JP2014183977A - Attitude-variable standing type mobile device and control method therefor - Google Patents
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Abstract
【課題】本発明は立位から座位または座位から立位に姿勢を変化させる動作を支援することを課題とする。
【解決手段】姿勢可変立位式移動装置10は、搭乗者Pが立位姿勢で移動する移動体であり、下肢が麻痺した障害者でも移乗支援を行う姿勢支援機構20が搭載されている。姿勢可変立位式移動装置10は、移動ベース30と、一対の駆動輪40、50と、一対の従動輪60、62と、制御部70と、バッテリ80と、駆動輪支持機構90と、従動輪支持機構100とを有する。姿勢支援機構20は、ガススプリングの押圧力で搭乗者Pの姿勢変化を支援する構成であり、当該搭乗者Pの姿勢が立位姿勢から座位姿勢に変化、又は座位姿勢から立位姿勢に変化する際の姿勢遷移動作を支援するように動作する。
【選択図】図1An object of the present invention is to support an operation of changing a posture from a standing position to a sitting position or from a sitting position to a standing position.
A posture-variable standing-type moving apparatus 10 is a moving body in which a passenger P moves in a standing posture, and is equipped with a posture support mechanism 20 that supports transfer even for a disabled person whose paralyzed lower limbs. The posture-variable standing-type moving apparatus 10 includes a moving base 30, a pair of drive wheels 40, 50, a pair of driven wheels 60, 62, a control unit 70, a battery 80, a drive wheel support mechanism 90, a slave wheel. And a driving wheel support mechanism 100. The posture support mechanism 20 is configured to support the posture change of the occupant P by the pressing force of the gas spring, and the posture of the occupant P changes from the standing posture to the sitting posture, or changes from the sitting posture to the standing posture. It works so as to support the posture transition action when doing.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は姿勢可変立位式移動装置及びその制御方法に関する。 The present invention relates to a posture variable standing type moving apparatus and a control method thereof.
例えば、医療機関や介護施設などにおいては、下肢が麻痺した患者をベッドから車椅子に移乗させる場合、看護士または介護士が患者の上体を起こし、当該患者を持ち上げてベッドから車椅子に移していた。また、車椅子に座った状態の患者をベッドに移乗させる場合も看護士または介護士が患者を持ち上げて車椅子からベッドに移していた。 For example, in a medical institution or care facility, when a patient with paralyzed lower limbs is transferred from a bed to a wheelchair, the nurse or caregiver wakes up the patient and lifts the patient from the bed to the wheelchair. . Also, when a patient sitting in a wheelchair is transferred to a bed, a nurse or caregiver lifts the patient and moves it from the wheelchair to the bed.
このような看護士や介護士の負担を軽減するため、下肢が麻痺した患者の立ち上がりを支援する装置の開発が進められている(例えば、特許文献1参照)。 In order to reduce the burden on such nurses and caregivers, development of devices that support the standing up of patients with paralyzed lower limbs is underway (see, for example, Patent Document 1).
上記特許文献1の装置は、下肢が麻痺した患者が車椅子に座った状態で移動するものであり、車椅子からベッドに移乗する際に車椅子の座部を上昇させて当該患者の腰を持ち上げて座位姿勢から立位姿勢に移行させる機構を有する構成となっている。しかしながら、特許文献1のものを使用しても当該下肢が麻痺した患者が立位姿勢の状態からベッドに移動する場合、車椅子をベッド側方に横付けしてから看護士または介護士の手伝いが必要であり、あるいはベッドから車椅子に移乗する場合も下肢が麻痺した患者が一人で車椅子まで歩行できないため、看護士または介護士の手伝いがないと移乗することが難しかった。
The apparatus of the above-mentioned
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した姿勢可変立位式移動装置及びその製造方法の提供を目的とする。 In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide an attitude variable standing type moving apparatus that solves the above-described problems and a method for manufacturing the same.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。 In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
本発明は、車輪を有する移動ベースと、
前記車輪を回転駆動する車輪駆動手段と、
前記移動ベースに搭乗者の足を固定する足固定部と、
前記搭乗者の上体の前方向への体重移動に応じて座位姿勢から立位姿勢に変化、及び立位姿勢から座位姿勢に変化させる際の体重移動に伴って当該搭乗者の動作を支援する姿勢支援機構と、を備え、
前記車輪駆動手段は、前記搭乗者の上体が前記姿勢支援機構により立位姿勢に保持された状態で前記移動ベースを移動させることを特徴とする。
The present invention includes a moving base having wheels,
Wheel driving means for rotationally driving the wheels;
A foot fixing portion for fixing a passenger's foot to the moving base;
Supporting the movement of the passenger along with the weight shift when changing from the sitting posture to the standing posture according to the weight movement in the forward direction of the upper body of the passenger, and when changing from the standing posture to the sitting posture A posture support mechanism,
The wheel driving means moves the moving base in a state where the upper body of the occupant is held in a standing posture by the posture support mechanism.
本発明によれば、搭乗者の上体の前方向への体重移動に応じて座位姿勢から立位姿勢に変化、及び立位姿勢から座位姿勢に変化させる際に当該搭乗者の動きを支援する姿勢支援機構を有するため、看護士または介護士の手伝いがなくても姿勢支援機構により一人でベッドから移動ベースに移乗したり、あるいは移動ベースからベッドに移動することも可能である。 According to the present invention, the movement of the occupant is supported when changing from the sitting position to the standing position and changing from the standing position to the sitting position in accordance with the weight shift in the forward direction of the upper body of the occupant. Since it has the posture support mechanism, it is possible to transfer from the bed to the moving base alone or to move from the moving base to the bed by the posture support mechanism without the assistance of the nurse or the caregiver.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔実施形態1〕
図1は本発明による姿勢可変立位式移動装置の一実施形態を示す斜視図である。図2は搭乗者が立位姿勢で移動可能な状態を示す側面図である。図3は搭乗者が立位姿勢で移動可能な状態を示す背面側からみた斜視図である。図4は駆動輪を支持するリンク機構及び膝サポートを示す正面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an embodiment of a posture variable standing type moving apparatus according to the present invention. FIG. 2 is a side view showing a state in which a passenger can move in a standing posture. FIG. 3 is a perspective view seen from the back side showing a state in which a passenger can move in a standing posture. FIG. 4 is a front view showing a link mechanism and knee support for supporting the drive wheels.
図1〜図4に示されるように、姿勢可変立位式移動装置10は、搭乗者Pが立位姿勢で移動する移動体であり、下肢が麻痺した障害者でも移乗支援を行う姿勢支援機構20が搭載されている。さらに、姿勢可変立位式移動装置10は、移動ベース30と、一対の駆動輪40、50と、一対の従動輪60、62と、制御部70と、バッテリ80と、駆動輪支持機構90と、従動輪支持機構100とを有する。
As shown in FIGS. 1 to 4, the posture-variable standing-
移動ベース30は、金属プレートからなり、中央に姿勢支援機構20、制御部70と、バッテリ80とが搭載されている。バッテリ80は、モータを駆動するため、比較的大きく、重量も大きい。このバッテリ80が移動ベース30上に設置されることで、装置全体の低重心化を図り、移動時の安定性が向上する。また、移動ベース30の左右側面には、一対の駆動輪40、50と、それぞれ車軸41、51に同軸的に連結されたモータユニット42、52とを有する。尚、移動ベース30は、4個の車輪により移動可能に支持されており、前輪が駆動輪40、50であり、後輪が従動輪60、62である。
The
姿勢支援機構20は、後述する押圧手段としてのガススプリングの押圧力で搭乗者Pの姿勢変化を支援する構成であり、当該搭乗者Pの姿勢が立位姿勢から座位姿勢に変化、又は座位姿勢から立位姿勢に変化する際の体重移動を支援するように動作する。また、姿勢支援機構20は、搭乗者Pを立位姿勢に保持するため、搭乗者Pの膝が当接する一対の膝サポータ22と、搭乗者Pの腰及び胴体を保持する上体サポート部24とを有する。
The
図4に示されるように、膝サポータ22は、搭乗者Pが移動ベース30に搭乗して立位姿勢になったとき当該搭乗者Pの膝が当接する位置に設けられており、膝の前方向移動を制限するストッパとして作用する。また、上体サポート部24は、姿勢支援機構20の上部から搭乗者Pの腰部付近まで延在形成された外骨格構造体26と、外骨格構造体26の端部に連結された腰部固定帯(上体固定帯)28及び連結部材27を介して外骨格構造体26に連結された胴体固定帯(上体固定帯)29とを有する。
As shown in FIG. 4, the
従って、立位姿勢の搭乗者Pは、腰部固定帯28及び胴体固定帯29が腰部及び胴体に固定されることで外骨格構造体26と一体化される。そのため、搭乗者Pは、外骨格構造体26により上体を支持されると共に、容易に立位姿勢を保持することができる。尚、外骨格構造体26は、搭乗者Pの両側後方に配置されており、座位姿勢のときでも直接搭乗者Pと接触しないように取り付けられている。
Accordingly, the occupant P in the standing posture is integrated with the
また、外骨格構造体26は、腰部及び胴体の動作が胴体固定帯29及び連結部材27を介して伝達されて上体動作を検知する姿勢検知センサ170、180を有する。姿勢検知センサ170、180は、例えば、2器のポテンショメータからなり、搭乗者Pの腰部及び胴体の前後方向、鉛直方向のZ軸回りの2自由度分の動きを監視している。尚、姿勢検知センサ170、180としては、搭乗者Pの腰部及び胴体の前後方向、Z軸回りの各方向の動作が検知できればよいので、ポテンショメータ以外の方式のセンサ(角度センサや加速度センサなど)を用いても良い。
In addition, the
姿勢支援機構20は、移動ベース30の中央に起立している。そのため、搭乗者Pは、両足が姿勢支援機構20を跨ぐ格好で搭乗する。そして、靴(靴が無い場合、両足の足首より下方の部分)が移動ベース30に設けられた足固定ベルト(足固定部)110により姿勢支援機構20の左右両側に形成された靴支持面に固定される。尚、足固定ベルト110は、例えば、面ファスナ等からなり、下肢が麻痺した人の場合でも上体をかがめることで簡単に着脱操作が行えるように構成されている。
The
モータユニット42、52には、駆動輪40、50を回転駆動するモータ(車輪駆動手段)44、54と、電磁ブレーキ46、56とが内蔵されている。モータ44、54及び電磁ブレーキ46、56は、後述するように制御部70の制御処理によって演算された制御信号に基づいてバッテリ80からの通電をコントロールされて停止、前進、後退、前進左旋回、前進右旋回、後退左旋回、後退右旋回を行うように駆動力及び制動力を発生する。また、減速時は、モータ44、54において回生制動が行われるため、駆動輪40、50の回転速度が減速される。
The
図4に示されるように、移動ベース30の左右両側に配置された駆動輪40、50は、駆動輪支持機構90を構成するリンク機構により左側と右側で異なる高さ位置に変位可能に支持されている。すなわち、駆動輪40、50は、左右方向の旋回時に機体平衡を保つため、駆動輪支持機構90により左右方向に傾斜可能に支持されている。従って、重心が高くなる立位姿勢による移動時においては、駆動輪支持機構90の傾倒動作により、搭乗者Pはバランスを取りながら左右旋回を安定的に行うことが可能になる。また、駆動輪支持機構90は、走行する路面が左右方向に傾斜している場合にも、駆動輪40、50の左右高低差を調整するように動作する。
As shown in FIG. 4, the
駆動輪支持機構90は、駆動輪40、50の車軸41、51を支持する垂直アーム91、92と、垂直アーム91、92の中間に連結された上部水平アーム93と、垂直アーム91、92の下端に連結された下部水平アーム94とを有する。さらに、駆動輪支持機構90は、上部水平アーム93及び下部水平アーム94の中間点を回動可能に支持する垂直ブラケット95と、一端が垂直アーム91、92の下端に掛止され、他端が上部水平アーム93の中間部に掛止されたコイルバネ96、97とを有する。垂直ブラケット95は、移動ベース30の前面から後面に貫通する水平方向の軸98により回転拘束を受けた状態で固定されている。また、当該軸98により従動輪支持機構100と前部下側リンク94が連結されて軸回りのねじれ方向及び軸長方向に拘束されており、垂直ブラケット95は、その軸98の軸周りに回動可能に移動ベース30に組み付けられている。
The drive
図4、図5に示されるように、駆動輪支持機構90は、垂直アーム91、92と、上部水平アーム93と、下部水平アーム94とにより構成され平行リンク機構により駆動輪40、50を支持している。また、コイルバネ96、97は、垂直アーム91、92の下端と上部水平アーム93の中間部との間装架されており、駆動輪40、50の車軸41、51に対して復帰方向のモーメントを作用させる。そのため、コイルバネ96、97のバネ力により旋回時の駆動輪40、50の左右方向の傾きや段差通過時に発生する駆動輪40、50の上下方向の動きを緩和すると共に、駆動輪40、50を同じ高さ位置に復帰させることができる。
4 and 5, the drive
図1〜図3に示されるように、従動輪支持機構100は、移動ベース30の後部に連結されており、V字状に形成されたV字ブラケット112と、V字ブラケット112の一対の先端部に連結された車輪支持部114、115とを有する。車輪支持部114、115は、上端がV字ブラケット112に対して鉛直方向に貫通しており、軸回り(旋回方向)に回動可能に支持されている。車輪支持部114、115の下端部は、従動輪60、62の回転軸の両端に連結されるように二股形状に形成されている。
As shown in FIGS. 1 to 3, the driven
また、従動輪60、62は、駆動輪40、50よりも小径で、且つV字ブラケット112により低い位置に支持されている。そのため、例えば、下肢に障害のある搭乗者Pが便器を利用するため、姿勢可変立位式移動装置10を便器側に後退させる場合、V字ブラケット112が便器の基部に接触しないよう後退させることができる。すなわち、姿勢可変立位式移動装置10では、従動輪60、62を便器の両側に位置させるように後退することができるので、搭乗者Pが便器にすわることができる位置まで便器に接近することが可能になる。
The driven
〔姿勢支援機構20の構成〕
図6は姿勢支援機構20の構成を示す側面図である。図6に示されるように、姿勢支援機構20は、第1の回動部材120と、第2の回動部材130と、第1のガススプリング(第1の押圧手段)140、140Aと、第2のガススプリング(第2の押圧手段)150、150Aと、外骨格構造体26(図6では図示を省略)とを有する。
[Configuration of Posture Support Mechanism 20]
FIG. 6 is a side view showing the configuration of the
第1の回動部材120は、下端部に連結された軸122が移動ベース30に起立する支持板160により前後方向に回動可能に支持されている。また、支持板160には、第1の回動部材120の嵌合ピン124が嵌合する円弧状穴162が設けられている。第1の回動部材120の嵌合ピン124は、円弧状穴162の内壁の形成位置により回動範囲を規制されている。そのため、第1の回動部材120の前後方向の回動範囲は、嵌合ピン124が円弧状穴162の内壁に当接することで決まり、前後方向に傾き過ぎることも防止される。
The first
第2の回動部材130の嵌合ピン136は、円弧状穴126の内壁の形成位置により回動範囲を規制されている。そのため、第2の回動部材130の前後方向の回動範囲は、嵌合ピン136が円弧状穴126の内壁に当接することで決まり、自重で下方向に傾き過ぎることも防止される。また、第2の回動部材130は、第1の回動部材120の上端に連結された軸132により上下方向に回動可能に支持されている。
The rotation range of the
また、第2の回動部材130は、軸132から離間した後側の下部に外骨格構造体26が固定される固定部138を有する。尚、外骨格構造体26の取付構造の説明は省略する。
In addition, the second rotating
第1のガススプリング140、140Aは、下端141、141Aが支持板160に連結され、上端143、143Aが第1の回動部材120の前側に連結されている。第1のガススプリング140、140Aは、ガス圧による押圧力と、上端143、143Aから軸122までの距離とによって決まる発生モーメントを第1の回動部材120に付与する。
The first gas springs 140 and 140A have
よって、第1のガススプリング140、140Aは、第1の回動部材120を前後方向に押圧しており、立上がり動作する際の搭乗者Pの足首関節を伸展方向に動作するように支援する。また、第1のガススプリング140、140Aは、搭乗者Pが立位姿勢から座位姿勢に移行する場合には、第1の回動部材120の後退動作を抑制するように支えながら足首関節の屈曲方向の動作を支援する。
Therefore, the first gas springs 140 and 140A press the first rotating
第2のガススプリング150、150Aは、下端151、151Aが第1の回動部材120の後側に連結され、上端153、153Aが第2の回動部材130の先端部、中間部に連結されている。また、第2のガススプリング150、150Aは、ガス圧による押圧力と上端153、153Aから軸132までの距離とによって決まる発生モーメントを第2の回動部材130に付与する。
In the second gas springs 150 and 150A, lower ends 151 and 151A are connected to the rear side of the first rotating
よって、第2のガススプリング150、150Aは、第2の回動部材130を上方向に押圧しており、座位姿勢から立位姿勢へ移行する立上がり動作する際の搭乗者Pの膝関節を伸展方向に動作するように支援する。また、第2のガススプリング150、150Aは、搭乗者Pが立位姿勢から座位姿勢に移行する着座動作する場合には、第2の回動部材の降下動作を抑制するように下方から支えながら膝関節の屈曲方向の動作を支援する。
Therefore, the second gas springs 150 and 150A press the second rotating
ガススプリング140、150は、フリーピストンタイプのフリーロックガススプリングを使用しており、シリンダ内に封入されたオイルが通過するオリフィスを閉鎖することでロックする構成になっている。すなわち、ガススプリング140、150は、ロック解除レバー142,152によりオイルの流通を閉止することで伸縮動作をロックするロック機構を有し、ロック解除レバー142,152の操作によりロック機構によるロックを解除する伸縮固定機能付きガススプリングである。従って、姿勢支援機構20は、姿勢支援を受ける前段階においては、姿勢支援機構20がロックされて動作しないため、安定状態を維持している。そして、姿勢支援を受ける際は、ロック解除レバー142,152をロック解除操作してロック機構のロックを解除することで姿勢支援機構20は、支援動作可能な状態に切り替わる。
The gas springs 140 and 150 use free piston type free lock gas springs, and are configured to lock by closing an orifice through which oil sealed in a cylinder passes. That is, the gas springs 140 and 150 have a lock mechanism that locks the expansion and contraction operation by closing the oil flow by the lock release levers 142 and 152, and the lock mechanism unlocks by operating the lock release levers 142 and 152. It is a gas spring with a telescopic fixing function. Accordingly, the
尚、第1のガススプリング140、140A及び第2のガススプリング150、150Aは、ピストンロッドとガスが封入されたシリンダとからなり、負荷に対する伸縮動作方向に所定の押圧力を発生する。 The first gas springs 140 and 140A and the second gas springs 150 and 150A are composed of a piston rod and a cylinder filled with gas, and generate a predetermined pressing force in the direction of expansion and contraction with respect to the load.
また、各第1、第2のガススプリングは、それぞれ2本ずつ配置した構成を例に挙げて説明しているが、搭乗者Pの体重による負荷モーメントの大きさに対応する押圧力が発生できれば1本ずつでも良い。 Moreover, although each 1st, 2nd gas spring is demonstrated and mentioned as an example of the structure each arrange | positioned 2 each, if the pressing force corresponding to the magnitude | size of the load moment by the weight of the passenger P can be generated, One by one is acceptable.
また、第1のガススプリング140、140A及び第2のガススプリング150、150Aの代わりにばね力を発生するばね部材を用いても良い。 Further, a spring member that generates a spring force may be used instead of the first gas springs 140 and 140A and the second gas springs 150 and 150A.
ここで、各ガススプリング140、140A、150、150Aの取付位置による押圧力の作用について説明する。
Here, the action of the pressing force depending on the mounting position of each
第1のガススプリング140、140Aの発生モーメントM(Nm)は、次式で表せる。次式において、θは軸122と軸132とを結ぶ軸間の傾斜角度(肢体姿勢)[rad]、g1(θ)はガススプリング140の傾斜角[rad]、g2(θ)はガススプリング140Aの傾斜角[rad]、l1(θ)、l2(θ)は伸長[m]、f1(l1(θ))、f2(l2(θ))はガススプリング140、140Aの押圧力である。また、x1はガススプリング140の下端141と軸122との水平距離(m)、x2はガススプリング140Aの下端141Aと軸122との水平距離(m)である。
The generated moment M (Nm) of the first gas springs 140 and 140A can be expressed by the following equation. In the following equation, θ is an inclination angle (limb posture) [rad] between
M=x1f1(l1(θ))sin(g1(θ))+x2f2(l2(θ))sin(g2(θ))・・・(1)
また、第2のガススプリング150、150Aの発生モーメントも同様に演算することができる。第1のガススプリング140、140A及び第2のガススプリング150、150Aによる発生モーメントは、搭乗者Pの体重による負荷モーメントに対応するように設定されている。すなわち、各ガススプリング140、140A、150、150Aの取付位置と発生する所定の押圧力とによって決まる発生モーメントが当該搭乗者Pの体重移動によって、負荷モーメントが減少し、相対的にガススプリングによる発生モーメントが大きくなったとき、搭乗者Pが座位姿勢から立位姿勢へ変化する際の膝関節が伸展方向に動作が支援される。また、搭乗者Pが立位姿勢から座位姿勢へ変化する際の動作も同様に支援される。
M = x 1 f 1 (l 1 (θ)) sin (g 1 (θ)) + x 2 f 2 (l 2 (θ)) sin (g 2 (θ)) (1)
Further, the generated moments of the second gas springs 150 and 150A can be calculated in the same manner. The moments generated by the first gas springs 140, 140A and the second gas springs 150, 150A are set so as to correspond to the load moment due to the weight of the passenger P. That is, the generated moment determined by the mounting position of each
すなわち、各ガススプリング140、140A、150、150Aは、搭乗者Pの上体の前後方向の動作に伴う体重移動による負荷モーメントに対する押圧力を発生し、この押圧力による発生モーメントが体重移動による負荷モーメントを超える場合に搭乗者Pの座位姿勢から立位姿勢に変化する際の動作を支援するように取り付けられている。 That is, each of the gas springs 140, 140A, 150, 150A generates a pressing force against a load moment due to the weight shift accompanying the movement of the upper body of the passenger P, and the generated moment due to the pressing force is a load due to the weight shift. It is attached so as to support the movement when the passenger P changes from the sitting position to the standing position when the moment is exceeded.
図7は、各ガススプリングによる発生モーメントと搭乗者の姿勢変化による負荷モーメントの範囲との関係を示すグラフである。図7に示されるように、グラフIは膝関節の最大負荷モーメント、グラフIIは膝関節の標準負荷モーメント、グラフIIIは膝関節の発生モーメント、IVは足首関節の最大負荷モーメント、グラフVは足首関節の標準負荷モーメント、グラフVIは足首関節の発生モーメントを示す。すなわち、グラフI〜IIIは、搭乗者Pの大腿部(膝から上の部分)の動作に伴うモーメントを示し、グラフIV〜VIは搭乗者Pの下腿部(膝から下の足首部分)の動作に伴うモーメントを示す。 FIG. 7 is a graph showing the relationship between the moment generated by each gas spring and the range of the load moment due to the change in the posture of the passenger. As shown in FIG. 7, graph I is the maximum load moment of the knee joint, graph II is the standard load moment of the knee joint, graph III is the generated moment of the knee joint, IV is the maximum load moment of the ankle joint, and graph V is the ankle. The standard load moment of the joint, graph VI, shows the generated moment of the ankle joint. That is, graphs I to III show the moments associated with the movement of the thigh (upper part of the knee) of the passenger P, and graphs IV to VI show the lower leg of the passenger P (ankle part below the knee). The moment accompanying the operation of is shown.
第2のガススプリング150、150Aは、グラフIIIに沿った特性で発生モーメントが得られるように取り付けられる。また、第1のガススプリング140、140Aは、グラフVIに沿った特性で発生モーメントが得られるように取り付けられる。 The second gas springs 150 and 150A are attached so that the generated moment can be obtained with the characteristics along the graph III. Further, the first gas springs 140 and 140A are attached so that the generated moment can be obtained with the characteristics along the graph VI.
すなわち、第1のガススプリング140、140Aは足関節に、第2のガススプリング150、150Aは膝関節にそれぞれ作用する当該搭乗者Pの体重に基づく負荷モーメントの遷移範囲内に発生モーメントが収まる押圧力を発生させるように、ガス圧、シリンダ径、ピストンストローク、取付位置などの各条件が設定されている。 That is, the first gas springs 140 and 140A are applied to the ankle joint, and the second gas springs 150 and 150A are applied to the knee joint, and the generated moment falls within the transition range of the load moment based on the weight of the occupant P. Conditions such as gas pressure, cylinder diameter, piston stroke, and mounting position are set so as to generate pressure.
これにより、姿勢支援機構20は、例えば、搭乗者Pが上体を垂直方向に起して後方に体重移動する動作を行うと負荷モーメントのグラフI〜II、IV〜Vの遷移範囲に対して各ガススプリング140、140A、150、150Aによる発生モーメントが低下する。この場合、搭乗者Pの体重による負荷モーメントに対する各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが小さくなるので、搭乗者Pの動作支援が不足するため、立位姿勢から座位姿勢への姿勢変化を支援することが可能になる。
Thereby, for example, when the occupant P performs an operation of raising the upper body in the vertical direction and moving the body weight backward, the
また、例えば、搭乗者Pが上体を前傾姿勢にして腰を浮かすようにして前方に体重移動する動作を行うと負荷モーメントのグラフIII,VIに対して各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが上昇する。この場合、搭乗者Pの体重移動による負荷モーメントに対する各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが大きくなるので、搭乗者Pの動作支援が可能になる。これにより、看護士または介護士の手伝いがなくても姿勢支援機構20により一人でベッドや椅子から移動ベース30に移乗したり、あるいは移動ベース30からベッドや椅子に移動することも可能である。
Further, for example, when the passenger P performs an action of moving the weight forward with the upper body tilted forward and floating, the gas springs 140, 140A, 150, The generated moment of 150A increases. In this case, since the generated moments of the gas springs 140, 140A, 150, and 150A with respect to the load moment due to the weight shift of the passenger P are increased, the operation support of the passenger P can be performed. Thereby, even without the help of a nurse or a caregiver, the
ここで、図7に示す各グラフI〜VIと搭乗者Pの姿勢との関係を説明する。 Here, the relationship between the graphs I to VI shown in FIG. 7 and the posture of the passenger P will be described.
図7において、角度20°〜80°のエリアは膝関節の動き(図10に示すθ1)を表し、図10(B)に示す膝角度θ1=20°から図10(A)に示す膝角度θ1=80°に対応する。つまり、グラフI〜IIIは、図10のθ2=100°の立位姿勢時に膝角度θ1を20°〜80°の間で動かした時のモーメントをプロットしたものである。
同様に、角度80°〜100°のエリアは、足首関節の動き(図10に示すθ2)を表し、図10(C)に示す足首角度θ2=80°から図10(B)に示す足首角度θ2=100°に対応する。つまり、グラフIV〜VIは、図10に示す角度θ2を80°〜100°の間で動かした時のモーメントをプロットしたものである。このとき、第1回動部材120と第2の回動部材130とは、伸縮ロックされた第1のガススプリング140により結合されているため、膝角度θ1は足首角度θ2が20°増加するのに伴い、0°から20°に変化する。
In FIG. 7, the area between 20 ° and 80 ° represents the movement of the knee joint (θ1 shown in FIG. 10), and the knee angle shown in FIG. 10 (A) from the knee angle θ1 = 20 ° shown in FIG. 10 (B). This corresponds to θ1 = 80 °. That is, graphs I to III plot the moments when the knee angle θ1 is moved between 20 ° and 80 ° in the standing posture of θ2 = 100 ° in FIG.
Similarly, an area with an angle of 80 ° to 100 ° represents the movement of the ankle joint (θ2 shown in FIG. 10), and the ankle angle shown in FIG. 10C from the ankle angle θ2 = 80 ° shown in FIG. This corresponds to θ2 = 100 °. That is, graphs IV to VI plot the moments when the angle θ2 shown in FIG. 10 is moved between 80 ° and 100 °. At this time, since the first rotating
従って、各姿勢において、上体を前傾させれば負荷モーメントが下限のグラフII、Vまで減少し、ガススプリングの発生モーメントのグラフIII、VIを下回る(ガススプリングのアシスト力が搭乗者Pの負荷を超える)ことで立ち上がり動作が発生する。また、搭乗者Pが上体を鉛直にすれば負荷モーメントが上限のグラフI、IVまで増加し、ガススプリングの発生モーメントのグラフIII、VIを上回る(搭乗者Pの負荷がガススプリングのアシスト力を超える)ことで着席動作が発生します。 Therefore, in each posture, if the upper body is tilted forward, the load moment decreases to the lower limit graphs II and V, and falls below the gas spring generation moments graphs III and VI (the assist force of the gas spring is When the load is exceeded, a rising motion occurs. Further, if the occupant P makes the upper body vertical, the load moment increases to the upper limit graphs I and IV, and exceeds the graphs III and VI of the generated moment of the gas spring (the load of the occupant P is the assist force of the gas spring) ) Will cause a seating movement.
膝及び足首の各関節の動きは独立で、立ち上がり動作の際にはまず図10(C)に示す座位姿勢において足首関節をロックする第1のガススプリング140のロックを解除し上体を前傾することで第1のガススプリング140、140Aのアシスト力を引き出し、搭乗者Pが足首関節周りに回転するように起き上がって図10(B)に示す中間姿勢に達する。このとき、膝関節の第2ガススプリング150のロックが作動していて、第1回動部材120と第2の回動部材130との相対姿勢(角度)は保たれる。
The movements of the knee and ankle joints are independent, and during the standing up motion, the
また、搭乗者Pが中間姿勢(B)に達したら第1のガススプリング140により足関節をロックし、続いて、上体を起こして第2のガススプリング150による膝関節のロックを解除する。再度上体を前傾させると、膝関節が第2のガススプリング150,150Aのアシスト力により伸展し立位姿勢(A)に移行する。そして、第2のガススプリング150により膝関節をロックして立位姿勢を維持する。
When the occupant P reaches the intermediate posture (B), the ankle joint is locked by the
尚、着席動作は逆の手順で各ガススプリング140,150のロックを解除しながら上体を鉛直にすることで負荷モーメントを増加させることで着席動作を実行できる。 The seating operation can be executed by increasing the load moment by making the upper body vertical while releasing the lock of the gas springs 140 and 150 in the reverse procedure.
図8は搭乗者Pの座位姿勢を示す斜視図である。図9は搭乗者Pの座位姿勢を示す側面図である。図8及び図9に示されるように、搭乗者Pは、足が移動ベース30に固定された状態で後方に体重移動することで、後方に設置された椅子200に座ることができる。尚、椅子200は、通常の市販されているもので、日常的に使用されるベッド、あるいは公園のベンチに座る場合も同じである。
FIG. 8 is a perspective view showing the sitting posture of the passenger P. FIG. FIG. 9 is a side view showing the sitting posture of the passenger P. FIG. As shown in FIGS. 8 and 9, the occupant P can sit on the
姿勢支援機構20は、第2の回動部材130に外骨格構造体26が固定されており、外骨格構造体26の腰部固定帯28及び胴体固定帯29が当該搭乗者Pの腰部及び胴体に固定されている。そのため、搭乗者Pが腰部を降ろして膝関節を屈曲方向に動作すると、搭乗者Pの体重による負荷モーメントに対する各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが小さくなるので、搭乗者Pの動作支援が不足して徐々に腰部の高さ位置が下がることになる。そして、搭乗者Pは、足が移動ベース30に固定された状態で椅子200に座ることができる。なお、姿勢可変立位式移動装置10は、搭乗者Pが立位姿勢で移動するため、搭乗者Pが座位姿勢のときはモータへの通電が遮断された停止状態になる。
In the
また、外骨格構造体26は、腰部固定帯28及び連結部材27を介して胴体固定帯29が当該搭乗者Pの腰部及び胴体に固定されるため、姿勢検知センサ170、180により搭乗者Pの腰部及び胴体の動作方向及び動作角度を検知できる。姿勢検知センサ170、180の姿勢検知信号は、制御部70に入力され、当該姿勢検知信号に基づいて制御部70において、モータ制御信号が生成される。
In addition, the
図10は搭乗者が立位姿勢から座位姿勢に変化する際の姿勢変化を模式的に示す図である。図10(A)に示されるように、搭乗者Pが立位姿勢のときは、例えば、膝関節の角度はθ1=80[deg]、足首関節の角度はθ2=100[deg]である。 FIG. 10 is a diagram schematically showing the posture change when the passenger changes from the standing posture to the sitting posture. As shown in FIG. 10A, when the occupant P is in a standing posture, for example, the knee joint angle is θ1 = 80 [deg], and the ankle joint angle is θ2 = 100 [deg].
図10(B)に示されるように、搭乗者Pが立位姿勢から座位姿勢に移行する際の中間姿勢のときは、膝関節の角度はθ1=20[deg]、足首関節の角度はθ2=100[deg]である。この中間姿勢では、胴体が前方に移動して前傾姿勢となる。この前傾姿勢においては、膝関節については図7に示すIとII間の範囲(図中上下方向)で負荷モーメントが減少、足関節については同図IVとV間の範囲(図中上下方向)で負荷モーメントが減少することにより、相対的に各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメント(図7中膝関節での発生モーメントはグラフIII、足関節での発生モーメントはグラフVIで表されている)が上昇することになる。 As shown in FIG. 10B, when the occupant P is in the intermediate posture when shifting from the standing posture to the sitting posture, the knee joint angle is θ1 = 20 [deg], and the ankle joint angle is θ2. = 100 [deg]. In this intermediate posture, the body moves forward and assumes a forward leaning posture. In this forward tilt posture, the load moment decreases in the range between I and II shown in FIG. 7 (vertical direction in the figure) for the knee joint, and the range between IV and V in the figure (vertical direction in the figure) for the ankle joint. ), The generated moments of the gas springs 140, 140A, 150, and 150A are relatively represented by the graph III for the generated moment at the knee joint in FIG. 7 and the generated moment at the ankle joint by the graph VI. Will rise).
この場合、搭乗者Pの体重移動による負荷モーメントに対する各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが大きくなるので、搭乗者Pの動作支援が可能になる。そして、搭乗者Pが上体を後方に移動するにつれて膝関節については図7に示すグラフIとグラフII間の遷移範囲(図7中上下方向の範囲)で負荷モーメントが増加、足関節についてはグラフIVとグラフV間の遷移範囲(図7中上下方向)で負荷モーメントが増加することにより、相対的に各ガススプリング140、140A、150、150Aによる発生モーメントが低下することになる。これにより、搭乗者Pは、上体を後方に移動させると共に、徐々に上体の位置を低くするように姿勢を変化させることができる。 In this case, since the generated moments of the gas springs 140, 140A, 150, and 150A with respect to the load moment due to the weight shift of the passenger P are increased, the operation support of the passenger P can be performed. As the passenger P moves backward in the upper body, the load moment increases in the transition range between graph I and graph II shown in FIG. 7 (the range in the vertical direction in FIG. 7) for the knee joint. By increasing the load moment in the transition range between the graph IV and the graph V (vertical direction in FIG. 7), the moment generated by the gas springs 140, 140A, 150, 150A is relatively decreased. Thereby, the passenger P can move the upper body backward and change the posture so as to gradually lower the position of the upper body.
図10(C)に示されるように、搭乗者Pが座位姿勢のときは、大腿部が椅子200に載置された状態であるので、例えば膝関節の角度はθ1=0[deg]、足首関節の角度はθ2=80[deg]である。また、椅子200に座った座位姿勢では、姿勢可変立位式移動装置10と椅子200との干渉を防ぐため、搭乗者Pは下退部を前方に伸ばした姿勢となる。そのため、足首関節の角度は、例えばθ2=80[deg]となる。
As shown in FIG. 10C, when the occupant P is in the sitting position, the thigh is placed on the
座位姿勢時には搭乗者Pの操作に基づきガススプリング140、150のロック機構が働いているので姿勢遷移後には押圧力は発生しない。従って、搭乗者Pはガススプリングの押圧力を気にせず座位姿勢を保つことが可能である。 Since the lock mechanism of the gas springs 140 and 150 is operated based on the operation of the passenger P in the sitting posture, no pressing force is generated after the posture transition. Therefore, the passenger P can maintain the sitting posture without worrying about the pressing force of the gas spring.
また、搭乗者Pが椅子200から立ち上がる場合は、上記座る場合の動作と逆の動作による体重移動を行う。すなわち、搭乗者Pは、図10(C)に示す椅子200に座った姿勢から前傾姿勢に移行することで、膝関節については図7に示すグラフIとグラフII間の遷移範囲(図7中上下方向の範囲)で負荷モーメントが減少、足関節についてはグラフIVとグラフV間の遷移範囲(図7中上下方向の範囲)で負荷モーメントが減少することにより、相対的に各ガススプリング140、140A、150、150Aの発生モーメントが上昇することになる。従って、搭乗者Pが前傾姿勢に移行するタイミングで各ガススプリング140、140A、150、150Aの押圧力による発生モーメントが相対的に上昇して腰部及び胴体を持ち上げる力が搭乗者Pに作用する。これにより、搭乗者Pは、椅子200に座った姿勢から前傾姿勢に移行する動作過程で足関節を伸展方向に動作させるように第1のガススプリング140、140Aに支援され、さらに膝関節が伸展方向に動作するように第2のガススプリング150、150Aに支援されるため、下肢が麻痺しているにも拘わらず、健常者と同じように立ち上がることができる。このように、搭乗者Pは、上体の体重移動を伴う姿勢変化により姿勢支援機構20の支援動作を受けて一人でベッドや椅子から移動ベース30に移乗したり、あるいは移動ベース30からベッドや椅子に移動することも可能になる。
Further, when the passenger P stands up from the
また、姿勢支援機構20は、モータの駆動力を使わずに搭乗者Pの姿勢変化を支援できるので、電源が不要であり、停電時でも搭乗者Pの動作支援を行うことができる。また、姿勢支援機構20は、搭乗者Pの下肢が麻痺している場合には、立位と座位とを繰り返すことで足首、膝、股間の各関節を動作させるリハビリテーション支援装置としても使用できる。
In addition, since the
〔制御系の構成〕
図11は姿勢可変立位式移動装置の制御系を示すブロック図である。図11に示されるように、制御部70は、マイクロコンピュータなどからなり、モータ44、54及び電磁ブレーキ46、56、バッテリ80、上体を検知する姿勢検知センサ170、180が電気的に接続されている。さらに、制御部70には、膝角度θ1を検知する膝角度センサ190、足首角度θ2を検知する足首角度センサ192が電気的に接続されている。尚、膝角度センサ190は、図6中の軸132又は軸132に連結されたギヤ等に設けられ、足首角度センサ192は図6中の軸122又は軸122に連結されたギヤ等に設けられている。そのため、膝角度センサ190は、第1の回動部材120と第2の回動部材130との相対回動角度を膝関節角度として検出するポテンショメータからなる。また、足首角度センサ192は、支持板160に対する第1の回動部材120の相対回動角度を足首角度として検出するポテンショメータからなる。
[Control system configuration]
FIG. 11 is a block diagram showing a control system of the posture variable standing type moving apparatus. As shown in FIG. 11, the
また、制御部70は、メモリに予め各制御プログラムが格納されている。制御プログラムとしては、搭乗者Pの姿勢を判定する制御プログラム(姿勢判定手段)70Aと、搭乗者Pが立位姿勢の状態で当該搭乗者Pの上体の動きから移動意思を判定する制御プログラム(移動意思判定手段)70Bと、判定された移動意思に基づいてモータ44,54への制御信号を演算する制御プログラム(演算手段)70Cと、当該立位姿勢の搭乗者の上体の動きに応じて駆動輪40、50の回転、停止、回転方向、速さを制御する制御プログラム(駆動制御手段)70Dと、を有する。
The
図12は制御部の制御処理を説明するためのフローチャートである。図12に示されるように、制御部70は、ステップS11で電磁ブレーキ46、56をオンにして駆動輪40,50を制動する。これで、姿勢可変立位式移動装置10の移動が禁止され、搭乗者Pが座位姿勢から立位姿勢(図13参照)に移行する過程での移動が防止される。
FIG. 12 is a flowchart for explaining the control process of the control unit. As shown in FIG. 12, the
次のステップS12では、姿勢検知センサ170、180により検知された搭乗者Pの腰部及び胴体の前後方向、鉛直方向のZ軸回りの2自由度分の姿勢検知信号及び膝角度センサ190、足首角度センサ192により検知された搭乗者Pの各関節の角度信号を読み込む。
In the next step S12, posture detection signals and
続いて、ステップS13に進み、姿勢検知センサ170、180により検知された搭乗者Pの胴体の前後方向、鉛直方向のZ軸回りの2自由度分の姿勢検知信号に基づいて搭乗者Pの胴体の前後方向、Z軸回りの各方向の姿勢から立位姿勢か否かを判定する。尚、膝角度センサ190、足首角度センサ192では、搭乗者Pの各関節の角度θ1,2を監視しており、ステップS13では膝角度センサ190、足首角度センサ192から取得される関節角情報(θ1、θ2)と胴体姿勢を基に立位姿勢判定を行なう。ステップS13において、搭乗者Pが立位姿勢ではないと判定された場合(NOの場合)、当該搭乗者Pが座位姿勢又は中間姿勢(図10(B)(C)参照)と判断し、ステップS11に戻り、電磁ブレーキ46、56をオンにして駆動輪40,50を制動する。
Subsequently, the process proceeds to step S13, and the body of the occupant P is detected based on the posture detection signals for two degrees of freedom around the Z axis in the longitudinal direction and the vertical direction of the occupant P detected by the
また、ステップS13において、前述した図10(A)に示すように、膝関節の角度はθ1=80[deg]、足首関節の角度はθ2=100[deg]である場合に搭乗者Pが立位姿勢であると判定し(YESの場合)、ステップS14に進み、搭乗者Pが立位姿勢における姿勢検知センサ170、180により検知された搭乗者Pの胴体の前後方向、Z軸回りの2自由度分の姿勢検知信号及び膝角度センサ190、足首角度センサ192により検知された各関節の角度信号を読み込む。このときの姿勢検知信号及び各関節角度信号は、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体)の姿勢を表しており、搭乗者Pの移動意思による移動方向を意味している。
In step S13, as shown in FIG. 10A described above, when the knee joint angle is θ1 = 80 [deg] and the ankle joint angle is θ2 = 100 [deg], the passenger P stands up. It is determined that the posture is in the posture (in the case of YES), the process proceeds to step S14, where the passenger P is detected by the
〔前進モード〕
続いて、ステップS15に進み、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢か否かをチェックする。ステップS15において、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS16に進み、移動意思が前進であると判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。続いて、ステップS17では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を同時に前進方向に駆動する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま前進することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
[Forward mode]
Then, it progresses to step S15 and it is checked whether the upper body (waist part and trunk | drum part) of the passenger P is a forward leaning posture. If it is determined in step S15 that the upper body (waist and torso) of the passenger P is in a forward leaning posture (in the case of YES), the process proceeds to step S16, where it is determined that the intention to move is forward, and the
〔後退モード〕
また、上記ステップS15において、搭乗者Pの上体(腰部及び胴体部)が前傾姿勢でない場合(NOの場合)、ステップS20に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢か否かを判定する。ステップS20において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS21に進み、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。続いて、ステップS22では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を同時に後退方向に駆動する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま後退することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
[Reverse mode]
In step S15, when the upper body (waist and torso) of the passenger P is not in a forward leaning posture (in the case of NO), the process proceeds to step S20, and the upper body (torso portion) of the passenger P is in a backward leaning posture. It is determined whether or not. In step S20, when it is determined that the upper body (body part) of the passenger P is in the backward tilted posture (in the case of YES), the process proceeds to step S21, and the
〔右旋回モード〕
また、上記ステップS20において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS23に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢か否かを判定する。ステップS23において、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS24に進み、搭乗者Pが右旋回の移動意思を指示しているものと判定し、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
(Right turn mode)
In Step S20, when it is determined that the upper body (torso part) of the occupant P is not backwardly tilted (in the case of NO), the process proceeds to Step S23, and the upper body (torso part) of the occupant P is tilted to the right. Judge whether the posture. If it is determined in step S23 that the upper body (torso part) of the occupant P is in the right-tilting posture (in the case of YES), the process proceeds to step S24, and the occupant P instructs the intention to move to the right. The
続いて、ステップS25では、モータ制御量を演算して左側のモータ44を前進方向に駆動し、右側のモータ54を停止する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のままその場で右旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S25, the motor control amount is calculated, the
〔左旋回モード〕
また、上記ステップS23において、搭乗者Pの上体(胴体部)が右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS26に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢か否かを判定する。ステップS26において、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS27に進み、搭乗者Pが左旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
(Left-turn mode)
If it is determined in step S23 that the upper body (torso part) of the passenger P is not in the right tilt position (in the case of NO), the process proceeds to step S26, and the upper body (torso part) of the passenger P is in the left tilt position. It is determined whether or not. If it is determined in step S26 that the upper body (torso part) of the occupant P is tilted to the left (in the case of YES), the process proceeds to step S27, and the occupant P instructs the intention to move left The
続いて、ステップS28では、モータ制御量を演算して右側のモータ54を前進方向に駆動し、左側のモータ44を停止する。これで、搭乗者Pは立位姿勢のままその場で左旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S28, the motor control amount is calculated, the
〔前進右旋回モード〕
また、上記ステップS26において、搭乗者Pの上体(胴体部)が左傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS29に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢か否かを判定する。ステップS29において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS30に進み、搭乗者Pが前進右旋回の移動意思が指示されたものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
(Forward right turn mode)
If it is determined in step S26 that the upper body (torso part) of the passenger P is not tilted to the left (in the case of NO), the process proceeds to step S29, and the upper body (torso part) of the passenger P is tilted forward. It is determined whether or not the posture is right tilt. If it is determined in step S29 that the upper body (torso part) of the occupant P is in a forward tilted right tilt posture (in the case of YES), the process proceeds to step S30, where the occupant P indicates an intention to move forward and turn right Therefore, the
続いて、ステップS31では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を前進方向に駆動し、且つ左側のモータ44を加速する。この場合、左側の駆動輪40が右側の駆動輪50よりも加速されているので、前進しながら右旋回できる。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま前進しながら右旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S31, the motor control amount is calculated, the left and
〔前進左旋回モード〕
また、上記ステップS29において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS32に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾左傾姿勢か否かを判定する。ステップS32において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾左傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS33に進み、搭乗者Pが前進左旋回の移動意思を指示していると判定し、電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
(Forward left turn mode)
If it is determined in step S29 that the upper body (torso part) of the occupant P is not in the forward leaning posture (in the case of NO), the process proceeds to step S32, and the upper body (torso part) of the occupant P is determined. It is determined whether or not the posture is tilted forward and left. In step S32, when it is determined that the upper body (body part) of the passenger P is in the forward leaning posture (in the case of YES), the process proceeds to step S33, where the passenger P instructs the intention to move forward and turn left. The
続いて、ステップS34では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を前進方向に駆動し、且つ右側のモータ54を加速する。この場合、右側の駆動輪50が左側の駆動輪40よりも加速されているので、前進しながら左旋回できる。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま前進しながら左旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S34, the motor control amount is calculated, the left and
〔後退右旋回モード〕
また、上記ステップS32において、搭乗者Pの上体(胴体部)が前傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS35に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢か否かを判定する。ステップS35において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS36に進み、搭乗者Pが後退右旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
(Reverse right turn mode)
If it is determined in step S32 that the upper body (torso part) of the occupant P is not in the forward-right-tilting posture (NO), the process proceeds to step S35, and the upper body (body part) of the occupant P is determined. It is determined whether or not the posture is tilted backward and right. If it is determined in step S35 that the upper body (torso part) of the occupant P is in the backward tilted right-tilt posture (in the case of YES), the process proceeds to step S36, and the occupant P instructs the intention to move backward and turn right Therefore, the
続いて、ステップS37では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を後退方向に駆動し、且つ左側のモータ44を加速する。この場合、左側の駆動輪40が右側の駆動輪50よりも加速されているので、後退しながら右旋回できる。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま後退しながら右旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S37, the motor control amount is calculated, the left and
〔後退左旋回モード〕
また、上記ステップS35において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS38に進み、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾左傾姿勢か否かをチェックする。ステップS38において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢であると判定された場合(YESの場合)、ステップS39に進み、搭乗者Pが後退左旋回の移動意思を指示しているものと判定して電磁ブレーキ46、56をオフにして駆動輪40,50の制動を解除する。
[Reverse left turn mode]
If it is determined in step S35 that the upper body (torso part) of the occupant P is not in the rearward tilting right posture (in the case of NO), the process proceeds to step S38, and the upper body (torso part) of the occupant P is determined. Check if it is in a backward leaning posture. If it is determined in step S38 that the upper body (torso part) of the occupant P is in the backward tilted right-tilt posture (in the case of YES), the process proceeds to step S39, where the occupant P instructs the intention to move backward and turn left. Therefore, the
続いて、ステップS40では、モータ制御量を演算して左右のモータ44、54を後退方向に駆動し、且つ左側のモータ44を加速する。この場合、右側の駆動輪50が左側の駆動輪40よりも加速されているので、後退しながら左旋回できる。これで、搭乗者Pは立位姿勢のまま前進しながら左旋回することができる。この後は、上記ステップS12の処理に戻る。
Subsequently, in step S40, the motor control amount is calculated, the left and
〔停止モード〕
また、上記ステップS38において、搭乗者Pの上体(胴体部)が後傾右傾姿勢でないと判定された場合(NOの場合)、ステップS41に進み、搭乗者Pの安全にため、左右のモータ44、54への通電を遮断して回生ブレーキを作動すると共に、電磁ブレーキ46、56をオンにして駆動輪40,50を制動して停止させる。
[Stop mode]
If it is determined in step S38 that the upper body (torso part) of the occupant P is not in the backward tilted right tilt position (in the case of NO), the process proceeds to step S41, and the left and right motors are used for the safety of the occupant P. The energization to 44 and 54 is cut off to activate the regenerative brake, and the
上記説明では、下肢が麻痺した障害者の移動手段として用いる場合について説明したが、搭乗者Pとしては、足に障害のある障害者でも良いし、あるいは健常者でも良いのは勿論である。 In the above description, the case where the lower limb is used as a means for moving a disabled person has been described. However, the passenger P may be a disabled person with a leg disorder or a normal person.
尚、ステップS26、S29、S32、S35、S38において、姿勢検知センサ170,180により取得される胴体姿勢は前後傾、Z軸周りのねじりの情報のみで、旋回はZ軸周りの胴体ねじれ姿勢を基に制御することが可能である。また、搭乗者Pの左右傾斜により装置自体が左右傾倒した際には、従動輪支持機構100と移動ベース30の相対姿勢(水平軸回り角度)を監視するセンサにより、左右方向の傾斜角度を検出して搭乗者Pの姿勢の傾きを判定してもよい。
Note that in steps S26, S29, S32, S35, and S38, the body posture acquired by the
10 姿勢可変立位式移動装置
20 姿勢支援機構
22 膝サポータ
24 上体サポート部
26 外骨格構造体
28 腰部固定帯
29 胴体固定帯
30 移動ベース
40、50 駆動輪
41、51 車軸
42、52 モータユニット
44、54 モータ(車輪駆動手段)
46、56 電磁ブレーキ
60、62 従動輪
70 制御部
80 バッテリ
90 駆動輪支持機構
91、92 垂直アーム
93 上部水平アーム
94 下部水平アーム
95 垂直ブラケット
96、97 コイルバネ
100 従動輪支持機構
110 足固定ベルト(足固定部)
112 V字ブラケット
114、115 車輪支持部
120 第1の回動部材
122、132 軸
124、136 嵌合ピン
126、162 円弧状穴
130 第2の回動部材
138 固定部
140、140A 第1のガススプリング(第1の押圧手段)
150、150A 第2のガススプリング(第2の押圧手段)
160 支持板
170、180 姿勢検知センサ
190 膝角度センサ
192 足首角度センサ
200 椅子
DESCRIPTION OF
46, 56
112 V-
150, 150A Second gas spring (second pressing means)
160
Claims (10)
前記車輪を回転駆動する車輪駆動手段と、
前記移動ベースに搭乗者の足を固定する足固定部と、
前記搭乗者の上体の前方向への体重移動に応じて座位姿勢から立位姿勢に変化、及び立位姿勢から座位姿勢に変化させる際の体重移動に伴って当該搭乗者の動作を支援する姿勢支援機構と、を備え、
前記車輪駆動手段は、前記搭乗者の上体が前記姿勢支援機構により立位姿勢に保持された状態で前記移動ベースを移動させることを特徴とする姿勢可変立位式移動装置。 A moving base having wheels;
Wheel driving means for rotationally driving the wheels;
A foot fixing portion for fixing a passenger's foot to the moving base;
Supporting the movement of the passenger along with the weight shift when changing from the sitting posture to the standing posture according to the weight movement in the forward direction of the upper body of the passenger, and when changing from the standing posture to the sitting posture A posture support mechanism,
The wheel drive means moves the moving base in a state where the upper body of the occupant is held in a standing posture by the posture support mechanism.
前記移動ベース上に起立し、前後方向に回動可能に支持された第1の回動部材と、
前記第1の回動部材の上端に上下方向に回動可能に連結された第2の回動部材と、
前記第1の回動部材を前方向に押圧する第1の押圧手段と、
前記第2の回動部材を上方向に押圧する第2の押圧手段と、
前記第2の回動部材の上部に固定され、前記搭乗者の腰部付近に延在形成された外骨格構造体と、
前記外骨格構造体の端部に連結され、前記搭乗者の上体に固定される上体固定帯と、を有し、
前記第1、第2の回動部材及び前記外骨格構造体は、前記第1、第2の押圧手段の押圧力を前記上体固定帯に伝達して当該搭乗者の前記座位姿勢の膝関節および足首関節を伸展方向に支援することを特徴とする請求項1に記載の姿勢可変立位式移動装置。 The posture support mechanism is
A first rotating member that stands on the moving base and is supported so as to be rotatable in the front-rear direction;
A second rotating member connected to the upper end of the first rotating member so as to be rotatable in the vertical direction;
First pressing means for pressing the first rotating member forward;
Second pressing means for pressing the second rotating member upward;
An exoskeleton structure fixed to the upper part of the second rotating member and formed to extend near the waist of the occupant;
An upper body fixing band connected to an end of the exoskeleton structure and fixed to the upper body of the occupant;
The first and second rotating members and the exoskeleton structure transmit the pressing force of the first and second pressing means to the upper body fixing band, and the knee joint in the sitting posture of the occupant. The posture-variable standing-type moving device according to claim 1, wherein the ankle joint is supported in the extending direction.
前記動作検知手段により検知された当該上体の動作に応じた制御信号を生成する制御手段と、
を備え、
前記車輪駆動手段は、立位姿勢の当該搭乗者の上体の動きに応じて前記車輪を回転駆動することを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の姿勢可変立位式移動装置。 Motion detection means for detecting the movement of the upper body of the occupant while the occupant is in a standing posture;
Control means for generating a control signal corresponding to the motion of the upper body detected by the motion detection means;
With
The posture variable moving apparatus according to any one of claims 1 to 6, wherein the wheel driving means rotationally drives the wheel according to the movement of the upper body of the occupant in the standing posture. .
搭乗者Pの姿勢を判定する姿勢判定手段と、
搭乗者Pが立位姿勢の状態で当該搭乗者Pの上体の動きから移動意思を判定する移動意思判定手段と、
判定された移動意思に基づいて前記車輪駆動手段への制御信号を演算する演算手段と、
当該立位姿勢の搭乗者の上体の動きに応じて前記動輪の回転、停止、回転方向を制御することを特徴とする請求項7に記載の姿勢可変立位式移動装置。 The control means includes
Posture determination means for determining the posture of the passenger P;
A movement intention determination means for determining a movement intention from the movement of the upper body of the passenger P when the passenger P is in a standing posture;
A computing means for computing a control signal to the wheel driving means based on the determined intention to move;
The posture-variable standing-type moving device according to claim 7, wherein rotation, stop, and rotation direction of the driving wheel are controlled in accordance with a movement of an upper body of a passenger in the standing posture.
前記車輪駆動手段により駆動される駆動輪と、
前記駆動輪の回転駆動に追従する従動輪と有し、
前記従動輪は、前記駆動輪よりも小径であり、且つ低位置に旋回可能に支持されることを特徴とする請求項1〜8の何れかに記載の姿勢可変立位式移動装置。 The moving base is
Driving wheels driven by the wheel driving means;
A driven wheel that follows the rotational drive of the drive wheel;
The posture-variable standing-type moving device according to any one of claims 1 to 8, wherein the driven wheel has a smaller diameter than the driving wheel and is supported so as to be pivotable at a low position.
搭乗者の上体の動きを検知して当該搭乗者の姿勢を判定するステップ1と、
前記搭乗者が立位姿勢の状態で当該搭乗者の上体の動きから移動意思を判定するステップ2と、
判定された移動意思に基づいて前記車輪駆動手段への制御信号を演算するステップ3と、
当該立位姿勢の搭乗者の上体の動きに応じて前記動輪の回転、停止、回転方向、速さを制御するステップと、
を有することを特徴とする姿勢可変立位式移動装置の制御方法。 A control method for a posture variable standing type moving apparatus according to any one of claims 1 to 9,
Step 1 of detecting the movement of the upper body of the passenger to determine the posture of the passenger;
Step 2 of determining the intention to move from the movement of the passenger's upper body while the passenger is in a standing posture;
Calculating a control signal to the wheel driving means based on the determined intention to move; and
Controlling the rotation, stop, rotation direction, and speed of the driving wheel according to the movement of the upper body of the passenger in the standing position;
A control method for a posture-variable standing-type moving apparatus characterized by comprising:
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Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018000907A (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 努 高司 | Mobile device with chair capable of climbing stair |
| WO2018179431A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 株式会社Fuji | Assistance device |
| JP2020146101A (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 本田技研工業株式会社 | Control device of operation support device |
| KR20200118261A (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 한국기계연구원 | Robot to support independent activities for the disabled |
| JPWO2021040024A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | ||
| CN113101152A (en) * | 2021-04-30 | 2021-07-13 | 永康国科康复工程技术有限公司 | An anti-fall sit-stand dual-purpose rollator |
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09570A (en) * | 1994-10-14 | 1997-01-07 | Funaki Gishi:Kk | Posture conversion device and posture conversion method |
| JP2008502413A (en) * | 2004-06-17 | 2008-01-31 | ヤコフ ガベル | Exercise, rehabilitation, and mobility devices for paraplegic patients and those with motor impairments |
| JP2010536512A (en) * | 2007-08-24 | 2010-12-02 | レボ・アーゲー,ヴォーレン | Central wheel drive vehicle, especially wheelchair or standing wheelchair |
| JP2011019571A (en) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | Walking assisting device |
| JP2011063241A (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Honda Motor Co Ltd | Inverted pendulum moving body |
| JP2012125548A (en) * | 2010-11-26 | 2012-07-05 | Moritoh:Kk | Relief rollator |
-
2013
- 2013-03-22 JP JP2013060754A patent/JP6377888B2/en active Active
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH09570A (en) * | 1994-10-14 | 1997-01-07 | Funaki Gishi:Kk | Posture conversion device and posture conversion method |
| JP2008502413A (en) * | 2004-06-17 | 2008-01-31 | ヤコフ ガベル | Exercise, rehabilitation, and mobility devices for paraplegic patients and those with motor impairments |
| JP2010536512A (en) * | 2007-08-24 | 2010-12-02 | レボ・アーゲー,ヴォーレン | Central wheel drive vehicle, especially wheelchair or standing wheelchair |
| JP2011019571A (en) * | 2009-07-13 | 2011-02-03 | Fuji Mach Mfg Co Ltd | Walking assisting device |
| JP2011063241A (en) * | 2009-09-18 | 2011-03-31 | Honda Motor Co Ltd | Inverted pendulum moving body |
| JP2012125548A (en) * | 2010-11-26 | 2012-07-05 | Moritoh:Kk | Relief rollator |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2018000907A (en) * | 2016-07-07 | 2018-01-11 | 努 高司 | Mobile device with chair capable of climbing stair |
| WO2018179431A1 (en) * | 2017-03-31 | 2018-10-04 | 株式会社Fuji | Assistance device |
| JPWO2018179431A1 (en) * | 2017-03-31 | 2019-11-07 | 株式会社Fuji | Assistance device |
| JP2020146101A (en) * | 2019-03-11 | 2020-09-17 | 本田技研工業株式会社 | Control device of operation support device |
| JP7132159B2 (en) | 2019-03-11 | 2022-09-06 | 本田技研工業株式会社 | Control device for motion support device |
| KR20200118261A (en) * | 2019-04-02 | 2020-10-15 | 한국기계연구원 | Robot to support independent activities for the disabled |
| KR102774414B1 (en) | 2019-04-02 | 2025-03-06 | 한국기계연구원 | Robot to support independent activities for the disabled |
| JPWO2021040024A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | ||
| WO2021040024A1 (en) * | 2019-08-30 | 2021-03-04 | 国立大学法人筑波大学 | Assistance mechanism and moving device using same |
| JP7499521B2 (en) | 2019-08-30 | 2024-06-14 | 国立大学法人 筑波大学 | Support mechanism and moving device using same |
| CN113101152A (en) * | 2021-04-30 | 2021-07-13 | 永康国科康复工程技术有限公司 | An anti-fall sit-stand dual-purpose rollator |
| CN113101152B (en) * | 2021-04-30 | 2023-05-12 | 苏州国科医工科技发展(集团)有限公司 | Anti-falling sitting and standing dual-purpose rollator |
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