JP6534991B2 - 介助ロボット - Google Patents

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Description

本発明は、被介助者の起立動作を補助する介助ロボットに関するものである。
特許文献1には、被介助者の起立動作を補助する介助ロボットが記載されている。ここで、被介助者を座位姿勢から立位姿勢に安定して移動させるためには、保持部を基台に対して上昇、前後動及び傾動をさせる必要がある。そこで、介助ロボットは、被介助者を保持する保持部が基台に対して昇降、前後動、及び、傾動をするために、複数の関節を備えるアーム部を備える。アーム部は、基台に対して第一アーム部を傾動させる第一関節、第一アーム部に対して第二アーム部をスライドさせる第二関節、第二アーム部に対して保持部を傾動させる第三関節を備える。
国際公開第2014/122751号
しかし、基台に対して第一アーム部を傾動させる第一関節は、保持部から離れた位置に位置するため、保持部が被介助者から受ける力に伴って生じるモーメントが非常に大きくなる。そのため、第一関節を駆動するためのアクチュエータが大型となる。つまり、介助ロボット全体が大型となる。
本発明は、小型のアクチュエータを用いることができる介助ロボットを提供することを目的とする。
介助ロボットは、基台と、前記基台に対して昇降する昇降部と、被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータとを備える。前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備える。
保持部は、昇降部に対して前後動し且つ傾動する。そして、前後動アクチュエータが、昇降部に対する保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う。そのため、被介助者の前後動且つ傾動は、前後動アクチュエータの駆動によって行われる。このように、本発明においては、前後動アクチュエータは、昇降部に対して保持部を駆動する。つまり、従来のように昇降部を基台に対してモーメント駆動させるアクチュエータに比べて、本発明における前後動アクチュエータは、小型となる。
第一実施形態の介助ロボット1を進行方向右側から見た図である。図の右側が進行方向前方である。 図1の介助ロボット1の平面図である。図の右側が進行方向前方である。 介助ロボット1を進行方向後方から見た図である。 介助ロボット1を進行方向前方から見た図である。 図1の介助ロボット1における保持部を上昇させた状態の介助ロボット1を進行方向右側から見た図である。 図1の介助ロボット1の内部構造を示し、介助ロボット1を進行方向右側から見た図である。 図6の介助ロボット1の左側から見た図、すなわち介助ロボット1を進行方向後方から見た図である。 図7の8−8断面図である。 図8の上部における昇降部40、保持部50及び前後動アクチュエータ90,100の拡大図である。ただし、図10の9−9断面図に相当する。 図9の10−10断面図である。 保持部50が図9に示す状態から前方へ移動し且つ前傾した状態を示す図である。 介助ロボット1の制御装置120のブロック図である。 被介助者M1が着座姿勢のときの介助ロボット1を進行方向右側から見た図である。 被介助者M1が起立姿勢のときの介助ロボット1を進行方向右側から見た図である。 第二実施形態の介助ロボット200における昇降部240、保持部250及び前後動アクチュエータ260の拡大図である。 保持部250が図15に示す状態から前方へ移動し且つ前傾した状態を示す図である。 第三実施形態の介助ロボット300における昇降部340、保持部350及び前後動アクチュエータ360の拡大図である。 保持部350が図17に示す状態から前方へ移動し且つ前傾した状態を示す図である。 第四実施形態の介助ロボット400における昇降部440、保持部450及び前後動アクチュエータ460の拡大図である。 保持部450が図19に示す状態から前方へ移動し且つ前傾した状態を示す図である。
<第一実施形態>
(1.介助ロボット1の全体構成)
第一実施形態の介助ロボット1の全体構成について、図1−図5を参照して説明する。介助ロボット1は、被介助者M1(図13,図14に示す)の体の一部(例えば、上半身)を支えて起立動作及び着座動作を補助する。介助ロボット1は、図1−図5に示すように、基台10、昇降アーム20,30、昇降部40、保持部50、昇降アクチュエータ70,80、前後動アクチュエータ90,100及び制御装置120を備える。以下の説明において、前後左右は、介助ロボット1の進行方向を前方としたときの前後左右とする。
基台10は、地面に設置する部位である。基台10は、図2に示すように、平面視で、後方に開口するU字形状に形成される。基台10は、4つの車輪15−18を備え、前後進可能である。
昇降アーム20,30は、基台10の上面のうち左右それぞれに設けられ、上方に向かって伸縮可能に設けられる。昇降アーム20,30は、図1及び図5に示すように、上端が下端に対して前方に傾斜する方向に、直線状に伸縮する。昇降部40は、昇降アーム20,30の上端に設けられる。昇降アーム20,30が上下方向に伸縮することで、昇降部40は、基台10に対して昇降する。つまり、図1及び図5に示すように、昇降部40は、基台10に対して上昇するにつれて、前方に移動する方向に直動する。
保持部50は、昇降部40の上側に位置し、昇降部40に支持される。保持部50は、昇降部40に対して前後動し且つ傾動する。保持部50は、被介助者M1の体の一部を保持する。保持部50は、被介助者M1に応じて交換可能なアタッチメント60を備える。
昇降アクチュエータ70,80は、基台10に対する昇降部40の昇降動作の駆動を行う。昇降アクチュエータ70,80のそれぞれは、対応する昇降アーム20,30の伸縮を駆動する。つまり、昇降アクチュエータ70,80の駆動により、昇降部40が、基台10に対して図1に示す状態から図5に示す上昇位置且つ前進位置への動作、及び、その逆の動作を行う。昇降アクチュエータ70,80は、基台10及び昇降アーム20,30に亘って設けられる。
前後動アクチュエータ90,100は、昇降部40に対する保持部50の前後動且つ傾動の駆動を行う。つまり、前後動アクチュエータ90,100の駆動により、保持部50が、昇降部40に対して図1に示す状態から図5に示す前進位置且つ前傾状態への動作、及び、その逆の動作を行う。前後動アクチュエータ90,100は、昇降部40及び保持部50に亘って設けられる。
制御装置120は、被介助者M1による操作に応じて、昇降アクチュエータ70,80、前後動アクチュエータ90,100を制御する。
(2.介助ロボット1の内部構造)
介助ロボット1は、図1−図5に示すように、基台10のカバー11、昇降アーム20,30のそれぞれのカバー25,35、昇降部40のカバー45、保持部50のアタッチメント60を備える。そこで、これらを取り除いた介助ロボット1の内部構造について、図6−図8を参照して説明する。ただし、昇降部40、保持部50及び前後動アクチュエータ90,100は、後述する。
基台10は、左右フレーム12,13、及び、左右フレーム12,13の前端部を連結する連結フレーム14を備える。左右フレーム12,13は、被介助者M1が入るために必要な間隔を開けて配置される。左右フレーム12,13の後端部には、左右後輪15,16がそれぞれ設けられる。左右フレーム12,13の前端部には、左右前輪17,18がそれぞれ設けられる。左右前輪17,18は、介助ロボット1の進行方向に応じて旋回する。ここで、本実施形態においては、左右後輪15,16及び左右前輪17,18は、駆動力を有しない車輪であるが、モータ等により駆動するようにしてもよい。
昇降アーム20,30は、第一アーム部21,31、第二アーム部22,32及び第三アーム部23,33を備える。第一アーム部21,31、第二アーム部22,32及び第三アーム部23,33は、直線の長尺状に形成される。第一アーム部21,31は、基台10の左右フレーム12,13のそれぞれに固定される。第一アーム部21,31は、基台10に対して前方に所定角度(例えば80度)にて傾斜させて固定される。
第二アーム部22,32は、第一アーム部21,31に対して長手方向にスライドする。第二アーム部22,32が収縮した際には、第二アーム部22,32の大部分が第一アーム部21,31に収容される。
第三アーム部23,33は、第二アーム部22,32に対して長手方向にスライドする。第三アーム部23,33の上端には、昇降部40が固定される。第三アーム部23,33が収縮した際には、第三アーム部23,33の大部分が第二アーム部22,32に収容される。
従って、第二アーム部22,32及び第三アーム部23,33が収縮した際には、図1に示すように、第三アーム部23,33の大部分が第一アーム部21,31及び第二アーム部22,32に収容される。このとき、昇降部40は最下位置に位置する。一方、第二アーム部22,32及び第三アーム部23,33が伸張した際には、図5−図8に示すように、第三アーム部23,33は、第一アーム部21,31に上下方向に重なることなく、第一アーム部21,31から上方に離れた位置に位置する。このとき、昇降部40は最上位置に位置する。
昇降アクチュエータ70,80は、回転駆動源71,81、第一昇降機構72,82及び第二昇降機構73,83を備える。回転駆動源71,81は、回転駆動力を出力するモータを備える。適宜、回転駆動源71,81は、減速機構を備えるようにしてもよい。
第一昇降機構72,82は、回転駆動源71,81に連結され、第一アーム部21,31に対して第二アーム部22,32を昇降する機構である。第一昇降機構72,82は、ねじ機構である。なお、第一昇降機構72,82は、ベルト機構を適用することもできる。第一昇降機構72,82は、回転駆動源71,81により回転駆動するねじ軸72a,82aと、ナット部材72b,82bとを備える。本実施形態においては、ねじ軸72a,82aは、第一アーム部21,31に固定され、ナット部材72b,82bは、第二アーム部22,32に固定される。つまり、ねじ軸72a,82aが回転駆動源71,81により回転することにより、ナット部材72b,82bが昇降する。このようにして、第二アーム部22,32が第一アーム部21,31に対して昇降する。
第二昇降機構73,83は、第二アーム部22,32に対して第三アーム部23,33を昇降する機構である。第二昇降機構73,83は、ベルト機構である。なお、第二昇降機構73,83は、ねじ機構を適用することもできる。第二昇降機構73,83は、第二アーム部22,32の長手方向の両端に回転可能に設けられる下プーリ73a,83a及び上プーリ73b,83bを備える。
さらに、第二昇降機構73,83は、下プーリ73a,83a及び上プーリ73b,83bに懸架されるベルト73c,83cを備える。ベルト73c,83cの一方が第一アーム部21,31の上端連結部材21a,31aに固定され、ベルト73c,83cの他方が第三アーム部23,33の下端連結部材23a,33aに固定される。つまり、第二アーム部22,32が第一アーム部21,31に対して上昇すると、当該上昇動作に連動してベルト73c,83cが回転する。当該回転動作に連動して、第三アーム部23,33が第二アーム部22,32に対して上昇する。第二アーム部22,32及び第三アーム部23,33が下降する動作は、上記動作を逆転させた動作となる。
(3.昇降部40、保持部50、前後動アクチュエータ90,100の構造)
昇降部40、保持部50及び前後動アクチュエータ90,100について、図9−図11を参照して説明する。ここで、以下の説明においては、昇降部40の左側部分と保持部50の左側部分との連結構造について説明する。そのため、右側の前後動アクチュエータ100については説明しない。説明は省略するが、昇降部40の右側部分と保持部50の右側部分との連結構造は、左側の構造を左右対称とした構造となる。
昇降部40は、第三アーム部23の上端に固定される。また、保持部50は、昇降部40に対して、前後動且つ傾動する。ここで、本実施形態の介助ロボット1は、保持部50がレール部材である案内路53を備え、昇降部40が被案内部材43を備えると共に、前後動アクチュエータ90,100のねじ軸93が保持部50に設けられ、ナット部材94が昇降部40に設けられるタイプである。
昇降部40は、図9及び図10に示すように、基部41、揺動支持部42及び被案内部材43を備える。基部41は、図10に示すように、前後方向から見た場合にクランク状に形成され、第三アーム部23,33の上端に固定される。昇降部40の揺動支持部42は、図10に示すように、前後方向から見た場合に下方に開口するU字状に形成され、基部41の一方の側面(図10の右側)に固定される。また、被案内部材43は、後述する案内路53に移動可能に保持される部材である。被案内部材43は、側面に溝を有するブロック状に形成される。被案内部材43は、基部41の他方の側面(図10の左側)に固定される。つまり、昇降部40を構成する基部41、揺動支持部42及び被案内部材43は、一体的に形成される。
保持部50は、本体フレーム51、揺動支持部52及び案内路53を備える。本体フレーム51は、上方から見た場合に後方に開口するU字状に形成される。図9には、本体フレーム51の左側の延在部分を示し、図10には、本体フレーム51の左側の延在部分及び中央連結部分の一部を示す。保持部50の揺動支持部52は、図10に示すように、前後方向から見た場合に下方に開口するU字状に形成される。保持部50の揺動支持部52は、昇降部40の揺動支持部42に前後方向に重なる位置に位置し、昇降部40の揺動支持部42より前方に位置する。
案内路53は、レール部材であり、本体フレーム51の左右の延在部分の側面に固定される。案内路53は、前後方向に延びて形成される。本実施形態においては、案内路53は、湾曲した非直線状、特に円弧形状に形成される。案内路53は、図9に示すように、前方ほど下方に位置するように、且つ、上方に弧凸状となるように、本体フレーム51に固定される。案内路53は、被案内部材43により上下方向から挟み込まれるようにして、被案内部材43を保持する。つまり、案内路53は、図9及び図11に示すように、被案内部材43を案内路53に沿って円弧状に移動させる。
被案内部材43が案内路53に沿って円弧状に移動することによって、図9及び図11に示すように、保持部50の本体フレーム51が、昇降部40に対して前後動し且つ傾動する。詳細には、図9に示すように被案内部材43が案内路53の前端に位置する状態から、図11に示すように被案内部材43が案内路53の後端に位置する状態に変化する際に、保持部50の本体フレーム51は、前方へ移動し、且つ、前傾する。また、被案内部材43と案内路53との位置関係が図11に示す状態から図9に示す状態に変化する場合には、保持部50の本体フレーム51は、後方へ移動し、且つ、傾きが解消する状態へ移動する。このように、案内路53は、被案内部材43を介することによって、昇降部40に対する保持部50の前後動且つ傾動を案内する。
前後動アクチュエータ90,100は、上述したように、昇降部40に対する保持部50の前後動且つ傾動の駆動を行う。ここで、左側の前後動アクチュエータ90と右側の前後動アクチュエータ100は、2つであるが、左右の昇降部40に対して1つの保持部50を駆動する1種類の駆動動作を行うアクチュエータである。つまり、2つの前後動アクチュエータ90,100は、同期して動作し、1種類の駆動動作を行うアクチュエータとして構成される。そして、1種類の駆動動作を行う前後動アクチュエータ90,100が、1種類の駆動動作によって昇降部40に対する保持部50の前後動且つ傾動の駆動を行う。
前後動アクチュエータ90は、図9及び図10に示すように、被支持部材91、回転駆動源92、ねじ軸93及びナット部材94を備える。被支持部材91は、中央に貫通孔が形成されたブロック形状に形成される。被支持部材91は、保持部50の揺動支持部52のU字状の開口端に、左右方向を回転軸線として揺動可能に支持される。
回転駆動源92は、例えばモータである。回転駆動源92は、被支持部材91に固定される。つまり、回転駆動源92は、保持部50の揺動支持部52に対して傾動可能となる。ねじ軸93は、回転駆動源92の出力軸に連結され、回転駆動源92により回転駆動される。ねじ軸93は、被支持部材91により、ねじ軸93の軸線回りに回転可能に支持されている。つまり、ねじ軸93は、回転駆動源92と共に、揺動支持部52に対して傾動可能となる。ナット部材94は、昇降部40の揺動支持部42のU字状の開口端に、左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。ナット部材94は、ねじ軸93に係合し、ねじ軸93の回転に伴ってねじ軸93に沿って移動する。
つまり、回転駆動源92は、その回転駆動によってねじ軸93を回転させ、さらにねじ軸93の回転に伴ってナット部材94を前後方向に移動させる。回転駆動源92の回転に伴って、ねじ軸93の一端を支持する被支持部材91とナット部材94との距離が変化する。このとき、上述したように、被案内部材43が案内路53に沿って円弧状に移動することによって、保持部50の昇降部40に対する姿勢は決定する。そのため、ねじ軸93及びナット部材94は、保持部50が昇降部40に対して前後動し且つ傾動することによって、傾動する。
(4.アタッチメント60の構造)
アタッチメント60について図1−図4を参照して説明する。アタッチメント60は、本体部61、胴体パッド62、左右のグリップ63a,63b、左右の肘載置部64a,64b、脇保持部65a,65b、及び、操作部66を備える。本体部61は、保持部50の本体フレーム51(図9に示す)に着脱可能に取り付けられる。
胴体パッド62は、クッション材によりほぼ板状に形成される。胴体パッド62は、本体部61の上面において、アタッチメント60全体の左右方向の中央部且つ前後方向の中央部に位置する。胴体パッド62は、上面をわずかに後方に傾斜して設けられる。胴体パッド62は、被介助者M1の胴体のほぼ全体、すなわち、胸部から腹部に亘って、且つ、左脇部近傍から右脇部近傍に亘って支持する。特に、胴体パッド62の横幅は、胸部に対応する上方を腹部に対応する下方より狭く形成される。これにより、被介助者M1は、両脇部を違和感なく位置でき、且つ、腹部付近を安定して支持される感覚を得られる。さらに、胴体パッド62の上縁は、被介助者M1の頭部の動作を妨げないように、凹状に形成される。胴体パッド62の下縁は、脚部を進入できるように、且つ、腰部を安定して支持できるように、凹状に形成される。
グリップ63a,63bは、本体部61の左右それぞれにおける前方に固定される。肘載置部64a,64bは、本体部61の左右それぞれにおける後方に配置される。操作部66は、被介助者M1又は介助者が操作するボタンである。脇保持部65a,65bは、円弧状に形成され、胴体バッド62の左右それぞれに配置される。脇保持部65a,65bは、被介助者M1の両脇に挟まれることで、被介助者M1の前後動を規制する。操作部66は、昇降操作用ボタンを備える。被介助者M1が操作部66における昇降操作用ボタンを操作すると、昇降部40が昇降動作を行い、且つ、昇降部40の昇降動作に連動して保持部50が前後動し且つ傾動する。
なお、アタッチメント60は、胴体パッド62、左右のグリップ63a,63b、左右の肘載置部64a,64b、脇保持部65a,65b、及び、操作部66のそれぞれを個別に交換可能としてもよい。また、アタッチメント60は、胴体パッド62、左右のグリップ63a,63b、左右の肘載置部64a,64b、脇保持部65a,65b、及び、操作部66の全てを備えている必要はなく、適宜選択されたものを備える構成としてもよい。
(5.制御装置120の構成及び介助ロボット1の動作)
制御装置120の構成について、図12を参照して説明する。同時に、介助ロボット1の動作について、図13及び図14を参照して説明する。制御装置120は、CPUなどの演算部121と、HDDやFlash SSDなどの記憶部122とを備える。図示しないが、制御装置120は、外部機器としての操作部66、昇降アクチュエータ70,80及び前後動アクチュエータ90,100との通信を行うためのインターフェースを備える。
演算部121は、被介助者M1により操作部66が操作された場合に、操作部66から操作情報を取得する。操作情報は、保持部50に対する上昇動作、下降動作及び停止動作である。さらに、演算部121は、現在の各アクチュエータ70,80,90,100の状態情報、例えば、モータの回転インクリメント値を取得する。そして、演算部121は、取得した操作情報、現在の各アクチュエータ70,80,90,100の状態、及び、記憶部122に記憶されている情報に基づいて、昇降アクチュエータ70,80及び前後動アクチュエータ90,100を同期制御する。ここで、記憶部122には、操作情報と、現在の各アクチュエータ70,80,90,100の状態と、各アクチュエータ70,80,90,100に対する指令値との関係を記憶する。
被介助者M1が座位姿勢のときに、被介助者M1が保持部50のアタッチメント60の胴体パッド62に保持された直後には、図13に示すように、演算部121は、まず前後動アクチュエータ90,100を駆動して、保持部50を前後動し且つ傾動させる。その後、演算部121は、前後動アクチュエータ90,100を駆動しつつ、昇降アクチュエータ70,80を駆動する。つまり、図14に示すように、保持部50は、前後動し且つ傾動しながら、上昇する。保持部50の上昇高さは、被介助者M1の身長に応じて設定可能である。また、被介助者M1が立位姿勢のときから座位姿勢に移行する場合においても、同様に、昇降アクチュエータ70,80による昇降動作と、前後動アクチュエータ90,100による前後動且つ傾動とが協調して行われる。
<第二実施形態>
第二実施形態の介助ロボット200における昇降部240、保持部250及び前後動アクチュエータ260について図15及び図16を参照して説明する。図15及び図16は、第一実施形態における図9及び図10と同様に、昇降部240の左側部分と保持部250の左側部分との連結構造について図示する。
ここで、本実施形態の介助ロボット200は、保持部250がレール部材である案内路253を備え、昇降部240が被案内部材243を備えると共に、前後動アクチュエータ260のねじ軸262が昇降部240に設けられ、ナット部材263が保持部250に設けられるタイプである。
昇降部240は、第三アーム部23の上端に取り付けられる。昇降部240は、基部241、両端支持部242及び被案内部材243を備える。基部241は、第一実施形態の基部41と同様に構成される。両端支持部242は、長尺部の両端に鍔部を有する。両端支持部242の中央部が、基部241の一方の側面(図15の手前面)に、介助ロボット1の左右方向の軸線回りに傾動可能に支持される。被案内部材243は、基部241の他方の側面(図15の奥面)に固定される。
保持部250は、本体フレーム251、揺動支持部252及び案内路253を備える。揺動支持部252は、本体フレーム251に前後方向から見た場合に下方に開口するU字状に形成される。案内路253は、レール部材であり、本体フレーム251の左右の延在部分の側面に固定される。案内路253は、前後方向に延びて形成される。案内路253は、湾曲した非直線状、特に円弧形状に形成される。案内路253は、被案内部材243により上下方向から挟み込まれるようにして、被案内部材243を保持する。つまり、案内路253は、図15及び図16に示すように、被案内部材243を案内路253に沿って円弧状に移動させる。
前後動アクチュエータ260は、図15及び図16に示すように、回転駆動源261、ねじ軸262及びナット部材263を備える。回転駆動源261は、昇降部240の両端支持部242の一方の鍔部に固定される。つまり、回転駆動源261は、昇降部240の基部241に対して傾動可能となる。ねじ軸262は、回転駆動源261の出力軸に連結され、回転駆動源261により回転駆動される。ねじ軸262は、その両端を昇降部240の両端支持部242の両鍔部に、ねじ軸262の軸線回りに回転可能に支持される。つまり、ねじ軸262は、回転駆動源261と共に、昇降部240の基部241に対して傾動可能となる。ナット部材263は、保持部250の揺動支持部252のU字状の開口端に、左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。ナット部材263は、ねじ軸262に係合し、ねじ軸262の回転に伴ってねじ軸262に沿って移動する。
保持部250は、昇降部240に対して、第一実施形態と同様の動作をする。すなわち、図15に示す状態を初期状態として、回転駆動源261が回転駆動することによってねじ軸262が回転し、ねじ軸262の回転に伴ってナット部材263がねじ軸262に沿って一方に移動する。そうすると、ねじ軸262を支持する昇降部240の両端支持部242と、ナット部材263を支持する保持部250の揺動支持部252とが接近する。
このとき、被案内部材243は案内路253に沿って円弧状に移動する。そのため、図16に示すように、保持部250は、昇降部240に対して前方へ移動しつつ、前傾する。一方、回転駆動源261が逆方向に回転駆動される場合には、保持部250は、昇降部240に対して上記と反対の動作をする。
<第三実施形態>
第三実施形態の介助ロボット300における昇降部340、保持部350及び前後動アクチュエータ360について図17及び図18を参照して説明する。図17及び図18は、第一実施形態における図9及び図10と同様に、昇降部340の左側部分と保持部350の左側部分との連結構造について図示する。
ここで、本実施形態の介助ロボット300は、昇降部340がレール部材である案内路342,343を備え、保持部350が被案内部材352,353を備えると共に、前後動アクチュエータ360のねじ軸262が昇降部340に設けられ、ナット部材363が保持部250に設けられるタイプである。
昇降部340は、第三アーム部23の上端に取り付けられる。昇降部340は、基部341、第一案内路342及び第二案内路343を備える。基部341は、第一実施形態の基部41とは異なり、レール部材である案内路342,343を固定できる程度に前後方向に長尺状に形成される。第一案内路342は、直線状に形成され、基部341の側面のうち後方に、前後方向に延びるように且つ水平に配置される。第二案内路343は、直線状に形成され、基部341の側面のうち前方に、前後方向に延びるように、且つ、水平面に対して傾斜した角度で配置される。詳細には、第二案内路343の前端が、後端より下方に位置するように設けられる。
保持部350は、本体フレーム351、第一被案内部材352及び第二被案内部材353を備える。第一被案内部材352は、本体フレーム351の後方に、介助ロボット300の左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。第一被案内部材352は、昇降部340の第一案内路342を上下方向から挟むように、第一案内路342に保持される。第一被案内部材352は、第一案内路342に沿って直線状(前後方向且つ水平)に移動する。
第二被案内部材353は、本体フレーム351の前方に、左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。第二被案内部材353は、昇降部340の第二案内路343を上下方向から挟むように、第二案内路343に保持される。第二被案内部材353は、第二案内路343に沿って直線状(前後方向且つ前傾)に移動する。
前後動アクチュエータ360は、回転駆動源361、ねじ軸362及びナット部材363を備える。回転駆動源361は、昇降部340の基部341に固定される。ねじ軸362は、回転駆動源361の出力軸に連結され、回転駆動源361により回転駆動される。つまり、回転駆動源361及びねじ軸362は、昇降部340に対して傾動不能に支持される。ここで、ねじ軸362の軸線は、前後方向に延びるように且つ水平に配置される。
ナット部材363は、ねじ軸362に係合し、ねじ軸362の回転に伴ってねじ軸362に沿って移動する。ナット部材363は、保持部350の第一被案内部材352に固定される。つまり、保持部350の第一被案内部材352は、ナット部材363の移動に伴って移動する。
保持部350は、昇降部340に対して、第一実施形態と同様の動作をする。すなわち、図17に示す状態を初期状態として、回転駆動源361が回転駆動することによってねじ軸362が回転し、ねじ軸362の回転に伴ってナット部材363がねじ軸362に沿って前方に移動する。
このとき、第一被案内部材352は、第一案内路342に沿って直線状且つ水平に移動する。一方、第二被案内部材353は、第二案内路343に沿って直線状且つ前傾方向に移動する。そのため、図18に示すように、保持部350は、昇降部340に対して前方へ移動しつつ、前傾する。一方、回転駆動源361が逆方向に回転駆動される場合には、保持部350は、昇降部340に対して上記と反対の動作をする。
<第四実施形態>
第四実施形態の介助ロボット400における昇降部440、保持部450及び前後動アクチュエータ460について図19及び図20を参照して説明する。図19及び図20は、第一実施形態における図9及び図10と同様に、昇降部440の左側部分と保持部450の左側部分との連結構造について図示する。
ここで、本実施形態の介助ロボット400は、保持部450が溝である案内路451aを備え、昇降部440が被案内部材443,444を備えると共に、前後動アクチュエータ460の本体部461が昇降部440に設けられ、前後動アクチュエータ460のロッド部462が保持部450に設けられるタイプである。
昇降部440は、第三アーム部23の上端に取り付けられる。昇降部440は、基部441、揺動支持部442、第一被案内部材443及び第二被案内部材444を備える。揺動支持部442は、基部441の側面のうち前方に設けられる。第一被案内部材443及び第二被案内部材444は、基部441の側面のうち後方に、側方に突出するように設けられる突起部材である。第一被案内部材443及び第二被案内部材444は、ほぼ前後方向に並んで設けられる。
保持部450は、本体フレーム451及び揺動支持部452を備える。本体フレーム451の側面には、側方に開口する溝である案内路451aが形成される。案内路451aは、前後方向に延びる非直線状に形成される。案内路451aの前方部分は、前後方向に延びる直線状に形成され、案内路451aの後方部分は、直線部分に連続的に湾曲した形状に形成される。案内路451aの後端は、前端に対して下方に位置する。つまり、案内路451aは、カム溝を形成する。案内路451aには、第一被案内部材443及び第二被案内部材444が、案内路451aに沿って移動可能に挿入される。第一被案内部材443及び第二被案内部材444が案内路451aに挿入されることで、保持部450の姿勢は、昇降部440に対して安定する。揺動支持部452は、本体フレーム451の後端に設けられる。
前後動アクチュエータ460は、シリンダ機構である。前後動アクチュエータ460は、本体部461及びロッド部462を備える。本体部461は、昇降部440の揺動支持部442に、介助ロボット400の左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。ロッド部462は、本体部461に対して突出量を変化するように動作する。ロッド部462の先端は、保持部450の揺動支持部452に、介助ロボット400の左右方向を回転軸線として傾動可能に支持される。
本実施形態において、保持部450は、昇降部440に対して、第一実施形態と同様の動作をする。すなわち、図19に示す状態を初期状態として、ロッド部462が本体部461に対して伸びている状態から収縮する状態になることで、保持部450の揺動支持部452が昇降部440の揺動支持部442に接近する。このとき、第一被案内部材443及び第二被案内部材444が、溝である案内路451aに沿って相対的に移動する。そうすると、図20に示すように、保持部450は、昇降部440に対して前方へ移動しつつ、前傾する。一方、前後動アクチュエータ460の動作を逆にすることで、保持部450は、昇降部440に対して上記と反対の動作をする。
なお、第四実施形態においては、案内路451aは保持部450に形成され、被案内部材443,444は昇降部440に設けたが、案内路451aは昇降部440に形成され、被案内部材443,444が保持部450に設けるようにしてもよい。
<まとめ>
第一、第二、第三、第四実施形態の介助ロボット1,200,300,400は、基台10と、基台10に対して昇降する昇降部40,240,340,440と、被介助者M1の体の一部を保持し、昇降部40,240,340,440に対して前後動し且つ傾動する保持部50,250,350,450と、基台10に対する昇降部40,240,340,440の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータ70,80と、昇降部40,240,340,440に対する保持部50,250,350,450の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータ90,100,260,360,460とを備える。
昇降部40,240,340,440及び保持部50,250,350,450の一方は、前後方向に延びて形成され、昇降部40,240,340,440に対する保持部50,250,350,450の前後動且つ傾動を案内する案内路53,253,342,343,451aを備える。昇降部40,240,340,440及び保持部50,250,350,450の他方は、案内路53,253,342,343,451aに沿って移動する被案内部材43,243,352,353,443,444を備える。
保持部50,250,350,450は、昇降部40,240,340,440に対して前後動し且つ傾動する。そして、前後動アクチュエータ90,100,260,360,460が、昇降部40,240,340,440に対する保持部50,250,350,450の前後動且つ傾動の駆動を行う。そのため、被介助者M1の前後動且つ傾動は、前後動アクチュエータ90,100,260,360,460の駆動によって行われる。このように、前後動アクチュエータ90,100,260,360,460は、昇降部40,240,340,440に対して保持部50,250,350,450を駆動する。つまり、従来のように昇降部50,250,350,450を基台10に対してモーメント駆動させるアクチュエータに比べて、本実施形態における前後動アクチュエータ90,100,260,360,460は、小型となる。
さらに、前後動アクチュエータ90,100,260,360,460は、保持部50,250,350,450を傾動させることに加えて、前後動させる。つまり、介助ロボット1,200,300,400は、保持部50,250,350,450の傾動の駆動のためのアクチュエータと、前後動の駆動のためのアクチュエータを、それぞれ設ける必要が無い。従って、アクチュエータの数が少なくなる。その結果、介助ロボット1,200,300,400が小型となる。
また、第一、第二、第三実施形態の介助ロボット1,200,300においては、案内路53,253,342,343は、レール部材であり、被案内部材43,243,352,353は、案内路53,253,342,343に相対移動可能に保持される部材である。レール部材が用いられることにより、保持部50,250,350が昇降部40,240,340に対して安定して案内される。さらに、レール部材である案内路53,253,342,343と被案内部材43,243,352,353との摺動抵抗は小さいため、前後動アクチュエータ90,100,260,360の動力が少なくなる。
第四実施形態の介助ロボット400では、案内路451aは、昇降部440及び保持部450の一方に形成される溝であり、被案内部材443,444は、案内路451aに相対移動可能に案内路451aに挿入される突起部材である。この場合、案内路451aは、専用の部材ではなく、昇降部440及び保持部450の一方に形成されるため、部品点数が少なくなる。さらに、溝形状の設計自由度が高いため、保持部450の昇降部440に対する動作の自由度が高い。
第一、第二、第四実施形態の介助ロボット1,200,400においては、保持部50,250,450は、案内路53,253,451aを備え、昇降部40,240,440は、被案内部材43,243,443,444を備える。案内路53,253,451aは、前後方向に長さを有するため、案内路53,253,451aを有する部材は、長さを有することになる。一方、被案内部材43,243,443,444は、案内路53,253,451aに沿って移動する部材であるため、相対的に短い。
また、保持部50,250,450は、被介助者M1の体の一部を保持するため、ある程度の長さを有する。そこで、元々長さを有する保持部50,250,450が案内路53,253,451aを備えることで、昇降部40,240,440の前後方向の長さが短くできる。結果として、介助ロボット1,200,400の前後方向の全長が、短くなる。
第一実施形態の介助ロボット1においては、前後動アクチュエータ90,100は、保持部50に設けられる回転駆動源92と、回転駆動源92の出力軸に連結され、回転駆動源92により回転駆動されるねじ軸93と、昇降部40に設けられ、ねじ軸93に係合し、ねじ軸93の回転に伴ってねじ軸93に沿って移動するナット部材94とを備える。この場合、前後動アクチュエータ90,100のねじ軸93が、保持部50と一緒に移動する。ねじ軸93は、長さを有する。保持部50は、被介助者M1の体の一部を保持するため、ある程度の長さを有する。そこで、元々長さを有する保持部50にねじ軸93を保持させることで、昇降部40に設ける部材の前後方向の長さが短くできる。結果として、介助ロボット1の前後方向の全長が、短くなる。
さらに、第一実施形態の介助ロボット1においては、回転駆動源92及びねじ軸93は、保持部50に傾動可能に支持され、ナット部材94は、昇降部40に傾動可能に支持される。この場合、保持部50が昇降部40に対して前後動し且つ傾動する場合に、保持部50の傾斜角度に応じて、ねじ軸93が傾動する。従って、前後動アクチュエータ90,100の上下方向の小型化が図られる。
第二、第三実施形態の介助ロボット200,300においては、前後動アクチュエータ260,360は、昇降部240,340に設けられる回転駆動源261,361と、回転駆動源261,361の出力軸に連結され、回転駆動源261,361により回転駆動されるねじ軸262,362と、保持部250,350に設けられ、ねじ軸262,362に係合し、ねじ軸262,362の回転に伴ってねじ軸262,362に沿って移動するナット部材63,363とを備える。この場合、回転駆動源261,361は、昇降部240,340に対してほとんど前後動しない。従って、回転駆動源261,361に対する配線の取り回しが非常に良い。
また、第二実施形態の介助ロボット200においては、回転駆動源261及びねじ軸262は、昇降部240に傾動可能に支持され、ナット部材263は、保持部250に傾動可能に支持される。この場合、保持部250が昇降部240に対して前後動し且つ傾動する場合に、保持部250の傾斜角度に応じて、ねじ軸262が傾動する。従って、前後動アクチュエータ260の上下方向の小型化が図られる。
また、第三実施形態の介助ロボット300においては、回転駆動源361及びねじ軸362は、昇降部340に傾動不能に支持され、ナット部材363は、保持部350に傾動可能に支持される。回転駆動源361及びねじ軸362は、昇降部340の昇降動作に伴って移動するが、保持部350の前後動且つ傾動には追従しない。従って、回転駆動源361及びねじ軸362に外部からの振動が付与される機会が少ない。そのため、回転駆動源361及びねじ軸362の寿命が長くなる。
また、第二実施形態の介助ロボット200においては、ねじ軸262の両端は、昇降部240に支持される。ねじ軸262が安定して保持されるため、介助ロボット200が動作する場合であっても、ねじ軸262とナット部材263との係合状態は良好に維持される。従って、ねじ軸262及びナット部材263の寿命が長くなる。
また、第一、第二、第三第四実施形態の介助ロボット1,200,300,400においては、昇降部40,240,340,440は、基台10に対して上昇するにつれて前方に移動する方向に直動する。ここで、被介助者M1が着座姿勢から起立姿勢に移行する場合に、保持部50,250,350,450は、昇降部40,240,340,440に対して前方への所定の移動量が必要となる。昇降部40,240,340,440の上昇動作自身によって、昇降部40,240,340,440が前方に移動することができる。その結果、昇降部40,240,340,440に対する保持部50,250,350,450の前後動のストロークが短くできる。従って、案内路53,253,342,343,451aの長さが短くなり、介助ロボット1,200,300,400の前後方向の全長が短くなる。
第一、第二、第四実施形態の介助ロボット1,200,400においては、案内路53,253,451aは 非直線状に形成される。案内路53,253,451a自身によって、保持部50,250,450が昇降部40,240,440に対して前後動且つ傾動を可能となる。構造が簡易に形成できる。
第三実施形態の介助ロボット300においては、案内路343は、直線状であって傾斜して形成される。案内路343自身の形成が簡易となる。
また、第一、第二、第三、第四実施形態の介助ロボット1,200,300,400においては、前後動アクチュエータ90,100,260,360,460は、1種類の駆動動作を行うアクチュエータにより構成され、昇降部40,240,340,440に対する保持部50,250,350,450の前後動且つ傾動の駆動を行う。ここで、1種類の駆動動作を行うアクチュエータとは、複数のアクチュエータであっても、複数のアクチュエータが同期して同種類の動作を行う目的のためのアクチュエータを含む意味である。
つまり、介助ロボット1,200,300,400は、保持部50,250,350,450の傾動専用の駆動のためのアクチュエータと、前後動専用の駆動のためのアクチュエータを、それぞれ設ける必要が無い。このように、介助ロボット1,200,300,400は、昇降部40,240,340,440に対して保持部50,250,350,450を前後動させ且つ傾動させるために、2種類の駆動動作を行うアクチュエータを設ける必要がない。従って、介助ロボット1,200,300,400は、アクチュエータの種類数が少なくて済む。その結果、介助ロボット1,200,300,400が小型となる。
1,200,300,400:介助ロボット、 10:基台、 20,30:昇降アーム、23,33:第三アーム部、 40,240,340,440:昇降部、 41,241,341,441:基部、 43,243,352,353,443,444:被案内部材、 50,250,350,450:保持部、 51,251,351,451:本体フレーム、 53,253,342,343,451a:案内路、 60:アタッチメント、 70,80:昇降アクチュエータ、 90,100,260,360,460:前後動アクチュエータ、 92,261,361:回転駆動源、 93,262,362:ねじ軸、 94,263,363:ナット部材、 120:制御装置、 M1:被介助者

Claims (12)

  1. 基台と、
    前記基台に対して直線状に昇降する昇降部と、
    被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、
    前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、
    前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータと、
    を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備え
    前記案内路は、レール部材であり、
    前記被案内部材は、前記案内路に相対移動可能に保持される部材である、介助ロボット。
  2. 基台と、
    前記基台に対して昇降する昇降部と、
    被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、
    前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、
    前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータと、
    を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備え、
    前記案内路は、前記昇降部及び前記保持部の一方に形成される溝であり、
    前記被案内部材は、前記案内路に相対移動可能に前記案内路に挿入される突起部材である、介助ロボット。
  3. 前記保持部は、前記案内路を備え、
    前記昇降部は、前記被案内部材を備える、請求項1又は2に記載の介助ロボット。
  4. 基台と、
    前記基台に対して昇降する昇降部と、
    被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、
    前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、
    前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータと、
    を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備え、
    前記前後動アクチュエータは、
    前記保持部に設けられる回転駆動源と、
    前記回転駆動源の出力軸に連結され、前記回転駆動源により回転駆動されるねじ軸と、
    前記昇降部に設けられ、前記ねじ軸に係合し、前記ねじ軸の回転に伴って前記ねじ軸に沿って移動するナット部材と、
    を備え
    前記案内路及び前記被案内部材は、
    前記案内路が、レール部材であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に保持される部材により構成され、
    又は、
    前記案内路が、前記昇降部及び前記保持部の一方に形成される溝であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に前記案内路に挿入される突起部材により構成される、介助ロボット。
  5. 前記回転駆動源及び前記ねじ軸は、前記保持部に傾動可能に支持され、
    前記ナット部材は、前記昇降部に傾動可能に支持される、請求項に記載の介助ロボット。
  6. 基台と、
    前記基台に対して昇降する昇降部と、
    被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、
    前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、
    前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータと、
    を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備え、
    前記前後動アクチュエータは、
    前記昇降部に設けられる回転駆動源と、
    前記回転駆動源の出力軸に連結され、前記回転駆動源により回転駆動されるねじ軸と、
    前記保持部に設けられ、前記ねじ軸に係合し、前記ねじ軸の回転に伴って前記ねじ軸に沿って移動するナット部材と、
    を備え
    前記案内路及び前記被案内部材は、
    前記案内路が、レール部材であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に保持される部材により構成され、
    又は、
    前記案内路が、前記昇降部及び前記保持部の一方に形成される溝であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に前記案内路に挿入される突起部材により構成される、介助ロボット。
  7. 前記回転駆動源及び前記ねじ軸は、前記昇降部に傾動可能に支持され、
    前記ナット部材は、前記保持部に傾動可能に支持される、請求項に記載の介助ロボット。
  8. 前記回転駆動源及び前記ねじ軸は、前記昇降部に傾動不能に支持され、
    前記ナット部材は、前記保持部に傾動可能に支持される、請求項に記載の介助ロボット。
  9. 前記ねじ軸の両端は、前記昇降部に支持される、請求項の何れか一項に記載の介助ロボット。
  10. 基台と、
    前記基台に対して昇降する昇降部と、
    被介助者の体の一部を保持し、前記昇降部に対して前後動し且つ傾動する保持部と、
    前記基台に対する前記昇降部の昇降動作の駆動を行う昇降アクチュエータと、
    前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動の駆動を行う前後動アクチュエータと、
    を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の一方は、前後方向に延びて形成され、前記昇降部に対する前記保持部の前後動且つ傾動を案内する案内路を備え、
    前記昇降部及び前記保持部の他方は、前記案内路に沿って移動する被案内部材を備え、
    前記案内路及び前記被案内部材は、
    前記案内路が、レール部材であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に保持される部材により構成され、
    又は、
    前記案内路が、前記昇降部及び前記保持部の一方に形成される溝であり、且つ、前記被案内部材が、前記案内路に相対移動可能に前記案内路に挿入される突起部材により構成され、
    前記昇降部は、前記基台に対して上昇するにつれて前方に移動する方向に直動する、介助ロボット。
  11. 前記案内路は、非直線状に形成される、請求項又はに記載の介助ロボット。
  12. 前記案内路は、直線状であって傾斜して形成される、請求項に記載の介助ロボット。
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