JP2021045273A - 動作アシスト装置及び動作アシストプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】身体機能回復に利用可能な動作アシスト装置を提供すること。【解決手段】実施形態に係る動作アシスト装置は、検出部と、制御部と、アシスト部とを備える。前記検出部は、アシスト器具を装着する装着者の動きを検出する。前記制御部は、運動能力の回復のために設定される基準値と前記装着者の運動能力の実測値との差分に応じたアシストパラメータを設定する。前記アシスト部は、前記アシストパラメータに基づき前記装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。【選択図】 図6
Description
本発明の実施形態は、動作アシスト装置及び動作アシストプログラムに関する。
近年、ユーザの作業負担等を軽減する各種の動作アシスト装置が提案されている。例えば、ユーザは動作アシスト装置を装着し、動作アシスト装置はユーザの膝及び肘などの関節の動きを検知し、モータ等の駆動機構の動力により関節の動きをアシストする。動力は、事前に設定されるパラメータ等に基づき定まる。重量物等を運搬するユーザは、動作アシスト装置を装着し、駆動機構の動力により、作業を楽に進めることができる。
また、このような動作アシスト装置をリハビリテーションの身体機能回復に利用したいという要望がある。対象者に立ち上がり運動を反復させるリハビリテーションにおいては、理学療法士などの医療従事者が1対1で対象者の動作を補助する。高齢化が進行していく中で、リハビリテーションの需要増大が予想されている。しかしながら、リハビリテーションを支える医療従事者の確保、及び医療費の確保は難しいのが現状である。また、立ち上がり運動の補助は、医療従事者にとって大きな負担となっている。
社会的背景から、動作アシスト装置をリハビリテーションの身体機能回復に利用したいという要望があるが、上記した動作アシスト装置は身体機能回復の目的に合わないことがある。上記した動作アシスト装置から提供される動力は、ユーザの作業に必要な動力に対して過小又は過剰になることがあるが、いずれにしても作業負担は軽減され、その目的は達成される。しかしながら、リハビリテーションの身体機能回復では、適度な負荷が求められるケースが多く、上記した動作アシスト装置の改善が求められている。
本発明の目的は、身体機能回復に利用可能な動作アシスト装置及び動作アシストプログラムを提供することである。
実施形態に係る動作アシスト装置は、検出部と、制御部と、アシスト部とを備える。前記検出部は、アシスト器具を装着する装着者の動きを検出する。前記制御部は、運動能力の回復のために設定される基準値と前記装着者の運動能力の実測値との差分に応じたアシストパラメータを設定する。前記アシスト部は、前記アシストパラメータに基づき前記装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。
以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。
実施形態に係る動作アシスト装置は、装着器具を備え、ユーザは、装着器具により動作アシスト装置を装着し、ユーザに装着された動作アシスト装置は、装着器具の装着者であるユーザの動作をアシストする。動作アシスト装置は、ユーザの関節の動きをモータなどの動力源からの動力によってアシストする。動作アシスト装置は、ユーザの足及び腕等の一部分と接触し、ユーザの動作又は姿勢維持を補助する。例えば、動作アシスト装置は、立ち上がり動作、しゃがみ動作、立位姿勢の保持、及び座位姿勢の保持などを補助する。
実施形態に係る動作アシスト装置は、装着器具を備え、ユーザは、装着器具により動作アシスト装置を装着し、ユーザに装着された動作アシスト装置は、装着器具の装着者であるユーザの動作をアシストする。動作アシスト装置は、ユーザの関節の動きをモータなどの動力源からの動力によってアシストする。動作アシスト装置は、ユーザの足及び腕等の一部分と接触し、ユーザの動作又は姿勢維持を補助する。例えば、動作アシスト装置は、立ち上がり動作、しゃがみ動作、立位姿勢の保持、及び座位姿勢の保持などを補助する。
本実施形態では、動作アシスト装置は、ユーザの屈伸運動を行う際の筋活動を補助することで身体機能回復をアシストする。身体機能回復の一例として、動作アシスト装置が、ユーザの膝関節の動きをアシストするケースについて説明する。例えば、動作アシストシステムは、リハビリテーション施設などで身体機能回復に努めるユーザの動作をアシストする。
図1は、実施形態に係る動作アシスト装置の外観の一例を示す図であり、ユーザに装着された動作アシスト装置の正面図である。また、図2は、実施形態に係る動作アシスト装置の外観の一例を示す図であり、ユーザに装着された動作アシスト装置の側面図である。
動作アシスト装置100は、実質的に左右対称の構成を有する左アシスト部と右アシスト部を備える。例えば、左アシスト部は、左関節の動きをアシストし左アシスト力を提供する。一方の右アシスト部は、右関節の動きをアシストし右アシスト力を提供する。本実施形態では、図1及び図2を参照して、左アシスト部について説明し、左アシスト部と左右対称の構成を有する右アシスト部の説明を省略する。
動作アシスト装置100は、上装具2、上連結部3、上フレーム4、回動支持部5、下フレーム6、下連結部7、下装具8、駆動部10(アシスト部)、ロータリエンコーダ16(検出部)、加速度センサ22、角速度センサ24(検出部)、トルクセンサ25、温度センサ26、圧力センサ27並びに28及び位置センサ29などを備える。また、動作アシスト装置100は、ユーザPの生体情報を測定する生体センサ60として、加速度センサ41並び42、角速度センサ43(検出部)、角度センサ45(検出部)、圧力センサ46、及び距離センサ47並びに48などを備える。なお、角速度センサ43を角速度センサ24で代用するようにしてもよく、また、角度センサ45をロータリエンコーダ16で代用するようにしてもよい。
また、以下の説明では、真っ直ぐに立った状態のユーザPから見て、前後方向をX軸方向、左右方向をY軸方向、上下方向をZ軸方向とする。
上装具2は、ユーザPの腰部に固定されている。上装具2は、ユーザPに動作アシスト装置100を固定するために用いられる。上装具2は、ユーザPの腰に巻き付けて固定されたベルトなどを含む。上フレーム4は、ユーザPの大腿部の外側に沿ってZ軸方向に延設されている。上フレーム4は、ユーザPの大腿部に固定されている。下フレーム6は、ユーザPの下腿部の外側に沿ってZ方向に延設されている。下フレーム6は、ユーザPの下腿部に固定されている。
上フレーム4及び下フレーム6は、樹脂や軽金属などの軽量で十分な強度を有する材料で形成された棒状又は板状の部材である。上フレーム4及び下フレーム6は、樹脂であれば、例えば、CFRPやGFRPを用いることができる。また、上フレーム4及び下フレーム6は、軽金属であれば、例えば、Al合金やMg合金、Ti合金などを用いることができる。実施形態では、上フレーム4及び下フレーム6を1本の棒材により形成したが、その長さを伸縮自在にするスライド機構を設けてもよい。
上連結部3は、上フレーム4の上端を上装具2に対して3自由度の回動が可能な状態で連結している。ここで言う3自由度の回動とは、例えば、X軸を中心とした回動、Y軸を中心とした回動、およびZ軸を中心とした回動を含み、各方向に回動可能であることを指す。具体的には、上連結部3は、例えば、ボールジョイントや自在継手などのフリージョイントである。
下連結部7は、下フレーム6の下端を下装具8に対して3自由度の回動が可能な状態で連結する。下連結部7は、上連結部3と同様の構成である。
回動支持部5は、上フレーム4の下端を下フレーム6の上端に対して1自由度の回動可能な状態で連結している。回動支持部5は、1自由度として、膝関節が動く方向、すなわちY軸を中心とした自由度の回動を許容する。即ち、回動支持部5は、膝関節が回動する方向以外(X軸を中心とした回動やZ軸を中心とした回動)への下フレーム6の上フレーム4に対する回動を許容しない。
ユーザPが膝関節を屈伸させる場合、回動支持部5が膝関節の動作に合わせて回動するとともに、上連結部3および下連結部7も僅かに回動する。つまり、屈伸動作時には、膝関節が僅かに外側に開くとともに、膝関節が単純な1軸を中心とした回動にはならないため、上連結部3および下連結部7がそれぞれ3自由度の回動を許容することで、膝関節の複雑な動きを可能にしている。
回動支持部5には、駆動部10が同軸に取り付けられている。駆動部10は、後述する制御部30からの信号に基づいてユーザPの膝動作をアシストする駆動力を回動支持部5に与える。即ち、駆動部10は、回動支持部5にトルクを印加する。例えば、駆動部10は、膝を伸ばす方向に回動支持部5に駆動力を与える。また、駆動部10は、膝を曲げる方向に回動支持部5に駆動力を与える。
駆動部10は、例えば、サーボモータなどから構成されている。サーボモータは、駆動力を回動支持部5に与える。サーボモータは、電力供給部からの電力を受けて回転する。例えば、駆動部10は、かさ歯車やタイミングベルト、チェーンを介してサーボモータの回動力を回動支持部5に伝える構成を採用しても良い。なお、駆動部10は、弾性体などの張力によって駆動力を出力するものであってもよい。
サーボモータには、回動支持部5の回動角度を測定するためのロータリエンコーダ16が設けられている。ロータリエンコーダ16は、回動支持部5の角度を測定する。例えば、ロータリエンコーダ16は、サーボモータの回転角度を測定して、上フレーム4と下フレーム6がなす角度αを検出する。角度αは、上フレーム4と下フレーム6との間の角度であり膝屈曲角度と称され、方向βの動きは伸展と称される。なお、ロータリエンコーダ16は、サーボモータに内蔵されるエンコーダであってもよいし、別のセンサであってもよい。ロータリエンコーダ16は、測定した角度を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
回動支持部5には、角速度センサ24が設けられている。角速度センサ24は、回動支持部5が回動する角速度を測定する。即ち、角速度センサ24は、上フレーム4と下フレーム6との間の角速度を測定する。角速度センサ24は、Y軸周りの角速度を測定する。角速度センサ24は、測定した角速度を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
また、回動支持部5には、トルクセンサ25が設けられている。トルクセンサ25は、駆動部10によって回動支持部5に生じるトルクを測定する。即ち、トルクセンサ25は、駆動部10によって上フレーム4と下フレーム6との間に生じるトルクを測定する。トルクセンサ25は、Y軸周りの角速度を測定する。トルクセンサ25は、測定したトルクを示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
上装具2には、位置センサ29が設けられている。位置センサ29は、動作アシスト装置100の位置を特定する。例えば、位置センサ29は、GPS(Global Positioning System)などを用いて位置を特定する。位置センサ29は、特定した位置を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。なお、位置センサ29は、地磁気を測定するものであってもよい。
下装具8は、下フレーム6の下端近くで足に装着されて固定されている。下装具8は、例えば、板金を形状加工して折り曲げて形成され、足の裏を乗せる部分を有する。
上フレーム4の下部には、加速度センサ22が設けられている。加速度センサ22は、自身に生じる加速度を測定する。即ち、加速度センサ22は、回動支持部5などに生じる加速度を測定する。例えば、加速度センサ21は、X軸、Y軸及びZ軸方向に生じる加速度を測定する。加速度センサ22は、測定した加速度を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
上フレーム4の中腹には、温度センサ26が設けられている。温度センサ26は、外気に接するように外側に設けられている。温度センサ26は、外気の温度を測定する。温度センサ26は、測定した外気温を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
なお、温度センサ26は、動作アシスト装置100の各部の温度を測定するものであってもよい。
なお、温度センサ26は、動作アシスト装置100の各部の温度を測定するものであってもよい。
また、上フレーム4の中腹には、圧力センサ27が設けられている。圧力センサ27は、ユーザPに接するように内側に設けられている。圧力センサ27は、上フレーム4に生じる圧力を測定する。圧力センサ27は、測定した圧力を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
また、下装具8には、圧力センサ28が設けられている。圧力センサ28は、下装具8に生じる圧力を測定する。圧力センサ28は、測定した圧力を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
下フレーム6の下部には、加速度センサ42が設けられている。即ち、加速度センサ42は、ユーザPの足首の近傍に設置されている。加速度センサ42は、加速度センサ41と同様に自身に生じる加速度を測定する。即ち、加速度センサ42は、ユーザPの足首に生じる加速度を測定する。例えば、加速度センサ42は、X軸、Y軸及びZ軸方向に生じる加速度を測定する。加速度センサ42は、測定した加速度を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
回動支持部5には、角速度センサ43が設けられている。角速度センサ43は、ユーザPの膝関節が回動する角速度を測定する。角速度センサ43は、Y軸周りの角速度を測定する。角速度センサ24は、測定した角速度を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
また、回動支持部5には、トルクセンサ44が設けられている。トルクセンサ44は、ユーザPの膝関節が生じるトルクを測定する。即ち、トルクセンサ44は、ユーザPの膝関節に掛かる負荷を測定する。トルクセンサ44は、Y軸周りの角速度を測定する。トルクセンサ44は、測定したトルクを示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
下装具8には、圧力センサ46が設けられている。圧力センサ46は、ユーザPに生じる圧力を測定する。例えば、圧力センサ46は、ユーザPの足裏に生じる圧力を測定する。圧力センサ28は、測定した圧力を示すセンサ信号を制御部30へ送信する。
距離センサ47は、股関節付近に装着され、距離センサ48は、足の甲付近等に装着される。例えば、距離センサ47及び48は、一方が超音波送信機で他方が超音波受信機であり、超音波の送受信に基づき距離センサ47及び48の間の距離を測定する。つまり、距離センサ47及び48は、股関節から足部(足の甲)までの距離を測定し、測定した距離を示す距離信号を制御部30へ送信する。
次に、動作アシスト装置100の制御系について説明する。
図3は、実施形態に係る動作アシスト装置の制御系の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、動作アシスト装置100は、制御部30、操作部31、駆動部10、ロータリエンコーダ16、通信部19、加速度センサ22、角速度センサ24、トルクセンサ25、温度センサ26、圧力センサ27並びに28、位置センサ29、及び生体センサ60などを備える。生体センサ60は、加速度センサ41並びに42、角速度センサ43、トルクセンサ44、圧力センサ46、及び距離センサ47並びに48などを備える。これらの各部は、データバスを介して互いに接続されている。
図3は、実施形態に係る動作アシスト装置の制御系の構成の一例を示すブロック図である。図3に示すように、動作アシスト装置100は、制御部30、操作部31、駆動部10、ロータリエンコーダ16、通信部19、加速度センサ22、角速度センサ24、トルクセンサ25、温度センサ26、圧力センサ27並びに28、位置センサ29、及び生体センサ60などを備える。生体センサ60は、加速度センサ41並びに42、角速度センサ43、トルクセンサ44、圧力センサ46、及び距離センサ47並びに48などを備える。これらの各部は、データバスを介して互いに接続されている。
上述したように動作アシスト装置100は、左右対称の構成を有する左アシスト部と右アシスト部を備える。制御部30は、左アシスト部と右アシスト部を制御し、操作部31は、左アシスト部と右アシスト部の制御等に必要な入力を受け付ける。例えば、左アシスト部と右アシスト部のそれぞれが、駆動部10、ロータリエンコーダ16、通信部19、加速度センサ22、角速度センサ24、トルクセンサ25、温度センサ26、圧力センサ27並びに28、位置センサ29、及び生体センサ60などを備える。
駆動部10、ロータリエンコーダ16、加速度センサ22、角速度センサ24、トルクセンサ25、温度センサ26及び圧力センサ27並びに28は、前述の通りである。
制御部30は、動作アシスト装置100全体の動作を制御する。例えば、制御部30は、各部からのセンサ信号などに基づいて駆動部10を作動させる。制御部30は、例えば、プロセッサ30a、及びメモリ30bなどから構成される。メモリ30bは、RAM(random-access memory)、ROM(read-only memory)、及びNVM(non-volatile memory)などから構成される。
プロセッサ30aは、例えば、CPU(central processing unit)、MPU(micro processing unit)、又はDSP(digital signal processor)であり。動作アシスト装置100全体の動作を制御する機能を有する。プロセッサ30aは、内部キャッシュおよび各種のインターフェースなどを備えても良い。プロセッサ30aは、内部キャッシュ、ROMあるいはNVM等に予め記憶したプログラムを実行することにより種々の処理を実現する。
なお、プロセッサ30aがプログラムを実行することにより実現する各種の機能のうちの一部は、ハードウェア回路により実現されるものであっても良い。この場合、プロセッサ30aは、ハードウェア回路により実行される機能を制御する。
ROMは、予め制御用のプログラム及び制御データなどが記憶された不揮発性のメモリである。ROMに記憶される制御プログラム及び制御データは、予め動作アシスト装置100の仕様に応じて組み込まれる。ROMは、例えば、制御部30の回路基板を制御するプログラム(例えば、BIOS)などを格納している。
RAMは、揮発性のメモリである。RAMは、プロセッサ30aの処理中のデータなどを一時的に格納する。
NVMは、データの書き込み及び書き換えが可能な不揮発性のメモリである。NVMは、例えばEEPROM(登録商標)(Electric Erasable Programmable Read-Only Memory)、HDD(Hard Disc Drive)、あるいはSSD(Solid State Drive)などである。NVMは、動作アシスト装置100の運用用途に応じた制御プログラム、アプリケーション、パラメータ、及び種々のデータを格納する。また、NVMは、プロセッサ30aが種々の処理を実行することで生成したデータを保存する。
操作部31は、入力部及び表示部を備える。例えば、医療従事者は、操作部31の入力部を介して、動作アシスト装置100による動作アシストに関するパラメータ等を入力する。入力されたパラメータ等は、NVM等に記憶される。表示部は、動作アシストに関する各種情報を表示する。
通信部19は、ネットワークを通じてサーバとデータを送受信するためのインターフェースである。例えば、通信部19は、無線LAN接続などをサポートするインターフェースである。例えば、通信部19を介してサーバから受信したプログラム及びパラメータ等は、NVM等に記憶される。
生体センサ60は、ユーザPの生体情報を測定する。生体情報は、ユーザPの運動等の身体機能に関する情報等を含む。
前述の通り、生体センサ60は、加速度センサ41並びに42、角速度センサ43、トルクセンサ44、圧力センサ46、及び距離センサ47並びに48などを備える。加速度センサ41並びに42、角速度センサ43、トルクセンサ44、圧力センサ46、及び距離センサ47並びに48は、前述の通りである。
また、動作アシスト装置100は、図1乃至3に示す構成の他に必要に応じた構成をさらに具備してもよい。また、図1乃至3に示す構成の一部を除外して動作アシスト装置100を構成するようにしてもよい。
次に、動作アシスト装置100の動作アシストに関する機能について説明する。動作アシスト装置100における処理及び制御等の手順はソフトウェアによって実行することが可能である。制御部30のプロセッサ30aは、NVMなどに格納されるプログラムを実行することで処理及び制御を実行し、動作アシストに関する機能を実現する。このため、上記した処理及び制御等の手順を実行するプログラムを格納した非一時的なコンピュータ可読記憶媒体を通じてこのプログラムを動作アシスト装置100にインストールして実行するだけで、上記処理及び制御等を容易に実現することができる。
例えば、動作アシスト装置100は、通信部19を介して、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体から上記プログラムを読み取り、NVM等に読み取ったプログラムを記憶し、プログラムのインストールを完了することができる。これにより、動作アシスト装置10は、インストールされた上記プログラムに基づき、上記処理及び制御等を容易に実現することができる。
制御部30は、駆動部10を駆動させてユーザの動作をアシストする機能を有する。例えば、制御部30は、起動後、NVM等に記憶されたパラメータを設定する。パラメータは、動作アシスト装置100の動作(駆動)を制御するための情報である。即ち、パラメータは、駆動部10を制御するための情報である。例えば、パラメータは、「アシスト力」及び「タイミング」に関するパラメータを含む。
「アシスト力」は、動作をアシストするために駆動部10が出力する駆動力を示す。例えば、「アシスト力」は、駆動部10が出力する駆動力を直接示すものであってもよい。また、「アシスト力」は、駆動部10が出力する基準の駆動力に対する比率であってもよい。また、「アシスト力」は、ユーザの体勢又はアシストの段階ごとに駆動部10が出力する駆動力を示すものであってもよい。
「タイミング」は、ユーザにアシストを開始するタイミングを示す。例えば、「タイミング」は、ユーザの所定の動作(動作アシスト装置100がアシストする動作)を検出してから駆動部10が駆動力を出力するまでの時間を示すものである。
制御部30は、初期のパラメータを設定すると、ユーザの所定の動作を検知する。例えば、制御部30は、ロータリエンコーダ16、加速度センサ22及び角速度センサ24などからのセンサ信号に基づいてユーザの所定の動作を検知する。
制御部30は、検知したユーザの動作、及びパラメータに基づいて、駆動部10を駆動させる。例えば、制御部30は、しゃがみ動作を検出すると、「アシスト力」及び「タイミング」に従ってユーザPの膝が曲がる方向(屈曲方向)に駆動部10を駆動する。例えば、制御部30は、しゃがみ動作を検出すると、駆動部10のサーボモータを正回転させる。また、制御部30は、立ち上がり動作を検出すると、「アシスト力」及び「タイミング」に従ってユーザPの膝が伸びる方向(伸展方向)に駆動部10を駆動する。例えば、制御部30は、立ち上がり動作を検出すると、駆動部10のサーボモータを逆回転させる。
図4は、実施形態に係る動作アシスト装置の動作遷移の一例を示す図である。
図4に示すように、制御部30の制御により、動作アシスト装置100の動作が遷移する。例えば、初期状態の動作アシスト装置100は、操作部31を介して起動指示を受け付けると、待機モードへ遷移する(E0)。
図4に示すように、制御部30の制御により、動作アシスト装置100の動作が遷移する。例えば、初期状態の動作アシスト装置100は、操作部31を介して起動指示を受け付けると、待機モードへ遷移する(E0)。
例えば、制御部30は、待機モードにおいてセーフティ機能を実行する。セーフティ機能は、待機モードにおいて安全確保のため立ち上がりアシストを実行しない機能である。制御部30は、しゃがみアシストの実行後であれば、立ち上がりアシストを実行する。仮に、セーフティ機能が解除された状態で、膝を曲げた状態のユーザが操作部31を介して起動指示を入力すると、起動指示の直後に、ユーザの不意な動き等により立ち上がりアシストが発生することがある。セーフティ機能を実行することにより、不測のアシストの発生を防止し安全性を高めることができる。
ユーザがしゃがみ、閾値を超えた膝屈曲角度が検出されると、制御部30は、しゃがみアシストを実行し(E3)、閾値以下の膝屈曲角度が検出されると、待機モードへ遷移する(E4)。ユーザがしゃがんだ後、閾値を超える膝伸展角速度が検出され、且つ閾値を超える股関節から足部までの距離が検出されると、或いは、操作部31を介した立ち上がりアシスト開始指示の受け付けに対応して、立ち上がりアシストを実行する(E1)。直立姿勢が検出されると、待機モードへ遷移する(E2)。
次に、制御部30が、NVM等に記憶されたプログラム及びパラメータに基づき実行するアシストモードの詳細について説明する。制御部30は、以下の第1乃至第5のアシストモードを単一又は二以上を組み合わせて実行する。
[第1のアシストモード]
第1のアシストモードは、膝関節の屈曲角度の増加に応じてアシスト力を増大させるモードである。例えば、角度センサ45は、アシスト器具を装着する装着者の動きとして、装着者の膝関節の屈曲角度を検出する。或いは、ロータリエンコーダ16は、回動支持部5の角度を測定するが、この測定値を装着者の膝関節の屈曲角度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の膝関節の屈曲角度と見なしても良い。
また、制御部30は、屈曲角度の増加に応じてアシスト力を増大させるアシストパラメータを設定する。例えば、制御部30は、屈曲角度が50度以上でアシスト力が増加し、70度以上でアシスト力が最大となるパラメータを設定する。駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。例えば、動作アシスト装置100は、膝関節の屈曲角度が大きくなるにつれて高いアシスト力を提供し、逆に、膝関節の屈曲角度が小さくなるにつれて低いアシスト力を提供する。屈曲角度が大きくなるにつれて負荷も大きくなるが同時にアシスト力も大きくなり、また、屈曲角度が小さくなるにつれて負荷も小さくなるが同時にアシスト力も小さくなり、膝関節の全可動域において適度な負荷を与えることにより、身体機能の回復効果を高めることができる。また、膝関節の可動域においてアシスト力を可変制御することにより消費電力の低減効果も期待できる。
第1のアシストモードは、膝関節の屈曲角度の増加に応じてアシスト力を増大させるモードである。例えば、角度センサ45は、アシスト器具を装着する装着者の動きとして、装着者の膝関節の屈曲角度を検出する。或いは、ロータリエンコーダ16は、回動支持部5の角度を測定するが、この測定値を装着者の膝関節の屈曲角度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の膝関節の屈曲角度と見なしても良い。
また、制御部30は、屈曲角度の増加に応じてアシスト力を増大させるアシストパラメータを設定する。例えば、制御部30は、屈曲角度が50度以上でアシスト力が増加し、70度以上でアシスト力が最大となるパラメータを設定する。駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。例えば、動作アシスト装置100は、膝関節の屈曲角度が大きくなるにつれて高いアシスト力を提供し、逆に、膝関節の屈曲角度が小さくなるにつれて低いアシスト力を提供する。屈曲角度が大きくなるにつれて負荷も大きくなるが同時にアシスト力も大きくなり、また、屈曲角度が小さくなるにつれて負荷も小さくなるが同時にアシスト力も小さくなり、膝関節の全可動域において適度な負荷を与えることにより、身体機能の回復効果を高めることができる。また、膝関節の可動域においてアシスト力を可変制御することにより消費電力の低減効果も期待できる。
図5は、実施形態に係る動作アシスト装置による第1のアシストモードの一例を示すフローチャートである。
制御部30は、待機モードにおいて、第1条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST101、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST102)。例えば、制御部30は、膝角度の変化量が所定角度以上(例えば5度以上)伸展し、且つ膝角度がしゃがみ開始角度閾値(例えば5度以上)を超えたことを検出すると(ST101、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST102)。また、しゃがみアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転するが、モータ電流はしゃがみ角度比例ゲインを有する(ST103)。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、膝関節の屈曲角度が大きくなるほど電流値を上げてアシスト力を高める。また、しゃがみアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは正回転し、正回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは小さくなる。
制御部30は、待機モードにおいて、第1条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST101、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST102)。例えば、制御部30は、膝角度の変化量が所定角度以上(例えば5度以上)伸展し、且つ膝角度がしゃがみ開始角度閾値(例えば5度以上)を超えたことを検出すると(ST101、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST102)。また、しゃがみアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転するが、モータ電流はしゃがみ角度比例ゲインを有する(ST103)。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、膝関節の屈曲角度が大きくなるほど電流値を上げてアシスト力を高める。また、しゃがみアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは正回転し、正回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは小さくなる。
また、制御部30は、第2条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST104、YES)、立ち上がりアシストモードを実行する(ST105)。例えば、制御部30は、膝伸展角速度が閾値を超え、且つ股関節から足部までの距離が閾値を超えたことを検出すると(ST104、YES)、立ち上がりアシストモードを実行する(ST105)。また、立ち上がりアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転する。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、事前に設定された一定の電流値を供給し、駆動部10は、事前に設定された一定の電流値による一定のアシスト力を提供する。例えば、また、立ち上がりアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは逆回転し、逆回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは大きくなる。制御部30は、膝屈曲角度がしゃがみ開始角度閾値以下となることを検出すると(ST106、YES)、待機モードへ移行する(ST113)。
[第2のアシストモード]
第2のアシストモードは、アシスト量を調整して動作ができるぎりぎりのアシスト力を提供するモードである。例えば、角速度センサ43は、アシスト器具を装着する装着者の動きとして、装着者の膝関節の角速度を検出する。或いは、角速度センサ24は、回動支持部5が回動する角速度を測定するが、この測定値を装着者の膝関節の角速度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の膝関節の角速度と見なしても良い。また、制御部30は、運動能力の回復のために事前に設定される基準値(膝関節の角速度の基準値)と装着者の運動能力の実測値(膝関節の角速度の検出値)との差分に応じたアシストパラメータを設定する。駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。例えば、動作アシスト装置100は、運動能力の実測値に基づき判定される運動能力の低い装着者に対しては高いアシスト力を提供し、逆に、運動能力の実測値に基づき判定される運動能力の高い装着者に対しては低いアシスト力を提供する。これにより、装着者の運動能力に応じた負荷を与えることにより、運動等の身体機能の回復効果を高めることができる。
第2のアシストモードは、アシスト量を調整して動作ができるぎりぎりのアシスト力を提供するモードである。例えば、角速度センサ43は、アシスト器具を装着する装着者の動きとして、装着者の膝関節の角速度を検出する。或いは、角速度センサ24は、回動支持部5が回動する角速度を測定するが、この測定値を装着者の膝関節の角速度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の膝関節の角速度と見なしても良い。また、制御部30は、運動能力の回復のために事前に設定される基準値(膝関節の角速度の基準値)と装着者の運動能力の実測値(膝関節の角速度の検出値)との差分に応じたアシストパラメータを設定する。駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する。例えば、動作アシスト装置100は、運動能力の実測値に基づき判定される運動能力の低い装着者に対しては高いアシスト力を提供し、逆に、運動能力の実測値に基づき判定される運動能力の高い装着者に対しては低いアシスト力を提供する。これにより、装着者の運動能力に応じた負荷を与えることにより、運動等の身体機能の回復効果を高めることができる。
さらに、上記した差分と運動目標回数とに応じたアシストパラメータとして設定してもよい。制御部30は、運動等の身体機能の回復のために事前に設定される第1の運動目標回数(膝屈伸運動N1回)に基づき、第1のアシスト力を提供する第1のアシストパラメータを設定し、第1の運動目標回数より多い第2の運動目標回数(膝屈伸運動N2回)に基づき第1のアシスト力より高い第2のアシスト力を提供する第2のアシストパラメータを設定する。駆動部10は、設定された第1のアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストする第1のアシスト力を提供し、設定された第2のアシストパラメータに基づき装着者の運動をアシストする第2のアシスト力を提供する。例えば、動作アシスト装置100は、運動目標回数が少ない場合には装着者に対して低いアシスト力を提供し、逆に目標運動回数が多い場合には装着者に対して高いアシスト力を提供する。これにより、運動目標回数が少ない装着者の負荷を上げて、運動目標回数の多い装着者の負荷を下げることにより、運動等の身体機能の回復効果を高めることができる。
例えば、10の力があれば立ち上がり動作が行える場合に、装着者の身体能力が5、装置のアシスト調整範囲が0〜8のときに、アシスト力を8に設定すると、装着者の負担は2で済むが、これにより運動等の身体機能の回復効果が低下することがある。動作アシスト装置100は、装着者の負担が5になるようにアシスト力を5に設定する。装着者が発揮する能力が限界まで引き出すことでより高い身体機能の回復効果が期待できる。
図6は、実施形態に係る動作アシスト装置による第2のアシストモードの一例を示すフローチャートである。
制御部30は、待機モードにおいて、第1条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST201、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST202)。例えば、制御部30は、膝角度の変化量が所定角度以上(例えば5度以上)伸展し、且つ膝角度がしゃがみ開始角度閾値(例えば5度以上)を超えたことを検出すると(ST201、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST202)。また、しゃがみアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転するが、モータ電流はしゃがみ角度比例ゲインを有する(ST203)。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、膝関節の屈曲角度が大きくなるほど電流値を上げてアシスト力を高める。また、しゃがみアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは正回転し、正回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは小さくなる。
制御部30は、待機モードにおいて、第1条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST201、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST202)。例えば、制御部30は、膝角度の変化量が所定角度以上(例えば5度以上)伸展し、且つ膝角度がしゃがみ開始角度閾値(例えば5度以上)を超えたことを検出すると(ST201、YES)、しゃがみアシストモードを実行する(ST202)。また、しゃがみアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転するが、モータ電流はしゃがみ角度比例ゲインを有する(ST203)。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、膝関節の屈曲角度が大きくなるほど電流値を上げてアシスト力を高める。また、しゃがみアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは正回転し、正回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは小さくなる。
また、制御部30は、第2条件を満たすユーザの動きを検出した場合に(ST204、YES)、立ち上がりアシストモードを実行する(ST205)。例えば、制御部30は、膝伸展角速度が閾値を超え、且つ股関節から足部までの距離が閾値を超えたことを検出すると(ST204、YES)、立ち上がりアシストモードを実行する(ST205)。また、立ち上がりアシストモードの実行により、駆動部10のサーボモータは電力供給部からのモータ電流を受けて回転する。例えば、制御部30は、アシストパラメータに基づき、事前に設定された一定の電流値を供給し、駆動部10は、事前に設定された一定の電流値による一定のアシスト力を提供する。例えば、また、立ち上がりアシストモードを実行する場合、制御部30からの制御信号に基づいてサーボモータは逆回転し、逆回転により上フレーム4と下フレーム6との間の角度αは大きくなる。
制御部30は、膝屈曲角度がしゃがみ開始角度閾値以下となることを検出すると(ST206、YES)、判定モードへ移行する(ST207)。判定モードの実行により、制御部30は、アシストパラメータを設定し、駆動部10は、設定されるアシストパラメータにより、動作ができるぎりぎりのアシスト力を提供する。
例えば、制御部30は、ユーザの動作時の膝関節の角速度が一定の範囲内から外れることを検出し(ST208、YES)、ユーザの動作時の膝関節の角速度が一定の範囲より速いことを検出すると(ST209、YES)、検出結果に応じたアシストパラメータを設定し、駆動部10のサーボモータは、設定されたアシストパラメータに基づく速度比例ゲインのモータ電流を受けて回転する(ST211)。つまり、制御部30は、膝関節の角速度が速いほど電流値を上げてアシスト力を強くする。換言すれば、制御部30は、運動能力の回復のために設定される基準値(上述した一定の範囲内の角速度)とユーザの運動能力の実測値(上述した膝関節の角速度)との差分に応じたアシストパラメータを設定し、駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づきユーザの運動をアシストするアシスト力を提供する。
また、制御部30は、ユーザの動作時の膝関節の角速度が一定の範囲内から外れることを検出し(ST208、YES)、ユーザの動作時の膝関節の角速度が一定の範囲より遅いことを検出すると(ST209、NO)(ST210、YES)、検出結果に応じたアシストパラメータを設定し、駆動部10のサーボモータは、設定されたアシストパラメータに基づく速度比例ゲインのモータ電流を受けて回転する(ST212)。つまり、制御部30は、膝関節の角速度が遅いほど電流値を下げてアシスト力を弱くする。換言すれば、制御部30は、運動能力の回復のために設定される基準値(上述した一定の範囲内の角速度)とユーザの運動能力の実測値(上述した膝関節の角速度)との差分に応じたアシストパラメータを設定し、駆動部10は、設定されたアシストパラメータに基づきユーザの運動をアシストするアシスト力を提供する。
制御部30は、ユーザの動作時の膝関節の角速度が一定の範囲内から外れ、角速度がゼロになることを検出すると(ST209、NO)(ST210、NO)、待機モードへ移行する(ST213)。
[第3のアシストモード]
第3のアシストモードは、片側麻痺患者などに対しては、左右で異なるアシスト力を提供するモードである。例えば、右アシスト部を構成する駆動部10は、右関節の動きをアシストする右アシスト力を提供し、左アシスト部を構成する駆動部10は、左関節の動きをアシストする左アシスト力を提供する。
第3のアシストモードは、片側麻痺患者などに対しては、左右で異なるアシスト力を提供するモードである。例えば、右アシスト部を構成する駆動部10は、右関節の動きをアシストする右アシスト力を提供し、左アシスト部を構成する駆動部10は、左関節の動きをアシストする左アシスト力を提供する。
制御部30は、操作部31で受け付けられる右アシストモードの指定に基づき、右アシスト力を左アシスト力より大きくする、又は右アシストのみとして左アシストを停止する第1のアシストパラメータを設定する。また、制御部30は、操作部31で受け付けられる左アシストモードの指定に基づき、左アシスト力を右アシスト力より大きくする、又は左アシストのみとして右アシストを停止する第2のアシストパラメータを設定する。
右アシストモードが指定された場合、右アシスト部を構成する駆動部10は、第1のアシストパラメータに基づき右アシスト力を提供し、左アシスト部を構成する駆動部10は、第1のアシストパラメータに基づき左アシスト力を提供する。また、左アシストモードが指定された場合、右アシスト部を構成する駆動部10は、第2のアシストパラメータに基づき右アシスト力を提供し、左アシスト部を構成する駆動部10は、第2のアシストパラメータに基づき左アシスト力を提供する。
例えば、制御部30は、右アシストモードの指定と右関節及び左関節の動き検出とに基づき、第1のアシストパラメータを設定する。また、制御部30は、左アシストモードの指定と右関節及び左関節の動き検出とに基づき、第2のアシストパラメータを設定する。例えば、右アシスト部の角速度センサ43は、アシスト器具を装着する装着者の右の膝関節の角速度を検出する。同様に、左アシスト部の角速度センサ43は、アシスト器具を装着する装着者の左の膝関節の角速度を検出する。或いは、右アシスト部の角速度センサ24は、右アシスト部の回動支持部5が回動する角速度を測定するが、この測定値を装着者の右の膝関節の角速度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の右の膝関節の角速度と見なしても良い。同様に、左アシスト部の角速度センサ24は、左アシスト部の回動支持部5が回動する角速度を測定するが、この測定値を装着者の左の膝関節の角速度と見なしても良いし、この測定値を補正した補正値を装着者の左の膝関節の角速度と見なしても良い。右アシストモードが指定された場合、制御部30は、右の膝関節の角速度と左の膝関節の角速度の差分又は比率に応じて、第1のアシストパラメータを設定し、例えば、右アシスト力と左アシスト力の比を9:1、8:2、7:3、又は6:4に制御する。また、左アシストモードが指定された場合、制御部30は、右の膝関節の角速度と左の膝関節の角速度の差分又は比率に応じて、第2のアシストパラメータを設定し、例えば、第2のアシストパラメータに基づき、左アシスト力と右アシスト力の比を9:1、8:2、7:3、又は6:4に制御する。
或いは、右アシストモードが指定された場合、制御部30は、右アシスト部の圧力センサ46により検出される圧力と左アシスト部の圧力センサ46により検出される圧力の比率に応じて、第1のアシストパラメータを設定するようにしてもよい。同様に、左アシストモードが指定された場合、制御部30は、左アシスト部の圧力センサ46により検出される圧力と右アシスト部の圧力センサ46により検出される圧力の比率に応じて、第2のアシストパラメータを設定するようにしてもよい。右片麻痺を有する装着者は左側に体重をかける傾向にあり、左片麻痺を有する装着者は右側に体重をかける傾向にあり、左右の体重のかけ方の比率に応じて、第1又はだ第2のアシストパラメータを設定するようにしてもよい。
動作アシスト装置100は、第1又は第2のアシストパラメータに基づき左右で異なるアシスト力を提供することにより、片側麻痺患者の運動等の身体機能の回復効果を高めることができる。例えば、片側麻痺患者などに対しては、片脚ずつの動作アシストを可能にすることができる。動作アシスト装置100は、片側麻痺患者など左右の身体機能に差がある装着者に対して、それぞれに適したアシスト力を個別に提供することができる。個別のアシスト力の提供により、左右の偏りがなくなり、アライメントを正しく保ちながら動作を行うことができ、二次疾病の予防効果も期待できる。
図7は、実施形態に係る動作アシスト装置による第3のアシストモードの一例を示すフローチャートである。
例えば、操作部31が、右片麻痺モードの指定を受け付けると(ST301、YES)、制御部30は、右片麻痺モードを実行し、第1のアシストパラメータを設定する(ST302)。操作部31が、左片麻痺モードの指定を受け付けると(ST301、NO)、制御部30は、左片麻痺モードを実行し、第2のアシストパラメータを設定する(ST306)。
例えば、操作部31が、右片麻痺モードの指定を受け付けると(ST301、YES)、制御部30は、右片麻痺モードを実行し、第1のアシストパラメータを設定する(ST302)。操作部31が、左片麻痺モードの指定を受け付けると(ST301、NO)、制御部30は、左片麻痺モードを実行し、第2のアシストパラメータを設定する(ST306)。
例えば、制御部30は、右片麻痺モードの実行に基づき(ST302)、左アシスト部の左脚の立ち上がりアシストとしゃがみアシストの電流値を0に設定する(ST303)。右アシスト部の角度センサ45が、膝関節の屈曲方向の角速度を検出すると(ST304、YES)、右アシスト部の駆動部10のサーボモータにモータ電流を供給する。例えば、モータ電流は、ギアの摩擦補償分トルクを発生させる電流値とする(ST305)。
同様に、制御部30は、左片麻痺モードの実行に基づき(ST306)、右アシスト部の左脚の立ち上がりアシストとしゃがみアシストの電流値を0に設定する(ST307)。左アシスト部の角度センサ45が、膝関節の屈曲方向の角速度を検出すると(ST308、YES)、左アシスト部の駆動部10のサーボモータにモータ電流を供給する。例えば、モータ電流は、ギアの摩擦補償分トルクを発生させる電流値とする(ST309)。
[第4のアシストモード]
第4のアシストモードは、一度アシストが作動した場合、動作が止まってもアシストを継続して行うモードである。例えば、角度センサ45は、アシスト器具を装着する装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出する。或いは、ロータリエンコーダ16は、回動支持部5の角度を測定するが、この測定値から装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出するようにしても良いし、この測定値を補正した補正値から装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出するようにしても良い。制御部30は、関節の始動に対応してアシストの開始を指示し、関節が目標角へ到達するまでアシストの継続を指示する。駆動部10は、制御部30からの指示に基づきアシスト力の提供を開始しアシスト力の提供を継続する。
第4のアシストモードは、一度アシストが作動した場合、動作が止まってもアシストを継続して行うモードである。例えば、角度センサ45は、アシスト器具を装着する装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出する。或いは、ロータリエンコーダ16は、回動支持部5の角度を測定するが、この測定値から装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出するようにしても良いし、この測定値を補正した補正値から装着者の関節の始動及び関節の目標角への到達を検出するようにしても良い。制御部30は、関節の始動に対応してアシストの開始を指示し、関節が目標角へ到達するまでアシストの継続を指示する。駆動部10は、制御部30からの指示に基づきアシスト力の提供を開始しアシスト力の提供を継続する。
動作アシスト装置100は、立ち上がり途中で動作を止めてしまった装着者に対して、アシスト力を継続して提供することができる。例えば、動作アシスト装置100は、操作部31等を介して入力される装着者の体重以下のアシスト力を提供する。これにより、装着者は、能動的にアシストを止めることができる。
動作アシスト装置100の装着者は、身体機能が低下していることが予測される。このような装着者は、立ちあがり途中で動作を停止してしまい転倒したり、性急な動作で着座し圧迫骨折したりすることがある。そこで、装着者の動作が止まった場合でも、動作アシスト装置100がアシスト力を提供し続けることにより転倒等のリスクを低減することができる。
図8は、実施形態に係る動作アシスト装置による第4のアシストモードの一例を示すフローチャートである。
例えば、角度センサ45は、装着者の膝関節角度を検出し、角速度センサ43は、装着者の膝伸展角速度を検出する。制御部30は、装着者の膝関節角度が5度以上屈曲した状態で、膝伸展角速度が閾値を超えると判定すると(ST401、YES)、立ち上がりアシストモードを実行し(ST402)、アシストの開始を指示し、膝伸展角度が閾値以下になるまでアシストの継続を指示する。つまり、制御部30は、膝伸展角度が目標角度へ到達するまでアシストの継続を指示する。膝伸展角度が閾値以下になると(ST403、YES)、待機モードへ遷移する(ST404)。
例えば、角度センサ45は、装着者の膝関節角度を検出し、角速度センサ43は、装着者の膝伸展角速度を検出する。制御部30は、装着者の膝関節角度が5度以上屈曲した状態で、膝伸展角速度が閾値を超えると判定すると(ST401、YES)、立ち上がりアシストモードを実行し(ST402)、アシストの開始を指示し、膝伸展角度が閾値以下になるまでアシストの継続を指示する。つまり、制御部30は、膝伸展角度が目標角度へ到達するまでアシストの継続を指示する。膝伸展角度が閾値以下になると(ST403、YES)、待機モードへ遷移する(ST404)。
[第5のアシストモード]
第5のアシストモードは、自力で動作が行えないユーザ等からのアシスト開始指示(操作部31からの外部トリガー)に基づきアシストを実行するモードである。操作部31は、アシスト開始を受け付けるスイッチ又はボタン(例えばタッチパネルに表示されたアシスト開始アイコン)を有し、スイッチ等を介してアシスト開始を受け付けると、アシスト開始の受け付けに対応してアシスト開始を指示するアシスト開始制御信号を出力する。制御部30は、アシスト開始制御信号に基づきアシストの開始を指示する。駆動部10は、制御部30からのアシスト開始制御信号に基づきアシストを開始する。
第5のアシストモードは、自力で動作が行えないユーザ等からのアシスト開始指示(操作部31からの外部トリガー)に基づきアシストを実行するモードである。操作部31は、アシスト開始を受け付けるスイッチ又はボタン(例えばタッチパネルに表示されたアシスト開始アイコン)を有し、スイッチ等を介してアシスト開始を受け付けると、アシスト開始の受け付けに対応してアシスト開始を指示するアシスト開始制御信号を出力する。制御部30は、アシスト開始制御信号に基づきアシストの開始を指示する。駆動部10は、制御部30からのアシスト開始制御信号に基づきアシストを開始する。
動作アシスト装置100は、自力で動作が行えない人に対してスイッチ等の外部からのトリガー信号に基づきアシスト力を提供する。動作アシスト装置100の装着者は、身体機能が低下していることが予測され、自分の筋力で初動が行えない可能性がある。立ち上がり動作においては、初動がスティッキングポイントとなる。また、動作の意図を筋電センサ等で検出し、この検出に対応するトリガー信号に基づきアシスト力を提供する方法も考えられるが、脊髄損傷などによる不随の人や麻痺の程度が強い人の場合に、筋電センサ等でその意図を検出できないことがある。動作アシスト装置100は、このようなケースにおいてもアシスト力の提供が可能となる。
図9は、実施形態に係る動作アシスト装置による第5のアシストモードの一例を示すフローチャートである。
制御部30は、初期設定においてスイッチをOFFに設定し(ST501)、スイッチフラグfalseを設定する(ST502)。操作部31が、スイッチONの操作を受け付けると、制御部30は、スイッチON且つスイッチフラグfalseの条件に基づき(ST503、YES)、立ち上がりアシストモードの実行を指示し、スイッチフラグtrueを設定する(ST504)。このようにして、動作アシスト装置100は、自力で動作が行えない人に対してスイッチ等の外部からのトリガー信号に基づきアシスト力を提供することができる。
制御部30は、初期設定においてスイッチをOFFに設定し(ST501)、スイッチフラグfalseを設定する(ST502)。操作部31が、スイッチONの操作を受け付けると、制御部30は、スイッチON且つスイッチフラグfalseの条件に基づき(ST503、YES)、立ち上がりアシストモードの実行を指示し、スイッチフラグtrueを設定する(ST504)。このようにして、動作アシスト装置100は、自力で動作が行えない人に対してスイッチ等の外部からのトリガー信号に基づきアシスト力を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
2…上装具
3…上連結部
4…上フレーム
5…回動支持部
6…下フレーム
7…下連結部
8…下装具
10…駆動部
16…ロータリエンコーダ
19…通信部
21…加速度センサ
22…加速度センサ
24…角速度センサ
25…トルクセンサ
26…温度センサ
27…圧力センサ
28…圧力センサ
29…位置センサ
30…制御部
30a…プロセッサ
30b…メモリ
31…操作部
41…加速度センサ
42…加速度センサ
43…角速度センサ
44…トルクセンサ
45…角度センサ
46…圧力センサ
47…距離センサ
48…距離センサ
60…生体センサ
100…動作アシスト装置
3…上連結部
4…上フレーム
5…回動支持部
6…下フレーム
7…下連結部
8…下装具
10…駆動部
16…ロータリエンコーダ
19…通信部
21…加速度センサ
22…加速度センサ
24…角速度センサ
25…トルクセンサ
26…温度センサ
27…圧力センサ
28…圧力センサ
29…位置センサ
30…制御部
30a…プロセッサ
30b…メモリ
31…操作部
41…加速度センサ
42…加速度センサ
43…角速度センサ
44…トルクセンサ
45…角度センサ
46…圧力センサ
47…距離センサ
48…距離センサ
60…生体センサ
100…動作アシスト装置
Claims (10)
- アシスト器具を装着する装着者の動きを検出する検出部と、
運動能力の回復のために設定される基準値と前記装着者の運動能力の実測値との差分に応じたアシストパラメータを設定する制御部と、
前記アシストパラメータに基づき前記装着者の運動をアシストするアシスト力を提供するアシスト部と、
を備える動作アシスト装置。 - 前記検出部は、前記装着者の関節の動きを検出し、
前記アシスト部は、前記装着者の関節の運動をアシストするアシスト力を提供する、請求項1の動作アシスト装置。 - 前記制御部は、第1の運動目標回数に基づき第1のアシスト力を提供する第1のアシストパラメータを設定し、前記第1の運動目標回数より多い第2の運動目標回数に基づき前記第1のアシスト力より高い第2のアシスト力を提供する第2のアシストパラメータを設定する、請求項1の動作アシスト装置。
- 前記制御部は、前記装着者の関節の動きに応じた角速度に基づき前記実測値を取得する、請求項1の動作アシスト装置。
- 前記検出部は、前記装着者の関節の屈曲角度を検出し、
前記制御部は、前記屈曲角度の増加に応じてアシスト力を増大させる前記アシストパラメータを設定する、請求項1の動作アシスト装置。 - 前記アシスト部は、右関節の動きをアシストする右アシスト力、及び左関節の動きをアシストする左アシスト力を提供し、
前記制御部は、右アシストモードの指定に基づき前記右アシスト力を前記左アシスト力より大きくする第1のアシストパラメータを設定し、左アシストモードの指定に基づき前記左アシスト力を前記右アシスト力より大きくする第2のアシストパラメータを設定する、請求項1の動作アシスト装置。 - 前記制御部は、前記右関節及び前記左関節の動き検出に基づき、前記第1及び第2のアシストパラメータを設定する、請求項6の動作アシスト装置。
- 前記検出部は、前記装着者の関節の始動及び前記関節の目標角への到達を検出し、
前記制御部は、前記関節の始動に対応してアシストの開始を指示し、前記関節が目標角へ到達するまでアシストの継続を指示し、
前記アシスト部は、前記制御部からの指示に基づきアシストを開始しアシストを継続する、請求項1の動作アシスト装置。 - アシスト開始の受け付けに対応して前記アシスト開始を指示するアシスト開始制御信号を出力する操作部を備え、
前記制御部は、前記アシスト開始制御信号に基づきアシストの開始を指示し、
前記アシスト部は、前記制御部からの指示に基づきアシストを開始する、請求項1の動作アシスト装置。 - コンピュータに、
アシスト器具を装着する装着者の動きを検出する手順と、
運動能力の回復のために設定される基準値と前記装着者の運動能力の実測値との差分に応じたアシストパラメータを設定する手順と、
前記アシストパラメータに基づき前記装着者の運動をアシストするアシスト力を提供する手順と、
を実行させるための動作アシストプログラム。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019168524A JP2021045273A (ja) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 動作アシスト装置及び動作アシストプログラム |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2019168524A JP2021045273A (ja) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 動作アシスト装置及び動作アシストプログラム |
Publications (1)
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JP2021045273A true JP2021045273A (ja) | 2021-03-25 |
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ID=74876861
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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JP2019168524A Pending JP2021045273A (ja) | 2019-09-17 | 2019-09-17 | 動作アシスト装置及び動作アシストプログラム |
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-
2019
- 2019-09-17 JP JP2019168524A patent/JP2021045273A/ja active Pending
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