JP6206910B2 - 上肢補助装置 - Google Patents
上肢補助装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6206910B2 JP6206910B2 JP2013177529A JP2013177529A JP6206910B2 JP 6206910 B2 JP6206910 B2 JP 6206910B2 JP 2013177529 A JP2013177529 A JP 2013177529A JP 2013177529 A JP2013177529 A JP 2013177529A JP 6206910 B2 JP6206910 B2 JP 6206910B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- link
- upper arm
- wearer
- upper limb
- forearm
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Description
このような作業の労力を軽減するため、特許文献1にあるような上腕保持装置等や、特許文献2にあるような作業支援装置が提案されている。
また、複数のアクチュエータを適切に制御することが必要となり、ハード面においても装着者に身体的な危害が加わらないように十分に安全性を考慮した設計とすることが不可欠であった。
ウォームギヤ機構は、ウォームとウォームホイールからなり、モータ手段の回転軸にウォームが取り付けられる。また、上腕補助装置によって装着者の上肢を上下させると、手首の位置に相当する部分が円弧状の軌跡をたどるように上腕補助装置を構成することが好ましい。
また、上肢支持リンクがリンク機構で構成されているため限定された動きとなり、構造的に装着者の安全性を高めた上肢補助装置となる。
さらに、装着者が上肢を上げた状態で脱力すると、腕の自重が上肢支持リンクに作用して、モータ手段がトルク負けしてしまい、上肢が下がってしまう場合があった。そのため、従来はラチェット機構等を用いて保持していたが、解除時の作業が必要になるなど、作業者への負担が大きくなりがちであった。今回提案する上肢補助装置は、モータ手段から上肢支持リンクへの動力伝達経路にウォームギヤ機構が設けてあるため、ウォームギヤ機構がセルフロック機能を発揮し、モータ手段が停止している場合であっても装着者の上肢を上げた状態を保持することができ、ラチェット機構を用いた場合のような解除作業も不要となる。
換言すると、上肢支持リンクの位置保持がウォームギヤ機構のセルフロック機能によりなされているため、位置保持するためにエネルギーを消費しない一方、位置を変更する場合だけモータ手段を駆動して任意の位置に変更できるという特徴を有した上肢補助装置を実現することができるのである。
ウォームホイールの回転軸(520)が、第三上腕リンク(34)よりも後方位置で、第二上腕リンク(33)の水平ラインよりも上方、かつ第一上腕リンク(31)の水平ラインよりも下方に位置するように構成した、上肢補助装置とすることができる。
この検知手段は、装着者の手首を手の甲側に曲げると曲げセンサが屈曲するように構成されているものである。
装着部2は装着者に装着されて、後述する上肢支持リンク3、ウォームギヤ機構5、モータ手段6などを支えるものである。そして、装着部2は、装着者の肩部付近に位置する肩フレーム23を有し、この肩フレーム23に設けた支持軸40に上肢支持リンク3が軸支されている。
上肢支持リンク3は、装着者の上腕A1と前腕A2を支持するリンク機構で構成され、装着部2の肩フレーム23に軸支されている。上肢支持リンク3は、上肢の上げ下げに追従した動作をするように構成されている。
また、上腕支持部311には、上腕を支持するための上腕支持手段(図示せず)が設けてある。例えば結束バンドで上腕A1を固定する手段や、上腕A1を載置等するテーブルを上腕支持部311に設けることができる。
そして、この第一上腕リンク31の先端には第一連結軸41が設けてある。この第一連結軸41は装着者の肘関節に相当する。
支持軸40から第一連結軸41までの距離(L311)は、装着者の上腕A1の長さと概ね等しく、通常は25〜35cmである。本実施形態では概ね31cmとした。
また、支持軸40から後述する第四連結軸44までの距離は、支持軸40から第一連結軸41までの距離(L311)の1/3程度とすることが好ましく、本実施形態では概ね10cmとした。
前腕リンク32の上端から第一連結軸41の連結箇所までの部分の長さ(L321)は、装着者の前腕A2の長さと概ね等しいか、それよりも短く、通常は20〜30cmである。本実施形態では概ね28cmとした。
また、前腕支持部321には、前腕A2を支持するための前腕支持手段(図示せず)が設けてある。例えば結束バンドで前腕A2を固定する手段や、前腕A2を伸ばしたときに下方から支えるテーブルを前腕支持部321に設けることができる。
そして、この前腕リンク32の下端には第二連結軸42が設けてある。第一連結軸41から第二連結軸42までの距離は、前腕リンク32の上端から第一連結軸41の連結箇所までの部分の長さ(L321)の1/2〜1/3程度とすることが好ましく、本実施形態では概ね10cmとした。
そして、この第二上腕リンク33の他端(後方端)には第三連結軸43が設けてある。
そして、この第三上腕リンク34の他端(上方端)には第四連結軸44が設けてあり、この第四連結軸44によって、第三上腕リンク34の他端が第一上腕リンク31の後端に連結されている。
ウォームギヤ機構5は、ウォーム51とウォームホイール52からなる。ウォームギヤ機構5は、モータ手段6(後述)から上肢支持リンク3への動力伝達経路に設ける。詳しくは、モータ手段6の回転軸にウォーム51を固定し、ウォーム51と係合するウォームホイール52の回転軸520に動力伝達リンク30の他端(後方端)を固定する。このような構成によって、上肢支持リンク3の位置保持が容易になる(セルフロック機能)。
このような構成によって、基本姿勢から上肢を上げる方向にモータ手段6を回転させると、手首の位置に相当する前腕リンク32の先端部分が、上方に移動するに従って前方にシフトするような円弧状の軌跡をたどる。
また、ウォームホイール52の回転軸520が、第一上腕リンク31の水平ラインよりも上方にあると、手首の位置に相当する前腕リンク32の先端部分が、上方に移動するに従って極端に前方にシフトするような円弧状の軌跡をたどりがちとなるため、こちらも不自然な動作となり、作業上好ましくない。
モータ手段6は、ウォームギヤ機構5を介して上肢支持リンク3に動力を供給して装着者の上肢を上下させるものである。本発明の上肢補助装置1では一つのモータ手段6を用いる。本実施形態では、モータ手段6が装着部2に取り付けられている。
モータ手段6としては、装着者の上腕A1と前腕A2を支持した状態で上肢支持リンク3を動作させるだけのトルクがあれば特に制限されない。本発明では、前述したウォームギヤ機構5を用いるため、静止トルクの大きなステッピングモータなどを用いる必要性に乏しく、専用のドライバ回路が不要となり安価で消費電力が小さな、一般的なDCモータを用いることが好ましい。
操作手段は、モータ手段6を制御することを目的として、装着者等が操作するものである。一方、制御装置8は、操作手段からの操作信号に基づいてモータ手段6を駆動させるものである。そして、これら操作手段と制御装置8によって、モータ手段6の回転、反転、停止などが切り替えられることになる。
例えば、図4と図5に例示するような、手首装着部71とベースプレート72と補助プレート73と弾性手段74と曲げセンサ75とからなる検知手段7で操作手段を構成することができる。以下、これら各構成要素について、詳細に説明する。
左右のベースプレート72は、手首装着部71の左右からから装着者の手の甲の上方に向って斜め(前腕に対して概ね45度。40〜70度が好ましい)に延びるように構成される。そして、左右のベースプレート72は、先端部側に行くに従い互いの距離が拡がるように構成されている。
左右の補助プレート73は、左右のベースプレート72の内側(手側)に位置し、左右のベースプレート72の内側面で手首装着部71寄りの位置に枢支手段731で枢支されている。
弾性手段74は、左右の補助プレート73の先端部と左右のベースプレート72の先端部の間に挟み込まれるように取り付けられており、補助プレート73に応力がかかっていないときに、両者の間隔を一定に保つ働きを担っている。弾性手段74としては、バネなどを用いることができる。
左右の曲げセンサ75は、左右の補助プレート73が枢支された箇所に沿って左右のベースプレート72にそれぞれ設けられた貫通孔720を貫通して、補助プレート73とベースプレート72を跨ぐように取り付けられており、補助プレート73やベースプレート72に貼付などによって固定され、補助プレート73が折り曲げられると抵抗値が上昇等するようになっている。なお、貫通孔720を画する端縁のうち補助プレート73が枢支された箇所に沿う端縁部分は、その切り口が補助プレート73の長手方向に沿うように、ベースプレート72の表面に対して斜めに形成されている。
例えば、検知手段7を左右両方の手首に装着して操作手段とし、一方の検知手段7を操作するとモータ手段6が回転し、他方の検知手段7を操作するとモータ手段6が反転するように制御することができる。また、例えば、一つの検知手段7と、他のスイッチを組み合わせて、検知手段7を操作するとモータ手段6が回転し、他のスイッチを操作するとモータ手段6が反転するように制御することなどもできる。
以下、上記構成の上肢補助装置1の動作について説明する。
上肢補助装置1を装着して第一上腕リンク31を水平にして上腕A1がほぼ水平になった状態を基本姿勢とする。この基本姿勢では、図1に示すように、第一上腕リンク31と前腕リンク32のなす角度が概ね90度となっており、装着者の肘が直角に曲がった状態となっている。
この基本姿勢から上肢を上昇させるには、モータ手段6が時計方向に回転するように操作手段を操作する。そうすると、図2に示すように、第三連結軸43が、ウォームホイール52の回転軸520を中心とした円弧状の軌跡(時計回り)で移動するとともに、これに従って上肢支持リンク3が動作して、手首の位置に相当する前腕リンク32の先端(上方端)部分が円弧状の軌跡で移動する。このとき、手首の位置が、上方に行くに従って前方に位置するような円弧状の軌跡をたどる。
上肢を上昇させた状態を維持したい場合には、上肢支持リンク3の動作を停止させる。具体的にはモータ手段6の回転が停止するように操作手段を操作する。ここで、モータ手段6の回転が停止した場合であっても、ウォームギヤ機構5のセルフロック機能により上肢支持リンク3の位置保持がなされる。
そして、上肢を上昇させた状態から基本姿勢まで下げるには、モータ手段6が反時計方向に回転するように操作手段を操作する。そうすると、第三連結軸43が上昇時とは反対方向に移動して前腕リンク32の先端(上方端)部分も上昇時とは反対方向に移動する。
すなわち、上肢補助装置は、パンタグラフ(拡大器)のように動作するのである。
これによると、上肢補助装置は、人間が腕を上げる動作をほぼ実現できていることがわかる。
2 装着部
21 バックプレート
22 フック手段
23 肩フレーム
24 バックフレーム
3 上肢支持リンク
30 動力伝達リンク
31 第一上腕リンク
311 上腕支持部
32 前腕リンク
321 前腕支持部
33 第二上腕リンク
34 第三上腕リンク
35 補助リンク
40 支持軸
41 第一連結軸
42 第二連結軸
43 第三連結軸
44 第四連結軸
45 補助支持軸
5 ウォームギヤ機構
51 ウォーム
52 ウォームホイール
520 回転軸
6 モータ手段
7 検知手段
71 手首装着部
72 ベースプレート
720 貫通孔
73 補助プレート
731 枢支手段
74 弾性手段
75 曲げセンサ
8 制御装置
A1 上腕
A2 前腕
Claims (5)
- 装着者の上肢を上げての作業を補助する上肢補助装置であって、
装着者に装着され、装着者の肩部付近に位置する肩フレームを有する装着部と、
前記肩フレームに軸支され、装着者の上腕と前腕を支持するリンク機構で構成された上肢支持リンクと、
この上肢支持リンクに動力を供給して装着者の上肢を上下させる一つのモータ手段と、
このモータ手段から前記上肢支持リンクへの動力伝達経路に設けたウォームギヤ機構と、
装着者に操作される操作手段と、
この操作手段からの操作信号に基づいて前記モータ手段を駆動させる制御装置と、を備えており、
前記上肢支持リンクは、
肩フレームに長手方向中間部で軸支され、この軸支された箇所から前方側の部分が上腕に沿って上腕を支持する上腕支持部を構成する第一上腕リンクと、
この第一上腕リンクの先端に設けた第一連結軸と、
この第一連結軸に長手方向中間部で連結され、この連結箇所から上方側の部分が前腕に沿って前腕を支持する前腕支持部を構成する前腕リンクと、
この前腕リンクの下端に設けた第二連結軸と、
この第二連結軸に一端が連結され、前記第一上腕リンクと概ね同じ長さで、前記第一上腕リンクに平行な、前記第一上腕リンクの下方に位置する第二上腕リンクと、
この第二上腕リンクの他端に設けた第三連結軸と、
この第三連結軸に一端が連結され、前記前腕リンクにおける前記第一連結軸との連結箇所より下方側の部分と概ね同じ長さで、前記前腕リンクに平行な、第三上腕リンクと、
この第三上腕リンクの他端と前記第一上腕リンクの後端とを連結する第四連結軸と、
前記第三連結軸に一端が連結され、ウォームホイールの回転軸に他端が固定された動力伝達リンクと、を備えた、
上肢補助装置。
- 第一上腕リンクおよび第二上腕リンクを水平にした状態において、
ウォームホイールの回転軸が、
第三上腕リンクよりも後方位置で、第二上腕リンクの水平ラインよりも上方、かつ第一上腕リンクの水平ラインよりも下方に位置するように構成した、
請求項1記載の上肢補助装置。
- 第一上腕リンクの上腕支持部と第二上腕リンクとが長さ調整自在に構成されている、
請求項1又は請求項2記載の上肢補助装置。
- 操作手段は、
装着者の手首を手の甲側に曲げた状態を検知する検知手段によって構成されている、
請求項1〜3いずれか記載の上肢補助装置。
- 検知手段は、
装着者の手首付近に装着される手首装着部と、
この手首装着部の左右から装着者の手の甲の上方に向って斜めに延びるとともに、先端部側に行くに従い互いの距離が拡がる左右のベースプレートと、
これら左右のベースプレートの内側面で前記手首装着部寄りの位置に枢支された左右の補助プレートと、
これら左右の補助プレートの先端部と前記左右のベースプレートの先端部の間に取り付けた左右の弾性手段と、
前記左右の補助プレートが枢支された箇所に沿って前記左右のベースプレートにそれぞれ設けられた貫通孔を貫通して、前記補助プレートと前記ベースプレートを跨ぐように取り付けられた左右の曲げセンサと、を備えた、
請求項4記載の上肢補助装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013177529A JP6206910B2 (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | 上肢補助装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013177529A JP6206910B2 (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | 上肢補助装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2015044272A JP2015044272A (ja) | 2015-03-12 |
JP6206910B2 true JP6206910B2 (ja) | 2017-10-04 |
Family
ID=52670268
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013177529A Expired - Fee Related JP6206910B2 (ja) | 2013-08-29 | 2013-08-29 | 上肢補助装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6206910B2 (ja) |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0295585A (ja) * | 1988-09-29 | 1990-04-06 | Mitsubishi Electric Corp | ロボットアーム機構 |
JPH079371A (ja) * | 1993-06-29 | 1995-01-13 | Motoda Electron Co Ltd | 慣性制御による荷重取扱方法とそのための装置 |
JP2008220883A (ja) * | 2007-03-16 | 2008-09-25 | Shibaura Institute Of Technology | 作業支援装置 |
JP2009050641A (ja) * | 2007-08-29 | 2009-03-12 | Toyo Press Kogyo Kk | リンク機構、姿勢保持装置、機器の姿勢保持装置 |
JP5194213B2 (ja) * | 2008-05-12 | 2013-05-08 | 学校法人 芝浦工業大学 | 肩甲骨鎖骨機構 |
JP2012213543A (ja) * | 2011-04-01 | 2012-11-08 | Toyota Motor Corp | 背筋力補助装置 |
-
2013
- 2013-08-29 JP JP2013177529A patent/JP6206910B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2015044272A (ja) | 2015-03-12 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2796088C (en) | Exoskeleton load handling system and method of use | |
TWI600421B (zh) | 肩關節復健輔具 | |
EP2556010B1 (en) | Portable load lifting system | |
ES2925030T3 (es) | Ubicaciones de la articulación de la cadera no antropomórficas para exoesqueletos | |
WO2014195373A1 (de) | Körpergetragene hebehilfe | |
WO2016113954A1 (ja) | アシストスーツ | |
KR101628397B1 (ko) | 착용식 로봇의 어깨관절 구조체 | |
JP2015529519A5 (ja) | ||
JP6495128B2 (ja) | 作業アシスト装置 | |
JP6030737B2 (ja) | 関節の駆動装置 | |
GB2467690B (en) | Training device | |
KR101500200B1 (ko) | 로봇의 하중 지지 장치 | |
JP5426804B1 (ja) | 支援装置、動作支援装置及び筋力訓練支援装置 | |
JP6560157B2 (ja) | パワーアシスト装置 | |
JP7107642B2 (ja) | 動作支援装置 | |
EP3007868B1 (en) | Device with improved actuating means | |
JP2022512337A (ja) | 受動型外骨格のネックスイッチ装置 | |
JP6206910B2 (ja) | 上肢補助装置 | |
JP7098117B2 (ja) | 腰部補助装置 | |
CN102119898B (zh) | 一种助人站立装置及助人站立护理床 | |
KR101500946B1 (ko) | 허리작업 부하경감을 위한 파워스틱 및 그 제어방법 | |
JP2020196090A (ja) | アシスト装置 | |
KR101653100B1 (ko) | 역구동이 용이한 다리동작 보조장치 | |
KR101575507B1 (ko) | 착용로봇의 구동장치 | |
CN202044439U (zh) | 一种助人站立装置及助人站立护理床 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20160816 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20170523 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20170525 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20170705 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20170808 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20170830 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6206910 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |