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非外骨格型ロボティックウエア コモンズ

国内特許コード P140010511
整理番号 N13056
掲載日 2014年4月30日
出願番号 特願2013-250491
公開番号 特開2015-002970
出願日 平成25年12月3日(2013.12.3)
公開日 平成27年1月8日(2015.1.8)
優先権データ
  • 特願2012-264758 (2012.12.3) JP
  • 特願2013-107473 (2013.5.21) JP
発明者
  • 橋本 稔
  • 田中 浩仁
  • 竹内 志津江
  • 鉄矢 美紀雄
出願人
  • 国立大学法人信州大学
発明の名称 非外骨格型ロボティックウエア コモンズ
発明の概要 【課題】外骨格型ロボットに比べて、軽量で、装着性が良く、調整機構を必要としない非外骨格型ロボティックウエアを提案すること。
【解決手段】非外骨格型ロボティックウエア1は、そのウエア関節部5~8を除き、人体の皮膚表面に沿うように可撓性のある素材から構成されている。装着状態において、回転アクチュエータ13の回転をアシスト力として人体Pに伝達する第1、第2アシスト力伝達部材11、12は、伸縮性ウエア2によって人体Pの表面に沿った形状に撓み、人体Pに密着した状態になる。人体関節部の動きに応じて回転アクチュエータ13を回転駆動させると、人体Pに密着した状態の第1、第2アシスト力伝達部材11、12がウエア関節部5を中心として旋回する。第1、第2アシスト力伝達部材11、12は所定の剛性を備え、密着している人体の部位に所定のアシスト力を伝える。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要



近年、パワーアシスト、高齢者・障害者の歩行補助・リハビリ支援などを目的として、様々な人体装着型ロボットが開発されている。概ねそれらのロボットは人体の骨格に沿う様に外骨格を形成するものである。このような外骨格リンクを備えたロボットは非特許文献1において提案されている。本明細書においては、各関節間にリンク機構を備えた剛体フレーム(外骨格リンク)を用いて人体を外部から支えるように構成されたロボット骨格を有し、このロボット骨格の動きを人体に伝達することによって人の動作や筋力を補助する構造の人体装着型ロボットを「外骨格型ロボット」と定義する。





また、人体装着型ロボットにおいては、人体関節部の動きに追従して適切なアシスト力等を発生できるようにするために、筋電位信号を用いて筋肉の活性度を評価し、その評価に基づきロボティックスーツを動作させる制御法、関節トルクと筋活動とを関係づける行列を用いたEMG信号に基づく制御法等が提案されている。本発明者等も、人とロボティックスーツとの間に同調性をもたせた制御法を、特許文献1において提案している。

産業上の利用分野



本発明は、人体の骨格系を利用してロボット重量を支える軽量でフレキシブルな非外骨格型ロボティックウエアに関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
ウエア関節部と、
前記ウエア関節部の関節軸中心線を中心として相対回転可能な状態で、前記ウエア関節部に取り付けた第1アシスト力伝達部材および第2アシスト力伝達部材と、
前記第1、第2アシスト力伝達部材を相対回転させるために前記ウエア関節部に取り付けた回転アクチュエータと、
ウエア着用者における人体関節部を中心として屈曲・伸展する一方の第1人体部分および他方の第2人体部分のそれぞれと一体となって所定の屈曲・伸展方向に移動するように、前記第1アシスト力伝達部材および前記第2アシスト力伝達部材を前記ウエア着用者に装着する装着部材と、
を有し、
前記第1、第2アシスト力伝達部材は、前記屈曲・伸展方向へのアシスト力を前記第1、第2人体部分に伝達可能な剛性を備えていることを特徴とする非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項2】
前記第1アシスト力伝達部材および前記第2アシスト力伝達部材のうちの少なくとも一方は、前記ウエア関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記板部分は、ウエア着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている請求項1に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項3】
前記板部分は、前記連結板部分に対して取り付け位置が変更可能である請求項2に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項4】
前記装着部材として、前記第1アシスト力伝達部材に取り付けた第1ベルトと、前記第2アシスト力伝達部材に取り付けた第2ベルトとを備えており、
前記第1ベルトは、前記第1人体部分を取り囲む状態で当該第1人体部分に装着可能であり、
前記第2ベルトは、前記第2人体部分を取り囲む状態で当該第2人体部分に装着可能である請求項1、2または3に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項5】
前記第1ベルトおよび前記第2ベルトのうちの少なくとも一方のベルトは、当該ベルトが取り付けられている前記第1アシスト力伝達部材あるいは前記第2アシスト力伝達部材に対して取付け位置が変更可能である請求項4に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項6】
前記第1ベルトおよび前記第2ベルトのそれぞれは、長さ調整が可能なベルト、および、伸縮可能な素材からなるベルトのうちの少なくとも一方である請求項4または5に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項7】
前記ウエア関節部として、左右のウエア股関節部のうちの少なくとも一方が備わっており、
前記第1アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の腰部側面に配置される腰部支持板であり、当該腰部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第1ベルトはウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルトであり、
前記第2アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板であり、当該大腿部上部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心
線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第2ベルトは、ウエア着用者の大腿部の上部分を取り囲む大腿部上部ベルトであり、前記大腿部上部支持板の前記板部分に取り付けられている請求項4、5または6に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項8】
前記腰部支持板は、前記第1ベルトである腰部ベルトに対する取り付け位置が変更可能となっている請求項7に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項9】
前記腰部ベルトは、面ファスナーによって相互に接合されたインナーベルトとアウターベルトを備え、
前記腰部支持板は、前記インナーベルトと前記アウターベルトの間に挟持されていると共に、これらに対して面ファスナーによって固定されており、
前記腰部支持板は、前記腰部ベルトに対する取り付け位置が変更可能となっている請求項8に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項10】
前記第2ベルトである大腿部上部ベルトは、前記大腿部上部支持板に対する取り付け位置が変更可能となっている請求項7、8または9に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項11】
前記ウエア関節部として、左右のウエア膝関節部のうちの少なくとも一方が備わっており、
前記第1アシスト力伝達部材は大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板であり、
当該大腿部下部支持板は、前記ウエア膝関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第1ベルトは、大腿部の下部分を取り囲む大腿部下部ベルトであり、前記大腿部下部支持板の前記板部分に取り付けられており、
前記第2アシスト力伝達部材は下腿部に配置される下腿部支持板であり、
前記下腿部支持板の下端部は、ウエア着用者の下腿部における膝関節よりも足関節に近い位置まで延びており、
前記第2ベルトとして、ウエア着用者の下腿部の上部分を取り囲む下腿部上部ベルトと、下腿部の下部分を取り囲む下腿部下部ベルトを備えている請求項4ないし8のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項12】
前記下腿部上部ベルトおよび前記下腿部下部ベルトは、前記下腿部支持板に対してスライド可能な状態で取り付けられている請求項11に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項13】
前記回転アクチュエータは、前記ウエア関節部に対して、着脱可能な状態で取り付けられている請求項1ないし12のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項14】
前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第1、第2アシスト力伝達部材を相対回転させるコントロールユニットを有している請求項1ないし13のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項15】
前記装着部材として、前記人体関節部が位置するウエア着用者の人体部分を取り囲むと共に、当該人体部分の体表に密着した状態で着用される伸縮性ウエアを備えており、
前記ウエア関節部、前記第1および第2アシスト力伝達部材は、前記伸縮性ウエアに取り付けられており、
前記第1、第2アシスト力伝達部材は、前記伸縮性ウエアの伸縮力によってウエア着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている請求項1に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項16】
前記伸縮性ウエアは、伸縮性のインナー生地と伸縮性のアウター生地の二層構造となっており、
前記第1、第2アシスト力伝達部材は、前記インナー生地と前記アウター生地の間に配置されている請求項15に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項17】
前記ウエア関節部は、前記伸縮性ウエアの表面に露出しているアクチュエータ取り付け部を備え、
前記アクチュエータ取り付け部に、前記回転アクチュエータが着脱可能な状態で取り付けられている請求項15または16に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項18】
前記伸縮性ウエアは、人体の股関節部分および左右の膝関節部分を取り囲む部分を備えたタイツであり、
前記ウエア関節部として、左ウエア股関節部、右ウエア股関節部、左ウエア膝関節部および右ウエア膝関節部が備わっており、
前記ウエア関節部のそれぞれに、前記第1アシスト力伝達部材、前記第2アシスト力伝達部材および前記回転アクチュエータが配置されている請求項15ないし17のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項19】
前記左ウエア股関節部の前記第1アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第1アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の腰部側面に配置される腰部支持板であり、
前記左ウエア股関節部の前記第2アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第2アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板であり、
前記左ウエア膝関節部の前記第1アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第1アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板であり、
前記左ウエア膝関節部の前記第2アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第2アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の下腿部側面の上部分に配置される下腿部上部支持板である請求項18に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項20】
前記装着部材として、ウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルト、左右の大腿部の上部分を取り囲む左右の大腿部上部ベルト、左右の大腿部の下部を取り囲む左右の大腿部下部ベルト、および、左右の下腿部の上部を取り囲む左右の下腿部上部ベルトを備えている請求項19に記載の非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項21】
前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第1、第2アシスト力伝達部材を相対回転させるコントロールユニットを有し、
前記コントロールユニットは、前記伸縮性ウエアに取り付けられている請求項15ないし20のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
国際特許分類(IPC)
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出願権利状態 公開
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