(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被補助者が把持操作可能な操作部を有する多関節アームを備え、該操作部に対する操作
に応じて多関節アームを三次元動作することで被補助者の上肢動作を補助する上肢動作補
助装置であって、
前記操作部に設けられ、該操作部に沿うＸ軸方向、該Ｘ軸に直交するＹ軸方向、Ｘ―Ｙ
軸に直交するＺ軸方向の夫々への操作部を移動させる力を検出可能な第１の検出手段と、
前記操作部に前記第１の検出手段とＸ軸方向に離間するよう設けられ、前記Ｙ軸方向お
よびＺ軸方向への操作部を移動させる力を検出可能な第２の検出手段と、
前記操作部に設けられ、Ｘ軸の軸周りへの操作部を回転させる力を検出可能な第３の検
出手段と、
前記第１〜第３の検出手段に接続されて、該第１〜第３の検出手段から入力される検出
信号に基づいて前記多関節アームを駆動制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
前記操作部のＸ軸方向への移動により前記第１の検出手段から入力される検出信号に基
づいて、該Ｘ軸方向へ操作部を移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記操作部のＹ軸方向への移動により前記第１の検出手段および第２の検出手段から入
力される検出信号に基づいて、該Ｙ軸方向およびＺ軸周りへ操作部を移動させるよう前記
多関節アームを駆動制御し、
前記操作部のＺ軸方向への移動により前記第１の検出手段および第２の検出手段から入
力される検出信号に基づいて、該Ｚ軸方向およびＹ軸周りへ操作部を移動させるよう前記
多関節アームを駆動制御し、
前記操作部のＸ軸周りへの移動により前記第３の検出手段から入力される検出信号に基
づいて、該Ｘ軸周りへ操作部を回転させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記操作部は、前記多関節アームを構成する操作アームに設けられた軸状部と、該軸状
部に外挿されて被補助者が把持操作可能な把持部とから構成されて、該軸状部と把持部と
の間に前記第１〜第３の検出手段が配設され、
前記第１の検出手段は、前記把持部をＸ軸の正方向へ移動させる力を検出する第１Ｘ軸
圧力センサと、前記把持部をＸ軸の負方向へ移動させる力を検出する第２Ｘ軸圧力センサ
と、前記把持部をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する第１Ｙ軸圧力センサと、前記把
持部をＹ軸の負方向へ移動させる力を検出する第２Ｙ軸圧力センサと、前記把持部をＺ軸
の正方向へ移動させる力を検出する第１Ｚ軸圧力センサと、前記把持部をＺ軸の負方向へ
移動させる力を検出する第２Ｚ軸圧力センサとからなり、
前記第２の検出手段は、前記把持部をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する第３Ｙ軸
圧力センサと、前記把持部をＹ軸の負方向へ移動させる力を検出する第４Ｙ軸圧力センサ
と、前記把持部をＺ軸の正方向へ移動させる力を検出する第３Ｚ軸圧力センサと、前記把
持部をＺ軸の負方向へ移動させる力を検出する第４Ｚ軸圧力センサとからなり、
前記第３の検出手段は、前記把持部をＸ軸周りの正回転方向へ移動させる力を検出する
第１Ｘ軸周り圧力センサと、前記把持部をＸ軸周りの負回転方向へ移動させる力を検出す
る第２Ｘ軸周り圧力センサとからなり、
前記制御手段は、
前記第１および第２Ｘ軸圧力センサから入力される検出信号に基づいて、前記操作部を
Ｘ軸方向に移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記第１〜第４Ｙ軸圧力センサから入力される検出信号に基づいて、前記操作部をＹ軸
方向およびＺ軸周りに移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記第１〜第４Ｚ軸圧力センサから入力される検出信号に基づいて、前記操作部をＺ軸
方向およびＹ軸周りに移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記第１および第２Ｘ軸周り圧力センサから入力される検出信号に基づいて、前記操作
部をＸ軸周りに回転させるよう前記多関節アームを駆動制御するよう構成されることを特
徴とする上肢動作補助装置。
【請求項２】
前記操作部は、前記多関節アームのアーム本体と一体的に設けられた軸状部と、該軸状
部に外挿されて被補助者が把持操作可能な把持部とから構成されて、
前記第１の検出手段は、入力軸が前記軸状部に連結されて前記把持部をＸ,Ｙ,Ｚ軸方向
へ移動させる力を検出する３軸力覚センサから構成され、
前記第２の検出手段は、前記軸状部と把持部との間に、該軸状部の周方向に離間して設
けられて、該把持部をＹ軸,Ｚ軸方向へ移動させる力を検出する複数の圧力センサから構
成され、
前記第３の検出手段は、前記軸状部の回転位置を検出する位置検出センサから構成され、
前記制御手段は、
前記３軸力覚センサから入力されるＸ軸方向へ作用する力の検出信号に基づいて、前記
操作部をＸ軸方向に移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記３軸力覚センサから入力されるＹ軸方向へ作用する力の検出信号と、前記圧力セン
サから入力されるＹ軸方向へ作用する力の検出信号とに基づいて、前記操作部をＹ軸方向
およびＺ軸周りに移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記３軸力覚センサから入力されるＺ軸方向へ作用する力の検出信号と、前記圧力セン
サから入力されるＺ軸方向へ作用する力の検出信号とに基づいて、前記操作部をＺ軸方向
およびＹ軸周りに移動させるよう前記多関節アームを駆動制御し、
前記位置検出センサから入力されるＸ軸周りへ回転変位する検出信号に基づいて前記
操作部をＸ軸周りに回転させるよう前記多関節アームを駆動制御するよう構成される請
求項１記載の上肢動作補助装置。
【請求項３】
前記軸状部および前記把持部の間には、軸状部に対する把持部の相対的な近接移動によ
り弾性変形される付勢部材が設けられ、
前記各付勢部材が均衡を保った均衡状態では、該均衡状態から前記軸状部に対して把持
部が相対的に近接移動されて前記各圧力センサで力を検出するまでの検出距離を同等に
なるよう該軸状部に対して把持部が保持される請求項1または２記載の上肢動作補助装置。
【請求項４】
前記軸状部および前記把持部の間には、軸状部に対する把持部の相対的な近接移動によ
り弾性変形される付勢部材が設けられ、
前記付勢部材は、前記各圧力センサに接触した状態で設けられて、
前記軸状部に対する前記把持部の近接移動時に弾性変形した前記付勢部材が対応の圧
力センサを押圧するよう構成された請求項３記載の上肢動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上肢に障害をもつ身体障害者や高齢者等の被補助者の上肢動作を補助する上肢動作補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、自分の意思に従って上肢を自由に動かせない高齢者や障害者等のために、自力で食事動作やその他の日常生活動作等を行なえるように上肢の動きを補助するロボットが知られている(例えば特許文献１)。この特許文献１に記載された上肢動作補助装置では、台等に多関節アームの基端部が接続された本体を固定して安定性を高めつつ、該多関節アームの自由端部側に設けた装具を被補助者の上肢に装着して、被補助者が動いた際に装具に加えられた力情報に基づいて自由端部を移動させることにより、上肢動作を補助するよう構成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２５３５０４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した上肢動作補助装置において、多関節アームを被補助者の動作に追従して自然に動作させるためには、該多関節アームをＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周りに動作可能に構成すると共に、被補助者が装具に入力する動作をＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周りの６軸方向の動作に分解して検出して多関節アームを駆動する必要がある。このような６軸方向の動作を検出するには、装具等に６軸力覚センサを配設して、該６軸力覚センサの検出信号に基づいて多関節アームを作動することが考えられる。【０００５】
ところで、自己意思に基づいて自由に動作することが困難な高齢者や障害者等の利用を想定した上肢動作補助装置では、被支援者の意志に反して装具等に過大な力が入力されることがある。ここで、被支援者の動作に応じて上肢動作補助装置に入力される力は、力を検出する前記６軸力覚センサで受け止められることになるため、該６軸力覚センサの耐荷重を超えた力が入力された場合に、当該６軸力覚センサの損傷を来すことになる。しかしながら、現状において６軸力覚センサは極めて高価なものであり、該６軸力覚センサを採用することで上肢動作補助装置の製造コストが嵩むばかりでなく、６軸力覚センサが損傷した場合の修理費用も嵩むことから、上肢動作補助装置の普及を阻害する要因の１つともなっている。【０００６】
そこで本発明は、従来の技術に内在する前記問題に鑑み、これらを好適に解決するべく提案されたものであって、安価な構成で６軸方向の動作を検出可能な上肢動作補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
前記課題を克服し、所期の目的を達成するため、本願の請求項１に係る上肢動作補助装
置は、被補助者が把持操作可能な操作部(32,94)を有する多関節アーム(16)を備え、該操作
部(32,94)に対する操作に応じて多関節アーム(16)を三次元動作することで被補助者の上
肢動作を補助する上肢動作補助装置であって、
前記操作部(32,94)に設けられ、該操作部(32,94)に沿うＸ軸方向、該Ｘ軸に直交するＹ
軸方向、Ｘ―Ｙ軸に直交するＺ軸方向の夫々への操作部(32,94)の移動させる力を検出可能
な第１の検出手段(50,110)と、
前記操作部(32,94)に前記第１の検出手段(50,110)とＸ軸方向に離間するよう設けられ、
前記Ｙ軸方向およびＺ軸方向への操作部(32,94)の移動させる力を検出可能な第２の検
出手段(64,112)と、
前記操作部(32,94)に設けられ、Ｘ軸の軸周りへの操作部(32,94)の回転させる力を検出
可能な第３の検出手段(74,108)と、
前記第１〜第３の検出手段(50,64,74,108,110,112)に接続されて、該第１〜第３の検出
手段(50,64,74,108,110,112)から入力される検出信号に基づいて前記多関節アーム(16)を
駆動制御する制御手段(14)とを備え、
前記制御手段(14)は、
前記操作部(32,94)のＸ軸方向への移動により前記第１の検出手段(50,110)から入力さ
れる検出信号に基づいて、該Ｘ軸方向へ操作部(32,94)を移動させるよう前記多関節アーム
(16)を駆動制御し、
前記操作部(32,94)のＹ軸方向への移動により前記第１の検出手段(50,110)および第２
の検出手段(64,112)から入力される検出信号に基づいて、該Ｙ軸方向およびＺ軸周りへ操
作部(32,94)を移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御し、
前記操作部(32,94)のＺ軸方向への移動により前記第１の検出手段(50,110)および第２
の検出手段(64,112)から入力される検出信号に基づいて、該Ｚ軸方向およびＹ軸周りへ操
作部(32,94)を移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御し、
前記操作部(32,94)のＸ軸周りへの移動により前記第３の検出手段(74,108)から入力さ
れる検出信号に基づいて、該Ｘ軸周りへ操作部(32,94)を回転させるよう前記多関節アーム
(16)を駆動制御することを要旨とする。
【０００８】
すなわち、請求項１に係る上肢動作補助装置では、被補助者が把持操作する操作部に沿うＸ軸方向、該Ｘ軸に直交するＹ軸方向、Ｘ―Ｙ軸に直交するＺ軸方向の夫々への操作部の移動を検出可能な第１の検出手段と、第１の検出手段から離間する位置に設けられたＹ軸方向およびＺ軸方向への操作部の移動を検出可能な第２の検出手段と、Ｘ軸の軸周りへの操作部の回転を検出可能な第３の検出手段とを独立して設けることで、６軸力覚センサを採用することなくＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周りの６軸方向の動作を検出することができ、上肢動作補助装置の製造コストや維持コスト等を低廉に抑制し得る。
ここで、本発明に係る第１〜３の検出手段の夫々は、単体のセンサであってもよく、複数のセンサを組み合わせたものであってもよい。【０００９】
また、請求項１に係る上肢動作補助装置では、
前記操作部(32)は、前記多関節アーム(16)を構成する操作アーム(26)に設けられた軸状
部(34)と、該軸状部(34)に外挿されて被補助者が把持操作可能な把持部(44)とから構成されて、該軸状部(34)と把持部(44)との間に前記第１〜第３の検出手段(50,64,74)が配設され、
前記第１の検出手段(50)は、前記把持部(44)をＸ軸の正方向へ移動させる力を検出する
第１Ｘ軸圧力センサ(52)と、前記把持部(44)をＸ軸の負方向へ移動させる力を検出する第２Ｘ軸圧力センサ(54)と、前記把持部(44)をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する第１Ｙ軸圧力センサ(56)と、前記把持部(44)をＹ軸の負方向へ移動させる力を検出する第２Ｙ軸圧力センサ(58)と、前記把持部(44)をＺ軸の正方向へ移動させる力を検出する第１Ｚ軸圧力センサ(60)と、前記把持部(44)をＺ軸の負方向へ移動させる力を検出する第２Ｚ軸圧力センサ(62)とからなり、
前記第２の検出手段(64)は、前記把持部(44)をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する
第３Ｙ軸圧力センサ(66)と、前記把持部(44)をＹ軸の負方向へ移動させる力を検出する第４Ｙ軸圧力センサ(68)と、前記把持部(44)をＺ軸の正方向へ移動させる力を検出する第３Ｚ軸圧力センサ(70)と、前記把持部(44)をＺ軸の負方向へ移動させる力を検出する第４Ｚ軸圧力センサ(72)とからなり、
前記第３の検出手段(74)は、前記把持部(44)をＸ軸周りの正回転方向へ移動させる力を
検出する第１Ｘ軸周り圧力センサ(76)と、前記把持部(44)をＸ軸周りの負回転方向へ移動
させる力を検出する第２Ｘ軸周り圧力センサ(78)とからなり、前記制御手段(14)は、 前記
第１および第２Ｘ軸圧力センサ(52,54)から入力される検出信号に基づいて、前記操作部
(32)をＸ軸方向に移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御し、
前記第１〜第４Ｙ軸圧力センサ(56,58,66,68)から入力される検出信号に基づいて、前記
操作部(32)をＹ軸方向およびＺ軸周りに移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御
し、
前記第１〜第４Ｚ軸圧力センサ(60,62,70,72)から入力される検出信号に基づいて、前記
操作部(32)をＺ軸方向およびＹ軸周りに移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御
し、
前記第１および第２Ｘ軸周り圧力センサ(76,78)から入力される検出信号に基づいて、前
記操作部(32)をＸ軸周りに回転させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御するよう構成
されることを要旨とする。
【００１０】
すなわち、請求項２に係る上肢動作補助装置では、第１の検出手段として、第１および第２Ｘ軸圧力センサ、第１および第２Ｙ軸圧力センサ、第１および第２Ｚ軸圧力センサを設け、第２の検出手段として、第３および第４Ｙ軸圧力センサ、第３および第４Ｚ軸圧力センサを設けると共に、第３の検出手段として、第１および第２Ｘ軸周り圧力センサを設けることで、６軸力覚センサを採用することなくＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周りの６軸方向の動作を検出することができ、上肢動作補助装置の製造コストや維持コスト等を低廉に抑制し得る。また、耐荷重性に優れた圧力センサのみを用いて６軸方向の動作を検出することができるから、故障等に対する信頼性の向上が図られる。【００１１】
請求項２に係る上肢動作補助装置では、前記操作部(94)は、前記多関節アーム(16)のア
ーム本体(92)と一体的に設けられた軸状部(96)と、該軸状部(96)に外挿されて被補助者が把持操作可能な把持部(100)とから構成されて、
前記第１の検出手段(110)は、入力軸が前記軸状部(96)に連結されて前記把持部(100)を
Ｘ,Ｙ,Ｚ軸方向へ移動させる力を検出する３軸力覚センサ(110)から構成され、
前記第２の検出手段(112)は、前記軸状部(96)と把持部(100)との間に、該軸状部(96)の
周方向に離間して設けられて、該把持部(100)をＹ軸,Ｚ軸方向へ移動させる力を検出する
複数の圧力センサ(112)から構成され、
前記第３の検出手段(74,108)は、前記軸状部(96)の回転位置を検出する位置検出センサ
(108)から構成され、
前記制御手段(14)は、前記３軸力覚センサ(110)から入力されるＸ軸方向へ作用する力の
検出信号に基づいて、前記操作部(94)をＸ軸方向に移動させるよう前記多関節アーム(16)
を駆動制御し、
前記３軸力覚センサ(110)から入力されるＹ軸方向へ作用する力の検出信号と、前記圧力
センサ(112)から入力されるＹ軸方向へ作用する力の検出信号とに基づいて、前記操作部
(94)をＹ軸方向およびＺ軸周りに移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御し、
前記３軸力覚センサ(110)から入力されるＺ軸方向へ作用する力の検出信号と、前記圧力
センサ(112)から入力されるＺ軸方向へ作用する力の検出信号とに基づいて、前記操作部
(94)をＺ軸方向およびＹ軸周りに移動させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御し、
前記位置検出センサ(108)から入力されるＸ軸周りへ回転変位する検出信号に基づいて
前記操作部(94)をＸ軸周りに回転させるよう前記多関節アーム(16)を駆動制御するよう構
成されることを要旨とする。
【００１２】
すなわち、請求項３に係る上肢動作補助装置では、第１の検出手段として、操作部に対するＸ,Ｙ,Ｚ軸方向への力の作用を検出可能な３軸力覚センサを設け、第２の検出手段として操作部に対するＹ,Ｚ軸方向への力の作用を検出可能な圧力センサを設けると共に、第３の検出手段として操作部のＸ軸周りへの回転を検出可能な位置検出センサを設けることで、６軸力覚センサを採用することなくＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周りの６軸方向の動作を検出することができ、上肢動作補助装置の製造コストや維持コスト等を低廉に抑制し得る。【００１３】
請求項３に係る上肢動作補助装置では、前記軸状部(34,96)および前記把持部(44,100)の間には、軸状部(34,96)に対する把持部(44,100)の相対的な近接移動により弾性変形される付勢部材(120,121,130,131)が設けられ、
前記各付勢部材(120,121,130,131)が均衡を保った均衡状態では、該均衡状態から前記軸状部(34,96)に対して把持部(44,100)が相対的に近接移動されて前記各圧力センサ(52,54,56,58,60,62,66,68,70,72,76,78)で力を検出するまでの検出距離を同等になるよう該軸状部(34,96)に対して把持部(44,100)が保持されるようにしたことを要旨とする。
すなわち、請求項４に係る上肢動作補助装置では、把持部を移動して圧力センサが検出するまでの時間のばらつきを抑制でき、圧力センサによる検出までのタイムラグを軽減できる。また、付勢部材により、把持部を軸状部に対してがたつきなく保持することができる。請求項３に係る上肢動作補助装置では、前記軸状部(34,96)および前記把持部(44,100)の間には、軸状部(34,96)に対する把持部(44,100)の相対的な近接移動により弾性変形される付勢部材(120,121,130,131)が設けられ、
前記各付勢部材(120,121,130,131)が均衡を保った均衡状態では、該均衡状態から前記軸状部(34,96)に対して把持部(44,100)が相対的に近接移動されて前記各圧力センサ(52,54,56,58,60,62,66,68,70,72,76,78)で力を検出するまでの検出距離を同等になるよう該軸状部(34,96)に対して把持部(44,100)が保持されるようにしたことを要旨とする。
すなわち、請求項４に係る上肢動作補助装置では、把持部を移動して圧力センサが検出するまでの時間のばらつきを抑制でき、圧力センサによる検出までのタイムラグを軽減できる。また、付勢部材により、把持部を軸状部に対してがたつきなく保持することができる。
【００１４】
請求項４に係る上肢動作補助装置では、前記付勢部材(130,131)は、前記各圧力センサ(52,54,56,58,60,62,66,68,70,72,76,78)に接触した状態で設けられて、
前記軸状部(34,96)に対する前記把持部(44,100)の近接移動時に弾性変形した前記付勢部材(130,131)が対応の圧力センサ(52,54,56,58,60,62,66,68,70,72,76,78)が押圧するよう構成されたことを要旨とする。
すなわち、請求項４に係る上肢動作補助装置では、把持部の移動時に弾性変形した付勢部材が圧力センサを直接押圧するから、該把持部の微小な移動を検出することができ、圧力センサによる検出精度を高めることができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る上肢動作補助装置によれば、６軸力覚センサを用いることなく、安価な検出手段により６軸方向の動作を検出して多関節アームを駆動することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施例に係る上肢動作補助装置を示す斜視図である。
【図２】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した操作アームをＺ軸の正方向から視た状態で示す要部断面図である。
【図３】実施例１に係る操作部をＸ−Ｚ平面で破断した操作アームをＹ軸の正方向から視た状態で示す要部断面図である。
【図４】図３の操作部を拡大した要部断面図である。
【図５】実施例１に係る操作部の軸状部の要部を示す斜視図である。
【図６】実施例１に係る操作部をＹ−Ｚ平面で破断した状態を示す要部断面図である。
【図７】実施例１に係る制御装置、各検出手段および駆動モータの関係を示すブロック図である。
【図８】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図であって、(a)は第１Ｘ軸圧力センサが狭圧された状態を示し、(b)は第２Ｘ軸圧力センサが狭圧された状態を示す。
【図９】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図であって、(a)は第１および第３Ｙ軸圧力センサが略同一の力で狭圧された状態を示し、(b)は第２および第４Ｙ軸圧力センサが略同一の力で狭圧された状態を示す。
【図１０】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図であって、(a)は第１Ｙ軸圧力センサが第３Ｙ軸圧力センサより大きな力で狭圧された状態を示し、(b)は第３Ｙ軸圧力センサが第１Ｙ軸圧力センサより大きな力で狭圧された状態を示す。
【図１１】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図であって、(a)は第２Ｙ軸圧力センサが第４Ｙ軸圧力センサより大きな力で狭圧された状態を示し、(b)は第４Ｙ軸圧力センサが第２Ｙ軸圧力センサより大きな力で狭圧された状態を示す。
【図１２】実施例１に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図であって、(a)は第１および第４Ｙ軸圧力センサが狭圧された状態を示し、(b)は第２および第３Ｙ軸圧力センサが狭圧された状態を示す。
【図１３】実施例１に係る操作部をＹ−Ｚ平面で破断した状態をＸ軸の正方向から視た状態を示す要部断面図であって、(a)は第１Ｘ軸周り圧力センサが狭圧された状態を示し、(b)は第２Ｘ軸周り圧力センサが狭圧された状態を示す。
【図１４】実施例２に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した操作アームをＺ軸の正方向から視た状態で示す要部断面図である。
【図１５】実施例２に係る操作部をＸ−Ｚ平面で破断した操作アームをＹ軸の正方向から視た状態で示す要部断面図である。
【図１６】実施例２に係る３軸力覚センサと軸状部との関係を示す斜視図である。
【図１７】実施例２に係る制御装置、各検出手段および駆動モータの関係を示すブロック図である。
【図１８】(a)は実施例３に係る操作部をＹ−Ｚ平面で破断した状態を示す要部断面図であり、(b)は実施例３に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図である。
【図１９】(a)は実施例４に係る操作部をＸ−Ｙ平面で破断した状態を示す要部断面図である。
【図２０】実施例４に係る操作部に設けられた圧力センサとバネ部材との関係を概略で示す拡大図であって、(a)は把持部を操作する前の状態を示し、(b)はバネ部材が弾性変形して圧力センサが押圧された状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
次に、本発明に係る上肢動作補助装置につき、好適な実施例を挙げて、添付図面を参照しながら以下説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１に示すように、実施例１に係る上肢動作補助装置１０は、各種の設置台８２上に載置される装置本体１２と、該装置本体１２に設けられた多関節アーム１６と、該多関節アーム１６の自由端部側に設けられた補助器具３０とから基本的に構成されている。前記装置本体１２には、前記多関節アーム１６の各アームを駆動する駆動モータを駆動制御する制御装置(制御手段)１４(図７参照)や電源装置(図示せず)等が収容されている。なお、前記装置本体１２を載置する設置台８２としては、例えば、机や洗面台、化粧台、上肢動作補助装置１０を置くための専用台等が挙げられるが、これに限られるものではなく、上肢動作補助装置１０を移動可能に設置し得るものであれば何れのものであってもよい。【００１９】
前記多関節アーム１６は、図１に示すように、前記装置本体１２に回転可能に支持され、鉛直方向に延在する回転軸を中心に回転(旋回)される第１軸アーム１８と、該第１軸アーム１８に対して屈曲可能に軸支された第２軸アーム２０と、該第２軸アーム２０に対して屈曲可能に軸支された第３軸アーム２２と、該第３軸アーム２２に対して回転可能に連結され、該第３軸アーム２２の軸周りに回転可能な第４軸アーム２４と、該第４軸アーム２４に対して屈曲可能に連結された操作アーム２６と、該操作アーム２６の端部に設けられて操作アーム２６の軸周りに回転可能に連結された取付アーム２８とを備え、該取付アーム２８に対して前記補助器具３０が着脱可能に取付けられている。また、前記装置本体１２には、第１軸アーム１８を屈曲動作させる第１駆動モータ１７が配設され、第１軸アーム１８には、第２軸アーム２０を屈曲動作させる第２駆動モータ１９が配設され、第２軸アーム２０には、第３軸アーム２２を屈曲動作させる第３駆動モータ２１が配設され、第３軸アーム２２には、第４軸アーム２４を軸周りに回転させる第４駆動モータ２３が配設され、第４軸アーム２４には、操作アーム２６を屈曲動作させる第５駆動モータ２５が配設され、操作アーム２６には、取付アーム２８を回転させる第６駆動モータ２７が配設されて、各駆動モータ１７,１９,２１,２３,２５,２７の駆動により対応のアーム１８,２０,２２,２４,２６,２８を独立して動作させ得るようになっている。そして、各駆動モータ１７,１９,２１,２３,２５,２７は、前記制御装置１４に電気的に接続されており、制御装置１４の制御に基づいて各駆動モータ１７,１９,２１,２３,２５,２７を駆動することで、前記各アーム１８,２０,２２,２４,２６,２８が協働して多関節アーム１６の自由端部に位置する補助器具３０を三次元移動させ得るよう構成されている。なお、実施例では補助器具３０としてスプーン状の器具が採用されており、前記取付アーム２８の回転軸方向に補助器具３０が延在するよう構成されている。なお、図２には、補助器具３０の例としてスプーンを示したが、フォークや、歯ブラシ、筆記用具等を器具本体とした補助器具が別途準備されており、補助器具３０を適宜交換し得るようになっている。【００２０】
前記操作アーム２６は、図２または図３に示すように、略円筒棒状に形成されて、長手方向の略中間位置で前記第４軸アーム２４に対して回転可能に軸支されている。そして、前記操作アーム２６の一方端部に前記取付アーム２８(補助器具３０)が連結され、該操作アーム２６において前記取付アーム２８の連結端部とは反対側の他方端部側に、被補助者が把持操作する操作部３２が形成されている。前記操作部３２は、前記第６駆動モータ２７が配設される操作アーム２６の本体部３２ａに設けられた軸状部３４と、該軸状部３４に外挿されて被補助者が把持可能な把持部４４とから構成されている。そして、前記軸状部３４と把持部４４との間に、前記操作部３２(把持部４４)の移動を検出可能な第１〜第３の検出手段５０,６４,７４(後述)が配設されている。【００２１】
なお、以下の説明では、図２または図３に示すように、前記操作部３２(軸状部３４)の長手方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交して前記第４軸アーム２４に対する操作アーム２６の回転軸の延在方向をＹ軸とし、該Ｘ軸,Ｙ軸の夫々に直交する方向をＺ軸として説明する。また、前記操作部３２において取付アーム２８(補助器具３０)の連結方向をＸ軸の正方向(前方)とすると共に反対方向をＸ軸の負方向(後方)とし、Ｙ軸において前記第４軸アーム２４から操作アーム２６へ近接する方向をＹ軸の正方向とすると共に反対方向をＹ軸の負方向とし、Ｘ軸,Ｙ軸を水平に向けた状態における上方をＺ軸の正方向とすると共に下方をＺ軸の負方向として説明する。更に、Ｘ軸周り(Ｘｒ)の回転方向に関して、Ｘ軸の正方向を向く姿勢を基準に時計回り方向を正回転方向とすると共に反対方向の回転を負回転方向とし、Ｙ軸周り(Ｙｒ)の回転方向に関して、Ｙ軸の正方向を向く姿勢を基準に時計回り方向を正回転方向とすると共に反対方向の回転を負回転方向とし、Ｚ軸周り(Ｚｒ)の回転方向に関して、Ｚ軸の正方向を向く姿勢を基準に時計回り方向を正回転方向とすると共に反対方向の回転を負回転方向として説明する。なお、各図に示した座標において、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸の正方向および各軸周り(Ｘｒ,Ｙｒ,Ｚｒ)の正回転方向に矢印を付してある。【００２２】
前記操作部３２の軸状部３４は、図２〜図５に示すように、軸本体３４ａの周方向(Ｘ軸周り)に９０°ずつ変位した位置に、４つの突出片３６,３８,４０,４２が放射状に突出するよう形成されている。ここで、前記４つの突出片３６,３８,４０,４２の内、２つの突出片３６,４０がＸ−Ｙ平面上に位置すると共に、残りの２つの突出片３８,４２がＸ−Ｚ平面上に位置している。なお、前記軸本体３４ａに対してＹ軸の負方向に位置する突出片を第１突出片３６と指称し、軸本体３４ａに対してＺ軸の負方向に位置する突出片を第２突出片３８と指称し、軸本体３４ａに対してＹ軸の正方向に位置する突出片を第３突出片４０と指称すると共に、軸本体３４ａに対してＺ軸の正方向に位置する突出片を第４突出片４２と指称する。また、実施例では、前記第１〜第４突出片３６,３８,４０,４２の夫々は、前記軸本体３４ａの長手方向略全長に亘って延在している。【００２３】
前記把持部４４は、図２〜図６に示すように、前記第１〜第４突出片３６,３８,４０,４２の突出端部を囲繞する円筒状の筒状体４６の外周面に、シリコンゴムや弾性発泡体等からなる弾性部材４８が配設されて、該把持部４４のグリップ性を高めている。前記筒状体４６の後端部には、該筒状体４６後方開口を閉鎖して前記各突出片３６,３８,４０,４２の後端部に対向する後支持板４６ａが形成されると共に、該筒状体４６の前端部には、各突出片３６,３８,４０,４２の前端部に対向する前支持板４６ｂが形成されて、該把持部４４のＸ軸方向への移動により軸状部３４から把持部４４が脱落しないよう構成されている。【００２４】
また、前記筒状体４６の内周面には、図６に示すように、周方向に離間する一対の挟持片４６ｃ,４６ｄが内方へ突出するよう形成されている。前記一対の挟持片４６ｃ,４６ｄは、前記軸状部３４に形成した第１〜第４突出片３６,３８,４０,４２に対応して筒状体４６の周方向に９０°ずつ離間する位置に４組設けられており、一対の挟持片４６ｃ,４６ｄの間に、対応する突出片３６,３８,４０,４２が差し込まれるようになっている。すなわち、前記軸状部３４と把持部４４とは、前記Ｘ軸周りに相対的に回転不能に構成されている。なお、前記一対の挟持片４６ｃ,４６ｄにおいて、対応の突出片３６,３８,４０,４２に対してＸ軸周りの負回転方向に位置する挟持片を第１挟持片４６ｃと指称し、Ｘ軸周りの正回転方向に位置する挟持片を第２挟持片４６ｄと指称する。ここで、前記軸状部３４の各突出片３６,３８,４０,４２の後端部と筒状体４６の後支持板４６ａとの間、各突出片３６,３８,４０,４２の前端部と筒状体４６の前支持板４６ｂとの間、各突出片３６,３８,４０,４２と筒状体４６の内周面との間の夫々には、僅かな隙間が画成されており、該軸状部３４と把持部４４(筒状体４６)との隙間に、前記第１〜第３の検出手段５０,６４,７４が配設されている。【００２５】
次に、軸状部３４と把持部４４との間に配設される前記第１〜第３の検出手段５０,６４,７４につき説明する。【００２６】
前記第１の検出手段５０は、把持部４４のＸ軸方向への移動を検出する検出センサとして、前記第１突出片３６の後端部に設けられて該第１突出片３６および把持部４４(後支持板４６ａ)の間に位置する第１Ｘ軸圧力センサ５２と、該第１突出片３６の前端部に設けられて第１突出片３６および把持部４４(前支持板４６ｂ)の間に位置する第２Ｘ軸圧力センサ５４とを備えている。また、前記第１の検出手段５０は、前記把持部４４のＹ軸方向への移動を検出する検出センサとして、前記第１突出片３６における突出端部の前方位置に設けられて該第１突出片３６および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第１Ｙ軸圧力センサ５６と、前記第３突出片４０における突出端部の前方位置に設けられて該第３突出片４０および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第２Ｙ軸圧力センサ５８とを備える。更に、前記第１の検出手段５０は、前記把持部４４のＺ軸方向への移動を検出する検出センサとして、前記第２突出片３８における突出端部の前方位置に設けられて該第２突出片３８および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第１Ｚ軸圧力センサ６０と、前記第４突出片４２における突出端部の前方位置に設けられて該第４突出片４２および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第２Ｚ軸圧力センサ６２とを備えている。【００２７】
すなわち、前記把持部４４をＸ軸の正方向へ移動した際には、前記第１突出片３６の後端部と把持部４４の後支持板４６ａとの間に設けられた前記第１Ｘ軸圧力センサ５２が狭圧されることで該把持部４４をＸ軸の正方向へ移動させる力が検出され、把持部４４をＸ軸の負方向へ移動した際には、該第１突出片３６の前端部と把持部４４の前支持板４６ｂとの間に設けられた前記第２Ｘ軸圧力センサ５４が狭圧されることで把持部４４をＸ軸の負方向へ移動させる力が検出される。また、前記把持部４４の前側位置をＹ軸の正方向へ移動した際には、前記第１突出片３６と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第１Ｙ軸圧力センサ５６が狭圧されることで把持部４４の前側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力が検出され、把持部４４の前側位置をＹ軸の負方向へ移動した際には、前記第３突出片４０と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第２Ｙ軸圧力センサ５８が狭圧されることで把持部４４の前側位置をＹ軸の負方向へ移動させる力が検出される。同様に、前記把持部４４の前側位置をＺ軸の正方向へ移動した際には、前記第２突出片３８と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第１Ｚ軸圧力センサ６０が狭圧されることで把持部４４の前側位置をＺ軸の正方向へ移動させる力が検出され、把持部４４の前側位置をＺ軸の負方向へ移動した際には、前記第４突出片４２と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第２Ｚ軸圧力センサ６２が狭圧されることで把持部４４の前側位置をＺ軸の負方向へ移動させる力が検出されるようになっている。ここで、前記第１および第２Ｘ軸圧力センサ５２,５４、第１および第２Ｙ軸圧力センサ５６,５８、第１および第２Ｚ軸圧力センサ６０,６２の夫々は、前記制御装置１４に接続されて、各センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２が検出する力の大きさに応じた検出信号が制御装置１４に入力されるようになっている。【００２８】
また、図２〜図５に示すように、前記第２の検出手段６４は、前記把持部４４のＹ軸方向への移動を検出する検出センサとして、前記第１突出片３６における突出端部の後方位置に設けられて該第１突出片３６および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第３Ｙ軸圧力センサ６６と、前記第３突出片４０における突出端部の後方位置に設けられて該第３突出片４０および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第４Ｙ軸圧力センサ６８とを備える。更に、前記第２の検出手段６４は、前記把持部４４のＺ軸方向への移動を検出する検出センサとして、前記第２突出片３８における突出端部の後方位置に設けられて該第２突出片３８および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第３Ｚ軸圧力センサ７０と、前記第４突出片４２における突出端部の後方位置に設けられて該第４突出片４２および把持部４４(筒状体４６の内周面)の間に位置する第４Ｚ軸圧力センサ７２とを備えている。【００２９】
すなわち、前記把持部４４の後側位置をＹ軸の正方向へ移動した際には、前記第１突出片３６と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第３Ｙ軸圧力センサ６６が狭圧されることで把持部４４の後側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力が検出され、把持部４４の後側位置をＹ軸の負方向へ移動した際には、前記第３突出片４０と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第４Ｙ軸圧力センサ６８が狭圧されることで把持部４４の後側位置をＹ軸の負方向へ移動させる力が検出される。同様に、前記把持部４４の後側位置をＺ軸の正方向へ移動した際には、前記第２突出片３８と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第３Ｚ軸圧力センサ７０が狭圧されることで把持部４４の後側位置をＺ軸の正方向へ移動させる力が検出され、把持部４４の後側位置をＺ軸の負方向へ移動した際には、前記第４突出片４２と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第４Ｚ軸圧力センサ７２が狭圧されることで把持部４４の後側位置をＺ軸の負方向へ移動させる力が検出されるようになっている。ここで、前記第３および第４Ｙ軸圧力センサ６６,６８、第３および第４Ｚ軸圧力センサ７０,７２の夫々は、前記制御装置１４に接続されて、各センサ６６,６８,７０,７２が検出する力の大きさに応じた検出信号が制御装置１４に入力されるようになっている。【００３０】
前記第３の検出手段７４は、図４〜図６、図１３に示すように、前記第２突出片３８と対応の第１挟持片４６ｃとの間に設けられた第１Ｘ軸周り圧力センサ７６と、該第２突出片３８と対応の第２挟持片４６ｄとの間に設けられた第２Ｘ軸周り圧力センサ７８とから構成されている。すなわち、前記把持部４４をＸ軸周りの正回転方向へ回転させた際には、前記第２突出片３８と第１挟持片４６ｃとの間に設けた前記第１Ｘ軸周り圧力センサ７６が狭圧されることで把持部４４をＸ軸周りの正回転方向へ回転させる力が検出され、把持部４４をＸ軸周りの負回転方向へ回転させた際には、第２突出片３８と第２挟持片４６ｄとの間に設けた前記第２Ｘ軸周り圧力センサ７８が狭圧されることで把持部４４をＸ軸周りの負回転方向へ回転させる力が検出されるようになっている。ここで、前記第１および第２Ｘ軸周り圧力センサ７６,７８の夫々は、前記制御装置１４に接続されて、各センサ７６,７８が検出する力の大きさに応じた検出信号が制御装置１４に入力されるようになっている。【００３１】
また、前記操作部３２の本体部３２ａには、該操作部３２の回転位置を検出するポテンショメータ８０が設けられており、該ポテンショメータ８０が検出する当該操作部３２の回転姿勢に応じて、前記各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が検出する力を前記制御装置１４で重力補償を実施するよう設定されている。【００３２】
次に、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の動作態様につき説明する。前記上肢動作補助装置１０では、前記多関節アーム１６の操作アーム２６に設けられた操作部３２(把持部４４)を被補助者が把持して動かすことにより、該操作部３２の軸状部３４と把持部４４(筒状体４６)との間に設けられた前記第１〜第３の検出手段５０,６４,７４の各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が力を検出し、各圧力センサ２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８の検出に応じて前記制御装置１４が多関節アーム１６の各駆動モータ１７,１９,２１,２３,２５,２７を駆動して補助器具３０を三次元移動させる。【００３３】
具体的には、図８(a)に示すように、前記軸状部３４における第１突出片３６の後端部と把持部４４の後支持板４６ａとの間に設けられた前記第１Ｘ軸圧力センサ５２が狭圧され、該第１Ｘ軸圧力センサ５２からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｘ軸の正方向に操作部３２(補助器具３０)を移動させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される。そして、図８(b)に示すように、前記軸状部３４における第１突出片３６の前端部と把持部４４の前支持板４６ｂとの間に設けられた前記第２Ｘ軸圧力センサ５４が狭圧され、該第２Ｘ軸圧力センサ５４からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｘ軸の負方向に操作部３２(補助器具３０)を移動させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。ここで、前記操作部３２をＸ軸の正方向に移動させる移動速度は第１Ｘ軸圧力センサ５２が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｘ軸の負方向に移動させる移動速度は第２Ｘ軸圧力センサ５４が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００３４】
また、図９(a)に示すように、前記軸状部３４における第１突出片３６の突出端部と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第１Ｙ軸圧力センサ５６および第３Ｙ軸圧力センサ６６が狭圧され、該第１Ｙ軸圧力センサ５６および第３Ｙ軸圧力センサ６６の夫々から同程度の大きさの力の検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｙ軸の正方向に操作部３２(補助器具３０)を平行移動させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される。そして、図９(a)に示すように、前記軸状部３４における第３突出片４０の突出端部と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第２Ｙ軸圧力センサ５８および第４Ｙ軸圧力センサ６８が狭圧され、該第２Ｙ軸圧力センサ５８および第４Ｙ軸圧力センサ６８の夫々から同程度の大きさの力の検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｙ軸の負方向に操作部３２(補助器具３０)を平行移動させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。ここで、前記操作部３２をＹ軸の正方向に移動させる移動速度は第１および第３Ｙ軸圧力センサ５６,６６が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｙ軸の負方向に移動させる移動速度は、第２および第４Ｙ軸圧力センサ５８,６８が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００３５】
また、前記第１Ｙ軸圧力センサ５６および第３Ｙ軸圧力センサ６６の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される条件下において、第１Ｙ軸圧力センサ５６が検出する力が第３Ｙ軸圧力センサ６６が検出する力よりも大きい場合には、図１０(a)に示すように、操作部３２(補助器具３０)をＹ軸の正方向に移動させつつＺ軸周りの正回転方向に回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される一方、第１Ｙ軸圧力センサ５６が検出する力が第３Ｙ軸圧力センサ６６が検出する力よりも小さい場合には、図１０(b)に示すように、操作部３２(補助器具３０)をＹ軸の正方向に移動させつつＺ軸周りの負回転方向に回転させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。同様に、前記第２Ｙ軸圧力センサ５８および第４Ｙ軸圧力センサ６８の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される条件下において、第２Ｙ軸圧力センサ５８が検出する力が第４Ｙ軸圧力センサ６８が検出する力よりも大きい場合には、図１１(a)に示すように、操作部３２(補助器具３０)をＹ軸の負方向に移動させつつＺ軸周りの負回転方向に回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される一方、第２Ｙ軸圧力センサ５８が検出する力が第４Ｙ軸圧力センサ６８が検出する力よりも小さい場合には、図１１(b)に示すように、操作部３２(補助器具３０)をＹ軸の負方向に移動させつつＺ軸周りの正回転方向に回転させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。【００３６】
一方、図１２(a)に示すように。前記第１Ｙ軸圧力センサ５６および第４Ｙ軸圧力センサ６８の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｚ軸周りの正回転方向に操作部３２を回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御され、前記第２Ｙ軸圧力センサ５８および第３Ｙ軸圧力センサ６６の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、図１２(b)に示すように、Ｚ軸周りの負回転方向に操作部３２を回転させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。このとき、前記操作部３２をＺ軸の正回転方向に回転させる回転速度は第１および第４Ｙ軸圧力センサ５６,６８が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｚ軸の負回転方向に回転させる回転速度は、第２および第３Ｙ軸圧力センサ５８,６６が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００３７】
同様に、前記軸状部３４における第２突出片３８の突出端部と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第１Ｚ軸圧力センサ６０および第３Ｚ軸圧力センサ７０が狭圧され、該第１Ｚ軸圧力センサ６０および第３Ｚ軸圧力センサ７０の夫々から同程度の大きさの力の検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｚ軸の正方向に操作部３２(補助器具３０)を平行移動させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される。また、前記軸状部３４における第４突出片４２の突出端部と把持部４４(筒状体４６の内周面)との間に設けられた前記第２Ｚ軸圧力センサ６２および第４Ｚ軸圧力センサ７２が狭圧され、該第２Ｚ軸圧力センサ６２および第４Ｚ軸圧力センサ７２の夫々から同程度の大きさの力の検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｚ軸の負方向に操作部３２を平行移動させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。このとき、前記操作部３２をＺ軸の正方向に移動させる移動速度は第１および第３Ｚ軸圧力センサ６０,７０が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｚ軸の負方向に移動させる移動速度は、第２および第４Ｚ軸圧力センサ６２,７２が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００３８】
更に、前記第１Ｚ軸圧力センサ６０および第３Ｚ軸圧力センサ７０の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される条件下において、第１Ｚ軸圧力センサ６０が検出する力が第３Ｚ軸圧力センサ７０が検出する力よりも小さい場合には、操作部３２(補助器具３０)をＺ軸の正方向に移動させつつＹ軸周りの正回転方向に回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される一方、第１Ｚ軸圧力センサ６０が検出する力が第３Ｚ軸圧力センサ７０が検出する力よりも大きい場合には、操作部３２(補助器具３０)をＺ軸の正方向に移動させつつＹ軸周りの負回転方向に回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される。同様に、前記第２Ｚ軸圧力センサ６２および第４Ｚ軸圧力センサ７２の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される条件下において、第２Ｚ軸圧力センサ６２が検出する力が第４Ｚ軸圧力センサ７２が検出する力よりも大きい場合には、操作部３２(補助器具３０)をＺ軸の負方向に移動させつつＹ軸周りの正回転方向に回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される一方、第２Ｚ軸圧力センサ６２が検出する力が第４Ｚ軸圧力センサ７２が検出する力よりも小さい場合には、操作部３２(補助器具３０)をＺ軸の負方向に移動させつつＹ軸周りの負回転方向に回転させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。【００３９】
そして、前記第１Ｚ軸圧力センサ６０および第４Ｚ軸圧力センサ７２の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｙ軸周りの負回転方向に操作部３２を回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御され、前記第２Ｚ軸圧力センサ６２および第３Ｚ軸圧力センサ７０の夫々からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｙ軸周りの正回転方向に操作部３２を移動させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。なお、前記操作部３２をＹ軸の正回転方向に回転させる回転速度は第１および第４Ｚ軸圧力センサ６０,７２が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｙ軸の負回転方向に回転させる回転速度は、第２および第３Ｚ軸圧力センサ６２,７０が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００４０】
更に、図１３(a)に示すように、前記軸状部３４の第２突出片３８と把持部４４の第１挟持片４６ｃとの間に設けた前記第１Ｘ軸周り圧力センサ７６が狭圧され、該第１Ｘ軸周り圧力センサ７６からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｘ軸周りの正回転方向に操作部３２を回転させるよう前記多関節アーム１６が駆動制御される。また、図１３(b)に示すように、前記軸状部３４の第２突出片３８と把持部４４の第２挟持片４６ｄとの間に設けた前記第２Ｘ軸周り圧力センサ７８が狭圧され、該第２Ｘ軸周り圧力センサ７８からの検出信号が前記制御装置１４に対して入力される場合には、Ｘ軸周りの負回転方向に操作部３２を回転させるよう多関節アーム１６が駆動制御される。そして、前記操作部３２をＸ軸の正回転方向に回転させる回転速度は第１Ｘ軸周り圧力センサ７６が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御され、Ｘ軸の負回転方向に回転させる回転速度は、第２Ｘ軸周り圧力センサ７８が検出する力の大きさに応じて適宜可変制御される。【００４１】
すなわち、被補助者が把持操作する操作アーム２６の操作部３２に、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸方向の夫々への操作部２６の移動を検出可能な第１の検出手段５０(第１および第２のＸ軸,Ｙ軸,Ｚ軸の各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２)を設けると共に、該操作部３２に対して第１の検出手段５０からＸ軸方向に離間する位置に、Ｙ,Ｚ軸方向への操作部２６の移動を検出可能な第２の検出手段６４(第３および第４のＹ軸,Ｚ軸の各圧力センサ６６,６８,７０,７２)を設け、更にＸ軸周りへの操作部２６の移動を検出可能な第３の検出手段７４(第１および第２のＸ軸周り圧力センサ７６,７８)を設けることで、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周り方向の６軸方向の動作を検出することができる。そして、各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が検出する力に応じて操作部３２(補助器具３０)をＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周り方向の任意方向に移動することが可能となる。従って、被補助者の動作に追従して多関節アーム１６を自然に動作させることができ、上肢動作補助装置１０の使用感が高められる。【００４２】
ここで、前記第１〜第３検出手段５０,６４,７４の夫々が、耐荷重性に優れた圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８により構成されているから、操作部３２(把持部４４)に対して被補助者の意志に反する過大な力が入力されたとしても、各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が損傷するのを防止できる。また、６軸力覚センサに比べて極めて安価な圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８を用いたことで、上肢動作補助装置１０の製造コストを抑制し得ると共に、圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が損傷したとしても、上肢動作補助装置１０の修理費用を低廉に抑えることができる。すなわち、前記第１〜第３検出手段５０,６４,７４として圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８を採用することで、被補助者の動作に合わせて多関節アーム１６を６軸方向に自由に動作させて動作補助し得ると共に、上肢動作補助装置１０の故障に対する信頼性を向上でき、上肢動作補助装置１０の導入コストや維持コストを抑制することが可能となる。【００４３】
〔実施例１の変更例〕
なお、実施例１に係る上肢動作補助装置は、前述した構成に限られず種々の変更が可能である。
(１)  実施例１では、操作部における軸状部の第１突出片の後端部と把持部(筒状体の後支持板)との間に第１Ｘ軸圧力センサを設けると共に、該第１突出片の前端部と把持部(筒状体の前支持板)との間に第２Ｘ軸圧力センサを設けるよう構成したが、これに限られるものではなく、第２〜第４突出部の前後の端部に対応して第１および第２Ｘ軸圧力センサを設けるようにしてもよい。また、第１Ｘ軸圧力センサは、前記軸状部と把持部との間において該把持部をＸ軸の正方向へ移動させた際に力が作用する位置に設ければよく、また第２Ｘ軸圧力センサについても、軸状部と把持部との間において該把持部をＸ軸の負方向へ移動させた際に力が作用する位置に設ければよい。
(２)  実施例１では、軸状部に第１〜第４突出片を形成して、各突出片の突出端部に第１〜第４Ｙ軸圧力センサおよび第１〜第４Ｚ軸圧力センサの夫々を位置するよう構成したが、これに限られるものではない。例えば、軸状部を第１〜第４突出片を備えない円筒形状に形成して、該軸状部の周方向に離間する位置に、第１〜第４Ｙ軸圧力センサおよび第１〜第４Ｚ軸圧力センサの夫々を配置して、筒状体の内周面との間で狭圧されるよう構成しても、実施例と同様の作用効果を得ることができる。すなわち、第１〜第４Ｙ軸圧力センサに関して、各Ｙ軸圧力センサをＸ−Ｙ平面上に位置すると共に第１,第２Ｙ軸圧力センサと第３,第４Ｙ軸圧力センサとが前後に離間する位置に配置し、第１〜第４Ｚ軸圧力センサに関して、各Ｚ軸圧力センサをＸ−Ｚ平面上に位置すると共に第１,第２Ｚ軸圧力センサと第３,第４Ｚ軸圧力センサとを前後に離間する位置に配置すればよい。
(３)  実施例１では、第１の検出手段として、軸状部の周方向に離間する位置に、第１,第２Ｙ軸圧力センサおよび第１,第２Ｚ軸圧力センサの４つの圧力センサを配置したが、これに限られるものではなく、３個以下または５個以上の圧力センサを周方向に離間して配置するようにしてもよい。すなわち、複数の圧力センサにより、把持部の前側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出するようにしてもよく、この場合には、把持部の前側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出するのに利用される複数の圧力センサが第１Ｙ軸圧力センサとなる。また、把持部の前側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する圧力センサ、把持部の前側位置をＺ軸の正方向または負方向へ移動させる力を検出する圧力センサに関しても同様で、複数の圧力センサで第２Ｙ軸圧力センサ、第１,第２Ｚ軸圧力センサを構成するようにしてもよい。なお、周方向に離間する圧力センサは、等間隔に設けられることが望ましいが、不均一に圧力センサを設けてもよい。
(４)  同様に、実施例１では、第２の検出手段として、軸状部の周方向に離間する位置に、第３,第４Ｙ軸圧力センサおよび第３,第４Ｚ軸圧力センサの４つの圧力センサを配置したが、これに限られるものではなく、３個以下または５個以上の圧力センサを周方向に離間して配置するようにしてもよい。すなわち、複数の圧力センサにより、把持部の後側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出するようにしてもよく、この場合には、把持部の後側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出するのに利用される複数の圧力センサが第３Ｙ軸圧力センサとなる。また、把持部の後側位置をＹ軸の正方向へ移動させる力を検出する圧力センサ、把持部の後側位置をＺ軸の正方向または負方向へ移動させる力を検出する圧力センサに関しても同様で、複数の圧力センサで第４Ｙ軸圧力センサ、第３,第４Ｚ軸圧力センサを構成するようにしてもよい。なお、周方向に離間する圧力センサは、等間隔に設けられることが望ましいが、不均一に圧力センサを設けてもよい。
(５)  実施例１では、軸状部に形成した第２突出片と筒状体に形成した第１挟持片との間に第１Ｘ軸周り圧力センサを配置し、該第２突出片と筒状体に形成した第２挟持片との間に第２Ｘ軸周り圧力センサを配置するよう構成したが、これに限られるものではない。すなわち、第１Ｘ軸周り圧力センサは、軸状部と把持部との間において把持部をＸ軸周りの正方向へ移動させた際に力が作用する位置に設ければよく、また第２Ｘ軸周り圧力センサについても、軸状部と把持部との間において該把持部をＸ軸周りの負方向へ移動させた際に力が作用する位置に設ければよい。
(６)  実施例１では、各圧力センサを軸状部に設けるようにしたが、把持部側に圧力センサを設けても同様の作用効果を得ることができる。
【実施例２】
【００４４】
次に、実施例２に係る上肢動作補助装置につき説明する。なお、実施例２に係る上肢動作補助装置の基本的構成は、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の構成と共通するので、同一の構成部材については同一の符号を伏して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。【００４５】
実施例２に係る上肢動作補助装置の多関節アーム１６を構成する操作アーム９０は、図１４または図１５に示すように、略円筒棒状に形成されて長手方向の略中間位置で前記第４軸アーム２４に対して回転可能に軸支され、一方端部に前記取付アーム２８(補助器具３０)が連結されたアーム本体９２と、該アーム本体９２において前記取付アーム２８の連結端部とは反対側の他方端部側に回転可能に連結される操作部９４とから構成され、当該アーム本体９２に前記前記第６駆動モータ２７が配設されている。前記操作部９４は、前記アーム本体９２の軸周りに回転可能に軸支されて３軸力覚センサ(第１の検出手段)１１０が配設される本体部９４ａと、該本体部９４ａに設けられ、３軸力覚センサ１１０の入力軸１１０ａに接続された軸状部９６と、該軸状部９６に外挿されて被補助者が把持可能な把持部１００とから構成されている。そして、前記軸状部９６と把持部１００との間に、前記操作部９４(把持部１００)の移動を検出可能な後述の圧力センサ(第２の検出手段)１１２が配設されている。なお、実施例１と同様に、前記操作部９４(３軸力覚センサ１１０の入力軸１１０ａ)の長手方向をＸ軸とし、該Ｘ軸に直交して前記第４軸アーム２４に対する操作アーム２６の回転軸の延在方向をＹ軸とし、該Ｘ軸,Ｙ軸の夫々に直交する方向をＺ軸とすると共に(図１４または図１５参照)、Ｘ,Ｙ,Ｚの各軸および各軸周りの正方向、負方向は、実施例１と同一の基準により定義する。【００４６】
すなわち、前記３軸力覚センサ１１０は、前記操作部９４を操作した際にＸ,Ｙ,Ｚの各軸の正方向および負方向へ作用する力を入力軸１１０ａで検出して、前記制御装置１４に検出信号を入力するよう構成されている(図１７参照)。また、前記アーム本体９２と操作部９４との連結位置には、該アーム本体９２の軸周りへの操作部９４の回転位置を検出するポテンショメータ(第３の検出手段)１０８が設置されており、該ポテンショメータ１０８が検出する操作部９４の回転位置信号が前記制御装置１４に入力されるようになっている。すなわち、前記ポテンショメータ１０８により操作部９４の回転位置を常に検出することで、Ｘ軸周りの正回転方向および負回転方向への操作部９４の回転が検出されると共に、操作部９４がＸ軸周りに回転された状態でも、前記３軸力覚センサ１１０に対して作用するＸ,Ｙ,Ｚの各軸の正方向および負方向の力を正確に検出し得るようになっている。【００４７】
また、前記軸状部９６は、図１４〜図１６に示すように、円筒状に形成されると共に、前記把持部１００は、前記軸状部９６に外挿される円筒状に形成される筒状体９８の外周面に、シリコンゴムや弾性発泡体等からなる弾性部材１０４を配設して構成される。ここで、前記把持部１００の前端部は、前記操作部９４における本体部９４ａの後端部に当接して前方移動が規制されると共に、前記軸状部９６の後端部に取付けられた円盤状の蓋部材１０６に当接して後方移動が規制され、該軸状部９６に対して把持部１００を外挿した状態で保持される。また、前記把持部１００は、前記操作部９４の本体部９４ａに対して相対的に回転不能に係止されると共に、前記軸状部９６との間に僅かな隙間が画成されて、該軸状部９６に対して径方向へ変位し得るよう構成される。そして、前記軸状部９６と把持部１００(筒状体１０２)との隙間に、該軸状部９６の周方向に離間する複数箇所(実施例では９０°ずつ変位した４箇所)に、第２の検出手段としての圧力センサ１１２が配設されている。従って、前記把持部１００を移動した際には、前記軸状部９６の外周面と筒状体１０２の内周面との間に設けられた前記各圧力センサ１１２が狭圧されることで該把持部１００をＹ,Ｚ軸の正方向または負方向へ移動させる力が検出される。ここで、前記ポテンショメータ１０８により操作部９４の回転位置が常に検出されているから、前記アーム本体９２に対する各圧力センサ１１２の相対位置が把握され、力を検出する圧力センサ１１２の位置により、把持部１００をＹ,Ｚ軸の正方向または負方向へ移動させる力が作用することが認識される。前記圧力センサ１１２の夫々は、前記制御装置１４に接続されて、各圧力センサ１１２が検出した検出信号を制御装置１４に入力するよう構成されている(図１７参照)。【００４８】
すなわち、実施例２に係る上肢動作補助装置において、前記３軸力覚センサ１１０が、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の第１および第２Ｘ軸圧力センサ５２,５４、第１および第２Ｙ軸圧力センサ５６,５８,第１および第２Ｚ軸圧力センサ６０,６２と同様に、前記操作部９４に沿うＸ軸方向、該Ｘ軸に直交するＹ軸方向、Ｘ―Ｙ軸に直交するＺ軸方向の夫々への操作部９４の移動を検出する第１の検出手段として機能している。そして、実施例２に係る上肢動作補助装置において、前記３軸力覚センサ１１０からＸ軸方向に離間して設けられた前記各圧力センサ１１２が、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の第３および第４Ｙ軸圧力センサ６６,６８、第３および第４Ｚ軸圧力センサ７０,７２と同様に、前記Ｙ軸方向およびＺ軸方向への操作部９４の移動を検出する第２の検出手段として機能する。また、実施例２に係る上肢動作補助装置では、前記ポテンショメータ１０８が、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の第１および第２Ｘ軸周り圧力センサ７０,７２と同様に、Ｘ軸周りの正回転方向および負回転方向への操作部９４の回転を検出可能な第３検出手段として機能している。【００４９】
従って、実施例２に係る上肢動作補助においても、操作部９４(把持部１００)の移動に応じて前記３軸力覚センサ１１０が検出するＸ,Ｙ,Ｚ軸の正方向および負方向への力の検出信号、前記各圧力センサ１１２が検出するＹ,Ｚ軸の正方向および負方向への力の検出信号、操作部９４(把持部１００)のＸ軸周りの回転に応じて前記ポテンショメータ１０８が検出するＸ軸周りの正回転方向および負回転方向への検出信号の組み合わせにより、Ｘ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周り方向の６軸方向への操作部９４(把持部１００)の動作を検出して、操作部９４(補助器具３０)をＸ,Ｙ,Ｚ軸方向および各軸周り方向の任意方向に移動することが可能となる。これにより、被補助者の動作に追従して多関節アーム１６を自然に動作させることができ、上肢動作補助装置の使用感が高められる。【００５０】
また、１つのセンサで６軸方向の動作を検出可能な６軸力覚センサに比べて安価な３軸力覚センサ１１０および圧力センサ１１２を採用することで、上肢動作補助装置の製造コストを抑制し得ると共に、３軸力覚センサ１１０や圧力センサ１１２が損傷したとしても、上肢動作補助装置の修理費用を低廉に抑えることができる。そして、圧力センサ１１２自体は、耐荷重性に優れているから、操作部９４(把持部１００)に対して被補助者の意志に反する過大な力が入力されたとしても、各圧力センサ１１２が損傷するのを防止できる。すなわち、実施例２に係る上肢動作補助装置においても、実施例１と同様に、被補助者の動作に合わせて多関節アーム１６を６軸方向に自由に動作させて動作補助し得ると共に、上肢動作補助装置の故障に対する信頼性を向上でき、上肢動作補助装置の導入コストや維持コストを抑制することが可能となる。【００５１】
〔実施例２の変更例〕
なお、実施例２に係る上肢動作補助装置は、前述した構成に限られず種々の変更が可能である。
(１)  実施例２では、軸状部の外周面に圧力センサを配置するよう構成したが、これに限られるものではない。例えば、実施例１のように軸状部に突出片を形成して、突出片の突出端部に圧力センサを配置して、筒状体の内周面との間で狭圧されるよう構成しても、実施例と同様の作用効果を得ることができる。
(２)  実施例２では、第２の検出手段として、軸状部の周方向に離間する位置に４つの圧力センサを配置したが、これに限られるものではなく、３個以下または５個以上の圧力センサを周方向に離間して配置するようにしてもよい。すなわち、複数の圧力センサにより、把持部をＹ軸,Ｚ軸方向へ移動させる力を検出するようにしてもよい。なお、周方向に離間する圧力センサは、等間隔に設けられることが望ましいが、不均一に圧力センサを設けてもよい。
(３)  実施例２では、各圧力センサを軸状部に設けるようにしたが、把持部側に圧力センサを設けても同様の作用効果を得ることができる。
【実施例３】
【００５２】
次に、実施例３に係る上肢動作補助装置につき説明する。なお、実施例３に係る上肢動作補助装置の基本的構成は、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の構成と基本的に共通しているので、実施例１に係る上肢動作補助装置１０と同一の構成部材については同一の符号を付して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。【００５３】
実施例３に係る上肢動作補助装置１０の多関節アーム１６を構成する操作アーム２６は、図１８に示すように、操作部３２における軸状部３４と把持部４４との間に第１および第２バネ部材(付勢部材)１２０,１２１が設けられて、把持部４４を軸状部３４に対して相対的に近接および離間移動することで、第１バネ部材１２０および第２バネ部材１２１が弾性変形するよう構成される。ここで、前記第１バネ部材１２０は、前記軸状部３４に形成された第１〜第４突出片３６,３８,４０,４２の間に夫々配設されて、該第１バネ部材１２０の一方の端部が軸状部３４の周面に固定されると共に、当該第１バネ部材１２０の他方の端部が前記把持部４４の筒状体４６に固定されている。また、前記第１バネ部材１２０は、前記軸状部３４の軸方向(すなわちＸ軸方向)に離間する複数箇所(実施例３では３箇所)に配設されている(図１８(b)参照)。すなわち、実施例３に係る操作アーム２６には、軸状部３４の軸方向(すなわちＸ軸方向)に離間する３箇所に、該軸状部３４の周方向に離間して４個の第１バネ部材１２０が夫々設けられて、合計１２個の第１バネ部材１２０により把持部４４が軸状部３４に対して保持されるようになっている。一方、前記第２バネ部材１２１は、前記軸状部３４における各突出片３６,３８,４０,４２の後端部と把持部４４(筒状体４６)の後支持壁４６ａとの間、および各突出片３６,３８,４０,４２の前端部と把持部４４(筒状体４６)の前支持壁４６ｂとの間に夫々配設されている。【００５４】
このような実施例３に係る上肢動作補助装置１０では、前記把持部４４に外力を付与することなく前記第１バネ部材１２０が均衡を保った状態において、把持部４４が軸状部３４に対して略同心となる位置に保持されるよう構成されている。すなわち、図１８に示すように、前記各第１バネ部材１２０が均衡を保った状態では、前記軸状部３４における第１〜第４突出片３６,３８,４０,４２の突出端部に設けられた第１〜第４Ｙ軸および第１〜第４Ｚ軸圧力センサ５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２までの間隔が同等となるよう前記把持部４４(筒状体４６)が保持される。従って、把持部４４をＹ軸、Ｚ軸、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの方向に移動した際に、各Ｙ軸およびＺ軸圧力センサ５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２が検出するまでの時間を一定にでき、各Ｙ軸およびＺ軸圧力センサ５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２による検出にタイムラグが生ずるのを防止し得る。同様に、前記第１バネ部材１２０を軸状部３４の周方向に均等に配置することで、各第１バネ部材１２０が均衡を保った状態では、前記第２突出片３８に対応する第１挟持片４６ｃから第１Ｘ軸周り圧力センサ７６までの間隔と、第２突出片３８に対応する第２挟持片４６ｄから第２Ｘ軸周り圧力センサ７８までの間隔とが同等となるよう前記把持部４４(筒状体４６)が保持される。従って、把持部４４をＸ軸周りの正回転方向または負回転方向に移動した際に、第１Ｘ軸周り圧力センサ７６および第２Ｘ軸周り圧力センサ７８が検出するまでの時間を一定にでき、Ｘ軸周りに回転した際の圧力センサ７６,７８による検出にタイムラグが生ずるのを防止し得る。【００５５】
また、前記各第２バネ部材１２１が均衡を保った状態においては、前記軸状部３４における各突出片３６,３８,４０,４２の後端部(第１Ｘ軸圧力センサ５２)から把持部４４(筒状体４６)の後支持壁４６ａまでの間隔と、各突出片３６,３８,４０,４２の前端部(第２Ｘ軸圧力センサ５４)から把持部４４(筒状体４６)の前支持壁４６ｂまでの間隔が同等になるよう構成されている。従って、把持部４４をＸ軸方向に移動した際に、第１Ｘ軸圧力センサ５２および第２Ｘ軸圧力センサ５４が検出するまでの時間を一定にでき、検出までのタイムラグが生ずるのも同様に防止される。また、前記第１および第２バネ部材１２０,１２１により把持部４４を軸状部３４に保持したから、把持部４４のがたつきが防止され、安定した操作が可能となる。【００５６】
〔実施例３の変更例〕
なお、実施例３に係る上肢動作補助装置は、前述した構成に限られず種々の変更が可能である。
(１)  実施例３では、各突出片の間に夫々１個の付勢部材を設けるようにしたが、これに限られるものではなく、複数の付勢部材を各突出片の間に設けるようにしてもよい。
(２)  実施例３では、実施例１に係る上肢動作補助装置に基づいて説明したが、実施例２に係る上肢動作補助装置のように軸状部を円筒状に形成して付勢部材を配設する形態も採用できる。同様に、圧力センサと３軸力覚センサを併用する構成に対しても、実施例３のように付勢部材を配設する構成を採用できることは当然である。
(３)  実施例３では、付勢部材としてコイルバネ形態のバネ部材を示したが、これに限られるものではなく、板バネやゴム等、その他弾性変形により付勢力を発現する従来公知の各種部材を採用可能である。
(４)  実施例３に係る上肢動作補助装置に対しても、実施例１および実施例２の変更例として示した各事項を採用できることは当然である。
【実施例４】
【００５７】
次に、実施例４に係る上肢動作補助装置につき説明する。なお、実施例４に係る上肢動作補助装置の基本的構成は、実施例１に係る上肢動作補助装置１０の構成と基本的に共通しているので、実施例１に係る上肢動作補助装置１０同一の構成部材については同一の符号を伏して説明を省略し、異なる構成についてのみ説明する。【００５８】
実施例４に係る上肢動作補助装置１０の多関節アーム１６を構成する操作アーム２６は、実施例３と同様に、操作部３２の軸状部３４と把持部４４との間に第３および第４バネ部材(付勢部材)１３０,１３１が設けられて、把持部４４を軸状部３４に対して相対的に近接および離間移動することで、第３バネ部材１３０および第４バネ部材１３１が弾性変形するよう構成される。ここで、前記第３バネ部材１３０は、図１９または図２０に示すように、各Ｘ軸,Ｙ軸,Ｚ軸圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２と把持部３４との間に配設されている。また、前記第４バネ部材１３１は、第１Ｘ軸周り圧力センサ７６と第１挟持片４６ｃとの間、および第２Ｘ軸周り圧力センサ７８と第２挟持片４６ｄとの間に夫々配設される。すなわち、把持部４４を軸状部３４に対して相対的に近接および離間移動した際に弾性変形した第３および第４バネ部材１３０,１３１が対応の各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８を押圧し、このとき各センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８が検出する力の大きさに応じた検出信号が制御装置１４に入力されるよう構成される。【００５９】
前記第３および第４バネ部材１３０,１３１は、図１９または図２０に示すように、細長の薄いバネ鋼から形成されて弾性変形が可能な板バネであり、一方の端部が前記把持部４４または挟持片４６ｃに固定された状態で対応の圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８に接触するようになっている。また、前記各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８には、対応の第３および第４バネ部材１３０,１３１との接触部位に突出部１３２が設けられており、各バネ部材１３０,１３１が対応の圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８に点接触するよう構成されている。これにより、把持部４４を軸状部３４に対して相対的に近接および離間移動した際に弾性変形された第３および第４バネ部材１３０,１３１が対応の圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８を点で押圧し、力の検出精度を高めている。【００６０】
このような実施例４に係る上肢動作補助装置１０では、各Ｙ軸,Ｚ軸圧力センサ５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２と把持部４４との間に前記第３バネ部材１３０を配設したことで、実施例３と同様に、把持部４４に外力を付与することなく各第３バネ部材１３０が均衡を保った状態では、把持部４４が軸状部３４に対して略同心となる位置に保持される。また同様に、各Ｘ軸圧力センサ５２,５４と把持部４４との間に配設された第３バネ部材１３０が均衡を保つことで、軸状部３４における各突出片３６,３８,４０,４２の後端部(第１Ｘ軸圧力センサ５２)から把持部４４(筒状体４６)の後支持壁４６ａまでの間隔と、各突出片３６,３８,４０,４２の前端部(第２Ｘ軸圧力センサ５４)から把持部４４(筒状体４６)の前支持壁４６ｂまでの間隔が同等になるよう構成されている。すなわち、実施例４に係る上肢動作補助装置１０においても、把持部４４をＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸、Ｙ軸周り、Ｚ軸周りの方向に移動した際に各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２が検出するまでの時間を一定にしてタイムラグが生ずるのを防止し得る。【００６１】
また、前記第１Ｘ軸周り圧力センサ７６と第１挟持片４６ｃとの間、および第２Ｘ軸周り圧力センサ７８と第２挟持片４６ｄとの間に夫々配設された第４バネ部材１３１が均衡を保った状態では、第２突出片３８に対応する第１挟持片４６ｃから第１Ｘ軸周り圧力センサ７６までの間隔と、第２突出片３８に対応する第２挟持片４６ｄから第２Ｘ軸周り圧力センサ７８までの間隔とが同等となるよう把持部４４(筒状体４６)が保持されるよう構成されている。これにより、把持部４４をＸ軸周りの正回転方向または負回転方向に移動した際に、第１Ｘ軸周り圧力センサ７６および第２Ｘ軸周り圧力センサ７８が検出するまでの時間を一定にでき、Ｘ軸周りに回転した際の圧力センサ７６,７８による検出にタイムラグが生ずるのを防止し得る。【００６２】
そして、図２０(b)に示すように、前記把持部４４が各方向に移動した際には、第３および第４バネ部材１３０,１３１の弾性変形に伴って各圧力センサ５２,５４,５６,５８,６０,６２,６６,６８,７０,７２,７６,７８に力がダイレクトに伝達されるから、該把持部４４の微小な移動も適切に検知することができ、検知精度の向上が図られる。また、前記第３および第４バネ部材１３０,１３１により把持部４４を軸状部３４に保持したから、把持部４４のがたつきが防止され、安定した操作が可能となる。【００６３】
〔実施例４の変更例〕
なお、実施例４に係る上肢動作補助装置は、前述した構成に限られず種々の変更が可能である。
(１)  実施例４では、突出部を介して付勢部材を圧力センサに接触するよう構成したが、該付勢部材を圧力センサに対して直接接触させるよう構成してもよい。
(２)  実施例４では、実施例１に係る上肢動作補助装置に基づいて説明したが、実施例２に係る上肢動作補助装置のように軸状部を円筒状に形成して付勢部材を配設する形態も採用できる。同様に、圧力センサと３軸力覚センサを併用する構成に対しても、実施例４のように付勢部材を配設する構成を採用できることは当然である。
(３)  実施例４では、付勢部材として板バネ形態のバネ部材を示したが、これに限られるものではなく、コイルバネやゴム等、その他弾性変形により付勢力を発現する従来公知の各種部材を採用可能である。
(４)  実施例４に係る上肢動作補助装置に対しても、実施例１〜３の変更例として示した各事項を採用できることは当然である。
【符号の説明】
【００６４】
１４  制御装置(制御手段)
１６  多関節アーム
３２  操作部
３４  軸状部
４４  把持部
５０  第１の検出手段
５２  第１Ｘ軸圧力センサ
５４  第２Ｘ軸圧力センサ
５６  第１Ｙ軸圧力センサ
５８  第２Ｙ軸圧力センサ
６０  第１Ｚ軸圧力センサ
６２  第２Ｚ軸圧力センサ
６４  第２の検出手段
６６  第３Ｙ軸圧力センサ
６８  第４Ｙ軸圧力センサ
７０  第３Ｚ軸圧力センサ
７２  第４Ｚ軸圧力センサ
７４  第３の検出手段
７６  第１Ｘ軸周り圧力センサ
７８  第２Ｘ軸周り圧力センサ
９２  アーム本体
９４  操作部
９６  軸状部
１００  把持部
１０８  ポテンショメータ(第３の検出手段、位置検出センサ)
１１０  ３軸力覚センサ(第１の検出手段)
１１２  圧力センサ(第２の検出手段)
１２０  第１バネ部材(付勢部材)
１２１  第２バネ部材(付勢部材)
１３０  第３バネ部材(付勢部材)
１３１  第４バネ部材(付勢部材)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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