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公开有ー种抱起协助装置。该文献记载的抱起协助装置具备抱起臂、平行连杆体、电动机。抱起臂与平行连杆体连接。平行连杆体能够通过电动机而沿上下方向移动。根据该文献记载的抱起协助装置，当需护理者起立时，在将抱起臂插入腋下的状态下使平行连杆体上升，由此能够对需护理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。保持臂以能够沿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，在需护理者起立时，在将使用者保持部插入腋下的状态下使保持臂摆动，由此能够对需护理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2003-325582号公报专利文献2日本特开平7-184966号公报在通过专利文献I的抱起协助装置或专利文献2的步行辅助装置等机器人对需护理者的起立动作进行辅助时，需要可靠地辅助需护理者的动作。因此，需要使对起立动作进行辅助时的机器人自身的姿势稳定化。因此，机器人的重量大多较重。而且，机器人的体格大多较大。然而，在机器人较重时，难以进行搬运等处理。而且，在机器人较大时，机器人的使用空间、设置空间也増大。
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可简单地实现小型化及轻量化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，具备机器人主体，具有以能够在纵向摆动的方式相互连接的多个框架部；以能够摆动的方式配置在处于最上方的所述框架部上、且保持辅助对象者的身体的一部分的保持部；及以能够旋转的方式配置在处于最下方的所述框架部上、且在地面上移动的移动体；和臂部，配置于所述机器人主体，并能够使该臂部自身固定于相邻的结构物或与该结构物分离；在所述臂部固定于所述结构物、且所述保持部保持所述辅助对象者的身体的一部分的状态下，多个所述框架部进行摆动，由此辅助该辅助对象者的起立动作。本发明的起立动作辅助机器人具备臂部。在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，机器人主体经由臂部而固定于结构物。即，起立动作辅助机器人将辅助对象者的周围的结构物临时作为锚部加以利用。因此，在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，能够抑制机器人主体的姿势变得不稳定的情況。另外，与通过加重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时通过控制驱动轮(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)优选的是，在上述(I)的结构中，还具备信息显示部，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；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；在辅助该辅助对象者的起立动作之前，所述控制部对通过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，并判断是否将所述臂部固定于所述结构物。根据本结构，通过对结构物的耐受载荷信息和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。因此，在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，能够抑制机器人主体的姿势变得不稳定的情況。另外，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用作锚部的情况。(2-1)优选的是，在上述(2)的结构中，还具备能够识别所述辅助对象者的体格的视觉辨认部，所述控制部具有该体格与体重之间的相关映射，该控制部通过该相关映射，根据该体格来生成所述体重信息。根据本结构，控制部根据辅助对象者的外观来判断体重。因此，无需预先将辅助对象者的体重向控制部输入。因此，对于不确定的多个辅助对象者，能够选择与各自的体重对应的结构物。(3)优选的是，在上述(I)或(2)的结构中，所述臂部具有从上下方向把持或解除所述结构物的钳手部。在对辅助对象者的起立动作进行辅助时，载荷从上下方向施加到臂部与结构物的连接部。在这ー点，根据本结构，使钳手部的夹持方向与上下方向一致。因此，在对起立动作进行辅助时，臂部与结构物不易分离。而且，机器人主体的姿势可保持稳定。发明效果根据本发明，能够提供ー种可简单地实现小型化及轻量化的起立动作辅助机器人。
图I是第一实施方式的机器人的从前方观察到的立体图。图2是该机器人的从后方观察到的立体图。图3是该机器人的透视右侧视图。图4是该机器人的保持部的俯视图。图5是该机器人的框图。图6是该机器人的呼叫步骤的示意图。图7是后方的CXD相机的图像的示意图。图8是该机器人在对结构物进行检查时的从后方观察到的立体图。
图9是该机器人的保持动作步骤的示意图。图10是该机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其I)。图11是该机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其2)。图12是该机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其3)。图13是第二实施方式的机器人的右侧的臂部的钳手部附近的透视立体图。标号说明I :动作辅助机器人，2 :机器人主体，6L :臂部，6R :臂部，20 :下肢框架(框架部)，21 :上肢框架(框架部)，22 :保持部，23 :踏板，24 :膝部支承体，26 :驱动轴，27 :上肢框架用摆动轴，28 :保持部用摆动轴，29L :驱动轮(移动体)，29R :驱动轮(移动体)，30 :下肢框架 用摆动轴，40 :控制箱(控制部)，60R :臂部主体，61L :钳手部，61R :钳手部，90 :床，200L :侧面板，200R :侧面板，201 :前面板，220C :中央部，220L :左翼部，220R :右翼部，221L :左翼部用摆动轴，221R :右翼部用摆动轴，222L :把手，223 :显示器，224C :中央气囊，224L :左方气囊，224R:右方气囊，230 :板主体，231 :臂，232 :踏板用气缸，232a :气缸主体，232b :活塞，233 :从动轮，240 :支承体主体，241 :被引导轨道，242 :膝部支承体用气缸，242a :气缸主体，242b :活塞，243 :引导块，243a :块片，400 :计算机，400a CPU,400b :存储器，401 :输入输出部，402 :受光部，410 :遥控器，411a 411c CCD相机，412 :相机用轮，412a :图像，413 :保持部用摆动轴转矩传感器，414 :上肢框架用摆动轴转矩传感器，415 :下肢框架用摆动轴转矩传感器，416 :左翼部用摆动轴转矩传感器，417 :右翼部用摆动轴转矩传感器，418 :左方气囊用载荷传感器，419 :右方气囊用载荷传感器，420 :陀螺仪，421 :加速度传感器，422 :载荷分布传感器，423 :距离传感器，424L :臂部用摆动轴转矩传感器，424R :臂部用摆动轴转矩传感器，425L :手部用摆动轴转矩传感器，425R :手部用摆动轴转矩传感器，426L :上手指部用摆动轴转矩传感器，426R :上手指部用摆动轴转矩传感器，427L :下手指部用摆动轴转矩传感器，427R:下手指部用摆动轴转矩传感器，430 :保持部用电动机，431 :上肢框架用电动机，432 :下肢框架用电动机，433 :左翼部用电动机，434 :右翼部用电动机，435 :中央空气压缩机，436 :左方空气压缩机，437 :右方空气压缩机，438L :驱动轮用电动机，438R :驱动轮用电动机，440 :蓄电池，600R :臂部用摆动轴，601L :臂部用电动机，601R :臂部用电动机，610Lb :手部用电动机，610Rb :手部用电动机，610R:掌部，610Ra :手部用摆动轴，610Rc 掌部用摆动轴，611 Lb :上手指部用电动机，611 Rb :上手指部用电动机，611R :上手指部，61 IRa :上手指部用摆动轴，612Lb :下手指部用电动机，612Rb :下手指部用电动机，612R :下手指部，612Ra :下手指部用摆动轴，613R :连接部，900 :结构物，900a :信息显示部，A :辅助对象者。
具体实施例方式以下，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表示本实施方式的机器人的从前方观察到的立体图。图2表示该机器人的从后方观察到的立体图。图3表示该机器人的透视右侧视图。另外，在图I中透过前面板201及侧面板200R的一部分表示，在图3中透过臂部6R、侧面板200R、驱动轮29R表示。而且，在图3中，将在前面板201的后表面配置的构件适当省略表示。如图I 图3所示，机器人I具备机器人主体2和左右一对臂部6L、6R。机器人主体2机器人主体2具备下肢框架20、上肢框架21、保持部22、踏板23、膝部支承体24、ー对驱动轴26、上肢框架用摆动轴27、保持部用摆动轴28、ー对驱动轮29L、29R、ー对下肢框架用摆动轴30。下肢框架20、上肢框架21分别包含在本发明的“框架部”的概念中。一对驱动轮29L、29R分别包含在本发明的“移动体”的概念中。下肢框架20、下肢框架用摆动轴30下肢框架20具备ー对侧面板200L、200R、前面板201。一对侧面板200L、200R沿左右方向相对配置。前面板201配置在一对侧面板200L、200R的前边缘之间。 左右ー对下肢框架用摆动轴30将下肢框架20的下端和踏板23的前端连接。一方的下肢框架用摆动轴30固定在侧面板200L的下端内面。另一方的下肢框架用摆动轴30固定在侧面板200R的下端内面。两个下肢框架用摆动轴30能够通过下肢框架用电动机(未图不)相对于踏板23转动。驱动轴26、驱动轮29L、29R驱动轴26配置有两个。一方的驱动轴26配置在侧面板200L的下端外表面。另一方的驱动轴26配置在侧面板200R的下端外表面。两个驱动轴26能够分别通过驱动轮用电动机(未图示)相互独立转动。驱动轮29L固定在左方的驱动轴26。驱动轮29R固定在右方的驱动轴26。因此，驱动轮29L、29R能够相互独立转动。驱动轴26配置在与下肢框架用摆动轴30大致同一轴上。踏板23主要如图3所示，踏板23具备板主体230、左右ー对臂231、踏板用气缸232、从动轮233。从动轮233配置在板主体230的下表面的后边缘附近。臂231呈L字状。左侧的臂231的一端环绕安装于左侧的下肢框架用摆动轴30。左侧的臂231的另一端固定在板主体230的左前角。右侧的臂231的一端环绕安装于右侧的下肢框架用摆动轴30。右侧的臂231的另一端固定在板主体230的右前角。臂231能够相对于下肢框架用摆动轴30独立转动。踏板用气缸232具备气缸主体232a和活塞232b。气缸主体232a的一端以能够摆动的方式安装在前面板201的后表面。活塞232b的一端能够出入于气缸主体232a的另ー端。活塞232b的另一端以能够摆动的方式安装在板主体230的上表面。通过使活塞232b出入于气缸主体232a，能够使板主体230摆动。膝部支承体24膝部支承体24具备支承体主体240、左右一对被引导轨道241、膝部支承体用气缸242、左右ー对引导块243。支承体主体240呈长方形板状。在支承体主体240的后表面(辅助对象者侧的表面)配置有缓冲器。左侧的引导块243配置在左侧的侧面板200L的右表面。右侧的引导块243配置在右侧的侧面板200R的左表面。引导块243具备ー对块片243a。一对块片243a沿着上下方向隔开规定间隔地配置。
左右一对被引导轨道241呈弧状。左右一对被引导轨道241从支承体主体240的前表面的左右两边缘附近向前方突出地设置。左侧的被引导轨道241能够在左侧的引导块243的一对块片243a之间以弧状滑动。右侧的被弓丨导轨道241能够在右侧的引导块243的一对块片243a之间以弧状滑动。膝部支承体用气缸242具备气缸主体242a和活塞242b。气缸主体242a的一端以能够摆动的方式安装在前面板201的后表面上边缘附近。活塞242b的一端能够出入于气缸主体242a的另一端。活塞242b的另一端以能够摆动的方式安装在支承体主体240的前表面上边缘附近。若使活塞242b出入于气缸主体242a,则被引导轨道241相对于引导块243滑动。因此，能够使支承体主体240相对于下肢框架20以弧状移动。上肢框架用摆动轴27、上肢框架21上肢框架用摆动轴27将下肢框架20的上端和上肢框架21的下端连接。上肢框架用摆动轴27能够通过上肢框架用电动机(未图示)相对于下肢框架20转动。上肢框架 21固定于上肢框架用摆动轴27。通过使上肢框架用摆动轴27转动，能够使上肢框架21相对于下肢框架20摆动。如图I所示，在上肢框架21的下端形成有槽部。相机用轮412从槽部露出。相机用轮412能够相对于上肢框架用摆动轴27独立转动。保持部用摆动轴28、保持部22保持部用摆动轴28将上肢框架21的后端和保持部22的前端连接。保持部用摆动轴28能够通过保持部用电动机(未图示)相对于上肢框架21转动。图4表示本实施方式的机器人的保持部的俯视图。如图4所示，保持部22具备中央部220C、左翼部220L、右翼部220R、左翼部用摆动轴221L、右翼部用摆动轴221R、左右ー对把手222L、222R、显示器223。中央部220C从上方观察时呈T字板状。中央部220C的前端固定于保持部用摆动轴28。在中央部220C的后表面配置有中央气囊224C。左右ー对把手222L、222R配置在中央部220C的前表面。左右ー对把手222L、222R用于驱动轮29L、29R的操作。显示器223配置在中央部220C的上方。在显示器223中显示有机器人I的速度、行走路线等。而且，辅助对象者能够经由显示器223的触摸面板部而输入各种指令、数据等。左翼部用摆动轴22IL将中央部220C的左端和左翼部220L的前端连接。左翼部用摆动轴22IL能够通过左翼部用电动机(未图示)而相对于中央部220C转动。左翼部220L呈弧板状。左翼部220L固定于左翼部用摆动轴221L。如图4中的细线所示，通过使左翼部用摆动轴22IL转动，能够使左翼部220L相对于中央部220C摆动。在左翼部220L的右表面及上表面配置有左方气囊224L。右翼部用摆动轴221R、右翼部220R具备与左翼部用摆动轴221L、左翼部220L同样的结构。而且，右翼部用摆动轴221R、右翼部220R隔着中央部220C相对于左翼部用摆动轴221L、左翼部220L左右对称地配置。因此，省略说明。中央部220C(中央气囊224C)、左翼部220L(左方气囊224L)、右翼部220R(右方气囊224R)作为整体连接成C字状。通过使左翼部用摆动轴221L、右翼部用摆动轴221R转动，能够变更C字开ロ宽度。臂部6L、6R如图I 图3所示，臂部6R具备臂部主体60R和钳手部61R。臂部主体60R经由臂部用摆动轴600R而安装在右侧的侧面板200R的右表面(外表面)。臂部主体60R呈L字板状。臂部主体60R能够通过臂部用电动机(未图不)相对于侧面板200R在纵向转动。钳手部61R具备掌部610R、上手指部611R、下手指部612R。掌部610R经由手部用摆动轴610Ra而安装在臂部主体60R的前端。掌部610R能够通过手部用电动机(未图示)而相对于臂部主体60R在纵向转动。上手指部611R经由上手指部用摆动轴611Ra而安装在掌部610R的上部。上手指部611R能够通过上手指部用电动机(未图示)而相对于掌部610R在纵向转动。下手指部612R经由下手指部用摆动轴612Ra而安装在掌部610R的下部。下手指部612R能够通过下手指部用电动机(未图示)而相对于掌部610R在纵向转动。如后所述，通过使上手指部61 IR与下手指部612R协作，钳手部6IR能够把持或释放结构物。臂部6L具备与臂部6R同样的结构。而且，臂部6L相对于臂部6R左右对称地配置。因此，省略说明。起立动作辅助机器人的电气结构 接下来，说明本实施方式的机器人的电气结构。图5表不本实施方式的机器人的框图。如图I 图5所示，机器人I具备控制箱40、遥控器410、各种传感器(CCD (Charge-Coupled Device)相机41 Ia 411c、保持部用摆动轴转矩传感器413、上肢框架用摆动轴转矩传感器414、下肢框架用摆动轴转矩传感器415、左翼部用摆动轴转矩传感器416、右翼部用摆动轴转矩传感器417、左方气囊用载荷传感器418、右方气囊用载荷传感器419、陀螺仪420、加速度传感器421、载荷分布传感器422、八个距离传感器423、臂部用摆动轴转矩传感器424L、424R、手部用摆动轴转矩传感器425L、425R、上手指部用摆动轴转矩传感器426L、426R、下手指部用摆动轴转矩传感器427L、427R)、各种促动器(保持部用电动机430、上肢框架用电动机431、下肢框架用电动机432、左翼部用电动机433、右翼部用电动机434、中央空气压缩机435、左方空气压缩机436、右方空气压缩机437、驱动轮用电动机438L、438R、膝部支承体用气缸242、踏板用气缸232、臂部用电动机601L、60IR、手部用电动机610Lb、610Rb、上手指部用电动机611Lb、611Rb、下手指部用电动机612Lb、612Rb、警报装置439)、蓄电池440。控制箱40包含在本发明的“控制部”的概念中。控制箱40具备计算机400、输入输出部401、受光部402。计算机400具备CPU (Central Processing Unit) 400a、存储器400b。上述各种传感器及各种促动器与输入输出部401电连接。在各种促动器与输入输出部401之间分别安装有驱动电路(未图示)。而且，遥控器410能够向受光部402传送规定的信号。而且，与所述把手222L、222R、显示器223、输入输出部401电连接。如图I所示，控制箱40配置在前面板201的后表面。在计算机400的存储器400b中存储有多个辅助对象者的身体信息(体格(胸围、坐高、腿的膝上部的长度、腿的膝下部的长度等)信息、体重信息)。而且，在存储器400b中存储有起立动作辅助程序。S卩，辅助对象者进行起立动作时的保持部22、膝部支承体24的轨迹、速度、各种摆动轴的转矩等按照各辅助对象者存储。遥控器410与机器人I分体。遥控器410在辅助对象者对机器人I进行远距离操作时使用。如图I所示，CXD相机411a固定在上肢框架21下端的相机用轮412。即使上肢框架21改变摆动角度，也能够使CXD相机411a朝向前方。CXD相机411a用于进行前方确认、后述的结构物的信息显示部的摄像。如图2所示，CXD相机411b配置在显示器223的后方。CCD相机411b用于进行后方确认、辅助对象者的表情确认、后述的结构物的信息显示部的摄像。CXD相机411c配置在膝部支承体24的支承体主体240的后表面。CXD相机411c用于进行后方确认、后述的结构物的信息显示部的摄像。保持部用摆动轴转矩传感器413配置在保持部用摆动轴28，上肢框架用摆动轴转矩传感器414配置在上肢框架用摆动轴27，下肢框架用摆动轴转矩传感器415配置在下肢框架用摆动轴30，左翼部用摆动轴转矩传感器416配置在左翼部用摆动轴221L，右翼部用摆动轴转矩传感器417配置在右翼部用摆动轴221R，臂部用摆动轴转矩传感器424L、424R配置在臂部用摆动轴600R，手部用摆动轴转矩传感器425L、425R配置在手部用摆动轴6IORa,上手指部用摆动轴转矩传感器426L、426R配直在上手指部用摆动轴611Ra，下手指部用摆动轴转矩传感器427L、427R配置在下手指部用摆动轴612Ra。这些各种转矩传感器用于分别检测各种摆动轴的转矩。左方气囊用载荷传感器418配置在左方气囊224L，右方气囊用载荷传感器419配置在右方气囊224R。这些载荷传感器分别用于检测对应的气囊从辅助对象者接受的载荷。 陀螺仪420配置在前面板201的后表面。陀螺仪420用于检测机器人I的傾斜。加速度传感器421配置在前面板201的后表面。加速度传感器421用于检测机器人I的加速度。载荷分布传感器422配置在踏板23的板主体230。载荷分布传感器422用于检测踏板23的板主体230上的辅助对象者的重心。距离传感器423在板主体230的后边缘配置三个，在左右两边缘各配置ー个，在前面板201的前表面下边缘配置三个。距离传感器423用于检测机器人I与周围的相邻物之间的距离。保持部用电动机430与保持部用摆动轴28连接，上肢框架用电动机431与上肢框架用摆动轴27连接，下肢框架用电动机432与下肢框架用摆动轴30连接，左翼部用电动机433与左翼部用摆动轴221L连接，右翼部用电动机434与右翼部用摆动轴221R连接，臂部用电动机601L、60IR与臂部用摆动轴600R连接，手部用电动机6IOLb、6IORb与手部用摆动轴6IORa连接，上手指部用电动机61 lLb、61 IRb与上手指部用摆动轴61 IRa连接，下手指部用电动机612Lb、612Rb与下手指部用摆动轴612Ra连接。这些各种电动机分别用于使各种摆动轴转动。中央空气压缩机435、左方空气压缩机436、右方空气压缩机437配置在前面板201的后表面。在各种空气压缩机上分别配置有空气压传感器。中央空气压缩机435用于调整中央气囊224C的空气压，左方空气压缩机436用于调整左方气囊224L的空气压，右方空气压缩机437用于调整右方气囊224R的空气压。两个驱动轮用电动机438L、438R分别与驱动轴26连接。两个驱动轮用电动机438L、438R分别用于使驱动轮29L、29R转动。起立动作辅助机器人的动作接下来，说明对本实施方式的机器人的起立动作进行辅助时的动作。辅助起立动作时的动作具有呼叫步骤、自走步骤、保持准备步骤、保持动作步骤、起立动作辅助步骤。呼叫步骤在本步骤中，辅助对象者呼叫机器人I。图6表示本实施方式的机器人的呼叫步骤的示意图。如图6所示,辅助对象者A坐在床90上。如图5所示，当辅助对象者A按下遥控器410的“呼叫按钮”吋，经由受光部402向计算机400传送呼叫机器人I的命令。
自走步骤在本步骤中，机器人I进行自走，移动到辅助对象者A的附近。如图5所示，接收到来自辅助对象者A的呼叫后的CPU400a对驱动轮用电动机438L、438R进行驱动，使驱动轮29L、29R转动。即，使机器人I行走。此时，通过CXD相机411a 411c、八个距离传感器423来确认周围的安全。当CPU400a判断为障碍物处于行走路线上时，CPU400a对驱动轮用电动机438L、438R适当进行驱动而绕过该障碍物。陀螺仪420取得行走时的机器人I的平衡。机器人I停止在辅助对象者A的前方的规定位置。保持准备步骤在本步骤中，进行保持辅助对象者A的准备。图7表示后方的CCD相机的图像的示意图。图8表示本实施方式的机器人对结构物进行检查时的从后方观察到的立体图。如图7所示，首先，CPU400a从CCD相机411b取得图像412a。接下来，CPU400a对图像412a和存储在存储器400b中的身体数据进行比较，从多个辅助对象者中，判断本次呼 叫机器人I的辅助对象者A是谁。然后，CPU400a使机器人I慢速后退。并且，CPU400a根据来自后方的距离传感器423的信号，使机器人I停止在判断为板主体230来到辅助对象者A的脚尖的正前方的位置。接下来，CPU400a使用CXD相机411a 411c，搜索床90的周围的结构物。如图8所示，发现结构物(床90的框架)900时，CPU400a使用CCD相机411a 411c中的最适合摄像的CXD相机411c，拍摄结构物900的信息显示部(条形码)900a。在信息显示部900a中收容有结构物900的耐受载荷信息。然后，如图5所示，CPU400a对通过拍摄所得到的耐受载荷信息与存储在存储器400b中的辅助对象者A的体重信息进行比较。比较的结果是，对辅助对象者A的起立动作进行辅助时，在判断为结构物900能耐受辅助对象者A的体重的情况下，CPU400a适当地驱动臂部用电动机601L、601R、手部用电动机610Lb、610Rb、上手指部用电动机611Lb、611Rb、下手指部用电动机612Lb、612Rb。并且，如图8所示，在臂部6L、6R之间存在辅助对象者A的状态下，通过臂部6L、6R来把持结构物900。S卩，经由臂部6L、6R而将机器人主体2固定于结构物900。接下来，CPU400a根据来自陀螺仪420的信号，来驱动踏板用气缸232。并且，使踏板23的板主体230为大致水平状态。然后，辅助对象者A将两脚放置于板主体230。载荷分布传感器422检测辅助对象者A的两脚掌的载荷分布。CPU400a根据该载荷分布来识别辅助对象者A将两脚放置于板主体230的情況。另ー方面，在床90的周围未发现结构物900时，或结构物900的耐受载荷信息与辅助对象者A的体重信息的比较的结果是判断为结构物900不能耐受辅助对象者A的体重时，CPU400a对警报装置439进行驱动。并且，向辅助对象者A通知未在周围发现适当的结构物900的情況。 保持动作步骤在本步骤中，通过保持部22来保持辅助对象者A的躯体部。CPU400a根据辅助对象者A的身体数据、姿势，来驱动保持部用电动机430、上肢框架用电动机431、下肢框架用电动机432、左翼部用电动机433、右翼部用电动机434。即，根据辅助对象者A的身体数据、姿势而使机器人I变形。
图9表示本实施方式的机器人的保持动作步骤的示意图。如图9所示,保持部22从三个方向(前方、左方、右方)保持辅助对象者A的躯体部。即，如图4所示，在中央气囊224C与辅助对象者A的胸部弹性接触的状态下，CPU400a使左翼部220L及右翼部220R向夹入辅助对象者A的方向摆动。在左方气囊用载荷传感器418及右方气囊用载荷传感器419的载荷达到了规定值吋，CPU400a使左翼部220L及右翼部220R的摆动停止。如图5所示，在本步骤中，通过保持部用摆动轴转矩传感器413继续监视保持部用摆动轴28的转矩，通过上肢框架用摆动轴转矩传感器414继续监视上肢框架用摆动轴27的转矩，通过下肢框架用摆动轴转矩传感器415继续监视下肢框架用摆动轴30的转矩，通过左翼部用摆动轴转矩传感器416继续监视左翼部用摆动轴221L的转矩，通过右翼部用摆动轴转矩传感器417继续监视右翼部用摆动轴221R的转矩，通过臂部用摆动轴转矩传感器424L、424R继续监视臂部用摆动轴600R的转矩，通 过手部用摆动轴转矩传感器425L、425R继续监视手部用摆动轴610Ra的转矩，通过上手指部用摆动轴转矩传感器426L、426R继续监视上手指部用摆动轴611Ra的转矩，通过下手指部用摆动轴转矩传感器427L、427R继续监视下手指部用摆动轴612Ra的转矩。起立动作辅助步骤在本步骤中，对辅助对象者A从床90起立进行辅助。图10表示本实施方式的机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其I)。图11表示该机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其2)。图12表示该机器人的起立动作辅助步骤的示意图(其3)。如图10所示，在起立动作辅助步骤的前段，按照图5所示的存储器400b的起立动作辅助程序，CPU400a适当地驱动保持部用电动机430、上肢框架用电动机431、下肢框架用电动机432、左翼部用电动机433、右翼部用电动机434，使保持部22按照规定的轨迹移动。因此，在由保持部22保持的状态下，辅助对象者A的躯体部也按照大致相同的轨迹移动。因此，辅助对象者A根据躯体部的移动而从床90起立。如图11所示，在起立动作辅助步骤的后段，辅助对象者A需要使膝部伸展。此时，CPU400a按照存储器400b的起立动作辅助程序，来驱动膝部支承体用气缸242。S卩，使支承体主体240向后方移动，将辅助对象者A的膝盖向后方(膝盖背面方向)按压。因此，如图12所示，辅助对象者A能够简单地使膝部伸展。如此，辅助对象者A能够起立站在板主体230上。辅助对象者A的两腋由保持部22持续保持。另外，在本步骤中，与保持动作步骤同样地，通过各种转矩传感器，继续监视各种摆动轴的转矩。而且，根据从载荷分布传感器422得到的辅助对象者A的载荷分布的变化来监视重心移动。而且，当CPU400a根据各种转矩传感器、各种载荷传感器、载荷分布传感器422、陀螺仪420的信号，判断为辅助对象者A的动作与保持部22的动作不同步时，使保持部22的动作与辅助对象者A的动作同歩。而且，根据CCD相机411b的图像来监视辅助对象者A的表情变化，当CPU400a判断为辅助对象者A遭受痛苦吋，进行紧急停止。另夕卜，CPU400a根据辅助对象者A的面部的特征点(例如，眼、眉、鼻、嘴角等)的位移量，来判断辅助对象者A的表情变化。另外，如图5所示，CPU400a对臂部用电动机601L、601R、手部用电动机610Lb、6IORb进行适当驱动，以防止臂部6L、6R伴随着下肢框架20的倾动而从结构物900脱落。作用效果
接下来，说明本实施方式的起立动作辅助机器人I的作用效果。如图10 图12所示，根据本实施方式的机器人1，在对辅助对象者A的起立动作进行辅助时，经由臂部6L、6R将机器人主体2固定于结构物900。S卩，机器人I将辅助对象者A的周围的结构物900临时作为锚部加以利用。因此，在对辅助对象者A的起立动作进行辅助时，能够抑制机器人主体2的姿势变得不稳定的情況。另外，与通过加重机器人主体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，与通过对机器人主体2的驱动轮29L、29R进行控制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，如图8所示，根据本实施方式的机器人I，通过将结构物900的耐受载荷信息与辅助对象者A的体重信息进行比较，能够判断是否使用结构物900。因此，能够抑制在对辅助对象者A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A的体重的结构物900用作锚部的情况。另外，如图8所示，根据本实施方式的机器人1，臂部6L、6R具有从上下方向把持或解除结构物900的钳手部61L、61R。如图10 图12所示，在对辅助对象者A的起立动作进行辅助时，载荷从上下方向施加在臂部6L、6R与结构物900的连接部。这一点，根据本实施方式的机器人I,钳手部61L、61R的夹持方向与上下方向一致。因此，在对起立动作进行辅助时，臂部6L、6R与结构物900不易分离。而且，机器人主体2的姿势可保持稳定。〈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在于掌部、上手指部、下手指部能够相对于臂部主体在两轴上进行摆动这一点。在此，仅对不同点进行说明。图13表示本实施方式的机器人的右侧的臂部的钳手部附近的透视立体图。另外，对于与图I、图2对应的部位,利用相同标号来表不。如图13所不,臂部6R具备臂部主体60R和钳手部61R。钳手部61R具备掌部610R、上手指部611R、下手指部612R、连接部613R。连接部613R介于臂部主体60R与掌部610R之间。连接部613R经由手部用摆动轴610Ra而与臂部主体60R连接。通过连接部用电动机(未图示)，连接部613R能够相对于臂部主体60R在纵向(与臂部6R的延伸方向平行的方向)摆动。施加到手部用摆动轴610Ra的转矩能够通过手部用摆动轴转矩传感器(未图示)来检测。掌部610R经由掌部用摆动轴610Rc而与连接部613R连接。通过掌部用电动机(未图示)，掌部610R能够相对于连接部613R在纵向(与臂部6R的延伸方向正交的方向)摆动。施加到掌部用摆动轴610Rc的转矩能够通过掌部用摆动轴转矩传感器(未图 示)来检测。连接部用电动机、掌部用电动机由控制部(未图示)来驱动。从手部用摆动轴转矩传感器、掌部用摆动轴转矩传感器检测的转矩向控制部发送。另外，左侧的臂部的结构与右侧的臂部6R的结构相同。而且，左侧的臂部的配置与右侧的臂部6R的配置为左右对称。因此，省略说明。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对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，掌部610R、上手指部611R、下手指部612R能够在纵向(与臂部6R的延伸方向正交的方向)摆动。因此，SP使在结构物沿水平方向以外的方向(例如上下方向、倾斜方向等)延伸的情况下，也能通过臂部6R来把持结构物。而且，即使在左侧的臂部所对应的结构物的延伸方向与右侧的臂部6R所对应的结构物的延伸方向不同的情况下，也能够通过分别适当地使掌部610R摆动来把持结构物。〈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。也能够以本领域技术人员可进行的各种变形的方式、改良的方式来实施。 如图12所示，在起立之后，辅助对象者A也可以将机器人I用于步行辅助。这种情况下，也可以通过图5所示的控制箱40，适当地使驱动轮29L、29R滚动。而且，图8所示的结构物900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2所示的膝部支承体24也可以配置于机器人I。而且，驱动轮29L、29R也可以是例如无限轨道、腿、能够蜿蜒前进的多关节体等。而且，作为图5所示的各种转矩传感器，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，也可以取代各种CCD相机，而使用例如 CMOS (Complementary Metal-Oxide Semiconductor)相机、红外相机等。而且，作为各种载荷传感器，也可以使用例如应变片式的载荷传感器。而且，作为加速度传感器421，也可以使用例如机械式、光学式、半导体式的加速度传感器。而且，作为载荷分布传感器422，也可以使用例如具有多个压敏元件的压敏薄膜传感器。而且，也可以通过在板主体230配置多个载荷传感器，来进行重心管理。而且，作为距离传感器423，也可以使用例如超声波式、激光式的距离传感器。而且，也可以取代各种电动机，而使用液压缸、气缸、人エ肌肉等其他的促动器。同样地，也可以取代各种气缸，而使用液压缸、电动机、人工肌肉等其他的促动器。另外，将机器人I固定于结构物900时的固定机构并未特别限定。可以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。优选可简单地固定与分离的机构。另外，如图5所示，辅助对象者A的体重信息也可以预先存储在存储器400b中。而且，也可以在存储器400b中预先存储人的体格与体重之间的相关映射，对通过CCD相机411b拍摄到的辅助对象者A的图像与该相关映射进行比较，由此生成辅助对象者A的体重信息。而且，信息显示部900a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I所示，也可以将臂部6L、6R以能够摆动的方式配置在驱动轴26或下肢框架用摆动轴30。如图10 图12所示，在起立动作辅助步骤中，驱动轴26(下肢框架用摆动轴30)与结构物900的相对位置关系不动。因此，若在驱动轴26 (下肢框架用摆动轴30)以能够摆动的方式配置臂部6L、6R，则无需在臂部6L、6R的中途配置手部用摆动轴610Ra那样的摆动轴(关节部)。
权利要求
1.ー种起立动作辅助机器人，具备 机器人主体，具有以能够在纵向摆动的方式相互连接的多个框架部；以能够摆动的方式配置在处于最上方的所述框架部上、且保持辅助对象者的身体的一部分的保持部；及以能够旋转的方式配置在处于最下方的所述框架部上、且在地面上移动的移动体；和 臂部，配置于所述机器人主体，并能够使该臂部自身固定于相邻的结构物或与该结构物分离； 在所述臂部固定于所述结构物、且所述保持部保持所述辅助对象者的身体的一部分的状态下，多个所述框架部进行摆动，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，还具备 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； 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； 在辅助该辅助对象者的起立动作之前，所述控制部对通过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，并判断是否将所述臂部固定于所述结构物。
3.根据权利要求I或2所述的起立动作辅助机器人，其中， 所述臂部具有从上下方向把持或解除所述结构物的钳手部。
全文摘要
本发明提供一种可简单地实现小型化及轻量化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)，具有以能够在纵向摆动的方式相互连接的多个框架部(20、21)、以能够摆动的方式配置在处于最上方的框架部上、且保持辅助对象者的身体的一部分的保持部(22)及以能够旋转的方式配置在处于最下方的框架部上、且在地面上移动的移动体(29L、29R)；和臂部(6L、6R)，配置于机器人主体，并能够使该臂部自身固定于相邻的结构物(900)或与该结构物分离。在臂部固定于结构物、且保持部保持辅助对象者身体的一部分的状态下，多个框架部进行摆动，由此起立动作辅助机器人对辅助对象者的起立动作进行辅助。
文档编号A61G7/10GK102688129SQ201210079799
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