JP2017131971A - Power Assist Suit - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、パワーアシストスーツに関する。 The present invention relates to a power assist suit.
特許文献１に開示されているようなパワーアシストスーツが提案されている。パワーアシストスーツは、使用者に装着され、その使用者の筋力を補助する。パワーアシストスーツにより、例えば重い荷物を持ち上げるときの使用者の肉体的負担が軽減される。 A power assist suit as disclosed in Patent Document 1 has been proposed. The power assist suit is worn by a user and assists the user's muscle strength. The power assist suit reduces the physical burden on the user when lifting heavy loads, for example.
パワーアシストスーツを装着した使用者が重い荷物を持ち上げる場合、パワーアシストスーツの上肢部パーツが荷物の重みで傾いてしまう可能性がある。上肢部パーツが傾いてしまう場合、使用者は、自身の姿勢を維持するために、腹筋又は背筋等の自身の筋力を使う必要がある。その結果、使用者の肉体的負担が十分に軽減されない可能性がある。 When a user wearing a power assist suit lifts a heavy load, the upper limb part of the power assist suit may be tilted by the weight of the load. When the upper limb part tilts, the user needs to use his / her muscle strength such as the abdominal or back muscles in order to maintain his / her posture. As a result, the physical burden on the user may not be sufficiently reduced.
本発明は、作業性を損なわずに使用者の肉体的負担を軽減できるパワーアシストスーツを提供することを目的とする。 An object of this invention is to provide the power assist suit which can reduce a user's physical burden, without impairing workability | operativity.
本発明は、腰装着部及び前記腰装着部と相対移動可能に連結される大腿装着部を含む腰パーツを有する下肢部パーツと、前記下肢部パーツの前記腰装着部と連結される上肢部パーツと、前記腰パーツに設けられ、前記腰装着部と前記大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する駆動モータと、前記上肢部パーツに作用する荷重を検出する荷重検出器と、前記荷重検出器の検出値と、前記駆動モータと前記荷重検出器との距離とに基づいて、前記上肢部パーツに作用するモーメントをキャンセルするように前記駆動モータを制御する制御装置と、を備えるパワーアシストスーツを提供する。 The present invention relates to a lower limb part having a waist part including a waist attachment part and a thigh attachment part connected to the waist attachment part so as to be relatively movable, and an upper limb part connected to the waist attachment part of the lower limb part part. A drive motor that is provided in the waist part and generates power for moving the waist mounting part and the thigh mounting part relative to each other; a load detector that detects a load acting on the upper limb part part; A control device that controls the drive motor so as to cancel the moment acting on the upper limb part based on the detection value of the load detector and the distance between the drive motor and the load detector. Provide assist suits.
本発明によれば、パワーアシストスーツを装着した使用者が荷物を持ち上げると、上肢部パーツに作用する荷重は荷重検出器に検出される。制御装置は、荷重検出器の検出値と、駆動モータと荷重検出器との距離とに基づいて、上肢部パーツに作用するモーメントを算出し、そのモーメントをキャンセルするように駆動モータを制御する。駆動モータと荷重検出器との距離は既知データであり、制御装置は、荷重検出器の検出値と既知データである距離とに基づいてモーメントをキャンセルするための駆動モータの出力値を自動的に算出する。駆動モータは、モーメントをキャンセルするように、使用者の腰に装着されている腰装着部と使用者の大腿に装着されている大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する。これにより、荷物の持ち上げ動作において上肢部パーツが傾いてしまうことが抑制される。したがって、作業性を損なわずに使用者の肉体的負担が軽減される。 According to the present invention, when the user wearing the power assist suit lifts the load, the load acting on the upper limb part is detected by the load detector. The control device calculates a moment acting on the upper limb part based on the detection value of the load detector and the distance between the drive motor and the load detector, and controls the drive motor to cancel the moment. The distance between the drive motor and the load detector is known data, and the control device automatically calculates the output value of the drive motor for canceling the moment based on the detected value of the load detector and the distance that is the known data. calculate. The drive motor generates power for relatively moving the waist mounting portion mounted on the user's waist and the thigh mounting portion mounted on the user's thigh so as to cancel the moment. Thereby, it is suppressed that an upper limb part inclines in the lifting operation of a load. Therefore, the physical burden on the user is reduced without impairing workability.
本発明において、前記荷重検出器は、上下方向の荷重である上下荷重と、前後方向の荷重である前後荷重とを検出し、前記距離は、上下方向の前記駆動モータの回転軸と前記荷重検出器との距離である上下距離と、前後方向の前記駆動モータの回転軸と前記荷重検出器との距離である前後距離とを含み、前記制御装置は、前記上下荷重と前記前後距離との積と、前記前後荷重と前記上下距離との積とを算出して、前記駆動モータの出力値を決定することが好ましい。 In the present invention, the load detector detects a vertical load that is a load in the vertical direction and a longitudinal load that is a load in the front-rear direction, and the distance is the rotation axis of the drive motor in the vertical direction and the load detection. A vertical distance that is a distance to the container and a longitudinal distance that is a distance between the rotational axis of the drive motor and the load detector in the front-rear direction, and the control device is configured to multiply the vertical load and the front-rear distance Preferably, the output value of the drive motor is determined by calculating the product of the longitudinal load and the vertical distance.
上下荷重と前後距離との積により、上下荷重に基づいて上肢部パーツに作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータの出力値が決定される。前後荷重と上下距離との積により、前後荷重に基づいて上肢部パーツに作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータの出力値が決定される。したがって、制御装置は、上下荷重に基づいて上肢部パーツに作用するモーメント、及び前後荷重に基づいて上肢部パーツに作用するモーメントの両方をキャンセルするための駆動モータの出力値を決定することができる。これにより、上肢部パーツが前後方向に傾いてしまうことが十分に抑制される。 The output value of the drive motor for canceling the moment acting on the upper limb part based on the vertical load is determined by the product of the vertical load and the longitudinal distance. The product of the longitudinal load and the vertical distance determines the output value of the drive motor for canceling the moment acting on the upper limb part based on the longitudinal load. Therefore, the control device can determine the output value of the drive motor for canceling both the moment acting on the upper limb part based on the vertical load and the moment acting on the upper limb part based on the longitudinal load. . This sufficiently suppresses the upper limb part from tilting in the front-rear direction.
本発明において、前記下肢部パーツは、右脚の足裏に作用する荷重を検出する第１足センサ部と、左脚の足裏に作用する荷重を検出する第２足センサ部とを有し、前記大腿装着部は、右脚の大腿に装着される第１大腿装着部と、左脚の大腿に装着される第２大腿装着部とを含み、前記駆動モータは、前記腰装着部と前記第１大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する第１駆動モータと、前記腰装着部と前記第２大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する第２駆動モータとを含み、前記制御装置は、前記第１足センサ部の検出値と前記第２足センサ部の検出値とに基づいて、前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御することが好ましい。 In the present invention, the lower limb part includes a first foot sensor for detecting a load acting on the sole of the right leg and a second foot sensor for detecting a load acting on the sole of the left leg. The thigh attachment part includes a first thigh attachment part attached to the thigh of the right leg and a second thigh attachment part attached to the thigh of the left leg, and the drive motor includes the waist attachment part and the A first drive motor that generates power for relatively moving the first thigh mounting portion; and a second drive motor that generates power for relatively moving the waist mounting portion and the second thigh mounting portion. Preferably, the control device controls the first drive motor and the second drive motor based on a detection value of the first foot sensor unit and a detection value of the second foot sensor unit.
制御装置は、第１足センサ部の検出値と第２足センサ部の検出値とに基づいて、床面を踏みしめている状態の使用者の両脚に作用する荷重を検出することができる。制御装置は、第１足センサ部及び第２足センサ部を使って検出された使用者の両脚に作用する荷重に基づいて、使用者の両側に設けられている第１駆動モータ及び第２駆動モータを制御する。したがって、使用者は、左右方向の姿勢を維持しつつ、荷物を持ち上げることができる。 The control device can detect a load acting on both legs of the user who is stepping on the floor surface based on the detection value of the first foot sensor unit and the detection value of the second foot sensor unit. The control device includes a first drive motor and a second drive provided on both sides of the user based on a load acting on both legs of the user detected using the first foot sensor unit and the second foot sensor unit. Control the motor. Therefore, the user can lift the load while maintaining the horizontal posture.
本発明において、前記制御装置は、前記第１足センサ部の検出値及び前記第２足センサ部の検出値に基づいて、右脚の足裏に作用する荷重と左脚の足裏に作用する荷重との比率を算出して、前記第１駆動モータの出力値及び前記第２駆動モータの出力値を決定することが好ましい。 In the present invention, the control device acts on the load acting on the sole of the right leg and the sole of the left leg based on the detection value of the first foot sensor unit and the detection value of the second foot sensor unit. It is preferable to calculate a ratio with a load and determine an output value of the first drive motor and an output value of the second drive motor.
制御装置は、第１足センサ部の検出値と第２足センサ部の検出値とに基づいて、右脚の足裏に作用する荷重と左脚の足裏に作用する荷重との比率を算出することにより、床面を踏みしめている状態の使用者の姿勢の左右方向のバランスを検出することができる。制御装置は、第１足センサ部及び第２足センサ部を使って検出された使用者の左右方向のバランスに基づいて、使用者の両側に設けられている第１駆動モータの出力値及び第２駆動モータの出力値を制御する。したがって、使用者は、左右方向のバランスを崩さずに、荷物を持ち上げることができる。 The control device calculates a ratio between a load acting on the sole of the right leg and a load acting on the sole of the left leg based on the detection value of the first foot sensor unit and the detection value of the second foot sensor unit. By doing so, it is possible to detect the balance in the left-right direction of the posture of the user who is stepping on the floor. The control device is configured to output an output value of the first drive motor provided on both sides of the user and the first value based on the balance in the left and right direction of the user detected using the first foot sensor unit and the second foot sensor unit. The output value of the two-drive motor is controlled. Therefore, the user can lift the load without breaking the left-right balance.
本発明において、前記上肢部パーツは前記下肢部パーツに着脱可能であり、前記荷重検出器は、前記腰装着部に設けられることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that the upper limb part is detachable from the lower limb part, and the load detector is provided in the waist mounting part.
荷重検出器が下肢部パーツの腰装着部に設けられることにより、上肢部パーツが交換されても、その上肢部パーツに作用する荷重が検出される。また、上肢部パーツは下肢部パーツに着脱可能なので、作業の種類に応じて最適な機能を有する上肢部パーツを選択して下肢部パーツに連結することができる。そのため、多種多様な作業に対応可能であり、拡張性及び保守性を向上することができる。 By providing the load detector in the waist mounting portion of the lower limb part, even if the upper limb part is replaced, the load acting on the upper limb part is detected. Further, since the upper limb part is detachable from the lower limb part, it is possible to select an upper limb part having an optimal function according to the type of work and connect it to the lower limb part. Therefore, it is possible to cope with a wide variety of work, and the expandability and maintainability can be improved.
本発明によれば、作業性を損なわずに使用者の肉体的負担を軽減できるパワーアシストスーツが提供される。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the power assist suit which can reduce a user's physical burden, without impairing workability | operativity is provided.
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。以下で説明する各実施形態の構成要素は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。 Hereinafter, embodiments according to the present invention will be described with reference to the drawings, but the present invention is not limited thereto. The components of each embodiment described below can be combined as appropriate. Some components may not be used.
図１は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の一例を示す斜視図である。図２は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０が使用者に装着された状態を示す正面図である。図３は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０が使用者に装着された状態を示す側面図である。図４は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の下肢部パーツ１１を示す斜視図である。図５は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の上肢部パーツ１２を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係る上肢部パーツ１２を示す正面図である。図７は、本実施形態に係る上肢部パーツ１２を示す平面図である。図８は、本実施形態に係る下肢部パーツ１１と上肢部パーツ１２との連結部を模式的に示す拡大図である。
FIG. 1 is a perspective view showing an example of a
図１、図２、及び図３に示すように、パワーアシストスーツ１０は、使用者の下肢に装着される下肢部パーツ１１と、下肢部パーツ１１と連結され、使用者の上肢に装着される上肢部パーツ１２と、下肢部パーツ１１を制御する下肢制御装置１６と、電力を供給するバッテリ１７と、上肢部パーツ１２を制御する上肢制御装置１８とを備える。
As shown in FIGS. 1, 2, and 3, the
下肢部パーツ１１は、使用者の腰に装着される腰パーツ１３と、使用者の肩に装着される肩パーツ１４と、使用者の脚に装着される脚パーツ１５Ａ，１５Ｂとを有する。脚パーツ１５Ａは、使用者の左脚に装着される。脚パーツ１５Ｂは、使用者の右脚に装着される。
The
脚パーツ１５Ａ，１５Ｂは、腰パーツ１３の下部と相対移動可能に連結される。腰パーツ１３は、肩パーツ１４の下部と連結される。上肢部パーツ１２は、下肢部パーツ１１の腰パーツ１３と連結される。
The
図８に示すように、腰パーツ１３は、第１連結部２４を有する。上肢部パーツ１２は、第２連結部５１を有する。第１連結部２４と第２連結部５１とが連結されることによって、下肢部パーツ１１の腰パーツ１３と上肢部パーツ１２とが連結される。
As shown in FIG. 8, the
図１、図２、図３、及び図４に示すように、腰パーツ１３は、使用者の腰に装着される腰装着部２１と、使用者の大腿に装着される大腿装着部４１Ａ，４１Ｂと、腰装着部２１と大腿装着部４１Ａ，４１Ｂとを相対移動可能に連結する大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂと、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂを制御する大腿制御部２３Ａ，２３Ｂとを有する。下肢制御装置１６は、腰装着部２１に支持される。バッテリ１７は、腰装着部２１に支持される。
As shown in FIGS. 1, 2, 3, and 4, the
腰装着部２１は、使用者の腰の周囲に配置される。腰装着部２１が使用者の腰に装着された状態で、下肢制御装置１６及びバッテリ１７は、使用者の背中側に配置される。第１連結部２４は、腰装着部２１の背面側に配置される。
The
大腿装着部４１Ａは、使用者の左脚の大腿に装着される。大腿装着部４１Ｂは、使用者の右脚の大腿に装着される。大腿駆動機構２２Ａは、使用者の左脚の側部に配置される。大腿駆動機構２２Ｂは、使用者の右脚の側部に配置される。
The
大腿装着部４１Ａ，４１Ｂは、腰装着部２１よりも下方に配置される。大腿装着部４１Ａ，４１Ｂは、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂを介して、腰装着部２１と相対移動可能に連結される。大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂの一部は腰装着部２１に設けられ、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂの一部は大腿装着部４１Ａ，４１Ｂに設けられる。本実施形態において、腰装着部２１と大腿装着部４１Ａ，４１Ｂとは、回転軸ＡＸを中心に相対回転する。
The
大腿駆動機構２２Ａは、使用者の左脚の大腿を駆動する。大腿駆動機構２２Ｂは、使用者の右脚の大腿を駆動する。大腿駆動機構２２Ａは、腰装着部２１と大腿装着部４１Ａとを相対移動させるための動力を発生する駆動モータ８１Ａを有する。大腿駆動機構２２Ｂは、腰装着部２１と大腿装着部４１Ｂとを相対移動させるための動力を発生する駆動モータ８１Ｂを有する。駆動モータ８１Ａが作動することにより、腰装着部２１と大腿装着部４１Ａとが回転軸ＡＸを中心に相対回転し、大腿装着部４１Ａが装着された使用者の左脚の大腿が駆動される。これにより、左脚の大腿の筋力が補助される。駆動モータ８１Ｂが作動することにより、腰装着部２１と大腿装着部４１Ｂとが回転軸ＡＸを中心に相対回転し、大腿装着部４１Ｂが装着された使用者の右脚の大腿が駆動される。これにより、右脚の大腿の筋力が補助される。
The
大腿制御部２３Ａは、大腿駆動機構２２Ａに接続され、大腿駆動機構２２Ａを制御する。大腿制御部２３Ｂは、大腿駆動機構２２Ｂに接続され、大腿駆動機構２２Ｂを制御する。大腿制御部２３Ａ，２３Ｂは、ＣＰＵ（central processing unit）のようなマイクロプロセッサを含み、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂを制御する制御信号を出力する。
The
大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂ及び大腿制御部２３Ａ，２３Ｂは、バッテリ１７から供給される電力によって作動する。
The
肩パーツ１４は、使用者の背中に装着される背装着部３１と、使用者の左肩に装着される左肩装着部３２Ａと、使用者の右肩に装着される右肩装着部３２Ｂとを有する。左肩装着部３２Ａ及び右肩装着部３２Ｂは、背装着部３１に支持される。背装着部３１は、腰パーツ１３の腰装着部２１と連結される。
The
脚パーツ１５Ａは、使用者の左脚の少なくとも一部に装着される。脚パーツ１５Ａは、大腿装着部４１Ａと相対移動可能に連結される下腿装着部４２Ａと、下腿装着部４２Ａと相対移動可能に連結される足装着部４３Ａと、下腿駆動機構４４Ａと、脚制御部４５Ａと、足センサ部４６Ａとを有する。
The
大腿装着部４１Ａは、使用者の左脚の大腿に装着される。下腿装着部４２Ａは、使用者の左脚の下腿に装着される。足装着部４３Ａは、使用者の左足部（足首から下の部分）に装着される靴部である。大腿装着部４１Ａの一端部は、腰パーツ１３の腰装着部２１と回転可能に連結される。下腿装着部４２Ａの一端部は、大腿装着部４１Ａの他端部と回転可能に連結される。下腿装着部４２Ａの他端部は、回動軸４７Ａを介して足装着部４３Ａと回転可能に連結される。
The
大腿装着部４１Ａは、一端部側に図示しないクラッチを有し、そのクラッチを介して大腿駆動機構２２Ａと接続される。下腿装着部４２Ａは、一端部側にクラッチを有し、そのクラッチを介して下腿駆動機構４４Ａと接続される。
The
下腿駆動機構４４Ａは、使用者の左脚の側部に配置され、大腿装着部４１Ａと下腿装着部４２Ａとを相対回転可能に連結する。下腿装着部４２Ａは、下腿駆動機構４４Ａを介して大腿装着部４１Ａと回転可能に連結される。下腿駆動機構４４Ａは、大腿装着部４１Ａと下腿装着部４２Ａとを相対回転させるための動力を発生する駆動モータ８５Ａを有する。下腿駆動機構４４Ａは、大腿装着部４１Ａに対して下腿装着部４４Ａを回転させることによって、左脚の下腿の筋力を補助する。
The
脚制御部４５Ａは、下腿駆動機構４４Ａに支持される。脚制御部４５Ａは、下腿駆動機構４４Ａの上部に配置される。なお、脚制御部４５Ａは、下腿駆動機構４４Ａの下部に配置されてもよい。脚制御部４５Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構４４Ａを制御する制御信号を出力する。
The
足センサ部４６Ａは、左脚の足裏に作用する床面からの荷重を検出する。
The
下腿駆動機構４４Ａの駆動モータ８５Ａ、脚制御部４５Ａ、及び足センサ部４６Ａは、バッテリ１７から供給される電力によって作動する。
The
脚パーツ１５Ｂは、使用者の右脚の少なくとも一部に装着される。脚パーツ１５Ｂは、大腿装着部４１Ｂと相対移動可能に連結される下腿装着部４２Ｂと、下腿装着部４２Ｂと相対移動可能に連結される足装着部４３Ｂと、下腿駆動機構４４Ｂと、脚制御部４５Ｂと、足センサ部４６Ｂとを有する。
The
大腿装着部４１Ｂは、使用者の右脚の大腿に装着される。下腿装着部４２Ｂは、使用者の右脚の下腿に装着される。足装着部４３Ｂは、使用者の右足部（足首から下の部分）に装着される靴部である。大腿装着部４１Ｂの一端部は、腰パーツ１３の腰装着部２１と回転可能に連結される。下腿装着部４２Ｂの一端部は、大腿装着部４１Ｂの他端部と回転可能に連結される。下腿装着部４２Ｂの他端部は、回動軸４７Ｂを介して足装着部４３Ｂと回転可能に連結される。
The
大腿装着部４１Ｂは、一端部側に図示しないクラッチを有し、そのクラッチを介して大腿駆動機構２２Ｂと接続される。下腿装着部４２Ｂは、一端部側にクラッチを有し、そのクラッチを介して下腿駆動機構４４Ｂと接続される。
The
下腿駆動機構４４Ｂは、使用者の右脚の側部に配置され、大腿装着部４１Ｂと下腿装着部４２Ｂとを相対回転可能に連結する。下腿装着部４２Ｂは、下腿駆動機構４４Ｂを介して大腿装着部４１Ｂと回転可能に連結される。下腿駆動機構４４Ｂは、大腿装着部４１Ｂと下腿装着部４２Ｂとを相対回転させるための動力を発生する駆動モータ８５Ｂを有する。下腿駆動機構４４Ｂは、大腿装着部４１Ｂに対して下腿装着部４４Ｂを回転させることによって、右脚の下腿の筋力を補助する。
The
脚制御部４５Ｂは、下腿駆動機構４４Ｂに支持される。脚制御部４５Ｂは、下腿駆動機構４４Ｂの上部に配置される。なお、脚制御部４５Ｂは、下腿駆動機構４４Ｂの下部に配置されてもよい。脚制御部４５Ｂは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構４４Ｂを制御する制御信号を出力する。
The
足センサ部４６Ｂは、右脚の足裏に作用する床面からの荷重を検出する。
The
下腿駆動機構４４Ｂの駆動モータ８５Ｂ、脚制御部４５Ｂ、及び足センサ部４６Ｂは、バッテリ１７から供給される電力によって作動する。
The
図１、図２、図３、図５、図６、及び図７に示すように、上肢部パーツ１２は、下肢部パーツ１１の腰パーツ１３の腰装着部２１と連結される。上肢部パーツ１２は、腰装着部２１と連結される支持部５５と、支持部５５に支持されるレール部５２と、レール部５２にガイドされて移動可能なアーム部５３Ａ，５３Ｂと、上肢部駆動制御部５４とを有する。上肢制御装置１８は、上肢部パーツ１２に支持される。上肢部パーツ１２は、下肢部パーツ１１に着脱可能である。なお、上肢部パーツ１２は、下肢部パーツ１１の背中部分と連結されてもよい。
As shown in FIGS. 1, 2, 3, 5, 6, and 7, the
レール部５２は、支持部５５と一体で形成された支持板６２と、支持板６２に固定され上下方向に延在するガイドレール６３とを有する。アーム部５３Ａは、使用者の左腕に対応し、アーム部５３Ｂは、使用者の右腕に対応する。アーム部５３Ａ及びアーム部５３Ｂは、基部６４に支持される。基部６４に支持されたアーム部５３Ａ，５３Ｂは、水平なフォーク部を形成する。基部６４はガイドレール６３に移動可能に支持される。上肢部駆動制御部５４は、基部６４を上下方向に移動させるための動力を発生するアクチュエータと、そのアクチュエータに制御信号を出力する制御部とを含む。上肢部駆動制御部５４は、基部６４を上下方向に移動させることによって、アーム部５３Ａ，５３Ｂをレール部５２に沿って移動させる。
The
支持部５５は、腰装着部２１に設けられた第１連結部２４と連結される第２連結部５１を有する。図８等に示すように、腰装着部２１が使用者の腰に装着された状態で、第１連結部２４は、使用者の後方を向く。第２連結部５１は、第１連結部２４と対向するように前方を向いた状態で第１連結部２４と連結される。第１連結部２４と第２連結部５１とが対向した状態で、腰装着部２１と支持部５５とが複数のボルト６１によって固定される。第１連結部２４と第２連結部５１とが連結され、腰装着部２１と支持部５５とが複数のボルト６１によって固定されることにより、下肢部パーツ１１の腰パーツ１３と上肢部パーツ１２の支持板６２とが固定される。ボルト６１による固定が解除されることにより、上肢部パーツ１２は、腰パーツ１３から外される。
The
以下の説明において、回転軸ＡＸと平行な方向を、左右方向、と称し、レール部５２の延在方向であり左右方向と直交する方向を、上下方向、と称し、左右方向及び上下方向と直交する方向を、前後方向、と称する。
In the following description, the direction parallel to the rotation axis AX is referred to as the left-right direction, and the direction in which the
腰装着部２１に、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出する荷重検出器７３が設けられる。荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２の第２連結部５１と連結される腰パーツ１３の第１連結部２４に固定される。下肢部パーツ１１の第１連結部２４と上肢部パーツ１２の第２連結部５１とが連結された状態で、荷重検出器７３は、第１連結部２４と第２連結部５１との間に配置される。
The
荷重検出器７３は、ロードセルである。ロードセルは、ひずみゲージを含み、腰装着部２１に作用する引張力又は圧縮力を検出して電気信号に変換する。荷重検出器７３は、電気信号を検出信号として下肢制御装置１６に出力する。
The
荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する上下方向の荷重である上下荷重と、上肢部パーツ１２に作用する前後方向の荷重である前後荷重とを検出する。上下荷重の検出値及び前後荷重の検出値を含む荷重検出器７３の検出信号は、下肢制御装置１６に送信される。
The
次に、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御系について説明する。図９は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御ブロック図である。図９に示すように、下肢部パーツ１１には、下肢制御装置１６、バッテリ１７、大腿制御部２３Ａ，２３Ｂ、脚制御部４５Ａ，４５Ｂ、及び足センサ部４６Ａ，４６Ｂが搭載されている。上肢部パーツ１２には、上肢制御装置１８及び上肢部駆動制御部５４が搭載されている。
Next, a control system of the
下肢制御装置１６は、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部７１と、通信インターフェース７４と、外部通信インターフェース７５と、電源部７６とを有する。下肢制御装置１６には、ジャイロセンサ７２及び荷重検出器７３が接続される。
The lower
ジャイロセンサ７２は、パワーアシストスーツ１０の向きを検出し、その検出信号を制御部７１に出力する。
The
荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出し、その検出信号を制御部７１に出力する。
The
通信インターフェース７４は、大腿制御部２３Ａ，２３Ｂの通信インターフェース８３、脚制御部４５Ａ，４５Ｂの通信インターフェース、及び足センサ部４６Ａ，４６Ｂの通信インターフェース８８と通信可能である。外部通信インターフェース７５は、外部制御装置７７と通信可能である。電源部７６は、バッテリ１７に接続され、制御部７１等に電力を供給する。
The
制御部７１は、電源部７６から電力を供給され、ジャイロセンサ７２から検出信号を供給され、荷重検出器７３から検出信号を供給される。また、制御部７１は、大腿制御部２３Ａ，２３Ｂに制御信号を出力し、脚制御部４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。また、制御部７１は、外部制御装置７７と通信して、各種機器のメンテナンスを行う。
The
大腿制御部２３Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部８２と、通信インターフェース８３と、電源部８４とを有し、大腿駆動機構２２Ａの駆動モータ８１Ａを制御する。制御部８２は、下肢制御装置１６の制御部７１から出力された制御信号を、通信インターフェース８３を介して受信し、駆動モータ８１Ａを制御する。電源部８４は、バッテリ１７に接続され、制御部８２などに電力を供給する。
The
足センサ部４６Ａは、足装着部４３Ａに作用する荷重を検出する荷重センサ、足装着部４３Ａの角度を検出する角度センサ、及び足装着部４３Ａに作用する加速度を検出する加速度センサ等を含む各種のセンサ８６と、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部８７と、通信インターフェース８８と、電源部８９とを有する。制御部８７は、センサ８６の検出信号を通信インターフェース８８から下肢制御装置１６の制御部７１に出力する。電源部８９は、バッテリ１７に接続され、制御部８７などに電力を供給する。
The
上肢制御装置１８は、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部１０１と、通信インターフェース１０２と、電源部１０３とを有する。通信インターフェース１０２は、上肢部駆動制御部５４と通信可能である。電源部１０３は、バッテリ１７に接続され、制御部１０１などに電力を供給する。上肢部駆動制御部５４は、アーム部５３Ａ，５３Ｂの駆動モータ９１と、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部９２と、電源部９３と、操作スイッチ９４を有する。制御部９２は、上肢制御装置１８の制御部１０１又は操作スイッチ９４からの制御信号を受信し、駆動モータ９１を制御する。電源部９３は、バッテリ１７に接続され、制御部９２などに電力を供給する。
The upper
下肢部パーツ１１と上肢部パーツ１２とは、機械的及び電気的に着脱可能に連結される。下肢部パーツ１１は、電源ケーブルを介してバッテリ１７と接続され、制御信号ケーブルを介して下肢制御装置１６の制御部７１と接続される第１コネクタ８０を有する。上肢部パーツ１２は、電源ケーブルを介して駆動モータ９１及び電源部９３と接続され、制御信号ケーブルを介して上肢制御装置１８の制御部１０１と接続される第２コネクタ９０を有する。第１コネクタ８０と第２コネクタ９０とは着脱可能に連結され、第１コネクタ８０と第２コネクタ９０とが連結されることによって、下肢部パーツ１１と上肢部パーツ１２とが電気的に連結される。
The
なお、大腿制御部２３Ｂは、大腿制御部２３Ａと実質的に同等の構成であり、脚制御部４５Ｂは、脚制御部４５Ａと実質的に同等の構成であり、足センサ部４６Ｂは、足センサ部４６Ａと同等の構成である。大腿制御部２３Ｂ、脚制御部４５Ｂ、及び足センサ部４６Ｂについての説明は省略する。
The
次に、パワーアシストスーツ１０の使用方法の一例について説明する。使用者に対する腰パーツ１３、肩パーツ１４、及び脚パーツ１５Ａ，１５Ｂの装着は、ラチェット式のロック装置を有する安全ベルトにより行い、安全ベルトにより腰回りと肩から腰への縦方向で固定する。パワーアシストスーツ１０の装着時には、ハンガーにかけておき、まず足先に装着し、次にハンガーにかけてあるパワースーツに体を預けるようにして装着する。パワーアシストスーツ１０の脱衣時には、基本的にその逆の手順だが、非常時は、解除ボタンを押してロック装置を解除する。
Next, an example of how to use the
制御部７１を含む下肢制御装置１６は、ジャイロセンサ７２、荷重検出器７３、及び足センサ部４６Ａ，４６Ｂの検出信号に基づいて、大腿制御部２３Ａ，２３Ｂ及び脚制御部４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。制御部７１は、検出した荷重に基づいて大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによるアシスト力を設定して、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂ、及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂの駆動モータ８５Ａ，８５Ｂを制御する。
The lower
例えば、パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が各種の作業を実施すると、足装着部４３Ａ，４３Ｂに荷重が作用する。荷重センサ及び角度センサ等を含むセンサ８６を有する足センサ部４６Ａ，４６Ｂは、足装着部４３Ａ，４３Ｂに作用する荷重及び角度を検出し、その検出信号を下肢制御装置１６に出力する。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ，４６Ｂからの検出信号に基づいて大腿装着部４１Ａ，４１Ｂ及び下腿装着部４２Ａ，４２Ｂへのアシスト力を設定し、所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂ及び駆動モータ８５Ａ，８５Ｂを作動して、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂを駆動する。
For example, when the user wearing the
また、パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が左右のアーム部５３Ａ，５３Ｂを使って重い荷物の持ち上げ動作を実施する場合、上肢制御装置１８の制御部１０１は、操作スイッチ９４からの操作信号を受信し、上肢部駆動制御部５４の駆動モータ９１を駆動制御する。使用者が左右のアーム部５３Ａ，５３Ｂを使って重い荷物の持ち上げ動作を実施すると、上肢部パーツ１２に荷重が作用する。荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出し、その検出信号を下肢制御装置１６に出力する。下肢制御装置１６は、荷重検出器７３からの検出信号に基づいて大腿装着部４１Ａ，４１Ｂ及び下腿装着部４２Ａ，４２Ｂへのアシスト力を設定し、所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂ及び駆動モータ８５Ａ，８５Ｂを作動して、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂを駆動する。
When the user wearing the
なお、本実施形態においては、下肢制御装置１６に、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによるアシスト力を調整する調整スイッチ７８が設けられている。例えば、使用者が左右のアーム部５３Ａ，５３Ｂを使って重い荷物の持ち上げ動作を実施するとき、その荷物の重量を事前に把握している場合には、調整スイッチ７８を使って、荷物の重量に適したアシスト力が発生するように、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂのアシスト力を調整可能である。
In the present embodiment, the lower
このように、本実施形態においては、使用者の下肢に装着され筋力を補助する大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂを有する下肢部パーツ１１と、下肢部パーツ１１に連結されて使用者の上肢に装着される上肢部パーツ１２と、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出する荷重検出器７３と、荷重検出器７３の検出結果に基づいて大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによるアシスト力を調整する下肢制御装置１６とが設けられる。
Thus, in the present embodiment, the
下肢部パーツ１１と上肢部パーツ１２とを連結したとき、上肢部パーツ１２の重量が下肢部パーツ１１に荷重として作用する。荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出し、下肢制御装置１６の制御部７１は、荷重検出器７３の検出結果に基づいて大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによる下肢部パーツ１１のアシスト力を調整する。
When the
また、パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が荷物を持ち上げて、上肢部パーツ１２に荷重が作用すると、荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する荷重を検出し、下肢制御装置１６の制御部７１は、荷重検出器７３の検出結果に基づいて大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによる下肢部パーツ１１のアシスト力を発生する。そのため、使用者は、上肢部パーツ１２の重量及び上肢部パーツ１２に作用する荷重を受け止める必要が無くなる。その結果、使用者の肉体的負担は軽減される。
When the user wearing the
ところで、パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が重い荷物を持ち上げる場合、パワーアシストスーツ１０の上肢部パーツ１２が荷物の重みで前後方向に傾いてしまう可能性がある。上肢部パーツ１２が傾いてしまう場合、使用者は、自身の姿勢を維持するために、腹筋又は背筋等の自身の筋力を使う必要がある。その結果、使用者の肉体的負担が十分に軽減されない可能性がある。
By the way, when the user wearing the
そこで、本実施形態においては、上肢パーツ１２に作用する荷重を検出する荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、下肢制御装置１６は、上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御する。上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするように駆動モータ８１Ａ，８１Ｂが作動することにより、使用者は、例えば調整スイッチ７８を操作することなく、肉体的負担を軽減できる。
Therefore, in the present embodiment, the lower
次に、本実施系形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御方法の一例について説明する。図１０及び図１１は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御方法の一例を説明するための模式図である。本実施形態において、下肢制御装置１６は、上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするように、大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御する。例えば、図１０の矢印Ｒ１で示すように、上肢部パーツ１２（使用者）が後方に反り返るように、その上肢部パーツ１２にモーメントが作用した場合、下肢制御装置１６は、図１０の矢印Ｒ２で示すように、その上肢部パーツ１２に作用するモーメントを相殺する方向に、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを駆動する。
Next, an example of the control method of the
また、矢印Ｒ１で示す方向とは逆方向に、上肢部パーツ１２にモーメントが作用した場合、下肢制御装置１６は、矢印Ｒ２で示す方向とは逆方向に駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを駆動して、その上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルする。
When a moment acts on the
上述のように、荷重検出器７３は、腰装着部２１に作用する引張力又は圧縮力を検出可能である。したがって、下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出信号に基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントの向き（矢印Ｒ１の向き）を判定することができる。
As described above, the
本実施形態において、下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御する。
In the present embodiment, the lower
上述のように、荷重検出器７３の検出信号は、下肢制御装置１６に送信される。駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離は、パワーアシストスーツ１０の設計データなどから分かる既知データである。下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの駆動方向及び駆動力を算出することができる。
As described above, the detection signal of the
図１０に示すように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とは、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの回転軸ＡＸと荷重検出器７３との上下方向の距離である上下距離Ｈと、前記駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの回転軸ＡＸと荷重検出器７３との前後方向の距離である前後距離Ｖとを含む。
As shown in FIG. 10, the distance between the
荷重検出器７３は、上肢部パーツ１２に作用する上下方向の荷重である上下荷重Ｆｈと、上肢部パーツ１２に作用する前後方向の荷重である前後荷重Ｆｖとを検出し、下肢制御装置１６に送信する。
The
下肢制御装置１６は、上下荷重Ｆｈと前後距離Ｖとの積と、前後荷重Ｆｖと上下距離Ｈとの積とを算出して、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を決定する。下肢制御装置１６は、上下荷重Ｆｈと前後距離Ｖとの積により、上下荷重Ｆｈに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を決定することができる。また、下肢制御装置１６は、前後荷重Ｆｖと上下距離Ｈとの積により、前後荷重Ｆｖに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を決定することができる。
The lower
下肢制御装置１６は、駆動モータ８１Ａが発生する動力と駆動モータ８１Ｂが発生する動力とが同一の動力となるように駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御してもよいし、駆動モータ８１Ａが発生する動力と駆動モータ８１Ｂが発生する動力とが異なる動力となるように駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御してもよい。下肢制御装置１６は、上肢部パーツ１２に作用するモーメントがキャンセルされるように、駆動モータ８１Ａが発生する動力と駆動モータ８１Ｂが発生する動力との和（合力）を算出し、その算出された合力が２つの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの動力で得られるように、駆動モータ８１Ａと駆動モータ８１Ｂとに動力（出力値）を分配する。
The lower
本実施形態において、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値と足センサ部４６Ｂの検出値とに基づいて、駆動モータ８１Ａ及び駆動モータ８１Ｂを制御する。
In the present embodiment, the lower
図１１に示すように、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値に基づいて、床面を踏みしめている状態の使用者の左脚の足裏に作用する荷重Ｍｌを検出することができる。また、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ｂの検出値に基づいて、床面を踏みしめている状態の使用者の右脚の足裏に作用する荷重Ｍｒを検出することができる。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ及び足センサ部４６Ｂを使って検出された使用者の左脚に作用する荷重Ｍｌ及び右脚に作用する荷重Ｍｒに基づいて、使用者の左側に設けられている駆動モータ８１Ａの出力値及び右側に設けられている駆動モータ８１Ｂの出力値を決定する。例えば、下肢制御装置１６は、左脚に作用する荷重Ｍｌが大きいほど、使用者の左側に設けられている駆動モータ８１Ａの出力値を大きくし、荷重Ｍｌが小さいほど、駆動モータ８１Ａの出力値を小さくする。同様に、下肢制御装置１６は、右脚に作用する荷重Ｍｒが大きいほど、使用者の右側に設けられている駆動モータ８１Ｂの出力値を大きくし、荷重Ｍｒが小さいほど、駆動モータ８１Ｂの出力値を小さくする。
As shown in FIG. 11, the lower
本実施形態において、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値及び足センサ部４６Ｂの検出値に基づいて、左脚の足裏に作用する荷重Ｍｌと右脚の足裏に作用する荷重Ｍｒとの比率を算出して、駆動モータ８１Ａの出力値及び駆動モータ８１Ｂの出力値を決定する。下肢制御装置１６は、左脚又は右脚の足裏に作用する荷重Ｍｌ，Ｍｒのうち、荷重の比率が高い方の脚に装着されている駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を、荷重の比率が低い方の脚に装着されている駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値よりも大きくする。例えば、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ，４６Ｂの検出値に基づいて、左脚の足裏に作用する荷重Ｍｌの比率が右脚の足裏に作用する荷重Ｍｒの比率よりも高いと判定した場合、荷重の比率が高い方の左脚に装着されている駆動モータ８１Ａの出力値を、荷重の比率が低い方の右脚に装着されている駆動モータ８１Ｂの出力値よりも大きくする。
In the present embodiment, the lower
例えば、使用者の左脚に体重が掛り、荷重Ｍｌと荷重Ｍｒとの比率が６０［％］対４０［％］である場合、下腿制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値（２つの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの合力に対応する出力値）を算出した後、駆動モータ８１Ａの出力値と駆動モータ８１Ｂの出力値との比率が６０［％］対４０［％］となるように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を補正する。
For example, when the weight is applied to the left leg of the user and the ratio between the load Ml and the load Mr is 60 [%] vs. 40 [%], the
図１２は、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御方法の一例を示すフローチャートである。パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が左右のアーム部５３Ａ，５３Ｂを使って荷物を持ち上げると、上肢部パーツ１２に作用する荷重が荷重検出器７３で検出される(ステップＳ１０)。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a method for controlling the
下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントを算出する（ステップＳ２０）。
The lower
上述のように、荷重検出器７３は、上下荷重Ｆｈと前後荷重Ｆｖとを検出する。駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離は、上下距離Ｈと前後距離Ｖとを含む。下肢制御装置１６は、上下荷重Ｆｈと前後距離Ｖとの積から、上下荷重Ｆｈに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメントを算出し、前後荷重Ｆｖと上下距離Ｈとの積から、荷重Ｆｖに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメントを算出する。
As described above, the
下肢制御装置１６は、ステップＳ２０で算出したモーメントに基づいて、そのモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を算出する（ステップＳ３０）。下肢制御装置１６は、モーメントをキャンセルするために駆動モータ８１Ａが発生すべき動力と駆動モータ８１Ｂが発生すべき動力との和（合力）を算出し、その合力を足裏に作用する荷重Ｍｌ、Ｍｒに応じて左右の脚に分配するように駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を算出する。
The lower
次に、下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ，４６Ｂの検出値に基づいて、ステップＳ３０で算出された左右の駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を補正する（ステップＳ４０）。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値及び足センサ部４６Ｂの検出値に基づいて、左脚の足裏に作用する荷重Ｍｌと右脚の足裏に作用する荷重Ｍｒとの比率を算出する。例えば、使用者の左脚に体重が掛り、荷重Ｍｌと荷重Ｍｒとの比率が６０［％］対４０［％］である場合、下腿制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、ステップＳ３０で算出された上肢部パーツ１２に作用するモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値（２つの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの合力に対応する出力値）を、駆動モータ８１Ａの出力値と駆動モータ８１Ｂの出力値との比率が６０［％］対４０［％］となるように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を補正する。
Next, the lower
下肢制御装置１６は、ステップＳ４０で算出された、補正後の出力値で駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御する（ステップＳ５０）。
The lower
以上説明したように、本実施形態によれば、パワーアシストスーツ１０を装着した使用者が荷物を持ち上げると、上肢部パーツ１２に作用する荷重は荷重検出器７３に検出される。下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離とに基づいて、上肢部パーツ１２に作用するモーメントを算出し、そのモーメントをキャンセルするように駆動モータ８１Ａ，８１Ｂを制御する。駆動モータ８１Ａ，８１Ｂと荷重検出器７３との距離はパワーアシストスーツ１０の設計データなどから分かる既知データであり、下肢制御装置１６は、荷重検出器７３の検出値と既知データである距離とに基づいてモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を自動的に算出する。駆動モータ８１Ａ，８１Ｂは、モーメントをキャンセルするように、使用者の腰に装着されている腰装着部２１と使用者の大腿に装着されている大腿装着部４１Ａ，４１Ｂとを相対移動させるための動力を発生する。これにより、荷物の持ち上げ動作において上肢部パーツ１２が前後方向に傾いてしまうことが抑制される。また、モーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値が自動的に算出されるので、上述したような調整スイッチ７８によるアシスト力の調整作業を省略することができる。したがって、作業性を損なわずに使用者の肉体的負担が軽減される。
As described above, according to the present embodiment, when the user wearing the
また、本実施形態においては、下肢制御装置１６は、上下荷重Ｆｈと前後距離Ｖとの積と、前後荷重Ｆｖと上下距離Ｈとの積とを算出して、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を決定する。上下荷重Ｆｈと前後距離Ｖとの積により、上下荷重Ｆｈに基づいて上肢部パーツ１２に作用する前後方向のモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値が決定される。前後荷重Ｆｖと上下距離Ｈとの積により、前後荷重Ｆｖに基づいて上肢部パーツ１２に作用する前後方向のモーメントをキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値が決定される。したがって、下肢制御装置１６は、上下荷重Ｆｈに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメント、及び前後荷重Ｆｖに基づいて上肢部パーツ１２に作用するモーメントの両方をキャンセルするための駆動モータ８１Ａ，８１Ｂの出力値を決定することができる。これにより、上肢部パーツ１２が前後方向に傾いてしまうことが十分に抑制される。
In the present embodiment, the lower
また、本実施形態においては、下肢制御装置１６は、左脚の足裏に作用する荷重を検出する足センサ部４６Ａの検出値と、右脚の足裏に作用する荷重を検出する足センサ部４６Ｂの検出値とに基づいて、左脚に装着される駆動モータ８１Ａ及び右脚に装着される駆動モータ８１Ｂを制御する。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値と足センサ部４６Ｂの検出値とに基づいて、床面を踏みしめている状態の使用者の両脚に作用する荷重を検出することができる。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ及び足センサ部４６Ｂを使って検出された使用者の両脚に作用する荷重に基づいて、使用者の両側に設けられている駆動モータ８１Ａ及び駆動モータ８１Ｂを制御する。したがって、使用者は、左右方向の姿勢を維持しつつ、荷物を持ち上げることができる。
Further, in the present embodiment, the lower
また、本実施形態においては、下肢制御装置１６は、右脚の足裏に作用する荷重と左脚の足裏に作用する荷重との比率を算出して、駆動モータ８１Ａの出力値及び駆動モータ８１Ｂの出力値を決定する。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａの検出値と足センサ部４６Ｂの検出値とに基づいて、左脚の足裏に作用する荷重と右脚の足裏に作用する荷重との比率を算出することにより、床面を踏みしめている状態の使用者の姿勢の左右方向のバランスを検出することができる。下肢制御装置１６は、足センサ部４６Ａ及び足センサ部４６Ｂを使って検出された使用者の左右方向のバランスに基づいて、使用者の両側に設けられている駆動モータ８１Ａの出力値及び駆動モータ８１Ｂの出力値を制御する。したがって、使用者は、左右方向のバランスを崩さずに、荷物を持ち上げることができる。
In the present embodiment, the lower
また、本実施形態においては、上肢部パーツ１２は下肢部パーツ１１に着脱可能であり、荷重検出器７３は、下肢部パーツ１１の腰装着部２１に設けられる。荷重検出器７３が下肢部パーツ１１の腰装着部２１に設けられることにより、上肢部パーツ１２が交換されても、その上肢部パーツ１２に作用する荷重が検出される。また、上肢部パーツ１２は下肢部パーツ１１に着脱可能なので、作業の種類に応じて最適な機能を有する上肢部パーツ１２を選択して下肢部パーツ１１に連結することができる。そのため、多種多様な作業に対応可能であり、拡張性及び保守性を向上することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、大腿制御部２３Ａ，２３Ｂ及び脚制御部４５Ａ，４５Ｂは、左右それぞれの独立した制御部８２を有し、下肢制御装置１６は、左右それぞれの制御部８２に制御信号を出力可能である。また、上肢部駆動制御部５４は、左右それぞれの独立した制御部９２を有し、上肢制御装置１８は、左右それぞれの制御部９２に制御信号を出力可能である。下肢部パーツ１１及び上肢部パーツ１２が左右それぞれの独立した制御部８２，９２を有しているので、下肢部パーツ１１に対して上肢部パーツ１２を交換しても、制御系の構築が可能となり、下肢部パーツ１１側に配置された下肢制御装置１６により各制御部８２を介して大腿駆動機構２２Ａ，２２Ｂ及び下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂを適正に制御することができ、上肢部パーツ１２側に配置された上肢制御装置１８により各制御部９２を介してアーム部５３Ａ，５３Ｂを適正に制御することができる。
In the present embodiment, the
すなわち、本実施形態においては、下肢部パーツ１１及び上肢部パーツ１２の電源供給系、制御信号系、及びシリアル通信系などが左右それぞれで独立しており、機器又は回線が多重化された構成である。そのため、上肢部パーツ１２を別のものに交換しても、第１コネクタ８０と第２コネクタ９０とを連結するだけで、下肢部パーツ１１と上肢部パーツ１２とを電気的に連結することができ、システム全体の信頼性を向上することができる。
That is, in this embodiment, the power supply system, the control signal system, the serial communication system, and the like of the
なお、本実施形態においては、調整スイッチ７８によるアシスト力の事前調整を省略可能であるが、調整スイッチ７８によりアシスト力が調整されてもよい。
In this embodiment, the advance adjustment of the assist force by the
なお、本実施形態においては、上肢部パーツ１２は、昇降可能な左右のアーム部５３Ａ，５３Ｂを有することとしたが、この構成に限定されない。例えば、マニピュレータやロボットハンドなど、作業の種類に応じて適宜設定し、下肢部パーツ１１に装着することができる。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態において、バッテリ１７は、下肢部パーツ１１にのみ配置されるが、上肢部パーツ１２にのみ配置されてもよいし、下肢部パーツ１１及び上肢部パーツ１２の両方に配置されてもよい。
In addition, in this embodiment, although the
なお、本実施形態においては、荷重検出器７３は、下肢部パーツ１１の第１連結部２４に設けられることとしたが、上肢部パーツ１２の第２連結部５１に設けられてもよい。
In the present embodiment, the
なお、本実施形態においては、パワーアシストスーツ１０は、腰パーツ１３と肩パーツ１４と脚パーツ１５Ａ，１５Ｂとを有することとしたが、脚パーツ１５Ａ，１５Ｂだけで構成されてもよいし、更に、腕パーツ等が追加されてもよい。
In the present embodiment, the
１０ パワーアシストスーツ
１１ 下肢部パーツ
１２ 上肢部パーツ
１３ 腰パーツ
１４ 肩パーツ
１５Ａ，１５Ｂ 脚パーツ
１６ 下肢制御装置
１７ バッテリ
１８ 上肢制御装置
２１ 腰装着部
２２Ａ，２２Ｂ 大腿駆動機構
２３Ａ，２３Ｂ 大腿制御部
２４ 第１連結部
３１ 背装着部
３２Ａ 左肩装着部
３２Ｂ 右肩装着部
４１Ａ，４１Ｂ 大腿装着部
４２Ａ，４２Ｂ 下腿装着部
４３Ａ，４３Ｂ 足装着部
４４Ａ，４４Ｂ 下腿駆動機構
４５Ａ，４５Ｂ 脚制御部
４６Ａ，４６Ｂ 足センサ部
５１ 第２連結部
５２ レール部
５３Ａ，５３Ｂ アーム部
５４ 上肢部駆動制御部
５５ 支持部
６１ ボルト
６２ 支持板
６３ ガイドレール
６４ 基部
７１ 制御部
７２ ジャイロセンサ
７３ 荷重検出器
７４ 通信インターフェース
７５ 外部通信インターフェース
７６ 電源部
７７ 外部制御装置
７８ 調整スイッチ
８０ 第１コネクタ
８１Ａ，８１Ｂ 駆動モータ
８２ 制御部
８３ 通信インターフェース
８４ 電源部
８５Ａ，８５Ｂ 駆動モータ
８６ センサ
８７ 制御部
８８ 通信インターフェース
８９ 電源部
９０ 第２コネクタ
９１ 駆動モータ
９２ 制御部
９３ 電源部
９４ 操作スイッチ
１０１ 制御部
１０２ 通信インターフェース
１０３ 電源部
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記下肢部パーツの前記腰装着部と連結される上肢部パーツと、
前記腰パーツに設けられ、前記腰装着部と前記大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する駆動モータと、
前記上肢部パーツに作用する荷重を検出する荷重検出器と、
前記荷重検出器の検出値と、前記駆動モータと前記荷重検出器との距離とに基づいて、前記上肢部パーツに作用するモーメントをキャンセルするように前記駆動モータを制御する制御装置と、
を備えるパワーアシストスーツ。 Lower limb parts having a waist part including a waist attachment part and a thigh attachment part connected to the waist attachment part so as to be relatively movable;
Upper limb part connected to the lower back part of the lower limb part,
A drive motor that is provided on the waist part and generates power to move the waist mounting part and the thigh mounting part relative to each other;
A load detector for detecting a load acting on the upper limb part;
A control device for controlling the drive motor to cancel a moment acting on the upper limb part based on a detection value of the load detector and a distance between the drive motor and the load detector;
Power assist suit with
前記距離は、上下方向の前記駆動モータの回転軸と前記荷重検出器との距離である上下距離と、前後方向の前記駆動モータの回転軸と前記荷重検出器との距離である前後距離とを含み、
前記制御装置は、前記上下荷重と前記前後距離との積と、前記前後荷重と前記上下距離との積とを算出して、前記駆動モータの出力値を決定する、
請求項１に記載のパワーアシストスーツ。 The load detector detects a vertical load that is a vertical load and a front and rear load that is a longitudinal load,
The distance includes a vertical distance that is a distance between the rotational axis of the drive motor in the vertical direction and the load detector, and a longitudinal distance that is a distance between the rotational axis of the drive motor and the load detector in the longitudinal direction. Including
The control device calculates a product of the vertical load and the front-rear distance and a product of the front-rear load and the vertical distance to determine an output value of the drive motor;
The power assist suit according to claim 1.
前記大腿装着部は、右脚の大腿に装着される第１大腿装着部と、左脚の大腿に装着される第２大腿装着部とを含み、
前記駆動モータは、前記腰装着部と前記第１大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する第１駆動モータと、前記腰装着部と前記第２大腿装着部とを相対移動させるための動力を発生する第２駆動モータとを含み、
前記制御装置は、前記第１足センサ部の検出値と前記第２足センサ部の検出値とに基づいて、前記第１駆動モータ及び前記第２駆動モータを制御する、
請求項１又は請求項２に記載のパワーアシストスーツ。 The lower limb part has a first foot sensor for detecting a load acting on the sole of the right leg, and a second foot sensor for detecting a load acting on the sole of the left leg,
The thigh attachment part includes a first thigh attachment part attached to the right leg thigh and a second thigh attachment part attached to the left leg thigh,
The drive motor relatively moves the first drive motor that generates power for relatively moving the waist attachment portion and the first thigh attachment portion, and the waist attachment portion and the second thigh attachment portion. A second drive motor that generates power of
The control device controls the first drive motor and the second drive motor based on a detection value of the first foot sensor unit and a detection value of the second foot sensor unit.
The power assist suit according to claim 1 or 2.
請求項３に記載のパワーアシストスーツ。 The control device, based on the detection value of the first foot sensor unit and the detection value of the second foot sensor unit, the ratio of the load acting on the right leg sole and the load acting on the left leg sole Calculating the output value of the first drive motor and the output value of the second drive motor,
The power assist suit according to claim 3.
前記荷重検出器は、前記腰装着部に設けられる、
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のパワーアシストスーツ。 The upper limb part is detachable from the lower limb part,
The load detector is provided in the waist mounting portion.
The power assist suit according to any one of claims 1 to 4.
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