JP7401897B2 - Wearable support robot device - Google Patents
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- Manipulator (AREA)
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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」、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。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a wearable support robot device, also called a power assist suit, a power assist robot device, etc., that assists a wearer in performing physical work.
In this specification, the terms "left-right direction,""front-backdirection," and "up-down direction," as well as "front,""side,""plane," and "back" are used to refer to the upper body of the supported wearer. This refers to the direction in which you stand in an upright position with your torso and both lower limbs aligned.
Hatching and diagonal lines in drawings may be drawn even in non-sectional sections to clearly show the structure.
装着型支援ロボット装置は、たとえば、農業、工場、物流、建設、介護、降雪地帯の雪かき作業、災害時の緊急救助作業、災害ごみの搬出作業などの分野で、持ち上げ、持ち下げ、中腰のなどの作業、歩行の支援のために使用される。従来の装着型支援ロボット装置は、体幹下部の左右に電動モータをそれぞれ備え、さらに左右の下肢の膝関節付近にも電動モータをそれぞれ備えて、支援力モーメントを発生する（特許文献１、２）。この従来技術では、装着者の肩ベルトによって、全ての荷重が肩に作用する。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。 Wearable support robot devices are used in fields such as agriculture, factories, logistics, construction, nursing care, snow shoveling in snowy areas, emergency relief work during disasters, and transporting disaster waste, etc. Used for work and walking assistance. Conventional wearable support robot devices are equipped with electric motors on the left and right sides of the lower trunk, and are also equipped with electric motors near the knee joints of the left and right lower limbs to generate a support force moment (Patent Documents 1 and 2). ). In this prior art, all the load is applied to the shoulders by the wearer's shoulder belt. As a result, the wearer becomes easily fatigued and has difficulty continuing to work or walk for long periods of time.
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装着型支援ロボット装置を提供することである。 SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a wearable support robot device that reduces the wearer's feeling of fatigue due to the burden of the load and allows the wearer to continue working, walking, etc. for a long time.
構成要素の参照符は、（ｉ）図１～８、（ｉｉ）図９～５９、および（ｉｉｉ）図６０～７８にそれぞれ示される実施の各形態毎に統一して使用され、同一の参照符であっても、前記実施の各形態（ｉ）、（ｉｉ）、（ｉｉｉ）毎に異なる構成要素を示すことがある。対応する段落などの記載個所を、丸括弧（ ）内に記載することがある。
本発明は、主に図１～８の実施の形態を参照して、
（ａ）左右一対の剛性のＬ形の支持具９０９であって、各支持具９０９は、
装着者１０の腰５の左右上部で前後に横に延びる横部材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縦部材９１９とを有する支持具９０９と、
（ｂ）装着者１０の腰５である骨盤の寛骨の上部で環状に外囲して荷重を受ける可撓性のある扁平な（段落[０００８～０００９、００３０]）シート状体から成る外囲保持体９３０であって、
各支持具９０９の横部材９１８および縦部材９１９を覆い、
左右一対の支持具９０９が有する縦部材９１９間を連結する連結部材９５７を有し、
左右一対の支持具９０９が有する横部材９１８の前端部を連続するように、その長さを調整可能に（段落[００２７]、図１、図６、図７）つなぎ、
装着者１０の腰を外囲した状態を解除でき、装着者１０に着脱可能である外囲保持体９３０と、
（ｃ）左右の肩をそれぞれ覆う肩ベルト９２１を有し、各肩ベルト９２１の両端部が、各縦部材９１９に相互に変位しないように一体的に取付けられ、
肩ベルト９２１の長さを、装着者１０が装着状態で直立した姿勢では、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、隙間が存在するように調整可能な長さ調整具が備えられる（段落[００１８、００３１]）上体保持具９２０と、
（ｄ）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、
（ｅ）体幹１１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、
（ｆ）アシスト駆動機構９０３であって、
装着者１０の体幹１１下部の左右両側方の各支持具９０９の横部材９１８の外側部（図６、図７の斜め左右外方）にそれぞれ取付けられ、左右方向の軸線６１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駆動源６０を有し、
各駆動源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をそれぞれ与えるアシスト駆動機構９０３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。
Component references are used uniformly for each of the embodiments shown in (i) FIGS. 1-8, (ii) FIGS. 9-59, and (iii) FIGS. 60-78, respectively, and the same references are used. Even symbols may indicate different constituent elements for each of the embodiments (i), (ii), and (iii). Corresponding paragraphs, etc., may be indicated in parentheses ( ).
The present invention mainly refers to the embodiments of FIGS.
(a) A pair of left and right rigid L-shaped supports 909, each support 909 having:
A support 909 having a horizontal member 918 that extends horizontally in the front and rear directions at the left and right upper portions of the waist 5 of the wearer 10 , and a vertical member 919 that extends upward from the rear end of the horizontal member 918 on the back side of the wearer 10;
(b) A flexible, flat (paragraph [0008-0009, 0030]) sheet-like body that surrounds the hip bone of the pelvis, which is the waist 5 of the wearer 10, in an annular shape and receives the load. An enclosure holder 930,
Covering the horizontal member 918 and the vertical member 919 of each support 909,
It has a connecting member 957 that connects the vertical members 919 of the pair of left and right supports 909,
The front ends of the horizontal members 918 of the pair of left and right supports 909 are connected so that the length thereof can be adjusted so as to be continuous (paragraph [0027], FIGS. 1, 6, and 7),
An enclosure holder 930 that can release the state surrounding the waist of the wearer 10 and is detachable from the wearer 10 ;
(c) It has shoulder belts 921 that cover the left and right shoulders , and both ends of each shoulder belt 921 are integrally attached to each vertical member 919 so as not to be mutually displaced;
The length of the shoulder belt 921 is adjustable so that when the wearer 10 is in an upright posture while wearing the belt, there is a gap between the upper part of the shoulder 7 of the wearer 10 and the lower surface of the shoulder belt 921. An upper body holder 920 provided with an adjustment tool (paragraphs [0018, 0031]) ;
(d) a thigh holder 40 that is attached to and held on each of the left and right thighs 12 of the wearer 10;
(e) A pair of lower arms 80 extending vertically from the lower part of the trunk 11 to the thigh 12 on both left and right sides, and the lower end of each lower arm 80 is connected to the thigh holder 40, respectively. a lower arm 80;
(f) An assist drive mechanism 903,
Each of the supports 909 on the left and right sides of the lower torso 11 of the wearer 10 is attached to the outer side of the horizontal member 918 (diagonally left and right outward in FIGS. 6 and 7) , and the drive torque is applied around the axis 61 in the left and right direction. It has a pair of drive sources 60 that generate a power and drive the upper end of each lower arm 80,
The wearable support robot device is characterized in that it includes an assist drive mechanism 903 that applies a support force moment between the horizontal member 918 and each of the left and right thighs 12 using the drive torque of each drive source 60.
本発明によれば、装着型支援ロボット装置は、たとえば一例では、リュックサックのような扁平な袋の形状をした外囲保持体９３０の中に、左右一対の剛性のＬ形の支持具９０９である芯材が入っており、この支持具は、ジュラルミン、ガラス繊維強化プラスチック、炭素繊維強化プラスチックなど軽量で強度のある材質で作られている。外囲保持体は、腰を外囲し、または、支持具とともに腰を外囲し、本件装着型支援ロボット装置の荷重を受けて、装着者の腰に、したがって、腰から下肢に伝える作用を果たす。外囲保持体は、その荷重を装着者の肩を含む体幹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を通して、確実に遅れずに装着者に伝わる。横部材９１８は装着者の腰の左右に位置し、横部材９１８の後端部は装着者の背後に屈曲して延び、縦部材９１９は、横部材９１８の後端部から装着者の背後で立ち上がる。 According to the present invention, the wearable support robot device includes, for example, a pair of left and right rigid L-shaped supports 909 in an outer enclosure holder 930 in the shape of a flat bag like a rucksack. It contains a core material, and this support is made of lightweight and strong materials such as duralumin, glass fiber reinforced plastic, and carbon fiber reinforced plastic. The surrounding holder surrounds the waist or surrounds the waist together with the support, and has the effect of receiving the load of the present wearable support robot device and transmitting it to the wearer's waist and from the waist to the lower limbs. Fulfill. The outer holder prevents the wearer's upper trunk, including the shoulders, from receiving the load. As a result, assisting forces for lifting, lowering, crouching, and walking support are reliably transmitted to the wearer without delay through the support. The horizontal member 918 is located on the left and right sides of the wearer's waist, the rear end of the horizontal member 918 bends and extends behind the wearer, and the vertical member 919 extends from the rear end of the horizontal member 918 behind the wearer. stand up.
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、支持具の横部材による骨盤上部、したがって、大腿を含む下肢に関連して作用するものであって、肩ベルトを通して体幹である上体を引っ張り上げて作用するものではない。したがって、装着者は、体幹が背側に凹に弯曲してえびぞりにならず、縦部材に取付けられる肩ベルトが脇下から上体を引き起こすようにアシストする。これによって、アシスト力がスムーズに体幹である上体に伝わるので、疲れにくい。 In the present invention, the lifting assist force, the lifting assist force, and the mid-hip posture maintaining assist force act in relation to the upper pelvis by the horizontal member of the support, and therefore the lower limbs including the thighs, and are applied to the body through the shoulder belt. It does not work by pulling up the trunk, which is the upper body. Therefore, the wearer's trunk does not curve concavely to the back and become erect, and the shoulder belt attached to the vertical member assists the wearer to raise the upper body from the armpits. This allows the assist force to be smoothly transmitted to the upper body, which is the core, so it is less tiring.
外囲保持体は、支持具が取付けられて腰である骨盤の寛骨の上部を環状に外囲する腰ベルトということもできる構成であってもよい。この腰ベルトには、支持具の横部材が取付けられ、または内包されて覆われて取付けられる。支持具と外囲保持体とは、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。上体保持具の左右の肩ベルトの両端部は、各縦部材に直接にそれぞれ取付けられてもよいが、支持具が固定されて支持具と相対的に変位しない外囲保持体に固定されてもよく、または各肩ベルトの一端部が、そのような外囲保持体に固定され、他端部が縦部材に固定されてもよく、肩ベルトが各縦部材にそれぞれ取付けられる構成とは、これらの前述の構成を含む概念である。本発明では、上体保持具の左右の肩を覆う肩ベルトの両端部が、各縦部材に相互に変位しないように一体的に取付けられることが重要である。 The outer enclosure holder may be configured to be a waist belt that has a support attached thereto and that encircles the upper part of the hip bone of the pelvis, which is the lower back, in an annular shape. A transverse member of the support is attached to the waist belt or is enclosed and attached to the waist belt. The support and the enclosure holder are configured to be fixed to each other and prevented from relative displacement. Both ends of the left and right shoulder belts of the upper body support may be directly attached to each vertical member, but the ends of the left and right shoulder belts of the upper body support may be attached directly to each vertical member, but it is preferable that the ends of the left and right shoulder belts of the upper body support are fixed to an outer support that does not displace relative to the support. Alternatively, one end of each shoulder belt may be fixed to such an envelope holder and the other end may be fixed to a longitudinal member, and the shoulder belt is attached to each longitudinal member, respectively. This is a concept that includes these above-mentioned configurations. In the present invention, it is important that both ends of the shoulder belt covering the left and right shoulders of the upper body holder are integrally attached to each vertical member so as not to be mutually displaced.
本発明の考え方によれば、外囲保持体は、左右一対の支持具が有する横部材の前後の各端部と可撓性のあるベルトまたは扁平なシート状の連結部材９５７とを連続するようにつないで腰の上部を環状に外囲するように構成してもよい。外囲保持体は、装着者の腰を外囲した状態を解除でき、装着者に着脱可能である。 According to the idea of the present invention, the outer enclosure holder connects the front and rear ends of the horizontal members of the pair of left and right supports and the flexible belt or flat sheet-like connecting member 957. It may also be configured so that it is connected to the waist to encircle the upper part of the waist. The surrounding holder can release the state in which it surrounds the wearer's waist, and can be attached to and removed from the wearer.
本件パワーアシストスーツの背面中央部や腰まわりに大きなフレームがないので、装着者は、建築現場などで身体に装着したフルハーネス型安全帯などの上から、本発明のパワーアシストスーツを装着できる。フルハーネス型安全帯は、たとえば、肩、胸、大腿、胴などの複数のベルトで構成され、これによって、高所で宙吊りになっても、装着者が安全帯から抜け出すことがなく、胸、腹が過大に圧迫されず、逆さ姿勢にならず、安全を確保する。またパワーアシストスーツの腰回りに空間があるので、手作業用の道具を収納する道具ベルトを、パワーアシストスーツの上から取り付けることもできる。 Since the present power assist suit does not have a large frame at the center of the back or around the waist, the wearer can wear the power assist suit of the present invention over a full harness type safety belt worn on the body at a construction site or the like. A full-harness safety belt consists of multiple belts, for example, on the shoulders, chest, thighs, and torso, so that even when suspended in the air at a high place, the wearer does not slip out of the safety belt, and the belts on the chest, thighs, Ensure safety by not putting too much pressure on your abdomen or turning upside down. Additionally, since there is space around the waist of the power assist suit, a tool belt for storing manual tools can be attached over the power assist suit.
本発明は、主に図１～８の実施の形態を参照して、
装着者１０の殿部６の下部を覆い、両端部が、外囲保持体９３０の左右の各側部に、または支持具９０９の左右の各横部材９１８に、取付けられ、これによって、外囲保持体９３０が体幹１１の上方に変位することを防ぐヒップベルト９４６をさらに含むことを特徴とする。
The present invention mainly refers to the embodiments of FIGS.
It covers the lower part of the buttocks 6 of the wearer 10, and both ends thereof are attached to the left and right sides of the outer enclosure holder 930 or to the left and right lateral members 918 of the support 909, whereby the outer enclosure It is characterized in that it further includes a hip belt 946 that prevents the holding body 930 from being displaced above the trunk 11.
本発明によれば、ヒップベルトの両端部は、外囲保持体の左右の各側部に、または駆動源である電動モータにつながる、いわば腰フレームを構成する支持具の左右の各横部材に、取付けられる。ヒップベルトは、装着者の腰よりも下方の殿部の下部を弧状に弯曲して覆うように配置される。ヒップベルトは、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し、ヒップベルトは、たとえば、可撓性の材料から成り、したがって、ねじれることができるので、外囲保持体の左右の各側部に、または支持具の左右の各横部材の各側部に、リジッドな固定結合でもよいが、または実施の他の形態では、角変位可能なピン結合でもよい。ヒップベルトの両端部は、横部材が固定されて横部材と相対的に変位しない外囲保持体に固定されてもよいが、左右の各横部材に直接にそれぞれ取付けられてもよい。ヒップベルトは、弧状に弯曲した剛性の材料から成ってもよい。 According to the present invention, both ends of the hip belt are attached to the left and right sides of the outer enclosure holder, or to the left and right lateral members of the support that constitutes the waist frame, which is connected to the electric motor that is the drive source. , mounted. The hip belt is arranged so as to curve in an arc and cover the lower part of the buttocks below the waist of the wearer. The hipbelt is located below the dorsal bulge of the buttocks, i.e. below the gluteus maximus, and the hipbelt, for example, is made of a flexible material and can therefore be twisted, so that it On each left and right side, or on each side of each left and right transverse member of the support, there may be a rigid fixed connection, or in other embodiments there may be an angularly displaceable pin connection. Both ends of the hip belt may be fixed to an outer holder to which the transverse member is fixed and do not move relative to the transverse member, or may be directly attached to each of the left and right transverse members. The hip belt may be made of a rigid material that is curved in an arc.
ヒップベルトは、装着者が荷物を持ち上げるとき、パワーアシストスーツ、特に、骨盤よりも上方にある腰ベルトということもできる外囲保持体がずり上がるのを防ぐ。持ち上げだけでなく、持ち下げ、中腰のなどの作業において、装着者が腰を曲げて背がたとえばほぼ水平な横になった脊柱に沿って、すなわち、身体のほぼ水平な横になった体幹の長手方向に沿って、上方に凸の弧状になり、したがって、装着者の肩、すなわち肩峰または鎖骨の上方の部分に、上体保持具の肩ベルトの下面が当接することになったとしても、たとえ、外囲保持体が上方に、すなわち、装着者の頭寄りに、引っ張られる力が作用しても、ヒップベルトは、外囲保持体が腰、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。こうして、たとえば、装着者が荷物を持ち上げるとき、ヒップベルトは、持ち上げ時の大腿の屈曲に応じて腰ベルトのような外囲保持体を骨盤上に押し付けて、荷重を骨盤で受けさせる。ヒップベルトは、腰ベルトとともに備えられ、尻を引き起こすようにスムーズにアシスト力を上体に伝えるので、なめらかにアシストできる。 The hip belt prevents the power assist suit, particularly the outer support, which may also be referred to as a hip belt, above the pelvis, from riding up when the wearer lifts a load. In tasks such as lifting as well as lowering, mid-waisting, etc., the wearer bends at the waist and the back follows, for example, an almost horizontal lying spinal column, i.e., the almost horizontal lying trunk of the body. It forms an upwardly convex arc along the longitudinal direction, so that the lower surface of the shoulder belt of the upper body holder comes into contact with the shoulder of the wearer, that is, the part above the acromion or clavicle. Even if a force is applied to the outer support body upward, that is, closer to the wearer's head, the hipbelt will prevent the outer support body from separating from the lower back, that is, the upper part of the hipbone of the pelvis. to prevent or suppress displacement upward toward the head. Thus, for example, when the wearer lifts a load, the hip belt presses the outer support body, such as the waist belt, onto the pelvis in response to the bending of the thighs during lifting, causing the load to be received by the pelvis. The hip belt is provided along with the waist belt, and it smoothly transmits the assist force to the upper body by pulling up the buttocks, so it can provide smooth assistance.
主に図１～８の実施の形態を参照して、
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る。
Mainly with reference to the embodiments of FIGS. 1 to 8,
The length of the shoulder belt 921 is such that when the wearer 10 wears the wearable support robot device 901 and stands upright, the length of the shoulder belt 921 is such that when the wearer 10 wears the wearable support robot device 901 and stands upright, the length extends from the upper part of the shoulder 7 of the wearer 10 to the lower surface of the shoulder belt 921. It is determined that there is a gap with the height of ~3 stacked one on top of the other.
装着者が装着型支援ロボット装置を装着して直立した姿勢では、肩ベルトと肩の間、すなわち、肩の上部から肩ベルトの下面までの間に、片手の指１～３本を上下に重ねた高さを有する隙間、たとえば、指２本程度入るように隙間がある。したがって、肩に装着型支援ロボット装置の支持具、外囲保持体などを含む、いわゆるパワーアシストスーツ本体の質量が作用せず、これらの荷重は腰で支えられる。そのため、装着者は、重く感じることはなく、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ことが確実になる。 When the wearer is wearing the wearable assistive robot device and is in an upright posture, one to three fingers of one hand should be moved up and down between the shoulder belt and the shoulder, that is, from the top of the shoulder to the bottom of the shoulder belt. There is a gap that has an overlapped height, for example, a gap that can fit about two fingers. Therefore, the mass of the so-called power assist suit main body, including the support of the wearable support robot device, the outer enclosure holder, etc., does not act on the shoulders, and these loads are supported by the waist. Therefore, the wearer does not feel heavy, and it is ensured that the wearer can continue working, walking, etc. for a long time by reducing fatigue caused by the burden of the load.
本発明は、主に図１～８の実施の形態を参照して、
シート状体から成る外囲保持体９３０は、支持具９０９よりも装着者１０側に配置される弾発性を有するクッション材、ならびに支持具９０９およびクッション材を覆うメッシュ状カバーを含むことを特徴とする。
The present invention mainly refers to the embodiments of FIGS.
The outer holder 930 made of a sheet-like body includes an elastic cushioning material disposed closer to the wearer 10 than the supporter 909, and a mesh-like cover that covers the supporter 909 and the cushioning material . Features.
本発明によれば、外囲保持体９３０は、剛性の骨組みである支持具９０９の外方を、クッション材によって、少なくとも装着者に臨む内側の表面が柔らかくなるように包み、いわゆる内骨格型の構成を実現する。外囲保持体は、クッション材によって、装着者とは反対側の外側の表面も柔らかくなるように包んでもよいが、外側にはクッション材を設けずに外側の表面は柔らかくなくてもよい。外囲保持体９３０は、たとえば、リュックサックのように構成され、少なくとも装着者に臨む内側では、その表面は柔らかくてメッシュ状の縫製品とすることができ、装着者の背には広い面積で接しているので、長時間装着しても、肌触りが良く、蒸れなくて、疲れにくい。連結部材９５７は、リュックサックのような外囲保持体９３０の一部分によって実現されてもよい。 According to the present invention, the outer enclosure holder 930 wraps the outer side of the support 909, which is a rigid framework, with a cushioning material so that at least the inner surface facing the wearer is soft, and the outer enclosure holder 930 is of a so-called endoskeletal type. Realize the configuration of The outer enclosure holder may be wrapped with a cushioning material so that the outer surface on the side opposite to the wearer is also soft, but the outer surface does not need to be provided with a cushioning material so that the outer surface is not soft. The outer holder 930 is configured, for example, like a rucksack, and at least on the inside facing the wearer, its surface can be made of a soft mesh-like sewn product, and a large area is placed on the back of the wearer. Because they are in contact with each other, even if you wear them for long periods of time, they feel nice to the touch, do not get stuffy, and are less tiring. The connecting member 957 may be realized by a portion of the enclosure 930, such as a backpack.
外囲保持体９３０は、その外面が、たとえば全体が柔らかくてメッシュ状の縫製品でできている。装着者に接する表面がメッシュ素材でできており、たとえば、洗濯が可能な背面パッド、腰パッド、腿パッドなどのクッション材を取付けることもできる。装着者の身体のサイズによって、たとえば、大中小（Ｌ・Ｍ・Ｓ）の各サイズがあり、体重がたとえば、約４５ｋｇ～９５ｋｇに対応できる。装着者の背丈方向のサイズは、肩ベルトの調節や脇ベルトの長さを調節するための調節構造とすることによって、いわゆるフリーサイズにすることができ、たとえば、約１５０～約１９０ｃｍの身長に対応できる。 The outer surface of the outer enclosure holder 930 is made of, for example, a soft mesh-like sewn product. The surface that contacts the wearer is made of mesh material, and can also be fitted with washable cushioning materials such as back pads, waist pads, and thigh pads. Depending on the wearer's body size, there are, for example, large, medium, and small (L, M, and S) sizes, and the body weight can correspond to, for example, about 45 kg to 95 kg. The wearer's size in the height direction can be made into a so-called one-size-fits-all size by adjusting the shoulder belts and the length of the side belts, for example, corresponding to heights of about 150 to about 190 cm. can .
本発明は、主に図１～８の実施の形態を参照して、
外囲保持体９３０の縦部材９１９間を連結する連結部材９５７には、透孔９４８が形成され、装着者１０側の内方に外気を取り入れる軸流ファン９４９が透孔９４８に臨んで設けられ、この軸流ファン９４９を電力駆動する２次電池９５４が備えられることを特徴とする。
The present invention mainly refers to the embodiments of FIGS.
A through hole 948 is formed in the connecting member 957 that connects the vertical members 919 of the outer enclosure holder 930, and an axial fan 949 that takes in outside air inward toward the wearer 10 is provided facing the through hole 948. , is characterized in that it is equipped with a secondary battery 954 that powers the axial fan 949.
本発明によれば、装着者の背には冷却用の扁平な軸流ファンが取付けられる。風量を、強・中・弱に切り替られるようにでき、夏場の暑さ対策に好都合である。 According to the present invention, a flat axial fan for cooling is attached to the wearer's back. The airflow can be switched between high, medium, and low, which is convenient for dealing with the summer heat.
本発明は、主に図１～８の実施の形態を参照して、
アシスト駆動機構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、および歩行時に遊脚の振り上げ力アシストと支持脚の支持力アシストとを行なう歩行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。
The present invention mainly refers to the embodiments of FIGS.
The assist drive mechanism 903 assists the wearer 10 with lifting force during lifting work, assists with a lifting brake during lifting work, assists with supporting the mass of the upper body to maintain a half-hip posture , and assists with swinging legs during walking. The present invention is characterized in that it performs at least one of walking assists that perform swing-up force assist and supporting leg support force assist .
本発明に従う装着型支援ロボット装置によれば、たとえば、（ａ）２０～３０ｋｇの重量物の持ち上げ作業での持ち上げ力１０～１５ｋｇのアシスト（図２３、４５～４７、５７）、（ｂ）同様に重量物の持ち下げ作業時の持ち下げブレーキアシスト（図４８、４９）、（ｃ）長時間の中腰作業での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により、腰痛を防ぐべく腰椎（腰関節）のアシスト（図２４、５０～５６、６６、７１～７３）、および（ｄ）運搬作業や階段や傾斜地などでの歩行時に、遊脚の振り上げ力アシストと支持脚の支持力アシストによる股関節の力アシスト（図２１、２２、３３～４４）などが、後述のとおり、可能である。本発明は、これらのアシストの各機能（ａ）～（ｄ）を1台で実現できる。 According to the wearable support robot device according to the present invention, for example, (a) assistance with a lifting force of 10 to 15 kg when lifting a heavy object of 20 to 30 kg (FIGS. 23, 45 to 47, 57) , and (b) similar (c) Lifting brake assist when lifting heavy objects (Figs. 48 and 49) , (c) Assist that supports the mass of the upper body to maintain a half-slumped posture during long-long half-slumped work, to prevent back pain. Assists the lumbar vertebrae (lower back joints) (Figures 24, 50-56, 66, 71-73) , and (d) assists the swinging force of the swinging leg and supports the supporting leg during transportation work or walking on stairs or slopes. Force assist of the hip joint by assist (FIGS. 21, 22, 33 to 44) , etc., is possible as described later. The present invention can realize each of these assist functions (a) to (d) with a single device.
本発明の実施の一形態では、電動モータを、その出力の減速比が１/１００～１/５０程度の減速機付き電動モータにして大腿にモーメントを与えるようにすることによって、後述のバックドライアブルな電動モータ駆動方式を採用しているので、装着者側から駆動機器を動かすことができ、駆動電源がなくなっても装着者はアシストスーツを自分の力で動かすことができる安全な装置である。
本発明の装着型支援ロボット装置を動かすための制御装置は、たとえば後述の一例では、バッテリ駆動の駆動源である電動モータと、電動モータに内臓された角度センサと、装着者の腰部などに取付けた加速度センサと、手袋の内側または外側に取り付けたタッチスイッチセンサとを用いて、持ち上げ力のアシストや中腰作業での中腰姿勢の保持のアシストや歩行のアシストのための制御演算を行なう。
In one embodiment of the present invention, the electric motor is equipped with a reduction gear whose output reduction ratio is about 1/100 to 1/50, and by applying a moment to the thigh, Since it uses a flexible electric motor drive system, the drive equipment can be operated from the wearer's side, making it a safe device that allows the wearer to move the assist suit with their own power even if the drive power runs out. .
The control device for operating the wearable support robot device of the present invention includes, for example, an electric motor as a battery-powered drive source, an angle sensor built into the electric motor, and a control device attached to the wearer's waist, etc. in one example described below. Using an acceleration sensor attached to the glove and a touch switch sensor attached to the inside or outside of the glove, control calculations are performed for assisting with lifting force, assisting in maintaining a half-shouldered posture during half-shouldered work, and assisting with walking.
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（パワーアシストスーツともいう）９０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２は装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す側面図であり、図３は装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す背面図であり、図４は装着型支援ロボット装置９０１の背後から見た斜視図である。図１～図４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、図１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、または連結した構成を示すために、および左または右を記載して数字だけで示す。 FIG. 1 is a front view showing a state in which a wearable support robot device (also referred to as a power assist suit) 901 according to an embodiment of the present invention is worn on a wearer 10, and FIG. FIG. 3 is a rear view showing the wearable support robot device 901 in the installed state, and FIG. 4 is a perspective view of the wearable support robot device 901 seen from behind. 1 to 4 show a posture in which the wearer 10 stands upright with the trunk 11 and both lower limbs including the left and right thighs 12 aligned. As described above, left and right refer to the directions of the wearer 10, and therefore mean right and left in FIG. The wearable support robot device 901 is configured to be approximately horizontally symmetrical with respect to the median sagittal plane 13 of the wearer 10 wearing it, and in the present specification and drawings, references to left and right components refer to left and right separately. The suffixes L and R are appended to the numbers to indicate the overall design, and numbers are used alone to indicate the general or connected structure and to indicate left or right.
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５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、左右の肩ベルト９２１を有する上体保持具９２０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アシスト駆動機構９０３とを含む。 Referring to these drawings, the wearable support robot device 901 includes a pair of left and right rigid L-shaped supports 909 (see FIG. 5, etc. described later), and an outer enclosure that receives the load from the waist 5 of the wearer 10. A holder 930, an upper body holder 920 having left and right shoulder belts 921, a thigh holder 40 that is attached to and held on each of the left and right thighs 12 of the wearer 10, and a thigh holder 40 that extends from the lower trunk to the thighs 12 on both left and right sides. On the other hand, the upper end portion of each lower arm 80 is driven by a pair of lower arms 80 extending vertically and arranged respectively, and a pair of drive sources 60 arranged on both left and right sides of the lower trunk of the wearer 10. It includes an assist drive mechanism 903 that applies a support force moment to each of the left and right thighs 12, respectively.
図５は支持具９０９を斜め前方から見た斜視図であり、図６は装着型支援ロボット装置９０１の斜め前方から見た分解斜視図であり、図７は装着型支援ロボット装置９０１の斜め後方から見た分解斜視図である。左右の各支持具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縦部材９１９とを有する。外囲保持体９３０には、支持具９０９が取付けられて腰５を外囲する。上体保持具９２０を構成する左右の肩ベルト９２１の端部は、各縦部材９１９に実質的にそれぞれ取付けられ、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。この実施の形態では、上体保持具９２０の肩ベルト９２１の一端部が、外囲保持体９３０に固定され、他端部が縦部材９１９に固定される。外囲保持体９３０は、装着者１０の背後で、可撓性のある扁平なシート状の連結部材９５７が左右一対の支持具９０９を連続するようにつなぎ、腰の上部を環状に外囲する。連結部材９５７は、外囲保持体９３０の一部分を構成する。外囲保持体９３０は肩ベルト９２１間を連結する胸ベルト９２２を備え、連結具２６によって解除でき、装着者に着脱可能であり、その長さを調整可能に構成される。外囲保持体９３０はまた、前腰ベルト９３３を備え、この前腰ベルト９３３は装着者１０の腰５を外囲した状態を連結具３５によって解除でき、装着者に着脱可能であり、その長さを調整可能に構成される。
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にそれぞれ連結される。
5 is a perspective view of the support tool 909 seen diagonally from the front, FIG. 6 is an exploded perspective view of the wearable support robot device 901 seen diagonally from the front, and FIG. 7 is a diagonally rear view of the wearable support robot device 901. FIG. Each of the left and right supports 909 has a horizontal member 918 that extends laterally, and a vertical member 919 that extends upward from the rear end of the horizontal member 918 on the back side of the wearer 10. A support 909 is attached to the outer enclosure holder 930 and surrounds the waist 5. The ends of the left and right shoulder belts 921 constituting the upper body holder 920 are substantially attached to each vertical member 919, and the support 909 and the outer holder 930 are prevented from relative displacement. configured to be fixed to each other. In this embodiment, one end of the shoulder belt 921 of the upper body holder 920 is fixed to the outer holder 930, and the other end is fixed to the vertical member 919. The outer enclosure holder 930 has a flexible flat sheet-like connecting member 957 that connects the pair of left and right supports 909 in a continuous manner behind the wearer 10, and surrounds the upper part of the waist in an annular manner. . The connecting member 957 constitutes a part of the outer enclosure holder 930. The outer enclosure holder 930 includes a chest belt 922 that connects the shoulder belts 921, can be released by the connector 26, can be attached and detached by the wearer, and is configured so that its length can be adjusted. The outer enclosure holder 930 also includes a front waist belt 933, which can be released from surrounding the waist 5 of the wearer 10 by the connector 35, is detachable by the wearer, and has a length. The height can be adjusted.
The thigh holder 40 is attached to and held on each of the left and right thighs 12 of the wearer 10. The pair of lower arms 80 are arranged to extend vertically from the lower part of the trunk 11 to the thighs 12 on both left and right sides. The lower end of each lower arm 80 is connected to the thigh holder 40, respectively.
アシスト駆動機構９０３は、装着者１０の体幹１１の下部の左右両側方の各支持具９０９の横部材９１８の外側部（図６、図７の斜め左右外方）にそれぞれ取付けられる。アシスト駆動機構９０３の左右一対の一対の駆動源６０は、左右方向の軸線６１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をそれぞれ与える。 The assist drive mechanism 903 is attached to the outer side of the horizontal member 918 of each support 909 on both left and right sides of the lower part of the trunk 11 of the wearer 10 (diagonally left and right outward in FIGS. 6 and 7) . A pair of left and right drive sources 60 of the assist drive mechanism 903 generate drive torque around an axis 61 in the left and right direction to drive the upper end portion of each lower arm 80 . The drive torque of each drive source 60 provides a supporting force moment between the transverse member 918 and each of the left and right thighs 12, respectively.
ヒップベルト９４６は、装着者１０の殿部６の下部を弧状に弯曲して覆い、両端部が、外囲保持体９３０の左右の各側部に取付けられ、実施の他の形態では、支持具９０９の左右の各横部材９１８に、取付けられる。これによって、ヒップベルト９４６は、外囲保持体９３０が体幹１１の上方に変位することを防ぐ。ヒップベルト９４６は、殿部６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の両端部は、外囲保持体９３０の左右の各側部に取付けられ、実施の他の形態では、支持具９０９の左右の各横部材９１８に取付けられる。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く、そうすれば、ねじれることができるので、外囲保持体９３０または支持具９０９の横部材９１８にリジッドな固定結合でもよいが、または実施の他の形態では、角変位可能なピン結合でもよい。 The hip belt 946 curves in an arc to cover the lower part of the buttocks 6 of the wearer 10, and has both ends attached to the left and right sides of the outer holder 930. It is attached to each horizontal member 918 on the left and right of 909. Thereby, the hip belt 946 prevents the outer enclosure holder 930 from displacing above the trunk 11. The hip belt 946 is located below the dorsal bulge of the buttocks 6, that is, below the gluteus maximus. Both ends of the hip belt 946 are attached to the left and right sides of the outer enclosure holder 930, and in other embodiments, to the left and right lateral members 918 of the support 909. The hip belt 946 may be made of a flexible material, for example, so that it can be twisted, so that it may be a rigid fixed connection to the outer support 930 or the transverse member 918 of the support 909. Alternatively, in other embodiments, an angularly displaceable pin connection may be used.
図８は、装着型支援ロボット装置９０１による装着者１０のアシスト状態を示す図である。ヒップベルト９４６は、装着者１０が荷物８６を図８（１）のように持ち上げるとき、パワーアシストスーツ、特に、骨盤よりも上方にある腰ベルトということもできる外囲保持体９３０がずり上がるのを防ぐ。図８（１）の持ち上げだけでなく、図８（２）のように持ち下げ、および中腰のなどの作業において、装着者１０が腰５を曲げて装着者１０の背がたとえばほぼ水平な横になった脊柱に沿って、すなわち、身体のほぼ水平な横になった体幹の長手方向に沿って、上方に凸の弧状になり、したがって、装着者１０の肩７、すなわち肩峰または鎖骨の上方の部分に、上体保持具９２０の肩ベルト９２１の下面が当接することになったとしても、たとえ、外囲保持体９３０が上方に、すなわち、装着者１０の頭寄りに、引っ張られる力が作用しても、ヒップベルト９４６は、外囲保持体９３０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。こうして、たとえば、装着者１０が荷物８６を持ち上げるとき、ヒップベルト９４６は、持ち上げ時の大腿１２の屈曲に応じて腰ベルトのような外囲保持体９３０を骨盤上に押し付けて、荷重を骨盤で受けさせる。ヒップベルト９４６は、腰ベルトとして働く外囲保持体９３０とともに備えられ、尻を引き起こすようにスムーズに駆動源６０の支援力モーメントによるアシスト力を上体１１の腰５、したがって下肢である大腿１２に伝えるので、なめらかにアシストできる。 FIG. 8 is a diagram showing a state in which the wearer 10 is assisted by the wearable support robot device 901. When the wearer 10 lifts the luggage 86 as shown in FIG. 8(1), the hip belt 946 prevents the power assist suit, especially the outer holder 930, which can also be called a hip belt located above the pelvis, to slide up. prevent. In addition to lifting as shown in FIG. 8(1), lifting as shown in FIG. 8(2), and lowering the waist, the wearer 10 bends the waist 5 and the wearer 10's back is placed in a horizontal position, for example. along the curved vertebral column, i.e. along the longitudinal direction of the body's approximately horizontal, lying trunk, in an upwardly convex arc, and thus the shoulder 7 of the wearer 10, i.e. the acromion or clavicle. Even if the lower surface of the shoulder belt 921 of the upper body holder 920 comes into contact with the upper part, the outer holder 930 will be pulled upward, that is, closer to the head of the wearer 10. Even when a force is applied, the hip belt 946 prevents or suppresses the displacement of the outer support body 930 away from the lower back 5, that is, the upper part of the hip bone of the pelvis and upward toward the head. Thus, for example, when the wearer 10 lifts the load 86, the hip belt 946 pushes the outer holder 930, such as a waist belt, onto the pelvis in response to the flexion of the thigh 12 during the lift, transferring the load onto the pelvis. Let me take it. The hip belt 946 is provided together with the outer circumference holding body 930 that functions as a waist belt, and smoothly applies the assist force by the assist force moment of the drive source 60 to the waist 5 of the upper body 11, and therefore to the thighs 12, which are the lower legs, so as to raise the buttocks. This allows you to assist smoothly.
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る。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の支持具９０９、外囲保持体９３０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。
The length of the shoulder belt 921 is such that when the wearer 10 wears the wearable support robot device 901 and stands upright, the length of the shoulder belt 921 is such that when the wearer 10 wears the wearable support robot device 901 and stands upright, the length extends from the upper part of the shoulder 7 of the wearer 10 to the lower surface of the shoulder belt 921. It is determined that there is a gap having a height of ~3 lines, for example, 2 lines stacked one above the other. In a configuration in which a length adjuster that can adjust the length of the shoulder belt 921 is provided, the setting is made so that the above-mentioned gap is obtained. Therefore, the weight of the so-called power assist suit main body, which includes the support 909 of the wearable support robot device, the outer enclosure holder 930, etc., does not act on the shoulder 7, and these loads are supported by the waist 5. Therefore, it is ensured that the wearer 10 is able to continue working, walking, etc. for a long time by reducing fatigue caused by the burden of the load.
外囲保持体９３０は、各支持具９０９の横部材９１８および縦部材９１９を覆うとともに、各支持具９０９の縦部材９１９間を連結する連結部材９５７を有し、扁平な可撓性シート状体から成り、このシート状体は、支持具９０９よりも装着者１０側に配置される弾発性を有するクッション材、ならびに支持具９０９およびクッション材を覆うメッシュ状カバーを含み、前述の内骨格型の構成を実現する。 The enclosure holder 930 covers the horizontal members 918 and the vertical members 919 of each support 909, has a connecting member 957 that connects the vertical members 919 of each support 909, and is a flat flexible sheet-like member. This sheet-like body includes an elastic cushioning material disposed closer to the wearer 10 than the support 909, and a mesh-like cover that covers the support 909 and the cushioning material . Achieve an endoskeletal configuration.
外囲保持体９３０の縦部材９１９間を連結する連結部材９５７には、透孔９４８が形成される。装着者１０の背の連結部材９５７に設けられる軸流ファン９４９は、透孔９４８に臨み、装着者１０側の内方に外気を取り入れる。２次電池９５４は、軸流ファン９４９を電力駆動する。軸流ファン９４９は、風量を、強・中・弱に切り替られるようにできる。たとえば、ファン９４９の駆動電力は、パワーアシストスーツ９０１のアシスト駆動機構９０３における電動モータ６４、その制御装置９５３などを駆動する２次電池９５４であるバッテリと兼用でき、最大風量が約２～３[ｍ３／ｍｉｎ]で、最大静圧は１７０～２５０[Ｐa]で外形は縦横約９２ｍｍ×９２ｍｍ×厚２５ｍｍで約１７０ｇと軽量コンパクトで風量風圧が大きい。装着者が汗をかいても、ファンを防水タイプとすることによって耐久性を確保できる。 A through hole 948 is formed in a connecting member 957 that connects the vertical members 919 of the outer enclosure holder 930 . The axial fan 949 provided on the connecting member 957 on the back of the wearer 10 faces the through hole 948 and takes in outside air into the wearer 10 side. The secondary battery 954 powers the axial fan 949. The axial fan 949 can switch the air volume between high, medium, and low. For example, the drive power of the fan 949 can be shared with the battery, which is a secondary battery 954 that drives the electric motor 64 in the assist drive mechanism 903 of the power assist suit 901, its control device 953, etc., and the maximum air volume is about 2 to 3 [ m 3 /min], the maximum static pressure is 170 to 250 [Pa], the external dimensions are approximately 92 mm x 92 mm x 25 mm thick, and approximately 170 g, making it lightweight and compact, and the air volume and pressure are large. Even if the wearer sweats, durability can be ensured by making the fan waterproof.
アシスト駆動機構９０３は、装着者１０による持ち上げ作業での図８（１）の持ち上げ力のアシスト、図８（２）の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、アシスト駆動機構９０３は、歩行のアシストも行なう。 The assist drive mechanism 903 assists the lifting force shown in FIG. 8 (1) during lifting work by the wearer 10 , assists the lifting brake during the lifting work shown in FIG. Perform at least one of the assists that support the mass of the upper body. Furthermore, the assist drive mechanism 903 also assists in walking .
駆動源６０は、電動モータ６４の出力の減速比が１/１００～１/５０程度の減速機６６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９０１を自分の力で動かすことができる安全である。 The drive source 60 includes a reducer 66 with a reduction ratio of the output of the electric motor 64 of about 1/100 to 1/50, and provides a supporting force moment to the thigh 12. This makes it possible to realize a back-drivable electric motor drive system. Therefore, the drive source 60 can be moved from the wearer 10 side, and even if the drive power source 954 runs out, the wearer 10 can safely move the assist suit 901 by his or her own power.
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、バッテリ９５４によって電力駆動される電動モータ６４を含む駆動源６０と、電動モータ６４に内臓された角度センサ６７と、装着者１０の腰部５などに取付けた加速度センサ１０３、１１５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１９１～１９４（図１９、図２０）とを用いて、図８に関連し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。
本発明は、前述の図１～図８の実施の形態を、次に述べる図９～図７８の実施の各形態の一部分を改変して適用して、または図９～図７８の実施の各形態にそのまま適用して、実施できる。図１～図７８の実施の各形態における一部分を採り出して組み合わせて装着型支援ロボット装置を実現できる。
A control device 953 for moving the wearable support robot device 901 includes a drive source 60 including an electric motor 64 powered by a battery 954, an angle sensor 67 built into the electric motor 64 , and a waist 5 of the wearer 10. Using the acceleration sensors 103 and 115 attached to the glove 190 and the touch switch sensors 191 to 194 (FIGS. 19 and 20) attached to the inside or outside of the glove 190, the lifting force is assisted as described above in connection with FIG. , performs control calculations for assisting with the lifting force, braking, assisting in maintaining the half-slumped posture during work, and assisting with walking.
The present invention applies the embodiments of FIGS. 1 to 8 described above with partial modifications to each of the embodiments of FIGS. 9 to 78 described below, or each of the embodiments of FIGS. It can be applied to any form and implemented as is. A wearable support robot device can be realized by extracting and combining parts of each of the embodiments shown in FIGS. 1 to 78.
図９は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図１０は装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す側面図であり、図１１は装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す背面図であり、図１２は装着型支援ロボット装置１の一部の斜視図である。これらの図面を参照して、装着型支援ロボット装置１は、装着者１０に装着されて保持される保持装置２と、保持装置に設けられ装着者１０の体幹１１と左右の各大腿１２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３とを有する。図９～図１１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、図９における右、左である。 FIG. 9 is a front view showing a state in which a wearable support robot device 1 according to another embodiment of the present invention is attached to a wearer 10, and FIG. 10 is a side view showing a state in which the wearable support robot device 1 is attached. FIG. 11 is a rear view showing the wearable support robot device 1 in an attached state, and FIG. 12 is a perspective view of a part of the wearable support robot device 1. Referring to these drawings, the wearable support robot device 1 includes a holding device 2 that is attached to and held by a wearer 10, a torso 11 of the wearer 10, and left and right thighs 12 provided on the holding device. and an assist drive mechanism 3 that provides an assist force moment between the two. 9 to 11 show a posture in which the wearer 10 stands upright with the trunk 11 and both lower legs including the left and right thighs 12 aligned. As mentioned above, left and right refer to the directions relative to the wearer 10, and therefore mean right and left in FIG. 9.
保持装置２は、装着者１０の胸郭、鎖骨、肩甲骨付近の体幹上部１４に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、腹、腰の骨盤、股関節付近の体幹下部１５に装着されて保持される腰カフと呼ぶことができる体幹下部保持具３０と、大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０とを含む。 The holding device 2 includes an upper trunk holder 20 that is attached to and held on the upper trunk 14 of the wearer 10 near the ribcage, clavicle, and shoulder blade, and a lower trunk 15 that is attached to the abdomen, pelvis of the lower back, and hip joint. It includes a lower trunk holder 30, which can be called a waist cuff, which is worn and held, and a thigh holder 40, which is placed and held on the thigh 12.
アシスト駆動機構３は、体幹下部１５の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線６１まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源６０と、体幹上部１４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７０と、上アーム７０の上端部と体幹上部保持具２０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９１と、体幹下部１５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、各下アーム８０の下端部と大腿保持具４０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９２と、体幹下部保持具３０に上アーム７０の長手方向途中位置を取り付ける取り付け手段９４とを有する。 The assist drive mechanism 3 includes a pair of drive sources 60 that are disposed on the left and right sides of the lower trunk 15 and generate drive torque around an axis 61 in the left and right direction, and a pair of drive sources 60 that extend vertically on both left and right sides of the upper trunk 14. a pair of upper arms 70 respectively disposed in the upper arm 70; a first passive rotation shaft 91 that connects the upper end of the upper arm 70 and the upper trunk holder 20 so as to be angularly displaceable about the axis in the left-right direction; A pair of lower arms 80 are disposed extending vertically on both left and right sides from the lower part 15 to the thigh 12, and the lower end of each lower arm 80 and the thigh holder 40 are angularly displaceable about the axis in the left and right direction. It has a second passive rotating shaft 92 to be connected, and an attachment means 94 for attaching an intermediate position in the longitudinal direction of the upper arm 70 to the lower trunk holder 30.
体幹上部保持具２０は、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近に逆Ｕ字状に配置される左右一対の肩ベルト２１と、胸郭を囲んで腋窩から斜め下方に背に延びる胸カフと呼ぶことができる胸ベルト２２と、左右一対のほぼ上下に延びる背ベルト２３とを有する。肩ベルト２１の胸における一端部は、胸ベルト２２に、左右の間隔をあけて固定される。肩ベルト２１は、背において装着者１０に接触するために交差保持部材２４によってＸ字状に交差されて保持され、その各他端部は、固定位置２５で胸ベルト２２の背における各端部と、背ベルト２３の各上端部とに固定される。肩ベルト２１は、装着者１０が着脱し易いように、背において交差せずに平行に設けられてもよい。 The upper trunk holder 20 includes a pair of left and right shoulder belts 21 arranged in an inverted U shape near the collarbone and shoulder blade of the wearer 10, and a chest cuff that surrounds the ribcage and extends obliquely downward from the axilla to the back. It has a chest belt 22 that can be moved, and a pair of left and right back belts 23 that extend almost vertically. One end of the shoulder belt 21 on the chest is fixed to the chest belt 22 with a space left and right. The shoulder belt 21 is held in an X-shape by a cross-holding member 24 in order to contact the wearer 10 at the back, and each other end thereof is attached to each end of the chest belt 22 at a fixed position 25 at the back. and each upper end portion of the back belt 23. The shoulder belts 21 may be provided in parallel on the back without crossing each other so that the wearer 10 can easily put them on and take them off.
胸ベルト２２は、胸郭の上部を囲み、胸骨体、みずおち付近で、連結具２６によって左右に参照符２２Ｌ、２２Ｒで示されるように分離、連結して着脱自在である。胸ベルト２２は、力学的には平板状の当て板でもよい。装着者１０に違和感を抱かせないため、および親和性を高めるため、装着者１０に或る程度の弾発力で接触して、柔らかく支援力モーメントを伝えるが、ばね定数が小さ過ぎると変形しすぎて支援力モーメントを伝えられないか、伝わるのに時間がかかり過ぎる。前記親和性を高めるとは、胸ベルト２２の装着時、装着者１０に違和感を与えないようにすることであり、胸ベルト２２の剛性が高すぎて、堅く感じることがないようにすることである。 The chest belt 22 surrounds the upper part of the thorax, and can be detached and separated by connecting parts 26 near the sternum body and water pit, as shown by reference numerals 22L and 22R on the left and right. The chest belt 22 may be a mechanically flat plate. In order not to make the wearer 10 feel uncomfortable and to increase affinity, the support force moment is softly transmitted by contacting the wearer 10 with a certain degree of elastic force, but if the spring constant is too small, the spring may deform. Either it's too much to convey the moment of support, or it takes too long to convey it. Increasing the affinity means to prevent the wearer 10 from feeling uncomfortable when wearing the chest belt 22, and to prevent the chest belt 22 from having too high rigidity and feeling stiff. be.
また胸ベルト２２と装着者１０との接触面積を増やすと、装着者１０への支援力モーメントによる単位面積あたりの圧力が小さくなるが、装着者１０の前表面を覆う面積が増えるので、汗をかいたりし易くなる。胸ベルト２２は、これらの機能と快適性とを両立するように構成される。 Furthermore, if the contact area between the chest belt 22 and the wearer 10 is increased, the pressure per unit area due to the supporting force moment on the wearer 10 will be reduced, but the area covering the front surface of the wearer 10 will increase, so sweat will be reduced. It becomes easier to write. The chest belt 22 is configured to provide both these functions and comfort.
体幹上部保持具２０は、装着し易いように、胸ベルト２２Ｌ、２２Ｒが連結具２６によって左右対称に分割される。一方の胸ベルト２２Ｌは、胸郭の上部の周囲を約１/４～３/８を覆う範囲で、胸郭の側部の第１受動回転軸９１の取り付け位置から前部の１/４～１/２程度までと、側部の第１受動回転軸９１の取り付け位置から後部の１/４とを覆い、円筒の一部を成し、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。 The upper trunk holder 20 has chest belts 22L and 22R divided symmetrically by a connector 26 so as to be easily worn. One chest belt 22L covers about 1/4 to 3/8 of the circumference of the upper part of the ribcage, and extends from the mounting position of the first passive rotating shaft 91 on the side of the ribcage to the front part of the chest belt 22L. 2 and covers 1/4 of the rear part from the attachment position of the first passive rotating shaft 91 on the side, forming a part of the cylinder, and the other chest belt 22R is similarly configured. By covering approximately 1/4 to 3/8 of the front of the ribcage, each chest belt 22L and 22R can reduce the surface pressure per unit area when assisting in lifting heavy loads that require a particularly large support force moment. This prevents the upper trunk holder 20 from becoming difficult to wear due to the covering area being too large, while preventing the feeling of pressure from becoming too strong. Assist is also sometimes referred to as support. The chest belt 22 is, for example, made of synthetic resin and has a vertical width of 30 to 60 mm and a thickness of 5 mm. The chest belt 22 is provided with an elastic cushioning material covered with a mesh cover facing the chest. This mesh-like cover ensures breathability when sweating.
胸ベルト２２は、支援力モーメントを柔らかく伝達するために、或る程度の剛性と柔軟性がある合成樹脂製とし、この樹脂材にメッシュ付のクッション材を付加した材料によって、装着性と支援力モーメントの伝達性を高めて低価格化にすることができる。胸部は、大腿１２より柔らかいので、胸部のカフである胸ベルト２２は、大腿１２のカフである保持片４３（図１０、図１５）の硬さでは、硬すぎ、したがって、前記或る程度の剛性と柔軟性とは、たとえば、幅３０～６０ｍｍ程度で、厚さ０．５～２ｍｍ程度のアルミニウム板と同程度の剛性と柔軟性である。胸ベルト２２は、この剛性と柔軟性があり、アルミニウム板単独より軽量で同程度の強度を有する複合樹脂材として、アルミニウムと合成樹脂との複合材料、または炭素繊維と合成樹脂との複合材料であってもよい。 The chest belt 22 is made of synthetic resin that has a certain degree of rigidity and flexibility in order to softly transmit the moment of support force, and the resin material is added with a mesh cushioning material to improve wearability and support force. It is possible to improve the moment transferability and reduce the price. Since the chest is softer than the thighs 12, the chest belt 22, which is the cuff of the chest, is too hard compared to the holding piece 43 (FIGS. 10 and 15), which is the cuff of the thigh 12, and therefore The rigidity and flexibility are, for example, comparable to those of an aluminum plate with a width of about 30 to 60 mm and a thickness of about 0.5 to 2 mm. The chest belt 22 is made of a composite material of aluminum and synthetic resin, or a composite material of carbon fiber and synthetic resin, which has this rigidity and flexibility, is lighter than an aluminum plate alone, and has the same strength. There may be.
鞣された革は、伸縮性が小さく、堅牢であるが、支援力モーメントの伝達性からは、まだ柔軟性がありすぎるので、変形しやすい。その結果、装着しにくくなり、また支援力モーメントの伝達性に遅れが生じる。この問題を解決するために、本発明の胸ベルト２２では、在来の皮革ソフトネス計測される値よりはもう少し剛性を高めた前述の合成樹脂材を用いる。 Although tanned leather has low elasticity and is strong, it is still too flexible due to its ability to transmit supporting force moments, so it is easily deformed. As a result, it becomes difficult to wear and there is a delay in transmitting the supporting force moment. In order to solve this problem, the chest belt 22 of the present invention uses the aforementioned synthetic resin material whose rigidity is a little higher than the value measured by conventional leather softness.
左右の肩ベルト２１は、装着者１０の肩に本件支援ロボット装置１の質量が作用しないようにするために、指が一本程度入る隙間がある程度がよく、したがって肩ベルト２１は、腰ベルト３３、腹ベルト３４が、骨盤の上から下方へずれたとき、落下することを防ぐ働きを果たす。肩ベルト２１は、省略されてもよい。 In order to prevent the mass of the support robot device 1 from acting on the shoulders of the wearer 10, the left and right shoulder belts 21 should preferably have a gap that allows about one finger to enter. , functions to prevent the abdominal belt 34 from falling when it shifts downward from above the pelvis. Shoulder belt 21 may be omitted.
図１３は体幹下部保持具３０の水平断面図であり、図１４は体幹下部保持具３０の分解斜視図である。体幹下部保持具３０は、体幹下部１５を背の後部３１から左右の側腹部付近の側部３２までたとえば約１／２周にわたって囲む腰ベルト３３と、腰ベルト３３の両端部に連なって固定される腹ベルト３４とを有し、全体が環状に形成される。腹ベルト３４は、臍部（さいぶ）付近で、連結具３５によって左右に参照符３４Ｌ、３４Ｒで示されるように分離、連結して着脱自在である。 FIG. 13 is a horizontal sectional view of the lower trunk holder 30, and FIG. 14 is an exploded perspective view of the lower trunk holder 30. The lower torso holder 30 is connected to a waist belt 33 that surrounds the lower torso 15 from the rear part 31 of the back to side parts 32 near the left and right flanks, for example, about 1/2 circumference, and to both ends of the waist belt 33. It has a belly belt 34 to which it is fixed, and the entire body is formed in an annular shape. The abdominal belt 34 can be detached and detached by being separated and connected as shown by reference marks 34L and 34R on the left and right by means of a connector 35 near the navel.
体幹下部保持具３０には、腰ベルト３３の体幹下部１５に臨んで保護具３６が着脱自在に取り付けられる。保護具３６は、弾発性のある緩衝のためのクッション材３７をメッシュ状のカバー３８で覆って構成され、腰ベルト３３に沿って体幹下部１５の周方向に延び、その腰ベルト３３よりも上下に拡がった寸法形状を有する。クッション材３７は、芯材を覆って補強されてもよい。保護具３６は、腰ベルト３３と腹ベルト３４とが体幹下部１５に相互のずれが生じないように締め付けられて保持された状態で、腰における快適な装着感を達成する。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。 A protector 36 is detachably attached to the lower trunk holder 30 facing the lower trunk 15 of the waist belt 33. The protective equipment 36 is configured by covering an elastic cushioning material 37 for cushioning with a mesh-like cover 38, extends in the circumferential direction of the lower trunk 15 along the waist belt 33, and extends from the waist belt 33. It also has a dimension and shape that expands vertically. The cushion material 37 may be reinforced by covering the core material. The protective device 36 achieves a comfortable wearing feeling at the waist, with the waist belt 33 and the abdominal belt 34 being tightened and held so that no mutual displacement occurs on the lower trunk 15. Since the protector 36 is present between the waist belt 33 and the waist of the wearer 10, the waist belt 33 and the waist are not in direct contact with each other, and the discomfort felt when wearing the wearer 10 can be reduced. Both the waist belt 33 and the belly belt 34 do not transmit the supporting force moment themselves, so they do not need to have great rigidity, but the waist belt 33 supports the control box 53 and battery box 54, which will be described later, because they are attached to them. It has a certain degree of rigidity.
保護具３６は、装着者１０の腰と広い範囲で密着し、腰ベルト３３を腰部に確実に固定することができる。カバー３８は開口率の大きいメッシュ状であるので、通気性を向上し、暑さ対策が施され、発汗時も快適である。体幹下部保持具３０は、骨盤付近に配置され、したがって、その骨盤の腸骨翼における左右方向の横に出っ張った腸骨稜の上部付近に乗るように配置されるので、骨盤付近に確実に引っかかり、体幹下部１５から下方にずれることはなく、体幹下部１５に確実に装着される。そのため、肩ベルト２１が、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近を圧迫せず、装着時の作業が快適となる。 The protective equipment 36 comes into close contact with the waist of the wearer 10 over a wide range, and can reliably fix the waist belt 33 to the waist. Since the cover 38 has a mesh shape with a large opening ratio, it improves breathability, provides protection against heat, and provides comfort even when sweating. The lower trunk holder 30 is placed near the pelvis, and is placed near the upper part of the iliac crest that protrudes laterally in the left and right direction in the iliac wing of the pelvis, so it is securely placed near the pelvis. It is securely attached to the lower trunk 15 without being caught or displaced downward from the lower trunk 15. Therefore, the shoulder belt 21 does not press the vicinity of the collarbone and shoulder blade of the wearer 10, making it comfortable to wear the shoulder belt 21.
図１５は、大腿保持具４０を示す分解斜視図である。左右の各大腿保持具４０は、大腿１２を全周にわたって囲む大腿カフと呼ぶことができるベルト本体４１と、ベルト本体４１の外周部に大腿１２の外側である腓側から前へ、周方向の一部にわたって延びて固定片４２によってベルト本体４１に固定される保持片４３とを有する。 FIG. 15 is an exploded perspective view showing the thigh holder 40. Each of the left and right thigh holders 40 includes a belt main body 41 that can be called a thigh cuff that surrounds the entire thigh 12, and a circumferential cuff on the outer periphery of the belt main body 41 from the calf side, which is the outside of the thigh 12, to the front. It has a holding piece 43 that extends over a portion and is fixed to the belt main body 41 by a fixing piece 42.
ベルト本体４１には、大腿１２に臨んで、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４４が大腿１２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。ベルト本体４１は、前大腿の内側である脛側で、連結具４５によって左右に分離、連結して着脱自在である。大腿１２の第２受動回転軸９２は、大腿１２の前後方向中央付近の外側に設置され、大腿保持具４０は、大腿１２のできるだけ低い位置で、曲げた膝に接触しない位置に選ばれる。 A resilient cushioning material 44 covered with a mesh-like cover is provided on the belt main body 41 so as to face the thigh 12 . This mesh-like cover ensures breathability when sweating. The belt main body 41 is separated and connected to the left and right by a connecting tool 45 on the shin side, which is the inside of the front thigh, and can be attached and detached. The second passive rotation shaft 92 of the thigh 12 is installed outside near the center of the thigh 12 in the longitudinal direction, and the thigh holder 40 is selected to be as low as possible on the thigh 12 and at a position where it does not contact the bent knee.
ベルト本体４１および保持片４３は、胸ベルト２２より柔軟性は少なくて剛性が高くて支援力モーメントを瞬時に伝えられる剛性と、或る程度の柔軟性がある合成樹脂材によって、あるいはまた、この樹脂材にメッシュ付のクッション材を付加した材料によって、さ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。 The belt main body 41 and the holding piece 43 are made of a synthetic resin material that is less flexible and more rigid than the chest belt 22 and has enough rigidity to instantly transmit a supporting force moment, and a certain degree of flexibility. By using a material in which a mesh cushioning material is added to a resin material, and a material in which a mesh cushioning material is added to the aluminum plate, for the front part of about 1/4 to 1/2 of the thigh 12. , it is possible to improve wearability and affinity, and to reduce the price. The above-mentioned rigidity and flexibility of the belt body 41 and the holding piece 43 are approximately the same as those of an aluminum plate having a width of approximately 30 to 60 mm and a thickness of approximately 2 to 5 mm. As a result, the rigidity of the belt main body 41 and the holding piece 43 can be increased, and a strong supporting force moment can be firmly transmitted to the front part of the thigh 12 when lifting a heavy load. A support force moment is applied to the rear part of the thigh 12 to swing up the free leg during walking, but this support force moment during walking is smaller than when lifting a heavy load, so it does not require much rigidity.
ベルト本体４１は、環状でなくてもよく、大腿１２の前後２枚の板でもよいが、装着者１０との接触面積を或る程度大きくとるために、大腿１２の外形状に近似した弯曲した板に形成してもよい。 The belt main body 41 does not have to be annular and may be made of two plates on the front and back of the thigh 12, but in order to increase the contact area with the wearer 10 to a certain extent, it may have a curved shape that approximates the outer shape of the thigh 12. It may also be formed into a plate.
保持片４３は、大腿１２の周囲を約１／４～１／２周にわたる範囲を覆い、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。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。 The holding piece 43 covers approximately 1/4 to 1/2 of the circumference of the thigh 12, has a vertical width of 30 to 60 mm, and is made of synthetic resin and has a thickness of 5 mm. By setting the rotation to 1/4 to 1/2, the supporting force moment is easily transmitted from the lower arm 80 to the thigh 12.
この実施の形態において、保持片４３は、大腿１２の外側部の第２受動回転軸９２が取り付けられる位置付近から大腿１２の前部の半分～前部の全てを覆い、円筒の一部分を成す。保持片４３は、大腿１２の前部を広い範囲にわたって覆うので、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大腿保持具４０の装着しにくくなるのを防ぐ。保持片４３の材料硬さ程度について、支援力モーメントを伝えるのには、力を伝えるための腰上方や腰下方や大腿の上下のアーム７０、８０と同程度に、充分硬い樹脂材とする。装着者１０と接触する大腿１２の個所であるカフの保持片４３では、その内側には大腿１２に臨んで親和性や汗対策に、メッシュ状のカバーを備えるクッション材４４が取り付けられる。 In this embodiment, the holding piece 43 covers half to all of the front part of the thigh 12 from the vicinity of the position where the second passive rotating shaft 92 is attached to the outer part of the thigh 12, and forms a part of a cylinder. Since the holding piece 43 covers a wide area of the front part of the thigh 12, it can reduce the surface pressure per unit area when assisting in lifting a heavy load that requires a particularly large support force moment, and prevents the feeling of pressure from becoming too strong. To prevent the thigh holder 40 from becoming difficult to wear due to the covering area being too large. Regarding the hardness of the material of the holding piece 43, it is made of a resin material that is sufficiently hard to transmit the supporting force moment, to the same degree as the arms 70 and 80 above and below the waist, and above and below the thighs for transmitting the force. At the holding piece 43 of the cuff, which is the part of the thigh 12 that comes into contact with the wearer 10, a cushion material 44 having a mesh-like cover is attached to the inside facing the thigh 12 for affinity and sweat protection.
連結具２６，３５、４５は、接続、離脱のための操作が容易な構成を有し、たとえばプラスチックバックル、ワンタッチコネクタなどとして商業的に入手可能である。 The connectors 26, 35, 45 have a configuration that is easy to operate for connection and disconnection, and are commercially available as, for example, plastic buckles, one-touch connectors, and the like.
図１６は、アシスト駆動機構３の一部を示す断面図である。駆動源６０は、軸線６１まわりに回転する駆動軸６２と、駆動軸６２にその軸線６１まわりにトルクを発生する駆動源本体６３とを有する。駆動源本体６３は、たとえば交流サーボモータなどによって実現される電動モータ６４と、電動モータ６４の出力軸６５から駆動軸６２へ回転速度を減速する減速機６６とを有する。電動モータ６４は、そのハウジングであるモータ本体６８を有し、モータ本体６８には、出力軸６５に電磁力によってトルクを与える回転子などと、出力軸６５、したがって駆動軸６２の軸線６１まわりの角度を検出する角度センサ６７とが収納される。 FIG. 16 is a cross-sectional view showing a part of the assist drive mechanism 3. The drive source 60 includes a drive shaft 62 that rotates around an axis 61 and a drive source main body 63 that generates torque on the drive shaft 62 around the axis 61 . The drive source main body 63 includes an electric motor 64 realized by, for example, an AC servo motor, and a reducer 66 that reduces the rotational speed from the output shaft 65 of the electric motor 64 to the drive shaft 62. The electric motor 64 has a motor body 68 which is its housing, and the motor body 68 includes a rotor that applies torque to the output shaft 65 by electromagnetic force, and a rotor that applies torque to the output shaft 65 by electromagnetic force. An angle sensor 67 for detecting angles is housed therein.
減速機６６では、出力軸６５、駆動軸６２の各回転速度をＮ６５、Ｎ６２とするとき、減速比Ｎ６２／Ｎ６５を１～１／１００程度に、好ましくは１／５０～１／１００に選ぶ。これによって、摩擦が少なく伝達効率が良いので、装着者１０側からの大きな力を必要とせずに、駆動源６０を軽く回転させることができる。こうして、電動モータ６４が回転して減速機６６を介して駆動軸６２からトルクが出力されるのとは逆に、駆動軸６２側から、減速機６６および電動モータ６４を回転させることができる、いわゆるバックドライバブルな駆動系を実現できる。装着者１０側から駆動源６０を動かすことができ、駆動電源がなくなっても装着者１０は装着型支援ロボット装置１を自分の力で動かすことができる安全な装置が実現される。減速機６６は、たとえば波動歯車減速機、遊星減速機またはサイクロ減速機（登録商標）等であってもよい。 In the reducer 66, when the rotational speeds of the output shaft 65 and the drive shaft 62 are N65 and N62, the reduction ratio N62/N65 is selected to be about 1 to 1/100, preferably 1/50 to 1/100. As a result, since there is less friction and good transmission efficiency, the drive source 60 can be rotated lightly without requiring a large force from the wearer 10 side. In this way, while the electric motor 64 rotates and torque is output from the drive shaft 62 via the reducer 66, the reducer 66 and the electric motor 64 can be rotated from the drive shaft 62 side. A so-called back-driveable drive system can be realized. A safe device is realized in which the drive source 60 can be moved from the wearer 10 side, and the wearer 10 can move the wearable support robot device 1 by his/her own power even if the drive power supply runs out. The reducer 66 may be, for example, a wave gear reducer, a planetary reducer, a cyclo reducer (registered trademark), or the like.
従来技術では、出力端にクラッチを用いたり、制御を行なうことによって、摩擦が大きい減速機でもバックドライバブルになるが、駆動電源がなくなるとバックドライバビリティを維持できないという問題がある。他の従来技術では、出力端に柔らかい回転ばねを付加することによって、バックドライバブルになるが、常時柔らかいままであり、瞬時に支援力モーメント、したがってアシスト力が必要なとき、支援力モーメントによる力をすぐに伝えられないという問題がある。本発明は、これらの従来技術の問題を解決する。 In the prior art, even a reduction gear with large friction can be made back-drivable by using a clutch at the output end or performing control, but there is a problem in that back-drivability cannot be maintained if the drive power is lost. In other conventional technologies, by adding a soft rotational spring to the output end, it becomes backdriveable, but it remains soft all the time, and when an assist force moment is required, the force due to the assist force moment is instantaneously generated. The problem is that it cannot be communicated immediately. The present invention solves these problems of the prior art.
上アーム７０は、上下の第1および第２の上アーム片７１、７２が、前後方向の軸線ま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。 The upper arm 70 is configured by connecting upper and lower first and second upper arm pieces 71 and 72 via a third passive rotation shaft 73 that is angularly displaceable around the longitudinal axis. The upper end portion of the first upper arm piece 71 is connected to the upper trunk holder 20 via the first passive rotating shaft 91 . A lower end portion of the second upper arm piece 72 is fixed to the drive shaft 62.
上アーム７０の長手方向途中位置である第２上アーム片７２は、取り付け手段９４によって、体幹下部保持具３０における腰ベルト３３の側部３２に、少なくとも前後方向に相対的に変位しないように、連結、固定して取り付けられる。取り付け手段９４は、上下方向に細長い取り付け孔９３が形成されたベルト取り付け金具９５と、第２上アーム片７２とベルト取付け金具９５との間に介在される上下方向の軸線を有する受動回転軸９６と、取り付け孔９３に挿通される水平面内でＵ字状ベルトから成る取り付け片９７とを有する。取り付け片９７の両遊端部は、ベルト取付け金具９５の近傍で腰ベルト３３の側部３２に、接着、縫合などされて固定される。したがって、上下に延びる第２上アーム片７２と腰ベルト３３の前後方向に延びる側部３２との各長手方向は、駆動軸６２の軸線６１に平行である仮想軸線６１ａまわりに９０度ずれた配置で、第２上アーム片７２と腰ベルト３３の側部３２とが取り付けられる。 The second upper arm piece 72, which is an intermediate position in the longitudinal direction of the upper arm 70, is attached to the side portion 32 of the waist belt 33 in the lower trunk holder 30 by the attachment means 94 so as not to be relatively displaced at least in the front-rear direction. , connected, fixed and attached. The attachment means 94 includes a belt attachment fitting 95 in which an elongated attachment hole 93 is formed in the vertical direction, and a passive rotating shaft 96 having an axis in the vertical direction and interposed between the second upper arm piece 72 and the belt attachment fitting 95. and a mounting piece 97 formed of a U-shaped belt within a horizontal plane and inserted into the mounting hole 93. Both free ends of the attachment piece 97 are fixed to the side portion 32 of the waist belt 33 near the belt attachment fitting 95 by gluing, sewing, or the like. Therefore, the longitudinal directions of the second upper arm piece 72 that extends vertically and the side portion 32 of the waist belt 33 that extends in the front-rear direction are shifted by 90 degrees around the virtual axis 61a that is parallel to the axis 61 of the drive shaft 62. Then, the second upper arm piece 72 and the side portion 32 of the waist belt 33 are attached.
上アーム７０は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、体幹上部保持具２０に効率よく伝える働きをする。下アーム８０は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、大腿保持具４０に効率よく伝える働きをする。腰ベルト３３、腹ベルト３４は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、体幹上部保持具２０と大腿保持具４０とに効率よく伝えるために副次的な働きをし、駆動源６０が変位するのを防ぎ、駆動軸６２の軸線６１が左右方向に傾いたり、前後方向に傾いたりするのを防ぐ。腰ベルト３３、腹ベルト３４はまた、駆動軸６２の軸線６１を、装着者１０の股関節中心を通る前記一直線にできるだけ一致させて、ずれないようにする働きをする。こうすることによって、体幹上部保持具２０と大腿保持具４０との各位置が上下に変位することを防ぐことができる。装着者は、腰を椎間関節によって曲げずに、体幹１１を直立した姿勢で、歩行、持ち上げ、持ち下げ、中腰の各動作を行なう。腰ベルト３３を腰骨の上に載せて固定し、すなわち、腰ベルト３３が骨盤の腸骨翼における左右方向の横に出っ張る腸骨稜の上部付近に確実に引っかかる状態で、駆動軸６２の軸線６１が、装着者１０の股関節中心を通る前記一直線に一致するように、下アーム８０の長さが選ばれる。したがって、体幹下部保持具３０は、体幹下部から下方にずれることはなく、体幹下部に確実に装着される。 The upper arm 70 functions to efficiently transmit the drive torque generated by the rotation of the drive source 60 to the upper trunk holder 20. The lower arm 80 functions to efficiently transmit the drive torque generated by the rotation of the drive source 60 to the thigh holder 40. The waist belt 33 and abdominal belt 34 serve as a secondary function to efficiently transmit the drive torque generated by the rotation of the drive source 60 to the upper trunk holder 20 and the thigh holder 40, so that the drive source 60 is displaced. This prevents the axis 61 of the drive shaft 62 from tilting in the left-right direction or in the front-rear direction. The waist belt 33 and the abdominal belt 34 also function to align the axis 61 of the drive shaft 62 with the straight line passing through the center of the hip joint of the wearer 10 as much as possible to prevent it from shifting. By doing so, it is possible to prevent the positions of the upper trunk holder 20 and the thigh holder 40 from shifting up and down. The wearer performs various movements such as walking, lifting, lowering, and lowering the body while keeping the trunk 11 upright without bending the lower back through the facet joints. With the waist belt 33 placed and fixed on the hipbone, that is, with the waist belt 33 securely caught near the upper part of the iliac crest that protrudes laterally in the left and right direction in the iliac wing of the pelvis, the axis 61 of the drive shaft 62 is The length of the lower arm 80 is selected so that the lower arm 80 coincides with the straight line passing through the center of the hip joint of the wearer 10. Therefore, the lower trunk holder 30 does not shift downward from the lower trunk and is reliably attached to the lower trunk.
体幹１１が直立した姿勢における体幹上部保持具２０と体幹１１との相対的な位置は、装着者１０が腰を曲げた姿勢になると、ずれることになり、また体幹１１の椎間関節による曲げ中心位置と股関節中心の前記一直線の位置とがずれる。このずれは、駆動源６０が回転すると、駆動軸６２の軸線６１の位置が体幹１１に対して上下に動くので、腰ベルト３３を含む体幹下部保持具３０が、駆動源６０の体幹１１との相対的な位置を元に戻す。したがって、支援力モーメントが体幹１１に効率よく与えられる装着状態に、自動的に戻る。 The relative positions of the upper trunk holder 20 and the trunk 11 when the trunk 11 is in an upright posture will shift when the wearer 10 bends at the waist, and the The position of the center of bending by the joint and the position of the straight line of the center of the hip joint deviate from each other. This deviation is caused by the fact that when the drive source 60 rotates, the position of the axis 61 of the drive shaft 62 moves up and down with respect to the trunk 11, so that the lower trunk holder 30, including the waist belt 33, Return to the original position relative to 11. Therefore, it automatically returns to the wearing state in which a supporting force moment is efficiently applied to the trunk 11.
上アーム７０の長さは、装着者１０の寸法で決まり、力学的にはできるだけ長く選ばれる。第１受動回転軸９１は、腋窩の下方付近で、腋窩接触しない、できるだけ高い位置に選ばれる。胸ベルト２２は、胸骨体またはそれよりは上方で鎖骨より下方の範囲で胸郭を圧迫せずに、支援力モーメントを伝えやすい、あまり脂肪や筋肉がついていない部位に位置するように、肩ベルト２１、背ベルト２３などの寸法形状が選ばれる。 The length of the upper arm 70 is determined by the dimensions of the wearer 10, and is chosen to be as long as possible from a mechanical point of view. The first passive rotation shaft 91 is selected to be at a position as high as possible near the lower part of the axilla and not in contact with the axilla. The chest belt 22 is placed on the shoulder belt 21 so that it is located at the body of the sternum or above the sternum and below the collarbone, where it is easy to transmit a supporting force moment without compressing the ribcage and where there is not much fat or muscle. , the size and shape of the back belt 23, etc. are selected.
図１７は、第３受動回転軸７３を装着者１０の外側方から見た断面図である。第１上アーム片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。 FIG. 17 is a cross-sectional view of the third passive rotating shaft 73 viewed from the outside of the wearer 10. Fork-shaped projecting pieces 75 and 76 are fitted into the lower end of the first upper arm piece 71 and the upper end of the second upper arm piece 72, and are freely angularly displaceable around the hinge pin 77 via an oil-free bushing 76. supported by. The hinge pin 77 has an axis in the front-rear direction of the wearer 10, and is prevented from coming off in the axial direction by a retaining head 87 and a retaining ring 88, and by a setscrew 89 that engages the side of the hinge pin 77. be done. Therefore, the upper arm 70 can be freely angularly displaced around the longitudinal axis by the third passive rotation shaft 73, and the trunk 11 can be tilted and bent in the left-right direction by the action of the facet joints formed by the vertebrae including the lumbar vertebrae. Therefore, the supporting force moment can be applied smoothly according to the posture of the wearer 10. The fourth passive rotation shaft 83 has a similar configuration to the third passive rotation shaft 73.
下アーム８０は、上下の第1および第２の下アーム片８１、８２が、前後方向の軸線ま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。 The lower arm 80 is configured by connecting upper and lower first and second lower arm pieces 81 and 82 via a fourth passive rotating shaft 83 that is angularly displaceable around the longitudinal axis. A lower end portion of the first lower arm piece 81 is connected to the thigh holder 40 via a second passive rotating shaft 92 . The upper end portion of the first lower arm piece 81 is fixed to the motor body 68 of the drive source body 63. The fourth passive rotation shaft 83 has a similar configuration to the third passive rotation shaft 73 in FIG. 9 . Therefore, the lower arm 80 can be freely angularly displaced around the longitudinal axis by the fourth passive rotation shaft 83, so that the lower limb can be abducted and opened smoothly by the action of the hip joint. The support force moment can be applied smoothly according to the person's open leg posture.
再び図１５を参照して、第２受動回転軸９２は、第２下アーム片８２の下端部に形成された軸受孔９８に、保持片４３に外方に立設された左右方向の軸線を有するピン９９が挿通して構成される。ピン９９は、第２下アーム片８２のための抜け止め用頭部を有する。第１受動回転軸９１も、第２受動回転軸９２と類似の構成を有する。 Referring again to FIG. 15 , the second passive rotating shaft 92 has a horizontal axis extending outwardly from the holding piece 43 into a bearing hole 98 formed at the lower end of the second lower arm piece 82. A pin 99 having the structure is inserted therethrough. The pin 99 has a head for preventing the second lower arm piece 82 from coming off. The first passive rotation shaft 91 also has a similar configuration to the second passive rotation shaft 92.
第１～第４受動回転軸９１，９２；７３、８３によって、体幹１１を前後、左右に傾けたとき、左右に開脚したときなどにおいて、大腿保持具４０の位置が元の位置からずれず、装着者１０の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、駆動源６０と大腿保持具４０間の長さ調整機構が不要となり、軽量化と低コスト化できる。すなわち、体幹１１を前後に傾けたとき体幹上部保持具２０は、胸ベルト２２の取り付け位置に配置した第１受動回転軸９１によって、また体幹１１を左右に傾けたときは、駆動源６０の上方に配置した第３受動回転軸７３によって、体幹１１の動作を妨げられない。左右に開脚したときは、駆動源６０の下方に配置した第４受動回転軸８３によって、また大腿１２を前後に振り上げたときは、大腿保持具４０の取り付け位置に配置した第２受動回転軸９２によって、体幹１１の動作を妨げられない。 The first to fourth passive rotation shafts 91, 92; 73, 83 prevent the thigh holder 40 from being in its original position when the trunk 11 is tilted back and forth, left and right, or when the legs are spread left and right. Since it does not restrict the movement of the wearer 10 and does not separate from the wearer's body, a length adjustment mechanism between the drive source 60 and the thigh holder 40 is not required, and weight and cost can be reduced. That is, when the trunk 11 is tilted back and forth, the upper trunk holder 20 is moved by the first passive rotating shaft 91 located at the attachment position of the chest belt 22, and when the trunk 11 is tilted left and right, the upper trunk holder 20 is moved by the drive source. 60, the movement of the trunk 11 is not hindered. When the legs are spread to the left and right, the fourth passive rotating shaft 83 located below the drive source 60 is used, and when the thigh 12 is swung up and down, the second passive rotating shaft located at the attachment position of the thigh holder 40 is used. 92, the movement of the trunk 11 is not hindered.
再び図１４を参照して、腰ベルト３３の後部３１には、縦断面がほぼＬ字状の取り付け部材５０が設けられる。取り付け部材５０は、後部３１に固定される縦取り付け片５１と、取り付け片５１に連なって後方になるにつれて下方に傾斜したもう１つの斜め取り付け片５２とを有する。縦取り付け片５１には、駆動源６０のための駆動制御手段１００を収納する制御ボックス５３が固定される。斜め取り付け片５２には、駆動源６０と駆動制御手段１００などとに電力を供給する電池ボックス５４が固定される。斜め取り付け片５２は、前述のように傾斜しており、下方に大きく突出しないので、装着者１０が椅子などに着座するときの支障にならない。 Referring again to FIG. 14 , the rear portion 31 of the waist belt 33 is provided with an attachment member 50 having a substantially L-shaped longitudinal section. The attachment member 50 has a vertical attachment piece 51 fixed to the rear part 31, and another diagonal attachment piece 52 that is continuous with the attachment piece 51 and slopes downward toward the rear. A control box 53 accommodating drive control means 100 for the drive source 60 is fixed to the vertical mounting piece 51 . A battery box 54 that supplies power to the drive source 60, drive control means 100, etc. is fixed to the diagonal attachment piece 52. The diagonal attachment piece 52 is inclined as described above and does not protrude significantly downward, so it does not interfere with the wearer 10 sitting on a chair or the like.
図１８は、装着者１０の後方から見た制御ボックス５３の簡略化した縦断面図である。制御ボックス５３には、駆動制御手段１００のいわゆるマイコンボードである配線基板１０１が固定され、この配線基板１０１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１１３と、処理回路１１３に接続される加速度・角速度センサ１０３などとが搭載されて固定される。加速度・角速度センサ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。加速度・角速度センサ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。加速度・角速度センサ１０３はまた、装着者１０の体幹１１における大腿腰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。 FIG. 18 is a simplified longitudinal sectional view of the control box 53 seen from the rear of the wearer 10. A wiring board 101, which is a so-called microcomputer board of the drive control means 100, is fixed to the control box 53, and a processing circuit 113 for drive control realized by a microcomputer, and a processing circuit 113 for drive control realized by a microcomputer are mounted on the wiring board 101. The acceleration/angular velocity sensor 103 and the like to be connected are mounted and fixed. The acceleration/angular velocity sensor 103 detects the three-dimensional acceleration of the waist of the trunk 11 of the wearer 10, that is, the acceleration α1 in the vertical direction, the acceleration α2 in the longitudinal direction, and the acceleration α3 in the left-right direction. In order to detect acceleration, the acceleration/angular velocity sensor 103 may have a configuration that detects the moving distance of a movable body supported by a spring by a change in an electric signal such as capacitance or a piezo effect, and a gyro may also be used. include. The acceleration/angular velocity sensor 103 also detects the angular velocity ω1 around the vertical axis of the thigh and waist of the wearer 10's trunk 11, the angular velocity ω2 around the longitudinal axis, and the angular velocity ω3 around the horizontal axis.
加速度・角速度センサ１０３としては、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。 The acceleration/angular velocity sensor 103 may be a sensor that detects a change in capacitance between a movable part, which is one electrode, and a fixed part, which is the other electrode, of the sensor element. It may also be a sensor that detects changes in distortion of the spring part using a piezoresistive element attached to the spring part that connects the movable part and the fixed part.
図１９は、装着者１０の左手１６Ｌに装着される手袋装置１９０Ｌの一部の断面図である。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。 FIG. 19 is a cross-sectional view of a portion of a glove device 190L worn on the left hand 16L of the wearer 10. Object sensors 191 and 192 are provided on the outer surface of the glove of glove device 190. The object sensors 191 and 192 may have a configuration called a touch switch, which detects contact with an object to be lifted or lowered, for example, and detects changes in capacitance due to contact with the object. It is also possible to detect the displacement of the magnetic piece against the spring force due to the pressure applied, or to perform the detection operation by turning the contact ON/OFF with a certain amount of load and stroke. In another embodiment of the present invention, the object sensors 191, 192 are realized by a configuration that outputs an electrical signal representing the mass of an object that the wearer 10 lifts or lowers, such as a strain sensor. Good too.
図２０は、物体センサ１９１、１９２が設けられる左手１６Ｌの手背から見た骨格を示す平面図である。物体センサ１９１は、母指の末節骨１９５付近の内側である手掌に配置される。もう１つの物体センサ１９２は、母指のつけ根である中手指節関節１９６付近の手掌に配置される。本発明の実施の他の形態では、物体センサ１９３は、手袋装置１９０に、示指の末節骨１９７付近の手掌に配置される。本発明の実施のさらに他の形態では、物体センサ１９４は、手袋装置１９０に、示指の基節骨１９８付近の手掌に配置される。これらの物体センサ１９１～１９４は、物体の取扱いに応じて、片手の手袋装置１９０だけに設けられてもよいが、左右両手の各手袋に設けられてもよい。 FIG. 20 is a plan view showing the skeleton of the left hand 16L, where the object sensors 191 and 192 are provided, as seen from the back of the hand. The object sensor 191 is placed on the inside of the palm near the distal phalanx 195 of the thumb. Another object sensor 192 is placed on the palm near the metacarpophalangeal joint 196, which is the base of the thumb. In another embodiment of the invention, the object sensor 193 is placed on the glove device 190 in the palm of the hand near the distal phalanx 197 of the index finger. In yet another embodiment of the invention, an object sensor 194 is placed on the glove device 190 in the palm of the hand near the proximal phalanx 198 of the index finger. Depending on the handling of the object, these object sensors 191 to 194 may be provided only in the glove device 190 for one hand, or may be provided for each glove on both the left and right hands.
これらの物体センサ１９１～１９４は、手袋装置１９０の内側に取り付けられてもよく、手袋装置１９０に設けられる代りに、粘着テープなどで装着者１０の手に貼り付けられてもよく、または指サックなどの帽状体に設けられてもよい。 These object sensors 191 to 194 may be attached to the inside of the glove device 190, and instead of being provided to the glove device 190, they may be attached to the hand of the wearer 10 with adhesive tape or the like, or they may be attached to the finger cot. It may be provided in a cap-shaped body such as.
駆動源６０の駆動軸６２によって出力される駆動トルク、および角度センサ６７（図１６）が検出する角度θについては、図２９に関連して後述する。図９および図１０において、装着者１０が直立している状態では、駆動軸６２の軸線６１と第１受動回転軸９１とを通る上アーム７０の長手方向、および駆動軸６２の軸線６１と第２受動回転軸９２とを通る下アーム８０の長手方向はいずれも、鉛直である。下アーム８０の長手方向は、鉛直線と角度θを成す。前へ歩行するために、装着者１０が遊脚の大腿１２を振り上げて屈曲する方向を正とし、足が着地している支持脚の大腿１２を伸長する方向を負とする。駆動軸６２の軸線６１を、装着者１０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ほぼ一致して配置することによって、その一直線まわりに出力される駆動源６０の駆動トルク、すなわち装着者１０のための支援力モーメントは、装着者１０へ高い駆動伝達効率で与えられ、歩行支援、持ち上げ支援、持ち下げブレーキ支援、中腰支援などの各支援動作を、円滑に達成する。 The drive torque output by the drive shaft 62 of the drive source 60 and the angle θ detected by the angle sensor 67 (FIG. 16) will be described later with reference to FIG . 9 and 10 , when the wearer 10 is standing upright, the longitudinal direction of the upper arm 70 passes through the axis 61 of the drive shaft 62 and the first passive rotation shaft 91, and the axis 61 of the drive shaft 62 and the first The longitudinal direction of the lower arm 80 passing through the second passive rotating shaft 92 is vertical. The longitudinal direction of the lower arm 80 forms an angle θ with the vertical line. In order to walk forward, the direction in which the wearer 10 swings up and bends the thigh 12 of the free leg is defined as positive, and the direction in which the thigh 12 of the support leg on which the foot is touching is extended is defined as negative. The axis 61 of the drive shaft 62 is substantially aligned with a straight line in the left-right direction passing through the center of the acetabular joint of the femoral head fitted in the acetabulum of the left and right hip joints of the wearer's 10 pelvis. By arranging this arrangement, the drive torque of the drive source 60 output around the straight line, that is, the support force moment for the wearer 10 is given to the wearer 10 with high drive transmission efficiency, and is used for walking support, lifting support, and carrying. Smoothly achieves various support operations such as lowering brake support and mid-waist support.
左右一対の駆動源６０は、股関節に関する前記一直線上に軸線を有する駆動軸６２を有し、したがって、駆動軸６２の軸線は、持ち上げ、持ち下げブレーキ、中腰などの作業での腰関節、すなわち椎間関節の位置から、ずれている。しかし、駆動軸６２の軸線は、作用点（着力点）である装着者１０の胸ベルト２２と大腿保持具４０とから充分な距離だけ離れているので、駆動軸６２からの駆動トルクを体幹１１に支援力モーメントとして、支障なく充分に伝えることができる。 The pair of left and right drive sources 60 each have a drive shaft 62 having an axis on the above-mentioned straight line with respect to the hip joint. Therefore, the axis of the drive shaft 62 is aligned with the lumbar joint, that is, the vertebrae, during work such as lifting, lifting brakes, and lowering the waist. It is shifted from the position of the facet joint. However, since the axis of the drive shaft 62 is a sufficient distance from the chest belt 22 and thigh holder 40 of the wearer 10, which are the points of action (points of force applied), the drive torque from the drive shaft 62 is transferred to the trunk of the wearer's 10. 11 as a supporting force moment without any trouble.
図２１は、装着者１０の歩行支援動作を説明するためのスケルトン図である。駆動源６０は、上アーム７０と下アーム８０との間に駆動トルクＴを出力する。これによって、装着者１０の股関節の中心の左右の外側に配置された駆動源６０の軸線６１のまわりに、歩行支援時には、遊脚側の駆動源６０Ｌからの駆動トルクＴが大腿１２Ｌの大腿保持具４０Ｌに伝わり、大腿１２Ｌを振り上げる方向に振り上げ力モーメントＴ１が作用する。遊脚側の駆動源６０Ｌは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して振り上げた遊脚の大腿１２Ｌを支えるための反力モーメントＴ３を伝えている。 FIG. 21 is a skeleton diagram for explaining the walking support operation of the wearer 10. The drive source 60 outputs a drive torque T between the upper arm 70 and the lower arm 80. This allows the drive torque T from the drive source 60L on the free leg side to maintain the thigh 12L around the axis 61 of the drive source 60 disposed on the right and left outside of the center of the hip joint of the wearer 10 during walking support. A swing-up force moment T1 is transmitted to the tool 40L and acts in a direction to swing up the thigh 12L. The drive source 60L on the swing leg side transmits a reaction force moment T3 from the upper trunk holder 20 to support the thigh 12L of the swing leg while maintaining the posture of the trunk.
図２２は、装着者１０が歩行支援されている状態を示す遊脚側から見た側面図である。駆動源６０Ｌは、大腿１２Ｌに振り上げ力モーメントＴ１を与える。 FIG. 22 is a side view of the wearer 10 seen from the free leg side showing a state where the wearer 10 is supported in walking. The drive source 60L applies a swing-up force moment T1 to the thigh 12L.
歩行支援のために、図２１に示されるように、支持脚側の駆動源６０Ｒからの駆動トルクＴは、大腿１２Ｒの大腿保持具４０Ｒに伝わり、大腿１２Ｒを支持する方向に支援力モーメントＴ２が作用する。支持脚側の駆動源６０Ｒは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して足が着地している支持脚の大腿１２Ｒを支えるための反力モーメントＴ４を伝えている。 For walking support, as shown in FIG. 21 , the driving torque T from the driving source 60R on the supporting leg side is transmitted to the thigh holder 40R of the thigh 12R, and a supporting force moment T2 is generated in the direction of supporting the thigh 12R. act. The drive source 60R on the support leg side transmits a reaction force moment T4 from the upper trunk holder 20 to maintain the posture of the trunk and support the thigh 12R of the support leg on which the foot is landing.
図２３は、装着者１０の持ち上げ支援動作を説明するためのスケルトン図である。装着者１０が物体を手１６で掴んで持ち上げようとするとき、駆動源６０Ｌ、６０Ｒからの駆動トルクＴ５、Ｔ６が大腿１２Ｌ、１２Ｒの大腿保持具４０Ｌ、４０Ｒに伝わり、大腿１２Ｌ、１２Ｒを支持する方向に持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８が作用する。駆動源６０Ｌ、６０Ｒは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して大腿１２Ｌ、１２Ｒを支えるための反力モーメントＴ９、Ｔ１０を与えている。このような左右両脚に与えられるモーメントは、持ち上げ支援のための持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８だけでなく、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なども同じである。 FIG. 23 is a skeleton diagram for explaining a lifting support operation of the wearer 10. When the wearer 10 tries to grasp and lift an object with the hands 16, drive torques T5 and T6 from the drive sources 60L and 60R are transmitted to the thigh holders 40L and 40R of the thighs 12L and 12R, supporting the thighs 12L and 12R. Lifting force moments T7 and T8 act in the direction. The drive sources 60L and 60R apply reaction force moments T9 and T10 from the upper trunk holder 20 to maintain the posture of the trunk and support the thighs 12L and 12R. The moments given to the left and right legs are not only the lifting force moments T7 and T8 for lifting support, but also the lifting force moment for lifting brake support.
図２４は、装着者１０の中腰支援動作を説明するための側面図である。中腰状態では、体幹１１が直立し、大腿１２が鉛直から前方に角変位している。処理回路１１３は、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θが減少している状態が続くことで、予め定める時間、たとえば３秒以上、予め定める角度、たとえば１０°以上曲げていることで、中腰状態を検出する。 FIG. 24 is a side view for explaining the waist support motion of the wearer 10. In the half-hip state, the trunk 11 stands upright, and the thighs 12 are angularly displaced forward from the vertical. The processing circuit 113 determines whether the relative angle θ between the trunk 11 and the left and right thighs 12 continues to decrease, as detected by the left and right angle sensors 67, for a predetermined period of time, for example, 3 seconds. As described above, a half-backed state is detected by bending at a predetermined angle, for example, 10 degrees or more.
中腰支援のための中腰支援力モーメントおよび立ち上がり支援のための立ち上がり支援力モーメントも、図２３の持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８と同じである。 The half-back support force moment for half-back support and the rising support force moment for standing-up support are also the same as the lifting force moments T7 and T8 in FIG. 23.
図２５は、体幹１１を左右に傾けた状態を示す簡略化した正面図である。上アーム７０の長手方向の途中位置に介在される第３受動回転軸７３は、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、体幹１１を椎間関節の働きによって左右方向７８、７９に傾けて曲げることができる。したがって、装着者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。 FIG. 25 is a simplified front view showing a state in which the trunk 11 is tilted left and right. The third passive rotating shaft 73, which is interposed at a midway position in the longitudinal direction of the upper arm 70, is angularly displaceable around the longitudinal axis, so that the trunk 11 can be moved in the left and right directions 78 and 79 by the action of the facet joints. Can be tilted and bent. Therefore, the supporting force moment can be applied smoothly according to the posture of the wearer.
図２６は、下肢を外転して開脚した状態を示す簡略化した正面図である。下アーム８０の長手方向の途中位置に介在される第４受動回転軸８３は、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、下肢を外転して方向８４に開脚を円滑に行なうことができ、またその逆の内転方向に運動できる。したがって、装着者１０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。 FIG. 26 is a simplified front view showing a state in which the lower limbs are abducted and opened. The fourth passive rotation shaft 83, which is interposed at a midway position in the longitudinal direction of the lower arm 80, can be angularly displaced around the axis in the front-rear direction, so that the lower leg can be abducted and opened in the direction 84 by the action of the hip joint. can be performed smoothly, and can also move in the opposite direction of adduction. Therefore, the supporting force moment can be applied smoothly according to the open leg posture of the wearer 10.
図２７は、体幹１１を回旋した状態を示す簡略化したスケルトン図である。体幹１１を、その直立した長軸まわりに回旋方向８５に捩る運動をしたとき、体幹１１とともに、駆動源６０が設けられた体幹下部保持具３０が、回旋方向８５ａ、８５ｂに角変位し、このとき下肢の大腿１２も回旋方向８５ｃに角変位する。駆動源６０は体幹１１の左右に配置され、駆動源６０には、体幹１１の長軸まわりに角変位しない剛性の上下のアーム７０、８０が設けられ、上下のアーム７０、８０は、体幹上部保持具２０および大腿保持具４０に連結されるので、装着者１０が回旋しても、体幹１１は、体幹上部保持具２０と、体幹下部保持具３０と、大腿保持具４０などと相対的に変位せず、位置ずれが生じない。したがって、支援ロボット装置１は、装着者１０の動きを束縛せず、身体から離れもしないので、体幹１１と駆動源６０との相対的な位置の変化を防ぐための追加的な構成は不要であり、構成の簡略化を図ることができる。体幹上部保持具２０において、回旋する体幹１１との位置ずれを防ぐ役目は、特にその胸ベルト２２であり、副次的に肩ベルト２１、背ベルト２３である。 FIG. 27 is a simplified skeleton diagram showing a state in which the trunk 11 is rotated. When the trunk 11 is twisted in the rotational direction 85 around its upright long axis, the lower trunk holder 30 provided with the drive source 60 is angularly displaced in the rotational directions 85a and 85b together with the trunk 11. At this time, the thigh 12 of the lower leg is also angularly displaced in the rotational direction 85c. The drive source 60 is arranged on the left and right sides of the trunk 11, and the drive source 60 is provided with rigid upper and lower arms 70, 80 that do not angularly displace around the long axis of the trunk 11. Since it is connected to the upper trunk holder 20 and the thigh holder 40, even if the wearer 10 rotates, the trunk 11 is connected to the upper trunk holder 20, the lower trunk holder 30, and the thigh holder. 40, etc., and no positional deviation occurs. Therefore, since the support robot device 1 does not restrict the movement of the wearer 10 and does not separate from the wearer's body, no additional configuration is required to prevent changes in the relative position between the trunk 11 and the drive source 60. Therefore, the configuration can be simplified. In the upper trunk holder 20, the role of preventing misalignment with the rotating trunk 11 is particularly the chest belt 22, and secondarily the shoulder belts 21 and back belt 23.
図２８は、支援ロボット装置１（図９、図１０）の電気的構成を示す電気回路図である。支援ロボット装置１に含まれる制御機器は、制御ボックス５３と、左右の類似の構成を有するモータドライバユニット１２０Ｌ、１２０Ｒと、ハンディ端末装置１５０と、電池ボックス５４と、左右の類似の構成を有する手袋装置１９０Ｌ，１９０Ｒとを含んで構成される。 FIG. 28 is an electrical circuit diagram showing the electrical configuration of the support robot device 1 (FIGS. 9 and 10) . The control devices included in the support robot device 1 include a control box 53, motor driver units 120L and 120R having similar configurations on the left and right sides, a handy terminal device 150, a battery box 54, and gloves having similar configurations on the left and right sides. The device includes devices 190L and 190R.
ハンディ端末装置１５０は、携帯型であり、装着者１０の左右両手によって保持されて操作される。ハンディ端末装置１５０は、たとえばスマートフォンによって実現される送受信可能な通信装置である。ハンディ端末装置１５０は、装着者の左手または右手の一方のみに設けられてもよい。 The handy terminal device 150 is portable, and is held and operated by both the left and right hands of the wearer 10. Handy terminal device 150 is, for example, a communication device realized by a smartphone and capable of transmitting and receiving data. Handy terminal device 150 may be provided only on one of the wearer's left hand or right hand.
制御ボックス５３は、第１無線通信部１１１と、第２無線通信部１１２と、処理回路１１３と、電源制御部１１４とを含んで構成される。第１無線通信部１１１は、無線による通信によって、手袋装置１９０と通信可能に構成され、これらのハンディ端末装置１５０、手袋装置１９０と処理回路１１３との情報の中継を行なっている。第２無線通信部１１２は、無線による通信によって、ハンディ端末装置１５０と通信可能に構成され、ハンディ端末装置１５０と処理回路１１３との情報の送受信中継を行なう。処理回路１１３は、有線による通信によって、各モータドライバユニット１２０と通信するように構成される。電源制御部１１４は、電池ボックス５４を制御する。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。 The control box 53 includes a first wireless communication section 111, a second wireless communication section 112, a processing circuit 113, and a power supply control section 114. The first wireless communication unit 111 is configured to be able to communicate with the glove device 190 by wireless communication, and relays information between the handy terminal device 150, the glove device 190, and the processing circuit 113. The second wireless communication unit 112 is configured to be able to communicate with the handy terminal device 150 by wireless communication, and relays information between the handy terminal device 150 and the processing circuit 113 . The processing circuit 113 is configured to communicate with each motor driver unit 120 through wired communication. The power supply control unit 114 controls the battery box 54. Power supply control section 114 is realized by a microcomputer.
左右の各モータドライバユニット１２０は、装着者１０の左側および右側にそれぞれ装着されるパワーアシスト用電動モータ６４を制御する右モータドライバ１２２を含んで構成される。各モータドライバ１２１は、有線による通信によって、処理回路１１３と通信し、処理回路１１３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、モータ６４の角度センサ６７からの駆動軸６２の回転角度を表す位置情報などの情報を処理回路１１３へ送っている。加速度・角速度センサ１０３の出力は、処理回路１１３に与えられる。処理回路１１３には、送受信に関連する情報をストアするメモリ１１７と、計数のためのカウンタ１１８と、計時のためのタイマ１１９などとが接続される。 Each of the left and right motor driver units 120 includes a right motor driver 122 that controls a power assist electric motor 64 mounted on the left and right sides of the wearer 10, respectively. Each motor driver 121 communicates with the processing circuit 113 through wired communication, receives commands such as an output torque command necessary for assist from the processing circuit 113, and receives the rotation angle of the drive shaft 62 from the angle sensor 67 of the motor 64. Information such as position information representing the location information is sent to the processing circuit 113. The output of the acceleration/angular velocity sensor 103 is given to a processing circuit 113. Connected to the processing circuit 113 are a memory 117 for storing information related to transmission and reception, a counter 118 for counting, a timer 119 for timing, and the like.
手袋装置１９０は、無線通信部１８６、電池１８７および物体センサ１９１、１９２を含んで構成される。電池１８７は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部１８６および物体センサ１９１、１９２に電力を供給する。無線通信部１８６は、物体センサ１９１、１９２の状態、すなわち、物体センサ１９１、１９２によって検出された検出結果を、第１無線通信部１１１を介して処理回路１１３に送る。本発明の実施の他の形態では、手袋装置１９０は、物体センサ１９１、１９２に代えて、物体センサ１９３または１９４が設けられる。物体センサ１９１～１９４は、装着者１０が装着する手袋の指の掌側の部分に作用する荷重の有無、さらにはその荷重の値を検出する。 Glove device 190 includes a wireless communication section 186, a battery 187, and object sensors 191 and 192. The battery 187 is a rechargeable storage battery, and supplies power to the wireless communication unit 186 and the object sensors 191 and 192. The wireless communication unit 186 sends the states of the object sensors 191 and 192, that is, the detection results detected by the object sensors 191 and 192, to the processing circuit 113 via the first wireless communication unit 111. In another embodiment of the present invention, the glove device 190 is provided with an object sensor 193 or 194 instead of the object sensors 191 and 192. The object sensors 191 to 194 detect the presence or absence of a load acting on the palm side of the fingers of the glove worn by the wearer 10, as well as the value of the load.
ハンディ端末装置１５０は、本件支援ロボット装置１の動作に必要なパラメータを設定するために使用される。電池ボックス５４は、電池４６を含んで構成される。電池ボックス５４は、電池４６からの電力を制御ボックス５３および各モータドライバユニット１２０に供給する。 The handy terminal device 150 is used to set parameters necessary for the operation of the present support robot device 1. The battery box 54 is configured to include the battery 46. Battery box 54 supplies power from battery 46 to control box 53 and each motor driver unit 120.
処理回路１１３は、第１無線通信部１１１から与えられる各物体センサ１９１～１９４、加速度・角速度センサ１０３などの情報と、各モータドライバ１２１の角度センサ６７から与えられる電動モータ６４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１２１へ出力トルク指令を送る。 The processing circuit 113 uses information on each object sensor 191 to 194, acceleration/angular velocity sensor 103, etc. given from the first wireless communication unit 111, and position information of the electric motor 64 given from the angle sensor 67 of each motor driver 121. Based on this, the drive torque required for assist is calculated and an output torque command is sent to each motor driver 121.
本実施の形態では、図２８に示すように、制御ボックス５３に、手袋装置１９０と通信を行なう第１無線通信部１１１と、ハンディ端末装置１５０と通信を行なう第２無線通信部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。 In this embodiment, as shown in FIG. 28 , the control box 53 includes a first wireless communication section 111 that communicates with the glove device 190 and a second wireless communication section 112 that communicates with the handy terminal device 150. By doing so, communication speed is improved and parallel processing can be performed.
図２９は、駆動源６０の駆動軸６２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、駆動源６０の内部に設けられ、駆動源６０の電動モータ６４の出力軸６５に対応する駆動軸６２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が支援ロボット装置１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６２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６２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。 FIG. 29 is a diagram for explaining the drive torque output by the drive shaft 62 of the drive source 60. Angle sensor 67 detects angle θ. The angle sensor 67 detects the relative angle between the trunk 11 and each of the left and right thighs 12. The angle sensor 67 is provided inside the drive source 60 and detects the angle of the drive shaft 62 corresponding to the output shaft 65 of the electric motor 64 of the drive source 60. The angle sensor 67 is for measuring relative angles. By turning on the power while the wearer 10 is wearing the support robot device 1 and standing upright with the trunk 11 and the thigh 12, which is the lower leg, vertical, the origin position of the angle sensor 67, that is, the angle θ, is zero. can be determined. When the angle θ is set to zero in this upright position, and the thigh 12 is kept vertical and the trunk 11 is bent forward, the angle θ is set to zero. Detect the angle θ of leaning forward. Further, when the user swings up the thigh 12 of the free leg while walking while keeping the trunk 11 vertical, the angle θ around the axis 61 of the drive shaft 62 with respect to the vertical direction directly below is detected.
本発明の実施の一形態では、駆動源６０の駆動トルクＴ、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。これらの予め定める値であるパラメータは、ハンディ端末装置１５０を使用して設定することができる。 In one embodiment of the present invention, the drive torque T of the drive source 60, and therefore the support force moment, may be a predetermined value common to each support operation, or may be a predetermined value for each support operation. good. These parameters, which are predetermined values, can be set using the handy terminal device 150.
本発明の実施の他の形態では、下肢の質量をｍ［ｋｇ］、駆動軸６２の軸線６１から第２受動回転軸９２までの下アーム８０の長さをＬ［ｍ］、重力加速度をｇとすると、質量ｍの下肢を動作させるのに必要な駆動トルクＴ［Ｎ・ｍ］は、次の計算式（数１）、
Ｔ ＝ Ｌ・ｍ・ｇ・ｓｉｎ θ …（１）
によって計算することができる。
In another embodiment of the present invention, the mass of the lower limb is m [kg], the length of the lower arm 80 from the axis 61 of the drive shaft 62 to the second passive rotation shaft 92 is L [m], and the gravitational acceleration is g Then, the driving torque T [N・m] required to operate the lower limb of mass m is calculated using the following formula (Equation 1):
T = L・m・g・sin θ…(1)
It can be calculated by
Ｌおよびｍは、比例定数であり、装着者１０によって決まる固定値である。処理回路１１３は、これらの値をパラメータとして予め設定しておくことによって、駆動トルクＴ、したがって支援力モーメントを算出する。パラメータは、ハンディ端末装置１５０を使用して設定することができ、メモリ１１８にストアされる。 L and m are proportional constants and are fixed values determined by the wearer 10. The processing circuit 113 calculates the drive torque T, and therefore the support force moment, by setting these values as parameters in advance. Parameters can be set using handheld terminal 150 and stored in memory 118 .
このように、装着型支援ロボット装置１は、装着者１０を様々な作業姿勢で動かすために必要な駆動トルクＴを、角度センサ６７によって検出される角度θから力学的に解析することによって、算出するので、筋肉を動かそうとしたときに筋肉に流れる微弱な表面筋電位信号を用いることなく、表面筋電位センサを装着する煩わしさをなくすことができる。 In this way, the wearable support robot device 1 calculates the drive torque T required to move the wearer 10 in various working postures by dynamically analyzing the angle θ detected by the angle sensor 67. Therefore, the trouble of wearing a surface myoelectric potential sensor can be eliminated without using the weak surface myoelectric potential signals that flow through the muscles when trying to move the muscles.
また、支援ロボット装置１は、予め設定された動作パターンの再生方式ではなく、駆動トルクＴを力学的に算出するので、装着者１０の動作の切り替わり時に、不連続になることがない。 Moreover, since the support robot device 1 dynamically calculates the drive torque T rather than using a method of reproducing a preset motion pattern, there is no discontinuity when the motion of the wearer 10 changes.
ここで、ハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータを下記の表１に示す。パラメータＮｏ「０１」～「０７」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータＮｏ「１１」～「１３」は、支持脚側の歩行制御パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、支持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。 Here, the parameters set using the handy terminal device 150 are shown in Table 1 below. Parameter Nos. "01" to "07" are walking control parameters for the free leg side, and parameter Nos. "11" to "13" are walking control parameters for the supporting leg side. The free leg is the leg that is not on the ground, and the supporting leg is the leg that is on the ground. The walking control parameter is a parameter for assisting walking motion.
パラメータＮｏ「２１」～「２５」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータＮｏ「３１」～「３５」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストす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、ハンデイ端末装置１５０によって、変更し設定しなおすことができる。値の範囲（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。 Parameter Nos. "21" to "25" are upper body control parameters. The body control parameter is a parameter for assisting the movement of the body. Parameter Nos. "31" to "35" are mid-way control parameters. The middle waist control parameter is a parameter for assisting the middle waist movement. Parameter Nos. "41" to "45" are teaching parameters. Handy terminal device 150 has a storage area for storing these parameters. s and sec indicate seconds. The initial values in Table 1 are initial setting values, which the user can subsequently change and set again using the handy terminal device 150. The value range (unit: %) is the maximum assist force moment that the motor 64 can produce, that is, the ratio of the assist force to 100%.
ハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータに関して、本発明の実施の他の形態では、そのハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータを下記の表２に示す。パラメータＮｏ「０１」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータＮｏ「０２」は、支持脚側の歩行制御パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、支持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。 Regarding the parameters set using the handy terminal device 150, in another embodiment of the present invention, the parameters set using the handy terminal device 150 are shown in Table 2 below. Parameter No. "01" is a walking control parameter for the free leg side, and parameter No. "02" is a walking control parameter for the supporting leg side. The free leg is the leg that is not on the ground, and the supporting leg is the leg that is on the ground. The walking control parameter is a parameter for assisting walking motion.
パラメータＮｏ「０３」、「０４」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするための持ち上げアシスト制御と持ち下げアシスト制御のパラメータである。パラメータＮｏ「０５」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストするためのパラメータである。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。初期の設定値がプログラムで設定されており、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。 Parameter Nos. "03" and "04" are upper body control parameters. The body control parameters are parameters for lifting assist control and lifting assist control for assisting the movement of the upper body. Parameter No. "05" is a moderate control parameter. The middle waist control parameter is a parameter for assisting the middle waist movement. Handy terminal device 150 has a storage area for storing these parameters. Initial setting values are set by the program, and thereafter the user can change and set them again using the handy terminal device 150.
図３０は、支援ロボット装置１の処理回路１１３によって実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。アシストスーツ制御処理は、電源起動シーケンス処理、パラメータ書換えシーケンス処理、姿勢情報入力シーケンス処理および股関節制御シーケンス処理の４つの処理で構成されている。処理回路１１３は、処理回路１１３の電源が投入されてパワーアシスト用電動モータ６４以外の構成要素への電力の供給が開始され、動作可能状態になると、ステップＡ１１に移る。 FIG. 30 is a flowchart showing the processing procedure of the assist suit control process executed by the processing circuit 113 of the support robot device 1. The assist suit control process is composed of four processes: a power supply start sequence process, a parameter rewrite sequence process, a posture information input sequence process, and a hip joint control sequence process. When the processing circuit 113 is powered on and starts supplying power to components other than the power assist electric motor 64, and becomes operable, the process moves to step A11.
ステップＡ１１では、処理回路１１３は、電源起動シーケンス処理を実行する。処理回路１１３は、ハンディ端末装置１５０から送信されるアシストに必要なパラメータの受信完了を待っている。処理回路１１３は、アシストに必要なパラメータの受信完了後、装着者１０が直立している直立状態での左右の各角度センサ６７による各大腿１２の回転角度θの初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ６４用の電源をオンする。 In step A11, the processing circuit 113 executes a power start sequence process. The processing circuit 113 waits for completion of reception of parameters necessary for assistance transmitted from the handy terminal device 150. After the processing circuit 113 completes receiving the parameters necessary for the assist, the processing circuit 113 initializes the rotation angle θ of each thigh 12 by the left and right angle sensors 67 when the wearer 10 is standing upright, and sets the rotation angle θ of each thigh 12 for power assist. Turn on the power for the electric motor 64.
アシストに必要なパラメータが既に受信されている実施の形態では、ハンディ端末装置１５０からの送信を待たずに、予め定める一定時間（たとえば３秒）経過後、受信済みのパラメータを使って装着者が直立している直立状態での各大腿１２の回転角度の初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ６４用の電源をオンする。このことにより、ハンディ端末装置１５０が無くても電源起動を可能としている。 In an embodiment in which the parameters necessary for assisting have already been received, the wearer can use the received parameters after a predetermined period of time (for example, 3 seconds) has elapsed without waiting for the transmission from the handy terminal device 150. The rotation angle of each thigh 12 in the upright state is initialized, and the power for the power assist electric motor 64 is turned on. This makes it possible to start the power supply even without the handy terminal device 150.
ステップＡ１２では、処理回路１１３は、パラメータ書換えシーケンス処理を実行する。アシストに必要なパラメータは、装着者の持っているハンディ端末装置１５０から適宜送られてくる。アシストスーツ制御処理は、このパラメータの更新を常時実行できるようにするために、パラメータ書換えシーケンス処理をメインループ内で行なっている。メインループは、ステップＡ１２～Ａ１４によって形成される処理手順のループである。 In step A12, the processing circuit 113 executes parameter rewriting sequence processing. Parameters necessary for assisting are sent as appropriate from the handy terminal device 150 held by the wearer. In the assist suit control process, a parameter rewriting sequence process is performed within the main loop in order to be able to update the parameters at all times. The main loop is a processing procedure loop formed by steps A12 to A14.
ステップＡ１３では、処理回路１１３は、姿勢情報入力シーケンス処理を実行する。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。 In step A13, the processing circuit 113 executes posture information input sequence processing. The posture information input sequence process is a process of acquiring data regarding the posture of the wearer 10.
ステップＡ１４では、処理回路１１３は、股関節制御シーケンスなどのアシスト制御処理を実行して、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。 In step A14, the processing circuit 113 executes assist control processing such as a hip joint control sequence, and returns to step A12. The assist control process is a process that calculates and outputs the assist torque necessary for driving the power assist electric motor 64 for each movement of walking movement, upper body movement, and mid-hip movement based on the data acquired in step A13. be.
処理回路１１３は、メインループを２０ｍ秒間隔で実行しており、支援ロボット装置１は、装着者へのスムーズなアシストを実現している。処理回路１１３は、アシストを開始する前、数秒間で装着者の動作を判断し、判断後アシストトルクを出力する。支援ロボット装置１は、健常者のアシストを目的としており、動作の開始時に数秒間アシストがなくても、実用上支障はない。 The processing circuit 113 executes the main loop at intervals of 20 msec, and the support robot device 1 realizes smooth assistance to the wearer. The processing circuit 113 determines the movement of the wearer for several seconds before starting assist, and outputs assist torque after making the determination. The support robot device 1 is intended to assist able-bodied people, and there is no problem in practical use even if no assistance is provided for several seconds at the start of an operation.
図３１は、処理回路１１３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１１３は、図３０に示したステップＡ１３が実行されると、ステップＣ１１に移る。 FIG. 31 is a flowchart showing the processing procedure of posture information input sequence processing by the processing circuit 113. When step A13 shown in FIG. 30 is executed, the processing circuit 113 moves to step C11.
ステップＣ１１では、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３からの出力を受信して、読込む。 In step C11, the processing circuit 113 receives and reads the output from the acceleration/angular velocity sensor 103.
ステップＣ１２では、処理回路１１３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、および加速度・角速度センサ１０３の出力を読込む。処理回路１１３は、パワーアシスト用電動モータ６４に含まれる角度センサ６７から、パワーアシスト用電動モータ６４の出力軸６５に対応する駆動軸６２の回転角度、つまり股関節角度を、各モータドライバ１２１を介して読込む。ステップＣ１３では、処理回路１１３は、股関節角速度、つまりパワーアシスト用電動モータ６４による駆動軸６２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。 In step C12, the processing circuit 113 reads the detected angle θ of each angle sensor 67, which is a motor encoder, and the output of the acceleration/angular velocity sensor 103. The processing circuit 113 receives the rotation angle of the drive shaft 62 corresponding to the output shaft 65 of the power assist electric motor 64, that is, the hip joint angle, from the angle sensor 67 included in the power assist electric motor 64 via each motor driver 121. and read it. In step C13, the processing circuit 113 calculates the hip joint angular velocity, that is, the angular velocity ω of the rotation angle of the drive shaft 62 by the power assist electric motor 64, and ends the posture information input sequence process.
図３２は、処理回路１１３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１１３は、図３０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に移る。図３２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。 FIG. 32 is a flowchart showing the processing procedure of assist control processing by the processing circuit 113. When step A14 of the assist control shown in FIG. 30 is executed, the processing circuit 113 moves to steps D11, D13, and D15. As shown in FIG. 32 , the processing circuit 113 determines each movement of walking, lifting, lifting, and half-stuck, and executes one of the assist controls for walking, lifting, lifting, and half-stuck. Steps D11 and D12 are processes for walking motion. Steps D13 and D14 are processes for lifting and lowering the upper body. Steps D15 and D16 are processes for the half-back motion. The processing for walking motion, the processing for upper body motion, and the processing for half-back motion are processed in parallel.
ステップＤ１１では、処理回路１１３は、歩行判断を行なう。処理回路１１３は、角度センサ６７による検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に応答して、歩行動作を行なっているか否かを判断する。ステップＤ１２では、処理回路１１３は、歩行アシスト制御を行なう。処理回路１１３は、歩行動作を行なっているとき、時々刻々変化する角度θおよび加速度・角速度センサ１０３に基づいて、歩行動作をアシストするための遊脚のアシストトルクおよび支持脚のアシストトルクを計算する。 In step D11, the processing circuit 113 makes a walking determination. The processing circuit 113 determines whether or not the walking motion is being performed in response to the angle θ detected by the angle sensor 67 and the output of the acceleration/angular velocity sensor 103. In step D12, the processing circuit 113 performs walking assist control. The processing circuit 113 calculates the assist torque of the free leg and the assist torque of the supporting leg to assist the walking movement based on the angle θ that changes moment by moment and the acceleration/angular velocity sensor 103 during the walking movement. .
ステップＤ１３では、処理回路１１３は、上体判断を行なう。処理回路１１３は、角度センサ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、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１１３は、上体制御を行なう。処理回路１１３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１１３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。 In step D13, the processing circuit 113 performs upper body judgment. The processing circuit 113 determines whether or not a body movement is being performed in response to the detected angle θ of the angle sensor 67 and the output of the acceleration/angular velocity sensor 103. Upper body movement is the movement of bending the upper body and then raising the upper body in order to lift or lower the body. In step D14, the processing circuit 113 performs upper body control. The processing circuit 113 calculates assist torque for lifting assist control and lifting assist control that assist the upper body movement when performing the upper body movement. The processing circuit 113 calculates, for example, an assist torque proportional to the angle θ required for both legs.
ステップＤ１５では、処理回路１１３は、中腰判断を行なう。処理回路１１３は、角度センサ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。 In step D15, the processing circuit 113 makes a half-hearted decision. The processing circuit 113 determines whether or not a mid-back assisting motion is being performed in response to the detected angle θ of the angle sensor 67 and the output of the acceleration/angular velocity sensor 103. The mid-hip assist motion is a motion in a mid-hip posture. In step D16, the processing circuit 113 performs half-back assist control. The processing circuit 113 calculates an assist torque for assisting the waist-down motion when the waist-down assist motion is performed. The processing circuit 113 calculates an assist torque required for both legs, for example, proportional to the angle θ required for both legs. Steps D11 to D16 are steps for performing calculation operations.
ステップＤ１７では、処理回路１１３は、歩行アシスト制御、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Ｄ１１、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１１３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１２１を制御して、パワーアシスト用電動モータ６４を駆動させて、アシスト制御シーケンス処理を終了する。 In step D17, the processing circuit 113 adjusts each assist control output without duplication in accordance with the determinations in steps D11, D13, and D15 regarding the walking assist control, upper body assist control, and mid-waist assist control, and adjusts the assist control output according to the preset priority. The determination is made according to the order, and in driving step D18, the processing circuit 113 controls each motor driver 121 to drive the power assist electric motor 64 so as to output the calculated assist torque according to the priority order. , the assist control sequence process ends.
本実施形態の処理回路１１３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き、歩行アシスト制御の優先度が最も低くなる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、歩行アシスト制御、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。 In the processing circuit 113 of this embodiment, lifting assist control and lifting assist control, which are upper body assist controls, have the highest priority, followed by middle and lower back assist control, and walking assist control has the lowest priority. It is preset as follows. This priority order is determined especially for assisting agricultural work, and the priority order of walking assist control, upper body assist control, and mid-back assist control can be changed as appropriate.
このように、本実施形態では、歩行アシスト制御、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１１３において装着者１０の動作を推定して、歩行アシスト制御、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。 As described above, in this embodiment, by setting the priorities in advance for walking assist control, upper body assist control, and mid-waist assist control, the processing circuit 113 estimates the movement of the wearer 10 and performs walking assist control. , clearly separate upper body assist control and middle back assist control so that they do not mix.
処理回路１１３による図３２のステップＤ１１における歩行判断処理の処理手順は、図３３～４４に関連して後述する。 The processing procedure of the walking determination process in step D11 in FIG. 32 by the processing circuit 113 will be described later in connection with FIGS. 33 to 44 .
図３３は、処理回路１１３による歩行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。歩行制御処理では、装着者の姿勢情報の内、時々刻々変化する角度センサ６７による検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に基づいて、歩行時に必要とされる遊脚側トルクと支持脚側トルクを計算する。処理回路１１３は、図３２に示したステップＤ１２が実行されると、ステップＦ１１に移る。 FIG. 33 is a flowchart showing the processing procedure of the walking assist control process by the processing circuit 113. In the walking control process, based on the wearer's posture information, the swing leg side torque and supporting leg side torque required during walking are based on the detected angle θ by the angle sensor 67 and the output of the acceleration/angular velocity sensor 103, which change moment by moment. Calculate torque. When step D12 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step F11.
ステップＦ１１では、処理回路１１３は、歩行アシスト開始を検出する。処理回路１１３は、遊脚側の脚が歩行判断ポイントに位置付いたことを検出する。ステップＦ１２では、処理回路１１３は、遊脚側のアシストトルクを計算する。ステップＦ１３では、処理回路１１３は、支持脚側のアシストトルクを計算する。ステップＦ１４では、処理回路１１３は、歩行が繰り返されているかの度合いである歩行割合による補正を行なうことで、歩行アシストトルクを算出する。後述の図３７（２）のグラフは、図３７（１）のグラフに示される歩行開始時の左右の角度θと、予め定める歩行度合（すなわち歩行割合）を掛けて算出された支援力モーメントの出力結果を示す。 In step F11, the processing circuit 113 detects the start of walking assist. The processing circuit 113 detects that the free leg is positioned at the walking determination point. In step F12, the processing circuit 113 calculates the assist torque on the free leg side. In step F13, the processing circuit 113 calculates the assist torque on the supporting leg side. In step F14, the processing circuit 113 calculates the walking assist torque by correcting the walking ratio, which is the degree to which walking is repeated. The graph in FIG. 37 (2) , which will be described later, shows the support force moment calculated by multiplying the left and right angle θ at the start of walking shown in the graph in FIG. 37 (1) by a predetermined walking degree (i.e., walking ratio). Show the output results.
図３４は、処理回路１１３による遊脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３３に示したステップＦ１２が実行されると、ステップＦ２１に移る。 FIG. 34 is a flowchart showing the processing procedure of the calculation process of the assist torque on the free leg side by the processing circuit 113. When step F12 shown in FIG. 33 is executed, the processing circuit 113 moves to step F21.
ステップＦ２１では、処理回路１１３は、遊脚であるか否かを判断し、遊脚であると判断された場合には、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。
In step F21, the processing circuit 113 determines whether the leg is free. If it is determined that the leg is free, the process proceeds to step F22 and reads the hip joint angle θ. If it is determined that the leg is not idle, the calculation process ends. If it is determined that the leg is idle, idle leg assist control is sequentially executed.
In another embodiment of the present invention, when it is determined that the leg is swinging , the walking sequence is changed from "start of swinging up" → "during swinging" → "start of swinging down" → "during swinging". It is executed sequentially and ends when the swing is completed.
ステップＦ２２では、角度センサ６７から検出した股関節角度θを読み込む。ステップＦ２３では、加速時間経過まで予め定められたトルクを維持する。ステップＦ２４では、加速時間経過では、遊脚の角度θが予め定める角度（たとえば２０°）になるまでの間、予め定める一定速度で遊脚のアシストトルクを減少する。 In step F22, the hip joint angle θ detected from the angle sensor 67 is read. In step F23, the predetermined torque is maintained until the acceleration time elapses. In step F24, as the acceleration time elapses, the assist torque of the free leg is reduced at a predetermined constant speed until the angle θ of the free leg reaches a predetermined angle (for example, 20°).
図３５は、処理回路１１３による支持脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３３に示したステップＦ１３が実行されると、ステップＦ３１に移る。 FIG. 35 is a flowchart illustrating a processing procedure for calculating the assist torque on the supporting leg side by the processing circuit 113. When step F13 shown in FIG. 33 is executed, the processing circuit 113 moves to step F31.
ステップＦ３１では、処理回路１１３は、支持脚であるか否かを判断し、支持脚であると判断された場合には、ステップＦ３２に進み、支持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。支持脚であると判断された場合には、直立姿勢を保つためのトルクを出力する。 In step F31, the processing circuit 113 determines whether or not the leg is a support leg. If it is determined that the leg is a support leg, the process proceeds to step F32; if it is determined that it is not a support leg, the processing circuit 113 performs the calculation. Finish the process. If it is determined that the legs are supporting legs, a torque is output to maintain the upright posture.
ステップＦ３２で、処理回路１１３は、角度センサ６７による股関節角度θを読み込み、ステップＦ３３で、処理回路１１３は、加速時間経過まで予め定めるトルクを維持する。ステップＦ３４で、加速時間経過後は、支持脚の角度θが予め定める角度（たとえば零）になるまで、または他脚である遊脚が着地するまでの間、支持脚の角度に比例して、支持脚のアシストトルクを零まで減少させる。 In step F32, the processing circuit 113 reads the hip joint angle θ detected by the angle sensor 67, and in step F33, the processing circuit 113 maintains the predetermined torque until the acceleration time elapses. In step F34, after the acceleration time has elapsed, until the angle θ of the supporting leg reaches a predetermined angle (for example, zero) or until the other free leg touches the ground, in proportion to the angle of the supporting leg, Reduce the assist torque of the support legs to zero.
図３６は、支援ロボット装置１による歩行支援が継続されているときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。図３６（１）は装着者１０が歩行する動作を示し、図３６（２）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形のライン１２６、１２７を示し、図３６（３）は加速度・角速度センサ１０３によって検出される装着者１０の上下方向の加速度α１の波形を示し、図３６（４）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支援力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。図３６に示される第１歩～第３歩の各歩行期間Ｗ１～Ｗ３において、対となる期間Ｗ１、Ｗ２の全体に期間を１００％とすると、各期間Ｗ１、Ｗ２は５０％ずつである。期間Ｗ３以降、期間Ｗ１、Ｗ２と同様な動作が繰り返される。 FIG. 36 is a time chart for explaining the operation when the support robot device 1 continues to provide walking support. 36 (1) shows the movement of the wearer 10 walking, FIG. 36 (2) shows the lines 126 and 127 of the waveforms of the detected angles θL and θR by the left and right angle sensors 67L and 67R, and FIG . ) shows the waveform of vertical acceleration α1 of the wearer 10 detected by the acceleration/angular velocity sensor 103, and FIG. 36 (4) shows the left and right support given to the thighs 12L and 12R by the left and right drive sources 60L and 60R, respectively. The waveforms of the swing-down support force moments 128 and 129 are shown with a subscript a, and the swing-up force moments are shown with a subscript b. In each of the walking periods W1 to W3 of the first to third steps shown in FIG. 36 , if the entire pair of periods W1 and W2 is 100%, each period W1 and W2 is 50%. After period W3, operations similar to periods W1 and W2 are repeated.
先ず、期間Ｗ１の時刻ｔ１０で、右足が着地して支持脚となる。歩行時に着地するときの下肢、したがって大腿の角度θは、０°付近ではなく、２０～３０°付近である。左右のいずれか一方の足が着地したとき、加速度・角速度センサ１０３の上下方向の加速度α１の出力は、図３６（３）のとおり、最大値となり、このことは処理回路１１３によって検出される。右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３６（２）のライン１２７に示され、着地時刻ｔ１０では、最大値に近似する大きい値、たとえば２５°であり、これに対して、左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３６（２）のライン１２６に示され、着地時刻ｔ１０では、最小値に近似する小さい値、たとえば０°である。したがって、処理回路１１３は、着地時刻ｔ１０で、これらの角度θＲ、θＬの大小を比較して、大きいほうの角度θＲ（θＬ＜θＲ）が得られた足が着地した支持脚であり、または小さいほうの角度θＬが得られた足が遊脚であると判断する。 First, at time t10 of period W1, the right foot lands and becomes a supporting leg. The angle θ of the lower limbs, and therefore the thigh, when landing on the ground during walking is not around 0° but around 20 to 30°. When either the left or right foot lands on the ground, the output of the vertical acceleration α1 of the acceleration/angular velocity sensor 103 becomes the maximum value, as shown in FIG. 36 (3), and this is detected by the processing circuit 113. The detected angle θR of the right foot angle sensor 67R is shown by the line 127 in FIG. The detected angle θL of the sensor 67L is shown by the line 126 in FIG. 36 (2), and at the landing time t10, it is a small value that approximates the minimum value, for example, 0°. Therefore, at the landing time t10, the processing circuit 113 compares the magnitudes of these angles θR and θL, and determines whether the foot with which the larger angle θR (θL<θR) is the one that landed, or the smaller one. It is determined that the leg for which the angle θL is obtained is the free leg.
着地時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの支持期間Ｗａだけ、支持脚に振り下げて支持する方向１２４の振り下げ支援力モーメント１２９ａ（図３６（４））が、駆動源６０Ｒによって与えられる。支援力モーメント１２９ａは、予め定める時間Ｗｃだけ予め定める一定値（たとえば６０～１０Ｎｍ）を維持し、その後、支援力モーメントを弱めていくのに応じて時間経過に伴って減少するように、または角度センサ６７Ｒで検出した角度θＲに比例して減少するように、駆動源６０Ｒによって与えられる。右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３６（２）のライン１２７に示され、時刻ｔ１０で、であり、時刻ｔ１０から時間経過に伴なって減少してゆき、予め定める振り下げ支援終了設定角度θ０（たとえば０°）になった時刻ｔ１３で、振り下げ支援を終了する。すなわち支持脚のアシストは、予め定める時間Ｗｃは、予め定める振り下げアシスト力、すなわち振り下げ力モーメント（前述のように、たとえば６０Ｎｍ）を出力する。この時間を過ぎたら、角度センサ６７Ｒで検出した支持脚の角度θＲが予め定める角度、たとえば０°までで、遅くても他の足が着地するまでは、角度センサ６７Ｒで検出した角度θＲに比例して、支持アシスト力、すなわち支援力モーメント１２９ａを出力する。こうして。右足が着地したとき、右の股関節角度は、２５°程度で着地して、その後、減少する。そのとき、既に着地している左の股関節角度が、真下の付近の最小値となっている。その後すぐに、遊脚である左足を振り上げるので、左の股関節角度が上昇してゆく。 A swing-down support force moment 129a ( FIG. 36 (4)) in the direction 124 for swinging down and supporting the support leg is applied by the drive source 60R during the support period Wa from landing time t10 to time t13. The supporting force moment 129a is maintained at a predetermined constant value (for example, 60 to 10 Nm) for a predetermined time Wc, and then decreases over time as the supporting force moment is weakened, or the angle It is applied by the driving source 60R so as to decrease in proportion to the angle θR detected by the sensor 67R. The detected angle θR of the right foot angle sensor 67R is shown by line 127 in FIG. 36 (2) at time t10, and decreases as time passes from time t10 until the end of the predetermined swing down support. At time t13 when the set angle θ0 (for example, 0°) is reached, the swing-down support ends. That is, the supporting leg assist outputs a predetermined swing-down assist force, that is, a swing-down force moment (for example, 60 Nm as described above) for a predetermined time Wc. After this time, the angle θR of the supporting leg detected by the angle sensor 67R is up to a predetermined angle, for example 0°, and is proportional to the angle θR detected by the angle sensor 67R until the other foot lands at the latest. Then, a support assist force, that is, a support force moment 129a is output. thus. When the right foot lands, the right hip joint angle lands at about 25 degrees and then decreases. At that time, the angle of the left hip joint, which has already landed, is the minimum value near directly below. Immediately after that, he swings his left leg, which is his free leg, and the angle of his left hip joint increases.
この期間Ｗ１において、遊脚である左足には、着地時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの振り上げ期間Ｗｂにおいて、振り上げ力モーメントの加速度を、振り上げる力を出して振り上げを加速している時間である予め定める時間Ｗｄ（Ｗｄ＜Ｗｂ）だけ、振り上げる方向１２５の振り上げ力モーメント１２８ｂ（図３６（４））が、予め定める一定値（たとえば８０～２０Ｎｍの範囲内の値）で、駆動源６０Ｌによって与えられる。期間Ｗ１における遊脚である左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３６（２）のライン１２６に示され、時刻ｔ１０で最小値、たとえば０°であり、時刻ｔ１０から時間経過に伴なって増加してゆき、この時間Ｗｄ経過後の時刻ｔ１１では、予め定める振り上げ支援終了設定角度θ２０（たとえば２０°）となり、振り上げ支援を終了する。その後、遊脚の角度θＬは、時刻ｔ１２で最大値になる。すなわち遊脚のアシストは、予め定める時間Ｗｄ、予め定める振り上げアシスト力１２８ｂを出力する。この時間Ｗｄを過ぎたら、角度センサ６７Ｌで検出した遊脚の角度θＬが予め定める角度、前述のように、たとえば２０°までは、予め定める速度で減算して、振り上げアシスト力１２８ｂを出力する。こうして、右足が着地すると、左足は振り上げて、遊脚となり、股関節角度が増加して屈曲し、大きくなる。右足は支持脚となり、後方へ蹴り、股関節角度は減少し小さくなって伸展する。屈曲と伸展は、図２９における直下方向の０°を境目に表示し、時計まわりのプラス側を屈曲といい、反時計まわりのマイナス側が伸展という。 During this period W1, the left foot, which is the free leg, has a predetermined acceleration of the swing-up force moment during the swing-up period Wb from the landing time t10 to the time t11, which is the time during which the swing-up force is applied and the swing-up is accelerated. A swing-up force moment 128b ( FIG. 36 (4)) in the swing-up direction 125 is given by the driving source 60L for a time Wd (Wd<Wb) at a predetermined constant value (for example, a value within the range of 80 to 20 Nm). . The angle θL detected by the angle sensor 67L of the left foot, which is the free leg, during the period W1 is shown by the line 126 in FIG. At time t11 after this time Wd has elapsed, the swing-up support end setting angle θ20 (eg, 20°) is reached, and the swing-up support ends. Thereafter, the angle θL of the free leg reaches its maximum value at time t12. That is, to assist the free leg, a predetermined swing-up assist force 128b is output for a predetermined time Wd. After this time Wd has elapsed, the angle θL of the free leg detected by the angle sensor 67L is subtracted at a predetermined speed up to a predetermined angle, for example 20°, as described above, and the swing-up assist force 128b is output. Thus, when the right foot lands, the left foot swings up and becomes a swing leg, and the hip joint angle increases, flexes, and becomes larger. The right leg becomes the supporting leg and kicks backwards, the hip angle decreases and becomes smaller and extends. Flexion and extension are indicated at 0° in the direct downward direction in FIG. 29 , with the clockwise positive side being referred to as flexion, and the counterclockwise negative side being referred to as extension.
次に、期間Ｗ２では、時刻ｔ２０以降、処理回路１１３による駆動源６０の左右の制御動作が、期間Ｗ１とは逆に行なわれる。左足が着地して支持脚となり、この着地時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までの支持期間Ｗａだけ、支持脚に振り下げて支持する方向１２４の支援力モーメント１２８ａが、駆動源６０Ｌによって与えられる。左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３６（２）のライン１２６のとおり、時刻ｔ２０で、たとえば２５°であり、時刻ｔ２０から時間経過に伴なって減少してゆき、予め定める振り下げ支援終了設定角度θ０になった時刻ｔ２３で、振り下げ支援を終了する。 Next, in period W2, after time t20, the left and right control operations of drive source 60 by processing circuit 113 are performed in the opposite manner to period W1. The left foot lands and becomes the support leg, and the drive source 60L applies a support force moment 128a in the direction 124 for swinging down and supporting the support leg during the support period Wa from the landing time t20 to the time t23. The detected angle θL of the left foot angle sensor 67L is, for example, 25° at time t20, as shown by line 126 in FIG. At time t23 when the support end setting angle θ0 is reached, the swing down support is ended.
この期間Ｗ２において、遊脚である右足には、着地時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの振り上げ期間Ｗｂだけ、振り上げる方向１２５の振り上げ力モーメント１２９ｂが、駆動源６０Ｒによって与えられる。期間Ｗ２における遊脚である右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３６（２）のライン１２７のとおり、時刻ｔ２０で最小値であり、時刻ｔ２０から時間経過に伴なって増加してゆき、時刻ｔ２１では、予め定める振り上げ支援終了設定角度θ２０となり、振り上げ支援を終了する。遊脚の角度θＲは、時刻ｔ２２で最大値になる。 During this period W2, the drive source 60R applies a swing-up force moment 129b in the swing-up direction 125 to the right leg, which is the free leg, for a swing-up period Wb from landing time t20 to time t21. The angle θR detected by the angle sensor 67R of the right leg, which is the free leg, in the period W2 is the minimum value at time t20, as shown by line 127 in FIG. 36 (2), and increases as time passes from time t20. , at time t21, the predetermined swing-up support end setting angle θ20 is reached, and the swing-up support ends. The swing angle θR reaches its maximum value at time t22.
歩行支援は、右足が着地する時刻ｔ３０から始まる期間Ｗ３以降、期間Ｗ１、Ｗ２と同様な動作が繰り返されて継続される。 Walking support continues after period W3 starting from time t30 when the right foot lands, by repeating operations similar to periods W1 and W2.
本発明の実施の他の形態では、期間Ｗ１において、振り下げ支援力モーメント１２９ａを出力する支持期間Ｗａは、予め定める時間であってもよく、この時間Ｗａを過ぎたら、角度センサ６７で検出した支持脚の角度θが予め定める角度、たとえば０°までで、遅くても他の足、すなわち遊脚が着地する時刻ｔ２０までは、角度センサ６７で検出した角度θに比例して、支援力モーメント１２９ａを出力する。 In another embodiment of the present invention, in the period W1, the support period Wa during which the swing-down support force moment 129a is output may be a predetermined time, and after this time Wa has passed, the support period Wa for which the swing-down support force moment 129a is output is detected by the angle sensor 67. When the angle θ of the supporting leg is up to a predetermined angle, for example, 0°, the supporting force moment is proportional to the angle θ detected by the angle sensor 67 until at the latest time t20 when the other leg, that is, the free leg lands. 129a is output.
本発明の実施の他の形態では、処理回路１１３は、支持脚と遊脚との判断を、着地時刻ｔ１０における角度θＲ、θＬを予め定めるレベルでレベル弁別することによって、実現してもよい。振り下げ支援の終了は、期間Ｗ１の遊脚が着地する時刻ｔ２０に定めてもよい。 In another embodiment of the present invention, the processing circuit 113 may determine whether the leg is a support leg or a free leg by level-discriminating the angles θR and θL at landing time t10 at predetermined levels. The end of the swing-down support may be determined at time t20 when the free leg of period W1 lands.
処理回路１１３は、電動モータ６４に取り付けた左右の各角度センサ６７の振り角度θＲ、θＬが真下方向付近の最小値、たとえば零となったとき、その角度θＲまたはθＬに対応する足が着地したと判断してもよい。角度センサ６７で検出した着地した支持脚には、支持する方向にアシストする。 The processing circuit 113 determines whether the foot corresponding to the angle θR or θL has landed when the swing angles θR and θL of the left and right angle sensors 67 attached to the electric motor 64 reach a minimum value near the downward direction, for example, zero. You may judge that. The supporting leg that has landed, which is detected by the angle sensor 67, is assisted in the supporting direction.
左右いずれかの着地した支持脚は、角度センサ６７によって上述のように検出してもよいが、実施の他の形態では、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３で検出した３次元の加速度α１、α２、α３によって支持脚を検出してもよい。 The landing support leg on either the left or right side may be detected by the angle sensor 67 as described above, but in other embodiments, the processing circuit 113 detects the three-dimensional acceleration α1 detected by the acceleration/angular velocity sensor 103. , α2, α3 may be used to detect the supporting legs.
図３７は、支援ロボット装置１による歩行支援が開始されるときの処理回路１１３の動作を説明するためのタイムチャートである。図３７（１）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図３７（２）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支援力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。期間Ｗ１１～Ｗ３１は図３６の期間Ｗ１～Ｗ３にそれぞれ対応し、時刻ｔ１０１～ｔ３０１は図３６の時刻ｔ１０～ｔ３０にそれぞれ対応し、添え字ａは支援力モーメントを示し、添え字ｂは振り上げ力モーメントを示す。 FIG. 37 is a time chart for explaining the operation of the processing circuit 113 when the support robot device 1 starts walking support. FIG. 37 (1) shows the waveforms 126 and 127 of the detected angles θL and θR by the left and right angle sensors 67L and 67R, and FIG. 37 (2) shows the waveforms 126 and 127 of the detected angles θL and θR provided to the thighs 12L and 12R by the left and right drive sources 60L and 60R, respectively. The waveforms of the swing-down support force moments, which are the left and right support force moments 128 and 129, are given a subscript a, and the swing-up force moments are given a subscript b, and their waveforms are shown. Periods W11 to W31 correspond to periods W1 to W3 in FIG. 36 , respectively, times t101 to t301 correspond to times t10 to t30 in FIG. 36 , respectively, the subscript a indicates the supporting force moment, and the subscript b indicates the swing-up force. Indicates a moment.
処理回路１１３は、各期間Ｗ１１～Ｗ３１の時刻ｔ１０１～ｔ３０１で加速度・角速度センサ１０３の上下方向の加速度α１の出力が最大値となることによって、足が着地したことを検出する。さらに左右の各角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、図３７（１）のライン１２６、１２７のとおり、左右逆方向に、予め定める第１の回数（たとえば２回）だけ、振れていることを検出することによって、歩行開始が開始されたことを検出する。その後、予め定める第２の回数（たとえば３回）だけ、歩行が繰り返されているかの度合（すなわち、繰り返された回数）に従って、上昇させ、この度合に応じて左右の支援力モーメント１２８、１２９を図３７（２）のとおり、増加させることによって、毎回の歩行開始のタイミングに遅れることなく、左右股関節付近に配置した駆動源６０によって、歩行支援する。すなわち、処理回路１１３は、カウンタを有し、このカウンタによって、歩行アシストについて、左右の角度センサ６７で検出した角度θが、左右逆方向に２～３回振れていることを計数、検出して、歩行開始を検出し、その後の２～３回の間で歩行アシスト力を増加させる。こうして、処理回路１１３は、歩行アシストについては、先ず、左右の角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、左右逆方向に２～３回振れていることで歩行開始を検出し、その後、２～３回の間で歩行アシスト力を増加させる。 The processing circuit 113 detects that the foot has landed when the output of the vertical acceleration α1 of the acceleration/angular velocity sensor 103 reaches the maximum value at times t101 to t301 of each period W11 to W31. Further, the angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 are deviated by a predetermined first number of times (for example, 2 times) in opposite left and right directions, as shown by lines 126 and 127 in FIG . 37 (1). By detecting this, the start of walking is detected. Thereafter, it is increased by a predetermined second number of times (for example, 3 times) according to the degree to which the walking is repeated (i.e., the number of times it is repeated), and the left and right supporting force moments 128 and 129 are adjusted according to this degree. As shown in FIG. 37 (2), by increasing the walking distance, walking is supported by the driving sources 60 placed near the left and right hip joints without being delayed in the timing of starting walking each time. That is, the processing circuit 113 has a counter that counts and detects that the angle θ detected by the left and right angle sensors 67 swings two to three times in opposite left and right directions for walking assistance. , detects the start of walking, and increases the walking assist force for the next two to three times. In this way, for walking assist, the processing circuit 113 first detects the start of walking when the angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 swing two to three times in opposite left and right directions; Increase walking assist power for ~3 times.
図３８は、支援ロボット装置１による歩行支援が終了されるときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。図３８（１）は装着者１０が歩行する動作を示し、図３８（２）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図３８（３）は加速度・角速度センサ１０３によって検出される装着者１０の上下方向の加速度α１の波形を示す。図３８（１）～（３）は、図３６（１）～（３）にそれぞれ対応する。図３８に示される歩行支援が終了される第１歩～第３歩の各歩行期間Ｗ４１～Ｗ６１において、対となる期間Ｗ４１、Ｗ５１の全体に期間を１００％とすると、各期間Ｗ４１、Ｗ５１は５０％ずつである。期間Ｗ４１では、右足の着地の時刻ｔ４０１の後、左足の着地まで左右の角度θＬ、θＲがライン１２６，１２７のとおり、得られている。次の期間Ｗ５１では、左足の着地の時刻ｔ５０１の後、右足が着地することによって、両足が着地が時刻ｔ６０１までの間に、時刻ｔ５０２以降、左右の角度θＬ、θＲの角度差Δθ１が予め定める値Δθ１０未満である時間Ｗ５０２が、予め定める時間Ｗ７０以上（Ｗ４１＜Ｗ７０≦Ｗ５０２）であることが、処理回路１１３によって検出されると、歩行が繰り返されていないと判断する。 FIG. 38 is a time chart for explaining the operation when the walking support by the support robot device 1 is ended. FIG. 38 (1) shows the walking motion of the wearer 10, FIG. 38 (2) shows the waveforms 126 and 127 of the detected angles θL and θR by the left and right angle sensors 67L and 67R, and FIG . The waveform of the vertical acceleration α1 of the wearer 10 detected by the acceleration/angular velocity sensor 103 is shown. 38 (1) to (3) correspond to FIG. 36 (1) to (3), respectively. In each of the walking periods W41 to W61 of the first step to the third step in which the walking support ends as shown in FIG. 50% each. In period W41, right and left angles θL and θR are obtained as lines 126 and 127 from time t401 when the right foot lands until the left foot lands. In the next period W51, after the left foot lands at time t501, the right foot lands, and the angle difference Δθ1 between the left and right angles θL and θR is predetermined from time t502 until time t601 when both feet land. When the processing circuit 113 detects that the time W502 for which the value Δθ10 is less than the predetermined time W70 (W41<W70≦W502), it is determined that walking is not repeated.
図３９は、支援ロボット装置１による歩行支援が終了されるときの処理回路１１３の動作を説明するためのタイムチャートである。図３９（１）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図３９（２）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支援力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。時刻ｔ７０１で左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲが減少してゆき、それに応じて、処理回路１１３は、たとえば振り下げ支援力モーメント１２９ａ１のように減少する。時刻ｔ８０１以降では、検出角度θＬ、θＲが最小値のままになり、支援力モーメントを零とする。こうして、処理回路１１３は、左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒで検出した振れ角度θＬ、θＲが小さくて歩行が終了したことを検出すると、歩行アシストを直ちに終了する。持ち上げアシスト用手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４が押されたままで物体を検出しており、持ち上げ終了角度に達していない状態で、持ち上げアシストが継続されている場合は、歩行を検出しても、物体センサ１９１～１９４がＯＦＦになるまで、物体を持ち上げて運搬歩行している状態で、持ち上げアシストを選択している判断して、歩行支援の動作には入らない。 FIG. 39 is a time chart for explaining the operation of the processing circuit 113 when the walking support by the support robot device 1 is ended. FIG. 39 (1) shows the waveforms 126 and 127 of the detected angles θL and θR by the left and right angle sensors 67L and 67R, and FIG. 39 (2) shows the waveforms 126 and 127 of the detected angles θL and θR provided to the thighs 12L and 12R by the left and right drive sources 60L and 60R, respectively. The waveforms of the swing-down support force moments, which are the left and right support force moments 128 and 129, are given a subscript a, and the swing-up force moments are given a subscript b, and their waveforms are shown. At time t701, the angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67L and 67R decrease, and accordingly, the processing circuit 113 decreases, for example, the swing-down support force moment 129a1. After time t801, the detected angles θL and θR remain at their minimum values, and the supporting force moment becomes zero. In this way, when the processing circuit 113 detects that the swing angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67L and 67R are small and the walking has ended, the processing circuit 113 immediately ends the walking assist. If the object sensors 191 to 194 of the lifting assisting glove device 190 detect an object while being pressed and the lifting assist is continued without reaching the lifting end angle, even if walking is detected. Until the object sensors 191 to 194 turn OFF, it is determined that the lifting assist is selected while the object is being lifted and carried while walking, and the walking assist operation is not started.
図４０は、処理回路１１３の歩行支援の判断動作を説明するためのフローチャートである。歩行判断については、ステップｓ０からステップｓ１に移り、持ち上げアシストが継続されているとき、ステップｓ２で歩行の角度θＬ、θＲを検出し、ステップｓ４で予め定める最小値θＬ０１、θＲ０１以上であって（θＬ０１≦θＬ、θＲ０１≦θＲ）、ステップｓ５で角度θＬ、θＲが交互に逆方向であって、すなわち、左右が逆位相になって繰り返されるとき、ステップｓ３、ｓ６、ｓ７でステップｓ４、ステップｓ５を予め定める回数（たとえばｒは複数の３回）繰り返して、歩行が繰り返されていると判断しても、ステップｓ８で、手袋スイッチがＯＦＦになるまで、すなわち手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４が物体を検出しているならば、運搬歩行で持ち上げアシストを選択していると判断して、歩行支援の動作には入らず、そうでなければステップｓ９で歩行支援の動作を行なう。さらにまた、歩行時の角度センサ６７の波形が、前述のように、左右の大腿１２で逆位相になって繰り返され、たとえば、足を振り上げた角度θが最大になったことを、前回値と比較して増加から減少に転じたことで歩行を判定する。このようにして最大になったことの回数をカウンタで積算し、予め定める回数である２～３回繰り返されたことをカウンタの積算値で判断して、歩行が繰り返されていると判断する。その後、後述の図４２に示されるように、カウンタの積算値の増加に従って、歩行のアシスト力を増加させることができる。 FIG. 40 is a flowchart for explaining the walking support determination operation of the processing circuit 113. Regarding the walking judgment, the process moves from step s0 to step s1, and when the lifting assist is continued, the walking angles θL and θR are detected in step s2, and the walking angles θL and θR are detected in step s4, and are determined to be greater than or equal to the predetermined minimum values θL01 and θR01 ( θL01≦θL, θR01≦θR), when the angles θL and θR are alternately in opposite directions in step s5, that is, the left and right sides are in opposite phases and are repeated, step s4 and step s5 are performed in steps s3, s6, and s7. Even if it is determined that walking is repeated by repeating a predetermined number of times (for example, r is a plurality of three times), in step s8, the object sensors 191 to 194 of the glove device 190 are turned off until the glove switch is turned OFF. If it detects an object, it is determined that lifting assist is selected in carrying walk, and the walking support operation is not started; otherwise, the walking support operation is performed in step s9. Furthermore, as mentioned above, the waveform of the angle sensor 67 during walking is repeated with opposite phases on the left and right thighs 12, and for example, when the angle θ of swinging the leg has reached the maximum, it is determined that the waveform of the angle sensor 67 is the same as the previous value. Walking is determined based on the comparison and the change from increase to decrease. A counter adds up the number of times that the maximum has been reached in this way, and it is judged from the integrated value of the counter that it has been repeated 2 to 3 times, which is a predetermined number of times, and it is determined that the walking is repeated. Thereafter, as shown in FIG. 42 , which will be described later, the walking assist force can be increased as the integrated value of the counter increases.
ステップｓ１０で左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θＬ、θＲが小さいなら（θＬ＜θＬ０１、θＲ＜θＲ０１）、ステップｓ１３で左右角度が小さいことを表わすフラグをＯＮとし、ステップｓ１４で左右角度が小さい時間を計時するタイマをカウントアップし、その時間が予め定める時間Ｗ１１ａより長いと、ステップｓ１６で歩行終了であり、歩行アシストを終了する。すなわち、左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θの差Δθ１（図３８（２））が小さくて歩行が終了したことを検出すると、歩行支援を直ちに終了する。ステップｓ１０で左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θＬ、θＲが大きいなら（θＬ０１≦θＬ、θＲ０１≦θＲ）、ステップｓ１１でステップｓ１４で左右角度が小さいことを表わすフラグをＯＦＦとし、ステップｓ１２で左右角度が小さい時間を計時するタイマを零にリセットして、ステップｓ９へ戻る。 If the deflection angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 are small in step s10 (θL<θL01, θR<θR01), a flag indicating that the left and right angles are small is turned on in step s13, and the left and right angles are changed in step s14. A timer that measures a small time is counted up, and if the time is longer than the predetermined time W11a, the walking is completed in step s16, and the walking assist is ended. That is, when it is detected that the difference Δθ1 ( FIG. 38 (2)) between the swing angles θ detected by the left and right angle sensors 67 is small and the walking has ended, the walking support is immediately ended. If the deflection angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 are large in step s10 (θL01≦θL, θR01≦θR), in step s11 the flag indicating that the left and right angles are small is turned OFF in step s14, and in step s12 The timer that measures the time when the horizontal angle is small is reset to zero, and the process returns to step s9.
図４１～図４４は、処理回路１１３による歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。図４１のステップｓ２０からステップｓ２１に移り、加速度・角速度センサ１０３によって検出される上下方向の加速度α１が最大になったことが判断されると、ステップｓ２２へ進む。足が着地すると、上下方向の加速度α１は、その着地の衝撃で最大となる。これから着地しようとする遊脚の角度は、最大に振られてから振り戻されて、たとえば２０°程度になっている。既に着地している支持脚は、振り下げられていて角度θが真下方向付近の０付近であり、最小値になっている。たとえば左足の角度θＬがほぼ零であれば、ステップｓ２３で左足が着地すれば、その左足が支持脚となり、右足が振り上げられて遊脚になる。ステップｓ２４で右足が着地すれば、右足の角度θＲがほぼ零であれば、ステップｓ２５で右足が着地によって支持脚となる。 41 to 44 are flowcharts for explaining the walking support operation by the processing circuit 113. The process moves from step s20 in FIG. 41 to step s21, and when it is determined that the vertical acceleration α1 detected by the acceleration/angular velocity sensor 103 has reached the maximum, the process moves to step s22. When the foot lands, the vertical acceleration α1 becomes maximum due to the impact of the landing. The angle of the free leg about to land is, for example, about 20°, which is the angle of the swinging leg that is swung to the maximum and then swung back. The support leg that has already landed has been swung down and the angle θ is near 0, which is near the direct downward direction, and is the minimum value. For example, if the angle θL of the left foot is approximately zero, when the left foot lands in step s23, the left foot becomes the supporting leg, and the right foot is swung up to become the free leg. If the right foot lands on the ground in step s24, and if the angle θR of the right foot is approximately zero, the right foot lands on the ground and becomes a supporting leg in step s25.
ステップｓ２２、ｓ２４で、角度θＬ、θＲがいずれも大きい値であれば、ステップｓ２６では、装着者１０は歩行していなくて、両足が浮いており、走っていると判断し、安全のために歩行支援動作を停止する。 If the angles θL and θR are both large values in steps s22 and s24, it is determined in step s26 that the wearer 10 is not walking, but has both legs floating, and is running. Stop walking support operation.
図４１のステップｓ２３、ｓ２５の着地検出後、図４２のステップｓ２７以降に移り、ステップｓ２、ｓ２９で角度θＬ、θＲの最大値が交互に検出されれば、ステップｓ２７で零にリセットされていたカウンタの計数値ｑについて、ステップｓ３０で１歩ずつ計数し、ステップｓ３１で左右の支援力モーメントＴＬｑ、ＴＲｑを増加分ΔＴずつ漸増してゆく。このような動作をステップｓ３２で予め定める回数（たとえばｑは複数の３回）だけ繰り返す。 After the landing is detected in steps s23 and s25 in FIG . 41 , the process moves to step s27 and subsequent steps in FIG. The count value q of the counter is counted one step at a time in step s30, and the left and right supporting force moments TLq and TRq are gradually increased by an increment ΔT in step s31. Such an operation is repeated a predetermined number of times (for example, q is a plurality of three times) in step s32.
図４２のステップｓ３２から、図４３のステップｓ３３以降に移り、支持脚に支援力モーメントを与える。ステップｓ３３で、着地を図３６の時刻ｔ１０またはｔ２０で検出後、支持脚の経過時間Ｗ７１と遊脚の経過時間Ｗ８１との計時を開始する。ステップｓ３４で支持脚に、予め定める一定値の支援力モーメント（図３６（４）のライン１２９ａ，１２８ａ）を与える。ステップｓ３５では、支持脚の経過時間Ｗ７１が支援力モーメントを出して支持している時間である予め定める時間Ｗｃ経過したかが判断され、そうであれば、予め定める時間Ｗｃ経過後、次のステップｓ３６で支援力モーメントを支持脚の角度θに比例した値で、ステップｓ３７で支持脚の角度θが０°になるまで、またはステップｓ３８で遊脚が着地するまで、出力する。 The process moves from step s32 in FIG. 42 to step s33 and subsequent steps in FIG. 43 , and a supporting force moment is applied to the supporting leg. In step s33, after landing is detected at time t10 or t20 in FIG. 36 , measurement of the elapsed time W71 of the supporting leg and the elapsed time W81 of the free leg is started. In step s34, a predetermined constant value of support force moment (lines 129a, 128a in FIG. 36 (4)) is applied to the support leg. In step s35, it is determined whether the elapsed time W71 of the supporting leg has elapsed for a predetermined time Wc, which is the time during which the supporting leg is supporting by exerting a supporting force moment, and if so, the next step is performed after the elapse of the predetermined time Wc. In step s36, the support force moment is output in a value proportional to the angle θ of the support leg until the angle θ of the support leg reaches 0° in step s37 or until the free leg lands in step s38.
図４３のステップｓ３７またはステップｓ３８から、図４４のステップｓ３９に移り、遊脚に、予め定める一定値の振り上げ力モーメント（図３６（４）のライン１２８ｂ、１２９ｂ）を与える。ステップｓ４０では、遊脚の経過時間Ｗ８１が予め定める時間Ｗｄ経過したかが判断され、そうであれば、予め定める時間Ｗｄ経過後、次のステップｓ４１で振り上げ力モーメントを予め定める一定速度で減少させる。ステップｓ４２で遊脚の角度θが予め定める角度（たとえば２０°）になるまで、振り上げ力モーメントを出力する。 The process moves from step s37 or step s38 in FIG. 43 to step s39 in FIG. 44 , where a predetermined constant swing-up force moment (lines 128b, 129b in FIG. 36(4) ) is applied to the free leg. In step s40, it is determined whether the elapsed time W81 of the free leg has passed a predetermined time Wd, and if so, after the predetermined time Wd has elapsed, the swing-up force moment is decreased at a predetermined constant speed in the next step s41. . In step s42, a swing-up force moment is output until the angle θ of the free leg reaches a predetermined angle (for example, 20°).
図４５は、処理回路１１３による持ち上げ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。上体判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って、股関節を曲げ、次に上体を起こそうとしているかどうかを判断している。処理回路１１３は、図３２に示したステップＤ１３が実行されると、ステップＧ１１に移る。 FIG. 45 is a flowchart showing the processing procedure of the body judgment process for lifting motion by the processing circuit 113. In the upper body determination process, posture information of the wearer 10 is used to determine whether the wearer 10 is bending the hip joints and then trying to raise the upper body. When step D13 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step G11.
ステップＧ１１で、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＧ１２で、処理回路１１３は、持ち上げアシスト動作開始ポイントを検出する。ステップＧ１１で計算した股関節角速度ωがパラメータＮｏ「４１」の「屈曲側」を越えた位置を検出し、その位置を上体曲げ動作開始ポイントとする。ステップＧ１３で、処理回路１１３は、持ち上げ動作開始のための開始スイッチとして働く物体センサ１９１～１９４の出力による検出を待ち、その開始スイッチのＯＮが検出されると、上体制御出力を開始し、予め定める持ち上げ終了角度に減少して到達した段階で、持ち上げアシストの上体制御を終了する（ステップＧ１４～Ｇ１６）。 In step G11, the processing circuit 113 calculates the detected angle θ of the hip joint and reads the angular velocity ω of the hip joint. In step G12, the processing circuit 113 detects a lifting assist operation start point. The position where the hip joint angular velocity ω calculated in step G11 exceeds the "bending side" of parameter No. "41" is detected, and that position is set as the starting point of the upper body bending motion. In step G13, the processing circuit 113 waits for detection by the outputs of the object sensors 191 to 194 that serve as start switches for starting the lifting operation, and when the ON of the start switches is detected, starts the upper body control output, At the stage when the lifting end angle has decreased to a predetermined lifting end angle, the lifting assist upper body control is ended (steps G14 to G16).
持ち上げのタイミングは、加速度、および角速度の検出信号によって、作成する。持ち上げのタイミングは、後述の図４７に示される加速度、および角加速度の検出信号によって、作成する。 The timing of lifting is created based on acceleration and angular velocity detection signals. The lifting timing is created based on acceleration and angular acceleration detection signals shown in FIG. 47 , which will be described later.
図４６は、処理回路１１３による上体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１１３は、図３２に示したステップＤ１４が実行されると、ステップＨ１１に移る。ステップＨ１１では、処理回路１１３は、両脚に必要な、角度センサ６７による股関節角度θに比例したアシストトルクを算出する。ステップＨ１２では、その算出したアシストトルクを維持する。角度θが０になるとき、すなわち真上に起き上がったとき、大きな持ち上げアシストが作用すると、装着者１０はバランスを崩しやすく、この状態を避けなければならない。そこで、前述のとおり、本発明に従えば、股関節角度θに比例したアシストトルクを算出するが、実施の他の形態では、１次関数でもよく、２次関数でもよい。 FIG. 46 is a flowchart showing the processing procedure of the body control process by the processing circuit 113. When step D14 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step H11. In step H11, the processing circuit 113 calculates an assist torque proportional to the hip joint angle θ measured by the angle sensor 67, which is necessary for both legs. In step H12, the calculated assist torque is maintained. When the angle θ becomes 0, that is, when the wearer 10 stands up directly above, if a large lifting assist is applied, the wearer 10 is likely to lose balance, and this state must be avoided. Therefore, as described above, according to the present invention, the assist torque is calculated in proportion to the hip joint angle θ, but in other embodiments, it may be a linear function or a quadratic function.
図４７は、処理回路１１３による持ち上げ支援動作を説明するためのフローチャートである。装着者１０が持ち上げようとする物体を掴むことによって、ステップｕ３において持ち上げアシスト用手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４が押されたままで、持ち上げ終了角度に達していない状態で、持ち上げアシストが継続されている場合は、ステップｕ１において歩行を検出しても、物体センサ１９１～１９４がＯＦＦになるまで、物体を持ち上げて運搬歩行している状態で、持ち上げアシストを選択しているとして、ステップｕ４の歩行のアシストには入らない。持ち上げ判断については、左右の角度センサ６７でそれぞれ検出した角度θＬ、θＲが、左右ほぼ同じであっても（θＬ＝θＲ）、そうでなくて開脚して持ち上げるときであっても、ステップｕ２のように、腰が曲げられる方向に振れていて（前かがみの姿勢、θＬ０２≦θＬ、θＲ０２≦θＲ、ここで、θＬ０２、θＲ０２は、予め定める値である）、歩行アシストされてなくて、ステップｕ３で手袋スイッチＳＷがＯＮである物体センサ１９１～１９４が押されたことによって、ステップｕ４において、持ち上げアシストを開始する。ステップｕ５、ステップｕ６において、角度θＬ、θＲが予め定める持ち上げ終了角度θＬ０２、θＲ０２未満になるか（θＬ＜θＬ０２、θＲ＜θＲ０２）、物体センサ１９１～１９４がＯＦＦで、ステップｕ８で持ち上げアシストを終了する。ステップｕ７において、検出角度θＬ、θＲが、予め定める持ち上げ終了角度θＬ０２、θＲ０２以上であれば（θＬ０２≦θＬ、θＲ０２≦θＲ）、物体センサ１９１～１９４がＯＮの持ち上げ開始のトリガを保持してラッチする。 FIG. 47 is a flowchart for explaining the lifting support operation by the processing circuit 113. When the wearer 10 grasps the object to be lifted, the lifting assist is continued in step u3 with the object sensors 191 to 194 of the lifting assist glove device 190 being pressed and the lifting end angle not yet reached. If so, even if walking is detected in step u1, it is assumed that lifting assist is selected while the object is being lifted and carried while the object sensors 191 to 194 are turned OFF, and step u4 is performed. It does not include walking assistance. Regarding the lifting judgment, even if the angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 are almost the same on the left and right sides (θL=θR), or even if you are lifting with your legs apart, step u2 is performed. As shown in the figure, the lower back is swaying in the direction of bending (leaning posture, θL02≦θL, θR02≦θR, where θL02 and θR02 are predetermined values), there is no walking assist, and the step u3 When the object sensors 191 to 194 whose glove switch SW is ON are pressed, lifting assist is started in step u4. In steps u5 and u6, if the angles θL and θR become less than the predetermined lifting end angles θL02 and θR02 (θL<θL02, θR<θR02), or the object sensors 191 to 194 are OFF, the lifting assist ends in step u8. do. In step u7, if the detected angles θL and θR are greater than or equal to the predetermined lifting end angles θL02 and θR02 (θL02≦θL, θR02≦θR), the object sensors 191 to 194 hold the ON trigger to start lifting and latch. do.
すなわち、持ち上げアシストについては、左右の角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、腰が曲げられる方向に振れていて、歩行アシストしていない場合で、手袋装置１９０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２９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。 That is, for lifting assistance, when the angles θL and θR detected by the left and right angle sensors 67 are swaying in the direction in which the waist is bent and walking assistance is not being performed, the object sensors 191 to 194 of the glove device 190 are pressed. Lifting assistance will begin depending on the situation. In the lifting assist, a predetermined lifting force moment is output. When the predetermined lifting end angle is reached or the object sensors 191 to 194 are turned off, the lifting assist ends. When the detected angles θL and θR are, for example, zero, it is an angle in which the object is upright, and when it is lifted, momentum is gained, so when the angles θL and θR are 0°, it feels like the object is cut off at the front. Therefore, the lifting end angles θL02 and θR02 are set to predetermined values slightly offset from 0°, for example, −20°. The angle θ is positive in the clockwise direction in FIG. 29 , and −20° is a value exceeding 180°, which is an angle at which the angle is tilted beyond directly above.
前述の本発明の実施の形態では、図４７のステップｕ３における手袋スイッチがＯＮ、すなわち手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４が物体を検出しているＯＮ信号で、持ち上げ開始を検出し、ステップｕ７における物体を検出しないＯＦＦ信号で持ち上げ終了を検出する。 In the embodiment of the present invention described above, the start of lifting is detected when the glove switch in step u3 of FIG . The end of lifting is detected by an OFF signal that does not detect an object.
これに対して、実施の他の形態では、手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４を用いないで、持ち上げアシスト制御を実現し、できるだけシンプルなシステムにして、手袋装置１９０を使うのが煩わしいとか、物体センサ１９１～１９４が故障するなどの問題を解決する。手袋装置１９０を使用しない実施の第１の形態では、処理回路１１３は、図４７のステップｕ３に代えて、図５７のフローチャートを実行する。ステップｕ７５から次のステップｕ７６において、歩行の着地を検出した同じ加速度・角速度センサ１０３の出力に応答し、上下方向の加速度α１が予め定める第１の閾値（たとえば１．１５Ｇ）を超えたら、また、予め定める第２の閾値（たとえば０．８５Ｇ）以下になったら、持ち上げ時の上下方向の動き開始とする。ステップｕ７７では、歩行時の着地においても、加速度・角速度センサ１０３からは、上下方向の加速度α１が得られるので、歩行していない状態を検出した後、持ち上げアシストのための検出と判断する。また、物にぶつかったりしたときにも上下方向の加速度α１が得られるので、前後方向の加速度α２や左右方向の加速度α３が検出されていない第３の閾値（たとえば０．１５Ｇ）以下の条件下の範囲（たとえば－０．１５Ｇ～０．１５Ｇ）内で、持ち上げアシストのための検出とする。 On the other hand, in other embodiments, the lifting assist control is realized without using the object sensors 191 to 194 of the glove device 190, and the system is made as simple as possible, so that it is difficult to use the glove device 190. This solves problems such as failure of object sensors 191 to 194. In the first embodiment in which the glove device 190 is not used, the processing circuit 113 executes the flowchart in FIG . 57 instead of step u3 in FIG. In the next step u76 from step u75, in response to the output of the same acceleration/angular velocity sensor 103 that detected the landing of the walk, if the vertical acceleration α1 exceeds a predetermined first threshold (for example, 1.15G), , when it becomes less than a predetermined second threshold (for example, 0.85G), the vertical movement during lifting is started. In step u77, since the acceleration α1 in the vertical direction is obtained from the acceleration/angular velocity sensor 103 even when landing while walking, it is determined that the detection is for lifting assistance after detecting a state in which the user is not walking. In addition, since the vertical acceleration α1 is obtained even when colliding with an object, the condition under the third threshold value (for example, 0.15G) where the longitudinal acceleration α2 and the horizontal acceleration α3 are not detected. (for example, -0.15G to 0.15G), the detection is for lifting assist.
手袋装置１９０を使用しない実施の形態では、ステップｕ７６、ｕ７７に、さらにＡＮＤ条件で、ステップｕ７８において、加速度・角速度センサ１０３（図１８）によって検出した左右方向の軸線まわりの角速度ω３が、予め定める第１の角速度閾値（たとえば３００°／ｓ）を超えたら、また第２の角速度閾値（たとえば－３００°／ｓ）以下になったら、すなわち負の絶対値が大きくなったら、持ち上げ時の腰の回転の動きが生じたものと検出する。このように、持ち上げる場合の図２３における時計回り以外に、反時計回りの逆モーションになることもあるので、反時計回りである負の絶対値が大きいときも検出して、負である第２の角速度閾値による構成をも実現する。 In an embodiment in which the glove device 190 is not used, in steps u76 and u77, and further in an AND condition, in step u78, the angular velocity ω3 around the horizontal axis detected by the acceleration/angular velocity sensor 103 (FIG. 18) is determined in advance. If the first angular velocity threshold (e.g. 300°/s) is exceeded, and if it falls below the second angular velocity threshold (e.g. -300°/s), that is, if the negative absolute value becomes large, the It is detected that rotational movement has occurred. In this way, in addition to the clockwise motion shown in FIG. 23 when lifting, there is also a counterclockwise reverse motion, so when the negative absolute value of the counterclockwise direction is large, it is also detected, and the second negative motion is detected. A configuration based on the angular velocity threshold value is also realized.
ステップｕ７９では、歩行時にも角速度ωが得られるので、歩行していない状態での検出とする。また、物にぶつかったりしたときにも角速度ωが得られるので、上下軸線まわりの角速度ω２や前後軸線まわりの角速度ω３が、予め定める第３の角速度閾値（たとえば３００°／ｓ）を超えないで、また予め定める第４の角速度閾値（たとえば－３００°／ｓ）以下にならない条件下での検出とする。 In step u79, since the angular velocity ω can be obtained even when walking, the detection is performed when the subject is not walking. Furthermore, since the angular velocity ω is obtained even when hitting an object, the angular velocity ω2 around the vertical axis and the angular velocity ω3 around the longitudinal axis do not exceed a predetermined third angular velocity threshold (for example, 300°/s). , and the detection is performed under the condition that the angular velocity does not fall below a predetermined fourth angular velocity threshold (for example, −300°/s).
ステップｕ７６～ｕ７９に、さらにＡＮＤ条件で、ステップｕ８０では、さらにＡＮＤ条件で、左右の角度センサ６７で検出した角度が予め定める閾値である体幹１１が前かがみになっている角度（たとえば１０度～９０度）の範囲内であれば、ステップｕ８２で、手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４（図１９、図２０）が物体を検出しているＯＮ信号と等価である持ち上げ開始のトリガ信号を出力し、図４７のステップｕ４へ移る。前述のステップｕ７６～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。 In steps u76 to u79, further under an AND condition, and in step u80, further under an AND condition, the angle detected by the left and right angle sensors 67 is the angle at which the trunk 11 is leaning forward (for example, 10 degrees to 90 degrees), in step u82, the object sensors 191 to 194 (FIGS. 19 and 20) of the glove device 190 output a trigger signal to start lifting, which is equivalent to the ON signal when detecting an object. Then, the process moves to step u4 in FIG . If the determination in steps u76 to u80 is negative, the trigger signal of the ON signal is turned off in step u81, and the process returns to step u76.
図４７のステップｕ７ａでは、手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４からＯＦＦ信号が出力され、手袋装置１９０がない実施の形態では、このＯＦＦ信号と等価である持ち上げ終了のトリガ信号は、左右の電動モータ６４の角度θが、予め定める持ち上げ終了角度（たとえば、－２０°）を超えたとき、得られ、持ち上げ終了とする。 In step u7a of FIG. 47 , an OFF signal is output from the object sensors 191 to 194 of the glove device 190, and in an embodiment without the glove device 190, the trigger signal for lifting end, which is equivalent to this OFF signal, is the left and right electric When the angle θ of the motor 64 exceeds a predetermined lifting end angle (for example, −20°), the lifting is completed.
本発明の実施のさらに他の形態では、持ち上げのタイミングを、加速度の検出信号に代えて、電動モータ６４の電流(トルク)を電流検出器で検出し、その検出信号によって、作成する構成であってもよい。特に電動モータ６４の定格容量が小さく、出力トルクが小さい構成では、負荷電流の変動が大きく、検出が確実となり、有利である。 In yet another embodiment of the present invention, the lifting timing is determined by detecting the current (torque) of the electric motor 64 with a current detector instead of using the acceleration detection signal. It's okay. In particular, a configuration in which the electric motor 64 has a small rated capacity and a small output torque is advantageous because the variation in load current is large and detection is reliable.
図４８は、処理回路１１３による持ち下げブレーキ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。上体判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って、股関節を曲げ、次に上体を前へ倒そうとしているかどうかを判断している。処理回路１１３は、図３２に示したステップＤ１３が実行されると、ステップＧ１１ａに移る。 FIG. 48 is a flowchart showing the processing procedure of the body judgment process for lifting brake operation by the processing circuit 113. In the upper body determination process, posture information of the wearer 10 is used to determine whether or not the wearer 10 is bending the hip joints and then tilting the upper body forward. When step D13 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step G11a.
ステップＧ１１ａで、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＧ１２ａで、処理回路１１３は、持ち下げアシスト動作開始ポイントを検出する。ステップＧ１３ａで、処理回路１１３は、予め定める値以上に、持ち下げ速度が出ていることを検出する。ステップＧ１４ａで、持ち下げ時間終了か、持ち上げアシスト開始か、歩行アシスト開始かを判断する。ステップＧ１４ａで持ち下げ時間終了であれば、ステップＧ１５ａで、ブレーキ力を零として、持ち下げアシストの上体制御を終了する。ステップＧ１４ａで持ち下げ時間終了でなければ、ステップＧ１６ａで、持ち下げアシストのために、予め定めるブレーキ力を出す。 In step G11a, the processing circuit 113 calculates the detected angle θ of the hip joint and reads the angular velocity ω of the hip joint. In step G12a, the processing circuit 113 detects a lifting assist operation start point. In step G13a, the processing circuit 113 detects that the lifting speed exceeds a predetermined value. In step G14a, it is determined whether the lifting time has ended, lifting assistance has started, or walking assistance has started. If the lifting time has ended in step G14a, the brake force is set to zero in step G15a, and the lifting assist body control is ended. If the lifting time has not ended in step G14a, a predetermined braking force is applied in step G16a to assist in lifting.
図４９は、処理回路１１３による持ち下げブレーキ支援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１１３は、図３２に示したステップＤ１４が実行されると、ステップｕ２０に移る。持ち下げブレーキアシストについては、ステップｕ２２において左右の角度センサ６７で検出した角度が、腰が曲げられる方向に振れていて、ステップｕ２１において歩行アシストしていなくて、ステップｕ２３において手袋装置１９０の物体センサ１９１～１９４が押されていなくて、ステップｕ２４、ステップｕ２５において左右の角度センサ６７で検出した角度より算出した角速度ωＬ、ωＲが持ち下げ方向に予め定める角速度ωＬ０１、ωＲ０１より出ていることよって（ωＬ０１≦ωＬ、ωＲ０１≦ωＲ）、持ち下げブレーキアシストを開始する。 FIG. 49 is a flowchart showing the procedure of the lifting brake support control process by the processing circuit 113. When step D14 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step u20. Regarding the lifting brake assist, the angle detected by the left and right angle sensors 67 in step u22 is swaying in the direction in which the waist is bent, the walking assist is not provided in step u21, and the object sensor of the glove device 190 is detected in step u23. 191 to 194 are not pressed, and the angular velocities ωL and ωR calculated from the angles detected by the left and right angle sensors 67 in step u24 and step u25 are out of the predetermined angular velocities ωL01 and ωR01 in the lifting direction ( ωL01≦ωL, ωR01≦ωR), the lifting brake assist is started.
当初は予め定めるブレーキ力を出して、計時した時間Ｗ１が予め定める持ち下げ時間Ｗ０１後には（Ｗ０１≦Ｗ１）、ブレーキ力を０として終了する。ステップｕ２８、ｕ２９における持ち上げアシストや歩行アシストが開始されると、持ち下げブレーキアシストは、すぐに終了する。 Initially, a predetermined braking force is applied, and after the measured time W1 has elapsed from the predetermined lifting time W01 (W01≦W1), the braking force is set to 0 and the process ends. When the lifting assist and walking assist in steps u28 and u29 are started, the lifting brake assist ends immediately.
実施の他の形態では、手袋装置１９０を使用せず、加速度・角速度センサ１０３の出力によって、装着者の体幹の加速度、角速度を検出し、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３からの出力に応答し、検出された加速度または角速度が、物体の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。したがって、手袋装置１９０、物体センサ１９１～１９４を使用せず、装着者の体幹１１の加速度、角速度を検出して、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、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出し、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの速度を検出する。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。体幹１１の角度を角度センサで検出して、持ち下げブレーキ力モーメントを与えるように構成することもできる。このように、持ち下げブレーキ支援でも、手袋装置１９０を用いなくても、持ち下げ速度が予め設定された速度が出ていることで持ち下げブレーキ支援ができる。 In another embodiment, the glove device 190 is not used, and the acceleration and angular velocity of the wearer's trunk are detected by the output of the acceleration/angular velocity sensor 103, and the processing circuit 113 detects the acceleration and angular velocity of the wearer's trunk based on the output of the acceleration/angular velocity sensor 103. In response to this, when the detected acceleration or angular velocity is a value corresponding to the start of braking support for lifting the object, the relative angle between the trunk 11 and each thigh 12 is decreased by the left and right drive sources 60. A lifting braking force moment is applied so as to limit the moment acting in the lifting direction. Therefore, without using the glove device 190 and the object sensors 191 to 194, the acceleration and angular velocity of the wearer's trunk 11 are detected to detect, for example, the vertical acceleration α1 of the wearer's trunk 11, or For example, the angular velocity ω3 of the trunk 11 around the axis in the left-right direction is detected, or the velocity of the trunk 11 around the axis in the left-right direction, for example, is detected. Depending on the range of values of acceleration α1, angular velocity ω3, or angle, it is possible to determine the start of, for example, vertical movement during lifting, and also determine the end thereof. It may also be configured to detect the angle of the trunk 11 with an angle sensor and apply a lifting braking force moment. In this way, lifting brake support can be performed even without using the glove device 190 because the lifting speed is at a preset speed.
手袋装置１９０を使用せずに持ち下げブレーキ力モーメントを与える、この実施の形態では、処理回路１１３は、図４９のステップｕ２３において、前述の図５７のフローチャートの動作を、前述と同様に実行する。図４９のステップｕ２９ａでは、図４７のステップｕ７ａと同様な前述の動作が実行される。 In this embodiment in which the lifting brake force moment is applied without using the glove device 190, the processing circuit 113 performs the operations of the flowchart of FIG. 57 described above in step u23 of FIG. 49 in the same manner as described above. . In step u29a of FIG. 49 , the above-described operation similar to step u7a of FIG. 47 is performed.
図５０は、処理回路１１３による中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。中腰判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って中腰姿勢を判断する。処理回路１１３は、図３２に示したステップＤ１５が実行されると、ステップＫ１１に移る。 FIG. 50 is a flowchart illustrating the processing procedure of the complacency determination process by the processing circuit 113. In the half-waist determination process, the half-hip posture is determined using the posture information of the wearer 10. When step D15 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step K11.
ステップＫ１１で、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＫ１２で、処理回路１１３は、予め定める中腰角度になり、予め定める経過時間を過ぎたことを検出する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了か、歩行アシストが開始か、持ち上げアシストが開始か、持ち下げブレーキアシストが開始かを判断する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了、歩行アシストが開始、持ち上げアシストが開始、持ち下げブレーキアシストが開始のいずれでもなければ、中腰アシスト制御を維持する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了、歩行アシストが開始、持ち上げアシストが開始、持ち下げブレーキアシストが開始のいずれかであれば、中腰アシスト制御を終了する。 In step K11, the processing circuit 113 calculates the detected angle θ of the hip joint and reads the angular velocity ω of the hip joint. In step K12, the processing circuit 113 detects that the predetermined mid-waist angle has been reached and the predetermined elapsed time has passed. In step K13, it is determined whether the half-hip angle ends, walking assist starts, lifting assist starts, or lifting brake assist starts. In step K13, if neither the mid-hip angle ends, the walking assist starts, the lifting assist starts, nor the lifting brake assist starts, the mid-waist assist control is maintained. In step K13, if any of the half-hip angle ends, the walking assist starts, the lifting assist starts, and the lifting brake assist starts, the half-waist assist control is ended.
図５１は、処理回路１１３による中腰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１１３は、図３２に示したステップＤ１６が実行されると、ステップＬ１１に移る。ステップＬ１１では、中腰保持角度を、それまでの角度センサ６７で検出した角度の平均値を算出する。 FIG. 51 is a flowchart illustrating the processing procedure of the half-hearted control process by the processing circuit 113. When step D16 shown in FIG. 32 is executed, the processing circuit 113 moves to step L11. In step L11, the average value of the angles detected by the angle sensor 67 up to that point is calculated as the mid-hip holding angle.
処理回路１１３によるステップＬ１１では、中腰開始後、中腰保持トルクは、中腰保持角度より深くなった角度に比例した予め定めるばね力で、出力される。このばね力のばね定数は、予め定める経過時間内で、中腰角度の変化幅が予め定める角度変化幅より大きい場合は、ばね定数は予め定める値から比例して小さくして零とし、中腰アシストを効かないようにできる。 In step L11 by the processing circuit 113, after the start of the mid-waist, the mid-waist holding torque is outputted with a predetermined spring force proportional to the angle deeper than the mid-waist holding angle. The spring constant of this spring force will be reduced proportionally from the predetermined value to zero if the change width of the mid-hip angle is larger than the predetermined angle change width within a predetermined elapsed time, and the spring constant of this spring force will be reduced to zero from the predetermined value. You can make it not work.
図５２は、処理回路１１３の中腰支援動作を示すフローチャートである。処理回路１１３は、ステップｕ４０からステップｕ４１～ｕ４３において、持ち上げ支援、持ち下げブレーキ支援、歩行支援がなされていない場合、ステップｕ４４において、下肢、したがって大腿１２を直立した状態で、左右の各角度センサ６７で検出した角度θ４０ｉがいずれも、腰が曲げられる方向に振れていて（θ４０ｉ≦０）、かつ予め定める中腰角度θ４０以上になり（θ４０≦θ４０ｉ）、ステップｕ４５において、予め定める経過時間Ｗ４０（たとえば３秒間）を過ぎて継続されると、ステップｕ４６において、予め定める中腰支援を開始する。こうして、中腰アシスト動作については、左右の角度センサ６７で検出した角度が、腰が曲げられる方向に振れていて、持ち上げアシストや持ち下げブレーキアシストや歩行アシストがなされていない場合で、予め定める中腰角度になり、予め定める経過時間を過ぎると、予め定める中腰アシストを開始する。 FIG. 52 is a flowchart showing the middle back support operation of the processing circuit 113. If lifting support, lifting brake support, and walking support are not performed in steps u40 to u41 to u43, in step u44, the processing circuit 113 detects each of the left and right angle sensors with the lower leg, and thus the thigh 12, in an upright state. The angle θ40i detected in step 67 is swaying in the direction in which the waist is bent (θ40i≦0) and is equal to or greater than the predetermined mid-hip angle θ40 (θ40≦θ40i), and in step u45, the predetermined elapsed time W40 ( If the process continues for more than 3 seconds, for example, a predetermined mid-back support is started in step u46. In this way, for the mid-waist assist operation, when the angle detected by the left and right angle sensors 67 is swaying in the direction in which the waist is bent, and no lifting assist, lifting brake assist, or walking assist is performed, the predetermined mid-waist angle When the predetermined elapsed time has elapsed, the predetermined mid-back assist is started.
図５３は図５２のステップｕ４６において実行される処理回路１１３の中腰支援動作を示すフローチャートであり、図５４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５５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。
FIG. 53 is a flowchart showing the mid-back support operation of the processing circuit 113 executed in step u46 of FIG . 55 is a skeleton diagram showing the posture, in which θmax shows the maximum value and θmin shows the minimum value in the period W42, and FIG. 55 is a partial skeleton diagram showing the average value θave. During the mid-back support operation, in step u61, the mid-back holding angle is set to the average value θave of the angles θ42j measured by the angle sensor 67 up to that point within the elapsed time W42. i is the number of sampling angle detections within time W42, and is a natural number from 1 to p.
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Δ４２ｊを演算する。
Δθ４２ｊ ＝ θ４２ｊ ― θａｖｅ …（４）
For example, if the bending angle is 10 degrees or more, which is the predetermined angle θ42j, for more than 3 seconds, which is the predetermined time W42, then this mid-waist holding angle is set to the average mid-hip angle θave during that time W42. In the middle-back support operation, the angle change width Δ42j is calculated in step u62.
Δθ42j = θ42j - θave...(4)
ステップｕ６３において、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅ以下の角度（θａｖｅ≦θ４０ｊ）になったとき、ステップｕ６４では、予め定めるばね定数ｋ４３を設定して、ステップｕ６５において、中腰支援力モーメントＴ４２ｊが、次のとおり、演算される。
Ｔ４２ｊ ＝ ｋ４３・Δθ４２ｊ …（５）
In step u63, when the detected angle θ42j becomes an angle less than or equal to the average angle θave (θave≦θ40j), in step u64, a predetermined spring constant k43 is set, and in step u65, the mid-back support force moment T42j is It is calculated as follows.
T42j = k43・Δθ42j…(5)
ステップｕ６３において、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅより深い角度（θａｖｅ≦θ４２ｊ）になったとき、ステップｕ６６に移り、角度変化幅Δ４２ｊが予め定める角度変化幅Δ４３以上（Δ４３≦Δ４２ｊ）であることが判断される。ステップｕ６７で、角度変化幅Δ４２ｊが予め定める角度変化幅Δ４３以上である状態が予め定める経過時間Ｗ４３だけ継続すると、ステップｕ６８では、中腰支援力モーメントのためのばね定数ｋ４４ｊが演算される。 In step u63, when the detected angle θ42j becomes an angle deeper than its average angle θave (θave≦θ42j), the process moves to step u66, and the angle change width Δ42j is equal to or larger than the predetermined angle change width Δ43 (Δ43≦Δ42j). is judged. In step u67, when the state in which the angle change width Δ42j is equal to or greater than the predetermined angle change width Δ43 continues for a predetermined elapsed time W43, in step u68, a spring constant k44j for the mid-back support force moment is calculated.
図５６は、処理回路１１３による中腰支援動作におけるばね定数ｋ４４ｊの特性を示すグラフである。このばね力のばね定数ｋ４４ｊは、予め定める経過時間Ｗ４３内で、中腰角度θ４２ｊの変化幅Δ４２ｊが予め定める角度変化幅Δ４３以上であるとき（Δθ４２ｊ ≦ Δ４３）、その差Δ４２３（＝Δ４２ｊ―Δ４３）に依存して、図５６のように、予め定める値ｋ４３から１次関数１１６（図５６）で小さくして零とし、中腰支援動作を効かないようにする。
ｋ４４ｊ ＝ ｋ４３（１－Δθ４２ｊ／Δ４３） …（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）
FIG. 56 is a graph showing the characteristics of the spring constant k44j in the mid-back support operation performed by the processing circuit 113. The spring constant k44j of this spring force is the difference Δ423 (=Δ42j−Δ43) when the change width Δ42j of the mid-waist angle θ42j is greater than the predetermined angle change width Δ43 (Δθ42j ≦ Δ43) within a predetermined elapsed time W43. As shown in FIG. 56 , the predetermined value k43 is reduced to zero using a linear function 116 ( FIG. 56 ), thereby disabling the mid-back support motion.
k44j = k43 (1-Δθ42j/Δ43) …(6)
The mid-back support force moment T42j is calculated as follows.
T42j = k44j・Δθ42j…(7)
こうして、中腰支援力モーメントＴ４２ｊは、式（７）のとおり、変化幅Δθ４２ｊに比例して起き上がる力を発生する。この比例する力の定数をばね定数ｋ４４ｊとし、たとえば、変化幅Δθ４２ｊが９０°のときにフルにアシストするとして、中腰支援力モーメントＴ４２ｊによって、１０ｋｇの物体を持ち上げる力を発生するように構成する。 In this way, the half-back support force moment T42j generates a force for standing up in proportion to the variation width Δθ42j, as shown in equation (7). The constant of this proportional force is set as a spring constant k44j, and, for example, assuming that full assist is provided when the change width Δθ42j is 90°, the configuration is such that the mid-hip support force moment T42j generates a force to lift an object of 10 kg.
このばね定数ｋ４４ｊは、予め定める３秒間での中腰角度の変化幅Δθ４２ｊ、すなわち、図５４における（θｍａｘ－θｍｉｎ）とするとき、この値Δθ４２ｊが小さくて姿勢変化が小さいと、ばね定数ｋ４４ｊが大きくなり、硬く感じる支援にする。またこの値ｋ４４ｊが大きくて姿勢変化が大きいと、柔らかい支援にする。 This spring constant k44j is defined as the predetermined width of change Δθ42j of the mid-hip angle in 3 seconds, that is, (θmax-θmin) in FIG. 54. If this value Δθ42j is small and the posture change is small, the spring constant k44j is large. Support that feels solid. Furthermore, if this value k44j is large and the posture change is large, soft support is provided.
前述のステップｕ６４、ｕ６５のとおり、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅ以下の角度では、ばね定数ｋ４４ｊは、図５６のように、ライン１１６ａで示される一定値である。 As in steps u64 and u65 described above, when the detected angle θ42j is less than the average angle θave, the spring constant k44j is a constant value shown by the line 116a as shown in FIG .
図５２を参照して、ステップｕ４７において、左右の各角度センサ６７で検出した角度θ４０ｉがいずれも、予め定める中腰角度θ４０未満になり、予め定める中腰終了角度になるか、ステップｕ４８～ステップｕ５０において、歩行アシストが開始されるか、持ち上げアシストが開始されるか、持ち下げブレーキアシストが開始されると、中腰アシストを終了する。予め定める各値は、ハンディ端末装置１５０のキー入力によって設定される。 Referring to FIG. 52 , in step u47, whether the angles θ40i detected by the left and right angle sensors 67 are both less than the predetermined mid-waist angle θ40 and reach the predetermined mid-waist end angle, or in step u48 to step u50 , when walking assist is started, lifting assist is started, or lifting brake assist is started, mid-waist assist is ended. Each predetermined value is set by key input on the handy terminal device 150.
図５８は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置８５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図５９は装着型支援ロボット装置８５１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述などの実施の形態に類似する。注目すべきは、加速度・角速度センサ１０３ａは、前述の図１８のように装着者１０の体幹１１の腰部に設けられてもよいが、図５８、図５９の実施の形態では、加速度・角速度センサ１０３ａは、装着者１０の正面位置で胸ベルト２２Ｌまたは２２Ｒに設けられる。加速度・角速度センサ１０３ａは、胸部の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。物体の持ち上げ時には、装着者１０における加速度・角速度センサ１０３ａが設けられる胸部の動作は、図１８の実施の形態における腰部の動作に比べて、大きいので、検出し易くなり、加速度・角速度を高精度で検出できる。加速度・角速度センサ１０３ａからの検出信号は、胸ベルト２２、上アーム７０、腰ベルト３３に沿って設けられた可撓性ライン８５３を介して、制御ボックス５３内の処理回路１１３に与えられる。 FIG. 58 is a front view showing a state in which a wearable support robot device 851 according to another embodiment of the present invention is attached to a wearer 10, and FIG. 59 is a side view showing a state in which the wearable support robot device 851 is attached. It is. This embodiment is similar to embodiments such as those described above. It should be noted that although the acceleration/angular velocity sensor 103a may be provided at the waist of the trunk 11 of the wearer 10 as shown in FIG. 18, in the embodiments shown in FIGS . The sensor 103a is provided on the chest belt 22L or 22R at a position in front of the wearer 10. The acceleration/angular velocity sensor 103a detects three-dimensional acceleration of the chest, that is, vertical acceleration α1, longitudinal acceleration α2, and horizontal acceleration α3. When lifting an object, the movement of the chest of the wearer 10 where the acceleration/angular velocity sensor 103a is provided is larger than the movement of the waist in the embodiment of FIG . It can be detected by A detection signal from the acceleration/angular velocity sensor 103a is given to the processing circuit 113 in the control box 53 via a flexible line 853 provided along the chest belt 22, upper arm 70, and waist belt 33.
図６０は本発明の実施の他の形態である装着型姿勢保持装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図６１は装着型姿勢保持装置１の装着状態を示す側面図であり、図６２は装着型姿勢保持装置１の図６１における一部を拡大して示す側面図である。図６０～図７８に示される実施の各形態における構成要素の参照符は、これらの図６０～図７８において統一して使用され、図１～図８、および図９～図５９に示される実施の各形態の構成要素の参照符とは異なるときがある。図７４～７８などには、本発明の実施の他の形態の一部の構成も併せて示すことがある。これらの図面を参照して、装着型姿勢保持装置１は、装着者１０に装着されて保持される保持装置２と、保持装置２に設けられ装着者１０の体幹１１と左右の各大腿１２との間に中腰姿勢保持をアシストするクラッチ６０とを有する。図６０～６２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、図６０における右、左である。装着型姿勢保持装置１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、または連結した構成を示すために、および左または右を記載して数字だけで示す。 FIG. 60 is a front view showing a state in which a wearable posture maintaining device 1 according to another embodiment of the present invention is attached to a wearer 10, and FIG. 61 is a side view showing a state in which the wearable posture maintaining device 1 is attached. FIG. 62 is an enlarged side view of a portion of FIG. 61 of the wearable posture maintaining device 1. Reference numerals for components in each of the embodiments shown in FIGS. 60 to 78 are used uniformly in these FIGS. 60 to 78, and refer to the embodiments shown in FIGS. The reference numbers for the constituent elements of each form may be different. Some structures of other embodiments of the present invention may also be shown in FIGS. 74 to 78 . Referring to these drawings, a wearable posture holding device 1 includes a holding device 2 that is attached to and held by a wearer 10, and a holding device 2 that is provided on the holding device 2 and supports a trunk 11 of the wearer 10 and each of the left and right thighs 12. and a clutch 60 that assists in maintaining a half-waisted posture. 60 to 62 show a posture in which the wearer 10 stands upright with the trunk 11 and both lower legs including the left and right thighs 12 aligned. As described above, left and right refer to the directions of the wearer 10, and therefore mean right and left in FIG. 60 . The wearable posture maintaining device 1 is configured to be substantially symmetrical in the left and right sides with respect to the median sagittal plane 13 of the wearer 10 wearing the device, and in the present specification and drawings, reference numbers for left and right components refer to left and right separately. The suffixes L and R are appended to the numbers to indicate the overall design, and numbers are used alone to indicate the general or connected structure and to indicate left or right.
保持装置２は、装着者１０の胸郭、鎖骨、肩甲骨付近の体幹上部１４に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、腹、腰の骨盤、股関節付近の体幹下部１５に装着されて保持される腰カフと呼ぶことができる体幹下部保持具３０と、大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０とを含む。 The holding device 2 includes an upper trunk holder 20 that is attached to and held on the upper trunk 14 of the wearer 10 near the ribcage, clavicle, and shoulder blade, and a lower trunk 15 that is attached to the abdomen, pelvis of the lower back, and hip joint. It includes a lower trunk holder 30, which can be called a waist cuff, which is worn and held, and a thigh holder 40, which is placed and held on the thigh 12.
図６３は面状フレーム３１の正面図であり、図６４は面状フレーム３１の左側面図であり、図６５は面状フレーム３１の一部の平面図である。図６３、図５は、左右対称に構成される面状フレーム３１のほぼ左半分を示す。体幹下部保持具３０は、クラッチ６０の位置で、体幹下部１５の下腹ベルト３６を有する。下腹ベルト３６は、臍部下方で、連結具３７によって左右に分離、連結して着脱自在である。 63 is a front view of the planar frame 31, FIG. 64 is a left side view of the planar frame 31, and FIG. 65 is a plan view of a portion of the planar frame 31. 63 and 5 show approximately the left half of the planar frame 31 that is symmetrically constructed. The lower trunk holder 30 has a lower abdominal belt 36 of the lower trunk 15 at the position of the clutch 60 . The lower abdomen belt 36 can be separated and connected to the left and right by a connecting tool 37 below the navel, and can be attached and detached.
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３０は、基本的に、全体が剛性の面状フレーム３１とベルト３６とを有する。面状フレーム３１は、体幹下部の左右両側方から背後にわたって（体幹下部の背後では、臀部および仙骨部よりも上方の腰部および脊柱部下部を含む）体幹下部の後半周を覆う外囲部３５と、体幹下部の背後で外囲部３５から立ち上がる背板３４とを有する。ベルト３６は、面状フレーム３１に連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆う。 The lower trunk holder 30, which is attached to and held on the lower trunk of the wearer, basically includes a planar frame 31 and a belt 36, which are rigid as a whole. The planar frame 31 is an outer circumference that covers the rear half of the lower torso from both left and right sides of the lower torso to the rear (behind the lower torso, including the lumbar region above the buttocks and sacrum and the lower spinal column). portion 35, and a back plate 34 rising from the outer surrounding portion 35 behind the lower trunk. The belt 36 is connected to the planar frame 31 and covers the front half of the lower trunk from both left and right sides of the lower trunk to the abdomen.
体幹下部保持具３０の面状フレーム３１は、前述のとおり、剛性であり、腰側部・背部フレームとも呼ぶことができ、腰側部に配置される脇部フレーム３２と、脇部フレーム３２に連なって腰背部に配置される背部フレーム３３とが、背後で背板３４によって連結されて構成される。 As mentioned above, the planar frame 31 of the lower trunk holder 30 is rigid and can also be called a waist side/back frame, and includes an armpit frame 32 disposed on the waist side and an armpit frame 32. A back frame 33 that is connected to the back frame 33 and arranged on the back of the waist is connected at the back by a back plate 34.
面状フレーム３１の高さを、その上部が脇下直ぐの位置でなく、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして低くし、背板３４の高さも、腰部から脇下直ぐの間の位置まで短くして、装着し易くする。背板３４の上部は、肩ベルト２１に連結される。したがって、体幹下部保持具３０が、外囲部３５と背板３４とを有する面状フレーム３１とベルト３６とによって構成されるので、体幹１１と大腿保持具４０との中腰姿勢保持と、上向きモーメントのアシストとを、確実に迅速に行なうことができるようになる。 The height of the planar frame 31 is shortened so that its upper part is not at a position immediately below the armpit, but is at a position immediately between the waist and the armpit, and the height of the back plate 34 is also set at a position between the waist and the armpit. Make it easier to install by shortening it to the position of . The upper part of the back plate 34 is connected to the shoulder belt 21. Therefore, since the lower trunk holder 30 is constituted by the planar frame 31 having the outer circumferential portion 35 and the back plate 34 and the belt 36, the mid-hip posture of the trunk 11 and the thigh holder 40 can be maintained; The upward moment can be assisted reliably and quickly.
脇部フレーム３２の下部は、後述の図６７に示されるように、クラッチ６０のクラッチ本体６１に固定され、大腿フレーム８０の上フレーム片８１は、クラッチ６０の回転体６２の回転軸６６に固定される。脇部フレーム３２の下部はまた、下腹ベルト３６の両端部に取り付けられる。 The lower part of the side frame 32 is fixed to the clutch body 61 of the clutch 60, and the upper frame piece 81 of the thigh frame 80 is fixed to the rotating shaft 66 of the rotating body 62 of the clutch 60, as shown in FIG. be done. The lower part of the armpit frame 32 is also attached to both ends of the abdominal belt 36.
面状フレーム３１と下腹ベルト３６とは、クラッチ６０の接続状態で、回転軸６６の軸線７５まわりの体幹下部保持具３０を介する体幹上部保持具２０と大腿保持具４０との角度を確実に保つために副次的な働きをし、クラッチ６０が変位するのを防ぎ、回転軸６６の軸線７５が左右方向に傾いたり、前後方向に傾いたりするのを防ぐ。面状フレーム３１と下腹ベルト３６とはまた、回転軸６６の軸線７５を、装着者１０の左右の股関節中心を通る一直線にできるだけ一致させて、ずれないようにする働きをする。こうすることによって、体幹上部保持具２０と体幹下部保持具３０と大腿保持具４０との各位置が上下に変位することを防ぐことができる。装着者は、腰を椎間関節によって曲げずに、体幹１１を直立した姿勢で、歩行、持ち上げ、持ち下げ、中腰の各動作を行なう。 The planar frame 31 and the lower abdominal belt 36 ensure the angle between the upper trunk holder 20 and the thigh holder 40 via the lower trunk holder 30 around the axis 75 of the rotating shaft 66 when the clutch 60 is connected. It has a secondary function to keep the clutch 60 from being displaced, and prevents the axis 75 of the rotating shaft 66 from tilting in the left-right direction or in the front-rear direction. The planar frame 31 and the abdominal belt 36 also function to align the axis 75 of the rotating shaft 66 with a straight line passing through the centers of the left and right hip joints of the wearer 10 as much as possible, and to prevent it from shifting. By doing so, it is possible to prevent the positions of the upper trunk holder 20, the lower trunk holder 30, and the thigh holder 40 from shifting up and down. The wearer performs various movements such as walking, lifting, lowering, and lowering the body while keeping the trunk 11 upright without bending the lower back through the facet joints.
大腿フレーム８０は、上フレーム片８１と下フレーム片８２とが、前後方向の軸線まわりに角変位自在な第1受動回転軸８３によって、連結され、上下に延びて構成される。上下のフレーム片８１、８２は、剛性である。 The thigh frame 80 is configured such that an upper frame piece 81 and a lower frame piece 82 are connected by a first passive rotating shaft 83 that is angularly displaceable around an axis in the front-rear direction, and extend vertically. The upper and lower frame pieces 81, 82 are rigid.
左右の各大腿保持具４０は、大腿１２を全周にわたって囲む大腿カフと呼ぶことができるベルト本体４１と、ベルト本体４１の外周部に大腿１２の外側である腓側から前へ、周方向の一部にわたって延びて固定片４２によってベルト本体４１に固定される保持片４３とを有する。下アーム片８２の下端部と、保持片４３の外側部とは、左右方向の軸線まわりに角変位自在な第２受動回転軸４５によって、連結される。 Each of the left and right thigh holders 40 includes a belt main body 41 that can be called a thigh cuff that surrounds the entire thigh 12, and a circumferential cuff on the outer periphery of the belt main body 41 from the calf side, which is the outside of the thigh 12, to the front. It has a holding piece 43 that extends over a portion and is fixed to the belt main body 41 by a fixing piece 42. The lower end of the lower arm piece 82 and the outer side of the holding piece 43 are connected by a second passive rotating shaft 45 that is angularly displaceable around the left-right axis.
体幹上部保持具２０は、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近に逆Ｕ字状に配置される左右一対の肩ベルト２１と、胸郭を囲んで腋窩から斜め下方に背に延びる胸カフと呼ぶことができる胸ベルト２２とを有する。肩ベルト２１と胸ベルト２２とは、背板３４の上部に連結される。 The upper trunk holder 20 includes a pair of left and right shoulder belts 21 arranged in an inverted U shape near the collarbone and shoulder blade of the wearer 10, and a chest cuff that surrounds the ribcage and extends obliquely downward from the axilla to the back. It has a chest belt 22 that can be used. The shoulder belt 21 and the chest belt 22 are connected to the upper part of the back plate 34.
体幹上部保持具２０は、図６１では肩ベルト２１と胸ベルト２２で構成されているが、実施の他の形態では、装着し易いようにするため、ベストや所謂チョッキの形状をしていてもよい。 The upper trunk holder 20 is composed of a shoulder belt 21 and a chest belt 22 in FIG. 61 , but in other embodiments, it may be in the shape of a vest or a so-called vest to make it easier to wear. Good too.
前述の保持装置２は、腰関節保持以外の動作を束縛しないための機構を有していることが重要である。対象とする腰関節の抗重力方向に保持するように下向きの力モーメントを支える姿勢保持装置であるクラッチ６０を配置して、対象とする腰関節の角度保持方向以外の回転方向については、装着者１０の動作を妨げないようにするために、第１受動回転軸８３は、駆動機器を取り付けていない回転軸であり、空回りする回転軸である。この第１受動回転軸８３を、対象とする関節の外側周囲に配置している構成によって、次の特有の利点ａ～ｃがある。 It is important that the aforementioned holding device 2 has a mechanism for not restricting movements other than hip joint holding. A clutch 60, which is a posture holding device that supports a downward force moment, is arranged so as to hold the target lumbar joint in the anti-gravity direction, and the wearer can rotate the target lumbar joint in a direction other than the direction in which the angle is maintained. In order not to interfere with the operation of 10, the first passive rotating shaft 83 is a rotating shaft to which no driving equipment is attached, and is a rotating shaft that rotates idly. The configuration in which the first passive rotation shaft 83 is arranged around the outside of the target joint has the following unique advantages a to c.
ａ 面状フレーム３１の左右側面剛体フレームである脇部フレーム３１と、腰後部剛体フレームである背部フレーム３３のみによって、体幹１１の下部の側部から背後に装着としたので、軽量化でき、装着者のねじりにも対応でき、装着者のねじりの動作を拘束しない。 a) Since it is attached from the side of the lower part of the trunk 11 to the back using only the armpit frames 31, which are rigid frames on the left and right sides of the planar frame 31, and the back frame 33, which is a rigid frame at the rear of the waist, it is possible to reduce the weight. It can also handle twisting by the wearer and does not restrict the wearer's twisting movements.
ｂ 左右の股関節中心の左右両サイドに取り付けたクラッチ６０の下端部に固定される上フレーム片８１を、前後方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して、大腿剛体フレームである下フレーム片８２に取り付ける構成が実現されるので、装着者１１の上半身の左右への傾きに対応できる。したがって、装着者１１のこの上半身の左右への傾き動作を拘束しない。 b The upper frame piece 81 fixed to the lower end of the clutch 60 attached to both the left and right sides of the center of the left and right hip joints is connected to the lower frame piece, which is a rigid thigh frame, via a passive rotation shaft 83 that rotates around an axis in the front and back direction. 82, it is possible to accommodate the tilting of the upper body of the wearer 11 to the left or right. Therefore, the tilting movement of the upper body of the wearer 11 to the left and right is not restricted.
ｃ 前記ｂと同じ構成が実現されるので、装着者の左右方向への開脚動作に対応できる。したがって、装着者１１のこの左右方向への開脚動作を拘束しない。 c Since the same configuration as in b above is realized, it is possible to accommodate the wearer's leg opening movement in the left and right direction. Therefore, this movement of the wearer 11 to open her legs in the left-right direction is not restricted.
図６６は、装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢ある状態で持ち上げ動作を説明するための中腰姿勢を保持する状態を示すスケルトン図である。装着者１０が物体を手で掴んで持ち上げようとするとき、中腰状態では、体幹１１が直立し、大腿１２が鉛直から前方に角変位している。装着者１０の力によるトルクが大腿１２Ｌ、１２Ｒの大腿保持具４０Ｌ、４０Ｒに伝わる。持ち下げ作業などでも同じである。 FIG. 66 is a skeleton diagram illustrating a state in which the wearer 10 is in a stooped posture for a work operation while maintaining a stooped posture to explain a lifting operation. When the wearer 10 tries to grasp and lift an object with his/her hands, in the half-hip state, the trunk 11 stands upright and the thighs 12 are angularly displaced forward from the vertical. Torque due to the force of the wearer 10 is transmitted to the thigh holders 40L and 40R of the thighs 12L and 12R. The same is true for lifting work.
装着者１１との接触部である胸部と大腿カフである大腿保持具４０へのクラッチ６０の連結は重要な構成であるので、一部重複する部分も含めて述べる。股関節中心の左右両サイドにクラッチ６０を１台ずつ合計２台配置している。このため、クラッチ６０の回転軸線７５と股関節が一致するので、起き上がり時や立ち上がり時や足を前後方向に振り上げたとき、クラッチ６０の一端部から下方へ伸びた剛体の大腿フレームである上下のフレーム片８１，８２が大腿１２と同角度で回転する。またクラッチ６０の下部に前後方向軸周りに回転する受動回転軸８３を介して剛体の大腿フレームである上下のフレーム片８１，８２の一端部を取り付けてあり、大腿フレームである上下のフレーム片８１，８２の他端部には左右方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して大腿カフである大腿保持具４０が取り付けられ、この大腿カフである大腿保持具４０で装着者１０の下体に姿勢保持力を伝えている。 Since the connection of the clutch 60 to the thigh holder 40, which is the chest and thigh cuffs that come in contact with the wearer 11, is an important structure, the description will include some overlapping parts. A total of two clutches 60 are arranged, one on each side of the hip joint center. Therefore, since the rotational axis 75 of the clutch 60 coincides with the hip joint, when you get up, stand up, or swing your legs up and down, the upper and lower frames, which are rigid thigh frames that extend downward from one end of the clutch 60, The pieces 81 and 82 rotate at the same angle as the thigh 12. Further, upper and lower frame pieces 81 and 82, which are rigid thigh frames, are attached to the lower part of the clutch 60 via a passive rotating shaft 83 that rotates about an axis in the longitudinal direction. , 82 is attached with a thigh holder 40, which is a thigh cuff, via a passive rotating shaft 83 that rotates around a left-right axis. It conveys the ability to maintain posture.
このため、上体である体幹１１を左右に傾けたときや左右に開脚したときに、大腿カフである大腿保持具４０の位置が元の位置からずれず、装着者１０の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、クラッチ６０と大腿カフである大腿保持具４０との間の長さ調整機構が不要となり、軽量化と低コスト化できる。 Therefore, when the trunk 11, which is the upper body, is tilted to the left or right or the legs are opened to the left or right, the position of the thigh holder 40, which is the thigh cuff, does not shift from its original position, and the movement of the wearer 10 is restrained. Since it does not move or separate from the body, a length adjustment mechanism between the clutch 60 and the thigh holder 40, which is the thigh cuff, is not required, and weight and cost can be reduced.
またクラッチ６０のもう一つの端部から上方へ伸びた剛体の腰下方フレームである面状フレーム３１が腰部まであり、図６２に拡大して示されるように、胸部カフである体幹上部保持具２０の胸ベルト２２と肩ベルト２１とは、背板３４の上部に連結され、この胸部カフである胸ベルト２２は装着者１０の上体に姿勢保持力を伝えている。このため、上体を左右に傾けたときや上体をねじったりしたときに、胸部カフである胸ベルト２２の位置が元の位置からずれず装着者の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、従来の腰後部剛体フレームや後方側面剛体フレームや背中の腰中央部に取り付けていた２つの受動回転軸が不要となり、軽量化と低コスト化ができる。 Also, a planar frame 31, which is a rigid lower-waist frame extending upward from the other end of the clutch 60, extends up to the waist, and as shown in an enlarged view in FIG . The chest belt 22 and shoulder belt 21 of 20 are connected to the upper part of the back plate 34, and the chest belt 22, which is a chest cuff, transmits a posture maintaining force to the upper body of the wearer 10. Therefore, when the upper body is tilted to the left or right or twisted, the position of the chest belt 22, which is the chest cuff, does not shift from its original position, does not restrict the wearer's movements, and does not allow it to separate from the body. This eliminates the need for the conventional rear waist rigid frame, rear side rigid frame, and two passive rotating shafts attached to the central part of the back, making it possible to reduce weight and cost.
また股関節中心の左右両サイドにクラッチ６０を配置しているので、中腰作業などでの腰関節の保持については、クラッチ６０の回転中心は腰関節中心からずれるが、作用点（着力点）である装着者１０の胸部と大腿１２から充分に離れているので、クラッチ６０の接続状態における力を充分に伝えることができる。 In addition, since the clutches 60 are placed on both the left and right sides of the hip joint center, the rotation center of the clutch 60 is shifted from the center of the hip joint, but it is still the point of action (force application point) when holding the hip joint during work such as work on the lower back. Since it is sufficiently far from the chest and thigh 12 of the wearer 10, the force when the clutch 60 is connected can be sufficiently transmitted.
図６７は、クラッチ６０とその付近を示す断面図である。クラッチ６０は、ステータとしてのクラッチ本体６１と、アーマチュアとしての回転体６２とを有する。クラッチ本体６１は、電磁コイル６３が配置されるフイールド６４と、一方のクラッチ部材である摩擦板６５とを有し、フイールド６４は、脇部フレーム３２に固定される。回転体６２は、回転軸６６と、回転軸６６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材６７と、摩擦板６５に近接方向（図６７の右方）に変位して摩擦接触によってクラッチの接続状態となり離反方向（図６７の左方）に変位してクラッチ６０の遮断状態となる他方のクラッチ部材である摩擦板６８と、摩擦板６８を摩擦板６５から離反方向にばね力を与える板ばね６９とを有する。支持部材６７は、回転軸６６が挿通し軸受７１を介してフイールド６４を支持する筒部７２と、筒部７２に連なるフランジ部７３とを有する。フランジ部７３には、摩擦板６８が、板ばね６９を介して周方向の相対的な変位が阻止されて取り付けられる。電磁コイル６３が励磁されて生じる電磁力によって、摩擦板６８は板ばね６９のばね力に抗して摩擦板６５に近接変位して摩擦接触しクラッチ６０の接続状態となる。電磁コイル６３が励磁されずに消磁されると、摩擦板６８は板ばね６９のばね力によって摩擦板６５に離反変位して空隙Δｄ１（たとえば、０．３ｍｍ）をあけてクラッチの遮断状態となる。 FIG. 67 is a sectional view showing the clutch 60 and its vicinity. Clutch 60 includes a clutch body 61 as a stator and a rotating body 62 as an armature. The clutch body 61 includes a field 64 in which an electromagnetic coil 63 is arranged and a friction plate 65 that is one clutch member, and the field 64 is fixed to the side frame 32. The rotating body 62 includes a rotating shaft 66, a supporting member 67 that is fixed to the rotating shaft 66 so as to prevent relative displacement in the circumferential and axial directions, and a supporting member 67 that extends toward the friction plate 65 (to the right in FIG. 67 ). The friction plate 68, which is the other clutch member, is displaced and the clutch is connected through frictional contact, and the friction plate 68 is displaced in the disengagement direction (to the left in FIG. 67 ), and the clutch 60 is disconnected. It has a leaf spring 69 that applies a spring force in the direction of separation. The support member 67 includes a cylindrical portion 72 through which the rotating shaft 66 is inserted and supports the field 64 via a bearing 71, and a flange portion 73 continuous to the cylindrical portion 72. A friction plate 68 is attached to the flange portion 73 via a leaf spring 69 such that relative displacement in the circumferential direction is prevented. Due to the electromagnetic force generated when the electromagnetic coil 63 is excited, the friction plate 68 is moved close to the friction plate 65 against the spring force of the leaf spring 69 and comes into frictional contact with the friction plate 65, so that the clutch 60 is connected. When the electromagnetic coil 63 is demagnetized without being excited, the friction plate 68 is displaced away from the friction plate 65 by the spring force of the leaf spring 69, creating a gap Δd1 (for example, 0.3 mm), and the clutch is disengaged. .
クラッチ本体６１のフイールド６４は、脇部フレーム３２に固定される。回転体６２の回転軸６６は、大腿フレーム８０の上フレーム片８１に固定される。筒部７２と上フレーム片８１とは、回転軸６６とともに、平行キー７４によって相互の回転が阻止され、したがって、摩擦板６８と上フレーム片８１、したがって、大腿フレーム８０とは、回転軸６６の軸線まわりにずれを生じることはない。 The field 64 of the clutch body 61 is fixed to the side frame 32. The rotating shaft 66 of the rotating body 62 is fixed to the upper frame piece 81 of the thigh frame 80. The cylindrical portion 72 and the upper frame piece 81 are prevented from rotating with respect to each other by the parallel key 74 together with the rotating shaft 66. Therefore, the friction plate 68 and the upper frame piece 81, and therefore the thigh frame 80, are No deviation occurs around the axis.
電磁コイル６３が励磁されることによって、摩擦板６５と摩擦板６８とが摩擦接触して本件装着型姿勢保持装置１が作動している状態におけるクラッチ６０の最大許容トルクは、その姿勢保持状態が装着者の意図と違ったとき、装着者がクラッチ６０を自分の力で動かすことができる予め定める値未満の値に設定される。したがって、摩擦板６５、６８の摩擦接触状態で、装着者によって前記予め定める値以上のトルクが作用したとき、摩擦板６５、６８が回転軸６６の軸線まわりのずれを生じることが可能である。これによって、基本的に安全な装着型姿勢保持装置１が実現される。 When the electromagnetic coil 63 is energized and the friction plates 65 and 68 come into frictional contact and the present wearable posture holding device 1 is in operation, the maximum allowable torque of the clutch 60 is such that the posture holding state is The clutch 60 is set to a value less than a predetermined value that allows the wearer to move the clutch 60 by his/her own power when the wearer does not intend to do so. Therefore, when the wearer applies a torque greater than the predetermined value while the friction plates 65 and 68 are in frictional contact, it is possible for the friction plates 65 and 68 to shift around the axis of the rotating shaft 66. As a result, a fundamentally safe wearable posture maintaining device 1 is realized.
装着者が中腰姿勢を保持するのに必要な力は、装着者の上半身の体重を保持するのに必要な力である。したがって、摩擦板方式のクラッチ６０の必要な最大許容トルクに対応する摩擦力は、少なくとも装着者の上半身の体重Ｗ１を保持するのに必要な力と同等であればよい。一般の装着者は、上半身の体重Ｗ１に加えるに、２０ｋｇ～３０ｋｇ以上の物体を持ち上げる背筋力Ｗ２を有している。したがって、前記予め定める値は、一般の装着者が摩擦板６５、６８に作用している摩擦力Ｗ３以上の力を出せるように、すなわち、たとえば、（Ｗ１≦Ｗ３＜Ｗ１＋Ｗ２）となるように、選んで設定することによって、装着者の意図と違った場合には、摩擦接触している摩擦板６５、６８が角変位してずれて、装着型姿勢保持装置を動かすことができ、安全が確保される。 The force required for the wearer to maintain the half-hip posture is the force required to maintain the weight of the wearer's upper body. Therefore, the frictional force corresponding to the required maximum allowable torque of the friction plate type clutch 60 may be at least equivalent to the force required to hold the weight W1 of the wearer's upper body. In addition to the weight W1 of the upper body, a typical wearer has the back muscle strength W2 to lift an object of 20 kg to 30 kg or more. Therefore, the predetermined value is set so that a general wearer can generate a force greater than or equal to the frictional force W3 acting on the friction plates 65 and 68, that is, for example, (W1≦W3<W1+W2). By selecting and setting, if the wearer's intention is not the same, the friction plates 65 and 68 that are in frictional contact will undergo angular displacement and shift, allowing the wearable posture holding device to move, ensuring safety. be done.
図６８は、クラッチ６０の電磁コイル６３に関連する電気回路図である。装着者１０の左右の股関節の付近に設置されたクラッチ６０には、可撓性ケーブル１０２を介して押しボタンスイッチ１０１が繋がれる。押しボタンスイッチ１０１は、押し易く持ち易い細長い卵形状で手のひらの中にすっぽり入るサイズ（たとえば、外形が縦２～３ｃｍ、横２～３ｃｍ、全長４～７ｃｍなど）であり、クラッチ６０の付近に、装着者の手元付近にあり、腰から、たとえば、０．１～０．５ｍの長さを有する可撓性ケーブル１０２によってぶら下げた状態になるように設けられる。可撓性ケーブル１０２の一端部は、押しボタンスイッチ１０１に接続され、他端部は、たとえば、クラッチ６０のクラッチ本体６１に、または体幹下部保持具３０に固定されてもよい。押しボタンスイッチ１０１は、左右いずれか一方に設けられてもよいが、左右に設けられてもよい。こうして、押しボタンスイッチ１０１をいずれか少なくとも一方の手で握ったまま、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１０１の押しボタンを簡単に押すことができる。 FIG. 68 is an electrical circuit diagram related to the electromagnetic coil 63 of the clutch 60. A push button switch 101 is connected to a clutch 60 installed near the left and right hip joints of the wearer 10 via a flexible cable 102. The push button switch 101 has an elongated egg shape that is easy to press and hold, and is sized to fit comfortably in the palm of your hand (for example, external dimensions are 2 to 3 cm in height, 2 to 3 cm in width, and 4 to 7 cm in total length), and is located near the clutch 60. is located near the wearer's hand and is suspended from the waist by a flexible cable 102 having a length of, for example, 0.1 to 0.5 m. One end of the flexible cable 102 is connected to the push button switch 101, and the other end may be fixed to the clutch body 61 of the clutch 60 or to the lower trunk holder 30, for example. The push button switch 101 may be provided on either the left or right side, or may be provided on the left or right side. In this way, the push button of the push button switch 101 can be easily pressed while holding the push button switch 101 with at least one hand, even if the user is holding luggage with both hands.
クラッチ６０の電磁コイル６３には、押しボタンスイッチ１０１、可撓性ケーブル１０２、ヒューズ１０３を介して、電池１０４から励磁電力が供給され、バリスタ１０５によって逆起電力が抑制される。ヒューズ１０３、電池１０４などは、背板３４に固定された制御ボックス３９（図６１、６２）に収納され、可撓性ケーブル１０２に電線によって接続される。 Excitation power is supplied to the electromagnetic coil 63 of the clutch 60 from a battery 104 via a push button switch 101, a flexible cable 102, and a fuse 103, and a back electromotive force is suppressed by a varistor 105. The fuse 103, battery 104, etc. are housed in a control box 39 ( FIGS. 61 and 62 ) fixed to the back plate 34, and connected to the flexible cable 102 by electric wires.
押しボタンスイッチ１０１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。自己保持機能は、押しボタンスイッチ１０１の機械的構成によって、または電気的構成によって、実現されてもよい。 The push button switch 101 has a self-holding function in which the on/off switching mode alternately changes each time the push button is pressed. The self-holding function may be achieved by the mechanical configuration of the pushbutton switch 101 or by the electrical configuration.
図６９は、図６０～６８の実施の形態の動作を説明するためのフローチャートである。ステップａ１からａ２に移り、装着者によって手元付近に腰からぶら下げた押しボタンスイッチ１０１が操作されてスイッチング態様がｏｎになると、そのｏｎのスイッチング態様が自己保持され、ステップａ３で中腰姿勢保持のアシスト動作が行なわれる。中腰姿勢保持のアシスト動作では、ステップａ３１で、電磁コイル６３に電流が流れて電磁力が発生する。これによって、ステップａ３２で、クラッチ６０は、その摩擦板６５、６８が近接して摩擦接触し結合し、接続状態になる。後述の実施の他の形態では、噛み合い歯付きロータと噛み合い歯付きアーマチュアとの噛み合い歯が噛み合って結合し、接続状態になる。こうして、ステップａ３３では、装着者１０の上半身の脇部フレーム３２と下半身の大腿フレーム８０とが結合されて、角変位が阻止され、腰の曲げ伸ばし運動が制動され、中腰姿勢が保持されて中腰姿勢保持のアシストができる。 FIG. 69 is a flowchart for explaining the operation of the embodiment of FIGS. 60 to 68 . Moving from step a1 to step a2, when the wearer operates the push button switch 101 hanging from the waist near the hand and the switching mode is turned on, the on switching mode is self-maintained, and in step a3 assists in maintaining the mid-hip posture. An action is taken. In the assisting operation for maintaining the half-hip posture, in step a31, a current flows through the electromagnetic coil 63 and an electromagnetic force is generated. As a result, in step a32, the friction plates 65 and 68 of the clutch 60 come into close frictional contact and are coupled, resulting in a connected state. In other embodiments to be described later, the teeth of the toothed rotor and the toothed armature mesh and couple to form a connected state. In this way, in step a33, the armpit frame 32 of the upper body of the wearer 10 and the thigh frame 80 of the lower body are combined, angular displacement is prevented, bending and straightening movements of the waist are braked, and the mid-hip posture is maintained. It can assist in maintaining posture.
装着者によって押しボタンスイッチ１０１が操作されてスイッチング態様がｏｆｆになると、ｏｎの自己保持がリセットされ、そのｏｆｆのスイッチング態様が自己保持され、ステップａ４で中腰姿勢保持のアシスト動作が解除される。中腰姿勢保持のアシスト動作では、ステップａ４１で、電磁コイル６３に電流が流れず電磁力が発生しない。ばね６９によって、ステップａ４２で、クラッチ６０は、その摩擦板６５、６８が離反して切り離されて遮断状態になる。こうして、ステップａ４３では、装着者１０の上半身の脇部フレーム３２と下半身の大腿フレーム８０とが切り離されて、角変位が可能になり、腰の曲げ伸ばし運動が自由になり、中腰姿勢保持のアシストが切れる。すなわち、手元スイッチ１０１を押すと、電池１０４からの電流が止まり電磁力はなくなり、クラッチ６０のばね６９の力で上半身の体幹１１に取り付けられたフレーム２０、３０と下半身の大腿１２に取り付けられたフレーム４０とが切り離されて、クラッチ６０の軸線７５まわりの腰の曲げ伸ばし運動が自由になり、中腰姿勢保持のアシストが切れる。電磁コイル６３に印加する電圧は、電池１０４の電圧であり、たとえば、ＤＣ２０～５０Ｖで一定である。電磁コイル６３に電圧を印加すると、電流が流れて中腰姿勢保持に必要な電磁力が発生される。 When the push button switch 101 is operated by the wearer to turn off the switching mode, the on self-holding is reset, the off switching mode is self-holding, and the assist operation for maintaining the half-hip posture is canceled in step a4. In the assisting operation for maintaining the half-hip posture, in step a41, no current flows through the electromagnetic coil 63 and no electromagnetic force is generated. Due to the spring 69, in step a42, the friction plates 65 and 68 of the clutch 60 are separated and disconnected, and the clutch 60 enters the disconnected state. In this manner, in step a43, the armpit frame 32 of the upper body of the wearer 10 and the thigh frame 80 of the lower body are separated, allowing angular displacement, freeing the waist to bend and straighten, and assisting in maintaining the mid-hip posture. can be cut. That is, when the hand switch 101 is pressed, the current from the battery 104 stops and the electromagnetic force disappears, and the force of the spring 69 of the clutch 60 causes the frame 20, 30 attached to the trunk 11 of the upper body and the thigh 12 of the lower body to The frame 40 is separated, the lower back is free to bend and straighten around the axis 75 of the clutch 60, and the assist for maintaining the lower back posture is discontinued. The voltage applied to the electromagnetic coil 63 is the voltage of the battery 104, and is constant at 20 to 50 V DC, for example. When a voltage is applied to the electromagnetic coil 63, a current flows and an electromagnetic force necessary for maintaining the half-stuck posture is generated.
本発明の実施の他の形態では、装着者の操作によって、電池１０４からの電圧、したがって、励磁電力の値を変化調整して電磁コイル６３に与える励磁電力調整回路が、電池１０４と電磁コイル６３との間に設けられてもよい。これによって、発生させる電磁力の強さを変えて、クラッチ６０の最大許容トルク、したがって、装着者によって作用されるトルクが摩擦板６５、６８の摩擦接触状態で摩擦板６５、６８が回転軸６６の軸線まわりのずれを生じさせる前記予め定める値を選んで設定することができる。たとえば、男性の装着者が使用する場合は電圧を高くして電磁力を強くし、女性の装着者が使用する場合は電圧を低くして電磁力を弱くして、電池１０４の消費電力を最小必要限度に抑えるようにすることができる。摩擦板方式のクラッチ６０では、作用している摩擦力以上の力を出せることによって、また図７４、図７５に示される歯のかみ合わせ方式のクラッチ１２０では、歯飛びする力以上を出せることによって、装着型姿勢保持装置を動かすことができる装置であるので、基本的に安全である。 In another embodiment of the present invention, the excitation power adjustment circuit adjusts and adjusts the voltage from the battery 104 and therefore the value of the excitation power to the electromagnetic coil 63 according to the operation of the wearer. It may be provided between. By changing the strength of the electromagnetic force generated, the maximum permissible torque of the clutch 60, and therefore the torque applied by the wearer, can be adjusted so that the friction plates 65, 68 are in frictional contact with the rotating shaft 66. It is possible to select and set the predetermined value that causes a deviation around the axis of the image. For example, when used by a male wearer, the voltage is increased to strengthen the electromagnetic force, and when used by a female wearer, the voltage is lowered to weaken the electromagnetic force to minimize the power consumption of the battery 104. It can be kept to the necessary limit. In the friction plate type clutch 60, by being able to generate a force greater than the applied friction force, and in the tooth engagement type clutch 120 shown in FIGS . 74 and 75 , by being able to generate a force greater than the tooth skipping force. Since it is a wearable posture support device that can be moved, it is basically safe.
図７０は、本発明の実施のさらに他の形態における電気回路図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には同じ参照符を付す。注目すべきは、前述の押しボタンスイッチ１０１に代えて、制御接点１１１が用いられ、装着者１０の中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、制御接点１１１がｏｎにされて、電池１０４から電磁コイル６３に励磁電力を与える。図６０、図６６に示される角度検出器１１２は、左右の各クラッチ６０に備えられ、その回転軸６６の角度θをそれぞれ検出する。この検出される角度θは、脇部フレーム３２と上フレーム片８１との間の角度に対応し、たとえば、補角である。角度検出器１１２の出力は、マイクロコンピュータによって実現される処理回路１１３に与えられる。処理回路１１３は、左右の各角度検出器１１２のいずれもが中腰姿勢になっている継続時間を計時するタイマ１１４を備える。また各角度検出器１１２による検出角度θを演算して起き上がり上向き角速度ω１を求める。加速度・角速度検出器１１５は、制御ボックス３９に固定され、装着者の１０の体幹１１の上向きの加速度αを検出し、また体幹１１の回転角速度ω２も検出する。その出力は処理回路１１３に与えられる。 FIG. 70 is an electric circuit diagram in yet another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the previous embodiment, and corresponding parts are given the same reference numerals. What should be noted is that a control contact 111 is used in place of the push button switch 101 described above, and the control contact 111 is turned on only during the period when the wearer 10 is in the half-slumped posture until he or she gets up. Excitation power is applied to the electromagnetic coil 63 from the battery 104. The angle detector 112 shown in FIGS. 60 and 66 is provided in each of the left and right clutches 60, and detects the angle θ of the rotation shaft 66. The detected angle θ corresponds to the angle between the side frame 32 and the upper frame piece 81, and is, for example, a supplementary angle. The output of the angle detector 112 is given to a processing circuit 113 implemented by a microcomputer. The processing circuit 113 includes a timer 114 that measures the duration during which both the left and right angle detectors 112 are in the half-slumped posture. Further, the angle θ detected by each angle detector 112 is calculated to determine the rising upward angular velocity ω1. The acceleration/angular velocity detector 115 is fixed to the control box 39, and detects the upward acceleration α of the ten trunks 11 of the wearer, and also detects the rotational angular velocity ω2 of the trunk 11. Its output is given to processing circuit 113.
図７１は、装着者１０が中腰作業動作のために、前かがみの姿勢から中腰姿勢に入る状態を説明するためのスケルトン図である。左右の各角度検出器１１２は、角度θをそれぞれ検出する。角度θについて、中腰作業動作のための中腰姿勢に入ることを判別する閾値θ１は、たとえば、３０～４０度の範囲で予め定められる。 FIG. 71 is a skeleton diagram for illustrating a state in which the wearer 10 changes from a forward-leaning posture to a half-hip posture for a half-shouldered work operation. The left and right angle detectors 112 each detect an angle θ. Regarding the angle θ, a threshold value θ1 for determining whether the user enters a half-slumped posture for a half-slumped work operation is predetermined, for example, in a range of 30 to 40 degrees.
体幹の回転角速度は、体幹１１の重心の水平軸周りの回転角の速度であり、体幹１１（上半身）の図７１における角度θの時間微分値である速度ωである。たとえば、前述の角度検出器１１２および後述の図７８に関連して説明する左右の電動モータ８７に内蔵された同様な角度器計測する角速度は、体幹１１と左の大腿１２Ｌの角度θ１の速度ω１と、体幹１１と右の大腿１２Ｒの角度θ２の速度ω２とになる。左右の大腿１２Ｌ、１２Ｒを動かさない場合は、ωとω１、ω２は同じであるが、それ以外は異なる。 The rotational angular velocity of the trunk is the rotational angular velocity of the center of gravity of the trunk 11 around the horizontal axis, and is the velocity ω which is the time differential value of the angle θ of the trunk 11 (upper body) in FIG . For example, the angular velocity measured by a similar angle device built into the angle detector 112 described above and the left and right electric motors 87, which will be explained later with reference to FIG . 78, is the velocity of the angle θ1 between the trunk 11 and the left thigh 12L. ω1 and the speed ω2 of the angle θ2 between the trunk 11 and the right thigh 12R. When the left and right thighs 12L and 12R are not moved, ω, ω1, and ω2 are the same, but other than that they are different.
図７２は、装着者１０が中腰作業動作を行なっている中腰姿勢から、起き上がる状態を説明するためのスケルトン図である。加速度・角速度の検出器１１５（図７０）は、体幹１１の上向きの加速度αを検出し、起き上がる状態を判別する閾値α１は、たとえば、０．８５～１．１５Ｇの範囲で予め定められる。処理回路１１３は、各角度検出器１１２による検出角度θをそれぞれ演算して起き上がり上向き角速度ω１をそれぞれ求める。または加速度・角速度の検出器１１５にて、体幹１１の回転角速度ω２も検出する。角速度ωについて、ω１とω２のいずれか大きい方をωとして、起き上がる状態を判別する閾値ω３は、たとえば、３００度／秒の値に予め定められる。 FIG. 72 is a skeleton diagram for explaining a state in which the wearer 10 stands up from a half-slumped posture in which he or she is performing a half-slumped work operation. The acceleration/angular velocity detector 115 (FIG. 70) detects the upward acceleration α of the trunk 11, and a threshold value α1 for determining the rising state is predetermined, for example, in the range of 0.85 to 1.15G. The processing circuit 113 calculates the angle θ detected by each angle detector 112 to determine the upward angular velocity ω1. Alternatively, the rotational angular velocity ω2 of the trunk 11 is also detected by the acceleration/angular velocity detector 115. Regarding the angular velocity ω, a threshold value ω3 for determining a rising state is preset to a value of 300 degrees/second, for example, where ω is the larger of ω1 and ω2.
図７３は、図７０の処理回路１１３の動作を説明するためのフローチャートである。ステップｂ１からステップｂ２に移り、左右の各角度検出器１１２によってそれぞれ計測、検出された股関節の角度が与えられる。ステップｂ３では、左右の各角度検出器１１２による検出角度のいずれもが、閾値θ１以上であるかを判別し、そうであれば、ステップｂ４で閾値θ１以上である継続時間Ｔを、タイマ１１４によって計測する。継続時間Ｔの閾値Ｔ１は、たとえば、３～５秒の範囲で予め定められる。継続時間Ｔが、閾値Ｔ１以上過ぎると（Ｔ１≦Ｔ）、装着者が中腰姿勢に入ったと判断し、中腰姿勢が検出され、その後、ステップｂ６で中腰姿勢保持をアシストする動作を行なう。 FIG. 73 is a flowchart for explaining the operation of the processing circuit 113 in FIG. 70 . Moving from step b1 to step b2, the angles of the hip joints measured and detected by the left and right angle detectors 112 are given. In step b3, it is determined whether both angles detected by the left and right angle detectors 112 are equal to or greater than the threshold value θ1. measure. The threshold T1 of the duration T is predetermined, for example, in the range of 3 to 5 seconds. When the duration time T exceeds the threshold value T1 (T1≦T), it is determined that the wearer has entered a half-slumped posture, the half-slumped posture is detected, and then, in step b6, an operation to assist in maintaining the half-slumped posture is performed.
ステップｂ６では、ステップｂ６１で制御接点１１１をｏｎに導通し、これによって、電磁コイル６３に電流が流れて電磁力が発生される。この電磁力によって、摩擦板６５、６８が板ばね６９のばね力に抗して近接変位し、クラッチの接続状態になる。そのため、上半身の体幹１１の体幹上部保持具２０、体幹下部保持具３０と、下半身の大腿１２の大腿保持具４０との角変位が阻止されて結合される。こうして、中腰姿勢保持をアシストする動作が行なわれる。 In step b6, the control contact 111 is turned on in step b61, whereby current flows through the electromagnetic coil 63 and electromagnetic force is generated. This electromagnetic force causes the friction plates 65 and 68 to move toward each other against the spring force of the leaf spring 69, resulting in the clutch being connected. Therefore, the angular displacement of the upper trunk holder 20 and lower trunk holder 30 of the trunk 11 of the upper body and the thigh holder 40 of the thigh 12 of the lower body is prevented and they are combined. In this way, an operation that assists in maintaining the half-hip posture is performed.
ステップｂ７では、加速度・角速度検出器１１５によって、体幹１１の上向きの加速度αを計測、検出する。ステップｂ８では、体幹１１の加速度αが、閾値α１以上（α１≦α）であるかを判別し、そうであれば、ステップｂ９で、体幹１１の左右の大腿との角度θに基づいて角速度ω１をそれぞれ演算して計測する。また体幹１１の回転角速度ω２も計測する。ステップｂ１０では、左右の角速度ω１かω２のいずれか大きいωが、閾値ω３以上（ω３≦ω）であるかを判別し、そうであれば、装着者１１の中腰姿勢が終了して、起き上がったことが検出、判断される。 In step b7, the acceleration/angular velocity detector 115 measures and detects the upward acceleration α of the trunk 11. In step b8, it is determined whether the acceleration α of the trunk 11 is equal to or greater than the threshold value α1 (α1≦α), and if so, in step b9, the acceleration α of the trunk 11 is determined based on the angle θ between the left and right thighs of the trunk 11. The angular velocity ω1 is calculated and measured. The rotational angular velocity ω2 of the trunk 11 is also measured. In step b10, it is determined whether the larger ω of the left and right angular velocities ω1 or ω2 is greater than or equal to the threshold value ω3 (ω3≦ω), and if so, the wearer 11 has finished the half-sitting posture and has sat up. This is detected and determined.
こうして、中腰姿勢検出のステップｂ２～ｂ５と、起き上がり検出のステップｂ７～ｂ１０との動作によって、中腰姿勢になった後、起き上がるまでの中腰姿勢になっている期間だけ、ステップｂ６では、電池１０４から電磁コイル６３に励磁電力が与えられる。 In this way, by the operations of steps b2 to b5 for detecting a half-slumped posture and steps b7 to b10 for getting up, the battery 104 is depleted in step b6 only during the period of the half-slumped posture until getting up. Excitation power is applied to the electromagnetic coil 63.
次のステップｂ１１では、中腰姿勢保持をアシストする動作が解除される。ステップｂ１１１では、制御接点１１１をｏｆｆに遮断し、これによって、電磁コイル６３に電流を流さず、電磁力を発生しない。この電磁力がなくなることによって、ステップｂ１１２では、摩擦板６５、６８が板ばね６９のばね力によって離反変位し、クラッチ６０の遮断状態になる。そのため、上半身の体幹１１の体幹上部保持具２０、体幹下部保持具３０と、下半身の大腿１２の大腿保持具４０との角変位が切り離される。こうして、中腰姿勢保持をアシストする動作が解除される。 In the next step b11, the operation of assisting in maintaining the half-hip posture is canceled. In step b111, the control contact 111 is turned off, so that no current flows through the electromagnetic coil 63 and no electromagnetic force is generated. As this electromagnetic force disappears, in step b112, the friction plates 65 and 68 are displaced apart by the spring force of the leaf spring 69, and the clutch 60 is brought into a disengaged state. Therefore, the angular displacement between the upper trunk holder 20 and lower trunk holder 30 of the trunk 11 of the upper body and the thigh holder 40 of the thigh 12 of the lower body is separated. In this way, the operation that assists in maintaining the half-hip posture is canceled.
図７４は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１２０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１２０は、前述の実施の形態のクラッチ６０における電磁力による摩擦板の摩擦接触に代えて、電磁力による噛み合い歯の噛み合いを行なう。クラッチ１２０は、フイールドとしてのクラッチ本体１２１と、アーマチュアとしての回転体１２２とを有する。クラッチ本体１２１は、電磁コイル１２３が配置されるフイールド１２４と、一方のクラッチ部材である噛み合い歯付きロータ１２５とを有し、フイールド１２４は、脇部フレーム３２に固定される。回転体１２２は、回転軸１２６と、回転軸１２６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材１２７と、他方のクラッチ部材である噛み合い歯付きアーマチュア１２８と、噛み合い歯付きアーマチュア１２８を噛み合い歯付きロータ１２５から離反方向（図７４の左方）にばね力を与えるコイルばね１２９とを有する。噛み合い歯付きアーマチュア１２８は、回転軸１２６の軸線７５まわりに支持部材１２７、したがって、回転軸１２６とは、相互の角変位が阻止される。噛み合い歯付きアーマチュア１２８は、噛み合い歯付きロータ１２５に近接方向（図７４の右方）に変位して噛み合い歯付きロータ１２５の噛み合い歯によってクラッチ１２０の接続状態となり、離反方向（図７４の左方）に変位してクラッチ１２０の遮断状態となる。 FIG. 74 is a sectional view showing the clutch 120 and its vicinity in another embodiment of the present invention. This clutch 120 performs meshing of meshing teeth by electromagnetic force instead of the frictional contact of the friction plates by electromagnetic force in the clutch 60 of the above-described embodiment. Clutch 120 includes a clutch body 121 as a field and a rotating body 122 as an armature. The clutch body 121 includes a field 124 in which an electromagnetic coil 123 is arranged and a rotor 125 with meshing teeth that is one clutch member, and the field 124 is fixed to the side frame 32. The rotating body 122 meshes with a rotating shaft 126, a support member 127 fixed to the rotating shaft 126 so as to prevent relative displacement in the circumferential and axial directions, and an armature 128 with meshing teeth, which is the other clutch member. It has a coil spring 129 that meshes with the toothed armature 128 and applies a spring force in a direction away from the toothed rotor 125 (to the left in FIG. 74 ). The toothed armature 128 is prevented from angular displacement with respect to the support member 127 and, therefore, with respect to the rotation shaft 126 about the axis 75 of the rotation shaft 126 . The armature 128 with meshing teeth is displaced in a direction approaching the rotor 125 with meshing teeth (rightward in FIG. 74 ) , and the clutch 120 is brought into a connected state by the meshing teeth of the rotor 125 with meshing teeth. ), and the clutch 120 is in the disconnected state.
噛み合い歯付きロータ１２５は、回転軸１２６が挿通し、軸受１３１を介してフイールド１２４を支持する筒部１３２と、筒部１３２に連なるフランジ部１３３とを有する。フランジ部１３３には、その外周部に噛み合い歯が図７４の軸線方向左方に臨んで形成されて、噛み合い歯付きロータ１２５が形成される。 The meshing toothed rotor 125 includes a cylindrical portion 132 through which the rotating shaft 126 is inserted and supports the field 124 via a bearing 131, and a flange portion 133 continuous to the cylindrical portion 132. The flange portion 133 is formed with meshing teeth facing left in the axial direction in FIG. 74 on its outer peripheral portion, thereby forming a rotor 125 with meshing teeth.
図７５は、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い歯が離間してクラッチ１２０が遮断した状態を示す一部の周方向展開図である。電磁コイル１２３が励磁されて生じる電磁力によって、噛み合い歯付きアーマチュア１２８はばね１２９のばね力に抗して噛み合い歯付きロータ１２５に近接変位して噛み合い歯が相互に噛み合い、クラッチ１２０の接続状態となる。電磁コイル１２３が励磁されずに消磁されると、噛み合い歯付きアーマチュア１２８はばね１２９のばね力によって噛み合い歯付きロータ１２５から離反変位して空隙Δｄ２（たとえば、０．４ｍｍ）をあけてクラッチの遮断状態となる。 FIG. 75 is a circumferential development view of a portion of the rotor 125 with toothed teeth and the armature 128 with toothed teeth, in which the teeth are separated and the clutch 120 is disconnected. Due to the electromagnetic force generated when the electromagnetic coil 123 is excited, the toothed armature 128 is moved close to the rotor 125 with toothed teeth against the spring force of the spring 129, and the toothed teeth engage with each other, so that the clutch 120 is in the connected state. Become. When the electromagnetic coil 123 is demagnetized instead of being excited, the toothed armature 128 is displaced away from the toothed rotor 125 by the spring force of the spring 129, creating a gap Δd2 (for example, 0.4 mm) and disconnecting the clutch. state.
クラッチ本体１２１のフイールド１２４は、脇部フレーム３２に固定される。回転体１２２の回転軸１２６は、大腿フレーム８０の上フレーム片８１に固定される。筒部１３２と上フレーム片８１とは、回転軸１２６とともに、平行キー１３４によって相互の回転が阻止され、したがって、噛み合い歯付きアーマチュア１２８と上フレーム片８１、したがって、大腿フレーム８０とは、回転軸１２６の軸線７５まわりにずれを生じることはない。 The field 124 of the clutch body 121 is fixed to the side frame 32. A rotating shaft 126 of the rotating body 122 is fixed to the upper frame piece 81 of the thigh frame 80. The cylindrical portion 132 and the upper frame piece 81 are prevented from rotating with respect to each other by the parallel key 134 together with the rotation axis 126, and therefore the toothed armature 128 and the upper frame piece 81, and therefore the thigh frame 80, are prevented from rotating together with the rotation axis 126. No deviation occurs around the axis 75 of 126.
図７５の周方向展開図において、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との各噛み合い歯は、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。したがって、装着者１０による過大なトルクが作用したとき、いずれの回転方向においても、軸線７５の方向に離反変位する分力が発生して、ロータ１２５とアーマチュア１２８とは、それらのいわば歯飛びが生じて、ずれることができる。 In the circumferential developed view of FIG. 75 , the meshing teeth of the meshing toothed rotor 125 and the meshing toothed armature 128 are configured symmetrically with respect to a virtual plane including the axis 75 of the rotating shaft 126. Therefore, when an excessive torque is applied by the wearer 10, a component force is generated that causes the rotor 125 and the armature 128 to move apart in the direction of the axis 75 in any direction of rotation, causing the rotor 125 and the armature 128 to have their teeth skipped, so to speak. can arise and shift.
電磁コイル１２３が励磁されることによって、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い歯が噛み合って、本件装着型姿勢保持装置１が作動している状態におけるクラッチ１２０の最大許容トルクは、その姿勢保持状態が装着者１０の意図と違ったとき、装着者１０が接続状態にあるクラッチ１２０によって連結している脇部フレーム３２と上フレーム片８１との角度を自分の力でずらして動かすことができる予め定める値未満の値に設定される。この予め定める値は、ロータ１２５とアーマチュア１２８との噛み合い歯の形状およびばね１２９のばね定数などに依存して、定められる。したがって、噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュア１２８との噛み合い状態で、装着者によって前記予め定める値以上のトルクが作用したとき、噛み合い歯付きアーマチュア１２８がばね１２９のばね力に抗して図７４の左方の離反方向へ変位して噛み合い歯付きロータ１２５と噛み合い歯付きアーマチュアとの噛み合い歯のいわば歯飛びが生じて、前述のクラッチ６０と同じく、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。これによって、基本的に安全な装着型姿勢保持装置１が実現される。したがって、一般の典型的な装着者１０は、噛み合い歯の噛み合わせが、歯飛びする力以上を出せることによって、装着者１０の意図と違った場合には、装着型姿勢保持装置を動かすことができる装置であるので、基本的に安全である。 When the electromagnetic coil 123 is energized, the teeth of the toothed rotor 125 and the toothed armature 128 mesh with each other, and the maximum allowable torque of the clutch 120 is , when the posture holding state is different from the intention of the wearer 10, the wearer 10 uses his/her own power to shift the angle between the side frame 32 and the upper frame piece 81, which are connected by the connected clutch 120. It is set to a value less than a predetermined value that can be moved. This predetermined value is determined depending on the shape of the meshing teeth of the rotor 125 and the armature 128, the spring constant of the spring 129, and the like. Therefore, when the toothed rotor 125 and the toothed armature 128 are in mesh with each other, when a torque exceeding the predetermined value is applied by the wearer, the toothed armature 128 resists the spring force of the spring 129 . 74 is displaced to the left in the direction of separation, and the teeth of the toothed rotor 125 and the toothed armature are shifted, so to speak, and the teeth of the toothed rotor 125 and the toothed armature are shifted, as in the case of the clutch 60 described above. It is possible for this to occur. As a result, a fundamentally safe wearable posture maintaining device 1 is realized. Therefore, a typical general wearer 10 is able to generate a force greater than the tooth-skipping force when the meshing teeth are engaged, so that if the wearer 10 does not intend to do so, he or she cannot move the wearable posture support device. This device is basically safe.
図７４および図７５の実施の形態におけるその他の構成は、前述の図６０～７３の実施の形態と同じである。 The other configurations in the embodiment of FIGS. 74 and 75 are the same as the embodiments of FIGS. 60 to 73 described above.
図７６は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１４０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１４０は、前述の実施の形態のクラッチ６０、１２０に代えて、用いることができ、複数の摩擦板１４５、１４８の摩擦接触を、電磁力の代りに、装着者１０のハンドル操作で行なう。クラッチ１４０は、一方のクラッチ部材である複数の摩擦板１４５付きのクラッチ本体１４１と、回転軸１４６を備え他方のクラッチ部材である複数の摩擦板１４８付きの回転体１４２とを有する。クラッチ本体１４１は、摩擦板１４５が固定され軸線７５の方向に変位可能な環状のロータ１４４と、ロータ１４４を挿通して脇部フレーム３２に固定されるインナスリーブ１５２と、インナスリーブ１５２が挿通され軸線７５の方向に変位可能なアウタスリーブ１５３とを有する。インナスリーブ１５２には、回転軸１４６の軸線７５に垂直なピン１５５によって揺動可能なレバー１５６と、レバー１５６にその一端部１５６ａがロータ１４４とアウタスリーブ１５３を離間させる方向のばね力を与える板ばね１４９とが設けられる。摩擦板１４５には、コイルばね１５９によって、摩擦板１４８との離反方向にばね力が与えられる。インナスリーブ１５２は、面状フレーム３１、したがって体幹１１に連なる脇部フレーム３２に固定される。 FIG. 76 is a sectional view showing the clutch 140 and its vicinity in another embodiment of the present invention. This clutch 140 can be used in place of the clutches 60 and 120 of the embodiments described above, and the frictional contact between the plurality of friction plates 145 and 148 is performed by the handle operation of the wearer 10 instead of electromagnetic force. . The clutch 140 includes a clutch body 141 with a plurality of friction plates 145 serving as one clutch member, and a rotating body 142 including a rotating shaft 146 and having a plurality of friction plates 148 serving as the other clutch member. The clutch body 141 includes an annular rotor 144 to which a friction plate 145 is fixed and is movable in the direction of the axis 75, an inner sleeve 152 that is fixed to the side frame 32 through the rotor 144, and an inner sleeve 152 that is inserted through the rotor 144. The outer sleeve 153 is movable in the direction of the axis 75. The inner sleeve 152 includes a lever 156 that can be swung by a pin 155 perpendicular to the axis 75 of the rotating shaft 146, and a plate whose one end 156a applies a spring force to the lever 156 in the direction of separating the rotor 144 and the outer sleeve 153. A spring 149 is provided. A spring force is applied to the friction plate 145 by a coil spring 159 in a direction away from the friction plate 148 . The inner sleeve 152 is fixed to the planar frame 31 and, therefore, to the armpit frame 32 that extends to the trunk 11 .
ハンドル１５７は、回転軸１４６の軸線７５に垂直なピン１５８によって揺動操作され、このピン１５８は、インナスリーブ１５２に設けられる。ハンドル１５７の揺動によって、図７６の実線のとおりクラッチ１４０の遮断のための位置と、仮想線のとおりの接続のための位置とに切り換えることができ、これによって、アウタスリーブ１５３が軸線７５の方向に変位する。 The handle 157 is pivoted by a pin 158 perpendicular to the axis 75 of the rotating shaft 146, and the pin 158 is provided on the inner sleeve 152. By swinging the handle 157, the clutch 140 can be switched between a position for disconnecting as shown by the solid line in FIG. 76 and a position for connecting as shown in the imaginary line. Displaced in the direction.
回転体１４２は、回転軸１４６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定されるアーマチュアである支持部材１４７と、支持部材１４７に固定され摩擦板１４５と摩擦接触することができる摩擦板１４８と、インナスリーブ１５２との間に介在される軸受１５１とを有する。支持部材１４７と上フレーム片８１とは、平行キー１５４によって、回転軸１４６との相互の回転が阻止され、したがって、回転軸１４６と、大腿１２に連なる上フレーム片８１とが固定される。 The rotating body 142 can come into frictional contact with a support member 147, which is an armature fixed to the rotation shaft 146 so as to prevent relative displacement in the circumferential and axial directions, and a friction plate 145 fixed to the support member 147. It has a bearing 151 interposed between a friction plate 148 and an inner sleeve 152. The support member 147 and the upper frame piece 81 are prevented from rotating with respect to the rotating shaft 146 by the parallel key 154, so that the rotating shaft 146 and the upper frame piece 81 connected to the thigh 12 are fixed.
多板の摩擦板１４５、１４８とコイルばね１５９の構造をさらに述べる。支持部材１４７に取付けられた３枚の外側の摩擦板１４８と、ロータ１４４に取付けられた３枚の内側摩擦板１４５とが接触したり外れたりする構造になっている。コイルばね１５９が摩擦板１４５、１４８よりも半径方向内側に取り付けられており、上記のアーマチュアである支持部材１４７とロータ１４４との各摩擦板１４８、１４５を引き離す方向に力が作用する。 The structure of the multi-plate friction plates 145, 148 and the coil spring 159 will be further described. The structure is such that three outer friction plates 148 attached to the support member 147 and three inner friction plates 145 attached to the rotor 144 come into contact with each other and come off each other. A coil spring 159 is attached to the inner side of the friction plates 145 and 148 in the radial direction, and a force acts in a direction to separate the friction plates 148 and 145 of the rotor 144 from the supporting member 147, which is the armature.
ハンドル１５７が図７６の実線のとおり右のクラッチ遮断位置にあるとき、レバー１５６の一端部１５６ａは、ばね１４９のばね力によって、ロータ１４４とアウタスリーブ１５３との間にあり、摩擦板１４５、１４８には摩擦接触のための力が作用せず、クラッチ遮断している。このように、ハンドル１５７を図７６の右方向に動かすと、コイルばね１５９によってアーマチュアである支持部材１４７が切り離され、摩擦板１４５，１４８が外れ、また板ばね１４９によってレバー１５６が戻る。 When the handle 157 is in the right clutch disengagement position as shown by the solid line in FIG . No force for frictional contact is applied to the clutch, and the clutch is disengaged. In this manner, when the handle 157 is moved to the right in FIG. 76, the support member 147, which is an armature, is separated by the coil spring 159, the friction plates 145 and 148 are removed, and the lever 156 is returned by the leaf spring 149.
ハンドル１５７が図７６の仮想線のとおり左のクラッチ接続位置に切り換えられると、アウタスリーブ１５３は、レバー１５６の一端部１５６ａをばね１４９のばね力に抗して押し下げて角変位し、摩擦板１４５、１４８は、アウタスリーブ１５３によるロータ１４４と、レバー１５６の他端部１５６ｂとの間で押圧され、摩擦接触され、クラッチ接続される。このように、ハンドルを図７６の左方向に動かすと、アウタスリーブ１５３を左方向にシフトし、レバー１５６が押し込まれて、ロータ１４４が左方向にシフトして摩擦板１４５，１４８が接触する構造である。その他の構成と作用とは、前述の実施の形態に類似する。 When the handle 157 is switched to the left clutch engagement position as shown by the imaginary line in FIG . , 148 are pressed between the rotor 144 by the outer sleeve 153 and the other end 156b of the lever 156, and are brought into frictional contact and connected as a clutch. In this way, when the handle is moved to the left in FIG. 76 , the outer sleeve 153 is shifted to the left, the lever 156 is pushed, the rotor 144 is shifted to the left, and the friction plates 145 and 148 come into contact with each other. It is. Other configurations and operations are similar to those of the previously described embodiments.
図７７は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ１６０とその付近を示す断面図である。このクラッチ１６０は、前述の実施の形態のクラッチ６０、１２０、１４０に代えて、用いることができ、噛み合い歯の噛み合いを、電磁力の代りに、装着者１０のハンドル操作で行なう。クラッチ１６０は、一方のクラッチ部材である噛み合い歯付きロータ１６５を備えるクラッチ本体１６１と、他方のクラッチ部材である噛み合い歯付きアーマチュア１６８を備える回転体１６２とを有する。 FIG. 77 is a sectional view showing a clutch 160 and its vicinity in another embodiment of the present invention. This clutch 160 can be used in place of the clutches 60, 120, and 140 of the embodiments described above, and the meshing of the meshing teeth is performed by handle operation by the wearer 10 instead of electromagnetic force. The clutch 160 includes a clutch main body 161 including a rotor 165 with meshing teeth that is one clutch member, and a rotating body 162 including an armature 168 with meshing teeth that is the other clutch member.
クラッチ本体１６１は、軸線７５の方向に変位可能な噛み合い歯付きロータ１６５と、脇部フレーム３２に固定されるインナスリーブ１７２と、インナスリーブ１７２が挿通され軸線方向に変位可能なアウタスリーブ１６３とを有する。インナスリーブ１７２には、回転軸１６６の軸線７５に垂直なピン１７８によって揺動可能なハンドル１７７が設けられ、ハンドル１７７の揺動によってアウタスリーブ１６３が軸線７５の方向に変位可能である。コイルばね１７９は、一方の噛み合い歯付きロータ１６５を他方の噛み合い歯付きロータ１６２から離反させて噛み合いが解除される方向にばね力を与える。 The clutch body 161 includes a rotor 165 with meshing teeth that can be displaced in the direction of the axis 75, an inner sleeve 172 fixed to the side frame 32, and an outer sleeve 163 through which the inner sleeve 172 is inserted and can be displaced in the axial direction. have The inner sleeve 172 is provided with a handle 177 that is swingable by a pin 178 perpendicular to the axis 75 of the rotating shaft 166, and the swing of the handle 177 allows the outer sleeve 163 to be displaced in the direction of the axis 75. The coil spring 179 applies a spring force in a direction in which the meshing toothed rotor 165 is separated from the other meshing toothed rotor 162 so that the meshing is released.
ハンドル１７７の揺動によって、図７７のとおりクラッチ１６０の遮断のための右位置と、接続のための左位置とに切り換えることができ、これによって、アウタスリーブ１６３が軸線７５の方向に変位する。 By swinging the handle 177, the clutch 160 can be switched between the right position for disconnecting and the left position for connecting, as shown in FIG. 77 , thereby displacing the outer sleeve 163 in the direction of the axis 75.
回転体１６２は、回転軸１６６に周方向および軸線方向の相対的な変位が阻止されて固定される支持部材１６７と、支持部材１６７に固定され噛み合い歯付きロータ１６５に噛み合うことができる噛み合い歯付きアーマチュア１６８と、インナスリーブ１７２との間に介在される軸受１７１とを有する。支持部材１６７と上フレーム片８１とは、平行キー１７４によって、回転軸１６６との相互の回転が阻止される。 The rotating body 162 includes a support member 167 that is fixed to the rotating shaft 166 so as to prevent relative displacement in the circumferential and axial directions, and a support member 167 that is fixed to the support member 167 and has meshing teeth that can mesh with the meshing toothed rotor 165. It has a bearing 171 interposed between an armature 168 and an inner sleeve 172. The support member 167 and the upper frame piece 81 are prevented from rotating relative to the rotating shaft 166 by the parallel key 174.
ハンドル１７７を図７７のとおり、右方向に動かすと、コイルばね１７９によってロータ１６５がアーマチュア１６８から切り離され、噛み合い歯が外れ、クラッチ遮断位置になる。 When the handle 177 is moved to the right as shown in FIG. 77 , the rotor 165 is separated from the armature 168 by the coil spring 179, the meshing teeth are disengaged, and the clutch is in the disengaged position.
ハンドル１７７を図７７の左方向に動かすと、アウタスリーブ１６３を左方向にシフトし、ローラ１６９が押し込まれて、噛み合い歯付きロータ１６５が左方向にシフトして噛み合い歯付きロータ１６８との噛み合い歯が噛み合い、クラッチ接続位置になる。 When the handle 177 is moved to the left in FIG. 77 , the outer sleeve 163 is shifted to the left, the roller 169 is pushed in, and the meshing toothed rotor 165 is shifted to the left so that the meshing toothed rotor 168 is engaged with the meshing toothed rotor 168. are engaged and the clutch is in the clutch engagement position.
噛み合い歯に軸線７５まわりの力がかかると、軸線７５の右方向である噛み合わせが外れる方向に力がかかるが、この力はインナスリーブ１７２が受け止める。こうして、ロータ１６５とアーマチュア１６８とは、軸線７５まわりにずれて、安全が確保される。ローラ１６９はインナスリーブ１７２のテーパ部分に嵌め込まれているので、ローラ１６９にかかる力の分力は外周方向に働く。この力はアウタスリーブ１６３の内周で受け止めるので、ハンドル１７７には伝わらず、クラッチ１６０が外れることはない。その他の構成と作用とは、前述の実施の形態に類似する。 When a force around the axis 75 is applied to the meshing teeth, a force is applied in the direction to the right of the axis 75, that is, in the direction of disengagement, but this force is received by the inner sleeve 172. In this way, the rotor 165 and armature 168 are shifted around the axis 75, ensuring safety. Since the roller 169 is fitted into the tapered portion of the inner sleeve 172, a component of the force applied to the roller 169 acts in the outer circumferential direction. Since this force is received by the inner periphery of the outer sleeve 163, it is not transmitted to the handle 177 and the clutch 160 will not come off. Other configurations and operations are similar to those of the previous embodiment.
図７８は、本発明の実施の他の形態におけるクラッチ６０および減速機８８付き電動モータ８７を組み合わせた駆動源８９とその付近を示す断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には、同じ参照符を付す。注目すべきは、体幹下部保持具３０と大腿保持具４０とのいずれか一方と、クラッチ６０との間に、駆動源８９が設けられ、クラッチ６０の接続状態でそのクラッチ６０の回転軸線と共通な直線まわりにトルクを発生する。この実施の形態によれば、中腰作業での中腰姿勢保持および持ち上げを、駆動源による上向きの力モーメントを作用してアシストすることにより、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。 FIG. 78 is a sectional view showing a drive source 89 that combines a clutch 60 and an electric motor 87 with a reduction gear 88 and its vicinity in another embodiment of the present invention. This embodiment is similar to the previous embodiment, and corresponding parts are given the same reference numerals. What should be noted is that a drive source 89 is provided between either the lower trunk holder 30 or the thigh holder 40 and the clutch 60, and when the clutch 60 is connected, the drive source 89 is connected to the rotation axis of the clutch 60. Generates torque around a common straight line. According to this embodiment, the lumbar vertebrae (lower back joints) and back muscles are assisted to prevent lower back pain by assisting in maintaining and lifting the lower back posture during lower back work by applying an upward force moment from the drive source. I can do it.
モータ８７のハウジングである本体部９０は、クラッチ本体６１を介してブラケット９１によってフイールド６４に固定され、体幹下部保持具３０の脇部フレーム３２に固定される。モータ８７の出力軸は、回転体６２および大腿フレーム８０に固定され、電磁コイル６３が励磁ないとき、摩擦板６５に摩擦板６８が吸着されず、モータ８７の回転トルクが体幹下部保持具３０の脇部フレーム３２と大腿保持具４０の上下のフレーム片８１、８２との間の相対的な角変位力として作用する。 A main body portion 90, which is a housing of the motor 87, is fixed to the field 64 by a bracket 91 via the clutch main body 61, and is fixed to the side frame 32 of the lower trunk holder 30. The output shaft of the motor 87 is fixed to the rotating body 62 and the thigh frame 80, and when the electromagnetic coil 63 is not excited, the friction plate 68 is not attracted to the friction plate 65, and the rotational torque of the motor 87 is applied to the lower trunk holder. This acts as a relative angular displacement force between the armpit frame 32 of 30 and the upper and lower frame pieces 81, 82 of the thigh holder 40.
クラッチ６０のｏｎ／ｏｆｆ動作について、クラッチ６０をｏｆｆしてから、すぐにモータ８７は回転動作を開始する。またモータ８７が停止してから、すぐにクラッチ６０をｏｎする。 Regarding the on/off operation of the clutch 60, the motor 87 starts rotating immediately after the clutch 60 is turned off. Further, the clutch 60 is turned on immediately after the motor 87 stops.
本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１） 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、
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と、
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る駆動制御手段とを含み、
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装着型支援ロボット装置。
The present invention can be implemented in the following embodiments.
(1) A holding device that is worn and held by a wearer;
The assist drive mechanism is provided in the holding device, and has a pair of drive sources that are placed on the left and right sides of the lower trunk of the wearer and generate drive torque around the axis in the left and right direction. an assist drive mechanism that provides a supporting force moment between the trunk and each of the left and right thighs using drive torque;
a pair of angle sensors that respectively detect relative angles between the wearer's torso and the left and right thighs around the left-right axis;
an acceleration sensor that is provided on the holding device and detects acceleration of the trunk;
landing determination means for determining the landing state of the foot in response to outputs from the acceleration sensor and the angle sensor;
In response to the output from the landing determining means, a supporting force moment is applied to the supporting leg in the landing state in the supporting direction by the driving source on the supporting leg side, and a supporting force moment is applied to the supporting leg that is not landing in the direction of support. Drive control means for applying a swing-up force moment in the swing-up direction by a drive source,
The landing determining means determines that the foot has landed based on the maximum value of acceleration in the vertical direction of the trunk detected by the acceleration sensor, and at the time when the acceleration sensor detects the maximum value of the acceleration, each of the above By comparing the relative angles between the trunk and the left and right thighs detected by the angle sensor, the leg with the larger angle is the supporting leg that landed, and the leg with the smaller angle is the supporting leg. A wearable support robot device characterized by determining that the leg is idle.
（２） （ｅ）体幹保持具は、
（ｅ１）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２０と、
（ｅ２）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３０であって、
（ｅ２－１）体幹下部の左右両側方から背後にわたって（体幹下部の背後では、臀部および仙骨部よりも上方の腰部および脊柱部下部を含む）体幹下部の後半周を覆う外囲部と、体幹下部の背後で外囲部から立ち上がる背板とを有する、全体が剛性の面状フレーム３１と、
（ｅ２－２）面状フレームに連結され、体幹下部の左右両側方から腹部にわたって体幹下部の前半周を覆うベルト３６とを有する体幹下部保持具３０とを含み、
（ｆ）クラッチ６０は、その遮断状態で前記回転軸線まわりに相互に角変位自在の一対のクラッチ部材のうち、一方のクラッチ部材が面状フレーム３１に取り付けられ、
（ｇ）大腿保持具４０と他方のクラッチ部材とに取り付けられる大腿フレーム８０であって、
（ｇ１）股関節付近から大腿に沿って左右両側方で、下方に延びてそれぞれ配置される一対の上フレーム片であって、各上フレーム片の上端部と、他方のクラッチ部材とが、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フレーム片８１と、
（ｇ２）大腿保持具４０から大腿に沿って左右両側方で、上方に延びてそれぞれ配置される一対の下フレーム片８２とを有する大腿フレーム８０と、
（ｈ）各上フレーム片８１の下端部と、各下フレーム片８２とを、前後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８３と、
（ｉ）各下フレーム片８２の下端部と、大腿保持具４０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４５とを含むことを特徴とする。
(2) (e) The trunk support device is
(e1) an upper trunk holder 20 that is attached to and held on the upper trunk of the wearer;
(e2) A lower trunk holder 30 that is attached to and held on the lower trunk of the wearer,
(e2-1) External enclosure that covers the rear half of the lower torso from both left and right sides of the lower torso to the back (behind the lower torso, including the lower back and lower spine above the buttocks and sacrum) and a back plate rising from the outer enclosure behind the lower trunk, the entire rigid planar frame 31;
(e2-2) includes a lower trunk holder 30 connected to the planar frame and having a belt 36 that covers the front half of the lower trunk from both left and right sides of the lower trunk to the abdomen;
(f) The clutch 60 has a pair of clutch members that are mutually angularly displaceable around the rotational axis in the disengaged state, and one clutch member is attached to the planar frame 31;
(g) A thigh frame 80 attached to the thigh holder 40 and the other clutch member,
(g1) A pair of upper frame pieces extending downward from the vicinity of the hip joint to the left and right sides along the thigh, the upper end of each upper frame piece and the other clutch member being connected in the left and right direction. an upper frame piece 81 that is mounted while being prevented from relative rotation about the axis of the frame;
(g2) a thigh frame 80 having a pair of lower frame pieces 82 extending upward from the thigh holder 40 on both left and right sides along the thigh;
(h) a first passive rotating shaft 83 that connects the lower end of each upper frame piece 81 and each lower frame piece 82 so as to be angularly displaceable around the longitudinal axis;
(i) It is characterized in that it includes a second passive rotating shaft 45 that connects the lower end of each lower frame piece 82 and the thigh holder 40 so as to be angularly displaceable about the left-right axis.
体幹下部保持具３０を、外囲部と背板とを有する全体が剛性の面状フレーム３１と、ベルト３６とによって、構成し、体幹１１と大腿保持具４０との中腰姿勢保持と、上向きモーメントのアシストとを、確実に迅速に行なうことができるようになる。 The lower trunk holder 30 is composed of a planar frame 31 that is rigid as a whole and has an outer circumferential portion and a back plate, and a belt 36, and maintains the mid-hip posture of the trunk 11 and the thigh holder 40. The upward moment can be assisted reliably and quickly.
第１受動回転軸８３によれば、（ａ）面状フレーム３１の左右側面剛体フレームである脇部フレーム３１と、腰後部剛体フレームである背部フレーム３３のみによって、体幹１１の下部の側部から背後に装着としたので、軽量化でき、装着者のねじりにも対応でき、装着者のねじりの動作を拘束せず、（ｂ）左右の股関節中心の左右両サイドに取り付けたクラッチ６０の下端部に固定される上フレーム片８１を、前後方向軸まわりに回転する受動回転軸８３を介して、大腿剛体フレームである下フレーム片８２に取り付ける構成が実現されるので、装着者１１の上半身の左右への傾きに対応でき、装着者１１のこの上半身の左右への傾き動作を拘束せず、（ｃ）装着者の左右方向への開脚動作に対応でき、したがって、装着者１１のこの左右方向への開脚動作を拘束しない。 According to the first passive rotation shaft 83, (a) the lower side of the trunk 11 is moved only by the armpit frame 31, which is a rigid frame on the left and right sides of the planar frame 31, and the back frame 33, which is a rigid frame at the rear of the waist. (b) The lower end of the clutch 60 is attached to both the left and right sides of the center of the left and right hip joints. Since the upper frame piece 81, which is fixed to the upper body of the wearer 11, is attached to the lower frame piece 82, which is a rigid thigh frame, via the passive rotating shaft 83 that rotates about the longitudinal axis, the upper frame piece 81 of the wearer 11 can be (c) It can accommodate the wearer's 11 tilting to the left and right, does not restrict the wearer's 11 upper body from tilting to the left and right, and (c) can accommodate the wearer's leg opening movement to the left and right; Do not restrict leg movement in any direction.
第２受動回転軸４５は、大腿保持具４０と大腿フレーム８０との角変位を円滑に行なうことを確実にする。 The second passive rotation axis 45 ensures smooth angular displacement between the thigh holder 40 and the thigh frame 80.
（３） 面状フレーム３１の外囲部は、
前記一方のクラッチ部材が固定され、上方に立ち上がる左右一対の脇部フレーム３２と、
脇部フレーム３２から体幹下部の後方に弯曲して延び、体幹下部の後方で左右の端部が背板３４にそれぞれ固定される左右一対の背部フレーム３３とを含むことを特徴とする。
(3) The outer enclosure of the planar frame 31 is
a pair of left and right side frames 32 to which the one clutch member is fixed and which rise upward;
It is characterized by including a pair of left and right back frames 33 which extend from the armpit frame 32 in a curved manner to the rear of the lower trunk, and whose left and right ends are respectively fixed to a back plate 34 behind the lower trunk.
面状フレーム３１を高い剛性で実現することが容易である。脇部フレーム３２は、体幹１１の左右で立ち上がるので、装着者１０の体幹１１が左右に傾くことを抑制し、これによって、中腰姿勢のアシストが確実になる。 It is easy to realize the planar frame 31 with high rigidity. Since the armpit frame 32 stands up on the left and right sides of the trunk 11, it suppresses the trunk 11 of the wearer 10 from tilting to the left and right, thereby ensuring assistance in the half-hip posture.
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、前述のように、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。 Wearable support robot devices are used for moving and handling objects such as objects and human bodies. For example, it is used to support agricultural work, and in addition to agricultural use, it can also be used for factories, logistics, construction, nursing care, and walking rehabilitation support to recover bodily functions. Furthermore, as mentioned above, it can be used for shoveling snow in snowy areas. It can also be used for emergency relief work during disasters and for carrying out rubble and other disaster waste.
本発明は、装着者の中腰姿勢保持のアシストだけでなく、２つの部材、たとえば、体幹保持具と大腿保持具などとの角変位の角度をクラッチの接続によって保持して支援し、またはクラッチの遮断によって自由な角変位を可能にする用途に関連して、装着者以外の、たとえば、工業製品などの用途に広範囲に実施できる。 The present invention not only assists the wearer in maintaining a half-hip posture, but also supports the angular displacement of two members, for example, a trunk holder and a thigh holder, by connecting a clutch. In connection with the application that allows free angular displacement by blocking the sensor, it can be implemented in a wide range of applications other than the wearer, for example, in industrial products.
発明の装着型姿勢保持装置は、たとえば、中腰作業での中腰姿勢保持のアシストにより、腰痛を防ぐべく腰椎(腰関節)と背筋をアシストするための装置である。中腰姿勢保持のアシストは、腰椎と背筋をバイパスするように装着者の外側にフレームを取り付けて、装着者の動きを阻害することなく、腰椎と背筋にかかる力を軽減する。左右の股関節や腰関節付近に取り付けた減速機付き電動モータを用いることなく、電磁コイルを備える電磁クラッチまたはハンドル操作による機械式クラッチを用いることにより、安価で、軽量で、コンパクトで、低消費電力あるいは電力を用いないで、腰の曲げ伸ばし運動を制動することにより、上向きの力モーメントを発生することはできないが、下向きの力モーメントを支えることができるので、中腰姿勢保持のアシストができる。 The wearable posture maintaining device of the present invention is a device for assisting the lumbar vertebrae (lower back joints) and back muscles in order to prevent lower back pain by assisting in maintaining a lower back posture during lower back work, for example. To assist in maintaining mid-lumbar posture, a frame is attached to the outside of the wearer to bypass the lumbar vertebrae and back muscles, reducing the force placed on the lumbar vertebrae and back muscles without hindering the wearer's movements. By using an electromagnetic clutch equipped with an electromagnetic coil or a mechanical clutch operated by a handle without using an electric motor with a reducer attached near the left and right hip joints or lower back joints, it is inexpensive, lightweight, compact, and has low power consumption. Alternatively, by braking the bending and stretching movement of the lower back without using electric power, it is not possible to generate an upward force moment, but it is possible to support a downward force moment, thereby assisting in maintaining the mid-hip posture.
３、９０３ アシスト駆動機構
５ 腰
６ 殿部
７ 肩
１０ 装着者
１１ 体幹
１２ 大腿
４０ 大腿保持具
６０ 駆動源
６１ 軸線
８０ 下アーム
９０１ 装着型支援ロボット装置
９０３ アシスト駆動機構
９０９ 支持具
９１８ 横部材
９１９ 縦部材
９２１ 肩ベルト
９２０ 上体保持具
９３０ 外囲保持体
９４６ ヒップベルト
９４８ 透孔
９４９ 軸流ファン
９５４ ２次電池
９５７ 連結部材
3,903 Assist drive mechanism 5 Waist 6 Buttocks 7 Shoulder 10 Wearer 11 Trunk 12 Thigh 40 Thigh holder 60 Drive source 61 Axis 80 Lower arm 901 Wearable support robot device 903 Assist drive mechanism 909 Support tool 918 Lateral member 919 Vertical member 921 Shoulder belt 920 Upper body holder 930 Surrounding holder 946 Hip belt 948 Through hole 949 Axial fan 954 Secondary battery 957 Connecting member
Claims (5)
装着者の腰の左右上部で前後に横に延びる横部材と、装着者の背側で横部材の後端部から上方に延びる縦部材とを有する支持具と、
（ｂ）装着者の腰である骨盤の寛骨の上部で環状に外囲して荷重を受ける可撓性のある扁平なシート状体から成る外囲保持体であって、
各支持具の横部材および縦部材を覆い、
左右一対の支持具が有する縦部材間を連結する連結部材を有し、
左右一対の支持具が有する横部材の前端部を連続するように、その長さを調整可能につなぎ、
装着者の腰を外囲した状態を解除でき、装着者に着脱可能である外囲保持体と、
（ｃ）左右の肩をそれぞれ覆う肩ベルトを有し、各肩ベルトの両端部が、各縦部材に相互に変位しないように一体的に取付けられ、
肩ベルトの長さを、装着者が装着状態で直立した姿勢では、装着者の肩の上部から肩ベルトの下面までの間に、隙間が存在するように調整可能な長さ調整具が備えられる上体保持具と、
（ｄ）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、
（ｅ）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、各下アームの下端部は、大腿保持具にそれぞれ連結される下アームと、
（ｆ）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の各支持具の横部材の外側部にそれぞれ取付けられ、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駆動源を有し、
各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を含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置。 (a) A pair of left and right rigid L-shaped supports, each support having:
a support having a horizontal member that extends horizontally in the front and back at the upper left and right sides of the wearer's waist , and a vertical member that extends upward from the rear end of the horizontal member on the back side of the wearer;
(b) an outer enclosure holder consisting of a flexible flat sheet-like body that surrounds the upper part of the hip bone of the pelvis, which is the lower back of the wearer, and receives a load;
covering the horizontal and vertical members of each support;
It has a connecting member that connects the vertical members of the pair of left and right supports,
The front ends of the horizontal members of the pair of left and right supports are connected so as to be continuous so that their lengths can be adjusted,
an enclosure holder capable of releasing the state surrounding the wearer's waist and detachable from the wearer ;
(c) having shoulder belts that respectively cover the left and right shoulders , and both ends of each shoulder belt are integrally attached to each vertical member so as not to be mutually displaced;
A length adjustment device is provided that can adjust the length of the shoulder belt so that when the wearer is in an upright posture while wearing it, there is a gap between the top of the wearer's shoulder and the bottom surface of the shoulder belt. an upper body holder;
(d) a thigh holder that is attached to and held on each of the left and right thighs of the wearer;
(e) a pair of lower arms extending vertically from the lower torso to the thighs on both left and right sides, the lower ends of each lower arm being connected to the thigh holder;
(f) an assist drive mechanism,
A pair of drive sources are attached to the outer parts of the horizontal members of the supports on the left and right sides of the lower torso of the wearer, and generate drive torque around the left and right axes to drive the upper ends of each lower arm. has
A wearable support robot device comprising: an assist drive mechanism that applies a support force moment between a horizontal member and each of the left and right thighs using the drive torque of each drive source.
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