JP7028432B2 - Support device - Google Patents
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Description
本実施形態は、柔軟な生体組織に沿った動作を支援する支援装置に関する。 The present embodiment relates to a support device that supports movement along a flexible living tissue.
顔面麻痺の患者は、顔面の左右のいずれか一方（半側顔面）において運動機能を失うことが多い。顔面麻痺は、日常生活に著しい支障をきたすおそれがある。例えば目に関しては、麻痺により瞬目が困難になる場合、乾燥による眼病が誘発される場合がある。また、麻痺により眼輪筋が弛緩し、目を十分に開眼できない場合、視界が狭小化される場合がある。 Patients with facial palsy often lose motor function on either the left or right side of the face (half face). Facial palsy can significantly interfere with daily activities. For example, with respect to the eyes, if paralysis makes blinking difficult, dryness may induce eye disease. In addition, if the orbicularis oculi muscle is relaxed due to paralysis and the eyes cannot be opened sufficiently, the field of vision may be narrowed.
このような例えば顔面の機能障害に対して、その治療や動作の補助などを可能とする装置が開発されている。 Devices have been developed that can treat such facial dysfunctions, for example, and assist in their movements.
特許文献１には、顔面の筋肉を刺激する情報出力装置が開示されている。この情報出力装置は、情報を出力する出力手段と、出力される情報に対応した感情と相互作用する顔面の所定の筋肉を刺激する刺激手段とを備えている。刺激手段は、刺激する筋肉の位置に電極を付着させ、当該筋肉が弛緩または緊張するように電極に電気パルスを印加する。
特許文献２には、顔面の皮膚を駆動する装着型人支援装置が開示されている。この装着型人支援装置は、一端が被装着者の皮膚に貼着された線状伝達部材と、線状伝達部材の他端に結合された駆動部と、被装着者の意思に応じて指令信号を生成する指令信号生成手段と、指令信号に基づいて駆動部による駆動力を制御する制御部と、を備えている。線状伝達部材は、駆動部が発生する駆動力に応じて、線状伝達部材が貼着された顔面の皮膚に対して引張り力または押圧力を作用させる。
また、非特許文献１には、例えば顔面麻痺の患者に対して閉眼動作を支援する支援装置が開示されている。
Further, Non-Patent
ところで、外部の装置によって生体組織の動作を支援する場合、生体組織に過剰な力が加わることは好ましくない。特に、眼球や頸部などの柔軟な生体組織に対しては、より慎重な対応が求められる。一方で、生体組織の形状は複雑であり、その形状に合わせた動作の支援は困難である。また、複雑な形状に合わせた動作の支援を試みる場合、装置の部品数や動力源の数が増加し、装置構造が複雑化する傾向にある。この場合、装置の着脱に関して利便性が低下し、日常生活やリハビリテーションの場への装置の導入が困難になるおそれがある。 By the way, when the operation of the living tissue is supported by an external device, it is not preferable that an excessive force is applied to the living tissue. In particular, more careful treatment is required for flexible biological tissues such as the eyeball and neck. On the other hand, the shape of the living tissue is complicated, and it is difficult to support the movement according to the shape. Further, when trying to support the operation according to a complicated shape, the number of parts of the device and the number of power sources increase, and the device structure tends to be complicated. In this case, the convenience of attaching and detaching the device is reduced, and it may be difficult to introduce the device into daily life and rehabilitation.
そこで、本発明は、柔軟で複雑な形状を有する生体組織に沿った動作の支援ができ、且つ、着脱が容易な支援装置を提供する。 Therefore, the present invention provides a support device capable of supporting movement along a living tissue having a flexible and complicated shape and being easily attached and detached.
本発明の一実施形態の支援装置は、支持部と駆動部とを備える。支持部は、第１端部と、第２端部と、第１端部と第２端部との間に位置する基部とを有する。この基部は、可撓性を有している。駆動部は、第１端部と第２端部とを互いに逆方向に回転させる。第１端部の第１回転軸と第２端部の第２回転軸とは、同一直線上に位置していない。 The support device according to the embodiment of the present invention includes a support unit and a drive unit. The support portion has a first end portion, a second end portion, and a base portion located between the first end portion and the second end portion. This base has flexibility. The drive unit rotates the first end portion and the second end portion in opposite directions to each other. The first rotation axis of the first end portion and the second rotation axis of the second end portion are not located on the same straight line.
このとき、第１回転軸と第２回転軸とがなす角度は、０度より大きく、９０以下であることが好ましい。 At this time, the angle formed by the first rotation axis and the second rotation axis is preferably larger than 0 degrees and preferably 90 or less.
上述の支援装置は、さらに、駆動プーリと、第１プーリと、第２プーリと、第１ワイヤと、第２ワイヤとを備える。駆動プーリは、駆動部に設けられている。第１プーリには、第１端部が固定される。第２プーリには、第２端部が固定される。また、駆動プーリと第１プーリとは、第１ワイヤによって平行掛けで連結される。駆動プーリと第２プーリとは、第２ワイヤによって十字掛けで連結される。 The support device described above further includes a drive pulley, a first pulley, a second pulley, a first wire, and a second wire. The drive pulley is provided in the drive unit. The first end is fixed to the first pulley. The second end is fixed to the second pulley. Further, the drive pulley and the first pulley are connected in parallel by the first wire. The drive pulley and the second pulley are connected by a second wire in a cross-shaped manner.
このとき、第１プーリの第１直径と第２プーリの第２直径とは、等しい。また、駆動プーリの第３直径は、第１直径及び第２直径より大きくてもよい。 At this time, the first diameter of the first pulley and the second diameter of the second pulley are equal. Further, the third diameter of the drive pulley may be larger than the first diameter and the second diameter.
支持部において、第１端部と第２端部とは、基部より剛性が高い。また、第１端部と第２端部とは、基部と異なる材料で形成されていてもよい。 In the support portion, the first end portion and the second end portion have higher rigidity than the base portion. Further, the first end portion and the second end portion may be formed of a material different from that of the base portion.
さらに、支持部は、第１屈曲部と第２屈曲部を有している。このとき、支持部は、第１屈曲部と第２屈曲部との間において、弓状に湾曲していることが好ましい。 Further, the support portion has a first bent portion and a second bent portion. At this time, the support portion is preferably curved in a bow shape between the first bent portion and the second bent portion.
上述の支援装置は、さらに、装着者の頭部に装着されるフレームを備える。フレームは、主部と、主部の一端から延出した第１側部と、主部の他端から第１側部に沿って延出した第２側部とを有する。このとき、基部は、装着者の眼瞼の皮膚と接する凸部を有する。また、第１回転軸と第２回転軸とは、主部と交差する。 The support device described above further comprises a frame that is worn on the wearer's head. The frame has a main portion, a first side portion extending from one end of the main portion, and a second side portion extending along the first side portion from the other end of the main portion. At this time, the base has a convex portion in contact with the skin of the wearer's eyelid. Further, the first rotation axis and the second rotation axis intersect with the main portion.
支援装置は、さらに、フレームに設けられたセンサと、制御部とを備えていてもよい。センサは、装着者の目尻の皮膚変動に基づいて検出信号を出力する。制御部は、検出信号がしきい値を超える場合に、駆動部を駆動する。 The assist device may further include a sensor provided on the frame and a control unit. The sensor outputs a detection signal based on the skin fluctuation of the outer corner of the wearer's eyes. The control unit drives the drive unit when the detection signal exceeds the threshold value.
あるいは、上述の支援装置は、装着者の頸部に装着されるフレームを備えていてもよい。このとき、基部は、装着者の頸部の皮膚と接し装着者の甲状軟骨を挟持する凸部を有する。 Alternatively, the support device described above may include a frame that is worn on the wearer's neck. At this time, the base has a convex portion that is in contact with the skin of the wearer's neck and sandwiches the wearer's thyroid cartilage.
支援装置は、さらに、電極を有するセンサと、制御部とを備えていてもよい。センサは、装着者の生体電位に基づいて検出信号を出力する。制御部は、検出信号がしきい値を超える場合に、駆動部を駆動する。 The assist device may further include a sensor having electrodes and a control unit. The sensor outputs a detection signal based on the wearer's bioelectric potential. The control unit drives the drive unit when the detection signal exceeds the threshold value.
上述の基部は、例えばシリコーン樹脂によって形成されていることが好ましい。 The above-mentioned base is preferably formed of, for example, a silicone resin.
本発明の一実施形態の支援装置によれば、生体を支持する支持部は、柔軟性及び可撓性を有する材料で形成され、支持部の両端部が互いに反対方向に回転される。両端部の回転軸は、同一直線上に位置していない。柔軟性を有する支持部は、両端部の回転方向とは異なる方向に変形され、装着者へ向かって付勢される。したがって、対象となる生体組織が例えば眼球のように柔軟で且つ複雑な形状である場合であっても、生体組織にストレスを加えることなく、支持部を変形することができる。この結果、柔軟で且つ複雑な形状を有する生体組織に沿った動作を支援することができる。 According to the support device of one embodiment of the present invention, the support portion that supports the living body is made of a flexible and flexible material, and both ends of the support portion are rotated in opposite directions. The rotation axes at both ends are not located on the same straight line. The flexible support portion is deformed in a direction different from the rotation direction of both ends and is urged toward the wearer. Therefore, even when the target biological tissue has a flexible and complicated shape such as an eyeball, the support portion can be deformed without applying stress to the biological tissue. As a result, it is possible to support the movement along the living tissue having a flexible and complicated shape.
また、支持部が装着者Ｐへ向かって付勢されているため、支持部と装着者との間に粘着剤を介在することなく、装着者Ｐの生体組織を支持することができる。このため、支援装置の着脱を容易にすることができる。 Further, since the support portion is urged toward the wearer P, the biological tissue of the wearer P can be supported without interposing an adhesive between the support portion and the wearer. Therefore, the support device can be easily attached and detached.
以下、各実施形態について、図面を参照しながら説明する。以下の説明において、実質的に同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付してその記載を参酌することとし、重複する詳細な説明を適宜省略することがある。 Hereinafter, each embodiment will be described with reference to the drawings. In the following description, components exhibiting substantially the same or similar functions are designated by the same reference numerals to refer to the description thereof, and duplicate detailed description may be omitted as appropriate.
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態の支援装置について図１乃至図７を参照して説明する。本実施形態では、支援装置が例えば顔面麻痺の患者に装着され、装着者の顔面の動作を支援する場合を想定する。
[First Embodiment]
The support device of the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 7. In the present embodiment, it is assumed that the support device is attached to, for example, a patient with facial palsy to support the movement of the wearer's face.
図１は、第１実施形態に係る支援装置１００を概略的に示す図である。支援装置１００は、一例として、メガネ型である。支援装置１００は、一例として、装着者Ｐの閉眼開眼動作を支援する。ここでは、装着者Ｐの顔面のうち、例えば右側は、運動機能が低下した患側に相当し、左側は、運動機能が低下していない健側に相当するものとして説明する。本実施形態の支援装置１００は、装着者Ｐの健側の閉眼開眼動作を検知し、健側と同期して患側の眼瞼を開閉させる。
FIG. 1 is a diagram schematically showing a
支援装置１００は、フレーム１、センサ２、プーリ機構３、制御部４、バッテリ５、メモリ６などを備えている。
The
フレーム１は、メガネ型であり、装着者Ｐの頭部に装着される。フレーム１は、例えば金属又は樹脂等の剛性を有する材料によって形成されている。フレーム１は、主部１１と、側部（第１側部）１２ａ及び側部（第２側部）１２ｂと、パッド１３とを有している。支援装置１００が装着された状態において、主部１１は、装着者Ｐの両眼より上方（頭頂部側）に位置し、装着者Ｐの両眼に沿って延出している。側部１２ａ及び１２ｂは、主部１１の両端から装着者Ｐの両耳の上方に向かってそれぞれ延出している。図示した例では、主部１１は、中央から装着者Ｐの鼻へ向かって延出した突起を有している。パッド１３は、この突起の先端に設けられ、装着者Ｐの鼻に当接される。なお、フレーム１は、単一の部材で一体的に形成されてもよく、複数の部材から構成されてもよい。
The
センサ２は、装着者Ｐの閉眼開眼動作に起因した信号を検出し、検出信号として出力する。センサ２は、一例では、反射型の光センサである。センサ２は、主部１１の一端に配置され、装着者Ｐの健側の目尻と対向している。センサ２は、装着者Ｐの閉眼開眼動作に起因した目尻における皮膚変動を検出する。すなわち、センサ２は、所定の波長の光を出射するとともに、装着者Ｐの健側の目尻の皮膚において反射された光を受光する。センサ２は、受光した光の強度に基づいて検出信号を出力する。なお、センサ２は、光センサに限定されない。センサ２は、例えば、皮膚に貼付される電極を備えていてもよい。この場合、センサ２は、装着者Ｐの閉眼開眼にともなう神経伝達信号を検出し、神経伝達信号の強度に応じた信号を検出信号として出力する。
The
プーリ機構３は、装着者Ｐの閉眼開眼動作を支援する。プーリ機構３は、主部１１のうち装着者Ｐの患側に配置されている。プーリ機構３は、駆動部３１、プーリ３２ａ（第１プーリ）、プーリ３２ｂ（第２プーリ）、ワイヤ３３ａ（第１ワイヤ）、ワイヤ３３ｂ（第２ワイヤ）、及び支持部３４を備えている。
The
駆動部３１は、制御部４の指示に基づいて、回転運動の動力をプーリ３２ａ及び３２ｂに供給する。駆動部３１は、モータ３１１と、モータ３１１の回転軸に接続された駆動プーリ３１２とを備えている。一例では、モータ３１１の回転軸は、例えば主部１１に沿って配置され、駆動プーリ３１２の回転軸は、モータ３１１の回転軸と交差している。なお、モータ３１１及び駆動プーリ３１２の配置は図示した例に限定されない。
The
プーリ３２ａ及び３２ｂは、主部１１に回動可能に支持されている。図示した例では、プーリ３２ａは、装着者Ｐの患側の目頭近傍、すなわち装着者Ｐの右目と鼻との間に位置している。プーリ３２ｂは、装着者Ｐの患側の目尻近傍、すなわち装着者Ｐの右目と右側の米神との間に位置している。駆動部３１の動力は、ワイヤ３３ａを介してプーリ３２ａに伝達され、ワイヤ３３ｂを介してプーリ３２ｂに伝達される。図示した例では、ワイヤ３３ａは、例えば銅などの金属材料からなるワイヤガイドＷＧを通って、駆動部３１と連結されている。
The
支持部３４は、その一端部がプーリ３２ａに固定され、他端部がプーリ３２ｂに固定されている。支援装置１００が装着された状態において、支持部３４は、装着者Ｐの患側の眼瞼と接している。支持部３４は、少なくともその一部が例えばシリコーン樹脂等の柔軟性及び可撓性を有する材料によって形成されている。支持部３４の延出方向は、プーリ３２ａ及び３２ｂの回転軸と交差している。換言すると、プーリ３２ａ及び３２ｂの回転軸と支持部３４とは、同一直線上に位置していない。
One end of the
このような構成において、プーリ３２ａとプーリ３２ｂとが例えば互いに反対方向に回転されると、支持部３４は、装着者Ｐの眼瞼と接したまま変形される。装着者Ｐの患側の眼瞼は、支持部３４との間で生じる摩擦力によって、支持部３４の変形とともに移動される。これにより、装着者Ｐの開眼及び閉眼が実現される。
In such a configuration, when the
制御部４は、フレーム１に収容されている。図示した例では、制御部４は、側部１２ｂに収容されている。制御部４は、センサ２から出力された検出信号に基づいて、駆動部３１を制御する。例えば、制御部４は、検出信号の時間変化を算出し、算出結果がしきい値を超えた場合に、駆動部３１を駆動する。
The control unit 4 is housed in the
バッテリ５及びメモリ６は、フレーム１に収容されている。バッテリ５は、駆動部３１、制御部４、メモリ６などに電力を供給する。メモリ６は、上述のしきい値に関する情報を記憶する。図示した例では、バッテリ５及びメモリ６は、側部１２ｂに収容されているが、側部１２ａに収容されていてもよい。なお、バッテリ５が省略され、外部電源からアダプタなどを介して電力が供給されてもよい。
The
なお、本実施形態の支援装置１００は、装着者Ｐの閉眼開眼動作を支援する支援モードと、しきい値を設定する設定モードとの切り替えが可能である。図示した例では、支援装置１００は、制御部４の上部に切り替えボタンＳＷを備えている。この切り替えボタンＳＷが所定時間押圧されることで、支援モードと設定する設定モードとの切り替えが行われる。しきい値は、設定モードにおいて装着者Ｐが例えば１回、随意的な閉眼を行い、その時のセンサ２からの検出信号に基づいて設定される。このとき、メモリ６は、設定モードにおいてセンサ２から出力された検出信号を、しきい値情報として記憶する。
The
図２は、図１に示す支援装置１００の構成を示すブロック図である。支援装置１００は、フレーム１、センサ２、駆動部３１、制御部４、バッテリ５に加え、メモリ６を備えている。
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the
センサ２は、発光部２１と受光部２２とを備えている。発光部２１は、例えば赤外線等の所定波長の光を出射する。受光部２２は、発光部２１から出射された光と同波長の光を受光し、受光した光の強度に応じた信号を検出信号として出力する。センサ２は、所定時間、例えば１０ｍｓごとに、所定波長の光の出射とその受光を行う。
The
制御部４は、解析部４１、判定部４２、モータ制御部４３、及びモード切り替え部４４を備えている。
The control unit 4 includes an
解析部４１は、受光部２２から出力された検出信号の時間微分を行う。すなわち、解析部４１は、第１時刻における検出信号の大きさと、第１時刻から所定時間（例えば１０ｍｓ）経過した第２時刻における検出信号の大きさとの差分を、検出信号の変化量として算出する。
The
判定部４２は、メモリ６に記憶されたしきい値情報を参照し、解析部によって算出された変化量がしきい値を超えるか否かを判定する。また、判定部４２は、当該変化量が正であるか負であるかを判定する。当該変化量がしきい値を超え、且つ正である場合、判定部４２は、センサ２から出力された検出信号が装着者Ｐの健側の例えば閉眼動作に起因すると判断し、モータ３１１を例えば順方向に回転させる順回転信号を出力する。当該変化量がしきい値を超え、且つ負である場合、判定部４２は、センサ２から出力された検出信号が装着者Ｐの健側の例えば開眼動作に起因すると判断し、モータ３１１を逆回転させる逆回転信号を出力する。また、判定部４２は、当該変化量がしきい値以下である場合、信号を出力しない。
The
モータ制御部４３は、判定部４２の判定結果に基づいて、モータ３１１を制御する。モータ制御部４３は、順回転信号を受けた場合、モータ３１１を順方向に所定量回転する。モータ制御部４３は、逆回転信号を受けた場合、モータ３１１を逆方向に所定量回転する。
The
図３は、図１に示す支援装置１００による閉眼開眼支援処理の一例を示すフローチャートである。
FIG. 3 is a flowchart showing an example of eye-closing and eye-opening support processing by the
ステップＳ３０１において、センサ２は、検出を開始する。すなわち、センサ２は、所定時間間隔で、発光部２１から例えば赤外線を出射し、装着者Ｐの目尻において反射された赤外線を受光部２２によって受光し、受光した光の強度に応じた信号を検出信号として出力する。
In step S301, the
ステップＳ３０２において、解析部４１は、検出信号の時間微分を行う。すなわち、解析部４１は、センサ２から受けた検出信号の大きさと、当該検出信号を受けた時刻から所定時間経過した時刻における検出信号の大きさとの差分を、検出信号の変化量として算出する。なお、解析部４１は、センサ２から所定時間間隔で検出信号を受ける場合、センサ２から受けた検出信号の大きさと、当該検出信号の次に受けた検出信号の大きさとの差分を算出してもよい。
In step S302, the
ステップＳ３０３において、判定部４２は、解析部４１によって算出された変化量がしきい値を超えるか否かを判定する。
In step S303, the
変化量がしきい値を超えない場合、処理はステップＳ３０７に進む。 If the amount of change does not exceed the threshold value, the process proceeds to step S307.
変化量がしきい値を超えた場合、ステップＳ３０４において、判定部４２は、変化量が正であるか負であるかを判定する。
When the amount of change exceeds the threshold value, in step S304, the
変化量が正である場合、ステップＳ３０５において、モータ制御部４３は、モータ３１１を順方向に所定量回転する。変化量が負である場合、ステップＳ３０６において、モータ制御部４３は、モータ３１１を逆方向に所定量回転する。
When the amount of change is positive, in step S305, the
ステップＳ３０７において、支援装置１００の装着が継続される場合、処理は、ステップＳ３０３に戻る。支援装置１００の装着が継続されない場合、処理は、終了する。
If the
図４は、図１に示すプーリ機構３を拡大して示す図である。なお、ここでは、説明に必要な構成のみを模式的に示し、モータやワイヤガイドなどの図示は省略している。
FIG. 4 is an enlarged view of the
支持部３４の端部３４ａ（第１端部）は、プーリ３２ａに固定され、支持部３４の端部３４ｂ（第２端部）は、プーリ３２ｂに固定されている。図示した例では、駆動プーリ３１２とプーリ３２ａとは、平行掛けのワイヤ３３ａによって連結されている。一方、駆動プーリ３１２とプーリ３２ｂとは、十字掛けのワイヤ３３ｂによって連結されている。これにより、プーリ３２ａは、駆動プーリ３１２と同方向に回転され、プーリ３２ｂは、駆動プーリ３１２と逆方向に回転される。
The
支持部３４は、端部３４ａと端部３４ｂとがプーリ３２ａ及び３２ｂの回転にそれぞれ従って互いに反対方向に回転されることで、変形される。支持部３４は、左右対称に変形されることが望ましい。すなわち、プーリ３２ａ側の変形の大きさとプーリ３２ｂ側の変形の大きさとは、等しくなることが望ましい。したがって、一例では、プーリ３２ａの直径（第１直径）Ｄ１とプーリ３２ｂの直径（第２直径）Ｄ２とは、ほぼ等しい。
The
なお、直径Ｄ１と直径Ｄ２とは、異なっていてもよい。プーリ３２ａ及び３２ｂは、その回転の大きさが駆動プーリ３１２とプーリ３２ａとの距離、及び駆動プーリ３１２とプーリ３２ｂとの距離にそれぞれ依存するように回転することができる。したがって、直径Ｄ１と直径Ｄ２とが異なる場合、駆動プーリ３１２とプーリ３２ａとの距離、及び駆動プーリ３１２とプーリ３２ｂとの距離の少なくとも一方を調整することにより、プーリ３２ａ及び３２ｂの回転の大きさを等しくすることができる。
The diameter D1 and the diameter D2 may be different. The
駆動プーリ３１２の直径（第３直径）Ｄ３は、直径Ｄ１及びＤ２と異なっていてもよい。一例では、直径Ｄ３は、直径Ｄ１及びＤ２より大きい。ここで、直径Ｄ１は、ワイヤ３３ａと接する面によって規定され、直径Ｄ２は、ワイヤ３３ｂと接する面によって規定され、直径Ｄ３は、ワイヤ３３ａ及び３３ｂの少なくとも一方と接する面によって規定される。
The diameter (third diameter) D3 of the
本実施形態において、端部３４ａの回転軸（第１回転軸）、すなわちプーリ３２ａの回転軸ＡＸａと端部３４ｂの回転軸（第２回転軸）、すなわちプーリ３２ｂの回転軸ＡＸｂとは、同一直線上に位置していない。また、回転軸ＡＸａと回転軸ＡＸｂとは、支持部３４の延出方向とも一致していない。図示した例では、回転軸ＡＸａ、ＡＸｂ、及び駆動プーリ３１２の回転軸ＡＸｃは、フレーム１の主部１１とも交差している。なお、ここでは便宜的に回転軸ＡＸａ、ＡＸｂ、及びＡＸｃは、ほぼ平行になるように示しているが、回転軸ＡＸａ、ＡＸｂ、及びＡＸｃの配置はこれに限定されない。回転軸ＡＸａ、ＡＸｂ、及びＡＸｃは、交差していてもよい。
In the present embodiment, the rotation shaft of the
次に、図４を参照して、プーリ機構３の動作について説明する。実線で示す支持部３４の状態（初期状態）において、装着者Ｐの眼瞼は、開いている。初期状態において、駆動プーリ３１２は、図中の矢印のＡ方向（装着者Ｐに向かって反時計回り）に回転される。プーリ３２ａは、駆動プーリ３１２と同様にＡ方向に回転される。一方、プーリ３２ｂは、駆動プーリ３１２と反対方向、すなわち図中の矢印のＢ方向（装着者Ｐに向かって時計回り）に回転される。端部３４ａと端部３４ｂとは、プーリ３２ａ及び３２ｂにそれぞれ従って、互いに反対方向に回転される。これにより、支持部３４は、図において二点鎖線で示すように、ねじれながら変形される。このとき、装着者Ｐの眼瞼は、支持部３４の変形に伴って閉じられる。その後、駆動プーリ３１２がＢ方向に回転されると、プーリ３２ａはＢ方向に回転され、プーリ３２ｂはＡ方向に回転される。装着者Ｐの眼瞼は、支持部３４が初期状態に復帰することで開かれる。
Next, the operation of the
図５は、プーリ機構３が備える支持部３４を拡大して示す図である。図５（ａ）は、支持部３４の側面図を示し、図５（ｂ）は、支持部３４の平面図を示している。
FIG. 5 is an enlarged view showing the
支持部３４は、端部３４ａ及び３４ｂと、端部３４ａと端部３４ｂとの間に位置する基部３４ｃとを有している。基部３４ｃは、例えばシリコーン樹脂によって形成されている。このため、支持部３４は、装着者Ｐの例えば眼球などの柔軟組織に対してストレスを加えない程度の柔軟性及び可撓性を有する。端部３４ａ及び３４ｂは、図において斜線を付した領域に相当する。端部３４ａ及び３４ｂは、例えばシリコンやシリコンハイドロゲルによって形成されており、基部３４ｃより高い剛性を有している。したがって、プーリ３２ａ及び３２ｂが回転された場合、支持部３４のうち主に基部３４ｃが変形される。
The
図５（ａ）に示すように、支持部３４は、一例では、略Ｗ字状である。すなわち、支持部３４は、端部３４ａの近傍において屈曲部（第１屈曲部）Ｂ１を有し、端部３４ｂの近傍において、屈曲部（第２屈曲部）Ｂ２を有している。さらに、支持部３４は、屈曲部Ｂ１と屈曲部Ｂ２との間において、弓状に湾曲している。
As shown in FIG. 5A, the
また、図５（ｂ）に示すように、支持部３４は、略中央に凸部ＣＶを有している。支援装置１００が装着された状態において、凸部ＣＶは、装着者Ｐへ向かって突出しており、装着者Ｐの眼瞼の皮膚と接せられる。一例では、凸部ＣＶの厚さＴＣＶは、基部３４ｃの厚さＴ３４ｃより大きい。
Further, as shown in FIG. 5B, the
図６は、支援装置１００が装着された状態における支持部３４と回転軸ＡＸａ及びＡＸｂの配置とを示す図である。図６は、装着者Ｐの頭頂部側から見た平面図である。
FIG. 6 is a diagram showing the arrangement of the
支援装置１００が装着された状態において、支持部３４は、装着者Ｐの顔面（又は眼球）に沿って湾曲されている。したがって、回転軸ＡＸａと回転軸ＡＸｂとは、交差している。回転軸ＡＸａと回転軸ＡＸｂとがなす角度θは、０度より大きく９０度以下、より好ましくは、３０度以上７０度以下である。このような構成にすることで、支持部３４と眼瞼との密着性が向上する。
In the state where the
図７は、支援装置１００が装着された状態における支持部３４と装着者Ｐの患側の眼瞼とを模式的に示す図である。図７は、装着者Ｐの患側の眼球を通り、装着者Ｐの頭部の縦方向（頭頂部と顎とを結ぶ方向）に沿った断面図である。
FIG. 7 is a diagram schematically showing a
図において実線で示すように、装着者Ｐの眼瞼ＥＬが開いている状態において、支持部３４の凸部ＣＶは、装着者Ｐの眼瞼ＥＬの皮膚と接している。このとき、凸部ＣＶは、装着者Ｐの眼球へ向かう方向に付勢されている。凸部ＣＶと装着者Ｐとの間には、粘着テープや接着剤などは介在していない。
As shown by the solid line in the figure, when the eyelid EL of the wearer P is open, the convex portion CV of the
図４を参照して説明したように、駆動プーリ３１２がＡ方向へ回転され、端部３４ａ及び３４ｂが互いに反対方向へ回転すると、支持部３４は、ねじれながら変形される。支持部３４の変形に伴って、凸部ＣＶは、図７において二点鎖線で示すように、下方へ移動する。このとき、凸部ＣＶは、装着者Ｐの眼球へ向かう方向に付勢されたままである。したがって、装着者Ｐの眼瞼は、凸部ＣＶと装着者Ｐの皮膚との間で生じる摩擦力によって凸部ＣＶとともに下方へ移動される。これにより、装着者Ｐの眼瞼が閉じられる。
As described with reference to FIG. 4, when the
同様に、図４を参照して説明したように、駆動プーリ３１２がＢ方向へ回転され、端部３４ａ及び３４ｂが互いに反対方向へ回転すると、支持部３４は、初期状態へ復帰する。支持部３４の復帰に伴って、凸部ＣＶは、図７において実線で示すように、上方へ移動する。このとき、凸部ＣＶは、装着者Ｐの眼球へ向かう方向に付勢されたままである。したがって、装着者Ｐの眼瞼は、凸部ＣＶと装着者Ｐの皮膚との間で生じる摩擦力によって凸部ＣＶとともに上方へ移動される。これにより、装着者Ｐの眼瞼が開けられる。
Similarly, as described with reference to FIG. 4, when the
本実施形態によれば、眼瞼を支持する支持部３４は、例えばシリコーン樹脂等の柔軟性及び可撓性を有する材料によって形成されている。したがって、例えば眼球のような柔軟な生体組織に対してストレスを与えることなく、眼瞼を支持することができる。
According to the present embodiment, the
また、プーリ機構３は、支持部３４の端部３４ａと端部３４ｂとの双方において回転の作用点を有している。したがって、例えばプーリ３２ａの直径Ｄ１とプーリ３２ｂの直径Ｄ２を等しくすることで、支持部３４が柔軟性を有する場合であっても、支持部３４のプーリ３２ａ側の変形の大きさとプーリ３２ｂ側の変形の大きさとを揃えることが可能である。すなわち、ほぼ左右対称に支持部３４を変形することができ、より自然な閉眼開眼動作が実現される。
Further, the
さらに、端部３４ａの回転軸ＡＸａと端部３４ｂの回転軸ＡＸｂとは同一直線上に位置していない。この構成において端部３４ａと端部３４ｂとを互いに反対側に回転することで、支持部３４は、端部３４ａ及び３４ｂの回転方向と異なる方向に変形される。このような変形を利用することで、支持部３４の形状によらず、支持部３４を装着者Ｐの眼球へ向かって付勢することができる。この結果、眼球が複雑な曲面を有する形状、すなわち一軸の回転体によって表すことが困難な三次元形状であっても、この眼球に沿って支持部３４を動かすことができる。この結果、装着者Ｐの眼瞼を、眼球に沿って動かすことができる。
Further, the rotation axis AXa of the
また、支持部３４が装着者Ｐの眼球へ向かって付勢されているため、支持部３４と装着者Ｐの皮膚との間の摩擦力によって装着者Ｐの眼瞼を支持部３４とともに動かすことができる。すなわち、支持部３４と装着者Ｐの皮膚との間に粘着剤を介在する必要がない。このため、支援装置１００の着脱を容易にすることができる。
Further, since the
さらに、支持部３４は、端部３４ａ及び３４ｂに固定されたプーリ３２ａ及び３２ｂの双方を駆動プーリ３１２に従動させることで、１つのモータ３１１の動力で変形されている。換言すると、上記の構成を用いることで、複雑な三次元形状に沿った運動を単純な１軸の回転運動の動力を用いて実現することができる。したがって、複数のモータを必要とすることがなく、支援装置１００の軽量化及び小型化が実現される。このような支援装置１００は、日常生活への導入が容易であるとともに、リハビリテーションにも好適である。
Further, the
以上のように、本実施形態によれば、柔軟で複雑な形状を有する生体組織に沿った動作の支援ができ、且つ、着脱が容易な支援装置を提供することができる。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide a support device that can support movements along a living tissue having a flexible and complicated shape and that can be easily attached and detached.
なお、支持部３４の形状は、適宜に変更することができる。換言すると、支持部３４の形状を調整することで、所望の形状に沿った支持部３４の変形を実現することができる。したがって、プーリ機構３のうち駆動部３１、プーリ３２ａ及び３２ｂを変えることなく、支持部３４の形状を変更することで、個々人の眼球の形状に最適化した閉眼開眼動作の支援が可能である。さらには、支持部３４の形状を変更することで、眼球だけでなく他の生体組織に対しても同様の機構を適用することが可能である。
［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る支援装置１００を概略的に示す図である。第２実施形態は、支援装置１００が装着者Ｐの頸部に装着されている点で、第１実施形態と相違している。第２実施形態に係る支援装置１００は、一例では、チョーカー型であり、装着者Ｐの頸部における動作を支援する。ここでは、装着者Ｐの随意嚥下を支援する場合を例として説明する。
The shape of the
[Second Embodiment]
FIG. 8 is a diagram schematically showing the
支援装置１００は、フレーム１と、センサ２と、プーリ機構３と、制御部４と、バッテリ５とを備えている。
The
フレーム１は、略環状に形成され、例えば装着者Ｐの頸部後方から外嵌される。フレーム１は、復元力を有した弾性部材、例えば、硬質ウレタンゴムなどで成形されている。
The
センサ２は、一対の電極２３ａ及び２３ｂと、ケーブル２４とを備えている。電極２３ａ及び２３ｂは、装着者Ｐの例えば舌骨上筋群、舌骨下筋群及び咬筋のいずれかの上の皮膚に貼付される。センサ２は、例えば電極２３ａに対して電流を供給し、電極２３ｂを介して電圧を測定する。これにより、生体電位が検出される。センサ２は、検出された生体電位に基づいて、検出信号を出力する。
The
プーリ機構３は、フレーム１に固定され、装着者Ｐの頸部の前方に配置される。プーリ機構３は、駆動部３１、プーリ３２ａ及び３２ｂ、ワイヤ３３ａ及び３３ｂ、及び支持部３４を備えている。支持部３４は、装着者Ｐの頸部の皮膚と接している。具体的には、支持部３４は、２つの凸部ＣＶ１及びＣＶ２を有し、凸部ＣＶ１と凸部ＣＶ２とによって、装着者Ｐの甲状軟骨ＴＣを挟持している。なお、図示した例では、支持部３４は、２つの凸部ＣＶ１及びＣＶ２を有しているが、凸部の数は、図示した例に限定されない。すなわち、支持部３４は、甲状軟骨ＴＣを挟持できればよく、３つ以上の凸部を有していてもよいし、１つの凸部を有していてもよい。
The
制御部４は、センサ２から出力された検出信号に基づいて、駆動部３１を制御する。例えば、制御部４は、検出信号がしきい値を超えた場合に、例えば装着者Ｐによる随意嚥下が開始されると判断し、駆動部３１を駆動する。
The control unit 4 controls the
なお、センサ２は、省略されてもよい。支援装置１００は、センサ２に代わって入力部を備えていてもよい。この場合、制御部４は、装着者Ｐ又は医師等による入力部を介した入力操作に基づいて、駆動部３１を駆動してもよい。
The
第１実施形態において説明したように、柔軟性及び可撓性を有する支持部３４の端部３４ａ及び３４ｂが互いに反対方向に回転されると、支持部３４は、ねじれながら変形される。このとき、支持部３４は、装着者Ｐの頸部に向かって付勢されたままである。例えば、支持部３４が図示した状態から上方（頭頂部側）へ向かうように変形されると、装着者Ｐの甲状軟骨ＴＣは、凸部ＣＶ１及びＣＶ２によって挟持されたまま、拳上される。この甲状軟骨ＴＣの拳上に伴って装着者Ｐの舌骨が拳上されることで、装着者Ｐの嚥下動作の支援が実現される。このように、プーリ機構３を頸部に適用することで、本実施形態においても装着者Ｐの頸部の形状に沿って甲状軟骨を動かすことが可能である。したがって、頸部に対してストレスを与えることなく、嚥下動作を支援することができる。
As described in the first embodiment, when the ends 34a and 34b of the flexible and
以上のように、第２実施形態においても、柔軟で複雑な形状を有する生体組織に沿った動作の支援ができ、且つ、着脱が容易な支援装置を提供することができる。 As described above, also in the second embodiment, it is possible to provide a support device that can support the movement along the living tissue having a flexible and complicated shape and that can be easily attached and detached.
以上、本発明の支援装置について、第１及び第２実施形態によって説明したが、これらの実施形態は、一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これらの新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 The support device of the present invention has been described above with reference to the first and second embodiments, but these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope and gist of the invention, and are also included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof.
１…フレーム、１１…主部、１２ａ，１２ｂ…側部、２…センサ、２１…発光部、２２…受光部、２３ａ，２３ｂ…電極、３…プーリ機構、３１…駆動部、３１１…モータ、３１２…駆動プーリ、３２ａ，３２ｂ…プーリ、３３ａ，３３ｂ…ワイヤ、３４…支持部、３４ａ，３４ｂ…端部、３４ｃ…基部、４…制御部、４１…解析部、４２…判定部、４３…モータ制御部、４４…モード切り替え部、５…バッテリ、６…メモリ、１００…支援装置、Ｂ１，Ｂ２…屈曲部、ＣＶ，ＣＶ１，ＣＶ２…凸部。 1 ... frame, 11 ... main part, 12a, 12b ... side part, 2 ... sensor, 21 ... light emitting part, 22 ... light receiving part, 23a, 23b ... electrode, 3 ... pulley mechanism, 31 ... drive part, 311 ... motor, 312 ... Drive pulley, 32a, 32b ... Pulley, 33a, 33b ... Wire, 34 ... Support part, 34a, 34b ... End part, 34c ... Base part, 4 ... Control unit, 41 ... Analysis unit, 42 ... Judgment unit, 43 ... Motor control unit, 44 ... mode switching unit, 5 ... battery, 6 ... memory, 100 ... support device, B1, B2 ... bending part, CV, CV1, CV2 ... convex part.
Claims (14)
前記第１端部と前記第２端部とを互いに逆方向に回転させる駆動部と、
を備え、
前記基部は、可撓性を有し、
前記第１端部の第１回転軸と前記第２端部の第２回転軸とは、同一直線上に位置しておらず、
装着者の頸部に装着されるフレームをさらに備え、
前記基部は、前記装着者の頸部の皮膚と接し前記装着者の甲状軟骨を挟持する凸部を有している、支援装置。 A support portion having a first end portion, a second end portion, and a base portion located between the first end portion and the second end portion.
A drive unit that rotates the first end portion and the second end portion in opposite directions, and
Equipped with
The base is flexible and
The first rotation axis of the first end portion and the second rotation axis of the second end portion are not located on the same straight line.
Further equipped with a frame to be worn on the wearer's neck,
The support device , wherein the base portion has a convex portion that is in contact with the skin of the neck of the wearer and sandwiches the thyroid cartilage of the wearer .
制御部と、 Control unit and
をさらに備え、Further prepare
前記センサは、前記装着者の生体電位に基づいて検出信号を出力し、 The sensor outputs a detection signal based on the bioelectric potential of the wearer.
前記制御部は、前記検出信号が所定値を超える場合に、前記駆動部を駆動する、請求項１に記載の支援装置。 The support device according to claim 1, wherein the control unit drives the drive unit when the detection signal exceeds a predetermined value.
前記第１端部と前記第２端部とを互いに逆方向に回転させる駆動部と、 A drive unit that rotates the first end portion and the second end portion in opposite directions, and
を備え、Equipped with
前記基部は、可撓性を有し、 The base is flexible and
前記第１端部の第１回転軸と前記第２端部の第２回転軸とは、同一直線上に位置しておらず、 The first rotation axis of the first end portion and the second rotation axis of the second end portion are not located on the same straight line.
前記基部は、シリコーン樹脂によって形成されている、支援装置。 The base is a support device made of silicone resin.
前記第１端部が固定された第１プーリと、
前記第２端部が固定された第２プーリと、
前記駆動プーリと前記第１プーリとを平行掛けで連結する第１ワイヤと、
前記駆動プーリと前記第２プーリとを十字掛けで連結する第２ワイヤと、
をさらに備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の支援装置。 The drive pulley provided in the drive unit and
The first pulley to which the first end is fixed, and
The second pulley to which the second end is fixed, and
A first wire connecting the drive pulley and the first pulley in parallel,
A second wire connecting the drive pulley and the second pulley with a cross, and
The support device according to any one of claims 1 to 4 , further comprising.
前記基部は、前記装着者の眼瞼の皮膚と接する凸部を有している、
請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の支援装置。 The wearer has a main portion, a first side portion extending from one end of the main portion, and a second side portion extending along the first side portion from the other end of the main portion. With a frame that can be attached to the head,
The base has a protrusion in contact with the skin of the wearer's eyelids.
The support device according to any one of claims 1 to 11 .
制御部と、
をさらに備え、
前記センサは、前記装着者の目尻の皮膚変動に基づいて検出信号を出力し、
前記制御部は、前記検出信号がしきい値を超える場合に、前記駆動部を駆動する、請求項１２又は１３に記載の支援装置。 The sensor provided on the frame and
Control unit and
Further prepare
The sensor outputs a detection signal based on the skin fluctuation of the outer corner of the eye of the wearer.
The support device according to claim 12 or 13 , wherein the control unit drives the drive unit when the detection signal exceeds a threshold value.
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| 小崎湧太、鈴木健嗣 著，「柔軟素材の変形により開眼・閉眼動作を支援する顔面装着型ロボット」，ロボティクスメカトロニクス講演会2017講演会論文集 2017 JSME Conference on Robotics and Mechatronics，日本，一般社団法人 日本機械学会 The Japan Society of Mechanical Engineers，2017年05月09日，第２Ｐ２－Ｏ１１（１）－（２）ページ |
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