JP6390559B2 - 荷重検出装置 - Google Patents

Description

本発明は荷重検出装置に関する。

近年、身体に装着して使用するウェアラブルロボットが注目されている。例えば、ユーザの歩行動作を補助するウェアラブルロボットが知られている。このウェアラブルロボットは、ユーザの足裏と床面との間の荷重を検出する荷重センサと、ユーザの脚関節の折り曲げを補助するアクチュエータと、を備えている。そして、ウェアラブルロボットは、当該荷重センサの検出結果やユーザの足関節の角度等に基づいて、アクチュエータを制御することにより、ユーザの歩行動作を補助する。

歩行動作を補助するウェアラブルロボットに用いられる荷重センサには、足裏平面に対して垂直な方向の荷重を計測することが要求される。荷重センサとして１軸だけ計測できるセンサを用いた場合、荷重センサにそれ以外の力が加わらないような工夫が必要である。なぜならば、それ以外の力が荷重センサに加わると、荷重センサが誤った値を検出したり、荷重センサが破損したりするおそれがあるからである。

特許文献１は、歩行動作を補助するウェアラブルロボットに用いられる荷重検出装置を開示している。荷重検出装置は、上部ソールとしての第１のプレートと、第１のプレートと対向して配置される下部ソールとしての第２のプレートと、第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられ、第２のプレートに対して位置固定された荷重センサと、を備える。荷重検出装置は、荷重センサと第１のプレートとの間に設けられ、第１のプレートにかかる荷重を荷重センサに伝達し、荷重センサに対して摺動可能である第１の印加部材と、第１の印加部材の摺動方向に設けられ、第１の印加部材と当接することにより第１の印加部材の摺動範囲を規制するガイド部材と、を更に備える。第１の印加部材が荷重センサに対して摺動可能であるため、第２のプレートに対して第１のプレートが足裏平面に平行に移動したとしても、足裏平面に対して平行な力が荷重センサに加わることが抑制される。

特開２０１３−０９２５０７号公報

第１のプレートと第２のプレートとは、相対的に揺動可能である。そのため、この揺動の際に揺動力が荷重センサに加わってしまう。その対策として、第１の印加部材と荷重センサの間に荷重センサに対して位置固定された第２の印加部材を設け、第２の印加部材における第１の印加部材と対向する面に丸みを帯びて膨らんだ形状を付与することが考えられる。これにより、揺動力が荷重センサに加わることが抑制される。

しかしながら、丸みを帯びて膨らんだ形状を有する第２の印加部材を設けた場合であっても、第１のプレートが第２のプレートに対して揺動したときに第１の印加部材と第２の印加部材の接触点が移動し、その結果、意図しない力が荷重センサに加わってしまう。そのため、誤検出や破損への対策において改善の余地があった。

したがって、本発明は、荷重の誤検出又は荷重検出装置の破損を抑制するものである。

本発明の一態様による荷重検出装置は、第１のプレートと、前記第１のプレートと対向して配置される第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられ、前記第２のプレートに対して位置固定された荷重検出部と、前記荷重検出部と前記第１のプレートとの間に設けられ、前記第１のプレートにかかる荷重を前記荷重検出部に伝達するとともに、前記荷重検出部に対して摺動可能である印加部材と、前記印加部材の摺動方向に設けられ、前記印加部材と当接することにより前記印加部材の摺動範囲を規制するガイド部材と、を備える。前記印加部材は、前記ガイド部材と当接する当接面を有する。前記荷重検出部における前記印加部材に対向する面は、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成される。前記印加部材における前記荷重検出部に対向する面は、前記印加部材と前記荷重検出部との接触点の前記第２のプレートの厚み方向の位置が前記当接面の前記厚み方向の両端位置の中央付近になるように、窪んだ形状に形成される。

本発明によれば、荷重の誤検出又は荷重検出装置の故障が抑制される。

比較例にかかる荷重検出装置の断面図である。 比較例にかかる荷重検出装置における接触点の位置変化を示す模式図である。 実施の形態１にかかる荷重検出装置の断面図である。 実施の形態１にかかる荷重検出装置における接触点の位置変化を示す模式図である。 実施の形態２にかかる荷重検出装置の断面図である。 実施の形態３にかかる荷重検出装置の断面図である。

＜＜比較例＞＞
本発明の実施の形態の理解を助けるため、はじめに比較例にかかる荷重検出装置とその問題点を説明する。比較例にかかる荷重検出装置の問題点は、本発明の実施の形態により少なくとも部分的に解決される。

図１を参照して、比較例にかかる荷重検出装置１０１を説明する。荷重検出装置１０１は、上部ソール１１０、下部ソール１２０、ガイド部材１３０、印加部材１４１、印加部材１５１、及び荷重センサ１６１を備える。上部ソール１１０及び下部ソール１２０は、互いに対向して配置される。尚、上部ソール１１０及び下部ソール１２０は、図示されない連結部により、ある程度の相対運動が可能なように連結されている。荷重センサ１６１は、上部ソール１１０と下部ソール１２０との間に設けられ、下部ソール１２０に対して位置固定されている。荷重センサ１６１は、下部ソール１２０に垂直な方向の荷重を計測する１軸センサである。以下、下部ソール１２０に平行な方向を横方向と称する。

印加部材１５１は、上部ソール１１０と荷重センサ１６１との間に設けられ、荷重センサ１６１に固定されている。印加部材１４１は、上部ソール１１０と印加部材１５１との間に設けられ、上部ソール１１０及び印加部材１５１に対して摺動可能である。ガイド部材１３０は、上部ソール１１０と下部ソール１２０との間に設けられ、下部ソール１２０に対して位置固定されている。ガイド部材１３０は、印加部材１４１の摺動方向に設けられ、印加部材１４１と当接することにより印加部材１４１の摺動範囲を規制する。

印加部材１４１は、印加部材１５１と対向する面１４１ａを備える。面１４１ａは、平坦な形状に形成されている。印加部材１５１は、印加部材１４１と対向する面１５１ａを備える。面１５１ａは、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されている。面１４１ａと面１５１ａとが接触する。上部ソール１１０が足裏から受けた荷重は、印加部材１４１及び１５１を介して荷重センサ１６１に伝達される。

上述したように、印加部材１４１は上部ソール１１０及び印加部材１５１に対して摺動可能である。そのため、上部ソール１１０が下部ソール１２０に対して横方向に移動した場合であっても、横方向の力が荷重センサ１６１に伝わることが抑制される。

また、印加部材１５１の面１５１ａが丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されているので、印加部材１４１が印加部材１５１に対して揺動可能である。そのため、上部ソール１１０が下部ソール１２０に対して揺動した場合であっても、揺動力が荷重センサ１６１に伝わることが抑制される。

しかしながら、図２に示すように、上部ソール１１０が下部ソール１２０に対して揺動した場合、印加部材１４１と印加部材１５１の接触点１８１が横方向に移動するので、横方向の力が荷重センサ１６１に伝わってしまう。そのため、比較例にかかる荷重検出装置１０１には、荷重センサ１６１が誤った値を検出したり早期に破損したりするおそれがあるという問題がある。

＜＜実施の形態１＞＞
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図３を参照して、実施の形態１にかかる荷重検出装置１を説明する。荷重検出装置１は、上部ソール１０、下部ソール２０、ガイド部材３０、印加部材４１、及び荷重検出部７１を備える。荷重検出部７１は、印加部材５１及び荷重センサ６１を備える。上部ソール１０及び下部ソール２０は、互いに対向して配置された二つのプレートである。尚、上部ソール１０及び下部ソール２０は、図示されない連結部により、ある程度の相対運動が可能なように連結されている。

荷重センサ６１は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。荷重センサ６１は、下部ソール２０に垂直な方向の荷重を計測する１軸センサである。荷重センサ６１は、例えば、シート型感圧センサある。以下、下部ソール２０に垂直な方向を垂直方向と称し、下部ソール２０に平行な方向を横方向と称する。垂直方向は、下部ソール２０の厚み方向に一致する。

印加部材５１は、上部ソール１０と荷重センサ６１との間に設けられ、荷重センサ６１に固定されている。印加部材４１は、上部ソール１０と印加部材５１との間に設けられ、上部ソール１０及び印加部材５１に対して摺動可能である。ガイド部材３０は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。ガイド部材３０は、印加部材４１の摺動方向に設けられ、印加部材４１と当接することにより印加部材４１の摺動範囲を規制する。印加部材４１とガイド部材３０との間には隙間が設けられている。尚、印加部材４１は上部ソール１０に対して位置固定されていてもよい。

印加部材４１は、印加部材５１と対向する面４１ａと、ガイド部材３０と当接する当接面４１ｂとを備える。矢印９０は、当接面４１ｂの垂直方向の範囲を示している。印加部材５１は、印加部材４１と対向する面５１ａを備える。面５１ａは、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されている。面５１ａは球面に形成されることが好ましい。面４１ａと面５１ａとが接触する。上部ソール１０が足裏から受けた荷重は、印加部材４１及び５１を介して荷重センサ６１に伝達される。印加部材５１の面５１ａが丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されているので、印加部材４１が印加部材５１に対して揺動可能である。

本実施の形態によれば、印加部材４１の面４１ａは、印加部材４１と印加部材５１との接触点の垂直方向の位置が当接面４１ｂの垂直方向の両端位置の中央付近になるように、窪んだ形状に形成されている。言い換えると、印加部材４１と印加部材５１の接触点がガイド部材３０と印加部材４１の係合範囲の中点近傍になるように印加部材４１がえぐれている。

この構成により、図４に示すように、印加部材４１と印加部材５１の接触点８１が印加部材４１の揺動中心付近に配置される。そのため、上部ソール１０が下部ソール２０に対して揺動した場合であっても、印加部材４１と印加部材５１の接触点８１がほとんど動かない。その結果、横方向の力が荷重センサ６１に伝わることが抑制される。したがって、荷重センサ６１が誤った値を検出したり早期に破損したりすることが抑制される。

＜＜実施の形態２＞＞
図５を参照して、実施の形態２にかかる荷重検出装置２を説明する。実施の形態２にかかる荷重検出装置２は、以下の説明を除いて実施の形態１にかかる荷重検出装置１と同様に構成されている。

荷重検出装置２は、荷重検出部７１のかわりに荷重センサ６２を備える。荷重センサ６２は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。荷重センサ６２は、荷重検出部と称される場合がある。荷重センサ６２は、下部ソール２０に垂直な方向の荷重を計測する１軸センサである。荷重センサ６２の感圧部は、印加部材４１と対向する面６２ａを備える。面６２ａは、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されている。面６２ａは球面に形成されることが好ましい。面４１ａと面６２ａとが接触する。上部ソール１０が足裏から受けた荷重は、印加部材４１を介して荷重センサ６２に伝達される。実施の形態２にかかる荷重検出装置２は、実施の形態１にかかる荷重検出装置１と同様の効果を奏する。

ところで、荷重センサ６２の面６２ａが丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されているため、印加部材４１と荷重センサ６２の接触部位で応力集中が起きる。そのため、印加部材４１の面４１ａと荷重センサ６２の面６２ａとが同質の素材で形成されている場合には印加部材４１と荷重センサ６２が凝着しやすいという問題がある。印加部材４１と荷重センサ６２が凝着すると、印加部材４１から荷重センサ６２に横方向の力が伝わってしまう。

＜＜実施の形態３＞＞
図６を参照して、実施の形態３にかかる荷重検出装置３を説明する。実施の形態３にかかる荷重検出装置３は、以下の説明を除いて実施の形態２にかかる荷重検出装置２と同様に構成されている。実施の形態３にかかる荷重検出装置３は、応力集中による凝着が抑制されるという効果を奏する。

荷重検出装置３は、印加部材４１のかわりに印加部材４３を備える。印加部材４３は、樹脂で形成された樹脂部４３１を備える点が印加部材４１と異なるが、他の点では印加部材４１と同様に構成されている。樹脂部４３１は、荷重センサ６２の面６２ａと対向し且つ接触する。荷重センサ６２の面６２ａは、金属により形成される。

本実施形態によれば、印加部材４３における荷重センサ６２と接触する部分が樹脂で形成され、荷重センサ６２における印加部材４３と接触する部分が金属で形成されるため、印加部材４３と荷重センサ６２が凝着することが抑制される。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、荷重検出装置１の印加部材４１を印加部材４３で置き換えてもよい。この場合、印加部材５１は金属で形成される。また、荷重検出装置１〜３を足裏荷重以外の荷重の検出に適用してもよい。

１、２、３、１０１ 荷重検出装置
１０、１１０ 上部ソール
２０、１２０ 下部ソール
３０、１３０ ガイド部材
４１、４３、１４１ 印加部材
４１ａ、１４１ａ 面
４１ｂ 当接面
４３１ 樹脂部
５１、１５１ 印加部材
５１ａ、１５１ａ 面
６１、６２、１６１ 荷重センサ
６２ａ 面
７１ 荷重検出部
８１、１８１ 接触点
９０ 矢印

Claims (1)

1. 第１のプレートと、
   前記第１のプレートと対向して配置される第２のプレートと、
   前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられ、前記第２のプレートに対して位置固定された荷重検出部と、
   前記荷重検出部と前記第１のプレートとの間に設けられ、前記第１のプレートにかかる荷重を前記荷重検出部に伝達するとともに、前記荷重検出部に対して摺動可能である印加部材と、
   前記印加部材の摺動方向に設けられ、前記印加部材と当接することにより前記印加部材の摺動範囲を規制するガイド部材と、
   を備え、
   前記印加部材は、前記ガイド部材と当接する当接面を有し、
   前記荷重検出部における前記印加部材に対向する面は、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成され、
   前記印加部材における前記荷重検出部に対向する面は、前記印加部材と前記荷重検出部との接触点の前記第２のプレートの厚み方向の位置が前記当接面の前記厚み方向の両端位置の中央付近になるように、窪んだ形状に形成される、
   荷重検出装置。

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