JP7253761B2 - Active bodies and movement aids - Google Patents
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Description
本開示は、能動体および動作補助装置に関する。 The present disclosure relates to active objects and motion assist devices.
介護の現場では、介護者が体幹を深く前屈した前傾姿勢を持続しながら、非介護者の移乗介助や体位変換などの介護動作が行うことが多く、腰痛を発症する等、介護者の負担が大きい。そのため、介護者の身体的な負担を減らすため、介護用の装置が知られている。介護用の装置としては、モータやゴム人工筋等のアクチュエータと外骨格とを備えるロボットスーツやアクチュエータを直接人体に取り付けた内骨格型のアシスト装置等が提案されている。また、介護者ではなく、身体が不自由な者自身の動作補助の目的にも、上記の装置が用いられることもある。 In the field of nursing care, caregivers often perform caregiving actions such as assisting non-caregivers in transferring and changing positions while maintaining a forward leaning posture with their trunks bent forward. burden is heavy. Therefore, care devices are known to reduce the physical burden on caregivers. As devices for nursing care, a robot suit including actuators such as motors and artificial rubber muscles and an exoskeleton, and an endoskeleton-type assist device in which the actuator is directly attached to the human body have been proposed. In addition, the above device is sometimes used for the purpose of assisting the movement of the physically handicapped person, not the caregiver.
人工筋を用いた補助装置の具体例として、例えば、マッキベン人工筋を用いる人工筋糸と、人工筋糸と共に織り上げられる織糸とを具備した能動織布が知られている(特許文献1参照)。特許文献1に記載されている能動織布は、マッキベン人工筋を織布と一緒に織り上げていることから、大きな発生力及び大きな収縮量が得られると共に、軽くしなやかであることが記載されている。
As a specific example of an assist device using an artificial muscle, for example, an active woven fabric comprising an artificial muscle thread using a McKibben artificial muscle and a weaving thread woven together with the artificial muscle thread is known (see Patent Document 1). . Since the active woven fabric described in
上記特許文献1に記載のマッキベン人工筋は、中空の筒状弾性体からなる弾性チューブと、糸状体を弾性チューブの外壁の上に移動自在に縒り合わせて袋編みしてなる編組チューブとから作製されている。そして、中空の筒状に形成される弾性体にコンプレッサから空気を導入すると、弾性管状体が径方向に誇張し、長さ方向には収縮して収縮力が発生する。つまり、マッキベン人工筋は、空気の導入により、長手方向の伸縮の制御をすることができる。
The McKibben artificial muscle described in
上記のとおり、上記特許文献1に記載の能動織布は、マッキベン人工筋糸を織糸として用い、人工筋糸以外の織糸と共に、織り上げた織布である。したがって、特許文献1に記載のマッキベン人工筋糸を伸縮した場合、特許文献1の段落[0026]に記載のとおり、能動織布は歪ながら収縮、または、直線的に収縮する。
As described above, the active woven fabric described in
また、特許文献1には、マッキベン人工筋を縦糸および横糸として織り上げた能動織布も記載されている。当該能動織布は、段落[0031]に記載のとおり、縦方向および横方向に収縮することができる。
ところで、介護者または身体が不自由な者が能動織布を使用する場合、例えば、腰を曲げた状態で体を保持する等、能動織布を2次元のみではなく、3次元、つまり、立体的に形状を制御できることが望ましい。しかしながら、特許文献1に記載の能動織布は、歪ながら収縮、または、直線的に収縮することはできるものの、3次元形状の制御はできないという問題がある。
By the way, when a caregiver or a physically handicapped person uses the active fabric, for example, to hold the body in a bent state, the active fabric is not only two-dimensional, but also three-dimensional, that is, three-dimensional. It is desirable to be able to control the shape dynamically. However, the active woven fabric described in
本開示は、上記問題を解決するためになされたものであり、鋭意研究を行ったところ、(1)伸縮可能な人工筋糸と基材とを含み、(2)人工筋糸が伸縮した時に、人工筋糸と基材とが相対移動しないように保持する保持部を有し、(3)基材を、人工筋糸が非伸縮時には形状を維持し、人工筋糸が伸縮した時には形状が変形できる材料で形成することで、(4)3次元形状の制御ができる能動体を提供できること、を新たに見出した。 The present disclosure has been made in order to solve the above problems. (3) the base material maintains its shape when the artificial muscle thread is not stretched and retains its shape when the artificial muscle thread is stretched; It was newly found that (4) an active body whose three-dimensional shape can be controlled can be provided by forming it from a deformable material.
すなわち、本開示の目的は、3次元形状の制御ができる能動体、および、該能動体を用いた動作補助装置を提供することである。 That is, an object of the present disclosure is to provide an active body whose three-dimensional shape can be controlled, and a motion assistance device using the active body.
本開示は、以下に示す、能動体および動作補助装置に関する。 The present disclosure relates to active bodies and movement assisting devices described below.
(1)伸縮可能な人工筋糸を含む能動体であって、
前記能動体は、
基材と、
伸縮可能な人工筋糸と、
を含み、
前記能動体は、前記人工筋糸が伸縮した時に、前記人工筋糸と前記基材とが相対移動しないように保持する保持部を有し、
前記基材は、前記人工筋糸が非伸縮時には形状を維持し、前記人工筋糸が伸縮した時には形状が変形する、
能動体。
(2)前記人工筋糸が少なくとも2本以上含まれ、前記保持部が前記人工筋糸1本あたりに少なくとも1つ含まれる、
上記(1)に記載の能動体。
(3)前記保持部が、前記人工筋糸1本あたりに少なくとも2以上含まれる、
上記(2)に記載の能動体。
(4)前記人工筋糸が、同一方向に配置されている人工筋糸を少なくとも2本以上含む、
上記(1)~(3)の何れか一つに記載の能動体。
(5)前記人工筋糸が、異なる方向に配置されている人工筋糸を含む、
上記(1)~(4)の何れか一つに記載の能動体。
(6)前記人工筋糸が、前記基材の表面および裏面に形成されている、
上記(1)~(5)の何れか一つに記載の能動体。
(7)前記人工筋糸の少なくとも一部が、前記基材と交差するように形成されている、
上記(1)~(5)の何れか一つに記載の能動体。
(8)上記(1)~(7)の何れかに一つに記載の能動体が複数枚積層されている、
積層型の能動体。
(9)上記(1)~(7)の何れかに一つに記載の能動体が連結部を介して連結されている、
連結型の能動体。
(10)上記(1)~(9)の何れか一つに記載の能動体を少なくとも含む、
動作補助装置。
(1) An active body comprising stretchable artificial muscle thread,
The active body is
a substrate;
a stretchable artificial muscle thread;
including
The active body has a holding portion that holds the artificial muscle thread and the base material so that they do not move relative to each other when the artificial muscle thread expands and contracts, and
The base material maintains its shape when the artificial muscle threads are not stretched, and deforms when the artificial muscle threads are stretched.
Active body.
(2) At least two of the artificial muscle threads are included, and at least one of the holding portions is included per one of the artificial muscle threads.
The active body according to (1) above.
(3) At least 2 or more of the holding portions are included per artificial muscle thread,
The active body according to (2) above.
(4) the artificial muscle thread includes at least two artificial muscle threads arranged in the same direction;
The active body according to any one of (1) to (3) above.
(5) the artificial muscle threads include artificial muscle threads arranged in different directions;
The active body according to any one of (1) to (4) above.
(6) the artificial fibers are formed on the front and back surfaces of the substrate;
The active body according to any one of (1) to (5) above.
(7) At least a portion of the artificial thread is formed to intersect with the base material,
The active body according to any one of (1) to (5) above.
(8) A plurality of active bodies according to any one of (1) to (7) above are laminated,
Laminated active body.
(9) The active body according to any one of (1) to (7) above is connected via a connecting portion,
Connected active body.
(10) At least including the active body according to any one of (1) to (9) above,
motion aids.
本明細書で開示する能動体により、3次元形状の制御ができる。 The active bodies disclosed herein allow three-dimensional shape control.
以下、図面を参照しつつ、能動体1および動作補助装置10の各実施形態について、詳しく説明する。なお、本明細書において、同種の機能を有する部材には、同一または類似の符号が付されている。そして、同一または類似の符号の付された部材について、繰り返しとなる説明が省略される場合がある。
Hereinafter, each embodiment of the
(第1の実施形態)
図1A乃至図1Cを参照して、第1の実施形態に係る能動体1aについて説明する。図1Aは第1の実施形態に係る能動体1aの概略正面図、図1Bは第1の実施形態に係る能動体1aの概略側面図、図1Cは第1の実施形態に係る能動体1aを湾曲した状態を示す側面図である。
(First embodiment)
An active body 1a according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1A to 1C. 1A is a schematic front view of the active body 1a according to the first embodiment, FIG. 1B is a schematic side view of the active body 1a according to the first embodiment, and FIG. 1C is the active body 1a according to the first embodiment. It is a side view showing a bent state.
能動体1aは、基材2、伸縮可能な人工筋糸3、人工筋糸3が伸縮した時に人工筋糸3と基材2とが相対移動しないように保持する保持部4を少なくとも含む。保持部4では、基材2と人工筋糸3が相対移動しない。したがって、例えば、人工筋糸3が収縮すると、図1Bに示す保持部4間の距離L1は、図1CのL2に示すように短くなる。そのため、基材2が変形し、能動体1aを3次元制御できる。なお、第1の実施形態に係る能動体1aでは、人工筋糸3が収縮する場合の例を示しているが、人工筋糸3は伸長してもよい。
The active body 1a includes at least a
基材2は、人工筋糸3が非伸縮時には形状を維持、つまり、保持部4に力がかからない状態では形状を維持し、人工筋糸3が伸縮した時には形状が変化する材料で作製されていれば特に制限はない。基材2を構成する材料としては、布、ゴム、紙、プラスチック、木材、金属、等が挙げられる。基材2の形状は、外力がかかっていない状態で、平面状あるいは湾曲していてもよい。また、基材2は、前記材料を用いて単一の部材として構成されていてもよいし、基材2は複数のパーツに分割されていてもよい。複数のパーツに分割される場合は、各パーツをリンク機構等により接続することで基材2を構成すればよい。
The
なお、基材2に関し、「保持部4に力がかからない状態では形状を維持し」とは、
(1)基材2を例えば単一の薄いプラスチック板等で作製することで、人工筋糸3の有無にかかわらず形状を維持すること、および、
(2)基材2を、例えば、布、または、金属等で作製した複数のパーツをリンク機構等により接続することで作製し、基材2単独では形状が変化するものの、保持部4を介して人工筋糸3と組み合すことで、人工筋糸3の支えにより形状を維持すること、
の何れも含まれる。
Regarding the
(1) The
(2) The
includes any of
また、基材2に関し、「人工筋糸が伸縮した時には形状が変形する」とは、文字どおり、人工筋糸が伸縮した時に基材2の形状が変形することを意味する。なお変形には、基材2の形が変わることに加え、基材2が伸長あるいは収縮することも含まれる。例えば、基材2を単一の部材で形成する場合、人工筋糸3の伸縮により保持部4に係る湾曲力と比較して、基材2の剛性を弱くすればよい。具体的には、使用する人工筋糸3が伸縮することで発生する湾曲力より、基材2の剛性が弱くなるように、基材2の材料や厚さを調整すればよい。或いは、基材2として、発生する湾曲力より強い剛性の材料を使う場合は、例えば図2に示すように、複数のパーツ21をリンク機構等により接続し、発生する湾曲力により、リンク部分が回動するようにしてもよい。なお、複数のパーツ21に分ける場合、基材2は図2に示すように隙間が空いた形状、例えば、格子状であってもよい。
Further, regarding the
人工筋糸3は、(1)非動作時の長さより収縮する、(2)非動作時の長さより伸長する、(3)非動作時の長さより収縮及び伸長する、の何れも用いることができる。(1)収縮する人工筋糸3としては、マッキベン人工筋糸、電圧をかけることで収縮するカーボンナノチューブ筋繊維等が挙げられる。(2)伸長する人工筋糸3としては、ゴムチューブを蛇腹状の繊維で覆い、空気をチューブに送ることでチューブの半径方向の膨張が抑制され軸方向のみに伸長する伸長型ゴム人工筋、等が挙げられる。また、(3)収縮及び伸長する人工筋糸3としては、誘電エラストマーを用いた人工筋糸、形状記憶合金(SMA)及び形状記憶ポリマー(SMP)等から作製され加熱により長手方向に沿って収縮または伸長する人工筋糸、等が挙げられる。なお、上記は単なる例示であって、勿論、その他の人工筋糸を用いてもよい。
The
保持部4は、人工筋糸3が伸縮した時に、人工筋糸3と基材2とが相対移動しないように保持できる機構となっていれば特に制限はない。なお、本明細書において、「人工筋糸と基材とが相対移動しないように保持」とは、人工筋糸と基材とが全く移動できないように固定する機構、および、人工筋糸と基材とが所定の長さは相対移動するが所定の長さを超えた後は相対移動できなくなる機構等、最終的に人工筋糸と基材が相対移動できなくなる機構を意味する。例えば、基材2が針等で貫通が可能な材料で形成される場合は、人工筋糸3の保持部4を形成する箇所を、糸等を用いて基材2に縫い付けて固定すればよい。また、基材2が針等で貫通しない材料で形成されている場合は、接着剤等を用いて、直接または間接的に、人工筋糸3の保持部4を形成する箇所を基材2に接着・固定すればよい。或いは、又釘等を用いて、人工筋糸3の伸縮性能に影響がないように基材2に打ち込んで固定してもよい。つまり、図1に示す例では、糸、接着剤、又釘等で、基材2の一部と人工筋糸3の一部を固定することで、保持部4を形成する。また、図1に示す実施形態では、基材2の一部と人工筋糸3の一部を、糸、接着剤、又釘等で固定することに代え、ゴム等の伸長性のある部材を介して基材2の一部と人工筋糸3の一部を固定してもよい。その場合、ゴム等が伸長できる長さを超えた後は、人工筋糸3と基材2が相対移動できなくなる。図1に示す能動体1a、つまり、基材2に人工筋糸3を固定する例では、保持部4は、人工筋糸一本当たり2カ所以上設けることが好ましい。
The holding
(第1の実施形態の変形例1)
図3A乃至図3Cに示す第1の実施形態の変形例1の能動体1a’の保持部4は、人工筋糸3が所定の長さ伸縮した後に、基材2と人工筋糸3が相対移動しないように保持される他の例を示している。例えば、図3Aは、人工筋糸3が所定の長さ収縮した後に相対移動しない例を示している。図3Aに示す例では、先ず、細長状の布を格子状に織り込むことで基材2を形成する。次に、人工筋糸3を基材2の格子の間に織り込むように配置する。そして、人工筋糸3にはフック31が形成されている。したがって、後述する動作補助装置のコンプレッサ等の駆動部Pを用いて人工筋糸3を矢印の方向に収縮すると、人工筋糸3が所定距離収縮した後に、フック31が格子状の基材2に係止し、その後は人工筋糸31と基材2は相対移動しなくなる。したがって、図3Aに記載の例では、基材2の一部とフック31で保持部4を形成する。なお、図3Aに示す実施形態では、フック31は人工筋糸3の少なくとも二か所に形成されていればよい。なお、図3Bに示すように、人工筋糸3を駆動部Pと接続する際に、接続部材Qを用いて接続する場合がある。図3Bに示す実施形態の場合、人工筋糸3を収縮すると、フック31と接続部材Qの間の長さが短くなる。そして、人工筋糸3が所定の長さ収縮すると基材2の端部が接続部材Qに当接し、更に人工筋糸3を収縮することで、基材2を湾曲することができる。したがって、図3Bに示す実施形態の場合、能動体1a’に形成される保持部4は、1本の人工筋糸3に一つであってもよい。図3Cは、第1の実施形態の変形例1において、人工筋糸3が伸長する実施形態を示している。図3Cに示す例では、人工筋糸3を伸長した時に、フック31が基材2に係止するように配置すればよい。
(
The holding
(第1の実施形態の変形例2)
図4は、第1の実施形態の変形例2の能動体1a’’の保持部4を説明するための図である。図4Aに示す例では、図3A乃至図3Cと同様に基材2を格子状に形成し、人工筋糸3の一端を基材2に固定することで保持部4を形成する。そして、人工筋糸3を基材2と交差するように配置し、人工筋糸3の他端を基材2の保持部4とは反対側まで延伸している。そして、例えば、人工筋糸3としてマッキベン型を採用する場合は、人工筋糸3の他端を駆動部Pに接続する。その際、図3Bと同様に接続部材Qを介して接続する場合がある。そして、駆動部Pから人工筋糸3に空気を送り込むことで、人工筋糸3は収縮するが、人工筋糸3は格子状の基材2にガイドされる。そして、人工筋糸3が収縮すると、基材2の一端には保持部4が形成されているので、基材2の保持部4の反対側が接続部材Qに当接し、更に人工筋糸3を収縮することで、基材2が湾曲する。そのため、能動体1a’’に形成する保持部4は、人工筋糸3の一か所(望ましくは端部)に形成するのみで、基材2を湾曲できる。したがって、図4Aに記載の例では、能動体1a’’に設ける保持部4は、人工筋糸1本あたり少なくとも一か所あればよい。なお、能動体1a’’の湾曲制御をより迅速に実施する場合には、駆動部P側の人工筋糸3と基材2にも保持部4aを設けてもよい。
(
FIG. 4 is a diagram for explaining the holding
図4Bに示す例では、図4Aと同様に基材2を格子状に形成し、人工筋糸3の一端を基材2に固定することで保持部4を形成する。そして、人工筋糸3を基材2と交差するように配置し、基材2の保持部4とは反対側の辺で人工筋糸3を折り返し、人工筋糸3の他端を駆動部Pに接続する。そして、駆動部Pで人工筋糸3に空気を送り込むことで、人工筋糸3は図4Bの点線の矢印に示す方向に収縮するが、所定量収縮した後は、人工筋糸3の折返し部分が基材2に当接し、基材2は湾曲する。したがって、図4Bに記載の例でも、能動体1a’’に設ける保持部4は、人工筋糸1本あたり少なくとも一か所あればよい。また、図4Bに示す実施形態では、人工筋糸3の折り返しは一か所であるが、複数回人工筋糸3を折り返してもよい。図4Aに示す人工筋糸3が一本の実施形態でも、能動体1a’’の3次元制御をすることは可能であるが、複数回人工筋糸3を折り返すことで、折り返し回数に伴って、変形量と変形に伴って発生する力が異なる。なお、図4Bに示す実施形態においても、必要に応じて、接続部材Qを介して人工筋糸3と駆動部Pを接続してもよいし、人工筋糸3の駆動部P側にも保持部4aを設けてもよい。
In the example shown in FIG. 4B, the holding
図4Cに示す例では、人工筋糸3の両端を駆動部Pに接続する以外は、図4Bと同様である。図4Cに示す実施形態では、人工筋糸3の両端から空気を送り込むことで、人工筋糸3は図4Cの点線の矢印に示す方向に収縮する。そして、人工筋糸3が所定量収縮した後は、人工筋糸3の折返し部分が基材2に当接し、人工筋糸3と基材2は相対移動できなくなり、基材2は湾曲する。したがって、図4Cに記載の例では、人工筋糸3の折り返し点と基材2とで保持部4を形成することから、能動体1aに設ける保持部4は、人工筋糸1本あたり少なくとも一か所あればよい。なお、図4Cに示す実施形態においても、人工筋糸3を複数回折り返してもよい。また、必要に応じて、接続部材Qを介して人工筋糸3と駆動部Pを接続してもよいし、人工筋糸3の駆動部側の2カ所に、保持部4aを設けてもよい。
The example shown in FIG. 4C is the same as FIG. 4B except that both ends of the
第1の実施形態および変形例に係る能動体1a~1a’’は、基材2と人工筋糸3が共働して能動体1a~1a’’を3次元に制御が可能である。そのため、能動体1a~1a’’を人体等の動作補助装置に用いる場合、例えば、肘や腰等の湾曲した部分(以下、「被動作補助部分」と記載することがある。)を、能動体1a~1a’’により面として支えることが可能となる。したがって、従来の2次元で伸縮する能動織布と異なり、肘や腰等の被動作補助部分の補助効率を向上できる。
In the active bodies 1a to 1a'' according to the first embodiment and the modification, the
また、第1の実施形態に係る能動体1a~1a’’で被動作補助部分を補助する際に、能動体1a~1a’’の特定の箇所に予期し得ぬ外力が付加しても、当該外力は人工筋糸3と基材2の接触点(保持部4、人工筋糸3と格子状の基材2の交差点等)を介して基材2に分散できる。したがって、各々の人工筋糸が収縮するだけの従来の能動織布と異なり、肘や腰等の被動作補助部分の補助効率を向上できる。
Further, when the active bodies 1a to 1a'' according to the first embodiment assist the motion assisted portion, even if an unexpected external force is applied to a specific portion of the active bodies 1a to 1a'', The external force can be distributed to the
また、第1の実施形態に係る能動体1a~1a’’は、人工筋糸1本あたり、少なくとも保持部を一か所設けていることから、人工筋糸3を複数本設ける場合は、人工筋糸3毎に伸縮度合を制御できる。したがって、能動体1a~1a’’の3次元形状の制御がより容易になる。
In addition, since the active bodies 1a to 1a'' according to the first embodiment are provided with at least one holding portion for each artificial muscle thread, when a plurality of
(第2の実施形態)
図5Aおよび図5Bは、第2の実施形態に係る能動体1bの概略側面図である。第1の実施形態の能動体1aでは、基材2の一方の面に人工筋糸3が形成されていたが、第2の実施形態の能動体1bは、基材2の表面および裏面に人工筋糸3が形成されている点で、第1の実施形態の能動体1aと異なる。第2の実施形態の能動体1bでは、基材2の一方の面に収縮する人工筋糸3aを形成し、他方の面に伸長する人工筋糸3bを形成することができる。能動体1bを湾曲させる際に、人工筋糸3aを収縮させ、人工筋糸3bを伸長することで、第2の実施形態に係る能動体1bは、第1の実施形態に係る能動体1aの効果に加え、3次元形状をより強固に保持できるという効果を奏する。なお、図5Bに示す例では、人工筋糸3aが収縮する、人工筋糸3bが伸長する例を示しているが、人工筋糸3aが伸長し、人工筋糸3bが収縮するようにしてもよい。つまり、図5Bとは反対方向に湾曲するようにしてもよい。
(Second embodiment)
5A and 5B are schematic side views of an active body 1b according to the second embodiment. In the active body 1a of the first embodiment, the
或いは、人工筋糸3a及び3bを収縮可能な人工筋糸の組み合わせ、または、伸長可能な人工筋糸の組み合わせで形成し、収縮力または伸長力を変えることで変形方向の制御をしてもよい。より具体的には、収縮の組み合わせの場合、人工筋糸3a、3bの一方のみを収縮することで基材2を湾曲する、或いは、人工筋糸3a及び3bの両方を収縮するが、収縮力を変えることで、基材2の湾曲する方向を制御してもよい。更に、基材2として布等の柔軟な材料を用いた場合、人工筋糸3a及び3bの両方を収縮することで、基材2を歪ながら収縮、または、直線的に収縮することもできる。人工筋糸3a及び3bが伸長の組み合わせの場合、人工筋糸3a、3bの一方のみを伸長することで基材2を湾曲する、或いは、人工筋糸3a及び3bの両方を伸長するが、伸長力を変えることで、基材2の湾曲する方向を制御してもよい。更に、基材2としてゴム等の伸長可能な材料を用いた場合、人工筋糸3a及び3bの両方を伸長することで、基材2を歪ながら伸長、または、直線的に伸長することもできる。
Alternatively, the
(第3の実施形態)
図6は、第3の実施形態に係る能動体1cの概略正面図である。第1の実施形態の能動体1a~1a’’では、基材2に配置される人工筋糸3は同一方向であるが、能動体1cは、異なる方向に配置した人工筋糸3を含む点で、第1の実施形態の能動体1a~1a’’と異なる。第3の実施形態の能動体1cでは、人工筋糸3の方向が異なることから、能動体1cを湾曲させる際に、2方向から能動体1cを湾曲できる。なお、図6に示す実施形態では、人工筋糸3を基材2の同じ面に形成したが、基材2の表面には同じ方向を向く人工筋糸3を配置し、基材2の裏面に表面とは異なる方向の人工筋糸3を配置してもよい。勿論、基材2の表面と裏面の夫々の面に、異なる方向の人口筋糸3を配置してもよい。また、図6に示す異なる方向の人工筋糸3が形成する角度は略90度であるが、異なる方向の人工筋糸3が形成する角度は略90度に限定されず、その他の角度であってもよい。第3の実施形態に係る能動体1cは、第1の実施形態に係る能動体1a~1a’’の効果に加え、より複雑な3次元形状の制御ができるという効果を奏する。
(Third Embodiment)
FIG. 6 is a schematic front view of an active body 1c according to the third embodiment. In the active bodies 1a to 1a'' of the first embodiment, the
(第3の実施形態の変形性1)
図7は、第3の実施形態の変形例1の能動体1c’の概略正面図である。図7に示す能動体1c’は、人工筋糸3を異なる方向に交差するように配置した点以外は、図4に示す第1の実施形態の変形例2の能動体1a’’と同様である。図示は省略するが、図4Bおよび図4Cに示す能動体1a’’にも、異なる方向の人工筋糸3を交差するように配置してもよい。また、図3に示す能動体1a’にも、異なる方向の人工筋糸3を交差するように配置してもよい。第3の実施形態の変形例1の能動体1c’も、第3の実施形態に係る能動体1cと同様の効果を奏する。
(
FIG. 7 is a schematic front view of an active body 1c' of
(第4の実施形態)
図8A及び図8Bは、第4の実施形態に係る能動体1dの概略側面図である。第4の実施形態の能動体1dは、能動体1aが積層されている点で、第1乃至第3の実施形態およびその変形例と異なり、その他の点では同じである。図8Aは、第4の実施形態に係る能動体1dの一例で、保持部4が、2つの異なる能動体1aの基材2の両方に共有して用いられ例を示している。図8Aに示す実施形態では、例えば、上側の能動体1aの人工筋糸3aを収縮する人工筋糸で作製し、下側の能動体1aの人工筋糸3bを伸長する人工筋糸で作製している。そして、下側の能動体1aの基材2を、ゴム等の伸長できる材料で作製している。したがって、人工筋糸3aを収縮し、人工筋糸3bを伸長することで、積層した能動体1aは、図8Bに示すように湾曲することができる。なお、図8A及び図8Bに示す実施形態は、図1に示す第1の実施形態の能動体1aの人工筋糸3の向きが同じ方向となるように積層した例を示しているが、異なる向きに積層してもよい。その場合、より複雑な3次元制御が可能となる。また、図8A及び図8Bは、第1の実施形態の能動体1aを用いた例を示しているが、その他の実施形態の能動体1a’、1a’’、1b、1c、1c’等を用いることもできる。第4の実施形態に係る能動体は、複数の能動体を積層していることから、積層型の能動体1dということができる。
(Fourth embodiment)
8A and 8B are schematic side views of an active body 1d according to the fourth embodiment. The active body 1d of the fourth embodiment is different from the first to third embodiments and their modifications in that the active bodies 1a are laminated, and is otherwise the same. FIG. 8A shows an example of an active body 1d according to the fourth embodiment, in which the holding
(第4の実施形態の変形例1)
図9A及び図9Bは、第4の実施形態の変形例1の概略側面図である。図9A及び図9Bに示す実施形態では、能動体1aを連結部5で連結している点で、図8A及び図8Bに示す実施形態と異なる。連結部5は、能動体1aと能動体1aを連結すればよく、糸等が挙げられる。連結箇所に特に制限はないが、例えば、図9Aに示すように基材2の端部を連結し、各々の能動体1aを制御することで、図9Bに示すように、2つの能動体1aが共同して、筒状の立体形状を作製することができる。勿論、第4の実施形態の変形例1では、その他の実施形態の能動体1a’、1a’’、1b、1c、1c’等を用いることもできる。したがって、第4の実施形態の変形例1では、複数個の能動体1が連結部5を介して連結されているので、連結型の能動体1d’ということができる。
(
9A and 9B are schematic side views of
上記第1乃至第4の実施形態および変形例に示す能動体1は、3次元形状の制御ができることから、動作補助装置に好適に用いることができる。図10は、動作補助装置10の実施形態の一例を示す概略図である。動作補助装置10は、能動体1、能動体1の人工筋糸3を駆動する駆動部11、駆動部11を制御する制御部12を少なくとも含んでいる。
Since the
駆動部11は、人工筋糸3の種類に応じて適宜選択すればよい。例えば、マッキベン人工筋糸を用いる場合は、空気を導入するコンプレッサ、導入する空気の圧力を調整する電空レギュレータ等が挙げられる。また、形状記憶合金(SMA)及び形状記憶ポリマー(SMP)等から作製された人工筋糸を用いる場合は、加熱装置が挙げられる。誘電エラストマーを用いた人工筋糸を用いる場合は、駆動電場を印加する電源装置が挙げられる。制御部12は、駆動部11の駆動部の制御ができれば特に制限はなく、汎用計算機等が挙げられる。
The
動作補助装置10の具体的な用途としては、典型的には、肘、膝、足首等のサポーター、リハビリ用機器、衣服等が挙げられるが、動作の補助ができるものであれば特に制限はない。
Specific uses of the
以下に実施例を掲げ、実施形態を具体的に説明するが、この実施例は単にその具体的な態様の参考のために提供されているものである。これらの例示は、発明の範囲を限定したり、あるいは制限するものではない。 Examples are given below to illustrate the embodiments, but the examples are provided merely for reference of specific aspects thereof. These exemplifications are not intended to limit or restrict the scope of the invention.
<実施例1>
[能動体1の作製]
基材2の材料には株式会社大創産業社製ソフトゴムテープ(12コール)のゴムひもを用い、格子状に織り込むことで略平面状の基材2を作製した。人工筋糸3には株式会社s-muscle社製細径人工筋SMM13を用い、作製した基材2の格子の間に織り込むように配置した。なお、人工筋糸3は、図4Cに示すように途中で折り返すように配置し、異なる方向に複数本の人工筋糸3を配置した。なお、人工筋糸3は、基材2の両面に配置した。図11は、実施例1で作製した能動体1の写真である。
<Example 1>
[Preparation of active body 1]
As the material of the
<実施例2>
[動作補助装置の作製]
実施例1で作製した能動体1に、人工筋糸3の駆動部11(株式会社コガネイ社製電空レギュレータCRCB-0130W、株式会社東芝製コンプレッサSLP7D-4S4)を接続し、駆動部11の制御部12にはデル株式会社製計算機Precision T7910を用いることで、動作補助装置10を作製した。次に、制御部12により個々の人工筋糸3を収縮制御することで、能動体1を変形させた。図12A乃至Dは、能動体1を湾曲させた例を示しており、図12Aは写真の基材表面側縦方向の人工筋糸3を収縮制御することで、能動体1を紙面側に屈曲した例を示している。なお、図中の矢印は、矢印方向に時間が進むことを示している。図12Bは写真の基材両面左側の縦方向の人工筋糸3を収縮制御することで、能動体1を左側に側屈した例を示している。図12Cは写真の基材両面の縦方向および横方向の人工筋糸3を収縮制御することで、能動体1を左回旋した例を示している。図12Dは写真の基材裏面側横方向の人工筋糸3を収縮制御することで、能動体1を垂直軸周り奥手方向に湾曲した例を示している。図12A乃至Dに示すように、本実施形態に示す能動体1を用いることで、能動体1を3次元制御できることを確認した。
<Example 2>
[Production of movement assist device]
The driving unit 11 (electropneumatic regulator CRCB-0130W manufactured by Koganei Co., Ltd., compressor SLP7D-4S4 manufactured by Toshiba Corporation) was connected to the
本明細書で開示する各種実施形態の能動体を用いることで、動作補助装置を作製することができる。したがって、介護産業にとって有用である。 A movement assisting device can be produced by using the active bodies of various embodiments disclosed in this specification. Therefore, it is useful for the care industry.
1、1a、1a’、1a’’、1b、1c、1c’、1d…能動体、2…基材、3、3a、3b…人工筋糸、4、4a…保持部、5…連結部、10…動作補助装置、11…駆動部、12…制御部、21…パーツ、31…フック、P…駆動部、Q…接続部材
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記能動体は、
基材と、
伸縮可能な人工筋糸と、
を含み、
前記人工筋糸は、前記基材自体とは別の部材であり、
前記能動体は、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記人工筋糸と前記基材とが相対移動しないように保持する保持部を有し、
前記保持部は、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部を固定したもの、または、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部が係止する機構を含み、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記保持部以外の前記人工筋糸と前記基材とは相対移動可能であり、
前記基材は、前記人工筋糸が非伸縮時には形状を維持し、前記人工筋糸が伸縮した時には形状が変形し、
前記人工筋糸の少なくとも1本が、前記基材の表面と裏面とを交互に交差するように形成されている、
能動体。 An active body comprising a stretchable artificial muscle thread,
The active body is
a substrate;
a stretchable artificial muscle thread;
including
The artificial muscle thread is a member separate from the base material itself,
The active body is
a holding portion that holds the artificial muscle thread and the base material so that they do not move relative to each other when the artificial muscle thread expands and contracts;
The holding part includes a mechanism that fixes a part of the base material and a part of the artificial muscle thread, or a mechanism that locks a part of the base material and a part of the artificial muscle thread,
When the artificial muscle thread expands and contracts, the artificial muscle thread other than the holding portion and the base material can move relative to each other,
the base material maintains its shape when the artificial muscle threads are non-stretchable, and deforms when the artificial muscle threads are stretched;
At least one of the artificial fibers is formed so as to alternately cross the front surface and the back surface of the base material.
Active body.
請求項1に記載の能動体。 At least two or more of the artificial muscle threads are included, and at least one of the holding portions is included per one of the artificial muscle threads.
The active body of Claim 1.
請求項2に記載の能動体。 At least two or more of the holding portions are included per one artificial muscle thread,
3. Active body according to claim 2.
請求項1~3の何れか一項に記載の能動体。 The artificial muscle thread includes at least two artificial muscle threads arranged in the same direction,
The active body according to any one of claims 1-3.
請求項1~4の何れか一項に記載の能動体。 wherein the artificial muscle threads comprise artificial muscle threads arranged in different directions;
The active body according to any one of claims 1-4.
請求項1~5の何れか一項に記載の能動体。 The artificial fibers are formed on the front surface and the back surface of the base material,
The active body according to any one of claims 1-5.
積層される各々の能動体は、
基材と、
伸縮可能な人工筋糸と、
を含み、
前記人工筋糸は、前記基材自体とは別の部材であり、
前記積層される各々の能動体は、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記人工筋糸と前記基材とが相対移動しないように保持する保持部を有し、
前記保持部は、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部を固定したもの、または、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部が係止する機構を含み、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記保持部以外の前記人工筋糸と前記基材とは相対移動可能であり、
前記基材は、前記人工筋糸が非伸縮時には形状を維持し、前記人工筋糸が伸縮した時には形状が変形する、
積層型の能動体。 A layered active body in which a plurality of active bodies containing stretchable artificial muscle threads are stacked,
Each active to be stacked is
a substrate;
a stretchable artificial muscle thread;
including
The artificial muscle thread is a member separate from the base material itself,
Each of the stacked active bodies includes:
a holding portion that holds the artificial muscle thread and the base material so that they do not move relative to each other when the artificial muscle thread expands and contracts;
The holding part includes a mechanism that fixes a part of the base material and a part of the artificial muscle thread, or a mechanism that locks a part of the base material and a part of the artificial muscle thread,
When the artificial muscle thread expands and contracts, the artificial muscle thread other than the holding portion and the base material can move relative to each other,
The base material maintains its shape when the artificial muscle threads are not stretched, and deforms when the artificial muscle threads are stretched.
Laminated active body.
連結部を介して連結される各々の能動体は、
基材と、
伸縮可能な人工筋糸と、
を含み、
前記人工筋糸は、前記基材自体とは別の部材であり、
前記連結部を介して連結される各々の能動体は、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記人工筋糸と前記基材とが相対移動しないように保持する保持部を有し、
前記保持部は、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部を固定したもの、または、前記基材の一部と前記人工筋糸の一部が係止する機構を含み、
前記人工筋糸が伸縮した時に、前記保持部以外の前記人工筋糸と前記基材とは相対移動可能であり、
前記基材は、前記人工筋糸が非伸縮時には形状を維持し、前記人工筋糸が伸縮した時には形状が変形する、
連結型の能動体。 A connected active body in which an active body including stretchable artificial muscle thread is connected via a connecting portion,
Each active body that is connected via the connecting part is
a substrate;
a stretchable artificial muscle thread;
including
The artificial muscle thread is a member separate from the base material itself,
Each active body connected via the connecting part,
a holding portion that holds the artificial muscle thread and the base material so that they do not move relative to each other when the artificial muscle thread expands and contracts;
The holding part includes a mechanism that fixes a part of the base material and a part of the artificial muscle thread, or a mechanism that locks a part of the base material and a part of the artificial muscle thread,
When the artificial muscle thread expands and contracts, the artificial muscle thread other than the holding portion and the base material can move relative to each other,
The base material maintains its shape when the artificial muscle threads are not stretched, and deforms when the artificial muscle threads are stretched.
Connected active body.
動作補助装置。
At least comprising the active body according to any one of claims 1 to 8,
motion aids.
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