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技術 腕動作補助装置

出願人 学校法人中央大学
発明者 山田泰之中村太郎
出願日 2016年7月8日 (5年5ヶ月経過) 出願番号 2016-136163
公開日 2018年1月11日 (3年11ヶ月経過) 公開番号 2018-001391
状態 特許登録済
技術分野 補綴 マニプレータ
主要キーワード 水平動機構 労働作業 横断面形 回動中心位置 屈曲度合い 合成重心 回動軸まわり 上向き作業
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年1月11日)のものです。
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図面 (11)

課題

着用者視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的ストレス感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供する。

解決手段

人体2に装着されて人体2の腕3の動作を補助する腕動作補助装置1を、胴体4に対して相対的に固定される支持部材10と、腕3に装着される腕保持部材20と、支持部材10と腕保持部材20とを連結する連結機構30とを有し、連結機構30が、少なくとも2つの回動軸41、43、44を備え、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、回動軸41、43、44まわりの回動により腕保持部材20を支持部材10に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部40を有し、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、連結機構30が胴体4の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置される構成とする。

概要

背景

従来から、腕を使って行われる各種の労働作業日常作業を容易にするために、腕の動作を補助する人体用型補助装置が開発されている。

例えば特許文献1には、胸部に対して相対的に固定される背面スパンと、腕を背面スパンに対して回動運動させるための肩甲上腕関節部と、肩甲上腕関節部を背面スパンに対して上下運動又は/及び回転運動させるための背面スパンに連結された肩甲胸郭関節部とを有する上肢装着型運動補助装置が記載されている。

概要

着用者視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的ストレス感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供する。人体2に装着されて人体2の腕3の動作を補助する腕動作補助装置1を、胴体4に対して相対的に固定される支持部材10と、腕3に装着される腕保持部材20と、支持部材10と腕保持部材20とを連結する連結機構30とを有し、連結機構30が、少なくとも2つの回動軸41、43、44を備え、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、回動軸41、43、44まわりの回動により腕保持部材20を支持部材10に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部40を有し、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、連結機構30が胴体4の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置される構成とする。

目的

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

人体に装着されて該人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置であって、胴体に対して相対的に固定される支持部材と、腕に装着される腕保持部材と、前記支持部材と前記腕保持部材とを連結する連結機構とを有し、前記連結機構が、少なくとも2つの回動軸を備え、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、該回動軸まわり回動により前記腕保持部材を前記支持部材に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部を有し、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記連結機構が胴体の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置されることを特徴とする腕動作補助装置。

請求項2

前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の後方に配置される、請求項1に記載の腕動作補助装置。

請求項3

前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の前方に配置される、請求項1に記載の腕動作補助装置。

請求項4

前記連結機構が、前記腕保持部材を前記支持部材に対して上下方向に移動自在とする、上下動機構部をさらに有する、請求項1〜3の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項5

前記水平動機構部が前記支持部材と前記上下動機構部との間に設けられ、前記上下動機構部が前記腕保持部材と前記水平動機構部との間に設けられており、前記水平動機構部が、第1の前記回動軸により前記支持部材に回動自在に連結された第1連結体と、第2の前記回動軸により前記上下動機構部に回動自在に連結されるとともに第3の前記回動軸により前記第1連結体に回動自在に連結された第2連結体と、を有する、請求項4に記載の腕動作補助装置。

請求項6

前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有する、請求項4又は5に記載の腕動作補助装置。

請求項7

前記上下動機構部が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する荷重負担機構を備える、請求項4〜6の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項8

前記荷重負担機構が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重を、前記腕保持部材の上下方向位置に拘わらず、常に一定の割合で負担する、請求項7に記載の腕動作補助装置。

請求項9

前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第2軸によって回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において前記第1軸に対して上方にずれて配置された第3軸によって前記支持体に回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有する、請求項7又は8に記載の腕動作補助装置。

請求項10

前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記第1軸に対して上方にずれて配置された第3軸によって前記支持体に回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第2軸によって回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有する、請求項7又は8に記載の腕動作補助装置。

請求項11

前記コイルバネは、前記作動アームの前記第1軸を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から前記第2軸と前記第3軸との間の距離に等しい長さだけ圧縮された状態となる、請求項9又は10に記載の腕動作補助装置。

請求項12

前記第3軸が、前記第1軸の鉛直方向から、前記第2軸から離れる方向に向けて前記第1軸を中心として所定のずらし角度だけずれた位置に配置されるとともに、前記第2軸が、前記作動アームと前記腕保持部材との連結部と前記第1軸とを結ぶ直線から、前記第3軸の側に向けて前記第1軸を中心として前記ずらし角度だけずれた位置に配置されている、請求項9〜11の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項13

前記腕保持部材が、腕が挿通可能な円環状に形成され、前記連結機構に回動自在に連結されている、請求項1〜12の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項14

前記水平動機構部に、前記腕保持部材が前記支持部材に対して所定位置となるように、それぞれの前記回動軸の回動を補助するバネ部材が設けられている、請求項1〜13の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項15

前記回動軸が、軸体又は板バネで構成されている、請求項1〜14の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項16

前記支持部材の左右両側に、それぞれ人体の左右の腕に対応した一対の前記腕保持部材及び前記連結機構が設けられている、請求項1〜15の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

請求項17

前記腕保持部材が、人体の上腕に装着される、請求項1〜16の何れか1項に記載の腕動作補助装置。

技術分野

0001

本発明は、人体に装着されて人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置に関する。

背景技術

0002

従来から、腕を使って行われる各種の労働作業日常作業を容易にするために、腕の動作を補助する人体着用型補助装置が開発されている。

0003

例えば特許文献1には、胸部に対して相対的に固定される背面スパンと、腕を背面スパンに対して回動運動させるための肩甲上腕関節部と、肩甲上腕関節部を背面スパンに対して上下運動又は/及び回転運動させるための背面スパンに連結された肩甲胸郭関節部とを有する上肢装着型運動補助装置が記載されている。

先行技術

0004

特開2009−268839号公報

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、上記従来の補助装置では、当該補助装置が人体に装着された状態において、肩甲上腕関節部が人体の肩の上方に配置されるようになっているので、着用者視野に入る顔に近い部分に肩甲上腕関節部が存在することになる。そのため、着用者の視野が肩甲上腕関節部によって狭められることになり、また、肩甲上腕関節部が顔に近い位置に配置されることによって着用者が心理的ストレス感じるなど、その装着感が良くないという問題点があった。

0006

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供することにある。

課題を解決するための手段

0007

本発明の腕動作補助装置は、人体に装着されて該人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置であって、胴体に対して相対的に固定される支持部材と、腕に装着される腕保持部材と、前記支持部材と前記腕保持部材とを連結する連結機構とを有し、前記連結機構が、少なくとも2つの回動軸を備え、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、該回動軸まわり回動により前記腕保持部材を前記支持部材に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部を有し、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記連結機構が胴体の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置されることを特徴とする。

0008

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の後方に配置されるのが好ましい。

0009

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の前方に配置されるのも好ましい。

0010

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記連結機構が、前記腕保持部材を前記支持部材に対して上下方向に移動自在とする、上下動機構部をさらに有するのが好ましい。

0011

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記水平動機構部が前記支持部材と前記上下動機構部との間に設けられ、前記上下動機構部が前記腕保持部材と前記水平動機構部との間に設けられており、前記水平動機構部が、第1の前記回動軸により前記支持部材に回動自在に連結された第1連結体と、第2の前記回動軸により前記上下動機構部に回動自在に連結されるとともに第3の前記回動軸により前記第1連結体に回動自在に連結された第2連結体と、を有するのが好ましい。

0012

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有するのが好ましい。

0013

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する荷重負担機構を備えるのが好ましい。

0014

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記荷重負担機構が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重を、前記腕保持部材の上下方向位置に拘わらず、常に一定の割合で負担するのが好ましい。

0015

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第2軸によって回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において前記第1軸に対して上方にずれて配置された第3軸によって前記支持体に回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有するのが好ましい。

0016

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第1軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記第1軸に対して上方にずれて配置された第3軸によって前記支持体に回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第2軸によって回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有するのが好ましい。

0017

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記コイルバネは、前記作動アームの前記第1軸を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から前記第2軸と前記第3軸との間の距離に等しい長さだけ圧縮された状態となるのが好ましい。

0018

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記第3軸が、前記第1軸の鉛直方向から、前記第2軸から離れる方向に向けて前記第1軸を中心として所定のずらし角度だけずれた位置に配置されるとともに、前記第2軸が、前記作動アームと前記腕保持部材との連結部と前記第1軸とを結ぶ直線から、前記第3軸の側に向けて前記第1軸を中心として前記ずらし角度だけずれた位置に配置されているのが好ましい。

0019

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕保持部材が、腕が挿通可能な円環状に形成され、前記連結機構に回動自在に連結されているのが好ましい。

0020

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記水平動機構部に、前記腕保持部材が前記支持部材に対して所定位置となるように、それぞれの前記回動軸の回動を補助するバネ部材が設けられているのが好ましい。

0021

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記回動軸が、軸体又は板バネで構成されているのが好ましい。

0022

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記支持部材の左右両側に、それぞれ人体の左右の腕に対応した一対の前記腕保持部材及び前記連結機構が設けられているのが好ましい。

0023

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕保持部材が、人体の上腕に装着されるのが好ましい。

発明の効果

0024

本発明によれば、着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供することができる。

図面の簡単な説明

0025

本発明の一実施の形態である腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す平面図である。
図1に示す腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す背面図である。
図1に示す腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す側面図である。
図1におけるA−A線に沿う断面図である。
(a)、(b)は、腕保持部材が肩関節の回動に追従する様子を模式的に示す説明図である。
図1〜5に示す腕動作補助装置の変形例であって、腕保持部材を上下動機構部に固定した場合を示す説明図である。
図1〜5に示す腕動作補助装置の変形例であって、水平動機構部にバネ部材を設けた場合を示す説明図である。
図1〜5に示す腕動作補助装置の変形例であって、支持部材と第1連結体との間の回動軸を板バネで構成した場合を示す説明図である。
図1〜5に示す腕動作補助装置の変形例であって、支持部材と水平動機構部とを、それぞれ胴体の前方に配置した場合を示す説明図である。
(a)、(b)は、それぞれ図1〜5に示す腕動作補助装置の変形例であって、水平動機構部を2つの回動軸を有する構成とした場合を示す説明図である。

実施例

0026

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

0027

図1図5に本発明の一実施の形態である腕動作補助装置1を示す。図1図5においては、便宜上、腕動作補助装置1が装着される人体2を、人体を模した形状の3Dモデルとして示している。

0028

本発明の一実施の形態である腕動作補助装置1は、例えば作業者等の着用者の人体2に装着されて該人体2の腕3の動作を補助するためのものである。本実施の形態では、腕動作補助装置1を、例えばブドウ等の作物収穫する作業などの上向き作業の作業補助に適した構成とした場合を示す。ここで、上向き作業とは、例えば上腕3aを略水平となるまで胴体4に対して前側に向けて持ち上げつつ前腕3bを略鉛直にした姿勢で行う作業など、作業対象が作業者の上方にあって作業者が腕3を長時間に亘り上げたままで行うこととなる作業のことである。なお、上向き作業は、上記したブドウや桃等の作物の収穫作業に限らず、例えば工場ラインにおける上向きでの組付け作業や上向きで行う溶接作業など、腕3を長時間に亘り上げたままで行う種々の作業を含む。

0029

本明細書及び特許請求の範囲においては、起立した姿勢における人体2に対して、当該人体2の胸部ないし腹部が面する側(図1において上方側)を前方とし、背中が面する側(図1において下方側)を後方とし、人体2の左右側(図1において左右側)を側方とし、人体2の上側(図2において上方側)を上方とし、人体2の下側(図2において下方側)を下方とする。また、人体2を上下に貫く方向(図2において上下方向)を上下方向とし、人体2を左右に貫く方向(図2において左右方向)を左右方向とし、上下方向に垂直な方向を水平方向とする。

0030

この腕動作補助装置1は、支持部材10、腕保持部材20及び連結機構30を有し、支持部材10と腕保持部材20とが連結機構30によって連結された構成となっている。本実施の形態においては、腕動作補助装置1は、支持部材10の左右両側(両方の側方)に、それぞれ人体2の左右両側の腕3に対応した一対の腕保持部材20及び連結機構30が設けられ、着用者の左右両側の腕3の動作を補助できるようになっている。左右の腕保持部材20及び連結機構30は、互いに対称である以外は基本的に同一の構成であるので、以下では、左右の一方側の腕保持部材20及び連結機構30についてのみ説明し、重複した説明は省略する。なお、図5においては、便宜上、一方の腕保持部材20及び連結機構30のみを示している。

0031

支持部材10は、連結機構30を介して腕保持部材20を支持する部分である。支持部材10は、例えばベルトや襷、ベスト等の装着部材(不図示)を用いて着用者の胴体4に装着され、当該胴体4に対して相対的に固定される。本実施の形態においては、支持部材10は矩形の板状に形成され、胴体4の後方つまり背中の高い位置(両腕3の胴体4への付け根の間)に配置される。支持部材10は、腕3の動作に伴って腕保持部材20や連結機構30が作動しても、胴体4に対して相対的に固定された状態に保持される。

0032

なお、支持部材10は、胴体4に対して完全に固定されるように胴体4に装着されるのが好ましいが、胴体4に対する装着位置がある程度変化するように装着されてもよい。また、支持部材10は、胴体4の高い位置に限らず、例えば腰部の後方など、種々の位置に配置することができる。

0033

腕保持部材20は、内側に腕3を挿通可能な円環状(円筒状)に形成され、人体2の上腕3aの先端側部分(前腕3bに近い部分)に装着される。上腕3aに装着された腕保持部材20は、上腕3aの動作に伴って上腕3aとともに移動することができる。

0034

腕保持部材20を上腕3aに装着する構成とすることにより、この腕動作補助装置1をより小型軽量かつ安価なものとすることができる。また、腕保持部材20を円環状に形成することにより、腕3を腕保持部材20に通すだけの簡単な動作で、腕保持部材20を容易かつ確実に上腕3aに装着することができる。これにより、この腕動作補助装置1の人体2への着用を容易に行うことが可能となる。

0035

なお、腕動作補助装置1は、腕保持部材20を上腕3aに装着する構成に限らず、腕保持部材20を人体2の前腕(手首を含む)3bに装着する構成とすることもできる。また、腕保持部材20は、円環状に限らず、腕3に装着されて当該腕3を保持することができれば、その形状は種々変更可能である。

0036

本実施の形態においては、連結機構30は、この腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、腕保持部材20を支持部材10に対して水平方向に移動自在に連結する水平動機構部40と、腕保持部材20を支持部材10に対して上下方向に移動自在とする上下動機構部50とを有している。水平動機構部40は支持部材10と上下動機構部50との間に設けられ、上下動機構部50は腕保持部材20と水平動機構部40との間に設けられている。

0037

本実施の形態においては、水平動機構部40は、図1に示すように、細長い板状に形成されてその長手方向の一端部において第1の回動軸41により支持部材10に回動自在に連結される第1連結体42と、細長い板状に形成されてその長手方向の一端部において第2の回動軸43により上下動機構部50の支持体51に回動自在に連結されるとともに長手方向の他端部において第3の回動軸44により第1連結体42の長手方向の他端部に回動自在に連結される第2連結体45とを有した構成となっている。第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44は、何れも、連結対象となる部材を互いにピン結合する軸体で構成されている。また、第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44は、それぞれ腕動作補助装置1が着用者の人体2に装着された状態において、その軸方向が上下方向(鉛直方向)を向くように配置されている。このような構成により、水平動機構部40は、それぞれの回動軸41、43、44まわりの回動により腕保持部材20を支持部材10に対して水平方向に移動自在とすることができるとともに、腕保持部材20及び上下動機構部50から加えられる上下方向の荷重を、当該水平動機構部40を介して支持部材10に支持させることができる。

0038

図1に示すように、水平動機構部40は、この腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、支持部材10とともに胴体4の後方すなわち背中側に配置されるようになっている。また、腕動作補助装置1を着用した着用者が肩関節を回動させない姿勢(図1に示す姿勢)でいるときには、第1連結体42と第2連結体45とを連結する第3の回動軸44が第1の回動軸41及び第2の回動軸43を結ぶ直線よりも後方側に位置するように第1連結体42と第2連結体45とが互いに傾斜し、水平動機構部40は後方に向けて山形屈曲している。

0039

上下動機構部50は、腕3の側方つまり胴体4の側方に配置されており、腕保持部材20を水平動機構部40に対して上下動自在に連結し、当該腕保持部材20を支持部材10に対して上下方向に移動自在としている。

0040

図4に示すように、本実施の形態においては、上下動機構部50は、支持体51と作動アーム52とを有している。上記の通り、支持体51は水平動機構部40の第2連結体45の端部に第2の回動軸43によって水平方向に回動自在に連結されており、支持部材10に対する上下方向位置が一定となるように水平動機構部40を介して支持部材10に支持されている。

0041

作動アーム52は、上腕3aと同程度の長さを有するアーム形状に形成され、腕3の側方に配置される。作動アーム52は、その一端側において第1軸53によって支持体51に回動自在に連結されている。第1軸53は、その軸方向を水平方向、より具体的には左右方向に向けて設けられている。これにより、作動アーム52は、第1軸53を中心として、その他端側が支持体51、ひいては支持部材10に対して左右方向に垂直な面内で上下方向に移動するように第1軸53を中心として上下方向に回動自在となっている。また、作動アーム52は、その他端側において腕保持部材20に連結されている。したがって、腕保持部材20が装着された上腕3aが肩関節の左右方向の回動軸を中心として回動すると、作動アーム52が上腕3aの回動に伴って第1軸53を中心として回動し、腕保持部材20は上腕3aの移動に追従することができる。

0042

本実施の形態においては、腕保持部材20は作動アーム52に対して、第1軸53と平行、より具体的には左右方向を向く支軸54によって回動自在に連結されている。このように、腕保持部材20を作動アーム52に対して回動自在に連結した構成とすることにより、上腕3aが上下方向に動作して作動アーム52が第1軸53を中心として回動したときに、第1軸53が肩関節の回動中心からずれていることにより腕保持部材20と上腕3aとの間に生じる角度変化ないし拗れを、腕保持部材20の支軸54を中心とした作動アーム52に対する回動により吸収することができる。したがって、上腕3aを上下に動作させたときに、腕保持部材20を上腕3aにさらに滑らかに追従させることができる。

0043

本実施の形態においては、上下動機構部50には、荷重負担機構60が設けられている。この荷重負担機構60は、腕3から腕保持部材20に加えられる下向きの荷重つまり腕3の重さの少なくとも一部を負担して、この腕動作補助装置1を装着した着用者の上向き作業時における腕3の負担を低減させることができる。

0044

荷重負担機構60は、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重を、腕保持部材20の上下方向位置すなわち作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、常に一定の割合で負担する構成とすることができる。本実施の形態においては、腕保持部材20の上下方向位置すなわち作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、荷重負担機構60を、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重の全てを負担(補償)する構成としている。すなわち、荷重負担機構60によって、作動アーム52を介して腕保持部材20に、当該腕保持部材20に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えることで、腕3を上げた状態に保持するようにしている。このように、荷重負担機構60を、いわゆる荷重補償機構に構成するようにしている。

0045

荷重負担機構60は、第1軸53と腕3の重心(上腕3aと前腕3bの合成重心)との距離が常に一定となるような腕3の動きに対して、当該腕3から腕保持部材20に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えるように設定することができる。または、荷重負担機構60は、前腕3bを常に鉛直姿勢としたまま腕3を上下に動かした場合において、当該腕3から腕保持部材20に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加える設定とすることができる。このような構成とすることにより、荷重負担機構60を、前腕3bを鉛直姿勢として行われることが多い上向き作業において、腕3の上下方向位置に拘わらず常に腕3の負担を一定の割合で負担する完全な荷重補償機構に構成して、当該腕3の負担を効果的に補助することができる。

0046

図4に示すように、荷重負担機構60は、スライダ61、ガイドロッド62及び圧縮コイルバネ63を有している。

0047

スライダ61は円筒状に形成されており、作動アーム52の一端側と他端側の間の部位つまり作動アーム52の長手方向の中間部位に、第1軸53と平行、より具体的には左右方向に向けて配置された第2軸64によって回動自在に支持されている。

0048

ガイドロッド62は、スライダ61の内径に対応した外径を有する細長い断面円形の棒状に形成されており、スライダ61に挿通されて当該スライダ61にその軸方向に沿って移動自在に保持されている。ガイドロッド62のスライダ61から突出する一端は、第1軸53に対して上方にずれて配置された第3軸65によって支持体51に対して上下方向に、より具体的には、左右方向に垂直な面内で回動自在に連結されている。

0049

一方、ガイドロッド62の他端にはバネ受け部62aが設けられ、このバネ受け部62aとスライダ61との間に圧縮コイルバネ63が装着されている。圧縮コイルバネ63は、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず常に、当該圧縮コイルバネ63の無負荷時における自然長から、第2軸64と第3軸65との間の距離に等しい長さだけ圧縮されて、スライダ61とバネ受け部62aとの間に装着された状態となっている。本実施の形態においては、圧縮コイルバネ63は、無負荷時における自然長が、バネ受け部62aと第3軸65との間の距離から、第2軸64の軸心とスライダ61の圧縮コイルバネ63との当接面との間の距離を差し引いた長さに等しい長さのものとなっている。そして、圧縮コイルバネ63は、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重と釣り合う上向きの荷重を生じるための付勢力を作動アーム52に付与するようになっている。すなわち、腕保持部材20を介して作動アーム52に加えられる腕3の重さにより作動アーム52に作用する第1軸53まわりの負荷トルクの大きさは、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置によって変化することになるが、圧縮コイルバネ63は、その付勢力が作動アーム52の回動位置に応じて変化することにより、作動アーム52の回動位置に拘わらず、常に、腕3の重さが作動アーム52に加える下向きの負荷トルクと釣り合った上向きの補償トルクを作動アーム52に加えるようになっている。したがって、肩関節の胴体4を左右方向に貫く方向の回動軸を中心として上腕3aを前側上方に持ち上げるように腕3を動作させると、当該持ち上げられた腕3の重さが常に荷重負担機構60によって負担ないし補償され、上腕3aを支えるための筋肉によって当該位置に支えなくても、腕3は荷重負担機構60によって当該位置つまり上げた状態に保持されることになる。

0050

荷重負担機構60は、スライダ61を第1軸53に対して上方にずれて配置された第3軸65によって支持体51に回動自在に支持させ、スライダ61に移動自在に保持されるガイドロッド62のスライダ61から突出する一端側を第2軸64によって作動アーム52の中間部位に回動自在に連結し、ガイドロッド62の他端側に設けられたバネ受け部62aとスライダ61との間に圧縮コイルバネ63を装着した構成とすることもできる。この場合、圧縮コイルバネ63を、無負荷時における自然長が、第2軸64とバネ受け部62aとの間の距離に等しい長さのものとし、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から、第2軸64と第3軸65との間の距離に等しい長さだけ圧縮されて、スライダ61とバネ受け部62aとの間に装着された状態とすることで、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重と釣り合う上向きの荷重を生じるための付勢力を作動アーム52に付与することができる。このような構成によっても、荷重負担機構60は、腕3の上下方向位置に拘わらず、腕保持部材20に当該腕保持部材20に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えて、腕3を上げた状態に保持することができる。

0051

このように、上下動機構部50に荷重負担機構60を設けたことにより、当該荷重負担機構60によって、腕保持部材20ないし上腕3aの上下方向位置つまり作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、常に腕3の重さを荷重負担機構60によって支持して、腕3を当該位置に保持することができる。すなわち、この腕動作補助装置1を着用した着用者が上向き作業を行う際に、その上げたままの腕3の重さを荷重負担機構60によって支持して、腕3を上げた状態に楽に保持させることができる。したがって、この腕動作補助装置1を着用した作業者の上向き作業時における腕3の負担を低減させることができる。これにより、当該作業をより容易に行なわせることができるとともに、当該作業による腕3の疲労を低減させることができる。

0052

また、上記実施形態においては、荷重負担機構60として、スライダ61、ガイドロッド62及び圧縮コイルバネ63で構成されるものを用いるようにしたので、荷重負担機構60を簡素な構成として、この腕動作補助装置1のコストを低減することができるとともに、荷重負担機構60の安全性と耐久性を優れたものとすることができる。

0053

本実施の形態においては、荷重負担機構60を、腕保持部材20に加わる下向きの荷重つまり腕3の重さの全てを負担ないし支持する構成としているが、腕保持部材20に加わる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する構成とすることもできる。この場合、例えば腕保持部材20に加わる腕3の重さの20%〜50%を負担する構成とすることができる。このような設定とすることにより、この腕動作補助装置1を着用した着用者が、腕3を前側上方に持ち上げた位置から下方に向けて動かす際に、腕3に荷重負担機構60から上向きの力が加えられて当該動作に違和感(拘束されている感覚)が生じることを抑制しつつ上向き作業時における腕3の負担を効果的に低減させることができる。また、荷重負担機構60は、電動ドライバーグラインダー等の大型の工具を常に手で把持した状態で上向き作業を行う場合において、腕3の重さに加えて工具の重さをも補助することができるようにするために、例えば、腕保持部材20に加わる腕3の重さの200%程度を負担する設定とすることもできる。なお、上記した荷重負担機構60の設定変更は、例えば圧縮コイルバネ63のバネ定数を変更し、あるいは、第1軸53と第2軸64との間の距離に対する第1軸53と第3軸65との間の距離の割合を変更すること等により行うことができる。

0054

本実施の形態では、荷重負担機構60は、その第3軸65を、第1軸53の鉛直方向から、第2軸64から離れる方向に向けて第1軸53を中心として所定のずらし角度αだけずらした位置に配置するようにしている。また、これに対応して、第2軸64を、作動アーム52と腕保持部材20との連結部である支軸54と第1軸53とを結ぶ直線から、第3軸65の側に向けて第1軸53を中心としてずらし角度αだけずらした位置に配置するようにしている。第3軸65の第1軸53の鉛直上方位置からのずらし角度αと、第2軸64の支軸54と第1軸53とを結ぶ直線からのずらし角度αは、同一の角度である。このような構成とすることにより、作動アーム52の長手方向(第1軸53と支軸54とを結ぶ方向)に対してガイドロッド62の長手方向が成す角度を小さくして、上下動機構部50の寸法、特に作動アーム52の長手方向に垂直かつ左右方向に垂直な方向の寸法を低減させることができる。したがって、上腕3aに隣接して配置されることとなる上下動機構部50を上腕3aの側方の範囲に収まるコンパクトな構成とすることができる。

0055

なお、作動アーム52には、横断面形状がコの字となるカバー部66によって収容空間67が設けられ、上腕3aが下方に向けられたときに、ガイドロッド62の一部と圧縮コイルバネ63が収容空間67の内部に配置されるようになっている。また、カバー部66には開口66aが設けられており、ガイドロッド62の一端側はこの開口66aから第3軸65に向けて突出している。

0056

次に、このような構成の本実施の形態の腕動作補助装置1の作動について説明する。

0057

連結機構30は、水平動機構部40と上下動機構部50とを有することにより、腕保持部材20を上腕3aに追従させて当該上腕3aとともに支持部材10に対して水平方向及び上下方向に移動させることができる。例えば、腕動作補助装置1を着用した着用者が、図5(a)に示すように肩関節を回動させない姿勢から、図5(b)に示すように、肩関節が人体2を上下方向に貫く回動軸を中心として回動し、腕3が胴体4の前方側に位置するように水平方向に回動させると、水平動機構部40は、第1の回動軸41を中心として第1連結体42が支持部材10に対して回動し、第2の回動軸43を中心として第2連結体45が支持体51に対して回動し、第1連結体42と第2連結体45が第3の回動軸44を中心として互いに相対的に回動することで、その屈曲度合いを増加させるように(第1の回動軸41と第2の回動軸43との間隔を増加させるように)作動する。これにより、上腕3aとともに水平方向に移動する腕保持部材20及びこれに連結された上下動機構部50を、水平動機構部40によって支持部材10にその荷重を支持させた状態のまま、肩関節の回動に伴う腕3の動きに滑らかに追従させることができる。

0058

一方、例えば、腕3が胴体4を左右方向に貫く回動軸を中心として上下方向に回動されたときには、腕保持部材20を上下動機構部50によって腕3の上下方向の動きに滑らかに追従させることができる。

0059

このように、本実施の形態に係る腕動作補助装置1では、連結機構30を、少なくとも2つの回動軸41、43、44を備えた水平動機構部40を有するものとしたので、水平動機構部40の移動の瞬間中心位置を肩関節の回動中心位置近似させて、腕保持部材20を水平動機構部40によって支持部材10に対して水平方向に移動自在とすることができる。

0060

また、本実施の形態に係る腕動作補助装置1では、この腕動作補助装置1が着用者の人体2に装着された状態において、連結機構30が、胴体4の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置されるようにしている。すなわち、連結機構30を、着用者の胴体4の肩の上方以外の部分に配置するようにしている。したがって、連結機構30は、腕動作補助装置1を着用した着用者の視野の外にあり、着用者の視野が連結機構30により狭められることがない。また、連結機構30は着用者の視野の外にあるので、顔に近い位置に連結機構30が配置されることによって着用者が心理的なストレスを感じることもない。このように、本実施の形態に係る腕動作補助装置1では、連結機構30が、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、胴体4の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置されるようにしたので、腕動作補助装置1を装着した作業者等の着用者の視野が連結機構30によって狭められることを防止するとともに、着用者が、その視野に入る顔に近い部分に連結機構30が配置されることによる心理的なストレスを感じることを防止して、その装着感を高めることができる。

0061

また、本実施の形態に係る腕動作補助装置1では、連結機構30を、水平動機構部40と上下動機構部50とを有する構成としたことにより、腕保持部材20を支持部材10に対して水平方向及び上下方向に移動させて、腕3のあらゆる方向への動きに滑らかに追従させることができる。

0062

さらに、本実施の形態においては、支持部材10と水平動機構部40とを胴体4の後方に配置するようにしたので、支持部材10や水平動機構部40が作業の邪魔になることを防止することができる。

0063

さらに、本実施の形態においては、水平動機構部40を支持部材10と上下動機構部50との間に設け、上下動機構部50を腕保持部材20と水平動機構部40との間に設けるとともに、水平動機構部40を、第1連結体42と第2連結体45を第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44によって支持部材10と支持体51との間に回動自在に連結する構成としたので、簡単な構成で確実かつ滑らかに腕保持部材20を上腕3aの動作に追従させることができる。

0064

さらに、本実施の形態においては、上下動機構部50に荷重負担機構60を設けるようにしたので、上向き作業時に、腕3の重さを荷重負担機構60により適度に相殺して、当該作業時における腕3の負担を低減することができる。これにより、当該上向き作業を容易にすることができるとともに、当該作業による腕3の疲労を低減させることができる。また、電動モータ等の駆動源を用いることなく作業による腕3の疲労を低減させることができるので、電池等の消費電源確保等の問題を生じることがなく、また、当該腕動作補助装置1を雨や防爆雰囲気中など様々な場所で使用可能とすることができる。

0065

図6は、図1〜5に示す腕動作補助装置1の変形例であって、腕保持部材20を上下動機構部50に固定した場合を示す説明図である。

0066

図1〜5に示した本実施の形態においては、腕保持部材20を作動アーム52の一端側に支軸54によって回動自在に連結するようにしていたが、図6に示すように、腕保持部材20を作動アーム52の一端側に固定した構成とすることもできる。この場合、腕保持部材20を作動アーム52と一体に形成する構成とすることもできる。このような構成とすることにより、腕保持部材20と作動アーム52との連結部の構成を簡素化して、この腕動作補助装置1のコストを低減することができる。また、腕保持部材20を軽く、夫に形成することも可能となる。

0067

図7は、図1〜5に示す腕動作補助装置1の変形例であって、水平動機構部40にバネ部材70を設けた場合を示す説明図である。

0068

図7に示すように、腕保持部材20が支持部材10に対して所定位置となるように、第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44の回動を補助するバネ部材70を水平動機構部40に設けた構成とすることもできる。図7には、一対の第1連結体42の間、第1連結体42と第2連結体45との間、第2連結体45と上下動機構部50との間に、それぞれ湾曲した板バネで形成されたバネ部材70を配置した場合を示す。このような構成により、脱力時に腕3が適正な位置に保持されるようにして、腕3の負担ないし疲労を低減させることができる。なお、バネ部材70は、図示する板状のものに限らず、例えば、回動軸41、43、44の回りに当該回動軸41、43、44と同軸に配置されるコイルバネ等で構成することもできる。

0069

図8は、図1〜5に示す腕動作補助装置1の変形例であって、支持部材10と第1連結体42との間の回動軸を板バネ71で構成した場合を示す説明図である。

0070

図1〜5に示した本実施の形態においては、水平動機構部40を構成する第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44を、それぞれ第1連結体42や第2連結体45を、その軸心を中心として回動自在に支持する軸体で構成するようにしているが、第1の回動軸41、第2の回動軸43及び第3の回動軸44を、それぞれ軸体に替えて板バネで構成することもできる。図8には、左右一対の第1連結体42を支持部材10に回動自在に連結する左右一対の第1の回動軸41として、軸体に替えて湾曲した板バネ71を用いた場合を示す。この場合、第1連結体42は、板バネ71が弾性変形することにより、支持部材10に対して仮想の回動軸を中心として回動することになる。図8に示す場合では、一対の第1の回動軸41のみを板バネ71に置き換えるようにしているが、第2の回動軸43や第3の回動軸44に替えて板バネを用いることもできる。このように、回動軸として板バネ71を用いることにより、水平動機構部40の構成を簡素化して、この腕動作補助装置1のコストを低減することができる。

0071

図9は、図1〜5に示す腕動作補助装置1の変形例であって、支持部材10と水平動機構部40とを、それぞれ胴体4の前方に配置した場合を示す説明図である。なお、図9においては、便宜上、一方の腕保持部材20及び連結機構30のみを示す。

0072

図1〜5に示した本実施の形態においては、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、支持部材10と水平動機構部40とが胴体4の後方に配置される構成としているが、これに限らず、図9に示すように、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、支持部材10と水平動機構部40とが胴体4の前方に配置される構成とすることもできる。この場合、支持部材10は、胴体4の胸部の前方あるいは腰部の前方に配置することができる。また、上下動機構部50は上腕3aの内側に配置することができる。このような構成とすることにより、例えば、作業時に人体2の背中側にスペースを確保することができない場合などにおいて、支持部材10や水平動機構部40が邪魔になることを防止して、当該作業の作業性を高めることができる。

0073

図10(a)、(b)は、それぞれ図1〜5に示す腕動作補助装置1の変形例であって、水平動機構部40を2つの回動軸41、43を有する構成とした場合を示す説明図である。

0074

図1〜5に示した本実施の形態においては、水平動機構部40を、連結体42、45と3つの回動軸41、43、44とを備えた構成としているが、少なくとも2つの回動軸を備えた構成であれば、例えば、図10(a)、(b)に示すように、1つの連結体42と一対の回動軸41、43とを備えた構成とすることもできる。この場合、図10(a)に示すように、支持体51に第2連結体45と同様の形状を有する支持アーム72を固定し、この支持アーム72に第1連結体42の端部を第2の回動軸43によって回動自在に連結した構成とすることができる。また、図10(b)に示すように、支持体51を胴体4に対して後方に向けて突出する形状に形成し、この支持体51の後方に突出した部分に第1連結体42の端部を第2の回動軸43によって回動自在に連結した構成とすることもできる。図10(a)、(b)に示す構成とすることにより、水平動機構部40を、2つの回動軸41、43のみを有する簡素な構成として、この腕動作補助装置1のコストを低減することができる。また、図10(a)、(b)に示す構成とすることにより、肩関節の回動により腕3が人体2を上下方向に貫く回動軸を中心として胴体4の前方側に向けて水平方向に回動したときに、第1連結体42が背中に当たることを防止して、当該水平動機構部40により腕保持部材20を確実に腕3の動きに追従させることができる。

0075

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

0076

例えば、前記実施の形態においては、腕動作補助装置1が人体2に装着された状態において、連結機構30が胴体4の後方及び側方に配置される場合(図1に示す場合)と、連結機構30が胴体4の前方に配置される場合(図9に示す場合)とを示したが、連結機構30は、胴体4の前方及び/又は後方及び/又は側方に配置されていれば、その配置は種々変更可能である。

0077

また、前記実施の形態では、上下動機構部50に設ける荷重負担機構60を、腕動作補助装置1を人体2に装着した状態において、第1軸53に対して第3軸65が上方に位置する構成としているが、第1軸53に対して第3軸65が下方に位置する構成とすることもできる。この場合、スライダ61とバネ受け部62aとの間には、引っ張りコイルバネが装着される。引っ張りコイルバネとして、無負荷時において巻き線が軸方向に間隔を空けずに密着した形状のものを用いることにより、作動アーム52の第1軸53を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担するための付勢力を作動アーム52に付与することができる。

0078

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部50に設ける荷重負担機構60を、スライダ61、ガイドロッド62及び圧縮コイルバネ63を備えた機械的荷重補償装置に構成するようにしているが、これに限らず、圧縮コイルバネ63に替えて他の弾性体を用いたものや、カウンターウエイト方式のものなど、腕保持部材20に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担することができるものであれば、種々の構成のものを採用することができる。

0079

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部50に荷重負担機構60を設けることにより、この腕動作補助装置1を上向き作業の作業補助に適した構成のものとしているが、これに限らず、人体2に装着されて該人体2の腕3の動作を補助することができれば、荷重負担機構60を備えない構成とすることもできる。この場合、上下動機構部50を、例えば、腕保持部材20の上下方向位置を段階的に固定可能な構成とし、あるいは腕保持部材20を電動モータ等の駆動源により駆動して上下方向に移動させる構成としてもよい。

0080

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部50を、水平動機構部40と腕保持部材20との間に設けるようにしているが、これに限らず、支持部材10と腕保持部材20との間であれば、上下動機構部50を、第1連結体42と第2連結体45との間に設け、あるいは、支持部材10と水平動機構部40との間に設けることもできる。これらの場合、上下動機構部50は、作動アーム52と平行な補助アームを備えた平行リンク機構に構成されるのが好ましい。上下動機構部50を平行リンク機構に構成することにより、水平動機構部40の回動軸41、43、44を上下方向に対して傾斜させることなく腕保持部材20を腕3の上下方向の動きに追従させることができる。また、この場合、水平動機構部40は、着用者の胴体4の後方に限らず、胴体4の側方に配置されてもよい。

0081

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部50を上腕3aの側方(外側)に配置するようにしているが、上下動機構部50を上腕3aの下方ないし後方に配置して上方に回動した上腕3aを下方側から支える構成としてもよく、また、上下動機構部50を上腕3aの上方ないし前方に配置して上方に回動した上腕3aを上方側から吊り下げ保持する構成としてもよい。

0082

さらに、上下動機構部50の先端部分に、当該上下動機構部50と同様の構成を有する副上下動機構部をさらに接続し、この副上下動機構部の先端に連結された副腕保持部材を前腕3bに装着する構成とすることもできる。このような構成により、上腕3aに加えて、上腕3aに対する前腕3bの上下動作をも補助することができるようにして、腕3の動作をより確実に補助することができる。

0083

さらに、前記実施の形態においては、腕動作補助装置1を、支持部材10の左右両側に腕保持部材20及び連結機構30を設けた構成としているが、これに限らず、支持部材10の左右の何れか一方側にのみ腕保持部材20及び連結機構30を設けた構成とすることもできる。

0084

1 腕動作補助装置
2人体
3 腕
3a上腕
3b前腕
4胴体
10支持部材
20腕保持部材
30連結機構
40水平動機構部
41 第1の回動軸
42 第1連結体
43 第2の回動軸
44 第3の回動軸
45 第2連結体
50上下動機構部
51支持体
52作動アーム
53 第1軸
54支軸
60荷重負担機構
61スライダ
62ガイドロッド
62aバネ受け部
63圧縮コイルバネ
64 第2軸
65 第3軸
66カバー部
66a 開口
67 収容空間
70バネ部材
71板バネ(回動軸)
α ずらし角度

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