JP7401897B2 - 装着型支援ロボット装置 - Google Patents

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。

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。

特許第４２００４９２号公報 特許第４１７８１８５号公報

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置９０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す側面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の装着状態を示す背面図である。 装着型支援ロボット装置９０１の背後から見た斜視図である。 支持具９０９を斜め前方から見た斜視図である。 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る。 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。 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。 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る。 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る。 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る。 装着型支援ロボット装置１の一部の斜視図である。 体幹下部保持具３０の水平断面図である。 体幹下部保持具３０の分解斜視図である。 大腿保持具４０を示す分解斜視図である。 アシスト駆動機構３の一部を示す断面図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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の中腰支援動作を説明するための側面図である。 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。 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。 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。 支援ロボット装置１およびその他の実施の形態の支援ロボット装置における電気的構成を示す電気回路図である。 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。 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。 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。 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。 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。 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動作を説明するためのタイムチャートである。 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。 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。 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。 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。 処理回路１１３による図４１に続いて実行され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。 処理回路１１３による図４２に続いて実行され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。 処理回路１１３による図４３に続いて実行され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。 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。 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。 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。 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。 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の中腰支援動作を示すフローチャートである。 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る。 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る。 平均値θａｖｅを示す一部のスケルトン図である。 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。 処理回路１１３によって、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および持ち下げブレーキ制御を実現する動作を説明するためのフローチャートである。 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る。 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。 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る。 装着型姿勢保持装置１の装着状態を示す側面図である。 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。 面状フレーム３１の正面図である。 面状フレーム３１の左側面図である。 面状フレーム３１の一部の平面図である。 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を説明するためのスケルトン図である。 クラッチ６０とその付近を示す断面図である。 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。 図６０～図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。 本発明の実施の他の形態における電気回路図である。 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。 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。 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。 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。 図７４に示される実施の形態における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。 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。 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。 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を組み合わせた構成とその付近を示す断面図である。

図１は本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置（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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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[ｍ^３／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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）

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）

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。

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）

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

（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。

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。

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。

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。

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。

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

Claims (5)

1. （ａ）左右一対の剛性のＬ形の支持具であって、各支持具は、
   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。
2. 装着者の殿部の下部を覆い、両端部が、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に、取付けられ、これによって、外囲保持体が体幹の上方に変位することを防ぐヒップベルトをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の装着型支援ロボット装置。
3. シート状体から成る外囲保持体は、支持具よりも装着者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請求項１または２に記載の装着型支援ロボット装置。
4. 外囲保持体の縦部材間を連結する連結部材には、透孔が形成され、装着者側の内方に外気を取り入れる軸流ファンが透孔に臨んで設けられ、この軸流ファンを電力駆動する２次電池が備えられることを特徴とする請求項３に記載の装着型支援ロボット装置。
5. アシスト駆動機構は、装着者による持ち上げ作業での持ち上げ力のアシスト、持ち下げ作業時の持ち下げブレーキアシスト、中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシスト、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請求項１に記載の装着型支援ロボット装置。