JP6554846B2 - 脚力支援装置 - Google Patents
脚力支援装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP6554846B2 JP6554846B2 JP2015056279A JP2015056279A JP6554846B2 JP 6554846 B2 JP6554846 B2 JP 6554846B2 JP 2015056279 A JP2015056279 A JP 2015056279A JP 2015056279 A JP2015056279 A JP 2015056279A JP 6554846 B2 JP6554846 B2 JP 6554846B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- spring
- swing arm
- swing
- arm
- drive shaft
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Rehabilitation Tools (AREA)
Description
上記第1の発明に係る脚力支援装置であって、前記第1揺動アームの前記第1揺動角度を検出する第1角度検出手段を備え、前記制御手段は、前記第1角度検出手段にて検出した前記第1揺動角度に応じて、前記剛性調整手段を制御して前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置を調整して、前記第1揺動アームから見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を調整することで前記剛性を調整する。
第1の実施の形態の揺動関節装置1は、ユーザの片脚(第1の実施の形態では左脚)に取り付けられて、ユーザの歩行または走行等の動作を支援する。図1に示すように、揺動関節装置1は、符号2、3、4、5、6等にて示したユーザ装着部と、符号11、12、13、17、19等にて示した大腿揺動部と、符号21、22、23、24、25、26等にて示した剛性調整部と、符号31、32、32P、32B、33、34、35、36、39等にて示した下腿揺動部と、にて構成されている。なお、図1は揺動関節装置1の各構成要素の形状と組み付け位置等を示す分解斜視図であり、各構成要素を組み付けた状態の揺動関節装置1を図2に示す。また図3は揺動関節装置1をユーザに装着した状態を説明しており、図4は大腿揺動アーム13及び下腿揺動アーム33の揺動の例を示している。
ベース部2は、腰装着部3に固定され、前記大腿揺動部、前記剛性調整部、前記下腿揺動部を保持するためのベース(基板)となる部材である。またベース部2には、揺動関節装置1を装着したユーザの股関節の側方に相当する位置に、Y軸にほぼ平行に延びる駆動軸部材6が取り付けられている。なお、駆動軸部材6は、後述する下腿揺動アーム33の貫通孔33Hに挿通された後、大腿揺動アーム13の貫通孔13Hに挿通される。なお駆動軸6Jは、駆動軸部材6の中心軸を示している。
大腿揺動アーム13は、円板部13Gと、円板部13Gから下方に延びるアーム部にて構成されている。そして円板部13Gの中心には貫通孔13Hが形成されており、貫通孔13Hには駆動軸部材6が挿通される。従って、大腿揺動アーム13は、駆動軸部材6回りに揺動自在に支持される。また大腿揺動アーム13の貫通孔13Hは、ユーザの股関節の側方に相当する位置に配置され、大腿揺動アーム13の下端に設けられたリンク孔13Lは、ユーザのひざ関節の側方に相当する位置に配置される。なお、大腿揺動アーム13の下方に延びる長さは調整可能に構成されており、ユーザは、自身のひざ関節の位置に応じて、リンク孔13Lの上下方向の位置を調整可能である。また大腿揺動アーム13には、大腿装着部19が取り付けられ、大腿装着部19は、ユーザの大腿部(ふとももの周囲)にあてがわれ、ユーザの大腿部へ大腿揺動アーム13を装着することを容易にする。
下腿揺動アーム33は、駆動軸部材6が挿通される貫通孔33Hが形成されている。駆動軸部材6が貫通孔33Hに挿通されると、下腿揺動アーム33は、駆動軸部材6回りに揺動自在に支持される。そして下腿揺動アーム33にはベルト32Bがかけられ、電動モータ31と、プーリ32P及びベルト32Bにて構成された動力伝達部から動力が伝達されて駆動軸部材6回りに揺動する。
ブラケット22は、バネ収容体26に取り付けられており、ベース部2に対してバネ収容体26を固定する部材である。ブラケット22は、ベース部2に固定する際にボルト等を挿通するための貫通孔22Hが設けられて、ベース部2に固定される。
次に図7を用いて、制御手段50の入出力について説明する。制御ユニット5には、制御手段50及びバッテリ60が収容されている。また制御ユニット5は、起動スイッチ54、入出力手段であるタッチパネル55、バッテリ60への充電用コネクタ61等が設けられている。また制御手段50(制御装置)は、CPU50A、モータドライバ51、52、53等を有している。なお、制御手段50の処理を実行させるためのプログラムや各種の計測結果等を記憶する記憶装置も備えているが、図示省略する。
次に図8に示すフローチャートを用いて、制御手段50の処理手順について説明する。ユーザが制御ユニットの起動ボタンを操作すると(ステップS10)、制御手段はステップS15に進む。
次に図6を用いて、図7に示すフローチャートのステップS30にて行う目標剛性調整位置の算出手順について説明する。図6では、大腿揺動アーム13の揺動角度がゼロの場合に伸縮バネ24の付勢力がゼロ(伸縮バネ24が自由長)となるバネ固定部材23のバネ基準位置Jsに対して、バネ固定部材23の位置をX軸方向とは反対の方向(この場合、後方)に距離x1だけ移動した位置の例を示している。また図6は、大腿揺動アーム13が反時計回り方向に揺動角度θrで揺動した場合の例を示している。なお図6では、大腿揺動アーム13の揺動角度がゼロの場合のアーム基準位置J1に対して、バネアーム25の往復方向が直交するように設定されている場合の例を示している。また、大腿揺動アーム13の側から見た伸縮バネ24の見かけ上のバネ定数(所望する関節剛性)をk1とし、バネ固定部材23の側から見た伸縮バネ24のバネ定数をk(伸縮バネ24の、本来のバネ定数)とし、大腿揺動アーム13の揺動によって発生したトルクをτとすると、以下の式(1)が成立する。また図6中において、符号Fは伸縮バネ24の付勢力を示し、符号xは駆動軸6Jからバネアーム25の先端の接続部25Hの中心までのX軸方向の距離を示し、符号dは駆動軸6Jからバネアーム25の先端の接続部25Hの中心までのZ軸方向の距離を示している。またk´は、見かけ上バネ定数k1でも本来のバネ定数kでもない仮バネ定数である。
τ=F・d=k´・x・d=k1・θr 式(1)
F=k´・x=k・(x−x1)
k´=k[1−(x1/x)] 式(2)
x=d・tanθr 式(3)
k´=(k1・θr)/(x・d)=(k1・θr)/(d2・tanθr) 式(4)
k[1−(x1/x)]=(k1・θr)/(d2・tanθr) 式(5)
x1=[1−(θr・k1)/(d2・tanθr・k)]・x
=[1−(θr・k1)/(d2・tanθr・k)]・d・tanθr
=[d・tanθr−(θr・k1)/(d・k)] 式(6)
ω=2・π・f 式(7)
ω0=√(k1/I) 式(8)
k1=I・ω0 2 式(9)
τ=−A・I・ω0 2・sinω0t+A・ρ・ω0・cosω0t+A・k1・sinω0t
=A(k1−I・ω0 2)・sinω0t+A・ρ・ω0・cosω0t 式(11)
第2の実施の形態の揺動関節装置は、図1〜図4に示す第1の実施の形態の揺動関節装置1から電動モータ11(及び回転角度検出手段11S)、ブラケット12を省略し、大腿揺動アーム13の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第2の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における大腿部の運動を電動モータで支援することはできないが、下腿部の運動を電動モータ31にて支援することができる。また、符号21、22、23、24、25、26等にて示した剛性調整部を有しているので、常に共振状態になるように剛性調整位置(バネ基準位置Jsから距離x1の位置)を適切な位置とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。
第3の実施の形態の揺動関節装置は、図1〜図4に示す第1の実施の形態の揺動関節装置1から、電動モータ31、ブラケット32、プーリ32P、ベルト32B、下腿揺動アーム33、下腿中継アーム34、下腿アーム35、足先保持部36、下腿装着部39を省略したものである。この第3の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における大腿部の運動を電動モータ11にて支援し、下腿部の運動は支援しない。なお、符号21、22、23、24、25、26等にて示した剛性調整部を有しているので、常に共振状態になるように剛性調整位置(バネ基準位置Jsから距離x1の位置)を適切な位置とすることで、電動モータ11の消費電力を、より低減することができる。
第4の実施の形態の揺動関節装置は、第3の実施の形態の揺動関節装置から電動モータ11(及び回転角度検出手段11S)、ブラケット12を省略し、大腿揺動アーム13の揺動角度を検出可能な回転角度検出手段を追加したものである。この第4の実施の形態では、ユーザの歩行(または走行)における下腿部の運動の支援をすることはできない。またユーザの大腿部の運動を電動モータで支援することもできない。しかし、符号21、22、23、24、25、26等にて示した剛性調整部を有しているので、常に共振状態になるように剛性調整位置(バネ基準位置Jsから距離x1の位置)を適切な位置とすることで、ユーザの大腿部の運動量を適切に軽減させることができる。
2 ベース部(腰側装着部)
3 腰装着部
4 肩ベルト
5 制御ユニット
6 駆動軸部材
6J 駆動軸
11 電動モータ(第1駆動手段)
11D、21D、31D 減速機
11S 回転角度検出手段(第1角度検出手段)
12 ブラケット
13 大腿揺動アーム(第1揺動アーム)
13G 円板部
17 長穴移動体
17N 長穴
17Z 接続部
19 大腿装着部
21 電動モータ(剛性調整手段)
21N ネジ体
21S 回転角度検出手段
22 ブラケット
23 バネ固定部材
23H 接続部
24 伸縮バネ
25 バネアーム
25G、25H 接続部
26 バネ収容体
31 電動モータ(第2駆動手段)
31S 回転角度検出手段(第2角度検出手段)
32 ブラケット
32B ベルト
32P プーリ
33 下腿揺動アーム(第2揺動アーム)
34 下腿中継アーム
35 下腿アーム
35M 平行リンク形成部
39 下腿装着部
50 制御手段
J1 アーム基準位置
Js バネ基準位置
x1 距離(バネ基準位置Jsからの距離)
θf 揺動角度(大腿揺動アームの時計回り方向の揺動角度)
θr 揺動角度(大腿揺動アームの『反』時計回り方向の揺動角度)
Claims (4)
- 利用者の下肢の運動に補助力を与える脚力支援装置であって、
前記利用者の腰側部に装着される腰側装着部と、
前記利用者の大腿の側方に配置された第1揺動アームであって、上部に当該第1揺動アームの揺動の軸となる凹形状あるいは凸形状が形成された長手状の前記第1揺動アームと、
前記第1揺動アームの揺動角度である第1揺動角度を検出する第1角度検出手段と、
前記第1揺動アームに取り付けられて前記利用者の大腿にあてがわれる大腿装着部と、
前記第1揺動アームの前記揺動の軸となる凹形状あるいは凸形状を支持する駆動軸部材であって、前記腰側装着部に対して前記第1揺動アームを前記利用者の前後方向に揺動自在に支持する前記駆動軸部材と、
前記駆動軸部材の軸である駆動軸回りに揺動する前記第1揺動アームを揺動させるために必要とする単位角度変位あたりのトルクである剛性を可変とする剛性可変手段と、
前記剛性可変手段を制御することで、前記駆動軸回りに揺動する前記第1揺動アームにおける前記剛性を制御する制御手段と、を備え、
前記剛性可変手段は、伸縮バネと、バネ収容体と、バネ固定部材と、バネアームと、剛性調整手段と、にて構成され、
前記バネ収容体は、略筒状であり、前記伸縮バネと、前記バネ固定部材と、前記バネアームの一方端の側と、を収容して、前記腰側装着部に対して固定された位置に取り付けられており、
前記バネ固定部材は、前記伸縮バネの固定端が接続されて前記バネ収容体内に収容されているとともに前記剛性調整手段によって、前記バネ収容体内における長手方向の位置が可変とされており、
前記バネアームは、前記バネ収容体の長手方向に沿って往復移動可能に設けられ、前記バネ収容体内に収容された一方端の側は前記伸縮バネの自由端に接続され、前記バネ収容体から突出した他方端の側は前記第1揺動アームの長手方向に沿って形成された長穴に沿って移動する長穴移動体に接続されており、
前記伸縮バネは、前記バネ収容体内において、固定端は前記バネ固定部材によって支持され、自由端は前記第1揺動角度に応じて移動する前記バネアームによって伸長方向または圧縮方向に移動し、
前記制御手段は、前記第1揺動アームを含めて前記駆動軸回りに揺動する全ての物体を含む揺動対象物における前記駆動軸回りの慣性モーメントと、前記伸縮バネのバネ定数と、前記バネアームと前記長穴移動体との接続部から前記駆動軸までの距離と、前記第1揺動角度と、に基づいて、前記伸縮バネの共振周波数が、前記駆動軸回りの前記第1揺動アームの揺動周波数と一致するように、前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置である剛性調整位置を求め、前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置が前記剛性調整位置となるように前記剛性調整手段に制御信号を出力し、
前記剛性調整手段は、前記制御手段からの前記制御信号に基づいて、前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置を前記剛性調整位置となるように移動させて前記第1揺動アームから見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を調整することで、前記剛性を調整する、
脚力支援装置。 - 請求項1に記載の脚力支援装置であって、
前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第1揺動アームを前記駆動軸回りに揺動させる第1駆動手段を有している、
脚力支援装置。 - 利用者の下肢の運動に補助力を与える脚力支援装置であって、
前記利用者の腰側部に装着される腰側装着部と、
前記利用者の大腿の側方に配置された第1揺動アームであって、上部に当該第1揺動アームの揺動の軸となる凹形状あるいは凸形状が形成された長手状の前記第1揺動アームと、
前記第1揺動アームの揺動角度である第1揺動角度を検出する第1角度検出手段と、
前記第1揺動アームに取り付けられて前記利用者の大腿にあてがわれる大腿装着部と、
前記第1揺動アームの前記揺動の軸となる凹形状あるいは凸形状を支持する駆動軸部材であって、前記腰側装着部に対して前記第1揺動アームを前記利用者の前後方向に揺動自在に支持する前記駆動軸部材と、
前記駆動軸部材の軸である駆動軸回りに揺動する前記第1揺動アームを揺動させるために必要とする単位角度変位あたりのトルクである剛性を可変とする剛性可変手段と、
前記剛性可変手段を制御することで、前記駆動軸回りに揺動する前記第1揺動アームにおける前記剛性を制御する制御手段と、
前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第1揺動アームを前記駆動軸回りに揺動させる第1駆動手段と、を備え、
前記剛性可変手段は、伸縮バネと、バネ収容体と、バネ固定部材と、バネアームと、剛性調整手段と、にて構成され、
前記バネ収容体は、略筒状であり、前記伸縮バネと、前記バネ固定部材と、前記バネアームの一方端の側と、を収容して、前記腰側装着部に対して固定された位置に取り付けられており、
前記バネ固定部材は、前記伸縮バネの固定端が接続されて前記バネ収容体内に収容されているとともに前記剛性調整手段によって、前記バネ収容体内における長手方向の位置が可変とされており、
前記バネアームは、前記バネ収容体の長手方向に沿って往復移動可能に設けられ、前記バネ収容体内に収容された一方端の側は前記伸縮バネの自由端に接続され、前記バネ収容体から突出した他方端の側は前記第1揺動アームの長手方向に沿って形成された長穴に沿って移動する長穴移動体に接続されており、
前記伸縮バネは、前記バネ収容体内において、固定端は前記バネ固定部材によって支持され、自由端は前記第1揺動角度に応じて移動する前記バネアームによって伸長方向または圧縮方向に移動し、
前記制御手段は、前記剛性調整手段を用いて前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置を微小距離だけ移動させて前記第1揺動アームを含めて前記駆動軸回りに揺動する全ての物体を含む揺動対象物の揺動の所定周期分の前記第1駆動手段の消費電力を計測することを繰り返し、前記消費電力が最も小さくなる前記バネ固定部材の長手方向の位置である剛性調整位置を求め、前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置が前記剛性調整位置となるように前記剛性調整手段に制御信号を出力し、
前記剛性調整手段は、前記制御手段からの前記制御信号に基づいて、前記バネ収容体内における前記バネ固定部材の長手方向の位置を前記剛性調整位置となるように移動させて前記第1揺動アームから見た前記伸縮バネの見かけ上のバネ定数を調整することで、前記剛性を調整する、
脚力支援装置。 - 請求項1〜3のいずれか一項に記載の脚力支援装置であって、
前記駆動軸回りに揺動自在に支持された第2揺動アームと、
前記第2揺動アームの揺動角度である第2揺動角度を検出する第2角度検出手段と、
前記制御手段からの制御信号に基づいて前記第2揺動アームを前記駆動軸回りに揺動させる第2駆動手段と、
前記第1揺動アームと前記第2揺動アームとに接続されて前記第1揺動アームの前記第1揺動角度と前記第2揺動アームの前記第2揺動角度とに基づいて動作する揺動リンク部材と、
前記第2揺動アームに取り付けられて前記利用者の下腿にあてがわれる下腿装着部と、を有している、
脚力支援装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015056279A JP6554846B2 (ja) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 脚力支援装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2015056279A JP6554846B2 (ja) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 脚力支援装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2016174680A JP2016174680A (ja) | 2016-10-06 |
JP6554846B2 true JP6554846B2 (ja) | 2019-08-07 |
Family
ID=57068664
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2015056279A Expired - Fee Related JP6554846B2 (ja) | 2015-03-19 | 2015-03-19 | 脚力支援装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6554846B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN111759682B (zh) * | 2020-07-14 | 2023-03-28 | 北方工业大学 | 一种无动力人体下肢助力外骨骼装置 |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3279784D1 (en) * | 1981-07-23 | 1989-08-03 | George R Hepburn | Adjustable splint |
JP4332136B2 (ja) * | 2005-06-03 | 2009-09-16 | 本田技研工業株式会社 | 肢体アシスト装置および肢体アシストプログラム |
JP2013158443A (ja) * | 2012-02-03 | 2013-08-19 | Toyota Motor Corp | 歩行支援装置 |
JP5943470B2 (ja) * | 2012-05-15 | 2016-07-05 | 国立大学法人 名古屋工業大学 | 片脚式歩行支援機 |
-
2015
- 2015-03-19 JP JP2015056279A patent/JP6554846B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2016174680A (ja) | 2016-10-06 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10610440B2 (en) | Swinging joint device, walking assisting device, conveying device, manipulator, and walking-ability assisting device | |
JP6550877B2 (ja) | 脚力支援装置 | |
US20160184165A1 (en) | Swinging joint device, walking-ability assisting device, and method for controlling rigidity of swinging joint | |
CN105963107B (zh) | 摆动关节装置、步行辅助装置、输送装置、机械手以及脚力支援装置 | |
US20170181917A1 (en) | Assist device, swinging joint device, linear motion variable rigidity unit, and machine tool | |
KR101040631B1 (ko) | 보행 보조 장치 | |
US8202234B2 (en) | Control device for walking assistance device | |
KR102452632B1 (ko) | 운동 보조 장치 및 그 제어 방법 | |
JP6690229B2 (ja) | 揺動関節装置 | |
JP5083461B2 (ja) | 脚支援装置 | |
US8323222B2 (en) | Control device for walking assist device | |
US10386207B2 (en) | Frequency detector for reciprocating moving body, and swinging joint device | |
JP6662020B2 (ja) | 揺動関節装置、歩行アシスト装置、搬送装置及びマニピュレータ | |
KR20100022487A (ko) | 에너지 효율적 로봇 시스템 | |
US20100130894A1 (en) | Motion assisting device | |
KR101321801B1 (ko) | 보행 보조 장치 | |
JP2011062463A (ja) | 歩行アシストシステム | |
JP6447109B2 (ja) | 脚力支援装置 | |
JP6554846B2 (ja) | 脚力支援装置 | |
JP6569519B2 (ja) | アシスト装置 | |
JP6672609B2 (ja) | 揺動関節装置 | |
CN105055128B (zh) | 一种用于缓解疲劳的助力工具 | |
JP6587097B2 (ja) | 揺動関節装置 | |
JP6500429B2 (ja) | 剛性制御方法 | |
JP2016106955A (ja) | 屈曲動作補助装置、屈曲動作補助方法及び屈曲動作補助用プログラム |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20180213 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20181225 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20181227 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20190205 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20190611 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20190624 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 6554846 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |