专利名称：起立动作辅助机器人的制作方法
技术领域：
本发明涉及对老人或需护理者从椅子或床等起立时的起立动作进行辅助的起立动作辅助机器人。
背景技术：
在专利文献I专利文献I公开了ー种具备电动机、绳、辊的起立训练机。绳卷绕于辊。绳将电动机与使用者连接。根据该文献记载的起立训练机，在使用者起立时，利用电动机来卷起绳，从而能够对使用者的起立动作进行辅助。专利文献2公开了ー种具备ー对使用者保持部、保持臂、支柱的步行辅助装置。保持臂以能够在纵向摆动的方式安装于支柱。ー对使用者保持部安装在保持臂的上端。根据该文献记载的步行辅助装置，在使用者起立吋，以ー对使用者保持部从下方保持使用者的 腋下的状态(以使用者将ー对使用者保持部夹在两腋下的状态)使保持臂摆动，由此能够对使用者的起立动作进行辅助。在先技术文献专利文献专利文献I日本特开2008-048981号公报专利文献2日本特开平7-184966号公报然而，专利文献I的起立训练机、专利文献2的步行辅助装置均为大型装置。因此，难以确保设置空间和使用空间。而且，专利文献I的起立训练机通过卷挂传递机构对使用者提供起立动作时的辅助力。另外，专利文献2的步行辅助装置通过摆动机构对使用者提供起立动作时的辅助力。因此，用于提供辅助力的机构变得复杂。
发明内容
本发明的起立动作辅助机器人鉴于上述课题而完成。本发明目的在于提供ー种能够实现小型化、且用于提供起立动作时的辅助力的机构简单的起立动作辅助机器人。(I)为了解决上述课题，本发明的起立动作辅助机器人的特征在于，所述起立动作辅助机器人具备机器人主体，该机器人主体具有基部、能够相对于该基部在上下方向伸縮的轴部和能够相对于该轴部在纵向摆动的支承部，在所述支承部追随辅助对象者的身体的一部分的动作的同时，所述轴部伸长，由此辅助该辅助对象者的起立动作。根据本发明的起立动作辅助机器人，支承部追随辅助对象者的身体的一部分(例如，胸部、腹部等)的动作，由此对辅助对象者的起立动作进行辅助。在进行辅助吋，仅是轴部向上方伸长。因此，与通过卷挂传递机构、摆动机构提供起立动作时的辅助力的情况相 比，用于提供辅助力的机构变得简单。而且，用于提供辅助力的机构简单，相应地，能够使起立动作辅助机器人小型化。(2)优选的是，在上述(I)的结构中，所述机器人主体具有主体侧固定部，所述起立动作辅助机器人还具备锚部，该锚部具有锚部侧固定部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时固定所述主体侧固定部；和搁脚部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌。根据本结构，起立动作辅助机器人具备机器人主体专用的锚部。在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，经由主体侧固定部和锚部侧固定部而将机器人主体固定于锚部。因此，能够抑制在对辅助对象者的起立动作进行辅助时机器人主体的姿势变得不稳定的情况。另外，辅助对象者自身的体重施加在锚部的搁脚部。因此，与施加辅助对象者自身的体重相应地，锚部的重量变重。在该点上，也能够抑制在对辅助对象者的起立动作进行辅助时机器人主体的姿势变得不稳定的情況。另外，与通过增大机器人主体的重量而在进行起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体轻量化。而且，与通过使机器人主体大型化而在进行起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体小型 化。另外，与例如在机器人主体具有驱动轮的情况下(没有驱动轮的情况也包括在本结构中)通过控制驱动轮(通过取得机器人主体的平衡)而在进行起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够简化机器人主体的控制机构。(2-1)优选的是，在上述(2)的结构中，所述主体侧固定部通过磁力而固定于所述锚部侧固定部。根据本结构，能够利用磁力使机器人主体与锚部合体、分离。而且，在磁力的产生中使用电磁铁的情况下(使用永久磁铁的情况也包含在本结构中)，能够使磁力自如地接通、断开。因此，能够使机器人主体与锚部简单地合体、分离。(2-2)优选的是，在上述(2)的结构中，所述主体侧固定部通过卡合力而固定于所述锚部侧固定部。根据本结构，可以利用机械卡合力(例如爪卡合等)使机器人主体与锚部合体、分离。(3)优选的是，在上述(2)的结构中，所述锚部具有供电部，该供电部在辅助所述辅助对象者的起立动作时向所述机器人主体供给电力。在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，机器人主体需要较大的电力。关于这一点，根据本结构，在对起立动作进行辅助时，从锚部向机器人主体供给电力。因此，能够抑制机器人主体的蓄电池消耗的情況。而且，能够将充足的电カ向机器人主体供给。(3-1)优选的是，在上述(3)的结构中，所述锚部通过非接触供电方式向所述机器人主体供给电力。根据本结构,能够简单地向机器人主体供给电力。(3-2)优选的是，在上述(3)的结构中，所述机器人主体在无法从所述锚部向该机器人主体进行电カ供给的情况下，使用自身的蓄电池对所述辅助对象者的起立动作进行辅助。根据本结构，即使在停电等情况下，也能够对辅助对象者的起立动作进行辅助。(4)优选的是，在上述(I)的结构中，所述机器人主体具有臂部，该臂部在辅助所述辅助对象者的起立动作时使所述机器人主体固定于与该机器人主体相邻的结构物。根据本结构，能够将辅助对象者的周围的结构物临时作为锚加以利用，固定机器人主体。因此，能够抑制在对辅助对象者的起立动作进行辅助时机器人主体的姿势变得不稳定的情况。另外，与通过增大机器人主体的重量而在起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体轻量化。而且，与通过使机器人主体大型化而在起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体小型化。另外，与例如在机器人主体具有驱动轮的情况下(没有驱动轮的情况也包括在本结构中)通过控制驱动轮(通过取得机器人主体的平衡)而在起立动作辅助时实现机器人主体的姿势稳定化的情况相比，能够简化机器人主体的控制机构。(5)优选的是，在上述(4)的结构中，还具备信息显示部，该信息显示部配置于所述结构物并显示与该结构物的耐受载荷相关的耐受载荷信息；所述机器人主体包括读取部，能够读取所述信息显示部的所述耐受载荷信息；和控制部，具有与所述辅助对象者的体重相关的体重信息；所述控制部通过对由所述读取部读取的所述耐受载荷信息与该控制部自身所具有的所述体重信息进行比较，来判断是否利用所述臂部使所述机器人主体固定于所述结构物。根据本结构，能够通过对结构物的耐受载荷信息与辅助对象者的体重信息进行比较，来判断是否使用该结构物。因此，能够抑制在对辅助对象者的起立动作进行辅助时机器人主体的姿势变得不稳定的情況。而且，能够抑制在对起立动作进行辅助时将不能耐受辅助对象者的体重的结构物用作锚的情况。(6)优选的是，在上述(I)的结构中，还具备载荷传感器；和控制部，基于由所述载荷传感器检测到的载荷来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。根据本结构，能够利用载荷传感器，来判断起立动作时的辅助对象者的体重移动即动作。(7)优选的是，在上述出)的结构中，所述机器人主体具有主体侧固定部，还具备锚部，该锚部具有锚部侧固定部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时固定所述主体侧固定部；和搁脚部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌；所述载荷传感器包括轴部侧载荷传感器，检测施加于所述轴部的轴部侧载荷；和搁脚部侧载荷传感器，检测施加于所述搁脚部的搁脚部侧载荷；所述控制部基于所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比的变化来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。根据本结构，能够基于轴部侧载荷与搁脚部侧载荷之比的变化，判断辅助对象者的体重移动。即，能够利用起立动作时的辅助对象者的体重移动的特征来判断辅助对象者的动作。(8)优选的是，在上述(7)的结构中，当所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，通过所述支承部来辅助所述辅助对象者的动作。在轴部侧载荷与搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，假定为辅助对象者处于依靠自身力气无法完全起立的状态。根据本结构，在这种情况下，能够通过使支承部移动，而对辅助对象者的动作进行辅助。(9)优选的是，在上述(6)的结构中，所述机器人主体具备踏板部，该踏板部具有搁脚部，该搁脚部在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌；所述载荷传感器包括轴部侧载荷传感器，检测施加于所述轴部的轴部侧载荷；和搁脚部侧载荷传感器，检测施加于所述搁脚部的搁脚部侧载荷；所述控制部基于所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比的变化来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。根据本结构，机器人主体具备踏板部。因此，不需要专用的锚部、用于将结构物用作锚的臂部。而且，即使在没有锚部的场所或没有适合于用作锚的结构物的场所，也能够对辅助对象者的起立动作进行辅助。(10)优选的是，在上述(9)的结构中，当所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，通过所述支承部来辅助所述辅助对象者的动作。在轴部侧载荷与搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，假定为辅助对象者处于依靠自身力气无法完全起立的状态。根据本结构，在这种情况下，能够通过使支承部移动，而对辅助对象者的动作进行辅助。发明效果根据本发明，能够提供ー种可实现小型化且用于提供起立动作时的辅助力的机构 简单的起立动作辅助机器人。
图I是第一实施方式的机器人的机器人主体与锚部合体后的状态的透视立体图。图2是图I的右侧视图。图3是图2的框III内的放大图。图4是该机器人的框图。图5(a)是呼叫步骤的示意图。(b)是合体步骤的示意图。(C)是起立动作前的步骤的示意图。(d)是起立动作中的步骤的示意图。(e)是起立动作完成的步骤的示意图。图6是第二实施方式的机器人的透视立体图。图7是第三实施方式的机器人的透视立体图。标号说明I :起立动作辅助机器人，2 :机器人主体，3 :锚部，9 :床，10 :遥控器，11 :外部电源，20 :基部，21 :轴部，22 :支承部，23L:把手部，23R:把手部，24L:主体侧固定部，24R:主体侧固定部，26L :驱动轮，26R:驱动轮，27L :受电部，27R :受电部，28 :受光部，29 :(XD相机，30L :锚部侧固定部，30R:锚部侧固定部，31 :搁脚部，32L :供电部，32R :供电部，33 :接近传感器，34 :从动轮进入部，35 :锚部主体，36 :控制箱，40 :轴部侧载荷传感器，41 :搁脚部侧载荷传感器，41R :搁脚部侧载荷传感器，42 :锚部侧控制部(控制部)，43 :主体侧控制部(控制部)，44 :信息显示部，50L :踏板部，50R :踏板部，51L :臂部，51R :臂部，90 :结构物，210 :轴部主体，211 :轴部用缸体，220 :支承部主体，220a :摆动轴，221 :支承部用电动机，222 :支承部用转矩传感器，260 :从动轮，261L :行走用电动机，261R :行走用电动机，270L 受电用线圈部，270R :受电用线圈部，290 :接近传感器，291 :蓄电池，300L :固定用线圈部，320L :供电用线圈部，421 :存储器，422 :输入输出部，430 :CPU，431 :存储器，432 :输入输出部，500R:踏板主体，501R :第一摆动轴，502R:第二摆动轴，503R :搁脚部，510R :手部，5IORa :掌部，510Rb :爪部，510Rc :爪部，511R :前臂部，512R :上臂部，Fl :轴部侧载荷，F2 搁脚部侧载荷，M :辅助对象者，f :地面。
具体实施方式
以下，说明本发明的起立动作辅助机器人的实施方式。<第一实施方式>起立动作辅助机器人的机械结构首先，说明本实施方式的起立动作辅助机器人(以下，适当简称为“机器人”)的机械结构。图I是本实施方式的机器人的机器人主体与锚部合体后的状态的透视立体图。图2表示图I的右侧视图。图3表示图2的框III内的放大图。图4表示该机器人的框图。如图I 图4所示，本实施方式的机器人I具备机器人主体2、锚部3、轴部侧载荷传感器40、搁脚部侧载荷传感器41、锚部侧控制部42、主体侧控制部43。锚部侧控制部42、主体侧控制部43包含在本发明的“控制部”的概念中。主要如图I、图4所示，机器人主体2具备基部20、轴部21、支承部22、把手部 23L、23R、主体侧固定部24L、24R、驱动轮26L、26R、从动轮260、受电部27L、27R、受光部28、CCD(Charge-CoupledDevice)相机 29、接近传感器 290、蓄电池 291。基部20呈块状。基部20具有作为将轴部21支承为能够出入的轴部支承部的功能。在基部20中收容有蓄电池291、主体侧控制部43、接近传感器290。蓄电池291是机器人主体2 (具体而言，为行走用电动机261L、26 IR、轴部用缸体211、支承部用电动机221等)的电源。CCD相机29、受光部28配置在基部20的前表面上部。受光部28能够接受来自机器人主体2用的遥控器10的红外线。受光部28具有作为输入来自辅助对象者的指示的指示输入部的功能。左右ー对驱动轮26L、26R及从动轮260配置在基部20的下方。驱动轮26L、26R及从动轮260呈三轮车状而与地面f抵接。驱动轮26L、26R及从动轮260具有作为使机器人主体2移动的移动体的功能。一对行走用电动机261L、26IR收容在基部20中。驱动轮26L由行走用电动机261L、驱动轮26R由行走用电动机261R彼此独立地驱动旋转。ー对行走用电动机261L、261R具有作为对移动体进行驱动的驱动促动器的功能。如图2所示，轴部21具备轴部主体210和轴部用缸体211。轴部主体210呈L字棱柱状。轴部主体210以能够在上下方向出入的方式安装于基部20的上表面。轴部主体210的上端向前方(辅助对象者侧)弯曲。轴部用缸体211是流体缸。轴部用缸体211收容在基部20。轴部用缸体211经由后述的轴部侧载荷传感器40而与轴部主体210的下端连接。轴部用缸体211能够对轴部主体210在上下方向进行驱动。而且，轴部用缸体211能够调整轴部主体210的顶起载荷、上升速度。左右ー对把手部23L、23R从轴部主体210的左右两面突出地设置。支承部22具备支承部主体220、支承部用电动机221、支承部用转矩传感器222。支承部主体220呈在辅助对象者侧的表面粘贴有缓冲部件的板状。如图2所示，支承部主体220的下端经由摆动轴220a以能够在纵向摆动的方式安装在轴部主体210的上端。支承部用电动机221能够对支承部主体220向正反两方向进行驱动。支承部用转矩传感器222能够检测施加于摆动轴220a的转矩。主要如图I、图3所示，左右ー对主体侧固定部24L、24R分别由磁性体制作(例如由含铁的金属制作)且呈板状。主体侧固定部24L、24R分别以能够在纵向摆动的方式安装在基部20的下表面。主体侧固定部24L、24R分别被弹簧(未图示)向基部20的下表面方向施力。
主要如图I、图3、图4所示，左右一对受电部27L、27R分别具备受电用线圈部270L、270R。受电部27L、27R配置在主体侧固定部24L、24R的后方。受电部27L、27R收容在基部20。主要如图I、图3、图4所示，锚部3具备锚部侧固定部30L、30R、搁脚部31、供电部32L、32R、接近传感器33、从动轮进入部34、锚部主体35、控制箱36。锚部主体35呈长方形板状。搁脚部31配置在锚部主体35的上表面。从动轮进入部34从锚部主体35的后边缘的左右方向中央朝向前方凹陷设置。接近传感器33配置在从动轮进入部34的前方。接近传感器33收容在锚部主体35。
锚部侧固定部30L、30R是电磁铁。锚部侧固定部30L、30R具备固定用线圈部300L、300R。锚部侧固定部30L、30R配置在从动轮进入部34的左右两侧。锚部侧固定部30L、30R收容在锚部主体35。如图I、图3所示，在机器人主体2与锚部3合体的状态下，锚部侧固定部30L、30R与主体侧固定部24L、24R在上下方向对置。供电部32L、32R具备供电用线圈部320L、320R。供电部32L、32R配置在锚部侧固定部30L、30R的后方。供电部32L、32R收容在锚部主体35。如图I、图3所示，在机器人主体2与锚部3合体后的状态下，供电部32L、32R与受电部27L、27R在上下方向对置。控制箱36配置在锚部主体35的上表面前方。在控制箱36收容有后述的锚部侧控制部42。如图4所示，从外部电源11 (例如家庭用电源)向锚部侧控制部42供给电力。如图2所示，轴部侧载荷传感器40安装在机器人主体2的轴部主体210的下端。轴部侧载荷传感器40能够检测施加于轴部主体210的载荷。搁脚部侧载荷传感器41配置在锚部3的搁脚部31的下方。搁脚部侧载荷传感器41收容在锚部主体35。搁脚部侧载荷传感器41能够检测施加于搁脚部31的载荷。起立动作辅助机器人的电气结构接下来，说明本实施方式的起立动作辅助机器人的电气结构。如图4所示，主体侧控制部43具备CPU (Central Processing Unit) 430、存储器431、输入输出部432。主体侧控制部43收纳在图I所示的机器人主体2的基部20。从蓄电池291向主体侧控制部43供给电力。从轴部侧载荷传感器40、支承部用转矩传感器222、CCD相机29、接近传感器290向主体侧控制部43输入检测信号。而且，经由受光部28，从遥控器10向主体侧控制部43传送命令。而且，主体侧控制部43向轴部用缸体211、支承部用电动机221、行走用电动机261L、261R输出驱动信号。锚部侧控制部42具备CPU420、存储器421、输入输出部422。锚部侧控制部42收纳在图I所示的锚部3的控制箱36中。从外部电源11向锚部侧控制部42供给电力。从搁脚部侧载荷传感器41、接近传感器33向锚部侧控制部42输入检测信号。而且，锚部侧控制部42向固定用线圈部300L、300R、供电用线圈部320L、320R输出驱动信号。主体侧控制部43与锚部侧控制部42能够以无线方式进行双向通信。因此，经由主体侧控制部43，从轴部侧载荷传感器40、支承部用转矩传感器222、CCD相机29向锚部侧控制部42输入检测信号。而且，锚部侧控制部42经由主体侧控制部43向轴部用缸体211、支承部用电动机221输出驱动信号。起立动作辅助机器人的动作接下来，说明本实施方式的起立动作辅助机器人的动作。对起立动作进行辅助时的机器人的动作包括呼叫步骤、合体步骤、起立动作前的步骤、起立动作中的步骤、起立动作完成的步骤。图5(a)表示呼叫步骤的示意图。图5(b)表示合体步骤的示意图。图5 (C)表示起立动作前的步骤的示意图。图5(d)表示起立动作中的步骤的示意图。图5(e)表示起立动作完成的步骤的示意图。在不使用机器人时，机器人主体2在供电站(未图示)待机。在供电站处，与后述的锚部3同样地，通过非接触供电方式对机器人主体2的蓄电池进行充电。锚部3放置于在床9的旁边的地面f上。(呼叫步骤)如图5(a)所示，在本步骤中，使机器人主体2从供电站向床9的旁边(即锚部3)移动。即，辅助对象者M经由从遥控器10发送的红外线，向机器人主体2 (具体而言是图4所示的受光部28)的主体侧控制部43传送呼叫命令。接收到呼叫命令的机器人主体2使用接近传感器290、CXD相机29来确认周围的状况，并使用驱动轮26L、26R自走。然后，机器人主体2到达锚部3。(合体步骤)如图5(b)所示，在本步骤中，将机器人主体2固定于锚部3。即，如图I所示，在机器人主体2到达锚部3的状态下，从动轮260进入到从动轮进入部34。而且，如图I、图3所示，锚部侧固定部30L、30R与主体侧固定部24L、24R在上下方向对置。而且，供电部32L、32R与受电部27L、27R在上下方向对置。如图3所示，接近传感器33检测自身与从动轮260之间的距离。如图4所示，检测到的距离从接近传感器33向锚部侧控制部42传送。在存储器421中预先存储有规定的距离(具体而言，锚部侧固定部30L、30R与主体侧固定部24L、24R在上下方向对置且供电部32L、32R与受电部27L、27R在上下方向对置的距离)。CPU420在接近传感器33的检测距离与存储于存储器421的规定距离一致时，向固定用线圈部300L、300R通电。因此，锚部侧固定部30L、30R产生磁吸引力。如图3所示，在该磁吸引力的作用下，主体侧固定部24L、24R克服弹簧的作用力，而靠近锚部侧固定部30L、30R。并且，主体侧固定部24L、24R吸附在锚部主体35的上表面。通过该吸附，将机器人主体2固定于锚部3。如图5(b)所示，辅助对象者M的脚部放置在锚部3的搁脚部31。因此，搁脚部侧载荷F2从辅助对象者M向锚部3的搁脚部31输入。因此，能够将机器人主体2牢固地固定。另外，如图4所示，CPU420在接近传感器33的检测距离与存储于存储器421的规定距离一致时，向供电用线圈部320L、320R通电。因此，如图3、图4所示，从供电部32L、32R(供电用线圈部320L、320R)向受电部27L、27R(受电用线圈部270L、270R)通过非接触供电方式供给电カ。如此，在机器人主体2与锚部3合体后的状态下，不仅从机器人主体2的蓄电池291向机器人主体2供给电力，还从锚部3(即外部电源11)向机器人主体2供给电力。因此，能够从锚部3供给起立动作所需的电力。在确认为将机器人主体2固定于锚部3之后，辅助对象者M经由从遥控器10发送的红外线，向机器人主体2的主体侧控制部43传送辅助开始命令。辅助开始命令从主体侧 控制部43向锚部侧控制部42传送。
如图4所示，在锚部侧控制部42的存储器421预先存储有辅助对象者M的体格信息。接收到辅助开始命令的CPU420对轴部用缸体211进行驱动，以使支承部主体220达到比辅助对象者M的胸部稍低的位置。即，使轴部主体210伸縮。(起立动作前的步骤)如图5(c)所示，在本步骤中，通过机器人I对辅助对象者M即将进入起立动作之前的动作进行辅助。即，在辅助对象者M将要进入起立动作吋，辅助对象者M把持把手部23L、23R并同时将胸部按压在支承部主体220的表面。如图4所示，施加于轴部主体210的轴部侧载荷Fl经由轴部侧载荷传感器40、主体侧控制部43向锚部侧控制部42输入。即，输入从辅助对象者M的胸部施加的载荷。而且，施加于搁脚部31的搁脚部侧载荷F2经由搁脚部侧载荷传感器41向锚部侧控制部42输入。即，输入从辅助对象者M的脚掌部施加的载荷。
如图5(c)所示，辅助对象者M把持把手部23L、23R并将胸部按压在支承部主体220的表面时，轴部侧载荷Fl増加。如图4所示，根据该轴部侧载荷Fl的増加，CPU420判断出辅助对象者M将要进入起立动作。CPU420经由主体侧控制部43使支承部主体220摆动，以追随辅助对象者M的胸部的动作。具体而言，如图2、图4所示，施加于摆动轴220a的转矩经由支承部用转矩传感器222、主体侧控制部43向锚部侧控制部42传送。在存储器421中预先存储有规定的转矩值。CPU420在支承部用转矩传感器222的检测转矩值超过了存储在存储器421中的规定转矩值时，对支承部用电动机221进行驱动。并且，如图5 (c)所示，使支承部主体220向后方(辅助对象者M的胸部按压支承部主体220的方向)摆动。如图4所示，在存储器421中预先存储有辅助对象者M的体重信息。如图5(c)所示，轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2的合计值与存储在存储器421中的辅助对象者M的体重一致吋，辅助对象者M离开床9。这种情况下，CPU420判断为辅助对象者M已转移到起
立动作。(起立动作中的步骤)如图5(d)所示，在本步骤中，通过机器人I对辅助对象者M的起立动作进行辅助。即，在辅助对象者M进入了起立动作之后，轴部主体210伸长以追随辅助对象者M的动作。具体而言，如图2、图4所示，施加于轴部主体210的轴部侧载荷Fl经由轴部侧载荷传感器40、主体侧控制部43向锚部侧控制部42传送。在存储器421中预先存储有规定的载荷值。CPU420在轴部侧载荷Fl小于存储在存储器421中的规定载荷值时，经由主体侧控制部43对轴部用缸体211进行驱动。并且，如图5(d)所示，使轴部主体210向上方(支承部主体220追上辅助对象者M的胸部的方向)伸长。另外，如图5 (d)所示，在辅助对象者M进入了起立动作之后，支承部主体220进行摆动以追随辅助对象者M的动作。具体而言，如图2、图4所示，施加干支承部主体220的载荷经由支承部用转矩传感器222、主体侧控制部43向锚部侧控制部42传送。在存储器421中预先存储有规定的转矩值。CPU420在支承部用转矩传感器222的检测转矩值小于存储在存储器421中的规定转矩值时，经由主体侧控制部43对支承部用电动机221进行驱动。并且，如图5 (d)所示，使支承部主体220向前方(支承部主体220追上辅助对象者M的胸部的方向)摆动。
随着辅助对象者M起立，轴部侧载荷Fl逐渐减小。另ー方面，搁脚部侧载荷F2逐渐增加。在轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2之比在规定时间不变吋，认为辅助对象者M依靠自身力气无法完全起立。这种情况下，如图4所示，CPU420对轴部用缸体211进行驱动。并且，如图5(d)所示，使轴部主体210向上方(支承部主体220按压辅助对象者M的胸部的方向)伸长。而且，如图4所示，CPU420对支承部用电动机221进行驱动。并且，如图5 (d)所示，使支承部主体220向前方(支承部主体220按压辅助对象者M的胸部的方向)摆动。如此，在辅助对象者M无法完全起立时，机器人I对辅助对象者M的起立动作进行辅助。(起立动作完成的步骤)如图5(e)所示，在本步骤中，机器人I完成辅助对象者M的起立动作的辅助。SP，在轴部侧载荷Fl成为O且搁脚部侧载荷F2与存储在存储器421中的辅助对象者M的体重一致吋，辅助对象者M的起立动作完成。这种情况下，CPU420判断为辅助对象者M完成了起立动作。
如此，机器人I通过使轴部主体210及支承部主体220追随辅助对象者M的动作，而对辅助对象者M的起立动作进行辅助。而且，根据轴部侧载荷Fl及搁脚部侧载荷F2的变化，来判断辅助对象者M的姿势。作用效果接下来，说明本实施方式的起立动作辅助机器人的作用效果。如图5(a) 图5(e)所示，根据本实施方式的机器人I，支承部主体220将辅助对象者M的胸部从下方顶起，由此对辅助对象者M的起立动作进行辅助。在进行辅助吋，仅是轴部主体210向上方伸长。因此，用于提供辅助力的机构变得简单。即，如图2所示，能够通过使轴部主体210以直线状往复移动的轴部用缸体211提供辅助力。而且，用于提供辅助力的机构简单，相应地，能够使机器人I小型化。另外，如图5(a) 图5(e)所示，本实施方式的机器人I具备机器人主体2专用的锚部3。如图3所示，在对辅助对象者M的起立动作进行辅助吋，经由主体侧固定部24L、24R和锚部侧固定部30L、30R，将机器人主体2固定于锚部3。因此，在对辅助对象者M的起立动作进行辅助吋，能够抑制机器人主体2的姿势变得不稳定的情況。另外，如图5(a) 图5(e)所示，辅助对象者M自身的体重施加于锚部3的搁脚部31。因此，与施加辅助对象者M自身的体重相应地，锚部3的重量变重。在该点上，也能够抑制在对辅助对象者M的起立动作进行辅助时机器人主体2的姿势变得不稳定的情況。另外，与通过增大机器人主体2的重量而在进行起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体2轻量化。而且，与通过使机器人主体2大型化而在进行起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体2小型化。另外，与通过控制驱动轮26L、26R(通过取得机器人主体2的平衡)而在进行起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够简化机器人主体2的控制机构。另外，主体侧固定部24L、24R通过电磁铁的磁吸引力而被固定于锚部侧固定部30L、30R。因此，通过使向电磁铁的通电接通、断开，能够使机器人主体2与锚部3简单地合体、分离。另外，在机器人主体2与锚部3分离时，在锚部侧固定部30L、30R未产生磁吸引力。因此，能够抑制锚部侧固定部30L、30R的磁吸引力影响辅助对象者M周边的设备的情况。另外，如图3、图4所示，锚部3具备供电部32L、32R。因此，在对起立动作进行辅助时，能够从锚部3(即外部电源11)向机器人主体2供给电力。因此，能够抑制机器人主体2的蓄电池291消耗的情況。而且，能够向机器人主体2供给辅助起立动作所需的充足的电力。而且，锚部3通过非接触供电方式向机器人主体2供给电力。因此，能够简单地向机器人主体2供给电カ。另外，如图4、图5(a) 图5(e)所示，本实施方式的机器人I的锚部侧控制部42基于轴部侧载荷传感器40的轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷传感器41的搁脚部侧载荷F2之比的变化，来判断辅助对象者M的体重移动。 S卩，如图5(c)所示，在轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2的合计值与存储于存储器421的辅助对象者M的体重一致时，CPU420判断为辅助对象者M已转移到起立动作。而且，如图5(d)所示，在轴部侧载荷Fl逐渐减小且搁脚部侧载荷F2逐渐增加吋，CPU420判断为辅助对象者M处于起立动作中。而且，如图5(e)所示，在轴部侧载荷Fl成为O且搁脚部侧载荷F2与存储在存储器421中的辅助对象者M的体重一致吋，CPU420判断为辅助对象者M的起立动作已完成。并且，CPU420根据判别结果，适当地驱动轴部主体210、支承部主体220。如此，根据本实施方式的机器人I,能够利用起立动作时的辅助对象者M的体重移动的特征，判断辅助对象者M的动作。另外，如图4、图5(a) 图5(e)所示，本实施方式的机器人I的锚部侧控制部42在轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2之比在一定时间基本不变时，通过支承部主体220对辅助对象者M的动作进行辅助。因此，只要在辅助对象者M处于依靠自身力气无法完全起立的状态的情况下，就能够对辅助对象者M的动作进行辅助。换言之,在辅助对象者M依靠自身力气进行起立动作的期间，支承部主体220不按压辅助对象者M。支承部主体220仅是追随辅助对象者M的动作而移动。因此，与机器人I对辅助对象者M的全部起立动作进行辅助的情况相比，辅助对象者M的体力不易衰减。如此，本实施方式的机器人I适合于辅助对象者M的起立训练。另外，如图2所示，本实施方式的机器人I的机器人主体2使轴部主体210收缩，如虚线所示，使支承部主体220向下方摆动，由此能够实现小型化。因此，方便进行收纳或搬运。另外,如图3所示，主体侧固定部24L、24R的摆动轴配置在主体侧固定部24L、24R的前端(机器人主体2接近锚部3时的前进方向前端)。因此，即使对主体侧固定部24L、24R向基部20的下表面方向施力的弹簧的作用力劣化,在机器人主体2固定于锚部3时，主体侧固定部24L、24R也能够与锚部主体35的上表面进行滑动接触并到达锚部侧固定部30L、30R的上方位置。另外，如图5(a) 图5(e)所示，轴部主体210呈现出向辅助对象者M侧弯曲的弯曲柱状(具体而言是L字棱柱状)。而且，支承部主体220配置在轴部主体210的辅助对象者M侧的前端。因此，辅助对象者M容易使胸部与支承部主体220接触。而且，把手部23L、23R相比支承部主体220从辅助对象者M分离。因此，通过辅助对象者M把持把手部23L、23R，而容易利用臂カ相对地将支承部主体220拉近到胸ロ。因此，能够将接近辅助对象者M的重心的位置配置在支承部主体220的正上方。〈第二实施方式〉本实施方式的起立动作辅助机器人与第一实施方式的起立动作辅助机器人的不同点是，机器人主体不具备专用的锚部而具备踏板部。在此，仅说明不同点。图6表不本实施方式的机器人的透视立体图。另外,对与图I对应的部位，以相同的标号表不。如图6所不,机器人主体2具备左右一对踏板部50L、50R。踏板部50R具备踏板主体500R、第一摆动轴501R、第二摆动轴502R。第二摆动轴502R从基部20的右表面突出地设置。如箭头Yl所示，第二摆动轴502R能够通过第二摆动电动机(未图示)绕自身的轴进行摆动。第一摆动轴50IR安装在第二摆动轴502R的前端。如箭头Y2所示，第一摆 动轴50 IR能够通过第一摆动电动机(未图示)绕自身的轴进行摆动。踏板主体500R呈平板状。踏板主体500R固定在第一摆动轴501R。通过使第一摆动轴501R、第二摆动轴502R摆动，能够将踏板主体500R从向基部20的右侧跳起的收纳状态切换成图6所示的使用状态。在踏板主体500R的上表面配置搁脚部503R。在踏板主体500R收纳有搁脚部侧载荷传感器41R。搁脚部侧载荷传感器41R配置在搁脚部503R的下方。另外，踏板部50L的结构与上述踏板部50R的结构同样。踏板部50L的配置、动作与上述踏板部50R的配置、动作成左右对称。本实施方式的起立动作辅助机器人I和第一实施方式的起立动作辅助机器人关于结构相同的部分具有同样的作用效果。而且，根据本实施方式的机器人1，机器人主体2具备踏板部50L、50R。因此，不需要专用的锚部、用于将结构物用作锚的臂部。而且，即使在没有锚部的场所或没有适合于用作锚的结构物的场所，也能够对辅助对象者的起立动作进行辅助。〈第三实施方式〉本实施方式的起立动作辅助机器人与第一实施方式的起立动作辅助机器人的不同点是，机器人主体不具备专用的锚部而具备臂部。在此，仅说明不同点。图7表示本实施方式的机器人的透视立体图。另外，对与图I对应的部位，以相同的标号表不。如图7所不,机器人主体2具备左右一对臂部51L、51R。臂部51R具备手部510R、前臂部511R、上臂部512R。如箭头Y3所示，上臂部512R的上端以能够摆动的方式安装在基部20的右表面。如箭头Y4所示，前臂部511R的后端以能够摆动的方式安装在上臂部512R的下端。手部510R具备掌部510Ra、一对爪部510Rb、510Rc。如箭头Y5所示，掌部5IORa以能够摆动的方式安装在前臂部51 IR的前端。爪部5IORb、5IORc以能够开闭的方式安装在掌部510Ra。构成臂部51R的各构件分别通过电动机(未图示)来驱动。另外，臂部51L的结构与上述臂部51R的结构相同。臂部51L的配置、动作与上述臂部51R的配置、动作成左右对称。机器人主体2的主体侧控制部通过(XD相机29搜索位于辅助对象者的周围的结构物。CCD相机29包含在本发明的“读取部”的概念中。例如，发现结构物(床的管)90时，主体侧控制部通过(XD相机29来拍摄信息显示部(条形码)44。信息显示部44中收容有结构物90的耐受载荷信息。主体侧控制部根据信息显示部44的摄像結果，识别该结构物90的耐受载荷信息。另ー方面，在主体侧控制部的存储器中存储有辅助对象者的体重信息。主体侧控制部的CPU对结构物90的耐受载荷信息与辅助对象者的体重信息进行比较。比较的结果是，在判断为能够使用结构物90作为锚对辅助对象者的起立动作进行辅助吋，CPU驱动臂部51L、51R而把持结构物90。并且，直接在该状态下对辅助对象者的起立动作进行辅助。本实施方式的起立动作辅助机器人I与第一实施方式的起立动作辅助机器人关于结构共通的部分具有同样的作用效果。而且，根据本实施方式的机器人1，机器人主体2具备臂部51L、51R。因此，不需要专用的锚部或踏板部。而且，即使在没有锚部的场所，也能够对辅助对象者M的起立动作进行辅助。另外，根据本实施方式的机器人1，能够将辅助对象者的周围的结构物90临时用作锚，而对机器人主体2进行固定。因此，在对辅助对象者的起立动作进行辅助吋，能够抑制机器人主体2的姿势变得不稳定的情況。 另外，与通过增大机器人主体2的重量而在进行起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体2轻量化。而且，与通过使机器人主体2大型化而在进行起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够使机器人主体2小型化。另外，与通过控制驱动轮26L、26R(通过取得机器人主体2的平衡)而在起立动作辅助时实现机器人主体2的姿势稳定化的情况相比，能够简化机器人主体2的控制机构。另外，根据本实施方式的机器人1，通过对结构物90的耐受载荷信息与辅助对象者的体重信息进行比较，能够判断是否使用该结构物90。因此，能够抑制在对辅助对象者的起立动作进行辅助时机器人主体2的姿势变得不稳定的情況。而且，能够抑制在对起立动作进行辅助时将耐受不住辅助对象者的体重的结构物90用作锚的情況。〈其他〉以上，说明了本发明的起立动作辅助机器人的实施方式。然而，实施方式并未特别限定为上述方式。也可以以本领域技术人员能进行的各种变形的方式、改良的方式来实施。如图5 (e)所示，在起立动作完成的步骤之后，辅助对象者M也可以将机器人主体2使用于步行辅助。这种情况下，也可以通过图4所示的主体侧控制部43，使驱动轮26L、26R适当滚动。另外，如图5(c)所示，当辅助对象者M要成为前倾姿势时，轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2之比在一定时间基本不变的情况下，也可以通过图4所示的锚部侧控制部42来驱动支承部用电动机221，并通过支承部主体220将辅助对象者M的胸部推回。如此，辅助对象者M能够复位成图5 (b)的座位的状态。另外，如图5(d)所示，在辅助对象者M进入了起立动作之后，也可以通过图4所示的锚部侧控制部42限制支承部用电动机221的旋转轴的旋转方向，以仅允许支承部主体220向后方(按压辅助对象者M的胸部的方向)摆动的方向。如此，能够抑制辅助对象者M的姿势乱动而前倾的情況。另外，在上述实施方式中，如图5(a) (e)所示，根据轴部侧载荷Fl与搁脚部侧载荷F2之比的变化，来判断辅助对象者M的动作、姿势。然而，也可以根据轴部侧载荷Fl的变化(在图5(a)、图5(b)的状态下为0，在图5(c)的状态下剧增，在图5(d)的状态下减小，在图5(e)的状态下为O)，来判断辅助对象者M的动作、姿势。另外，也可以根据搁脚部侧载荷F2的变化(在图5(a)、图5(b)的状态下为低值，在图5(c)的状态下增加，在图5(d)的状态下增加，在图5(e)的状态下与辅助对象者M的体重为同值)，来判断辅助对象者M的动作、姿势。而且，图7所示的结构物90的种类并未特别限定。也可以是管、地面、壁面、搁板、柱等。另外，图4所示的轴部侧载荷传感器40、搁脚部侧载荷传感器41的种类并未特别限定。也可以使用应变片、负载传感器、电阻变化型传感器、静电电容型传感器等。尤其是使用能够检测面压分布的传感器作为搁脚部侧载荷传感器41吋，能够根据该面压分布来判断辅助对象者M的动作、姿势、重心等。另外，机器人主体2的读取部的种类并未特别限定。除了图7所示的CXD相机29之外，也可以使用 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)相机、红外相机等。 而且，图4所示的接近传感器33、290的种类并未特别限定。也可以使用例如超声波式、激光式的接近传感器33、290。而且，也可以使用CXD相机29、CMOS相机、红外相机等作为接近传感器33、290。另外，图4所示的支承部用转矩传感器222的种类并未特别限定。也可以使用例如分流电阻式、霍尔模块式的转矩传感器。而且，机器人主体2的移动机构并未特别限定。除了车轮(驱动轮26L、26R)之外，还可以使用无限轨道、腿、能够蜿蜒前进的多关节体等。另外，也可以取代图4所示的各种电动机而使用流体缸(液压缸、气缸等)、人工肌肉等其他的促动器。同样地，也可以取代流体缸而使用电动机、人工肌肉等其他的促动器。另外，图3所示的锚部侧固定部30L、30R除了电磁铁之外，也可以是永久磁铁。而且，主体侧固定部24L、24R也可以是磁铁(电磁铁、永久磁铁)。而且,将机器人主体2固定于锚部3、结构物90时的固定机构并未特别限定。能够使用利用了负压的吸附机构、利用了机械卡合力的卡合机构、利用了机械把持力的把持机构、利用了摩擦力的摩擦机构等。优选可简单地固定和分离的机构。另外，如图4所示，辅助对象者M的体重信息也可以预先存储在存储器431、421中。而且，也可以在存储器431、421中预先存储人的体格与体重之间的相关映射，将通过CCD相机29拍摄到的辅助对象者M的图像与该相关映射进行比较，由此来生成辅助对象者M的体重信息。而且，信息显示部44的种类并未特别限定。除了条形码之外，也可以使用文字、图形、记号、QR代码(注册商标)等ニ维代码。另外，如图5(c)、图5(d)所示，支承部主体220也可以将辅助对象者M的胸部顶起。而且，支承部主体220也可以将辅助对象者M的两肩部、腹部、背部、两腋部、两肘部顶起。优选的是，支承部主体220将辅助对象者M的上半身的一部分顶起。如此，辅助对象者M的下半身侧的载荷容易由搁脚部侧载荷传感器41检测，辅助对象者M的上半身侧的载荷容易由轴部侧载荷传感器40检测。因此，辅助对象者M的姿势、动作的把握变得容易。而且，也可以不配置图I所示的把手部23L、23R。另外，从锚部3向机器人主体2的供电方式并未限定为非接触供电方式。例如，也可以通过有线方式从锚部3向机器人主体2供电。S卩，也可以在锚部3及机器人主体2中的一方配置插座而在另一方配置插头，通过在锚部3与机器人主体2合体时将插座和插头连接，而从锚部3向机器人主体2供给电カ。
权利要求
1.ー种起立动作辅助机器人， 所述起立动作辅助机器人具备机器人主体，该机器人主体具有基部、能够相对于该基部在上下方向伸缩的轴部和能够相对于该轴部在纵向摆动的支承部， 在所述支承部追随辅助对象者的身体的一部分的动作的同时，所述轴部伸长，由此辅助该辅助对象者的起立动作。
2.根据权利要求I所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述机器人主体具有主体侧固定部； 所述起立动作辅助机器人还具备锚部，该锚部具有锚部侧固定部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时固定所述主体侧固定部；和搁脚部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌。
3.根据权利要求2所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述锚部具有供电部，该供电部在辅助所述辅助对象者的起立动作时向所述机器人主体供给电力。
4.根据权利要求I所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述机器人主体具有臂部，该臂部在辅助所述辅助对象者的起立动作时使所述机器人主体固定于与该机器人主体相邻的结构物。
5.根据权利要求4所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述起立动作辅助机器人还具备信息显示部，该信息显示部配置于所述结构物并显示与所述结构物的耐受载荷相关的耐受载荷信息； 所述机器人主体包括读取部，能够读取所述信息显示部的所述耐受载荷信息；和控制部，具有与所述辅助对象者的体重相关的体重信息； 所述控制部通过对由所述读取部读取的所述耐受载荷信息与该控制部自身所具有的所述体重信息进行比较，来判断是否利用所述臂部使所述机器人主体固定于所述结构物。
6.根据权利要求I所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述起立动作辅助机器人还具备 载荷传感器；和 控制部，基于由所述载荷传感器检测到的载荷来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。
7.根据权利要求6所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述机器人主体具有主体侧固定部； 所述起立动作辅助机器人还具备锚部，该锚部具有锚部侧固定部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时固定所述主体侧固定部；和搁脚部，在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌； 所述载荷传感器包括轴部侧载荷传感器，检测施加于所述轴部的轴部侧载荷；和搁脚部侧载荷传感器，检测施加于所述搁脚部的搁脚部侧载荷； 所述控制部基于所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比的变化来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。
8.根据权利要求7所述的起立动作辅助机器人，其中， 当所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，通过所述支承部来辅助所述辅助对象者的动作。
9.根据权利要求6所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述机器人主体具备踏板部，该踏板部具有搁脚部，该搁脚部在辅助所述辅助对象者的起立动作时供该辅助对象者放置脚掌； 所述载荷传感器包括轴部侧载荷传感器，检测施加于所述轴部的轴部侧载荷；和搁脚部侧载荷传感器，检测施加于所述搁脚部的搁脚部侧载荷； 所述控制部基于所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比的变化来判断所述辅助对象者的体重移动，并驱动所述轴部及所述支承部。
10.根据权利要求9所述的起立动作辅助机器人，其中， 当所述轴部侧载荷与所述搁脚部侧载荷之比在一定时间基本不变时，通过所述支承部来辅助所述辅助对象者的动作。
全文摘要
本发明的课题在于提供一种能够实现小型化、且用于提供起立动作时的辅助力的机构简单的起立动作辅助机器人。起立动作辅助机器人(1)具备机器人主体(2)，该机器人主体(2)具有基部(20)、能够相对于基部(20)在上下方向伸缩的轴部(21)、能够相对于轴部(21)在纵向摆动的支承部(22)。起立动作辅助机器人(1)的特征在于，在支承部(22)追随辅助对象者(M)的身体的一部分的动作的同时，轴部(21)伸长，由此来对辅助对象者(M)的起立动作进行辅助。
文档编号A61G7/10GK102688130SQ201210080830
公开日2012年9月26日 申请日期2012年3月23日 优先权日2011年3月25日
发明者神藤高广, 铃木淳 申请人:富士机械制造株式会社