制御部18は、例えば、図18に示すように、CPU21、メモリ22、記憶部23、入力部24、出力部25等を備えたパーソナルコンピュータによって実現してもよい。また、この制御部18の機能的な構成は、図19に示すように、ポテンショメータの値を読み取るポテンショメータ読み取り部26と、中間子2に印加されている力を算出する中間子印加力算出部27と、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2に加える負荷を制御する弾性部材負荷制御部28と、を備えてもよい。
<Control unit>
FIG. 18 is a block diagram illustrating a physical configuration example of the control unit 18 of FIG. FIG. 19 is a block diagram illustrating a functional configuration example of the control unit 18 of FIG.
For example, as shown in FIG. 18, the control unit 18 may be realized by a personal computer including a CPU 21, a memory 22, a storage unit 23, an input unit 24, an output unit 25, and the like. Further, as shown in FIG. 19, the functional configuration of the control unit 18 includes a potentiometer reading unit 26 that reads the value of the potentiometer, an meson application force calculation unit 27 that calculates a force applied to the meson 2, and An elastic member load control unit 28 that controls the load applied to the meson 2 from the first and second elastic members 3a and 3b may be provided.

<動作支援装置/筋力訓練支援装置>
図20は、本開示の実施の形態2に係る支援装置29a(動作支援装置30c/筋力訓練支援装置30d)の構成を示す斜視図である。図21は、図20の支援装置29a(動作支援装置30c/筋力訓練支援装置30d)の機能的な構成を示すブロック図である。
この支援装置29a(動作支援装置30c及び筋力訓練支援装置30d)は、上記負荷制御装置20aと、上腕用装着部31a、31bと、身体用装着部32bとを備える。なお、負荷制御装置20aの力計測センサ構造10bには、把持部12aを備える。この把持部12aは、図16に示すように力計測センサ構造10bの中間子2と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、中間子2に力を伝達する。具体的には、把持部12aは、手で握って力を印加しやすくするために設けられている。なお、把持部12aは、図20の例では手で握ることができる形状としているが、これに限られず、上肢又は下肢の動きと連動するように、上肢又は下肢に固定してもよい。また、上腕用装着部31a、31bによって装着しやすくしてもよい。さらに、制御部18や電源33等は、身体用装着部32bで身体に装着してもよい。なお、上腕用装着部31a、31b及び身体用装着部32bは、この支援装置29a(動作支援装置30c及び筋力訓練支援装置30d)の構成に必須のものではない。
<Motion support device / Muscle training support device>
FIG. 20 is a perspective view illustrating a configuration of the support device 29a (the motion support device 30c / muscle training support device 30d) according to the second embodiment of the present disclosure. FIG. 21 is a block diagram showing a functional configuration of the support device 29a (motion support device 30c / muscle training support device 30d) in FIG.
The support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d) includes the load control device 20a, upper arm mounting portions 31a and 31b, and a body mounting portion 32b. The force measurement sensor structure 10b of the load control device 20a includes a grip portion 12a. The grip 12a is connected to the meson 2 of the force measurement sensor structure 10b as shown in FIG. 16, and transmits force to the meson 2 in conjunction with the movement of the upper limb or lower limb of the user. Specifically, the grip portion 12a is provided to make it easier to apply a force by grasping it with a hand. In addition, although the holding part 12a is made into the shape which can be grasped with a hand in the example of FIG. 20, it is not restricted to this, You may fix to an upper limb or a lower limb so that it may link with a motion of an upper limb or a lower limb. Moreover, you may make it easy to mount | wear with the mounting parts 31a and 31b for upper arms. Further, the control unit 18 and the power source 33 may be mounted on the body by the body mounting unit 32b. The upper arm mounting portions 31a and 31b and the body mounting portion 32b are not essential to the configuration of the support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d).

<動作支援装置>
この支援装置29a(動作支援装置30c及び筋力訓練支援装置30d)は、動作支援装置30cとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子2に加わっている力を軽減するように駆動部16を制御して、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
具体的には、使用者が把持部12aを握って中間子2を時計回り(+)方向に持ち上げる動作を行った場合、図15(a)に示されるように、中間子2は時計回り(+)方向に移動する。この場合、第1の弾性部材3aは圧縮され、第2の弾性部材3bは伸長され、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2には反時計回り(−)方向の力がかかる。そこで、回転ポテンショメータ9で中間子2の回転角度が時計回り(+)方向にあることを検出した場合には、モータ(駆動部)16を駆動させてベース14を時計回り(+)方向に回転させて、使用者の時計回り(+)方向に持ち上げる動作を支援する。
また、使用者が把持部12aを握って中間子2を反時計回り(−)方向に押し下げる動作を行った場合、図15(c)に示されるように、中間子2は反時計回り(−)方向に移動する。この場合、第1の弾性部材3aは伸長され、第2の弾性部材3bは圧縮され、第1及び第2の弾性部材3a、3bから中間子2には時計回り(+)方向の力がかかる。そこで、回転ポテンショメータ9で中間子2の回転角度が反時計回り(−)方向にあることを検出した場合には、モータ(駆動部)16を駆動させてベース14を反時計回り(−)方向に回転させて、使用者の反時計回り(−)方向に押し下げる動作を支援する。
<Operation support device>
When the support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d) functions as the motion support device 30c, the support device 29a participates in the meson 2 measured according to the movement of the upper or lower limbs of the user. The drive unit 16 can be controlled to reduce the force to support the movement of the user's upper limb or lower limb.
Specifically, when the user performs the operation of lifting the meson 2 in the clockwise (+) direction by grasping the grip portion 12a, the meson 2 is rotated clockwise (+) as shown in FIG. Move in the direction. In this case, the first elastic member 3a is compressed, the second elastic member 3b is expanded, and a force in the counterclockwise (−) direction is applied from the first and second elastic members 3a and 3b to the meson 2. . Therefore, when the rotation potentiometer 9 detects that the rotation angle of the meson 2 is in the clockwise (+) direction, the motor (drive unit) 16 is driven to rotate the base 14 in the clockwise (+) direction. Thus, the user's movement in the clockwise (+) direction is supported.
Further, when the user holds the grip portion 12a and performs an operation of pushing down the intermediate element 2 in the counterclockwise (−) direction, the intermediate element 2 is counterclockwise (−) direction as shown in FIG. 15 (c). Move to. In this case, the first elastic member 3a is expanded, the second elastic member 3b is compressed, and a force in the clockwise (+) direction is applied from the first and second elastic members 3a and 3b to the meson 2. Therefore, when the rotation potentiometer 9 detects that the rotation angle of the meson 2 is in the counterclockwise (−) direction, the motor (drive unit) 16 is driven to turn the base 14 in the counterclockwise (−) direction. Rotating and assisting the user to push down in the counterclockwise (-) direction.

<動作支援フローチャート>
図22は、本開示の実施の形態2に係る動作支援装置30cの動作を説明するフローチャートである。
(1)回転ポテンショメータ9の値を読み込む(S21)。
(2)回転ポテンショメータ9の値は時計回り(+)方向か否か判断し(S22)、時計回り(+)方向の場合には、時計回り方向の動作を支援するようにモータを駆動してベース14を時計回りに回転させる(S23)。その後、上記ステップS21に戻り、再度回転ポテンショメータ9の値を読み込む。一方、回転ポテンショメータ9の値が時計回り方向でない場合には、次のステップS24に移動する。
(3)回転ポテンショメータ9の値は反時計回り(−)方向か否か判断し(S24)、反時計回り(−)方向の場合には、逆時計回り方向の動作を支援するようにモータを駆動してベースを反時計回り方向に回転させる(S25)。その後、上記ステップS21に戻り、再度回転ポテンショメータ9の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。これによって、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
<Operation support flowchart>
FIG. 22 is a flowchart for explaining the operation of the operation support apparatus 30c according to the second embodiment of the present disclosure.
(1) The value of the rotary potentiometer 9 is read (S21).
(2) It is determined whether the value of the rotary potentiometer 9 is in the clockwise (+) direction (S22). If the value is in the clockwise (+) direction, the motor is driven to support the clockwise operation. The base 14 is rotated clockwise (S23). Then, it returns to said step S21 and reads the value of the rotation potentiometer 9 again. On the other hand, if the value of the rotary potentiometer 9 is not clockwise, the process moves to the next step S24.
(3) It is determined whether or not the value of the rotary potentiometer 9 is in the counterclockwise (−) direction (S24). If the value is in the counterclockwise (−) direction, the motor is operated so as to support the operation in the counterclockwise direction. Driven to rotate the base counterclockwise (S25). Then, it returns to said step S21 and reads the value of the rotation potentiometer 9 again.
Repeat the above steps. Thereby, the movement of the user's upper limb or lower limb can be supported.

<筋力訓練支援装置>
この支援装置29a(動作支援装置30c及び筋力訓練支援装置30d)は、筋力訓練支援装置30dとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子2に加わっている力を増加するように駆動部16を制御して、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
具体的には、回転ポテンショメータ9で中間子2の位置が既定値より時計回り(+)方向にあることを検出した場合には、筋力訓練であらかじめ設定された使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも大きな力が印加されていることがわかる。そこで、モータ(駆動部)16を駆動させてベース14を時計回り(+)方向に回転させて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
また、回転ポテンショメータ9で中間子2の位置が既定値より反時計回り(−)方向にあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも小さな力が印加されていることがわかる。そこで、モータ(駆動部)16を駆動させてベース14を反時計回り(−)方向に回転させて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
<Muscle training support device>
When the support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d) functions as the strength training support device 30d, the support device 29a is added to the measured meson 2 according to the movement of the upper limb or the lower limb of the user. The driving unit 16 can be controlled so as to increase the force of the user, and the muscle strength training of the upper limb or the lower limb of the user can be supported.
Specifically, when it is detected by the rotary potentiometer 9 that the position of the meson 2 is in the clockwise (+) direction from the predetermined value, the predetermined value applied to the upper limb or the lower limb of the user set in advance in the strength training It can be seen that a force larger than the value force is applied. Therefore, the motor (drive unit) 16 is driven to rotate the base 14 in the clockwise (+) direction so that the force applied to the upper limb or the lower limb of the user becomes a predetermined force. Support strength training.
Further, when the rotary potentiometer 9 detects that the position of the meson 2 is in the counterclockwise (−) direction from the predetermined value, a predetermined value to be applied to the upper limb or the lower limb of the user by the preset strength training is set. It can be seen that a force smaller than the force is applied. Therefore, the motor (driving unit) 16 is driven to rotate the base 14 in the counterclockwise (−) direction so that the force applied to the upper limb or lower limb of the user becomes a predetermined force. Support muscle strength training.

この筋力訓練支援装置30dでは、回転ポテンショメータ9によって中間子2の回転角度を検出し、使用者に加わっている力が既定値より大きい場合には軽減し、既定値より小さい場合には大きくして、使用者に加わる負荷を一定の負荷とすることができる。これによって、使用者の筋力訓練において、使用者の動きにかかわらず一定の負荷に保つことができる。   In this muscular strength training support device 30d, the rotation angle of the meson 2 is detected by the rotary potentiometer 9, and when the force applied to the user is larger than the predetermined value, it is reduced. The load applied to the user can be a constant load. Thereby, in a user's muscular strength training, it can be kept constant load irrespective of a user's movement.

<筋力訓練支援フローチャート>
図23は、本開示の実施の形態2に係る筋力訓練支援装置30dの動作を説明するフローチャートである。
(1)回転ポテンショメータ9の値を読み込む(S31)。
(2)回転ポテンショメータ9の値は規定値より時計回り(+)方向か否か判断し(S32)、規定値より時計回り(+)方向の場合には、規定値の負荷となるようにモータを駆動してベースを時計回り方向に回転させる(S33)。その後、上記ステップS31に戻り、再度回転ポテンショメータ9の値を読み込む。一方、回転ポテンショメータ9の値が規定値より時計回り方向でない場合には、次のステップS34に移動する。
(3)回転ポテンショメータ9の値は規定値より反時計回り(−)方向か否か判断し(S34)、規定値より反時計回り(−)方向の場合には、規定値の負荷となるようにモータを駆動してベースを反時計回りに回転させる(S35)。その後、上記ステップS31に戻り、再度回転ポテンショメータ9の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。これによって、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
<Strength training support flowchart>
FIG. 23 is a flowchart for explaining the operation of the strength training support device 30d according to the second embodiment of the present disclosure.
(1) The value of the rotary potentiometer 9 is read (S31).
(2) It is determined whether or not the value of the rotary potentiometer 9 is in the clockwise (+) direction from the specified value (S32). If the value is in the clockwise (+) direction from the specified value, the motor is set so as to have a specified value load. Is driven to rotate the base clockwise (S33). Then, it returns to said step S31 and reads the value of the rotation potentiometer 9 again. On the other hand, if the value of the rotary potentiometer 9 is not clockwise from the specified value, the process moves to the next step S34.
(3) It is determined whether or not the value of the rotary potentiometer 9 is counterclockwise (-) direction from the specified value (S34). If the value is counterclockwise (-) direction from the specified value, the load of the specified value is assumed. The motor is driven to rotate the base counterclockwise (S35). Then, it returns to said step S31 and reads the value of the rotation potentiometer 9 again.
Repeat the above steps. Thereby, the user's upper limb or lower limb muscle strength training can be supported.

以上の説明から明らかなように、本開示の実施の形態2に係る支援装置29a(動作支援装置30cおよび筋力訓練支援装置30d)は、第1及び第2の弾性部材3a、3bで中間子2を支持する構成としているため、使用者が急な動きを行っても、力計測センサ構造10bが過敏に反応し過ぎることはない。従って、使用者の動作に適した範囲で、支援装置29a(動作支援装置30cおよび筋力訓練支援装置30d)の最適化が可能となる。
特に、動作支援装置30cとして用いる場合、作業内容に応じて第1及び第2の弾性部材3a、3bを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の特性が向上し、使用者に掛かる負荷を軽減できる。
As is clear from the above description, the support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d) according to the second embodiment of the present disclosure uses the first and second elastic members 3a and 3b to hold the meson 2. Since it is set as the structure which supports, even if a user performs a sudden movement, the force measurement sensor structure 10b does not react too sensitively. Therefore, the support device 29a (the motion support device 30c and the strength training support device 30d) can be optimized within a range suitable for the user's motion.
In particular, when used as the motion support device 30c, if the first and second elastic members 3a and 3b are adjusted according to the work content, the characteristics of the upward direction and the downward direction shown in the above description are improved, and the user can be improved. The applied load can be reduced.

同様に、筋力訓練支援装置30dとして用いる場合、使用者が回復すべき機能に応じて第1及び第2の弾性部材3a、3bを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の負荷を最適化できる。つまり、各方向に対する最適な負荷を設定できる。よって、使用者は、上向き方向に対して最適な負荷による訓練と下向き方向に対して最適な負荷による訓練とを同時に行うことが可能となり、訓練時間を短縮できる。   Similarly, when used as the muscular strength training support device 30d, if the first and second elastic members 3a and 3b are adjusted according to the function to be recovered by the user, the loads in the upward direction and the downward direction shown in the above description will be described. Can be optimized. That is, the optimal load for each direction can be set. Therefore, the user can simultaneously perform training with an optimal load in the upward direction and training with an optimal load in the downward direction, and the training time can be shortened.

本開示に係る支援装置は、初期に比べてその後の力が小さくなる力を計測して支援する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測して支援できる。そこで、この支援装置は、人力による動作を支援する動作支援装置及び筋力訓練支援装置に使用できる。   The support device according to the present disclosure can measure and support not the initial force but the subsequent force when measuring and assisting the force with which the subsequent force becomes smaller than the initial force. Therefore, this support device can be used for a motion support device and a muscular strength training support device that support motion by human power.

1 軸
2 中間子
3a 第1の弾性部材
3b 第2の弾性部材
4 リニアポテンショメータ
5a 第1の端部
5b 第2の端部
6 測定子
7 支点(回転軸)
7a 軸受
9 回転ポテンショメータ
10、10a、10b 力計測センサ構造
11 ワイヤ
12、12a 把持部(グリップ)
13 フック
14 ベース
15a、15b バネ受け
16 モータ(駆動部)
18 制御部
20、20a 負荷制御装置
21 CPU
22 メモリ
23 記憶部
24 入力部
25 出力部
26 ポテンショメータ読み取り部
27 中間子印加力算出部
28 弾性部材負荷制御部
29、29a 支援装置
30a、30c 動作支援装置
30b、30d 筋力訓練支援装置
31a、31b 上腕用装着部
32a、32b、36 身体用装着部
33 電源
40 メインフレーム
41 背当て部
42 肩ベルト
43 腰ベルト
44 アーム
45 前面フレーム
46 背面フレーム
47 脇ベルト
48 脇ベルト調整部
49 フレーム幅調整部
50 ローラ
1 axis 2 meson 3a first elastic member 3b second elastic member 4 linear potentiometer 5a first end 5b second end 6 measuring element 7 fulcrum (rotating shaft)
7a Bearing 9 Rotary potentiometer 10, 10a, 10b Force measuring sensor structure 11 Wire 12, 12a Gripping part (grip)
13 Hook 14 Base 15a, 15b Spring receiver 16 Motor (drive unit)
18 Control unit 20, 20a Load control device 21 CPU
22 memory 23 storage unit 24 input unit 25 output unit 26 potentiometer reading unit 27 meson applied force calculation unit 28 elastic member load control units 29 and 29a support devices 30a and 30c motion support devices 30b and 30d strength training support devices 31a and 31b for upper arms Mounting part 32a, 32b, 36 Body mounting part 33 Power supply 40 Main frame 41 Back rest part 42 Shoulder belt 43 Waist belt 44 Arm 45 Front frame 46 Rear frame 47 Side belt 48 Side belt adjustment part 49 Frame width adjustment part 50 Roller

Claims (7)

第1及び第2の弾性部材と、前記第1及び第2の弾性部材の間に支持された中間子と、を備えた力計測センサ構造と、
前記力計測センサ構造の前記第1及び第2の弾性部材から前記中間子に印加する負荷を変化させる駆動部と、
前記駆動部を制御する制御部と、
使用者の身体に装着するための装着部と、
を備えた支援装置であって、
前記力計測センサ構造は、
第1の端部と第2の端部とを有する軸と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記第2の端部との間を移動可能に設けられた前記中間子と、
前記軸に沿って前記第1の端部と前記中間子との間に設けられた前記第1の弾性部材と、
前記軸に沿って前記第2の端部と前記中間子との間に設けられた前記第2の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、
前記中間子と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、前記中間子に力を伝達する把持部と、
を備え、
前記装着部は、
使用者の肩部に掛架されると共に、前記駆動部を固定するメインフレームと、
前記メインフレームを使用者の胴体へ取り付ける腰ベルトと、
前記メインフレームへ取り付けられ、前記力計測センサ構造と前記駆動部とを接続するワイヤを懸架するアームと、
を備え、
前記第1及び第2の弾性部材は、前記中間子を支持すると共に、前記中間子に対して、前記軸に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記リニアポテンショメータによって、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出して前記中間子に加わっている力を計測し、
前記制御部は、計測された前記中間子に加わっている力に応じて前記駆動部を制御する、支援装置。
A force measurement sensor structure comprising: first and second elastic members; and a meson supported between the first and second elastic members;
A drive unit for changing a load applied to the meson from the first and second elastic members of the force measurement sensor structure;
A control unit for controlling the driving unit;
A mounting part for mounting on the user's body;
A support device comprising:
The force measuring sensor structure is
A shaft having a first end and a second end;
The meson provided movably between the first end and the second end along the axis;
The first elastic member provided between the first end and the meson along the axis;
The second elastic member provided between the second end and the meson along the axis;
A linear potentiometer connected to the meson for detecting a one-dimensional position of the meson along the axis;
A gripping unit connected to the meson and transmitting force to the meson in conjunction with movement of the upper or lower limbs of a user;
With
The mounting part is
A main frame that is hung on the shoulder of the user and that fixes the drive unit;
A waist belt for attaching the main frame to a user's torso;
An arm attached to the main frame and suspending a wire connecting the force measurement sensor structure and the drive unit;
With
The first and second elastic members support the meson, and can apply a load to the meson in a direction opposite to each other in a one-dimensional direction along the axis,
The linear potentiometer detects the position of the meson in a one-dimensional direction along the axis and measures the force applied to the meson,
The said control part is an assistance apparatus which controls the said drive part according to the force added to the measured said meson.
前記駆動部は、前記第1及び第2の弾性部材から前記中間子に印加する負荷の大きさと、負荷の方向とのうち少なくとも一方を変化させる、請求項1に記載の支援装置。   2. The support device according to claim 1, wherein the driving unit changes at least one of a magnitude of a load applied to the intermediate element from the first and second elastic members and a direction of the load. 前記メインフレームは、使用者の背面側に設けられた背当て部と、使用者の腕を通すための肩ベルトと、で構成され、
前記アームは、使用者の背面側から前面側に向かって配置されている、
請求項1に記載の支援装置。
The main frame is composed of a back rest provided on the back side of the user, and a shoulder belt for passing the user's arm,
The arm is disposed from the back side of the user toward the front side.
The support device according to claim 1.
前記メインフレームは、使用者の前面側に設けられた前面フレームと、前記前面フレームと接続され、使用者の背面側に設けられた背面フレームと、で構成され、
前記アームは、前記前面フレームに取り付けられている、
請求項1に記載の支援装置。
The main frame includes a front frame provided on the front side of the user, and a back frame connected to the front frame and provided on the back side of the user.
The arm is attached to the front frame,
The support device according to claim 1.
前記第1及び第2の弾性部材は、バネ、ゴム、エア(空気)の群から選ばれる一種以上の部材から構成されている、請求項1に記載の支援装置。 2. The support device according to claim 1, wherein the first and second elastic members are formed of one or more members selected from a group of a spring, rubber, and air (air ) . 請求項1に記載の前記支援装置を含み、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された前記中間子に加わっている力を軽減するように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の動きを支援する、動作支援装置。
The support device according to claim 1,
The control unit controls the drive unit so as to reduce the force applied to the meson measured according to the movement of the user's upper limb or lower limb, and moves the user's upper limb or lower limb. Operation support device that supports
請求項1に記載の前記支援装置を備え、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、前記中間子に所定の力が印加されるように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援する筋力訓練支援装置。
The support device according to claim 1,
The control unit controls the driving unit so that a predetermined force is applied to the mesons according to the movement of the user's upper limb or lower limb, thereby assisting in muscular strength training of the user's upper limb or lower limb. Strength training support device.
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