JP6934659B2

JP6934659B2 - Motion detection device

Info

Publication number: JP6934659B2
Application number: JP2017121618A
Authority: JP
Inventors: 真太郎岩田
Original assignee: IWATA TEKKOSHO CO Ltd
Current assignee: IWATA TEKKOSHO CO Ltd
Priority date: 2017-06-21
Filing date: 2017-06-21
Publication date: 2021-09-15
Anticipated expiration: 2037-06-21
Also published as: JP2019004993A

Description

本発明は、人の動きを検出する動作検出装置に関するものである。 The present invention relates to a motion detection device that detects the movement of a person.

本発明者は過去に、人の手に近い形状で、指の動作や手首の動作が人の手に近い多指ハンド装置を提案している（特許文献１，２参照）。これらの多指ハンド装置に関しては、筋電位の検知に基づいて制御される義手としての実用化を進めている一方で、肩部から前腕部までの腕構造を多指ハンド装置に付加したロボットアームの開発を進めており、肩部から前腕部までの具体的な腕構造を既に提案している（この提案にかかる特許出願は出願公開前であり、公知文献には該当しない）。 In the past, the present inventor has proposed a multi-finger hand device having a shape similar to that of a human hand and having finger movements and wrist movements similar to those of a human hand (see Patent Documents 1 and 2). While these multi-finger hand devices are being put to practical use as artificial hands that are controlled based on the detection of myoelectric potential, robot arms that have an arm structure from the shoulder to the forearm added to the multi-finger hand device. We have already proposed a specific arm structure from the shoulder to the forearm (the patent application for this proposal has not been published yet and does not correspond to publicly known documents).

この提案にかかるロボットの腕構造は、肩部を介して上腕部が上下方向に回動すると共に前後方向に回動し、上腕部に対して肘部がねじり回動し、肘部を介して前腕部が上腕部に対する屈伸のための回動をし、且つ、肘部に対して前腕部がねじり回動するものであり、五つの回動中心軸を有している。このような腕構造を有するロボットアームをスレーブ装置としてマスター装置によって制御する場合、或いは、ロボットアームに人の腕に近い動作をさせるための制御プログラムを作成する場合、人の腕の動作を検出する必要がある。つまり、ロボットとは異なり明確な回動中心軸を有している訳ではない人の腕の複雑な動作を、ロボットアームの制御に適したデジタルデータに変換する必要がある。 In the arm structure of the robot according to this proposal, the upper arm rotates in the vertical direction and the anteroposterior direction via the shoulder, the elbow twists and rotates with respect to the upper arm, and the elbow rotates through the elbow. The forearm portion rotates for bending and stretching with respect to the upper arm portion, and the forearm portion twists and rotates with respect to the elbow portion, and has five rotation central axes. When a robot arm having such an arm structure is controlled by a master device as a slave device, or when a control program for making a robot arm move close to a human arm is created, the movement of the human arm is detected. There is a need. That is, it is necessary to convert the complicated movement of the human arm, which does not have a clear central axis of rotation unlike the robot, into digital data suitable for controlling the robot arm.

特許第５９２１２２５号公報Japanese Patent No. 5922125 特開２０１６−１６８６４５号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-168645

そこで、本発明は、上記の実情に鑑み、人の肩から前腕までの動きを、五つの軸周りの回動運動として検出する動作検出装置の提供を、課題とするものである。 Therefore, in view of the above circumstances, it is an object of the present invention to provide a motion detection device that detects a motion from a person's shoulder to a forearm as a rotational motion around five axes.

上記の課題を解決するため、本発明にかかる動作検出装置（以下、単に「装置」と称することがある）は、
「人の肩の上に装着される肩装着部に支持されている肩検出部と、
人の上腕に装着される上腕装着部に支持されている上腕検出部と、
人の前腕に装着される前腕装着部に支持されている前腕検出部と、
前記肩検出部と前記上腕検出部とを連結している上連結部と、
前記上腕検出部と前記前腕検出部とを連結している下連結部と、を具備し、
前記肩検出部は、前記上腕検出部及び前記前腕検出部の前後方向の回動の軸である第一軸周りの回動角度を検出する第一センサ、前記第一軸の方向と直角をなす第二軸周りの回動角度を検出する第二センサ、及び前記第一センサと前記第二センサとを連結しつつ保持している肩保持部を有しており、前記第一センサ及び前記第二センサの一方の回転軸と同軸の肩部シャフトが前記上連結部と連結されており、
前記上連結部は、前記肩部シャフトの軸と直交する第三軸に沿って長さが変化する上スライド部、及び該上スライド部の長さの変化に伴いヒンジ軸周りに回動可能な上ヒンジ部を有しており、
前記上腕検出部は、前記第三軸と同軸または平行な軸周りの回動角度を検出する第三センサを有しており、
前記下連結部は、第四軸周りの回動により前記上スライド部に対して屈伸し且つ前記第四軸と直交する第五軸に沿って長さが変化する下スライド部、該下スライド部の長さの変化に伴いヒンジ軸周りに回動可能な下ヒンジ部、及び前記第四軸周りの回動角度を検出する第四センサを保持している肘検出部を有しており、前記下ヒンジ部においてヒンジ軸周りにそれぞれ回動する二つの回動部材のうち、一方は前記上腕検出部に固定され他方は前記肘検出部に固定されていると共に、二つの前記回動部材が同一直線上にある状態で前記第四軸は前記第三軸と直交するものであり、
前記前腕検出部は、前記第五軸と同軸または平行な軸周りの回動角度を検出する第五センサを有しており、
前記第一センサ及び前記第二センサの形態は、
前記第二軸が前後方向となるように前記第二センサが前記肩装着部に固定されていると共に、前記肩部シャフトが、前記肩保持部によって前記第二センサと連結された前記第一センサから前記第一軸と同軸に延びて前記上連結部と連結されている第一形態、及び、
前記第一軸が左右方向となるように前記第一センサが前記肩装着部に固定されていると共に、前記肩部シャフトが、前記肩保持部によって前記第一センサと連結された前記第二センサから前記第二軸と同軸に延びて前記上連結部と連結されている第二形態、の何れかである」ものである。 In order to solve the above problems, the motion detection device (hereinafter, may be simply referred to as “device”) according to the present invention is used.
"A shoulder detector that is supported by a shoulder mount that is mounted on a person's shoulder,
The upper arm detection part supported by the upper arm wearing part that is attached to the upper arm of a person,
A forearm detector that is supported by a forearm attachment that is attached to a person's forearm,
An upper connecting portion connecting the shoulder detection portion and the upper arm detecting portion,
A lower connecting portion that connects the upper arm detecting portion and the forearm detecting portion is provided.
The shoulder detection unit is perpendicular to the direction of the first sensor, which detects the rotation angle around the first axis, which is the axis of rotation of the upper arm detection unit and the forearm detection unit in the anteroposterior direction. It has a second sensor that detects the rotation angle around the second axis, and a shoulder holding portion that holds the first sensor and the second sensor while connecting them, and the first sensor and the first sensor. A shoulder shaft coaxial with one of the rotating shafts of the two sensors is connected to the upper connecting portion.
The upper connecting portion is rotatable around a hinge axis as the length of the upper sliding portion changes along a third axis orthogonal to the axis of the shoulder shaft and the length of the upper sliding portion changes. It has an upper hinge part and
The upper arm detection unit has a third sensor that detects a rotation angle around an axis coaxially or parallel to the third axis.
The lower connecting portion is a lower sliding portion, the lower sliding portion, which bends and stretches with respect to the upper sliding portion by rotation around the fourth axis and whose length changes along a fifth axis orthogonal to the fourth axis. the bottom hinge pivotable about a hinge axis along with the change in length, and have elbow detector that holds the fourth sensor for detecting the rotation angle around the fourth shaft, said Of the two rotating members that rotate around the hinge axis in the lower hinge portion, one is fixed to the upper arm detection portion and the other is fixed to the elbow detection portion, and the two rotating members are the same. The fourth axis is orthogonal to the third axis while being in a straight line.
The forearm detection unit has a fifth sensor that detects a rotation angle around an axis coaxially or parallel to the fifth axis.
The form of the first sensor and the second sensor is
The second sensor is fixed to the shoulder mounting portion so that the second axis is in the front-rear direction, and the shoulder shaft is connected to the second sensor by the shoulder holding portion. The first form extending coaxially with the first axis and being connected to the upper connecting portion, and
The first sensor is fixed to the shoulder mounting portion so that the first axis is in the left-right direction, and the shoulder shaft is connected to the first sensor by the shoulder holding portion. It is one of the second forms, which extends coaxially with the second axis and is connected to the upper connecting portion . "

「第一センサ〜第五センサ」は、それぞれ回転軸周りの回動角度を検出するセンサであり、ポテンショメータやロータリーエンコーダを使用することができる。 The "first sensor to fifth sensor" are sensors that detect the rotation angle around the rotation axis, and a potentiometer or a rotary encoder can be used.

第二軸が「第一軸の方向と直角をなす」とは、第二軸が第一軸と直交する場合に加えて、第一軸と直交することなく直角をなす方向に延びている場合、すなわち、第二軸上の任意の点を通り第二軸と直交する軸周りに第二軸を回転させたとき、その軌道上で第一軸と直交する場合を含むことを意味している。 "The second axis is perpendicular to the direction of the first axis" means that the second axis is orthogonal to the first axis and extends in a direction perpendicular to the first axis without being orthogonal to the first axis. That is, it means that when the second axis is rotated around an axis orthogonal to the second axis through an arbitrary point on the second axis, the case where the second axis is orthogonal to the first axis on the orbit is included. ..

本構成の装置では、人の腕の動作のうち、肩を介する上腕の前後方向の回動運動を第一軸周りの回動角度として第一センサで検出することができ、肩を介する上腕の上下方向の回動運動を第二軸周りの回動角度として第二センサで検出することができ、上腕に対する肘のねじり回動運動を第三軸周りの回動角度として第三センサで検出することができ、肘を介する前腕の上腕に対する屈伸のための回動運動を第四軸周りの回動角度として第四センサで検出することができ、肘に対する前腕のねじり回動運動を第五軸周りの回動角度として第五センサで検出することができる。 In the device of this configuration, among the movements of the human arm, the rotational movement of the upper arm through the shoulder in the anteroposterior direction can be detected by the first sensor as the rotation angle around the first axis, and the upper arm via the shoulder can be detected. The vertical rotation motion can be detected by the second sensor as the rotation angle around the second axis, and the twisting rotation motion of the elbow with respect to the upper arm is detected by the third sensor as the rotation angle around the third axis. The fourth sensor can detect the rotational movement of the forearm for bending and stretching with respect to the upper arm via the elbow as the rotation angle around the fourth axis, and the torsional rotational movement of the forearm with respect to the elbow can be detected with respect to the fifth axis. It can be detected by the fifth sensor as the rotation angle around it.

ここで、人の腕の動作を回動運動として考えるとき、仮想の回動中心軸は身体の内部にある。しかしながら、装置の一部を人の身体に通すことは不可能であるから、必然的に、装置における回動中心軸は身体の外部に設けられる。そのため、詳細は後述するように、装置を装着した人が腕を回動運動させたとき、人の身体と装置との接点が、仮想の回動中心軸周りに回動するとした場合に描く軌道と、装置の回動中心軸周りに回動するとした場合に描く軌道とは、それぞれ中心点の位置及び径が異なる円弧となる。そのため、装置の各部が回動可能であっても各部間の長さが不変であると、人の動作の途中で装置がつかえてしまい、それ以上の回動運動が妨げられる。また、人が動作すると筋肉の外形も変化するため、装置において人の身体に装着している部分（肩装着部、上腕装着部、前腕装着部）間の角度関係も変化し得る。このような変化も、装置において各部間の長さが不変であると、人の動作の途中で装置がつかえてしまう原因となる。 Here, when the movement of the human arm is considered as a rotational movement, the virtual central axis of rotation is inside the body. However, since it is impossible to pass a part of the device through the human body, the rotation center axis in the device is inevitably provided outside the body. Therefore, as will be described in detail later, when a person wearing the device rotates his / her arm, the trajectory drawn when the contact point between the human body and the device rotates around a virtual center axis of rotation. And the trajectory drawn when the device is rotated around the rotation center axis, the arcs have different positions and diameters of the center points. Therefore, even if each part of the device is rotatable, if the length between the parts is unchanged, the device is caught in the middle of the movement of a person, and further rotational movement is hindered. In addition, since the outer shape of the muscle changes when the person moves, the angular relationship between the parts (shoulder-mounted portion, upper arm-mounted portion, forearm-mounted portion) worn on the human body in the device can also change. Such a change also causes the device to be caught in the middle of a person's operation if the length between each part of the device is unchanged.

このような問題に対し、本構成では、人の上腕に相当する上連結部及び人の前腕に相当する下連結部のそれぞれに、長さの変化する上スライド部及び下スライド部を備えている。加えて、一部の長さを可変としただけでは、その軸方向と交差する部分と干渉してスライドが妨げられるおそれがあるところ、スライドによる長さの変化に伴いヒンジ軸周りに回動可能な上ヒンジ部及び下ヒンジ部を備えている。従って、装置を装着した人の腕の動きを妨げることなく、人の腕の種々の動作を、第一軸〜第五軸周りの回動角度として検出することができる。なお、上スライド部及び下スライド部を備えていることにより、装置を装着する人の腕の長さの相違にも、対応することができる。 In response to such a problem, in this configuration, the upper connecting portion corresponding to the upper arm of the person and the lower connecting portion corresponding to the forearm of the person are provided with an upper sliding portion and a lower sliding portion having varying lengths, respectively. .. In addition, if only a part of the length is variable, it may interfere with the part that intersects the axial direction and hinder the slide, but it can rotate around the hinge axis as the length changes due to the slide. It has an upper hinge part and a lower hinge part. Therefore, various movements of the human arm can be detected as rotation angles around the first to fifth axes without hindering the movement of the arm of the person wearing the device. By providing the upper slide portion and the lower slide portion, it is possible to cope with the difference in the length of the arm of the person who wears the device.

また、全体にシンプルな構成であり軽量とすることができ、人の肩、上腕、前腕のみを介して身体に装着することができるため、ポータブルであり、人が歩いて移動しながら使用するなど、多様な使用が可能である。また、装着した人の前腕より先の部分、つまり、手首や手は空いているため、多指ハンド装置を制御するためのセンサを、問題なく取り付けることができる。 In addition, the overall structure is simple and lightweight, and since it can be worn on the body only through the shoulders, upper arms, and forearms of a person, it is portable and can be used by people walking and moving. , Can be used in various ways. Further, since the part beyond the forearm of the wearer, that is, the wrist and the hand are free, the sensor for controlling the multi-finger hand device can be attached without any problem.

以上のように、人の肩から前腕までの動きを、五つの軸周りの回動運動として検出する動作検出装置を、提供することができる。 As described above, it is possible to provide a motion detection device that detects the motion from the shoulder to the forearm of a person as rotational motion around five axes.

本発明の第一実施形態である動作検出装置の斜視図である。It is a perspective view of the motion detection apparatus which is 1st Embodiment of this invention. 図１の動作検出装置を人に装着した状態の図である。FIG. 5 is a diagram showing a state in which the motion detection device of FIG. 1 is attached to a person. 図１の動作検出装置による動作検出（腕を上方に挙げる動作）の説明図である。It is explanatory drawing of the motion detection (the motion which raises an arm upward) by the motion detection device of FIG. 図１の動作検出装置による動作検出（肘を曲げる動作）の説明図である。It is explanatory drawing of the motion detection (the motion of bending an elbow) by the motion detection device of FIG. 図１の動作検出装置による動作検出（肘に対する前腕のねじり動作）の説明図である。It is explanatory drawing of the motion detection (torsion motion of the forearm with respect to the elbow) by the motion detection device of FIG. 図１の動作検出装置による動作検出（上腕に対する肘のねじり動作）の説明図である。It is explanatory drawing of the motion detection (twisting motion of an elbow with respect to the upper arm) by the motion detection device of FIG. 図１の動作検出装置の構成の説明図である。It is explanatory drawing of the structure of the motion detection apparatus of FIG. （ａ）上腕検出部の変更例の正面図、及び（ｂ）前腕検出部の変更例の正面図である。(A) is a front view of a modified example of the upper arm detection unit, and (b) is a front view of a modified example of the forearm detection unit. （ａ）図１の動作検出装置の肩検出部の正面図、（ｂ）図１の動作検出装置の肩検出部の平面図、（ｃ）第二実施形態の動作検出装置における肩検出部の正面図、及び（ｄ）図９（ｃ）の肩検出部の平面図である。(A) A front view of the shoulder detection unit of the motion detection device of FIG. 1, (b) a plan view of the shoulder detection unit of the motion detection device of FIG. 1, and (c) a shoulder detection unit of the motion detection device of the second embodiment. It is a front view and the plan view of the shoulder detection part of FIG. 9C. 動作検出装置による検出に基づいて制御されるロボットアームの斜視図である。It is a perspective view of the robot arm which is controlled based on the detection by the motion detection device. 動作検出装置に更に付加するグローブ型検出装置を、（ａ）親指側から見た斜視図、及び（ｂ）小指側から見た斜視図である。The glove type detection device further added to the motion detection device is (a) a perspective view seen from the thumb side and (b) a perspective view seen from the little finger side.

以下、本発明の一実施形態である動作検出装置１について、図１乃至図７を用いて説明する。本書面における「前後」、「上下」、及び「左右」は、動作検出装置１を装着した人における「前後」、「上下」、及び「左右」である。ここでは、人の右肩及び右腕に装着される動作検出装置１を図示により例示しているが、人の左肩及び左腕に装着される動作検出装置１とは対称の構造である。 Hereinafter, the motion detection device 1 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. The "front and back", "up and down", and "left and right" in this document are "front and back", "up and down", and "left and right" in the person wearing the motion detection device 1. Here, the motion detection device 1 mounted on the right shoulder and the right arm of a person is illustrated by illustration, but the structure is symmetrical to that of the motion detection device 1 mounted on the left shoulder and the left arm of the person.

動作検出装置１は、肩検出部６１、上腕検出部６２、前腕検出部６３、肩検出部６１と上腕検出部６２とを連結している上連結部６５、上腕検出部６２と前腕検出部６３とを連結している下連結部６６、及び、下連結部６６に介設されている肘検出部を具備している。肩検出部６１、上腕検出部６２、及び前腕検出部６３は、それぞれ平板状の肩装着部９１、上腕装着部９２、前腕装着部９３を有しており、これらは身体に巻き付けて固定するサポーターＳを介して人の身体に当接するように、装着される。 The motion detection device 1 includes a shoulder detection unit 61, an upper arm detection unit 62, a forearm detection unit 63, an upper connection unit 65 connecting the shoulder detection unit 61 and the upper arm detection unit 62, and an upper arm detection unit 62 and a forearm detection unit 63. It is provided with a lower connecting portion 66 connecting the above and an elbow detecting portion interposed in the lower connecting portion 66. The shoulder detection unit 61, the upper arm detection unit 62, and the forearm detection unit 63 each have a flat shoulder mounting portion 91, an upper arm mounting portion 92, and a forearm mounting portion 93, and these are supporters that are wrapped around the body and fixed. It is worn so as to come into contact with the human body via S.

肩検出部６１は、肩装着部９１に加えて、第一センサ１０、第二センサ２０、及び、第一センサ１０と第二センサ２０とを連結しつつ保持している肩保持部７１を有している。第一センサ１０及び第二センサ２０のうち、本実施形態では第二センサ２０が肩装着部９１の上に固定されている。第二センサ２０は、肩装着部９１を人の肩の上に載置した状態で、その回転軸である第二軸Ｐ２が前後方向となるように、ホルダ部７１ａを介して肩装着部９１に固定されている。第二軸Ｐ２と同軸の第二シャフト２１は、第二センサ２０に対して相対的に回転するものであり、第二センサ２０は第二シャフト２１の相対的な回動角度を検出する。第二シャフト２１は、肩保持部７１に連結されている。 In addition to the shoulder mounting portion 91, the shoulder detecting portion 61 has a first sensor 10, a second sensor 20, and a shoulder holding portion 71 that connects and holds the first sensor 10 and the second sensor 20. doing. Of the first sensor 10 and the second sensor 20, in the present embodiment, the second sensor 20 is fixed on the shoulder mounting portion 91. The second sensor 20 has the shoulder-mounted portion 91 placed on the shoulder of a person, and the shoulder-mounted portion 91 is placed via the holder portion 71a so that the second axis P2, which is the rotation axis thereof, is in the front-rear direction. It is fixed to. The second shaft 21 coaxial with the second axis P2 rotates relative to the second sensor 20, and the second sensor 20 detects the relative rotation angle of the second shaft 21. The second shaft 21 is connected to the shoulder holding portion 71.

肩保持部７１は、上記のホルダ部７１ａに加えて、第二シャフト２１が固定されているシャフト部７１ｂ、第一センサ１０を保持しているホルダ部７１ｄ、シャフト部７１ｂとホルダ部７１ｄとを連結しつつ固定している連結部７１ｃを備えている。シャフト部７１ｂは直角に屈曲しており、第二シャフト２１に連結されている端部とは反対側の端部は、細長い板状の連結部７１ｃ一方の端部側に直角に固定されている。連結部７１ｃの他方の端部側からは、ホルダ部７１ｄが、シャフト部７１ｂとは反対側に向かって、且つ、シャフト部７１ｂと平行に延出している。 In addition to the holder portion 71a described above, the shoulder holding portion 71 includes a shaft portion 71b to which the second shaft 21 is fixed, a holder portion 71d holding the first sensor 10, a shaft portion 71b, and a holder portion 71d. It is provided with a connecting portion 71c that is fixed while being connected. The shaft portion 71b is bent at a right angle, and the end portion on the side opposite to the end portion connected to the second shaft 21 is fixed at a right angle to one end side of the elongated plate-shaped connecting portion 71c. .. From the other end side of the connecting portion 71c, the holder portion 71d extends toward the side opposite to the shaft portion 71b and in parallel with the shaft portion 71b.

第一センサ１０は、その回転軸である第一軸Ｐ１の方向が、第二軸Ｐ２と直角をなすようにホルダ部７１ｄに固定されている。第一軸Ｐ１と同軸の第一シャフト１１は、第一センサ１０に対して相対的に回転するものであり、第一センサ１０は第一シャフト１１の相対的な回動角度を検出する。第一シャフト１１は、上連結部６５に連結されている。すなわち、本実施形態では、第一シャフト１１が「肩部シャフト」に相当する。 The first sensor 10 is fixed to the holder portion 71d so that the direction of the first axis P1 which is the rotation axis thereof is perpendicular to the second axis P2. The first shaft 11 coaxial with the first shaft P1 rotates relative to the first sensor 10, and the first sensor 10 detects the relative rotation angle of the first shaft 11. The first shaft 11 is connected to the upper connecting portion 65. That is, in the present embodiment, the first shaft 11 corresponds to the “shoulder shaft”.

上連結部６５は、上スライド部８５と上ヒンジ部８１とを備えている。上スライド部８５は、肩部シャフトの軸である第一軸Ｐ１と直交する第三軸Ｐ３に沿って長さが変化するものであり、レール８５ａに沿って細長いスライダ８５ｂがスライドする。上ヒンジ部８１は、そのヒンジ軸８１ｐが第三軸Ｐ３及び第一軸Ｐ１と直交するものである。ヒンジ軸８１ｐ周りに回動する二つの回動部材８１ａ，８１ｂのうち、一方の回動部材８１ａが第一シャフト１１の軸である第一軸Ｐ１と同軸となるように固定されている。他方の回動部材８１ｂは、スライダ８５ｂの両端のうちレール８５ａと係合していない端部に、スライド方向である第三軸Ｐ３と同軸となるように固定されている。このような構成により、レール８５ａに対してスライダ８５ｂがスライドすることにより上スライド部８５の長さが変化することに伴い、回動部材８１ａ，８１ｂがヒンジ軸８１ｐ周りに回動可能である。上スライド部８５のレール８５ａにおいて、スライダ８５ｂが進退する側とは反対側の端部８５ｅは、上腕検出部６２に連結されている。 The upper connecting portion 65 includes an upper sliding portion 85 and an upper hinge portion 81. The length of the upper slide portion 85 changes along the third axis P3 orthogonal to the first axis P1 which is the axis of the shoulder shaft, and the elongated slider 85b slides along the rail 85a. The upper hinge portion 81 has a hinge shaft 81p orthogonal to the third shaft P3 and the first shaft P1. Of the two rotating members 81a and 81b that rotate around the hinge shaft 81p, one rotating member 81a is fixed so as to be coaxial with the first shaft P1 which is the axis of the first shaft 11. The other rotating member 81b is fixed to both ends of the slider 85b at the ends not engaged with the rail 85a so as to be coaxial with the third axis P3 in the slide direction. With such a configuration, the rotating members 81a and 81b can rotate around the hinge shaft 81p as the length of the upper slide portion 85 changes as the slider 85b slides with respect to the rail 85a. In the rail 85a of the upper slide portion 85, the end portion 85e on the side opposite to the side where the slider 85b advances and retreats is connected to the upper arm detection portion 62.

上腕検出部６２は、上腕装着部９２に加え、第三センサ３０、及び、第三センサ３０を保持している上腕保持部７２を備えている。上腕保持部７２は、上腕装着部９２から立脚している立脚部７２ｂと、立脚部７２ｂに支持されたホルダ部７２ｃと、ホルダ部７２ｃを上スライド部８５の端部８５ｅに固定している軸棒部７２ａを備えている。軸棒部７２ａは、第三軸Ｐ３と同軸であり、ホルダ部７２ｃは、第三センサ３０の回転軸が第三軸Ｐ３と同軸となるように、第三センサ３０を保持している。第三センサ３０の回転軸と同軸の第三シャフト３１は、第三センサ３０に対して相対的に回転するものである。このような構成により、第三センサ３０は、上スライド部８５の第三軸Ｐ３周りの回動角度を検出する。第三シャフト３１は、下連結部６６に連結されている。 The upper arm detection unit 62 includes a third sensor 30 and an upper arm holding unit 72 that holds the third sensor 30 in addition to the upper arm mounting unit 92. The upper arm holding portion 72 is a shaft that fixes the stance portion 72b that stands from the upper arm mounting portion 92, the holder portion 72c that is supported by the stance portion 72b, and the holder portion 72c to the end portion 85e of the upper slide portion 85. A rod portion 72a is provided. The shaft rod portion 72a is coaxial with the third axis P3, and the holder portion 72c holds the third sensor 30 so that the rotation axis of the third sensor 30 is coaxial with the third axis P3. The third shaft 31, which is coaxial with the rotation axis of the third sensor 30, rotates relative to the third sensor 30. With such a configuration, the third sensor 30 detects the rotation angle of the upper slide portion 85 around the third axis P3. The third shaft 31 is connected to the lower connecting portion 66.

なお、第三センサ３０は、上記のように回転軸を第三軸Ｐ３と同軸とする他、図８（ａ）に示すように、回転軸が第三軸Ｐ３と平行な軸Ｐ３’となるように取り付けることもできる。この変形例において、第三センサ３０を保持している上腕保持部７２は、上記の軸棒部７２ａと、第三センサ３０の回転軸と同軸の第三シャフト３１を軸棒部７２ａと平行となるように連結している連結部７２ｄと、上腕装着部９２から立脚している立脚部７２ｅと、第三軸Ｐ３と同軸となるように立脚部７２ｅに固定されている軸棒部７２ｆとを備えており、第三センサ３０は上腕装着部９２及び立脚部７２ｅに固定されている。このような構成であっても、上スライド部８５の第三軸Ｐ３周りの回動角度を、第三センサ３０によって検出することができる。 In the third sensor 30, the rotation axis is coaxial with the third axis P3 as described above, and the rotation axis is the axis P3'parallel to the third axis P3 as shown in FIG. 8A. It can also be installed like this. In this modification, the upper arm holding portion 72 holding the third sensor 30 has the above-mentioned shaft rod portion 72a and the third shaft 31 coaxial with the rotation axis of the third sensor 30 parallel to the shaft rod portion 72a. The connecting portion 72d that is connected so as to be, the pedestal portion 72e that is erected from the upper arm mounting portion 92, and the shaft rod portion 72f that is fixed to the pedestal portion 72e so as to be coaxial with the third axis P3. The third sensor 30 is fixed to the upper arm mounting portion 92 and the stance portion 72e. Even with such a configuration, the rotation angle of the upper slide portion 85 around the third axis P3 can be detected by the third sensor 30.

下連結部６６は、下ヒンジ部８２、肘検出部、及び下スライド部８６を備えている。下ヒンジ部８２のヒンジ軸８２ｐは、第三軸Ｐ３と直交している。ヒンジ軸８２ｐ周りに回動する二つの回動部材８２ａ，８２ｂのうち、一方の回動部材８２ａが、上腕検出部６２の構成に第三軸Ｐ３と同軸となるように固定されている。ここで、回動部材８２ａが固定される相手は、本実施形態では第三シャフト３１であるが、図８（ａ）の構成を採用した場合は軸棒部７２ｆである。他方の回動部材８２ｂは、肘検出部に固定されている。 The lower connecting portion 66 includes a lower hinge portion 82, an elbow detecting portion, and a lower sliding portion 86. The hinge shaft 82p of the lower hinge portion 82 is orthogonal to the third shaft P3. Of the two rotating members 82a and 82b that rotate around the hinge shaft 82p, one rotating member 82a is fixed to the structure of the upper arm detecting portion 62 so as to be coaxial with the third shaft P3. Here, the partner to which the rotating member 82a is fixed is the third shaft 31 in the present embodiment, but when the configuration of FIG. 8A is adopted, it is the shaft rod portion 72f. The other rotating member 82b is fixed to the elbow detection portion.

肘検出部は、第四センサ４０と、第四センサ４０を保持している肘保持部７４を備えている。第四センサ４０とは、回転軸である第四軸Ｐ４周りの回動角度を検出する。肘保持部７４は、回動部材８２ｂに固定されているホルダ部７４ａと、第四センサ４０の回転軸と同軸の第四シャフト４１に固定されているシャフト部７４ｂを備えている。ホルダ部７４ａは、第四軸Ｐ４が回動部材８２ｂの軸方向と直交するように、換言すれば、下ヒンジ８２が回動しておらず二つの回動部材８２ａ，８２ｂが同一直線上にある状態で第四軸Ｐ４が第三軸Ｐ３と直交するように、第四センサ４０を保持している。 The elbow detection unit includes a fourth sensor 40 and an elbow holding unit 74 that holds the fourth sensor 40. The fourth sensor 40 detects the rotation angle around the fourth axis P4, which is the rotation axis. The elbow holding portion 74 includes a holder portion 74a fixed to the rotating member 82b and a shaft portion 74b fixed to the fourth shaft 41 coaxial with the rotating shaft of the fourth sensor 40. In the holder portion 74a, the fourth axis P4 is orthogonal to the axial direction of the rotating member 82b, in other words, the lower hinge 82 is not rotating and the two rotating members 82a and 82b are on the same straight line. The fourth sensor 40 is held so that the fourth axis P4 is orthogonal to the third axis P3 in a certain state.

シャフト部７４ｂは、直角に屈曲しており、第四シャフト４１に固定されている端部と反対側の端部は、下スライドのスライド方向と同軸となるように、下スライドに固定されている。第四シャフト４１は第四センサ４０に対して相対的に回動するものであり、上記構成により、上スライド部８５に対する下スライド部８６の屈伸を、第四軸Ｐ４周りの回動角度として第四センサ４０によって検出することができる。 The shaft portion 74b is bent at a right angle, and the end portion opposite to the end portion fixed to the fourth shaft 41 is fixed to the lower slide so as to be coaxial with the slide direction of the lower slide. .. The fourth shaft 41 rotates relative to the fourth sensor 40, and according to the above configuration, the bending and stretching of the lower slide portion 86 with respect to the upper slide portion 85 is defined as the rotation angle around the fourth axis P4. It can be detected by the four sensors 40.

下スライド部８６は、レール８６ａに沿って細長いスライダ８６ｂがスライドすることにより、長さが変化するものであり、スライダ８６ｂがシャフト部７４ｂに固定されている。シャフト部７４ｂが直角に屈曲していることから、下スライドのスライド方向の軸である第五軸Ｐ５は、第四軸Ｐ４と直交している。下スライド部８６のレール８６ａは、前腕検出部６３に固定されている。 The length of the lower slide portion 86 changes as the elongated slider 86b slides along the rail 86a, and the slider 86b is fixed to the shaft portion 74b. Since the shaft portion 74b is bent at a right angle, the fifth axis P5, which is the axis in the slide direction of the lower slide, is orthogonal to the fourth axis P4. The rail 86a of the lower slide portion 86 is fixed to the forearm detection portion 63.

前腕検出部６３は、前腕装着部９３に加え、第五センサ５０と、第五センサ５０を保持している前腕保持部７３を備えている。前腕保持部７３は、第五センサ５０を前腕装着部９３の上に固定しているホルダ部７３ａと、第五センサ５０の回転軸と同軸の第五シャフト５１を下連結部６６と連結しつつ固定している連結部７３ｂを備えている。連結部７３ｂは、平行に延びる二つの軸棒部が同一方向で連結されているコ字形であり、一方の端部が下スライド部８６のレール８６ａにおいて、スライダ８６ｂが進退する側とは反対側の端部に、スライド方向である第五軸Ｐ５と同軸となるように固定されている。連結部７３ｂの他方の端部は、第五シャフト５１に同軸に固定されている。このような構成により、第五センサ５０の回転軸は第五軸Ｐ５と平行な軸Ｐ５’となり、下スライド部８６の第五軸Ｐ５周りの回動角度を第五センサ５０によって検出することができる。 The forearm detection unit 63 includes a fifth sensor 50 and a forearm holding unit 73 that holds the fifth sensor 50, in addition to the forearm mounting unit 93. The forearm holding portion 73 connects the holder portion 73a fixing the fifth sensor 50 on the forearm mounting portion 93 and the fifth shaft 51 coaxial with the rotation axis of the fifth sensor 50 to the lower connecting portion 66. It includes a fixed connecting portion 73b. The connecting portion 73b has a U-shape in which two shaft rod portions extending in parallel are connected in the same direction, and one end thereof is the rail 86a of the lower slide portion 86 on the side opposite to the side on which the slider 86b advances and retreats. Is fixed to the end of the shaft so as to be coaxial with the fifth axis P5 in the sliding direction. The other end of the connecting portion 73b is coaxially fixed to the fifth shaft 51. With such a configuration, the rotation axis of the fifth sensor 50 becomes an axis P5'parallel to the fifth axis P5, and the rotation angle of the lower slide portion 86 around the fifth axis P5 can be detected by the fifth sensor 50. can.

なお、第五センサ５０は、上記のように回転軸を第五軸Ｐ５と平行な軸Ｐ５’とする他、図８（ｂ）に示すように、回転軸が第五軸Ｐ５と同軸となるように取り付けることもできる。この変形例において、第五センサ５０を保持している前腕保持部７３は、第五センサ５０の回転軸と同軸の第五シャフト５１を、下スライド部８６のレール８６ａにおいて、スライダ８６ｂが進退する側とは反対側の端部に、スライド方向と同軸に固定している軸棒部７３ａと、前腕装着部９３から立脚しており、第五センサ５０が固定されている立脚部７３ｂを備えている。このような構成によっても、下スライド部８６の第五軸Ｐ５周りの回動角度を第五センサ５０で検出することができる。 In the fifth sensor 50, the rotation axis is set to the axis P5'parallel to the fifth axis P5 as described above, and the rotation axis is coaxial with the fifth axis P5 as shown in FIG. 8B. It can also be installed like this. In this modification, the forearm holding portion 73 holding the fifth sensor 50 moves the slider 86b back and forth on the rail 86a of the lower slide portion 86 on the fifth shaft 51 coaxial with the rotation axis of the fifth sensor 50. At the end opposite to the side, a shaft rod portion 73a fixed coaxially with the slide direction and a pedestal portion 73b standing from the forearm mounting portion 93 and to which the fifth sensor 50 is fixed are provided. There is. Even with such a configuration, the rotation angle of the lower slide portion 86 around the fifth axis P5 can be detected by the fifth sensor 50.

上記構成の動作検出装置１で人の腕の動作を検出する際は、肩装着部９１が人の肩の上に載置された状態となり、上腕装着部９２及び前腕装着部９３がそれぞれ人の上腕と前腕の周面に当接するように装着する。本実施形態では、上腕装着部９２及び前腕装着部９３は、共に身体の外側となる周面に当接させる。このとき、図７に示すように、人の肩の関節において、腕の上下運動を回動運動として考えたときの仮想の回動中心軸Ｑ２の直上に、動作検出装置１の第二軸Ｐ２が位置するように肩装着部９１を肩の上に当接させる。 When the motion detection device 1 having the above configuration detects the motion of a person's arm, the shoulder attachment portion 91 is placed on the shoulder of the person, and the upper arm attachment portion 92 and the forearm attachment portion 93 are respectively of the person. Wear it so that it touches the peripheral surfaces of the upper arm and forearm. In the present embodiment, the upper arm mounting portion 92 and the forearm mounting portion 93 are both brought into contact with the peripheral surface which is the outside of the body. At this time, as shown in FIG. 7, in the shoulder joint of a person, the second axis P2 of the motion detection device 1 is directly above the virtual rotation center axis Q2 when the vertical motion of the arm is considered as a rotary motion. The shoulder mounting portion 91 is brought into contact with the shoulder so that

上記のように動作検出装置１を人の身体に装着すると、人の腕の動作を回動運動と考えたときの肩を介する上腕の前後方向の回動運動、肩を介する上腕の上下方向の回動運動、上腕に対する肘のねじり回動運動、肘を介する前腕の上腕に対する屈伸のための回動運動、及び、肘に対する前腕のねじり回動運動それぞれの回動中心軸と、動作検出装置１の第一軸Ｐ１、第二軸Ｐ２、第三軸Ｐ３、第四軸Ｐ４、及び第五軸Ｐ５が、それぞれ平行となる。なお、第一軸Ｐ１に関しては、連結部７１ｃによって第二軸Ｐ２と高さの差を設けているため、人の身体における仮想の回動中心軸と同軸になり得る。 When the motion detection device 1 is attached to the human body as described above, the anteroposterior rotational motion of the upper arm via the shoulder and the vertical direction of the upper arm via the shoulder when the motion of the human arm is considered to be a rotational motion. Rotational motion, elbow torsional rotational motion with respect to the upper arm, rotational motion for bending and stretching the forearm with respect to the upper arm via the elbow, and torsional rotational motion of the forearm with respect to the elbow. The first axis P1, the second axis P2, the third axis P3, the fourth axis P4, and the fifth axis P5 are parallel to each other. Since the first axis P1 is provided with a height difference from the second axis P2 by the connecting portion 71c, it can be coaxial with the virtual center axis of rotation in the human body.

従って、人と動作検出装置１が初期姿勢にあるときの第一センサ１０〜第五センサ５０それぞれの検出角度を基準として、第一センサ１０〜第五センサ５０それぞれに対する第一シャフト１１〜第五シャフト５１の相対的な回動角度を検出することにより、人の腕の動作を検出することができる。人の動作のうち、肩を介する上腕の前後方向の回動運動を第一軸Ｐ１周りの回動角度として第一センサ１０で検出することができ、肩を介する上腕の上下方向の回動運動を第二軸Ｐ２周りの回動角度として第二センサ２０で検出することができ、上腕に対する肘のねじり回動運動を第三軸Ｐ３周りの回動角度として第三センサ３０で検出することができ、肘を介する前腕の上腕に対する屈伸のための回動運動を第四軸Ｐ４周りの回動角度として第四センサ４０で検出することができ、肘に対する前腕のねじり回動運動を第五軸Ｐ５周りの回動角度として第五センサ５０で検出することができる。なお、図２に例示しているように、人が各関節を意図的に動かすことなく自然に腕を垂らしている基本姿勢を、初期姿勢として設定し、そのときの各センサの検出角度をゼロに設定することができる。 Therefore, the first shafts 11 to 5 for each of the first sensor 10 to the fifth sensor 50 are based on the detection angles of the first sensor 10 to the fifth sensor 50 when the person and the motion detection device 1 are in the initial posture. By detecting the relative rotation angle of the shaft 51, the movement of the human arm can be detected. Among human movements, the rotational movement of the upper arm through the shoulder in the anteroposterior direction can be detected by the first sensor 10 as the rotational angle around the first axis P1, and the rotational movement of the upper arm via the shoulder in the vertical direction. Can be detected by the second sensor 20 as the rotation angle around the second axis P2, and the twisting rotational movement of the elbow with respect to the upper arm can be detected by the third sensor 30 as the rotation angle around the third axis P3. The fourth sensor 40 can detect the rotational movement of the forearm through the elbow for bending and stretching with respect to the upper arm as the rotation angle around the fourth axis P4, and the torsional rotational movement of the forearm with respect to the elbow is the fifth axis. It can be detected by the fifth sensor 50 as the rotation angle around P5. As illustrated in FIG. 2, the basic posture in which a person naturally hangs his arms without intentionally moving each joint is set as the initial posture, and the detection angle of each sensor at that time is set to zero. Can be set to.

例えば、人が腕を真っ直ぐに伸ばした状態で上方向に回動させたときは、図３に示すように、動作検出装置１は第二軸Ｐ２周りに回動する。動作検出装置１は、身体に装着されていることによって人の腕と一体的に回動するため、人の上腕の上方向の回動角度を、第二軸Ｐ２周りの回動角度として第二センサ２０で検出することができる。 For example, when a person rotates his / her arm in an upward direction with his / her arm straight, the motion detection device 1 rotates around the second axis P2 as shown in FIG. Since the motion detection device 1 rotates integrally with the human arm when it is attached to the body, the upward rotation angle of the human upper arm is set as the second rotation angle around the second axis P2. It can be detected by the sensor 20.

ここで、人が腕を上方向に回動させたとき、図７に示すように、人の腕において上腕装着部９２が装着されているポイントは、肩の関節における仮想の回動中心軸Ｑ２周りに円弧の軌道ＯＲ１を描いて移動する。一方、仮に動作検出装置１の全長が不変であり、上腕装着部９２が人の腕に拘束されていないとすると、上腕装着部９２は第二軸Ｐ２周りに円弧の軌道ＯＲ１’を描いて移動する。軌道ＯＲ１と軌道ＯＲ１’は、円弧の中心点が異なっていることに加え、径も軌道ＯＲ１’の方が大きい。同じく、人の腕において前腕装着部９３が装着されているポイントは、仮想の回動中心軸Ｑ２周りに円弧の軌道ＯＲ２を描いて移動する一方で、人の腕に拘束されていない場合の前腕装着部９３は、第二軸Ｐ２周りに円弧の軌道ＯＲ２’を描いて移動する。軌道ＯＲ２と軌道ＯＲ２’は、円弧の中心点が異なっていることに加えて、径も軌道ＯＲ２’の方が大きい。しかしながら、実際には上腕装着部９２も前腕装着部９３も人の腕に固定されているため、それぞれ人の腕の軌道ＯＲ１，ＯＲ２に沿って移動しなければならない。 Here, when a person rotates the arm upward, as shown in FIG. 7, the point where the upper arm mounting portion 92 is mounted on the human arm is the virtual rotation center axis Q2 at the shoulder joint. It moves by drawing an arc trajectory OR1 around it. On the other hand, assuming that the total length of the motion detection device 1 is unchanged and the upper arm mounting portion 92 is not restrained by the human arm, the upper arm mounting portion 92 moves by drawing an arc trajectory OR1'around the second axis P2. do. The orbit OR1 and the orbit OR1'have different arc center points, and the orbit OR1'has a larger diameter. Similarly, the point where the forearm mounting portion 93 is mounted on the human arm moves while drawing an arc trajectory OR2 around the virtual rotation center axis Q2, while the forearm is not restrained by the human arm. The mounting portion 93 moves by drawing an arc trajectory OR2'around the second axis P2. The orbit OR2 and the orbit OR2'are different in the center point of the arc, and the diameter of the orbit OR2'is also larger. However, since both the upper arm mounting portion 92 and the forearm mounting portion 93 are actually fixed to the human arm, they must move along the trajectories OR1 and OR2 of the human arm, respectively.

このような問題に対し、動作検出装置１では、人の上腕に相当する上連結部６５及び人の前腕に相当する下連結部６６のそれぞれに、長さの変化する上スライド部８５及び下スライド部８６を備えている。また、仮に、上スライド部８５の両端の双方がそれぞれ肩検出部６１及び上腕検出部６２に対して固定されていたとしたら、上スライド部８５はスライド可能な構成であっても長さが変化することができない。同じく、下スライド部８６の両端の双方がそれぞれ上腕検出部６２及び前腕検出部６３に対して固定されていたとしたら、下スライド部８６はスライド可能な構成であっても長さが変化することができない。これに対し、動作検出装置１は、上スライドの長さの変化に伴いヒンジ軸８１ｐ周りに回動可能な上ヒンジ部８１と、下スライドの長さの変化に伴いヒンジ軸８２ｐ周りに回動可能な下ヒンジ部８２とを備えている。従って、上スライド及び下スライドの長さの変化を上ヒンジ部８１及び下ヒンジ部８２で吸収し、人の腕の自由な動きを妨げることなく、人の腕の動作を検出することができる。 In response to such a problem, in the motion detection device 1, the upper slide portion 85 and the lower slide whose lengths change are respectively changed in the upper connecting portion 65 corresponding to the upper arm of the person and the lower connecting portion 66 corresponding to the forearm of the person. It has a part 86. Further, if both ends of the upper slide portion 85 are fixed to the shoulder detection portion 61 and the upper arm detection portion 62, respectively, the length of the upper slide portion 85 changes even if it has a slidable configuration. I can't. Similarly, if both ends of the lower slide portion 86 are fixed to the upper arm detection portion 62 and the forearm detection portion 63, respectively, the length of the lower slide portion 86 may change even if it has a slidable configuration. Can not. On the other hand, the motion detection device 1 rotates around the hinge shaft 81p as the length of the upper slide changes, and around the hinge shaft 82p as the length of the lower slide changes. It is provided with a possible lower hinge portion 82. Therefore, the change in the length of the upper slide and the lower slide can be absorbed by the upper hinge portion 81 and the lower hinge portion 82, and the movement of the human arm can be detected without hindering the free movement of the human arm.

また、人が腕を上方向にある角度だけ回動させたとき、軌道ＯＲ２と軌道ＯＲ２’との距離の差（図７におけるＬ１，Ｎ１）は、軌道ＯＲ１と軌道ＯＲ１’との距離の差（図７におけるＬ２，Ｎ２）より大きい。つまり、上方向への回動に伴い短くならなければならない長さは、上連結部６５より下連結部６６の方が大きい。そのため、図３に示しているように、下ヒンジが外側に回動することにより、このような長さの変化を容易に吸収することができる。更に、人が身体を動かすと、筋肉の外形が変化する。そのため、動作検出装置１において身体に当接させている部分の角度関係が変わり得る。図３では、腕を真っ直ぐに伸ばした状態で上方向に回動させているにも関わらず、上腕装着部９２と前腕装着部９３との角度関係が、基本姿勢（図２参照）のときとは異なっている様子を例示している。動作検出装置１は、上スライド部８５、上ヒンジ部８１、下スライド部８６、及び、下ヒンジ部８２を有することにより、このような筋肉の外形の変化にも影響を受けることなく、人の腕の動作を検出することができる。 Further, when a person rotates his arm upward by a certain angle, the difference in distance between the orbit OR2 and the orbit OR2'(L1, N1 in FIG. 7) is the difference in the distance between the orbit OR1 and the orbit OR1'. It is larger than (L2 and N2 in FIG. 7). That is, the length that must be shortened with the upward rotation is larger in the lower connecting portion 66 than in the upper connecting portion 65. Therefore, as shown in FIG. 3, the lower hinge rotates outward, so that such a change in length can be easily absorbed. Furthermore, when a person moves his / her body, the outer shape of the muscle changes. Therefore, the angular relationship of the portion of the motion detection device 1 that is in contact with the body may change. In FIG. 3, the angular relationship between the upper arm mounting portion 92 and the forearm mounting portion 93 is the same as in the basic posture (see FIG. 2), even though the arm is rotated upward with the arm extended straight. Illustrates how they are different. By having the upper slide portion 85, the upper hinge portion 81, the lower slide portion 86, and the lower hinge portion 82, the motion detection device 1 is not affected by such changes in the outer shape of the muscles of a person. The movement of the arm can be detected.

人が肘を介して前腕を上腕に対して屈伸させるときも、人の動作における仮想の回動中心軸は身体の内部にあるのに対し、動作検出装置１における回動中心軸（第四軸Ｐ４）は身体の外にある。そのため、上記と同様の問題があるが、図４に示すように、下スライド部８６の長さが変化することにより、人の腕の動作を検出することができる。なお、人の腕は、一つの関節を単独で動かせることはあまりなく、一つの動作に際して複数の関節が同時に動くことが多い。図４では、肘を介して前腕を上腕に対して屈曲させる運動に伴い、前腕が肘に対して少しねじれていることにより、第五シャフト５１が第五センサ５０に対して少し回動している様子を例示している。 Even when a person bends and stretches the forearm with respect to the upper arm via the elbow, the virtual rotation center axis in the movement of the person is inside the body, whereas the rotation center axis (fourth axis) in the motion detection device 1 P4) is outside the body. Therefore, there is a problem similar to the above, but as shown in FIG. 4, the movement of the human arm can be detected by changing the length of the lower slide portion 86. It should be noted that a person's arm rarely can move one joint independently, and in many cases, a plurality of joints move at the same time in one movement. In FIG. 4, the fifth shaft 51 is slightly rotated with respect to the fifth sensor 50 due to the forearm being slightly twisted with respect to the elbow as the forearm is flexed with respect to the upper arm via the elbow. It exemplifies the situation.

また、動作検出装置１における第三軸Ｐ３及び第五軸Ｐ５は、それぞれ人の動作のうち上腕に対する肘のねじり運動、及び、肘に対する前腕のねじり運動を検出するためのものである。しかしながら、人の腕のねじり動作は二本の骨の交差により行われるものであり、単一の回動中心軸周りに回動する訳ではない。そのため、人が腕のねじり動作をするとき、そのねじり動作を検出させるために動作検出装置１に設定している回動中心軸に対応している軸方向以外にも、人の腕には動きが生じる。例として、人が肘を介して前腕を上腕に対して屈曲させた状態から、更に前腕を肘に対して外側にねじった際の動作検出装置１を、図５に示す。動作検出装置１では、第五軸Ｐ５周りの回動が生じているだけではなく、第四軸Ｐ４に傾きが生じ、これに伴って下ヒンジ部８２が回動しており、人の腕では前腕のねじりに伴って肘の位置も動いていることを、動作検出装置１が検出していることが分かる。 Further, the third axis P3 and the fifth axis P5 in the motion detection device 1 are for detecting the twisting motion of the elbow with respect to the upper arm and the twisting motion of the forearm with respect to the elbow, respectively, among the human movements. However, the twisting motion of a human arm is performed by the intersection of two bones, and does not rotate around a single rotation center axis. Therefore, when a person twists the arm, the arm moves in addition to the axial direction corresponding to the rotation center axis set in the motion detection device 1 to detect the twisting motion. Occurs. As an example, FIG. 5 shows a motion detection device 1 when a person bends the forearm with respect to the upper arm via the elbow and then twists the forearm outward with respect to the elbow. In the motion detection device 1, not only the rotation around the fifth axis P5 is generated, but also the fourth axis P4 is tilted, and the lower hinge portion 82 is rotated accordingly. It can be seen that the motion detection device 1 has detected that the position of the elbow is also moving as the forearm is twisted.

同じく、人が肘を介して前腕を上腕に対して屈曲させた状態で、更に肘に対して上腕を外側にねじった際の動作検出装置１を、図６に示す。動作検出装置１では、第三軸Ｐ３周りの回動が生じているだけではなく、第四軸Ｐ４に傾きが生じ、これに伴って下ヒンジ部８２が回動しており、人の腕では肘のねじりに伴って肘の位置も動いていることを、動作検出装置１が検出していることが分かる。 Similarly, FIG. 6 shows a motion detection device 1 when a person bends the forearm with respect to the upper arm via the elbow and further twists the upper arm outward with respect to the elbow. In the motion detection device 1, not only the rotation around the third axis P3 is generated, but also the fourth axis P4 is tilted, and the lower hinge portion 82 is rotated accordingly. It can be seen that the motion detection device 1 has detected that the position of the elbow is also moving as the elbow is twisted.

上記のように、動作検出装置１によれば、人の腕の自由な動作を妨げることなく、人の腕の種々の動作を、五つの軸の回動角度として検出することができる。 As described above, according to the motion detection device 1, various motions of the human arm can be detected as rotation angles of the five axes without hindering the free motion of the human arm.

また、人の身体における仮想の回動中心軸と動作検出装置１の回動中心軸とは、離れ過ぎないことが望ましい。動作検出装置１では、第二センサ２０の回転軸と同軸の第二シャフト２１に固定されているシャフト部７１ｂと、第一センサ１０を保持しているホルダ部７１ｄとを、細長い連結部７１ｃの異なる端部側に固定しているため、第二軸Ｐ２が人の肩より高い位置にあるのに対し、第一軸Ｐ１は基本姿勢で第二軸Ｐ２より低い位置にある。これにより、肩装着部９１を人の肩の上に載置するように装着することにより、動作検出装置１の姿勢を安定させることができるものの、肩装着部９１に支持された第二センサ２０の回転軸が肩より高い位置となってしまう本実施形態において、第二センサ２０の回転軸と直角をなす第一センサ１０の回転軸を、人の身体における仮想の回動中心軸と近い高さに位置させることができる。 Further, it is desirable that the virtual rotation center axis in the human body and the rotation center axis of the motion detection device 1 are not too far apart. In the motion detection device 1, the shaft portion 71b fixed to the second shaft 21 coaxial with the rotation shaft of the second sensor 20 and the holder portion 71d holding the first sensor 10 are connected to the elongated connecting portion 71c. Since they are fixed to different end sides, the second axis P2 is higher than the human shoulder, while the first axis P1 is lower than the second axis P2 in the basic posture. As a result, the posture of the motion detection device 1 can be stabilized by mounting the shoulder mounting portion 91 so as to be placed on the shoulder of a person, but the second sensor 20 supported by the shoulder mounting portion 91. In the present embodiment in which the rotation axis of the second sensor 20 is higher than the shoulder, the rotation axis of the first sensor 10 which is perpendicular to the rotation axis of the second sensor 20 is set to a height close to the virtual rotation center axis in the human body. Can be located on the shoulder.

次に、第二実施形態の動作検出装置２について、動作検出装置１と対比しつつ図９を用いて説明する。第一実施形態と同様の構成については、同一の符号を付し詳細な説明は省略する。動作検出装置１と動作検出装置２とは、肩検出部６１における第一センサ１０と第二センサ２０の位置関係が異なっている。第一実施形態の動作検出装置１では、図９（ａ），（ｂ）に示すように、第二センサ２０が肩装着部９１の上に位置しており、第二軸Ｐ２と直角をなす第一軸Ｐ１を回転軸とする第一センサ１０が上連結部６５に連結されていた。これに対し、第二実施形態の動作検出装置２の肩検出部６１ｂでは、第一センサ１０が肩装着部９１の上に位置しており、第一軸Ｐ１と直角をなす第二軸Ｐ２を回転軸とする第二センサ２０が上連結部６５に連結されている。 Next, the motion detection device 2 of the second embodiment will be described with reference to FIG. 9 in comparison with the motion detection device 1. The same components as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted. The motion detection device 1 and the motion detection device 2 are different in the positional relationship between the first sensor 10 and the second sensor 20 in the shoulder detection unit 61. In the motion detection device 1 of the first embodiment, as shown in FIGS. 9A and 9B, the second sensor 20 is located on the shoulder mounting portion 91 and forms a right angle with the second axis P2. The first sensor 10 having the first axis P1 as the rotation axis was connected to the upper connecting portion 65. On the other hand, in the shoulder detection unit 61b of the motion detection device 2 of the second embodiment, the first sensor 10 is located on the shoulder mounting portion 91, and the second axis P2 forming a right angle with the first axis P1 is formed. The second sensor 20 as the rotation axis is connected to the upper connecting portion 65.

より具体的には、第一センサ１０は肩装着部９１の上に、第一軸Ｐ１が左右方向となるように固定されており、第一センサ１０の第一シャフト１１は、同軸で直線状に延びるシャフト部７１ｂ’によって連結部７１ｃに固定されている。一方、第二センサ２０はホルダ部７１ｄに、第二軸Ｐ２が前後方向となるように固定されており、第二センサ２０の第二シャフト２１が、上ヒンジ部８１の回動部材８１ａに同軸に固定されている。従って、第二実施形態では、第二シャフト２１が「肩部シャフト」に相当する。 More specifically, the first sensor 10 is fixed on the shoulder mounting portion 91 so that the first axis P1 is in the left-right direction, and the first shaft 11 of the first sensor 10 is coaxial and linear. It is fixed to the connecting portion 71c by the shaft portion 71b'extending to. On the other hand, the second sensor 20 is fixed to the holder portion 71d so that the second axis P2 is in the front-rear direction, and the second shaft 21 of the second sensor 20 is coaxial with the rotating member 81a of the upper hinge portion 81. It is fixed to. Therefore, in the second embodiment, the second shaft 21 corresponds to the "shoulder shaft".

このような構成であっても、第一実施形態の動作検出装置１と第一軸Ｐ１及び第二軸Ｐ２の方向の関係が同じであるため、上記と同様に人の腕の動作を検出することができる。なお、動作検出装置１では、上連結部６５及び下連結部６６が上腕及び前腕の外側（右側または左側）に配されるのに対し、第二実施形態の動作検出装置２では、上連結部６５及び下連結部６６が上腕及び前腕の前側に配されることとなる。人の腕の動作のうち、腕を上方に挙げる動作や肘に対して前腕を屈曲させる動作など、多くの動作において装置の自重を人の腕が受けることができる点で、第一実施形態の動作検出装置１がより望ましい。 Even with such a configuration, since the relationship between the direction of the motion detection device 1 of the first embodiment and the directions of the first axis P1 and the second axis P2 is the same, the motion of the human arm is detected in the same manner as described above. be able to. In the motion detection device 1, the upper connecting portion 65 and the lower connecting portion 66 are arranged on the outside (right side or left side) of the upper arm and the forearm, whereas in the motion detecting device 2 of the second embodiment, the upper connecting portion The 65 and the lower connecting portion 66 will be arranged on the front side of the upper arm and the forearm. Among the movements of the human arm, the human arm can receive the weight of the device in many movements such as raising the arm upward and bending the forearm with respect to the elbow. The motion detection device 1 is more desirable.

動作検出装置１，２で人の腕の動作を検出することにより、図１０に例示するロボットアーム９を制御することができる。ロボットアーム９は、肩部１００、肩部１００に連結された上腕部１３０、上腕部１３０に連結された肘部１４０、肘部１４０に連結された前腕部１５０、前腕部１５０に連結された手首部１６０、手首部１６０に連結された手部１７０を備えている。そして、ロボットアーム９は、肩部１００を介する上腕部１３０の前後方向の回動を駆動する第一モータＭ１０と、肩部１００を介する上腕部１３０の上下方向の回動を駆動する第二モータＭ２と、上腕部１３０に対する肘部１４０のねじり回動を駆動する第三モータＭ３と、肘部１４０を介する前腕部１５０の上腕部１３０に対する屈伸のための回動を駆動する第四モータＭ４と、肘部１４０に対する前腕部１５０のねじり回動を駆動する第五モータＭ５と、手部１７０を橈屈・尺屈させる回動を駆動する第六モータＭ６と、手部１７０を掌屈・背屈させる回動を駆動する第七モータＭ７と、手部１７０の五本の指の屈伸及び第一指の回動を駆動する第八モータＭ８を具備している。 The robot arm 9 illustrated in FIG. 10 can be controlled by detecting the motion of the human arm with the motion detection devices 1 and 2. The robot arm 9 includes a shoulder portion 100, an upper arm portion 130 connected to the shoulder portion 100, an elbow portion 140 connected to the upper arm portion 130, a forearm portion 150 connected to the elbow portion 140, and a wrist connected to the forearm portion 150. It includes a portion 160 and a wrist portion 170 connected to the wrist portion 160. The robot arm 9 is a first motor M10 that drives the rotation of the upper arm 130 via the shoulder 100 in the front-rear direction, and a second motor that drives the rotation of the upper arm 130 via the shoulder 100 in the vertical direction. M2, a third motor M3 that drives the torsional rotation of the elbow 140 with respect to the upper arm 130, and a fourth motor M4 that drives the rotation of the forearm 150 with respect to the upper arm 130 via the elbow 140. , The fifth motor M5 that drives the torsional rotation of the forearm 150 with respect to the elbow 140, the sixth motor M6 that drives the rotation that bends and bends the hand 170, and the palm and back of the hand 170. It includes a seventh motor M7 that drives the rotation to bend, and an eighth motor M8 that drives the bending and stretching of the five fingers of the hand 170 and the rotation of the first finger.

ロボットアーム９においては、第一モータＭ１の回転軸である第一軸Ｒ１と、第二モータＭ２の回転軸である第二軸Ｒ２とが直交しており、第三モータＭ３の回転軸である第三軸Ｒ３と第二軸Ｒ２とが直交しており、第四モータＭ４の回転軸である第四軸Ｒ４と第三軸Ｒ３とが直交しており、第五モータＭ５の回転軸である第五軸Ｒ５と第四軸Ｒ４とが直交しており、第六モータＭ６の回転軸である第六軸Ｒ６と第五軸Ｒ５とが直交しており、第七モータＭ７の回転軸である第七軸Ｒ７は第六軸Ｒ６と直交している。 In the robot arm 9, the first axis R1 which is the rotation axis of the first motor M1 and the second axis R2 which is the rotation axis of the second motor M2 are orthogonal to each other, and are the rotation axes of the third motor M3. The third axis R3 and the second axis R2 are orthogonal to each other, and the fourth axis R4 and the third axis R3, which are the rotation axes of the fourth motor M4, are orthogonal to each other, which is the rotation axis of the fifth motor M5. The fifth axis R5 and the fourth axis R4 are orthogonal to each other, and the sixth axis R6 and the fifth axis R5, which are the rotation axes of the sixth motor M6, are orthogonal to each other, which is the rotation axis of the seventh motor M7. The seventh axis R7 is orthogonal to the sixth axis R6.

従って、動作検出装置１，２で検出された第一軸Ｐ１〜第五軸Ｐ５周りの回動角度に基づいて、ロボットアーム９の第一軸Ｒ１〜第五軸Ｒ５周りの回動角度をそれぞれ制御することにより、ロボットアーム９に人の腕に近い動作をさせることができる。 Therefore, the rotation angles around the first axis R1 to the fifth axis R5 of the robot arm 9 are set based on the rotation angles around the first axis P1 to the fifth axis P5 detected by the motion detection devices 1 and 2, respectively. By controlling, the robot arm 9 can be made to move like a human arm.

なお、ロボットアーム９の第六軸Ｒ６、第七軸Ｒ７周りの回動動作、及び、五本の指部の動きを制御するための人の手の動作検出は、図１１に示すグローブ型検出装置２００を使用して行うことができる。このグローブ型検出装置２００は、電圧の変化によって曲げを検出するセンサを、片方の手に八つ備えている。手の甲を被覆する部分に第三指から手首に向かう方向に配されているセンサ２０１によって、人の手を掌屈または背屈させる回動角度を検出することができる。また、第五指側の外側を被覆する側面部分に第五指から手首に向かう方向に配されたセンサ２０２によって、人の手を橈屈・尺屈させる回動角度を検出することができる。 The glove-shaped detection shown in FIG. 11 is for detecting the rotational movement of the robot arm 9 around the sixth axis R6 and the seventh axis R7 and the movement of the human hand for controlling the movements of the five fingers. This can be done using the device 200. The glove-type detector 200 is provided with eight sensors in one hand that detect bending due to a change in voltage. The sensor 201 arranged in the direction from the third finger to the wrist on the portion covering the back of the hand can detect the rotation angle at which the human hand bends or dorsiflexes. Further, the sensor 202 arranged in the direction from the fifth finger to the wrist on the side surface portion covering the outside of the fifth finger side can detect the rotation angle at which the human hand is flexed or flexed.

また、各指において指背側を被覆する部分に、指と同方向に配されたセンサ２０３によって、各指を屈伸させる回動角度を検出することができる。親指を被覆する部分には、外側にもう一つのセンサ２０４が配されている。このセンサ２０４は、第一指の付け根で指に交差する仮想の軸周りに、第一指が回動する角度を検出する。なお、図１１では、人の右手に装着するグローブ型検出装置２００を例示しているが、左手用のグローブ型検出装置と対称の構造である。 Further, the rotation angle at which each finger is bent and stretched can be detected by the sensor 203 arranged in the same direction as the finger on the portion of each finger that covers the back side of the finger. Another sensor 204 is arranged on the outside of the portion covering the thumb. The sensor 204 detects the angle at which the first finger rotates about a virtual axis that intersects the finger at the base of the first finger. Although FIG. 11 illustrates the glove-type detection device 200 worn on the right hand of a person, the structure is symmetrical to that of the glove-type detection device for the left hand.

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、以下に示すように、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良及び設計の変更が可能である。 Although the present invention has been described above with reference to preferred embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and as shown below, various improvements are made without departing from the gist of the present invention. And the design can be changed.

例えば、各センサ及びそのセンサの回転軸と同軸のシャフトについて、他の部材に対する固定の関係は逆にすることができる。具体的に例示すると、上記の実施形態では、第二センサ２０が肩装着部９１に対して固定されており、その回転軸と同軸で第二センサに対して相対的に回転する第二シャフト２１がシャフト部７１ｂに固定されていた。これに限定されず、シャフト部７１ｂに第二センサ２０が固定されている一方で、第二シャフト２１が肩装着部９１に固定されている構成としても、人の上腕を上下方向に回動させる角度を、第二センサ２０によって検出することができる。 For example, for each sensor and the shaft coaxial with the rotation axis of the sensor, the fixed relationship with respect to other members can be reversed. Specifically, in the above embodiment, the second sensor 20 is fixed to the shoulder mounting portion 91, and the second shaft 21 is coaxial with the rotation axis and rotates relative to the second sensor. Was fixed to the shaft portion 71b. Not limited to this, even if the second sensor 20 is fixed to the shaft portion 71b while the second shaft 21 is fixed to the shoulder mounting portion 91, the upper arm of the person is rotated in the vertical direction. The angle can be detected by the second sensor 20.

同様に、上記の実施形態では、第一センサ１０が肩保持部７１に固定されており、第一シャフト１１が上ヒンジ部８１の回動部材８１ａに固定されていた。この関係を逆にして、第一センサ１０が回動部材８１ａに固定されており、第一シャフト１１が肩保持部７１に固定されている構成とすることができる。また、上記の実施形態では、第四センサ４０が肘保持部７４のホルダ部７４ａに固定されており、第四シャフト４１がシャフト部７４ｂに固定されていた。この関係を逆にして、第四センサ４０がシャフト部７４ｂに固定されており、第四シャフト４１がヒンジ部８２の回動部材８２ｂと直交する方向となるように、肘保持部７４に固定されている構成とすることができる。 Similarly, in the above embodiment, the first sensor 10 is fixed to the shoulder holding portion 71, and the first shaft 11 is fixed to the rotating member 81a of the upper hinge portion 81. By reversing this relationship, the first sensor 10 may be fixed to the rotating member 81a, and the first shaft 11 may be fixed to the shoulder holding portion 71. Further, in the above embodiment, the fourth sensor 40 is fixed to the holder portion 74a of the elbow holding portion 74, and the fourth shaft 41 is fixed to the shaft portion 74b. By reversing this relationship, the fourth sensor 40 is fixed to the shaft portion 74b, and the fourth shaft 41 is fixed to the elbow holding portion 74 so as to be orthogonal to the rotating member 82b of the hinge portion 82. Can be configured as

１，２動作検出装置
１０第一センサ
２０第二センサ
３０第三センサ
４０第四センサ
５０第五センサ
６１肩検出部
６２上腕検出部
６３前腕検出部
６４肘検出部
６５上連結部
６６下連結部
７１肩保持部
８１上ヒンジ部
８２下ヒンジ部
８５上スライド部
８６下スライド部
９１肩装着部
９２上腕装着部
９３前腕装着部
Ｐ１第一軸
Ｐ２第二軸
Ｐ３第三軸
Ｐ４第四軸
Ｐ５第五軸 1, 2 Motion detection device 10 1st sensor 20 2nd sensor 30 3rd sensor 40 4th sensor 50 5th sensor 61 Shoulder detection unit 62 Upper arm detection unit 63 Forearm detection unit 64 Elbow detection unit 65 Upper connection unit 66 Lower connection unit 71 Shoulder holding part 81 Upper hinge part 82 Lower hinge part 85 Upper slide part 86 Lower slide part 91 Shoulder mounting part 92 Upper arm mounting part 93 Forearm mounting part P1 1st axis P2 2nd axis P3 3rd axis P4 4th axis P5 Five axes

Claims

A shoulder detector that is supported by a shoulder mount that is mounted on a person's shoulder,
The upper arm detection part supported by the upper arm wearing part that is attached to the upper arm of a person,
A forearm detector that is supported by a forearm attachment that is attached to a person's forearm,
An upper connecting portion connecting the shoulder detection portion and the upper arm detecting portion,
A lower connecting portion that connects the upper arm detecting portion and the forearm detecting portion is provided.
The shoulder detection unit is perpendicular to the direction of the first sensor, which detects the rotation angle around the first axis, which is the axis of rotation of the upper arm detection unit and the forearm detection unit in the anteroposterior direction. It has a second sensor that detects the rotation angle around the second axis, and a shoulder holding portion that holds the first sensor and the second sensor while connecting them, and the first sensor and the first sensor. A shoulder shaft coaxial with one of the rotating shafts of the two sensors is connected to the upper connecting portion.
The upper connecting portion is rotatable around a hinge axis as the length of the upper sliding portion changes along a third axis orthogonal to the axis of the shoulder shaft and the length of the upper sliding portion changes. It has an upper hinge part and
The upper arm detection unit has a third sensor that detects a rotation angle around an axis coaxially or parallel to the third axis.
The lower connecting portion is a lower sliding portion, the lower sliding portion, which bends and stretches with respect to the upper sliding portion by rotation around the fourth axis and whose length changes along a fifth axis orthogonal to the fourth axis. the bottom hinge pivotable about a hinge axis along with the change in length, and have elbow detector that holds the fourth sensor for detecting the rotation angle around the fourth shaft, said Of the two rotating members that rotate around the hinge axis in the lower hinge portion, one is fixed to the upper arm detection portion and the other is fixed to the elbow detection portion, and the two rotating members are the same. The fourth axis is orthogonal to the third axis while being in a straight line.
The forearm detection unit has a fifth sensor that detects a rotation angle around an axis coaxially or parallel to the fifth axis.
The form of the first sensor and the second sensor is
The second sensor is fixed to the shoulder mounting portion so that the second axis is in the front-rear direction, and the shoulder shaft is connected to the second sensor by the shoulder holding portion. The first form extending coaxially with the first axis and being connected to the upper connecting portion, and
The first sensor is fixed to the shoulder mounting portion so that the first axis is in the left-right direction, and the shoulder shaft is connected to the first sensor by the shoulder holding portion. A motion detection device according to any one of the second forms, which extends coaxially with the second axis and is connected to the upper connecting portion.