JP7383270B1 - 装着型支援ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体をワイヤ９２５で吊り上げるワイヤアシスト力を、肩ベルト９２１に負担させず、装着者１０の荷重による疲労感を軽減する。【解決手段】腕８に連結されるワイヤ９２５は、ワイヤ駆動機構９０２の巻胴９１０によって巻取られる。肩ベルト９２１で背負う剛性の支持具９０９は、荷重を腰５の骨盤の上部に伝える横部材９１８と、ワイヤ駆動機構９０２が設けられる背後部材９１７とを有する。ワイヤ９２５の案内部材９２６は、肩ベルト９２１に肩７の頂部よりも前方の胸９の位置で設けられる。ワイヤ９２５が挿通するスリーブ９２７は、伸縮せず可撓性を有し、肩７の上方を前後に逆Ｕ字状に延びる。スリーブ９２７の各端部９２７ａ、９２７ｂは、案内部材９２６と、ワイヤ駆動機構９０２の筐体９２８とに固定される。【選択図】 図１

Description

本発明は、装着者が行なう力作業などを支援するパワーアシストスーツ、パワーアシストロボット装置などとも呼ばれる装着型支援ロボット装置に関する。

本件明細書中、用語「左右方向」、「前後方向」および「上下方向」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、後述の図２～図４に示される姿勢における方向をいう。「正面」、「側面」、「平面」および「背面」は、支援される装着者が直立した姿勢における状態で示す。参照符について、数字の添え字「Ｌ」、「Ｒ」は装着者の左、右をそれぞれ示し、総括的に示すとき、または煩雑を避けるために、省略するときがある。図面のハッチングは、断面を示すだけでなく、その部分を他と区別するために施すときがある。

ワイヤによって物体を吊り上げてワイヤアシストして装着者を支援する装着型支援ロボット装置の或る従来技術は、特許文献１に開示される。ワイヤの一端部は、装着者の手に連結される。装着者は、ハーネスと称する肩ベルトで胴体部材を背負う。ワイヤは、肩ベルトに装着者の肩よりも後方（すなわち、背中側）で固定された支持部材に、スライド自在に支持される。支持部材を経たワイヤの他端部は、胴体部材の背中部に取り付けられるアクチュエータの巻軸に連結され、支持部材からのワイヤが巻取られる。支持部材には、ワイヤが貫通する可撓性管状部材の固定端が固定され、管状部材は装着者の前方に延び、その自由端が装着者の前側に位置する。この管状部材は、ワイヤが支持部材の出口で急激な角度で屈曲することを低減し、ワイヤの切断を抑制しようとする。

この従来技術では、ワイヤアシストする全ての荷重が、装着者の肩ベルトから肩に作用する。そのため、装着者は疲れやすくなり、長時間にわたる作業、歩行の継続が困難である。また、ワイヤの切断を抑制する前記管状部材が必要である。

特開２０２０－５５６８５

本発明の目的は、装着者に荷重の負担による疲労感を軽減して長時間にわたる作業、歩行などの継続を可能にするともに、構成を簡略にできる装着型支援ロボット装置を提供することである。

本発明は、
（ａ） 体幹装着具９０５であって、
（ａ１） 剛性の支持具９０９であって、
装着者１０の側方で前後に横に延びて、腰５の上部に配置される横部材９１８と、
装着者１０の後方で横部材９１８の後端部から上方に延びる背後部材９１７とを有する支持具９０９と、
（ａ２） 支持具９０９に取り付けられ、装着者１０の肩７を覆う肩ベルト９２１とを有する体幹装着具９０５と、
（ｂ） 装着者１０の腕８に装着される腕保持具９２４と、
（ｃ） 腕保持具９２４に連結される一端部９２５ａを有し、可撓性を有し、伸縮しないワイヤ９２５と、
（ｄ） 肩ベルト９２１に、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置で設けられ、ワイヤ９２５を長手方向に移動自在に案内する案内部材９２６と、
（ｅ） ワイヤ９２５が長手方向に移動自在に挿通されるスリーブ９２７であって、
装着者１０の肩７の上方を前後にわたって延び、
スリーブ９２７の一端部９２７ａは案内部材９２６に固定され、
スリーブ９２７の他端部９２７ｂは支持具９０９に固定され、
伸縮しないスリーブ９２７と、
（ｆ） ワイヤ駆動機構９０２であって、
支持具９０９に設けられ、
スリーブ９２７の他端部９２７ｂから外方に延びるワイヤ９２５の他端部９２５ｂに連結され、ワイヤ９２５を駆動して腕保持具９２４と案内部材９２６との間のワイヤ９２５の長さを変化させて装着者１０をワイヤアシストするワイヤ駆動機構９０２とを含み、
（ｇ） スリーブ９２７内で張力が作用しているワイヤ９２５は、スリーブ９２７の一端部９２７ａに固定されている案内部材９２６に、装着者１０の胸９から離反する上方の力を発生させることを特徴とする装着型支援ロボット装置である。

本発明によれば、装着型支援ロボット装置９０１の体幹装着具９０５を装着者１０が装着した状態では、剛性の支持具９０９の横部材９１８が腰５の上部に配置されるので、腰５によって下向きの荷重を受けることができる。背後部材９１７は装着者１０の後方で横部材９１８の後端部から上方に延び、この支持具９０９に取り付けられる肩ベルト９２１は装着者１０の肩７を覆うので、装着者１０は背後部材９１７を背負うことができる。横部材９１８が配置される腰５の上部は、骨盤における寛骨の上部であってもよい。横部材９１８は装着者１０の腰５に位置し、横部材９１８の後端部は装着者１０の背後に屈曲して連なり、背後部材９１７は、横部材９１８の後端部から装着者１０の背後で上方に延びて立ち上がる。

腕８に装着される腕保持具９２４には、可撓性のある伸縮しないワイヤ９２５の一端部９２５ａが連結される。支持具９０９には、たとえば、その背後部材９１７には、ワイヤ駆動機構９０２が設けられる。ワイヤ駆動機構９０２には、ワイヤ９２５の他端部９２５ｂが連結され、ワイヤ９２５がその長手方向に駆動される。

本発明の腕保持具９２４が装着される腕８は、典型的には手首付近でもよいが、手、手首、前腕、上腕、または上肢などを含む。腕保持具９２４は、装着者１０の前方で物体に着脱できるフックなどの係止具などを含む概念である。

肩ベルト９２１には、肩７の頂部（たとえば、鎖骨または肩甲骨の直上）よりも前方の胸９の位置に、案内部材９２６が設けられる。この案内部材９２６は、ワイヤ９２５を、その長手方向に移動自在に案内する。

ワイヤ９２５が長手方向に移動自在に挿通されるスリーブ９２７は、装着者１０の肩７の上方を前後にわたって、したがって逆Ｕ字状に弯曲して延びる。スリーブ９２７の一端部９２７ａは案内部材９２６に固定される。スリーブ９２７の他端部９２７ｂは、支持具９０９に固定される。スリーブ９２７は、伸縮せず、すなわち、長手方向に張力または圧縮力が作用しても長さは変わらない特性を有する。スリーブ９２７は、可撓性であってもよいが、剛性であってもよい。

動作中、装着者１０が、たとえば、手で物体をつかんで持ち上げようとするとき、ワイヤ駆動機構９０２はワイヤ９２５に装着者１０をワイヤアシストするための張力を発生して、持ち上げ支援する。ワイヤ駆動機構９０２は、支持具９０９に設けられ、スリーブ９２７内からのワイヤ９２５の他端部９２５ｂを引張り駆動する。

ワイヤ９２５はスリーブ９２７を挿通し、スリーブ９２７は、案内部材９２６と支持具９０９との間にわたって、肩７の上方を逆Ｕ字状に弯曲し、ワイヤ９２５とスリーブ９２７はいずれも伸縮しない。そのため、スリーブ９２７内で張力が作用しているワイヤ９２５は、スリーブ９２７の一端部９２７ａ、したがって、その一端部９２７ａに固定されている案内部材９２６に、装着者１０の胸９から離反する上方の力を発生させる。したがって、案内部材９２６が設けられる肩ベルト９２１を持ち上げてワイヤアシストする力が発生する。この作用によって、装着者１０の肩７に作用する荷重が軽減され、または零にされてワイヤアシストされる。

スリーブ９２７の他端部９２７ｂは、支持具９０９に、したがって、支持具９０９と一体的に取り付けられる構成要素に固定される。支持具９０９と一体的に取り付けられる構成要素は、たとえば、後述の実施の一形態では、支持具９０９の背後部材９１７に取り付けられるワイヤ駆動機構９０２の筐体９２８であり、あるいはまた、たとえば、背後部材９１７または横部材９１８などでもよい。

物体を持ち上げるとき、支持具９０９に設けられるワイヤ駆動機構９０２がワイヤ９２５を駆動して、弯曲したスリーブ９２７内のワイヤ９２５に張力を発生させる。ワイヤ９２５に張力が作用することによって、スリーブ９２７の他端部９２７ｂが固定される支持具９０９には下向きの力が働く。この下向きの力は、剛性の支持具９０９の横部材９１８から装着者１０の腰５に働く。こうして、ワイヤアシストされて物体を持ち上げるとき、その荷重は腰５で受けられ、肩７に作用する荷重を軽減できる。

支持具９０９の横部材９１８は、本件装着型支援ロボット装置９０１による物体の荷重を受けて、装着者１０の腰５に、したがって、腰５から大腿１２を含む下肢に伝える作用を果たす。横部材９１８は、その荷重を装着者の肩７を含む体幹１１の上部で受けさせない。このため、ワイヤ９２５による典型的には持ち上げ、さらには持ち下げ、中腰などの作業の支援のためのワイヤアシスト力が支持具９０９を通して、確実に遅れずに装着者１０に伝わる。

本発明では、持ち上げアシスト力、持ち下げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力が、支持具９０９の横部材９１８による骨盤上部、したがって、大腿１２を含む下肢に関連して作用するものであって、肩ベルト９２１を通して体幹１１である上体を引張り上げて作用するものではない。したがって、装着者１０は、体幹１１が背側に凹に弯曲してえびぞりにならず、たとえば、支持具９０９に取り付けられる肩ベルト９２１が脇下から上体を引き起こすようにワイヤアシストできる。これによって、ワイヤアシスト力がスムーズに体幹１１である上体に伝わるので、疲れにくい。

案内部材９２６は、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置で設けられる。ワイヤ９２５が張力を有して挿通するスリーブ９２７は、その一端部９２７ａが案内部材９２６に固定され、逆Ｕ字状に弯曲し、その他端部９２７ｂが支持具９０９に、したがって、肩７の頂部よりも後方で、固定される。ワイヤ９２５は、案内部材９２６の位置でスリーブ９２７を抜け出て腕８の腕保持具９２４に、装着者１０の前下方に延びる。したがって、ワイヤ９２５は、案内部材９２６の抜け出る位置で急激な角度で屈曲することがないので、ワイヤが損傷せず、切断が抑制される。本発明では、前述の特許文献１におけるワイヤの切断を抑制しようとする管状部材が不要であり、構成を簡略にできる。

案内部材９２６は、スリーブ９２７の一端部９２７ａとは別部材とせずに、スリーブ９２７の一端部９２７ａによって構成されてもよい。

本発明に従えば、横部材９１８、腕保持具９２４、ワイヤ９２５などは、装着者１０の左右のうち一方だけに設けられてもよく、したがって、本発明は、案内部材９２６、スリーブ９２７、ワイヤ駆動機構９０２が、左右のうち一方のワイヤ９２５のためだけに設けられる構成を含む。

本発明は、
（ａ） 体幹装着具９０５であって、
（ａ１） 剛性の支持具９０９であって、
装着者１０の側方で前後に横に延びて、腰５の上部に配置される横部材９１８と、
装着者１０の後方で横部材９１８の後端部から上方に延びる背後部材９１７とを有する支持具９０９と、
（ａ２） 支持具９０９に取り付けられ、装着者１０の肩７を覆う肩ベルト９２１とを有する体幹装着具９０５と、
（ｂ） 装着者１０の腕８に装着される腕保持具９２４と、
（ｃ） 腕保持具９２４に連結される一端部９２５ａを有し、可撓性を有し、伸縮しないワイヤ９２５と、
（ｄ） 肩ベルト９２１に、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置で設けられ、ワイヤ９２５を長手方向に移動自在に案内する案内部材９２６と、
（ｅ） ワイヤ９２５が長手方向に移動自在に挿通されるスリーブ９２７であって、
装着者１０の肩７の上方を前後にわたって延び、
スリーブ９２７の一端部９２７ａは案内部材９２６に固定され、
スリーブ９２７の他端部９２７ｂは支持具９０９に固定され、
伸縮しないスリーブ９２７と、
（ｆ） ワイヤ駆動機構９０２であって、
支持具９０９に設けられ、
スリーブ９２７の他端部９２７ｂから外方に延びるワイヤ９２５の他端部９２５ｂに連結され、ワイヤ９２５を駆動して腕保持具９２４と案内部材９２６との間のワイヤ９２５の長さを変化させて装着者１０をワイヤアシストするワイヤ駆動機構９０２とを含み、
（ｇ） スリーブ９２７内で張力が作用しているワイヤ９２５は、スリーブ９２７の一端部９２７ａに固定されている案内部材９２６に、装着者１０の胸９から離反する上方の力を発生させ、
（ｈ） スリーブ９２７は可撓性を有し、
（ｉ） 案内部材９２６の肩ベルト９２１に設けられる位置を、肩ベルト９２１に沿って調整可能に設定する位置調整具９３４を含み、
この位置調整具９３４は、
（ｉ１） 肩ベルト９２１の表面に沿って肩ベルト９２１の長手方向に延び、両端部が肩ベルト９２１に固定される案内帯９３５と、
（ｉ２） ホルダ９４０であって、
（ｉ２－１） 肩ベルト９２１と案内帯９３５との間に配置され、肩ベルト９２１の幅方向に延びる移動片９４１と、
（ｉ２ー２） 移動片９４１に固定され、案内部材９２６が取り付けられる保持片９４２とを有するホルダ９４０と、
（ｉ３） 長さ調整ベルト９４３であって、
その一端部９４３ａは、保持片９４２に案内部材９２６よりも肩７の頂部７ａ寄りで取り付けられ、
その他端部９４３ｂは、支持具９０９に取り付けられ、
その長さを調整可能に設定できる長さ調整ベルト９４３とを有することを特徴とする装着型支援ロボット装置である。

本発明によれば、位置調整具９３４によって、案内部材９２６の肩ベルト９２１における長手方向の位置を調整できる。したがって、複数の各装着者１０の人体の大および小に応じて、案内部材９２６を、肩ベルト９２１の下方および上方にそれぞれ移動でき、また、スリーブ９２７は可撓性であるので、その人体の大小に拘らず、案内部材９２６を、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置に設定できる。そのため、装着者１０による物体の持ち上げ作業時などにおいて、張力が作用しているワイヤ９２５が挿通するスリーブ９２７は、案内部材９２６、したがって、肩ベルト９２１に、装着者１０の上方の力を作用することができ、これによって、肩７が受ける荷重を軽減できる。案内部材９２６の位置調整によって、人体の大小が異なる装着者１０の各人の肩７が受ける荷重を軽減して最小にできる最適な位置を見付けることができる。

本発明によれば、図９に拡大して示されるように、位置調整具９３４において、ホルダ９４０の移動片９４１は、肩ベルト９２１と案内帯９３５との間で肩ベルト９２１の幅方向に延びて配置され、したがって、肩ベルト９２１の長手方向に沿って移動可能である。移動片９４１には、案内部材９２６が取り付けられる保持片９４２が固定され、こうしてホルダ９４０が構成される。図８をも併せて参照して、長さを調整可能に設定できる長さ調整ベルト９４３の一端部９４３ａは、保持片９４２に案内部材９２６よりも肩７の頂部７ａ寄りで取り付けられる。長さ調整ベルト９４３の他端部９４３ｂは、支持具９０９に、したがって、支持具９０９と一体的に取り付けられる構成要素に取り付けられる。長さ調整ベルト９４３の長さを調整することによって、ホルダ９４０、したがって、案内部材９２６の位置調整を肩ベルト９２１に沿って設定できる。

本発明は、
支持具９０９の横部材９１８は、装着者１０の左右両側方に設けられ、
各横部材９１８の前端部に、腹４を外囲する腹ベルト３４が設けられることを特徴とする。
本発明によれば、装着者１０の左右両側方の各横部材９１８の前端部に腹ベルト３４が設けられる。したがって、各横部材９１８と背後部材９１７と腹ベルト３４とを含んで装着者１０の腰５の上部付近のまわりを一周して上下にずれないように囲むことができ、したがって、各横部材９１８を、装着者１０の左右の両側方の腰５の上部に配置することが確実となる。そのため、スリーブ９２７の他端部９２７ｂによる下向きの力を、左右両横部材９１８によって腰５で受けることが確実になり、その結果、肩７に作用する荷重の負担を軽減することが確実になる。
本発明は、
スリーブ９２７と長さ調整ベルト９４３とを、それらの長手方向に相互に変位自在に連結する連結片９４４を有することを特徴とする。

本発明によれば、連結片９４４によって、スリーブ９２７と長さ調整ベルト９４３とを、それらの長手方向に相互に変位自在に連結するので、装着者１０による物体の持ち上げ作業時などにおいて、張力が作用しているワイヤ９２５が挿通するスリーブ９２７は、案内部材９２６および肩ベルト９２１だけでなく、長さ調整ベルト９４３にも、装着者１０の上方の力を作用することができる。したがって、肩７が受ける荷重をさらに軽減できる。

本発明は、
ワイヤ駆動機構９０２は、
（ｍ） 左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５の他端部９２５ｂにそれぞれ連結され、各ワイヤ９２５が巻回される巻胴９１０と、
（ｎ） 背後部材９１７に取り付けられ、巻胴９１０を駆動するワイヤ駆動源９１１と、
（ｐ） ワイヤ駆動源９１１の出力軸６５と巻胴９１０との間に介在されるクラッチ１２０であって、クラッチ１２０は、
（ｐ１） クラッチ１２０の軸線７５の方向に配置される一対のクラッチ部材１２５、１２８であって、それらの少なくとも一方が、相互の近接方向に変位して接続状態になり、相互の離反方向に変位して遮断状態になるクラッチ部材１２５、１２８と、
（ｐ２） クラッチ部材１２５、１２８に遮断状態にする相互の離反方向にばね力を与えるばね１２９と、
（ｐ３） クラッチ部材１２５、１２８を相互の近接方向に、ばね力に抗して、電磁力によって変位して接続状態にする電磁コイル１２３とを有し、
（ｐ４） クラッチ部材１２５、１２８の電磁コイル１２３による接続状態で、ワイヤ９２５の張力によって巻胴９１０に予め定める値Ｔｑ１以上のトルクが作用したとき、一対のクラッチ部材１２５、１２８が前記軸線７５まわりのずれを生じるクラッチ１２０とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、図１０、図１１を参照して、支持具９０９に設けられるワイヤ駆動機構９０２のワイヤ駆動源９１１は、背後部材９１７に取り付けられ、電磁コイル１２３の電磁力によって接続状態にあるクラッチ１２０を介して巻胴９１０を駆動し、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５を巻回してワイヤ９２５に張力を与える。中腰作業での中腰姿勢保持および持ち上げを、体幹１１にワイヤ駆動源９１１による上向きの力モーメントを作用してワイヤアシストすることによって、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストすることができる。こうして、持ち上げのワイヤアシスト時、すなわち、ワイヤ９２５の巻取り時、ワイヤ駆動源９１１の動力によって接続状態のクラッチ１２０で巻胴９１０を駆動し、ワイヤ９２５を引張り、持ち上げのワイヤアシストを開始する。

クラッチ１２０の一対のクラッチ部材１２５、１２８は、たとえば、摩擦板であり、または噛み合い歯付きロータであるクラッチ部材１２８とアーマチュアであるクラッチ部材１２５（図１２）であり、持ち上げアシスト時、装着者１０がワイヤ９２５を予め定める張力値Ｔｓ１（たとえば、５ｋｇ）以上で引張り、それによって巻胴９１０に予め定めるトルク値Ｔｑ１（たとえば、１．８Ｎ・ｍ）以上のトルクが作用したとき、電磁コイル１２３の電磁力に抗して、一対のクラッチ部材１２５、１２８間のばね１２９による離反方向に作用するばね力とともに、一対のクラッチ部材１２５、１２８が前記軸線７５まわりのずれを生じて、いわば、滑りを生じる。したがって、装着者の安全が確保される。

また、ワイヤ駆動源９１１が回転駆動したままで、接続状態のクラッチ１２０が前述のように滑るので、ワイヤ９２５に前記予め定める張力値（たとえば、５ｋｇ）の張力の発生を維持して持ち上げアシストを継続できる。ワイヤ駆動源９１１は、前記予め定めるトルク値Ｔｑ１を超えるトルクで出力軸６５を駆動し、クラッチ１２０を介して巻胴９１０を回転して、ワイヤ９２５を巻取る。

ワイヤ９２５を前記予め定める張力値以上の張力で引張ると、クラッチ１２０が滑るので、装着者１０には左右合わせて前記予め定める張力値の２倍（たとえば、１０（＝５×２）ｋｇ）の持ち上げのワイヤアシストになる。

巻胴９１０は、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５を共通に巻取るために、単一個だけ設けられてもよい。

特に、後述の図１０に示される実施の形態のとおり、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５毎に、巻胴９１０とクラッチ１２０との組合せをそれぞれ設けることもできる。これによって、持ち上げのワイヤアシスト時、各ワイヤ９２５の引張り長さが異なる状態であっても、ワイヤ駆動源９１１が回転駆動したままで、各クラッチ１２０が個別的に滑り動作を行ない、各ワイヤ９２５を予め定める巻取り状態にそれぞれ巻取ることができる。

ワイヤ駆動源９１１は、巻胴９１０とクラッチ１２０との各組合せ毎に設けてもよいが、図１０のように、単一のワイヤ駆動源９１１の動力を、歯車９１２、９１３Ｌ、９１３Ｒから成る歯車列などの動力伝達手段９１４で各組合せに共通に与えるようにしてもよい。

本発明は、
ワイヤ駆動機構９０２は、
（ｑ） 巻胴９１０の軸線と共通の一直線上にある軸線７５を有し、巻胴９１０を挿通し、クラッチ１２０の出力によって回転駆動される回転軸１２６と、
（ｒ） 捩り（ねじり）ばね構造体９１５であって、捩りばね９１６を有し、この捩りばね９１６は、巻胴９１０と回転軸１２６との前記共通の一直線上にある軸線７５を有し、捩りばね９１６の一端部９１６ａは巻胴９１０に取り付けられ、捩りばねの他端部９１６ｂは支持具９０９に取り付けられ、装着者１０のワイヤアシストのために巻胴９１０によるワイヤ９２５の巻取り方向への回転軸１２６の回転動力を巻胴９１０に伝達するとともに、捩りばね９１６によって巻胴９１０にワイヤ９２５の弛み（ゆるみ）を除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与する捩りばね構造体９１５とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、接続状態のクラッチ１２０によって回転軸１２６が回転駆動され、したがって、図１１のように、巻胴９１０はワイヤ９２５の巻取り方向へ回転され、装着者１０が物体を持ち上げるワイヤアシストが達成される。

捩りばね構造体９１５は、捩りばね９１６によって、巻胴９１０にワイヤ９２５の弛みを除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与している。したがって、クラッチ１２０が接続状態で持ち上げのワイヤアシストからクラッチ１２０が遮断状態に切換ったとき、巻胴９１０は、捩りばね９１６によって付与されているワイヤ９２５の巻取り方向の弾発的なトルクによって、ワイヤ９２５の弛みを除去する。

クラッチ１２０が遮断状態で、装着者１０が腕保持具９２４を腕８から外したときも、捩りばね９１６によって、巻胴９１０はワイヤ９２５を巻取り、本件装着型支援ロボット装置９０１は装着者１０に装着される前の、たとえば、保管時の準備状態に戻る。したがって、本件装着型支援ロボット装置９０１を使用しないとき、ワイヤ９２５が長く延びて巻胴９１０から巻き出されたままになる不都合が避けられ、支障は生じない。捩りばね９１６によって巻胴９１０に付与される巻取り方向の弾発的なトルクＴｑ２（Ｔｑ２＜Ｔｑ１）は、ワイヤ９２５に、たとえば、５００ｇ～１ｋｇの張力Ｔｓ２（Ｔｓ２＜Ｔｓ１）を発生させる。

装着者１０が物体を持ち上げて作業をする際、装着者１０が腕８を伸ばしてワイヤ９２５が巻胴９１０から巻出された最大長さＬ１から物体を持ち上げてワイヤアシストされた最小長さＬ２までの作業長さＬ３（＝Ｌ１―Ｌ２）分を巻取る巻胴９１０の総回転数Ｎ１以上にわたって、捩りばね構造体９１５の捩りばね９１６はワイヤ９２５の弛みを除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与する。

捩りばね９１６は、ぜんまいばね、渦巻きばね、または捩りコイルばねなどによって実現される。

本発明は、
ワイヤ駆動機構９０２は、
巻胴９１０が各ワイヤ９２５毎に設けられ、
各巻胴９１０毎にクラッチ１２０がそれぞれ連結され、
単一のワイヤ駆動源９１１の出力軸の動力を各クラッチ１２０にそれぞれ伝達する動力伝達手段９１４が設けられて構成されることを特徴とする。

本発明によれば、図１０のように、単一のワイヤ駆動源９１１の出力軸６５の動力が、たとえば、歯車９１２、９１３Ｌ、９１３Ｒによって実現される動力伝達手段９１４を介して、左右の各腕８毎のワイヤ９２５のためのクラッチ１２０を経て各巻胴９１０にそれぞれ与えられる。したがって、左右の各ワイヤ９２５の引張る長さが異なる状態でも、単一のワイヤ駆動源９１１を回転させておくことで、そのワイヤ駆動源９１１で最後まで、すなわち、各ワイヤ９２５毎に希望する巻上げ状態になるまで巻取ることができる。

本発明は、
（ｊ） 装着者１０の左右の各大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０と、
（ｋ） 体幹１１の下部１１ａから大腿１２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８０であって、各下アーム８０の下端部は、大腿保持具４０にそれぞれ連結される下アーム８０と、
（Ｌ） 大腿駆動機構９０３であって、
装着者１０の左右両側方の各横部材９１８にそれぞれ取り付けられ、左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生して各下アーム８０の上端部を駆動する一対の大腿駆動源６０を有し、
各大腿駆動源６０の駆動トルクによって、横部材９１８と左右の各大腿１２との間に体幹１１が起き上がる支援力モーメントをそれぞれ与える大腿駆動機構９０３とを含むことを特徴とする。

本発明によれば、図１、図６のように、支持具９０９の横部材９１８は、本件装着型支援ロボット装置９０１の荷重を受けて、装着者１０の腰５に、したがって、腰５から大腿１２を含む下肢に伝える作用を果たす。前述のとおり、横部材９１８は、その荷重を装着者の肩７を含む体幹１１の上部で受けさせない。このため、持ち上げ、持ち下げ、中腰などの作業、歩行の支援のためのアシスト力が支持具９０９を通して、確実に遅れずに装着者１０に伝わる。

本発明では、持ち上げアシスト力、持ち下げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力が、支持具９０９の横部材９１８による骨盤上部、したがって、大腿１２を含む下肢に関連して作用する。したがって、支持具９０９に取り付けられる肩ベルト９２１が脇下から上体を引き起こすようにアシストできる。これによって、アシスト力がスムーズに体幹１１である上体に伝わるので、疲れにくい。

一対の大腿駆動源６０が、装着者１０の体幹１１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６１（図２、図４）まわりに駆動トルクを発生する。各大腿駆動源６０は、体幹１１と左右の各大腿１２との間に、左右方向の軸線まわりの支援力モーメントを与える。

大腿駆動源６０の駆動トルクは、たとえば本発明の実施の一形態では、装着者の骨盤の左右の股関節における寛骨臼に嵌まり込んでいる大腿骨の骨頭の臼状関節としての中心を通る左右方向の一直線上にある軸線６１まわりに角変位する。大腿駆動源６０の駆動軸が前記一直線上に軸線６１を有する構成は、正確に前記一直線上である構成だけでなく、本発明の考え方に従って支援力モーメントを装着者１０に円滑に与えることができる構成を含む。

大腿駆動源６０は、たとえば、モータとその出力の減速機とによって実現されてもよい。

本発明は、
大腿駆動機構９０３は、装着者１０による持ち上げ作業での持ち上げ力のアシスト、持ち下げ作業時の持ち下げブレーキアシスト、中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシストのうちの少なくとも１つを行なうことを特徴とする。

本発明によれば、ワイヤ９２５、スリーブ９２７およびワイヤ駆動機構９０２などによるだけでなく、荷重を、大腿駆動機構９０３によって大腿１２を含む下肢に伝えて装着者１０の活動を支援できる。本発明による支援力モーメントは、左右両脚に与えられるモーメントは、たとえば、持ち上げ支援のための持ち上げ力モーメント、持ち下げブレーキ支援のための持ち下げブレーキ力モーメント、中腰支援のための中腰支援力モーメントなどがある。

本発明は、
装着者１０の前記左右方向の軸線まわりの体幹１１と左右の各大腿１２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６７と、
装着者１０の体幹１１に装着され、体幹１１の加速度、角速度または角度を検出する検出手段１０３と、
角度センサ６７および検出手段１０３からの出力に応答し、検出された体幹１１と左右の各大腿１２との相対的な角度、および検出された体幹１１の加速度、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、左右の大腿駆動源６０によって、体幹１１と各大腿１２との相対的な角度が増大し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大腿駆動源６０を制御する制御装置９５３とを含むことを特徴とする。

左右一対の各角度センサ６７（図１３）は、エンコーダとも呼ぶことができ、体幹１１と左右の各大腿１２との間の相対的な角度を、たとえば、大腿駆動源６０の出力軸の角度に対応してそれぞれ検出する。

本発明によれば、後述の物体センサ１９１を使用せず、一対の角度センサ６７、および装着者１０の体幹１１の加速度、角速度または角度を検出する検出手段１０３を設け、これによって、装着者１０の体幹１１のたとえば上下方向の加速度α１を検出し、体幹１１のたとえば左右方向の軸線６１（図２、図４）まわりの角速度ω３を検出し、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線６１まわりの角度を検出する。加速度α１、角速度ω３または角度の値の範囲によって、持ち上げ時のたとえば上下方向の動きの開始または持ち下げ時のたとえば上下方向の動きの開始を判断することができ、またさらに、それらの終了を判断することができる。

本発明は、
装着者１０の手１６に装着され、手１６に物体が作用することを検出する物体センサ１９１をさらに含み、
制御装置９５３は、左右の角度センサ６７と物体センサ１９１とからの出力に応答し、物体が検出されているとき、左右の大腿駆動源６０によって、体幹１１と各大腿１２との相対的な角度が増大して持ち上げる方向に、持ち上げ力モーメントを与えることを特徴とする。

本発明によれば、図１、図６、図７のように、装着者１０が両手１６でまたは片手１６で物体を持ち上げるために、手１６に作用する物体が物体センサ１９１によって検出されるとき、制御装置９５３（図１３）は、は、左右の各大腿駆動源６０によって、体幹１１と各大腿１２との相対的な角度が増大して持ち上げる方向に、持ち上げ力モーメントを与える。したがって、装着者１０は、物体を持ち上げる作業を容易に行なえる。

さらに、左右の各角度センサ６７からの出力に応答し、角速度をそれぞれ演算する角速度演算手段と、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１９１とをさらに含み、制御装置９５３は、左右の角度センサ６７と角速度演算手段と物体センサ１９１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、左右の大腿駆動源６０によって、体幹１１と各大腿１２との相対的な角度が減少し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。こうして、装着者１０が両手１６でまたは片手１６で物体を持ち下げるために、体幹１１を前方に傾けて前かがみの姿勢になると、左右の角度センサ６７によってそれぞれ検出される体幹１１と左右の各大腿１２との相対的な角度が減少し、かつ角速度演算手段によって演算される左右の角速度が持ち下げる方向にあり、すなわち相対的な角度が減少してゆき、かつ手１６に作用する物体が物体センサ１９１によって検出されるとき、駆動制御手段は、左右の各大腿駆動源６０によって、体幹１１と各大腿１２との相対的な角度が減少し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、すなわち、持ち上げる方向に、その作用しているモーメント未満である持ち下げブレーキ力モーメントを与える。したがって、装着者１０は、物体を持ち下げる作業を容易に行なえる。

物体センサ１９１は、装着者１０の少なくとも左右いずれか一方の手１６に設けられる。物体センサ１９１は、たとえば、装着者１０が両手１６でまたは片手１６で物体を持ち上げるとき、物体によって手に作用する下向きの力を検出する力センサであり、たとえばＯＮ／ＯＦＦスイッチまたは力に対応した抵抗などの電気的特性が変化する歪ゲージなどで実現されてもよい。物体センサはまた、物体の接触または近接を、たとえば静電容量の変化によって、検出する構成を有してもよい。

制御装置９５３は、左右の各大腿駆動源６０によって、予め定める持ち上げ力モーメントまたは予め定める持ち下げブレーキ力モーメントを出力するように構成してもよい。

物体センサ１９１が、装着者１０によって持ち上げまたは持ち下げる物体の質量を表わす電気信号を出力する構成によって実現され、制御装置９５３は、物体センサ１９１の出力に応答し、左右の各大腿駆動源６０によって、物体センサ１９１が検出する物体の質量が大きいほど、持ち上げ力モーメントまたは持ち下げブレーキ力モーメントを大きく設定して出力するように構成してもよい。これによって、装着者１０は、物体を持ち上げまたは持ち下げる作業を、物体の質量の大小に拘らず、容易に行なうことができる。さらに、たとえば装着者１０は、予め定める一定の質量の持ち上げる方向の負担だけですむように構成することができる。物体センサ１９１によって持ち上げる物体の質量を検出して、物体の質量が大きいほど、持ち上げ支援力モーメントを大きく調整するように、構成する。これによって、装着者１０は、物体の質量の大小に拘らず、予め定める一定の質量の持ち上げる方向の負担だけですむ。

以下に、図面を参照して説明する本発明の多くの実施の形態のうち、或る実施の形態の一部を他の実施の形態に追加し、または取り換えて実現した構成もまた、本発明の精神に含まれる。

本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置９０１を装着者１０に装着した状態を簡略化して示す右側面図である。 装着型支援ロボット装置９０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す右側面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す背面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の背後から見た一部の拡大図である。 支持具９０９を斜め前方から見た分解斜視図である。 支持具９０９を斜め後方から見た分解斜視図である。 肩ベルト９２１、案内部材９２６、スリーブ９２７、位置調整具９３４、ホルダ９４０などを拡大して示す断面図である。 案内部材９２６、位置調整具９３４などを拡大して示す斜視図である。 ワイヤ駆動機構９０２の構成を模式的に示す水平断面図である。 歯車９１３Ｌによって駆動される一方の巻胴９１０Ｌとクラッチ１２０Ｌとの組合せの具体的な構成を示す断面図である。 捩りばね９１６を示し、図１２（１）は捩りばね９１６を図１１の上方から見た平面図であり、図１２（２）は捩りばね９１６の側面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の電気的構成を示す電気回路図である。 大腿駆動源６０の駆動軸によって出力される駆動トルクＴｒｑを説明するための図である。 処理回路１１９による姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。 処理回路１１９によるアシスト制御処理の処理手順を示すフローチャートである。

図１は、本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置９０１を装着者１０に装着した状態を簡略化して示す側面図である。図１を参照して、先ず、本発明の理解を容易にするために、装着型支援ロボット装置９０１の基本的な構成と動作を説明する。

装着型支援ロボット装置９０１の体幹装着具９０５は、剛性の支持具９０９と、装着者１０の肩７を覆う肩ベルト９２１とを有する。支持具９０９は横部材９１８と背後部材９１７とを有する。横部材９１８は、装着者１０の側方で前後に横に延びて、腰５の上部に配置される。横部材９１８が配置される腰５の上部は、骨盤における寛骨の上部であってもよい。背後部材９１７は、平板状に形成され、装着者１０の後方で横部材９１８の後端部から上方に延びる。肩ベルト９２１は、支持具９０９に取り付けられる。たとえば、肩ベルト９２１の一端部は背後部材９１７に、また、他端部は腹ベルト３４に、あるいは背後部材９１７の下部または横部材９１８などに取り付けられる。

横部材９１８は、装着者１０の左右両側方に設けられ、各横部材９１８の前端部（図１の右方の端部）に、腹４を外囲する腹ベルト３４が設けられる。したがって、各横部材９１８と背後部材９１７と腹ベルト３４とを含んで装着者１０の腰５の上部付近のまわりを上下にずれないように囲むことができる。そのため、各横部材９１８を、装着者１０の左右の両側方の腰５の上部に配置することが確実となり、スリーブ９２７の他端部９２７ｂによる下向きの力を、左右両横部材９１８によって腰５で受けることが確実になり、その結果、肩７に作用する荷重の負担を軽減することが確実になる。腹ベルト３４は、装着者１０の腹４を外囲した状態を連結具３５（図２）によって解除でき、装着者１０に着脱可能であり、その長さを調整可能に構成される。

装着者１０の腕８には、腕保持具９２４が着脱可能に装着される。ワイヤ９２５の一端部９２５ａは、腕保持具９２４に連結される。ワイヤ９２５は、可撓性を有し、伸縮せず、たとえば、金属または合成樹脂製である。ワイヤ９２５は、図２、図３のように、腕保持具９２４と案内部材９２６との間で、伸縮する蛇腹状のカバーによって覆われてもよい。このカバーは、図２、図３以外では、図示が省略される。

肩ベルト９２１には、案内部材９２６が、装着者１０の肩７の頂部よりも前方（図１の右方）の胸９の位置で設けられる。案内部材９２６は、たとえば、短円筒状に形成され、ワイヤ９２５を長手方向に移動自在に案内する。

ワイヤ９２５が長手方向に移動自在に挿通されるスリーブ９２７は、装着者１０の肩７の上方を前後にわたって延びる。スリーブ９２７の一端部９２７ａは案内部材９２６に固定される。スリーブ９２７の他端部９２７ｂは支持具９０９に固定される。スリーブ９２７は、伸縮せず、すなわち、長手方向に張力または圧縮力が作用しても長さは変わらない特性を有する。スリーブ９２７は、たとえば、密なコイル状に巻回されて構成される金属製または筒状の合成樹脂製であってもよい。スリーブ９２７は、可撓性でなく、剛性でもよい。

ワイヤ駆動機構９０２は、支持具９０９に設けられる。回転駆動される巻胴９１０は、スリーブ９２７の他端部９２７ｂから外方（図１の下方）に延びるワイヤ９２５の他端部９２５ｂに連結され、ワイヤ９２５を駆動して腕保持具９２４と案内部材９２６との間のワイヤ９２５の長さを変化させて装着者１０をワイヤアシストする。

肩ベルト９２１には、肩７の頂部（たとえば、鎖骨または肩甲骨の直上）よりも前方（図１の右方）の胸９の位置に、案内部材９２６が設けられる。この案内部材９２６は、ワイヤ９２５を、その長手方向に移動自在に案内する。

ワイヤ駆動機構９０２は、装着者１０が手１６」で物体をつかんで持ち上げようとするとき、ワイヤ９２５に装着者１０を持ち上げて支援するための張力を発生して、たとえば、手１６でつかんだ物体を吊り上げてワイヤアシストする。ワイヤ駆動機構９０２は、支持具９０９に設けられ、スリーブ９２７内からのワイヤ９２５の他端部９２５ｂを引張り駆動する。

ワイヤ９２５はスリーブ９２７を挿通し、スリーブ９２７は、案内部材９２６と支持具９０９との間にわたって、肩７の上方を逆Ｕ字状に弯曲し、ワイヤ９２５とスリーブ９２７はいずれも伸縮しない。そのため、スリーブ９２７内で張力が作用しているワイヤ９２５は、スリーブ９２７の一端部９２７ａ、したがって、その一端部９２７ａに固定されている案内部材９２６に、装着者１０の胸９から離反する上方の力を発生させる。したがって、案内部材９２６が設けられる肩ベルト９２１を持ち上げてワイヤアシストする力が発生する。この作用によって、装着者１０の肩７に作用する荷重が軽減され、または零にされてワイヤアシストされる。

スリーブ９２７の他端部９２７ｂは、支持具９０９に、したがって、実施の一形態では、支持具９０９の背後部材９１７に取り付けられるワイヤ駆動機構９０２の筐体９２８に固定される。

物体を持ち上げるとき、支持具９０９に設けられるワイヤ駆動機構９０２がワイヤ９２５を引張り駆動して、弯曲したスリーブ９２７内のワイヤ９２５に張力を発生させる。ワイヤ９２５に張力が作用することによって、スリーブ９２７の他端部９２７ｂが固定される支持具９０９には下向きの力が働く。この下向きの力は、剛性の支持具９０９の横部材９１８から装着者１０の腰５に働く。こうして、ワイヤアシストされて物体を持ち上げるとき、その荷重は腰５で受けられ、肩７に作用する荷重を軽減できる。支持具９０９の横部材９１８は、本件装着型支援ロボット装置９０１による物体の荷重を受けて、装着者１０の腰５に、したがって、腰５から大腿１２を含む下肢に伝える作用を果たす。

持ち上げアシスト力、持ち下げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力は、支持具９０９の横部材９１８による骨盤上部、したがって、大腿１２を含む下肢に関連して作用するものであって、肩ベルト９２１を通して体幹１１である上体を引張り上げて作用するものではない。したがって、装着者１０は、体幹１１が背側に凹に弯曲してえびぞりにならず、たとえば、支持具９０９に取り付けられる肩ベルト９２１が脇下から上体を引き起こすようにワイヤアシストできる。これによって、ワイヤアシスト力がスムーズに体幹１１である上体に伝わるので、疲れにくい。

案内部材９２６は、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置で設けられる。ワイヤ９２５が張力を有して挿通するスリーブ９２７は、その一端部９２７ａが案内部材９２６に固定され、逆Ｕ字状に弯曲し、その他端部９２７ｂが支持具９０９に、したがって、肩７の頂部よりも後方で、固定される。ワイヤ９２５は、腕８の腕保持具９２４から上方に延び、案内部材９２６からスリーブ９２７の一端部９２７ａに入り、スリーブ９２７内を経て他端部９２７ｂから抜け出て、ワイヤ駆動機構９０２の巻胴９１０に巻取られる。ワイヤ９２５は、案内部材９２６から腕８までにわたって装着者１０の前下方に延びる。したがって、ワイヤ９２５は、案内部材９２６の腕８に向けて抜け出る位置で急激な角度で屈曲することがないので、ワイヤ９２５が損傷せず、切断が抑制されることになり、前述の特許文献１におけるよう問題が解決される。

この実施の形態では、スリーブ９２７は可撓性を有し、案内部材９２６の肩ベルト９２１に設けられる位置を、肩ベルト９２１に沿って調整可能に設定する位置調整具９３４を含む。案内部材９２６には、スリーブ９２７の一端部９２７ａによって装着者１０の前下方の力が働く。位置調整具９３４は、案内部材９２６の肩ベルト９２１における長手方向の位置を調整して設定し、案内部材９２６の不所望な前下方への変位を防ぐ。したがって、複数の各装着者１０の人体の大および小に応じて、案内部材９２６を、肩ベルト９２１の下方および上方にそれぞれ移動でき、また、スリーブ９２７は可撓性であるので、その人体の大小に拘らず、案内部材９２６を、装着者１０の肩７の頂部７ａよりも前方の胸９の位置に設定できる。そのため、装着者１０による物体の持ち上げ作業時などにおいて、張力が作用しているワイヤ９２５が挿通するスリーブ９２７は、案内部材９２６、したがって、肩ベルト９２１に、装着者１０の上方の力を作用することができ、これによって、肩７が受ける荷重を軽減できる。案内部材９２６の位置調整によって、人体の大小が異なる装着者１０の各人の肩７が受ける荷重を軽減して最小にできる最適な位置を見付けることができる。

図２は装着型支援ロボット装置９０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図３は装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す右側面図であり、図４は装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す背面図であり、図５は装着型支援ロボット装置９０１の背後から見た一部の拡大図である。図２～図５は、装着者１０が、体幹１１とともに左右の大腿１２を含む両下肢を揃えて直立した姿勢を示す。左右とは、前述のとおり、装着者１０における方向を言い、したがって、正面を示す図２における右、左である。装着型支援ロボット装置９０１は、それを装着した装着者１０の正中矢状面１３に関して左右にほぼ面対称に構成され、本件明細書、図面中、左右の構成要素の参照符は、左右を個別的に示すために数字に添え字Ｌ、Ｒをそれぞれ付し、総括的に構成を示すために、および冗長を避けるために、数字だけで示すことがある。

これらの図面を参照して、装着型支援ロボット装置９０１は、左右一対の剛性のＬ形の支持具９０９（後述の図６、図７などを参照）と、装着者１０の腰５で荷重を受ける外囲保持体９３０と、上体保持具ということができる左右の肩ベルト９２１と、装着者１０の左右の各大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０と、体幹下部から大腿１２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８０と、装着者１０の体幹下部の左右両側方に配置される一対の大腿駆動源６０によって各下アーム８０の上端部を駆動して左右の各大腿１２に支援力モーメントをそれぞれ与える大腿駆動機構９０３とを含む。

各肩ベルト９２１Ｌ、９２１Ｒには、その長手方向に帯体９３６（図５）がそれぞれ取り付けられる。帯体９３６は、連結体９４８によって横に連結される。これによって、装着者１０の作業中、肩ベルト９２１Ｌ、９２１Ｒが左右に離間することが防がれる。

図６は支持具９０９を斜め前方から見た分解斜視図であり、図７は支持具９０９を斜め後方から見た分解斜視図である。体幹装着具９０５の支持具９０９は、横に延びる横部材９１８と、装着者１０の背側で横部材９１８の後端部から上方に延びる背後部材９１７とを有する。外囲保持体９３０（図１）は、縫製品または扁平な可撓性シート状体から成り、袋状であり、またはリュックサック状であり、支持具９０９を外囲して内包する。支持具９０９と外囲保持体９３０とは、相対的な変位が阻止されて相互に固定されて構成される。上体保持具を構成する左右の肩ベルト９２１の一端部は、支持具９０９の上部にそれぞれ取り付けられ、肩ベルト９２１の他端部は、この実施の形態では腹ベルト３４に取り付けられる。肩ベルト９２１は、その長さを調整可能に構成されてもよい。肩ベルト９２１間を連結する解除自在の胸ベルトが備えられてもよい。

大腿保持具４０は、装着者１０の左右の各大腿１２に装着されて保持される。一対の下アーム８０は、体幹１１の下部から大腿１２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。各下アーム８０の下端部は、大腿保持具４０に左右方向の受動回転軸９６によってそれぞれ連結される。

大腿駆動機構９０３は、装着者１０の体幹１１に装着される支持具９０９の横部材９１８にそれぞれ取り付けられる。大腿駆動機構９０３の左右一対の一対の大腿駆動源６０は、左右方向の軸線６１（図２、図４）まわりに駆動トルクを発生して各下アーム８０の上端部を駆動する。各大腿駆動源６０の駆動トルクによって、横部材９１８と左右の各大腿１２との間に支援力モーメントがそれぞれ与えられる。

ヒップベルト９４６は、図３、図４、図７を参照して、装着者１０の殿部６の下部を弧状に弯曲して覆い、その両端部が、外囲保持体９３０の左右の各側部に取り付けられ、実施の他の形態では、支持具９０９の左右の各横部材９１８に、取り付けられる。これによって、ヒップベルト９４６は、装着者１０が物体を持ち上げるとき、支持具９０９が体幹１１の上方に変位してずり上がることを防ぎ、横部材９１８が腰５、すなわち骨盤の寛骨の上部から離間して頭寄りに上方に変位することを防ぎ、または変位を抑える。ヒップベルト９４６は、殿部の背側の膨らみの下部、すなわち大殿筋の下部に位置する。ヒップベルト９４６は、たとえば、可撓性の材料から成ってもよい。

肩ベルト９２１の長さは、装着者１０が装着型支援ロボット装置９０１を装着して直立した姿勢では、装着者１０の肩７の上部から肩ベルト９２１の下面までの間に、片手の指１～３本、たとえば、２本を上下に重ねた高さを有する隙間が存在するように定められてもよい。肩ベルト９２１の長さを調整可能な長さ調整具が備えられる構成では、前記隙間が得られるように、設定される。したがって、肩７に装着型支援ロボット装置９０１の支持具９０９などを含む、いわゆるパワーアシストスーツ本体の重さが作用せず、これらの荷重は腰５で支えられる。そのため、装着者１０に荷重の負担による疲労感を軽減して長時間にわたる作業、歩行などの継続を可能にすることが確実になる。

背後部材９１７には、軸流ファン９４９が設けられ、外気を装着者１０の背後に噴射し、または背後部材９１７から装着者１０側に取り入れる。２次電池である駆動電源９５４は、電力消費機器、たとえば、軸流ファン９４９ならびに筐体９２８に収容されるワイヤ駆動機構９０２および制御装置９５３（図１３）などに、さらにクラッチ１２０、大腿駆動源６０などに、電力を供給する。

図８は、肩ベルト９２１、案内部材９２６、スリーブ９２７、位置調整具９３４、ホルダ９４０などを拡大して示す断面図である。図９は、案内部材９２６、位置調整具９３４などを拡大して示す斜視図である。これらの図面を参照して、図１の本発明の基本的構成の説明といくらか重複して説明する。位置調整具９３４は、案内部材９２６の肩ベルト９２１に設けられる位置を、肩ベルト９２１に沿って調整可能に設定し、ワイヤアシスト動作中に不所望に前下方にずれることを防ぐ。したがって、案内部材９２６を、装着者１０の肩７の頂部よりも前方の胸９の位置に設定できる。そのため、張力が作用しているワイヤ９２５が挿通する可撓性スリーブ９２７は、案内部材９２６、したがって、肩ベルト９２１に、装着者１０の上方の力を作用することができる。これによって、肩７が受ける荷重を軽減できる。案内部材９２６の位置調整によって、肩７が受ける荷重を軽減して最小にできる最適な位置を見付けることができる。

位置調整具９３４は、案内帯９３５とホルダ９４０と長さ調整ベルト９４３とを有する。案内帯９３５は、肩ベルト９２１の上方に臨む外表面に沿って肩ベルト９２１の長手方向に延び、その両端部９３５ａ、９３５ｂが肩ベルト９２１にそれぞれ縫い付けられるなどして固定される。案内帯９３５は、細長く形成され、たとえば、可撓性を有し、布または合成樹脂などから成ってもよい。

ホルダ９４０は、移動片９４１と一対の保持片９４２とを含む。移動片９４１は、肩ベルト９２１と案内帯９３５との間に配置され、肩ベルト９２１の幅方向に延びるピン状である。各保持片９４２は、案内帯９３５の幅方向の両側にそれぞれ配置され、移動片９４１の両端部に固定される。保持片９４２の下方側の端部には、連結ピン９４５が固定される。連結ピン９４５には、短円筒状の案内部材９２６の上端部に一体的に形成されるブラケット９４７が、角変位自在にピン結合される。保持片９４２の上方側の端部には、もう１つの連結ピン９５０が固定される。連結ピン９４５、９５０は、案内帯９３５上方で、したがって、肩ベルト９２１の反対側に配置される。

中央の移動片９４１は、案内帯９３５の下で肩ベルト９２１との間に配置される。保持片９４２はＶ字状に形成され、その保持片９４２の長手方向両端側では連結ピン９４５、９５０が案内帯９３５の上方で肩ベルト９２１から図８、図９の上方に離反して固定される。これによって、案内帯９３５は、移動片９４１と連結ピン９４５、９５０との間に配置され、移動片９４１が肩ベルト９２１と案内帯９３５との間で、肩ベルト９２１の長手方向に沿う案内帯９３５の両端部９３５ａ、９３５ｂ間で円滑に移動できる。

長さ調整ベルト９４３は、その長さを調整可能に設定できる。長さ調整ベルト９４３の一端部９４３ａは、保持片９４２に案内部材９２６よりも肩７の頂部７ａ寄りで、連結ピン９５０に取り付けられる。長さ調整ベルト９４３の他端部９４３ｂは、支持具９０９の背後部材９１７の上部に取り付けられる。長さ調整ベルト９４３の長さを調整することによって、ホルダ９４０、したがって、案内部材９２６の肩ベルト９２１に沿う位置の調整を設定できる。

長さ調整ベルト９４３は、前記一端部９４３ａを有するベルト片９５１と、前記他端部９４３ｂを有するもう１つのベルト片９５２と、これらのベルト片９５１、９５２を連結してベルト片９５１の長さを変化して調整する長さ調整具９５５とを有する。長さ調整具９５５は、カバー体９５６と、そのカバー体９５６に長手方向に間隔をあけて固定される支持ピン９５８、９５９とを有する。一方のベルト片９５１は、支持ピン９５８に巻き掛けられて部分ベルト片９５１ａ、９５１ｂとして図８に示され、一方の部分ベルト片９５１ａは前述の長さ調整ベルト９４３の一端部９４３ａを構成し、他方の部分ベルト片９５１ｂは肩ベルト９２１上で肩７から前に垂れて装着者１０が手で掴んで引張り操作して、連結ピン９５０と支持ピン９５８との間の部分ベルト片９５１ａを短く調整することが容易である。カバー体９５６には、他方の部分ベルト片９５１ｂに摩擦接触して不所望な移動を阻止する突起９５７が形成される。他方のベルト片９５２は前述の長さ調整ベルト９４３の他端部９４３ｂを構成するとともに、支持ピン９５９に連結される。

連結片９４４（図８）は、スリーブ９２７と長さ調整ベルト９４３のベルト片９５２とを、それらの長手方向に相互に変位自在に連結する。この連結片９４４によって、装着者１０による物体の持ち上げ作業時などにおいて、張力が作用しているワイヤ９２５が挿通するスリーブ９２７は、案内部材９２６および肩ベルト９２１だけでなく、長さ調整ベルト９４３にも、装着者１０の上方の力を作用することができる。したがって、肩７が受ける荷重をさらに軽減できる。

実施の他の形態では、案内部材９２６は、スリーブ９２７の一端部９２７ａによって実現されてもよい。この構成では、その一端部９２７ａは連結ピン９４５によって保持片９４２にピン結合される。

スリーブ９２７と長さ調整ベルト９４３との左右の各組合せは、装着者１０の背後で、連結部材で相互に連結し、または連結部材を使わずに図４、図５のように交差して配置してもよい。これによって、左右の各長さ調整ベルト９４３が装着者１０の左右外方に大きくずれて移動することを防ぎ、円滑な持ち上げ作業ができる。

図１０はワイヤ駆動機構９０２の構成を模式的に示す水平断面図である。筐体９２８内で、一対の平行な平板状の支持部材９６１、９６２は、ステー９６３によって間隔をあけて保持され、もう１つのステー９６４によって筐体９２８に取り付けられる。ワイヤ駆動機構９０２は、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５毎に、巻胴９１０とクラッチ１２０との組合せをそれぞれ有する。単一のワイヤ駆動源９１１は、モータ６４と減速機６６とを有し、その出力軸６５の動力は、中央の歯車９１２とそれに噛合する左右の歯車９１３Ｌ、９１３Ｒから成る歯車列などの動力伝達手段９１４を経て各組合せに共通に与えられ、各巻胴９１０が駆動される。このように、単一のワイヤ駆動源９１１の出力軸６５の動力が、動力伝達手段９１４を介して、左右の各腕８毎のワイヤ９２５のためのクラッチ１２０を経て各巻胴９１０にそれぞれ与えられるので、左右の各ワイヤ９２５の引張る長さが異なる状態でも、単一のワイヤ駆動源９１１の駆動を続けることによって、そのワイヤ駆動源９１１で各ワイヤ９２５毎に希望する巻上げ状態になるまで巻取ることができる。

図１１は歯車９１３Ｌによって駆動される一方の巻胴９１０Ｌとクラッチ１２０Ｌとの組合せの具体的な構成を示す断面図である。他方の巻胴９１０Ｒについても同じように構成される。各巻胴９１０には、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５の他端部９２５ｂがそれぞれ連結され、各ワイヤ９２５が巻回される。巻胴９１０は、捩りばね構造体９１５を介して回転軸１２６に連結される。クラッチ１２０は、ワイヤ駆動源９１１の出力軸６５と巻胴９１０との間に介在される。回転軸１２６は、巻胴９１０の軸線と共通の一直線上にある軸線７５を有し、巻胴９１０を挿通し、クラッチ１２０のクラッチ部材１２８からの出力によって回転駆動される。出力軸６５の軸線および回転軸１２６の軸線７５は、装着者１０の前後方向に延び、支持部材９６１、９６２と垂直であり、ワイヤ駆動機構９０２の全体を偏平であって小形に構成できる。

一対のクラッチ部材１２５、１２８は、クラッチ１２０の軸線７５の方向に配置され、これらのクラッチ部材１２５、１２８は、本発明の実施の一形態では、摩擦板である。一方のクラッチ部材１２８が、フイールド１２４に設けられる電磁コイル１２３の励磁の電磁力によって、コイルばね１２９のばね力に抗して相互の近接方向（図１１の下方）に変位して他方のクラッチ部材１２５と摩擦接触して接続状態になる。電磁コイル１２３は、クラッチ部材１２５、１２８を相互の近接方向に、ばね力に抗して、電磁力によって変位して接続状態にする。電磁コイル１２３が励磁されずに消磁されると、クラッチ部材１２８はコイルばね１２９のばね力によって、クラッチ部材１２５との相互の離反方向（図１１の上方）に変位して空隙Δｄ１（たとえば、０．３ｍｍ）をあけて遮断状態になる。

クラッチ部材１２５、１２８の接続状態で持ち上げアシスト時、装着者１０がワイヤ９２５を予め定める張力値Ｔｓ１（たとえば、５ｋｇ）以上で引張り、それによって巻胴９１０に予め定めるトルク値Ｔｑ１（たとえば、１．８Ｎ・ｍ）以上のトルクが作用している状態において、電磁コイル１２３の電磁力に抗して、一対のクラッチ部材１２５、１２８間のばね１２９による離反方向に作用するばね力とともに、摩擦接触している一対のクラッチ部材１２５、１２８が前記軸線７５まわりのずれを生じて、いわば、滑りを生じる。したがって、装着者の安全が確保される。こうして、クラッチ部材１２５、１２８の電磁コイル１２３による接続状態において、ワイヤ９２５の張力によって巻胴９１０に予め定める値Ｔｑ１以上のトルクが作用したとき、一対のクラッチ部材１２５、１２８が前記軸線７５まわりのずれを生じて滑り、巻胴９１０からワイヤ９２５が巻戻され、またはその滑りの状態が保たれる。

ワイヤ駆動源９１１が回転駆動したままで、接続状態のクラッチ１２０が前述のように滑るので、ワイヤ９２５に予め定める張力値の張力の発生を維持して持ち上げアシストを継続できる。ワイヤ駆動源９１１は、前記予め定めるトルク値Ｔｑ１を超えるトルクで出力軸６５を駆動し、クラッチ１２０を介して巻胴９１０を回転して、ワイヤ９２５を巻取る。

ワイヤ９２５を前記予め定める張力値以上の張力で引張ると、クラッチ１２０が滑るので、装着者１０には左右合わせて前記予め定める張力値Ｔｓ１の２倍の持ち上げのワイヤアシストになる。

このように、左右の腕８に対応する各ワイヤ９２５毎に、巻胴９１０とクラッチ１２０との組合せをそれぞれ設けることによって、持ち上げのワイヤアシスト時、各ワイヤ９２５の引張り長さが異なる状態であっても、ワイヤ駆動源９１１が回転駆動したままで、各クラッチ１２０が個別的に滑り動作を行ない、各ワイヤ９２５を予め定める巻取り状態にそれぞれ巻取ることができる。

クラッチ部材１２８には、回転軸１２６が挿通し、クラッチ部材１２８と回転軸１２６とは平行キーによって一体的に回転する。回転軸１２６は、軸受１３１を介してフイールド１２４に回転自在に設けられる。フイールド１２４は支持部材９６１に固定される。回転軸１２６は、図１１のように軸受１３１のみによる軸線方向の片側支持でもよいが、両端支持でもよい。

一対のクラッチ部材１２５、１２８は、相互に対向する摩擦面がほぼ平板状であるので、クラッチ１２０の接続、遮断を円滑に行なうことができる、という効果がある。

クラッチ１２０の電磁コイル１２３を制御するために可撓性ケーブルを介して押しボタンスイッチが繋がれ、装着者１０の手元付近にある。可撓性ケーブルは、押しボタンスイッチに接続され、手で握ったまま、たとえ、両手で荷物を持った状態でも、押しボタンスイッチの押しボタンを簡単に押すことができる。電磁コイル１２３には、押しボタンスイッチ、可撓性ケーブルを介して、電源制御部１１４（後述の図１３）から励磁電力が供給される。押しボタンスイッチは、押しボタンの各回の押圧操作のたびに、ｏｎ／ｏｆｆのスイッチグ態様が交互に変化する自己保持機能を有する。

本発明の実施の他の形態では、クラッチ１２０の一方のクラッチ部材１２５は、噛み合い歯付きロータであり、他方のクラッチ部材１２８は、噛み合い歯付きアーマチュアであってもよい。クラッチ部材１２５、１２８の多数の各噛み合い歯は、回転軸１２６の軸線７５を含む仮想一平面に関して対称に構成される。噛み合い歯が外れることによって、回転軸１２６の軸線７５まわりのずれを生じることが可能である。

ワイヤ駆動機構９０２の捩りばね構造体９１５は、捩りばね９１６を有する。この捩りばね９１６は、巻胴９１０と回転軸１２６との前記共通の一直線上にある軸線７５を有する。

図１２は捩りばね９１６を示し、図１２（１）は捩りばね９１６を図１１の上方から見た平面図であり、図１２（２）は捩りばね９１６の側面図である。捩りばね９１６は、たとえば、この実施の形態ではばね用ステンレス鋼製板状のぜんまいばねである。捩りばね９１６の一端部９１６ａは、回転軸１２６、したがって、巻胴９１０に取り付けられる。捩りばね９１６の他端部９１６ｂは、捩りばね構造体９１５を格納する円筒形ケーシング（図示せず）に取り付けられ、このケーシングは、支持部材９６２、ステー９６４から筐体９２８、したがって、支持具９０９に取り付けられる。捩りばね９１６は、比較的長く、そのばね力はそれほど強くないので、ケーシングの内周面にぴったり張り付くことはなく、途中で弛むので、他の部品である巻胴９１０と接触するのを避けるために、ケーシングに収納している。

捩りばね９１６は、装着者１０のワイヤアシストのために巻胴９１０によるワイヤ９２５の巻取り方向９６６（図１２（１）の時計方向）への回転軸１２６の回転動力を巻胴９１０に伝達するとともに、捩りばね９１６によって巻胴９１０にワイヤ９２５の弛みを除去するための巻取り方向９６６の弾発的なトルクを付与する。捩りばね９１６をリリースする（伸ばす）方向は、ワイヤ９２５を巻取る時計まわりの方向９６６である。捩りばね９１６を捩る（ばねを巻取る）方向は、ワイヤ９２５を伸ばす方向であり、方向９６６とは反対の反時計まわりである。

設計の一例を述べる。物体を持ち上げアシストするために、回転軸１２６がワイヤ９２５を巻取る回数は、５～６回転程度である。そのため、ワイヤ９２５の巻取り長さは、巻胴９１０の径４８ｍｍφのとき７５４～９０４ｍｍ（＝４８×π×５～６）である。捩りばね９１６の巻取り長さは、軸径２５ｍｍφのとき３９３～４７１ｍｍ（＝２５×π×５～６）である。捩りばね９１６の全長２６００ｍｍに比べて、巻取り長さが短く、それほどきつく巻取らないので、ばね力に比例する力は小さくほとんど変らない前述の力５００ｇｆ～１ｋｇｆの張力Ｔｓ２で引張る。

捩りばね構造体９１５は、巻胴９１０にワイヤ９２５の弛みを除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与している。したがって、クラッチ１２０が接続状態で持ち上げのワイヤアシストからクラッチ１２０が遮断状態に切換ったとき、巻胴９１０は、捩りばね９１６によって付与されているワイヤ９２５の巻取り方向の弾発的なトルクによって、ワイヤ９２５の弛みを除去する。

クラッチ１２０が遮断状態で、装着者１０が腕保持具９２４を腕８から外したときも、捩りばね９１６によって、巻胴９１０はワイヤ９２５を巻取り、本件装着型支援ロボット装置９０１は装着者１０に装着される前の、たとえば、保管時の準備状態に戻る。したがって、本件装着型支援ロボット装置９０１を使用せず、保管しているとき、ワイヤ９２５が長く延びて巻胴９１０から巻き出されたままになる不都合が避けられる。捩りばね９１６によって巻胴９１０に付与される巻取り方向の弾発的なトルクＴｑ２（Ｔｑ２＜Ｔｑ１）は、ワイヤ９２５に、たとえば、前述の５００ｇ～１ｋｇの張力Ｔｓ２（Ｔｓ２＜Ｔｓ１）を発生させる。

装着者１０が物体を持ち上げて作業をする際、装着者１０が腕８を伸ばしてワイヤ９２５が巻胴９１０から巻出された最大長さＬ１から物体を持ち上げてワイヤアシストされた最小長さＬ２までの作業長さＬ３（＝Ｌ１―Ｌ２）分を巻取る巻胴９１０の総回転数Ｎ１以上にわたって、捩りばね構造体９１５の捩りばね９１６はワイヤ９２５の弛みを除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与する。

本発明の実施の他の形態では、各ワイヤ９２５Ｌ、９２５Ｒ毎に設けられる巻胴９１０Ｌ、９１０Ｒの巻取りのための回転方向を相互に逆となるように、動力伝達手段９１４を構成してもよい。たとえば、図１０の動力伝達手段９１４における中央の歯車９１２とそれに噛合する左右の歯車９１３Ｌ、９１３Ｒから成る歯車列において、たとえば、中央の歯車９１２と一方の歯車９１３Ｌとの間に１個の歯車を追加して介在し、これによって、一方の歯車９１３Ｌと他方の歯車９１３Ｒとを相互に逆回転方向に駆動する。これに応じて、捩りばね構造体９１５Ｌの構成も捩りばね力の方向が前述と逆に変更される。各歯車９１３Ｌ、９１３Ｒによって回転駆動される巻胴９１０Ｌ、９１０Ｒが、相互に逆回転方向にワイヤ９２５Ｌ、９２５Ｒをそれぞれ巻取る。したがって、巻胴９１０Ｌ、９１０Ｒがワイヤ９２５Ｌ、９２５Ｒをそれぞれ巻取っている動作中、巻胴９１０Ｌ、９１０Ｒがそれらの回転軸１２６Ｌ、１２６Ｒにそれぞれ作用する装着者１０の左右方向の力の向きが相互に逆であって、相殺する。したがって、回転軸１２６Ｌ、１２６Ｒが設けられる支持部材９６１、９６２、筐体９２８、支持具９０９に装着者１０の左方向または右方向の力が発生しない。したがって、ワイヤ９２５Ｌ、９２５Ｒをワイヤ９２５Ｌ、９２５Ｒに巻取って物体を持ち上げるワイヤアシスト動作中、体幹装着具９０５が装着者１０の身体から左方向または右方向に移動してずれることはない。

再び図１～図７を参照して、大腿駆動機構９０３は、装着者１０による持ち上げ作業での持ち上げ力のアシスト、持ち下げ作業時の持ち下げブレーキアシスト、中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシストのうちの少なくとも１つを行なう。さらに、大腿駆動機構９０３は歩行のアシストも行なうことができる。

大腿駆動源６０は、電動モータと減速機とを備え、大腿１２に支援力モーメントを与える。これによって、バックドライアブルな電動モータ駆動方式を実現できる。そのため、装着者１０側から大腿駆動源６０を動かすことができ、駆動電源９５４がなくなっても装着者１０はアシストスーツである装着型支援ロボット装置９０１を自分の力で動かすことができ、安全である。

図１３は、装着型支援ロボット装置９０１の電気的構成を示す電気回路図である。装着型支援ロボット装置９０１を動かすための制御装置９５３は、筐体９２８内に設けられ、駆動電源９５４の電力は電源制御部１１４によって制御されて、モータを含む大腿駆動源６０に与えられ、電力駆動される、電源制御部１１４は、マイクロコンピュータによって実現される。そのモータに内蔵された角度センサ６７と、装着者１０の腰５などに取り付けた加速度・角速度センサである検出手段１０３と、手袋１９０の内側または外側に取り付けたタッチスイッチセンサである物体センサ１９１との各出力を用いて、前述した持ち上げ力のアシスト、持ち下げ力のブレーキアシスト、中腰作業での中腰姿勢の保持のアシスト、および歩行のアシストのための制御演算を行なう。こうして、角度センサ６７は体幹１１と左右の各大腿１２との間の相対的な角度をそれぞれ検出する。

制御装置９５３では、いわゆるマイコンボードである配線基板が筐体９２８に固定され、この配線基板には、マイクロコンピュータによって実現される駆動制御のための処理回路１１９と、処理回路１１９に接続される検出手段１０３と、無線通信部１１１などとが搭載されて固定される。検出手段１０３は、装着者１０の体幹１１の腰の３次元の加速度、すなわち上下方向の加速度α１および前後方向の加速度α２、さらに左右方向の加速度α３をそれぞれ検出する。検出手段１０３は、加速度を検出するために、ばねで支持された可動体の移動距離を静電容量、ピエゾ効果などの電気信号の変化によって検出する構成を有してもよく、ジャイロも含む。検出手段１０３は、センサ素子の一方の電極である可動部と他方の電極である固定部との間の静電容量の変化を検出するセンサであってもよく、センサ素子の質量を有する可動部と固定部とをつなぐばね部に取り付けたピエゾ抵抗素子によって、ばね部の歪みの変化を検出するセンサなどであってもよい。検出手段１０３はまた、装着者１０の体幹１１における腰５の上下方向の軸線まわりの角速度ω１、前後方向の軸線まわりの角速度ω２、左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出する。

装着者１０の手１６に装着される手袋１９０（図６、図７を参照）の外面には、物体センサ１９１が設けられる。物体センサ１９１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質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。

無線通信部１１１は、無線による通信によって、手袋１９０の物体センサ１９１の検出出力を、電池１８７によって駆動される無線通信部１８６と通信可能に構成され、これらの手袋１９０の物体センサ１９１と処理回路１１９との情報の中継を行なっている。無線通信部１８６は、物体センサ１９１の状態、すなわち、物体センサ１９１によって検出された検出結果を、無線通信部１１１を介して処理回路１１９に送る。処理回路１１９は、有線による通信によって、各大腿駆動源６０のためのモータドライバユニット１１５と通信するように構成される。

左右の各モータドライバユニット１１５は、有線による通信によって、処理回路１１９と通信し、処理回路１１９からアシストに必要な出力トルク指令などの指令を受けるとともに、大腿駆動源６０の角度センサ６７からのその駆動軸の回転角度を表す位置情報などの情報を処理回路１１９へ送っている。検出手段１０３の出力は、処理回路１１９に与えられる。

処理回路１１９は、無線通信部１１１から与えられる物体センサ１９１、検出手段１０３などの情報と、各モータドライバユニット１１５の角度センサ６７から与えられる大腿駆動源６０の位置情報とに基づいて、アシストに必要な駆動トルクを計算し、各モータドライバユニット１１５へ出力トルク指令を送る。

図１４は、大腿駆動源６０の駆動軸によって出力される駆動トルクを説明するための図である。角度センサ６７は、角度θを検出する。角度センサ６７は、体幹１１と左右の各大腿１２との相対的な角度を検出する。角度センサ６７は、大腿駆動源６０の内部に設けられ、大腿駆動源６０の電動モータの出力軸に対応する駆動軸の軸線６１まわりの角度を検出する。角度センサ６７は、相対角度の計測用である。装着者１０が装着型支援ロボット装置９０１を装着して直立し、体幹１１と下肢である大腿１２を鉛直にした直立状態で、電源を入れることによって、角度センサ６７の原点位置、すなわち角度θが零に決められる。この直立した位置で角度θを零に設定し、それから大腿１２を鉛直にしたままで、体幹１１が前方に傾いた前かがみの姿勢になると、駆動軸の軸線６１まわりの鉛直の直上方向から前かがみの角度θを検出する。また体幹１１を鉛直にしたままで、歩行時に遊脚の大腿１２を振り上げると、駆動軸の軸線６１まわりの鉛直の直下方向に対する角度θを検出する。大腿駆動源６０の駆動トルクＴｒｑ、したがって支援力モーメントは、各支援動作に共通な予め定める値であってもよく、各支援動作毎に予め定める値であってもよい。

図１５は、処理回路１１９による姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。姿勢情報入力シーケンス処理は、装着者１０の姿勢に関するデータを取得する処理である。処理回路１１９はステップＣ１１に移り、検出手段１０３からの出力を受信して、読込む。

ステップＣ１２では、処理回路１１９は、モータエンコーダである各角度センサ６７の検出角度θ、および検出手段１０３の出力を読込む。処理回路１１９は、パワーアシスト用電動モータである大腿駆動源６０に含まれる角度センサ６７から、大腿駆動源６０の出力軸に対応する駆動軸の回転角度、つまり股関節角度を、各モータドライバユニット１１５を介して読込む。ステップＣ１３では、処理回路１１９は、股関節角速度、つまり大腿駆動源６０の駆動軸の回転角度の角速度ωを計算して、姿勢情報入力シーケンス処理を終了する。

図１６は、処理回路１１９によるアシスト制御処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１９は、図１６に示される大腿駆動のアシスト制御のステップの実行のために、ステップＤ１３、Ｄ１５に移る。図１６のとおり、処理回路１１９は、持ち上げ・持ち下げ・中腰の各動作を判断して、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。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。

ステップＤ１３では、処理回路１１９は、上体判断を行なう。処理回路１１９は、角度センサ６７の検出角度θおよび検出手段１０３の出力に応答して、上体動作を行なっているか否かを判断する。上体動作は、持ち上げ、持ち下げのために、上体を曲げ、次に上体を起こす動作である。ステップＤ１４では、処理回路１１９は、上体制御を行なう。処理回路１１９は、上体動作を行なっているとき、上体動作をアシストする持ち上げアシスト制御、持ち下げアシスト制御のためのアシストトルクを計算する。処理回路１１９は、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Ｄ１５では、処理回路１１９は、中腰判断を行なう。処理回路１１９は、角度センサ６７の検出角度θおよび検出手段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１１９は、中腰アシスト制御を行なう。処理回路１１９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１１９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Ｄ１３～Ｄ１６は、算出演算動作をするステップである。

ステップＤ１７では、処理回路１１９は、上体アシスト制御および中腰アシスト制御に関して、ステップＤ１３、Ｄ１５の各判断に従って重複することなく各アシスト制御出力を調整し、予め設定された優先順位に従って判定を行い、駆動ステップＤ１８で、処理回路１１９は、前記優先順位に従って、算出したアシストトルクを出力するように、各モータドライバユニット１１５を制御して、大腿駆動源６０のパワーアシスト用電動モータを駆動させて、アシスト制御シーケンス処理を終了する。

本実施形態の処理回路１１９では、上体アシスト制御である持ち上げアシスト制御、持ち下げアシスト制御の優先度が最も高く、中腰アシスト制御の優先度がそれに続くように予め設定されている。この優先順位は、特に農作業をアシストするために定められたものであり、上体アシスト制御および中腰アシスト制御の優先順位は、必要に応じて、適宜設定変更することができる。

このように、本実施形態では、上体アシスト制御および中腰アシスト制御に関して優先順位を予め設定しておくことによって、処理回路１１９において装着者１０の動作を推定して、上体アシスト制御および中腰アシスト制御が混ざらないように明確に切り分ける。

装着型支援ロボット装置は、物、人体などの物体の移動、取扱いなどのために使用される。たとえば農業の作業支援のために用いられ、農業用以外に工場用や物流用や建設用として、介護用として、身体機能を回復するために歩行リハビリテーション支援用として、使用することができる。さらに、降雪地帯では、雪かき作業に使用できる。災害時の緊急救助作業、およびがれきなどの災害ごみの搬出作業などにも使用できる。

９０２ ワイヤ駆動機構
９０３ 大腿駆動機構
９０５ 体幹装着具
９０９ 支持具
９１０ 巻胴
９１１ ワイヤ駆動源
９１４ 動力伝達手段
９１５ 捩りばね構造体
９１６ 捩りばね
９１７ 背後部材
９１８ 横部材
９２１ 肩ベルト
９２４ 腕保持具
９２５ ワイヤ
９２６ 案内部材
９２７ スリーブ
９３４ 位置調整具
９３５ 案内帯
９４０ ホルダ
９４１ 移動片
９４２ 保持片
９４３ 長さ調整ベルト
９４４ 連結片
９５３ 制御装置
４ 腹
５ 腰
７ 肩
８ 腕
９ 胸
１０ 装着者
１１ 体幹
１２ 大腿
１６ 手
３４ 腹ベルト
４０ 大腿保持具
６０ 大腿駆動源
６７ 角度センサ
８０ 下アーム
１０３ 検出手段
１２０ クラッチ
１２３ 電磁コイル
１２６ 回転軸
１２５、１２８ クラッチ部材
１２９ ばね
１９１ 物体センサ

Claims (12)

1. （ａ） 体幹装着具であって、
   （ａ１） 剛性の支持具であって、
   装着者の側方で前後に横に延びて、腰の上部に配置される横部材と、
   装着者の後方で横部材の後端部から上方に延びる背後部材とを有する支持具と、
   （ａ２） 支持具に取り付けられ、装着者の肩を覆う肩ベルトとを有する体幹装着具と、
   （ｂ） 装着者の腕に装着される腕保持具と、
   （ｃ） 腕保持具に連結される一端部を有し、可撓性を有し、伸縮しないワイヤと、
   （ｄ） 肩ベルトに、装着者の肩の頂部よりも前方の胸の位置で設けられ、ワイヤを長手方向に移動自在に案内する案内部材と、
   （ｅ） ワイヤが長手方向に移動自在に挿通されるスリーブであって、
   装着者の肩の上方を前後にわたって延び、
   スリーブの一端部は案内部材に固定され、
   スリーブの他端部は支持具に固定され、
   伸縮しないスリーブと、
   （ｆ） ワイヤ駆動機構であって、
   支持具に設けられ、
   スリーブの他端部から外方に延びるワイヤの他端部に連結され、ワイヤを駆動して腕保持具と案内部材との間のワイヤの長さを変化させて装着者をワイヤアシストするワイヤ駆動機構とを含み、
   （ｇ） スリーブ内で張力が作用しているワイヤは、スリーブの一端部に固定されている案内部材に、装着者の胸から離反する上方の力を発生させることを特徴とする装着型支援ロボット装置。
2. スリーブは可撓性を有し、
   案内部材の肩ベルトに設けられる位置を、肩ベルトに沿って調整可能に設定する位置調整具を含むことを特徴とする請求項１に記載の装着型支援ロボット装置。
3. （ａ） 体幹装着具であって、
   （ａ１） 剛性の支持具であって、
   装着者の側方で前後に横に延びて、腰の上部に配置される横部材と、
   装着者の後方で横部材の後端部から上方に延びる背後部材とを有する支持具と、
   （ａ２） 支持具に取り付けられ、装着者の肩を覆う肩ベルトとを有する体幹装着具と、
   （ｂ） 装着者の腕に装着される腕保持具と、
   （ｃ） 腕保持具に連結される一端部を有し、可撓性を有し、伸縮しないワイヤと、
   （ｄ） 肩ベルトに、装着者の肩の頂部よりも前方の胸の位置で設けられ、ワイヤを長手方向に移動自在に案内する案内部材と、
   （ｅ） ワイヤが長手方向に移動自在に挿通されるスリーブであって、
   装着者の肩の上方を前後にわたって延び、
   スリーブの一端部は案内部材に固定され、
   スリーブの他端部は支持具に固定され、
   伸縮しないスリーブと、
   （ｆ） ワイヤ駆動機構であって、
   支持具に設けられ、
   スリーブの他端部から外方に延びるワイヤの他端部に連結され、ワイヤを駆動して腕保持具と案内部材との間のワイヤの長さを変化させて装着者をワイヤアシストするワイヤ駆動機構とを含み、
   （ｇ） スリーブ内で張力が作用しているワイヤは、スリーブの一端部に固定されている案内部材に、装着者の胸から離反する上方の力を発生させ、
   （ｈ） スリーブは可撓性を有し、
   （ｉ） 案内部材の肩ベルトに設けられる位置を、肩ベルトに沿って調整可能に設定する位置調整具を含み、
   この位置調整具は、
   （ｉ１） 肩ベルトの表面に沿って肩ベルトの長手方向に延び、両端部が肩ベルトに固定される案内帯と、
   （ｉ２） ホルダであって、
   （ｉ２－１） 肩ベルトと案内帯との間に配置され、肩ベルトの幅方向に延びる移動片と、
   （ｉ２ー２） 移動片に固定され、案内部材が取り付けられる保持片とを有するホルダと、
   （ｉ３） 長さ調整ベルトであって、
   その一端部は、保持片に案内部材よりも肩の頂部寄りで取り付けられ、
   その他端部は、支持具に取り付けられ、
   その長さを調整可能に設定できる長さ調整ベルトとを有することを特徴とする装着型支援ロボット装置。
4. 支持具の横部材は、装着者の左右両側方に設けられ、
   各横部材の前端部に、腹を外囲する腹ベルトが設けられることを特徴とする請求項１または３に記載の装着型支援ロボット装置。
5. スリーブと長さ調整ベルトとを、それらの長手方向に相互に変位自在に連結する連結片を有することを特徴とする請求項３に記載の装着型支援ロボット装置。
6. ワイヤ駆動機構は、
   （ｍ） 左右の腕に対応する各ワイヤの他端部にそれぞれ連結され、各ワイヤが巻回される巻胴と、
   （ｎ） 背後部材に取り付けられ、巻胴を駆動するワイヤ駆動源と、
   （ｐ） ワイヤ駆動源の出力軸と巻胴との間に介在されるクラッチであって、クラッチは、
   （ｐ１） クラッチの軸線の方向に配置される一対のクラッチ部材であって、それらの少なくとも一方が、相互の近接方向に変位して接続状態になり、相互の離反方向に変位して遮断状態になるクラッチ部材と、
   （ｐ２） クラッチ部材に遮断状態にする相互の離反方向にばね力を与えるばねと、
   （ｐ３） クラッチ部材を相互の近接方向に、ばね力に抗して、電磁力によって変位して接続状態にする電磁コイルとを有し、
   （ｐ４） クラッチ部材の電磁コイルによる接続状態で、ワイヤの張力によって巻胴に予め定める値Ｔｑ１以上のトルクが作用したとき、一対のクラッチ部材が前記軸線まわりのずれを生じるクラッチとを含むことを特徴とする請求項４に記載の装着型支援ロボット装置。
7. ワイヤ駆動機構は、
   （ｑ） 巻胴の軸線と共通の一直線上にある軸線を有し、巻胴を挿通し、クラッチの出力によって回転駆動される回転軸と、
   （ｒ） 捩りばね構造体であって、捩りばねを有し、この捩りばねは、巻胴と回転軸との前記共通の一直線上にある軸線を有し、捩りばねの一端部は巻胴に取り付けられ、捩りばねの他端部は支持具に取り付けられ、装着者のワイヤアシストのために巻胴によるワイヤの巻取り方向への回転軸の回転動力を巻胴に伝達するとともに、捩りばねによって巻胴にワイヤの弛みを除去するための巻取り方向の弾発的なトルクを付与する捩りばね構造体とを含む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。
8. ワイヤ駆動機構は、
   巻胴が各ワイヤ毎に設けられ、
   各巻胴毎にクラッチがそれぞれ連結され、
   単一のワイヤ駆動源の出力軸の動力を各クラッチにそれぞれ伝達する動力伝達手段が設けられて構成され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。
9. （ｊ） 装着者の左右の各大腿に装着されて保持される大腿保持具と、
   （ｋ） 体幹の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、各下アームの下端部は、大腿保持具にそれぞれ連結される下アームと、
   （Ｌ） 大腿駆動機構であって、
   装着者の左右両側方の各横部材にそれぞれ取り付けられ、左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生して各下アームの上端部を駆動する一対の大腿駆動源を有し、
   各大腿駆動源の駆動トルクによって、横部材と左右の各大腿との間に体幹が起き上がる支援力モーメントをそれぞれ与える大腿駆動機構とを含むことを特徴とする請求項４に記載の装着型支援ロボット装置。
10. 大腿駆動機構は、装着者による持ち上げ作業での持ち上げ力のアシスト、持ち下げ作業時の持ち下げブレーキアシスト、中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシストのうちの少なくとも１つを行なうことを特徴とする請求項９に記載の装着型支援ロボット装置。
11. 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、
    装着者の体幹に装着され、体幹の加速度、角速度または角度を検出する検出手段と、
    角度センサおよび検出手段からの出力に応答し、検出された体幹と左右の各大腿との相対的な角度、および検出された体幹の加速度、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、左右の大腿駆動源によって、体幹と各大腿との相対的な角度が増大し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大腿駆動源を制御する制御装置とを含むことを特徴とする請求項１０に記載の装着型支援ロボット装置。
12. 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をさらに含み、
    制御装置は、左右の角度センサと物体センサとからの出力に応答し、物体が検出されているとき、左右の大腿駆動源によって、体幹と各大腿との相対的な角度が増大して持ち上げる方向に、持ち上げ力モーメントを与えることを特徴とする請求項１１に記載の装着型支援ロボット装置。

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