JP6913973B2 - 装着型支援ロボット装置 - Google Patents
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Description
本件明細書中、用語「左右方向」、「前後方向」および「上下方向」、ならびに「正面」、「側面」、「平面」および「背面」は、支援される装着者が、上体ともいうことがある体幹とともに両下肢を揃えて直立した姿勢における方向をいう。
図面のハッチング、斜線は、断面でない部分にも、構成を明瞭に示すために描かれることがある。
装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
駆動制御手段とを含み、
駆動制御手段は、計時手段を備え、左右の角度センサの出力に応答し、検出される左右の角度θ40iが中腰の予め定める範囲(θ40≦θ40i、図55のステップu44)内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める第1の時間W42以上経過すると、左右の駆動源によって、前記第1の時間W42内に角度センサで計測された角度を保つように、中腰支援力モーメントT42j(式5)を与えることを特徴とする装着型支援ロボット装置である。
駆動制御手段は、
前記第1の時間W42以上で前記中腰の予め定める範囲(θ40≦θ40i、図55のステップu44)で腰が曲げられる方向に曲げているときの角度θ42jの平均の中腰角度θaveを求め(式3)、その曲げているときの角度θ42jと前記平均の中腰角度θaveとの差である平均との差の角度変化幅Δθ42j(図56のステップu62)を演算し(式4)、この平均との差の角度変化幅Δθ42jが大きくなるにつれて中腰支援力モーメントT42j(式5)が大きくなるように(図56のステップu65)求めることを特徴とする。
駆動制御手段は、中腰支援力モーメントT42j(式5)を、前記平均との差の角度変化幅Δθ42jにばね定数k43(式5)を乗じて演算することを特徴とする。
駆動制御手段は、
前記曲げているときの角度θ42jの前記平均との差の角度変化幅Δθ42j(図56のステップu62)が、予め定める角度変化幅Δθ43以上(図56のステップu66)で予め定める第2の時間W43だけ継続すると、中腰支援力モーメントT42j(式5)のためのばね定数k44j(式6)を小さく演算することを特徴とする。
駆動制御手段は、
中腰支援力モーメントT42j(式5)のためのばね定数k44j(式6)は、前記予め定める角度変化幅Δθ43と前記平均との差の角度変化幅Δθ42j(図56のステップu62)との差Δθ423に依存して前記平均との差の角度変化幅Δθ42jが大きくなるにつれて、ばね定数k44j(式6)を小さくすることを特徴とする。
(j)保持装置は、
装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具とを含み、
(k)アシスト駆動機構は、
(k1)その駆動源が、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有し、
(k2)体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
(k3)上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第1受動回転軸と、
(k4)体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
(k5)各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第2受動回転軸と、
(k6)体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか1つを、取り付ける取り付け手段とを有することを特徴とする。
保持装置に設けられ、体幹の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、着地判断手段からの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
本発明は、
角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記支持力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、前記角度センサが検出した角度に比例して減少し、
前記振り上げ力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする。
(L)体幹の加速度を検出する加速度センサと、
(m)加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
(n)各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない
遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段と、を含み、
(o)前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
して数字だけで示す。
筒の一部を成し、他方の胸ベルト22Rも同様に構成される。各胸ベルト22L、22Rが胸郭の前部の約1/4〜3/8を覆うことによって、特に大きな支援力モーメントを要する重い荷物の持ち上げアシスト時の単位面積当たりの面圧力を下げることができ、押圧感が強くなりすぎるのを防ぎつつ、覆う面積が多すぎることによる体幹上部保持具20の装着しにくくなるのを防ぐ。アシストを支援ともいうことがある。胸ベルト22は、たとえば、上下の幅30〜60mmであり、厚さ5mmの合成樹脂製である。胸ベルト22には、メッシュ状のカバーで覆われた弾発性のある緩衝のためのクッション材が胸に臨んで設
けられる。このメッシュ状のカバーは、発汗時の通気性を確保する。
着感を達成する。腰ベルト33と装着者10の腰との間に保護具36が存在することによって、腰ベルト33と腰とが直接接触することがなくなり、装着したときの違和感を軽減することができる。腰ベルト33、腹ベルト34はいずれも、支援力モーメント自体を伝達しないので、大きな剛性は必要ないが、腰ベルト33には、後述の制御ボックス53、電池ボックス54が取り付けられるので、これらを支える程度の剛性を有する。
らにまた前記アルミニウム板にメッシュ付のクッション材を付加した材料を、大腿12の約1/4〜1/2程度の前方部分に用いることによって、装着性と親和性とを高め低価格化することができる。ベルト本体41および保持片43の前記剛性と柔軟性とは、幅30〜60mm程度で、厚さ2〜5mm程度のアルミニウム板と同程度の剛性と柔軟性である。これによってベルト本体41および保持片43の剛性を強くして、重い荷物を持ち上げるとき大腿12の前部に、強い支援力モーメントをしっかりと伝えることができる。大腿12の後部には、歩行時の遊脚を振り上げる支援力モーメントが与えられるが、この歩行時の支援力モーメントは前記重い荷物を持ち上げるときに比べて小さいので、それほどの剛性は必要ない。
上下の幅30〜60mmであり、厚さ5mmの合成樹脂製である。1/4〜1/2周にすることによって、下アーム80から大腿12へ支援力モーメントを伝わりやすくする。
イクロ減速機等であってもよい。
わりに角変位自在である第3受動回転軸73を介して、連結されて構成される。第1上ア
ーム片71の上端部は、第1受動回転軸91を介して体幹上部保持具20に連結される。第2上アーム片72の下端部は、駆動軸62に固定される。
ーム片71の下端部と第2上アーム片72の上端部は、フォーク状の突片75、76が相互に嵌め込まれ、無給油ブッシュ76を介してヒンジピン77のまわりに角変位自在に支承される。ヒンジピン77は、装着者10の前後方向の軸線を有し、その軸線方向に抜け止め用頭部87と止め輪88とによって、さらにヒンジピン77の側部に係止する止めねじ89によって、抜け止めされる。したがって、上アーム70は、第3受動回転軸73によって、前後方向の軸線まわりに角変位自在となり、体幹11を、腰椎を含む椎骨などによる椎間関節の働きによって、左右方向に傾けて曲げることができ、装着者10の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。第4受動回転軸83は、第3受動回転軸73と類似の構成を有する。
わりに角変位自在である第4受動回転軸83を介して、連結されて構成される。第1下ア
ーム片81の下端部は、第2受動回転軸92を介して大腿保持具40に連結される。第1下アーム片81の上端部は、駆動源本体63のモータ本体68に固定される。第4受動回転軸83は、図9の第3受動回転軸73と類似の構成を有する。したがって、下アーム80は、第4受動回転軸83によって、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、股関節の働きによって、下肢を外転して開脚を円滑に行なうことができ、装着者の開脚の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。
81、82のいずれか1つを、少なくとも前後方向に相対的に変位しないように、取り付けるようにしてもよい。
ある。手袋装置190の手袋の外面には、物体センサ191、192が設けられる。物体センサ191、192は、たとえば持ち上げ、持ち下げなどする対象である物体に接触したことを検出し、タッチスイッチと呼ばれる構成であってもよく、たとえば物体が接触することによる静電容量の変化を検出し、押された圧力による磁力片のばね力に抗する変位を検出し、または或る程度の荷重とストロークで接点がON/OFFして検出動作する構成などであってもよい。本発明の実施の他の形態では、物体センサ191、192は、たとえば歪センサなどのように、装着者10が持ち上げ、持ち下げなどする物体の重量を表わす電気信号を出力する構成によって実現されてもよい。
31bに制御ボックス53が取付けられる。腰ベルト430bには、図30の腹ベルト34は設けられない。
部112とを備えることによって、通信速度が向上され、並列処理を行なうことができる。
T = L・m・g・sin θ …(1)
によって計算することができる。
るためのパラメータである。パラメータNo「41」〜「45」は、ティーチングパラメータである。ハンディ端末装置150は、これらのパラメータを記憶する記憶領域を有している。s、secは、秒を示す。表1の初期値とは、初期の設定値であり、その後ユーザが、ハンディ端末装置150によって、変更し設定しなおすことができる。(単位%)とは、モータ64が出せる最大の支援力モーメント、すなわちアシスト力を100%とした割合である。
理を実行して、ステップA12に戻る。アシスト制御処理は、ステップA13で取得されたデータに基づいて、歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作に対するパワーアシスト用電動モータ64による駆動に必要なアシストトルクを計算して出力する処理である。
である。処理回路113は、図33に示したアシスト制御のステップA14が実行されると、ステップD11,D13,D15ステップD11に移る。図35のとおり、処理回路113は、歩行・持ち上げ・持ち下げ・中腰の各動作を判断して、歩行・持ち上げ・持ち下げ・中腰の各アシスト制御のいずれかを実行する。ステップD11、D12は、歩行動作に対する処理である。ステップD13、D14は、上体動作の持ち上げ、持ち下げに対する処理である。ステップD15、D16は、中腰動作に対する処理である。歩行動作に対する処理、上体動作に対する処理および中腰動作に対する処理は、並列に処理される。
センサ67の検出角度θおよび加速度・角速度センサ103の出力に応答して、中腰アシスト動作を行なっているか否かを判断する。中腰アシスト動作は、中腰姿勢での動作である。ステップD16では、処理回路113は、中腰アシスト制御を行なう。処理回路113は、中腰アシスト動作を行なっているとき、中腰動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。処理回路113は、両脚に必要な、たとえば、両脚に必要な角度θに比例したアシストトルクを算出する。ステップD11〜D16は、算出演算動作をするステップである。
断された場合には、ステップF22に進み、股関節角度θを読み込む。遊脚でないと判断された場合には、当該計算処理を終了する。遊脚であると判断された場合には、遊脚アシスト制御が順次実行される。本発明の実施の他の形態では、遊脚であると判断された場合には、歩行シーケンスが、「振上開始」→「振上中」→「振下開始」→「振下中」と順次実行され、振り下げ完了で終了する。
大値になる。
90の物体センサ191〜194が押されたことによって、持ち上げアシストを開始する。なお持ち上げアシストでは、予め定める持ち上げ力モーメントを出力する。予め定める持ち上げ終了角度になるか、物体センサ191〜194がOFFになると、持ち上げアシストを終了する。検出角度θL、θRが、たとえば零では、まっすぐ直立した角度であり、持ち上げるときには勢いがつくので、角度θL、θRが、0°では手前で切れる感じになる。したがって、持ち上げ終了角度θL02、θR02は、0°よりは少しのけぞった予め定める値、たとえば―20°を設定値とする。角度θは図31の右回りに正とし、―20°とは、180°を超える値となったときであり、真上を超えてのけぞる角度である。
6〜u80の判断が否定であれば、ステップu81で、前記ON信号のトリガ信号をOFFとし、ステップu76へ戻る。
示すフローチャートであり、図57は予め定める経過時間W42(たとえば3秒間)内における装着者10の各検出角度に対応する姿勢を示すスケルトン図であり、その期間W42においてθmaxは最大値を、θminは最小値をそれぞれ示し、図58は平均値θaveを示す一部のスケルトン図である。中腰支援動作中、ステップu61において、中腰保持角度を、経過時間W42内で、それまでの角度センサ67で計測された角度θ42jの平均値θaveとする。iは、時間W42内のサンプリング角度検出回数であり、1〜pの自然数である。
たとえば、この中腰保持角度は、予め定める時間W42である3秒以上で予め定める角度θ42jである10°以上曲げていたとすると、その時間W42の平均の中腰角度θaveとする。中腰支援動作は、ステップu62において、角度変化幅Δθ42jを演算する。
Δθ42j = θ42j ― θave …(4)
T42j = k43・Δθ42j …(5)
k44j = k43(1−Δθ42j/Δθ43) …(6)
中腰支援力モーメントT42jは、次のとおり、演算される。
T42j = k44j・Δθ42j …(7)
0に連結される構成は、図61、図62およびその他の実施の形態と同様である。面状フレーム602は、図70に示されるとおり、肩ベルト21、胸ベルト22に連結され、前述の背ベルト23、保護具36の働きを果たし、腰ベルト33に連結され、また駆動源60に連結されることは、前述の上アーム70に関連する構成と同様である。面状フレーム602は、たとえば、繊維強化プラスチックなどの合成樹脂製であってもよく、剛性である。
0mmであり、厚さ5mmの合成樹脂製である。保持片43aが大腿12を1/4〜3/4周にすることによって、下アーム80から大腿12へ支援力モーメントを伝わりやすくする。
(1)(a)装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
(b)装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
(c)装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具と、
(d)体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置される駆動源であって、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有する駆動源と、
(e)体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
(f)上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第1受動回転軸と、
(g)体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方と
が、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
(h)各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第2受動回転軸と、
(i)体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体または下アームの長手方向途中位置のいずれか1つを、取り付ける取り付け手段とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置。
体幹下部保持具に上アームの長手方向途中位置が、取り付け手段によって取り付けられ、
前記駆動軸の軸線は、装着者の左右の股関節の臼状関節としての中心を通る左右方向の直線の付近にあることを特徴とする。
成ることを特徴とする。
(7)装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの、体幹に沿った直線のうちの腰から地面までの線分と腰から大腿までの線分が成す相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
保持装置に設けられ、体幹の上下方向の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
着地判断手段からの出力に応答し、歩行支援のために、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段とを含み、
着地判断手段は、加速度センサが加速度の極大値を検出する時刻において、角度センサが検出する角度に基づいて、足の着地状態を判断し、
支持力モーメントは、予め定める時間Wc(図39(4))だけ予め定める一定値を維持した後、角度センサで検出した角度に比例して減少し、
振り上げ力モーメントは、予め定める時間Wd(図39(4))だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする装着型支援ロボット。
前述のとおり、角度センサ67は、装着者の前記左右方向の軸線まわりの、体幹に沿った直線のうちの腰から地面までの線分と腰から大腿までの線分が成す、したがって、体幹と大腿を鉛直にした直立状態で零に決められる相対的な角度を検出し、歩行支援時、体幹を鉛直、すなわち、直立にしたままで大腿を振り上げると、図32の角度θが検出される。
の実施の他の形態では、加速度センサは、体幹の前後方向または左右方向の加速度を検出する構成であってもよく、あるいはこれらの上下方向、前後方向、左右方向の1または複数の成分を有する加速度を検出する構成であってもよく、着地判断手段は、加速度センサからの出力波形の前記期間における最大値だけでなく、その他の特徴、たとえば極大値、時間変化率、その特徴の演算値、計数値などの物理量によって、足の着地状態を判断してもよく、本発明は、このようなおよびその他の体幹の加速度によって足の着地状態を判断する考え方を含む。
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支援力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置である。
装着者の歩行が開始したことを判断する歩行開始判断手段をさらに含み、
着地判断手段は、歩行開始判断手段からの出力に応答し、歩行の開始が判断された後、各角度センサからの出力にそれぞれ応答し、各足の着地状態をそれぞれ判断することを特徴とする。
(9)着地判断手段は、加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、加速度センサが加速度の極大値を検出する時刻において、各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
(10)駆動制御手段は、歩行開始判断手段からの出力に応答し、歩行の開始が判断されたとき、左右の検出角度が交互に逆方向に検出される各回毎に、支持力モーメントと振り上げ力モーメントとを順次的に増加することを特徴とする。
駆動制御手段は、検出手段からの出力に応答し、検出された加速度、角速度または角度が、物体の持ち上げ支援または持ち下げブレーキ支援の開始に対応する値であるとき、左右の駆動源によって、持ち上げる方向に持ち上げ力モーメントを与え、または持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、持ち下げブレーキ力モーメントを与えることを特徴とする。
装着者の手に装着され、手に物体が作用することを検出する物体センサとをさらに含み、
駆動制御手段は、左右の角度センサと角速度演算手段と物体センサとからの出力に応答し、角速度が持ち下げる方向にあり、かつ物体が検出されているとき、左右の駆動源によって、持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、持ち下げブレーキ力モーメントを与えることを特徴とする。
2 保持装置
3 アシスト駆動機構
10 装着者
11 体幹
12 大腿
17 股関節の中心
20 体幹上部保持具
21 肩ベルト
22 胸ベルト
23 背ベルト
30 体幹下部保持具
31 後部
32 側部
33 腰ベルト
34 腹ベルト
36a 保護具
37 クッション材
40 大腿保持具
41 ベルト本体
42 固定片
43 保持片
44 クッション材
50 取り付け部材
53 制御ボックス
54 電池ボックス
60 駆動源
61 軸線
62 駆動軸
63 駆動源本体
64 電動モータ
65 出力軸
66 減速機
67 角度センサ
68 モータ本体
70 上アーム
71 第1上アーム片
72 第2上アーム片
73 第3受動回転軸
80 下アーム
81 第1下アーム片
82 第2下アーム片
83 第4受動回転軸
91 第1受動回転軸
92 第2受動回転軸
94 取り付け手段
95 ベルト取り付け金具
96 受動回転軸
Claims (9)
- 装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
駆動制御手段とを含み、
駆動制御手段は、計時手段を備え、左右の角度センサの出力に応答し、検出される左右の角度θ40iが中腰の予め定める範囲内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める第1の時間W42以上経過すると、左右の駆動源によって、前記第1の時間W42内に角度センサで計測された角度を保つように、中腰支援力モーメントT42jを与えることを特徴とする装着型支援ロボット装置。 - 駆動制御手段は、
前記第1の時間W42以上で前記中腰の予め定める範囲で腰が曲げられる方向に曲げているときの角度θ42jの平均の中腰角度θaveを求め、その曲げているときの角度θ42jと前記平均の中腰角度θaveとの差である平均との差の角度変化幅Δθ42jを演算し、この平均との差の角度変化幅Δθ42jが大きくなるにつれて中腰支援力モーメントT42jが大きくなるように求めることを特徴とする請求項1記載の装着型支援ロボット装置。 - 駆動制御手段は、中腰支援力モーメントT42jを、前記平均との差の角度変化幅Δθ42jにばね定数k43を乗じて演算することを特徴とする請求項2記載の装着型支援ロボット装置。
- 駆動制御手段は、
前記曲げているときの角度θ42jの前記平均との差の角度変化幅Δθ42jが、予め定める角度変化幅Δθ43以上で予め定める第2の時間W43だけ継続すると、中腰支援力モーメントT42jのためのばね定数k44jを小さく演算することを特徴とする請求項2記載の装着型支援ロボット装置。 - 駆動制御手段は、
中腰支援力モーメントT42jのためのばね定数k44jは、前記予め定める角度変化幅Δθ43と前記平均との角度変化幅Δθ42jとの差Δθ423に依存して前記平均との差の角度変化幅Δθ42jが大きくなるにつれて、ばね定数k44jを小さくすることを特徴とする請求項4記載の装着型支援ロボット装置。 - (j)保持装置は、
装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具とを含み、
(k)アシスト駆動機構は、
(k1)その駆動源が、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有し、
(k2)体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
(k3)上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第1受動回転軸と、
(k4)体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
(k5)各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第2受動回転軸と、
(k6)体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか1つを、取り付ける取り付け手段とを有することを特徴とする請求項1〜5のうちの1つに記載の装着型支援ロボット装置。 - 保持装置に設けられ、体幹の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、着地判断手段からの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする請求項1〜6の1つに記載の装着型支援ロボット装置。 - 角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記支持力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、前記角度センサが検出した角度に比例して減少し、
前記振り上げ力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする請求項1〜6の1つに記載の装着型支援ロボット装置。 - (L)体幹の加速度を検出する加速度センサと、
(m)加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段とを含み、
(n)駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
(o)前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする請求項6に記載の装着型支援ロボット装置。
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