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NON-EXOSKELETAL ROBOTIC WEAR commons

Patent code P180015175
File No. N17109
Posted date Jul 13, 2018
Application number P2018-071911
Publication number P2018-102995A
Date of filing Apr 3, 2018
Date of publication of application Jul 5, 2018
Priority data
  • P2012-264758 (Dec 3, 2012) JP
  • P2013-107473 (May 21, 2013) JP
Inventor
  • (In Japanese)橋本 稔
  • (In Japanese)田中 浩仁
  • (In Japanese)竹内 志津江
  • (In Japanese)鉄矢 美紀雄
Applicant
  • (In Japanese)国立大学法人信州大学
Title NON-EXOSKELETAL ROBOTIC WEAR commons
Abstract PROBLEM TO BE SOLVED: To provide non-exoskeletal robotic wear which is lighter than an exoskeletal robot, which has proper wearability, and which dispenses with an adjustment mechanism of a rigid body link.
SOLUTION: In non-exoskeletal robotic wear 100, output of a rotary actuator 117 is transmitted as an assist force for assisting movement of a hip joint of the human body to the side of a skeleton of the human body, via first and second assist force transmission members 111 and 112. Attachment/detachment of the wear can be easily performed in a short period of time as in the case of ordinary wear by using a waist belt 110 with an outer belt and an inner belt utilizing a hook-and-loop fastener, and a femoral region upper belt 126.
Outline of related art and contending technology (In Japanese)

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。

Field of industrial application (In Japanese)

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。

Scope of claims (In Japanese)
【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おり、
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、
前記ウエア股関節部の前記第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、
前記ウエア股関節部の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を備えており、
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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項2】
 
請求項1において、
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、
前記装着部材として、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を備えている非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項3】
 
請求項2において、
前記腰部ベルトおよび前記大腿部上部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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項4】
 
請求項1において、
前記回転アクチュエータは、前記ウエア股関節部に対して、着脱可能な状態で取り付けられている非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項5】
 
請求項1において、
前記ウエア関節部として、前記ウエア股関節部に加えて、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、
前記ウエア膝関節部の前記第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、
前記ウエア膝関節部の前記第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、
前記ウエア膝関節部の前記装着部材として、大腿部の下部分を取り囲む大腿部下部ベルトと、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とを備えている非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項6】
 
請求項5において、
前記大腿部下部ベルト、前記下腿部上部ベルトおよび前記下腿部下部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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項7】
 
請求項6において、
前記ウエア膝関節部の前記回転アクチュエータは、前記ウエア膝関節部に対して、着脱可能な状態で取り付けられている非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項8】
 
ウエア着用者における隣接する人体関節部のそれぞれに装着される一対の関節用装着ユニットと、前記関節用装着ユニットのそれぞれを駆動制御するコントロールユニットとを有し、
前記関節用装着ユニットの間には、剛体フレームからなる関節間リンク機構が架け渡されておらず、
前記関節用装着ユニットのそれぞれは、
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前記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おり、
前記コントロールユニットは、前記関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記人体関節部の動きに応じて、前記関節用装着ユニットのそれぞれにおける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ものであり、
前記一対の関節用装着ユニットは、左右の人体股関節部に装着される左右の股関節用装着ユニットであり、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記第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、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記装着部材には、ウエア装着者の骨盤部分を取り囲む共通の腰部ベルトが備わっており、
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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項9】
 
請求項8において、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記第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、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記装着部材には、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が備わっている非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項10】
 
請求項9において、
前記腰部ベルトおよび前記大腿部上部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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項11】
 
請求項8において、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける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非外骨格型ロボティックウエア。

【請求項12】
 
ウエア着用者における左右の人体股関節部のそれぞれに装着される左右の股関節用装着ユニットと、前記股関節用装着ユニットのそれぞれを駆動制御するコントロールユニットとを有し、
前記股関節用装着ユニットの間には、剛体フレームからなる股関節間リンク機構が架け渡されておらず、
前記股関節用装着ユニットのそれぞれは、
ウエア股関節部と、
前記ウエア股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、前記ウエア股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股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前記人体股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おり、
前記コントロールユニットは、前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記人体股関節部の動きに応じて、前記股関節用装着ユニットのそれぞれにおける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13】
 
請求項12において、
更に、左右の人体膝関節部に装着される左右の膝関節用装着ユニットを有し、
左右の前記膝関節用装着ユニットと左右の前記股関節用装着ユニットとの間には、剛体フレームからなる関節間リンク機構が架け渡されておらず、
前記膝関節用装着ユニットのそれぞれは、
ウエア膝関節部と、
前記ウエア膝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、前記ウエア膝関節部に取り付けた膝用第1アシスト力伝達部材および膝用第2アシスト力伝達部材と、
前記膝用第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膝関節部に取り付けた膝用回転アクチュエータと、
ウエア着用者における前記人体膝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、前記膝用第1アシスト力伝達部材および前記膝用第2アシスト力伝達部材を前記ウエア着用者に装着する膝用装着部材と、
を有し、
前記膝用第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人体膝関節部を中心として屈曲・伸展する前記第1、第2人体部分に伝達可能な剛性を備えており、
前記コントロールユニットは、前記膝関節用装着ユニットにおける前記人体膝関節部の動きに応じて、前記膝関節用装着ユニットのそれぞれにおける前記膝用回転アクチュエータを駆動制御して前記膝用第1、第2アシスト力伝達部材を相対回転させる非外骨格型ロボティックウエア。
IPC(International Patent Classification)
F-term
  • 4C046AA06
  • 4C046AA09
  • 4C046AA25
  • 4C046AA42
  • 4C046AA49
  • 4C046BB01
  • 4C046BB07
  • 4C046CC01
  • 4C046CC04
  • 4C046DD02
  • 4C046DD12
  • 4C046DD21
  • 4C046DD37
  • 4C046DD38
  • 4C046DD39
  • 4C046DD40
  • 4C046DD41
Drawing

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JP2018071911thum.jpg
State of application right Published
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