起立動作輔助機器人的製作方法

2023-05-30 06:02:16 4

專利名稱：起立動作輔助機器人的製作方法
技術領域：
本發明涉及對老人及被護理者從椅子或床等起立時的起立動作進行輔助的起立動作輔助機器人。
背景技術：
專利文獻I中公開有具備一對上肢保持框、可動支柱及支柱的電動起立訓練器。可動支柱安裝成能夠相對於支柱縱向擺動。一對上肢保持框安裝於可動支柱的前端部(使
用者一側的端部)。根據該專利文獻I所記載的電動起立訓練器，當使用者起立時，能夠通過在一對上肢保持框從下方保持使用者的腋下的狀態下(在使用者將一對上肢保持框夾在兩腋下的狀態下)使可動支柱擺動來輔助使用者的起立動作。專利文獻2中公開有具備一對使用者保持部、保持臂及支柱的步行輔助裝置。保持臂安裝成能夠相對於支柱縱向擺動。一對使用者保持部安裝於保持臂的前端部(使用者一側的端部)。根據該專利文獻2所記載的步行輔助裝置，當使用者起立時，能夠通過在一對使用者保持部從下方保持使用者的腋下的狀態下(在使用者將一對使用者保持部夾在兩腋下的狀態下)使保持臂擺動來輔助使用者的起立動作。專利文獻I :日本特開平8-71114號公報專利文獻2 日本特開平7-184966號公報但是，專利文獻I的電動起立訓練器及專利文獻2的步行輔助裝置均是通過單一的擺動機構來輔助使用者的起立動作。因此，需要根據起立動作時的使用者的呈直線的身體動作，使上肢保持框(專利文獻I)、使用者保持部(專利文獻2)進行擺動。因此，需要減小上肢保持框、使用者保持部的擺動時的曲率。換言之，需要增大擺動半徑。例如，在專利文獻I的電動起立訓練器的情況下，在可動支柱的前端部配置有上肢保持框。另外，在可動支柱的後端部(支柱的上端部)配置有可動支柱的擺動中心。這樣一來，增大了上肢保持框的擺動半徑。但是，由於擺動半徑較大，所以當輔助使用者的起立動作時，因使用者的體重而在擺動中心的周圍產生較大的力矩。因此，擺動機構容易產生不良狀況。而且，為了克服使用者的體重而使可動支柱擺動，需要採用大輸出的促動器。另夕卜，會導致電動起立訓練器大型化。同樣地，在專利文獻2的步行輔助裝置的情況下，也由於使用者保持部的擺動半徑較大，所以當輔助使用者的起立動作時，因使用者的體重而在擺動中心的周圍產生較大的力矩。因此，擺動機構容易產生不良情況。而且，為了克服使用者的體重而使可動支柱擺動，需要採用大輸出的促動器。另外，會導致步行輔助裝置大型化。

發明內容
本發明的起立動作輔助機器人是鑑於上述問題而提出的。本發明的目的在於提供一種能夠小型化的起立動作輔助機器人。(I)為解決上述問題，本發明的起立動作輔助機器人的特徵在於，其具備機器人主體，上述機器人主體具有基部；軸部，能夠相對於該基部在上下方向上伸縮；和平臺，該平臺具有平臺主體，能夠相對於上述軸部在縱向上擺動；肘部放置部，比上述平臺主體的擺動中心靠近輔助對象者地配置於上述平臺主體上；和把手部，比上述平臺主體的擺動中心遠離上述輔助對象者地配置於上述平臺主體上；在上述輔助對象者的肘部放置於上述肘部放置部、且由上述輔助對象者把持上述把手部的狀態下，使上述平臺主體擺動，直至到達上述輔助對象者的重心接近上述軸部的上升準備位置，在上述上升準備位置使上述軸部伸長，由此輔助上述輔助對象者的起立動作。起立動作輔助機器人具備機器人主體。機器人主體具備基部、軸部及平臺。軸部能夠相對於基部在上下方向上伸縮。平臺能夠相對於軸部在縱向上擺動。在平臺主體的上表面，隔著平臺主體的擺動中心，在輔助對象者側配置肘部放置部，而在相反側配置把手部。在對輔助對象者的起立動作進行輔助時，首先，輔助對象者將肘部放置於肘部放置部。並且，輔助對象者把持把手部。接著，自動地或者藉助輔助對象者的力量使平臺主體在縱向(具體而言，是把手部下降、肘部放置部上升的方向)上擺動。當平臺主體擺動時，輔助對象者的前腕部也隨著平臺主體的擺動而進行傾動。因此，輔助對象者成為前傾姿勢。 隨著輔助對象者的前傾姿勢變深，輔助對象者的重心靠近軸部(也就是上升軸)。此處，上升準備位置設定成，在使輔助對象者起立時與重心與軸部的接近程度為最佳。當平臺主體的擺動角度到達該上升準備位置時，使軸部伸長而抬起輔助對象者。如上所述，本發明的起立動作輔助機器人對輔助對象者的起立動作進行輔助。如上所述，專利文獻I的電動起立訓練器及專利文獻2的步行輔助裝置均是通過單一的擺動機構來對輔助對象者(使用者)的起立動作進行輔助。因此，需要根據使用者的身體動作，使上肢保持框(專利文獻I)、使用者保持部(專利文獻2)擺動。因此，需要將上肢保持框、使用者保持部的擺動半徑設置得較大。相對於此，本發明的起立動作輔助機器人的情況下，對擺動機構(平臺)和上升機構(軸部)進行組合而對輔助對象者的起立動作進行輔助。即，通過平臺使輔助對象者成為前傾姿勢，並通過軸部將輔助對象者抬起。因此，不需要將平臺的擺動半徑設置得較大。因此，本發明的起立動作輔助機器人能夠小型化。另外，當對輔助對象者的起立動作進行輔助時，輔助對象者的體重經由肘部放置部與把手部而施加於平臺。此處，肘部放置部與把手部隔著擺動中心而分開地配置於兩側。由肘部放置部施加的力矩的方向與由把手部施加的力矩的方向彼此相反。因此，兩個力矩的至少一部分彼此互相抵消，不易在擺動中心的周圍產生較大的力矩。因此，平臺的擺動機構不易產生不良情況。另外，由於平臺的擺動力設置得較小即可，所以當自動地使平臺擺動時，不需要採用大輸出的擺動用促動器。另外，當藉助輔助對象者的力量使平臺擺動時，以較小的力即可使平臺擺動。另外，當軸部將輔助對象者抬起時，平臺主體的擺動角度到達上升準備位置。gp，軸部(也就是上升軸)與輔助對象者的重心接近。因此，以較小的力即可使輔助對象者起立。因此，不需要採用大輸出的上升用促動器。(2)優選形成如下結構，在上述(I)的結構的基礎上，還具備多個載荷傳感器，分擔施加於上述機器人主體的載荷並進行檢測；和控制部，被輸入上述多個載荷傳感器的檢測值；上述控制部基於上述多個載荷傳感器的上述檢測值的平衡來判斷上述輔助對象者的重心位置。隨著輔助對象者的前傾姿勢變深，輔助對象者的重心接近軸部。根據本結構，控制部能夠根據多個載荷傳感器的檢測值來把握該重心的移動。因此，能夠對輔助對象者隨著平臺主體的擺動而傾動進行確以。(3)優選形成如下結構，在上述(2)的結構的基礎上，上述控制部具有存儲部，該存儲部中存儲有分別與多個上述輔助對象者對應的上述上升準備位置。根據本結構，按照各個輔助對象者分別準備有上升準備位置。因此，多個輔助對象者之間能夠共用起立動作輔助機器人。(4)優選形成如下結構，在上述⑴至(3)中任一項的結構的基礎上，還具備臂部，該臂部連接於上述機器人主體上，並在上述起立動作輔助機器人對上述輔助對象者的起立動作進行輔助時固定於相鄰的結構物上。根據本結構，當對輔助對象者的起立動作進行輔助時，機器人主體經由臂部固定 於結構物。即，起立動作輔助機器人能夠將輔助對象者周圍的結構物臨時地用作錨部(卡定物)。因此，當對輔助對象者的起立動作進行輔助時，能夠抑制起立動作輔助機器人的姿勢變得不穩定。(5)優選形成如下結構，在上述(I)至⑷中任一項的結構的基礎上,上述起立動作輔助機器人還具備引導用座椅，該引導用座椅具有繩帶，連接於上述平臺主體上；和座椅主體，連接於上述繩帶上並鋪墊於上述輔助對象者的臀部；在上述起立動作輔助機器人對上述輔助對象者的起立動作進行輔助時，與上述平臺主體的擺動進行聯動，上述引導用座椅將上述輔助對象者的上述臀部抬起。根據本結構，當對輔助對象者的起立動作進行輔助時，與平臺主體的擺動進行聯動，座椅主體被繩帶拉伸而上升。因此，能夠將就座於座椅主體的輔助對象者的臀部抬起。輔助對象者為了成為前傾姿勢，需要有能夠追隨平臺的擺動的程度的體力(例如將平臺相對地拉到自己的胸口側的腕力等)。對於這一點，根據本結構，引導用座椅能夠從下方對輔助對象者的傾動進行輔助。因此，即使是體力較弱的輔助對象者，也可容易地成為前傾姿勢。發明效果根據本發明，可提供能夠小型化的起立動作輔助機器人。


圖I是第一實施方式的起立動作輔助機器人的立體圖。圖2是第一實施方式的起立動作輔助機器人的前後方向的剖視圖。圖3是第一實施方式的起立動作輔助機器人的框圖。圖4是第一實施方式的起立動作輔助機器人的呼叫步驟的示意圖。圖5是第一實施方式的起立動作輔助機器人的固定步驟的示意圖。圖6是第一實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟前段的示意圖。圖7是第一實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟後段的示意圖。圖8是第一實施方式的起立動作輔助機器人的上升步驟的示意圖。圖9是第二實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟前段的示意圖。
圖10是第二實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟後段的示意圖。標號說明I :起立動作輔助機器人 2 :機器人主體3Lf :載荷傳感器3Lr :載荷傳感器3Rf :載荷傳感器3Rr :載荷傳感器
4:控制部5 :臂部6:引導用座椅7Lf:驅動輪7Lr :驅動輪7Rf :驅動輪7Rr :驅動輪9 :床20 :基部21 :軸部22 :平臺23 :腳部40 :存儲部41 :運算部42 :輸入輸出部50 :上腕部51 :前腕部52D :下手指部52U :上手指部60D :繩帶60U :繩帶61 :座椅主體90 :結構物200 :軸部收容孔210 :擺動軸(擺動中心)220 :平臺主體221L肘部放置部221R:肘部放置部222L :把手部222R :把手部223L軸承部223R :軸承部430 :受光部431 :遙控器432 :軸部用載荷傳感器433 :平臺用轉矩傳感器434 :CCD相機435 :接近傳感器436 :臂部用轉矩傳感器437D :下手指部用轉矩傳感器437U :上手指部用轉矩傳感器 440:軸部用汽441 :平臺用馬達442Lf:行走用馬達442Lr:行走用馬達442Rf :行走用馬達442Rr:行走用馬達443 :臂部用馬達444D :下手指部用馬達444U :上手指部用馬達900 :結構物A :上升軸G :重心M :輔助對象者
具體實施例方式以下，對本發明的起立動作輔助機器人的實施方式進行說明。第一實施方式起立動作輔助機器人的機械結構首先，對本實施方式的起立動作輔助機器人(以下，適當地簡稱為「機器人」)的機械結構進行說明。圖I表示本實施方式的機器人的立體圖。圖2表示該機器人的前後方向的剖視圖。圖3表示該機器人的框圖。如圖I 圖3所示，本實施方式的機器人I具備機器人主體2 ;載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr ;控制部 4 ;臂部 5 ;及驅動輪 7Lf、7Lr、7Rf、7Rr。(機器人主體2)機器人主體2具備基部20、軸部21、平臺22及腳部23。如圖2所示，基部20呈朝上開口的有底稜筒狀。即，在基部20上，開有在上下方向上較長的軸部收容孔200。在軸部收容孔200的底部收容有軸部用汽缸440。軸部用汽缸440具有在上下方向上驅動後述的軸部21的、作為軸部用促動器的功能。軸部用汽缸440的上方配置有軸部用載荷傳感器
432。如圖I所示，腳部23呈X字型。腳部23安裝於基部20的下端。如圖I所示，軸部21呈稜柱狀。軸部21呈在上下方向上較長的直線狀。如圖2 所示，軸部21的上端朝前方(進行起立動作前的輔助對象者一側)彎曲。在軸部21的上端配置有擺動軸210。擺動軸210包含於本發明的「擺動中心」的概念中。軸部21的下端收容於基部20的軸部收容孔200中。軸部21的下端抵接於軸部用載荷傳感器432。施加於軸部21的載荷由軸部用載荷傳感器432來檢測。軸部21由軸部用汽缸440在上下方向上進行驅動。因此，軸部21的上升軸A與軸部用汽缸440的上下方向驅動軸一致。相對於上升軸A,擺動軸210向前方偏移了距尚L3。如圖I所示，平臺22具備平臺主體220 ;左右一對肘部放置部221L、221R ;左右一對把手部222L、222R;及左右一對軸承部223L、223R。平臺主體220呈長方形板狀。在平臺主體220的前緣處配置有受光部430和CCD (Charge-Coupled Device)相機434。受光部430能夠接收來自後述的遙控器431的紅外線。CXD相機434能夠對機器人I的前方進行拍攝。左右一對軸承部223L、223R配置於平臺主體220的下表面。左右一對軸承部223L、223R安裝成能夠相對於軸部21的擺動軸210在縱向(上下方向)上擺動。因此，平臺22能夠相對於軸部21在縱向上擺動。如圖3所示，經由平臺主體220而施加於擺動軸210的轉矩由平臺用轉矩傳感器433來檢測。另外，平臺主體220由平臺用馬達441驅動。平臺用馬達441具有使平臺22在縱向上擺動的、作為平臺用促動器的功能。如圖I所示，左右一對肘部放置部221L、221R配置於平臺主體220的上表面。肘部放置部221L、221R呈柔軟的襯墊狀。如圖I中的剖面線所示，輔助對象者的肘部放置在肘部放置部221L、221R上。如圖2所示，肘部放置部221L、221R配置成比擺動軸210更靠近前方。如圖I所示，左右一對把手部222L、222R配置於平臺主體220的上表面。把手部222L、222R呈短軸棒狀。把手部222L、222R由輔助對象者的手來把持。如圖2所示，把手部222L、222R配置成比擺動軸210更靠近後方。這樣一來，肘部放置部221L、221R與把手部222L、222R隔著擺動軸210而在前後方向上分開地配置。此處，如圖2所示，從擺動軸210到肘部放置部221L、221R(具體而言，是圖I中的剖面線所示的輔助對象者的肘部的位置)的距離LI比從擺動軸210到把手部222L、222R的距離L2短。因此，從肘部放置部221L、221R向平臺主體220施加的圖2中的逆時針方向的「力矩的力臂」比從把手部222L、222R向平臺主體220施加的圖2中的順時針方向的「力矩的力臂」短。(驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr)
如圖I所示，驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr配置於機器人主體2的腳部23的X字前端。驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr具有使機器人I移動的、作為移動體的功能。如圖3所示，驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr能夠通過行走用馬達442Lf、442Lr、442Rf、442Rr而各自獨立地轉動。行走用馬達442Lf、442Lr、442Rf、442Rr具有使驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr滾動的、作為驅動輪用促動器的功能。(載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr)載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr各自安裝於驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr與機器人主體2的腳部23的X字前端之間。機器人主體2的左前部分的載荷輸入至載荷傳感器3Lf，機器人主體2的左後部分的載荷輸入至載荷傳感器3Lr,機器人主體2的右前部分的載荷輸入至載荷傳感器3Rf，機器人主體2的右後部分的載荷輸入至載荷傳感器3Rr。(臂部5)如圖I、圖2所示，臂部5配置於基部20的前壁。臂部5具備上腕部50、前腕部 51、上手指部52U及下手指部52D。上腕部50設置成從基部20的前壁朝前方突出。前腕部51以能夠縱向擺動的方式安裝於上腕部50的前端。如圖3所示，施加於前腕部51的轉矩由臂部用轉矩傳感器436來檢測。另外，前腕部51由臂部用馬達443來驅動。臂部用馬達443具有使前腕部51縱向擺動的、作為臂部用促動器的功能。如圖I、圖2所示，上手指部52U、下手指部52D以能夠縱向開閉的方式安裝於在前腕部51的前端。上手指部52U、下手指部52D具有相對於後述結構物固定機器人主體2或解除機器人主體2的固定、作為鎖定部的功能。如圖3所示，施加於上手指部52U、下手指部52D的轉矩分別由上手指部用轉矩傳感器437U、下手指部用轉矩傳感器437D來檢測。另外，上手指部52U、下手指部52D分別由上手指部用馬達444U、下手指部用馬達444D來驅動。上手指部用馬達444U、下手指部用馬達444D具有作為驅動鎖定部的鎖定部用促動器的功能。起立動作輔助機器人的電氣結構接著，對本實施方式的起立動作輔助機器人的電氣結構進行說明。如圖3所示，控制部4具備存儲部40、運算部41及輸入輸出部42。控制部4被輸入有來自受光部430、軸部用載荷傳感器432、平臺用轉矩傳感器
433、(XD相機434、接近傳感器435、臂部用轉矩傳感器436、上手指部用轉矩傳感器437U及下手指部用轉矩傳感器437D的信號。紅外線從遙控器431被發送至在受光部430。另外，控制部4對軸部用汽缸440、平臺用馬達441、行走用馬達442Lf、442Lr、442Rf、442Rr、臂部用馬達443、上手指部用馬達444U及下手指部用馬達444D發出驅動指示。起立動作輔助機器人的動作接著，對本實施方式的起立動作輔助機器人的動作進行說明。輔助起立動作時的機器人的動作具有初始設定步驟、呼叫步驟、固定步驟、傾動步驟及上升步驟。(初始設定步驟)在本步驟中，多個輔助對象者分別使用機器人I嘗試進行多次起立動作。接著，對應各個輔助對象者，將使輔助對象者起立時重心與軸部的接近程度達到最佳的位置、即上升準備位置分別存儲於圖3所示的存儲部40。另外，將上升準備位置處的載荷傳感器3Lf、3Lr.3Rf.3Rr的檢測值存儲於存儲部40。這樣一來，根據本步驟，可對應各個輔助對象者將上升準備位置處的平臺主體220的擺動角度、上升準備位置處的重心位置分別存儲於存儲部40。(呼叫步驟)圖4表示本實施方式的起立動作輔助機器人的呼叫步驟的示意圖。如圖4所示，在本步驟中，使機器人I從任意位置向床9的旁邊移動。即，坐在床9上的輔助對象者M通過從遙控器431發送的紅外線將呼叫命令傳送至機器人I (具體而言為圖I所示的受光部430)的控制部4。接收到呼叫命令的機器人I在利用接近傳感器435、CCD相機434確認周圍狀況的同時，利用驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr自動行走。接著，機器人I到達床9的旁邊。(固定步驟)圖5表示本實施方式的起立動作輔助機器人的固定步驟的示意圖。如圖5所示，在本步驟中，將臂部5固定於輔助對象者M的周圍的結構物(床框架)90。
首先，圖3所示的運算部41從CXD相機434獲取圖像。預先將多個輔助對象者M的身體數據存儲於存儲部40。運算部41對該身體數據與圖像進行比較，並從多個輔助對象者M之中判斷本次呼叫機器人I的輔助對象者M是誰。接著，運算部41利用C⑶相機434搜索床9周圍的結構物。當發現結構物90時，運算部41利用CCD相機43對結構物90的信息顯示部(條形碼)進行拍攝。另外，在信息顯示部中存儲有結構物90的耐受載荷信息。之後，運算部41對該耐受載荷信息與存儲於存儲部40的輔助對象者M的體重信息進行比較。當比較的結果是判斷為在對輔助對象者M的起立動作進行輔助時結構物90能夠承受輔助對象者M的體重時，如圖3所示，運算部41適當地驅動臂部用馬達443、上手指部用馬達444U、下手指部用馬達444D。接著，如圖5所不，通過上手指部52U、下手指部52D把持結構物90。也就是說，經由臂部5將機器人I卡定在結構物90上。(傾動步驟)圖6表示本實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟前段的示意圖。圖7表示該起立動作輔助機器人的傾動步驟後段的示意圖。如圖6、圖7所示，在本步驟中，使輔助對象者M處於前傾姿勢。首先，輔助對象者M如圖6所示那樣將肘部放置於肘部放置部221L、221R。並且，輔助對象者M把持把手部222L、222R。因此，在平臺22、軸部21上輸入有載荷。如圖3所示，從軸部用載荷傳感器432、平臺用轉矩傳感器433及載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr向控制部4發送伴隨載荷的輸入而產生的信號。運算部41根據該信號來識別出輔助對象者M已將肘部放置於肘部放置部221L、221R並把持把手部222L、222R。接著，圖3所示，運算部41驅動平臺用馬達441，使平臺主體220在肘部放置部221L、221R上升、且把手部222L、222R下降的方向上擺動。此時，運算部41檢查四個載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr的檢測值的平衡。即，檢查輔助對象者M的重心G的移動。如上所述，在存儲部40中對應各個輔助對象者M預先存儲有上升準備位置。而且，存儲有上升準備位置處的重心G的位置。如圖7所示，運算部41使平臺主體220擺動，直至擺動角度到達上升準備位置為止。另外，運算部41對存儲於存儲部40的上升準備位置處的重心G的水平方向位置和由四個載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr檢測出的實際的重心G的水平方向位置位於容許範圍內進行確認。也就是說，對輔助對象者M隨著平臺主體220的擺動而成為前傾姿勢進行確認。另外，在上升準備位置處，輔助對象者M的重心G的水平方向位置和上升軸A的水平方向位置大體一致。(上升步驟)圖8表示本實施方式的起立動作輔助機器人的上升步驟的示意圖。在本步驟中，如圖3所示，運算部41驅動軸部用汽缸440。接著，如圖8所示，使軸部21從基部20向上方伸長。輔助對象者M隨著軸部21的伸長而伸開膝部。S卩，輔助對象者M起立。這樣一來，機器人I通過使平臺22擺動並使軸部21伸長而對輔助對象者M的起立動作進行輔助。另外，根據四個載荷傳感器31^、31^、31^、31^的檢測值來檢查輔助對象者M的重心G的變化。作用效果根據本實施方式的起立動作輔助機器人1，如圖4 圖8所示，對擺動機構(平臺22)與上升機構(軸部21)進行組合，而對輔助對象者M的起立動作進行輔助。S卩，通過平 臺22使輔助對象者M處於前傾姿勢，並通過軸部21將輔助對象者M抬起。因此，不需要將平臺22的擺動半徑設置成較大的半徑。因此，本實施方式的起立動作輔助機器人I可實現小型化。另外，如圖2所示，當對輔助對象者M的起立動作進行輔助時，輔助對象者M的體重經由肘部放置部221L、221R與把手部222L、222R而施加於平臺22。此處，肘部放置部221L、221R與把手部222L、222R隔著擺動軸210而分開地配置於前後兩側。從肘部放置部221L、221R施加的力矩的方向與從把手部222L、222R施加的力矩的方向彼此相反。因此，兩個力矩的至少一部分彼此互相抵消，不易在擺動軸210的周圍產生較大的力矩。因此，平臺22的擺動機構不易產生不良情況。另外，由於平臺22的擺動力較小即可，所以，圖3所示的平臺用馬達441的輸出較小即可。另外，如圖2所示，從擺動軸210到肘部放置部221L、221R的距離L I比從擺動軸210到把手部222L、222R的距離L2短。因此，從肘部放置部221L、221R向平臺主體220施加的圖2中的逆時針方向的「力矩的力臂」比從把手部222L、222R向平臺主體220施加的圖2中的順時針方向的「力矩的力臂」短。因此，平臺主體220容易朝順時針方向(輔助對象者M前傾的方向)擺動。關於這一點，同樣地，由於平臺22的擺動力較小即可，所以，圖3所示的平臺用馬達441的輸出較小即可。另外，如圖7所示，當軸部21將輔助對象者M抬起時，平臺主體220的擺動角度到達上升準備位置。即，輔助對象者M的重心G置於軸部21 (也就是上升軸A)的正上方。因此，以較小的力即可使輔助對象者M起立。因此，圖3所示的軸部用汽缸440的輸出較小即可。另外，根據本實施方式的起立動作輔助機器人I，如圖3所示，控制部4可以根據多個載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr的檢測值來把握輔助對象者M的重心G的移動。因此，能夠對輔助對象者M隨著平臺主體220的擺動而傾動進行確認。另外，根據本實施方式的起立動作輔助機器人1，在圖3所示的存儲部40中，按照各個輔助對象者M分別準備有上升準備位置。因此，多個輔助對象者M之間能夠共用起立動作輔助機器人I。另外，如圖I所示，本實施方式的起立動作輔助機器人I具備臂部5。因此，如圖4 圖8所示，當對輔助對象者M的起立動作進行輔助時，能夠經由臂部5將機器人主體2固定於結構物90。即，機器人I能夠將輔助對象者M周圍的結構物90臨時地用作錨部(卡定物)。因此，當對輔助對象者M的起立動作進行輔助時，能夠抑制機器人I的姿勢變得不穩定。另外，與通過增加機器人I的重量而在進行起立動作輔助時實現機器人I的姿勢穩定化的情況相比，能夠使機器人I輕量化。另外，與通過使機器人I大型化而在進行起立動作輔助時實現機器人I的姿勢穩定化的情況相比，能夠使機器人I小型化。與例如通過控制機器人I的驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr (通過保持機器人I的姿勢平衡)而在進行起立動作輔助時實現機器人I的姿勢穩定化的情況相比，能夠簡化機器人I的控制機構。根據本實施方式的起立動作輔助機器人1，平臺主體220如圖6、圖7所示那樣地 擺動。因此，輔助對象者M僅通過把持把手部222L、222R即可成為前傾姿勢。因此，與平臺主體220不擺動的情況相比，輔助對象者M以較小的體力即可成為前傾姿勢。另外，根據本實施方式的起立動作輔助機器人I，如圖2所示，擺動軸210配置成比上升軸A更靠近前方。因此，輔助對象者M容易把持把手部222L、222R。第二實施方式本實施方式的起立動作輔助機器人與第一實施方式的起立動作輔助機器人的不同點為，具備引導用座椅。在此，僅對不同點進行說明。圖9表示本實施方式的起立動作輔助機器人的傾動步驟前段的示意圖。圖10表示該起立動作輔助機器人的傾動步驟後段的示意圖。另外，對於與圖6、圖7相對應的部位，用相同的標號表不。如圖9所示，引導用座椅6具備左右一對繩帶60U、左右一對繩帶60D及座椅主體61。座椅主體61呈長方形布狀。座椅主體61覆蓋輔助對象者M的臀部到腰部。左右一對繩帶60U的後端安裝於把手部222L、222R(參照圖I)的上端。左右一對繩帶60U的前端安裝於座椅主體61的上邊緣的左右兩端。左右一對繩帶60D的後端安裝於把手部222L、222R(參照圖I)的下端。左右一對繩帶60D的前端安裝於座椅主體61的下邊緣的左右兩端。如圖10所示，當通過平臺用馬達441 (參照圖3)使平臺22進行擺動時，四根繩帶60U、60D被拉伸而以擺動軸210為中心擺動，從而將座椅主體61抬起。因此，輔助對象者M的臀部及腰部被座椅主體61從下方抬起。關於本實施方式的起立動作輔助機器人與第一實施方式的起立動作輔助機器人的結構相同的部分，具有同樣的作用效果。另外，輔助對象者M為了成為前傾姿勢，需要有能夠追隨平臺22的擺動的程度的體力(例如將平臺22相對地拉到自己的胸口側的腕力等)。對於這一點，根據本實施方式的機器人1，引導用座椅6能夠從下方對輔助對象者M的傾動進行輔助。因此，即使是體力較弱的輔助對象者M，也容易成為前傾姿勢。其他以上，對本發明的起立動作輔助機器人的實施方式進行了說明。但是，實施方式不限定於上述方式。還能夠以本領域技術人員可進行的各種變形方式、改良方式加以實施。例如，在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，如圖3所示，通過平臺用馬達441對平臺主體220進行了驅動。但是，輔助對象者M也可以利用人力使平臺主體220擺動。此時，為了抑制平臺主體的急劇擺動，也可以在擺動軸210上配置制動機構及減震機構。另夕卜，為了抑制平臺主體220的擺動方向在輔助對象者傾動時發生反轉，也可以在擺動軸210上配置將擺動方向限制為一個方向的離合機構。另外，在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，如圖3所示，配置了共四個載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr。載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr的配置數量為兩個以上即可，不特別限定數量。如圖2所示，對於載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr的位置，只要隔著上升軸A而配置於前後兩處即可，不特別限定位置。另外，如圖7所示，上升準備位置處的四個載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr的檢測值也可以不全部一致。只要能夠實現輔助對象者M起立時的最佳前傾姿勢即可。同樣地，如圖7所示，上升準備位置處的輔助對象者M的中心G也可以與上升軸A不一致。只要能夠實現輔助對象者M起立時的最佳前傾姿勢即可。如圖6、圖7所示，當輔助對象者M傾動時，可以使平臺主體220擺動的同時，使軸 部21向下方收縮。這樣一來，根據輔助對象者M的體格，更加容易成為前傾姿勢。在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，如圖4 8所示，通過利用臂部5把持結構物90抑制了在輔助起立動作時的機器人I的晃動。但是，也可以通過鎖定圖3所示的驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr來抑制輔助起立動作時的機器人I的晃動。對圖4 8所示的結構物90的種類不進行特別限定。也可以使用管道、地面、壁面、架及柱等。另外，對存儲有結構物90的耐受載荷信息的信息顯示部的種類不進行特別限定。除了條形碼以外，也可以使用文字、圖形、符號、QR碼(註冊商標)等二維碼。例如也可以用CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)相機、紅外相機等代替圖3所示的CXD相機434。作為圖3所示的軸部用載荷傳感器432、載荷傳感器3Lf、3Lr、3Rf、3Rr，例如，可以使用歪式量規式載荷傳感器、靜電電容式載荷傳感器、電阻變化式載荷傳感器。作為圖3所示的接近傳感器435，例如可以使用超聲波式接近傳感器、雷射式接近傳感器。另外，也可以使用液壓缸、空氣缸、人工肌肉等其他促動器來代替圖3所示的各種馬達。同樣地，也可以使用馬達、人工肌肉等其他促動器來代替圖3所示的軸部用汽缸440。圖I所示的把手部222L、222R也可以為單個把手。另外，也可以將平臺主體220的後緣部本身用作把手部來代替把手部222L、222R。在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，圖3所示的控制部4對輔助對象者M是誰進行判斷，但輔助對象者M也可以使用遙控器431等將自己是誰發送至控制部4。在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，如圖2所示，使軸部21的上端朝前方彎曲，但軸部21也可以為直線狀。即，上升軸A與擺動軸210也可以重疊。在上述實施方式的起立動作輔助機器人I中，如圖2所示，設定成距離LI 距離L2、距離LI =距離L2。對驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr的配置數量不進行特別限定。也可以是三個、五個等。車輪可以不全是驅動輪。另外，驅動輪7Lf、7Lr、7Rf、7Rr也可以不是車輪。例如，也可以是
腳、履帶等。另外，如圖9、圖10所示的第二實施方式的起立動作輔助機器人I的繩帶60U、60D也可以配置成在施加有大載荷時斷開、或者從把手部222L、222R脫離。這樣一來，在座椅主體61鉤掛到相鄰物上時等 情況下，能夠抑制過大的載荷施加於平臺主體220即平臺用馬達 441。
權利要求
1.ー種起立動作輔助機器人，其具備機器人主體， 所述機器人主體具有 基部; 軸部，能夠相對於該基部在上 下方向上伸縮；和 平臺，該平臺具有平臺主體，能夠相對於所述軸部在縱向上擺動；肘部放置部，比所述平臺主體的擺動中心靠近輔助對象者地配置於所述平臺主體上；和把手部，比所述平臺主體的擺動中心遠離所述輔助對象者地配置於所述平臺主體上； 在所述輔助對象者的肘部放置於所述肘部放置部、且由所述輔助對象者把持所述把手部的狀態下，使所述平臺主體擺動，直至到達所述輔助對象者的重心接近所述軸部的上升準備位置，在所述上升準備位置使所述軸部伸長，由此輔助所述輔助對象者的起立動作。
2.根據權利要求I所述的起立動作輔助機器人，其中， 所述起立動作輔助機器人還具備多個載荷傳感器，分擔施加於所述機器人主體的載荷並進行檢測；和控制部，被輸入所述多個載荷傳感器的檢測值； 所述控制部基於所述多個載荷傳感器的所述檢測值的平衡來判斷所述輔助對象者的重心位置。
3.根據權利要2所述的起立動作輔助機器人，其中， 所述控制部具有存儲部，該存儲部中存儲有分別與多個所述輔助對象者對應的所述上升準備位置。
4.根據權利要I至3中任一項所述的起立動作輔助機器人，其中， 所述起立動作輔助機器人還具備臂部，該臂部連接於所述機器人主體上，並在所述起立動作輔助機器人對所述輔助對象者的起立動作進行輔助時固定於相鄰的結構物上。
5.根據權利要I至4中任一項所述的起立動作輔助機器人，其中，所述起立動作輔助機器人還具備引導用座椅，該引導用座椅具有繩帶，連接於所述平臺主體上；和座椅主體，連接於所述繩帶上並鋪墊於所述輔助對象者的臀部； 在所述起立動作輔助機器人對所述輔助對象者的起立動作進行輔助時，與所述平臺主體的擺動進行聯動，所述引導用座椅將所述輔助對象者的所述臀部抬起。
全文摘要
本發明提供一種能夠小型化的起立動作輔助機器人(1)，其具備機器人主體(2)，機器人主體具有基部(20)、能夠在上下方向上伸縮的軸部(21)及平臺(22)，平臺具有能夠縱向擺動的平臺主體(220)、配置於擺動中心(210)的兩側的肘部放置部(221L、221R)及把手部(222L、222R)。起立動作輔助機器人(1)中，在輔助對象者(M)的肘部放置於肘部放置部、且由輔助對象者把持把手部的狀態下，使平臺主體擺動，直至到達輔助對象者的重心(G)接近軸部的上升準備位置，在上升準備位置使軸部伸長，由此對輔助對象者的起立動作進行輔助。
文檔編號A61G7/10GK102727356SQ201210105419
公開日2012年10月17日 申請日期2012年4月11日 優先權日2011年4月11日
發明者藤田政利 申請人:富士機械製造株式會社