JP5209924B2 - 動作補助装置及び動作補助装置の保守管理システム - Google Patents

Description

本発明は動作補助装置及び動作補助装置の保守管理システムに係り、特に駆動ユニットの動作状況を管理する動作補助装置及び動作補助装置の保守管理システムに関する。

近年、身体障害者や高齢者の動作を補助するために種々の補助装置の開発が進んでいる（例えば、特許文献１参照）。例えば特許文献１に記載の装着式動作補助装置は、複数のアームを互いに回転自在に接続するジョイントと、一方のアームを他方のアームに対して回動させるアクチュエータと、そのアームの回転角度を検出する角度センサとを備える。

例えば回転軸の径方向に検出素子を配置した回転角度検出装置が提供されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載の回転角度検出装置は、回転軸の周面に螺旋状に反射テープを固定している。この反射テープを横切る向きに光を投射し、反射テープからの反射光を前記検出素子にて捉える。そして検出装置は、回転軸の回転に伴う反射テープからの反射光の入射位置の変位量に基づき、回転軸の回転角度を検出する。

例えばモータの動作状態を監視する監視システムが提供されている（例えば、特許文献３参照）。特許文献３に記載の監視システムは、複数のセンサを使用してモータの動作状態を監視し、動作状態に関するデータが閾値を越えていると、警報が表示される。
特開２００５−９５５６１号公報 特開平９−１４９４１号公報 特開２００５−２５７５１号公報

しかしながら、上記動作補助装置では、駆動力を発生させる駆動ユニットが長期間使用されると、モータが故障したり、あるいは経年変化により駆動ユニットに駆動信号が入力されても同じように駆動力を発生することができなかったり、あるいはモータに過負荷がかかり、モータが過熱してしまうという問題が考えられる。

また、動作補助装置が装着される装着者によっては、関節を駆動する駆動ユニットを体内に埋め込む場合がある。このように、駆動ユニットが体内に埋め込まれた場合には、モータの動作状態を体外から調べることが難しく、しかもモータに何らかの故障が疑われる場合でも簡単に修理することができないという問題が生じ得る。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した動作補助装置及び動作補助装置の保守管理システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
（１）本発明は、関節の動作を補助あるいは代行する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを有する動作補助装置であって、
前記関節の動作に関する物理量を検出する物理量検出手段と、
前記関節を動作させる際に発生する生体信号を検出する生体信号検出手段と、
前記関節の動作を補助あるいは代行するための駆動力を付与するモータと、
前記物理量検出手段及び前記生体信号検出手段により検出された物理量及び生体信号に基づいて前記モータを制御する制御部と、
前記制御部が搭載された回路基板と、を備え、
前記制御部は、
前記モータの動作状況を監視するモータ監視手段と、
該モータ監視手段の監視結果に基づいて、前記モータが過負荷状態とならないように前記モータへの駆動信号を制限するモータ制御手段と、を有し、
前記モータ制御手段は、
前記モータ監視手段から得られる前記監視結果の値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、
該判定手段によって前記監視結果の値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させるモータ抑制手段と、
を備えることにより、上記課題を解決するものである。
（２）本発明は、請求項１に記載の動作補助装置であって、
前記判定手段は、前記モータに入力された電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることにより、上記課題を解決するものである。
（３）本発明は、請求項１または２に記載の動作補助装置であって、
前記判定手段は、前記回路基板の温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記回路基板の温度が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることにより、上記課題を解決するものである。
（４）本発明は、請求項１乃至３の何れかに記載の動作補助装置であって、
前記判定手段は、前記モータの温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記モータの温度が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることにより、上記課題を解決するものである。
（５）本発明は、関節の動作を補助あるいは代行する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを有する動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、
入力された駆動力を付与するモータと、
前記制御ユニットからの制御信号に基づいて前記モータに駆動信号を生成する制御部と、を有し、
前記制御部は、
前記モータの寿命時間から現在までの総作動時間を減算して残り寿命時間を演算するモータ監視手段と、
前記モータ監視手段により演算された前記モータの残り寿命時間が予め設定された値に達した場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させるモータ制御手段と、
を備えることにより、上記課題を解決するものである。
（６）本発明は、請求項５に記載の動作補助装置であって、
前記制御部は、
前記モータに供給される電流値に対する第１の許容値と該第１の許容値よりも高い値に設定された第２の許容値とを記憶する記憶手段と、
前記第１の許容値を超えた分の電流値を積分する演算手段と、
該演算手段により演算された積分値が前記閾値を超えた場合、前記モータへ供給される電流値を所定の割合で徐々に減少させるモータ抑制手段と、
を備えることにより、上記課題を解決するものである。
（７）本発明は、請求項６に記載の動作補助装置であって、
前記モータ制御手段は、
前記モータへの電流値が前記第２の許容値を超えた場合、前記モータへ供給される電流値を前記第１の許容値以下となるように徐々に減少させることにより、上記課題を解決するものである。
（８）本発明は、請求項１乃至７の何れかに記載の動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、
モータと、
該モータを収納するケースと、
前記ケースに収容されるとともに、前記モータが駆動したとき前記ケースに対して相対的に回動する周面を有する回動体と、
前記回動体の周面に沿って設けられるとともに、前記回動体の周方向に対して傾斜して延びる蛍光帯と、
該蛍光帯に光を照射する発光部と、
前記ケースに対して相対的に静止するとともに、前記蛍光帯に対向する受光面を有し、前記蛍光帯の発する光を受光して前記回動体の軸方向に沿う前記蛍光帯の位置情報を検出する検出部と、
該検出部により検出される前記蛍光帯の位置情報に基づいて前記ケースと前記回動体との相対的な回転角度を算出する演算部と、
を備えることにより、上記課題を解決するものである。
（９）本発明は、請求項８に記載の動作補助装置であって、
前記発光部は、点滅して前記蛍光帯に光を照射し、
前記検出部は、前記発光部の滅灯時に前記蛍光帯の発する光を受光して前記蛍光帯の位置情報を検出することにより、上記課題を解決するものである。
（１０）本発明は、請求項１乃至請求項７の何れかに記載の動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、
モータと、
該モータを収納するケースと、
該ケースに収容されるとともに、前記モータが駆動したとき前記ケースに対して相対的に回動する周面を有する回動体と、
該回動体の周面に沿って設けられるとともに、前記回動体の周方向に対して傾斜して延びる反射帯と、
該反射帯に光を照射する第１の発光部と、
該第１の発光部に対して前記回動体の軸方向に離間して設けられるとともに、前記反射帯に光を照射する第２の発光部と、
前記ケースに対して相対的に静止するとともに、前記反射帯に対向する受光面を有し、前記反射帯で反射された第１の発光部の光および前記反射帯で反射された第２の発光部の光を受光して前記回動体の軸方向に沿う前記反射帯の位置情報を検出する検出部と、
前記検出部により検出される前記反射帯の位置情報に基づいて前記ケースと前記回動体との相対的な回転角度を算出する演算部と、
を有することにより、上記課題を解決するものである。
（１１）本発明は、請求項１０に記載の動作補助装置において、
前記第１の発光部および前記第２の発光部は、互いに交互に点灯し、
前記検出部は、前記第１の発光部が発光したときに検出される反射光の分布と前記第２の発光部が発光したときに検出される反射光の分布とに基づいて、前記反射帯の位置情報を検出することにより、上記課題を解決するものである。
（１２）本発明は、請求項８または請求項１０に記載の動作補助装置において、
前記回動体は、その内部に一つまたは複数のギアを収容するギアケースであることを特徴とする動作補助装置。
（１３）本発明は、請求項１２に記載の動作補助装置において、
前記回動体の軸方向に沿うスリットが形成されるとともに、前記検出部と前記回動体との間に配置されるスリット部材を備えることにより、上記課題を解決するものである。
（１４）本発明は、請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、
前記モータの駆動状態の履歴を含む情報を送信する通信手段を有することにより、上記課題を解決するものである。
（１５）本発明は、請求項１４に記載の動作補助装置と、
前記動作補助装置の動作状況を管理するセンタに設置され、前記駆動ユニットから前記通信手段及び通信ネットワークを介して送信された前記モータの駆動状態の履歴情報を受信する受信手段と、
該受信手段を介して入力された前記モータの駆動状態の履歴情報を格納するデータベースと、
該データベースに格納された履歴情報を分析して当該駆動ユニットの寿命や過負荷状態の有無などの情報を作成する分析手段と、
前記分析手段によって得られた分析結果から前記モータのメンテナンスが必要であると判定された場合、当該駆動ユニットに対してメンテナンス情報を送信する送信手段と、
を有することにより、上記課題を解決するものである。

本発明によれば、駆動ユニットにモータの動作状況を監視するモータ監視手段と、モータ監視手段の監視結果に基づいて、モータが過負荷状態とならないようにモータの駆動信号を制限するモータ制御手段とを有し、さらにモータ制御手段は、モータ監視手段から得られる監視結果の値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、判定手段によって監視結果の値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させるモータ抑制手段と、を備えるため、例えば、モータの性能が低下しているのにモータが無理に駆動されたり、あるいはモータや回路基板が過熱するといった問題を解消することが可能になる。これにより、例えば、経年変化などによりモータの性能低下が生じた状態で当初と同じように駆動信号をモータに入力するとモータが過負荷状態になってしまう場合には、駆動信号が徐々に減少してモータによる駆動力が小さく抑えられ、モータの寿命を延ばすことが可能になる。特に、駆動ユニットが装着者の体内に埋め込まれる構成の場合には、簡単にモータ交換ができないので、モータの寿命を延ばすことで装着者への負担を軽減することが可能になる。

また、本発明によれば、モータの残り寿命時間が予め設定された値に達した場合、モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることにより、駆動信号に対するモータの性能低下が急激に発生することを防止して、モータが突然停止してモータの駆動力が装着者の意思に反して全く得られなくなることを未然に防止することができる。

また、本発明によれば、動作補助装置の動作状況を管理するセンタのデータベースに、駆動ユニットから通信手段及び通信ネットワークを介して送信されたモータの駆動状態の履歴情報を格納し、データベースに格納された履歴情報を分析して当該駆動ユニットの寿命や過負荷状態の有無などの情報に基づいて得られた分析結果から当該駆動ユニットに対してメンテナンス情報を送信することにより、駆動ユニットが正常か否かを常時分析することが可能になると共に、駆動ユニットで何らかの異常が発生した場合には直ちに警報を発して装着者に報知することが可能になる。

以下に本発明の実施の形態を、装着式動作補助装置とその駆動ユニットに適用した図面に基づいて説明する。

図１乃至図１３は、本発明の第１の実施形態に係る装着式動作補助装置１を開示している。図１は装着者Ｐの右腕回りに対応する装着式動作補助装置１の右上半部について代表して示す。装着式動作補助装置１は、体幹部材２、上腕部材３、および前腕部材４を備える。体幹部材２は、装着者Ｐの胴体に装着される。上腕部材３は、装着者Ｐの上腕部に沿って延び、装着者Ｐの上腕部に装着される。前腕部材４は、装着者Ｐの前腕部に沿って延び、装着者Ｐの前腕部に装着される。

装着式動作補助装置１は、肩、肘などの関節の動作に関する物理量を検出する角度センサ（物理量検出手段）と、肩、肘などの関節を動作させる際に発生する筋電位信号（生体信号）を検出する生体センサ（生体信号検出手段）と、モータから関節に伝達される駆動力を検出するトルクセンサと備えている。

体幹部材２と上腕部材３との間には肩関節機構５が設けられ、体幹部材２と上腕部材３とが肩関節機構５を介して互いに回動可能に連結されている。上腕部材３と前腕部材４との間には肘関節機構６が設けられ、上腕部材３と前腕部材４とが肘関節機構６を介して互いに回動可能に連結されている。装着式動作補助装置１は、その左上半部にも右上半部と同様の構成を有する。

装着式動作補助装置１は、肩、肘などの関節の動作を補助する肩関節機構５、肘関節機構６と、肩関節機構５、肘関節機構６の駆動ユニット１１を制御する制御回路を有する制御ユニット１００とから構成されている。制御ユニット１００は、角度センサ、トルクセンサ及び生体信号検出センサにより検出された物理量及び生体信号に基づいて駆動ユニット１１を制御する。

制御ユニット１００による駆動ユニット１１の制御方式は、自律的制御手段１００Ａと随意的制御手段１００Ｂとを組み合わせた制御である。自律的制御手段１００Ａは、各センサにより検出されたセンサ信号（物理情報信号）が供給されると、各センサの検出値とデータベースに格納された基準パラメータとを比較することにより、装着者のタスク及びフェーズを推定し、推定したフェーズに応じた駆動力を駆動ユニット１１に発生させるための自律的制御信号を生成する。随意的制御手段１００Ｂは、生体電位センサ３１０で検出される生体電位信号に基づいて随意的制御信号を生成する。また、制御信号合成手段１００Ｃは、随意的制御手段１００Ｂからの随意的制御信号および自律的制御手段１００Ａからの自律的制御信号とを合成して駆動ユニット１１に対する制御信号を生成する。

以下に、肩関節機構５を取り上げて詳しく説明する。なお、肘関節機構６は肩関節機構５と略同じ構成を有するので、同じ機能を有する構成に同一の符号を付してその説明を省略する。

図２および図３に示すように、肩関節機構５は、駆動ユニット１１と、第１および第２の連結部材１２，１３とを備える。図１に示すように、第１の連結部材１２の一端は、体幹部材２に取り付けられている。第２の連結部材１３の一端は、上腕部材３に取り付けられている。

図３に示すように、駆動ユニット１１は、駆動部２１、ギアヘッド部２２、および互いに相対的に回動する第１および第２のフランジ部材２３，２４を備える。駆動部２１は、駆動源としてのモータ３１を有する。モータ３１は、モータ本体３１ａと駆動軸３１ｂとを有する。図３に示すように、駆動軸３１ｂは、ギアヘッド部２２の内部に延びている。駆動軸３１ｂの先端には、遊星歯車機構３２の一部を構成する太陽歯車３２ａが取り付けられている。

ギアヘッド部２２は、インナーケース３４と、アウターケース３５との二つのハウジングを有する。インナーケース３４は本発明でいう回動体の一例であり、かつ、第１の部品の一例である。インナーケース３４は一方が開放された円筒状に形成されるとともに、その内部に遊星歯車機構３２を収容している。遊星歯車機構３２は、前述の太陽歯車３２ａに加えて、この太陽歯車３２ａに噛み合う例えば複数の遊星歯車３２ｂと、この遊星歯車３２ｂに噛み合う内歯車３２ｃ（いわゆるリングギア）とを有する。遊星歯車機構３２は減速機構の一例であり、ギアヘッド部２２は他の減速機構を採用しても良い。インナーケース２３は、複数のギアを内包する必要はなく、例えば一つのギアを収容しても良い。

図３に示すように、第１のフランジ部材２３は、モータ本体３１ａに固定され、モータ３１に熱的に接続されている。遊星歯車機構３２は、遊星歯車３２ｂを支持する支持部材３６を有する。支持部材３６の一例は、ボルトである。この支持部材３６は、例えば第１のフランジ部材２３に固定される。さらに第１のフランジ部材２３には、インナーケース３４が固定されている。したがってインナーケース３４は、モータ３１に対して相対的に静止する。

アウターケース３５は、一方が開放された円筒状に形成されるとともに、その内部にインナーケース３４を収容している。アウターケース３５とインナーケース３４との間には、例えば複数の軸受部材３７が配置されている。第２のフランジ部材２４は、例えば遊星歯車機構３２の内歯車３２ｃと一体に成形されている。アウターケース３５は、第２のフランジ部材２４に固定され、第２のフランジ部材２４と一体に回動する。

図２に示すように、第１の連結部材１２は、リング状に形成された固定部１２ａと、固定部１２ａから延びる延伸部１２ｂとを有する。この延伸部１２ｂの先端は体幹部材２に取り付けられている。固定部１２ａは、例えば複数のボルト３８で第１のフランジ部材２３に固定されている。第２の連結部材１３は、リング状に形成された固定部１３ａと、固定部１３ａから延びる延伸部１３ｂとを有する。この延伸部１３ｂの先端は上腕部材３に取り付けられている。固定部１３ａは、例えば複数のボルト３８で第２のフランジ部材２４に固定されている。

次に、駆動ユニット１１の作用について説明する。

モータ３１が駆動されると、太陽歯車３２ａおよび遊星歯車３２ｂを介して、内歯車３２ｃが回動する。これにより、第２のフランジ部材２４が第１のフランジ部材２３に対して相対的に回動する。第２のフランジ部材２４が第１のフランジ部材２３に対して回動すると、アウターケース３５の内周面３５ａがインナーケース３４の外周面３４ａに対して相対的に回動する。なお、本実施の形態でいう「Ａに対するＢの相対的な回動」とは、Ａを基準にしたときにＢがＡに対して回動していることを指し、静止しているＢに対してＡが回動することも含む。

第１のフランジ部材２３が第２のフランジ部材２４に対して回動すると、上腕部材３が体幹部材２に対して回動する。これにより、装着者Ｐの上腕部を肩回りに回す運動がアシストされる。同様に、肘関節機構６の駆動ユニット１１は、前腕部材４を上腕部材３に対して相対的に回動させ、装着者Ｐの前腕部を肘回りに回す運動がアシストする。

なお本実施形態では、静止しているインナーケース３４の回りをアウターケース３５が回動することで、インナーケース３４がアウターケース３５に対して相対的に回動される。本発明の実施形態はこれに限らず、例えば第１の連結部材１２を上腕部材３に固定するとともに、第２の連結部材１３を体幹部材２に固定しても良い。このようにすると、静止しているアウターケース３５の内部でインナーケース３４が回動することになる。

図２に示すように、駆動ユニット１１はモータ３１を制御する回路基板４１を有する。回路基板４１は、モータ本体３１ａの外形より一回り大きなリング状に形成されている。回路基板４１は、第１のフランジ部材２３に搭載され、第１のフランジ部材２３に熱的に接続される。回路基板４１は、第１のフランジ部材２３を放熱のためのヒートシンクとして利用する。第１のフランジ部材には回路基板４１を覆うようにしてパッキン４２が取り付けられる。これにより回路基板４１が外部に露出されない。図８に示すように、回路基板４１は、駆動ユニット１１の制御を統括する制御部４５、モータ３１を制御するモータドライバ４６、記憶部４７、およびデータベース４８を有する。

駆動ユニット１１は、例えば回転角度検出部５１、温度検出部５２、歪み・振動検出部５３、および電流情報検出部５４を有する。

図３および図９に示すように、回転角度検出部５１は、検出用部材６１、発光部６２、位置検出部６３、角度演算部６４、コントローラ６５、およびスリット部材６６を備える。

図４に示すように、検出用部材６１は、本体部６８と、この本体部６８に設けられた蛍光帯６９とを有する。本体部６８の一例は、細長い帯状に形成された可撓性を有する部材である。本体部６８の材質は、樹脂、ゴム、紙など何でも良く、蛍光性が小さいものであれば特にその種類は問わない。

図５および図６に示すように、本体部６８は、インナーケース３４の外周面３４ａの周方向に沿って、その外周面３４ａに巻き付けられる。本実施形態に係る本体部６８は、インナーケース３４の外周面３４ａを一回り取り巻く閉ループ状に形成される。なお本体部６８は、あらかじめリング状に形成されたものでも良い。さらに本体部６８は、閉ループ状に形成される必要は無く、必要な検出範囲の回転角度に合わせて円弧状に形成されも良い。

図４に示すように、蛍光帯６９は、本体部６８の長手方向に対して傾斜して延びている。図５に示すように、本体部６８をインナーケース３４に巻き付けたとき、蛍光帯６９は、インナーケース３４の周方向に対して螺旋状に傾斜して延びる。これによりインナーケース３４が相対的に回動するに伴って、外側からインナーケース３４の外周面３４ａの一点をみるとインナーケース３４の軸方向（図５中、横方向）に沿う蛍光帯６９の位置が変化する。

なお、本実施の形態でいう「インナーケース３４の周方向」とは、相対的な回動運動をするインナーケース３４の回動方向に沿う方向をいう。すなわち本実施形態では、円筒状に形成されたインナーケース３４の円周方向である。さらに言えば、蛍光帯６９は、インナーケース３４の回動方向にすすむにつれてインナーケース３４の回動方向に交差する方向に位置が変化するように延びている。

蛍光帯６９は、蛍光性のテープを本体部６８に貼り付けても良いし、本体部６８に蛍光性の塗料で描いても良い。蛍光帯６９は、インナーケース３４の外周面３４ａに直接設けられても良い。なおここでいう「蛍光」とは、光を当てると発光する物質の総称を指し、光を取り除いてもその後しばらく発光する燐光を含む。蛍光帯６９の幅の一例は、１０μｍ〜２０μｍである。ただし蛍光帯６９の幅はこれに限られない。

図６に示すように、発光部６２は、例えばアウターケース３５に固定されている。発光部６２は、検出用部材６１に光を照射する。発光部６２の一例は、ＬＥＤからなる点光源である。

コントローラ６５は、発光部６２の照射のタイミングを制御する。コントローラ６５は、発光部６２に対して例えばパルス状の制御信号を送る。これにより、発光部６２は点灯時と滅灯時とを交互に繰り返し、検出用部材６１に対して断続的に光を照射する。発光部６２の点滅の周期の一例は、１ｋＨｚである。ただし点滅の周期はこれに限られない。

位置検出部６３は、例えば一次元位置検出素子を含む。一次元位置検出素子の一例は、ＰＳＤ（Position Sensitive Detector）である。図５および図６に示すように、位置検
出部６３は、例えばアウターケース３５に取り付けられている。すなわち位置検出部６３は、アウターケース３５に対して相対的に静止している。位置検出部６３は、受光面６３ａを有する。この受光面６３ａは、検出用部材６１に対向している。

位置検出部６３は、その一次元の検出ラインをインナーケース３４の軸方向に沿わせて配置されている。位置検出部６３にスポット光が入射されたとき、位置検出部６３は、インナーケース３４の軸方向のどの位置からスポット光が入射したかを検出することができる。これにより位置検出部６３は、その受光面６３ａが対向する領域内において蛍光帯６９がどこにあるのか（すなわちインナーケース３４の軸方向に沿う蛍光帯６９の位置情報）を検出する。

コントローラ６５は、位置検出部６３に対して発光部６２に送る制御信号と同期した制御信号を送る。コントローラ６５は、位置検出部６３に対して発光部６２の滅灯時（すなわち発光部６２が照射を止めた時）に、蛍光帯６９の位置検出処理を行なうように位置検出部６３を制御する。

位置検出部６３により検出された蛍光帯６９の位置情報は、角度演算部６４に送られる。角度演算部６４は、蛍光帯６９の傾斜角度に関する情報や基準位置（回転角度０°）での蛍光帯６９の位置情報などの情報に基づいて、蛍光帯６９の位置情報からアウターケース３５とインナーケース３４との相対的な回転角度を算出する処理を行なう。角度演算部
６４は、算出した回転角度に関する情報を制御部４５に送る。

スリット部材６６は、位置検出部６３とインナーケース３４との間に設けられている。スリット部材６６は、例えばアウターケース３５に固定され、アウターケース３５と一体に動く。スリット部材６６は、位置検出部６３の受光面６３ａに対向するスリット６６ａを有する。スリット６６ａは、インナーケース３４の軸方向に沿って延びている。

次に、回転角度検出部５１の作用について説明する。

コントローラ６５から発光部６２に照射タイミングに関する制御信号が送られると、発光部６２は、その照射タイミングに従って検出用部材６１に対して光を断続的に照射する。さらにコントローラ６５は、位置検出部６３に対して発光部６２の点灯時には待機し、発光部６２の滅灯時に検出処理を行なうように制御する。

発光部６２の点灯時には、検出用部材６１に光が照射され、蛍光帯６９に光エネルギがチャージされる。発光部６２の滅灯時には、蛍光帯６９が光を発する。位置検出部６３の検出ライン上に位置する蛍光帯６９の発する光は、スリット６６ａを通過して位置検出部６３に入射される。検出ラインを外れた領域に位置する蛍光帯６９の発する光は、スリット部材６６に遮断され、位置検出部６３に入射されない。

位置検出部６３は、光の入射位置から位置検出部６３に対向する蛍光帯６９の位置情報を検出する処理を行なう。角度演算部６４は、位置検出部６３が検出した蛍光帯の位置情報に基づいて回転角度を算出する処理を行なう。角度演算部６４は、算出した回転角度に関する情報を制御部４５に送る。

次に、温度検出部５２について説明する。

図１０に示すように、温度検出部５２は、制御部４５が搭載された回路基板４１の温度を検出する温度センサ７１とモータ温度演算部７２とを有する。図３に示すように、温度センサ７１は回路基板４１に接している。温度センサ７１は回路基板４１の温度を直接検出する。温度センサ７１は、検出した温度に関する情報を制御部４５に送る処理を行なうとともに、検出した温度に関する情報をモータ温度演算部７２に送る。

モータ温度演算部７２は、温度センサ７１から送られた検出温度に基づき、一次元の伝熱方程式を解くことでモータ３１の温度を算出する処理を行なう。モータ温度演算部７２は、算出したモータ３１の温度に関する情報を制御部４５に送る。回路基板４１の温度とモータ３１の温度の検出処理は、駆動ユニット１１の動作中、連続して行なわれる。なお図３に二点鎖線で示すように、温度検出部５２は、モータ温度演算部７２に代えてモータ３１の温度を直接検出する他の温度センサ７１ａを備えても良い。

次に、歪み・振動検出部５３について説明する。

図１１に示すように、歪み・振動検出部５３は、歪み・振動センサ７３を有する。図３に示すように、歪み・振動センサ７３は第１のフランジ部材２３に取り付けられている。歪み・振動センサ７３は第１のフランジ部材２３の歪み量を検出するとともに、第１のフランジ部材２３の振動の状態（例えばびびり振動の有無）を検出する。この歪み量と振動状態の検出処理は、駆動ユニット１１の動作中、連続して行なわれる。

次に、電流情報検出部５４について説明する。

図１２Ａに示すように、電流情報検出部５４は、電流検出部７５と演算部７６とを有する。電流検出部７５は、例えばモータドライバ４６を流れる電流を測定することで、モータ３１に流れる電流値を検出する。電流検出部７５は、検出した電流値に関する情報を演算部７６に送る。演算部７６は、モータ３１に流れる電流値を駆動ユニット１１の初回起動時から時間積分し、駆動ユニット１１の初回起動時から現在までにモータ３１にどのくらいの量の電流が流れたのかを算出する。演算部７６は、算出した電流値の時間積分の値（総作動時間）を制御部４５に送る。

データベース４８には、誤作動を起こさない回路基板４１の許容温度、誤作動を起こさないモータ３１の許容温度、不具合に至らない第１のフランジ部材２３の許容歪み量、およびモータ３１の寿命などに関するデータが格納されている。

制御部４５は、モータ３１の動作状況を監視するモータ監視部４５Ａと、モータ監視部４５Ａの監視結果に基づいて、モータ３１が過負荷状態とならないようにモータ３１への駆動信号を制限するモータ制御部４５Ｂを有する。さらに、モータ監視部４５Ａは、モータ３１に入力された電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定部４５Ｃと、残り寿命演算部７７とを有する。また、モータ制御部４５Ｂは、判定部４５Ｃによって電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、モータ３１へ供給される駆動信号を所定の割合（例えば、毎秒最大出力の５％〜１０％）で徐々に減少させるようにモータ３１を制御する。

制御部４５は、温度検出部５２から送られる回路基板４１およびモータ３１の温度、モータ３１の総作動時間に関する情報をデータベース４８に格納された許容値やモータ３１の平均的な寿命と比較する。制御部４５は、回路基板４１の温度およびモータ３１の温度のいずれか一方が許容値を超えそうなときはモータ３１を低速回転に切り替えるなどモータ３１の駆動を緩和または停止する。制御部４５は、歪み・振動検出部５３から送られてきた歪み量または振動の状態をデータベースに格納されている許容値と比較し、必要に応じてモータ３１の駆動を緩和または停止する。

このように、駆動ユニット１１は、例えば、モータ３１の性能が低下しているのにモータ３１が無理に駆動されたり、あるいはモータ３１が過熱するといった問題を解消することが可能になる。これにより、例えば、経年変化などによりモータ３１の性能低下が生じた状態で当初と同じように駆動信号をモータ３１に入力するとモータ３１や回路基板４１が過負荷状態になってしまう場合には、駆動信号が徐々に減少してモータ３１による駆動力が小さく抑えられ、モータ３１の寿命を延ばすことが可能になる。特に、駆動ユニット１１が装着者の体内に埋め込まれる構成の場合（図２３、図２４参照）には、簡単にモータ交換ができないので、モータ３１の寿命を延ばすことで装着者への負担を軽減することが可能になる。

また、モータ３１の残り寿命時間が予め設定された値に達した場合、モータ３１へ供給される駆動信号を所定の割合（例えば、毎秒最大出力の５％〜１０％）で徐々に減少させることにより、駆動信号に対するモータ３１の性能低下が急激に発生することを防止して、モータ３１が突然停止してモータ３１の駆動力が装着者の意思に反して全く得られなくなることを未然に防止することができる。

図１２Ａに示すように制御部４５は、残り寿命演算部７７を有する。残り寿命演算部７７は、電流情報検出部５４からモータ３１に流れた電流値の時間積分の値に関する情報を受け取る。一方、データベース４８には、実験または実際の使用により求められたモータが寿命に達する電流の時間積分の値に関する情報（例えば予め設定された寿命判断の基準値）が格納されている。残り寿命演算部７７は、電流情報検出部５４から受け取った電流値の時間積分の値をデータベースに格納された情報と比較することで、モータ３１の残り寿命を算出する。制御部４５は、例えばモータ３１を流れる電流値の時間積分の値が所定の基準値を超えると交換時期であると判断する。この残り寿命の検出処理は、駆動ユニット１１の動作中、連続して行なわれる。

図８に示すように駆動ユニット１１は、通信部７８を有する。記憶部４７には、温度検出部５２、歪み・振動検出部５３、電流情報検出部５４、および制御部４５で検出または算出された各種情報が送られ、これらの情報の履歴を記憶する。通信部７８は、例えば無線式の通信装置である。通信部７８は、温度検出部５２、歪み・振動検出部５３、電流検出部７５および制御部４５で検出または算出された各種情報を例えば定期的に外部に送信する。

図１２Ｂはモータ３１の駆動電流の変化と時間との関係を示すグラフである。図１２Ｂに示されるように、モータ３１の駆動電流は、肩または肘の関節を駆動する際の角度及びトルクによって逐次変化している。本実施形態では、駆動電流の第１の許容値Ｉ_Ａと第２の許容値Ｉ_Ｂとがデータベース４８に予め設定されている（Ｉ_Ａ＜Ｉ_Ｂ）。

駆動ユニット１１は、モータ３１に供給される電流値に対する第１の許容値Ｉ_Ａと第１の許容値Ｉ_Ａよりも高い値に設定された第２の許容値Ｉ_Ｂとを記憶するデータベース（記憶手段）４８を有する。また、残り寿命演算部７７は、第１の許容値Ｉ_Ａを超えた分の電流値を積分してモータ３１に平均寿命から現在までの総使用時間を差し引いた残り寿命を演算する。そして、モータ制御部４５Ｂは、演算された積分値が閾値を超えた場合、モータ３１へ供給される電流値を所定の割合（例えば、毎秒第１の許容値Ｉ_Ａの５％〜１０％）で徐々に減少させるようにモータ３１を制御する。

また、モータ制御部４５Ｂは、駆動電流が第２の許容値Ｉ_Ｂを超える場合には、モータ３１へ供給される電流値を所定の割合で徐々に減少させるようにモータ３１を制御する。モータに供給される電流値を減少させる割合は、次のように設定することができる。例えば、第２の許容値Ｉ_Ｂを超える電流値を瞬時（例えば１秒以内）に第２の許容値Ｉ_Ｂまで減少させる。または、数秒以内に第１の許容値まで減少させる。ここで、駆動電流を、例えばシグモイド関数やベジェ曲線、又はスプライン曲線などを適用し、滑らかに減少させるとよい。

さらに、このように駆動電流が第２の許容値Ｉ_Ｂを超えたことが繰り返し検知された場合には、制御ユニット１００は、アシスト率（装着者自身の発生するトルクと駆動ユニットの発生するトルクの比率）を自動的に低く変更する。また、上記所定の割合は、任意の値に設定することが可能であり、例えば、状況に応じて毎秒最大出力の０．１％〜１％といったように駆動電流を減少させてモータ３１を停止させるようにしてもよい。

次に、駆動ユニット１１の制御部４５が実行するモータ３１のメイン制御処理について図１３Ａを参照して説明する。

制御ユニット１００より駆動ユニット１１に駆動指令が下ると、制御部４５は第１の工程Ｓ１としてモータ３１の駆動を開始する。第１の工程Ｓ１１に続いて、第２の工程Ｓ１２として電流情報検出部５４によりモータ３１を流れる電流値が検出され、その時間積分の値が算出される（監視手段）。第３の工程Ｓ１３として温度検出部５２により回路基板４１の温度が検出され、モータ３１の温度が算出される（監視手段）。第４の工程Ｓ１４として歪み・振動検出部５３により第１のフランジ部材２３の歪み量が検出され、振動の状態が検出される（監視手段）。なお本実施形態では、前記第２ないし第４の工程Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４は同時に行なわれる。ただしこれらの工程は順に行なっても良く、その場合行なわれる順序はいずれからでも良い。

第５の工程Ｓ５として制御部４５は、第２ないし第４の工程Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４で検出された各種情報をデータベース４８に格納されている許容値や基準値に比較し、駆動ユニット１１の動作状態が正常であるか否かを判断する（判定手段）。制御部４５は、例えばモータ３１に流れた電流の時間積分の値が所定量以下であるか、回路基板４１の温度が許容値以下であるか、モータ３１の温度が許容値以下であるか、第１のフランジ部材２３の歪み量が許容値以下であるか、振動状態から判断されるびびり振動の兆候がみられるかなどを判断する。

全ての値が許容値以下であると、第６の工程Ｓ６として回転角度検出部５１が第１および第２のフランジ部材２３，２４の相対的な回転角度を検出する。第７の工程Ｓ７として、制御部４５は、検出された回転角度に基づいて停止位置であるか否かを判断する。制御部４５がまだ停止位置に達していないと判定した場合、再び第２の工程Ｓ２から順に開始される。制御部４５が停止位置に達していると判定した場合、第８の工程Ｓ８としてモータ３１が停止される。これにより一連の処理が終了する。

第５の工程Ｓ５において、モータ３１に流れた電流値の時間積分の値、回路基板４１の温度、モータ３１の温度、および第１のフランジ部材２３の歪み量のいずれか一つ以上が許容値または基準値を超えていたり、びびり振動の兆候がみられる場合、第９の工程Ｓ９に入る。第９の工程Ｓ９では、モータ３１が例えば低速運転に入るなどモータ３１の駆動が緩和される（モータ抑制手段）。従って、Ｓ５において許容値を超えた場合は、Ｓ９でモータ３１を所定の割合で低速回転に切り替えるなどモータ３１の駆動を緩和するように減速制御を行なう。

第１０の工程Ｓ１０では、各種検出部により検出された情報が通信部７８により外部に送信される。第１０の工程Ｓ１０と前後してモータ３１の駆動が停止される。

次に、駆動ユニット１１の制御部４５が実行するモータ３１のメンテナンス制御処理について図１３Ｂを参照して説明する。尚、このメンテナンス制御処理は、前述したメイン制御処理（図１３Ａに示す）と並列処理されており、予め設定された任意の時間間隔（例えば、１分〜１０分間隔）毎に割り込み処理される。

図１３Ｂにおいて、第１の工程Ｓ１１〜第６の工程Ｓ１６は、前述した図１３Ａの第１の工程Ｓ１〜第５の工程Ｓ５、第９の工程Ｓ９と同じなのでその説明は省略する。

図１３Ｂにおいて、図１３Ａと異なる処理は、第７の工程Ｓ１７である。第７の工程Ｓ１７では、制御部４５はモータ３１の動作状態（例えばモータ３１に流れた電流の時間積分の値が所定量以下であるか、回路基板４１の温度が許容値以下であるか、モータ３１の温度が許容値以下であるか、第１のフランジ部材２３の歪み量が許容値以下であるか、振動状態から判断されるびびり振動の兆候がみられるかなど）をセンタの情報管理装置８４（図７参照）へ通信ネットワーク８３を介して送信する。これにより、情報管理装置８４では、センタのデータベース８８に基づいて各装着式動作補助装置１の動作状態を分析することが可能になる。

最後に、装着式動作補助装置１の保守管理システム８１について説明する。

図７に示すように、保守管理システム８１は、使用者側に配備される装着式動作補助装置１および無線端末８２、並びに供給者側に配備されるとともに前記使用者側の無線端末８２にインターネット等の通信ネットワーク８３を介して接続された情報管理装置８４とを有する。

情報管理装置８４は、装着式動作補助装置１の動作状況を管理するセンタに設置されており、通信ネットワーク８３に接続された通信装置８５と、通信装置８５から入力された各装着式動作補助装置１の動作状況の情報（モータ３１の履歴情報を含む）を逐次格納するデータベース８８を有する記憶装置（記憶手段）８６と、記憶装置８６に格納された各動作状況の情報から当該装着式動作補助装置１に対する分析を行なう分析装置（分析手段）８７とを有する。

また、分析装置８７は、データベース８８に格納された履歴情報を分析して当該駆動ユニット１１の寿命や過負荷状態の有無などの分析情報を作成するとともに、分析結果の重要度が高い場合にその分析情報を当該装着式動作補助装置１に送信する
通信装置８５は、駆動ユニット１１から通信手部７８及び通信ネットワーク８３を介して送信されたモータ３１の駆動状態の履歴情報を受信する受信部８５Ａと、分析手段によって得られた分析結果からモータ３のメンテナンスが必要であると判定された場合、当該駆動ユニット１１に対してメンテナンス情報を送信する送信部８５Ｂとを有する。

装着式動作補助装置１は、上述のように各駆動ユニット１１ごとに通信部７８を備える。すなわち装着式動作補助装置１は、肩関節機構５の駆動ユニット１１に設けられた通信部７８、肘関節機構６の駆動ユニット１１に設けられた通信部７８など複数の通信部７８を備える。この複数の通信部７８からそれぞれの駆動ユニット１１の動作状態に関する情報が無線端末８２を通じて通信ネットワーク８３上に例えば定期的に送られる。また別の使用者が使用している別の装着式動作補助装置１も同様に駆動ユニット１１に関する情報を通信ネットワーク８３上に送る。供給者側に配備された情報管理装置８４は、通信ネットワーク８３上に送られた各使用者ごとの情報を受け取り、データベース８８上で一括して管理する。

このように、動作補助装置の動作状況を管理するセンタのデータベース８８に、駆動ユニット１１から通信手段及び通信ネットワーク８３を介して送信されたモータ３１の駆動状態の履歴情報を格納し、データベース８８に格納された履歴情報を分析して当該駆動ユニット１１の寿命や過負荷状態の有無などの情報に基づいて得られた分析結果から当該駆動ユニット１１に対してメンテナンス情報を送信することにより、駆動ユニット１１が正常か否かを常時分析することが可能になると共に、駆動ユニット１１で何らかの異常が発生した場合には直ちに警報を無線信号により発して装着者に報知することが可能になる。

このような構成の装着式動作補助装置１または駆動ユニット１１によれば、回転角度検出部５１における光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。すなわち本実施形態に係る回転角度検出部５１には蛍光帯６９が用いられている。蛍光帯６９は自ら光を発するので、蛍光帯６９のエッジ部では光の乱反射の問題は生じず、位置検出部６３には散乱が抑制された光が入射される。つまり蛍光帯６９を用いると光の散乱に起因する誤差が入りにくく、回転角度の検出精度が向上する。

発光部６２が断続的に光を照射するとともに、位置検出部６３が発光部６２の滅灯時に蛍光帯６９の発する光を受光すると、発光部６２の発する光に邪魔されることなく、蛍光帯６９の発する光を確実に検出することができる。

検出用部材６１は、蛍光帯６９が取り付けられる本体部６８を有し、蛍光帯６９を直接に回動体に取り付けるより、周方向に対する傾斜角度を正確に設定することができる。蛍光帯６９の取り付けも簡便になる。

一般に多くの角度検出部は、モータ軸に連結された回転軸に角度検出用の部位を設けている。このため角度検出部を備えた駆動ユニットは、その軸方向に大きくなる。一方、本実施形態に係る検出用部材６１は、ギアケースであるインナーケース３４の外周面３４ａに取り付けられる。検出用部材６１をインナーケース３４に取り付けると、回転軸に設けられる角度検出用の部位を省略することが可能となり、駆動ユニット１１を小型化することができる。

例えばポテンショメータのような角度検出器を用いると、ポテンショメータの軸と回転軸と間のずれやゆがみから検出に誤差が入るおそれがある。一方、本実施形態のように回転角度検出部５１がギア・モータ系に直接組み込まれていると、検出に誤差が入りにくく、極めて信頼性の高い検出を実現することができる。

スリット部材６６は必ずしも必要なものではなく省略可能である。スリット部材６６が設けられていると、検出ラインの前後の領域から発せられる余分な光が遮断される。これは回転角度の検出精度の向上に寄与する。

例えば特許文献３に記載の監視システムは、センサを使用してモータの動作状態を監視するとともに、動作状態に関するデータが閾値を越えていると警報を発する。このような監視システムを備えた駆動ユニットが使用者により使用されていると、駆動ユニットの供給者は警報が発せられる度に個々に対応する必要がある。

本発明の実施形態の一つの側面は、モータ３１の動作状態を監視するともに、その動作
状態を適正化するため自ら能動的に対応できる駆動ユニットを提供することにある。

第１のフランジ部材２３は、モータ３１に熱的に接続されているため、モータ３１が駆動されると温度が上昇する。このようなフランジ部材に、同じく発熱体である回路基板を搭載すると、回路基板が高温になるおそれがある。このため一般には回路基板はモータから離して設けられる。

一方、本実施形態に係る駆動ユニット１１は、回路基板４１は第１のフランジ部材２３に搭載される。駆動ユニット１１は、回路基板４１の温度を検出する温度検出部５２を有する。この温度検出部５２により回路基板４１の温度を常に監視する。そしてその温度が許容値を超えそうなときはモータ３１の駆動を緩和させるなどして、モータ３１から第１のフランジ部材２３に流れる熱の量を減じる。すると第１のフランジ部材２３が回路基板４１のヒートシンクとして機能を発揮し、回路基板４１の温度上昇が抑えられる。このように回路基板４１の温度状態を監視しつつモータ３１を制御する制御部４５を有することで、回路基板４１をモータ３１に熱的に接続された第１のフランジ部材２３に搭載することが可能となる。回路基板４１をモータ３１に隣接した位置に配置できると、駆動ユニット１１の小型化を図ることができる。

例えば温度検出部５２がモータ３１の温度を監視するとともに、モータ３１の温度および回路基板４１の温度のいずれか一方が許容値を超えそうなときにモータ３１の駆動が緩和されると、第１のフランジ部材２３がモータ３１または回路基板４１のヒートシンクとして機能するため、温度の上昇が抑えられる。このような制御部４５を有すると、より駆動ユニット１１の小型化が図れるとともにその信頼性が高まる。

装着式動作補助装置１に使用されるモータ３１は、生涯においてさほど多く回転されることはない一方で、例えば重い荷物を支えるなど過負荷状態で使用されることが多い。モータ３１の寿命を検出する方法としては例えばモータの総回転数を基準とする方法があるが、装着式動作補助装置１用のモータ３１には不向きである。

一方、本実施形態に係る駆動ユニット１１は、モータ３１に流れる電流値を初期稼働時から時間積分し、その積分値に基づいてモータ３１の寿命を判断する制御部４５を有する。モータ３１の過負荷状態は、モータ３１に流れる電流値の大きさに比例する。したがって電流値の時間積分を算出することで、そのモータ３１がどれだけ過負荷状態に置かれたかを概算することができる。すなわちこのような駆動ユニット１１によれば、過負荷状態におかれるモータ３１の寿命を適切に判断することができる。

駆動ユニット１１が各種検出情報などを記憶した記憶部４７を有すると、その駆動ユニット１１が現在までにどのような環境下でどのように使用されたかという情報が得られ、例えばメンテナンスの効率化を図ることができる。

駆動ユニット１１が各種検出情報などを外部に送信する通信部７８を有すると、外部からも各駆動ユニット１１の動作状態および残り寿命などを把握することができる。これにより供給者側から例えば交換時期を提示したり、まもなく交換時期に達する駆動ユニット１１に対しては交換部品を予め準備することが可能となる。

複数の駆動ユニット１１がそれぞれ各種検出部５２，５３，５４、制御部４５を含む回路基板４１、および通信部７８などを有しそれぞれ一つの独立したユニットとして構成されると、各駆動ユニット１１の間を結ぶケーブルは例えば電源ケーブルのみとなり、装着式動作補助装置１の利便性が向上する。

なお本実施形態では、インナーケース３４に蛍光帯６９を設けるとともにアウターケース３５に位置検出部６３を設けたが、アウターケース３５に蛍光帯６９を設けるとともにインナーケース３４に位置検出部６３を設けても良い。

なお位置検出部６３は、発光部６２の滅灯時に光を検出するものに限られない。例えば蛍光帯６９が発する光の周波数と発光部６２が発する光の周波数とが互いに異なるもの採用するとともに、蛍光帯６９の周波数に反応する位置検出部６３を用いれば、位置検出部６３は発光部６２の点灯時においても蛍光帯６９の発する光から位置検出処理を行なうことができる。ただし位置検出部６３が発光部６２の滅灯時に検出処理を行なうと、位置検出部６３の選定や調整が容易となり、さらに検出誤差が入りにくい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る装着式動作補助装置９１について、図１４ないし図１６を参照して説明する。なお第１の実施形態に係る装着式動作補助装置１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

装着式動作補助装置９１の肩関節機構５および肘関節機構６は、それぞれ駆動ユニット９２を有する。駆動ユニット９２は、回転角度検出部９３の構造が第１の実施形態に係る回転角度検出部５１と異なるだけで、他の構成は第１の実施形態と同様である。すなわち駆動ユニット９２は、制御部４５、モータドライバ４６、記憶部４７、データベース４８、温度検出部５２、歪み・振動検出部５３、および電流情報検出部５４を有する。

回転角度検出部９３は、検出用部材９４、第１の発光部９５、第２の発光部９６、位置検出部６３、角度演算部６４、コントローラ６５、およびスリット部材６６を備える。

検出用部材９４は、本体部６８と、この本体部６８に設けられた反射帯９７とを有する。本体部６８の一例は、光の反射性を小さくするために黒色に塗布されている。

反射帯９７は、本体部６８の長手方向に対して傾斜して延びている。図１４に示すように、本体部６８をインナーケース３４に巻き付けたとき、反射帯９７は、インナーケース３４の周方向に対して螺旋状に傾斜して延びる。これによりインナーケース３４を相対的に回動するに伴って、インナーケース３４の軸方向に沿う反射帯９７の位置が変化する。
反射帯９７は、光の反射性の高い材質で形成され、例えば光の反射性を有するテープを本体部６８に貼り付けても良いし、光の反射性の高い塗料で描いても良い。さらに反射帯９７は、インナーケース３４の外周面に直接設けられても良い。反射帯９７の幅の一例は、１０μｍ〜２０μｍである。ただし反射帯９７の幅はこれに限られない。

図１４に示すように、第１および第２の発光部９５，９６は、例えばアウターケース３５に固定されている。第１および第２の発光部９５，９６は、インナーケース３４の軸方向に沿って互いに離間して設けられている。第１および第２の発光部９５，９６は、例えばインナーケース３４の軸方向に沿って検出用部材９４の中心から互いに反対方向に同じ距離だけ離れている。第１および第２の発光部９５，９６は、検出用部材９４に光を照射する。

コントローラ６５は、第１および第２の発光部９５，９６の照射のタイミングを制御する。コントローラ６５は、第１および第２の発光部９５，９６に例えばパルス状の制御信号を送る。コントローラ６５は、第１および第２の発光部９５，９６が互いに交互に点灯するように制御する。第１および第２の発光部９５，９６の点滅の周期の一例は、１ｋＨｚである。ただし点滅の周期はこれに限られない。

位置検出部６３は、第１の発光部９５が発光した時、反射帯９７で反射される第１の発光部９５の光を受光する。また位置検出部６３は、第２の発光部９６が発光した時、反射帯９７で反射される第２の発光部９６の光を受光する。位置検出部６３は、第１の発光部９５が発光した時に検出される反射光の分布と第２の発光部９６が発光した時に検出される反射光の分布とに基づいてインナーケース３４の軸方向に沿う反射帯９７の位置情報を検出する。

例えば位置検出部６３は、第１の発光部９５が発光した時に検出される反射光分布のピーク（以後、第１のピーク）の位置と、第２の発光部９６が発光した時に検出される反射光分布のピーク（以後、第２のピーク）の位置とを検出し、第１のピークおよび第２のピークの例えば中間の位置をそのときの反射帯９７の位置情報として検出する。

例えば位置検出部６３は、基準位置（例えば回転角度０°）および所定位置（例えば回転角度１８０°）でそれぞれ第１および第２のピークを検出し、それぞれその中間の位置を基準位置での反射帯９７の位置情報、所定位置での反射帯９７の位置情報として検出しておく。そしてそれらの検出された情報は、角度演算部６４に記憶される。

角度演算部６４は、位置検出部６３で検出された任意角度での反射帯９７の位置情報を位置検出部６３から受け取り、基準位置および所定位置での反射帯９７の位置情報などに基づいて、アウターケース３５とインナーケース３４との相対的な回転角度を算出する処理を行なう。

ただし反射帯９７の位置情報を検出する方法は、第１および第２のピークの中間位置を取る手法に限らず、第１の発光部９５による反射光分布と第２の発光部９６による反射光分布から回転角度に対応する位置を特定する方法であれば適宜採用することができる。

このような構成の装着式動作補助装置９１または駆動ユニット９２によれば、回転角度
検出部９３における光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。すなわち、第１の発光部９５による反射光の分布と第２の発光部９６による反射光の分布は、互いに異なる。これは、第１の発光部９５が発光した時に反射帯９７のエッジ部で生じる乱反射と、第２の発光部９６が発光した時に反射帯９７のエッジ部で生じる乱反射とが互いに異なり、両者の散乱特性に違いが生じるためである。

すなわち本実施形態に係る駆動ユニット１１は、この互いに散乱特性の異なる２つの反射光分布に基づいて反射帯９７の位置情報を検出することで、一つ一つの光分布を表れる散乱による影響が検出結果に入り込む余地を少なくすることができる。これにより、反射帯９７のエッジ部で生じる光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。

反射帯９７の両側のエッジ部は、インナーケース３４の軸方向に沿って並んでいる。第１および第２の発光部９５，９６が、インナーケース３４の軸方向に沿って互いに設けられると、第１の発光部９５による反射光の分布と第２の発光部９６による反射光の分布とが互いに異なるものになりやすい。これにより、エッジ部での光の散乱に影響をさらに抑制することができ、回転角度の検出精度が向上する。第１および第２の発光部９５，９６が、インナーケース３４の軸方向に沿って検出用部材９４から互いに反対方向に同じ距離だけ離れていると、より誤差が入り込みにくく、検出精度が向上する。

第１および第２の発光部９５，９６が交互に発光すると、互いに異なる２つの光分布を確実に受光することができる。すなわち第１の発光部９５の反射光を受光するときに、第２の発光部９６が消えていると、第１の発光部９５の反射光が第２の発光部９６の反射光に混ざることなく位置検出部６３により受光される。

なお、第１および第２の発光部９５，９６は、必ずしも交互に点灯するものに限られない。例えば互いに光の周波数が異なる第１の発光部９５と第２の発光部９６とを用いると、同時に点灯する第１および第２の発光部９５，９６による２つの反射光分布から反射帯９７の位置情報を検出することができる。

なお本実施形態では、インナーケース３４に反射帯９７を設けるとともにアウターケース３５に位置検出部６３を設けたが、アウターケース３５に反射帯９７を設けるとともにインナーケース３４に位置検出部６３を設けても良い。

次に、本発明の第３の実施形態に係る装着式動作補助装置１０１について、図１７および図１８を参照して説明する。なお第１の実施形態に係る装着式動作補助装置１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

装着式動作補助装置１０１の肩関節機構５および肘関節機構６は、それぞれ駆動ユニット１０２を有する。駆動ユニット１０２は、回転角度検出部１０３の構造が第１の実施形態に係る回転角度検出部５１と異なるだけで、他の構成は第１の実施形態と同様である。

回転角度検出部１０３は、蛍光帯６９、発光部６２、位置検出部６３、角度演算部６４、コントローラ６５、およびスリット部材６６を備える。本実施形態では、第１のフランジ部材２３が本発明でいう第１の部品の一例であり、第２のフランジ部材２４が第２の部品の一例である。

図１８に示すように、蛍光帯６９は、第１のフランジ部材２３の端面２３ａに設けられ、第２のフランジ部材２４に対向するとともに、渦巻状に延びている。すなわち、蛍光帯６９は、第２のフランジ部材２４の回動方向（すなわち周方向）にすすむにつれて第２のフランジ部材２４の回動方向に交差する方向（本実施形態では第１のフランジ部材２３の径方向）に位置が変化するように延びている。これにより第２のフランジ部材２４が回動するに伴って、第２のフランジ部材２４の径方向に沿う蛍光帯６９の位置が変化する。

発光部６２は、例えば第２のフランジ部材２４に固定されている。発光部６２は点灯時と滅灯時とを交互に繰り返し、蛍光帯６９に対して断続的に光を照射する。

図１７に示すように、位置検出部６３は、例えば第２のフランジ部材２４に取り付けられ、蛍光帯６９に対向している。位置検出部６３は、その一次元の検出ラインを第１のフランジ部材２３の径方向に沿わせて配置されている。位置検出部６３は、その受光面６３ａが対向する領域内において蛍光帯６９がどこにあるのか（すなわち第１のフランジ部材２３の径方向に沿う蛍光帯６９の位置情報）を検出する。

角度演算部６４は、蛍光帯６９のうず巻形状に関する情報や基準位置（回転角度０°）での蛍光帯６９の位置情報などの情報に基づいて、蛍光帯６９の位置情報から第１のフランジ部材２３と第２のフランジ部材２４との相対的な回転角度を算出する。

スリット部材６６は、位置検出部６３と第１のフランジ部材２３との間に設けられている。スリット部材６６は、スリット６６ａを第１のフランジ部材２３の径方向に沿わせるとともに、位置検出部６３に対して相対的に静止している。ただしスリット部材６６は、必ずしも必要なものではない。

このような構成の装着式動作補助装置１０１または駆動ユニット１０２によれば、回転角度検出部１０３における光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。すなわち蛍光帯６９は自ら光を発するので、蛍光帯６９のエッジ部では光の乱反射の問題は生じず、位置検出部６３には散乱が抑制された光が入射される。つまり蛍光帯６９を用いると光の散乱に起因する誤差が入りにくく、回転角度の検出精度が向上する。なお、蛍光帯６９を第２のフランジ部材２４に設けるとともに、位置検出部６３を第１のフランジ部材２３に設けても良い。

次に、本発明の第４の実施形態に係る装着式動作補助装置１１１について、図１９および図２０を参照して説明する。なお第１ないし第３の実施形態に係る装着式動作補助装置１，９１，１０１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

装着式動作補助装置１１１の肩関節機構５および肘関節機構６は、それぞれ駆動ユニット１１２を有する。駆動ユニット１１２は、回転角度検出部１１３の構造が第１の実施形態に係る回転角度検出部５１と異なるだけで、他の構成は第１の実施形態と同様である。

回転角度検出部１１３は、反射帯９７、第１の発光部９５、第２の発光部９６、位置検出部６３、角度演算部６４、コントローラ６５、およびスリット部材６６を備える。

図２０に示すように、反射帯９７は、第１のフランジ部材２３の端面２３ａに設けられ、第２のフランジ部材２４に対向するとともに、渦巻状に延びている。すなわち、反射帯９７は、第２のフランジ部材２４の回動方向（すなわち周方向）にすすむにつれて第２のフランジ部材２４の回動方向に交差する方向（本実施形態では第１のフランジ部材２３の径方向）に位置が変化するように延びている。これにより第２のフランジ部材２４が回動するに伴って、第２のフランジ部材２４の径方向に沿う反射帯９７の位置が変化する。

第１および第２の発光部９５，９６は、例えば第２のフランジ部材２４に固定されている。第１および第２の発光部９５，９６は、第２のフランジ部材２４の径方向に沿って互いに離間して設けられている。第１および第２の発光部９５，９６は、例えば互いに交互に点灯する
図２０に示すように、位置検出部６３は、例えば第２のフランジ部材２４に取り付けられ、反射帯９７に対向している。位置検出部６３は、その一次元の検出ラインを第１のフランジ部材２３の径方向に沿わせて配置されている。例えば位置検出部６３は、第２の実施形態と同様に、第１の発光部９５が発光した時に検出される反射光分布のピーク（以後、第１のピーク）の位置と、第２の発光部９６が発光した時に検出される反射光分布のピーク（以後、第２のピーク）の位置とを検出し、第１のピークおよび第２のピークの例えば中間の位置をそのときの反射帯９７の位置情報として検出する。ただし位置検出部６３の検出方法はこれに限らない。

角度演算部６４は、反射帯９７のうず巻形状に関する情報や基準位置（回転角度０°）での反射帯９７の位置情報などの情報に基づいて、反射帯９７の位置情報から第１のフランジ部材２３と第２のフランジ部材２４との相対的な回転角度を算出する。

スリット部材６６は、位置検出部６３と第１のフランジ部材２３との間に設けられている。スリット部材６６は、スリット６６ａを第１のフランジ部材２３の径方向に沿わせるとともに、位置検出部６３に対して相対的に静止している。ただしスリット部材６６は、必ずしも必要なものではない。

このような構成の装着式動作補助装置１１１または駆動ユニット１１２によれば、回転角度検出部１１３における光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。すなわち本実施形態に係る回転角度検出部１１３は、互いに散乱特性の異なる２つの反射光分布に基づいて反射帯９７の位置情報を検出することで、一つ一つの光分布を表れる散乱による影響が検出結果に入り込む余地を少なくすることができる。したがって回転角度の検出精度が向上する。なお、反射帯９７を第２のフランジ部材２４に設けるとともに、位置検出部６３を第１のフランジ部材２３に設けても良い。

次に、本発明の第５の実施形態に係る装着式動作補助装置１２１について、図２１および図２２を参照して説明する。なお第１の実施形態に係る装着式動作補助装置１と同じ機能を有する構成は、同一の符号を付してその説明を省略する。

装着式動作補助装置１２１の肩関節機構５および肘関節機構６は、それぞれ駆動ユニット１２２を有する。駆動ユニット１２２は、回転角度検出部１２３の構造が第１の実施形態に係る回転角度検出部５１と異なるだけで、他の構成は第１の実施形態と同様である。

回転角度検出部１２３は、蛍光帯６９を有する検出用部材６１、発光部６２、位置検出部６３、角度演算部６４、コントローラ６５、およびスリット部材６６を備える。本実施形態では、インナーケース３４が本発明でいう第１の部品の一例であり、アウターケース３５が第２の部品の一例である。

図２２に示すように、検出用部材６１の本体部６８は、インナーケース３４の周方向にすすむにつれてその肉厚が徐々に厚くなるように形成されている。蛍光帯６９は、本体部６８の表面に設けられている。したがって蛍光帯６９は、インナーケース３４の回動方向（すなわち周方向）にすすむにつれてインナーケース３４の回動方向に交差する方向（本実施形態ではインナーケース３４の径方向）に位置が変化するように延びている。これによりインナーケース３４とアウターケース３５とが相対的に回動するに伴って、インナーケース３４の径方向に沿う蛍光帯６９の位置が変化する。

発光部６２は、例えば第２のフランジ部材２４に固定されている。発光部６２は点灯時と滅灯時とを交互に繰り返し、蛍光帯６９に対して断続的に光を照射する。

図１７に示すように、位置検出部６３は、例えばアウターケース３５に取り付けられ、蛍光帯６９に対向している。位置検出部６３は、その受光面６３ａに入射される光量の大きさを検出することができる。位置検出部６３は、受光面６３ａから入射される光量の大きさに基づいて、その受光面６３ａが対向する領域内において蛍光帯６９がどこにあるのか（すなわちインナーケース３４の径方向に沿う蛍光帯６９の位置情報）を検出する。

角度演算部６４は、検出用部材６１の肉厚の変化に関する情報や基準位置（回転角度０°）での蛍光帯６９の位置情報などに基づいて、蛍光帯６９の位置情報からアウターケース３５とインナーケース３４との相対的な回転角度を算出する。

このような構成の装着式動作補助装置１２１または駆動ユニット１２２によれば、回転角度検出部１２３における光の散乱による影響が抑制され、回転角度の検出精度が向上する。すなわち蛍光帯６９は自ら光を発するので、インナーケース３４の周方向に沿う蛍光帯６９の前後の領域での光の乱反射の問題は生じないため、回転角度の検出精度が向上する。なお、検出用部材６１をアウターケース３５に設けるとともに、位置検出部６３をインナーケース３４に設けても良い。

次に第６の実施形態に係る埋込式動作補助装置２００について説明する。図２３は第６の実施形態に係る埋込式動作補助装置２００を示す側面図である。

図２３に示されるように、埋込型動作補助装置２００は、関節の動作を補助する装置であって、装着者の関節２２０に装着される動作補助ユニット２３０と、無線により体外から動作補助ユニット２３０を制御する制御回路を有する制御ユニット１００とから構成されている。

動作補助ユニット２３０は、肘の関節２２０の上腕骨からなる第１の骨２２２に結合される第１のリム２５０と、関節２２０の肘より下方にある親指側の橈骨及び小指側の尺骨からなる第２の骨２２４に結合される第２のリム２６０と、第１のリム２５０と第２のリム２６０との間に設けられ、第１のリム２５０に対して第２のリム２６０を関節の回動方向に駆動する駆動ユニット２９０とを有する。第１のリム２５０の上端には、第１の骨２２２に結合される結合部２５２が突出しており、第２のリム２６０の下端には、第２の骨２２４に結合される結合部２６２が突出している。

第１のリム２５０及び第２のリム６０の結合部２５２，２６２は、骨に直接結合されるため、例えば、チタン、チタン合金またはセラミックス等の腐蝕しにくい材質によって形成されている。また、結合部２５２，２６２と骨との結合方法としては、例えば、チタン、チタン合金またはセラミックス等の腐蝕しにくい材質によって形成されたビスやリベットなどの締結部材によって締結される方法が用いられる。

また、駆動ユニット２９０の側面には、駆動情報信号を体外に送信し、体外からの制御信号を受信する無線送受信機と、駆動ユニット２９０に駆動電流を供給する制御部とが設けられている。

さらに、駆動ユニット２９０は、ＤＣモータまたはＡＣモータまたは超音波モータなどのモータ２９２を有する。モータ２９２は、固定子と回転子とを組み合わせた構成であり、固定子または回転子の一方がコイルで、他方が永久磁石である。モータ２９２による駆動力は、固定子と回転子との間の相対な回転を減速ギア等の減速機構を介して第２のリム２６０に伝達される。

そして、駆動ユニット２９０の制御部４５は駆動電流を生成し、この駆動電流をモータ２９２のコイルに供給することで第１のリム２５０に対して第２のリム２６０を回動させる。

また、駆動ユニット２９０の制御部４５には、上腕部の生体電位を検出する生体電位センサ３１０が接続されている。装着者が腕を動作させようとすると、神経伝達信号や筋電位信号を含む生体電位信号が発生する。生体電位センサ３１０は、上腕の筋肉に埋め込まれるため、生体電位信号を皮膚を介さないで検出することが可能になり、上腕の皮膚表面に貼着されるよりも生体電位信号を正確に検出することができる。

第１のリム２５０及び第２のリム２６０の内部には、夫々充電式バッテリユニット３２０が収納されている。充電式バッテリユニット３２０は、外部からの電磁誘導作用により充電を行なう充電ユニット３２２と充電式バッテリ３２４とからなる。充電式バッテリユニット３２０は、一対ずつ設けられており、一方がメイン電源で、他方が予備電源である。そのため、動作補助ユニット２３０では、一方の充電式バッテリ３２４の電圧が低下しても他方の充電式バッテリ３２４に自動的に切り替わり、急に停止することが防止される。また、充電式バッテリユニット３２０は、体内に装着された状態のまま充電することができるので、充電寿命が切れるまで長時間（充電可能回数の範囲内）体内に装着したまま使用することが可能である。尚、充電式バッテリユニット３２０は、第１のリム２５０及び第２のリム２６０の夫々に設けても良いし、あるいは何れか一方のリム内部に設けるようにしても良い。

また、駆動ユニット２９０は、供給された駆動電流によって発生したトルクＴを検出するトルクセンサ（物理量センサ）２９４と、第１のリム２５０と第２のリム２６０との回転角θを検出する角度センサ（物理量センサ）２９６とを有する。トルクセンサ２９４及び角度センサ２９６は、検出したトルク及び角度の検出信号を駆動ユニット２９０に出力する。トルクセンサ２９４としては、回転駆動力を伝達する軸の歪みを検出する磁歪式トルクセンサ、あるいはモータ２９２の駆動側ギアと負荷側ギアの位相差を電磁的に検出する電磁式トルクセンサなどが用いられる。また、角度センサ２９６としては、例えば、回転角に応じた数のパルスを出力するロータリエンコーダや回転角に応じた抵抗値に可変するポテンショメータなどが用いられる。

さらに、第１のリム２５０及び第２のリム２６０の外周には、モータ駆動時に作用する応力(歪み)を検出する応力センサ（物理量センサ）３３０が設けられている。この応力センサ３３０は、歪みゲージからなり、第１のリム２５０及び第２のリム２６０に作用した応力に応じた検出信号を駆動ユニット２９０の制御部４５に出力する。

制御部４５は、トルクセンサ２９４、角度センサ２９６、生体電位センサ３１０、応力センサ３３０により検出された各検出信号を無線送受信機を介して制御ユニット１００に無線により送信する。さらに、制御ユニット１００は、制御部４５から得られた駆動ユニット２９０の動作状態の情報を前述したセンタの情報管理装置８４に通信ネットワーク８３を介して送信する。

これにより、情報管理装置８４は、受信した駆動ユニット２９０の動作状態の情報をデータベース８８に格納し、分析装置８７において、駆動ユニット２９０の動作状態が分析されると共に、分析結果が通信ネットワーク８３を介して制御ユニット１００に報知される。よって、制御ユニット１００は、駆動ユニット２９０の動作状況に応じてモータトルク及び回転角を緩和（減少）するようにして過負荷状態とならないように制御する。

上記無線送受信機２８０、モータ２９２、トルクセンサ２９４、角度センサ２９６は、駆動ユニット２９０のケースに収容されている。また、関節２２０の内部に装着された駆動ユニット２９０は、体液がケース内側に浸入しない防水構造になっており、体液によってモータ２９２が作動不良を起こさないように構成されている。尚、この埋込式動作補助装置２００における制御処理は、前述した各フローチャートと同じ手順で実行されるため、その説明は省略する。

尚、駆動ユニット２９０は、上記制御ユニット１００を有する構成されることにより、直接センタの情報管理装置８４に対して動作状態の情報を送信する構成としても良い。

次に第７の実施形態に係る埋込式動作補助装置５００について説明する。

図２４は第７の実施形態に係る埋込式動作補助装置５００を示す斜視図である。図２４に示されるように、埋込式動作補助装置５００は、関節５１０の外側に装着されている。関節５１０は、上腕骨５２０と橈骨５３０、尺骨５４０とを連結する部分であり、その左右両側に駆動ユニット５５０が密着している。駆動ユニット５５０は、薄型化されたモータを有しており、防水構造とされたケース内にモータが収納されている。また、駆動ユニット５５０の内側は、関節５１０の形状に応じて曲線状に形成されており、且つ関節５１０との摩擦を減らすため、摩擦係数の小さい低摩擦材により形成されている。

駆動ユニット５５０の上方には、第１のリム５６０が連結されている。第１のリム５６０は、上腕骨５２０に締結部材により固定されており、内部には薄型化された電磁誘導式の充電ユニットと充電式バッテリが収納されている。また、駆動ユニット５５０の上方には、第２のリム５７０が連結されている。第２のリム５７０は、橈骨５３０、尺骨５４０に締結部材により固定されており、内部には薄型化された電磁誘導式の充電ユニットと充電式バッテリが収納されている。

駆動ユニット５５０は、前述した実施例と同様に無線信号を介して制御ユニット１００によって制御される。尚、この埋込式動作補助装置５００における制御処理は、前述した各フローチャートと同じ手順で実行されるため、その説明は省略する。

このように、埋込式動作補助装置５００を関節５１０の外側に装着する構成とした場合でも、駆動ユニット５５０、第１のリム５６０、第２のリム５７０を薄型化することにより、外観から装着していることが分からず、装着脱作業が不用であるので、手足の不自由な身体障害者にとって利便性が向上する。

また、駆動ユニット５５０は、動作状態の情報を前述したセンタの情報管理装置８４に通信ネットワーク８３を介して送信する。

これにより、情報管理装置８４は、受信した駆動ユニット５５０の動作状態の情報をデータベース８８に格納し、分析装置８７において、駆動ユニット５５０の動作状態が分析されると共に、分析結果が通信ネットワーク８３を介して制御ユニット１００に報知される。よって、制御ユニット１００は、駆動ユニット５５０の動作状況に応じてモータトルク及び回転角を緩和（減少）するようにして過負荷状態とならないように制御する。

尚、駆動ユニット５５０は、上記制御ユニット１００を有する構成されることにより、直接センタの情報管理装置８４に対して動作状態の情報を送信する構成としても良い。

以上、第１ないし第７の実施形態に係る装着式動作補助装置１，９１，１０１，１１１，１２１、埋込式動作補助装置２００，５００並びに第１および第２の実施形態に係る駆動ユニット１１，９２，１０２，１１２，１２２，２９０，５５０について説明したが、これらは本発明の実施形態の例示に過ぎず、本発明はもちろんこれらに限定されない。

本発明の第１の実施形態に係る装着式動作補助装置の斜視図である。 第１の実施形態に係る駆動ユニットの斜視図である。 第１の実施形態に係る駆動ユニットの断面図である。 第１の実施形態に係る検出用部材の平面図である。 第１の実施形態に係る駆動ユニットを一部断面で示す側面図である。 図５中に示された駆動ユニットのＦ６−Ｆ６線に沿う断面図である。 第１の実施形態に係る装着式動作補助装置の保守管理システムを示す図である。 第１の実施形態に係る駆動ユニットの構成を示す図である。 第１の実施形態に係る回転角度検出部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る温度検出部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る歪み・振動検出部の構成を示す図である。 第１の実施形態に係る電流情報検出部の構成を示す図である。 モータ３１の駆動電流の変化と時間との関係を示すグラフである。 第１の実施形態に係る駆動ユニットの制御部４５が実行するメイン制御処理の流れの一例を示すフローチャートである。 第１の実施形態に係る駆動ユニットの制御部４５が実行するメンテナンス処理の流れの一例を示すフローチャートである。 本発明の第２の実施形態に係る装着式動作補助装置の駆動ユニットを一部断面で示す側面図である。 図１４中に示された駆動ユニットのＦ１５−Ｆ１５線に沿う断面図である。 第２の実施形態に係る回転角度検出部の構成を示す図である。 本発明の第３の実施形態に係る装着式動作補助装置の駆動ユニットの側面図である。 図１７中に示された駆動ユニットのＦ１８−Ｆ１８線に沿う断面図である。 本発明の第４の実施形態に係る装着式動作補助装置の駆動ユニットの側面図である。 図１９中に示された駆動ユニットのＦ２０−Ｆ２０線に沿う断面図である。 本発明の第５の実施形態に係る装着式動作補助装置の駆動ユニットを一部断面で示す側面図。 図２１中に示された駆動ユニットのＦ２２−Ｆ２２線に沿う断面図である。 第６の実施形態に係る埋込式動作補助装置２００を示す側面図である。 第７の実施形態に係る埋込式動作補助装置５００を示す斜視図である。

符号の説明

１，９１，１０１，１１１，１２１ 装着式動作補助装置
２ 体幹部材
３ 上腕部材
４ 前腕部材
５ 肩関節機構
６ 肘関節機構
１１，９２，１０２，１１２，１２２，２９０，５５０ 駆動ユニット
２３，２４ フランジ部材
３１ モータ
３４ インナーケース
３５ アウターケース
４１ 回路基板
４５ 制御部
５１，９３，１０３，１１３，１２３ 回転角度検出部
５２ 温度検出部
５３ 歪み・振動検出部
５４ 電流情報検出部
６１，９４ 検出用部材
６２，９５，９６ 発光部
６３ 位置検出部
６３ａ 受光面
６４ 角度演算部
６６ スリット部材
６８ 本体部
６９ 蛍光帯
８３ 通信ネットワーク
８４ 情報管理装置
８５ 通信装置
８６ 記憶装置
８７ 分析装置
８８ データベース
９７ 反射帯
１００ 制御ユニット
２００，５００ 埋込式動作補助装置

Claims (15)

1. 関節の動作を補助あるいは代行する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを有する動作補助装置であって、
   前記関節の動作に関する物理量を検出する物理量検出手段と、
   前記関節を動作させる際に発生する生体信号を検出する生体信号検出手段と、
   前記関節の動作を補助あるいは代行するための駆動力を付与するモータと、
   前記物理量検出手段及び前記生体信号検出手段により検出された物理量及び生体信号に基づいて前記モータを制御する制御部と、
   前記制御部が搭載された回路基板と、を備え、
   前記制御部は、
   前記モータの動作状況を監視するモータ監視手段と、
   該モータ監視手段の監視結果に基づいて、前記モータが過負荷状態とならないように前記モータへの駆動信号を制限するモータ制御手段と、を有し、
   前記モータ制御手段は、
   前記モータ監視手段から得られる前記監視結果の値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定する判定手段と、
   該判定手段によって前記監視結果の値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させるモータ抑制手段と、
   を備えることを特徴とする動作補助装置。
2. 請求項１に記載の動作補助装置であって、
   前記判定手段は、前記モータに入力された電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
   前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記電流値の総積算値が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることを特徴とする動作補助装置。
3. 請求項１または２に記載の動作補助装置であって、
   前記判定手段は、前記回路基板の温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
   前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記回路基板の温度が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることを特徴とする動作補助装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載の動作補助装置であって、
   前記判定手段は、前記モータの温度が予め設定された閾値を超えたか否かを判定し、
   前記モータ抑制手段は、該判定手段によって前記モータの温度が予め設定された閾値を超えたと判定された場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させることを特徴とする動作補助装置。
5. 関節の動作を補助あるいは代行する駆動ユニットと、前記駆動ユニットを制御する制御ユニットとを有する動作補助装置であって、
   前記駆動ユニットは、
   入力された駆動力を付与するモータと、
   前記制御ユニットからの制御信号に基づいて前記モータに駆動信号を生成する制御部と、を有し、
   前記制御部は、
   前記モータの寿命時間から現在までの総作動時間を減算して残り寿命時間を演算するモータ監視手段と、
   前記モータ監視手段により演算された前記モータの残り寿命時間が予め設定された値に達した場合、前記モータへ供給される駆動信号を所定の割合で徐々に減少させるモータ制御手段と、
   を備えることを特徴とする動作補助装置。
6. 請求項５に記載の動作補助装置であって、
   前記制御部は、
   前記モータに供給される電流値に対する第１の許容値と該第１の許容値よりも高い値に設定された第２の許容値とを記憶する記憶手段と、
   前記第１の許容値を超えた分の電流値を積分する演算手段と、
   該演算手段により演算された積分値が前記閾値を超えた場合、前記モータへ供給される電流値を所定の割合で徐々に減少させるモータ抑制手段と、
   を備えることを特徴とする動作補助装置。
7. 請求項６に記載の動作補助装置であって、
   前記モータ制御手段は、
   前記モータへの電流値が前記第２の許容値を超えた場合、前記モータへ供給される電流値を前記第１の許容値以下となるように徐々に減少させることを特徴とする動作補助装置。
8. 請求項１乃至７の何れかに記載の動作補助装置であって、
   前記駆動ユニットは、
   モータと、
   該モータを収納するケースと、
   前記ケースに収容されるとともに、前記モータが駆動したとき前記ケースに対して相対的に回動する周面を有する回動体と、
   前記回動体の周面に沿って設けられるとともに、前記回動体の周方向に対して傾斜して延びる蛍光帯と、
   該蛍光帯に光を照射する発光部と、
   前記ケースに対して相対的に静止するとともに、前記蛍光帯に対向する受光面を有し、前記蛍光帯の発する光を受光して前記回動体の軸方向に沿う前記蛍光帯の位置情報を検出する検出部と、
   該検出部により検出される前記蛍光帯の位置情報に基づいて前記ケースと前記回動体との相対的な回転角度を算出する演算部と、
   を備えることを特徴とする動作補助装置。
9. 請求項８に記載の動作補助装置であって、
   前記発光部は、点滅して前記蛍光帯に光を照射し、
   前記検出部は、前記発光部の滅灯時に前記蛍光帯の発する光を受光して前記蛍光帯の位置情報を検出することを特徴とする動作補助装置。
10. 請求項１乃至請求項７の何れかに記載の動作補助装置であって、
    前記駆動ユニットは、
    モータと、
    該モータを収納するケースと、
    該ケースに収容されるとともに、前記モータが駆動したとき前記ケースに対して相対的に回動する周面を有する回動体と、
    該回動体の周面に沿って設けられるとともに、前記回動体の周方向に対して傾斜して延びる反射帯と、
    該反射帯に光を照射する第１の発光部と、
    該第１の発光部に対して前記回動体の軸方向に離間して設けられるとともに、前記反射帯に光を照射する第２の発光部と、
    前記ケースに対して相対的に静止するとともに、前記反射帯に対向する受光面を有し、前記反射帯で反射された第１の発光部の光および前記反射帯で反射された第２の発光部の光を受光して前記回動体の軸方向に沿う前記反射帯の位置情報を検出する検出部と、
    前記検出部により検出される前記反射帯の位置情報に基づいて前記ケースと前記回動体との相対的な回転角度を算出する演算部と、
    を有することを特徴とする動作補助装置。
11. 請求項１０に記載の動作補助装置において、
    前記第１の発光部および前記第２の発光部は、互いに交互に点灯し、
    前記検出部は、前記第１の発光部が発光したときに検出される反射光の分布と前記第２の発光部が発光したときに検出される反射光の分布とに基づいて、前記反射帯の位置情報を検出することを特徴とする動作補助装置。
12. 請求項８または請求項１０に記載の動作補助装置において、
    前記回動体は、その内部に一つまたは複数のギアを収容するギアケースであることを特徴とする動作補助装置。
13. 請求項１２に記載の動作補助装置において、
    前記回動体の軸方向に沿うスリットが形成されるとともに、前記検出部と前記回動体との間に配置されるスリット部材を備えることを特徴とする動作補助装置。
14. 請求項１乃至請求項１３の何れかに記載の動作補助装置であって、
    前記駆動ユニットは、
    前記モータの駆動状態の履歴を含む情報を送信する通信手段を有することを特徴とする動作補助装置。
15. 請求項１４に記載の動作補助装置と、
    前記動作補助装置の動作状況を管理するセンタに設置され、前記駆動ユニットから前記通信手段及び通信ネットワークを介して送信された前記モータの駆動状態の履歴情報を受信する受信手段と、
    該受信手段を介して入力された前記モータの駆動状態の履歴情報を格納するデータベースと、
    該データベースに格納された履歴情報を分析して当該駆動ユニットの寿命や過負荷状態の有無などの情報を作成する分析手段と、
    前記分析手段によって得られた分析結果から前記モータのメンテナンスが必要であると判定された場合、当該駆動ユニットに対してメンテナンス情報を送信する送信手段と、
    を有することを特徴とする動作補助装置の保守管理システム。

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