JP6035898B2 - Wearable motion assist device - Google Patents
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Description
本発明は、装着式動作補助装置に関するものである。 The present invention relates to a wearable movement assist device .
身体障害者や高齢者にとっては、健常者であれば簡単に行える動作でも非常に困難である場合が多い。このため、今日では、これらの人達の動作を補助又は代行するために、種々のパワーアシスト装置の開発が進められている。 For the physically handicapped and the elderly, even if it is a healthy person, even a simple operation can be very difficult. For this reason, various power assist devices have been developed today in order to assist or substitute for the operations of these people.
パワーアシスト装置としては、例えば、利用者(以下「装着者」という)に装着される装着式動作補助装置(以下、単に「動作補助装置」という)が知られている(例えば特許文献1、非特許文献1参照)。この動作補助装置は、装着者の筋活動に伴う筋電位信号を検出する筋電位センサ(生体信号検出手段)と、装着者の各関節の角度変位を検出する関節角度検出手段と、装着者にアシスト力としてのトルクを付与する駆動モータ等の駆動源と、当該駆動源を制御する制御手段とを備える。 As a power assist device, for example, a wearable motion assist device (hereinafter simply referred to as “motion assist device”) worn by a user (hereinafter referred to as “wearer”) is known (for example, Patent Document 1, Non-Patent Document 1). Patent Document 1). This motion assisting device includes a myoelectric potential sensor (biological signal detection means) for detecting a myoelectric potential signal accompanying the muscle activity of the wearer, a joint angle detection means for detecting angular displacement of each joint of the wearer, and a wearer. A drive source such as a drive motor that applies torque as an assist force and a control unit that controls the drive source are provided.
この動作補助装置では、筋電位センサによる検出結果と、関節角度検出手段による検出結果とに基づいて、制御手段が駆動モータを適宜制御することにより、装着者の意思に応じかつ現動作に適したトルクを当該装着者に付与することができる。 In this motion assisting device, the control unit appropriately controls the drive motor based on the detection result by the myoelectric potential sensor and the detection result by the joint angle detection unit, so that it is suitable for the wearer's intention and suitable for the current operation. Torque can be applied to the wearer.
装着者が歩行訓練を行っている場合、介助者は装着者に注目しているためディスプレイ等を見ることができず、動作補助装置が装着者にトルクを付与しているか否か、また動作補助装置が装着者にどの程度のトルクを付与しているか、外観からはわからなかった。これは、ロボットアームでも同様であり、ロボットアームが把持している物が重いか又は軽いか、外観上はわからなかった。 When the wearer is walking training, the caregiver pays attention to the wearer and cannot see the display etc., whether the movement assist device is giving torque to the wearer, and movement assistance It was unknown from the appearance how much torque the device applied to the wearer. The same applies to the robot arm, and it was not apparent from the appearance whether the object held by the robot arm was heavy or light.
本発明はこのような点を考慮してなされたものであり、ロボット本体の動作状況を見ながら、ロボットの駆動状況を把握することができる装着式動作補助装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of such points, and an object thereof is to provide a wearable motion assisting device that can grasp the driving status of the robot while observing the operating status of the robot body.
本発明の一態様による装着式動作補助装置は、装着者の骨格に沿って装着される第1フレーム及び第2フレームと、前記第1フレームと前記第2フレームとを屈曲可能に連結する関節可動部に設けられ、前記装着者に対して動力を付与する駆動源と、前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第1検出部と、前記装着者の関節の角度を検出する第2検出部と、前記関節可動部に設けられた発光部と、前記生体電位信号及び前記関節の角度に応じた動力を前記駆動源に発生させるとともに、前記駆動源の動作状態に応じて前記発光部を発光させる制御部と、を備えるものである。 A wearable motion assisting device according to an aspect of the present invention includes a first movable frame and a second frame that are worn along a wearer's skeleton, and a movable joint that flexibly connects the first frame and the second frame. A drive source that provides power to the wearer, a first detection unit that detects a biopotential signal associated with the muscle activity of the wearer, and a first angle that detects an angle of the joint of the wearer. 2 detection unit, a light emitting unit provided in the joint movable unit, and causing the drive source to generate power according to the biopotential signal and the angle of the joint, and the light emission according to the operating state of the drive source A control unit that causes the unit to emit light.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、前記制御部は、前記駆動源の動作状態に応じて前記発光部の発光色又は発光パターンを切り替えることが好ましい。 In the wearable motion assist device according to an aspect of the present invention, it is preferable that the control unit switches a light emission color or a light emission pattern of the light emitting unit according to an operation state of the drive source.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、前記動作状態には、前記駆動源が前記装着者に対して動力を付与している状態、スタンバイ状態、エラー停止状態、及び非常停止状態が含まれることが好ましい。 In the wearable movement assist device according to the aspect of the present invention, the operation state includes a state in which the drive source applies power to the wearer, a standby state, an error stop state, and an emergency stop state. It is preferably included.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、前記制御部は、前記駆動源が付与する動力の大きさに応じて前記発光部の発光面積を変えることが好ましい。 In the wearable motion assist device according to an aspect of the present invention, it is preferable that the control unit changes a light emitting area of the light emitting unit in accordance with a magnitude of power applied by the drive source.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、当該装着式動作補助装置に電力を供給する電池を内蔵した電源部をさらに備え、前記制御部は、前記電池の残り電力値が所定値以下になった場合に、前記発光部を所定の発光色又は発光パターンで発光させることが好ましい。 The wearable movement assist device according to one aspect of the present invention further includes a power supply unit that incorporates a battery that supplies power to the wearable movement assist device, and the control unit has a remaining power value of the battery equal to or less than a predetermined value. In this case, it is preferable that the light emitting unit emit light with a predetermined light emission color or light emission pattern.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、前記発光部はリング状であることが好ましい。 In the wearable motion assist device according to one aspect of the present invention, the light emitting unit is preferably ring-shaped.
本発明の一態様による装着式動作補助装置においては、前記発光部は同一円周上に配置された複数の発光素子を有することが好ましい。 In the wearable motion assisting device according to one aspect of the present invention, it is preferable that the light emitting unit has a plurality of light emitting elements arranged on the same circumference.
本発明によれば、ロボット本体の動作状況を見ながら、ロボットの駆動状況を把握することができる。 According to the present invention, it is possible to grasp the driving status of the robot while observing the operating status of the robot body.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(第1の実施形態)図1に第1の実施形態に係る発光装置を備えたロボートアームの概略構成を示す。また、図2は、ロボットアームの制御ブロック図である。 (First Embodiment) FIG. 1 shows a schematic configuration of a robot arm equipped with a light emitting device according to a first embodiment. FIG. 2 is a control block diagram of the robot arm.
ロボットアーム10は、フレーム11、12と、フレーム11とフレーム12とを屈曲可能に連結する関節可動部13とを備えている。関節可動部13は、フレーム11の一端と、フレーム12の一端とを連結している。フレーム11の他端は、固定されていてもよいし、並進関節や回転関節に連結されていてもよい。フレーム12の他端には、物体を把持することができるハンド部14が設けられている。ハンド部14は、例えば、はさみ型ハンドである。
The
関節可動部13には、図示しないパワーユニット(駆動源)が設けられている。このパワーユニットは、駆動モータを有しており、駆動モータの回転軸が、ギヤを介して被駆動側となるフレーム12に駆動トルクを伝達する。この駆動トルクにより、ハンド部14が物体を把持した状態でフレーム12を動かすことができる。
The joint
図1に示すように、関節可動部13には発光装置15が設けられている。発光装置15はリング状の発光領域15Aを有している。発光装置15は、同一円周上に配置された複数の発光素子(例えばLED素子)及び発光素子からの光を拡散する拡散板を備え、複数の発光素子及び拡散板は、透光性のカバーに覆われている。発光素子はRGB調光により青、赤、黄等の複数の色を発色することができる。発光装置15はロボットアーム10の外方へ向かって発光するため、ユーザは、ロボットアーム10の外観から、発光装置15がどのような色・発光パターンで発光しているかがわかる。
As shown in FIG. 1, the joint
図2に示すように、発光装置15の発光素子は、制御部16によって発光パターン及び発光色が制御される。また、制御部16は、パワーユニット内の駆動モータや、ハンド部14の動作を制御する。
As shown in FIG. 2, the light emitting element and the light emitting color of the light emitting element of the
制御部16は、駆動モータの動作状態に応じて、発光素子の発光パターン及び発光色を切り替える。駆動モータの動作状態と、発光素子の発光パターン及び発光色との関係の一例を以下の表1に示す。
このように、駆動モータの動作状態に応じて発光装置15の発光パターンや発光色が変わるため、ユーザは、ロボットアーム10本体の動作状況を見ながら、モニタ等の他装置を見ることなく、発光装置15の発光パターンや発光色に基づいて、ロボットアーム10の駆動状況を知ることができる。
In this way, since the light emission pattern and light emission color of the
上記第1の実施形態において、制御部16は、駆動モータがフレーム12に伝達する駆動トルクの大きさによって発光させる発光素子の数を変えてもよい。例えば、駆動トルクが大きくなるに伴い発光する発光素子の数を増やすことで、図3(a)、(b)に示すように、発光面積を駆動トルクの大きさに対応させることができる。図3(a)、(b)では、斜線部が発光している部分を示しており、図3(a)より図3(b)の方が、駆動トルクが大きいことを表している。このように駆動トルクの大きさによって発光面積(発光素子数)を変えることで、ユーザは、ロボットアーム10本体の動作状況を見ながら、モニタ等の他装置を見ることなく、どの程度の駆動トルクでロボットアームが動作しているかを知ることができる。
In the first embodiment, the
(第2の実施形態)図4は、第2の実施形態に係る装着式動作補助装置100のブロック構成図である。また、図5は、装着式動作補助装置100を装着した人間(装着者P)を後側からみた斜視図である。
(Second Embodiment) FIG. 4 is a block diagram of a wearable
図4に示すように、装着式動作補助装置100は、生体電位信号検出手段101、関節角度検出手段103、重心位置/圧中心検出手段104、制御装置110、駆動信号生成手段131、駆動源(アクチュエータ)132、及び発光部140を備える。
As shown in FIG. 4, the wearable
生体電位信号検出手段101は、装着者Pが発生する筋力に応じた筋電位を検出する。人が動こうとした場合には、その意思は電気信号となり体内の神経を通じて脳から筋肉へ伝達される。このとき、生体電位信号検出手段101は、皮膚表面に生じる生体電位信号を検出する。
The bioelectric potential
関節角度検出手段103は、装着者Pの動作に応じた関節角度を検出し、制御装置110へ出力する。
The joint
重心位置/圧中心検出手段104は、装着者Pの動作に応じた重心位置/圧中心を検出し、制御装置110へ出力する。
The center-of-gravity position / pressure center detection means 104 detects the center-of-gravity position / pressure center according to the operation of the wearer P, and outputs it to the
制御装置110は、随意制御手段111、自律制御手段112、データ格納手段113、指令信号合成手段114、及び発光制御手段115を有する。
The
随意制御手段111は、生体電位信号検出手段101により検出された生体電位信号(筋電位信号)に対して、フィルタ処理(スムージング処理)及び増幅を含む信号処理を行う。そして、随意制御手段111は、信号処理を施した生体電位信号を用いて、装着者Pの意思に従った動力を駆動源(アクチュエータ)132に発生させるための随意指令信号を生成する。
The
データ格納手段113は、装着者Pのタスクのフェイズを特定するための基準パラメータデータベースと、特定されたフェイズに応じて装着者Pの動きをアシストするためのアシストパラメータとを格納する。タスクとは、人間の主要な動作パターンを分類したものである。フェイズとは、各タスクを構成する一連の最小動作単位である。 The data storage means 113 stores a reference parameter database for specifying the task phase of the wearer P and assist parameters for assisting the movement of the wearer P according to the specified phase. A task is a classification of human main motion patterns. A phase is a series of minimum operation units constituting each task.
図6に、基準パラメータデータベースに格納される各タスク及び各フェイズの一例を示す。 FIG. 6 shows an example of each task and each phase stored in the reference parameter database.
図6に示されるように、装着者Pの動作を分類するタスクとしては、例えば、座位状態から立位状態に移行する立ち上がり動作データを有するタスクAと、立ち上がった装着者Pが歩行する歩行動作データを有するタスクBと、立った状態から座位状態に移行する座り動作データを有するタスクCと、立った状態から階段を昇り降りする階段昇降動作データを有するタスクDとが、基準パラメータデータベースに格納されている。 As shown in FIG. 6, the tasks for classifying the movement of the wearer P include, for example, the task A having the rising movement data for shifting from the sitting position to the standing position, and the walking movement for the standing wearer P to walk. Task B having data, task C having sitting motion data for shifting from a standing state to a sitting state, and task D having stair climbing operation data for climbing up and down the stairs from the standing state are stored in the reference parameter database. Has been.
そして、各タスクには、複数のフェイズデータが設定されており、例えば、歩行動作のタスクBには、左脚に重心を置いて立脚した状態から右脚を前に振り出そうとするときの動作データ(関節角度や重心位置/圧中心の軌跡、トルクの変動、生体電位信号の変化など)を有するフェイズB1と、右脚を前に出した状態から着地して重心を移すときの動作データを有するフェイズB2と、右脚に重心を置いて立脚した状態から左脚を前に振り出そうとするときの動作データを有するフェイズB3と、左脚を右脚の前に出した状態から着地して重心を移すときの動作データを有するフェイズB4と、が設定されている。 Each task is set with a plurality of phase data. For example, in the task B of the walking motion, when the right leg is swung out from the standing position with the center of gravity on the left leg. Phase B1 with motion data (joint angle, center of gravity position / pressure center trajectory, torque fluctuation, change in bioelectric potential signal, etc.) and motion data when landing the right leg from the front and moving the center of gravity Landing from the phase B2 that has movement, the phase B3 that has movement data when trying to swing out the left leg forward from the state where the center of gravity is placed on the right leg and the left leg is placed in front of the right leg Thus, a phase B4 having operation data for shifting the center of gravity is set.
このように、人間の一般的な動作を分析すると、各フェイズにおける各関節の角度や重心の移動等の典型的な動作パターンが決まっていることが分かる。そこで、人間の多数の基本動作(タスク)を構成する各フェイズについて、典型的な関節角度の変位や重心移動の状態等を経験的に求め、それらを基準パラメータデータベースに格納しておく。 As described above, when a general human motion is analyzed, it can be seen that typical motion patterns such as angles of joints and movements of the center of gravity in each phase are determined. Therefore, for each phase constituting a large number of basic operations (tasks) of humans, typical joint angle displacements, centroid movement states, and the like are obtained empirically and stored in a reference parameter database.
また、各フェイズについては、複数のパターンのアシストパターンが割り当てられており、同じフェイズでも各アシストパターンで異なったアシストがされる。 Also, for each phase, a plurality of assist patterns are assigned, and different assists are provided for each assist pattern even in the same phase.
例えば、人間は体の大きさや、筋力の状態などにより、また、歩行速度などによって、異なる歩行パターンを有している。また、動作の目的(例えば、リハビリ目的、トレーニング目的、歩様の改善目的、動作(力の)補助目的等)によっても歩行パターンが異なる。また、リハビリ目的であっても、対象となる人の障害の度合いや、リハビリの進み具合によって、適した動作パターンは異なる。 For example, humans have different walking patterns depending on the size of the body, the state of muscle strength, and the walking speed. Also, the walking pattern varies depending on the purpose of the movement (for example, the purpose of rehabilitation, the purpose of training, the purpose of improving the gait, the purpose of assisting the movement (force)). Even for rehabilitation purposes, suitable motion patterns differ depending on the degree of disability of the target person and the progress of rehabilitation.
そのため、目的とする動作パターンに適したアシストも異なる。そこで、目的とする動作パターンに適したアシストに応じて、複数のアシストパターンの中から、最適なアシストパターンを選択できるように、各フェイズについて多数のアシストパターンが割り当てられている。 Therefore, the assist suitable for the intended operation pattern is also different. Therefore, a large number of assist patterns are assigned to each phase so that an optimum assist pattern can be selected from a plurality of assist patterns according to the assist suitable for the target operation pattern.
自律制御手段112は、関節角度検出手段103により検出された関節角度及び重心位置/圧中心検出手段104により検出された重心位置/圧中心等の装着者の動作の状態をあらわすパラメータと、データ格納手段113に格納された基準パラメータとを比較して、装着者1の動作のタスク及びフェイズを特定する。自律制御手段112は、装着者の動作の状態に応じてフェイズを特定したら、そのフェイズに割り当てられたアシストパターンの中から、予め設定された目的に応じて、最適なアシストパターンを選択し、このアシストパターンに応じた動力を駆動源(アクチュエータ)132に発生させるための自律指令信号を生成する。
The autonomous control means 112 stores parameters indicating the joint angle detected by the joint angle detection means 103, the center of gravity position / pressure center detected by the center-of-gravity position / pressure center detection means 104, and the like, and data storage The task and phase of the operation of the wearer 1 are specified by comparing with the reference parameters stored in the
指令信号合成手段114は、随意制御手段111により生成された随意指令信号と、自律制御手段112により生成された自律指令信号とを合成し、合成指令信号を駆動信号生成手段131へ出力する。随意指令信号と自律指令信号との合成比を各タスクのフェイズ毎に予め設定してデータ格納手段113に格納しておいてもよい。
The command
合成指令信号は、動作の開始から終了まで変化する随意的制御による動力と、フェイズ毎に自律的制御による動力とを合成した動力を駆動源132に発生させる波形を有する。
The composite command signal has a waveform that causes the
駆動信号生成手段131は、合成指令信号に応じた駆動信号(駆動電流)を生成し、駆動源132に供給することにより、駆動源132を駆動する。駆動源132は、駆動信号に応じたアシスト力(動力)を装着者Pに付与する。
The drive
制御装置110の発光制御手段115は、駆動源132の駆動状況に応じて、発光部140の発光制御を行う。例えば、発光制御手段115は、指令信号合成手段114により生成された合成指令信号から駆動源132が駆動しているか否かを判別し、発光部140の発光制御を行う。また、発光制御手段115は、装着式動作補助装置100がエラー発生に伴い停止したり、非常停止したりした場合に、発光部140を発光させる。発光部140の構成や、発光部140をどのように発光させるかについては後述する。
The light emission control means 115 of the
図5は、装着者Pを後側からみた斜視図である。装着式動作補助装置100は、例えば、骨格筋の筋力低下により歩行が不自由な下肢運動機能障害者、又は、歩行運動のリハビリを行う患者などのように自力歩行が困難な人の歩行動作を補助(アシスト)する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号(表面筋電位)を検出し、検出した生体信号に基づいてアクチュエータからの駆動力を装着者Pに付与するように作動する。
FIG. 5 is a perspective view of the wearer P as seen from the rear side. The wearable movement assist
装着式動作補助装置100を装着した装着者Pは、自らの意思で歩行動作を行おうとすると、その際に発生した生体信号に応じて歩行動作に必要な駆動トルクがアシスト力として動作補助装置100から付与される。従って、装着者Pは、自身の筋力が足りず歩行することができない場合であっても、自らの意思に基づく生体信号に応じて、アクチュエータから付与される駆動トルクとの合力によって、脚を動かして歩行することができる。
When the wearer P wearing the wearable
その際、動作補助装置100は、歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力が装着者Pの意思を反映するように制御している。そのため、動作補助装置100のアクチュエータは、装着者Pの意思に反するような負荷を与えないように制御されており、装着者Pの動作を妨げない。
At that time, the
図5に示すように、動作補助装置100は、腰部フレーム210、脚部フレーム211〜214、締結ベルト221〜224、パワーユニット231〜234、筋電位センサ241〜244、靴251、252及びコントロールユニット260を有する。また、動作補助装置100は、パワーユニット231〜234やコントロールユニット260等に電力を供給する電源(図示せず)を備える。電源は腰部フレーム210に取り付けることができる。
As shown in FIG. 5, the movement assist
腰部フレーム210は、装着者Pの腰回りを支持するためのフレームであり、装着者Pの胴体に固定される。
The
腰部フレーム210には、パワーユニット231、232が腰部フレーム210に対して回動自在となるように連結されている。パワーユニット231、232は、脚部フレーム211、212を介してパワーユニット233、234に連結される。パワーユニット233、234は、脚部フレーム211、212に対して回動自在となるように連結されている。
靴251、252は、フレーム213、214を介してパワーユニット233、234に連結される。
The
パワーユニット231〜234は、大腿、下腿それぞれの関節(股関節、膝関節)に該当する部分に設けられる。フレーム211、212は装着者Pの腿外側又は内側に沿うように設けられ、フレーム213、214は装着者Pの脛外側又は内側に沿うように設けられる。従って、フレーム211〜214は、装着者Pの脚と同じ動作を行えるように構成されている。
The
フレーム211、212は締結ベルト221、222により、装着者Pの腿に締結される。また、フレーム213、214は締結ベルト223、224により、装着者Pの膝下に締結される。
The
パワーユニット231〜234は、駆動モータを含み、駆動モータの回転軸が、ギヤを介して被駆動側となるフレーム211〜214に駆動トルクを伝達する。この駆動トルクは、締結ベルト221〜224を介して装着者Pの脚にアシスト力として伝達される。
The
駆動モータは、関節角度を検出する角度センサを有する。角度センサは、例えば、関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダにより構成される。角度センサは検出した関節角度をコントロールユニット260へ出力する。
The drive motor has an angle sensor that detects a joint angle. The angle sensor is constituted by, for example, a rotary encoder that counts the number of pulses proportional to the joint angle. The angle sensor outputs the detected joint angle to the
パワーユニット231〜234は、図4における関節角度検出手段103、駆動信号生成手段131及び駆動源132に相当する。
The
筋電位センサ241、242は、装着者Pの尻に貼りつけられ、大殿筋等の股関節の伸展にかかる筋肉の表面筋電位を検出する。
The myoelectric
筋電位センサ243、244は、装着者Pの膝上後側に貼りつけられ、大腿二頭筋等の膝関節の屈曲にかかる筋肉の表面電位を検出する。
The myoelectric
また、図示していないが、装着者Pの腿の付け根部分前側に貼りつけられ、大腿直筋の等の股関節の屈曲にかかる筋肉の表面筋電位を検出する筋電位センサ、及び、装着者Pの膝上前側に貼りつけられ、外側広筋又は内側広筋等の膝関節の伸展にかかる筋肉の表面筋電位を検出する筋電位センサも設けられている。 Although not shown, a myoelectric potential sensor that is attached to the front side of the base of the thigh of the wearer P and detects a surface myoelectric potential of a muscle that is involved in bending of the hip joint such as the rectus femoris muscle, and the wearer P There is also provided a myoelectric potential sensor which is attached to the front side of the knee and detects the surface myoelectric potential of the muscle related to the extension of the knee joint such as the outer vastus muscle or the inner vastus muscle.
筋電位センサは、検出した筋電位をコントロールユニット260へ出力する。筋電位センサ241〜244は、生体電位信号検出手段101に相当する。
The myoelectric potential sensor outputs the detected myoelectric potential to the
靴251、252には中敷センサ(図示せず)が設けられている。中敷センサは、例えば、右脚、左脚の前側、後側に対する反力を検出する反力センサを含む。反力センサは、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子からなり、重心位置/圧中心等を検出することができる。中敷センサは、検出結果をコントロールユニット260へ出力する。
The
また、靴251、252の外側部には足関節の内反を防ぐスタビライザ253が設けられている。さらに、スタビライザ253の底部には、フレーム211〜214を介して地面(床)にかかる荷重を検出し、コントロールユニット260へ出力する荷重センサが搭載されている。この荷重センサと、靴251、252の中敷センサとが、図4の重心位置/圧中心検出手段104に相当する。
Further,
中敷センサは、靴251、252の内部に中敷きのように設けられるが、同様のセンサを靴251、252の内部でなく、靴底の裏(床に接する面)に設けるようにしてもよい。靴の中にセンサを設ける場合は、装着者Pの足裏にかかる荷重、すなわち、装着者P単体の重心位置を検出することができる。一方、靴底の裏にセンサを設ける場合は、靴底にかかる荷重、すなわち、装着者Pと装着式動作補助装置100とを合わせた全体の重心位置/圧中心を検出することができる。例えば、装着者Pが重度の障害を持っている場合、足の裏に体重がかかり難く、中敷きの位置で荷重を測定するよりも、靴底にかかる荷重を測定した方が、重心位置を精度良く検出でき、良好な歩行支援を行うことができる。
The insole sensor is provided inside the
図5に示すように、パワーユニット231〜234は2つのフレームを屈曲可能に連結する関節可動部に対応しており、各パワーユニット231〜234には発光部271〜274が設けられている。なお、発光部272及び274は図5には示されていない。例えば、パワーユニット233は脚部フレーム211とフレーム213とを屈曲可能に連結する関節可動部であり、発光部273が設けられている。発光部271〜274は、図4の発光部140に相当している。
As shown in FIG. 5, the
発光部271〜274は、図1に示す上記第1の実施形態に係る発光装置15と同様の構成になっており、同一円周上に配置された複数の発光素子(例えばLED素子)、発光素子からの光を拡散する拡散板、及び透光性のカバーからなり、リング状の発光領域を有している。発光素子はRGB調光により青、赤、黄等の複数の色を発色することができる。
The
発光部271〜274は動作補助装置100の外方へ向かって発光するため、装着者Pを介助する介助者は、装着者Pの外観から、発光部271〜274がどのような色・発光パターンで発光しているかがわかる。
Since the
図4に示すように、発光部271〜274の発光素子は、コントロールユニット260(制御装置110)によって発光パターン及び発光色が制御される。
As shown in FIG. 4, the
制御装置110は、パワーユニット231〜234の駆動モータの動作状態に応じて、対応する発光部271〜274の発光パターン及び発光色を変える。駆動モータの動作状態と、発光部271〜274の発光パターン及び発光色との関係の一例を以下の表2に示す。
例えば、発光部271〜274が青色に点灯している場合、装着者Pに対してアシスト力が伝達されていることが分かる。また、発光部271〜274が緑色に点灯している場合、動作補助装置100が待機状態にあることがわかる。
For example, when the
また、発光部271〜274の黄色や赤色に発光している場合は、動作補助装置100が停止していることが分かるため、介助者は速やかに動作補助装置100の復旧作業に取り掛かることができる。エラーには様々な種類のものがあり、特定のエラーについては黄色点灯でなく黄色点滅に設定しておくことで、発光パターンの違いにもとづいて、他のエラーとの違いを容易に判別できる。
In addition, when the
また、発光部271〜274が橙色に点灯している場合は、動作補助装置100の各部に電力を供給する電源(電池)のバッテリ残量が所定値以下になっていることが分かるため、バッテリ交換の準備等をあらかじめ行うことができる。
In addition, when the
表2のような駆動モータの動作状態と、発光部271〜274の発光パターン及び発光色との関係は、データ格納手段113に格納することができる。発光制御手段115は、データ格納手段113に格納されている表2のような情報を参照し、パワーユニット231〜234の駆動モータの動作状態に応じて、対応する発光部271〜274の発光パターン及び発光色を切り替えることができる。
The relationship between the operation state of the drive motor as shown in Table 2 and the light emission patterns and light emission colors of the
このように、駆動モータの動作状態に応じて発光部271〜274の発光パターンや発光色が変わるため、介助者は、装着者Pを見ながら、モニタ等の他装置を見ることなく、発光部271〜274の発光パターンや発光色に基づいて、動作補助装置100の駆動状況を知ることができる。
Thus, since the light emission patterns and light emission colors of the
上記第2の実施形態において、発光制御手段115は、パワーユニット231〜234が装着者Pに付与するアシスト力の大きさによって、発光部271〜274において発光させる発光素子の数を変えてもよい。発光制御手段115は、合成指令信号からアシスト力を求めることができる。例えば、アシスト力が大きくなるに伴い発光する発光素子の数を増やすことで、発光面積をアシスト力の大きさに対応させることができる。このようにアシスト力の大きさによって発光面積(発光素子数)を変えることで、介助者は、装着者P(動作補助装置100)を見ながら、モニタ等の他装置を見ることなく、どの程度のアシスト力が装着者Pに付与されているかを知ることができる。 In the said 2nd Embodiment, the light emission control means 115 may change the number of the light emitting elements made to light-emit in the light emission parts 271-274 according to the magnitude | size of the assist force which the power units 231-234 provide to the wearer P. FIG. The light emission control means 115 can obtain the assist force from the composite command signal. For example, by increasing the number of light emitting elements that emit light as the assist force increases, the light emission area can correspond to the magnitude of the assist force. By changing the light emitting area (the number of light emitting elements) according to the magnitude of the assist force in this way, the assistant can see how much without looking at other devices such as a monitor while watching the wearer P (operation assisting device 100). It is possible to know whether or not the assist force is applied to the wearer P.
また、装着者P自身による力と、アシスト力との比率を求め、アシスト力の比率に対応した数の発光素子を発光させるようにしてもよい。このことにより、介助者は、発光部271〜274の発光面積から、装着者P自身がどの程度自分の力を出して歩行しているかを知ることができる。
Further, the ratio between the force by the wearer P itself and the assist force may be obtained, and the number of light emitting elements corresponding to the assist force ratio may be caused to emit light. Thus, the assistant can know how much the wearer P himself / herself is walking from the light emitting areas of the
発光部271〜274の形状はリング状に限定されず、矩形や円形など他の形状でもよい。また、発光部271〜274に液晶ディスプレイ等の表示画面を設け、文字などを表示できるようにしてもよい。
The shape of the
図7(a)(b)に示すように、発光部271〜274の上面を、関節可動部(パワーユニット231〜234)の上面より高い位置にしてもよい。ここで、図7(a)は関節可動部の斜視図であり、図7(b)は関節可動部の断面図である。このような構成にすることで、発光部271〜274の側面271a〜274aを介して、発光部271〜274からの光が、装着者Pの正面方向や背面方向へ進む。
As shown in FIGS. 7A and 7B, the upper surfaces of the
一般に、介助者は、装着者Pの後方から装着者Pを介助する。そのため、図7に示すような構成にすることで、発光部271〜274の発光色や発光パターンを、装着者Pの背面方向に位置する介助者から容易に確認することができる。
In general, the assistant helps the wearer P from behind the wearer P. Therefore, with the configuration shown in FIG. 7, the light emission colors and light emission patterns of the
また、図7に示す構成では、発光部271〜274からの光が鉛直方向にも進みやすいため、装着者P自身も発光部271〜274の発光色や発光パターンを視認し易くなる。
In the configuration shown in FIG. 7, light from the
上記第2の実施形態では、例えば、膝関節へのアシストであれば、大腿二頭筋や外側広筋または内側広筋のように対応する関節の屈曲及び伸展にかかる筋肉の筋電位を検出していたが、腹筋の筋電位を検出して、装着者Pの脚上げの意思を検知するようにしてもよい。これにより、大腿直筋などの主要な股関節屈筋群の近傍から随意的な生体電位信号を検出することが困難な場合でも、脚上げの意思を検知することができる。 In the second embodiment, for example, when assisting the knee joint, the myoelectric potential of the muscle for bending and extending the corresponding joint such as the biceps femoris, lateral vastus muscle or medial vastus muscle is detected. However, it is also possible to detect the abdominal muscle potential and detect the intention of the wearer P to raise his / her leg. Thereby, even when it is difficult to detect an optional bioelectric potential signal from the vicinity of a major hip flexor group such as the rectus femoris, it is possible to detect the intention of raising the leg.
上記第2の実施形態に係る装着式動作補助装置100では、締結ベルト221〜224が装着者Pの腿や膝下に直接締結されていたが、フレーム211〜214を装着者Pの脚に固定するために、フレーム211〜214に湾曲したカフを設け、このカフを腿や膝下の後ろ半面にあてがってから、締結ベルト221〜224を巻き付けるようにしてもよい。このようなカフを用いることで、アクチュエータの力をより効率良く装着者Pの脚に伝えることができる。
In the wearable
上記第2の実施形態では、装着式動作補助装置100を装着者Pの下半身(脚)に装着する例について説明したが、上半身(腕)に装着するようにしてもよい。この場合、例えば、パワーユニット231〜234は、肩関節、肘関節に該当する部分に設けられる。
In the second embodiment, the example in which the wearable
上述した実施形態で説明した装着式動作補助装置100の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、装着式動作補助装置100の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD−ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。
At least a part of the wearable
また、装着式動作補助装置100の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
Further, a program that realizes at least a part of the functions of the wearable
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。 Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment as it is, and can be embodied by modifying the constituent elements without departing from the scope of the invention in the implementation stage. In addition, various inventions can be formed by appropriately combining a plurality of components disclosed in the embodiment. For example, some components may be deleted from all the components shown in the embodiment. Furthermore, constituent elements over different embodiments may be appropriately combined.
10 ロボットアーム
11、12 フレーム
13 関節可動部
14 ハンド部
15 発光装置
100 装着式動作補助装置
110 制御装置
115 発光制御手段
140 発光部
231〜234 パワーユニット
271〜274 発光部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記第1フレームと前記第2フレームとを屈曲可能に連結する関節可動部に設けられ、前記装着者に対して動力を付与する駆動源と、A drive source that is provided at a joint movable part that connects the first frame and the second frame so as to be bendable, and that applies power to the wearer;
前記装着者の筋活動に伴う生体電位信号を検出する第1検出部と、A first detector for detecting a biopotential signal associated with the muscle activity of the wearer;
前記装着者の関節の角度を検出する第2検出部と、A second detector for detecting an angle of the joint of the wearer;
前記関節可動部に設けられ、同一円周上に配置された複数の発光素子と、当該各発光素子からの光を拡散する拡散板とを有し、リング状の発光領域を形成する発光部と、A light-emitting part provided in the joint movable part and having a plurality of light-emitting elements arranged on the same circumference, and a diffusion plate for diffusing light from each light-emitting element, and forming a ring-shaped light-emitting region; ,
前記生体電位信号及び前記関節の角度に応じた動力を前記駆動源に発生させるとともに、前記駆動源の動作状態に応じて前記各発光素子の発光色及び発光パターンを切り替えるように制御する制御部と、を備え、A control unit that generates power according to the bioelectric potential signal and the angle of the joint in the drive source, and controls to switch a light emission color and a light emission pattern of each light emitting element according to an operation state of the drive source; With
前記制御部は、前記駆動源が付与する動力が大きくなるに伴い、前記複数の発光素子のうち発光させる前記発光素子の数を増やすことにより、前記発光領域の発光面積を変えるThe controller changes the light emitting area of the light emitting region by increasing the number of the light emitting elements that emit light among the plurality of light emitting elements as the power applied by the drive source increases.
ことを特徴とする装着式動作補助装置。A wearable motion assisting device.
ことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。The wearing type movement auxiliary device according to claim 1 characterized by things.
ことを特徴とする請求項1または2に記載の装着式動作補助装置。The wearing type movement auxiliary device according to claim 1 or 2 characterized by things.
前記制御部は、前記電池の残り電力値が所定値以下になった場合に、前記各発光素子を所定の発光色又は発光パターンで発光させることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の装着式動作補助装置。The said control part makes each said light emitting element light-emit with a predetermined light emission color or light emission pattern, when the remaining electric power value of the said battery becomes below a predetermined value, The said any one of Claim 1 thru | or 4 characterized by the above-mentioned. The wearable motion assist device as described.
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