(57)【要約】【課題】低コストで機構設計が容易なアーム装置及びその電力供給方法を提供すること。【解決手段】本発明にかかるアーム装置１は、アーム１０と、スーパーキャパシタ４０とを備える。アーム１０は、少なくとも１つの関節１１と、関節１１と回動可能に連結されたアームユニット１２と、電源３０からの電力供給により前記関節を駆動する駆動手段と、を有し、本体７０に回動可能に連結されている。スーパーキャパシタ４０は、アーム１０に設けられ、本体７０に設けられた電源３０に第１の送電線６０ａを介して接続されている。また、スーパーキャパシタ４０は、第１の送電線６０ａよりも太い第２の送電線６０ｂを介して、アーム１０の駆動手段に接続されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つの関節と、前記関節と回動可能に連結されたアームユニットと、電源からの電力供給により前記関節を駆動する駆動手段と、を有し、本体に回動可能に連結されたアームと、
前記アームに設けられ、前記本体に設けられた前記電源に第１の送電線を介して接続された蓄電手段と、を備え、
前記蓄電手段は、前記第１の送電線よりも太い第２の送電線を介して、前記アームの駆動手段に接続されているアーム装置。
【請求項２】
前記第１の送電線は、少なくとも１つの前記関節を経由して、前記電源と前記第１の蓄電手段とを接続し、
前記第２の送電線は、前記関節を経由せずに、前記蓄電手段と前記アームの駆動手段とを接続している請求項１に記載のアーム装置
【請求項３】
前記蓄電手段は、前記アームユニットに設けられている請求項１または２に記載のアーム装置。
【請求項４】
前記アームユニットのうち、先端部に位置するアームユニットには被介護者を支持する支持手段が設けられている請求項１〜３のいずれか一項に記載のアーム装置。
【請求項５】
前記第２の送電線には前記駆動手段を駆動制御するアンプが設けられている請求項１〜４のいずれか一項に記載のアーム装置。
【請求項６】
前記本体は、移動可能な台車部に設けられている請求項１〜５のいずれか一項に記載のアーム装置。
【請求項７】
少なくとも１つの関節と、前記関節と回動可能に連結されたアームユニットと、電源からの電力供給により前記関節を駆動する駆動手段と、を有し、本体に回動可能に連結されたアームと、
前記アームに設けられ、前記本体に設けられた前記電源に第１の送電線を介して接続された蓄電手段と、を備えるアーム装置の電力供給方法であって、
前記アームが動作しない場合に、電力を蓄電可能な蓄電手段が、電源から出力される第１の電力を蓄電するステップと、
前記アームが動作する場合に、前記蓄電手段が、前記第１の電力よりも大きな第２の電力を前記駆動手段に供給するステップと、
を備えるアーム装置の電力供給方法。
【請求項８】
前記蓄電手段が前記第１の電力を蓄電するステップは、前記第１の送電線を介して蓄電し、
前記蓄電手段が前記第２の電力を前記駆動手段に供給するステップは、前記第１の送電線よりも太い第２の送電線を介して供給する請求項７に記載のアーム装置の電力供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はアーム装置及びその電力供給方法に関し、特に動作に大電力が必要なアーム装置及びその電力供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自立歩行が困難な被介護者にとって、例えばベッドから車椅子への乗り移り等のように身体を移乗させることは容易ではない。そのため、被介護者が移乗する際には、介護者の補助が必要となる。
【０００３】
このとき、被介護者の状態によっては、移乗の補助が介護者の肉体的・精神的な負担となる場合もある。また、移乗を介護者ひとりで行う際には、移乗補助が十分に行えない場合や、安全面に関しても不十分である場合があった。
【０００４】
このようなことから、近年、被介護者の移乗を支援するためのロボット等が多く開発されている。図１１に、関連する移乗支援ロボットの構成例を示す。移乗支援ロボット６は、アーム１０、電源３０、モータ駆動アンプ５０、身体支持部８０を備えている。なお、アーム１０は、関節１１ａ、１１ｂ、アームユニット１２ａ、１２ｂにより構成されている。
【０００５】
身体支持部８０は、被介護者８１を支持している。移乗の際には、電源３０からの電力がモータ駆動アンプ５０に送電線６０ｃを介して送られ、モータ駆動アンプ５０から第２の送電線６０ｂを介して関節１１ａ内部に設けられたモータに電力が供給される。電力の供給によって、関節１１ａが駆動しアームユニット１２ａが回動することにより被介護者８１の移乗を支援する。なお、関節１１ｂは、本体７０に連結され支持されている。
【０００６】
一方、特許文献１には、予め定められた期間中に高電力を必要とするモジュールのための電源が開示されている。これは、バッテリとスーパーキャパシタを並列接続させておくことで、予め定められた期間中にモジュールに高電力を供給する技術である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特表２００５−５３７７７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、図１１に示したような移乗支援ロボットにおいては、被介護者８１を持ち上げる際に短期間で大電力を消費する。大電力を送電するため、送電線６０は太い線材を備える必要があり、コストが増加するという問題があった。また、太い線材は、線材の占有空間が多く、屈折性も低い。そのため、太い線材を用いると機構設計が困難になるという問題もあった。さらに、屈折性が低い太い線材は、関節１１の繰り返しの動作によって断線する危険性もあった。
【０００９】
本発明は、このような問題を解決するものであり、低コストで機構設計が容易なアーム装置及びその電力供給方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明にかかるアーム装置は、少なくとも１つの関節と、前記関節と回動可能に連結されたアームユニットと、電源からの電力供給により前記関節を駆動する駆動手段と、を有し、本体に回動可能に連結されたアームと、前記アームに設けられ、前記本体に設けられた前記電源に第１の送電線を介して接続された蓄電手段と、を備え、前記蓄電手段は、前記第１の送電線よりも太い第２の送電線を介して、前記アームの駆動手段に接続されているものである。このような構成によって、送電線にかかるコストの低減を図ることができる。
【００１１】
本発明にかかるアーム装置の電力供給方法は、少なくとも１つの関節と、前記関節と回動可能に連結されたアームユニットと、電源からの電力供給により前記関節を駆動する駆動手段と、を有し、本体に回動可能に連結されたアームと、前記アームに設けられ、前記本体に設けられた前記電源に第１の送電線を介して接続された蓄電手段と、を備えるアーム装置の電力供給方法であって、前記アームが動作しない場合に、電力を蓄電可能な蓄電手段が、電源から出力される第１の電力を蓄電するステップと、前記アームが動作する場合に、前記蓄電手段が、前記第１の電力よりも大きな第２の電力を前記駆動手段に供給するステップと、を備えるものである。これによって、電源と蓄電手段の間の送電線の細線化を図ることができるため、アーム装置の機構設計が容易となる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、低コストで機構設計が容易なアーム装置及びその電力供給方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図２】実施の形態１にかかるアーム装置のシステム構成例を示すブロック図である。
【図３】実施の形態１にかかるアーム装置の制御方法を説明するためのフローチャートである。
【図４】アーム装置の電力供給方法を説明するためのグラフである。
【図５】実施の形態１にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図６】実施の形態２にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図７】実施の形態２にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図８】実施の形態３にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図９】実施の形態４にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図１０】実施の形態５にかかるアーム装置の構成例を示す図である。
【図１１】関連するアーム装置の構成例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１に示したアーム装置１は、アーム１０、電源３０、本体７０を備えている。また、アーム１０は、関節１１ａ、アームユニット１２ａ、スーパーキャパシタ４０、モータ駆動アンプ５０、を有している。
【００１５】
関節１１ａは、本体７０によって支持されており、第２の送電線６０ｂによりモータ駆動アンプ５０を介してスーパーキャパシタ４０と接続されている。また、関節１１ａの内部には、モータ等の駆動手段（図示省略）が設けられている。アームユニット１２ａは、関節１１ａに連結されている。
【００１６】
スーパーキャパシタ４０は、電気二重層構造のキャパシタであり、電源３０からの電力を蓄電可能な蓄電手段である。スーパーキャパシタ４０は、電源３０と第１の送電線６０ａを介して接続され、第２の送電線６０ｂによりモータ駆動アンプ５０を介して関節１１ａと接続されている。このとき、第１の送電線６０ａの方が、第２の送電線６０ｂよりも細い構成となっている。なお、スーパーキャパシタ４０及びモータ駆動アンプ５０は、アームユニット１２ａ上に設けられている。また、電力を蓄電可能な蓄電手段であれば、スーパーキャパシタに限られるものではなく、二次電池等であってもよい。
【００１７】
図２は本実施の形態にかかるシステム構成の一例を示すブロック図である。スーパーキャパシタ４０は、電源３０から電力の供給を受け、供給された電力を蓄電する。そして、スーパーキャパシタ４０は、蓄電した電力をモータ駆動アンプ５０に供給する。また、モータ駆動アンプ５０は、スーパーキャパシタ４０から供給された電力によりモータを駆動させる。アームユニット１２ａは、関節１１ａ内部のモータが駆動することにより回動する。
【００１８】
続いて、図３に示したフローチャートを用いて、本実施の形態にかかるアーム装置１の動作例について説明する。まず、モータ駆動アンプ５０がモータを駆動させるか否か、つまりアーム１０が動作するか否かが判断される（Ｓ２１）。アームユニット１２ａが動作しない場合には、電源３０は、スーパーキャパシタ４０へと電力を供給する。そして、スーパーキャパシタ４０に電力が蓄電される（Ｓ２２）。一方、アームユニット１２ａが動作する場合には、スーパーキャパシタ４０は、モータ駆動アンプ５０を介して蓄電した電力を関節１１ａ内部のモータに供給する（Ｓ２３）。関節１１ａ内部のモータは、モータ駆動アンプ５０から供給された電力により駆動し、アームユニット１２ａを回動させる（Ｓ２４）。
【００１９】
次に、図４を用いて、アーム装置１の電力供給方法について詳細に説明する。図４において、グラフの縦軸は電力を示し、横軸は時間を示している。線１０１は、スーパーキャパシタ４０の蓄電電力の時間変化を意味している。また、線１０２は第１の送電線６０ａにより送電される電力を意味し、線１０３は第２の送電線６０ｂにより送電される電力を意味している。図４において、期間ａは電源３０からスーパーキャパシタ４０に電力が供給されている期間を意味し、期間ｂはアームユニット１２ａが動作している期間を意味している。
【００２０】
まず、期間ａの開始から期間ｂの開始までの期間と、期間ｂの最後から期間ａの最後までの期間における電力変化について説明する。この期間においては、アームユニット１２ａは動作していないため、スーパーキャパシタ４０から関節１１ａに大電力は供給されない。そのため、スーパーキャパシタ４０‐関節１１ａ間に設けられた第２の送電線６０ｂは微小な電力を送電している（線１０３参照）。
【００２１】
一方、電源３０からスーパーキャパシタ４０には蓄電のために電力（第１の電力）が供給されるので、電源３０‐スーパーキャパシタ４０間に設けられた第１の送電線６０ａは一定の電力を送電している（線１０２参照）。また、電源３０から供給される電力は全てスーパーキャパシタ４０に蓄電されるので、スーパーキャパシタ４０の蓄電電力は増加している（線１０１参照）。なお、電源３０からスーパーキャパシタ４０に供給される電力は一定でなくてもよい。
【００２２】
次に、期間ｂにおける電力変化について説明する。この期間においては、アームユニット１２ａが動作するため、駆動手段にスーパーキャパシタ４０から大電力（第２の電力）が供給される。そのため、スーパーキャパシタ４０‐関節１１ａ間に設けられた第２の送電線６０ｂは短期間に大電力を送電している（線１０３参照）。
【００２３】
一方、スーパーキャパシタ４０は、関節１１ａを動作させる大電力を供給するため、蓄電された電力は一気に消費されて減少している（線１０１参照）。このとき、より多くの電力を蓄電するために、図４に示すように期間ｂにおいても一定の電力が供給されていることが望ましい（線１０２参照）。
【００２４】
つまり、電源３０から第１の送電線６０ａを介してスーパーキャパシタ４０に供給される電力（線１０２参照）が、関節１１ａを駆動させるための電力（線１０３のピーク電力）よりも小さい電力であっても、アームユニット１２ａを回動させることができる。その結果、電源３０とスーパーキャパシタ４０を接続する第１の送電線６０ａは、大電力を送電する必要がない。そのため、スーパーキャパシタ４０と関節１１ａを接続する第２の送電線６０ｂよりも第１の送電線６０ａを細線化することができ、コスト削減を図ることができる。
【００２５】
一般に、太い線材は屈折性が低いので、関節を経由して配置すると、関節の繰り返しの動作により断線してしまう恐れがある。本発明においては、図４のグラフで示したように、スーパーキャパシタ４０に供給される電力は、関節１１ａの駆動手段を駆動させるための大電力よりも少ない電力である。そのため、第１の送電線６０ａは、大電力を送電する第２の送電線６０ｂよりも細線化されている。図１に示したアーム装置１においては、第１の送電線６０ａは関節１１ａを経由しているが、第１の送電線６０ａは細線化されているので、関節１１ａの繰り返しの動作によっても断線する危険性を抑えることができる。
【００２６】
また、図５に示したように、第１の送電線を関節１１ａ内部に通して、電源３０とスーパーキャパシタ４０とを接続する構成としてもよい。図５に示したアーム装置１においては、スーパーキャパシタ４０及びモータ駆動アンプ５０が、関節１１ａ内部に配置されている。細線化された線材（第１の送電線６０ａ）の方が占有する空間が少ないため関節内部の限られた配線空間が圧迫されることを抑制できる。
【００２７】
実施の形態２
本発明にかかる実施の形態２について説明する。図６に示すアーム装置２は、図１に示したアーム装置１の構成に加えて、さらに関節１１ｂ、アームユニット１２ｂ、モータ駆動アンプ５０を備えている。
【００２８】
関節１１ｂは、本体７０により支持されており、モータ等の駆動手段が内蔵されている（図示省略）。関節１１ｂ内部の駆動手段は、モータ駆動アンプ５０を介して電源３０に接続されて電力の供給を受ける。アームユニット１２ｂは、一端が関節１１ｂに連結され、駆動手段の駆動により回動する。一方、アームユニット１２ｂの他端は、関節１１ａに連結されている。なお、関節１１ａに電力を供給するためのスーパーキャパシタ４０及びモータ駆動アンプ５０は、アームユニット１２ｂ上に設けられている。そのため、第１の送電線６０ａは関節１１ｂを介して電源３０とスーパーキャパシタ４０とを接続している。その他の構成に関しては、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【００２９】
続いて、本実施の形態にかかるアーム装置２の動作例について説明する。まず、図１に示したアーム装置１と同様に、アームユニット１２ａが動作していない場合には、スーパーキャパシタ４０は電源３０から供給された電力を蓄電する。一方、関節１１ｂについては、電源３０とモータ駆動アンプ５０の間にスーパーキャパシタ４０が設けられていないため、アームユニット１２ｂは蓄電することなく常に回動可能である。
【００３０】
スーパーキャパシタ４０に電力が十分に蓄電され、アームユニット１２ａが動作する場合には、スーパーキャパシタ４０から大電力がモータ駆動アンプ５０へと供給される。これにより関節１１ａ内部の駆動手段が駆動する。その結果、アームユニット１２ａは回動する。
【００３１】
なお、図示はしていないが、第１の送電線を関節１１ｂ内部及びアームユニット１２ｂ内部に通して、電源３０とスーパーキャパシタ４０とを接続する構成としてもよい。その際にも、屈折性が高く断線しにくい利点に加えて、線材が細い方が占有する空間が少ないため関節内部の限られた配線空間が圧迫されることを抑制できるという利点もある。なお、第１の送電線６０ａと同様に、スーパーキャパシタ４０及びモータ駆動アンプ５０もアームユニット１２ｂの内部に配置する構成としてもよい。
【００３２】
さらに、図７に示すアーム装置２の構成とすることにより、更なる線材コストの削減を図ることができる。図７に示したアーム装置２は、関節１１ａに関する配線だけでなく、関節１１ｂに関する配線においても、スーパーキャパシタ４０を設ける構成としている。これにより、関節１１ｂの配線においても、電源３０‐スーパーキャパシタ４０間の送電線も細線化された構成となっている。
【００３３】
以上のように、本実施の形態にかかるアーム装置２の構成とすることによって、複数の関節を有するアーム１０であっても、線材を細線化することによるコスト削減だけでなく、関節を経由する送電線の屈折による断線を抑制できる。また、関節内部に送電線を通す場合にも、占有空間の削減を図ることができる。その結果、送電線に関する機構設計が容易となる。
【００３４】
実施の形態３
本発明にかかる実施の形態３について説明する。図８に示すアーム装置３は、図６に示したアーム装置２の構成に加えて、さらに身体支持部８０を備えている。
【００３５】
身体支持部８０は、アーム１０の先端に連結されており、被介護者８１の身体を支持する。つまり、アーム装置３は、アームユニット１２ａ及びアームユニット１２ｂの回動動作によって、被介護者８１を持ち上げ、被介護者８１の移乗を支援する。なお、その他の構成については、図６に示したアーム装置２の構成と同様であるため、説明は省略する。
【００３６】
このような構成により、大電力の送電を必要としない移乗支援ロボットとして利用することができるので、被介護者８１に対する安全性の向上を図ることができる。
【００３７】
実施の形態４
本発明にかかる実施の形態４について説明する。図９に示したアーム装置４は、図８に示したアーム装置３の構成に加えて、さらに台車部９０を備えている。
【００３８】
台車部９０は、台車本体９０１、車輪９０２、膝支持部９０３を備えており、車輪９０２が回転することにより移動可能となっている。車輪９０２は台車本体９０１に回転可能に連結されている。また、膝支持部９０３は、被介護者８１の膝近傍を支持する。このような構成により、被介護者８１の脚部が圧迫されることなく、被介護者８１への負担が小さく、長時間の移乗動作の実施が容易となる。なお、その他の構成についてはアーム装置３と同様であるので、説明を省略する。
【００３９】
台車本体９０１上には実施の形態３において説明したアーム装置３が設けられている。また、被介護者８１は、台車本体９０１上に身体支持部８０及び膝支持部９０３により支持されている。したがって、アーム装置４は、被介護者８１を支持したまま移動することができる。
【００４０】
このような構成によって、被介護者８１の移乗を行う場所が離れているような場合であっても、台車部９０により移動可能であるので容易に移乗することができる。なお、台車部９０は、アーム１０及び本体７０が移動可能であればよく、図９に示した構成に限られない。
【００４１】
実施の形態５
本発明にかかる実施の形態５について説明する。図１０に示すアーム装置５は、図９に示したアーム装置４の構成に加えて、関節１１ｃ、ｄと、アームユニット１２ｃ、ｄと、それらを駆動させるためのスーパーキャパシタ４０及びモータ駆動アンプ５０と、をさらに備えている。
【００４２】
関節１１ｃ、ｄは、関節１１ａ、ｂと同様に内部にモータ等の駆動手段を備えている。アームユニット１２ｃ、ｄは、アームユニット１２ａ、ｂと同様に、一端が関節１１ｃ、ｄにそれぞれ回動可能に連結されている。また、アームユニット１２ｂと関節１１ｃが連結され、アームユニット１２ｃの他端と関節１１ｄが連結され、アームユニット１２ｄの他端と関節１１ａが連結されている。なお、それぞれのアームユニットに設けられたモータ駆動アンプ５０はスーパーキャパシタ４０を介して電源３０と接続され、供給された電力によりそれぞれの関節内部のモータを駆動させる。なお、その他の構成に関しては、アーム装置４と同様であるため、説明を省略する。
【００４３】
続いて、本実施の形態にかかるアーム装置５の動作例を説明する。まず、電源３０から第１の送電線６０ａを介してスーパーキャパシタ４０に電力が供給され、スーパーキャパシタ４０は、供給された電力を蓄電する。スーパーキャパシタ４０に電力が十分に蓄電されると、スーパーキャパシタ４０は、モータ駆動アンプ５０に電力を供給する。モータ駆動アンプ５０は、アームユニット１２ａ、ｃ、ｄを回動させ、アームユニット１２ａに連結された身体支持部８０により支持されている被介護者８１を移乗する。なお、それぞれのアームユニット１２ａ〜ｄはロール軸、ピッチ軸、ヨー軸回りに回動可能としてもよい。また、図１０においては関節及びアームの数は４つであるが、これに限られるものではない。
【００４４】
以上のように、本実施の形態にかかるアーム装置５を用いることで、複数の関節を用いた移乗動作が可能となる。その結果、より複雑な動作を要する移乗も可能となる。
【００４５】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、本発明にかかるアーム装置は、第１の送電線６０ａが少なくとも１つの関節１１を経由して電源３０とスーパーキャパシタ４０とを接続し、第２の送電線６０ｂが関節１１を経由していない構成であればよく、アームユニット１２及びスーパーキャパシタ４０の個数、位置等は、上記実施の形態で説明した構成に限られるものではない。
【符号の説明】
【００４６】
１〜６  アーム装置
１０  アーム
１１  関節
１２  アームユニット
３０  電源
４０  スーパーキャパシタ
５０  モータ駆動アンプ
６０  送電線
７０  本体
８０  身体支持部
８１  被介護者
９０  台車部
９０１  台車本体
９０２  車輪
９０３  膝支持部
【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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