JP5516570B2 - 装着型動作支援装置 - Google Patents
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Description
関節を挟む近位身体部位に装着される第1サポート部材と、前記関節の遠位身体部位に
装着されると共に前記第1サポート部材に連結され、前記関節の屈曲動作に合わせて姿勢
変位可能な第2サポート部材と、前記第1サポート部材に対して前記第2サポート部材を
姿勢変位させる作動手段とを備え、前記作動手段が前記第2サポート部材を前記第1サポ
ート部材に対して姿勢変位させることで、前記関節の屈曲動作を補助する装着型動作支援
装置であって、
前記第2サポート部材は、
リング形状で手首全周を包囲して着脱され前記第1サポート部材に連結される固定部材
と、 前記固定部材の前記遠位身体部位側に該固定部材に対し近接・離間移動が可能に配設
され、該遠位身体部位に装着されるリング形状の移動部材と、
前記固定部材と前記移動部材との間に設けられ、固定部材に対して移動部材を相対的に
近接移動することで押圧されて押圧力を検知する圧力センサとを備え、
前記圧力センサが検知する押圧力に応じて前記作動手段を作動制御するよう構成したこ
とを特徴とする。
従って、請求項1に係る発明によれば、遠位身体部位に装着した移動部材が、該遠位身
体部位の動きにより固定部材に近接移動すると、該移動部材に押圧された圧力センサが押
圧力を精度よく検知することができる。そして、圧力センサが検知する押圧力に応じて作
動手段を作動制御することで、第2サポート部材の姿勢変位による関節の屈曲動作を適切
に補助し得る。
前記圧力センサは、その圧力検知部に、前記固定部材または移動部材に向け突出する突出部を備えたことを要旨とする。
従って、請求項2に係る発明によれば、固定部材に近接移動する移動部材が突出部に接触することで、圧力センサによる検知精度を好適に高めることができる。
前記固定部材および前記移動部材の間には、固定部材に対して移動部材を相対的に近接移動することで弾性変形する弾性部材が前記圧力センサに接触した状態で設けられ、
前記固定部材に対する前記移動部材の近接移動時に、前記圧力センサに接触する前記弾性部材が弾性変形して前記圧力センサを押圧するよう構成されたことを要旨とする。
従って、請求項3に係る発明によれば、移動部材の移動時に弾性部材材が弾性変形して圧力センサを押圧するので、該移動部材の移動の微小な移動を検知することができ、圧力センサによる検知精度を高めることができる。
前記固定部材および前記移動部材の間に、前記圧力センサを複数備えると共に、前記固定部材および前記移動部材の間に、該固定部材に対して該移動部材を弾性的に付勢する弾性部材を複数備え、
前記移動部材を付勢する各弾性部材が均衡を保った状態において、前記移動部材と前記各圧力センサとの間隔が同等になるよう移動部材を保持することを要旨とする。
従って、請求項4に係る発明によれば、移動部材がどの方向へ移動しても、圧力センサが検知するまでの時間が一定となり、圧力センサによる検知にタイムラグが生ずることを防止し得る。また、弾性部材により、移動部材をがたつきなく保持することができる。
前記固定部材は、前記移動部材に対向する円形の内周面を備えると共に、前記移動部材は、前記内周面に対向する円形の外周面を備え、
前記圧力センサは、前記内周面または外周面に、その周方向へ離間して複数個配設されていることを要旨とする。
従って、請求項5に係る発明によれば、遠位身体部位の動きにより移動部材が固定部材の内周面内側において径方向の何れの方向へ移動しても、圧力センサによる検知が可能である。
図1は、第1実施例に係る装着型動作支援装置SU1の全体構成を概略的に示す斜視図であり、図2および図3は、装着型動作支援装置SU1の全体構成を概略的に示す平面図および左側面図である。第1実施例の装着型動作支援装置SU1は、右腕Aにおいて、肘関節A3に対して近位身体部位である上腕部A1に装着される第1サポート部材10と、該第1サポート部材10に姿勢変位可能に連結されて、肘関節A3に対して遠位身体部位である前腕部A2に装着される第2サポート部材12とを備えている。また第2サポート部材12は、前腕部A2の手首部A4に近接した部位に、前腕部A2を支持すると共に該前腕部A2の動きを検知する動作検知部材14を備えている。
(1)前腕部A2の手首部A4近傍に対する動作検知部材14の着脱を簡易に行ない得る。すなわち、開放させたインナー部材81の第1インナー半体105に前腕部A2を載せたもとで、第2インナー半体106の第2端部106Bを第1インナー半体105の第2端部105Bへ当接させることで、インナー半体連結手段L1の第1連結手段116および第2連結手段115が夫々係合され、両インナー半体105,106をワンタッチの簡単な操作で固定することができる。そして、前腕部A2に装着したインナー部材81を、開放させたアウター部材80の第1アウター半体82に載せたもとで、第2アウター半体83の第2端部83Bを第1アウター半体82の第2端部82Bへ当接させることで、アウター半体連結手段L2の第4連結手段95および第3連結手段96が夫々係合し、両アウター半体82,83をワンタッチの簡単な操作で固定することができる。
(2)アウター部材80の前記各圧力センサ130A,130B,130C,130Dが貼着された内周面80Aと、インナー部材81の各圧力センサ130A,130B,130C,130Dを押す外周面81Aとが、何れも変形困難な素材から形成されているので、前腕部A2の動きに対して押圧される該圧力センサ130A,130B,130C,130Dの検知精度が向上し、検知信号に応じてサーボモータ70を適切に作動制御して右腕Aの動作支援を適切に行なうことができる。
(3)各圧力センサ130A,130B,130C,130Dの圧力検知部に前記突出部135が配設されているので、インナー部材81に押された各圧力センサ130A,130B,130C,130Dが点で力を受けるようになり、検知精度を更に高められる。
(4)ユーザーが手首部A4を回転させる捻り動作を行なう際には、アウター部材80に設けた各突出部135にインナー部材81の外周面81Aが点接触して、該インナー部材81が抵抗なくスムーズに回転変位するので、手首部A4を回転させる捻り動作を無理なく容易に行なうことができる。
(5)アウター部材80の第1アウター半体82および第2アウター半体83がアウター半体連結手段L2により適切に連結されるので、図10(b)に示すように、インナー部材81の回転を案内する前ガイド面91および後ガイド面92の境界部分に段差や隙間が形成されない。同様に、インナー部材81の第1インナー半体105および第2インナー半体106がインナー半体連結手段L1により適切に連結されるので、図11(b)に示すように、アウター部材80の前ガイド面91および後ガイド面92に摺接する前当接面110および後当接面111の境界部分に段差や隙間が形成されない。従って、アウター部材80に保持されたインナー部材81は、周方向における両方向へスムーズに回転するようになり、遠位身体部位A2の回転を伴う捻り操作を簡易に行なうことを可能とする。
(6)上腕部A1に対して前腕部A2を屈伸する動作を行なう際に、第1サポート部材10と第2サポート部材12との連結部(回転支持部材50)に対する手首部A4の位置および距離の変化に応じて、第2サポート部材12のスライド部材43が支持体部40に対して前後方向へスライドするので、前腕部A2に対する前腕装着部41および動作検知部材14の装着位置にずれが生じない。従って、前腕部A2を屈伸する動作が阻害されることがなく、また屈伸動作に際して違和感が生ずることもない。
(7)第2サポート部材12を姿勢変位させるサーボモータ70や、第1ギア73および第2ギア74からなる作動機構Mや、回転支持部材50およびロータリーエンコーダ76等が、第1サポート部材10に設けた収容設置部24内に配設されるので、装着型動作支援装置SU1の小型化およびコンパクト化が図られる。従って、装着感の向上が図られて、子供や老人であっても容易に使用することができる。また、作動機構M等が第1サポート部材10および第2サポート部材12の外側に殆ど露出しないので、これらの可動部分に指先や衣服の裾部等が挟み込まれる不都合の発生も好適に防止し得る。
(8)第2サポート部材12が第1サポート部材10に対して着脱可能なので、同一形状の第2連結支持部材65を設けた形状・サイズが異なる複数の第2サポート部材12を準備すれば、第1サポート部材10に対して形状・サイズが異なる第2サポート部材12を選択的に装着し得る。従って、ユーザーの体格変化に対応し得ると共に、肘関節A3を挟む上腕部A1と前腕部A2以外の身体部位に装着して、当該身体部位の動作補助を行なうことも可能である。
図12は、第2実施例に係る装着型動作支援装置SU2における第2サポート部材12の動作検知部材14を、左右方向で上下に破断した縦断面図である。第2実施例の装着型動作支援装置SU2は、動作検知部材14以外の構成が前記第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一である。従って、ここでは第1実施例と異なる動作検知部材14について詳細に説明し、第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一の構成を有する部材および部位は、同一の符号を付して説明を省略する。第2実施例における第2サポート部材12の動作検知部材14は、図12に示すように、アウター部材80とインナー部材81との間に、各圧力センサ130A,130B,130C,130Dと個別に対応した複数(第2実施例では4つ)の当接支持部材(弾性部材)138を追加して設け、アウター部材80に対してインナー部材81を相対的に近接移動することで、各当接支持部材138が弾性変形して対応の圧力センサ130A,130B,130C,130Dを押圧するよう構成されている。
図13は、第3実施例に係る装着型動作支援装置SU3における第2サポート部材12の動作検知部材14を、左右方向で上下に破断した縦断面図である。第3実施例の装着型動作支援装置SU3は、動作検知部材14以外の構成が前記第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一である。従って、ここでは第1実施例と異なる動作検知部材14について詳細に説明し、第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一の構成を有する部材および部位は、同一の符号を付して説明を省略する。第3実施例における第2サポート部材12の動作検知部材14は、図13に示すように、アウター部材80の内側壁部87およびインナー部材81の支持壁部材107の間に複数(第3実施例では8個)のコイルバネ(弾性部材)136を、周方向へ等間隔に配設したものである。各コイルバネ136は、その一端がアウター部材80の内側壁部87に固定されており、他端がインナー部材81の外周面81Aに常に接触した状態となっている。
図14は、第4実施例に係る装着型動作支援装置SU4における第2サポート部材12の動作検知部材14を、左右方向で上下に破断した縦断面図である。第4実施例の装着型動作支援装置SU4は、動作検知部材14以外の構成が前記第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一である。従って、ここでは第1実施例と異なる動作検知部材14について詳細に説明し、第1実施例の装着型動作支援装置SU1と同一の構成を有する部材および部位は、同一の符号を付して説明を省略する。第4実施例における第2サポート部材12の動作検知部材14は、図14に示すように、インナー部材81の支持壁部材107と手首パッド部材113とを分離した構成となっている。そして、各手首パッド部材113は、支持壁部材107に対向する外面側に設けられた硬質の外殻部142と、この外殻部142の内側に設けられて前腕部A2に当接する軟質のパッド部143とからなり、コイルバネ(支持部材)140を介して支持壁部材107に弾力的に支持されている。
図15は、第5実施例に係る装着型動作支援装置SU5の全体構成を概略的に示す斜視図である。第5実施例の装着型動作支援装置SU5は、右腕Aにおいて肘関節A3より近位身体部位である上腕部A1に装着される第1サポート部材210と、該第1サポート部材210に回転変位可能に連結されて、肘関節A3より遠位身体部位である前腕部A2に装着される第2サポート部材212と、第1サポート部材210に対して第2サポート部材212を回転変位させる作動機構Mとを備えている。また第2サポート部材212は、前腕部A2の動きを検知する検知手段214を備えている。
(1)第2サポート部材212に設けた検知手段214における第1検知部280および第2検知部281が、常に圧力センサ282および前腕パッド部材245に弾力的に当接する当接支持部材283を夫々備えているので、前腕パッド部材245の微小な動きを各圧力センサ282,282でダイレクトに検知することができるから、該圧力センサ282,282による検知精度が向上する。そして、各圧力センサ282,282の検知信号に応じてサーボモータ70が適切に作動制御されるので、右腕Aの動作支援を適切に行なうことができる。
(2)前腕装着部241は、該前腕装着部241に外力が付与されない状態において、第1検知部280の当接支持部材283および第2検知部281の当接支持部材283が均衡を保った状態となり、支持体部240に対する可動範囲の中間となる位置に弾力的に保持される。従って、前腕パッド部材245と各圧力センサ282,282の間隔が同等となり、前腕装着部241が第1検知部280側または第2検知部281のどの方向へ移動しても、圧力センサ282,282によりタイムラグなく検知し得る。
(3)各圧力センサ282の圧力検知部に突出部285が配設されているので、当接支持部材283を介して前腕パッド部材245で押された該圧力センサ282が点で力を受けるようになり、検知精度を更に高めることができる。
(4)第2サポート部材212を構成する支持体部240および前腕装着部241を利用して、前腕部A2の動作を検知するようにしたので、第1実施例の装着型動作支援装置SU1よりも軽量化を図り得る。
(5)第2サポート部材212を姿勢変位させるサーボモータ70、第1ギア73および第2ギア74からなる作動機構Mや、回転支持部材260およびロータリーエンコーダ76等が、第1サポート部材210の本体部220に設けた収容設置部224内に配設されるので、装着型動作支援装置SU5の小型化および軽量化が図られる。従って、装着感の向上が図られて、子供や老人であっても容易に使用することができる。また、作動機構M等が第1サポート部材210および第2サポート部材212の外側に露出しないので、これらの可動部分に指先や衣服の裾部等が挟み込まれる不都合の発生も好適に防止し得る。
(6)第2サポート部材212が第1サポート部材210に対して着脱可能なので、同一形状の第1連結部材242および第2連結部材248を備え、支持体部240および前腕パッド部材245の形状・サイズが異なる複数の第2サポート部材212を準備すれば、第1サポート部材210に対して形状・サイズが異なる第2サポート部材212を選択的に装着し得る。従って、ユーザーの体格変化に対応し得ると共に、肘関節A3を挟む上腕部A1と前腕部A2以外の身体部位に装着して、当該身体部位の動作補助を行なうことも可能である。
(7)第1サポート部材210は、上腕装着部221が本体部220に対して着脱可能なので、本体部220を共通に使用して、形状・サイズが異なる複数の上腕装着部221を準備すれば、該上腕装着部221の形状・サイズが異なる複数の第1サポート部材210を構成し得る。同様に、第2サポート部材212は、支持体部240と前腕装着部241とが分離していると共に、該前腕装着部241が第1サポート部材210に対して着脱可能なので、支持体部240を共通に使用して、形状・サイズが異なる複数の前腕装着部241を準備すれば、該前腕装着部241の形状・サイズが異なる複数の第2サポート部材212を構成し得る。従って、上腕装着部221および前腕装着部241の選択により、体格が異なるユーザーに対応し得る。
第1実施例〜第5実施例では、右腕Aの肘関節A3を挟む上腕部A1および前腕部A2に装着される装着型動作支援装置SUを例示したが、本願の装着型動作支援装置SUは、様々に変更して実施可能である。
(1)第1実施例、第2実施例、第3実施例および第4実施例では、アウター部材80に配設される圧力センサ130の配設数は4個に限定されるものではなく、3個以下または5個以上であってもよい。但し、インナー部材81が、上下、左右、斜め上方および斜め下方の全方向へ移動可能であるから、該インナー部材81の動きにより発生する力の検知精度を高めには、最低3個の圧力センサ130を周方向へ等間隔に配置するのが望ましい。すなわち、インナー部材81の全方向の動きに対する検知精度を向上させるには、圧力センサ130の配設数の多少に関係なく、周方向へ等間隔に配設するのが望ましい。但し、周方向において、圧力センサ130の配設間隔が狭い部分と広い部分とがあるように、圧力センサ130を不均等に配設するようにしてもよい。
(2)第1実施例、第2実施例、第3実施例および第4実施例では、検知手段としての圧力センサ130を、アウター部材80に配設した態様を例示したが、インナー部材81の径方向への回転位置を検知する位置検知センサを設ければ、インナー部材81における各インナー半体105,106の支持壁部材107(インナー部材81の外周面81A)に、所定数の圧力センサ130を配設することが可能である。この態様では、インナー部材81が径方向へ動いた際に、アウター部材80における各アウター半体82,83の内周ガイド部材85が圧力センサ130を押すようになり、前記第1実施例と同等の作用効果が得られる。
(3)第1実施例〜第5実施例では、圧力センサ130,282の圧力検知部に突出部135,285を設けたが、該突出部135,285はなくてもよい。
(4)第1実施例、第2実施例、第3実施例および第4実施例では、固定部材および移動部材として円形リング形状(環状)のアウター部材80およびインナー部材81からなる動作検知部材14を例示したが、これら固定部材および移動部材は円形リング状以外の形状であってもよい。
(5)アウター部材80の第1アウター半体82および第2アウター半体83とを連結するアウター半体連結手段L2は、第1実施例に示した第3連結手段96や第4連結手段95の形態に限定されない。例えば、第4連結手段95は、第1アウター半体82の第2端部82Bに嵌合突部97を突設し、第2アウター半体83の第2端部83Bに嵌合凹部98を凹設するようにしてもよい。第3連結手段96においても、係合爪部99を第1アウター半体82の第2端部82Bに設けると共に、係合孔部100を第2アウター半体83の第2端部83Bに嵌合凹部98を凹設するようにしてもよい。
(6)インナー部材81の第1インナー半体105および第2インナー半体106とを連結するインナー半体連結手段L1も、第1実施例に示した第1連結手段116や第2連結手段115の形態に限定されない。すなわち、第1連結手段116は、係止レバー122と係止溝123を逆に設けるようにしてもよいし、第2連結手段115は、係合突部117,124と係合凹部119,125とを逆に設けるようにしてもよい。
(7)第1実施例では、インナー部材81の前当接面110および後当接面111間の前後幅寸法W2を、アウター部材80の前ガイド面91および後ガイド面92間の前後幅寸法W1より小さく(W1>W2)設定して、インナー部材81とアウター部材80の前後寸法に余裕を持たせるようにしてもよい。
(8)第1実施例では、第2サポート部材12を左右方向へ旋回させる第2の作動機構を設けて、第2サポート部材12を、上下方向のみならず、左右方向や、右上・左下方向および左上・右下方向にも姿勢変位させ得るようにしてもよい。
(9)第1実施例〜第5実施例では、サーボモータ70と回転支持部材50の連係機構として、ベベルギアからなる第1ギア73および第2ギア74を示したが、この連係機構は、例えばウォームギアおよびホイルギアからなるギア機構や、プーリーおよびタイミングベルトからなるベルト機構等としてもよい。
(10)作動機構Mの作動手段は、サーボモータに限定されず、アクチュエーターモータ等を使用することも可能である。
(11)第1実施例において、第2サポート部材12の左右方向への姿勢変位を不要とする場合は、前記第2連結支持部材65を後方へ更に延長させ、該第2連結支持部材65に前記矩形穴部63を設けて、該第2連結支持部材65を前記回転支持部材50に直接連結するようにしてもよい。
(12)第2実施例では、弾性部材として板バネ形態の当接支持部材138を例示したが、該当接支持部材138はコイルバネやゴム等であってもよい。また、当接支持部材138の配設数は、圧力センサ130の配設数に合わせて3個以下または5個以上であってもよい。
(13)第2実施例では、当接支持部材138をアウター部材80に配設した形態を例示したが、圧力センサ130をインナー部材81における各インナー半体105,106の支持壁部材107に配設する場合には、該当接支持部材138を支持壁部材107に配設してもよい。
(14)第3実施例では、弾性部材としてコイルバネ136を例示したが、該弾性部材136は板バネやゴム等であってもよい。また、弾性部材136の配設数は7個以下または9個以上であってもよい。また、弾性部材136の配設間隔は均等でなくてもよい。
(15)第4実施例では、支持部材としてコイルバネ140を例示したが、該支持部材140は板バネやゴム等であってもよい。また、支持部材140の配設数は3個以下または5個以上であってもよい。また、支持部材140の配設間隔は均等でなくてもよい。
(16)第5実施例では、検知手段としての圧力センサ282を、支持体部240に配設した態様を例示したが、該圧力センサ282は、前腕装着部241における前腕パッド部材245の外殻部246に設けてもよい。
(17)第5実施例では、第2サポート部材212を左右方向へ旋回させる第2の作動機構を設けて、第2サポート部材212を、上下方向のみならず、左右方向や、右上・左下方向および左上・右下方向にも姿勢変位させ得るようにしてもよい。
(18)第5実施例では、当接支持部材283の配設数は、圧力センサ282の配設数に合わせて3個以上であってもよい。
(19)第1実施例〜第5実施例では、上肢用として右腕Aに装着される装着型動作支援装置を例示したが、第1サポート部材10、第2サポート部材12および動作検知部材14の形状およびサイズ等を変更することで、左腕用や、下肢の左脚用または右脚用として実施することも可能である。
70 サーボモータ(作動手段) ,80 アウター部材(固定部材),
81 インナー部材(移動部材),80A 内周面,81A 外周面,
130 圧力センサ,135 突出部,
136 コイルバネ(弾性部材) ,138 当接支持部材(弾性部材),
210 第1サポート部材,212 第2サポート部材,
240 支持体部(固定部材),240A 内壁面,
282 圧力センサ,283 当接支持部材(弾性部材),
285 突出部,A1 上腕部(近位身体部位),
A2 前腕部(遠位身体部位),A3 肘関節(関節)
Claims (5)
- 関節(A3)を挟む近位身体部位(A1)に装着される第1サポート部材(10/210)と、前記関節(A3)の遠位身体部位(A2)に装着されると共に前記第1サポート部材(10/210)に連結され、前記関節(A3)の屈曲動作に合わせて姿勢変位可能な第2サポート部材(12/212)と、前記第1サポート部材(10/210)に対して前記第2サポート部材(12/212)を姿勢変位させる作動手段(70)とを備え、前記作動手段(70)が前記第2サポート部材(12/212)を前記第1サポート部材(10/210)に対して姿勢変位させることで、前記関節(A3)の屈曲動作を補助する装着型動作支援装置であって、
前記第2サポート部材(12/212)は、
リング形状で手首全周を包囲して着脱され前記第1サポート部材(10/210)に連結され
る固定部材(80/240)と、
前記固定部材(80/240)の前記遠位身体部位(A2)側に該固定部材(80/240)に対し近接・離間移動が可能に配設され、該遠位身体部位(A2)に装着されるリング形状の移動部材(81/241)と、
前記固定部材(80/240)と前記移動部材(81/241)との間に設けられ、固定部材(80/240)に
対して移動部材(81/241)を相対的に近接移動することで押圧されて押圧力を検知する圧力
センサ(130/282)とを備え、
前記圧力センサ(130/282)が検知する押圧力に応じて前記作動手段(70)を作動制御する
よう構成した
ことを特徴とする装着型動作支援装置。 - 前記圧力センサ(130)は、その圧力検知部に、前記固定部材(80)または移動部材(81)に向け突出する突出部(135/285)を備えた請求項1記載の装着型動作支援装置。
- 前記固定部材(80/240)および前記移動部材(81/241)の間には、固定部材(80/240)に対し
て移動部材(81/241)を相対的に近接移動することで弾性変形する弾性部材(138/283)が前
記圧力センサ(130/282)に接触した状態で設けられ、
前記固定部材(80/240)に対する前記移動部材(81/241)の近接移動時に、前記圧力センサ
(130/282)に接触する前記弾性部材(138/283)が弾性変形して前記圧力センサ(130/282)を
押圧するよう構成された請求項1または2記載の装着型動作支援装置。 - 前記固定部材(80/240)および前記移動部材(81/241)の間に、前記圧力センサ(130/282)を複数備えると共に、前記固定部材(80/240)および前記移動部材(81/241)の間に、該固定部材(80/240)に対して該移動部材(81/241)を弾性的に付勢する弾性部材(136/138/283)を複数備え、
前記移動部材(81/241)を付勢する各弾性部材(136/138/283)が均衡を保った状態におい
て、前記移動部材(81/241)と前記各圧力センサ(130/282)との間隔が同等になるよう移
動部材(81/241)を保持する請求項1〜3の何れか一項に記載の装着型動作支援装置。 - 前記固定部材(80)は、前記移動部材(81)に対向する円形の内周面(80A)を備えると共に、
前記移動部材(81)は、前記内周面(80A)に対向する円形の外周面(81A)を備え、
前記圧力センサ(130)は、前記内周面(80A)または外周面(81A)に、その周方向へ離間して
複数個配設されている請求項1〜4の何れか一項に記載の装着型動作支援装置。
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