JP6921454B2

JP6921454B2 - デカップリング足関節介護ロボット、及び、完全なデカップリング並列接続機構

Info

Publication number: JP6921454B2
Application number: JP2020558966A
Authority: JP
Inventors: 曾達幸; 馬宏偉; 王帥; 孫振忠; 盧文娟
Original assignee: Dongguan University of Technology
Current assignee: Dongguan University of Technology
Priority date: 2019-04-01
Filing date: 2020-04-01
Publication date: 2021-08-18
Anticipated expiration: 2040-04-01
Also published as: WO2020200231A1; JP2021515680A

Description

本発明は、足関節の介護の分野に関し、特に、三回転一移動が実現できるデカップリング足関節介護ロボット、及び、対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構に関する。

足関節の損傷は、よく見られる骨関節の損傷の一つであり、人体が歩行する歩容及びバランス性をマイクロ調節する中枢が足関節にあり、足関節に対する介護のトレーニングは、患者にとって極めて意味がある。多くの脳卒中と片麻痺患者にとっても、足関節に対するトレーニングを強化させることが必要となる。医療関係者の仕事負担を軽減させ、トレーニングの効果を高めるように、足関節の介護のトレーニングに、トレーニング装置が採用されている。従来技術では、トレーニング装置について、一般的に、直列接続機構により作業台が運動されるが、構成に強度が良くなく、運動に自由度も小さい。一方、並列接続機構に基づくトレーニング装置が採用されると、強度が高まる一方、構成が複雑であり、体積が大きく、実装が難しい。

従来技術を調査したところ、特許文献１は、機構のベースと前記ベースの上方に設置される作業台とを含む足関節介護ロボットが開示されており、前記作業台と前記ベースとの間に、三つの同じ構成とされるリンク機構が並列接続で設置され、それぞれが第一リンク機構、第二リンク機構及び第三リンク機構であり、前記リンク機構の運動により、前記作業台が前後に反転され、左右に反転され、又は、水平面に回転される。上述ロボットは、作業台により、足関節に対して、背屈・足指屈、内反・外反、内旋・外旋というトレーニングを行うことができる。しかしながら、この機構が運動学にカプリング性を有しているため、制御が不便である。

特許文献２は、並列接続足関節介護ロボット及びその制御方法が開示されており、この機構は、ベースを含み、前記ベースに、支持フレームが挿入されており、この支持フレームに、調節機構が可動に係合され、この調節機構は、メインロッド、前部アームロッド及び脚部支持ロッドを含み、メインロッドの先端が前部アームロッドに着装され、脚部支持ロッドがメインロッドと接続されるように取り付けられ、前部アームロッドにリンクが着装され、メインロッドが支持フレームに可動に係合される。調節機構及び運動機構がさらに含まれており、空気圧人工筋肉又はリニアモータが駆動手段として用いられ、駆動機構は、その先端が調節機構のリンクに着装され、その末端が運動機構に着装され、運動機構がメインロッドの後端に可動に係合される。この発明により開示されたロボットは、運動範囲が調節可能であることから、異なる患者に適用されており、足関節に対して三つの自由度の運動トレーニングをカバーすることができる。しかしながら、その制御が不便である。

また、並列接続機構は、速度が速く、剛性が高く、負荷能力が大きく、動的応答が良いなどの利点があることから、並列接続機構を主な機構とする並列・直並列接続構造の設備が大幅に応用されている。並列接続機構の応用は、今まで１０年ほどに渡って、空間に六つの自由度を必要としない多くの操作（例えば、アライメント、姿勢の位置決め、軸対称の機械加工）まで徐々に広がられていく。このとき、適切な自由度の低い並列接続機構により、加工製造、校正、制御やメンテナンスなどのコストを削減することができるため、自由度の低い並列接続機構は、すでに、国際並列機構の学術界と産業界に注目されている焦点に当てられ、特に、航空、宇宙、自動車、食品医薬などの業界における自主革新、システムの設計及びプロジェクトへの応用が、先端先進国に、重視されている。デカップリング並列接続機構によれば、運動のデカップリングが実現できるに加えて、機構デカップリングの程度が高いほど、その運動学や動力学での分析が解かれやすく、ロボットへの制御や軌跡への計画という課題を大幅に簡略化させることができる。

特許文献３は、二回転一移動式という三自由度を有する対称なデカップリング並列接続機構が開示されており、この機構は、プラットフォーム、ベース及びプラットフォームとベースとを接続しモータ及びねじ機構を有する四つの支持柱を含み、四つの支持柱の末端がベースに固定接続され、支持柱のねじ機構がプラットフォームにボールジョイント機構を介して接続され、ボールジョイント機構が、プラットフォームの固定点の位置を中心として、互いに、対称している。この発明は、四つのモータによる駆動が採用されたため、機構は、構成が簡単であり、加工に精度が保証されるが、制御に対する要求が高くなる。さもなければ、制限が発生しやすいことにより、運動の最終出力に悪い影響が与えられてしまい、動作の空間が狭くなる。

特許文献４は、二回転一移動という三自由度を有する運動デカップリング並列接続機構が開示されており、この機構は、可動プラットフォーム、固定プラットフォーム、及び、可動プラットフォームと固定プラットフォームとの間に接続される二つの分枝の運動チェーンを含み、二つの分枝運動チェーンには、一つがオープンキネティックチェーン（ｏｐｅｎｋｉｎｅｔｉｃｃｈａｉｎ）であり、もう一つが両用チェーン（ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃｈｕｃｋ）であり、両用チェーンは、クローズリングの構成により一つの回転対偶を直列接続してなされるものであり、クローズリングの構成は、第一サブ分枝と第二サブ分枝からなり、オープンキネティックチェーンの第一円柱対偶の軸線は、両用チェーンの第六回転対偶の軸線と平行し、しかも、両者が共に両用チェーンの第四移動対偶の中心線と垂直し、主動関節の入力運動と可動プラットフォームの出力運動とが一対一の制御関係になり、運動学に良いデカップリング性が具備される。しかしながら、そのうち、一つ分枝に多く過ぎる運動対偶を有しているため、制御が不便であり、予想の効果が得られない。

中国特許ＣＮ２０１６２０７４００９７．４公報中国特許ＣＮ２０１５１０４７２６１３．Ｘ公報中国特許ＣＮ２０１５１０８７６２６３．３公報中国登録実用新案ＣＮ２０１５２０７６７０１２．７公報

足関節の介護に求められる三次元での回転の自由度を実現するように、言い換えれば、背屈・足指屈、内反・外反、内旋・外旋、及び、牽引という足関節の運動のニーズを満たすように、本発明は、３Ｒ１Ｔが実現できる直並列接続機構を提供し、この機構は、構成が簡単で対称分布し、運動学にデカップリングと制御とが簡易であり、対応する重要な箇所に知能化の検知装置が設置されているため、足関節介護ロボットが一般的な介護ニーズを満たすに加えて、コストと強度とに優位性が得られる。また、従来の機構の欠点を克服し、デカップリング機構の分枝に運動対偶が多すぎることにより制御が不便になるという課題を解決するために、異なる構成や機能を持つ新型機構は、機構学が発展している際に基本的な要求となっている。

本発明は、構成が簡単で対称であり、制御が簡易にされ、二つの回転と一つの移動という三つの自由度が実現でき、完全なデカップリングが可能である、デカップリング足関節介護ロボット、及び、対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構を提供することを目的とする。

本発明は、以下のように実現される。
本発明は、胴体、駆動機構、及び、検知システムを含む、三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボットであって、前記胴体は、ベース、可動プラットフォーム、前記ベースと前記可動プラットフォームとを接続する三つの分枝、及び、前記可動プラットフォームに直列接続されるフットペダルを含む、対称な直並列接続機構であり、前記ベースの底部には、Ｙ軸に対して対称分布すると共に、Ｙ軸方向と一致するスライドレールが二つ設置され、Ｙ軸に対して対称する第二ホルダー及び第三ホルダーが設けられ、前記可動プラットフォームは、首尾が順次に接続される第一ホルダー、第二ホルダー、第三ホルダー及び第四ホルダーを含む、フレーム構成であり、前記直並列接続機構における並列接続部分は、デカップリングされた二回転一移動式とされる２−ＣＰＲＲ−ＰＲＲの並列接続機構であり、前記三つの分枝は、第一分枝がＰＲＲ分枝であり、第二分枝及び第三分枝がいずれも、ＹＯＺ平面に対して対称分布する初期姿勢のＣＰＲＲ分枝であり、前記第一分枝は、第一リンク及び第二リンクを含み、前記第一リンクは、第一端が前記スライドレールに移動対偶を介して接続され、第二端が前記第二リンクの第一端に、軸線が前記ベースの底部と垂直する回転対偶を介して接続され、前記第二リンクは、第二端が、前記可動プラットフォームの第一ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、前記第二分枝は、第一リンク、第二リンク及び第三リンクを含み、前記第一リンクは、第一端が前記ベースの第二ホルダーに軸線がベースと垂直する円柱対偶を介して接続され、第二端が前記第二リンクの第一端に前記ベースの底部と平行する移動対偶を介して接続され、前記第二リンクは、第二端が、軸線がベースの底部と垂直する回転対偶を介して、前記第三リンクの第一端に接続され、前記第三リンクは、第二端が前記可動プラットフォームの第二ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、前記第三分枝は、第一リンク、第二リンク及び第三リンクを含み、前記第一リンクは、第一端が、前記ベースの第三ホルダーに、軸線がベースと垂直する円柱対偶を介して接続され、第二端が、前記第二リンクの第一端に、前記ベースの底部と平行する移動対偶を介して接続され、前記第二リンクは、第二端が、軸線が前記ベースの底部と垂直する回転対偶を介して、前記第三リンクの第一端に接続され、前記第三リンクは、第二端が、前記可動プラットフォームの第三ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、前記直並列接続機構における直列接続部分は、前記可動プラットフォーム及び前記フットペダルを含み、前記フットペダルは、フットペダルリンクの第一端に固定接続され、前記フットペダルリンクの第二端と、前記可動プラットフォームの第四ホルダーとは、軸線が可動プラットフォームのｙ軸を通過する回転対偶を介して接続される三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボットを提供する。

好ましくは、前記駆動機構は、介護ロボットに対して三つの回転自由度及び一つの移動自由度をそれぞれ、実現する四つの駆動モータを含み、前記第一分枝の第一移動対偶には、運動量がこの機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、前記第二分枝の第一円柱対偶に含まれているＰ対偶には、運動量がこの機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、前記第三分枝の第一円柱対偶のＲ対偶には、運動量がこの機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、前記フットペダルにおける固定接続リンクと前記可動プラットフォームにおける第四ホルダーとが接続される回転対偶には、運動量がこの機構の第三回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられる。

好ましくは、前記検知システムは、角変位センサ、リニア変位センサ、位置制限スイッチ、及び、力センサを含み、前記角変位センサは、駆動対偶が回転対偶である位置に取り付けられ、前記リニア変位センサは、駆動対偶が移動対偶である位置に取り付けられ、前記位置制限スイッチは、各駆動対偶の限界位置に分布され、前記力センサは、前記フットペダルに取り付けられ、前記フットペダルに、加熱装置又はマッサージ装置を取り付けることにより、介護ロボットの機能を増加させるためのアダプターアセンブリが設けられる。

好ましくは、前記足関節介護ロボットは、運動学にデカップリング機構であり、足関節の運動における背屈・足指屈、内反・外反、内旋・外旋、及び、牽引運動を対応して実現するように、異なる分枝を制御することにより、三つの回転及び一つの移動を個別に実現する。

好ましくは、ロボットの三つの回転中心が一点に一致しており、フットペダルを接続するリンクの長さが調節可能であり、前記リンクの長さを調整することにより、異なる高さの足首を持つ人間が介護のトレーニングを行っている際に、足関節の中心とロボットの実際の回転中心とが一致し、より良い介護効果が達成できるようにする。

また、本発明は、ベース、可動プラットフォーム、及び、前記ベースと前記可動プラットフォームとを接続する第一分枝、第二分枝及び第三分枝を含む、対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構であって、前記ベースは、平行する二つのスライドレール及び一つのホルダーを含み、前記可動プラットフォームは、正三角形状を有し、第一ホルダー、第二ホルダー及び第三ホルダーが、三つの頂点にそれぞれ設けられ、前記第一分枝及び前記第二分枝が、いずれも、リンク、移動対偶のＰ対偶及び回転対偶のＲ対偶を含むＰＲＲ分枝であり、前記第三分枝が、リンク、円柱対偶のＣ対偶、移動対偶のＰ対偶及びフック継手のＵ対偶を含むＣＰＵ分枝であり、前記第一分枝、第二分枝及び第三分枝は、完全なデカップリングが実現可能であり、前記第一分枝及び前記第二分枝は、それぞれ、第一リンク及び第二リンクを含み、前記第一分枝の第一リンクの第一端は、前記ベースの第一スライドレールに接続されて、Ｐ１対偶を形成し、前記第二分枝の第一リンクの第一端は、前記ベースの第二スライドレールに接続されて、Ｐ２対偶を形成し、前記第一分枝におけるＰ１対偶の移動方向と、前記第二分枝におけるＰ２対偶の移動方向とは、いずれも、前記ベースの固定座標系のＹ軸方向に沿う同じ方向であり、前記第一分枝の第一リンクの第二端は、前記第一分枝の第二リンクの第一端に接続されて、Ｒ１対偶を形成し、前記Ｒ１対偶の軸線方向と、前記ベースの固定座標系でのＺ軸方向とは、可動プラットフォームのｏ１点を通過する同じ方向であり、前記第二分枝の第一リンクの第二端は、前記第二分枝の第二リンクの第一端に接続されて、Ｒ２対偶を形成し、前記第二分枝のＲ２対偶は、前記第一分枝におけるＲ１対偶と共線し、前記第一分枝の第二リンクの第二端は、前記可動プラットフォームの第一ホルダーに接続されて、Ｒ３対偶を形成し、前記第二分枝の第二リンクの第二端は、前記可動プラットフォームの第二ホルダーに接続されて、Ｒ４対偶を形成し、前記第二分枝のＲ４対偶の軸線は、前記第一分枝におけるＲ３対偶の軸線と常に共線し、可動プラットフォーム上のｏ１点を常に通過し、前記第三分枝は、第三リンク及び第四リンクを含み、前記第三リンクの第一端は、前記ベースのホルダーにＣ対偶を介して接続され、前記円柱対偶の軸線が常に前記ベース平面と垂直し、前記第三リンクの第二端は、前記第四リンクの第一端にＰ３対偶を介して接続され、前記Ｐ３対偶の方向は、前記ベース平面と常に平行し、前記第四リンクの第二端は、Ｕ対偶を介して前記可動プラットフォームの第三ホルダーに接続され、前記第三分枝のＵ対偶は、二つの回転対偶からなり、二つの方向に互いに垂直する回転軸線を有し、前記Ｕ対偶の第一回転軸線は、前記ベースの平面と常に垂直し、前記Ｕ対偶の第二回転軸線は、前記ベースの平面と平行し、前記第一分枝のＲ３対偶の軸線及び前記第二分枝のＲ４対偶の軸線と常に平行する対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構を提供する。

好ましくは、前記第一分枝及び前記第二分枝は、前記可動プラットフォームの両側に対称分布し、前記第一分枝の第一リンク及び前記第二分枝の第一リンクは、全体として一体化とされ、前記全体の幅と前記ベースにおける二つのスライドレール間の距離とが等しく、前記第一分枝の第二リンク及び前記第二分枝の第二リンクは、Ｌ字形であり、前記可動プラットフォームの辺の長さが前記ベースにおける二つのスライドレール間の距離よりも長い。

好ましくは、前記第一分枝の移動対偶には、運動量がこの並列接続機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、前記第二分枝の回転対偶には、運動量がこの並列接続機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、前記第三分枝の円柱対偶のＣ対偶に含まれるＰ対偶には、運動量がこの並列接続機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられる。

好ましくは、前記並列接続機構の可動プラットフォームは、前記三つの分枝にそれぞれ設けられる三つの駆動モータにより、可動プラットフォームのｏ_１点を中心として可動プラットフォームの座標系におけるｘ軸及びｚ軸の軸周りに回転すると共に、固定プラットフォームの固定座標系におけるＹ軸方向に沿って移動することを実現する。

本発明は、従来技術に比べると、以下のような有益な効果を有している。
（１）ロボット機構の分枝に含まれている運動対偶は、その数が少なく、運動対偶が簡単になり、制御が簡易となる。
（２）ロボット機構のデカップリングについて、各入力量は、唯一に特定された運動と対応することができる。
（３）ロボット機構の分枝は、対称分布し、そのうち二つの分枝の構成が同じであるため、製造のコストや時間を省くことができる。
（４）機構を取り付けることが簡易であり、足関節の可動空間が大きく、可動度が多く、すべての足関節の運動要求が満たされている。
（５）ロボットの三次元回転中心は、リンクの長さを調節することにより、異なる人間の実際の足関節の回転中心に一致するようにすることができる。
（６）ロボットの三次元回転中心は、可動プラットフォームの固定位置に位置し、好ましくは、実際操作時に足の重心が、常に第一分枝における二つのスライドレール間に位置していることから、運動の安定性やロボットの剛性を保証することができる。
（７）ロボットは、医療介護のみならず、フットペダルに他の補助施設を取り付けることにより、多くの機能へのニーズに応じて、在宅保健にも適用されえる。
（８）本発明に係る対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構は、並列接続機構の強度が高く、構成がコンパクトとなり、安定性がよいなどの利点をそのまま維持できる上で、運動学に、空間ｘとｚ軸方向に沿う二回転と、Ｙ軸に沿ってベースと平行する一移動という三自由度の完全なデカップリングを実現でき、各入力量がいずれも、唯一に特定された運動と対応でき、また、機構に対称性を有し、そのうち二つの分枝の構成が同じであり、製造のコストや時間を省くことができ、しかも分枝に含まれている運動対偶が少なく、運動対偶が簡易となり、制御に精確性を向上させ、制御の複雑性を低減し、取り付けの精度に対する要求が他の並列接続機構よりも低く、機構を便宜に取り付け、可動空間が大きく、従来の対称並列接続機構にその制御が複雑であり、整合性が強いなどの欠点を克服することができる。

本発明に係る介護ロボットにおける全ての運動対偶位置の模式図である。本発明に係る介護ロボットにおける分枝１の部材の模式図である。本発明に係る介護ロボットにおける分枝２、３の部材の模式図である。本発明に係る介護ロボットにおける直列接続部分の部材の模式図である。本発明に係る介護ロボットにおける検知センサの分布の模式図である。本発明の第二実施形態に係る対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構全体の構成模式図である。本発明の第二実施形態に係る対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構の第三分枝の構成模式図である。

以下には、図面を参照しながら、本発明の例示的実施形態、特徴及び効果を詳しく説明する。図面には、同じ符号により、同じ機能や類似な部品を示す。図面は、実施形態の各局面を示したが、特別な限定がない限り、縮尺に基づいて描かれたものではない。

第一実施形態
図１に示されるロボット全体の構成の模式図には、胴体が、対称な直並列接続機構で構成され、ベース６、可動プラットフォーム４、ベース６と可動プラットフォーム４とを接続する三つの分枝１、２、３及び可動プラットフォーム４に直列接続されるフットペダル５を含み、直並列接続機構における並列接続部分は、２−ＣＰＲＲ−ＰＲＲという並列接続機構であり、ただし、Ｃが円柱対偶を示し、Ｐが移動対偶を示し、Ｒが一つの回転対偶を示し、円柱対偶が一つの移動対偶と一つの回転対偶との組み合わせであり、２−ＣＰＲＲが、円柱対偶、移動対偶、回転対偶及び回転対偶を順次に接続させた分枝を両組含むことを示し、ＰＲＲが、移動対偶、回転対偶及び回転対偶を順次に接続して構成された分枝を示す。並列接続機構は、三つの分枝により組み合わせられたものである。接続ベース６及び可動プラットフォーム４の三つの分枝には、第一分枝１がＰＲＲ分枝であり、第二分枝及び第三分枝２、３は、いずれも、対称分布するＣＰＲＲ分枝である。従って、機構運動の等方性と共に取り付けの簡易性を保証することができる。ベース６の底部に、Ｙ軸方向に沿うと共にＹ軸の両側に対称分布する二つのスライドレール６１を設置することにより、機構運転に安定性が向上する。ベース６の底部には、Ｙ軸の両側に、それぞれ、第二分枝と第三分枝に接続される二つのホルダー６２、６３が、対称設置されている。可動プラットフォーム４は、フレームであり、可動プラットフォームの第一ホルダー、第二ホルダー、第三ホルダー、第四ホルダーが共にフレームに設置されている。図４に示されるように、第一ホルダー４１、第二ホルダー４２、第三ホルダー４３、第四ホルダー４４は、それぞれ、第一分枝１、第二分枝２、第三分枝３及びフットペダルリンク５１に接続される。

図２に示されるように、三つの分枝には、第一分枝１がＰＲＲ分枝であり、第一分枝１の第一リンク１１の一方端がベース６のスライドレール６１に移動対偶Ｐ１１を介して接続され、他方端が第一分枝１の第二リンク１２の一方端に軸線がベースの底部と垂直する回転対偶Ｒ１２を介して接続され、第一分枝１の第二リンク１２の一方端は、同時に、可動プラットフォーム両端に対称分布する可動プラットフォーム４の第一ホルダー４１に接続され、回転対偶を形成し、この回転対偶Ｒ１３の軸線が第一分枝１の第二回転対偶Ｒ１２の軸線と三次元回転中心ｏ_１に交差する。

図３に示されるように、三つの分枝には、第二分枝２及び第三分枝３が、いずれも、ＣＰＲＲ分枝である。二つの分枝の初期位置がＹＯＺ平面に対して対称分布することが好ましい。また、好ましくは、第二分枝２の第一リンク２１は、一方端がベース６の第二ホルダー６２に、軸線がベース６と垂直する円柱対偶Ｃ２１を介して接続され、他方端が第二分枝２の第二リンク２２の一方端に、ベース６の底部と平行する移動対偶Ｐ２２を介して接続され、第二分枝２の第二リンク２２は、他方端が、軸線がベース６の底部と垂直する回転対偶Ｒ２３を介して第二分枝２の第三リンク２３の一方端に接続され、最後に、第二分枝２の第三リンク２３は、他方端が可動プラットフォーム４の第二ホルダー４２に、軸線がｘ軸と平行する回転対偶Ｒ２４を介して接続される。

第三分枝３の第一リンク３１は、一方端がベースの第三ホルダー６３に、軸線がベース６と垂直する円柱対偶Ｃ３１対偶に接続され、他方端が第三分枝３の第二リンク３２の一方端にベース６の底部と平行する移動対偶Ｐ３２に接続され、第三分枝３の第二リンク３２は、他方端が軸線がベース６の底部と垂直する回転対偶Ｒ３３を介して、第三分枝３の第三リンク３２の一方端に接続され、最後に、第三分枝３の第三リンク３３は、他方端が可動プラットフォーム４の第三ホルダー４３に、軸線がｘ軸と平行する回転対偶Ｒ３４に接続される。第二分枝２及び第三分枝３は、同じ構成とされ、しかも、可動プラットフォーム４の両側に対称分布することが好ましい。そうすれば、ｘ方向に、可動プラットフォーム４の性能に統一性が具備する。

図４に示されるように、直並列接続機構における直列接続部分は、可動プラットフォーム４及びフットペダル５を含む。フットペダル５は、その前後の両端のフットペダルリンク５１の一方端に固定接続され、フットペダルリンク５１の他方端が、可動プラットフォーム４の第四ホルダー４４に、軸線がｙ軸を通過する回転対偶Ｒ５１を介して接続される。好ましくは、可動プラットフォーム４に、ｙ軸方向に軸周りに回転するフットペダル５を直列接続することにより、フットペダルをエンドアクチュエータとする足関節介護ロボット全体が３Ｒ１Ｔ機構になる。ロボットの三つの回転軸の軸線がＯ１に交差する。足関節の高さが異なる人間に適応でき、よりよい運動トレーニングの効果を得るように、接続フットペダル５と可動プラットフォーム４のフットペダルリンク５１の長さを調節することにより、フットペダル５と回転中心Ｏ１との距離を調節し、実際の足関節の中心と介護ロボットの実際の回転中心が一致することが好ましい。好ましくは、フットペダル５が可動プラットフォーム４のフレームの内部に位置し、より好ましくは、フレームの下方に位置する。運動プロセスに、足が可動プラットフォーム４のフレームや他の部材に干渉されないように、可動プラットフォーム４のフレームの大きさを、９０％以上の人間の足の大きさに応対できるようにすることが好ましい。異なる大きさの足向けの保護部材にも、対応する調整により、適当な状態を得ることがよい。好ましくは、フットペダル５に、アダプターアセンブリを設置し、固定保護部材を取り付けることにより、機構をより安定かつ快適にさせることが好ましい。また、加熱装置又はマッサージ装置を取り付けることにより、介護ロボットの機能を増やすことが好ましい。さらに、異なる人間のニュースに応じて、フットペダルに他の対応する構成を追加して、ロボット全体の機能を豊かにしてもよい。

足関節介護ロボットは、運動学にデカップリング機構であり、デカップリングとは、入力と出力との間に、一対一の対応関係を持っているということである。足関節介護ロボットは、完全なデカップリング機構ではなく、一部のデカップリング機構であっても、依然として、デカップリング機構と称する可能である。異なる分枝を制御することにより、それぞれ三回転と一移動が実現でき、背屈・足指屈、内反・外反、内旋・外旋、及び、牽引運動という足関節運動が、対応して実現できる。好ましくは、第一分枝１の第一移動対偶Ｐ１１には、足関節介護の牽引運動を実現するために、運動量がこの機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータ１が設けられ、第二分枝２の第一円柱対偶Ｃ２１に含まれているＰ対偶には、足関節介護の背屈・足指屈の運動を実現するために、運動量がこの機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータ２が設けられ、第三分枝３の第一円柱対偶Ｃ３１に含まれているＲ対偶には、足関節介護の内旋・外旋運動を実現するために、運動量がこの機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータ３が設けられ、フットペダル５に固定接続されるフットペダルリンク５１と可動プラットフォーム４の第四ホルダー４４とを接続する回転対偶Ｒ５１には、足関節介護の内反・外反運動を実現するために、運動量がこの機構の第三回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータ４が設けられる。

第一分枝１の第一リンク１１の一方端は、同時に、ベース６に対称分布する二つのスライドレール６１に接続され、移動対偶を形成する。好ましくは、この移動対偶を駆動するのは、一つの駆動モータ１であり、モータの正逆回転により、機構全体にＹ軸に沿う正負の両方向の移動を実現し、この構成により、並列接続機構に剛性が向上し、また、運動に安定性も向上する。第一分枝１の第二リンク１２の一方端は、同時に、可動プラットフォーム４の両端に対称分布する可動プラットフォームの第一ホルダー４１に接続され、回転対偶を形成し、この回転対偶の軸線が第一分枝１の第二回転対偶Ｒ１２の軸線と三次元の回転中心に交差する。まは、分枝１がＹ向に移動することを実現できれば、機構の第一分枝１の第一移動対偶Ｐ１１に、スライドレールという形式を採用しなくてもよく、例えば、駆動対偶に車輪式又はローラ式を採用してもよい。そして、ロボット全体は、構成の大きさが小さくなるうえで、実装も容易になる。

第二分枝２における第一円柱対偶のＰ対偶を駆動対偶とする時に、円柱対偶におけるＲ対偶は、この駆動モータ２からの影響が与えられず、運動対偶とされる。好ましくは、第三分枝３における第一円柱対偶のＲ対偶を駆動対偶とする時に、円柱対偶のＰ対偶は、この駆動モータ３からの影響が与えられず、従動の運動対偶とされる。第一及び第二分枝が同じとされ、しかも、ＹＺ平面に対して対称分布することが好ましい。そうすると、駆動モータ２と駆動モータ３の位置が第二、三分枝間に切り替えられてもよいが、一つの分枝を駆動するのが一つのモータに過ぎず、しかも、駆動される運動対偶がそれぞれ円柱対偶におけるＰ対偶及びＣ対偶とされるという保証が必要である。フットペダルに固定接続されるリンクと可動プラットフォームの第四ホルダーを接続する回転対偶には、駆動モータ４が設けられ、可動プラットフォーム４の分枝のホルダーが、比較的小さい一方端に優先に設置される。

ロボット検知システムは、主に、角変位センサ、リニア変位センサ、位置制限スイッチ及び力センサを含む。図５に示されているように、ロボットがＺ向に回転する出力量を検知し、分枝一の回転対偶Ｒ１２に設置されるセンサは、角変位センサＪ１である。ロボットがＸ向に回転する出力量を検知し、分枝１の回転対偶Ｒ１３に設置されるセンサは、角変位センサＪ２である。ロボットがＹ向に回転する出力量を検知し、分枝１の回転対偶Ｒ１３に設置されるセンサは、角変位センサＪ３である。また、第三分枝３の駆動対偶のＣ対偶におけるＲ対偶に設置されている角変位センサＪ４は、駆動対偶のフィードバック情報を即時に受信するためのものである。ロボットがＹ向に移動する出力量を検知し、ベース６のエンドに設置されるセンサは、リニア変位センサＺ１である。ベース６の第二ホルダー６２の上端には、位置制限スイッチＸ１が設置され、ベース６の第二ホルダー６２の上端には、位置制限スイッチＸ２が設置される。フットペダル５の先端には、趾端の力を検知する力センサＬ１が設置され、フットペダル５の中央には、Ｙ向に牽引する力を検知する力センサＬ２が設置され、フットペダル５のエンドには、かかとの力を検知する力センサＬ３が設置される。これらのセンサを設置することにより、ロボットの情報を智能化に処理するのを保証するのみならず、ロボット全体に安全性かつ安定性が向上する。コストを抑える可能な範囲に、機械・電気採集システムにより、トレーニング者の生理のフィードバックが直観にわかるようにしてもよい。

本発明の第一実施形態の具体的な使用過程は、以下の通りである。

ロボットにより介護のトレーニングを行う前に、人間体の実際の足関節の回転中心と、ロボットの実際の回転中心、つまり、可動プラットフォームのｏ１点とが一致するように、異なる人間の足関節の高さに基づいて、フットペダルリンクの長さを調整する。運動プロセス全体に渡って、足部とロボットとのマッチング程度を保証するように、フットペダルに固定ベルトが取り付けられる。使用される時に、足を固定ベルトに入れることにより、足の位置がフットペダルに対して安定にマッチするようにする。

使用されている過程には、駆動モータ１により、駆動モータ３と協力させ、足関節の牽引の運動を個別に実現し、又は、牽引のプロセスに、それと伴い内旋・外旋の運動を実現することができる。駆動モータ２により、足関節の背足の指屈の運動を個別に実現することができ、駆動モータ３により、足関節の内旋・外旋運動を個別に実現することができ、駆動モータ４により、足関節の内反・外反の運動を個別に実現することができる。必要な多種類の関節運動速度や範囲を設定した場合に、同時に複数のモータを個別に制御することにより、運動を個別に実現することができる。それとともに、多種類の運動のフィードバック信号を採集し、機構の運動を即時に調整することにより、一番良い介護のトレーニング効果を得ることができる。主動的なトレーニングが必要となると、各駆動モータのロックを解除して、各モータを従動具とすればよい。

第二実施形態
図６に示されているように、ベース１０４は、空間の直角座標系Ｏ_０−Ｘ_０Ｙ_０Ｚ_０に固定され、ベース１０４の固定座標系Ｏ−ＸＹＺには、ＸＹ平面がＺ_０軸と垂直し、ベース１０４におけるＸ及びＹ軸が、それぞれ、空間直角座標系におけるＸ_０軸及びＹ_０軸方向と平行し、可動プラットフォーム１０５の可動座標系_{ｏ１−ｘｙｚ}には、ｏ_１点がＲ_３対偶及びＲ_４対偶の軸線の結び線に位置し、ｚ軸が可動プラットフォーム１０５と垂直し、ｙ軸がＲ_３対偶及びＲ_４対偶の軸線の結び線に垂直し、ｘ軸がＲ_３対偶及びＲ_４対偶の軸線の結び線に平行する。

本発明に係る対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構は、図１に示されるように、第一分枝１０１、第二分枝１０２、第三分枝１０３、ベース１０４及び可動プラットフォーム１０５を含み、第一分枝１０１、第二分枝１０２及び第三分枝１０３は、それぞれ、ベース１０４及び可動プラットフォーム１０５に接続される。ベース１０４は、その見かけが長方形であり、第一スライドレール１４１、第二スライドレール１４２とホルダー１４３とを含み、第一スライドレール１４１と第二スライドレール１４２とは、ホルダー１４３の両側に対称分布し、ホルダー１４３がベース１０４の中心線に位置し、第一スライドレール１４１と第二スライドレール１４２とがＹＺ平面に対して対称し、ホルダー１４３は、ＹＺ平面内に位置すると共に、ベース１０４に垂直する。可動プラットフォーム１０５の見かけが正三角形であり、正三角形の各頂点に、それぞれ、第一ホルダー１５１、第二ホルダー１５２及び第三ホルダー１５３という三つのホルダーを有する。

第一分枝１０１及び第二分枝１０２は、いずれも、リンク、Ｐ対偶及びＲ対偶で構成されるＰＲＲ分枝であり、第三分枝１０３が、リンク、Ｃ対偶、Ｐ対偶及びＵ対偶で構成されるＣＰＵ分枝であり、第一分枝１０１、第二分枝１０２及び第三分枝１０３は、運動の対偶により、完全なデカップリングを実現する。

第一分枝１０１には、第一リンク１１１の第一端が、Ｐ対偶を介して、ベース１０４の第一スライドレール１４１に接続され、第一リンク１１１の第二端が第二リンク１１２の一方端にＲ対偶を介して接続され、第二リンク１１２の他方端が可動プラットフォーム１０５の第一ホルダー１５１に、Ｒ対偶を介して接続される。

第二分枝１０２には、第一リンク１２１の一方端がＰ対偶を介して、ベース１０４の第二スライドレール１４２に接続され、第一リンク１２１の他方端が第二リンク１２２の一方端に、Ｒ対偶を介して接続され、第二リンク１２２の他方端が可動プラットフォーム１０５の第二ホルダー１５２に、Ｒ対偶を介して接続される。

図７に示されるように、第三分枝１０３には、第一リンク１３１の一方端がベース１０４のホルダー１４３に、Ｃ対偶を介して接続され、第一リンク１３１の他方端が第二リンク１３２の一方端に、Ｐ対偶を介して接続され、第二リンク１３２の他方端がＵ対偶を介して、可動プラットフォーム１０５の第三ホルダー１５３に接続される。

第一分枝１０１におけるＰ_１対偶の移動方向は、第二分枝１０２におけるＰ_２対偶の移動方向と同じ、いずれも、Ｙ軸方向に沿ってベース１０４平面と平行する。第一分枝１０１のＲ_１対偶の軸線は、ベース１０４の平面と垂直し、しかも、可動プラットフォーム１０５のｏ_１点を通過し、第一分枝１０１のＲ_３対偶の軸線がベース１０４の平面と平行し、しかも、Ｘ軸方向に沿って平行する。第二分枝１０２のＲ_２対偶と第一分枝１０１のＲ_１対偶とが共線し、可動プラットフォーム１０５のｏ１点を通過し、第二分枝１０２のＲ_４対偶の軸線が第一分枝１０１のＲ_３対偶の軸線と常に共線する。

第三分枝１０３におけるＣ対偶は、その軸線がベース１０４の平面と垂直し、第三分枝１０３のＰ３対偶方向が常にベース１０４平面と平行し、第三分枝１０３のＵ対偶が二つの回転軸線で構成され、一つの回転軸線が常にベース１０４の平面と垂直し、もう一つの回転軸線がベース１０４のプラットフォームに平行し、しかも、常に第一分枝１０１のＲ_３対偶の軸線及び第二分枝１０２のＲ_４対偶の軸線と平行する。

第一分枝１０１及び第二分枝１０２は、可動プラットフォーム１０５の両側に対称分布し、第一分枝１０１の第一リンク１１１及び第二分枝１０２の第一リンク１２１が一つの全体とされ、この全体の構成と、ベース１０４における第一スライドレール１４１又は第二スライドレール１４２と間の距離が等しい。第一分枝１０１の第二リンク１１２及び第二分枝１０２の第二リンク１２２がＬ形状であり、第一分枝１０１の第二リンク１１２及び第二分枝１０２の第二リンク１２２の二つの辺の長さの加法和が可動プラットフォーム１０５の辺の長さと等しく、可動プラットフォーム１０５の辺の長さがベース１０４における第一スライドレール１４１と第二スライドレール１４２との距離よりも大きい。

第一分枝１０１のＰ_１対偶には、その運動量がこの並列接続機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、第二分枝１０２のＲ_２対偶には、その運動量がこの並列接続機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、第三分枝１０３のＣ対偶に含まれているＰ対偶には、その運動量がこの並列接続機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられる。

それぞれ、第一分枝１０１、第二分枝１０２及び第三分枝１０３に設けられた三つの駆動モータにより、並列接続機構の可動プラットフォーム１０５が、ｏ１点を中心としてｘ０軸及びｚ０軸の軸線の周りに、二つの自由度で回転すること、及び、Ｙ軸方向に沿って移動することを実現することができる。しかも、この三自由度の運動は、完全なデカップリングであり、即ち、可動プラットフォーム１０５の回転の特徴が、Ｒ２対偶とＵ対偶の一つの回転軸線しかに関係しなく、しかも、一対一に対応する。第三分枝１０３のＵ対偶は、二つの回転軸線により構成され、一つの回転軸線がベース１０４プラットフォームと平行し、しかも、常に第一分枝１０１のＲ_３対偶の軸線及び第二分枝１０２のＲ_４対偶の軸線に平行している。このことから、可動プラットフォーム１０５の回転の特徴がＲ２対偶及びＲ_３対偶の一つの回転軸線しかに関係しなく、しかも一対一に対応し、可動プラットフォーム１０５のＹ向における移動の特徴がＰ_１対偶しかに関係しないといえる。

以下に、実施形態に基づいて、本発明に係る対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構を詳しく説明する。

本発明の構成により、対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構を単に２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構として略称し、２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構における第一分枝１０１、第二分枝１０２及び第三分枝１０３は、運動対偶により、完全なデカップリングを実現し、各入力量がいずれも唯一に特定された運動と対応していることから、ベース１０４に対する可動プラットフォーム１０５の運動については、三つの分枝のモータを同時に制御する必要がなくなり、制御が易くされ、必要な自由度に応じて、対応するモータだけを駆動すればよい。そして、制御に複雑度を低減し、制御に正確性を向上させ、２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構の実用性が向上する。

２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構における可動プラットフォーム１０５がベース１０４に対してＹ向に沿う水平移動を取得するために、三つの分枝の駆動モータを同時に駆動する必要がなく、第一分枝１０１におけるＰ_１対偶の駆動モータだけを駆動すれば、対応する自由度を取得することができる。

２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構における可動プラットフォーム１０５がベース１０４に対してＸ軸の軸線に周りに回転自由度を取得するために、三つの分枝の駆動モータを同時に駆動する必要がなく、第三分枝１０３におけるＣ対偶に含まれるＰ対偶に設置される駆動モータだけを駆動すれば、対応する自由度を取得することができる。

２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構における可動プラットフォーム１０５がベース１０４に対してＺ軸の軸線に周りに回転自由度を取得するために、三つの分枝の駆動モータを同時に駆動する必要がなく、第二分枝１０２におけるＲ２対偶の駆動モータだけを駆動すれば、対応する自由度を取得することができる。

本発明の２−ＣＰＵ−ＰＰＲ並列接続機構は、明らかに分枝に運動対偶が少なくなり、取り付けに対する要求や精度が低くなり、運動デカップリングや制御が簡単であるなどの優位性を有し、二つの回転中心が一点に一致しているため、機構に安定性が良く、現代工業において設計を実行したり、試験によりプラットフォームの構築を検証したりする数多くのニーズを満たすようにすることができる。

本発明に係る２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構は、並列接続機構に構成がコンパクトであり、累積な誤差が小さく、運動に安定性があるなどの利点をそのまま維持している上で、運動学に、三自由度での機構の完全なデカップリングが実現でき、２−ＣＰＵ−ＰＲＲ機構に対称性を有し、第一分枝と第二分枝とが同じ構成とされ、構成が簡易であり、加工の難しさを低減させ、製造コスト及び時間を省き、着脱が便宜にされ、関連する試験によりプラットフォームを検証することができ、２−ＣＰＵ−ＰＲＲという機構分枝に、運動の対偶が少なく、制御に正確性を向上させ、取り付けの精度に対する要求が他の並列接続機構のほうよりも低く、可動空間が大きく、従来の対称並列接続機構に制御が複雑となり、整合性が強いなどの欠点を克服することができる。

最後に、説明するべきところは、上記の実施例が本発明の技術的手段を説明するものに過ぎず、それらを限定するものではなく、好ましい実施例を参照しながら本発明を詳しく説明したが、当業者にとって依然として本発明の具体的な実施形態を補正したり、その一部を均等置換したりすることが可能であり、本発明に係る技術方案の趣旨を逸脱しない限り、それらの補正や均等置換も本発明の保護請求しようとする範囲に含まれている。

Ｐ１１分枝
１第一移動対偶
Ｒ１２分枝
１第二回転対偶
Ｒ１３分枝
１第三回転対偶
Ｃ２１分枝
２第一円柱対偶
Ｐ２２分枝
２第二移動対偶
Ｒ２３分枝
２第三回転対偶
Ｒ２４分枝
２第四回転対偶
Ｃ３１分枝
３第一円柱対偶
Ｐ３２分枝
３第二移動対偶
Ｒ３３分枝
３第三回転対偶
Ｒ３４分枝
３第四回転対偶
Ｒ５１直列接続回転対偶
１第一分枝
１１第一リンク
１２第二リンク
２第二分枝
２１第一リンク
２２第二リンク
２３第三リンク
３第三分枝
３１第一リンク
３２第二リンク
３３第三リンク
６ベース
６１スライドレール
６２第二ホルダー
６３第三ホルダー
４可動プラットフォーム
４１第一ホルダー
４２第二ホルダー
４３第三ホルダー
４４第四ホルダー
５フットペダル
５１フットペダルリンク
１０１第一分枝
１１１第一リンク
１１２第二リンク
１０２第二分枝
１２１第一リンク
１２２第二リンク
１０３第三分枝
１３１第一リンク
１３２第二リンク
１０４ベース
１４１第一スライドレール
１４２第二スライドレール
１４３ホルダー
１０５可動プラットフォーム
１５１第一ホルダー
１５２第二ホルダー
１５３第三ホルダー
Ｐ_１第一移動対偶
Ｐ_２第二移動対偶
Ｐ_３第三移動対偶
Ｃ円柱対偶
Ｒ_１第一回転対偶
Ｒ_２第二回転対偶
Ｒ_３第三回転対偶
Ｒ_４第四回転対偶
Ｕフック継手副

Claims

胴体、駆動機構、及び、検知システムを含む、三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボットであって、
前記胴体は、ベース、可動プラットフォーム、前記ベースと前記可動プラットフォームとを接続する三つの分枝、及び、前記可動プラットフォームに直列接続されるフットペダルを含む、対称な直並列接続機構であり、
前記ベースの底部には、Ｙ軸に対して対称分布すると共に、Ｙ軸方向と一致するスライドレールが二つ設置され、Ｙ軸に対して対称する第二ホルダー及び第三ホルダーが設けられ、
前記可動プラットフォームは、首尾が順次に接続される第一ホルダー、第二ホルダー、第三ホルダー及び第四ホルダーを含む、フレーム構成であり、
前記直並列接続機構における並列接続部分は、デカップリングされた二回転一移動式とされる２−ＣＰＲＲ−ＰＲＲの並列接続機構であり、前記三つの分枝は、第一分枝がＰＲＲ分枝であり、第二分枝及び第三分枝がいずれも、ＹＯＺ平面に対して対称分布する初期姿勢のＣＰＲＲ分枝であり、
前記第一分枝は、第一リンク及び第二リンクを含み、
前記第一リンクは、第一端が前記スライドレールに移動対偶を介して接続され、第二端が前記第二リンクの第一端に、軸線が前記ベースの底部と垂直する回転対偶を介して接続され、
前記第二リンクは、第二端が、前記可動プラットフォームの第一ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、
前記第二分枝は、第一リンク、第二リンク及び第三リンクを含み、
前記第一リンクは、第一端が前記ベースの第二ホルダーに軸線がベースと垂直する円柱対偶を介して接続され、第二端が前記第二リンクの第一端に前記ベースの底部と平行する移動対偶を介して接続され、
前記第二リンクは、第二端が、軸線がベースの底部と垂直する回転対偶を介して、前記第三リンクの第一端に接続され、
前記第三リンクは、第二端が前記可動プラットフォームの第二ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、
前記第三分枝は、第一リンク、第二リンク及び第三リンクを含み、
前記第一リンクは、第一端が、前記ベースの第三ホルダーに、軸線がベースと垂直する円柱対偶を介して接続され、第二端が、前記第二リンクの第一端に、前記ベースの底部と平行する移動対偶を介して接続され、
前記第二リンクは、第二端が、軸線が前記ベースの底部と垂直する回転対偶を介して、前記第三リンクの第一端に接続され、
前記第三リンクは、第二端が、前記可動プラットフォームの第三ホルダーに、軸線が可動プラットフォームのｘ軸と平行する回転対偶を介して接続され、
前記直並列接続機構における直列接続部分は、前記可動プラットフォーム及び前記フットペダルを含み、
前記フットペダルは、フットペダルリンクの第一端に固定接続され、
前記フットペダルリンクの第二端と、前記可動プラットフォームの第四ホルダーとは、軸線が可動プラットフォームのｙ軸を通過する回転対偶を介して接続される、ことを特徴とする三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボット。
前記駆動機構は、介護ロボットに対して三つの回転自由度及び一つの移動自由度をそれぞれ、実現する四つの駆動モータを含み、
前記第一分枝の第一移動対偶には、運動量がこの機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、
前記第二分枝の第一円柱対偶に含まれているＰ対偶には、運動量がこの機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、
前記第三分枝の第一円柱対偶のＲ対偶には、運動量がこの機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、
前記フットペダルにおける固定接続リンクと前記可動プラットフォームにおける第四ホルダーとが接続される回転対偶には、運動量がこの機構の第三回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられる、ことを特徴とする、請求項１に記載の三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボット。
前記検知システムは、角変位センサ、リニア変位センサ、位置制限スイッチ、及び、力センサを含み、
前記角変位センサは、駆動対偶が回転対偶である位置に取り付けられ、
前記リニア変位センサは、駆動対偶が移動対偶である位置に取り付けられ、
前記位置制限スイッチは、各駆動対偶の限界位置に分布され、
前記力センサは、前記フットペダルに取り付けられ、
前記フットペダルに、加熱装置又はマッサージ装置を取り付けることにより、介護ロボットの機能を増加させるためのアダプターアセンブリが設けられる、ことを特徴とする、請求項２に記載の三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボット。
前記足関節介護ロボットは、運動学にデカップリング機構であり、足関節の運動における背屈・足指屈、内反・外反、内旋・外旋、及び、牽引運動を対応して実現するように、異なる分枝を制御することにより、三つの回転及び一つの移動を個別に実現する、ことを特徴とする、請求項３に記載の三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボット。
ロボットの三つの回転中心が一点に一致しており、
フットペダルを接続するリンクの長さが調節可能であり、前記リンクの長さを調整することにより、異なる高さの足首を持つ人間が介護のトレーニングを行っている際に、足関節の中心とロボットの実際の回転中心とが一致し、より良い介護効果が達成できるようにする、ことを特徴とする、請求項１に記載の三回転一移動式のデカップリング足関節介護ロボット。
ベース、可動プラットフォーム、及び、前記ベースと前記可動プラットフォームとを接続する第一分枝、第二分枝及び第三分枝を含む、対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構であって、
前記ベースは、平行する二つのスライドレール及び一つのホルダーを含み、
前記可動プラットフォームは、正三角形状を有し、第一ホルダー、第二ホルダー及び第三ホルダーが、三つの頂点にそれぞれ設けられ、前記第一分枝及び前記第二分枝が、いずれも、リンク、移動対偶のＰ対偶及び回転対偶のＲ対偶を含むＰＲＲ分枝であり、前記第三分枝が、リンク、円柱対偶のＣ対偶、移動対偶のＰ対偶及びフック継手のＵ対偶を含むＣＰＵ分枝であり、前記第一分枝、第二分枝及び第三分枝は、完全なデカップリングが実現可能であり、
前記第一分枝及び前記第二分枝は、それぞれ、第一リンク及び第二リンクを含み、
前記第一分枝の第一リンクの第一端は、前記ベースの第一スライドレールに接続されて、Ｐ１対偶を形成し、
前記第二分枝の第一リンクの第一端は、前記ベースの第二スライドレールに接続されて、Ｐ２対偶を形成し、
前記第一分枝におけるＰ１対偶の移動方向と、前記第二分枝におけるＰ２対偶の移動方向とは、いずれも、前記ベースの固定座標系のＹ軸方向に沿う同じ方向であり、
前記第一分枝の第一リンクの第二端は、前記第一分枝の第二リンクの第一端に接続されて、Ｒ１対偶を形成し、
前記Ｒ１対偶の軸線方向と、前記ベースの固定座標系でのＺ軸方向とは、可動プラットフォームのｏ１点を通過する同じ方向であり、
前記第二分枝の第一リンクの第二端は、前記第二分枝の第二リンクの第一端に接続されて、Ｒ２対偶を形成し、
前記第二分枝のＲ２対偶は、前記第一分枝におけるＲ１対偶と共線し、
前記第一分枝の第二リンクの第二端は、前記可動プラットフォームの第一ホルダーに接続されて、Ｒ３対偶を形成し、
前記第二分枝の第二リンクの第二端は、前記可動プラットフォームの第二ホルダーに接続されて、Ｒ４対偶を形成し、
前記第二分枝のＲ４対偶の軸線は、前記第一分枝におけるＲ３対偶の軸線と常に共線し、可動プラットフォーム上のｏ１点を常に通過し、
前記第三分枝は、第三リンク及び第四リンクを含み、
前記第三リンクの第一端は、前記ベースのホルダーにＣ対偶を介して接続され、前記円柱対偶の軸線が常に前記ベースの平面と垂直し、
前記第三リンクの第二端は、前記第四リンクの第一端にＰ３対偶を介して接続され、前記Ｐ３対偶の方向は、前記ベースの平面と常に平行し、
前記第四リンクの第二端は、Ｕ対偶を介して前記可動プラットフォームの第三ホルダーに接続され、
前記第三分枝のＵ対偶は、二つの回転対偶からなり、二つの方向に互いに垂直する回転軸線を有し、前記Ｕ対偶の第一回転軸線は、前記ベースの平面と常に垂直し、前記Ｕ対偶の第二回転軸線は、前記ベースの平面と平行し、前記第一分枝のＲ３対偶の軸線及び前記第二分枝のＲ４対偶の軸線と常に平行する、ことを特徴とする対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構。
前記第一分枝及び前記第二分枝は、前記可動プラットフォームの両側に対称分布し、
前記第一分枝の第一リンク及び前記第二分枝の第一リンクは、全体として一体化とされ、前記全体の幅と前記ベースにおける二つのスライドレール間の距離とが等しく、
前記第一分枝の第二リンク及び前記第二分枝の第二リンクは、Ｌ字形であり、前記可動プラットフォームの辺の長さが前記ベースにおける二つのスライドレール間の距離よりも長い、ことを特徴とする請求項６に記載の対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構。
前記第一分枝の移動対偶には、運動量がこの並列接続機構の第一移動自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、
前記第二分枝の回転対偶には、運動量がこの並列接続機構の第一回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられ、
前記第三分枝の円柱対偶のＣ対偶に含まれるＰ対偶には、運動量がこの並列接続機構の第二回転自由度の出力パラメータを示す駆動モータが設けられる、ことを特徴とする請求項７に記載の対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構。
前記並列接続機構の可動プラットフォームは、三つの分枝にそれぞれ設けられる三つの駆動モータにより、可動プラットフォームのｏ１点を中心として可動プラットフォームの座標系におけるｘ軸及びｚ軸の軸周りに回転すると共に、固定プラットフォームの固定座標系におけるＹ軸方向に沿って移動することを実現する、ことを特徴とする請求項８に記載の対称な二回転一移動式の完全なデカップリング並列接続機構。