JP7492293B1 - 装着型支援ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装着者に、持ち上げ姿勢と中腰姿勢との確実かつ迅速な筋力補助をする装着型支援ロボット装置を提供する。【解決手段】体幹保持具２０は、体幹保持具２０の背後部材２１に、巻胴５２を有するアシスト駆動機構５０が固定される。ベルト４０の下方の一端部４０ａは、左右の大腿７に装着される大腿保持具３０に連結される。ベルト４０上方の他端部４０ｂは、巻胴５２に固定され、駆動源５４の動力によって巻き取られて牽引され、アシスト力を発生して筋力補助をする。大腿保持具３０は、左右の大腿７に大腿三角８をそれぞれ覆って装着され、大腿７の上方にずれることはなく、筋力補助が確実である。巻胴５２によってベルト４０を牽引するので、ねじ駆動などに比べて筋力補助の動作が迅速である。【選択図】 図１

Description

本発明は、装着者が行なう力作業などを支援するパワーアシストスーツ、パワーアシストロボット装置などと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」、「前後」および「上下」など、ならびに「正面」、「側面、側部」、「平面」および「背後」などは、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。

持ち上げ支援などのための筋力補助装置である従来の装着型支援ロボット装置（特許文献１）において、背中パッドは、上部パッドと、下部パッドと、それらを繋ぐ伸縮パッドとを有する。上部パッドと下部パッドとは、柔軟性が高く伸縮性は極めて小さい素材で形成される。伸縮パッドは、柔軟性と伸縮性の高い素材で形成される。上部パッドは、肩部に固定する一対のショルダサポートを備える。下部パッドには、左右の各大腿を環状にそれぞれ囲むバンド部材から成る一対の股関節サポートが、左右に間隔をあけて固定される。アクチュエータは、その上下の両端間距離を、モータのねじ駆動によって伸縮し、その一端は上部パッドに上部ワイヤを介して固定され、その他端は下部パッドに下部ワイヤを介して固定される。アクチュエータの伸縮駆動によって、上部パッドと下部パッドとの間の距離が変化して、装着者の肩部から背中側をまわって股関節部に至る距離が伸縮され、前屈を伴う動作の筋力補助がなされる。アクチュエータは、下部パッドに沿って配置される。

この従来の装着型支援ロボット装置では、伸縮性が極めて小さい下部パッドに、左右の各股関節サポートがそれぞれ固定されるので、股関節サポートを、装着者の体幹および大腿の大きさに対応した適切な左右の位置に保持することができない。そのため、アクチュエータが収縮することによって、下部ワイヤを介して下部パッド、したがって股関節サポートを引き上げるとき、股関節サポートの大腿における保持位置が上方にずれる。したがって、前屈を伴う動作の確実な筋力補助が困難である。

また、アクチュエータがモータのねじ駆動によって伸縮するので、装着者の前屈姿勢に対応して筋力補助の迅速な動作をすることができない。

特開２００５－３３９

本発明の目的は、装着者の前屈姿勢に対応して確実かつ迅速な筋力補助をすることができる装着型支援ロボット装置を提供することである。

本発明は、
（ａ） 装着者４の体幹５の背後に配置される背後部材２１を有し、体幹５に保持される体幹保持具２０（図１）、１２０（図１５）と、
（ｂ） 装着者４の左右の大腿７に、大腿三角８をそれぞれ覆って装着される一対の大腿保持具３０と、
（ｃ） 体幹５の背後に沿って上下に延び、下方の一端部４０ａが、一対の大腿保持具３０に連結されるベルト４０と、
（ｄ） 背後部材２１に設けられるアシスト駆動機構５０であって、
（ｄ１） ベルト４０の上方の他端部４０ｂが固定され、ベルト４０を巻き取る巻胴５２と、
（ｄ２） 駆動源５４であって、
（ｄ２－１） 巻胴５２を駆動するモータ５５と、
（ｄ２－２） このモータ５５の出力軸５６の回転するモータ角度θｍを検出するモータ角度検出器５７とを有する駆動源５４と、
（ｄ３） 駆動源５４によってベルト４０を牽引して装着者４に、装着者４の手９に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力を与える制御部６０であって、
（ｄ３－１） 背後部材２１に設けられ、体幹５の加速度αまたは角速度ωを検出するモーションセンサ６１と、
（ｄ３－２） 処理回路６５であって、
（ｄ３－２－１） モーションセンサ６１の出力に応答し、体幹５の前屈角度θｓを、加速度αまたは角速度ωを積分演算して求める前屈角度検出部６６と、
（ｄ３－２－２） 前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓによって持ち上げ姿勢を検出する姿勢検出部６７と、
（ｄ３－２－３） 姿勢検出部６７の出力に応答し、持ち上げ姿勢が検出されたとき、駆動源５４によって持ち上げ姿勢のための装着者４に与えるアシスト力を発生させるアシスト力設定部６８と、
（ｄ３－２－４） モータ角度検出器５７の出力に応答し、前屈角度検出部６６の前屈角度θｓをモータ角度θｍに基づいて補正する前屈角度補正部７１とを有する処理回路６５とを備える制御部６０を持つアシスト駆動機構５０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、装着者４は装着型支援ロボット装置１の体幹保持具２０を装着し、左右一対の大腿保持具３０を大腿７に装着する。体幹保持具２０は、体幹５に保持されるために、装着者４の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト２２（図１）を有してもよいが、腰１１の上部に配置されて腰１１を環状に外囲する、たとえば、細長い扁平な帯状の腰支持体１０３（図１５）を有してもよく、その他の構成によって、体幹５に下方に作用する荷重が保持される構成を有してもよい。

体幹保持具２０の装着状態で、ベルト４０は、体幹５の背後に沿って、したがって背後部材２１の後方で、上下に延びる。そのベルト４０の下方の一端部４０ａは、大腿保持具３０に連結される。ベルト４０の上方の他端部４０ｂは、背後部材２１に設けられるアシスト駆動機構５０における巻胴５２に固定される。巻胴５２は、駆動源５４のモータ５５の動力によってベルト４０を巻き取る。制御部６０は、駆動源５４によってベルト４０を牽引して、手９などに作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における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力を、装着者４に与える。モータ５５は、たとえば、トルクモータなどであってもよい。

一対の各大腿保持具３０は、左右の大腿三角８をそれぞれ覆って大腿７を環状に囲んでそれぞれ装着される。そのため、ベルト４０の一端部４０aが各大腿保持具３０に連結されており、ベルト４０がアシスト力を発揮するために巻胴５２に巻き取られて引き上げられて牽引されるとき、大腿保持具３０の大腿における保持位置が上方にずれることはない。したがって、持ち上げ姿勢および中腰姿勢におけるアシスト力によって、前屈を伴う動作の確実な筋力補助ができる。

また、ベルト４０が巻胴５２に巻き取られて牽引される構成であり、前述の従来技術におけるモータのねじ駆動によってワイヤを伸縮する構成ではない。したがって、装着者４の前屈姿勢に対応して迅速な筋力補助をすることができる。

本発明によれば、背後部材２１に設けられるモーションセンサ６１は、体幹５の加速度αまたは角速度ωを検出し、前屈角度検出部６６は、この加速度αまたは角速度ωを積分演算し、体幹５の前屈角度θｓを演算して求める。前屈角度θｓは、装着者４が腰を折って屈（かが）んだ前傾の姿勢において、大腿７を含む下肢を直立した鉛直線からの脊柱を真っ直ぐにした、股関節または臀部を通る左右の軸線まわりの体幹５の前屈した角度であり、これを姿勢角度ということもできる。

姿勢検出部６７は、前屈角度θｓによって持ち上げ姿勢を検出する。アシスト力設定部６８は、駆動源５４によって、したがって、そのモータ５５が巻胴５２を駆動して、ベルト４０を巻胴５２に巻き取って牽引することによって、持ち上げ姿勢のための装着者４に与える牽引力であるアシスト力を発生させる。

アシスト力設定部６８によって、持ち上げ姿勢のためのアシスト力は、たとえば、強１０ｋｇｆ、中８ｋｇｆ、弱６ｋｇｆ相当の持ち上げ力となるようにモータ５５の出力を設定できる。モータ５５がトルクモータである構成では、その出力トルクを駆動電圧によって設定できる。

本発明によれば、前屈角度検出部６６は、モーションセンサ６１によって検出した体幹５の加速度αまたは角速度ωを、積分演算して、前屈角度θｓを求める。したがって、積分演算を続けると、ノイズが加算されて、いわゆるドリフト誤差を生じ、前屈角度θｓの演算値が実際の正しい角度から徐々にずれていく。

この問題を解決するために、本発明では、前屈角度補正部７１が設けられる。前屈角度補正部７１は、前屈角度検出部６６による前屈角度θｓの演算値を、誤差が生じないように、または、誤差が小さくなるように補正する。前屈角度補正部７１は、積分時の予め定める時間間隔毎の繰り返し演算毎の初期角度（または或る時点での角度、境界条件）として、モータ角度検出器５７からの出力を用いる。モータ角度検出器５７からの出力はドリフト誤差などが存在しないことが重要である。モータ角度検出器５７は、モータ５５の出力軸５６の回転角度であるモータ角度θｍをそのまま検出するので、その検出値は出力軸５６の実際の正しい角度からずれることはない。

本発明は、
駆動源５４はさらに、
モータ５５の出力軸５６の動力を巻胴５２に伝達するトルクリミタ８０であって、モータ５５による巻胴５２のベルト４０を巻き取る一方向の駆動時に、ベルト４０に、巻胴５２のベルト４０を巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴５２が出力軸５６に対して前記他方向の回転のすべりを発生するトルクリミタ８０を有し、
処理回路６５はさらに、
トルクリミタ８０のすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部７２と、
すべり発生検出部７２の出力に応答し、巻胴５２がモータ５５の出力軸５６に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部７３と、
すべり角度演算部７３の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θｍ１をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θｍ２を、前屈角度補正部７１に前屈角度θｓの補正のために与えるモータ角度補正部７４とを有することを特徴とする。

モータ角度θｍは、次の（ａ）および（ｂ）の各場合、巻胴５２の回転角度、したがって、ベルト４０のベルト長さＬに対応する。（ａ）モータ５５の出力軸５６と巻胴５２との間に、モータ５５を保護するためのトルクリミタ８０が介在されない構成、および（ｂ）トルクリミタ８０が設けられているが、出力軸５６と巻胴５２との間に、すべりを生じない状態。これらの各場合（ａ）、（ｂ）では、モータ角度検出器５７の出力であるモータ角度θｍは、巻胴５２の回転角度に一致し、ベルト長さＬ（すなわち、ベルト４０の大腿保持具３０に連結される一端部４０ａと、他端部４０ｂが巻き取られた巻胴５２との間の長さ）に対応する。このベルト長さＬは、トルクリミタ８０の有無に拘らず、装着者４の前屈角度θｓに対応し、装着者４が深く屈んで前屈角度θｓが大きくなるにつれて、長い値になる。前屈角度補正部７１は、前屈角度検出部６６からの前屈角度θｓを、前記各場合（ａ）、（ｂ）のモータ角度θｍを基準として補正し、前屈角度θｓに含まれるドリフト誤差などの誤差をなくす。

もう１つの場合（ｃ）を想定すると、トルクリミタ８０が設けられ、出力軸５６と巻胴５２との間に、すべりを発生した場合が挙げられる。この場合（ｃ）、すべり発生の前後で出力軸５６は角変位していないので、すべり直後のモータ角度検出器５７の出力は、すべり直前のベルト長さＬ１に対応するモータ角度θｍ１のままであり、すべり直後のベルト長さＬ２に対応したモータ角度θｍ２ではない。そこで、次に述べる処理回路６５のモータ角度補正部７４によって、モータ角度検出器５７の出力は、すべり発生の前後における前屈角度θｓ１、θｓ２に基づいて、すべり直後のベルト長さＬ２に対応するモータ角度θｍ２に補正される。その後、モータ角度検出器５７の補正された出力θｍを基準として前屈角度θｓが補正され、前屈角度θｓに含まれるドリフト誤差などの誤差をなくす。

本発明によれば、モータ５５がトルクリミタ８０を介して巻胴５２によってベルト４０を巻き取る一方向に駆動して装着者４にアシスト力を与えている状態で、前述の場合（ｃ）において、たとえば、装着者４が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、前屈角度検出部６６によって得られる前屈角度θｓは、急変して大きな値になる。このとき、ベルト４０には、過大な引張力が作用する。この過大な引張力は、持ち上げ姿勢および中腰姿勢のためのアシスト力を超える値であって、巻胴５２のベルト４０を巻き出してほどく他方向の予め定める値であり、たとえば、１５ｋｇｆ以上の引張力である。これによって、巻胴５２は出力軸５６に対して、すべり角度δだけ、前記他方向の回転のすべりを発生し、モータ５５が保護される。

本発明は、
すべり発生検出部７２は、
前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓを常時監視し、前屈角度θｓが予め定める短時間ΔＷに大きく急変した前屈角度θｓの前後の各値θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）が予め定める値Δθｓ０以上に大きくなったとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする。

すべり発生検出部７２は、トルクリミタ８０のすべりが発生したことを検出する。
本発明によれば、すべり発生検出部７２は、前屈角度検出部６６によって得られる前屈角度θｓが予め定める短時間ΔＷに大きく急変したことを検出することによって、トルクリミタ８０のすべりが発生したことを検出する。たとえば、予め定める短時間ΔＷに大きく急変した前屈角度θｓの前後の各値θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）が予め定める値Δθｓ０以上に大きくなったとき（Δθｓ０ ≦ Δθｓ）、すべりの発生が検出される。

このように、装着者４が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、トルクリミタ８０はすべり現象を生じるが、モータ５５の出力軸５６のモータ角度検出器５７で検出されるモータ角度θｍは、変化せず、すべりの前後で一定値のままである。巻胴５２は、出力軸５６に対してすべり角度δだけ回転してベルト４０を巻き出してほどく。そのとき、モーションセンサ６１で検出される体幹５の加速度αまたは角速度ωを積分演算して得られる前屈角度θｓは、急に屈んだ前傾の姿勢に対応して、急変前の値θｓ１から急変後のθｓ２に急増する。したがって、トルクリミタ８０がすべり現象を発生したことは、前屈角度θｓが急増したことを検出することによって推測して検出できる。

本発明は、
すべり発生検出部７２は、
前屈角度検出部６６とモータ角度検出器５７との出力に応答し、前屈角度検出部６６によって検出される前屈角度θｓと、モータ角度検出器５７によって検出されるモータ角度θｍとの差Δθｓｍを常時監視し、
その差Δθｓｍが急変したとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする。

本発明によれば、前屈角度θｓとモータ角度θｍとの差Δθｓｍ（＝θｓ－θｍ）を常時監視し、すべりが発生した直後、差Δθｓｍ（＝θｓ２－θｍ１）が急変して大きくなるので、このとき、すべりが発生したことを検出する。

本発明は、
すべり角度演算部７３は、
すべり角度δと前屈角度θｓの急変前後の前屈角度θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）との対応関係を予め準備してストアするメモリを有し、変化量Δθｓからすべり角度δを演算して求めることを特徴とする。

モータ角度θｍのすべり角度δは、前屈角度θｓの急変前後の前屈角度θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）に対応している。したがって、すべり角度演算部７３では、たとえば、すべり角度δと変化量Δθｓとの対応関係を、メモリに予め準備してストアしておき、その対応関係に基づいて、変化量Δθｓからすべり角度δを演算して求められる。

本発明は、
すべり角度演算部７３は、
半径Ｒの巻胴５２からすべり発生直前のモータ角度θｍ１とすべり角度δの回転によって巻き出されたベルト４０のベルト長さＬ（式１、図１２～図１４）が、すべり発生直後の前屈角度θｓ２における５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５の全長ＬＡ（式５）と等しいことによって演算されるすべり角度δを求めることを特徴とする。

実施の他の形態における、すべり角度演算部７３では、すべり角度δは、後述の図１２～図１４を参照して式（１）～（５）のとおり演算して求められる。

本発明は、
姿勢検出部６７はさらに、前屈角度θｓが予め定める時間Ｗ１以上継続することによって中腰姿勢を検出し、
アシスト力設定部６８はさらに、姿勢検出部６７の出力に応答し、中腰姿勢が検出されたとき、駆動源５４によって中腰姿勢のための装着者４に与えるアシスト力を発生させ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である。

姿勢検出部６７は、前屈角度θｓが予め定める時間Ｗ１（たとえば、３秒）以上継続することによって中腰姿勢を検出する。アシスト力設定部６８は、駆動源５４によって、したがって、そのモータ５５が巻胴５２を駆動して、ベルト４０を巻胴５２に巻き取って牽引することによって、中腰姿勢のための装着者４に与える牽引力であるアシスト力をそれぞれ発生させる。

アシスト力設定部６８によって、中腰姿勢のためのアシスト力は、持ち上げ姿勢のための各アシスト力の、たとえば、６０％となるようにモータ５５の出力を設定できる。

本発明は、
処理回路６５はさらに、アシスト力停止部６９を有し、このアシスト力停止部６９は、前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部６８の駆動源５４によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト４０を、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴５２によって巻き取るようにモータ５５の出力トルクを設定することを特徴とする。

本発明によれば、処理回路６５はさらに、アシスト力停止部６９を有する。このアシスト力停止部６９は、前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓが予め定める初期設定値になったとき、たとえば、前屈角度θｓが装着者４の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θｓが、たとえば、１０°未満の前屈状態における予め定める値になったとき、アシスト力設定部６８の駆動源５４によるアシスト力の発生を停止する。こうして、ベルト４０を巻胴５２に巻き取った後のモーションセンサ６１で読み取った前屈角度θｓを、初期設定してメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了する前屈角度としてもよい。さらに、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト４０の弛みをなくすために、ベルト４０を巻き上げ力、たとえば、０．５～１．０ｋｇｆで巻き取るようにモータ５５の出力トルクが設定される。または、その初期設定される前屈角度θｓに代えて、ベルト４０を巻胴５２に巻き取った後のモータ５５のモータ角度θｍ０を、初期設定してメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了するモータ角度としてもよい。

本発明は、
ベルト４０は、単１本から成り、その一端部４０aが一対の大腿保持具３０に連結され、
体幹保持具１２０（図１５）は、背後部材１２１に設けられる腰支持体１０３を有し、この腰支持体１０３は、腰１１の骨盤における寛骨の上部に配置されて腰１１を外囲し、腰１１で下向きの荷重を受けることを特徴とする。

本発明によれば、一対の各大腿保持具３０は、左右の大腿三角８をそれぞれ覆うので、相互にごく近接して配置される。したがって、単１本のベルト４０の一端部４０ａが各大腿保持具３０に共通に連結できる。これによって、各大腿保持具３０毎にベルトをそれぞれ設ける必要がなく、構成が簡略化される。

本発明によれば、図１５に示される腰支持体１０３は、腰１１の上部に配置されるので、腰１１によって下向きの荷重を受けることができる。腰１１の上部は、骨盤における寛骨の上部である。腰支持体１０３は、たとえば、体幹５の周囲に沿って環状に囲む、少なくとも一部分が扁平な帯状に構成されてもよい。

持ち上げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力は、腰支持体１０３による骨盤上部、したがって、大腿７を含む下肢に関連して作用する。本発明では、肩ベルト１２２を通して体幹５である上体を引張り上げて作用するものではない。したがって、装着者４は、体幹５が背側に凹に弯曲してえびぞりにならず、上体を引き起こすようにベルト４０の牽引によるアシスト力が作用する。これによって、アシスト力がスムーズに体幹５である上体に伝わるので、疲れにくい。
体幹保持具１２０は、装着者４の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト１２２を有してもよいが、省略されてもよい。

本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置１を、装着者４に装着した状態で背後から見た背面図である。 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。 アシスト駆動機構５０の基台５８に設けられた巻胴５２と駆動源５４と制御部６０と２次電池７８とを示す後方から見た正面図である。 図４に示されるアシスト駆動機構５０の側面図である。 巻胴５２とトルクリミタ８０とを示す断面図である。 巻胴５２とトルクリミタ８０とを示す分解斜視図である。 装着者４の前屈角度θｓを説明するための簡略化した側面図である。 支援ロボット装置１の電気的構成を示す電気回路図である。 装着型支援ロボット装置１の処理回路６５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６５によって実行される図１０のステップｓ９におけるすべり発生と前屈角度θｓの補正とに関連する具体的な動作を示すフローチャートである。 装着者４の直立位で脊柱における腰椎ＬＢ１～ＬＢ５とその付近を左外方から見た側面図である。 装着者４が前屈した姿勢で５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５が屈曲した状態を簡略化して示す左側面図である。 装着者４が直立した姿勢で５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５が屈曲していない状態を簡略化して示す左側面図である。 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１０１を、装着者４に装着した状態で背後から見た背面図である。

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１を、装着者４に装着した状態で背後から見た背面図であり、図２は装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す正面図であり、図３は装着型支援ロボット装置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は、それを装着した装着者４の正中矢状面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１は、装着者４の体幹５に保持される体幹保持具２０と、装着者４の左右の大腿７に装着される一対の大腿保持具３０と、体幹５の背後に沿って上下に延びる単１本のベルト４０と、ベルト４０を牽引駆動して装着者４に持ち上げのアシスト力および中腰姿勢を保持するアシスト力を与えるアシスト駆動機構５０とを備える。体幹保持具２０は、体幹５の背後に配置される背後部材２１を有する。背後部材２１には、装着者４の左右の肩を覆う肩ベルト２２が取り付けられる。背後部材２１は、たとえば、肩甲上部から肩甲部の下部付近まで延び、比較的小形に形成される。大腿保持具３０は、大腿７を環状に囲む一対の各保持ベルト３１の両端部が連結具３２で着脱可能に連結され、左右の大腿三角８をそれぞれ覆って装着される。大腿保持具３０の保持ベルト３１は、体幹５の内側寄りで近接した各連結片４１によって、ベルト４０の下方の一端部４０ａに連結される。左右の保持ベルト３１は、大腿三角８をそれぞれ覆って、ごく近接して配置され、比較的短い各連結片４１に個別的に連結できるので、保持ベルト３１を、装着者４の体幹５および大腿７の大きさに対応した適切な左右の位置に保持することができる。そのため、ベルト４０によって、保持ベルト３１を引き上げるとき、各大腿保持具３０の大腿７における保持位置が上方にずれることはない。したがって、前屈を伴う動作の筋力補助が確実である。ベルト４０は、扁平であり、可撓性を有し、伸縮しない特性を有する。

アシスト駆動機構５０は、ベルト４０を巻き取る巻胴５２と、この巻胴５２を駆動する駆動源５４と、駆動源５４のための制御部６０とを有し、背後部材２１に固定された基台５８に設けられる。巻胴５２には、ベルト４０の上方の他端部４０ｂが固定され、ベルト４０は、巻胴５２に巻かれて巻き取られる。制御部６０は、駆動源５４によってベルト４０を牽引して装着者４に、装着者４の手９に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における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力を与える。基台５８には、駆動源５４と制御部６０などに電力を供給する２次電池７８が設けられる。

図４はアシスト駆動機構５０の基台５８に設けられた巻胴５２と駆動源５４と制御部６０と２次電池７８とを示す後方から見た正面図であり、図５は図４に示されるアシスト駆動機構５０の側面図である。ベルト４０は、図４および図５において仮想線で示される。駆動源５４は、モータ５５と、そのモータ角度θｍを検出するモータ角度検出器５７と、トルクリミタ８０とを有する。

ベルト４０は、図５の矢符４３で示されるように、巻胴５２の直円筒状巻き付け面に後方（図５の左方）の上方から前方（図５の右方）に巻かれて巻き取られる。これによって、移動するベルト４０は、背後部材２１、基台５８、体幹５の衣服などと間隔があけられて、不所望に擦れることがない。基台５８にはカバー５９が開閉可能に設けられる。

図６は巻胴５２とトルクリミタ８０とを示す断面図であり、図７は巻胴５２とトルクリミタ８０とを示す分解斜視図である。駆動源５４のモータ５５は、基台５８に固定される。巻胴５２に固定される両端板４４、４５は、巻き取られるベルト４０の幅方向の変位を規制する。一方の端板４４は、ブッシュ４６を介して出力軸５６に支持される。他方の端板４５には、トルクリミタ８０のセンタメンバとし働く駆動板８１が取付けられ、この駆動板８１はハブ部材８２の中空軸８３にブッシュ４７を介して支持される。端板４５と駆動板８１とは、それらの周方向に繰り返して形成された突部と凹部とが嵌合されることによって、周方向の相互の角変位が阻止される。

駆動板８１の一方端面とハブ部材８２のハブ板８４との間に、一方の摩擦板８５が介在される。駆動板８１他方端面には、他方の摩擦板８６が押圧板８７を介する皿ばねなどのばね８８の弾発力によって押し付けられる。中空軸８３は、摩擦板８５、８６を挿通し、沈みキー８９によって出力軸５６と一体に回転する。中空軸８３と押圧板８７とは、いわゆるＤカットなどの構成で相互の角変位が阻止される。

ばね８８は、回り止めワッシャ９１を介して、中空軸８３に刻設された外ねじに螺合する調整ナット９２によって、ハブ板８４との間で押し付けられる。したがって、駆動板８１とその両端面に圧接される摩擦板８５、８６との摩擦力が調製されて設定される。トルクリミタ８０は、モータ５５による巻胴５２のベルト４０を巻き取る一方向４３（図５）の駆動時に、ベルト４０に、巻胴５２のベルト４０を巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴５２が出力軸５６に対して前記他方向の回転のすべりを発生する。この摩擦力は、トルクリミタ８０がすべりを発生する引張力に対応する。

出力軸５６の遊端部は、軸受１０６を介して支持体１０７によって基台５８に支持される。軸受１０６およびハブ部材８２は、Ｅリング１０８によって出力軸５６の遊端方向の変位が阻止される。

図８は、装着者４の前屈角度θｓを説明するための簡略化した側面図である。図８（１）のように、装着者４が、たとえば、荷物１４を持って手９に荷重が作用したまま、直立した状態では、正中の鉛直線１６から前方（図８（１）、（２）の右方）に前屈する前屈角度θｓは零である。前屈角度θｓが装着者４の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θｓがたとえば、１０°未満の前屈状態における予め定める値になったとき、駆動源５４によるアシスト力の発生を停止し、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了し、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト４０の弛みをなくすために、ベルト４０を小さな巻き上げ力で巻き取るようにモータ５５の出力トルクが設定される。図８（２）は、正中の鉛直線１６から前方（図８（２）の右方）に前屈する前屈角度θｓで、装着者４の手９に作用する荷重の持ち上げ姿勢および中腰姿勢を示す。アシスト駆動機構５０は、図８（２）の状態において、ベルト４０を牽引することによって、持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における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力を装着者４に与える。

図９は、支援ロボット装置１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に含まれるアシスト駆動機構５０は、基本的に、駆動源５４と、制御部６０と、２次電池７８とを含む。制御部６０は、モーションセンサ６１と、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路６５と、操作部７６と、手袋装置９４の物体センサ７７などとを含む。

物体センサ７７は、装着者４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。手袋装置９４は、無線通信部９５、２次電池９６を含んで構成される。２次電池９６は、物体センサ７７および無線通信部９５に電力を供給する。無線通信部９５は、物体センサ７７の状態、すなわち、物体センサ７７によって検出された検出結果を、無線通信部９５を介して処理回路６５の無線通信部９７に送る。

モーションセンサ６１は、体幹５の３次元の加速度α（すなわち個別的には、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）を検出する加速度センサ６２と、体幹５の３次元の角速度ω（すなわち個別的には、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）を検出する角速度センサ６３とを有し、いわゆる６軸センサであってもよい。処理回路６５は、上下、左右、前後の３軸方向の加速度αから、それらを積分して速度、位置などを算出し、上下、左右、前後の３軸まわりの角速度ωを積分して角度θｓを算出する。たとえば、装着者４の体幹５の上下方向の加速度α１を検出し、体幹５の左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出して体幹５の左右方向の軸線まわりの前屈角度θｓが検出される。

処理回路６５は、モーションセンサ６１の出力に応答し、体幹５の前屈角度θｓを演算して求める前屈角度検出部６６と、前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓによって持ち上げ姿勢を検出し、前屈角度θｓが予め定める時間Ｗ１以上継続することによって中腰姿勢を検出する姿勢検出部６７と、姿勢検出部６７の出力に応答し、持ち上げ姿勢または中腰姿勢が検出されたとき、駆動源５４によって持ち上げ姿勢または中腰姿勢のための装着者４に与えるアシスト力をそれぞれ発生させるアシスト力設定部６８とを有する。処理回路６５はさらに、アシスト力停止部６９を有し、このアシスト力停止部６９は、前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部６８の駆動源５４によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト４０を、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴５２によって巻き取るようにモータ５５の出力トルクを設定する。処理回路６５は、モータ角度検出器５７の出力に応答し、前屈角度θｓをモータ角度θｍに基づいて補正する前屈角度補正部７１を有する。

処理回路６５は、前屈角度検出部６６の出力に応答し、前屈角度θｓを常時監視し、前屈角度θｓが急変したとき、トルクリミタ８０のすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部７２と、すべり発生検出部７２の出力に応答し、巻胴５２がモータ５５の出力軸５６に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部７３と、すべり角度演算部７３の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θｍ１をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θｍ２を、前屈角度補正部７１に前屈角度θｓの補正のために与えるモータ角度補正部７４とを有する。

本発明の実施の他の形態では、すべり発生検出部７２は、前屈角度検出部６６とモータ角度検出器５７との出力に応答し、前屈角度θｓと、モータ角度検出器５７によって検出されるモータ角度θｍとの差Δθｓｍを常時監視し、その差Δθｓｍが急変したとき、すべりが発生したことを検出する構成で実現されてもよい。

操作部７６は、装着者４の操作によって、アシスト力設定部６８における持ち上げ姿勢のための強、中、弱などのアシスト力と、中腰姿勢のためのアシスト力とを選択調整して設定する。操作部７６はまた、装着者４の操作によって、アシスト力停止部６９におけるアシスト力の発生を停止している状態で、モータ５５によるベルト４０の弛み止めトルクを発生するかどうかを選択設定する。

図１０は、装着型支援ロボット装置１の処理回路６５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６５は、図１０に示されるメインループを、たとえば、２０ｍ秒間隔で実行しており、支援ロボット装置１は、装着者４へのスムーズなアシストを実現する。処理回路６５は、処理回路６５の電源が投入されてモータ５５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ｓ１からｓ２に移り、モーションセンサ６１の加速度センサ６２と角速度センサ６３とからの出力を受信して、読み込む。ステップｓ３では、モーションセンサ６１の出力に応答して体幹５の前屈角度θｓを演算して求める。ステップｓ２、ｓ３は前屈角度検出部６６として働く。処理回路６５は、モータ５５に備えられるモータ角度検出器５７から、モータ５５の出力軸５６の回転角度であるモータ角度θｍを読み込む。ステップｓ４では、前屈角度θｓが装着者４の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θｓが１０°未満の前屈状態における予め定める値になったことを検出して、その前屈角度θｓを初期設定値θｓ０として、処理回路６５に備えられるメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了する前屈角度として用いる。

さらに、ステップｓ５では、操作部７６において、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、モータ５５によるベルト４０の弛み止めトルクを発生する動作が選択設定されているかが判断される。ステップｓ６では、ベルト４０の弛みをなくす動作が選択されているとき、ベルト４０を巻き上げ力、たとえば、０．５～１．０ｋｇｆで巻き取るようにモータ５５の出力トルクがされる。ステップｓ５、ｓ６は、アシスト力設定部６８の一部として働く。本発明の実施の他の形態では、その初期設定される前屈角度θｓに代えて、ベルト４０を巻胴５２に巻き取った後のモータ５５のモータ角度θｍを、初期設定して処理回路６５に備えられるメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了するモータ角度θｍ０としてもよい。

ステップｓ７において、物体センサ７７の出力に応答し、装着者４が手９で物体を掴んでいることが検出されると、物体の持ち上げ支援または中腰支援のために、ステップｓ８では、前屈角度θｓを読み込む。

ステップｓ９において、前屈角度θｓに基づいてトルクリミタ８０のすべりが発生したかどうかを検出し、すべりが発生したとき、巻胴５２がモータ５５の出力軸５６に対してすべりを発生したすべり角度δを求め、すべり発生直後のモータ角度θｍ２を、モータ角度検出器５７によって検出されるすべり発生直前のモータ角度θｍ１とすべり角度δとに基づいて演算して補正し（たとえば、θｍ２＝θｍ１＋δ）、この補正後のモータ角度θｍ２およびその後のモータ角度θｍに基づいて、以後の前屈角度θｓをドリフト誤差がなくなるように繰り返して補正する。すべりが発生していなければ、モータ角度検出器５７によって検出されるモータ角度θｍに基づいて、前屈角度θｓをドリフト誤差がなくなるように繰り返して補正する。ステップｓ９の動作は、図１１を参照して後述される。

ステップｓ１０では、体幹５の前屈角度θｓが、装着者４の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θｓが１０°未満の前屈状態における予め定める初期設定値θｓ０を超えて大きな値になると、持ち上げ姿勢であることを検出する。加速度および角速度を検出するモーションセンサ６１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、物体センサ７７の検出時、持ち上げアシストのための検出とする。ステップｓ１１において、前屈角度θｓが予め定める時間Ｗ１以上継続することが検出されると、中腰姿勢であることを検出する。ステップｓ１０、ｓ１１は姿勢検出部６７として働く。姿勢検出部６７は、計時手段を備え、前屈角度θｓが中腰の予め定める範囲内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める時間Ｗ１以上経過すると、モータ５５によって、前記時間Ｗ１内の前屈角度θｓを保つように、ベルト４０を巻胴５２に巻き取って牽引し、装着者４に中腰支援力モーメントを与える。したがって、装着者４は、中腰姿勢を容易に継続でき、中腰姿勢で作業を容易に行なうことができる。

ステップｓ１２では持ち上げ姿勢のためのアシスト力を、また、ステップｓ１３では中腰姿勢のためのアシスト力を、駆動源５４によってモータ５５が巻胴５２を駆動して、ベルト４０を巻胴５２に巻き取って牽引することによって、装着者４に与える。ステップｓ１２、ｓ１３はアシスト力設定部６８として働く。モーションセンサ６１による前屈角度θｓが、たとえば、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４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、前屈角度θｓが小さくなるにつれて、アシストトルクを小さくなるように算出し、たとえば、１次関数または２次関数によって小さく変化してもよい。

ステップｓ１４では、前屈角度θｓが予め定める初期設定値θｓ０になったとき、ステップｓ１５では、駆動源５４によるアシスト力の発生を停止する。ステップｓ１４、ｓ１５は、アシスト力停止部６９として働く。

図１１は、処理回路６５によって実行される図１０のステップｓ９におけるすべり発生と前屈角度θｓの補正とに関連する具体的な動作を示すフローチャートである。ステップｒ１からステップｒ２に移り、トルクリミタ８０のすべりが発生したかどうかを検出する。ステップｒ２はすべり発生検出部７２として働く。モータ５５がトルクリミタ８０を介して巻胴５２によってベルト４０を巻き取る一方向に駆動して装着者４にアシスト力を与えている状態で、装着者４が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、ベルト４０には、過大な引張力が作用する。この過大な引張力は、持ち上げ姿勢および中腰姿勢のためのアシスト力を超える値であって、巻胴５２のベルト４０を巻き出してほどく他方向の予め定める値であり、たとえば、１５ｋｇｆ以上の引張力である。前屈角度検出部６６によって得られる前屈角度θｓは、予め定める各短時間ΔＷ毎の前後でθｓ１からθｓ２に急変して、その変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）は、予め定める値Δθｓ０以上（Δθｓ０ ≦ Δθｓ）の大きな値になる。このとき、すべりの発生が検出される。これによって、巻胴５２は出力軸５６に対して、すべり角度δだけ、前記他方向の回転のすべりを発生し、モータ５５が保護される。

ステップｒ３では、ステップｒ２で巻胴５２がモータ５５の出力軸５６に対してすべりを発生したことが推測されて検出されると、巻胴５２がモータ５５の出力軸５６に対してすべりを発生したすべり角度δを求める。ステップｒ３はすべり角度演算部７３として働く。ステップｒ３はすべり角度演算部７３として働く。前述のとおり、すべり角度δを演算して求めるために、すべり角度δと変化量Δθｓとの対応関係を、メモリに予め準備してストアしておき、その対応関係に基づいて、変化量Δθｓから得ることができる。あるいは、すべり角度δは、後述の図１２～図１４を参照して式（１）～（５）の演算をして求められる。

巻胴５２の半径Ｒ、モータ角度θｍのすべり角度δ、定数ｅとすると、巻胴５２から巻き出されたベルト長さＬは、式（１）のとおりである。

Ｌ≒ｅＲ（θｍ＋δ） …（１）
図１２は、装着者４の直立位で脊柱における腰椎ＬＢ１～ＬＢ５とその付近を左外方から見た側面図である。体幹５は、正中の鉛直線１６から前方（図１２の左方）に前屈する。各腰椎５個を上から参照符ＬＢ１～ＬＢ５とすると、それぞれの間の前方への屈曲角度θＢ１～θＢ５の最大値は、解剖学によれば、たとえば、次のようになっている。すなわち、腰椎ＬＢ１とＬＢ２の間の前方への屈曲角度θＢ１の最大値は１２度となる。腰椎ＬＢ２とＬＢ３の間の前方への屈曲角度θＢ２の最大値は１４度となる。腰椎ＬＢ３とＬＢ４の間の前方への屈曲角度θＢ３の最大値は１５度となる。腰椎ＬＢ４とＬＢ５の間の前方への屈曲角度θＢ４の最大値は１６度となる。腰椎ＬＢ５とその下の仙椎の間の前方への屈曲角度θＢ５の最大値は１７度となる。一例として、屈曲角度θＢ４を次の図１３に図示しておく。

図１３は、装着者４が前屈した姿勢で５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５が屈曲した状態を簡略化して示す左側面図である。背中全体の前方への前屈角度θｓは、これらの屈曲角度θＢ１～θＢ５の合計値となる。

θｓ＝θＢ１＋θＢ２＋θＢ３＋θＢ４＋θＢ５ …（２）
この図１３では、前方への屈曲した前屈時の５個の腰椎の全長はＬＡで示され、５個の各腰椎の前後の長さはほぼ等しく、定数ｂで示される。

図１４は、装着者４が直立した姿勢で５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５が屈曲していない状態を簡略化して示す左側面図である。この直立時、前屈角度θｓは０であり、５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５の全長をＬ０とすると、背中に沿うベルト４０のベルト長さＬは、式（３）のとおりである。

Ｌ≒Ｌ０ …（３）
前方への屈曲時における５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５の全長ＬＡは、
ＬＡ＝Ｌ０＋ｂ（θＢ１＋θＢ２＋θＢ３＋θＢ４＋θＢ５）
≒Ｌ０＋ｂθｓ …（４）
したがって、前方への屈曲時の背中に沿うベルト４０のベルト長さＬは、前記ＬＡとほぼ等しく、式（５）のとおりである。

Ｌ≒Ｌ０＋ｂθｓ …（５）
トルクリミタ８０のすべりが発生した直後では、前屈角度θｓは直前のθｓ１からθｓ２に変化し、モータ角度θｍはθｍ１のままである。装着者４の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５の全長Ｌ０は定数として扱える。したがって、未知数であるすべり角度δは、これらの値θｓ２、θｍ１を式（１）、（５）の右辺のθｓ、θｍに代入し、式（１）、（５）のベルト長さＬが等しいものとしてＬを消去して演算して求められる。

ステップｒ４では、すべり角度δ基づいてすべりが発生する直前のモータ角度θｍ１をすべり角度δに基づいて補正し、すべり発生直後のモータ角度θｍ２を演算して求める。ステップｒ４はモータ角度補正部７４として働く。

ステップｒ５では、この補正後のモータ角度θｍ２およびその後のモータ角度θｍを、前屈角度θｓのドリフト誤差をなくして前屈角度θｓを補正するために用いる。ステップｒ５は前屈角度補正部７１として働く。こうして繰り返して補正される前屈角度θｓを用いて、図１０のステップｓ１０以降の動作が実行される。

図１５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１０１を、装着者４に装着した状態で背後から見た背面図である。この実施の形態は、前述の図１～図１４に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、また、１００を加えた数字で示す。体幹保持具１２０は、背後部材１２１に設けられる腰支持体１０３を有する。背後部材１２１は、たとえば、肩甲上部から腰部付近まで、臀部の上部付近まで延び、比較的大形に形成される。背後部材１２１の下部には腰支持体１０３が設けられる。腰支持体１０３は、細長い扁平な帯状であり、腰１１の上部に配置されて腰１１を環状に外囲し、その両端端部は体幹５の前部で連結具１０４によって取り外し可能に連結される。腰支持体１０３は、腰１１の上部に配置されるので、腰１１によって下向きの荷重を受けることができる。腰１１の上部は、骨盤における寛骨の上部であってもよい。腰支持体１０３は、たとえば、その一部分が背後部材１２１の下部を含んでもよい。

ベルト４０の牽引によって上体を引き起こす持ち上げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力は、腰支持体１０３による骨盤上部、したがって、大腿７を含む下肢に関連して作用する。これによって、アシスト力がスムーズに体幹５である上体に伝わるので、疲れにくい。

体幹保持具１２０は、装着者４の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト１２２を有してもよく、肩ベルト１２２は背後部材１２１に取り付けられる。肩ベルト１２２とともに腰支持体１０３が備えられる構成では、肩ベルト１２２は、装着者４の肩１２に本件装着型」支援ロボット装置１０１の重量が作用しないようにするために、指が１本または縦に２本程度入る隙間がある程度が好ましい。これによって、肩ベルト１２２は、腰支持体１０３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とともに、肩ベルト２２から装着者４の肩１２に荷重が作用しないことによって、装着者４の疲労を軽減できる。肩ベルト１２２は、省略されてもよい。

本発明は、次の実施の形態が可能である。

（１） ベルト４０は、２本から成り、それらの各一端部４０aが一対の各大腿保持具３０にそれぞれ連結され、２本のベルト４０の各他端部４０ｂが共通の巻胴５２によって巻き取られて駆動されてもよい。２本の各ベルト４０は、個別的な巻胴５２によってそれぞれ巻き取られてもよい。

（２） モーションセンサ６１は、体幹５などの移動体が移動する加速度αまたは角速度ωを検出し、前屈角度検出部６６は、この加速度αもしくは角速度ωまたは両者α、ωを、たとえば、積分などして演算し、ドリフト誤差を含む角度θｓなどの第１物理値を演算して求める。移動体の移動によって、モータ５５の出力軸５６は、移動体の移動の角度θｓに対応して回転し、出力軸５６のモータ角度θｍをモータ角度検出器５７によって第２物理値として検出する。ドリフト誤差を含む角度θｓなどの第１物理値θｓを、ドリフト誤差を含まないモータ角度θｍなどの第２物理値を用いて補正する。

（３） 前記実施の形態（２）において、第２物理値θｍが急変して誤差を発生したとき、その急変前後の第１物理値θｓ１、θｓ２に基づいて第２物理値θｍ１を補正し、その補正した第２物理値θｍ２と、その後の検出される第２物理値θｍとを用いて第１物理値θｓを補正する。

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

１、１０１ 装着型支援ロボット装置
４ 装着者
５ 体幹
７ 大腿
８ 大腿三角
１１ 腰
２０、１２０ 体幹保持具
２１、１２１ 背後部材
３０ 大腿保持具
４０ ベルト
５０ アシスト駆動機構
５２ 巻胴
５４ 駆動源
５５ モータ
５６ 出力軸
５７ モータ角度検出器
６０ 制御部
６１ モーションセンサ
６５ 処理回路
６６ 前屈角度検出部
６７ 姿勢検出部
６８ アシスト力設定部
６９ アシスト力停止部
７１ 前屈角度補正部
７２ すべり発生検出部
７３ すべり角度演算部
７４ モータ角度補正部
８０ トルクリミタ
１０３ 腰支持体

Claims (9)

1. （ａ） 装着者の体幹の背後に配置される背後部材を有し、体幹に保持される体幹保持具と、
   （ｂ） 装着者の左右の大腿に、大腿三角をそれぞれ覆って装着される一対の大腿保持具と、
   （ｃ） 体幹の背後に沿って上下に延び、下方の一端部が、一対の大腿保持具に連結されるベルトと、
   （ｄ） 背後部材に設けられるアシスト駆動機構であって、
   （ｄ１） ベルトの上方の他端部が固定され、ベルトを巻き取る巻胴と、
   （ｄ２） 駆動源であって、
   （ｄ２－１） 巻胴を駆動するモータと、
   （ｄ２－２） このモータの出力軸の回転するモータ角度θｍを検出するモータ角度検出器とを有する駆動源と、
   （ｄ３） 駆動源によってベルトを牽引して装着者に、装着者の手に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力を与える制御部であって、
   （ｄ３－１） 背後部材に設けられ、体幹の加速度αまたは角速度ωを検出するモーションセンサと、
   （ｄ３－２） 処理回路であって、
   （ｄ３－２－１） モーションセンサの出力に応答し、体幹の前屈角度θｓを、加速度αまたは角速度ωを積分演算して求める前屈角度検出部と、
   （ｄ３－２－２） 前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θｓによって持ち上げ姿勢を検出する姿勢検出部と、
   （ｄ３－２－３） 姿勢検出部の出力に応答し、持ち上げ姿勢が検出されたとき、駆動源によって持ち上げ姿勢のための装着者に与えるアシスト力を発生させるアシスト力設定部と、
   （ｄ３－２－４） モータ角度検出器の出力に応答し、前屈角度検出部の前屈角度θｓをモータ角度θｍに基づいて補正する前屈角度補正部とを有する処理回路とを備える制御部を持つ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. 駆動源はさらに、
   モータの出力軸の動力を巻胴に伝達するトルクリミタであって、モータによる巻胴のベルトを巻き取る一方向の駆動時に、ベルトに、巻胴のベルトを巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴が出力軸に対して前記他方向の回転のすべりを発生するトルクリミタを有し、
   処理回路はさらに、
   トルクリミタのすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部と、
   すべり発生検出部の出力に応答し、巻胴がモータの出力軸に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部と、
   すべり角度演算部の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θｍ１をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θｍ２を、前屈角度補正部に前屈角度θｓの補正のために与えるモータ角度補正部とを有する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. すべり発生検出部は、
   前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θｓを常時監視し、前屈角度θｓが予め定める短時間ΔＷに大きく急変した前屈角度θｓの前後の各値θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）が予め定める値Δθｓ０以上に大きくなったとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする請求項２に記載の装着型支援ロボット装置。
4. すべり発生検出部は、
   前屈角度検出部とモータ角度検出器との出力に応答し、前屈角度検出部によって検出される前屈角度θｓと、モータ角度検出器５７によって検出されるモータ角度θｍとの差Δθｓｍを常時監視し、
   その差Δθｓｍが急変したとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする請求項２に記載の装着型支援ロボット装置。
5. すべり角度演算部は、
   すべり角度δと前屈角度θｓの急変前後の前屈角度θｓ１、θｓ２の変化量Δθｓ（＝θｓ２－θｓ１）との対応関係を予め準備してストアするメモリを有し、変化量Δθｓからすべり角度δを演算して求めることを特徴とする請求項２に記載の装着型支援ロボット装置。
6. すべり角度演算部は、
   半径Ｒの巻胴からすべり発生直前のモータ角度θｍ１とすべり角度δの回転によって巻き出されたベルトのベルト長さＬが、すべり発生直後の前屈角度θｓ２における５個の腰椎ＬＢ１～ＬＢ５の全長ＬＡと等しいことによって演算されるすべり角度δを求めることを特徴とする請求項２に記載の装着型支援ロボット装置。
7. 姿勢検出部はさらに、前屈角度θｓが予め定める時間Ｗ１以上継続することによって中腰姿勢を検出し、
   アシスト力設定部はさらに、姿勢検出部の出力に応答し、中腰姿勢が検出されたとき、駆動源によって中腰姿勢のための装着者に与えるアシスト力を発生させ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。
8. 処理回路はさらに、アシスト力停止部を有し、このアシスト力停止部は、前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θｓが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部の駆動源によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルトを、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴によって巻き取るようにモータの出力トルクを設定する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。
9. ベルトは、単１本から成り、その一端部が一対の大腿保持具に連結され、
   体幹保持具は、背後部材に設けられる腰支持体を有し、この腰支持体は、腰の骨盤における寛骨の上部に配置されて腰を外囲し、腰で下向きの荷重を受ける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。