(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のプレートと、
前記第１のプレートと対向して配置される第２のプレートと、
前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられ、前記第２のプレートに対して位置固定された荷重検出部と、
前記荷重検出部と前記第１のプレートとの間に設けられ、前記第１のプレートにかかる荷重を前記荷重検出部に伝達する印加部材と、
を備え、
前記印加部材は、前記荷重検出部と対向する第１の面を備え、
前記荷重検出部は、前記印加部材と対向し且つ前記第１の面に接触する第２の面を備え、
前記第１の面及び前記第２の面のいずれか一方が丸みを帯びて膨らんだ形状に形成され、
前記第１の面及び前記第２の面のいずれか一方が樹脂で形成され、他方が金属で形成される、
荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は荷重検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、身体に装着して使用するウェアラブルロボットが注目されている。例えば、ユーザの歩行動作を補助するウェアラブルロボットが知られている。このウェアラブルロボットは、ユーザの足裏と床面との間の荷重を検出する荷重センサと、ユーザの脚関節の折り曲げを補助するアクチュエータと、を備えている。そして、ウェアラブルロボットは、当該荷重センサの検出結果やユーザの足関節の角度等に基づいて、アクチュエータを制御することにより、ユーザの歩行動作を補助する。
【０００３】
歩行動作を補助するウェアラブルロボットに用いられる荷重センサには、足裏平面に対して垂直な方向の荷重を計測することが要求される。荷重センサとして１軸だけ計測できるセンサを用いた場合、荷重センサにそれ以外の力が加わらないような工夫が必要である。なぜならば、それ以外の力が荷重センサに加わると、荷重センサが誤った値を検出したり、荷重センサが破損したりするおそれがあるからである。
【０００４】
特許文献１は、歩行動作を補助するウェアラブルロボットに用いられる荷重検出装置を開示している。荷重検出装置は、上部ソールとしての第１のプレートと、第１のプレートと対向して配置される下部ソールとしての第２のプレートと、第１のプレートと第２のプレートとの間に設けられ、第２のプレートに対して位置固定された荷重センサと、荷重センサと第１のプレートとの間に設けられ、第１のプレートにかかる荷重を荷重センサに伝達する第１の印加部材と、を備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−０９２５０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
第１のプレートと第２のプレートとは、相対的に揺動可能である。そのため、この揺動の際に揺動力が荷重センサに加わってしまう。その対策として、第１の印加部材と荷重センサの間に荷重センサに対して位置固定された第２の印加部材を設け、第１の印加部材及び第２の印加部材の相互に対向する面のいずれか一方を丸みを帯びて膨らんだ形状に形成し、他方を略平面に形成することが考えられる。これにより、揺動力が荷重センサに加わることが抑制される。
【０００７】
しかしながら、第１の印加部材及び第２の印加部材の相互に対向する面のいずれか一方を丸みを帯びて膨らんだ形状に形成すると、第１の印加部材と第２の印加部材との接触部位で応力集中が発生する。ここで、第１の印加部材と第２の印加部材が同質の素材で形成されていると、接触部位において凝着が発生しやすくなり、その結果、意図しない力が凝着部位を介して荷重センサに加わってしまう。そのため、誤検出や破損への対策において改善の余地があった。
【０００８】
したがって、本発明は、荷重の誤検出又は荷重検出装置の破損を抑制するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様による荷重検出装置は、第１のプレートと、前記第１のプレートと対向して配置される第２のプレートと、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に設けられ、前記第２のプレートに対して位置固定された荷重検出部と、前記荷重検出部と前記第１のプレートとの間に設けられ、前記第１のプレートにかかる荷重を前記荷重検出部に伝達する印加部材と、を備える。前記印加部材は、前記荷重検出部と対向する第１の面を備える。前記荷重検出部は、前記印加部材と対向し且つ前記第１の面に接触する第２の面を備える。前記第１の面及び前記第２の面のいずれか一方が丸みを帯びて膨らんだ形状に形成される。前記第１の面及び前記第２の面のいずれか一方が樹脂で形成され、他方が金属で形成される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、荷重の誤検出又は荷重検出装置の故障が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１にかかる荷重検出装置の断面図である。
【図２】経年磨耗による部材の形状変化を示す模式図である。
【図３】経年磨耗による部材の形状変化を示す模式図である。
【図４】実施の形態２にかかる荷重検出装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
＜＜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を参照して、実施の形態１にかかる荷重検出装置１を説明する。荷重検出装置１は、上部ソール１０、下部ソール２０、ガイド部材３０、印加部材４０、及び荷重検出部７１を備える。荷重検出部７１は、印加部材５１及び荷重センサ６１を備える。上部ソール１０及び下部ソール２０は、互いに対向して配置された二つのプレートである。尚、上部ソール１０及び下部ソール２０は、図示されない連結部により、ある程度の相対運動が可能なように連結されている。
【００１３】
荷重センサ６１は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。荷重センサ６１は、下部ソール２０に垂直な方向の荷重を計測する１軸センサである。荷重センサ６１は、例えば、シート型感圧センサある。以下、下部ソール２０に垂直な方向を垂直方向と称し、下部ソール２０に平行な方向を横方向と称する。垂直方向は、下部ソール２０の厚み方向に一致する。
【００１４】
印加部材５１は、上部ソール１０と荷重センサ６１との間に設けられ、荷重センサ６１に固定されている。印加部材４０は、上部ソール１０と印加部材５１との間に設けられ、上部ソール１０及び印加部材５１に対して摺動可能である。ガイド部材３０は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。ガイド部材３０は、印加部材４０の摺動方向に設けられ、印加部材４０と当接することにより印加部材４０の摺動範囲を規制する。印加部材４０とガイド部材３０との間には隙間が設けられている。尚、印加部材４０は上部ソール１０に対して位置固定されていてもよい。
【００１５】
印加部材４０は、樹脂で形成された樹脂部４０１を備える。印加部材４０は、樹脂部４０１を除いて金属で形成されている。樹脂部４０１は、ＭＣナイロンやＰＥＥＫ（polyetheretherketone）のようなプラスチック樹脂で形成されることが好ましい。印加部材４０は、印加部材５１と対向する面４０ａを備える。面４０ａは、略平面に形成されている。面４０ａは、樹脂部４０１の表面である。印加部材５１は、金属で形成されている。印加部材５１は、ＳＵＳ４４０Ｃ焼入れ鋼のような鉄系金属で形成されることが好ましい。印加部材５１は、印加部材４０と対向する面５１ａを備える。面５１ａは、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されている。面５１ａは球面に形成されることが好ましい。面４０ａと面５１ａとが接触する。上部ソール１０が足裏から受けた荷重は、印加部材４０及び５１を介して荷重センサ６１に伝達される。
【００１６】
上述したように、印加部材４０は印加部材５１に対して摺動可能である。そのため、図１の矢印９２に示されるように上部ソール１０が下部ソール２０に対して横方向に移動した場合であっても、横方向の力が荷重センサ６１に伝わることが抑制される。
【００１７】
また、印加部材５１の面５１ａが丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されているので、印加部材４０が印加部材５１に対して揺動可能である。そのため、図１の矢印９１に示されるように上部ソール１０が下部ソール２０に対して揺動した場合であっても、揺動力が荷重センサ６１に伝わることが抑制される。
【００１８】
さらにまた、印加部材４０の面４０ａが樹脂で形成され、印加部材５１の面５１ａが金属で形成されているため、印加部材４０と印加部材５１が凝着しにくい。そのため、印加部材４０から印加部材５１へ横方向の力が伝達されにくい。したがって、荷重センサ６１が誤った値を検出したり早期に破損したりすることが抑制される。
【００１９】
尚、面４０ａを金属で形成し、面５１ａを樹脂で形成してもよい。この場合でも印加部材４０と印加部材５１の凝着を抑制することができる。しかしながら、略平面に形成された面４０ａを樹脂で形成し、丸みを帯びて膨らんだ形状に形成された面５１ａを金属で形成することが好ましい。その理由を図２及び３を参照して以下に説明する。
【００２０】
図２を参照して、面４０ａが樹脂で形成され、面５１ａが金属で形成されている場合、金属よりも樹脂の方が降伏応力が小さいため、経年摩耗がすすんだ後も面５１ａが丸みを帯びて膨らんだ形状に保持される。そのため、経年摩耗がすすんだ後も揺動力が荷重センサ６１に伝わることが抑制される。
【００２１】
図３を参照して、面４０ａが金属で形成され、面５１ａが樹脂で形成されている場合、経年摩耗がすすむと面５１ａがフラット化してしまう。面５１ａがフラット化すると、揺動力が荷重センサ６１に伝わりやすくなる。
【００２２】
＜＜実施の形態２＞＞
図４を参照して、実施の形態２にかかる荷重検出装置２を説明する。実施の形態２にかかる荷重検出装置２は、以下の説明を除いて実施の形態１にかかる荷重検出装置１と同様に構成されている。
【００２３】
荷重検出装置２は、荷重検出部７１のかわりに荷重センサ６２を備える。荷重センサ６２は、上部ソール１０と下部ソール２０との間に設けられ、下部ソール２０に対して位置固定されている。荷重センサ６２は、荷重検出部と称される場合がある。荷重センサ６２は、下部ソール２０に垂直な方向の荷重を計測する１軸センサである。荷重センサ６２の感圧部は、印加部材４０と対向する面６２ａを備える。面６２ａは、金属により丸みを帯びて膨らんだ形状に形成されている。面６２ａは球面に形成されることが好ましい。面４０ａと面６２ａとが接触する。上部ソール１０が足裏から受けた荷重は、印加部材４０を介して荷重センサ６２に伝達される。実施の形態２にかかる荷重検出装置２は、実施の形態１にかかる荷重検出装置１と同様の効果を奏する。
【００２４】
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、印加部材４０の面４０ａを丸みを帯びて膨らんだ形状に形成し、印加部材５１の面５１ａを略平面に形成してもよい。この場合、面４０ａを金属で形成し、面５１ａを樹脂で形成することが好ましいが、面４０ａを樹脂で形成し、面５１ａを金属で形成してもよい。また、荷重検出装置１及び２を足裏荷重以外の荷重の検出に適用してもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１、２  荷重検出装置
１０  上部ソール
２０  下部ソール
３０  ガイド部材
４０  印加部材
４０ａ  面
４０１  樹脂部
５１  印加部材
５１ａ  面
６１、６２  荷重センサ
６２ａ  面
７１  荷重検出部
９１、９２  矢印
【図１】
0006365468.tif 000002
【図２】
0006365468.tif 000003
【図３】
0006365468.tif 000004
【図４】
0006365468.tif 000005