JP6838341B2

JP6838341B2 - Assist device

Info

Publication number: JP6838341B2
Application number: JP2016195822A
Authority: JP
Inventors: 俊貴粂野
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-10-03
Filing date: 2016-10-03
Publication date: 2021-03-03
Anticipated expiration: 2036-10-03
Also published as: JP2018058132A

Description

本発明は、対象者のアシスト対象身体部に装着されて当該アシスト対象身体部の動作をアシストするアシスト装置に関する。 The present invention relates to an assist device that is attached to a body part to be assisted by a subject and assists the movement of the body part to be assisted.

例えば特許文献１には、対象者が、腰の屈伸で重量物を持ち上げる際や、通常の歩行の際に、腰に対する大腿部の動作をアシストする装着式動作補助装置が記載されている。装着式動作補助装置は、対象者の腰に装着される腰フレーム、背当て部、腹当て部、背当て部と腹当て部を結合する結合部材、大腿部に固定される大腿固定部、腰フレームに対して大腿固定部を駆動する駆動機構を備えている。さらに装着式動作補助装置は、対象者の皮膚に貼り付けられる生体信号検出センサ、生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて駆動機構を制御する制御部、を備えている。生体信号検出センサは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号を皮膚から検出するために、微弱電位を検出するだめの電極を有している。そして生体信号検出センサは、装着者の腰の近傍における左右の大腿部の前側、腰の近傍における左右の大腿部の内側、左右の臀部、腰のやや上方の背中の左右等に、電極の周囲を覆う粘着シールにより、装着者の皮膚に貼り付けられる。 For example, Patent Document 1 describes a wearable motion assisting device that assists the movement of the thigh with respect to the waist when the subject lifts a heavy object by bending and stretching the waist or during normal walking. The wearable motion assist device includes a waist frame attached to the subject's waist, a back pad, an abdominal pad, a connecting member that connects the back pad and the abdominal pad, a thigh fixing part fixed to the thigh, and a waist. It is equipped with a drive mechanism that drives the thigh fixation part with respect to the frame. Further, the wearable motion assist device includes a biological signal detection sensor attached to the skin of the subject and a control unit that controls the drive mechanism based on the biological signal output from the biological signal detection sensor. The biological signal detection sensor has a useless electrode for detecting a weak electric potential in order to detect a biological potential signal such as a myoelectric potential signal or a nerve transmission signal from the skin. The biological signal detection sensor has electrodes on the front side of the left and right thighs near the waist of the wearer, the inside of the left and right thighs near the waist, the left and right buttocks, and the left and right sides of the back slightly above the waist. It is attached to the wearer's skin by an adhesive seal that covers the circumference of the wearer.

特開２０１３−１７３１９０号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-173190

特許文献１に記載の装着式動作補助装置では、多数の生体信号検出センサが必要であり、装着者の左右の大腿部前側、左右の大腿部内側、左右の臀部、左右の背中、という具合に非常に多くの個所に生体信号検出センサを貼り付けなければならない。従って、利用する際の装着時に、非常に手間がかかる。また生体信号検出センサを貼り付ける前に、貼り付ける位置、及び貼り付ける個数（計測個所の１個所に対して、近接させた３個のセンサを貼り付ける等）を決めるのにも手間がかかる。また、多数の生体信号検出センサのそれぞれからの微弱な生体信号からノイズを除去する処理、各生体信号検出センサからの生体信号に基づいて、どのような動作を行っているのか（重量物の持ち上げをしているのか歩行をしているのか等）推測してアシストする処理が、非常に複雑になる可能性がある。 The wearable motion assist device described in Patent Document 1 requires a large number of biological signal detection sensors, and is referred to as the front side of the left and right thighs of the wearer, the inside of the left and right thighs, the left and right buttocks, and the left and right backs. Biological signal detection sensors must be attached to a large number of places. Therefore, it takes a lot of time and effort to install it when using it. In addition, before attaching the biological signal detection sensor, it takes time and effort to determine the attachment position and the number of attachments (three sensors in close proximity to one measurement location, etc.). In addition, the process of removing noise from the weak biological signals from each of a large number of biological signal detection sensors, and what kind of operation is performed based on the biological signals from each biological signal detection sensor (lifting heavy objects). The process of guessing and assisting (whether you are walking or walking, etc.) can be very complicated.

本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付ける必要が無く装着が容易であり、よりシンプルな構成及びよりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができるアシスト装置を提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of these points, and it is easy to wear without having to attach a large number of sensors to the skin of the subject, and assists with a simpler configuration and simpler control. An object of the present invention is to provide an assist device capable of assisting the movement of the target body part.

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明は、対象者のアシスト対象身体部の周囲に装着される身体装着具と、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動して前記アシスト対象身体部に装着される出力リンクと、前記出力リンクを介して前記アシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクを発生する出力軸を有するアクチュエータと、前記出力リンクと前記出力軸との間に設けられて、前記出力軸からの前記アシストトルクを蓄えることが可能であるとともに蓄えた前記アシストトルクを前記出力リンクの回動力として放出する弾性体と、前記出力リンクの回動角度である出力リンク回動角度を検出する回動角度検出手段と、前記出力リンクから前記出力軸に至るいずれかの位置に設けられ、対象者が前記アシスト対象身体部を自身の力で回動させることで前記出力リンクから入力された対象者トルクと、前記出力軸からの前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段を用いて検出した前記合成トルクと、前記回動角度検出手段を用いて検出した前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸の回動角度である出力軸回動角度を制御する制御装置と、を有する、アシスト装置である。 In order to solve the above problems, the first invention of the present invention is a body wearing tool worn around the assist target body portion of the subject and the assist target by rotating around the joints of the assist target body portion. Between the output link attached to the body portion, an actuator having an output shaft that generates an assist torque that assists the rotation of the assisted body portion via the output link, and the output link and the output shaft. An elastic body provided so that the assist torque from the output shaft can be stored and the stored assist torque is released as the rotational power of the output link, and the output link which is the rotation angle of the output link. The output is provided by a rotation angle detecting means for detecting the rotation angle and a rotation angle detecting means provided at any position from the output link to the output shaft, and the target person rotates the assist target body portion by his / her own force. The torque detecting means for detecting the combined torque of the target person torque input from the link and the assist torque from the output shaft, the combined torque detected by using the torque detecting means, and the rotation. It is an assist device having the output link rotation angle detected by using the angle detecting means and a control device for controlling the output shaft rotation angle which is the rotation angle of the output shaft based on the output link rotation angle.

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、求めた前記対象者トルク関連量に応じた前記アシストトルクを求め、求めた前記アシストトルクに基づいて前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御する、アシスト装置である。 Next, the second invention of the present invention is the assist device according to the first invention, and the control device obtains a target torque-related amount related to the target torque from the detected combined torque. The assist torque corresponding to the obtained target torque-related amount was obtained, the output shaft rotation angle was obtained based on the obtained assist torque, and the actuator was set so as to have the obtained output shaft rotation angle. It is an assist device that controls.

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段を有している、アシスト装置である。 Next, the third invention of the present invention is the assist device according to the second invention, and the control device obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the target person torque-related amount. It is an assist device having an assist magnification variable means for making the predetermined magnification variable.

次に、本発明の第４の発明は、上記第１の発明〜第３の発明のいずれか１つに係るアシスト装置であって、前記弾性体は渦巻バネであり、前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、前記渦巻バネの他方端には、前記出力リンクあるいは所定部材を介して前記出力リンクが接続されている、アシスト装置である。 Next, the fourth invention of the present invention is an assist device according to any one of the first to third inventions, wherein the elastic body is a spiral spring, and one end of the spiral spring. Is an assist device to which the output shaft is connected and the output link is connected to the other end of the spiral spring via the output link or a predetermined member.

次に、本発明の第５の発明は、上記第４の発明に係るアシスト装置であって、前記所定部材は、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機であり、前記トルク検出手段は、前記出力リンクと前記減速機との間のトルクを検出する、アシスト装置である。 Next, the fifth invention of the present invention is the assist device according to the fourth invention, wherein the predetermined member is a speed reducer that reduces the rotation from the spiral spring and transmits the rotation to the output link. The torque detecting means is an assist device that detects the torque between the output link and the speed reducer.

次に、本発明の第６の発明は、上記第４の発明に係るアシスト装置であって、前記出力リンクは、長尺状の形状を有し、一方端の側の回動支持部が、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持され、他方端の側の身体固定部が、前記アシスト対象身体部に固定されており、前記トルク検出手段は、前記出力リンクにおける前記回動支持部と前記身体固定部との間に設けられて前記回動支持部回りのトルクを検出する、アシスト装置である。 Next, the sixth invention of the present invention is the assist device according to the fourth invention, the output link has a long shape, and the rotation support portion on one end side has a long shape. The body part to be assisted is supported so as to rotate around the joint, and the body fixing part on the other end side is fixed to the body part to be assisted, and the torque detecting means is the rotation of the output link. It is an assist device provided between the dynamic support portion and the body fixing portion to detect the torque around the rotation support portion.

次に、本発明の第７の発明は、上記第３の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、予め設定された所定時間間隔の演算タイミングにて、前記合成トルクを検出して前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、今回の演算タイミングにて、今回の演算タイミングにて検出した合成トルクである今回合成トルクと、前回の演算タイミングにて検出した合成トルクである前回合成トルクとの偏差と、前回の演算タイミングにて求めたアシストトルクである前回アシストトルクと、前記所定倍率と、に基づいて今回の演算タイミングのアシストトルクである今回アシストトルクを求める、アシスト装置である。 Next, the seventh invention of the present invention is the assist device according to the third invention, in which the control device detects the combined torque at a preset calculation timing of a predetermined time interval. The output shaft rotation angle is obtained, the actuator is controlled so as to be the obtained output shaft rotation angle, and at the current calculation timing, the combined torque detected at the current calculation timing is combined with the current combined torque. , The current calculation timing is based on the deviation from the previous combined torque, which is the combined torque detected at the previous calculation timing, the previous assist torque, which is the assist torque obtained at the previous calculation timing, and the predetermined magnification. This is an assist device that obtains the assist torque this time, which is the assist torque of.

次に、本発明の第８の発明は、上記第７の発明に係るアシスト装置であって、前記弾性体は、渦巻バネであり、前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、前記渦巻バネの他方端には、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機が接続され、前記制御装置は、前記今回アシストトルクと、前記減速機の減速比と、前記渦巻バネのバネ定数と、前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸回動角度を求める、アシスト装置である。 Next, the eighth invention of the present invention is the assist device according to the seventh invention, the elastic body is a spiral spring, and the output shaft is connected to one end of the spiral spring. A speed reducer that decelerates the rotation from the spiral spring and transmits it to the output link is connected to the other end of the spiral spring, and the control device uses the assist torque this time and the reduction ratio of the speed reducer. This is an assist device that obtains the output shaft rotation angle based on the spring constant of the spiral spring and the output link rotation angle.

第１の発明によれば、制御装置は、出力リンクと出力軸の間のいずれかの位置に設けられたトルク検出手段にて、対象者トルクとアシストトルクが合成された合成トルクを検出し、回動角度検出手段にて出力リンク回動角度を検出する。そして制御装置は、合成トルクと出力リンク回動角度とに基づいて出力軸回動角度を制御する。この場合、トルク検出手段も回動角度検出手段も対象者の皮膚に貼り付ける必要が無いので、アシスト装置の装着は、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付けるものと比較して、装着が非常に容易である。また多数のセンサを必要とせず、トルク検出手段と回動角度検出手段にて、対象者の動作を適切に検出することが可能であり、よりシンプルな構成とすることができる。また、検出した対象者の動作をアシストすることで、よりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができる。 According to the first invention, the control device detects the combined torque of the subject torque and the assist torque by the torque detecting means provided at any position between the output link and the output shaft. The output link rotation angle is detected by the rotation angle detecting means. Then, the control device controls the output shaft rotation angle based on the combined torque and the output link rotation angle. In this case, neither the torque detecting means nor the rotation angle detecting means need to be attached to the subject's skin. Therefore, the assist device is attached to the subject's skin as compared with the case where a large number of sensors are attached to the subject's skin. It's very easy. Further, it is possible to appropriately detect the movement of the target person by the torque detecting means and the rotation angle detecting means without requiring a large number of sensors, and the configuration can be made simpler. Further, by assisting the movement of the detected target person, it is possible to assist the movement of the assisted body part with simpler control.

第２の発明によれば、対象者トルクとアシストトルクが合成された合成トルクから対象者トルク関連量を求め、対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無いので、トルク検出手段は１個で済み、よりシンプルな構成とすることができる。 According to the second invention, the target torque-related amount is obtained from the combined torque of the target torque and the assist torque, and it is not necessary to detect the target torque and the assist torque separately. Therefore, the torque detecting means is 1. Only one piece is required, and the configuration can be made simpler.

第３の発明によれば、アシスト倍率可変手段を有し、対象者の身体状態等に応じて適切なアシスト力を調整することができるので、リハビリ等において非常に便利である。 According to the third invention, it is very convenient in rehabilitation and the like because it has the assist magnification variable means and can adjust an appropriate assist force according to the physical condition of the subject and the like.

第４の発明によれば、渦巻バネを用いることで、モータの出力トルクを電流で調整する場合と比較して、渦巻バネの伸縮量（すなわち、モータ出力軸の回転角度）を調整するだけでよいので、より容易にアシストトルクを調整することができる。 According to the fourth invention, by using the spiral spring, it is only necessary to adjust the expansion / contraction amount of the spiral spring (that is, the rotation angle of the motor output shaft) as compared with the case where the output torque of the motor is adjusted by the electric current. Since it is good, the assist torque can be adjusted more easily.

第５の発明によれば、渦巻バネから出力リンクに出力する回転を減速する減速機を設けることで、減速機が無い場合と比較して、バネ定数のより小さな渦巻バネを利用することが可能となる。これにより、小型で軽量の渦巻バネを使用可能であり、アシストトルクの微調整も容易となる（バネ定数が大きいと、小さな伸縮誤差であっても大きなアシストトルク誤差として出力される）。そして、出力リンクと減速機の間にトルク検出手段を配置すれば、出力リンクと減速機の間のトルク（対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク）を適切に検出することができる。 According to the fifth invention, by providing a speed reducer that reduces the rotation output from the spiral spring to the output link, it is possible to use a spiral spring having a smaller spring constant as compared with the case without the speed reducer. It becomes. As a result, a small and lightweight spiral spring can be used, and fine adjustment of the assist torque becomes easy (when the spring constant is large, even a small expansion / contraction error is output as a large assist torque error). Then, if the torque detecting means is arranged between the output link and the speed reducer, the torque between the output link and the speed reducer (combined torque obtained by combining the target person torque and the assist torque) can be appropriately detected.

第６の発明によれば、出力リンクの回動支持部回りに働くトルク（対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク）を適切に検出することができる。 According to the sixth invention, the torque acting around the rotation support portion of the output link (combined torque obtained by combining the subject torque and the assist torque) can be appropriately detected.

第７の発明では、前回の演算タイミングにて出力したアシストトルクであって今回の演算タイミングにて新たなアシストトルクを出力するまでのアシストトルクは一定であるものとみなしている。従って、前回の演算タイミングでの合成トルクと今回の演算タイミングでの合成トルクとの偏差は、対象者から入力された対象者トルクの変化量であるとみなすことができる。従って、トルク偏差に所定倍率を乗算した値を、前回アシストトルクに加算することで、適切かつ容易に今回アシストトルクを求めることができる。従って、よりシンプルな制御とすることができる。また、対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無いので、トルク検出手段は１個で済み、よりシンプルな構成とすることができる。 In the seventh invention, it is considered that the assist torque output at the previous calculation timing and the assist torque until a new assist torque is output at the current calculation timing is constant. Therefore, the deviation between the combined torque at the previous calculation timing and the combined torque at the current calculation timing can be regarded as the amount of change in the target person torque input from the target person. Therefore, the assist torque can be obtained appropriately and easily this time by adding the value obtained by multiplying the torque deviation by a predetermined magnification to the previous assist torque. Therefore, the control can be simpler. Further, since it is not necessary to detect the target person torque and the assist torque separately, only one torque detecting means is required, and a simpler configuration can be achieved.

第８の発明によれば、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいてどのような動作を行っているのか推定する場合と比較して、よりシンプルな構成にてアシスト装置を実現することができる。また、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいてどのような動作を行っているのか推定する場合と比較して、微弱な生体信号を検出するのでなくトルク検出手段からの信号を検出しており、微弱な信号を検出していないので、ノイズの除去等の処理が容易である。また、対象者から入力された対象者トルクを検出して対象者トルクをアシストするので、対象者の動作が腰の屈伸であるか、歩行であるか等を区別する必要が無い。従って、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいて制御する場合と比較して、よりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができる。 According to the eighth invention, the assist device is realized with a simpler configuration as compared with the case of estimating what kind of operation is performed based on the biological signals from a large number of biological signal detection sensors. Can be done. In addition, compared to the case of estimating what kind of operation is performed based on the biological signals from many biological signal detection sensors, the signal from the torque detecting means is detected instead of detecting the weak biological signal. Since no weak signal is detected, processing such as noise removal is easy. Further, since the target person torque input from the target person is detected and the target person torque is assisted, it is not necessary to distinguish whether the target person's movement is bending or stretching of the waist or walking. Therefore, the movement of the body part to be assisted can be assisted by simpler control as compared with the case of controlling based on the biological signals from a large number of biological signal detection sensors.

第１の実施の形態のアシスト装置の使用状態を表わす模式側面図である。It is a schematic side view which shows the use state of the assist device of 1st Embodiment. 図１に示すアシスト装置の外観を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance of the assist device shown in FIG. 図１のＩＩＩ−ＩＩＩ矢視図であり、図１に示すアシスト装置のアシスト機構の構成を説明する図である。It is a view of the arrow III-III of FIG. 1, and is a figure explaining the structure of the assist mechanism of the assist device shown in FIG. 図３に示すアシスト機構の各構成部材を説明する分解斜視図である。It is an exploded perspective view explaining each component of the assist mechanism shown in FIG. 制御装置の入出力を説明する図である。It is a figure explaining the input / output of a control device. トルク検出手段にて検出する実合成トルク（τ）、モータエンコーダにて検出する実モータ軸角度（θ_Ｍ＿ｆｂ）、回動角度検出手段にて検出する実リンク角度（θ_Ｌ）を説明する図である。The figure explaining the actual combined torque (τ) detected by the torque detecting means, the actual motor shaft angle (θ _{M_fb} _{) detected by the motor encoder, and the actual link angle (θ L} ) detected by the rotation angle detecting means. is there. 制御装置の制御ブロック図である。It is a control block diagram of a control device. 図７に示した制御ブロック図に基づいた処理手順を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the processing procedure based on the control block diagram shown in FIG. 7. 第２の実施の形態のアシスト装置の使用状態を表わす模式側面図である。It is a schematic side view which shows the use state of the assist device of 2nd Embodiment.

以下、図１から図８に基づいて第１の実施の形態に係るアシスト装置１０について説明する。第１の実施の形態に係るアシスト装置１０は、人が荷物Ｗを持ち上げる際に、上腕部の上回動をアシストする装置である。ここで、図中に示すｘ方向、ｙ方向、及びｚ方向は互いに直交しており、アシスト装置１０を装着した人の前方向、上方向、及び左方向に対応している。 Hereinafter, the assist device 10 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 8. The assist device 10 according to the first embodiment is a device that assists the upper rotation of the upper arm when a person lifts the luggage W. Here, the x-direction, the y-direction, and the z-direction shown in the figure are orthogonal to each other, and correspond to the front direction, the upward direction, and the left direction of the person wearing the assist device 10.

●●［第１の実施の形態のアシスト装置１０（図１〜図８）］
●［アシスト装置１０の構成（図１〜図４）］
第１の実施の形態のアシスト装置１０は、図１及び図２に示すように、人の上体に装着される上体装着具１２と、前記上体装着具１２の背面上部に設けられた支持架台部１４とを備えている。支持架台部１４は、上体装着具１２の背面上部で左右に延びるように設けられた横梁部１４ｚと、その横梁部１４ｚの左右両側で前記横梁部１４ｚに対してほぼ直角に設けられた側板部１４ｘとを備えている。そして、支持架台部１４の側板部１４ｘには、図３に示すように、人の肩関節に対応する位置、即ち、人の肩関節とｘｙ方向においてほぼ同位置に軸受孔１４ｊが形成されている。図１に示す例では、対象者の上腕部がアシスト対象身体部に相当する。 ●● [Assist device 10 of the first embodiment (FIGS. 1 to 8)]
● [Configuration of assist device 10 (FIGS. 1 to 4)]
As shown in FIGS. 1 and 2, the assist device 10 of the first embodiment is provided on the upper body wearing tool 12 worn on the upper body of a person and on the upper back surface of the upper body wearing tool 12. It is provided with a support frame portion 14. The support pedestal portion 14 has a cross beam portion 14z provided so as to extend to the left and right at the upper part of the back surface of the upper body mounting tool 12, and side plates provided substantially at right angles to the cross beam portion 14z on both the left and right sides of the cross beam portion 14z. It includes a part 14x. Then, as shown in FIG. 3, a bearing hole 14j is formed in the side plate portion 14x of the support frame portion 14 at a position corresponding to the human shoulder joint, that is, at substantially the same position as the human shoulder joint in the xy direction. There is. In the example shown in FIG. 1, the upper arm of the subject corresponds to the body to be assisted.

前記支持架台部１４の横梁部１４ｚと側板部１４ｘとの左右の角部内側には、図３に示すように、左右一対のアシスト機構２０（後記する）が設けられている。前記アシスト機構２０は、ｚ方向に沿って設けられており、そのアシスト機構２０の入力軸２２ｅが支持架台部１４の側板部１４ｘの軸受孔１４ｊに挿通されている。アシスト機構２０の入力軸２２ｅには、支持架台部１４の側板部１４ｘの外側に固定されたモータ４０（アクチュエータに相当）の回転軸４１（出力軸に相当）が同軸に連結されている。即ち、アシスト機構２０は、入力軸２２ｅの回転軸線２０Ｊを中心に回動可能な状態で支持架台部１４に支持されている。 As shown in FIG. 3, a pair of left and right assist mechanisms 20 (described later) are provided inside the left and right corners of the cross beam portion 14z and the side plate portion 14x of the support frame portion 14. The assist mechanism 20 is provided along the z direction, and the input shaft 22e of the assist mechanism 20 is inserted into the bearing hole 14j of the side plate portion 14x of the support frame portion 14. The rotation shaft 41 (corresponding to the output shaft) of the motor 40 (corresponding to the actuator) fixed to the outside of the side plate portion 14x of the support frame portion 14 is coaxially connected to the input shaft 22e of the assist mechanism 20. That is, the assist mechanism 20 is supported by the support pedestal portion 14 in a state of being rotatable about the rotation axis 20J of the input shaft 22e.

また、アシスト機構２０の出力回転部材２６ｐには、図３及び図４に示すように、棒状の出力リンク３０の基端部（回動中心部）が相対回転不能な状態で連結されている。即ち、出力リンク３０の回動中心部は、人の肩関節に対応する支持架台部１４の軸受孔１４ｊの位置にアシスト機構２０を介して上下回動可能な状態で連結されている。出力リンク３０は、人の上腕部の外側面に沿って配置されるリンクであり、その出力リンク３０の先端側（回動自由端側）が身体装着具３５によって人の上腕部に装着されるように構成されている。即ち、上記した上体装着具１２と支持架台部１４とが本発明における身体装着具に相当する。 Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the base end portion (rotation center portion) of the rod-shaped output link 30 is connected to the output rotating member 26p of the assist mechanism 20 in a state in which relative rotation is not possible. That is, the rotation center portion of the output link 30 is connected to the position of the bearing hole 14j of the support pedestal portion 14 corresponding to the human shoulder joint in a state where it can rotate up and down via the assist mechanism 20. The output link 30 is a link arranged along the outer surface of the upper arm of the person, and the tip end side (free rotation end side) of the output link 30 is attached to the upper arm of the person by the body fitting 35. It is configured as follows. That is, the above-mentioned upper body mounting tool 12 and the support pedestal portion 14 correspond to the body mounting tool in the present invention.

出力リンク３０の回動中心部には、図３、図４等に示すように、出力リンク３０の回動角度を検出する回動角度検出手段４３が取付けられている。また、アシスト装置１０は、図１、図２等に示すように、支持架台部１４の背面に取付けられる制御ボックス５０を備えている。 As shown in FIGS. 3 and 4, a rotation angle detecting means 43 for detecting the rotation angle of the output link 30 is attached to the rotation center of the output link 30. Further, as shown in FIGS. 1, 2 and the like, the assist device 10 includes a control box 50 attached to the back surface of the support frame portion 14.

●［アシスト機構２０の構成（図３、図４）］
アシスト機構２０は、図３及び図４に示すように、入力部材２２と、渦巻バネ２４と、減速機２６とを備えている。入力部材２２は、前記モータ４０の回転を渦巻バネ２４に伝達するための部材である。入力部材２２は、モータ４０の回転軸４１が相対回転不能な状態で連結される入力軸２２ｅと、その入力軸２２ｅと同軸に設けられた円板部２２ｒと、入力軸２２ｅの反対側で円板部２２ｒの周縁に設けられたトルク伝達軸２２ｐとを備えている。そして、入力部材２２のトルク伝達軸２２ｐが渦巻バネ２４の外周側バネ端部２４ｅに連結されている。また対象者から手が届く位置（この場合、側板部１４ｘ）には、アシスト倍率を可変とするためのアシスト倍率可変手段４７が設けられている。 ● [Structure of assist mechanism 20 (FIGS. 3 and 4)]
As shown in FIGS. 3 and 4, the assist mechanism 20 includes an input member 22, a spiral spring 24, and a speed reducer 26. The input member 22 is a member for transmitting the rotation of the motor 40 to the spiral spring 24. The input member 22 includes an input shaft 22e to which the rotating shaft 41 of the motor 40 is connected in a state in which it cannot rotate relative to each other, a disk portion 22r provided coaxially with the input shaft 22e, and a circle on the opposite side of the input shaft 22e. It is provided with a torque transmission shaft 22p provided on the peripheral edge of the plate portion 22r. Then, the torque transmission shaft 22p of the input member 22 is connected to the outer peripheral side spring end portion 24e of the spiral spring 24. Further, at a position within reach of the target person (in this case, the side plate portion 14x), an assist magnification variable means 47 for changing the assist magnification is provided.

アシスト機構２０の渦巻バネ２４は、モータ４０から伝達された回転量をアシストトルクに変換する部材である。渦巻バネ２４は、図４に示すように、帯状の板バネを渦巻状に成形したバネであり、中心側と外周側にバネ端部２４ｙ，２４ｅを備えている。渦巻バネ２４は、中心側バネ端部２４ｙに対する外周側バネ端部２４ｅの回動角度を変えることでバネ力（アシストトルク）を調整できるように構成されている。ここで、前記渦巻バネ２４のバネ定数は、例えば、Ｋに設定されている。上記したように、渦巻バネ２４の外周側バネ端部２４ｅは、入力部材２２のトルク伝達軸２２ｐに相対回転不能な状態で連結されている。また、渦巻バネ２４の中心側バネ端部２４ｙは、減速機２６の入力回転部材２６ｅに相対回転不能な状態で連結されている。ここで、入力部材２２と減速機２６の入力回転部材２６ｅとは回転軸線２０Ｊに沿って同軸に保持されている。前記渦巻バネ２４が本発明の弾性体に相当する。そして渦巻バネ２４は、モータ４０の回転軸４１からのアシストトルクを蓄えることが可能であるとともに、蓄えたアシストトルクを出力リンク３０の回動力として放出することができる。 The spiral spring 24 of the assist mechanism 20 is a member that converts the amount of rotation transmitted from the motor 40 into an assist torque. As shown in FIG. 4, the spiral spring 24 is a spring formed by spirally forming a strip-shaped leaf spring, and has spring end portions 24y and 24e on the central side and the outer peripheral side. The spiral spring 24 is configured so that the spring force (assist torque) can be adjusted by changing the rotation angle of the outer peripheral side spring end portion 24e with respect to the central side spring end portion 24y. Here, the spring constant of the spiral spring 24 is set to, for example, K. As described above, the outer peripheral side spring end portion 24e of the spiral spring 24 is connected to the torque transmission shaft 22p of the input member 22 in a state in which it cannot rotate relative to each other. Further, the central spring end portion 24y of the spiral spring 24 is connected to the input rotating member 26e of the speed reducer 26 in a state in which the relative rotation is not possible. Here, the input member 22 and the input rotating member 26e of the speed reducer 26 are held coaxially along the rotation axis 20J. The spiral spring 24 corresponds to the elastic body of the present invention. The spiral spring 24 can store the assist torque from the rotating shaft 41 of the motor 40, and can release the stored assist torque as the rotational power of the output link 30.

減速機２６は、渦巻バネ２４から伝達されたアシストトルクによる回転量を減量して出力リンク３０に伝達する部材である。減速機２６を設けることで、より小さなバネ定数の渦巻バネ２４を用いることが可能となり、渦巻バネ２４を小型化、軽量化することができる。減速機２６は、入力回転部材２６ｅと、出力回転部材２６ｐと、入力回転部材２６ｅと出力回転部材２６ｐ間に設けられたギヤ機構（図示省略）等とを備えている。減速機２６の入力回転部材２６ｅと出力回転部材２６ｐとは同軸に保持されており、入力回転部材２６ｅがｎｂ回転することで、出力回転部材２６ｐがｎａ回転するように構成されている（ｎａ＜ｎｂ）。 The speed reducer 26 is a member that reduces the amount of rotation due to the assist torque transmitted from the spiral spring 24 and transmits it to the output link 30. By providing the speed reducer 26, it becomes possible to use the spiral spring 24 having a smaller spring constant, and the spiral spring 24 can be made smaller and lighter. The speed reducer 26 includes an input rotating member 26e, an output rotating member 26p, a gear mechanism (not shown) provided between the input rotating member 26e and the output rotating member 26p, and the like. The input rotating member 26e and the output rotating member 26p of the speed reducer 26 are held coaxially, and the output rotating member 26p is configured to rotate na by nb rotation of the input rotating member 26e (na <. nb).

減速機２６の出力回転部材２６ｐの中心には、図４に示すように、出力リンク３０の回転中心ピン（図示省略）が嵌合される位置決め孔２６ｕが形成されている。さらに、出力回転部材２６ｐの位置決め孔２６ｕの周囲には、出力リンク３０の回り止めピン３１が挿入される回り止め孔２６ｋが形成されている。これにより、出力リンク３０は、減速機２６の出力回転部材２６ｐと一体で回転できるようになる。 As shown in FIG. 4, a positioning hole 26u into which the rotation center pin (not shown) of the output link 30 is fitted is formed at the center of the output rotation member 26p of the speed reducer 26. Further, around the positioning hole 26u of the output rotating member 26p, a detent hole 26k into which the detent pin 31 of the output link 30 is inserted is formed. As a result, the output link 30 can rotate integrally with the output rotating member 26p of the speed reducer 26.

モータ回転角度検出手段４２は、例えばモータエンコーダであり、モータ４０の回転軸４１の回転角度に応じた検出信号を制御装置に出力する。制御装置は、モータ回転角度検出手段４２からの検出信号に基づいて、モータ４０の回転軸４１の回転角度である実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（図６参照）を検出することができる。 The motor rotation angle detecting means 42 is, for example, a motor encoder, and outputs a detection signal corresponding to the rotation angle of the rotation shaft 41 of the motor 40 to the control device. _{The control device can detect the actual motor shaft angle θ M_fb} (see FIG. 6), which is the rotation angle of the rotation shaft 41 of the motor 40, based on the detection signal from the motor rotation angle detecting means 42.

回動角度検出手段４３は、例えばエンコーダやポテンショメータであり、出力リンク３０の回動角度に応じた検出信号を制御装置に出力する。制御装置は、回動角度検出手段４３からの検出信号に基づいて、出力リンク３０の回動角度である実リンク角度θ_Ｌ（図６参照）を検出することができる。 The rotation angle detecting means 43 is, for example, an encoder or a potentiometer, and outputs a detection signal corresponding to the rotation angle of the output link 30 to the control device. _{The control device can detect the actual link angle θ L} (see FIG. 6), which is the rotation angle of the output link 30, based on the detection signal from the rotation angle detecting means 43.

トルク検出手段４５は、例えばリング状の形状を有する回転トルクメータ方式のトルクセンサであり、減速機２６の出力回転部材２６ｐと出力リンク３０との間に設けられ、出力回転部材２６ｐと出力リンク３０との間のトルクを検出し、検出信号を制御装置に出力する。なお、トルク検出手段４５にて検出されるトルクは、入力部材２２、渦巻バネ２４、減速機２６を介してモータ４０の回転軸４１から出力されたアシストトルクと、対象者がアシスト対象身体部を自身の力で回動させることで出力リンク３０を介して対象者から入力された対象者トルクと、を合成した合成トルクである。 The torque detecting means 45 is, for example, a torque sensor of a rotary torque meter type having a ring shape, which is provided between the output rotary member 26p and the output link 30 of the speed reducer 26, and is provided between the output rotary member 26p and the output link 30. The torque between and is detected, and the detection signal is output to the control device. The torque detected by the torque detecting means 45 includes the assist torque output from the rotating shaft 41 of the motor 40 via the input member 22, the spiral spring 24, and the speed reducer 26, and the target body portion to be assisted. It is a combined torque that is a combination of the subject torque input from the subject via the output link 30 by rotating it by its own force.

なお、上記の回転トルクメータ方式のトルクセンサの代わりに、歪ゲージ（２クロスゲージ）方式のトルクセンサを用いてもよい。歪ゲージ式のトルクセンサを用いる場合、図４中に実線にて示すトルク検出手段４５に代えて、図４中に点線にて示すトルク検出手段４５Ｓを用いる。すなわち、歪ゲージ方式のトルクセンサを用いた場合では、トルク検出手段の取り付け位置を変更する。出力リンク３０は、長尺状の形状を有しており、一方端の側の回動支持部（減速機２６に支持された回動支持部）が、アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持されている。また出力リンク３０は、他方端の側の身体固定部（身体装着具３５が取り付けられている個所）が、アシスト対象身体部に固定されている。そして歪ゲージ方式のトルク検出手段４５Ｓは、出力リンク３０における回動支持部と身体固定部との間（回動支持部の近傍が、より好ましい）に設けられて回動支持部回りの歪に基づいたトルク（対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク）を検出する。なお、本実施の形態の説明では、回転トルクメータ方式のトルク検出手段４５を用いた例で説明する。 A strain gauge (2 cross gauge) type torque sensor may be used instead of the above-mentioned rotary torque meter type torque sensor. When a strain gauge type torque sensor is used, the torque detecting means 45S shown by the dotted line in FIG. 4 is used instead of the torque detecting means 45 shown by the solid line in FIG. That is, when a strain gauge type torque sensor is used, the mounting position of the torque detecting means is changed. The output link 30 has a long shape, and the rotation support portion on one end side (rotation support portion supported by the speed reducer 26) rotates around the joint of the body portion to be assisted. It is supported to do. Further, in the output link 30, the body fixing portion (the place where the body fitting 35 is attached) on the other end side is fixed to the assist target body portion. The strain gauge type torque detecting means 45S is provided between the rotation support portion and the body fixing portion in the output link 30 (preferably in the vicinity of the rotation support portion) to reduce the strain around the rotation support portion. Detects the based torque (combined torque that combines the subject torque and assist torque). In the description of the present embodiment, an example using the torque detecting means 45 of the rotary torque meter type will be described.

アシスト倍率可変手段４７は、可変抵抗等で構成されて対象者から操作可能な倍率調整ダイヤルであり、調整位置（調整角度）に応じた設定信号を制御装置に出力する。制御装置は、設定信号に応じて調整位置（調整角度）を検出し、調整位置（調整角度）に応じて、後述するアシスト倍率αの値（０＜α＜１の範囲内の値）を決定する。 The assist magnification variable means 47 is a magnification adjustment dial composed of a variable resistor or the like and can be operated by the target person, and outputs a setting signal according to the adjustment position (adjustment angle) to the control device. The control device detects the adjustment position (adjustment angle) according to the set signal, and determines the value of the assist magnification α (value within the range of 0 <α <1) described later according to the adjustment position (adjustment angle). To do.

●［制御ボックス５０の構成（図５）］
制御ボックス５０は、図１及び図２に示すように、上体装着具１２の背面に取付けられるボックスである。制御ボックス５０には、図５に示すように、制御装置５２とモータドライバ５４と電源ユニット５６とが収納されている。電源ユニット５６は、例えばリチウム電池であり、制御装置５２とモータドライバ５４に電力を供給する。 ● [Configuration of control box 50 (FIG. 5)]
As shown in FIGS. 1 and 2, the control box 50 is a box attached to the back surface of the upper body fitting 12. As shown in FIG. 5, the control box 50 houses the control device 52, the motor driver 54, and the power supply unit 56. The power supply unit 56 is, for example, a lithium battery, and supplies electric power to the control device 52 and the motor driver 54.

制御装置５２は、電源ユニット５６から電力が供給され、モータ４０の回転軸４１の回転角度を制御するための制御信号５２outを求め、モータドライバ５４を介して回転軸４１の回転角度を制御する。制御装置５２は、アシスト倍率αと、実リンク角度θ_Ｌと、実合成トルクτと、実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂと、実モータ電流Ｉ_Ｍ＿ｆｂと、に基づいて、制御信号５２outを求める。アシスト倍率αは、アシスト倍率可変手段４７から制御装置５２に入力される設定信号に基づいて制御装置５２にて決定される。実リンク角度θ_Ｌは、回動角度検出手段４３から制御装置５２に入力される検出信号に基づいて制御装置５２にて検出される。実合成トルクτは、トルク検出手段４５から制御装置５２に入力される検出信号に基づいて制御装置５２にて検出される。実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂは、モータ回転角度検出手段４２から制御装置５２に入力される検出信号に基づいて制御装置５２にて検出される。実モータ電流Ｉ_Ｍ＿ｆｂは、モータドライバ５４から制御装置５２に入力される検出信号に基づいて制御装置５２にて検出される。 The control device 52 receives power from the power supply unit 56, obtains a control signal 52out for controlling the rotation angle of the rotation shaft 41 of the motor 40, and controls the rotation angle of the rotation shaft 41 via the motor driver 54. The control device 52 obtains a control signal 52 out based on the assist magnification α, the actual link angle θ _L , the actual combined torque τ, the actual motor shaft angle θ _{M_fb,} and the actual motor current _{IM_fb.} The assist magnification α is determined by the control device 52 based on the setting signal input from the assist magnification variable means 47 to the control device 52. The actual link angle θ _L is detected by the control device 52 based on the detection signal input from the rotation angle detection means 43 to the control device 52. The actual combined torque τ is detected by the control device 52 based on the detection signal input from the torque detecting means 45 to the control device 52. The actual motor shaft angle θ _{M_fb} is detected by the control device 52 based on the detection signal input from the motor rotation angle detecting means 42 to the control device 52. The actual motor current _{IM_fb} is detected by the control device 52 based on the detection signal input from the motor driver 54 to the control device 52.

モータドライバ５４は、電源ユニット５６から電力が供給され、制御装置５２からの制御信号５２outを、モータ４０を駆動する駆動電流Ｉ_Ｍに変換するドライバ回路である。またモータドライバ５４は、駆動電流Ｉ_Ｍに相当する実モータ電流Ｉ_Ｍ＿ｆｂの値を制御装置５２に出力する。 The motor driver 54 is powered from the power supply unit 56, a control signal 52out from the controller 52, a driver circuit for converting the driving current I _M for driving the motor 40. The motor driver 54 outputs the value of the actual motor current _{I M_fb} corresponding to the driving current _{I M} to the control unit 52.

●［制御ブロック（図７）と、制御装置５２の処理手順（図８）］
次に、図８に示すフローチャートと図７に示す制御ブロック図を用いて、制御装置５２の処理手順について説明する。なお、図７に示す制御ブロック図における符号Ｂ１０は、モータ４０からのアシストトルクを算出するアシストトルク決定部Ｂ１０であり、図５に示す制御装置５２が当該アシストトルク決定部Ｂ１０に相当する。また図７に示す制御ブロック図における符号Ｂ２０は、モータ４０を駆動する電流を決定するモータ制御部Ｂ２０であり、図５に示す制御装置５２が当該モータ制御部Ｂ２０に相当する。また図７に示す制御ブロック図における符号Ｂ３０は、モータドライバ５４、モータ４０（及びモータ回転角度検出手段４２）、入力部材２２、渦巻バネ２４、減速機２６、出力リンク３０、回動角度検出手段４３、トルク検出手段４５を含むトルク付与部Ｂ３０であり、図５に示す符号Ｂ３０の部分が当該トルク付与部Ｂ３０に相当する。 ● [Control block (FIG. 7) and processing procedure of control device 52 (FIG. 8)]
Next, the processing procedure of the control device 52 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. 8 and the control block diagram shown in FIG. 7. Reference numeral B10 in the control block diagram shown in FIG. 7 is an assist torque determining unit B10 for calculating the assist torque from the motor 40, and the control device 52 shown in FIG. 5 corresponds to the assist torque determining unit B10. Further, reference numeral B20 in the control block diagram shown in FIG. 7 is a motor control unit B20 for determining the current for driving the motor 40, and the control device 52 shown in FIG. 5 corresponds to the motor control unit B20. Reference numeral B30 in the control block diagram shown in FIG. 7 is a motor driver 54, a motor 40 (and a motor rotation angle detecting means 42), an input member 22, a spiral spring 24, a speed reducer 26, an output link 30, and a rotation angle detecting means. 43, the torque applying unit B30 including the torque detecting means 45, and the portion of the reference numeral B30 shown in FIG. 5 corresponds to the torque applying unit B30.

次に、図８に示すフローチャートについて説明する。図８に示す処理は、所定時間間隔（例えば数ｍｓ間隔）にて起動され、起動されると制御装置５２はステップＳＢ１００へと処理を進める。 Next, the flowchart shown in FIG. 8 will be described. The process shown in FIG. 8 is activated at predetermined time intervals (for example, at intervals of several ms), and when activated, the control device 52 advances the process to step SB100.

ステップＳＢ１００は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ１１、ブロックＢ１４、ブロックＢ２４に相当する処理、及び入力信号の処理である。ステップＳＢ１００にて制御装置５２は、前回の処理タイミング時に検出して記憶している実合成トルクτ（ｔ）を、前回の実合成トルクτ（ｔ−１）に記憶する（ブロックＢ１１に相当する処理）。そして制御装置５２は、トルク検出手段４５からの検出信号に基づいて今回の実合成トルクτ（ｔ）を検出して記憶する（入力信号の処理）。また制御装置５２は、前回の処理タイミング時に求めて記憶している目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ）を、前回の目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ−１）に記憶する（ブロックＢ１４に相当する処理）。また制御装置５２は、回動角度検出手段４３からの検出信号に基づいて今回の実リンク角度θ_Ｌを検出して記憶する（入力信号の処理）。 Step SB100 is a process corresponding to blocks B11, block B14, and block B24 in the control block diagram shown in FIG. 7, and an input signal process. In step SB100, the control device 52 stores the actual combined torque τ (t) detected and stored at the previous processing timing in the previous actual combined torque τ (t-1) (corresponding to block B11). processing). Then, the control device 52 detects and stores the actual combined torque τ (t) based on the detection signal from the torque detecting means 45 (processing of the input signal). Further, the control device 52 stores the target assist torque τ _{a_ref} (t) obtained and stored at the previous processing timing in the previous target assist torque τ _{a_ref} (t-1) (process corresponding to block B14). .. _{Further, the control device 52 detects and stores the actual link angle θ L} this time based on the detection signal from the rotation angle detecting means 43 (processing of the input signal).

また制御装置５２は、前回の処理タイミング時に検出して記憶している実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（ｔ）を、前回の実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（ｔ−１）に記憶する。そして制御装置５２は、モータ回転角度検出手段４２からの検出信号に基づいて今回の実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（ｔ）を検出して記憶する。さらに制御装置５２は、今回の実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（ｔ）と、前回の実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂ（ｔ−１）から、実モータ角速度ω_Ｍ＿ｆｂを求めて記憶する（ブロックＢ２４に相当する処理）。また制御装置５２は、モータドライバ５４から入力された検出信号に基づいて実モータ電流Ｉ_Ｍ＿ｆｂを求めて記憶する。また制御装置５２は、アシスト倍率可変手段４７からの設定信号に基づいてアシスト倍率αを決定して記憶する（入力信号の処理）。 Further, the control device 52 stores the actual motor shaft angle θ _{M_fb} (t) detected and stored at the previous processing timing in the previous actual motor shaft angle θ _{M_fb} (t-1). Then, the control device 52 detects and stores _{the actual motor shaft angle θ M_fb} (t) this time based on the detection signal from the motor rotation angle detecting means 42. _{Further, the control device 52 obtains} and stores the actual motor angular velocity ω M_fb from the current actual motor shaft angle θ _{M_fb} (t) and the previous actual motor shaft angle θ _{M_fb} (t-1) (corresponding to block B24). processing). _{Further, the control device 52 obtains} and stores the actual motor current IM_fb based on the detection signal input from the motor driver 54. Further, the control device 52 determines and stores the assist magnification α based on the set signal from the assist magnification variable means 47 (processing of the input signal).

ステップＳＮ１２は、図７に示す制御ブロック図のノードＮ１２における処理に相当している。ステップＳＮ１２にて制御装置５２は、今回の実合成トルクτ（ｔ）と、ブロックＢ１１から入力された前回の実合成トルクτ（ｔ−１）との差を求め、求めたトルク変化量Δτ_ｈをブロックＢ１３に出力し、ステップＳＢ１３に進む。また、トルク変化量Δτ_ｈは、合成トルクτから抽出された、対象者トルクに関連する対象者トルク関連量に相当しており、以下の（式１）にて求められる。なお、前回の演算タイミングにて出力したアシストトルクであって今回の演算タイミングにて新たなアシストトルクを出力するまでのアシストトルクは一定であるものとみなすことができる。従って、今回の演算タイミングでの実合成トルクτ（ｔ）と、前回の演算タイミングでの実合成トルクτ（ｔ−１）との変化量（偏差）は、対象者から入力された対象者トルクの変化量（偏差）であるとみなすことができる。つまり、対象者トルクとアシストトルクが合成された今回の実合成トルクτ（ｔ）と、前回の実合成トルクτ（ｔ−１）との差を求めることで、アシストトルクの影響を排除して対象者トルクの変化量を求めることができる。
Δτ_ｈ＝τ（ｔ）−τ（ｔ−１）（式１） Step SN12 corresponds to the processing at the node N12 in the control block diagram shown in FIG. In step SN12, the control device 52 obtains the difference between the current actual combined torque τ (t) and the previous actual combined torque τ (t-1) input from the block B11, and obtains the torque change amount Δτ _h. Is output to the block B13, and the process proceeds to step SB13. Further, the torque change amount Δτ _h corresponds to the target person torque-related amount related to the target person torque extracted from the combined torque τ, and is obtained by the following (Equation 1). It should be noted that the assist torque output at the previous calculation timing and until a new assist torque is output at the current calculation timing can be regarded as constant. Therefore, the amount of change (deviation) between the actual combined torque τ (t) at the current calculation timing and the actual combined torque τ (t-1) at the previous calculation timing is the subject torque input by the subject. Can be regarded as the amount of change (deviation) of. That is, the influence of the assist torque is eliminated by finding the difference between the actual combined torque τ (t) of this time, which is the combination of the subject torque and the assist torque, and the actual combined torque τ (t-1) of the previous time. The amount of change in the subject torque can be obtained.
Δτ _h = τ (t) −τ (t-1) (Equation 1)

ステップＳＢ１３は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ１３における処理に相当する。ステップＳＢ１３にて制御装置５２は、決定したアシスト倍率αと、ノードＮ１２から入力されたトルク変化量Δτ_ｈとを乗算してアシスト増減量Δτ_{ａ＿ｒｅｆ}を求め、求めたアシスト増減量Δτ_{ａ＿ｒｅｆ}をノードＮ１５に出力し、ステップＳＮ１５に進む。なお、アシスト倍率αは、０＜α＜１の範囲内の値である。また、アシスト増減量Δτ_{ａ＿ｒｅｆ}は、以下の（式２）にて求められる。
Δτ_{ａ＿ｒｅｆ}＝α＊Δτ_ｈ（式２） Step SB13 corresponds to the processing in block B13 of the control block diagram shown in FIG. 7. The controller 52 at step SB13, the assist ratio α determined, determine the assist decrease amount .DELTA..tau _{A_ref} by multiplying the torque change amount .DELTA..tau _h inputted from the node N12, the assist decrease amount .DELTA..tau _{A_ref} determined node N15 Is output to, and the process proceeds to step SN15. The assist magnification α is a value within the range of 0 <α <1. Further, the assist increase / decrease amount Δτ _{a_ref} is obtained by the following (Equation 2).
Δτ _{a_ref} = α * Δτ _h (Equation 2)

ステップＳＮ１５は、図７に示す制御ブロック図のノードＮ１５における処理に相当する。ステップＳＮ１５にて制御装置５２は、ブロックＢ１３から入力されたアシスト増減量Δτ_{ａ＿ｒｅｆ}と、ブロックＢ１４から入力された前回目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ−１）との和を求め、求めた目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}をブロックＢ２１に出力し、ステップＳＢ２１に進む。目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}（τ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ））は、以下の（式３）にて求められる。すなわち、今回の目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}は、対象者トルク関連量（Δτ_ｈ）の所定倍率（アシスト倍率（α））のトルクと、前回の目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ−１）に基づいて求められる。
τ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ）＝τ_{ａ＿ｒｅｆ}（ｔ−１）＋α＊Δτ_ｈ（式３） Step SN15 corresponds to the processing at the node N15 in the control block diagram shown in FIG. In step SN15, the control device 52 obtains the sum of the assist increase / decrease amount Δτ _{a_ref} input from the block B13 and the previous target assist torque τ _{a_ref} (t-1) input from the block B14, and obtains the target assist torque. τ _{a_ref} is output to the block B21, and the process proceeds to step SB21. The target assist torque τ _{a_ref} (τ _{a_ref} (t)) is obtained by the following (Equation 3). That is, the current target assist torque τ _{a_ref} is obtained based on the torque of a predetermined magnification (assist magnification (α)) of the target person torque-related amount (Δτ _h _{) and the previous target assist torque τ a_ref} (t-1). To be done.
τ _{a_ref} (t) = τ _{a_ref} (t-1) + α * Δτ _h (Equation 3)

ステップＳＢ２１は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ２１における処理に相当する。ステップＳＢ２１にて制御装置５２は、実リンク角度θ_Ｌと、ノードＮ１５から入力された目標アシストトルクτ_{ａ＿ｒｅｆ}とに基づいて、モータ４０の回転軸４１の指令回転角度θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}を求める。そして制御装置５２は、求めた指令回転角度θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}をノードＮ２２に出力し、ステップＳＮ２２に進む。ここで、以下のように定義すると、指令回転角度θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}は、以下の（式４）にて表すことができる。そして（式４）を整理して（式５）を得ることができる。この指令回転角度θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}は、出力軸回動角度に相当している。
θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}：指令回転角度
τ_{ａ＿ｒｅｆ}：目標アシストトルク
Ｋ：渦巻バネ２４のバネ定数
θ_Ｌ：実リンク角度
ｎａ、ｎｂ：減速機２６の入力回転部材２６ｅをｎｂ回転させた場合、出力回転部材２６ｐがｎａ回転する（ｎａ＜ｎｂ）という減速比に相当する値
τ_{ａ＿ｒｅｆ}＝ｎａ＊Ｋ［ｎａ＊θ_Ｌ−（θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}／ｎｂ）］（式４）
θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}＝［（ｎａ^２＊Ｋ＊θ_Ｌ−τ_{ａ＿ｒｅｆ}）＊ｎｂ／（ｎａ＊Ｋ）］（式５） Step SB21 corresponds to the processing in block B21 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB21, the control device 52 _obtains _{the command rotation angle θ M_ref} of the rotation shaft 41 of the motor 40 based on _{the actual link angle θ L} and the target assist torque τ a_ref input from the node N15. Then, the control device 52 _{outputs the obtained command rotation angle θ M_ref} to the node N22, and proceeds to step SN22. Here, if defined as follows, the command rotation angle θ _{M_ref} can be expressed by the following (Equation 4). Then, (Equation 4) can be rearranged to obtain (Equation 5). This command rotation angle θ _{M_ref} corresponds to the output shaft rotation angle.
θ _{M_ref} : Command rotation angle τ _{a_ref} : Target assist torque K: Spring constant of spiral spring 24 θ _L : Actual link angle na, nb: When the input rotation member 26e of the reducer 26 is rotated by nb, the output rotation member 26p is A value corresponding to the reduction ratio of na rotation (na <nb) τ _{a_ref} = na * K [na * θ _L − (θ _{M_ref} / nb)] (Equation 4)
θ _{M_ref} = [(na ² * K * θ _L _{−τ a_ref} ) * nb / (na * K)] (Equation 5)

ステップＳＮ２２は、図７に示す制御ブロック図のノードＮ２２における処理に相当する。ステップＳＮ２２にて制御装置５２は、ブロックＢ２１から入力された指令回転角度θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}と、実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂとの差である回転角度偏差Δθを求める。そして制御装置５２は、求めた回転角度偏差ΔθをブロックＢ２３に出力し、ステップＳＢ２３に進む。なお、回転角度偏差Δθは、以下の（式６）から求められる。
Δθ＝θ_{Ｍ＿ｒｅｆ}−θ_Ｍ＿ｆｂ（式６） Step SN22 corresponds to the processing at the node N22 in the control block diagram shown in FIG. In step SN22, the control device 52 _obtains a rotation angle deviation Δθ which is a difference between the command rotation angle θ M_ref input from the block B21 and the actual motor shaft angle θ _{M_fb.} Then, the control device 52 outputs the obtained rotation angle deviation Δθ to the block B23, and proceeds to step SB23. The rotation angle deviation Δθ is obtained from the following (Equation 6).
Δθ = θ _{M_ref} −θ _{M_fb} (Equation 6)

ステップＳＢ２３は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ２３における処理に相当する。ステップＳＢ２３にて制御装置５２は、ノードＮ２２から入力された回転角度偏差Δθに基づいて、既存のＰＩＤ制御等を利用して、指令角速度ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}を求める。そして制御装置５２は、求めた指令角速度ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}をノードＮ２５に出力し、ステップＳＮ２５に進む。なお、回転角度偏差Δθから指令角速度ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}を算出する手順、方法については特に限定は無く、どのように指令角速度ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}を算出してもよい。 Step SB23 corresponds to the processing in block B23 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB23, the control device 52 obtains the _{command angular velocity ω M_ref} by using the existing PID control or the like based on the rotation angle deviation Δθ input from the node N22. Then, the control device 52 _{outputs the obtained command angular velocity ω M_ref} to the node N25, and proceeds to step SN25. _{The procedure and method for calculating the command angular velocity ω M_ref} from the rotation angle deviation Δθ are not particularly limited, and the command angular velocity ω _{M_ref} may be calculated in any way.

ステップＳＮ２５は、図７に示す制御ブロック図のノードＮ２５における処理に相当する。ステップＳＮ２５にて制御装置５２は、ブロックＢ２３から入力された指令角速度ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}と、ブロックＢ２４から入力された実モータ角速度ω_Ｍ＿ｆｂとの差である角速度偏差Δωを求める。そして制御装置５２は、求めた角速度偏差ΔωをブロックＢ２６に出力し、ステップＳＢ２６に進む。なお、角速度偏差Δωは、以下の（式７）から求められる。
Δω＝ω_{Ｍ＿ｒｅｆ}−ω_Ｍ＿ｆｂ（式７） The step SN25 corresponds to the processing at the node N25 in the control block diagram shown in FIG. 7. In step SN25, the control device 52 obtains the angular velocity deviation Δω, which is the difference between _{the command angular velocity ω M_ref} input from the block B23 and the actual motor angular velocity ω _{M_fb input from the block B24.} Then, the control device 52 outputs the obtained angular velocity deviation Δω to the block B26, and proceeds to step SB26. The angular velocity deviation Δω is obtained from the following (Equation 7).
Δω = ω _{M_ref} −ω _{M_fb} (Equation 7)

ステップＳＢ２６は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ２６における処理に相当する。ステップＳＢ２６にて制御装置５２は、ノードＮ２５から入力された角速度偏差Δωに基づいて、既存のＰＩＤ制御等を利用して、指令電流Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}を求める。そして制御装置５２は、求めた指令電流Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}をノードＮ２７に出力し、ステップＳＮ２７に進む。なお、角速度偏差Δωから指令電流Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}を算出する手順、方法については特に限定は無く、どのように指令電流Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}を算出してもよい。 Step SB26 corresponds to the processing in block B26 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB26, the control device 52 obtains the _{command current IM_ref} by using the existing PID control or the like based on the angular velocity deviation Δω input from the node N25. Then, the control device 52 _{outputs the obtained command current IM_ref} to the node N27, and proceeds to step SN27. _{The procedure and method for calculating the command current IM_ref} from the angular velocity deviation Δω are not particularly limited, and the command current _{IM_ref} may be calculated in any way.

ステップＳＮ２７は、図７に示す制御ブロック図のノードＮ２７における処理に相当する。ステップＳＮ２７にて制御装置５２は、ブロックＢ２６から入力された指令電流Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}と、実モータ電流Ｉ_Ｍ＿ｆｂとの差である電流偏差ΔＩを求める。そして制御装置５２は、求めた電流偏差ΔＩをブロックＢ２８に出力し、ステップＳＢ２８に進む。なお、電流偏差ΔＩは、以下の（式８）から求められる。
ΔＩ＝Ｉ_{Ｍ＿ｒｅｆ}−Ｉ_Ｍ＿ｆｂ（式８） Step SN27 corresponds to the processing at node N27 in the control block diagram shown in FIG. In step SN27, the control device 52 obtains the current deviation ΔI, which is the difference between _{the command current IM_ref} input from the block B26 and the actual motor current _{IM_fb.} Then, the control device 52 outputs the obtained current deviation ΔI to the block B28, and proceeds to step SB28. The current deviation ΔI can be obtained from the following (Equation 8).
ΔI = I _{M_ref} −I _{M_fb} (Equation 8)

ステップＳＢ２８は、図７に示す制御ブロック図のブロックＢ２８における処理に相当する。ステップＳＢ２８にて制御装置５２は、ノードＮ２７から入力された電流偏差ΔＩに基づいて、既存のＰＩＤ制御等を利用して、制御信号５２outを求める。例えば制御信号５２outは、電流偏差ΔＩに相当するＤｕｔｙに設定されたＰＷＭ信号等、モータドライバ５４に応じた制御信号である。そして制御装置５２は、求めた制御信号５２outをモータドライバ５４に出力し、処理を終了する。なお、電流偏差ΔＩから制御信号５２outを求める手順、方法については特に限定は無く、どのように制御信号５２outを求めてもよい。 Step SB28 corresponds to the processing in block B28 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB28, the control device 52 obtains the control signal 52out by using the existing PID control or the like based on the current deviation ΔI input from the node N27. For example, the control signal 52out is a control signal corresponding to the motor driver 54, such as a PWM signal set to Duty corresponding to the current deviation ΔI. Then, the control device 52 outputs the obtained control signal 52out to the motor driver 54, and ends the process. The procedure and method for obtaining the control signal 52out from the current deviation ΔI are not particularly limited, and the control signal 52out may be obtained in any way.

●●［第２の実施の形態のアシスト装置６０（図９）］
次に、第２の実施の形態のアシスト装置６０について、図９に基づいて説明する。第２の実施の形態のアシスト装置６０は、出力リンク３０の回動中心が人の股関節に対応する位置に保持され、出力リンク３０の回動自由端側が大腿部に装着される構成である。ここで、第２の実施の形態のアシスト装置６０におけるアシスト機構（２０）、制御ボックス５０、モータ４０、モータ回転角度検出手段４２、回動角度検出手段（４３）、トルク検出手段（４５）、アシスト倍率可変手段４７等は、第１の実施の形態のアシスト装置１０で使用されたものと同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。第２の実施の形態のアシスト装置６０は、第１の実施の形態の上体装着具１２の代わりに上体装着具６２を備えており、その上体装着具６２の腰周りの位置に支持架台部６４が設けられている。そして、支持架台部６４における股関節に対応する位置にアシスト機構（２０）が設けられている。また、アシスト機構（２０）の出力回転部材（２６ｐ）に出力リンク３０が連結されている。そして第２の実施の形態のアシスト装置６０の制御装置は、図７及び図８を用いて説明した第１の実施の形態の制御装置と同じ処理を行う。 ●● [Assist device 60 of the second embodiment (FIG. 9)]
Next, the assist device 60 of the second embodiment will be described with reference to FIG. The assist device 60 of the second embodiment has a configuration in which the rotation center of the output link 30 is held at a position corresponding to the human hip joint, and the free rotation end side of the output link 30 is attached to the thigh. .. Here, the assist mechanism (20), the control box 50, the motor 40, the motor rotation angle detecting means 42, the rotation angle detecting means (43), the torque detecting means (45) in the assist device 60 of the second embodiment, Since the assist magnification variable means 47 and the like are the same as those used in the assist device 10 of the first embodiment, the same numbers are assigned and the description thereof will be omitted. The assist device 60 of the second embodiment includes an upper body fitting 62 instead of the upper body fitting 12 of the first embodiment, and supports the upper body fitting 62 at a position around the waist. A gantry portion 64 is provided. An assist mechanism (20) is provided at a position corresponding to the hip joint in the support frame portion 64. Further, the output link 30 is connected to the output rotating member (26p) of the assist mechanism (20). Then, the control device of the assist device 60 of the second embodiment performs the same processing as the control device of the first embodiment described with reference to FIGS. 7 and 8.

以上、第１、第２の実施の形態にて説明したアシスト装置１０、６０は、トルク検出手段４５で検出した合成トルクに基づいて対象者から入力された対象者トルクをアシストするように働くので、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付ける必要が無く、装着が容易である。また、対象者の複数個所に貼り付けた多数のセンサからの信号処理を行う必要が無く、図７のブロック図に示すように、制御装置５２及びモータドライバ５４の外部から入力される入力信号は、出力リンク３０の回動角度である実リンク角度θ_Ｌと、モータ４０の回転軸４１の回転角度である実モータ軸角度θ_Ｍ＿ｆｂと、合成トルクであるτと、であり、非常に少なくて済む。従って、従来の装着式動作補助装置と比較して、アシスト装置１０の構成がシンプルであり、制御も非常にシンプルである。また、対象者から入力された対象者トルクをアシストする、という非常にシンプルな動作であるので、対象者の上腕の運動による重量物の持ち上げ動作や、対象者の腰及び大腿の屈伸による重量物の持ち上げ動作や、対象者の大腿の周期的な揺動運動による歩行の動作等の、各動作を区別する必要が無く、シンプルな制御で実現することができる。また対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無く、合成トルクを検出するだけでよいので、トルク検出手段の数を削減してよりシンプルな構成を実現することができる。さらに、アシスト倍率αを適宜調整できるので、リハビリ等の際、非常に便利である。また減速機を設けることで、比較的小さなバネ定数の渦巻バネを使用することが可能となり、アシスト装置をより小型・軽量化することができる。また、エネルギーを蓄えたり放出する渦巻バネ（弾性体）２４と、アシストするモータ（アクチュエータ）４０と、アシスト対象者自身とからの複数の力（トルク）が生じており、アシスト対象者自身の意図しない不快な力（トルク）が発生する場合でも、トルク検出手段４５と出力リンク３０の回転角度などから、的確にそれぞれの力（トルク）を考慮して的確に制御するので、アシスト対象者自身への不快な力の発生を抑制することができる。 As described above, the assist devices 10 and 60 described in the first and second embodiments work to assist the target person torque input from the target person based on the combined torque detected by the torque detecting means 45. , It is not necessary to attach a large number of sensors to the skin of the subject, and it is easy to wear. Further, it is not necessary to process signals from a large number of sensors attached to a plurality of places of the target person, and as shown in the block diagram of FIG. 7, the input signals input from the outside of the control device 52 and the motor driver 54 are _{The actual link angle θ L} , which is the rotation angle of the output link 30 _{, the actual motor shaft angle θ M_fb} , which is the rotation angle of the rotation shaft 41 of the motor 40, and τ, which is the combined torque, are very small. I'm done. Therefore, the configuration of the assist device 10 is simple and the control is very simple as compared with the conventional wearable operation assist device. In addition, since it is a very simple operation of assisting the subject torque input from the subject, a heavy object is lifted by the movement of the subject's upper arm and a heavy object is performed by bending and stretching the waist and thigh of the subject. It is not necessary to distinguish each movement such as the lifting movement of the body and the walking movement due to the periodic swinging motion of the thigh of the subject, and it can be realized by simple control. Further, since it is not necessary to detect the target torque and the assist torque separately, it is only necessary to detect the combined torque, so that the number of torque detecting means can be reduced and a simpler configuration can be realized. Further, since the assist magnification α can be adjusted as appropriate, it is very convenient at the time of rehabilitation or the like. Further, by providing a speed reducer, it is possible to use a spiral spring having a relatively small spring constant, and the assist device can be made smaller and lighter. In addition, a plurality of forces (torques) are generated from the spiral spring (elastic body) 24 that stores and releases energy, the motor (actuator) 40 that assists, and the assist target person himself, and the intention of the assist target person himself. Even if an unpleasant force (torque) is generated, it is controlled accurately by considering each force (torque) from the rotation angle of the torque detecting means 45 and the output link 30, so that the person to be assisted can be assisted. It is possible to suppress the generation of unpleasant force.

本発明のアシスト装置の構造、構成、形状、外観、処理手順、演算式等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 The structure, configuration, shape, appearance, processing procedure, calculation formula, etc. of the assist device of the present invention can be variously changed, added, or deleted without changing the gist of the present invention.

本実施の形態にて説明したアシスト装置の用途は、対象者の上腕の運動、下肢の運動のアシストに限定されず、種々の対象物に適用可能である。 The application of the assist device described in the present embodiment is not limited to assisting the movement of the upper arm and the movement of the lower limb of the subject, and can be applied to various objects.

また本実施の形態の説明では、出力リンク３０と渦巻バネ２４との間に減速機２６を設けて、出力リンク３０に渦巻バネ２４を間接的に接続した例を説明したが、減速機２６を省略して、出力リンク３０と渦巻バネ２４とを直接的に接続してもよい。また、渦巻バネ２４の代わりに種々の弾性体を用いることができる。例えば、本実施の形態では、螺旋状に巻いたバネとしているが、板状バネやウェーブスプリングなど別のバネでもよい。また、ゴム、樹脂などのエラストマや、オイルのような液体、気体を利用した弾性体でもよい。エネルギーを保存する対象物（動作）の運動量や保存するエネルギー量に合わせて弾性体を変更可能である。保存するエネルギー量が比較的少ない場合では、エラストマを使用することが効果的である。また、人が荷物を持ち上げる動作などに対して、比較的大きなエネルギーの保存量、バネ定数（剛性）等の大きさ、調整の容易性（螺旋状のバネの場合、バネの巻き数や線の太さ等の調整の容易性）等から、伸縮バネを使用することが効果的である。また、伸縮バネは、コストの面からも優位である。 Further, in the description of the present embodiment, an example in which the speed reducer 26 is provided between the output link 30 and the spiral spring 24 and the spiral spring 24 is indirectly connected to the output link 30 has been described. By omitting it, the output link 30 and the spiral spring 24 may be directly connected. Further, various elastic bodies can be used instead of the spiral spring 24. For example, in the present embodiment, the spring is spirally wound, but another spring such as a plate spring or a wave spring may be used. Further, it may be an elastic body using an elastomer such as rubber or resin, or a liquid or gas such as oil. The elastic body can be changed according to the momentum of the object (movement) that stores energy and the amount of energy to be stored. When the amount of energy to be stored is relatively small, it is effective to use an elastomer. In addition, the amount of energy stored is relatively large, the size of the spring constant (rigidity), etc., and the ease of adjustment (in the case of a spiral spring, the number of turns of the spring and the number of wires) for the movement of a person lifting luggage. It is effective to use a telescopic spring because of the ease of adjusting the thickness and the like). In addition, the telescopic spring is advantageous in terms of cost.

第１の実施の形態にて説明したアシスト装置１０は、左右にアシスト機構及び出力リンク３０を有する例を説明したが、左右のいずれか一方のみにアシスト機構及び出力リンク３０を設けるようにしてもよい。また第２の実施の形態にて説明したアシスト装置６０は、左右にアシスト機構及び出力リンク３０を有する例を説明しているが、左右のいずれか一方のみにアシスト機構及び出力リンク３０を設けるようにしてもよい。また制御ボックス５０などの中に制御装置５２に接続された通信装置（無線または有線）を備えても良く、所定の工程で作業する対象者（作業者）の負荷状態（トルク、モータ電流等）を、通信装置が接続されたネットワーク経由で、別の解析装置や操作機器へ送信することも可能である。解析装置や操作機器は、取得したデータ（負荷状態など）を解析することができる。そして解析装置や操作機器は、解析した結果から、対象者（作業者）の作業者能力（経験、体力など）、機械状態、作業工程に合わせて、アシスト量を調整するためのアシスト倍率αの値を決めて、この値をネットワーク経由で制御ボックス５０の制御装置５２に送信することもできる。つまり、ネットワーク上の解析装置や操作機器等を用いて、対象者に適切なアシスト倍率αを自動的に求め、求めたアシスト倍率αを自動的に対象者に設定可能ということであり、この場合、アシスト倍率可変手段４７は、ネットワーク上の解析装置や操作機器に相当する。よって、対象者（作業者）の状態に合わせて自動的かつリアルタイムにアシスト倍率αを適切な値に変更することが可能となり、対象者（作業者）の作業効率をより向上させることができる。 Although the assist device 10 described in the first embodiment has described an example in which the assist mechanism and the output link 30 are provided on the left and right sides, the assist mechanism and the output link 30 may be provided on only one of the left and right sides. Good. Further, although the assist device 60 described in the second embodiment describes an example in which the assist mechanism and the output link 30 are provided on the left and right sides, the assist mechanism and the output link 30 are provided on only one of the left and right sides. You may do it. Further, a communication device (wireless or wired) connected to the control device 52 may be provided in the control box 50 or the like, and the load state (torque, motor current, etc.) of the target person (worker) who works in a predetermined process may be provided. Can be transmitted to another analysis device or operating device via the network to which the communication device is connected. The analysis device and the operation device can analyze the acquired data (load state, etc.). Then, the analysis device and the operation device have an assist magnification α for adjusting the assist amount according to the worker ability (experience, physical strength, etc.), machine state, and work process of the target person (worker) from the analysis result. It is also possible to determine a value and transmit this value to the control device 52 of the control box 50 via the network. In other words, it is possible to automatically obtain an appropriate assist magnification α from the target person using an analysis device or operating device on the network, and automatically set the obtained assist magnification α to the target person. The assist magnification variable means 47 corresponds to an analysis device or an operation device on the network. Therefore, the assist magnification α can be automatically and real-time changed to an appropriate value according to the state of the target person (worker), and the work efficiency of the target person (worker) can be further improved.

１０アシスト装置
１２上体装着具（身体装着具）
１４支持架台部（身体装着具）
２０アシスト機構
２０Ｊ回転軸線
２２入力部材
２４渦巻バネ（弾性体）
２４ｅ（外周側）バネ端部
２４ｙ（中心側）バネ端部
２６減速機
３０出力リンク
３５身体装着具
４０モータ（アクチュエータ）
４１回転軸（出力軸）
４２モータ回転角度検出手段
４３回動角度検出手段
４５トルク検出手段
４７アシスト倍率可変手段
５０制御ボックス
５２制御装置
５４モータドライバ
５６電源ユニット
６０アシスト装置
６２上体装着具（身体装着具）
６４支持架台部（身体装着具）
Ｂ１０アシストトルク決定部
Ｂ２０モータ制御部
Ｂ３０トルク付与部
θ_{Ｍ＿ｒｅｆ} 指令回転角度（出力軸回動角度）
τ 合成トルク
Δτ_ｈトルク変化量（対象者トルク関連量）
α アシスト倍率（０＜α＜１） 10 Assist device 12 Upper body wearer (body wearer)
14 Support stand (body attachment)
20 Assist mechanism 20J Rotation axis 22 Input member 24 Swirl spring (elastic body)
24e (outer circumference side) Spring end 24y (center side) Spring end 26 Reducer 30 Output link 35 Body mounter 40 Motor (actuator)
41 Rotation axis (output axis)
42 Motor rotation angle detection means 43 Rotation angle detection means 45 Torque detection means 47 Assist magnification variable means 50 Control box 52 Control device 54 Motor driver 56 Power supply unit 60 Assist device 62 Upper body mounter (body mounter)
64 Support stand (body attachment)
B10 Assist torque determination unit B20 Motor control unit B30 Torque _application unit θ M_ref command rotation angle (output shaft rotation angle)
τ Combined torque Δτ _h Torque change amount (target person torque related amount)
α Assist magnification (0 <α <1)

Claims

対象者のアシスト対象身体部の周囲に装着される身体装着具と、
前記アシスト対象身体部の関節回りに回動して前記アシスト対象身体部に装着される出力リンクと、
前記出力リンクを介して前記アシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクを発生する出力軸を有するアクチュエータと、
前記出力リンクと前記出力軸との間に設けられて、前記出力軸からの前記アシストトルクを蓄えることが可能であるとともに蓄えた前記アシストトルクを前記出力リンクの回動力として放出する弾性体と、
前記出力リンクの回動角度である出力リンク回動角度を検出する回動角度検出手段と、
前記出力リンクから前記出力軸に至るいずれかの位置に設けられ、対象者が前記アシスト対象身体部を自身の力で回動させることで前記出力リンクから入力された対象者トルクと、前記出力軸からの前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段を用いて検出した前記合成トルクと、前記回動角度検出手段を用いて検出した前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸の回動角度である出力軸回動角度を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、
求めた前記対象者トルク関連量に応じた前記アシストトルクを求め、
求めた前記アシストトルクに基づいて前記出力軸回動角度を求め、
求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、
前記制御装置は、前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、
前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段を有し、
前記制御装置は、
予め設定された所定時間間隔の演算タイミングにて、前記合成トルクを検出して前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、
今回の演算タイミングにて、今回の演算タイミングにて検出した合成トルクである今回合成トルクと、前回の演算タイミングにて検出した合成トルクである前回合成トルクとの偏差と、前回の演算タイミングにて求めたアシストトルクである前回アシストトルクと、前記所定倍率と、に基づいて今回の演算タイミングのアシストトルクである今回アシストトルクを求める、
アシスト装置。 Assistance of the subject Body fittings worn around the target body and
An output link that rotates around the joint of the body part to be assisted and is attached to the body part to be assisted.
An actuator having an output shaft that generates an assist torque that assists the rotation of the assisted body portion via the output link, and an actuator.
An elastic body provided between the output link and the output shaft, capable of storing the assist torque from the output shaft and releasing the stored assist torque as rotational power of the output link.
A rotation angle detecting means for detecting the output link rotation angle, which is the rotation angle of the output link,
The target person torque input from the output link and the output shaft are provided at any position from the output link to the output shaft, and the target person rotates the assist target body part by his / her own force. A torque detecting means for detecting the combined torque of the assist torque from
The output shaft rotation angle, which is the rotation angle of the output shaft, based on the combined torque detected by the torque detecting means and the output link rotation angle detected by using the rotation angle detecting means. have a, a control device for controlling the,
The control device is
From the detected combined torque, the target torque-related amount related to the target torque is obtained.
The assist torque corresponding to the obtained target torque-related amount was obtained, and
The output shaft rotation angle is obtained based on the obtained assist torque, and the output shaft rotation angle is obtained.
The actuator is controlled so as to obtain the obtained output shaft rotation angle, and the actuator is controlled.
The control device obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the target torque-related amount.
It has an assist magnification variable means for making the predetermined magnification variable, and has
The control device is
At the calculation timing of a predetermined time interval set in advance, the combined torque is detected to obtain the output shaft rotation angle, and the actuator is controlled so as to obtain the obtained output shaft rotation angle.
At the current calculation timing, the deviation between the current combined torque, which is the combined torque detected at the current calculation timing, and the previous combined torque, which is the combined torque detected at the previous calculation timing, and the previous calculation timing. Based on the previous assist torque, which is the obtained assist torque, and the predetermined magnification, the current assist torque, which is the assist torque of the current calculation timing, is obtained.
Assist device.

請求項１に記載のアシスト装置であって、
前記アシスト装置は、さらに、ネットワークを介して接続された解析装置や操作機器と通信可能な通信装置を備え、
前記通信装置は、前記制御装置に接続されており、
前記制御装置は、所定の作業工程で作業する前記対象者の負荷状態を、前記通信装置と前記ネットワークを介して前記解析装置や前記操作機器に送信し、
前記解析装置や前記操作機器は、受信した前記負荷状態を解析してアシスト倍率を決定し、決定した前記アシスト倍率を、前記ネットワークと前記通信装置を介して前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記アシスト倍率を前記所定倍率として前記アシスト倍率可変手段に設定する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 1.
The assist device further includes a communication device capable of communicating with an analysis device and an operation device connected via a network.
The communication device is connected to the control device and
The control device transmits the load state of the target person who works in a predetermined work process to the analysis device and the operation device via the communication device and the network.
The analysis device and the operation device analyze the received load state to determine the assist magnification, and transmit the determined assist magnification to the control device via the network and the communication device.
The control device sets the received assist magnification as the predetermined magnification in the assist magnification variable means.
Assist device.

請求項２に記載のアシスト装置であって、
前記解析装置や前記操作機器は、前記アシスト倍率を決定する際、前記対象者の作業者能力、前記アシスト装置の機械状態、前記対象者が行う前記作業工程、の少なくとも１つに基づいて前記アシスト倍率を決定する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 2.
When determining the assist magnification, the analysis device and the operation device assist the target person based on at least one of the worker ability of the target person, the mechanical state of the assist device, and the work process performed by the target person. Determine the magnification,
Assist device.

請求項１〜３のいずれか一項に記載のアシスト装置であって、
前記弾性体は渦巻バネであり、
前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、
前記渦巻バネの他方端には、前記出力リンクあるいは所定部材を介して前記出力リンクが接続されている、
アシスト装置。 The assist device according to any one of claims 1 to 3.
The elastic body is a spiral spring and
The output shaft is connected to one end of the spiral spring.
The output link is connected to the other end of the spiral spring via the output link or a predetermined member.
Assist device.

請求項４に記載のアシスト装置であって、
前記所定部材は、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機であり、
前記トルク検出手段は、前記出力リンクと前記減速機との間のトルクを検出する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 4.
The predetermined member is a speed reducer that reduces the rotation from the spiral spring and transmits the rotation to the output link.
The torque detecting means detects the torque between the output link and the speed reducer.
Assist device.

請求項４に記載のアシスト装置であって、
前記出力リンクは、長尺状の形状を有し、一方端の側の回動支持部が、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持され、他方端の側の身体固定部が、前記アシスト対象身体部に固定されており、
前記トルク検出手段は、前記出力リンクにおける前記回動支持部と前記身体固定部との間に設けられて前記回動支持部回りのトルクを検出する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 4.
The output link has an elongated shape, and a rotation support portion on one end side is supported so as to rotate around a joint of the body portion to be assisted, and a body fixing portion on the other end side. Is fixed to the body part to be assisted,
The torque detecting means is provided between the rotation support portion and the body fixing portion in the output link to detect the torque around the rotation support portion.
Assist device.

請求項１〜３のいずれか一項に記載のアシスト装置であって、
前記弾性体は、渦巻バネであり、
前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、
前記渦巻バネの他方端には、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機が接続され、
前記制御装置は、
前記今回アシストトルクと、前記減速機の減速比と、前記渦巻バネのバネ定数と、前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸回動角度を求める、
アシスト装置。 The assist device according to any one of claims 1 to 3.
The elastic body is a spiral spring and
The output shaft is connected to one end of the spiral spring.
A speed reducer that decelerates the rotation from the spiral spring and transmits it to the output link is connected to the other end of the spiral spring.
The control device is
The output shaft rotation angle is obtained based on the assist torque this time, the reduction ratio of the reduction gear, the spring constant of the spiral spring, and the output link rotation angle.
Assist device.

請求項１に記載のアシスト装置であって、
前記制御装置は、検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、求めた前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、
前記アシスト装置は、前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段と、ネットワークを介して接続された解析装置や操作機器と通信可能な通信装置と、を備えており、
前記通信装置は、前記制御装置に接続されており、
前記制御装置は、所定の作業工程で作業する前記対象者の負荷状態を、前記通信装置と前記ネットワークを介して前記解析装置や前記操作機器に送信し、
前記解析装置や前記操作機器は、受信した前記負荷状態を解析してアシスト倍率を決定し、決定した前記アシスト倍率を、前記ネットワークと前記通信装置を介して前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記アシスト倍率を前記所定倍率として前記アシスト倍率可変手段に設定する、
アシスト装置。

The assist device according to claim 1.
The control device obtains a target torque-related amount related to the target torque from the detected combined torque, and obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the obtained target torque-related amount.
The assist device includes an assist magnification variable means for varying the predetermined magnification, and a communication device capable of communicating with an analysis device and an operation device connected via a network.
The communication device is connected to the control device and
The control device transmits the load state of the target person who works in a predetermined work process to the analysis device and the operation device via the communication device and the network.
The analysis device and the operation device analyze the received load state to determine the assist magnification, and transmit the determined assist magnification to the control device via the network and the communication device.
The control device sets the received assist magnification as the predetermined magnification in the assist magnification variable means.
Assist device.