JP6556867B2 - 装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法 - Google Patents

Description

本発明は、装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法に関し、特に装着者の腰部の動作をアシストする動作補助装置の性能を客観的に評価する装置に適用して好適なるものである。

近年、身体障害者や高齢者、健常者の日常生活や労働中の動作を補助あるいは代行する種々のパワーアシスト装置が開発されている。パワーアシストとしての装着式電気機械装置としては、例えば、利用者（以下「装着者」という）に装着される装着式動作補助装置がある。

装着式動作補助装置には、装着者からの入力を検出する手段として、ボタンやスイッチからなる従来の操縦装置や、装着者の体重移動や身体の動き、生体信号、音声、ジェスチャーを検出するセンサを備え、この入力に応じた動力（アシスト力）を駆動源に発生させるための指令信号（制御信号）を生成する制御手段が備えられている（例えば、非特許文献１）。

Takao Nakai, Suwoong Lee, Hiroaki Kawamoto and Yoshiyuki Sankai,"Development of Power Assistive Leg for Walking Aid using EMG and Linux," Second Asian Symposium on Industrial Automation and Robotics, BITECH, Bangkok, Thailand, May 17-18, 2001

ところで、このような装着式動作補助装置は、最近特に多数の製造メーカが発売しており、生活支援用といっても作業支援用や介護支援用と分類されるとともに、駆動方式も電動式や油圧空気圧駆動式など多々存在する。

このため製造メーカに関係なく、腰補助用の装着式動作補助装置の性能を統一して評価する客観的な基準が要求される。

しかし、装着者が装着式動作補助装置を装着した状態で、荷物を把持しながら持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げといった一連の動作パターンを行う際、左右の膝関節及び左右の股関節にどの程度の力のアシスト力がどのタイミングで発生しているかなどを、製品種類に関わらず統一して評価する装置は未だ存在していなかった。

実際に性能評価装置を構築するにあたって、両脚の各関節の屈曲伸展に伴うアシスト力のみならず、股関節の内外転可動域の度合いの性能も評価する必要があるため、非常に煩雑になると予測される。

従って、性能評価装置としては、脚関節の屈曲伸展によるアシスト力と股関節の内外転可動域とを同一装置にて容易に性能評価することができるものを構築することが望ましい。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置を比較的簡易な構成で効率良く性能評価することが可能な性能評価装置及び性能評価方法を提供するものである。

かかる課題を解決するために本発明においては、装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価装置において、第１及び第２の駆動源が内蔵された基台と、基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ第１の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ第２の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節と、各股関節における体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するトルク検出部と、体幹リンクの姿勢と各股関節及び各膝関節の回転角度とを、装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、第１及び第２の駆動源による駆動力を制御する制御部とを備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じたトルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価するようにした。

この結果、基台に内蔵されている第１及び第２の駆動源が、一対の大腿リンクのうち一方（左側又は右側）の膝関節と他方（右側又は左側）の股関節のみ能動関節として駆動力を分配して伝達させることができ、伝達エラーの発生確率を極力低減することが可能である。

さらに一対の大腿リンクのうち一方（左側又は右側）の大腿リンクに連結する膝関節及び股関節が両方とも能動関節にした場合には、膝関節や股関節内のベルト駆動の配設状態が煩雑になり干渉し合う不具合を発生するおそれがあるため、そのような不具合発生を未然に防ぐことが可能となる。

また本発明においては、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じたトルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断するようにした。

この結果、装着式動作補助装置が誤動作または故障した時点で所定レベルの制動力を発生しない場合は、不合格として評価することが可能となる。

さらに本発明においては、各股関節のうち少なくとも一方は、大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける基台との連結が解除可能であり、股関節のロール方向の軸線に作用する力成分を検出する力成分検出部と、股関節のロール方向の軸線の回転角度を検出する回転角度検出部とを装置内部又は別体としてさらに備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、力成分検出部及び回転角度検出部の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価するようにした。

この結果、一対の膝関節及びそれぞれ対応する股関節の屈曲伸展に伴うアシスト力の性能評価のみならず、一方（右側又は左側）の股関節の内外転可動域の性能評価も同一装置において容易に行うことが可能となる。

さらに本発明においては、体幹リンクのうち装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、制御部は、装着式動作補助装置を両大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた負荷検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による装着者の腰部への負荷を推定するようにした。

この結果、装着式動作補助装置の装着者の腰部にかかる負担をどの程度軽減されているか判断することが可能となる。

本発明によれば、脚関節の屈曲伸展によるアシスト力や股関節の内外転可動域の性能評価のみならず、装着者の腰部にかかる負荷推定を全て同一装置にて行うことができる装着式動作補助装置の性能評価装置及び性能評価方法を実現することができる。

本発明の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。 同実施形態にかかる性能評価装置の内部機構系を示す斜視図、正面図及び側面図である。 同実施形態にかかる性能評価装置のアシスト力の性能評価の説明に供する略線図である。 同実施形態にかかる実際に装着式動作補助装置を人型動作試験部に装着した状態の斜視図、側面図及び正面図である。 本発明の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。 同実施形態にかかる性能評価装置の内部機構系を示す斜視図、正面図及び側面図である。 同実施形態にかかる性能評価装置の内外転可動域の性能評価の説明に供する略線図である。 他の実施形態にかかる性能評価装置の外観構成を示す斜視図、側面図及び正面図である。

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。

（１）装着式動作補助装置の性能評価装置の構成
図１（Ａ）〜（Ｃ）は本実施の形態における性能評価装置１を示し、床面に固定して載置される基台２を基準として、人型動作試験部３が当該基台２の上部に可動自在に連結された構成からなる。

人型動作試験部３は、人間の膝から上側の身体部分とほぼ同様の外形形状を有しており、人間が物を持ち上げてから持ち下げるまでの腰部に負担をかける一連の動作を擬似的に行い得るように関節機構が設けられている。

性能評価装置１の基台２は、比較的高い重量の材質で形成されており、人型動作試験部３の腕部に荷物等を保持した状態であっても、各関節の駆動時において床面２に固定されたまま人型動作試験部３のみが稼働するようになされている。

基台２には、電動アクチュエータからなる第１及び第２の駆動源５、６（図２）がそれぞれ内蔵されており、制御部１０（図２）からの制御に応じて駆動制御される。この制御部１０は、基台２に取り付けられてもよく、無線又は有線の通信方式により外部のパーソナルコンピュータ（図示せず）を適用するようにしてもよい。

性能評価装置１において、基台２には、人型動作試験部３の左右の膝関節１１、１２がそれぞれ第１及び第２の駆動源５、６に対応して埋設されており、当該各膝関節１１、１２には対応する大腿リンク１３、１４がそれぞれ連結されている。そして左右の大腿リンク１３、１４には、それぞれ股関節１５、１６を介して体幹リンク２０が連結されている。

体幹リンク２０は、人間の胴体部及び頭部を模倣した外観構成を有し、これらが一体となって成形されており、当該頭部の左右下側にはそれぞれ肩関節２１、２２を介して腕リンク２５Ｌ、２５Ｒが回動自在に連結されている。

左右の腕リンク２５Ｌ、２５Ｒは、略コ字状に繋がって一体化された構成からなり、それぞれ端部が肩関節２１、２２によって回動自在に支持されている。両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒの繋がり部位である中央部２５Ｍには、所望重量の荷重を付加することが可能である。

肩関節２１、２２は、例えばボルト締め等により締結力が調整可能になされ、回動方向への摩擦力を調整することができるようになされている。実際のアシスト力の性能評価時においては、両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒは動作中は鉛直下向きに向くことが可能なように、回動方向の摩擦力を調整しておく。

（２）アシスト力の性能評価における駆動伝達系
図２（Ａ）〜（Ｃ）に示す性能評価装置１において、第２の駆動源６は、左右の膝関節１１、１２のうち右側の膝関節１２のみを能動駆動させるとともに、第１の駆動源５は、左右の股関節１５、１６のうち左側の股関節１５のみを能動駆動させるように構成されている。

左右の膝関節１１、１２は、それぞれ大腿リンク１３、１４に対してピッチ方向（Ｙ軸回り）に回動自在に連結されており、右側の膝関節１２が第２の駆動源６の駆動力が伝達されることにより、両方ともピッチ方向に回転する。

具体的には、第２の駆動源６の出力軸と右側の膝関節１２の回転軸とにベルト３０が掛合され、当該第２の駆動源６の駆動力がベルト３０を介して右側の膝関節１２の回転軸に伝達される。

左右の股関節１５、１６は、体幹リンク２０に対してピッチ方向（Ｙ軸回り）に回動自在に連結されており、左側の股関節１５が第１の駆動源５の駆動力が伝達されることにより、両方ともピッチ方向に回転する。

具体的には、第１の駆動源５の出力軸と左側の膝関節１１の回転軸に回動自在に設けられた従属ローラ３１とにベルト３２が掛合され、当該第１の駆動源５の駆動力がベルト３２を介して従属ローラ３１に伝達される。従属ローラ３１と左側の股関節１５の回転軸とにベルト３３が掛合され、当該従属ローラ３１に伝達される回転力がベルト３３を介して左側の股関節１５の回転軸に伝達される。

その際、左側の股関節１５は、右側の股関節１６の回転駆動に伴ってピッチ方向に回転するが、その回転軸には第１の駆動源５からの駆動力が伝達されることなく受動駆動される。すなわち左側の膝関節１５の回転軸に取り付けられた従属ローラ（プーリ）３１が、掛合された２本のベルト３２、３３とともに、第１の駆動源５の駆動力を左側の股関節１５の回転軸に伝達する媒体の役割を果たしている。

このように左側の大腿リンク１３の角度に依存して、左側の膝関節１１の従属ローラ３１の角度も変わるためベルト３３の方向も変わるが、第１の駆動源５の駆動力は当該従属ローラ３１を介して左側の股関節１５のピッチ方向の回転軸に伝達される。

図３（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、左側の股関節１５の回転軸には、体幹リンク２０に対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するためのトルク検出部４０が設けられている。このトルク検出部４０は、右側の股関節１６の回転軸に設けるようにしても良い。またトルク検出部４０を基台２内に設けておき、第１の駆動源５の駆動電流の電流値を検出することにより、当該電流値に基づいてトルク値に変換するようにしても良い。

制御部１０は、体幹リンク２０の姿勢と各股関節１５、１６及び各膝関節１１、１２の回転角度とを、装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、第１及び第２の駆動源５、６による駆動力を制御して、右側の膝関節１２をピッチ方向に回転駆動させると同時に左側の股関節１５をピッチ方向に回転駆動させる。

なお体幹リンク２０の腰椎にあたる部分には６軸力センサ４１を設けておき、腰椎部分のピッチ方向（Ｙ軸回り）、ロール方向（Ｘ軸回り）及びヨー方向（Ｚ軸回り）のいずれの回転方向に加わるトルク、及び３軸力を検知して、当該検知結果を制御部１０に送信し得るようになされている。

実際に、図４（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置（例えば、特願2014-198655参照）５０を、人型動作試験部２における両大腿リンク１３、１４と体幹リンク２０及び肩関節２１、２２のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部１０は、第１及び第２の駆動源５、６の駆動制御に応じたトルク検出部４０の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０によるアシスト力の性能を評価する。

なおアシスト力の性能評価方法としては、持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げの動作パターンを１セットとし、例えば10セットが終了するまで繰り返し行う。持ち上げ動作及び持ち下げ動作においては、所要時間の所定範囲内（例えば、-0.4 sを超え、+0.4 s未満となる時間内）に体幹角度が目標角度の所定範囲（例えば、−５°以上または＋５°未満）に至った場合は、その動作を終了し、次の動作に移る。この条件を満たさない場合は、その時点で不合格と評価して試験を中断する。

また姿勢維持の動作においては、所定の所要時間が経過するまで行い、その時間内において、関節角度が目標角度の所定範囲外（例えば、−５°未満または＋５°以上）に至った場合は、その時点で不合格と評価して試験を中断する。

制御部１０は、装着式動作補助装置５０を両大腿リンク１３、１４及び体幹リンク２０に固定して装着した状態で、第１及び第２の駆動源５、６の駆動制御に応じたトルク検出部４０の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する。

実際に装着式動作補助装置５０は、以下のような基準を満たすようにブレーキ機能及びロック機能を有していなければならない。（１）該当する単一の機能不全、誤動作又は故障の検出タイミングに同期した作動対応、（２）アシスト力を発生させる全てのアクチュエータの運動の制動、（３）検出から所定時間（200ms：腰部への急な負荷の増加に対して人が十分な力を発揮するまでの応答時間）以内に最大アシスト力を上回る制動力の発生、（４）作動中に装着者が手動で解除可能又は制動力を超えて駆動可能、（５）ISO 13849-1に規定されるパフォーマンスレベルｂ以上の充足。

装着式動作補助装置５０において、アシスト力を発生させる全てのアクチュエータへの動力供給が遮断された場合、装着者の腰部にはその直前にアシスト力が担っていた全ての負荷が掛かる。このため十分早い応答速度でブレーキ又はロックを作動させ、その制動力がロボットの最大アシスト力を上回れば、急な負荷の増大に起因する腰部への負荷が軽減できると考えられる。

（３）内外転可動域の性能評価における駆動伝達系
図５（Ａ）〜（Ｃ）に示す性能評価装置１において、人型動作試験部３の左右の股関節１５、１６のうち右側の股関節１６は、大腿リンク１４に対してピッチ方向（Ｙ軸回り）の回転軸のみならずロール方向（Ｘ軸回り）の回転軸も連結されている。

そして図６（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、左右の膝関節１１、１２のうち右側の膝関節１２は、第２の駆動源６の出力軸との連結状態を維持したまま（能動関節部分を残したまま）一部が分離して離反することができるように構成されている。

これにより、試験者は、右側の大腿リンク１４における膝関節１２との連結部分を把持しながら、当該股関節１２を基準にロール方向（内外転方向）に移動させることができる。

図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、この右側の大腿リンク１４における膝関節１２との連結部分からは、ワイヤ６０を介してフォースゲージ（力成分検出部）６１が取り付けられており、当該股関節１６のロール方向の軸線Ｘに作用する力成分を検出する。力成分検出部としては、フォースゲージ６１以外にも、右側の股関節１６のロール方向の回転軸に３軸力トルクセンサ（図示せず）を設け、当該ロール方向の軸線に作用するトルクに基づいて力成分を検出するようにしてもよい。

また右側の股関節１６におけるロール方向の回転軸には、角度センサ（回転角度検出部）６２が設けられており、体幹リンク２０に対するロール方向の軸線Ｘの回転角度を検出する。この回転角度検出部としては、角度センサ６２以外にも、外部から角度計（図示せず）を用いた測定結果に基づいて、ロール方向の軸線Ｘの回転角度を検出するようにしてもよい。

なお体幹リンク７０における左右の股関節１５、１６の中央と基台２との間には、挿入自在に棒状の支柱７０を取り付けることができ、右側の膝関節１２の連結が解除されて基台２から離反した場合でも、左側の脚（膝関節１１、大腿リンク１３、股関節１５）と支柱７０とによって確実に人型動作試験部３の荷重の一部を支持し得るようになされている。

実際に、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置（例えば、特願2014-198655参照）５０を、人型動作試験部３における両大腿リンク１３、１４と体幹リンク２０及び肩関節２１、２２のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部１０は、試験者による操作に応じて、フォースゲージ（力成分検出部）６１及び角度センサ（回転角度検出部）６２の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０による内外転可動域の性能を評価する。

ちなみに外転可動角度は、実際に装着者が装着式動作補助装置５０の使用における持ち上げ動作時または着座時の開脚に対する追従性を考慮すると、１５度以上の角度を超える必要がある。

（４）腰部負荷推定における駆動伝達系
性能評価装置１において、人型動作試験部３の体幹リンク２０のうち装着者の腰部に対応する部位には、当該部位にかかる負荷を検出するための負荷検出部として６軸力センサ４１が設けられている。

すなわち負荷検出部としての６軸力センサ４１は、装着式動作補助装置５０を装着している装着者の腰部負荷がアシストによりどのように変わるかという変化率を、人型動作試験部３の体幹リンク２０の腰部への対応部位にかかる圧縮力及び曲げモーメントを測定することにより模擬的に求めることができる。

人間の椎間板の圧縮応力を模擬するには、背筋とその制御が必要であるため、試験装置が複雑になるが、上述のようにアシストの有無により圧縮力と曲げモーメントがどの程度変化するかを評価すれば、ほぼ同等の効果を得ることができる。

実際に、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置（例えば、特願2014-198655参照）５０を、人型動作試験部３における両大腿リンク１３、１４と体幹リンク２０及び肩関節２１、２２のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておき、制御部１０は、第１及び第２の駆動源５、６の駆動制御に応じた負荷検出部としての６軸力センサ４１の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０による装着者の腰部への負荷を推定する。

なお、腰部負荷推定による評価方法としては、腰部Ｚ軸方向の圧縮力と、腰部Ｙ軸回り（ピッチ方向）のモーメントとの関係性から、腰部負荷軽減の度合いを求めることが可能である。

（５）本実施の形態による動作
以上の構成において、性能評価装置１では装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置５０を、人型動作試験部２における両大腿リンク１３、１４と体幹リンク２０及び肩関節２１、２２のいずれか一方又は両方とに固定するようにして装着しておく。

制御部１０は、第１及び第２の駆動源５、６の駆動制御に応じたトルク検出部４０の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０によるアシスト力の性能を評価するとともに、当該装着式動作補助装置５０の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する。

この結果、装着式動作補助装置５０が持ち下げ、姿勢維持及び持ち上げといった一連の動作パターンにおいて所定のアシスト力を発生しない場合や、誤動作または故障した時点で所定レベルの制動力を発生しない場合は、不合格として評価することが可能となる。

このように性能評価装置１では、基台２に内蔵されている第１及び第２の駆動源５、６が、人型動作試験部２の左右の大腿リンク１３、１４のうち一方の膝関節１２と他方の股関節１５のみ能動関節として駆動力を分配して伝達させることができ、伝達エラーの発生確率を極力低減することが可能である。

これに対して、左右の大腿リンク１３、１４のうち一方の大腿リンクに連結する膝関節及び股関節が両方とも能動関節にした場合には、膝関節や股関節内のベルト駆動の配設状態が煩雑になり干渉し合う不具合を発生するおそれがある。

続いて、性能評価装置１の右側の大腿リンク１４を、試験者が把持しながら右側の股関節１６をロール方向の軸中心として開脚又は交差させることにより、フォースゲージ（力成分検出部）６１及び角度センサ（回転角度検出部）６２の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０による内外転可動域の性能を評価する。

このように性能評価装置１では、両膝関節１１、１２及び両股関節１５、１６の屈曲伸展に伴うアシスト力の性能評価のみならず、右側の股関節１６の内外転可動域の性能評価も容易に行うことが可能である。

この結果、装着式動作補助装置５０が所定の内外転可動域を有しない場合は、不合格として評価することが可能となる。

さらに性能評価装置１では、制御部１０は、第１及び第２の駆動源５、６の駆動制御に応じた、体幹リンク２０の腰部に対応する部位の圧縮力と曲げモーメントである負荷検出部としての６軸力センサ４１の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置５０による装着者の腰部への負荷を推定する。

この結果、装着式動作補助装置５０の装着者の腰部にかかる負担をどの程度軽減されているか判断することが可能となる。

（６）他の実施の形態
なお本実施の形態においては、性能評価装置１を用いて装着式動作補助装置５０のアシスト力及び内外転可動域を評価するとともに装着者の腰部への負荷を推定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、装着者の腰部の動作をアシストするロボットであれば、その他種々の装着式動作補助装置を適用することができる。

この装着式動作補助装置としては、介護支援用や作業支援用にかかわらず適用でき、装着方式も腹部装着形や肩部装着形でも適用できる。また駆動方式も電動式や油圧空気式を問わず適用でき、動力源も内部動力源のみならず外部動力源でも適用できる。さらに入力方式としては、生体信号式、連動フェーズ推定式やスイッチ式など広く適用できる。

また本実施の形態においては、体幹リンク２０の左右上側にそれぞれ肩関節２１、２２を介して、略コ字状に繋がって一体化された構成からなる腕リンク２５Ｌ、２５Ｒを回動自在に支持しておき、両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒの繋がり部位である中央部２５Ｍに所望重量の荷重を付加するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、肩関節及び腕リンクは回転自在とすることなく、単なる錘として設けるようにしても良い。

すなわち図１（Ａ）〜（Ｃ）との対応部分に同一符号を付して示す図８（Ａ）〜（Ｃ）において、性能評価装置８０は、図１の性能評価装置１とは、人型動作試験部８１における体幹リンク２０の両側上部に設けられた肩部の構造が異なることを除いて同一の構成からなる。

人型動作試験部８１は、体幹リンク２０の両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる略円柱形状の一対の肩部８２Ｌ、８２Ｒが取り付けられている。この結果、荷重を付加したコ字型の両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒを肩関節２１、２２を介して回動自在に支持する場合よりも安定して動作させることが可能となる。

すなわち錘としての肩部８２Ｌ、８２Ｒと、荷重を付加した両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒとでは、慣性モーメントが同一ではなく、錘として場合の方が上体全体で１割程度低くなるが、その相違が問題になる程度の角加速度では人間による持ち上げ動作では到達しないため、誤差を無視することが可能となる。また錘としての肩部８２Ｌ、８２Ｒは、荷重を付加した両腕リンク２５Ｌ、２５Ｒが鉛直下向きに垂れている場合は、抗重力トルクは等しい。

１、８０……性能評価装置、２……基台、３、８１……人型動作試験部、５……第１の駆動源、６……第２の駆動源、１０……制御部、１１、１２……膝関節、１３、１４……大腿リンク、１５、１６……股関節、２０……体幹リンク、２１、２２……肩関節、２５Ｌ、２５Ｒ……腕リンク、２５Ｍ……中央部、３０、３２、３３……ベルト、３１……従属ローラ、４０……トルク検出部、４１……６軸力センサ、５０……装着式動作補助装置、６０……ワイヤ、６１……フォースゲージ、６２……角度センサ、７０……支柱、８２Ｌ、８２Ｒ……肩部。

Claims (12)

1. 装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、前記装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価装置において、
   第１及び第２の駆動源が内蔵された基台と、
   前記基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第１の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、
   前記各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第２の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節と、
   前記各股関節における前記体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出するトルク検出部と、
   前記体幹リンクの姿勢と前記各股関節及び前記各膝関節の回転角度とを、前記装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、前記第１及び第２の駆動源による駆動力を制御する制御部とを備え、
   前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記トルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価する
   ことを特徴とする装着式動作補助装置の性能評価装置。
2. 前記制御部は、
   前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記トルク検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する
   ことを特徴とする請求項１に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
3. 前記各股関節のうち少なくとも一方は、前記大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける前記基台との連結が解除可能であり、
   前記股関節のロール方向の軸線に作用する力成分を検出する力成分検出部と、
   前記股関節のロール方向の軸線の回転角度を検出する回転角度検出部と
   を装置内部又は別体としてさらに備え、
   前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、前記力成分検出部及び前記回転角度検出部の各検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価する
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
4. 前記体幹リンクのうち前記装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出する負荷検出部をさらに備え、
   前記制御部は、前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記負荷検出部の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による前記装着者の腰部への負荷を推定する
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
5. 前記体幹リンクと一対の腕リンクとの間に連結され、当該体幹リンクに対して回動自在に取り付けられた肩関節をさらに備え、
   前記腕リンクの所定位置に所望重量の荷重が付加された際、前記肩関節を介して前記荷重を回動自在に支持する
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
6. 前記体幹リンクの両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる一対の肩部をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
7. 装着者の両大腿部と腹部及び肩部のいずれか一方又は両方とを固定して装着され、前記装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価方法において、
   第１及び第２の駆動源が内蔵された基台と、前記基台と一対の大腿リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第１の駆動源の駆動力が伝達される左右の膝関節と、前記各大腿リンクと体幹リンクとの間をそれぞれピッチ方向に回転自在に連結し、いずれか一方のみ前記第２の駆動源の駆動力が伝達される左右の股関節とを備えておき、
   前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、
   前記体幹リンクの姿勢と前記各股関節及び前記各膝関節の回転角度とを、前記装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、前記第１及び第２の駆動源による駆動力を制御しながら、前記各股関節における前記体幹リンクに対するピッチ方向の軸線に作用するトルクを検出し、
   前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記トルクの検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価する
   ことを特徴とする装着式動作補助装置の性能評価方法。
8. 前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記トルクの検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置の誤動作又は故障時に所定レベルの制動力を発生するか否かを判断する
   ことを特徴とする請求項７に記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
9. 前記各股関節のうち少なくとも一方は、前記大腿リンクに対してロール方向に回転可能であるとともに、当該大腿リンクにおける前記基台との連結が解除可能であり、
   前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記大腿リンクのロール方向に外力が付与された際に、前記股関節のロール方向の軸線に作用する力成分及び当該軸線の回転角度に基づいて、当該装着式動作補助装置による内外転可動域の性能を評価する
   ことを特徴とする請求項７又は８に記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
10. 前記体幹リンクのうち前記装着者の腰部に対応する部位に、当該部位にかかる負荷を検出し、
    前記装着式動作補助装置を前記両大腿リンク及び前記体幹リンクに固定して装着した状態で、前記第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じた前記負荷の検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置による前記装着者の腰部への負荷を推定する
    ことを特徴とする請求項７から９のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
11. 前記体幹リンクと一対の腕リンクとの間に連結され、当該体幹リンクに対して回動自在に取り付けられた肩関節をさらに備え、
    前記腕リンクの所定位置に所望重量の荷重が付加された際、前記肩関節を介して前記荷重を回動自在に支持する
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。
12. 前記体幹リンクの両側上部にそれぞれ同一の所望重量の錘からなる一対の肩部をさらに備える
    ことを特徴とする請求項７から１０のいずれかに記載の装着式動作補助装置の性能評価方法。

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