JP2013138848A - パワーアシストロボット装置およびその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つのパワーアシスト用電動モータ1は、装着者の腰部の左右方向両側近傍にそれぞれ配置される。各下肢アシストアームは、一端部がパワーアシスト用電動モータ1の回転軸に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。装着者の胸部に装着される上体アシストアームと、2つのパワーアシスト用電動モータ1を両端部でそれぞれ保持し、装着者の腰部に装着されるメインフレームとは、上下軸線まわりに回転自在な受動回転軸12および前後軸線まわりに回転自在な受動回転軸13によって連結される。
【選択図】 図1
Description
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置である。
装着者の胸部に装着される胸部フレームと、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
胸部フレームと腰部フレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する上体連結部とを含むことを特徴とする。
前記大腿部フレームの一端部は、前記内輪部に固定され、
前記腰部フレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含むことを特徴とする。
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームの右端部と胸部後フレームの右端部とを変位自在に連結する胸部右フレームと、
胸部前フレームの左端部と胸部後フレームの左端部とを変位自在に連結する胸部左フレームと、
胸部前フレームの左右軸線まわりに回転自在に連結する胸連結部によって該胸部前フレームに連結され、装着者の胸部に密着して装着されるクッション部とを含むことを特徴とする。
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームと胸部後フレームとの距離を調整する調整機構とを含むことを特徴とする。
胸部前フレームを含む胸部側部分と胸部後フレームを含む腰部側部分とを連結/分離するためのコネクタを含むことを特徴とする。
前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの一端部と他端部との距離を調整する大腿部調整機構を含むことを特徴とする。
前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする。
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする。
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする。
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする。
前記駆動制御部は、パラメータ入力部によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出することを特徴とする。
第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法である。
角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法である。
また、第1の実施形態では、下肢アシストアームにばねによるスライド機構を設けていたが、本実施形態では、複数の調整穴による調整機構によって、下肢アシストアームの全長を装着者の体型に合わせるような構造を採用しており、これによって、第1の実施形態と比較して、装置全体の重量を軽量化している。これにより、装着時の身体への負担を軽減することができる。
2〜6,14〜18,23,24 フレーム
8 スライド穴
9 受け部
7,10,12,13,19 受動回転軸
11,21,25 ベルト
20 胸部クッション
22 ベアリング
26 クッション
27 角度調整機構
50 ハンディ端末
51 パラメータ番号選択スイッチ
52 上昇スイッチ
53 下降スイッチ
54 エントリスイッチ
55 パラメータ表示部
56 LED
57 歩行スイッチ
58 上体スイッチ
59 中腰スイッチ
100 重作業用アシストスーツ
130 通信ユニット
131,151,161 無線通信部
132 電源制御部
134,142 モータドライバ
140 制御ユニット
141 モータ制御部
150 右足底ユニット
152,162,171 電池
153,163 爪先SW
154,164 踵SW
160 左足底ユニット
170 電池ユニット
Claims (17)
- 装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つの回転駆動部と、
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置。 - 前記上体フレームは、
装着者の胸部に装着される胸部フレームと、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
胸部フレームと腰部フレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する上体連結部とを含むことを特徴とする請求項1に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記回転駆動部は、該回転駆動部の回転軸に固定される内輪部と、内輪部に対して前記回転軸の軸線まわりに回転自在に設けられる外輪部とから構成される軸受部を含み、
前記大腿部フレームの一端部は、前記内輪部に固定され、
前記腰部フレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含むことを特徴とする請求項2に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームの右端部と胸部後フレームの右端部とを変位自在に連結する胸部右フレームと、
胸部前フレームの左端部と胸部後フレームの左端部とを変位自在に連結する胸部左フレームと、
胸部前フレームの左右軸線まわりに回転自在に連結する胸連結部によって該胸部前フレームに連結され、装着者の胸部に密着して装着されるクッション部とを含むことを特徴とする請求項2または3に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームと胸部後フレームとの距離を調整する調整機構とを含むことを特徴とする請求項2に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記胸部フレームは、
胸部前フレームを含む胸部側部分と胸部後フレームを含む腰部側部分とを連結/分離するためのコネクタを含むことを特徴とする請求項5に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記腰部フレームは、前記2つの回転駆動部間の距離を調整する腰部調整機構を含み、
前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの一端部と他端部との距離を調整する大腿部調整機構を含むことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの他端部と大腿部とを左右軸線まわりに回転自在に連結する大腿部連結部を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。
- 装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度を検出する第1の角度検出部と、
前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 - 第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 - 角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記駆動制御部は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つの回転駆動部を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つの回転駆動部に発生させることを特徴とする請求項10または12に記載のパワーアシストロボット装置。
- 装着者の個体差を表すパラメータを入力するパラメータ入力部をさらに含み、
前記駆動制御部は、パラメータ入力部によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出することを特徴とする請求項10,12,13のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 - 前記駆動制御部は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、装着者の個体差を表すパラメータを生成することを特徴とする請求項10に記載のパワーアシストロボット装置。
- 請求項9に記載のパワーアシストロボット装置の制御方法であって、
第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法。 - 請求項11に記載のパワーアシストロボット装置の制御方法であって、
角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法。
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