JP2007209572A - パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置を提供すること。
【解決手段】パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、静止節1と出力節2との間を複数の連鎖3で連結し、連鎖3の静止節1側端部を駆動関節としてアクチュエータ4を配置したもので、連鎖3をワイヤで構成し、出力節2を上体サポート部とし、ワイヤ3の出力節2側端部を上体サポート部2に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれのワイヤ3の長さをアクチュエータ4によって変更することで上体サポート部2を動作させることを特徴とする。
【選択図】 図1
【解決手段】パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、静止節1と出力節2との間を複数の連鎖3で連結し、連鎖3の静止節1側端部を駆動関節としてアクチュエータ4を配置したもので、連鎖3をワイヤで構成し、出力節2を上体サポート部とし、ワイヤ3の出力節2側端部を上体サポート部2に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれのワイヤ3の長さをアクチュエータ4によって変更することで上体サポート部2を動作させることを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
本発明は、例えば車椅子に装着して、上体の姿勢の保持及び動作支援を行うことで健常者と同等な作業を可能とするパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置に関する。
事故などによって下肢機能を失った18歳以上の人口は現在約70万人いる。下肢機能を失うことで、座位姿勢の保持が困難となる,又,上体の動作が大きく制限されてしまう。
従って、これらの人たちにとっては、健常者と同等な作業を可能とする装具の開発が必要である。
ところで、現在研究されているウェアラブルロボットの多くは、シリアルメカニズム形式の機構を利用している。
シリアルメカニズムの特徴としては、シンプルな機構であり、広い作業範囲を有していることが挙げられる。そのため、生産工場などの現場で広く用いられている。
従って、これらの人たちにとっては、健常者と同等な作業を可能とする装具の開発が必要である。
ところで、現在研究されているウェアラブルロボットの多くは、シリアルメカニズム形式の機構を利用している。
シリアルメカニズムの特徴としては、シンプルな機構であり、広い作業範囲を有していることが挙げられる。そのため、生産工場などの現場で広く用いられている。
しかし、シリアルメカニズムでは、各動作関節に対応させてアクチュエータが必要であるため、機構全体が大型・高重量となり、人間への装着は容易ではない。
そこで、本発明は、パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置を提供することを目的とする。
請求項1記載の本発明のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、静止節と出力節との間を複数の連鎖で連結し、前記連鎖の前記静止節側端部に駆動部としてアクチュエータを配置したパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であって、前記連鎖をワイヤで構成し、前記出力節を上体サポート部とし、前記ワイヤの前記出力節側端部を前記上体サポート部に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれの前記ワイヤの長さを前記アクチュエータによって変更することで前記上体サポート部を動作させることを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、一端側に前記上体サポート部を連結して前記上体サポート部を所定高さに保持する支柱を有し、前記支柱の他端を屈曲可能な腰骨部を介して前記静止節側に連結することを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記上体サポート部を円弧又はリング状に形成し、前記上体サポート部を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接させて前記支柱を配置することを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を2つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、前記腰骨部を前記屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を3つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の中のいずれか二つの動作を行わせ、前記腰骨部を前記二つの動作と同じ方向の2自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を4つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、前記腰骨部を3自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記アクチュエータを制御する制御部と、前記制御部に対して動作指示を行う入力部とを有し、前記入力部としてジョイステックを用いることを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記静止節を構成する第1のサポーター部と、前記出力節を構成する第2のサポーター部とを備え、前記第1のサポーター部と前記第2のサポーター部とを人体に装着して用いることを特徴とする。
請求項9記載の本発明の車椅子は、請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であって、前記アクチュエータと前記支柱の他端側を座面側に設けたことを特徴とする。
請求項2記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、一端側に前記上体サポート部を連結して前記上体サポート部を所定高さに保持する支柱を有し、前記支柱の他端を屈曲可能な腰骨部を介して前記静止節側に連結することを特徴とする。
請求項3記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記上体サポート部を円弧又はリング状に形成し、前記上体サポート部を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接させて前記支柱を配置することを特徴とする。
請求項4記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を2つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、前記腰骨部を前記屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項5記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を3つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の中のいずれか二つの動作を行わせ、前記腰骨部を前記二つの動作と同じ方向の2自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項6記載の本発明は、請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記連鎖数を4つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、前記腰骨部を3自由度の連結とすることを特徴とする。
請求項7記載の本発明は、請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記アクチュエータを制御する制御部と、前記制御部に対して動作指示を行う入力部とを有し、前記入力部としてジョイステックを用いることを特徴とする。
請求項8記載の本発明は、請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、前記静止節を構成する第1のサポーター部と、前記出力節を構成する第2のサポーター部とを備え、前記第1のサポーター部と前記第2のサポーター部とを人体に装着して用いることを特徴とする。
請求項9記載の本発明の車椅子は、請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であって、前記アクチュエータと前記支柱の他端側を座面側に設けたことを特徴とする。
本発明によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤを用いることで軽量で小型な装置を実現できるとともに、ワイヤによって柔軟性を有するために違和感なく人体に装着することができる。
本発明の第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、連鎖をワイヤで構成し、出力節を上体サポート部とし、ワイヤの出力節側端部を上体サポート部に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれのワイヤの長さをアクチュエータによって変更することで上体サポート部を動作させるものである。本実施の形態によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤを用いることで軽量で小型な装置を実現できるとともに、ワイヤによって柔軟性を有するために違和感なく人体に装着することができる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、一端側に上体サポート部を連結して上体サポート部を所定高さに保持する支柱を有し、支柱の他端を屈曲可能な腰骨部を介して静止節側に連結するものである。本実施の形態によれば、上体サポート部を支柱によって保持するとともに、この支柱の他端を屈曲可能な腰骨部によって静止節側に連結することで、この支柱を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、上体サポート部を円弧又はリング状に形成し、上体サポート部を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接させて支柱を配置するものである。本実施の形態によれば、支柱を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
本発明の第4の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を2つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、腰骨部を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、前後の屈伸又は左右の屈伸又は回旋のいずれかの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
本発明の第5の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を3つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の中のいずれか二つの動作を行わせ、腰骨部を二つの動作と同じ方向の2自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、前後の屈伸、左右の屈伸、回旋の中のいずれか二つの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
本発明の第6の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を4つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部を3自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
本発明の第7の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、アクチュエータを制御する制御部と、制御部に対して動作指示を行う入力部とを有し、入力部としてジョイステックを用いるものである。本実施の形態によれば、ジョイステックによる操作によって間違いなく希望する動作を行わせることができる。
本発明の第8の実施の形態は、第1から第7の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、静止節を構成する第1のサポーター部と、出力節を構成する第2のサポーター部とを備え、第1のサポーター部と第2のサポーター部とを人体に装着して用いるものである。本実施の形態によれば、軽量で安全な装着型ロボットスーツを実現できる。
本発明の第9の実施の形態による車椅子は、第1から第7の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、アクチュエータと支柱の他端側を座面側に設けたものである。本実施の形態によれば、上体の姿勢の保持及び動作支援を行うことができる車椅子を実現できる。
本発明の第2の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、一端側に上体サポート部を連結して上体サポート部を所定高さに保持する支柱を有し、支柱の他端を屈曲可能な腰骨部を介して静止節側に連結するものである。本実施の形態によれば、上体サポート部を支柱によって保持するとともに、この支柱の他端を屈曲可能な腰骨部によって静止節側に連結することで、この支柱を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
本発明の第3の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、上体サポート部を円弧又はリング状に形成し、上体サポート部を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接させて支柱を配置するものである。本実施の形態によれば、支柱を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
本発明の第4の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を2つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、腰骨部を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、前後の屈伸又は左右の屈伸又は回旋のいずれかの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
本発明の第5の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を3つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の中のいずれか二つの動作を行わせ、腰骨部を二つの動作と同じ方向の2自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、前後の屈伸、左右の屈伸、回旋の中のいずれか二つの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
本発明の第6の実施の形態は、第2の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、連鎖数を4つとして、上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部を3自由度の連結とするものである。本実施の形態によれば、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
本発明の第7の実施の形態は、第1の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、アクチュエータを制御する制御部と、制御部に対して動作指示を行う入力部とを有し、入力部としてジョイステックを用いるものである。本実施の形態によれば、ジョイステックによる操作によって間違いなく希望する動作を行わせることができる。
本発明の第8の実施の形態は、第1から第7の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、静止節を構成する第1のサポーター部と、出力節を構成する第2のサポーター部とを備え、第1のサポーター部と第2のサポーター部とを人体に装着して用いるものである。本実施の形態によれば、軽量で安全な装着型ロボットスーツを実現できる。
本発明の第9の実施の形態による車椅子は、第1から第7の実施の形態によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置において、アクチュエータと支柱の他端側を座面側に設けたものである。本実施の形態によれば、上体の姿勢の保持及び動作支援を行うことができる車椅子を実現できる。
本発明の一実施例について以下に説明する。
図1から図3は本発明のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であり、図1は3自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図、図2は1自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図、図3は2自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図である。
図1から図3は本発明のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であり、図1は3自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図、図2は1自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図、図3は2自由度の動作を支援する上体動作支援装置の概念構成図である。
本発明の上体の姿勢保持及び動作支援装置に採用するメカニズムはパラレルメカニズムである。
人の腰の動作には、屈曲及び伸展を行う前後屈伸動作と、左側屈及び右側屈を行う左右屈伸動作と、左回旋及び右回旋を行う回旋動作がある。
図1は、前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の全ての動作を行わせることができる装置の概念構成図であり、図2は、前後の屈伸又は左右の屈伸又は回旋のいずれかの動作を行わせることができる装置の概念構成図であり、図3は、前後の屈伸、左右の屈伸、回旋の動作のいずれか二つを行わせることができる装置の概念構成図である。
図1から図3に示すように、静止節1と出力節2との間を複数の連鎖3で連結し、この連鎖3の静止節1側端部に駆動部としてのアクチュエータ4を配置している。
本装置は、連鎖3をワイヤで構成し、出力節2を上体サポート部とし、ワイヤ3の出力節2側端部を上体サポート部2に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれのワイヤ3の長さをアクチュエータ4によって変更することで上体サポート部2を動作させるものである。アクチュエータ4は、モータやプーリーなどの駆動機構によって構成することができる。
また、本装置は、一端側に上体サポート部2を連結して上体サポート部2を所定高さに保持する支柱5を有し、支柱5の他端を屈曲可能な腰骨部6を介して静止節1側に連結している。上体サポート部2は上体を保持可能にリング状に形成し、支柱5は、上体サポート部2を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接する位置に配置している。
人の腰の動作には、屈曲及び伸展を行う前後屈伸動作と、左側屈及び右側屈を行う左右屈伸動作と、左回旋及び右回旋を行う回旋動作がある。
図1は、前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の全ての動作を行わせることができる装置の概念構成図であり、図2は、前後の屈伸又は左右の屈伸又は回旋のいずれかの動作を行わせることができる装置の概念構成図であり、図3は、前後の屈伸、左右の屈伸、回旋の動作のいずれか二つを行わせることができる装置の概念構成図である。
図1から図3に示すように、静止節1と出力節2との間を複数の連鎖3で連結し、この連鎖3の静止節1側端部に駆動部としてのアクチュエータ4を配置している。
本装置は、連鎖3をワイヤで構成し、出力節2を上体サポート部とし、ワイヤ3の出力節2側端部を上体サポート部2に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれのワイヤ3の長さをアクチュエータ4によって変更することで上体サポート部2を動作させるものである。アクチュエータ4は、モータやプーリーなどの駆動機構によって構成することができる。
また、本装置は、一端側に上体サポート部2を連結して上体サポート部2を所定高さに保持する支柱5を有し、支柱5の他端を屈曲可能な腰骨部6を介して静止節1側に連結している。上体サポート部2は上体を保持可能にリング状に形成し、支柱5は、上体サポート部2を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接する位置に配置している。
図1では4つのワイヤ3とこれらのワイヤ3に対応するアクチュエータ4によって、静止節1と出力節(上体サポート部)2とを連結し、腰骨部6として3自由度の連結機構としている。
図2では2つのワイヤ3とこれらのワイヤ3に対応するアクチュエータ4によって、静止節1と出力節(上体サポート部)2とを連結し、腰骨部6として屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結機構としている。
図3では3つのワイヤ3とこれらのワイヤ3に対応するアクチュエータ4によって、静止節1と出力節(上体サポート部)2とを連結し、腰骨部6として屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の2自由度の連結機構としている。
以上のように、本装置に用いるパラレルワイヤ駆動機構における主要構成であるワイヤ3の本数は、支援する上体動作の自由度によって決定される。ワイヤ3の本数と自由度との関係は、「ワイヤ3の本数=自由度+1」で表される。
図2では2つのワイヤ3とこれらのワイヤ3に対応するアクチュエータ4によって、静止節1と出力節(上体サポート部)2とを連結し、腰骨部6として屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結機構としている。
図3では3つのワイヤ3とこれらのワイヤ3に対応するアクチュエータ4によって、静止節1と出力節(上体サポート部)2とを連結し、腰骨部6として屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の2自由度の連結機構としている。
以上のように、本装置に用いるパラレルワイヤ駆動機構における主要構成であるワイヤ3の本数は、支援する上体動作の自由度によって決定される。ワイヤ3の本数と自由度との関係は、「ワイヤ3の本数=自由度+1」で表される。
本実施例によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤ3を用いることで軽量で小型な装置を実現できるとともに、ワイヤ3によって柔軟性を有するために違和感なく人体に装着することができる。
また本実施例によれば、上体サポート部2を支柱5によって保持するとともに、この支柱5の他端を屈曲可能な腰骨部6によって座面側に連結することで、この支柱5を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
また本実施例によれば、支柱5を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を2つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、腰骨部6を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とすることで、前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部6によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を3つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋動作のいずれか二つを行わせ、腰骨部6を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の2自由度の連結とすることで、前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋動作の中のいずれか二つを確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部6によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を4つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部6を3自由度の連結とすることで、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
また本実施例によれば、上体サポート部2を支柱5によって保持するとともに、この支柱5の他端を屈曲可能な腰骨部6によって座面側に連結することで、この支柱5を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
また本実施例によれば、支柱5を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を2つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、腰骨部6を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とすることで、前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部6によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を3つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋動作のいずれか二つを行わせ、腰骨部6を屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の2自由度の連結とすることで、前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋動作の中のいずれか二つを確実に行わせることができるとともに、それ以外の方向への動作を腰骨部6によって規制することで、安全性を高めて確実な動作サポートを行わせることができる。
また本実施例によれば、連鎖3を4つとして、上体サポート部2を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部6を3自由度の連結とすることで、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
以下に本発明のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置を座椅子として適用した場合の実施例について説明する。
図4は本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置の斜視図、図5は同装置の上面図である。
本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、静止節を構成する座面(ベース)10と出力節を形成する上体サポート部20との間を4本のワイヤ30A、30B、30C、30Dで連結している。
座面10には、それぞれのワイヤ30A、30B、30C、30Dの長さを変更するアクチュエータ40A、40B、40C、40Dが設けられている。
上体サポート部20は、リング状に形成したものを示しているが、円弧状のものでもよい。このサポート部20には、支柱50が連結されている。支柱50は、上体サポート部20のリング部の一部を構成することが好ましいが、図示のようにリング部の内周面側に設けてもよい。また、リング部の外周部側に設けてもよい。
上部サポート部20には、ワイヤ30A、30Bを連結する連結部21と、ワイヤ30C、30Dを連結する連結部22を有している。連結部21は、上部サポート部20のリング部に形成し、連結部22は、リング部外周側に支柱50から所定距離だけ離間させて設けている。
支柱50は、一端側に上体サポート部20を連結し、他端側に腰骨部60を設けている。そして、この腰骨部60は、座面10に連結している。本実施例における腰骨部60は3自由度の連結機構であり、例えばボールジョイントが適している。
図4は本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置の斜視図、図5は同装置の上面図である。
本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、静止節を構成する座面(ベース)10と出力節を形成する上体サポート部20との間を4本のワイヤ30A、30B、30C、30Dで連結している。
座面10には、それぞれのワイヤ30A、30B、30C、30Dの長さを変更するアクチュエータ40A、40B、40C、40Dが設けられている。
上体サポート部20は、リング状に形成したものを示しているが、円弧状のものでもよい。このサポート部20には、支柱50が連結されている。支柱50は、上体サポート部20のリング部の一部を構成することが好ましいが、図示のようにリング部の内周面側に設けてもよい。また、リング部の外周部側に設けてもよい。
上部サポート部20には、ワイヤ30A、30Bを連結する連結部21と、ワイヤ30C、30Dを連結する連結部22を有している。連結部21は、上部サポート部20のリング部に形成し、連結部22は、リング部外周側に支柱50から所定距離だけ離間させて設けている。
支柱50は、一端側に上体サポート部20を連結し、他端側に腰骨部60を設けている。そして、この腰骨部60は、座面10に連結している。本実施例における腰骨部60は3自由度の連結機構であり、例えばボールジョイントが適している。
図4に示すように、アクチュエータ40A、40B、40C、40Dは制御部41によって制御され、入力部42から制御部41に対して動作指示を行うように構成されている。ここで、入力部42としてジョイステックを用いることが好ましい。
図5に示すように、上体サポート部20は、複数の円弧部材20A、20B、20C、20Dによって構成されており、それぞれの円弧部材20A、20B、20C、20Dは、接続部23A、23B、23C、23Dによって連結されている。人が本装置を用いる場合には、いずれかの接続部23A、23B、23C、23Dの接続を解除し、円弧部材20A、20B、20C、20Dを回動させることで、人体挿入空間を形成する。
4本のワイヤ30A、30B、30C、30Dの上部サポート部20との結合部と、それぞれのワイヤ30A、30B、30C、30Dの長さを変更する4つのアクチュエータ40A、40B、40C、40Dとは、支柱50を中心とする直交する仮想X−Y軸によって4分割されるエリアにそれぞれ一対ずつが配置される。
すなわち、ワイヤ30Aの上部サポート部20との結合部は(X、Y)平面内に、ワイヤ30Bの上部サポート部20との結合部は(X、−Y)平面内に、ワイヤ30Cの上部サポート部20との結合部は(−X、Y)平面内に、ワイヤ30Dの上部サポート部20との結合部は(−X、−Y)平面内に位置するように配置している。ただし、図5に示す実施例では、ワイヤ30A、30B、30C、30Dの上部サポート部20との結合部はY=0の位置に配置している。
また、ワイヤ30Aのアクチュエータ40Aとの結合部は(X、Y)平面内に、ワイヤ30Bのアクチュエータ40Bとの結合部は(X、−Y)平面内に、ワイヤ30Cの上部アクチュエータ40Cとの結合部は(−X、Y)平面内に、ワイヤ30Dのアクチュエータ40Dとの結合部は(−X、−Y)平面内に位置するように配置している。
図5に示すように、上体サポート部20は、複数の円弧部材20A、20B、20C、20Dによって構成されており、それぞれの円弧部材20A、20B、20C、20Dは、接続部23A、23B、23C、23Dによって連結されている。人が本装置を用いる場合には、いずれかの接続部23A、23B、23C、23Dの接続を解除し、円弧部材20A、20B、20C、20Dを回動させることで、人体挿入空間を形成する。
4本のワイヤ30A、30B、30C、30Dの上部サポート部20との結合部と、それぞれのワイヤ30A、30B、30C、30Dの長さを変更する4つのアクチュエータ40A、40B、40C、40Dとは、支柱50を中心とする直交する仮想X−Y軸によって4分割されるエリアにそれぞれ一対ずつが配置される。
すなわち、ワイヤ30Aの上部サポート部20との結合部は(X、Y)平面内に、ワイヤ30Bの上部サポート部20との結合部は(X、−Y)平面内に、ワイヤ30Cの上部サポート部20との結合部は(−X、Y)平面内に、ワイヤ30Dの上部サポート部20との結合部は(−X、−Y)平面内に位置するように配置している。ただし、図5に示す実施例では、ワイヤ30A、30B、30C、30Dの上部サポート部20との結合部はY=0の位置に配置している。
また、ワイヤ30Aのアクチュエータ40Aとの結合部は(X、Y)平面内に、ワイヤ30Bのアクチュエータ40Bとの結合部は(X、−Y)平面内に、ワイヤ30Cの上部アクチュエータ40Cとの結合部は(−X、Y)平面内に、ワイヤ30Dのアクチュエータ40Dとの結合部は(−X、−Y)平面内に位置するように配置している。
次に、図4及び図5を用いて動作について説明する。
なお、人は支柱50側を背中にして座するため、図5における紙面下方向を人体の前、紙面右方向を人体の左として説明する。
まず、前後屈伸動作における屈曲動作は、ワイヤ30A、30Bの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Bを動作させるとともに、ワイヤ30C、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40C、40Dを動作させる。この場合、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、前後屈伸動作における伸展動作は、ワイヤ30C、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40C、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Bの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Bを動作させる。この場合においても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、左屈曲動作は、ワイヤ30A、30Cの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Cを動作させるとともに、ワイヤ30B、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40B、40Dを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、右屈曲動作は、ワイヤ30B、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40B、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Cの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Cを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、左回旋動作は、ワイヤ30A、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30B、30Cの長さが長くなるようにアクチュエータ40B、40Cを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、右回旋動作は、ワイヤ30B、30Cの長さが短くなるようにアクチュエータ40B、40Cを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Dを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
なお、人は支柱50側を背中にして座するため、図5における紙面下方向を人体の前、紙面右方向を人体の左として説明する。
まず、前後屈伸動作における屈曲動作は、ワイヤ30A、30Bの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Bを動作させるとともに、ワイヤ30C、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40C、40Dを動作させる。この場合、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、前後屈伸動作における伸展動作は、ワイヤ30C、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40C、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Bの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Bを動作させる。この場合においても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、左屈曲動作は、ワイヤ30A、30Cの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Cを動作させるとともに、ワイヤ30B、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40B、40Dを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、右屈曲動作は、ワイヤ30B、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40B、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Cの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Cを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、左回旋動作は、ワイヤ30A、30Dの長さが短くなるようにアクチュエータ40A、40Dを動作させるとともに、ワイヤ30B、30Cの長さが長くなるようにアクチュエータ40B、40Cを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
次に、右回旋動作は、ワイヤ30B、30Cの長さが短くなるようにアクチュエータ40B、40Cを動作させるとともに、ワイヤ30A、30Dの長さが長くなるようにアクチュエータ40A、40Dを動作させる。この場合のおいても、全てのワイヤ30A、30B、30C、30Dは、張力が常に加わる状態を維持して行われる。
本実施例によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤ30A、30B、30C、30Dを用いることで軽量で小型な装置を実現できるとともに、ワイヤ30A、30B、30C、30Dによって柔軟性を有するために違和感なく人体に装着することができる。
また本実施例によれば、上体サポート部20を支柱50によって保持するとともに、この支柱50の他端を屈曲可能な腰骨部60によって座面側に連結することで、この支柱50を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
また本実施例によれば、支柱50を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
また本実施例によれば、4つのワイヤ30A、30B、30C、30Dを用い、上体サポート部20を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部60を3自由度の連結とすることで、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
また本実施例によれば、アクチュエータ40A、40B、40C、40Dと支柱50の他端側を座面10側に設けることで、上体の姿勢の保持及び動作支援を行うことができる椅子を実現でき、車椅子としても適用できる。
また本実施例によれば、上体サポート部20を支柱50によって保持するとともに、この支柱50の他端を屈曲可能な腰骨部60によって座面側に連結することで、この支柱50を軸とした屈伸動作や回旋動作を行えるため、上体の姿勢の保持及び動作支援をサポートすることができる。
また本実施例によれば、支柱50を背骨に近接させることで、人体の上体動作にあわせた動作を行わせることができる。
また本実施例によれば、4つのワイヤ30A、30B、30C、30Dを用い、上体サポート部20を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、腰骨部60を3自由度の連結とすることで、上体の動作を不自由なく確実に行わせることができる。
また本実施例によれば、アクチュエータ40A、40B、40C、40Dと支柱50の他端側を座面10側に設けることで、上体の姿勢の保持及び動作支援を行うことができる椅子を実現でき、車椅子としても適用できる。
次に、図6を用いてパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置を装着型ロボットスーツとして適用した場合の実施例について説明する。
図6は本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置の概念斜視図である。
本装置は、静止節を構成する第1のサポーター部(上部サポーター部)15と、出力節を構成する第2のサポーター部(下部サポーター部)25と、上部サポーター部15と下部サポーター部25との間の人体を保護する中部サポーター部35を備え、これら上部サポーター部15、下部サポーター部25、及び中部サポーター部35を人体に装着して用いるものである。
なお、背骨の位置には支柱55を配置し、上部サポーター部15と下部サポーター部25とは複数本のワイヤ31によって連結している。また、図示はしないが、本実施例では上部サポーター15に、アクチュエータとこのアクチュエータを制御する制御部と電源部を内蔵している。
このように本実施例によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤ31を用いることで、軽量で安全な装着型ロボットスーツを実現することができる。
図6は本実施例によるパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置の概念斜視図である。
本装置は、静止節を構成する第1のサポーター部(上部サポーター部)15と、出力節を構成する第2のサポーター部(下部サポーター部)25と、上部サポーター部15と下部サポーター部25との間の人体を保護する中部サポーター部35を備え、これら上部サポーター部15、下部サポーター部25、及び中部サポーター部35を人体に装着して用いるものである。
なお、背骨の位置には支柱55を配置し、上部サポーター部15と下部サポーター部25とは複数本のワイヤ31によって連結している。また、図示はしないが、本実施例では上部サポーター15に、アクチュエータとこのアクチュエータを制御する制御部と電源部を内蔵している。
このように本実施例によれば、パラレルメカニズムを用いるとともに連鎖としてワイヤ31を用いることで、軽量で安全な装着型ロボットスーツを実現することができる。
本発明のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置は、障害者の動作支援用装置や障害者のリハビリ用装置の他に、身体機能測定装置としても適用することができる。
1 静止節
2 出力節(上体サポート部)
3 連鎖(ワイヤ)
4 アクチュエータ
5 支柱
6 腰骨部
10 静止節(座面)
15 静止節(上部サポーター部)
20 出力節(上体サポート部)
25 出力節(下部サポーター部)
30 連鎖(ワイヤ)
31 連鎖(ワイヤ)
40 アクチュエータ
50 支柱
60 腰骨部
2 出力節(上体サポート部)
3 連鎖(ワイヤ)
4 アクチュエータ
5 支柱
6 腰骨部
10 静止節(座面)
15 静止節(上部サポーター部)
20 出力節(上体サポート部)
25 出力節(下部サポーター部)
30 連鎖(ワイヤ)
31 連鎖(ワイヤ)
40 アクチュエータ
50 支柱
60 腰骨部
Claims (9)
- 静止節と出力節との間を複数の連鎖で連結し、前記連鎖の前記静止節側端部に駆動部としてアクチュエータを配置したパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であって、前記連鎖をワイヤで構成し、前記出力節を上体サポート部とし、前記ワイヤの前記出力節側端部を前記上体サポート部に連結し、張力が常に加わる条件の下でそれぞれの前記ワイヤの長さを前記アクチュエータによって変更することで前記上体サポート部を動作させることを特徴とするパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 一端側に前記上体サポート部を連結して前記上体サポート部を所定高さに保持する支柱を有し、前記支柱の他端を屈曲可能な腰骨部を介して前記静止節側に連結することを特徴とする請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記上体サポート部を円弧又はリング状に形成し、前記上体サポート部を人体に装着した場合に背骨が位置する場所に近接させて前記支柱を配置することを特徴とする請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記連鎖数を2つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、又は回旋のいずれかの動作を行わせ、前記腰骨部を前記屈伸又は回旋動作方向と同じ方向の1自由度の連結とすることを特徴とする請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記連鎖数を3つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の中のいずれか二つの動作を行わせ、前記腰骨部を前記二つの動作と同じ方向の2自由度の連結とすることを特徴とする請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記連鎖数を4つとして、前記上体サポート部を前後の屈伸、左右の屈伸、及び回旋の動作を行わせ、前記腰骨部を3自由度の連結とすることを特徴とする請求項2に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記アクチュエータを制御する制御部と、前記制御部に対して動作指示を行う入力部とを有し、前記入力部としてジョイステックを用いることを特徴とする請求項1に記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 前記静止節を構成する第1のサポーター部と、前記出力節を構成する第2のサポーター部とを備え、前記第1のサポーター部と前記第2のサポーター部とを人体に装着して用いることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置。
- 請求項1から請求項7のいずれかに記載のパラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置であって、前記アクチュエータと前記支柱の他端側を座面側に設けたことを特徴とする車椅子。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006033265A JP2007209572A (ja) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006033265A JP2007209572A (ja) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007209572A true JP2007209572A (ja) | 2007-08-23 |
Family
ID=38488482
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2006033265A Withdrawn JP2007209572A (ja) | 2006-02-10 | 2006-02-10 | パラレルワイヤ駆動機構を用いた上体の姿勢保持及び動作支援装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007209572A (ja) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101979591B1 (ko) * | 2018-01-04 | 2019-08-28 | 연세대학교 원주산학협력단 | 다방향 삼차원 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 |
-
2006
- 2006-02-10 JP JP2006033265A patent/JP2007209572A/ja not_active Withdrawn
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KR101979591B1 (ko) * | 2018-01-04 | 2019-08-28 | 연세대학교 원주산학협력단 | 다방향 삼차원 팔다리 교대 재활 운동 기기와 그것의 제어 방법 |
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