JP2013138848A - Power-assisting robotic device and control method thereof - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a power-assisting robotic device capable of assisting with a small number of driving sources in lifting a heavy object and walking, and a method thereof.SOLUTION: Two power-assisting electric motors 1 are respectively positioned adjacent to both sides in the lateral direction of the lumbar region of a wearer, the motors generating drive torques for assisting movements of the upper body and the femur regions. Each lower limb-assisting arm is fixed to a rotary shaft of the power-assisting electric motor 1 at one end, while being attached to a side part of the femur region at the other end. Upper body-assisting arms, which are attached to the chest region of the wearer, and a main frame, which supports the two power-assisting electric motors 1 respectively at both ends thereof while being attached to the lumbar region of the wearer, are connected by means of a passive rotary shaft 12 rotatable around the vertical axis and a passive rotary shaft 13 rotatable around the anteroposterior axis line.

Description

本発明は、装着者が行う力作業を支援するパワーアシストロボット装置およびその制御方法に関する。   The present invention relates to a power assist robot apparatus that supports force work performed by a wearer and a control method thereof.

日本の農業において、少子高齢化が進んでいる。すなわち、全国の農業従事者の数が減少しつつある中で、60歳以上の農業従事者が220万人まで増加している。また、食料自給率向上が叫ばれており、農作業支援の必要性が高まっている。このような状況の中で、従来の米国型の大型の農業機械化ではなく、狭い日本の農地に適し、さらに山間部農業の活性化や地域再生化に役立つ農作業支援機器として、パワーアシストスーツなどのパワーアシストロボット装置が利用される。   In Japan's agriculture, the declining birthrate and aging population are progressing. In other words, as the number of agricultural workers nationwide is decreasing, the number of agricultural workers over the age of 60 has increased to 2.2 million. In addition, the need for agricultural work support is increasing as the food self-sufficiency rate is screamed. Under such circumstances, power assist suits, etc. are suitable as agricultural work support equipment that is suitable for narrow Japanese farmland, and also useful for revitalizing mountainous agriculture and regional regeneration, rather than the conventional US-style large-scale agricultural mechanization. A power assist robot device is used.

パワーアシストスーツには、軽作業用パワーアシストスーツと重作業用パワーアシストスーツとがある。軽作業用パワーアシストスーツは、軽作業支援として、果物、たとえば桃、柿、みかん、ぶどうおよびキュウイなどの受粉、摘花、摘果、袋掛けおよび収穫などの上向き作業、および、いちごなどの収穫時の中腰作業など、10kg程度以下の軽量物の持ち上げ、持ち下ろしおよび運搬などの作業支援、さらに、平地や傾斜地および階段での歩行や走行支援に用いられる。   There are power assist suits for light work and power assist suits for heavy work. Power assist suits for light work are used for light work support such as pollination of fruits such as peaches, persimmons, tangerines, grapes and cucumbers, upward work such as flowering, fruit picking, bagging and harvesting, and harvesting of strawberries and the like. It is used for work support such as lifting, lifting and transporting lightweight objects of about 10 kg or less, such as middle waist work, and walking and running support on flat ground, sloping ground and stairs.

重作業用パワーアシストスーツは、重作業支援として、大根やキャベツなど大型野菜の中腰姿勢での収穫作業、ならびに、米袋・収穫物コンテナなど30kg程度の重量物の持ち上げ、積み込み、積み下ろしおよび運搬作業の支援に用いられる。   Power assist suits for heavy work are used for heavy work support, such as harvesting in the middle posture of large vegetables such as radishes and cabbages, and lifting, loading, unloading and transporting heavy items of about 30 kg such as rice bags and harvest containers. Used for support.

また、パワーアシストスーツは、農業用以外に工場用として、重量物の運搬作業や長時間継続する一定姿勢での作業などに使用される。さらに、パワーアシストスーツは、介護用として、ベッドから車椅子への人の移乗作業などに使用され、また、リハビリ用として、歩行リハビリ支援用などにも使用することができる。   The power assist suit is used not only for agriculture but also for factories for carrying heavy objects or working in a constant posture for a long time. Further, the power assist suit can be used for nursing care such as transferring a person from a bed to a wheelchair, and can also be used for walking rehabilitation support for rehabilitation.

パワーアシストスーツを駆動する駆動方式には、パッシブ方式およびアクティブ方式がある。パッシブ方式には、バネ式およびゴム式などの方式がある。アクティブ方式には、電動モータ方式、空気圧駆動方式および油圧駆動方式などの方式がある。空気圧駆動方式には、空気圧ゴム人工筋肉、空気圧シリンダ、および空気圧ロータリアクチュエータを用いる方式(たとえば特許文献1,2参照)がある。   There are a passive method and an active method for driving the power assist suit. The passive system includes a spring system and a rubber system. The active method includes an electric motor method, a pneumatic drive method, a hydraulic drive method, and the like. As a pneumatic drive system, there is a system using a pneumatic rubber artificial muscle, a pneumatic cylinder, and a pneumatic rotary actuator (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、パワーアシストスーツを制御するアシスト制御方式には、音声入力やスイッチ入力による動作パターン再生方式、表面筋電位信号より筋肉が出そうとするトルクを推定する方式(たとえば特許文献3参照)、表面筋電位信号をトリガ信号として動作パターンを再生する動作パターン再生方式(たとえば特許文献4参照)、パワーアシストスーツを取りつけている装着者の手首部や足首部に作用する力を、センサを用いて計測してフィードバック制御することによって、装着者の動きにパワーアシストスーツを追従させるマスタスレーブ制御方式(たとえば特許文献2,5,6参照)などがある。   The assist control method for controlling the power assist suit includes an operation pattern reproduction method by voice input or switch input, a method for estimating a torque to be generated by a muscle from a surface myoelectric potential signal (see, for example, Patent Document 3), surface An operation pattern reproduction method for reproducing an operation pattern using a myoelectric potential signal as a trigger signal (see, for example, Patent Document 4), and a force acting on a wrist portion and an ankle portion of a wearer wearing a power assist suit is measured using a sensor. Thus, there is a master-slave control method (see, for example, Patent Documents 2, 5, and 6) that causes the power assist suit to follow the movement of the wearer by performing feedback control.

特許第3771056号公報Japanese Patent No. 3771056 特開2007−97636号公報JP 2007-97636 A 特許第4200492号公報Japanese Patent No. 4200202 特許第4178185号公報Japanese Patent No. 4178185 特開2007−130234号公報JP 2007-130234 A 特開2006−75456号公報JP 2006-75456 A

バネ式やゴム式のパッシブ方式は、一方向にしかパワーアシストすることができない。高減速比の減速機付き電動モータ方式は、安全性に問題がある。空気圧方式は、空気圧縮用コンプレッサを搭載すると重くなる。油圧方式でも同様に重くなる。動作パターン再生方式は、再生することができるパターンに限界があり、動作の切り換わり時に不連続になる恐れがある。表面筋電位からトルクを推定する方式は、事前の学習時間を必要とする。マスタスレーブ制御は、装着者が動いてからフィードバックがかかるので遅れが生じ、どうしても、装着者がパワーアシストロボット装置を引っ張っているという感覚を覚えてしまう。   The spring-type or rubber-type passive method can power assist only in one direction. The electric motor system with a reduction gear having a high reduction ratio has a safety problem. The pneumatic system becomes heavier when an air compression compressor is installed. The hydraulic system is also heavy. In the operation pattern reproduction method, there is a limit to a pattern that can be reproduced, and there is a risk of discontinuity when the operation is switched. The method for estimating the torque from the surface myoelectric potential requires a prior learning time. The master-slave control causes a delay because feedback is applied after the wearer moves, and the wearer inevitably feels that the wearer is pulling the power assist robot apparatus.

また、上述した従来技術は、重量物を持ち上げて運搬する作業などにおいて、腰痛を防ぐための腰椎のパワーアシストと、歩行のための股関節のパワーアシストとを、同時に実現することができていない。腰補助用のパワーアシストとして、空気圧式人工筋肉を用いて、所定の動作、たとえば腰曲げを補助するものもあるが、腰曲げの動作を再現して補助するだけで、上体の回転や左右方向への動きが拘束され、また、歩行動作と連動して補助することはできない。また、駆動源は、腰椎のパワーアシスト用と、股関節のパワーアシスト用とをそれぞれ設ける必要がある。   Further, the above-described conventional technology cannot simultaneously realize power assist for the lumbar spine for preventing back pain and power assist for the hip joint for walking in the work of lifting and transporting heavy objects. Some power assists for assisting hips use pneumatic artificial muscles to assist with certain actions, such as hip bending. Movement in the direction is constrained and cannot be supported in conjunction with walking motion. Further, it is necessary to provide drive sources for power assist for the lumbar spine and for power assist for the hip joint.

本発明の目的は、少ない駆動源で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができるパワーアシストロボット装置およびその制御方法を提供することである。   An object of the present invention is to provide a power assist robot apparatus capable of assisting a lifting operation and a walking operation of a heavy object with a small number of driving sources, and a control method thereof.

本発明は、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つの回転駆動部と、
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置である。
The present invention is arranged near both sides of the wearer's waist or hip joint in the left-right direction, and assists the movement of the upper body and thigh in a direction following the movement of the upper body and thigh of the wearer. Two rotational drive units that generate drive torque;
An upper body frame that is attached to the chest and waist of the wearer and to which either one of the rotation shaft and the fixed end side of the two rotation drive units is fixed
One end part is fixed to either the rotation shaft of the rotation drive part or the fixed end side, and the other end part includes two thigh frames attached to the side part of the thigh. This is a power assist robot device.

また本発明は、前記上体フレームは、
装着者の胸部に装着される胸部フレームと、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
胸部フレームと腰部フレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する上体連結部とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the body frame is
A chest frame to be worn on the wearer's chest;
A waist frame that holds the two rotational drive parts at both ends, extends between the two rotational drive parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer;
And an upper body connecting portion that rotatably connects the chest frame and the waist frame about the front and rear axis and the vertical axis.

また本発明は、前記回転駆動部は、該回転駆動部の回転軸に固定される内輪部と、内輪部に対して前記回転軸の軸線まわりに回転自在に設けられる外輪部とから構成される軸受部を含み、
前記大腿部フレームの一端部は、前記内輪部に固定され、
前記腰部フレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含むことを特徴とする。
In the present invention, the rotation drive unit includes an inner ring part fixed to a rotation shaft of the rotation drive part, and an outer ring part provided to be rotatable about the axis of the rotation shaft with respect to the inner ring part. Including bearings,
One end of the thigh frame is fixed to the inner ring part,
The waist frame includes a sub-frame that is attached in close contact with a waist of a wearer and is fixed to the outer ring portion.

また本発明は、前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームの右端部と胸部後フレームの右端部とを変位自在に連結する胸部右フレームと、
胸部前フレームの左端部と胸部後フレームの左端部とを変位自在に連結する胸部左フレームと、
胸部前フレームの左右軸線まわりに回転自在に連結する胸連結部によって該胸部前フレームに連結され、装着者の胸部に密着して装着されるクッション部とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the chest frame is
A front chest frame extending in the left-right axis direction in front of the wearer's chest;
A rear chest frame extending in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer and connected to the waist frame by an upper body connecting portion;
A right chest frame that displaceably connects the right end of the front chest frame and the right end of the rear chest frame;
A left chest frame that displaceably connects the left end of the front chest frame and the left end of the rear chest frame;
And a cushion portion that is connected to the chest front frame by a chest connection portion that is rotatably connected around the left and right axis of the chest front frame, and is attached in close contact with the chest of the wearer.

また本発明は、前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームと胸部後フレームとの距離を調整する調整機構とを含むことを特徴とする。
In the present invention, the chest frame is
A front chest frame extending in the left-right axis direction in front of the wearer's chest;
A rear chest frame extending in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer and connected to the waist frame by an upper body connecting portion;
And an adjustment mechanism for adjusting a distance between the front chest frame and the rear chest frame.

また本発明は、前記胸部フレームは、
胸部前フレームを含む胸部側部分と胸部後フレームを含む腰部側部分とを連結/分離するためのコネクタを含むことを特徴とする。
In the present invention, the chest frame is
It includes a connector for connecting / separating a chest side portion including a front chest frame and a waist side portion including a rear chest frame.

また本発明は、前記腰部フレームは、前記2つの回転駆動部間の距離を調整する腰部調整機構を含み、
前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの一端部と他端部との距離を調整する大腿部調整機構を含むことを特徴とする。
Further, in the present invention, the waist frame includes a waist adjustment mechanism that adjusts a distance between the two rotation driving parts,
The thigh frame includes a thigh adjustment mechanism that adjusts the distance between one end and the other end of the thigh frame.

また本発明は、前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの他端部と大腿部とを左右軸線まわりに回転自在に連結する大腿部連結部を含むことを特徴とする。   In the invention, it is preferable that the thigh frame includes a thigh coupling portion that couples the other end of the thigh frame and the thigh so as to be rotatable about a left-right axis.

また本発明は、装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度を検出する第1の角度検出部と、
前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする。
The present invention also includes a first angle detection unit that detects a rotation angle around the left and right axis of the wearer's upper body;
A second angle detection unit that is provided in each of the two rotation drive units and detects the rotation angle of the rotation shaft of each rotation drive unit;
A floor reaction force detection unit that is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer and that detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion; It is characterized by including.

また本発明は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする。
In the present invention, the body rotation angle detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the floor reaction force detection unit are detected. Based on the detection result, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotational direction and the rotational torque required for the rotation are calculated,
Further, based on the calculated static torque, rotational direction, and rotational torque, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the two rotational driving units are driven so as to generate the calculated driving torque. And a drive control unit.

また本発明は、前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする。
Further, the present invention provides an angle detection unit that is provided in each of the two rotation drive units and detects the rotation angle of the rotation shaft of each rotation drive unit;
A floor reaction force detection unit that is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer and that detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion; It is characterized by including.

また本発明は、角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする。
Further, the present invention provides a static acting on the upper body and both thighs based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit. Calculate torque, rotation direction and rotation torque required for rotation,
Further, based on the calculated static torque, rotational direction, and rotational torque, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the two rotational driving units are driven so as to generate the calculated driving torque. And a drive control unit.

また本発明は、前記駆動制御部は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つの回転駆動部を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つの回転駆動部に発生させることを特徴とする。   According to the present invention, the drive control unit reduces the calculated drive torque to a reduction ratio that is equal to or less than a reduction ratio at which a wearer can drive the two rotational drive units in the opposite directions. It is generated in the rotation drive unit.

また本発明は、装着者の個体差を表すパラメータを入力するパラメータ入力部をさらに含み、
前記駆動制御部は、パラメータ入力部によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出することを特徴とする。
The present invention further includes a parameter input unit for inputting parameters representing individual differences between wearers,
The drive control unit calculates the drive torque based on the parameter input by the parameter input unit.

また本発明は、前記駆動制御部は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、装着者の個体差を表すパラメータを生成することを特徴とする。   In the invention, it is preferable that the drive control unit has a rotation angle of the upper body detected by the first angle detection unit, a rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and a floor reaction. Based on the detection result detected by the force detection unit, a parameter representing individual differences among the wearers is generated.

また本発明は、前記パワーアシストロボット装置の制御方法であって、
第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法である。
The present invention also provides a method for controlling the power assist robot apparatus,
Based on the rotation angle of the upper body detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the detection result detected by the floor reaction force detection unit Calculating a static torque acting on the upper body and both thighs, a rotational direction and a rotational torque required for the rotation;
Based on the static torque, rotation direction, and rotation torque calculated in the calculation step, the two rotation drive units calculate the drive torque driven by the two rotation drive units and generate the calculated drive torque. And a driving step for driving the power assist robot apparatus.

また本発明は、前記パワーアシストロボット装置の制御方法であって、
角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法である。
The present invention also provides a method for controlling the power assist robot apparatus,
Based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotation direction and A calculation step for calculating a rotation torque required for rotation;
Based on the static torque, rotation direction, and rotation torque calculated in the calculation step, the two rotation drive units calculate the drive torque driven by the two rotation drive units and generate the calculated drive torque. And a driving step for driving the power assist robot apparatus.

本発明によれば、2つの回転駆動部は、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される。そして、2つの大腿部フレームは、一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。したがって、パワーアシストロボット装置は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つの回転駆動部で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the present invention, the two rotational drive units are arranged near both sides of the wearer's waist or hip joint in the left-right direction, respectively, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh. A driving torque is generated to assist the movement of the thigh. The upper body frame is mounted on the chest and waist of the wearer, and either the rotation shaft or the fixed end side of the two rotation driving units is fixed. One end of each of the two thigh frames is fixed to the other of the rotation shaft and the fixed end of the rotation drive unit, and the other end is attached to the side of the thigh. Therefore, the power assist robot device can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object with a small number of driving sources, that is, two rotational driving units provided on both sides of the waist.

また本発明によれば、前記上体フレームは、胸部フレームと、腰部フレームと、上体連結部とを含む。胸部フレームは、装着者の胸部に装着される。腰部フレームは、前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される。そして、上体連結部は、胸部フレームと腰部フレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する。したがって、パワーアシストロボット装置は、胸部フレームと腰部フレームとをそれぞれの端部の2箇所で連結する場合よりも、上体の左右方向の動作および上体の回転動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the invention, the upper body frame includes a chest frame, a waist frame, and an upper body connecting portion. The chest frame is attached to the wearer's chest. The waist frame holds the two rotation driving parts at both ends, extends between the two rotation driving parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer. The upper body connecting portion connects the chest frame and the waist frame so as to be rotatable about the front-rear axis and the vertical axis. Therefore, the power assist robot device is not limited to restrain the movement of the upper body in the left-right direction and the rotation operation of the upper body, compared to the case where the chest frame and the waist frame are connected at two positions at the respective ends. Can be lifted and walked.

また本発明によれば、前記回転駆動部は、該回転駆動部の回転軸に固定される内輪部と、内輪部に対して前記回転軸の軸線まわりに回転自在に設けられる外輪部とから構成される軸受部を含む。前記大腿部フレームの一端部は、前記内輪部に固定される。そして、前記腰部フレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含む。したがって、パワーアシストロボット装置は、腰部の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the invention, the rotation drive unit includes an inner ring part fixed to the rotation shaft of the rotation drive part, and an outer ring part provided to be rotatable about the axis of the rotation shaft with respect to the inner ring part. Including a bearing portion. One end portion of the thigh frame is fixed to the inner ring portion. The waist frame includes a subframe that is attached in close contact with the waist of the wearer and is fixed to the outer ring portion. Therefore, the power assist robot apparatus can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object without restricting the operation of the waist.

本発明によれば、前記胸部フレームは、胸部前フレームと、胸部後フレームと、胸部右フレームと、胸部左フレームと、クッション部とを含む。胸部前フレームは、装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる。胸部後フレームは、装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される。胸部右フレームは、胸部前フレームの右端部と胸部後フレームの右端部とを変位自在に連結する。胸部左フレームは、胸部前フレームの左端部と胸部後フレームの左端部とを変位自在に連結する。そして、クッション部は、胸部前フレームの左右軸線まわりに回転自在に連結する胸連結部によって該胸部前フレームに連結され、装着者の胸部に密着して装着される。したがって、パワーアシストロボット装置は、上体の前後方向の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the present invention, the chest frame includes a chest front frame, a chest rear frame, a chest right frame, a chest left frame, and a cushion portion. The chest front frame extends in the left-right axis direction on the front face of the wearer's chest. The rear chest frame extends in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer, and is connected to the waist frame by an upper body connecting portion. The chest right frame connects the right end portion of the front chest frame and the right end portion of the rear chest frame so as to be displaceable. The chest left frame connects the left end of the chest front frame and the left end of the chest rear frame so as to be displaceable. The cushion portion is connected to the chest front frame by a chest connection portion that is rotatably connected around the left and right axis of the chest front frame, and is attached in close contact with the chest of the wearer. Therefore, the power assist robot device can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object without restricting the movement of the upper body in the front-rear direction.

また本発明によれば、前記胸部フレームは、胸部前フレームと、胸部後フレームと、調整機構とを含む。胸部前フレームは、装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる。胸部後フレームは、装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される。そして、調整機構は、胸部前フレームと胸部後フレームとの距離を調整する。したがって、パワーアシストロボット装置は、胸部フレームを、装着者の体型に応じた形態に変形させることができる。   According to the invention, the chest frame includes a chest front frame, a chest rear frame, and an adjustment mechanism. The chest front frame extends in the left-right axis direction on the front face of the wearer's chest. The rear chest frame extends in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer, and is connected to the waist frame by an upper body connecting portion. Then, the adjustment mechanism adjusts the distance between the chest front frame and the chest rear frame. Therefore, the power assist robot apparatus can transform the chest frame into a form corresponding to the body shape of the wearer.

また本発明によれば、前記胸部フレームは、コネクタを含む。コネクタは、胸部前フレームを含む胸部側部分と胸部後フレームを含む腰部側部分とを連結/分離するための部材である。したがって、パワーアシストロボット装置は、胸部側部分と腰部側部分とをこのコネクタを介して容易に連結/分離することができるので、装着者は、パワーアシストロボット装置を容易に着脱することができる。   According to the invention, the chest frame includes a connector. The connector is a member for connecting / separating the chest side portion including the front chest frame and the waist side portion including the rear chest frame. Therefore, the power assist robot device can easily connect / disconnect the chest side portion and the waist side portion via this connector, so that the wearer can easily attach and detach the power assist robot device.

また本発明によれば、前記腰部フレームは、前記2つの回転駆動部間の距離を調整する腰部調整機構を含む、そして、前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの一端部と他端部との距離を調整する大腿部調整機構を含む。したがって、パワーアシストロボット装置は、装着者の体型に応じた形態に変形させることができる。   According to the present invention, the waist frame includes a waist adjustment mechanism that adjusts a distance between the two rotation driving parts, and the thigh frame has one end and the other end of the thigh frame. A thigh adjustment mechanism that adjusts the distance to the body. Therefore, the power assist robot device can be transformed into a form corresponding to the wearer's body shape.

また本発明によれば、前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの他端部と大腿部とを左右軸線まわりに回転自在に連結する大腿部連結部を含む。したがって、パワーアシストロボット装置は、大腿部の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the invention, the thigh frame includes a thigh connection part that connects the other end of the thigh frame and the thigh so as to be rotatable about a left-right axis. Therefore, the power assist robot apparatus can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object without restricting the operation of the thigh.

また本発明によれば、第1の角度検出部は、装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度を検出する。第2の角度検出部は、前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する。そして、床反力検出部は、装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する。したがって、パワーアシストロボット装置は、表面筋電位センサを装着する煩わしさがなく、実用的である。   According to the invention, the first angle detection unit detects a rotation angle around the left and right axis of the wearer's upper body. The second angle detection unit is provided in each of the two rotation driving units, and detects the rotation angle of the rotation shaft of each rotation driving unit. The floor reaction force detection unit is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion. To do. Therefore, the power assist robot apparatus is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

また本発明によれば、駆動制御部は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出する。さらに、駆動制御部は、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる。したがって、パワーアシストロボット装置は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   Further, according to the present invention, the drive control unit includes the rotation angle of the body detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the floor. Based on the detection result detected by the reaction force detector, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotational direction and the rotational torque required for the rotation are calculated. Further, the drive control unit calculates the drive torque driven by the two rotation drive units based on the calculated static torque, rotation direction, and rotation torque, and generates the calculated drive torques. The rotation drive unit is driven. Therefore, the power assist robot apparatus does not need to store a large number of operation patterns in a database, and does not become discontinuous when the operation is switched.

また本発明によれば、角度検出部は、前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する。そして、床反力検出部は、装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する。したがって、パワーアシストロボット装置は、表面筋電位センサを装着する煩わしさがなく、実用的である。   According to the invention, the angle detection unit is provided in each of the two rotation drive units, and detects the rotation angle of the rotation shaft of each rotation drive unit. The floor reaction force detection unit is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion. To do. Therefore, the power assist robot apparatus is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

また本発明によれば、駆動制御部は、角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出する。さらに、駆動制御部は、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる。したがって、パワーアシストロボット装置は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   Further, according to the present invention, the drive control unit is configured to detect the upper body and the large size based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit. The static torque acting on the thigh, the rotational direction, and the rotational torque required for the rotation are calculated. Further, the drive control unit calculates the drive torque driven by the two rotation drive units based on the calculated static torque, rotation direction, and rotation torque, and generates the calculated drive torques. The rotation drive unit is driven. Therefore, the power assist robot apparatus does not need to store a large number of operation patterns in a database, and does not become discontinuous when the operation is switched.

本発明によれば、前記駆動制御部は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つの回転駆動部を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つの回転駆動部に発生させる。したがって、パワーアシストロボット装置は、装着者の安全を確保することができる。   According to the present invention, the drive control unit reduces the calculated drive torque to a speed reduction ratio that is equal to or less than a speed reduction ratio at which a wearer can drive the two rotation drive parts in the opposite directions. It is generated in one rotational drive unit. Therefore, the power assist robot apparatus can ensure the safety of the wearer.

本発明によれば、パラメータ入力部は、装着者の個体差を表すパラメータを入力する。そして、前記駆動制御部は、パラメータ入力部によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出する。したがって、パワーアシストロボット装置は、装着者の個人差に対応した補助を行うことができる。   According to the present invention, the parameter input unit inputs parameters representing individual differences among wearers. The drive control unit calculates the drive torque based on the parameter input by the parameter input unit. Therefore, the power assist robot apparatus can perform assistance corresponding to individual differences among wearers.

また本発明によれば、前記駆動制御部は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、装着者の個体差を表すパラメータを生成する。したがって、パワーアシストロボット装置は、装着者にパワーアシストロボット装置を装着させて実際に動作させることによって、装着者の個人差に依存するパラメータを生成することができる。   Further, according to the present invention, the drive control unit includes a rotation angle of the upper body detected by the first angle detection unit, a rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and Based on the detection result detected by the floor reaction force detection unit, a parameter representing the individual difference of the wearer is generated. Therefore, the power assist robot apparatus can generate parameters depending on individual differences of the wearer by causing the wearer to wear the power assist robot apparatus and actually operating the apparatus.

また本発明によれば、前記パワーアシストロボット装置の制御方法を実行するにあたって、算出ステップでは、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する。そして、駆動ステップでは、算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる。したがって、本発明に係る制御方法は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つの回転駆動部で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the invention, when executing the control method of the power assist robot apparatus, in the calculation step, the rotation angle of the body detected by the first angle detection unit is detected by the second angle detection unit. Based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotation direction and the rotation torque required for rotation are calculated. calculate. In the driving step, based on the static torque, rotational direction and rotational torque calculated in the calculating step, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the calculated driving torque is generated. The two rotation driving units are driven. Therefore, the control method according to the present invention can assist the lifting operation and the walking operation of heavy objects with a small number of driving sources, that is, two rotational driving units provided on both sides of the waist.

また本発明によれば、前記パワーアシストロボット装置の制御方法を実行するにあたって、算出ステップでは、角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する。そして、駆動ステップでは、算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる。したがって、本発明に係る制御方法は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つの回転駆動部で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   According to the invention, when executing the control method of the power assist robot apparatus, the calculation step detects the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the floor reaction force detection unit. On the basis of the detection result, a static torque acting on the upper body and both thighs, a rotational direction and a rotational torque required for the rotation are calculated. In the driving step, based on the static torque, rotational direction and rotational torque calculated in the calculating step, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the calculated driving torque is generated. The two rotation driving units are driven. Therefore, the control method according to the present invention can assist the lifting operation and the walking operation of heavy objects with a small number of driving sources, that is, two rotational driving units provided on both sides of the waist.

本発明の第1の実施形態である重作業用アシストスーツ100の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the assist suit for heavy work 100 which is the 1st Embodiment of this invention. パワーアシスト用電動モータ1が取り付けられたメインフレームの断面図である。It is sectional drawing of the main frame to which the electric motor 1 for power assistance was attached. 重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus contained in the assist suit 100 for heavy work. ハンディ端末50の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the handy terminal. 回転トルクTの算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of the rotational torque T. FIG. 重作業用アシストスーツ100で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。5 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 100. パラメータ書換え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。It is a flowchart which shows the process sequence of a parameter rewriting sequence process. 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。It is a flowchart which shows the process sequence of an attitude | position information input sequence process. 股関節制御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。It is a flowchart which shows the process sequence of a hip joint control sequence process. 歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk judgment process. 歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk control process. 上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an upper body determination process. 第1の上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a 1st body control process. 第2の上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a 2nd body control process. 中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a middle waist determination process. 第1の中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a 1st middle waist control process. 第2の中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a 2nd middle waist control process. 本発明の第2の実施形態である重作業用アシストスーツ300の外観を示す図である。It is a figure which shows the external appearance of the assist suit 300 for heavy work which is the 2nd Embodiment of this invention. パワーアシスト用電動モータ201が取り付けられたメインフレームの断面図である。It is sectional drawing of the main frame to which the electric motor 201 for power assistance was attached. 重作業用アシストスーツ300に含まれる制御機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus contained in the assist suit 300 for heavy work. 回転トルクTの算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of the rotational torque T. FIG. 重作業用アシストスーツ300で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。5 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 300; パラメータ書換え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。It is a flowchart which shows the process sequence of a parameter rewriting sequence process. 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。It is a flowchart which shows the process sequence of an attitude | position information input sequence process. 股関節制御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。It is a flowchart which shows the process sequence of a hip joint control sequence process. 歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk judgment process. 歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk control process. 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。It is a flowchart which shows the process sequence of the calculation process of the assist torque by the free leg side. 保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。It is a flowchart which shows the process sequence of a calculation process of the assist torque by the side of a holding leg. 上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an upper body determination process. 上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an upper body control process. 中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a middle waist determination process. 中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a middle waist control process.

図1は、本発明の第1の実施形態である重作業用アシストスーツ100の外観を示す図である。図1(a)は、装着者によって装着された状態の重作業用アシストスーツ100の外観を示す正面図である。図1(b)は、装着者によって装着された状態の重作業用アシストスーツ100の外観を示す側面図である。本発明の第1の実施形態に係る制御方法は、重作業用アシストスーツ100で実行される。   FIG. 1 is a view showing an appearance of an assist suit for heavy work 100 according to the first embodiment of the present invention. FIG. 1A is a front view showing an appearance of the heavy work assist suit 100 in a state worn by the wearer. FIG. 1B is a side view showing the appearance of the heavy-duty assist suit 100 worn by the wearer. The control method according to the first embodiment of the present invention is executed by the heavy work assist suit 100.

パワーアシストロボット装置である重作業用アシストスーツ100は、重作業用のアシストスーツである。重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1、フレーム2〜6,14〜18,23,24、受動回転軸7,10,12,13,19、スライド穴8、受け部9、ベルト11,21,25、ベアリング22、胸部クッション20、クッション26、角度調整機構27、およびコントロールボックス28を含んで構成される。   An assist suit for heavy work 100, which is a power assist robot device, is an assist suit for heavy work. The heavy duty assist suit 100 includes a power assist electric motor 1, frames 2-6, 14-18, 23, 24, passive rotating shafts 7, 10, 12, 13, 19, slide holes 8, receiving portions 9, and belts. 11, 21, 25, bearing 22, chest cushion 20, cushion 26, angle adjustment mechanism 27, and control box 28.

回転駆動部であるパワーアシスト用電動モータ1は、たとえば電動サーボモータによって構成される。パワーアシスト用電動モータ1は、上体および大腿部のパワーアシスト用、つまり上体および大腿部の動きを補助するための動力源として用いられる電動モータである。換言すると、パワーアシスト用電動モータ1は、腰椎における第3〜第5腰椎付近を支点とする上体および大腿部の回転をアシストするための動力を発生する。   The electric motor 1 for power assist which is a rotational drive part is comprised by the electric servomotor, for example. The electric motor 1 for power assist is an electric motor used as a power source for power assist of the upper body and the thigh, that is, for assisting the movement of the upper body and the thigh. In other words, the power assist electric motor 1 generates power for assisting the rotation of the upper body and the thigh with the vicinity of the third to fifth lumbar vertebrae in the lumbar spine as fulcrums.

パワーアシスト用電動モータ1は、腰椎における第3〜第5腰椎付近の左右両サイドに、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸が左右軸線まわりに回転するように、次のようにして取り付けられている。重作業用アシストスーツ100の各部位と装着者との位置関係は、装着者が重作業用アシストスーツ100を装着したときの装着者に対する位置である。   The power assist electric motor 1 is attached to the left and right sides of the lumbar spine in the vicinity of the third to fifth lumbar spines as follows so that the rotation shaft of the power assist electric motor 1 rotates around the left and right axis. Yes. The positional relationship between each part of the heavy work assist suit 100 and the wearer is a position with respect to the wearer when the wearer wears the heavy work assist suit 100.

パワーアシスト用電動モータ1の固定端側は、メインフレームに取り付けられている。腰部フレームであるメインフレームは、フレーム2およびフレーム3を含んで構成されている。メインフレームは、フレーム2およびフレーム3に設けられた調整穴によってメインフレームの左右方向の幅が調整できるようになっている。メインフレームは、フレーム2およびフレーム3に設けられた調整穴による調整機構によって、メインフレームの左右方向の幅を装着者の体型に合わせることができる。フレーム2およびフレーム3に設けられた調整穴による調整機構は、腰部調整機構である。   The fixed end side of the electric motor 1 for power assist is attached to the main frame. The main frame, which is a waist frame, includes a frame 2 and a frame 3. The width of the main frame in the left and right direction can be adjusted by adjusting holes provided in the frame 2 and the frame 3. The width of the main frame in the left-right direction can be adjusted to the body shape of the wearer by an adjustment mechanism using adjustment holes provided in the frames 2 and 3. The adjustment mechanism using the adjustment holes provided in the frame 2 and the frame 3 is a waist adjustment mechanism.

パワーアシスト用電動モータ1の回転端側には、下肢アシストアームが取り付けられている。大腿部フレームである下肢アシストアームは、フレーム4〜6を含んで構成される。フレーム4とフレーム5とは、股関節の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸7を介して取り付けられている。フレーム6は、フレーム5側に設けられたスライド穴8内を上下方向にスライドするようになっている。下肢アシストアームは、フレーム6がスライド穴8内をスライドする調整機構によって、装着者の体型に合ったアーム長の調整を行うことができる。メインフレームおよび上体アシストアームは、上体フレームを構成する。フレーム6がスライド穴8内をスライドする調整機構は、大腿部調整機構である。   A lower limb assist arm is attached to the rotating end side of the electric motor 1 for power assist. A lower limb assist arm that is a thigh frame includes frames 4 to 6. The frame 4 and the frame 5 are attached via a passive rotating shaft 7 for corresponding to the degree of freedom of rotation around the front-rear axis of the hip joint. The frame 6 slides up and down in a slide hole 8 provided on the frame 5 side. The lower limb assist arm can adjust the arm length according to the wearer's body shape by an adjustment mechanism in which the frame 6 slides in the slide hole 8. The main frame and the upper body assist arm constitute an upper body frame. An adjustment mechanism in which the frame 6 slides in the slide hole 8 is a thigh adjustment mechanism.

フレーム6の先端には、半円筒状の受け面を有する受け部9が、左右軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸10を介して取り付けられている。大腿部連結部である受動回転軸10は、受け部9に左右軸線まわりの回転動作をさせることによって、装着者の大腿部の動作に対応して、受け部9の受け面に適切な角度を与えることができる。受け部9には、ベルト11が取り付けられている。ベルト11は、装着者の大腿部を受け部9に固定するようになっている。   A receiving portion 9 having a semi-cylindrical receiving surface is attached to the front end of the frame 6 via a passive rotating shaft 10 corresponding to the degree of freedom of rotation around the left and right axis. The passive rotary shaft 10 which is the thigh connecting portion is suitable for the receiving surface of the receiving portion 9 corresponding to the movement of the wearer's thigh by causing the receiving portion 9 to rotate around the left and right axis. An angle can be given. A belt 11 is attached to the receiving portion 9. The belt 11 is configured to fix the thigh of the wearer to the receiving portion 9.

フレーム3は、上下軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸12および前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸13を介して、上体アシストアームが取り付けられている。胸部フレームである上体アシストアームは、フレーム14〜18を含んで構成される。   The upper body assist arm is attached to the frame 3 via a passive rotating shaft 12 for corresponding to the degree of freedom of rotation about the vertical axis and a passive rotating shaft 13 for corresponding to the degree of freedom of rotation about the longitudinal axis. ing. The upper body assist arm that is a chest frame includes frames 14 to 18.

上体アシストアームは、装着者の腰部の背面から脇を通して胸部の前面に至るように配置され、装着者の上体を支えるようになっている。上体アシストアームは、フレーム15およびフレーム16に設けられた角度調整機構27によって、装着者の体型に合った上体アシストアームの角度に調整をすることができる。また、フレーム14およびフレーム15に設けられた調整穴によって上体アシストフレームの横幅が調整できるようになっている。上体アシストフレームは、この調整穴による調整機構によって、装着者の体型に合わせることができる。受動回転軸12および受動回転軸13は、上体連結部である。フレーム14およびフレーム15は、胸部後フレームである。   The upper body assist arm is disposed so as to extend from the back of the waist of the wearer to the front of the chest through the side, and supports the upper body of the wearer. The upper body assist arm can be adjusted to an angle of the upper body assist arm suitable for the wearer's body shape by an angle adjustment mechanism 27 provided on the frame 15 and the frame 16. Further, the lateral width of the upper body assist frame can be adjusted by adjusting holes provided in the frame 14 and the frame 15. The upper body assist frame can be adjusted to the body shape of the wearer by the adjustment mechanism using the adjustment holes. The passive rotary shaft 12 and the passive rotary shaft 13 are upper body connecting portions. Frame 14 and frame 15 are chest rear frames.

上体アシストアームは、フレーム16内部に設けられた図示しないコイルばねによるスライド機構によって、フレーム16の全長が伸縮できるようになっている。上体アシストアームは、このスライド機構によって、装着者が上体を前傾や後傾した場合に、上体アシストアームが装着者の前傾や後傾の動作を妨げない構造になっている。フレーム16は、フレーム17を介してフレーム18に連結される。メインフレームおよび上体アシストアームは、上体フレームである。装着者の右側に配置されるフレーム16およびフレーム17は、胸部右フレームであり、装着者の左側に配置されるフレーム16およびフレーム17は、胸部左フレームである。   The upper body assist arm is configured such that the entire length of the frame 16 can be expanded and contracted by a slide mechanism using a coil spring (not shown) provided inside the frame 16. The upper body assist arm has a structure in which the upper body assist arm does not prevent the wearer from tilting forward or backward when the wearer tilts the upper body forward or backward by the slide mechanism. The frame 16 is connected to the frame 18 via the frame 17. The main frame and the upper body assist arm are upper body frames. The frame 16 and the frame 17 arranged on the right side of the wearer are chest right frames, and the frame 16 and the frame 17 arranged on the left side of the wearer are chest left frames.

胸部前フレームであるフレーム18には、左右軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸19を介して、胸部クッション20が取り付けられている。2本のベルト21は、フレーム18から装着者の両肩部上方をそれぞれ通り、フレーム14に至るように取り付けられている。胸部クッション20およびベルト21によって、上体アシストアームが装着者に密着するようになっている。受動回転軸19は、胸連結部である。胸部クッション20は、クッション部である。   A chest cushion 20 is attached to a frame 18 which is a chest front frame via a passive rotation shaft 19 for corresponding to the degree of freedom of rotation around the left and right axis. The two belts 21 are attached so as to pass from the frame 18 over both shoulders of the wearer to reach the frame 14. The upper body assist arm is in close contact with the wearer by the chest cushion 20 and the belt 21. The passive rotation shaft 19 is a chest connection part. The chest cushion 20 is a cushion part.

図2は、パワーアシスト用電動モータ1が取り付けられたメインフレームの断面図である。図2は、図1(b)に示した切断面線A−Aでの断面図である。左右の各フレーム2には、図2に示すように、背面側に突出するようにコントロールボックス28がそれぞれ取付けられている。パワーアシスト用電動モータ1の回転端側には、さらに、ベアリング22を介してサブフレームが取り付けられている。サブフレームは、フレーム23およびフレーム24を含んで構成される。   FIG. 2 is a cross-sectional view of the main frame to which the power assist electric motor 1 is attached. FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA shown in FIG. As shown in FIG. 2, a control box 28 is attached to each of the left and right frames 2 so as to protrude rearward. A subframe is further attached to the rotating end side of the electric motor 1 for power assist via a bearing 22. The subframe includes a frame 23 and a frame 24.

軸受部であるベアリング22は、内輪部と外輪部とを含んで構成されている。パワーアシスト用電動モータ1の回転端側は、ベアリング22の内輪部に取り付けられている。具体的には、内輪部は、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸に取り付けられている。そして、内輪部には、下肢アシストアームの上端部、つまりフレーム4の上端部が取り付けられている。外輪部は、内輪部に対して、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の軸線周りに回転自在に設けられる。サブフレームのフレーム23は、ベアリング22の外輪部に取り付けられている。   The bearing 22, which is a bearing portion, includes an inner ring portion and an outer ring portion. The rotating end side of the electric motor 1 for power assist is attached to the inner ring portion of the bearing 22. Specifically, the inner ring portion is attached to the rotating shaft of the power assist electric motor 1. The upper end portion of the lower limb assist arm, that is, the upper end portion of the frame 4 is attached to the inner ring portion. The outer ring portion is provided so as to be rotatable around the axis of the rotation axis of the power assist electric motor 1 with respect to the inner ring portion. The frame 23 of the subframe is attached to the outer ring portion of the bearing 22.

このように、サブフレームが外輪部に取り付けられ、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸が内輪部に取り付けられることによって、パワーアシスト用電動モータ1が回転軸を回転させても、サブフレームが回転動作を行わない構成となっている。   In this way, the sub-frame is attached to the outer ring portion, and the rotation shaft of the power assist electric motor 1 is attached to the inner ring portion, so that even if the power assist electric motor 1 rotates the rotation shaft, the sub frame rotates. The configuration is such that no operation is performed.

サブフレームには、ベルト25とクッション26とが取り付けられている。ベルト25とクッション26とによって、重作業用アシストスーツ100のサブフレームを装着者の腰部に密着させることができる。   A belt 25 and a cushion 26 are attached to the subframe. By the belt 25 and the cushion 26, the sub-frame of the heavy-duty assist suit 100 can be brought into close contact with the waist of the wearer.

図3は、重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器の構成を示す図である。重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器は、ハンディ端末装置(以下「ハンディ端末」という)50、通信ユニット130、制御ユニット140、右足底ユニット150、左足底ユニット160および電池ユニット170を含んで構成される。   FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration of a control device included in the heavy work assist suit 100. The control devices included in the heavy work assist suit 100 include a handy terminal device (hereinafter referred to as “handy terminal”) 50, a communication unit 130, a control unit 140, a right foot unit 150, a left foot unit 160, and a battery unit 170. Composed.

通信ユニット130、制御ユニット140および電池ユニット170は、フレーム2に装着される。通信ユニット130および電池ユニット170は、装着者の右後ろ付近の位置に設けられたコントロールボックス28に収納され、制御ユニット140は、装着者の左後ろ付近の位置に設けられたコントロールボックス28に収納される。右足底ユニット150は、装着者の右側の靴底に装着され、左足底ユニット160は、装着者の左側の靴底に装着される。パラメータ入力部であるハンディ端末50は、携帯型の端末装置であり、装着者の右手あるいは左手によって保持されて操作される。   The communication unit 130, the control unit 140, and the battery unit 170 are attached to the frame 2. The communication unit 130 and the battery unit 170 are stored in the control box 28 provided near the right rear of the wearer, and the control unit 140 is stored in the control box 28 provided near the left rear of the wearer. Is done. The right sole unit 150 is attached to the shoe sole on the right side of the wearer, and the left sole unit 160 is attached to the shoe sole on the left side of the wearer. The handy terminal 50 that is a parameter input unit is a portable terminal device that is held and operated by the right or left hand of the wearer.

通信ユニット130は、無線通信部131、電源制御部132、およびモータドライバ133を含んで構成される。無線通信部131は、無線による通信によって、右足底ユニット150、左足底ユニット160、およびハンディ端末50と通信し、有線による通信によって、制御ユニット140と通信する。   The communication unit 130 includes a wireless communication unit 131, a power control unit 132, and a motor driver 133. The wireless communication unit 131 communicates with the right sole unit 150, the left sole unit 160, and the handy terminal 50 by wireless communication, and communicates with the control unit 140 by wired communication.

電源制御部132は、電池ユニット170を制御する。モータドライバ133は、装着者の腰部の右側に装着されるパワーアシスト用電動モータ1を制御するドライバである。モータドライバ133は、有線による通信によって、モータ制御部141と通信し、モータ制御部141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、モータの位置情報などの情報をモータ制御部141へ送っている。モータの位置情報は、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度を表す情報である。なお、電源制御部132およびモータ制御部141はそれぞれ、CPUを含むコンピュータによって実現される。   The power control unit 132 controls the battery unit 170. The motor driver 133 is a driver that controls the electric motor 1 for power assist mounted on the right side of the waist of the wearer. The motor driver 133 communicates with the motor control unit 141 by wired communication, receives a command such as an output torque command necessary for assist from the motor control unit 141, and sends information such as motor position information to the motor control unit 141. to be sending. The motor position information is information representing the rotation angle of the rotation shaft of the electric motor 1 for power assist. The power supply control unit 132 and the motor control unit 141 are each realized by a computer including a CPU.

制御ユニット140は、モータ制御部141およびモータドライバ142を含んで構成される。駆動制御部であるモータ制御部141は、2軸傾斜センサを含んで構成される。第1の角度検出部である2軸傾斜センサは、たとえば直交する2軸の加速度を検出する加速度センサであり、装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度および装着者の上体の前後軸線まわりの回転角度を検出するように配置される。本実施形態では、上体の左右軸線まわりの回転角度を検出するために、2軸傾斜センサを用いているが、2軸傾斜センサに限定されるものではなく、たとえば3軸加速度センサと3軸ジャイロセンサとを用いてもよい。   The control unit 140 includes a motor control unit 141 and a motor driver 142. The motor control unit 141 that is a drive control unit includes a biaxial tilt sensor. The biaxial tilt sensor that is the first angle detection unit is, for example, an acceleration sensor that detects biaxial accelerations orthogonal to each other, and includes a rotation angle around the left and right axis of the wearer's upper body and a longitudinal axis of the wearer's upper body. It arrange | positions so that the surrounding rotation angle may be detected. In this embodiment, a biaxial tilt sensor is used to detect the rotation angle of the upper body around the left and right axis. However, the present invention is not limited to the biaxial tilt sensor. A gyro sensor may be used.

モータ制御部141は、無線通信部131からの情報と、モータドライバ133,142からのモータの位置情報とからアシストに必要な駆動トルクを計算し、モータドライバ133,142へ出力トルク指令を送る。モータドライバ142は、装着者の腰部の左側に装着されるパワーアシスト用電動モータ1を制御するドライバである。モータドライバ142は、モータ制御部141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、モータの位置情報などの情報をモータ制御部141へ送っている。   The motor control unit 141 calculates a driving torque necessary for assist from the information from the wireless communication unit 131 and the position information of the motor from the motor drivers 133 and 142, and sends an output torque command to the motor drivers 133 and 142. The motor driver 142 is a driver that controls the power assisting electric motor 1 mounted on the left side of the waist of the wearer. The motor driver 142 receives a command such as an output torque command necessary for assist from the motor control unit 141 and sends information such as motor position information to the motor control unit 141.

右足底ユニット150は、無線通信部151、電池152、爪先スイッチ(以下「SW」ともいう)153および踵SW154を含んで構成される。電池152は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部151、爪先SW153および踵SW154に電力を供給する。無線通信部151は、爪先SW153および踵SW154の状態、すなわち、爪先SW153および踵SW154によって検出された検出結果を、通信ユニット130の無線通信部131を経由して、制御ユニット140のモータ制御部141に送っている。   The right sole unit 150 includes a wireless communication unit 151, a battery 152, a toe switch (hereinafter also referred to as “SW”) 153, and a heel SW 154. The battery 152 is a rechargeable storage battery, and supplies power to the wireless communication unit 151, the toe SW153, and the heel SW154. The wireless communication unit 151 detects the state of the toe SW153 and the heel SW154, that is, the detection result detected by the toe SW153 and the heel SW154 via the wireless communication unit 131 of the communication unit 130, and the motor control unit 141 of the control unit 140. It is sent to.

爪先SW153は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における爪先部分に配置され、予め定める値以上の荷重が爪先部に作用しているか否かを検出する。踵SW154は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における踵部分に配置され、予め定める値以上の荷重が踵部に作用しているか否かを検出する。   The toe SW153 is arranged at the toe part of the shoe sole part of the right shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the toe part. The heel SW 154 is disposed on the heel portion of the shoe sole of the right shoe worn by the wearer, and detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the heel.

左足底ユニット160は、無線通信部161、電池162、爪先SW163および踵SW164を含んで構成される。無線通信部161、電池162、爪先SW163および踵SW164は、それぞれ無線通信部151、電池152、爪先SW153および踵SW154と同じ構成であり、重複を避けるために説明は省略する。爪先SW153、踵SW154、爪先SW163および踵SW164は、床反力検出部である。   The left sole unit 160 includes a wireless communication unit 161, a battery 162, a toe SW163, and a heel SW164. The wireless communication unit 161, the battery 162, the toe SW163, and the heel SW164 have the same configurations as the wireless communication unit 151, the battery 152, the toe SW153, and the heel SW154, respectively, and description thereof is omitted to avoid duplication. The toe SW153, the heel SW154, the toe SW163, and the heel SW164 are floor reaction force detection units.

ハンディ端末50は、重作業用アシストスーツ100の動作に必要な後述するパラメータを設定するために使用される。電池ユニット170は、電池171を含んで構成される。電池171は、充電可能な蓄電池である。電池ユニット170は、電池171からの電力を通信ユニット130および制御ユニット140に供給している。   The handy terminal 50 is used to set parameters, which will be described later, necessary for the operation of the heavy work assist suit 100. The battery unit 170 includes a battery 171. The battery 171 is a rechargeable storage battery. The battery unit 170 supplies power from the battery 171 to the communication unit 130 and the control unit 140.

図4は、ハンディ端末50の外観を示す図である。ハンディ端末50は、重作業用アシストスーツ100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端末装置である。ハンディ端末50は、パラメータ番号選択スイッチ51、上昇スイッチ52、下降スイッチ53、エントリスイッチ54、パラメータ表示部55、発光ダイオード(Light Emitting Diode:以下「LED」という)56、歩行スイッチ57、上体スイッチ58および中腰スイッチ59を含んで構成される。   FIG. 4 is a diagram illustrating an appearance of the handy terminal 50. The handy terminal 50 is a terminal device used to set parameters necessary for the operation of the heavy work assist suit 100. The handy terminal 50 includes a parameter number selection switch 51, an ascending switch 52, a descending switch 53, an entry switch 54, a parameter display unit 55, a light emitting diode (hereinafter referred to as “LED”) 56, a walking switch 57, and an upper body switch. 58 and a middle waist switch 59.

パラメータ番号選択スイッチ51は、パラメータ番号(以下「パラメータNo」または「P_No」ともいう)を入力するためのスイッチであり、スイッチを押下するたびに、パラメータNoが「0」から「1」ずつカウントアップされる。上昇スイッチ52は、設定するためのパラメータ値をカウントアップするためのスイッチであり、押下するたびにパラメータ値が「1」ずつカウントアップされる。下降スイッチ53は、設定するためのパラメータ値をカウントダウンするためのスイッチであり、押下するたびにパラメータ値が「1」ずつカウントダウンされる。   The parameter number selection switch 51 is a switch for inputting a parameter number (hereinafter also referred to as “parameter No” or “P_No”). Each time the switch is pressed, the parameter number is counted from “0” to “1”. Is up. The ascending switch 52 is a switch for counting up the parameter value for setting, and the parameter value is incremented by “1” each time the switch is pressed. The descending switch 53 is a switch for counting down a parameter value to be set, and the parameter value is counted down by “1” each time it is pressed.

エントリスイッチ54は、選択されたパラメータNoおよび更新されたパラメータ値を、図示しない記憶部に記憶して設定するためのスイッチである。パラメータ表示部55は、たとえば数字、記号および文字を表示する表示装置によって構成される。図4に示したパラメータ表示部55は、7桁の数字、記号および文字を表示することができる。上位3桁がパラメータNoを表示し、第4桁目が記号「−」を表示し、第5桁目〜第7桁目の3桁がパラメータ値を表示する。LED56は、選択されたパラメータNoおよび更新されたパラメータ値が、図示しない記憶部に記憶されて設定されたことを示すランプである。LED56は、パラメータが正常に更新されると、所定時間、たとえば3秒間点滅する。   The entry switch 54 is a switch for storing and setting the selected parameter No and the updated parameter value in a storage unit (not shown). The parameter display part 55 is comprised by the display apparatus which displays a number, a symbol, and a character, for example. The parameter display section 55 shown in FIG. 4 can display 7-digit numbers, symbols, and characters. The upper three digits display the parameter No., the fourth digit displays the symbol “-”, and the fifth to seventh digits display the parameter value. The LED 56 is a lamp indicating that the selected parameter No and the updated parameter value are stored and set in a storage unit (not shown). The LED 56 blinks for a predetermined time, for example, 3 seconds when the parameter is updated normally.

歩行スイッチ57、上体スイッチ58および中腰スイッチ59は、ティーチング用のスイッチである。歩行スイッチ57は、「歩行パラメータ」を図示しない記憶部に記憶して設定するためのスイッチである。上体スイッチ58は、「上体パラメータ」を図示しない記憶部に記憶して設定するためのスイッチである。中腰スイッチ59は、「中腰パラメータ」を図示しない記憶部に記憶して設定するためのスイッチである。   The walking switch 57, the upper body switch 58, and the middle waist switch 59 are teaching switches. The walking switch 57 is a switch for storing and setting “walking parameters” in a storage unit (not shown). The body switch 58 is a switch for storing and setting “body parameter” in a storage unit (not shown). The middle waist switch 59 is a switch for storing and setting “middle waist parameters” in a storage unit (not shown).

装着者は、歩行スイッチ57、上体スイッチ58および中腰スイッチ59のうち、ティーチングする動作に対応するスイッチを押下した後、ティーチングする一連の動作を実際に行う。LED56は、実際に行われた一連の動作からその動作をアシストするためのパラメータが生成され、生成されたパラメータがハンディ端末50に送信されると、所定時間点滅する。モータ制御部141は、歩行スイッチ57、上体スイッチ58および中腰スイッチ59のうちのいずれかが押下されてから、生成したパラメータをハンディ端末50に送信し終わるまで、ティーチングモードとする。   The wearer actually performs a series of teaching operations after pressing a switch corresponding to the teaching operation among the walking switch 57, the upper body switch 58, and the middle waist switch 59. The LED 56 blinks for a predetermined time when a parameter for assisting the operation is generated from a series of actually performed operations and the generated parameter is transmitted to the handy terminal 50. The motor control unit 141 switches to the teaching mode from when any of the walking switch 57, the upper body switch 58, and the middle waist switch 59 is pressed until transmission of the generated parameters to the handy terminal 50 is completed.

ハンディ端末50に設定可能なパラメータを表1〜表4に示す。表1は、共通パラメータおよび歩行パラメータの一覧表である。パラメータNo「0」は、装着者ごとのパラメータの記憶領域を指定するための共通パラメータである。パラメータNo「1」〜「15」は、歩行パラメータである。ハンディ端末50は、10人分のパラメータを記憶することができる。装着者ごとのパラメータの記憶領域は、装着者ごとに、パラメータNo「1」〜「40」のパラメータを記憶することができる。   Tables 1 to 4 show parameters that can be set in the handy terminal 50. Table 1 is a list of common parameters and walking parameters. Parameter No. “0” is a common parameter for designating a parameter storage area for each wearer. Parameter Nos. “1” to “15” are walking parameters. The handy terminal 50 can store parameters for 10 people. The parameter storage area for each wearer can store parameters No. “1” to “40” for each wearer.

パラメータNo「1」〜「7」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータNo「8」〜「10」は、保持側の歩行制御パラメータであり、パラメータNo「11」〜「15」は、歩行判断パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、保持脚は、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り、歩行判断パラメータは、装着者が行っている動作が歩行動作であるか否かを判断するためのパラメータである。   Parameter Nos. “1” to “7” are walking control parameters on the free leg side, parameter Nos. “8” to “10” are walking control parameters on the holding side, and parameter Nos. “11” to “15”. Is a walking determination parameter. The free leg is the leg that is not on the ground, and the holding leg is the leg that is on the ground. The walking control parameter is a parameter for assisting the walking motion, and the walking determination parameter is a parameter for determining whether or not the motion performed by the wearer is the walking motion.

Figure 2013138848
Figure 2013138848

表2は、上体パラメータの一覧表である。パラメータNo「20」〜「22」,「24」,「25」は、上体制御パラメータであり、パラメータNo「26」〜「28」は、上体判断パラメータである。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り、上体判断パラメータは、装着者が行っている動作が上体の動作であるか否かを判断するためのパラメータである。   Table 2 is a list of body parameters. Parameter numbers “20” to “22”, “24”, and “25” are body control parameters, and parameter numbers “26” to “28” are body determination parameters. The body control parameter is a parameter for assisting the motion of the body, and the body determination parameter is a parameter for determining whether the motion performed by the wearer is the motion of the body. .

Figure 2013138848
Figure 2013138848

表3は、中腰パラメータの一覧表である。パラメータNo「30」〜「32」,「34」,「35」は、中腰制御パラメータであり、パラメータNo「36」〜「38」は、中腰判断パラメータである。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り、中腰判断パラメータは、装着者が行っている動作が中腰の動作であるか否かを判断するためのパラメータである。   Table 3 is a list of middle waist parameters. Parameter numbers “30” to “32”, “34”, and “35” are middle waist control parameters, and parameter numbers “36” to “38” are middle waist determination parameters. The middle waist control parameter is a parameter for assisting the operation of the middle waist, and the middle waist determination parameter is a parameter for determining whether or not the motion performed by the wearer is the motion of the middle waist.

Figure 2013138848
Figure 2013138848

表4は、床反力検出のための足底パラメータの一覧表である。   Table 4 is a list of sole parameters for detecting the floor reaction force.

Figure 2013138848
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図5は、回転トルクTの算出を説明するための図である。モータ制御部141は、装着者の様々な作業姿勢にて体を動かすのに必要な回転トルクTを、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度および上体の回転角度を用いて力学的に算出することによって、アシストトルクを算出する。アシストトルクは、パワーアシスト用電動モータ1によって生成される駆動トルクである。   FIG. 5 is a diagram for explaining the calculation of the rotational torque T. The motor control unit 141 uses the rotational angle of the rotating shaft of the electric motor 1 for power assist and the rotational angle of the upper body to dynamically calculate the rotational torque T necessary to move the body in various working postures of the wearer. To calculate the assist torque. The assist torque is a drive torque generated by the power assist electric motor 1.

モータ制御部141は、まず腰角度θおよび上体前傾角度αを取得する。上体前傾角度αは、上体の回転角度、すなわち、鉛直線を基準とする角度である。腰角度θは、上体に対する各大腿部の角度、すなわち、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度である。モータ制御部141は、モータドライバ133,142から、左右の腰角度θを取得し、モータ制御部141に含まれる2軸傾斜センサから上体前傾角度αを取得する。   The motor control unit 141 first acquires the waist angle θ and the front body tilt angle α. The body forward tilt angle α is a rotation angle of the body, that is, an angle with respect to the vertical line. The waist angle θ is the angle of each thigh with respect to the upper body, that is, the rotation angle of the rotation shaft of the power assist electric motor 1. The motor control unit 141 acquires the left and right hip angles θ from the motor drivers 133 and 142, and acquires the front body tilt angle α from the biaxial tilt sensor included in the motor control unit 141.

脚部の質量をm[kg]、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸から受動回転軸10までの距離をL[m]とすると、質量mの脚部を動作させるのに必要な回転トルクT[N・m]は、計算式「T=Lgsin(π−θ−α)」によって計算することができる。 If the mass of the leg is m F [kg] and the distance from the rotating shaft of the power assist electric motor 1 to the passive rotating shaft 10 is L F [m], it is necessary to operate the leg of mass m F. The rotational torque T F [N · m] can be calculated by a calculation formula “T F = L F m F gsin (π−θ−α)”.

同様に、上体の質量をm[kg]、腰からフレーム18までの距離をL[m]とすると、質量mの上体を動作させるのに必要な回転トルクTは、計算式「T=Lgsin(α)」によって計算することができる。 Likewise, the mass of the body m U [kg], and the distance from the waist to the frame 18 and L U [m], rotational torque T U needed to operate the upper body of mass m U is calculated It can be calculated by the equation “T U = L U m U gsin (α)”.

gは、重力加速度である。L、m、Lおよびmは、比例定数であり、装着者によって決まる固定値である。モータ制御部141は、これらの値をパラメータとして設定しておくことによって、アシストトルクを算出している。パラメータは、装着者が図4に示したハンディ端末50を使用して設定する。 g is a gravitational acceleration. L F , m F , L U and m U are proportionality constants and are fixed values determined by the wearer. The motor control unit 141 calculates assist torque by setting these values as parameters. The parameter is set by the wearer using the handy terminal 50 shown in FIG.

重作業用アシストスーツ100は、筋肉を動かそうとした時に筋肉に流れる微弱な表面筋電位信号を用いずに、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを力学的に算出することによってアシストトルクを算出するので、表面筋電位センサを装備する必要がない。   The heavy duty assist suit 100 does not use the weak surface myoelectric potential signal flowing through the muscle when trying to move the muscle, and mechanically applies the rotational torque T necessary to move the body in various working postures of the wearer. Therefore, it is not necessary to equip the surface myoelectric potential sensor.

また、重作業用アシストスーツ100は、動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを力学的に算出し、アシストする比率を乗じてアシストトルクを算出するので、動作の切り替わり時に不連続になることがない。   The heavy duty assist suit 100 is not a motion pattern reproduction method, but dynamically calculates a rotational torque T required to move the body in various work postures of the wearer and multiplies the assist ratio by the assist ratio. Since the torque is calculated, there is no discontinuity when the operation is switched.

図6は、重作業用アシストスーツ100で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。モータ制御部141は、重作業用アシストスーツ100の電源が投入されてパワーアシスト用電動モータ1を除く部位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A1に移る。   FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 100. The assist suit control process includes four processes including a power activation sequence process, a parameter rewrite sequence process, a posture information input sequence process, and a hip joint control sequence process. When the power of the heavy work assist suit 100 is turned on and the supply of power to the parts other than the power assist electric motor 1 is started and the motor control unit 141 becomes operable, the process proceeds to Step A1.

ステップA1では、モータ制御部141は、電源起動シーケンス処理を実行する。具体的には、モータ制御部141は、ハンディ端末50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。モータ制御部141は、アシストに必要なパラメータの受信完了後、装着者が直立している直立状態での各関節の回転角度、つまり上体の回転角度および上体に対する各大腿部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1用の電源をオンする。   In step A1, the motor control unit 141 executes a power supply startup sequence process. Specifically, the motor control unit 141 waits for reception of parameters necessary for assist transmitted from the handy terminal 50. After completing the reception of the parameters necessary for the assist, the motor control unit 141 rotates each joint in an upright state where the wearer stands upright, that is, the rotation angle of the upper body and the rotation angle of each thigh with respect to the upper body. The power for the power assist electric motor 1 is turned on.

ステップA2では、モータ制御部141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50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っている。メインループは、ステップA2〜A4によって形成される処理手順のループである。   In step A2, the motor control unit 141 executes a parameter rewriting sequence process. Parameters necessary for assist are appropriately sent from the handy terminal 50 held by the wearer. In the assist suit control process, the parameter rewriting sequence process is performed in the main loop so that the parameter update can be executed at any time. The main loop is a processing procedure loop formed by steps A2 to A4.

ステップA3では、モータ制御部141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、装着者の姿勢に関するデータを取得する処理である。   In step A3, the motor control unit 141 executes a posture information input sequence process. Posture information input sequence processing is processing for acquiring data relating to the posture of the wearer.

ステップA4では、モータ制御部141は、股関節制御シーケンス処理を実行して、ステップA2に戻る。股関節制御シーケンス処理は、ステップA3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1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。   In step A4, the motor control unit 141 executes a hip joint control sequence process and returns to step A2. The hip joint control sequence process calculates and outputs an assist torque required for driving by the power assist electric motor 1 for each of the walking motion, the upper body motion, and the middle waist motion based on the data acquired in step A3.

モータ制御部141は、メインループを10mS間隔で実行しており、重作業用アシストスーツ100は、装着者へのスムーズなアシストを実現している。モータ制御部141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。重作業用アシストスーツ100は、健常者のアシストを目的としており、動作の開始時に数秒間アシストがなくても、実用上支障はない。   The motor control unit 141 executes the main loop at intervals of 10 mS, and the heavy work assist suit 100 realizes smooth assistance to the wearer. The motor control unit 141 determines the operation of the wearer within a few seconds before starting the assist, and outputs the assist torque after the determination. The heavy duty assist suit 100 is intended to assist a healthy person, and there is no practical problem even if there is no assistance for several seconds at the start of the operation.

図7は、パラメータ書換え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。パラメータの更新には、手動での入力による更新と、ティーチングモードでの入力による更新がある。図7に示したパラメータ書換えシーケンス処理は、ティーチングモードでの入力による更新の処理である。モータ制御部141は、図6に示したステップA2が実行されると、ステップB1に移る。   FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of parameter rewriting sequence processing. There are two types of parameter update: manual update and update in teaching mode. The parameter rewriting sequence process shown in FIG. 7 is an update process by input in the teaching mode. When step A2 shown in FIG. 6 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step B1.

ステップB1では、モータ制御部141は、ティーチングモードであるか否かを判定している。モータ制御部141は、ティーチングモードであるとき、ステップB2に進み、ティーチングモードでないとき、ステップB5に進む。モータ制御部141は、歩行スイッチ57、上体スイッチ58および中腰スイッチ59のうちのいずれかが押下されると、ティーチングモードを開始し、ティーチングモードでのパラメータの生成およびハンディ端末50へのパラメータの転送が完了すると、ティーチングモードを終了する。   In step B1, the motor control unit 141 determines whether or not the teaching mode is set. The motor control unit 141 proceeds to step B2 when in the teaching mode, and proceeds to step B5 when not in the teaching mode. When any of the walking switch 57, the upper body switch 58, and the middle waist switch 59 is pressed, the motor control unit 141 starts the teaching mode, generates parameters in the teaching mode, and sets parameters for the handy terminal 50. When the transfer is completed, the teaching mode is terminated.

ステップB2では、モータ制御部141は、アシストをオフする。モータ制御部141は、アシストがオフの間、パワーアシスト用電動モータ1によるアシストを停止し、図6に示したステップA3の姿勢情報入力シーケンス処理およびステップA4の股関節制御シーケンス処理を実行することなく、ステップA2に戻る。   In step B2, the motor control unit 141 turns off the assist. The motor control unit 141 stops the assist by the power assist electric motor 1 while the assist is off, without executing the posture information input sequence process of step A3 and the hip joint control sequence process of step A4 shown in FIG. Return to step A2.

ステップB3では、モータ制御部141は、モータドライバ133,142から送られてくる左右の腰角度θ、モータ制御部141に含まれる2軸傾斜センサから送られてくる上体前傾角度α、右足底ユニット150から送られてくる爪先SW153および踵SW154による検出結果、および左足底ユニット160から送られてくる爪先SW163および踵SW164による検出結果に基づいて、装着者による歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作を解析することによって、装着者が意図する動作を判断するために必要なパラメータを生成する。生成されたパラメータのうち、歩行判断パラメータのパラメータNo「11」〜「15」、上体判断パラメータのパラメータNo「26」〜「28」、および中腰判断パラメータのパラメータNo「36」〜「38」は、この動作解析によって得られる。   In step B3, the motor control unit 141 sends the left and right hip angles θ sent from the motor drivers 133 and 142, the front body forward tilt angle α sent from the biaxial tilt sensor included in the motor control unit 141, and the right foot. Based on the detection results of the toe SW153 and the heel SW154 sent from the bottom unit 150 and the detection results of the toe SW163 and the heel SW164 sent from the left foot unit 160, the walking motion, the upper body motion and the middle waist by the wearer By analyzing each operation of the operation, parameters necessary for determining the operation intended by the wearer are generated. Among the generated parameters, parameter Nos. “11” to “15” for walking determination parameters, parameter Nos. “26” to “28” for upper body determination parameters, and parameter Nos “36” to “38” for middle waist determination parameters. Is obtained by this motion analysis.

ステップB4では、モータ制御部141は、生成したパラメータをハンディ端末50に送信して、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。ハンディ端末50に送信されたパラメータは、ハンディ端末50で装着者によって確認される。確認されたパラメータは、ハンディ端末50に再送信することによって有効になる。   In step B4, the motor control unit 141 transmits the generated parameter to the handy terminal 50, and ends the parameter rewriting sequence process. The parameter transmitted to the handy terminal 50 is confirmed by the wearer at the handy terminal 50. The confirmed parameter becomes effective by retransmitting it to the handy terminal 50.

ステップB5では、モータ制御部141は、ハンディ端末50からパラメータを受信し、受信したパラメータを設定する。ステップB6では、モータ制御部141は、アシストをオンして、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。パラメータを更新した後にアシストをオンしているのは、装着者の安全を確保するためである。   In step B5, the motor control unit 141 receives parameters from the handy terminal 50, and sets the received parameters. In step B6, the motor control unit 141 turns on the assist and ends the parameter rewriting sequence process. The reason for turning on the assist after updating the parameters is to ensure the safety of the wearer.

図8は、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。モータ制御部141は、図6に示したステップA3が実行されると、ステップC1に移る。   FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the posture information input sequence process. When step A3 shown in FIG. 6 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step C1.

ステップC1では、モータ制御部141は、床反力スイッチを読込み、床反力の有無を検出する。床反力スイッチは、右足底ユニット150の爪先SW153および踵SW154、ならびに、左足底ユニット160の爪先SW163および踵SW164である。具体的には、モータ制御部141は、爪先SW153および踵SW154の検出結果を右足底ユニット150から受信し、爪先SW163および踵SW164の検出結果を左足底ユニット160から受信する。   In step C1, the motor control unit 141 reads the floor reaction force switch and detects the presence or absence of the floor reaction force. The floor reaction force switches are the toe SW153 and the heel SW154 of the right sole unit 150, and the toe SW163 and the heel SW164 of the left sole unit 160. Specifically, the motor control unit 141 receives the detection results of the toe SW153 and the heel SW154 from the right foot sole unit 150, and receives the detection results of the toe SW163 and the heel SW164 from the left foot sole unit 160.

ステップC2では、モータ制御部141は、モータエンコーダの角度を読込む。具体的には、モータ制御部141は、モータエンコーダ、すなわちパワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダから、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度、つまり腰角度θを、モータドライバ133,142を介して読込む。ステップC3では、モータ制御部141は、腰角速度、つまりパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度の角速度を計算する。パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダは、第2の角度検出部である。   In step C2, the motor control unit 141 reads the angle of the motor encoder. Specifically, the motor control unit 141 obtains the rotation angle of the rotating shaft of the power assist electric motor 1, that is, the waist angle θ from the motor encoder, that is, the encoder included in the power assist electric motor 1. Read through 142. In step C <b> 3, the motor control unit 141 calculates the hip angular velocity, that is, the angular velocity of the rotation angle of the rotation shaft of the power assist electric motor 1. The encoder included in the electric motor 1 for power assist is a second angle detection unit.

ステップC4では、モータ制御部141は、モータ制御部141に含まれる2軸傾斜センサの検出値を読込む。ステップC5では、モータ制御部141は、2軸傾斜センサの検出値に基づいて、上体の回転角度、つまり上体前傾角度αを計算する。ステップC6では、モータ制御部141は、計算された上体の回転角度から、上体の回転角度の角速度を計算して、姿勢情報入力シーケンス処理を終了する。   In step C4, the motor control unit 141 reads the detection value of the biaxial tilt sensor included in the motor control unit 141. In step C5, the motor control unit 141 calculates the rotation angle of the upper body, that is, the front body tilt angle α based on the detection value of the biaxial tilt sensor. In step C6, the motor control unit 141 calculates the angular velocity of the body rotation angle from the calculated body rotation angle, and ends the posture information input sequence process.

図9は、股関節制御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。ステップD1,D2は、歩行動作に対する処理である。ステップD3,D4は、上体動作に対する処理である。ステップD5,D6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。モータ制御部141は、図6に示したステップA4が実行されると、ステップD1,D3,D5に移る。   FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the hip joint control sequence processing. Steps D1 and D2 are processes for walking motion. Steps D3 and D4 are processes for the upper body motion. Steps D5 and D6 are processes for the middle waist movement. Processing for walking motion, processing for upper body motion, and processing for middle waist motion are processed in parallel. When step A4 shown in FIG. 6 is executed, the motor control unit 141 proceeds to steps D1, D3, and D5.

ステップD1では、モータ制御部141は、歩行判断を行う。具体的には、モータ制御部141は、腰角度θ、上体前傾角度αおよび床反力に基づいて、歩行動作を行っているか否かを判断する。ステップD2では、モータ制御部141は、歩行制御を行う。具体的には、モータ制御部141は、歩行動作行っているとき、時々刻々変化する腰角度θ、上体前傾角度αおよび床反力に基づいて、歩行動作をアシストするための遊脚側のアシストトルクおよび保持脚側のアシストトルクを計算する。   In step D1, the motor control unit 141 performs walking determination. Specifically, the motor control unit 141 determines whether or not a walking motion is being performed based on the waist angle θ, the front body tilt angle α, and the floor reaction force. In step D2, the motor control unit 141 performs walking control. Specifically, when performing the walking motion, the motor control unit 141 is configured to assist the walking motion on the basis of the waist angle θ, the front body tilt angle α, and the floor reaction force that change from moment to moment. Assist torque and holding leg side assist torque are calculated.

ステップD3では、モータ制御部141は、上体判断を行う。具体的には、モータ制御部141は、腰角度θ、上体前傾角度αおよび床反力に基づいて、上体動作を行っているか否かを判断する。上体動作は、上体を曲げ、次に上体を起こす動作である。ステップD4では、モータ制御部141は、上体制御を行う。具体的には、モータ制御部141は、上体動作を行っているとき、上体動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。モータ制御部141は、両脚に必要な、上体前傾角度αに比例したアシストトルクを算出する。   In step D3, the motor control unit 141 performs upper body determination. Specifically, the motor control unit 141 determines whether or not the body motion is being performed based on the waist angle θ, the body forward tilt angle α, and the floor reaction force. The upper body motion is an operation of bending the upper body and then raising the upper body. In step D4, the motor control unit 141 performs upper body control. Specifically, the motor control unit 141 calculates an assist torque for assisting the body motion when performing the body motion. The motor control unit 141 calculates an assist torque necessary for both legs, which is proportional to the front body tilt angle α.

ステップD5では、モータ制御部141は、中腰判断を行う。具体的には、モータ制御部141は、腰角度θ、上体前傾角度αおよび床反力に基づいて、中腰動作を行っているか否かを判断する。中腰動作は、中腰姿勢での動作である。ステップD6では、モータ制御部141は、中腰制御を行う。具体的には、モータ制御部141は、中腰動作を行っているとき、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。モータ制御部141は、両脚に必要な、腰角度θに比例したアシストトルクを算出する。ステップD1〜D6は、算出ステップである。   In step D5, the motor control unit 141 performs middle waist determination. Specifically, the motor control unit 141 determines whether or not the middle waist movement is being performed based on the waist angle θ, the upper body forward tilt angle α, and the floor reaction force. The middle waist motion is a motion in a middle waist posture. In step D6, the motor control unit 141 performs middle waist control. Specifically, the motor control unit 141 calculates an assist torque for assisting the middle waist motion when performing the middle waist motion. The motor control unit 141 calculates assist torque proportional to the waist angle θ required for both legs. Steps D1 to D6 are calculation steps.

駆動ステップであるステップD7では、モータ制御部141は、計算値を合算し、合算した駆動トルクを出力して、股関節制御シーケンス処理を終了する。具体的には、モータ制御部141は、ステップD2で計算されたアシストトルクと、ステップD4で計算されたアシストトルクと、ステップD6で計算されたアシストトルクとを合算し、合算したアシストトルクを出力するように、モータドライバ133,142を制御して、パワーアシスト用電動モータ1を駆動させて、股関節制御シーケンス処理を終了する。   In step D7 which is a drive step, the motor control unit 141 adds the calculated values, outputs the combined drive torque, and ends the hip joint control sequence process. Specifically, the motor control unit 141 adds the assist torque calculated in step D2, the assist torque calculated in step D4, and the assist torque calculated in step D6, and outputs the total assist torque. Thus, the motor drivers 133 and 142 are controlled to drive the electric motor 1 for power assist, and the hip joint control sequence process is terminated.

図10は、歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD1が実行されると、ステップE1に移る。   FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure of the walking determination process. When step D1 shown in FIG. 9 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step E1.

ステップE1では、モータ制御部141は、腰角度θを微分する。ステップE2では、モータ制御部141は、腰の角速度を計算する。つまり、モータ制御部141は、ステップE1で腰角度θを微分した値を腰の角速度とする。ステップE3では、モータ制御部141は、歩行判断ポイントを左右の足について検出する。具体的には、モータ制御部141は、角速度が歩行状態になっているか否かを判断し、角速度が歩行状態になっているとき、その角速度の発生点を歩行判断ポイントとする。   In step E1, the motor control unit 141 differentiates the waist angle θ. In step E2, the motor control unit 141 calculates the angular velocity of the waist. That is, the motor control unit 141 uses the value obtained by differentiating the waist angle θ in step E1 as the waist angular velocity. In step E3, the motor control unit 141 detects walking determination points for the left and right feet. Specifically, the motor control unit 141 determines whether or not the angular velocity is in the walking state, and when the angular velocity is in the walking state, the generation point of the angular velocity is set as the walking determination point.

ステップE4では、モータ制御部141は、歩行判断ポイントで時間積算タイマをクリアする。時間積算タイマは、モータ制御部141に内蔵されるタイマであり、電源オンから、クリアされるまで積算を続けるタイマである。時間積算タイマは、歩行判断ポイントでクリアされるので、時間積算タイマの積算値は一定値以上に大きくならないことになる。したがって、モータ制御部141は、時間積算タイマの積算値に基づいて、歩行しているか否かの判断が可能となる。   In step E4, the motor control unit 141 clears the time integration timer at the walking determination point. The time integration timer is a timer built in the motor control unit 141, and is a timer that continues integration from power-on until it is cleared. Since the time integration timer is cleared at the walking determination point, the integration value of the time integration timer does not increase beyond a certain value. Therefore, the motor control unit 141 can determine whether or not the user is walking based on the integrated value of the time integration timer.

ステップE5では、モータ制御部141は、時間積算タイマ値、つまり時間積算タイマの積算値に基づいて歩行継続を判断する。すなわち、モータ制御部141は、歩行判断ポイントから再び歩行判断ポイントに戻るまでの時間積算タイマ値によって、歩行が継続しているか否かを判断する。ステップE6では、モータ制御部141は、歩行判断割合を計算して、歩行判断処理を終了する。   In step E5, the motor control unit 141 determines to continue walking based on the time integration timer value, that is, the integration value of the time integration timer. That is, the motor control unit 141 determines whether or not walking is continued based on a time integration timer value until the walking determination point returns to the walking determination point again. In step E6, the motor control unit 141 calculates a walking determination ratio and ends the walking determination process.

歩行判断割合(%)は、計算式「歩行判断割合(%)=(時間積算タイマの積算値)÷(移行時間)×100」によって計算される。移行時間は、時間積算タイマの積算値の上限である。一定値はパラメータNo「13」の「判断時間」として、および、「移行時間」は、パラメータNo「14」として、パラメータ化されて設定されている。   The walking determination ratio (%) is calculated by the calculation formula “walking determination ratio (%) = (integrated value of time integration timer) ÷ (transition time) × 100”. The transition time is the upper limit of the integrated value of the time integration timer. The constant value is parameterized and set as the “determination time” of the parameter No. “13”, and the “transition time” is parameterized as the parameter No. “14”.

図11は、歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD2が実行されると、ステップF1に移る。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure of the walking control process. When step D2 shown in FIG. 9 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step F1.

ステップF1では、モータ制御部141は、アシスト開始を検出する。具体的には、モータ制御部141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F2では、モータ制御部141は、遊脚側のアシストトルクを計算する。遊脚側の歩行動作は、「振上開始」、「振上中」、「振下開始」、「振下中」および「振下完了」の順序で順次実行され、「振下完了」で終了する。遊脚側の踵SWがオフで、腰角度が小さい場合は、足の振上開始と判断され、振上方向に短時間最大のアシストトルクが算出される。「振上開始」に続いて、「振上中」と判断された場合は、腰角度に比例した振上方向へのアシストトルクが算出される。腰角度が一定値以上に到達すると、「振下開始」と判断され、「振下中」も含めて、アシストトルクは0となる。   In step F1, the motor control unit 141 detects the start of assist. Specifically, the motor control unit 141 detects that the leg on the free leg side is positioned at the walking determination point. In step F2, the motor control unit 141 calculates the assist torque on the free leg side. The walking motion on the free leg side is performed in the order of “starting swing”, “raising”, “starting swing”, “down swing” and “shake complete”. finish. When the heel SW on the free leg side is off and the hip angle is small, it is determined that the foot has started swinging up, and the maximum assist torque is calculated in a short time in the swinging direction. Subsequent to “starting up”, when it is determined that “in up-raising”, assist torque in the raising direction proportional to the waist angle is calculated. When the hip angle reaches a certain value or more, it is determined that “shake start”, and the assist torque is zero including “being shaken”.

ステップF3では、モータ制御部141は、保持脚側のアシストトルクを計算して、歩行制御処理を終了する。モータ制御部141は、保持脚によって直立姿勢を保持するために、大腿部角度に比例したアシストトルクを算出する。大腿部角度は、鉛直線に対する大腿部の角度であり、腰角度θと上体前傾角度αとを加算した角度である。   In step F3, the motor control unit 141 calculates the assist torque on the holding leg side and ends the walking control process. The motor control unit 141 calculates an assist torque proportional to the thigh angle in order to hold the upright posture by the holding legs. The thigh angle is an angle of the thigh with respect to the vertical line, and is an angle obtained by adding the waist angle θ and the forward tilt angle α.

図12は、上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD3が実行されると、ステップG1に移る。   FIG. 12 is a flowchart illustrating a processing procedure of the body determination process. When step D3 shown in FIG. 9 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step G1.

ステップG1では、モータ制御部141は、上体の角速度を読込む。具合的には、モータ制御部141は、モータ制御部141に含まれる2軸傾斜センサの検出値から上体の角速度を計算する。ステップG2では、モータ制御部141は、上体曲げ動作開始ポイントを検出する。具体的には、モータ制御部141は、ステップG1で計算した角速度がパラメータNo「26」の「曲角速度」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。   In step G1, the motor control unit 141 reads the angular velocity of the upper body. Specifically, the motor control unit 141 calculates the angular velocity of the upper body from the detection value of the biaxial tilt sensor included in the motor control unit 141. In step G2, the motor control unit 141 detects a body bending operation start point. Specifically, the motor control unit 141 detects a position where the angular velocity calculated in Step G1 exceeds the “curved angular velocity” of the parameter No “26”, and sets the position as the body bending motion start point.

ステップG3では、モータ制御部141は、上体起こし開始ポイントを検出する。具体的には、モータ制御部141は、上体の曲げ動作が停止した位置を検出し、その位置を上体起こし開始ポイントとする。   In step G3, the motor control unit 141 detects the upper body raising start point. Specifically, the motor control unit 141 detects a position where the bending operation of the upper body has stopped, and uses that position as a body raising start point.

ステップG4では、モータ制御部141は、タイムアップを検出したか否かを判定する。モータ制御部141は、ステップG3での上体起こしの動作が一定時間内に終了しなかったとき、タイムアップを検出したと判定し、ステップG5に進み、ステップG3での上体起こしの動作が一定時間内に終了したとき、タイムアップを検出なかったと判定し、ステップG6に進む。ステップG5では、モータ制御部141は、第1の上体制御割合であると判断し、上体判断処理を終了する。ステップG6では、モータ制御部141は、第2の上体制御割合であると判断し、上体判断処理を終了する。   In step G4, the motor control unit 141 determines whether time-up has been detected. The motor control unit 141 determines that time-up has been detected when the body raising operation in step G3 is not completed within a predetermined time, and proceeds to step G5, where the body raising operation in step G3 is performed. When it is finished within a certain time, it is determined that the time-up has not been detected, and the process proceeds to Step G6. In step G5, the motor control unit 141 determines that it is the first body control ratio, and ends the body determination process. In step G6, the motor control unit 141 determines that the ratio is the second body control ratio, and ends the body determination process.

図13は、第1の上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD4が実行され、図12のステップG5で第1の上体制御割合であると判断されていると、ステップH1に移る。ステップH1では、モータ制御部141は、上体動作をアシストするアシストトルクを、最大の出力トルクとして、第1の上体制御処理を終了する。   FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure of the first body control process. When step D4 shown in FIG. 9 is executed and the motor control unit 141 determines that the first body control ratio is obtained in step G5 of FIG. 12, the motor control unit 141 proceeds to step H1. In Step H1, the motor control unit 141 ends the first body control process by setting the assist torque for assisting the body motion as the maximum output torque.

図14は、第2の上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD4が実行され、図12のステップG6で第2の上体制御割合であると判断されていると、ステップJ1に移る。ステップJ1では、モータ制御部141は、上体動作をアシストするアシストトルクを、上体傾斜角度αに応じた出力トルクとして、第2の上体制御処理を終了する。   FIG. 14 is a flowchart showing the procedure of the second body control process. The motor control unit 141 proceeds to step J1 when step D4 shown in FIG. 9 is executed and it is determined in step G6 of FIG. 12 that the ratio is the second body control ratio. In step J1, the motor control unit 141 uses the assist torque for assisting the body motion as an output torque corresponding to the body tilt angle α, and ends the second body control process.

図15は、中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD5が実行されると、ステップK1に移る。   FIG. 15 is a flowchart illustrating a processing procedure of the middle waist determination processing. When step D5 shown in FIG. 9 is executed, the motor control unit 141 proceeds to step K1.

ステップK1では、モータ制御部141は、腰角度、つまり腰角度θを読込む。具体的には、モータ制御部141は、パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダから、左右のパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度を、モータドライバ133,142を介して読込む。ステップK2では、モータ制御部141は、ステップK1で読込んだ腰角度を微分する。ステップK3では、モータ制御部141は、ステップK2で微分した腰角度から両脚の曲げ角速度を計算する。   In step K1, the motor control unit 141 reads the waist angle, that is, the waist angle θ. Specifically, the motor control unit 141 reads the rotation angles of the rotation shafts of the left and right power assist electric motors 1 from the encoders included in the power assist electric motor 1 via the motor drivers 133 and 142. In step K2, the motor control unit 141 differentiates the waist angle read in step K1. In step K3, the motor control unit 141 calculates the bending angular velocity of both legs from the hip angle differentiated in step K2.

ステップK4では、モータ制御部141は、ステップK3で計算した角速度がパラメータNo「36」の「曲角速度」を越えた位置を検出し、その位置を両脚曲げ開始ポイントとする。ステップK5では、モータ制御部141は、両脚の曲げ動作が停止した位置を検出し、その位置を両脚伸ばし開始ポイントとする。   In step K4, the motor control unit 141 detects a position where the angular velocity calculated in step K3 exceeds the “curved angular velocity” of the parameter No “36”, and sets the position as a bending start point for both legs. In step K5, the motor control unit 141 detects a position where the bending operation of both legs is stopped, and sets the position as a starting point for extending both legs.

ステップK6では、モータ制御部141は、タイムアップを検出したか否かを判定する。モータ制御部141は、ステップK5での両脚伸ばしの動作が一定時間内に終了しなかったとき、タイムアップを検出したと判定し、ステップK7に進み、ステップK5での両脚伸ばしの動作が一定時間内に終了したとき、タイムアップを検出なかったと判定し、ステップK8に進む。ステップK7では、モータ制御部141は、第1の中腰制御割合であると判断し、中腰判断処理を終了する。ステップK8では、モータ制御部141は、第2の中腰制御割合であると判断し、中腰判断処理を終了する。   In step K6, the motor control unit 141 determines whether time-up has been detected. The motor control unit 141 determines that the time-up has been detected when the both-leg extending operation in step K5 is not completed within a certain time, and proceeds to step K7, where the both-leg extending operation in step K5 is performed for a certain time. When it is finished, it is determined that the time-up has not been detected, and the process proceeds to Step K8. In step K7, the motor control unit 141 determines that the ratio is the first middle waist control ratio, and ends the middle waist determination process. In step K8, the motor control unit 141 determines that the ratio is the second middle waist control ratio, and ends the middle waist determination process.

図16は、第1の中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD6が実行され、図15のステップK7で第1の中腰制御割合であると判断されていると、ステップL1に移る。ステップL1では、モータ制御部141は、中腰動作をアシストするアシストトルクを、最大の出力トルクとして、第1の中腰制御処理を終了する。   FIG. 16 is a flowchart showing a processing procedure of the first middle waist control processing. When the step D6 shown in FIG. 9 is executed and the motor control unit 141 determines that it is the first middle waist control ratio in step K7 in FIG. 15, the motor control unit 141 proceeds to step L1. In Step L1, the motor control unit 141 ends the first middle waist control process with the assist torque for assisting the middle waist motion as the maximum output torque.

図17は、第2の中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。モータ制御部141は、図9に示したステップD6が実行され、図15のステップK8で第2の中腰制御割合であると判断されていると、ステップM1に移る。ステップM1では、モータ制御部141は、中腰動作をアシストするアシストトルクを、腰角度θに応じた出力トルクとして、第2の中腰制御処理を終了する。   FIG. 17 is a flowchart showing a processing procedure of the second middle waist control processing. When step D6 shown in FIG. 9 is executed and the motor control unit 141 determines that it is the second middle waist control ratio in step K8 of FIG. 15, the motor control unit 141 proceeds to step M1. In step M1, the motor control unit 141 uses the assist torque for assisting the middle waist operation as an output torque corresponding to the waist angle θ, and ends the second middle waist control process.

重作業用アシストスーツ100は、腰椎についてパワーアシストするために、パワーアシスト用電動モータ1を腰の左右両サイドに配置されている。パワーアシスト用電動モータ1は、バックドライアブルとするため、すなわち、装着者側から駆動機器を動かすことができるようにするため、パワーアシスト用電動モータ1に付加される減速機の減速比を1/100程度の減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ1の出力を制限し、抗重力方向に十分なアシスト力を確保している。   In the heavy work assist suit 100, the power assist electric motor 1 is disposed on both the left and right sides of the waist in order to perform power assist for the lumbar spine. In order to make the power assist electric motor 1 back-dryable, that is, to enable the drive device to be moved from the wearer side, the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 1 is set to 1. The output of the power assisting electric motor 1 is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can achieve, and a sufficient assist force is ensured in the anti-gravity direction.

このように、重作業用アシストスーツ100は、使用しているパワーアシスト用電動モータ1をバックドライアブルとするため、パワーアシスト用電動モータ1に付加する減速機の減速比を1/100程度の低減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ1の出力を制限しているので、装着者の安全を確保することができる。   Thus, since the heavy duty assist suit 100 makes the power assist electric motor 1 being used back-dryable, the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 1 is about 1/100. Since the output of the electric motor 1 for power assist is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can reduce, the safety of the wearer can be ensured.

重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1を取り付けているアシスト機構として、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸7,10,12,13,19、すなわち駆動機器を取りつけていない回転軸を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置している。   The heavy-duty assist suit 100 is an assist mechanism to which the power assist electric motor 1 is attached, so that the passive rotating shafts 7, 10, 12, 13, 19 are driven so as not to hinder the wearer's operation other than the assist direction. A rotating shaft to which no device is attached is arranged around the outside of the joint of the target wearer.

このように、重作業用アシストスーツ100は、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸7,10,12,13,19を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置しているので、装着者の動作を拘束することがない。   As described above, the heavy duty assist suit 100 has the passive rotary shafts 7, 10, 12, 13, and 19 around the outer periphery of the joint of the target wearer so as not to hinder the wearer's movement in the direction other than the assist direction. Since it arrange | positions, a wearer's operation | movement is not restrained.

また、重作業用アシストスーツ100は、重量物を持ち上げて運搬する作業において、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる機構および制御なっている。重作業用アシストスーツ100は、腰痛を防ぐために、腰椎をパワーアシストし、かつ歩行を補助するために、股関節をパワーアシストする。このように、重作業用アシストスーツ100は、腰痛を防ぎつつ歩行を補助するために、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる。   The heavy work assist suit 100 has a mechanism and control capable of simultaneously power assisting the lumbar spine and the hip joint in the work of lifting and transporting heavy objects. The heavy duty assist suit 100 power assists the lumbar spine to prevent back pain and power assists the hip joint to assist walking. As described above, the heavy duty assist suit 100 can power assist the lumbar spine and the hip joint at the same time in order to assist walking while preventing back pain.

また、重作業用アシストスーツ100は、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ずに、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがない。このように、重作業用アシストスーツ100は、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがなく、実用的である。   Further, the heavy duty assist suit 100 does not use the weak surface myoelectric potential signal that flows to the muscle when trying to move the muscle, and the rotational torque necessary to move the body in various work postures of the wearer. Since the assist torque is calculated by dynamically calculating the surface myoelectric potential sensor, there is no troublesomeness. Thus, the heavy work assist suit 100 is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

また、重作業用アシストスーツ100は、動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要なトルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、動作の切り換わり時に不連続になることがない。このように、重作業用アシストスーツ100は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   In addition, the heavy work assist suit 100 calculates the assist torque by dynamically calculating the torque required to move the body in various working postures of the wearer, not the motion pattern reproduction method. , There is no discontinuity when switching operations. As described above, the heavy work assist suit 100 does not need to store a large number of operation patterns in a database, and does not become discontinuous when the operation is switched.

また、バネ式やゴム式のパッシブ方式では、一方向にしかパワーアシストできないが、重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1を用いたアクティブ方式であるで、双方向にアシストすることができる。   In addition, the spring type or rubber type passive method can power assist in only one direction, but the heavy duty assist suit 100 is an active method using the power assist electric motor 1 and assists in both directions. Can do.

このように、2つのパワーアシスト用電動モータ1は、装着者の腰部の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を保持する。そして、2つの下肢アシストアームは、一端部がパワーアシスト用電動モータ1の回転軸に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。したがって、重作業用アシストスーツ100は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つのパワーアシスト用電動モータ1で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   In this way, the two electric motors 1 for power assist are arranged in the vicinity of both sides of the wearer's waist in the left-right direction, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh in the direction of the upper body and thigh. A drive torque for assisting the movement of the part is generated. The upper body frame is attached to the chest and waist of the wearer and holds the two electric motors 1 for power assist. The two lower limb assist arms have one end fixed to the rotation shaft of the power assist electric motor 1 and the other end attached to the side of the thigh. Therefore, the heavy work assist suit 100 can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy load with a small number of drive sources, that is, the two power assist electric motors 1 provided on both sides of the waist.

さらに、前記上体フレームは、上体アシストアームと、メインフレームと、受動回転軸12および受動回転軸13とを含む。上体アシストアームは、装着者の胸部に装着される。メインフレームは、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を両端部でそれぞれ保持し、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される。そして、受動回転軸12および受動回転軸13は、上体アシストアームとメインフレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する。したがって、重作業用アシストスーツ100は、上体アシストアームとメインフレームとをそれぞれの端部の2箇所で連結する場合よりも、上体の左右方向の動作および上体の回転動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the body frame includes a body assist arm, a main frame, a passive rotating shaft 12 and a passive rotating shaft 13. The upper body assist arm is attached to the chest of the wearer. The main frame holds the two power assist electric motors 1 at both ends, extends between the two power assist electric motors 1 along the back of the waist of the wearer, and is attached to the wearer's waist. The The passive rotating shaft 12 and the passive rotating shaft 13 connect the upper body assist arm and the main frame so as to be rotatable around the front and rear axes and the vertical axis. Therefore, the heavy duty assist suit 100 restrains the movement of the upper body in the left-right direction and the rotation of the upper body, compared to the case where the upper body assist arm and the main frame are connected to each other at two positions. In addition, the lifting operation and the walking operation of heavy objects can be assisted.

さらに、パワーアシスト用電動モータ1は、該パワーアシスト用電動モータ1の回転軸に固定される内輪部と、内輪部に対して前記回転軸の軸線まわりに回転自在に設けられる外輪部とから構成される軸受部を含む。下肢アシストアームの一端部は、前記内輪部に固定される。そして、メインフレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含む。したがって、重作業用アシストスーツ100は、腰部の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the power assist electric motor 1 includes an inner ring portion fixed to the rotating shaft of the power assist electric motor 1 and an outer ring portion provided to be rotatable about the axis of the rotating shaft with respect to the inner ring portion. Including a bearing portion. One end portion of the lower limb assist arm is fixed to the inner ring portion. The main frame includes a subframe that is attached in close contact with the waist of the wearer and is fixed to the outer ring portion. Therefore, the heavy work assist suit 100 can assist lifting and walking of heavy objects without restricting the movement of the waist.

さらに、上体アシストアームは、フレーム18と、フレーム14およびフレーム15と、装着者の右側に配置されるフレーム16およびフレーム17と、装着者の左側に配置されるフレーム16およびフレーム17と、胸部クッション20とを含む。フレーム18は、装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる。フレーム14およびフレーム15は、装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、受動回転軸12および受動回転軸13によってメインフレームと連結される。装着者の右側に配置されるフレーム16およびフレーム17は、フレーム18の右端部とフレーム15の右端部とを変位自在に連結する。装着者の左側に配置されるフレーム16およびフレーム17は、フレーム18の左端部とフレーム15の左端部とを変位自在に連結する。そして、胸部クッション20は、フレーム18の左右軸線まわりに回転自在に連結する受動回転軸19によって該フレーム18に連結され、装着者の胸部に密着して装着される。したがって、重作業用アシストスーツ100は、上体の前後方向の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the upper body assist arm includes the frame 18, the frame 14 and the frame 15, the frame 16 and the frame 17 disposed on the right side of the wearer, the frame 16 and the frame 17 disposed on the left side of the wearer, and the chest. Cushion 20. The frame 18 extends in the left-right axis direction on the front of the chest of the wearer. The frame 14 and the frame 15 extend in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer, and are connected to the main frame by the passive rotating shaft 12 and the passive rotating shaft 13. The frame 16 and the frame 17 arranged on the right side of the wearer connect the right end portion of the frame 18 and the right end portion of the frame 15 so as to be displaceable. The frame 16 and the frame 17 arranged on the left side of the wearer connect the left end portion of the frame 18 and the left end portion of the frame 15 so as to be displaceable. The chest cushion 20 is connected to the frame 18 by a passive rotary shaft 19 that is rotatably connected around the left and right axis of the frame 18 and is attached in close contact with the chest of the wearer. Therefore, the heavy-duty assist suit 100 can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object without restricting the longitudinal movement of the upper body.

さらに、下肢アシストアームは、該下肢アシストアームの他端部と大腿部とを左右軸線まわりに回転自在に連結する受動回転軸10を含む。したがって、重作業用アシストスーツ100は、大腿部の動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the lower limb assist arm includes a passive rotating shaft 10 that rotatably couples the other end of the lower limb assist arm and the thigh to the left and right axes. Therefore, the heavy-duty assist suit 100 can assist lifting and walking of heavy objects without restricting the operation of the thigh.

さらに、メインフレームは、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1間の距離を調整するフレーム2およびフレーム3に設けられた調整穴による調整機構を含む、そして、下肢アシストアームは、該下肢アシストアームの一端部と他端部との距離を調整するフレーム6がスライド穴8内をスライドする調整機構を含む。したがって、重作業用アシストスーツ100は、装着者の体型に応じた形態に変形させることができる。   Further, the main frame includes an adjustment mechanism using adjustment holes provided in the frame 2 and the frame 3 for adjusting the distance between the two power assist electric motors 1, and the lower limb assist arm includes the lower limb assist arm. The frame 6 that adjusts the distance between the one end and the other end includes an adjustment mechanism that slides in the slide hole 8. Therefore, the heavy-duty assist suit 100 can be transformed into a form corresponding to the wearer's body shape.

さらに、2軸傾斜センサは、装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度を検出する。パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダは、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1にそれぞれ設けられ、各パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度を検出する。そして、爪先SW153、踵SW154、爪先SW163および踵SW164は、装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する。したがって、重作業用アシストスーツ100は、表面筋電位センサを装着する煩わしさがなく、実用的である。   Further, the biaxial tilt sensor detects the rotation angle around the left and right axis of the wearer's upper body. The encoder included in the power assist electric motor 1 is provided in each of the two power assist electric motors 1 and detects the rotation angle of the rotation shaft of each power assist electric motor 1. The toe SW153, the heel SW154, the toe SW163, and the heel SW164 are respectively provided on the toe portion and the heel portion of the shoe sole portion of the shoe worn by the wearer, and a load greater than a predetermined value acts on the toe portion and the heel portion. Detect whether or not. Therefore, the heavy-duty assist suit 100 is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

さらに、モータ制御部141は、2軸傾斜センサによって検出される上体の回転角度、パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダによって検出されるパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度、および爪先SW153、踵SW154、爪先SW163および踵SW164によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出する。さらに、モータ制御部141は、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を駆動させる。したがって、重作業用アシストスーツ100は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   Further, the motor control unit 141 includes a rotation angle of the upper body detected by the biaxial tilt sensor, a rotation angle of the rotation shaft of the power assist electric motor 1 detected by an encoder included in the power assist electric motor 1, and Based on the detection results detected by the toe SW153, the heel SW154, the toe SW163, and the heel SW164, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotational direction, and the rotational torque required for the rotation are calculated. Further, the motor control unit 141 calculates the driving torque driven by the two power assist electric motors 1 based on the calculated static torque, rotation direction, and rotation torque, and generates the calculated driving torque. The two power assist electric motors 1 are driven. Therefore, the heavy-duty assist suit 100 does not need to store a large number of operation patterns in a database and does not become discontinuous when the operation is switched.

さらに、モータ制御部141は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1に発生させる。したがって、重作業用アシストスーツ100は、装着者の安全を確保することができる。   Further, the motor control unit 141 reduces the calculated drive torque to a reduction ratio that is equal to or less than a reduction ratio at which a wearer can drive the two power assist electric motors 1 in the opposite directions. It is generated in the electric motor 1 for power assist. Therefore, the heavy work assist suit 100 can ensure the safety of the wearer.

さらに、ハンディ端末50は、装着者の個体差を表すパラメータを入力する。そして、モータ制御部141は、ハンディ端末50によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出する。したがって、重作業用アシストスーツ100は、装着者の個人差に対応した補助を行うことができる。   Furthermore, the handy terminal 50 inputs parameters representing individual differences among wearers. Then, the motor control unit 141 calculates the driving torque based on the parameters input by the handy terminal 50. Therefore, the heavy work assist suit 100 can perform assistance corresponding to individual differences of the wearer.

さらに、モータ制御部141は、2軸傾斜センサによって検出される上体の回転角度、パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダによって検出されるパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度、および爪先SW153、踵SW154、爪先SW163および踵SW164によって検出される検出結果に基づいて、装着者の個体差を表すパラメータを生成する。したがって、重作業用アシストスーツ100は、装着者に重作業用アシストスーツ100を装着させて実際に動作させることによって、装着者の個人差に依存するパラメータを生成することができる。   Further, the motor control unit 141 includes a rotation angle of the upper body detected by the biaxial tilt sensor, a rotation angle of the rotation shaft of the power assist electric motor 1 detected by an encoder included in the power assist electric motor 1, and Based on the detection results detected by the toe SW153, the heel SW154, the toe SW163, and the heel SW164, a parameter representing the individual difference of the wearer is generated. Therefore, the heavy work assist suit 100 can generate parameters depending on individual differences of the wearer by causing the wearer to wear the heavy work assist suit 100 and actually operating the suit.

さらに、重作業用アシストスーツ100の制御方法を実行するにあたって、ステップD1〜D6では、2軸傾斜センサによって検出される上体の回転角度、パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダによって検出されるパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度、および爪先SW153、踵SW154、爪先SW163および踵SW164によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する。そして、ステップD7では、ステップD1〜D6で算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を駆動させる。したがって、本発明に係る制御方法は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つのパワーアシスト用電動モータ1で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, when executing the control method of the heavy duty assist suit 100, in steps D1 to D6, the rotation angle of the upper body detected by the biaxial tilt sensor is detected by the encoder included in the electric motor 1 for power assist. Based on the rotation angle of the rotating shaft of the electric motor 1 for power assist and the detection results detected by the toe SW153, heel SW154, toe SW163 and heel SW164, static torque and rotation acting on the upper body and both thighs The rotational torque required for rotation in the direction and is calculated. In step D7, based on the static torque, rotational direction and rotational torque calculated in steps D1 to D6, the driving torque driven by the two power assist electric motors 1 is calculated, and the calculated driving torque is calculated. The two power assist electric motors 1 are driven so as to occur. Therefore, the control method according to the present invention can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy load with a small number of drive sources, that is, the two power assist electric motors 1 provided on both sides of the waist.

図18は、本発明の第2の実施形態である重作業用アシストスーツ300の外観を示す図である。図18(a)は、装着者によって装着された状態の重作業用アシストスーツ300の外観を示す正面図である。図18(b)は、装着者によって装着された状態の重作業用アシストスーツ300の外観を示す側面図である。図19は、パワーアシスト用電動モータ201が取り付けられたメインフレームの断面図である。図19は、図18(b)に示した切断面線B−Bでの断面図である。本発明の第2の実施形態に係る制御方法は、重作業用アシストスーツ300で実行される。   FIG. 18 is a diagram showing an appearance of an assist suit 300 for heavy work that is the second embodiment of the present invention. FIG. 18A is a front view showing an appearance of the heavy duty assist suit 300 worn by the wearer. FIG. 18B is a side view showing the appearance of the heavy duty assist suit 300 worn by the wearer. FIG. 19 is a cross-sectional view of the main frame to which the electric motor 201 for power assist is attached. FIG. 19 is a cross-sectional view taken along the cutting plane line BB shown in FIG. The control method according to the second embodiment of the present invention is executed by the heavy work assist suit 300.

パワーアシストロボット装置である重作業用アシストスーツ300は、重作業用のアシストスーツである。重作業用アシストスーツ300は、パワーアシスト用電動モータ201と、腰フレーム204と、背面フレーム205と、フレーム202,203,207〜210,220〜223,225,226,228と、受動回転軸206,211〜213,224,235と、受け部214と、ベルト215,218,230,231と、ベルトホルダ216,217と、コネクタ227と、胸部ガイド229と、胸部クッション232と、クッション219と、コントロールボックス233と、ドライバ収容ボックス234と、横倒れ防止スプリング236と、角度調整機構237とを含んで構成される。   A heavy work assist suit 300, which is a power assist robot device, is a heavy work assist suit. The heavy duty assist suit 300 includes a power assist electric motor 201, a waist frame 204, a back frame 205, frames 202, 203, 207 to 210, 220 to 223, 225, 226, 228, and a passive rotary shaft 206. , 211-213, 224, 235, receiving part 214, belts 215, 218, 230, 231; belt holders 216, 217; connector 227; chest guide 229; chest cushion 232; A control box 233, a driver storage box 234, a lateral fall prevention spring 236, and an angle adjustment mechanism 237 are configured.

なお、図18に示すように、パワーアシスト用電動モータ201、腰フレーム204、フレーム202,203,207〜210,223,226,228、受動回転軸206,211〜213,224、受け部214、ベルト215,218,230,231、ベルトホルダ216,217、コネクタ227、横倒れ防止スプリング236、および、ドライバ収容ボックス234は、装着者の左右両側にそれぞれ1つずつ設けられている。   As shown in FIG. 18, the power assist electric motor 201, the waist frame 204, the frames 202, 203, 207 to 210, 223, 226, 228, the passive rotary shafts 206, 211 to 213, 224, the receiving portion 214, The belts 215, 218, 230, 231, the belt holders 216, 217, the connector 227, the side-falling prevention spring 236, and the driver accommodation box 234 are respectively provided on the left and right sides of the wearer.

回転駆動部であるパワーアシスト用電動モータ201は、たとえば電動サーボモータによって構成される。パワーアシスト用電動モータ201は、上体および大腿部のパワーアシスト用、つまり上体および大腿部の動きを補助するための動力源として用いられる電動モータである。換言すると、パワーアシスト用電動モータ201は、股関節付近を支点とする上体および大腿部の回転をアシストするための動力を発生する。   The electric motor 201 for power assist which is a rotational drive part is comprised by the electric servomotor, for example. The electric motor 201 for power assist is an electric motor used as a power source for power assist of the upper body and thigh, that is, to assist movement of the upper body and thigh. In other words, the power assist electric motor 201 generates power for assisting the rotation of the upper body and the thigh with the hip joint as a fulcrum.

2つのパワーアシスト用電動モータ201は、装着者の左右両側であって、装着者の股関節と同程度の高さ位置に、その回転軸が左右軸線まわりに回転するように、次のようにしてそれぞれ取り付けられている。なお、重作業用アシストスーツ300の各部位と装着者との位置関係は、装着者が重作業用アシストスーツ300を装着したときの装着者に対する位置である。   The two electric motors 201 for power assist are arranged on the left and right sides of the wearer at the same height as the wearer's hip joint so that the rotation shaft rotates around the left and right axis as follows. Each is attached. The positional relationship between each part of the heavy work assist suit 300 and the wearer is a position relative to the wearer when the wearer wears the heavy work assist suit 300.

パワーアシスト用電動モータ201の回転軸は、腰部フレームであるメインフレームに対して連結されている。ここで、メインフレームとは、腰椎周囲の背部である腰部における左右方向の中央部分を覆うように設けられる1つの背面フレーム205と、装着者における左右の両側部にそれぞれ設けられるフレーム202、フレーム203、および腰フレーム204とを含んで構成される部分であり、各パワーアシスト用電動モータ201の回転軸は、このメインフレームにおける各フレーム202の下端部に対してそれぞれ固定されている。   The rotating shaft of the power assist electric motor 201 is connected to a main frame that is a waist frame. Here, the main frame refers to one back frame 205 provided so as to cover the center part in the left-right direction in the lumbar part, which is the back part around the lumbar vertebrae, and the frame 202 and the frame 203 provided respectively on the left and right side parts of the wearer. , And the waist frame 204, and the rotation shaft of each power assist electric motor 201 is fixed to the lower end of each frame 202 in the main frame.

メインフレームは左右対称に構成されるため、以下では、一方側についてのみ説明することとする。フレーム202は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その下端部には、前記のようにパワーアシスト用電動モータ201の回転軸が固定され、その上端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸206を介して、フレーム203の下端部が連結されている。すなわち、フレーム202の上端部とフレーム203の下端部とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   Since the main frame is configured symmetrically, only one side will be described below. The frame 202 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The rotating shaft of the electric motor 201 for power assist is fixed to the lower end of the frame 202 as described above. The lower end portion of the frame 203 is connected via a passive rotation shaft 206 to correspond to the degree of freedom of rotation around the front and rear axis of the lower limb in the hip joint. That is, the upper end portion of the frame 202 and the lower end portion of the frame 203 are coupled so as to be rotatable around the front-rear axis.

フレーム203は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その下端部には、前記のようにフレーム202が連結され、その上端部には、腰フレーム204の一端部が締結固定されている。   The frame 203 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 202 is connected to the lower end of the frame 203 as described above, and one end of the waist frame 204 is connected to the upper end. Fastened and fixed.

腰フレーム204は、フレーム203が固定される前記一端部から該一端部とは反対側の他端部にわたって湾曲しながら延び、大略的にL字状に形成されている。腰フレーム204は、フレーム203の延在方向に対して直角に延びるように、その一端部が、装着者の第3〜第5腰椎付近の高さ位置でフレーム203に連結され、腰フレーム204の他端部は、背面フレーム205の下端部に対して固定されている。   The waist frame 204 extends while curving from the one end to which the frame 203 is fixed to the other end opposite to the one end, and is generally L-shaped. One end of the waist frame 204 is connected to the frame 203 at a height position near the third to fifth lumbar vertebrae of the wearer so as to extend at right angles to the extending direction of the frame 203. The other end is fixed to the lower end of the back frame 205.

腰フレーム204の他端部には、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられ、同様に、背面フレーム205の下端部にも、左右方向に沿って複数の調整穴が設けられており、これらの調整穴を介して、腰フレーム204の他端部と背面フレーム205の下端部とが連結されるように構成されている。すなわち、メインフレームは、腰フレーム204および背面フレーム205それぞれに設けられた複数の調整穴による調整機構によって、左右方向の幅が調整可能であり、これにより、メインフレームの左右方向の幅を装着者の体型に合わせることができるようになっている。腰フレーム204および背面フレーム205に設けられた調整穴による調整機構は、腰部調整機構である。   A plurality of adjustment holes are provided in the other end portion of the waist frame 204 along the longitudinal direction thereof. Similarly, a plurality of adjustment holes are provided in the lower end portion of the back frame 205 along the left-right direction. The other end of the waist frame 204 and the lower end of the back frame 205 are connected to each other through these adjustment holes. That is, the width of the main frame in the left-right direction can be adjusted by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes provided in each of the waist frame 204 and the back frame 205, whereby the width of the main frame in the left-right direction can be adjusted. It can be adapted to the body shape. An adjustment mechanism using adjustment holes provided in the waist frame 204 and the back frame 205 is a waist adjustment mechanism.

また、背面フレーム205の上端部には、その左右の両側に、ベルトホルダ216がそれぞれ取付けられており、また、各腰フレーム204の前記一端部にも、ベルトホルダ217がそれぞれ取付けられている。すなわち、図18に示すように、ベルトホルダ216は、ベルトホルダ217よりも上方の位置に設けられている。   In addition, belt holders 216 are attached to the upper end portion of the back frame 205 on both the left and right sides, and belt holders 217 are also attached to the one end portions of the waist frames 204, respectively. That is, as shown in FIG. 18, the belt holder 216 is provided at a position above the belt holder 217.

そして、左側のベルトホルダ216と右側のベルトホルダ217とにわたって一方のベルト218が取付けられ、右側のベルトホルダ216と左側のベルトホルダ217とにわたって他方のベルト218が取付けられている。すなわち、2本のベルト218は、装着者の腹部でクロスするように、襷掛け状に設けられている。このように、2本のベルト218を、装着者の腹部に巻き付けて締め付けることによって、メインフレームが、装着者の腰部に装着される。   One belt 218 is attached across the left belt holder 216 and the right belt holder 217, and the other belt 218 is attached across the right belt holder 216 and the left belt holder 217. That is, the two belts 218 are provided in a hook shape so as to cross at the wearer's abdomen. Thus, the main frame is mounted on the waist of the wearer by winding and tightening the two belts 218 around the wearer's abdomen.

なお、図18(b)に示すように、背面フレーム205における装着者に臨む側の面には、クッション219が取付けられており、装着状態において、背面フレーム205が装着者の腰部に直接接触しないようになっている。メインフレームは、このクッション219を介して、装着者の腰部に密着して取り付けることができるようになっている。また、背面フレーム205において、クッション219が取付けられる側とは反対側の面には、後述する制御ユニット310と電池ユニット360とが収容されるコントロールボックス233が取り付けられている。   As shown in FIG. 18B, a cushion 219 is attached to the surface of the back frame 205 facing the wearer, and the back frame 205 does not directly contact the wearer's waist in the worn state. It is like that. The main frame can be attached in close contact with the waist of the wearer via the cushion 219. In addition, a control box 233 in which a control unit 310 and a battery unit 360 described later are accommodated is attached to a surface of the rear frame 205 opposite to the side on which the cushion 219 is attached.

第1の実施形態では、図2に示すように、メインフレームの構造が二重構造、すなわちダブルフレーム構造であったが、本実施形態では、図19に示すように、メインフレームの構造が一重構造、すなわちシングルフレーム構造によって構成されている。これにより、本実施形態では、装置全体の重量を、第1の実施形態に係る重作業用アシストスーツ100に比べて軽量化している。このように、装置全体の重量を軽量化することで、装着時の身体への負担を軽減することができる。   In the first embodiment, as shown in FIG. 2, the structure of the main frame is a double structure, that is, a double frame structure. However, in the present embodiment, as shown in FIG. It is constituted by a structure, that is, a single frame structure. Thereby, in this embodiment, the weight of the whole apparatus is reduced compared with the assist suit 100 for heavy work which concerns on 1st Embodiment. Thus, by reducing the weight of the entire apparatus, it is possible to reduce the burden on the body when worn.

各パワーアシスト用電動モータ201は、上記のように、その回転軸がメインフレームにおける各フレーム202に固定されているのに対し、その回転軸を軸線まわりに回転させるモータ本体が設けられる固定端側には、大腿部フレームである下肢アシストアームがそれぞれ連結されている。ここで、下肢アシストアームは、フレーム207〜210を含んで構成される部分であり、各パワーアシスト用電動モータ201の固定端側は、この下肢アシストアームにおける各フレーム207の上端部に対してそれぞれ固定されている。   As described above, each power assist electric motor 201 has a rotation shaft fixed to each frame 202 in the main frame, whereas a motor main body that rotates the rotation shaft around the axis is provided. Are connected to lower limb assist arms which are thigh frames. Here, the lower limb assist arm is a part including the frames 207 to 210, and the fixed end side of each power assist electric motor 201 is respectively set with respect to the upper end portion of each frame 207 in the lower limb assist arm. It is fixed.

フレーム207は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにパワーアシスト用電動モータ201の固定端側が締結固定され、その下端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸211を介して、フレーム208の上端部が連結されている。すなわち、フレーム207の下端部とフレーム208の上端部とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   The frame 207 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer, and the fixed end side of the electric motor 201 for power assist is fastened and fixed to the upper end of the frame 207 as described above. The upper end portion of the frame 208 is connected via a passive rotation shaft 211 to correspond to the degree of freedom of rotation around the front and rear axis of the lower limb in the hip joint. In other words, the lower end portion of the frame 207 and the upper end portion of the frame 208 are coupled so as to be rotatable around the longitudinal axis.

フレーム208は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにフレーム207が連結され、その下端部には、後述するモータドライバユニット320が収容されたドライバ収容ボックス234が外方に突出するように取り付けられるとともに、フレーム209の上端部が固定される。   The frame 208 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 207 is connected to the upper end of the frame 208 as described above, and a motor driver unit 320 described below is connected to the lower end. The accommodated driver accommodating box 234 is attached so as to protrude outward, and the upper end portion of the frame 209 is fixed.

フレーム209は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにフレーム208が固定され、その下端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸212を介して、フレーム210が固定されている。すなわち、フレーム209の下端部とフレーム210とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   The frame 209 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 208 is fixed to the upper end of the frame 209 as described above, and the lower end of the frame 209 is around the longitudinal axis of the lower limb in the hip joint. The frame 210 is fixed via a passive rotation shaft 212 to cope with the degree of freedom of rotation. That is, the lower end portion of the frame 209 and the frame 210 are coupled so as to be rotatable around the front-rear axis.

このフレーム210には、装着者の大腿部を前方から部分的に覆う半円筒状の受け面を有する受け部214が、左右軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸213を介して取り付けられている。大腿部連結部である受動回転軸213によって、受け部214が左右軸線まわりに回転動作することによって、装着者の大腿部の動作に対応して、適切な受け部214の角度を与えることができる。また、受け部214には、その両端部間にわたって、ベルト215が取り付けられており、このベルト215を大腿部の背部に巻き付けて締め付けることによって、受け部214を装着者の大腿部に固定するようになっている。   In this frame 210, a receiving part 214 having a semi-cylindrical receiving surface partially covering the wearer's thigh from the front has a passive rotating shaft 213 for corresponding to the degree of freedom of rotation around the left and right axis. Is attached through. The receiving portion 214 is rotated about the left and right axis by the passive rotation shaft 213 which is the thigh connecting portion, thereby giving an appropriate angle of the receiving portion 214 corresponding to the movement of the wearer's thigh. Can do. Further, a belt 215 is attached to both ends of the receiving portion 214, and the receiving portion 214 is fixed to the wearer's thigh by winding and tightening the belt 215 around the back of the thigh. It is supposed to be.

ここで、フレーム208の下端部には、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられ、同様に、フレーム209の上端部にも、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられており、これらの調整穴を介して、フレーム208とフレーム209とが連結されるように構成されている。すなわち、下肢アシストアームは、フレーム208およびフレーム209それぞれに設けられた複数の調整穴による調整機構によって、上下方向の寸法が調整可能であり、これにより、受け部214が大腿部の適当な位置に配置されるように、下肢アシストアームの全長を装着者の体型に合わせることができるようになっている。フレーム208およびフレーム209に設けられた調整穴による調整機構は、大腿部調整機構である。   Here, a plurality of adjustment holes are provided in the lower end portion of the frame 208 along the longitudinal direction. Similarly, a plurality of adjustment holes are provided in the upper end portion of the frame 209 along the longitudinal direction. The frame 208 and the frame 209 are connected to each other through these adjustment holes. That is, the lower limb assist arm can be adjusted in the vertical dimension by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes provided in the frame 208 and the frame 209, whereby the receiving portion 214 is adjusted to an appropriate position of the thigh. The overall length of the lower limb assist arm can be matched to the wearer's body shape. An adjustment mechanism using adjustment holes provided in the frame 208 and the frame 209 is a thigh adjustment mechanism.

上記のように、本実施形態では、パワーアシスト用電動モータ201の上下の位置に、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸206,211を設けているので、下肢アシストアームを装着者の体型に確実に沿わせることができ、また、装着者が開脚したときやしゃがみ込んだときにも、下肢アシストアームを装着者の体型に沿わせることができる。
また、第1の実施形態では、下肢アシストアームにばねによるスライド機構を設けていたが、本実施形態では、複数の調整穴による調整機構によって、下肢アシストアームの全長を装着者の体型に合わせるような構造を採用しており、これによって、第1の実施形態と比較して、装置全体の重量を軽量化している。これにより、装着時の身体への負担を軽減することができる。
As described above, in this embodiment, the passive rotation shafts 206 and 211 are provided at the upper and lower positions of the power assist electric motor 201 to correspond to the degree of freedom of rotation around the front and rear axis of the lower limb in the hip joint. The lower limb assist arm can be made to conform to the body shape of the wearer, and the lower limb assist arm can be made to conform to the body shape of the wearer even when the wearer opens the leg or crouches.
In the first embodiment, the lower limb assist arm is provided with a slide mechanism using a spring. However, in this embodiment, the entire length of the lower limb assist arm is adjusted to the body shape of the wearer by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes. As a result, the overall weight of the apparatus is reduced compared to the first embodiment. Thereby, the burden on the body at the time of wearing can be reduced.

また、本実施形態では、モータドライバユニット320を、コントロールボックス233ではなく、ドライバ収容ボックス234に収容して下肢アシストアームに設けるように構成しているので、第1の実施形態と比較して、メインフレームに取り付けられるコントロールボックス233のサイズを小さくすることができ、コントロールボックス233のメインフレームから背面側への突出量を低減することができる。これにより、重作業用アシストスーツ300を装着したまま椅子などに腰をかける場合に、コントロールボックス233が外部の物体と接触しにくくすることができ、装着者は、コントロールボックス233の存在を気にすることなく腰をかけることができる。また、外部の物体との接触によるコントロールボックス233の損傷を防止することができる。   Further, in the present embodiment, the motor driver unit 320 is configured to be housed in the lower leg assist arm by being housed in the driver housing box 234 instead of the control box 233, compared with the first embodiment, The size of the control box 233 attached to the main frame can be reduced, and the amount of protrusion of the control box 233 from the main frame to the back side can be reduced. This makes it difficult for the control box 233 to come into contact with an external object when sitting on a chair or the like while wearing the heavy duty assist suit 300, and the wearer cares about the presence of the control box 233. You can sit down without having to. In addition, damage to the control box 233 due to contact with an external object can be prevented.

メインフレームにおける背面フレーム205の上端部には、上体の上下軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸235を介して、胸部フレームを構成する第1の上体アシストアームが連結されている。ここで、第1の上体アシストアームは、フレーム220〜222と、装着者における左右の両側にそれぞれ設けられるフレーム223とを含んで構成される部分であり、背面フレーム205の上端部は、受動回転軸235を介して、この第1の上体アシストアームにおけるフレーム220に連結されている。   A first upper body assist arm constituting the chest frame is connected to an upper end portion of the back frame 205 in the main frame via a passive rotation shaft 235 corresponding to a degree of freedom of rotation about the upper and lower axis lines of the upper body. Has been. Here, the first upper body assist arm is a part including the frames 220 to 222 and the frames 223 provided on both the left and right sides of the wearer, and the upper end of the back frame 205 is passive. The rotary shaft 235 is connected to the frame 220 in the first upper body assist arm.

フレーム221は、上体の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸224を介して、フレーム220に連結されている。受動回転軸224および受動回転軸235は、上体連結部である。このような受動回転軸224,235を設けることによって、重作業用アシストスーツ300の装着者の上体の旋回運動と上体を左右方向に傾ける回転運動とが妨げられることを防止することができる。   The frame 221 is connected to the frame 220 via a passive rotation shaft 224 for corresponding to the degree of freedom of rotation about the front-rear axis of the upper body. The passive rotating shaft 224 and the passive rotating shaft 235 are upper body connecting portions. By providing such passive rotating shafts 224 and 235, it is possible to prevent the turning motion of the upper body of the wearer of the heavy-duty assist suit 300 and the rotational motion of tilting the upper body from side to side being obstructed. .

また、フレーム220とフレーム221とは、一対の横倒れ防止スプリング236によって連結されている。この一対の横倒れ防止スプリング236は、受動回転軸224を介してフレーム220に連結されている部分、具体的には、胸部フレームのうちのフレーム220を除く部分(以下、「可動部分」と称する)が、受動回転軸224の軸線まわりに容易に回転してしまうことを防止する機能を有している。詳細には、この一対の横倒れ防止スプリング236は、図18に示す直立状態(フレーム222における第1の延設部が左右方向に平行な状態)の可動部分が受動回転軸224の軸線まわりに回動したときに、その弾性回復力によって該可動部分に対して直立状態に復帰させるように作用することによって、該可動部分が受動回転軸224の軸線を支点として、該軸線まわりに左右に容易に倒れてしまわないように支持する機能を有している。本実施形態では、このような一対の横倒れ防止スプリング236を設けることによって、装着者が単独で重作業用アシストスーツ300を装着する場合であっても、容易に装着できるようにしている。なお、この一対の横倒れ防止スプリング236は、重作業用アシストスーツ300の装着者によって行われる上体を左右方向に傾ける回転運動を妨げることがないように設計されている。   In addition, the frame 220 and the frame 221 are connected by a pair of lateral fall prevention springs 236. The pair of side-falling prevention springs 236 are connected to the frame 220 via the passive rotating shaft 224, specifically, a portion of the chest frame excluding the frame 220 (hereinafter referred to as “movable portion”). ) Has a function of preventing the rotation around the axis of the passive rotation shaft 224 from being easily performed. Specifically, the pair of side-falling prevention springs 236 has a movable portion in an upright state (a state where the first extending portion of the frame 222 is parallel to the left-right direction) shown in FIG. 18 around the axis of the passive rotary shaft 224. When it rotates, it acts so as to return the movable part to an upright state by its elastic recovery force, so that the movable part can be easily left and right around the axis with the axis of the passive rotary shaft 224 as a fulcrum. It has a function to support it so that it will not fall over. In this embodiment, by providing such a pair of side-falling prevention springs 236, even when the wearer wears the heavy work assist suit 300 alone, it can be easily worn. The pair of side-falling prevention springs 236 are designed so as not to hinder the rotational movement of the upper body tilted in the left-right direction performed by the wearer of the heavy-duty assist suit 300.

フレーム222は、装着者の背部において左右方向に延びるように設けられる第1の延設部(胸部後フレーム)と、該第1の延設部の両端部にそれぞれ連なり、該第1の延設部に対して直角に屈曲して互いに同方向に延びる一対の第1の屈曲部とを有し、大略的にコ字状に形成されている。   The frame 222 is connected to a first extending portion (chest rear frame) provided so as to extend in the left-right direction on the back of the wearer, and both ends of the first extending portion. And a pair of first bent portions that are bent at right angles to the portions and extend in the same direction, and are generally formed in a U-shape.

フレーム221には、この第1の延設部における長手方向の中央部を挿通可能な挿通孔が左右方向に延びるように形成されており、フレーム222は、該挿通孔を介して、左右軸線まわりに回転可能にフレーム221に連結されている。   The frame 221 is formed with an insertion hole extending in the left-right direction through which the central portion in the longitudinal direction of the first extending portion extends, and the frame 222 is formed around the left-right axis via the insertion hole. It is connected to the frame 221 so as to be rotatable.

フレーム222の各第1の屈曲部は、後述するフレーム226を遊嵌可能な挿入孔が形成されることによって、それぞれ筒状を成している。そして、この挿入孔の開口が形成される各第1の屈曲部の遊端部には、該挿入孔に遊嵌されたフレーム226を、該第1の屈曲部に対して締結固定するためのクランプ機構を有するフレーム223がそれぞれ連結されている。なお、このクランプ機構は、手動操作可能に構成されている。   Each first bent portion of the frame 222 has a cylindrical shape by forming an insertion hole into which a frame 226 described later can be loosely fitted. A frame 226 loosely fitted in the insertion hole is fastened to the first bending portion at the free end portion of each first bending portion where the opening of the insertion hole is formed. Frames 223 having a clamp mechanism are connected to each other. The clamp mechanism is configured to be manually operable.

この一対の第1の屈曲部およびフレーム223を介して、胸部フレームを構成する第2の上体アシストアームが、第1の上体アシストアームに連結されている。ここで、第2の上体アシストアームは、装着者の胸部を覆うように設けられる板状の胸部ガイド229と、フレーム225と、装着者における左右の両側にそれぞれ設けられるフレーム226,228およびコネクタ227とを含んで構成される部分である。なお、胸部フレームは、第1の上体アシストアームと第2の上体アシストアームとによって構成され、この胸部フレームと前記腰部フレームとによって、上体フレームが構成される。   Through the pair of first bent portions and the frame 223, the second upper body assist arm constituting the chest frame is connected to the first upper body assist arm. Here, the second upper body assist arm includes a plate-shaped chest guide 229 provided so as to cover the chest of the wearer, a frame 225, frames 226, 228 and connectors provided on both the left and right sides of the wearer. 227. The chest frame is constituted by a first upper body assist arm and a second upper body assist arm, and the chest frame and the waist frame constitute an upper body frame.

フレーム225は、装着者の胸部前方において左右方向に延びるように設けられる第2の延設部(胸部前フレーム)と、該第2の延設部の両端部にそれぞれ連なり、該第2の延設部に対して直角に屈曲して互いに同方向に延びる一対の第2の屈曲部とを有し、大略的にコ字状に形成されている。   The frame 225 is connected to a second extending portion (front chest frame) provided so as to extend in the left-right direction in front of the chest of the wearer, and both ends of the second extending portion. It has a pair of second bent portions that are bent at right angles to the provided portion and extend in the same direction, and is generally formed in a U-shape.

胸部ガイド229には、該胸部ガイド229と協働してフレーム225における第2の延設部を挿通可能な挿通孔を左右方向に沿って延びるように形成する一対のフレーム228が締結固定され、フレーム225は、各挿通孔を介して、左右軸線まわりに回転自在に胸部ガイド229に連結されている。   The chest guide 229 is fastened and fixed with a pair of frames 228 that cooperate with the chest guide 229 to form an insertion hole through which the second extending portion of the frame 225 can be inserted extending in the left-right direction. The frame 225 is connected to the chest guide 229 through each insertion hole so as to be rotatable around the left and right axis.

フレーム225の各第2の屈曲部における遊端部には、コネクタ227を介して、棒状のフレーム226の一端部がそれぞれ連結されている。詳細には、フレーム226の軸線と第2の屈曲部の軸線とが一致するように連結されている。コネクタ227は、装着者が操作することによって、フレーム225とフレーム226とを容易に連結/分離できるように構成されている。このように、装着者は、コネクタ227を操作することによって、重作業用アシストスーツ300を、容易に着脱することができる。   One end of a rod-shaped frame 226 is connected to the free end of each second bent portion of the frame 225 via a connector 227. Specifically, the frame 226 is connected so that the axis of the frame 226 coincides with the axis of the second bent portion. The connector 227 is configured so that the frame 225 and the frame 226 can be easily connected / separated by operation of the wearer. Thus, the wearer can easily attach and detach the heavy duty assist suit 300 by operating the connector 227.

上記のように構成される第2の上体アシストアームは、左右両側に設けられる第2の屈曲部およびコネクタ227を介して連結されたフレーム226を、装着者の脇を通して装着者の背部に至らしめ、各フレーム226における他端部を、第1の上体アシストアームにおけるフレーム222の各第1の屈曲部の挿入孔にそれぞれ挿し込み、挿入方向にスライドさせて位置決めし、フレーム223におけるクランプ機構を操作して、第1の屈曲部に対して締結固定することによって、第1の上体アシストアームに連結される。すなわち、第1の上体アシストアームと第2の上体アシストアームとは、フレーム222,223,226によって構成される調整機構によって、フレーム222における第1の延設部とフレーム225における第2の延設部との距離を、装着者の体型に合わせて調整できるようになっている。   The second upper body assist arm configured as described above reaches the wearer's back through the wearer's side through the frame 226 connected via the second bent portion provided on the left and right sides and the connector 227. The other end of each frame 226 is inserted into the insertion hole of each first bent portion of the frame 222 in the first upper body assist arm, and is slid in the insertion direction for positioning, and the clamp mechanism in the frame 223 Is connected to the first upper body assist arm by fastening and fixing to the first bent portion. That is, the first upper body assist arm and the second upper body assist arm are adjusted by the adjusting mechanism configured by the frames 222, 223, and 226, and the second extending portion in the frame 222 and the second body assist arm in the frame 225. The distance from the extended portion can be adjusted according to the wearer's body shape.

胸部ガイド229には、装着者の胸部に臨む側の面に胸部クッション232が取付けられるとともに、ベルト230,231が取付けられており、このベルト230,231を締め付けることによって、第2の上体アシストアームが装着者の胸部に密着して装着される。   A chest cushion 232 is attached to the chest guide 229 on the side facing the wearer's chest, and belts 230 and 231 are attached. By tightening the belts 230 and 231, a second upper body assist is provided. The arm is attached closely to the wearer's chest.

また、第1の上体アシストアームにおいて、フレーム221とフレーム222との連結部には、フレーム221の挿入孔に挿通されたフレーム222の第1の延設部を、フレーム221に対して締結固定するためのクランプ機構を有する角度調整機構237が設けられている。なお、このクランプ機構は、手動操作可能に構成されている。装着者は、この角度調整機構237を操作することによって、上下方向に対する胸部フレームの傾斜角度γ(図18(b)参照)を装着者の体型に合わせて調整して固定できるようになっている。   In the first upper body assist arm, the first extending portion of the frame 222 inserted through the insertion hole of the frame 221 is fastened and fixed to the frame 221 at the connecting portion between the frame 221 and the frame 222. An angle adjusting mechanism 237 having a clamping mechanism for performing the above is provided. The clamp mechanism is configured to be manually operable. By operating this angle adjusting mechanism 237, the wearer can adjust and fix the inclination angle γ (see FIG. 18B) of the chest frame with respect to the vertical direction according to the wearer's body shape. .

図20は、重作業用アシストスーツ300に含まれる制御機器の構成を示す図である。重作業用アシストスーツ300に含まれる制御機器は、制御ユニット310と、2つのモータドライバユニット320と、右足底ユニット330と、左足底ユニット340と、ハンディ端末装置(以下「ハンディ端末」という)350と、電池ユニット360と、右手スイッチユニット370と、左手スイッチユニット380とを含んで構成される。   FIG. 20 is a diagram illustrating a configuration of a control device included in the heavy work assist suit 300. The control equipment included in the heavy-duty assist suit 300 includes a control unit 310, two motor driver units 320, a right sole unit 330, a left sole unit 340, and a handy terminal device (hereinafter referred to as "handy terminal") 350. A battery unit 360, a right hand switch unit 370, and a left hand switch unit 380.

右足底ユニット330は、装着者の右側の靴底に装着され、左足底ユニット340は、装着者の左側の靴底に装着される。パラメータ入力部であるハンディ端末350は、携帯型の端末装置であり、装着者の右手あるいは左手によって保持されて操作される。ハンディ端末350は、たとえばスマートフォンによって実現される。右手スイッチユニット370は、手袋型に構成され、装着者の右手に装着される。また、左手スイッチユニット380は、手袋型に構成され、装着者の左手に装着される。   The right sole unit 330 is attached to the shoe sole on the right side of the wearer, and the left sole unit 340 is attached to the shoe sole on the left side of the wearer. The handy terminal 350 that is a parameter input unit is a portable terminal device that is held and operated by the right or left hand of the wearer. The handy terminal 350 is realized by a smartphone, for example. The right hand switch unit 370 is configured in a glove shape and is worn on the wearer's right hand. The left hand switch unit 380 is configured in a glove shape and is attached to the wearer's left hand.

制御ユニット310は、第1無線通信部311と、第2無線通信部312と、中央制御部313と、電源制御部314とを含んで構成される。第1無線通信部311は、無線による通信によって、右足底ユニット330、左足底ユニット340、右手スイッチユニット370、および左手スイッチユニット380と通信可能に構成され、これらのユニットと中央制御部313との情報の中継を行っている。第2無線通信部312は、無線による通信によって、ハンディ端末350と通信可能に構成され、ハンディ端末350と中央制御部313との情報の中継を行っている。中央制御部313は、有線による通信によって、各モータドライバユニット320と通信するように構成されている。電源制御部314は、電池ユニット360を制御する。なお、中央制御部313および電源制御部314は、CPUを含むコンピュータによって実現される。   The control unit 310 includes a first wireless communication unit 311, a second wireless communication unit 312, a central control unit 313, and a power supply control unit 314. The first wireless communication unit 311 is configured to be communicable with the right foot unit 330, the left foot unit 340, the right hand switch unit 370, and the left hand switch unit 380 by wireless communication, and these units and the central control unit 313 can communicate with each other. Relaying information. The second wireless communication unit 312 is configured to be able to communicate with the handy terminal 350 by wireless communication, and relays information between the handy terminal 350 and the central control unit 313. The central control unit 313 is configured to communicate with each motor driver unit 320 by wired communication. The power control unit 314 controls the battery unit 360. The central control unit 313 and the power control unit 314 are realized by a computer including a CPU.

一方のモータドライバユニット320は、装着者の右側に装着されるパワーアシスト用電動モータ201を制御する右モータドライバ321を含んで構成され、他方のモータドライバユニット320は、装着者の左側に装着されるパワーアシスト用電動モータ201を制御する右モータドライバ322を含んで構成される。各モータドライバ321,322は、有線による通信によって、中央制御部313と通信し、中央制御部313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、モータの位置情報などの情報を中央制御部313へ送っている。モータの位置情報は、パワーアシスト用電動モータ201の回転軸の回転角度を表す情報である。   One motor driver unit 320 includes a right motor driver 321 that controls a power assist electric motor 201 mounted on the right side of the wearer, and the other motor driver unit 320 is mounted on the left side of the wearer. A right motor driver 322 for controlling the electric motor 201 for power assist. Each of the motor drivers 321 and 322 communicates with the central control unit 313 through wired communication, receives a command such as an output torque command necessary for assist from the central control unit 313, and centrally controls information such as motor position information. To part 313. The motor position information is information representing the rotation angle of the rotating shaft of the electric motor 201 for power assist.

右足底ユニット330は、無線通信部331、電池332、爪先スイッチ(以下「SW」ともいう)333および踵SW334を含んで構成される。電池332は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部331、爪先SW333および踵SW334に電力を供給する。無線通信部331は、爪先SW333および踵SW334の状態、すなわち、爪先SW333および踵SW334によって検出された検出結果を、第1無線通信部311を介して中央制御部313に送っている。   The right sole unit 330 includes a wireless communication unit 331, a battery 332, a toe switch (hereinafter also referred to as “SW”) 333 and a heel SW 334. The battery 332 is a rechargeable storage battery and supplies power to the wireless communication unit 331, the toe SW333, and the heel SW334. The wireless communication unit 331 sends the states of the toe SW333 and the heel SW334, that is, the detection results detected by the toe SW333 and the heel SW334 to the central control unit 313 via the first wireless communication unit 311.

爪先SW333は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における爪先部分に配置され、予め定める値以上の荷重が爪先部に作用しているか否かを検出する。踵SW334は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における踵部分に配置され、予め定める値以上の荷重が踵部に作用しているか否かを検出する。   The toe SW333 is disposed at the toe portion of the shoe sole of the right shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion. The heel SW 334 is arranged at the heel portion of the shoe sole of the right shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the heel.

左足底ユニット340は、無線通信部341、電池342、爪先SW343および踵SW344を含んで構成される。無線通信部341、電池342、爪先SW343および踵SW344は、それぞれ無線通信部331、電池332、爪先SW333および踵SW334と同じ構成であり、重複を避けるために説明は省略する。爪先SW333、踵SW334、爪先SW343および踵SW344は、床反力検出部である。   The left sole unit 340 includes a wireless communication unit 341, a battery 342, a toe SW343, and a heel SW344. The wireless communication unit 341, the battery 342, the toe SW 343, and the heel SW 344 have the same configurations as the wireless communication unit 331, the battery 332, the toe SW 333, and the heel SW 334, respectively, and description thereof is omitted to avoid duplication. The toe SW333, the heel SW334, the toe SW343, and the heel SW344 are floor reaction force detection units.

右手スイッチユニット370は、無線通信部371、電池372および手袋SW373を含んで構成される。電池372は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部371および手袋SW373に電力を供給する。無線通信部371は、手袋SW373の状態、すなわち、手袋SW373によって検出された検出結果を、第1無線通信部311を介して中央制御部313に送っている。手袋SW373は、装着者が装着する右側の手袋の指の掌側の部分に配置され、予め定める値以上の荷重がその部分に作用しているか否かを検出する。   The right hand switch unit 370 includes a wireless communication unit 371, a battery 372, and a glove SW 373. The battery 372 is a rechargeable storage battery and supplies power to the wireless communication unit 371 and the gloves SW373. The wireless communication unit 371 sends the state of the glove SW 373, that is, the detection result detected by the glove SW 373 to the central control unit 313 via the first wireless communication unit 311. The glove SW 373 is arranged on the palm side part of the finger of the right glove worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the part.

左手スイッチユニット380は、無線通信部381、電池382および手袋SW383を含んで構成される。無線通信部381、電池382および手袋SW383は、それぞれ無線通信部371、電池372および手袋SW373と同じ構成であり、重複を避けるために説明は省略する。手袋SW373および手袋SW383は、手指反力検出部である。   The left hand switch unit 380 includes a wireless communication unit 381, a battery 382, and a glove SW 383. The wireless communication unit 381, the battery 382, and the glove SW 383 have the same configurations as the wireless communication unit 371, the battery 372, and the glove SW 373, respectively, and a description thereof is omitted to avoid duplication. The gloves SW373 and gloves SW383 are finger reaction force detection units.

ハンディ端末350は、重作業用アシストスーツ300の動作に必要な後述するパラメータを設定するために使用される。電池ユニット360は、電池361を含んで構成される。電池361は、充電可能な蓄電池である。電池ユニット360は、電池361からの電力を制御ユニット310および各モータドライバユニット320に供給している。   The handy terminal 350 is used to set parameters, which will be described later, necessary for the operation of the heavy work assist suit 300. The battery unit 360 includes a battery 361. The battery 361 is a rechargeable storage battery. The battery unit 360 supplies power from the battery 361 to the control unit 310 and each motor driver unit 320.

駆動制御部である中央制御部313は、第1無線通信部311から与えられる各スイッチの情報と、各モータドライバ321,322から与えられるモータ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321,322へ出力トルク指令を送る。   The central control unit 313 that is a drive control unit, based on the information of each switch given from the first wireless communication unit 311 and the position information of the motor given from each motor driver 321, 322, drive torque required for assist And an output torque command is sent to each of the motor drivers 321 and 322.

本実施形態では、図20に示すように、制御ユニット310に、2つの無線通信部、すなわち、右足底ユニット330、左足底ユニット340、右手スイッチユニット370、および左手スイッチユニット380と通信を行う第1無線通信部311と、ハンディ端末350と通信を行う第2無線通信部312とを備えることにより、通信速度が向上され、並列処理を行うことができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 20, the control unit 310 communicates with two wireless communication units, that is, the right foot unit 330, the left foot unit 340, the right hand switch unit 370, and the left hand switch unit 380. By providing the 1 wireless communication part 311 and the 2nd wireless communication part 312 which communicates with the handy terminal 350, communication speed can be improved and parallel processing can be performed.

図21は、回転トルクTの算出を説明するための図である。中央制御部313は、装着者の様々な作業姿勢にて体を動かすのに必要な回転トルクTを、パワーアシスト用電動モータ201の回転軸の回転角度を用いて力学的に算出することによって、アシストトルクを算出する。アシストトルクは、パワーアシスト用電動モータ201によって生成される駆動トルクである。   FIG. 21 is a diagram for explaining the calculation of the rotational torque T. The central control unit 313 dynamically calculates the rotational torque T necessary to move the body in various work postures of the wearer using the rotational angle of the rotational axis of the electric motor 201 for power assist, Assist torque is calculated. The assist torque is a drive torque generated by the power assist electric motor 201.

中央制御部313は、まず股関節角度βを取得する。股関節角度βは、大腿部の回転角度、すなわち、鉛直線を基準とする角度である。中央制御部313は、各モータドライバ321,322から、左右の股関節角度βを取得する。   The central control unit 313 first acquires the hip joint angle β. The hip joint angle β is a rotation angle of the thigh, that is, an angle with respect to a vertical line. The central control unit 313 acquires the left and right hip joint angles β from the motor drivers 321 and 322.

脚部の質量をm[kg]、パワーアシスト用電動モータ201の回転軸から受動回転軸213までの距離をL[m]とすると、質量mの脚部を動作させるのに必要な回転トルクT[N・m]は、計算式「T=Lgsin(β)」によって計算することができる。 If the mass of the leg is m F [kg] and the distance from the rotary shaft of the power assist electric motor 201 to the passive rotary shaft 213 is L F [m], it is necessary to operate the leg of mass m F. The rotational torque T F [N · m] can be calculated by a calculation formula “T F = L F m F gsin (β)”.

ただし、gは、重力加速度である。Lおよびmは、比例定数であり、装着者によって決まる固定値である。中央制御部313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、アシストトルクを算出している。パラメータは、ハンディ端末350を使用して設定することができる。 However, g is a gravitational acceleration. L F and m F are proportional constants and are fixed values determined by the wearer. The central control unit 313 calculates the assist torque by setting these values as parameters in advance. The parameter can be set using the handy terminal 350.

このように、本実施形態に係る重作業用アシストスーツ300は、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを、筋肉を動かそうとした時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、股関節角度βから力学的に算出することによってアシストトルクを算出するので、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。   As described above, the assist suit 300 for heavy work according to the present embodiment is a weak surface that flows to the muscle when the muscle is moved with the rotational torque T necessary to move the body in various work postures of the wearer. Since the assist torque is calculated by dynamically calculating from the hip joint angle β without using the myoelectric potential signal, the troublesomeness of wearing the surface myoelectric potential sensor can be eliminated.

また、重作業用アシストスーツ300は、予め設定された動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを力学的に算出し、アシストする比率を乗じてアシストトルクを算出するので、動作の切り替わり時に不連続になることがない。   Further, the heavy work assist suit 300 is not a preset motion pattern regeneration method, but dynamically calculates the rotational torque T required to move the body in various work postures of the wearer, and assists the ratio. Since the assist torque is calculated by multiplying by, there is no discontinuity when the operation is switched.

ここで、ハンディ端末350を使用して設定されるパラメータを下記の表5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、保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、保持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。   Here, parameters set using the handy terminal 350 are shown in Table 5 below. Parameter Nos. “01” to “07” are walking control parameters on the free leg side, and parameter Nos. “11” to “13” are walking control parameters on the holding leg side. The free leg is the leg that is not on the ground, and the holding leg is the leg that is on the ground. The walking control parameter is a parameter for assisting the walking motion.

パラメータNo「21」〜「25」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータNo「31」〜「35」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータNo「41」〜「45」は、ティーチングパラメータである。ハンディ端末350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。   Parameter Nos. “21” to “25” are body control parameters. The body control parameter is a parameter for assisting the body motion. Parameter Nos. “31” to “35” are middle waist control parameters. The middle waist control parameter is a parameter for assisting the middle waist motion. Parameter Nos. “41” to “45” are teaching parameters. The handy terminal 350 has a storage area for storing these parameters.

Figure 2013138848
Figure 2013138848

図22は、重作業用アシストスーツ300で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。中央制御部313は、重作業用アシストスーツ300の電源が投入されてパワーアシスト用電動モータ201を除く部位への電力の供給が開始され、動作可能状態になると、ステップA11に移る。   FIG. 22 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 300. The assist suit control process includes four processes including a power activation sequence process, a parameter rewrite sequence process, a posture information input sequence process, and a hip joint control sequence process. When the power of the heavy work assist suit 300 is turned on and the supply of power to the parts other than the power assist electric motor 201 is started, the central control unit 313 moves to step A11.

ステップA11では、中央制御部313は、電源起動シーケンス処理を実行する。具体的には、中央制御部313は、ハンディ端末350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。中央制御部313は、アシストに必要なパラメータの受信完了後、装着者が直立している直立状態での各大腿部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201用の電源をオンする。   In step A11, the central control unit 313 executes a power supply startup sequence process. Specifically, the central control unit 313 waits for completion of reception of parameters necessary for assist transmitted from the handy terminal 350. The central control unit 313 initializes the rotation angle of each thigh in the upright state where the wearer is standing upright after the reception of the parameters necessary for assisting, and supplies the power for the power assist electric motor 201 to the power source. Turn on.

ステップA12では、中央制御部313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350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っている。メインループは、ステップA12〜A14によって形成される処理手順のループである。   In step A12, the central control unit 313 executes a parameter rewriting sequence process. Parameters necessary for assist are appropriately sent from the handy terminal 350 held by the wearer. In the assist suit control process, the parameter rewriting sequence process is performed in the main loop so that the parameter update can be executed at any time. The main loop is a processing procedure loop formed by steps A12 to A14.

ステップA13では、中央制御部313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、装着者の姿勢に関するデータを取得する処理である。   In step A13, the central control unit 313 executes posture information input sequence processing. Posture information input sequence processing is processing for acquiring data relating to the posture of the wearer.

ステップA14では、中央制御部313は、股関節制御シーケンス処理を実行して、ステップA12に戻る。股関節制御シーケンス処理は、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201による駆動に必要なアシストトルクを計算して出力する処理である。   In step A14, the central control unit 313 executes a hip joint control sequence process and returns to step A12. The hip joint control sequence process is a process of calculating and outputting an assist torque necessary for driving by the power assist electric motor 201 for each of the walking motion, the upper body motion and the middle waist motion based on the data acquired in step A13. It is.

中央制御部313は、メインループを20mS間隔で実行しており、重作業用アシストスーツ300は、装着者へのスムーズなアシストを実現している。中央制御部313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。重作業用アシストスーツ300は、健常者のアシストを目的としており、動作の開始時に数秒間アシストがなくても、実用上支障はない。   The central control unit 313 executes the main loop at intervals of 20 mS, and the heavy work assist suit 300 realizes smooth assistance to the wearer. The central control unit 313 determines the operation of the wearer within a few seconds before starting the assist, and outputs the assist torque after the determination. The heavy work assist suit 300 is intended to assist a healthy person, and even if there is no assistance for several seconds at the start of operation, there is no practical problem.

図23は、パラメータ書換え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。パラメータの更新には、手動での入力による更新と、ティーチングモードでの入力による更新とがある。中央制御部313は、図22に示したステップA12が実行されると、ステップB11に移る。   FIG. 23 is a flowchart illustrating a processing procedure of parameter rewriting sequence processing. The parameter update includes an update by manual input and an update by input in the teaching mode. When step A12 shown in FIG. 22 is executed, the central control unit 313 proceeds to step B11.

ステップB11では、中央制御部313は、ハンディ端末350から受信した情報に基づいてティーチングモードであるか否かを判定している。中央制御部313は、ティーチングモードであるとき、ステップB12に進み、ティーチングモードでないとき、ステップB15に進む。   In step B11, the central control unit 313 determines whether or not the teaching mode is set based on the information received from the handy terminal 350. The central control unit 313 proceeds to step B12 when in the teaching mode, and proceeds to step B15 when not in the teaching mode.

ステップB12では、中央制御部313は、アシストをオフする。中央制御部313は、アシストがオフの間、パワーアシスト用電動モータ201によるアシストを停止し、図22に示したステップA13の姿勢情報入力シーケンス処理およびステップA14の股関節制御シーケンス処理を実行することなく、ステップA12に戻る。   In step B12, the central control unit 313 turns off the assist. The central control unit 313 stops the assist by the power assist electric motor 201 while the assist is off, without executing the posture information input sequence process of step A13 and the hip joint control sequence process of step A14 shown in FIG. Return to Step A12.

ステップB13では、中央制御部313は、各モータドライバ321,322から送られてくる左右の股関節角度β、右足底ユニット330から送られてくる爪先SW333および踵SW334による検出結果、および左足底ユニット340から送られてくる爪先SW343および踵SW344による検出結果に基づいて、装着者による歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作を解析することによって、装着者が意図する動作を判断するために必要なパラメータを生成する。生成されたパラメータのうち、ティーチングパラメータのパラメータNo「41」〜「45」は、この動作解析によって得られる。   In step B13, the central control unit 313 detects the left and right hip joint angles β sent from the motor drivers 321, 322, the detection results by the toe SW333 and the heel SW334 sent from the right foot unit 330, and the left foot unit 340. Necessary for judging the intended motion of the wearer by analyzing the walking motion, upper body motion, and middle waist motion of the wearer based on the detection results of the toe SW343 and the heel SW344 sent from Generate the correct parameters. Among the generated parameters, teaching parameter parameter Nos. “41” to “45” are obtained by this operation analysis.

ステップB14では、中央制御部313は、生成したパラメータをハンディ端末350に送信して、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。ハンディ端末350に送信されたパラメータは、ハンディ端末350で装着者によって確認される。確認されたパラメータは、ハンディ端末350に再送信することによって有効になる。   In step B14, the central control unit 313 transmits the generated parameter to the handy terminal 350, and ends the parameter rewriting sequence process. The parameter transmitted to the handy terminal 350 is confirmed by the wearer at the handy terminal 350. The confirmed parameters are validated by retransmitting them to the handy terminal 350.

ステップB15では、中央制御部313は、ハンディ端末350からパラメータを受信し、受信したパラメータを設定する。ステップB16では、中央制御部313は、アシストをオンして、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。パラメータを更新した後にアシストをオンしているのは、装着者の安全を確保するためである。   In step B15, the central control unit 313 receives parameters from the handy terminal 350 and sets the received parameters. In step B16, the central control unit 313 turns on the assist and ends the parameter rewriting sequence process. The reason for turning on the assist after updating the parameters is to ensure the safety of the wearer.

図24は、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。中央制御部313は、図22に示したステップA13が実行されると、ステップC11に移る。   FIG. 24 is a flowchart illustrating the processing procedure of the posture information input sequence process. When step A13 shown in FIG. 22 is executed, the central control unit 313 proceeds to step C11.

ステップC11では、中央制御部313は、床反力スイッチを読込み、床反力の有無を検出する。床反力スイッチは、右足底ユニット330の爪先SW333および踵SW334、ならびに、左足底ユニット340の爪先SW343および踵SW344である。具体的には、中央制御部313は、爪先SW333および踵SW334の検出結果を右足底ユニット330から受信し、爪先SW343および踵SW344の検出結果を左足底ユニット340から受信する。   In step C11, the central control unit 313 reads the floor reaction force switch and detects the presence or absence of the floor reaction force. The floor reaction force switches are the toe SW333 and the heel SW334 of the right sole unit 330, and the toe SW343 and the heel SW344 of the left sole unit 340. Specifically, the central control unit 313 receives the detection results of the toe SW333 and the heel SW334 from the right sole unit 330, and receives the detection results of the toe SW343 and the heel SW344 from the left sole unit 340.

ステップC12では、中央制御部313は、モータエンコーダの角度を読込む。具体的には、中央制御部313は、パワーアシスト用電動モータ201に含まれるエンコーダから、パワーアシスト用電動モータ201の回転軸の回転角度、つまり股関節角度βを、各モータドライバ321,322を介して読込む。ステップC13では、中央制御部313は、股関節角速度、つまりパワーアシスト用電動モータ201の回転軸の回転角度の角速度を計算して、姿勢情報入力シーケンス処理を終了する。パワーアシスト用電動モータ201に含まれるエンコーダは、角度検出部である。   In step C12, the central control unit 313 reads the angle of the motor encoder. Specifically, the central control unit 313 receives the rotation angle of the rotating shaft of the power assist electric motor 201, that is, the hip joint angle β from the encoder included in the power assist electric motor 201 via the motor drivers 321 and 322. Read. In step C13, the central control unit 313 calculates the hip joint angular velocity, that is, the angular velocity of the rotational angle of the rotating shaft of the power assist electric motor 201, and ends the posture information input sequence process. The encoder included in the power assist electric motor 201 is an angle detection unit.

図25は、股関節制御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。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。中央制御部313は、図22に示したステップA14が実行されると、ステップD11,D13,D15に移る。   FIG. 25 is a flowchart illustrating a processing procedure of hip joint control sequence processing. Steps D11 and D12 are processes for walking motion. Steps D13 and D14 are processes for the upper body motion. Steps D15 and D16 are processes for the middle waist movement. Processing for walking motion, processing for upper body motion, and processing for middle waist motion are processed in parallel. When step A14 shown in FIG. 22 is executed, the central control unit 313 proceeds to steps D11, D13, and D15.

ステップD11では、中央制御部313は、歩行判断を行う。具体的には、中央制御部313は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、歩行動作を行っているか否かを判断する。ステップD12では、中央制御部313は、歩行制御を行う。具体的には、中央制御部313は、歩行動作を行っているとき、時々刻々変化する股関節角度βおよび床反力に基づいて、歩行動作をアシストするための遊脚側のアシストトルクおよび保持脚側のアシストトルクを計算する。   In step D11, the central control unit 313 performs walking determination. Specifically, the central control unit 313 determines whether or not a walking motion is being performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. In step D12, the central control unit 313 performs walking control. Specifically, the central control unit 313, when performing the walking motion, based on the hip joint angle β and the floor reaction force that change every moment, the free leg side assist torque and the holding leg for assisting the walking motion. Side assist torque is calculated.

ステップD13では、中央制御部313は、上体判断を行う。具体的には、中央制御部313は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、上体動作を行っているか否かを判断する。上体動作は、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、中央制御部313は、上体制御を行う。具体的には、中央制御部313は、上体動作を行っているとき、上体動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。中央制御部313は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出する。   In step D13, the central control unit 313 performs upper body determination. Specifically, the central control unit 313 determines whether or not a body motion is being performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. The upper body motion is an operation of bending the upper body and then raising the upper body. In step D14, the central control unit 313 performs upper body control. Specifically, the central control unit 313 calculates an assist torque for assisting the body motion when performing the body motion. The central control unit 313 calculates assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs.

ステップD15では、中央制御部313は、中腰判断を行う。具体的には、中央制御部313は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、中腰動作を行っているか否かを判断する。中腰動作は、中腰姿勢での動作である。ステップD16では、中央制御部313は、中腰制御を行う。具体的には、中央制御部313は、中腰動作を行っているとき、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。中央制御部313は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出する。ステップD11〜D16は、算出ステップである。   In step D15, the central control unit 313 performs middle waist determination. Specifically, the central control unit 313 determines whether or not the middle waist movement is performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. The middle waist motion is a motion in a middle waist posture. In step D16, the central control unit 313 performs middle waist control. Specifically, the central control unit 313 calculates an assist torque for assisting the middle waist motion when performing the middle waist motion. The central control unit 313 calculates assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs. Steps D11 to D16 are calculation steps.

ステップD17では、中央制御部313は、歩行制御、上体制御および中腰制御に関して予め設定された優先順位に従って判定を行い、駆動ステップであるステップD18で、中央制御部313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321,322を制御して、パワーアシスト用電動モータ201を駆動させて、股関節制御シーケンス処理を終了する。   In step D17, the central control unit 313 makes a determination according to preset priorities for walking control, upper body control, and middle waist control, and in step D18, which is a driving step, the central control unit 313 performs the determination according to the priorities. The motor drivers 321 and 322 are controlled so as to output the calculated assist torque, the power assist electric motor 201 is driven, and the hip joint control sequence process ends.

なお、本実施形態では、上体制御の優先度が最も高く、中腰制御の優先度がそれに続き、歩行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るが、歩行制御、上体制御および中腰制御の優先順位は、必要に応じて、適宜設定変更することができる。   In the present embodiment, the priority is set in advance so that the priority of the body control is the highest, the priority of the middle waist control follows, and the priority of the walking control is the lowest. This priority order is determined in particular to assist farm work, but the priority order of walking control, upper body control, and middle waist control can be appropriately changed as necessary.

このように、本実施形態では、歩行制御、上体制御および中腰制御に関して優先順位を予め設定しておくことにより、装着者側ではなく、中央制御部313において動作を推定して、歩行制御、上体制御および中腰制御が混ざらないように明確に切り分けられている。   As described above, in the present embodiment, by setting priorities for the walking control, the body control, and the middle waist control in advance, the operation is estimated by the central control unit 313 instead of the wearer side, and the walking control, Clearly separated so that upper body control and middle waist control are not mixed.

図26は、歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。歩行判断処理では、ステップE11〜E20の手順によって、装着者の姿勢情報のうち、股関節角度βと床反力スイッチの変化に基づいて、停止状態から歩行への移行割合を算出している。中央制御部313は、図25に示したステップD11が実行されると、ステップE11,E15に移る。   FIG. 26 is a flowchart illustrating a processing procedure of walking determination processing. In the walking determination process, the transition ratio from the stopped state to the walking is calculated based on the change of the hip joint angle β and the floor reaction force switch in the posture information of the wearer by the procedure of steps E11 to E20. When step D11 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to steps E11 and E15.

ステップE11では、中央制御部313は、股関節角度βを微分する。ステップE12では、中央制御部313は、その角速度を計算する。つまり、中央制御部313は、ステップE11で股関節角度βを微分した値を股関節角速度とする。ステップE13では、中央制御部313は、歩行判断ポイントを左右の足について検出し、ステップE14では、中央制御部313は、股関節角速度が歩行状態になっているか否かを判断し、股関節角速度が歩行状態になっているとき、その股関節角速度の発生点を歩行判断ポイントとする。具体的には、股関節角速度が、「屈曲側」のパラメータ41を越えた点を「屈曲開始点」、「伸展側」のパラメータ42を越えた点を「伸展開始点」とし、越えた時点で歩行状態になったと判断している。   In step E11, the central control unit 313 differentiates the hip joint angle β. In step E12, the central control unit 313 calculates the angular velocity. That is, the central control unit 313 sets the value obtained by differentiating the hip joint angle β in step E11 as the hip joint angular velocity. In step E13, the central control unit 313 detects walking determination points for the left and right feet, and in step E14, the central control unit 313 determines whether or not the hip joint angular velocity is in a walking state, and the hip joint angular velocity is walking. When in a state, the generation point of the hip joint angular velocity is set as a walking determination point. Specifically, the point where the hip joint angular velocity exceeds the “flexion side” parameter 41 is defined as the “flexion start point”, and the point where the hip joint angular velocity exceeds the “extension side” parameter 42 is defined as the “extension start point”. Judged that he was in a walking state.

また、ステップE15では、中央制御部313は、装着者の床反力データに基づいて足の接地状態を計算し、ステップE16では、中央制御部313は、接地状態の変化点を求め、ステップE17では、中央制御部313は、接地状態が歩行状態になっているかを判断し、接地判断ポイントとしている。屈曲判断ポイントと接地判断ポイントを合わせて歩行判断ポイントとする。   In step E15, the central control unit 313 calculates the ground contact state of the foot based on the floor reaction force data of the wearer. In step E16, the central control unit 313 obtains a change point of the ground contact state, and step E17. Then, the central control unit 313 determines whether the grounding state is a walking state, and sets it as a grounding determination point. The bending judgment point and the grounding judgment point are combined into a walking judgment point.

ステップE18では、中央制御部313は、歩行判断ポイントで時間積算タイマをクリアする。時間積算タイマは、中央制御部313に内蔵されるタイマであり、電源オンから、クリアされるまで積算を続けるタイマである。時間積算タイマは、歩行判断ポイントでクリアされるので、時間積算タイマの積算値は一定値以上に大きくならないことになる。したがって、中央制御部313は、時間積算タイマの積算値に基づいて、歩行しているか否かの判断が可能となる。   In step E18, the central control unit 313 clears the time integration timer at the walking determination point. The time integration timer is a timer built in the central control unit 313, and is a timer that continues integration from power-on until it is cleared. Since the time integration timer is cleared at the walking determination point, the integration value of the time integration timer does not increase beyond a certain value. Therefore, the central control unit 313 can determine whether or not the user is walking based on the integrated value of the time integration timer.

ステップE19では、中央制御部313は、時間積算タイマ値、つまり時間積算タイマの積算値に基づいて歩行継続を判断する。すなわち、中央制御部313は、歩行判断ポイントから再び歩行判断ポイントに戻るまでの時間積算タイマ値によって、歩行が継続しているか否かを判断する。ステップE20では、中央制御部313は、歩行判断割合を計算して、歩行判断処理を終了する。   In step E19, the central controller 313 determines to continue walking based on the time integration timer value, that is, the integration value of the time integration timer. That is, the central control unit 313 determines whether or not walking is continued based on a time integration timer value until the walking determination point returns to the walking determination point again. In step E20, the central control unit 313 calculates a walking determination ratio and ends the walking determination process.

歩行割合(%)は、前記一定値をパラメータNo「43」の「一定時間」とし、積算値の上限をパラメータNo「44」の「増加」とすると、式(1)によって、歩行判断の度合いを「歩行割合」として求めることができる。   As for the walking ratio (%), if the above-mentioned constant value is “constant time” of parameter No. “43” and the upper limit of the integrated value is “increase” of parameter No. “44”, Can be obtained as the “walking ratio”.

Figure 2013138848
歩行割合(%)は、パラメータNo「44」の「増加」の時間で0%から100%へ変化することになる。
Figure 2013138848
The walking ratio (%) changes from 0% to 100% during the “increase” time of parameter No “44”.

歩行ポイントの無い状態が続くと、積算値がパラメータNo「43」の「一定時間」以上になる。このときは、歩行していないと判断することができる。このときは「歩行割合」を減少させて、歩行の判断度合いを0%に移行させる。パラメータNo「45」の「減少」の時間で100%から0%へ変化することになる。   If the state without the walking point continues, the integrated value becomes equal to or longer than the “certain time” of the parameter No “43”. At this time, it can be determined that the user is not walking. At this time, the “walking ratio” is decreased to shift the degree of determination of walking to 0%. The parameter No “45” changes from 100% to 0% in the “decrease” time.

図27は、歩行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、時々刻々変化する股関節角度βと床反力の有無を基に、歩行時に必要とされる遊脚側トルクと保持脚側トルクを計算している。中央制御部313は、図25に示したステップD12が実行されると、ステップF11に移る。   FIG. 27 is a flowchart illustrating the processing procedure of the walking control process. In the walking control process, the free leg side torque and the holding leg side torque required during walking are calculated based on the hip joint angle β and the presence or absence of floor reaction force that change from moment to moment in the posture information of the wearer. . When step D12 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to step F11.

ステップF11では、中央制御部313は、アシスト開始を検出する。具体的には、中央制御部313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、中央制御部313は、遊脚側のアシストトルクを計算する。ステップF13では、中央制御部313は、保持脚側のアシストトルクを計算する。ステップF14では、中央制御部313は、歩行割合による補正を行うことで、歩行アシストトルクを算出する。   In step F11, the central control unit 313 detects the start of assist. Specifically, the central control unit 313 detects that the leg on the free leg side is positioned at the walking determination point. In step F12, the central control unit 313 calculates the assist torque on the free leg side. In step F13, the central control unit 313 calculates the assist torque on the holding leg side. In step F14, the central control unit 313 calculates walking assist torque by performing correction based on the walking ratio.

図28は、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。中央制御部313は、図27に示したステップF12が実行されると、ステップF21に移る。   FIG. 28 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the assist torque on the free leg side. When step F12 shown in FIG. 27 is executed, the central control unit 313 proceeds to step F21.

ステップF21では、中央制御部313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β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、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、振下完了で終了する。   In step F21, the central control unit 313 determines whether or not it is a free leg, and if it is determined that it is a free leg, it proceeds to step F22 and reads the hip joint angle β. If it is determined that the leg is not a free leg, the calculation process is terminated. If it is determined that the leg is a swing leg, the walking sequence is executed in order of “starting swinging” → “being raised” → “starting swinging” → “being shaken”, and is finished when the swinging is completed. .

踵SWが足の浮きを検出すると足の「振上開始」と判断され、パラメータNo「01」の「保持最大」トルクが、ステップF23にて振上側にパラメータNo「03」の「加速時間」出力される。加速時間経過後も振上げ動作が続く場合は「振上中」と判断され、パラメータNo「01」の「保持最大」・パラメータNo「02」の「比例範囲」を基に、ステップF22にて読み込んだ股関節角度βに比例した振上側へのアシストトルクが出力される(ステップF24)。股関節角度βがパラメータNo「04」の「戻り角度」以上に到達すると「振下開始」と判断され、「振下中」も含めて、振下方向にパラメータNo「04」の「戻り角度」・パラメータNo「05」の「戻り出力」を基に、股関節角度βに比例したアシストトルクが出力される(ステップF25)。ただし、パラメータNo「13」の「不感帯」内ではトルクを切っている。また、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップF26にてパラメータNo「07」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。   When the heel SW detects the lift of the foot, it is determined that the foot is “starting to swing up”, and the “maximum holding” torque of the parameter No. “01” is set to the “acceleration time” of the parameter No. “03” on the swing side in step F23. Is output. If the swing-up operation continues even after the acceleration time has elapsed, it is determined as “raising”, and in step F22, based on “maximum holding” in parameter No “01” and “proportional range” in parameter No “02” The assist torque to the swing up in proportion to the read hip joint angle β is output (step F24). When the hip joint angle β reaches or exceeds the “return angle” of the parameter No. “04”, it is determined as “start of swinging”, and the “return angle” of the parameter No. “04” in the swinging direction including “being swung”. Based on the “return output” of the parameter No. “05”, an assist torque proportional to the hip joint angle β is output (step F25). However, the torque is cut within the “dead zone” of parameter No. “13”. Further, in order to prevent a sudden torque change from being a burden on the wearer, the output torque is adjusted in accordance with the “increase rate” of parameter No. “07” in step F26.

図29は、保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。中央制御部313は、図27に示したステップF13が実行されると、ステップF31に移る。   FIG. 29 is a flowchart illustrating a processing procedure of assist torque calculation processing on the holding leg side. When step F13 shown in FIG. 27 is executed, the central control unit 313 proceeds to step F31.

ステップF31では、中央制御部313は、保持脚であるか否かを判断し、保持脚であると判断された場合には、ステップF32に進み、保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。保持脚であると判断された場合には、直立姿勢を保持するためのトルクを出力する。   In step F31, the central control unit 313 determines whether or not it is a holding leg. If it is determined that it is a holding leg, the process proceeds to step F32, and if it is determined that it is not a holding leg, The calculation process ends. If it is determined that the leg is a holding leg, a torque for holding the upright posture is output.

ステップF32で、中央制御部313は、股関節角度βを読み込み、ステップF33で、中央制御部313は、パラメータNo「11」の「保持最大」・パラメータNo「12」の「比例範囲」を基に、股関節角度βに比例した保持トルクを計算する。ただし、パラメータNo「13」の「不感帯」内ではトルクを切っている。また、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップF34にてパラメータNo「07」の「増加割合」によるトルクの加減を行って出力している。   In step F32, the central control unit 313 reads the hip joint angle β, and in step F33, the central control unit 313 determines that the parameter No “11” is “maximum holding” and the parameter No “12” is “proportional range”. The holding torque proportional to the hip joint angle β is calculated. However, the torque is cut within the “dead zone” of parameter No. “13”. Further, in order to prevent a sudden torque change from being a burden on the wearer, the torque is adjusted according to the “increase rate” of parameter No. “07” and output in step F34.

図30は、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。中央制御部313は、図25に示したステップD13が実行されると、ステップG11に移る。   FIG. 30 is a flowchart showing the procedure of the body determination process. In the upper body determination process, it is determined whether the hip joint is bent and then the upper body is to be raised using the posture information of the wearer. When step D13 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to step G11.

ステップG11で、中央制御部313は、股関節角速度を読込む。ステップG12で、中央制御部313は、上体曲げ動作開始ポイントを検出する。具体的には、ステップG11で計算した股関節角速度がパラメータ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、中央制御部313は、開始スイッチの検出を待ち、スイッチのONが検出されると上体制御出力を開始し、パラメータNo「24」の「不感帯」内に戻った段階で上体制御を終了している(ステップG14〜G16)。   In step G11, the central control unit 313 reads the hip joint angular velocity. In step G12, the central control unit 313 detects a body bending motion start point. Specifically, the position where the hip joint angular velocity calculated in step G11 exceeds the “bending side” of the parameter No “41” is detected, and that position is set as the body bending motion start point. In step G13, the central control unit 313 waits for detection of the start switch. When the switch is detected ON, the central control unit 313 starts body control output and returns to the “dead zone” of the parameter No “24”. Control has ended (steps G14 to G16).

図31は、上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部313は、図25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、中央制御部313は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出している。上体制御開始直後のパラメータNo「23」の「加速時間」内では、パラメータNo「21」の「保持最大」・パラメータNo「22」の「比例範囲」を基に、開始時の股関節角度βに比例した最大トルクを出力し(ステップH12)、加速時間後は股関節角度βに応じたトルクを設定している(ステップH13)。ただし、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップH14でパラメータNo「25」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。   FIG. 31 is a flowchart showing the processing procedure of the body control process. When step D14 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to step H11. In step H11, the central control unit 313 calculates assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs. Within the “acceleration time” of parameter No. “23” immediately after the start of body control, the hip joint angle β at the start is based on “maximum holding” of parameter No. “21” and “proportional range” of parameter No. “22”. Is output (step H12), and after the acceleration time, a torque corresponding to the hip joint angle β is set (step H13). However, in order to prevent a sudden torque change from becoming a burden on the wearer, the output torque output is adjusted in accordance with the “increase rate” of parameter No. “25” in step H14.

図32は、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、装着者の姿勢情報を使って中腰姿勢を判断している。中央制御部313は、図25に示したステップD15が実行されると、ステップK11に移る。   FIG. 32 is a flowchart illustrating a processing procedure of the middle waist determination processing. In the middle waist determination process, the middle waist posture is determined using the posture information of the wearer. When the step D15 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to step K11.

ステップK11で、中央制御部313は、股関節角速度を読み込む。ステップK12で、中央制御部313は、中腰動作開始ポイントを検出する。具体的には、ステップK11で計算した股関節角速度がパラメータNo「41」の「屈曲側」を越えた位置を検出し、その位置を中腰動作開始ポイントとする。パラメータNo「33」の「待ち時間」経過後も「上体制御」が始まらない場合を中腰制御開始と判断し、パラメータNo「34」の「不感帯」が検出されるまで、中腰制御をおこなっている(ステップK13〜K15)。   In step K11, the central control unit 313 reads the hip joint angular velocity. In step K12, the central control unit 313 detects the middle waist movement start point. Specifically, a position where the hip joint angular velocity calculated in step K11 exceeds the “flexion side” of the parameter No “41” is detected, and that position is set as a middle waist movement start point. When the “upper body control” does not start even after the “waiting time” of the parameter No. “33” elapses, it is determined that the middle waist control starts, and the middle waist control is performed until the “dead zone” of the parameter No. “34” is detected. (Steps K13 to K15).

図33は、中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部313は、図25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、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出している。   FIG. 33 is a flowchart showing a processing procedure of the middle waist control processing. When the step D16 shown in FIG. 25 is executed, the central control unit 313 proceeds to step L11. In step L11, an assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs is calculated.

中腰開始後は、パラメータNo「31」の「保持最大」・パラメータNo「32」の「比例範囲」を基に、ステップL11で開始時の股関節角度βから中腰保持に必要なトルクを計算している。ただし、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップL12でパラメータNo「35」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。   After starting the middle waist, calculate the torque required to maintain the middle waist from the hip joint angle β at the start in step L11 based on the “maximum holding” of the parameter No “31” and the “proportional range” of the parameter No “32”. Yes. However, in order to prevent a sudden torque change from becoming a burden on the wearer, the output torque is adjusted in step L12 according to the “increase rate” of parameter No. “35”.

重作業用アシストスーツ300は、腰椎についてパワーアシストするために、パワーアシスト用電動モータ201を股関節の左右両サイドに配置されている。パワーアシスト用電動モータ201は、バックドライアブルとするため、すなわち、装着者側から駆動機器を動かすことができるようにするため、パワーアシスト用電動モータ201に付加される減速機の減速比を1/100程度の減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ201の出力を制限し、抗重力方向に十分なアシスト力を確保している。   In the heavy duty assist suit 300, the power assist electric motor 201 is arranged on both the left and right sides of the hip joint in order to perform power assist for the lumbar spine. In order to make the power assist electric motor 201 back-dryable, that is, to enable the drive device to be moved from the wearer side, the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 201 is set to 1. The output of the power assisting electric motor 201 is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can achieve, and a sufficient assist force is secured in the anti-gravity direction.

このように、重作業用アシストスーツ300は、使用しているパワーアシスト用電動モータ201をバックドライアブルとするため、パワーアシスト用電動モータ201に付加する減速機の減速比を1/100程度の低減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ201の出力を制限しているので、装着者の安全を確保することができる。   In this way, the heavy duty assist suit 300 makes the power assist electric motor 201 being used back-dryable, so that the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 201 is about 1/100. Since the output of the electric motor 201 for power assist is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can reduce, the safety of the wearer can be ensured.

重作業用アシストスーツ300は、パワーアシスト用電動モータ201を取り付けているアシスト機構として、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸206,211〜213,224,235、すなわち駆動機器を取りつけていない回転軸を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置している。   The heavy work assist suit 300 is an assist mechanism to which the power assist electric motor 201 is attached, so that the passive rotary shafts 206, 211 to 213, 224, and 235, that is, the drive are not disturbed. A rotating shaft to which no device is attached is arranged around the outside of the joint of the target wearer.

このように、重作業用アシストスーツ300は、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸206,211〜213,224,235を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置しているので、装着者の動作を拘束することがない。   In this way, the heavy duty assist suit 300 has the passive rotary shafts 206, 211 to 213, 224, and 235 around the outer periphery of the joint of the target wearer so as not to hinder the wearer's movement in the direction other than the assist direction. Since it arrange | positions, a wearer's operation | movement is not restrained.

また、重作業用アシストスーツ300は、重量物を持ち上げて運搬する作業において、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる機構および制御となっている。重作業用アシストスーツ300は、腰痛を防ぐために、腰椎をパワーアシストし、かつ歩行を補助するために、股関節をパワーアシストする。このように、重作業用アシストスーツ300は、腰痛を防ぎつつ歩行を補助するために、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる。   The heavy work assist suit 300 has a mechanism and control capable of simultaneously power assisting the lumbar spine and the hip joint in the work of lifting and transporting a heavy object. The heavy duty assist suit 300 power assists the lumbar spine to prevent back pain and power assists the hip joint to assist walking. As described above, the heavy duty assist suit 300 can power assist the lumbar spine and the hip joint at the same time in order to assist walking while preventing back pain.

また、重作業用アシストスーツ300は、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ずに、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがない。このように、重作業用アシストスーツ300は、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがなく、実用的である。   Also, the heavy work assist suit 300 does not use the weak surface myoelectric potential signal that flows to the muscle when trying to move the muscle, and the rotational torque required to move the body in various work postures of the wearer. Since the assist torque is calculated by dynamically calculating the surface myoelectric potential sensor, there is no troublesomeness. Thus, the heavy duty assist suit 300 is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

また、重作業用アシストスーツ300は、動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要なトルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、動作の切り換わり時に不連続になることがない。このように、重作業用アシストスーツ300は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   In addition, the heavy work assist suit 300 calculates the assist torque by dynamically calculating the torque required to move the body in various work postures of the wearer, not the operation pattern reproduction method. , There is no discontinuity when switching operations. As described above, the heavy work assist suit 300 does not need to store a large number of operation patterns in a database, and does not become discontinuous when the operation is switched.

また、バネ式やゴム式のパッシブ方式では、一方向にしかパワーアシストできないが、重作業用アシストスーツ300は、パワーアシスト用電動モータ201を用いたアクティブ方式であるで、双方向にアシストすることができる。   In addition, the spring type or rubber type passive method can power assist only in one direction, but the heavy duty assist suit 300 is an active method using the electric motor 201 for power assist, and assists in both directions. Can do.

このように、2つのパワーアシスト用電動モータ201は、装着者の股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つのパワーアシスト用電動モータ201を保持する。そして、2つの下肢アシストアームは、一端部がパワーアシスト用電動モータ201の固定側に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。したがって、重作業用アシストスーツ300は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つのパワーアシスト用電動モータ201で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   As described above, the two power assist electric motors 201 are arranged in the vicinity of both sides of the wearer's hip joint in the left-right direction, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh in the direction of the upper body and thigh. A drive torque for assisting the movement of the part is generated. The upper body frame is attached to the chest and waist of the wearer and holds the two electric motors 201 for power assist. The two lower limb assist arms have one end fixed to the fixed side of the power assist electric motor 201 and the other end attached to the side of the thigh. Therefore, the heavy work assist suit 300 can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy load with a small number of driving sources, that is, the two power assist electric motors 201 provided on both sides of the waist.

さらに、前記上体フレームは、上体アシストアームと、メインフレームと、受動回転軸224および受動回転軸235とを含む。上体アシストアームは、装着者の胸部に装着される。メインフレームは、前記2つのパワーアシスト用電動モータ201を両端部でそれぞれ保持し、前記2つのパワーアシスト用電動モータ201間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される。そして、受動回転軸224および受動回転軸235は、上体アシストアームとメインフレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する。したがって、重作業用アシストスーツ300は、上体アシストアームとメインフレームとをそれぞれの端部の2箇所で連結する場合よりも、上体の左右方向の動作および上体の回転動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the body frame includes a body assist arm, a main frame, a passive rotating shaft 224 and a passive rotating shaft 235. The upper body assist arm is attached to the chest of the wearer. The main frame holds the two power assist electric motors 201 at both ends, extends between the two power assist electric motors 201 along the back of the waist of the wearer, and is attached to the wearer's waist. The The passive rotating shaft 224 and the passive rotating shaft 235 connect the upper body assist arm and the main frame so as to be rotatable about the front and rear axis and the vertical axis. Therefore, the heavy-duty assist suit 300 restrains the movement of the upper body in the left-right direction and the rotation of the upper body, compared to the case where the upper body assist arm and the main frame are connected to each other at two positions. In addition, the lifting operation and the walking operation of heavy objects can be assisted.

さらに、中央制御部313は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つのパワーアシスト用電動モータ201を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つのパワーアシスト用電動モータ201に発生させる。したがって、重作業用アシストスーツ300は、装着者の安全を確保することができる。   Further, the central control unit 313 reduces the calculated drive torque to a reduction ratio that is less than or equal to a reduction ratio at which a wearer can drive the two power assist electric motors 201 in the opposite directions. It is generated in the electric motor 201 for power assist. Therefore, the assist suit 300 for heavy work can ensure the safety of the wearer.

1 パワーアシスト用電動モータ
2〜6,14〜18,23,24 フレーム
8 スライド穴
9 受け部
7,10,12,13,19 受動回転軸
11,21,25 ベルト
20 胸部クッション
22 ベアリング
26 クッション
27 角度調整機構
50 ハンディ端末
51 パラメータ番号選択スイッチ
52 上昇スイッチ
53 下降スイッチ
54 エントリスイッチ
55 パラメータ表示部
56 LED
57 歩行スイッチ
58 上体スイッチ
59 中腰スイッチ
100 重作業用アシストスーツ
130 通信ユニット
131,151,161 無線通信部
132 電源制御部
134,142 モータドライバ
140 制御ユニット
141 モータ制御部
150 右足底ユニット
152,162,171 電池
153,163 爪先SW
154,164 踵SW
160 左足底ユニット
170 電池ユニット
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor for power assists 2-6, 14-18, 23, 24 Frame 8 Slide hole 9 Receiving part 7, 10, 12, 13, 19 Passive rotating shaft 11, 21, 25 Belt 20 Chest cushion 22 Bearing 26 Cushion 27 Angle adjustment mechanism 50 Handy terminal 51 Parameter number selection switch 52 Up switch 53 Down switch 54 Entry switch 55 Parameter display 56 LED
57 walking switch 58 upper body switch 59 middle waist switch 100 heavy duty assist suit 130 communication unit 131,151,161 wireless communication unit 132 power supply control unit 134,142 motor driver 140 control unit 141 motor control unit 150 right foot unit 152,162 , 171 Battery 153,163 Toe SW
154,164 踵 SW
160 Left sole unit 170 Battery unit

Claims (17)

装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つの回転駆動部と、
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置。
It is placed near both the left and right sides of the wearer's waist or hip joint, and generates driving torque to assist the movement of the upper body and thigh in the direction to follow the movement of the upper body and thigh of the wearer. Two rotational drive units to
An upper body frame that is attached to the chest and waist of the wearer and to which either one of the rotation shaft and the fixed end side of the two rotation drive units is fixed
One end part is fixed to either the rotation shaft of the rotation drive part or the fixed end side, and the other end part includes two thigh frames attached to the side part of the thigh. Power assist robot device.
前記上体フレームは、
装着者の胸部に装着される胸部フレームと、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
胸部フレームと腰部フレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する上体連結部とを含むことを特徴とする請求項1に記載のパワーアシストロボット装置。
The upper body frame is
A chest frame to be worn on the wearer's chest;
A waist frame that holds the two rotational drive parts at both ends, extends between the two rotational drive parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer;
The power assist robot apparatus according to claim 1, further comprising: a body connecting part that rotatably connects the chest frame and the waist frame about the front and rear axis and the vertical axis.
前記回転駆動部は、該回転駆動部の回転軸に固定される内輪部と、内輪部に対して前記回転軸の軸線まわりに回転自在に設けられる外輪部とから構成される軸受部を含み、
前記大腿部フレームの一端部は、前記内輪部に固定され、
前記腰部フレームは、装着者の腰部に密着して装着され、前記外輪部に固定されるサブフレームを含むことを特徴とする請求項2に記載のパワーアシストロボット装置。
The rotation drive unit includes a bearing unit configured by an inner ring portion fixed to a rotation shaft of the rotation drive unit, and an outer ring portion provided to be rotatable about an axis of the rotation shaft with respect to the inner ring portion,
One end of the thigh frame is fixed to the inner ring part,
The power assist robot apparatus according to claim 2, wherein the waist frame includes a sub-frame that is attached in close contact with the waist of the wearer and is fixed to the outer ring portion.
前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームの右端部と胸部後フレームの右端部とを変位自在に連結する胸部右フレームと、
胸部前フレームの左端部と胸部後フレームの左端部とを変位自在に連結する胸部左フレームと、
胸部前フレームの左右軸線まわりに回転自在に連結する胸連結部によって該胸部前フレームに連結され、装着者の胸部に密着して装着されるクッション部とを含むことを特徴とする請求項2または3に記載のパワーアシストロボット装置。
The chest frame is
A front chest frame extending in the left-right axis direction in front of the wearer's chest;
A rear chest frame extending in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer and connected to the waist frame by an upper body connecting portion;
A right chest frame that displaceably connects the right end of the front chest frame and the right end of the rear chest frame;
A left chest frame that displaceably connects the left end of the front chest frame and the left end of the rear chest frame;
A cushion portion connected to the front chest frame by a chest connection portion that is rotatably connected around a left and right axis of the front chest frame, and is attached in close contact with the chest of the wearer. 4. The power assist robot apparatus according to 3.
前記胸部フレームは、
装着者の胸部前面で左右軸線方向に延びる胸部前フレームと、
装着者の腰部背面で左右軸線方向に延び、上体連結部によって前記腰部フレームと連結される胸部後フレームと、
胸部前フレームと胸部後フレームとの距離を調整する調整機構とを含むことを特徴とする請求項2に記載のパワーアシストロボット装置。
The chest frame is
A front chest frame extending in the left-right axis direction in front of the wearer's chest;
A rear chest frame extending in the left-right axis direction on the back of the waist of the wearer and connected to the waist frame by an upper body connecting portion;
The power assist robot apparatus according to claim 2, further comprising an adjustment mechanism that adjusts a distance between the front chest frame and the rear chest frame.
前記胸部フレームは、
胸部前フレームを含む胸部側部分と胸部後フレームを含む腰部側部分とを連結/分離するためのコネクタを含むことを特徴とする請求項5に記載のパワーアシストロボット装置。
The chest frame is
6. The power assist robot apparatus according to claim 5, further comprising a connector for connecting / separating a chest side portion including a front chest frame and a waist side portion including a rear chest frame.
前記腰部フレームは、前記2つの回転駆動部間の距離を調整する腰部調整機構を含み、
前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの一端部と他端部との距離を調整する大腿部調整機構を含むことを特徴とする請求項2〜6のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。
The waist frame includes a waist adjustment mechanism that adjusts a distance between the two rotation driving parts,
The thigh frame includes a thigh adjustment mechanism that adjusts a distance between one end and the other end of the thigh frame. Power assist robot device.
前記大腿部フレームは、該大腿部フレームの他端部と大腿部とを左右軸線まわりに回転自在に連結する大腿部連結部を含むことを特徴とする請求項1〜7のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。   The thigh frame includes a thigh coupling portion that couples the other end of the thigh frame and the thigh so as to be rotatable about a left-right axis. The power assist robot apparatus according to any one of the above. 装着者の上体の左右軸線まわりの回転角度を検出する第1の角度検出部と、
前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する第2の角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。
A first angle detection unit for detecting a rotation angle around the left and right axis of the upper body of the wearer;
A second angle detection unit that is provided in each of the two rotation drive units and detects the rotation angle of the rotation shaft of each rotation drive unit;
A floor reaction force detection unit that is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer and that detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion; The power assist robot apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする請求項9に記載のパワーアシストロボット装置。
Based on the rotation angle of the upper body detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the detection result detected by the floor reaction force detection unit Calculating the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotational direction and the rotational torque required for the rotation,
Further, based on the calculated static torque, rotational direction, and rotational torque, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the two rotational driving units are driven so as to generate the calculated driving torque. The power assist robot device according to claim 9, further comprising a drive control unit.
前記2つの回転駆動部にそれぞれ設けられ、各回転駆動部の回転軸の回転角度を検出する角度検出部と、
装着者が装着する靴の靴底部における爪先部分および踵部分にそれぞれ設けられ、予め定める値以上の荷重が爪先部および踵部に作用しているか否かを検出する床反力検出部とをさらに含むことを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。
An angle detection unit that is provided in each of the two rotation drive units and detects a rotation angle of a rotation shaft of each rotation drive unit;
A floor reaction force detection unit that is provided at each of the toe portion and the heel portion of the shoe bottom portion of the shoe worn by the wearer and that detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion and the heel portion; The power assist robot apparatus according to any one of claims 1 to 8, further comprising:
角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向および回転に要する回転トルクを算出し、
さらに、算出した静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動制御部をさらに含むことを特徴とする請求項11に記載のパワーアシストロボット装置。
Based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotation direction and Calculate the rotational torque required for rotation,
Further, based on the calculated static torque, rotational direction, and rotational torque, the driving torque driven by the two rotational driving units is calculated, and the two rotational driving units are driven so as to generate the calculated driving torque. The power assist robot apparatus according to claim 11, further comprising a drive control unit.
前記駆動制御部は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つの回転駆動部を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つの回転駆動部に発生させることを特徴とする請求項10または12に記載のパワーアシストロボット装置。   The drive control unit generates the calculated drive torque in the two rotation drive units by reducing the drive torque to a reduction ratio equal to or less than a reduction ratio that allows the wearer to drive the two rotation drive units in the opposite directions. The power assist robot apparatus according to claim 10 or 12, characterized in that: 装着者の個体差を表すパラメータを入力するパラメータ入力部をさらに含み、
前記駆動制御部は、パラメータ入力部によって入力されたパラメータに基づいて、前記駆動トルクを算出することを特徴とする請求項10,12,13のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。
It further includes a parameter input unit for inputting parameters representing individual differences of the wearers,
14. The power assist robot apparatus according to claim 10, wherein the drive control unit calculates the drive torque based on a parameter input by a parameter input unit.
前記駆動制御部は、第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、装着者の個体差を表すパラメータを生成することを特徴とする請求項10に記載のパワーアシストロボット装置。   The drive control unit is detected by the body rotation angle detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the floor reaction force detection unit. The power assist robot apparatus according to claim 10, wherein a parameter representing an individual difference of the wearer is generated based on the detected result. 請求項9に記載のパワーアシストロボット装置の制御方法であって、
第1の角度検出部によって検出される上体の回転角度、第2の角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法。
It is a control method of the power assist robot apparatus according to claim 9,
Based on the rotation angle of the upper body detected by the first angle detection unit, the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the second angle detection unit, and the detection result detected by the floor reaction force detection unit Calculating a static torque acting on the upper body and both thighs, a rotational direction and a rotational torque required for the rotation;
Based on the static torque, rotation direction, and rotation torque calculated in the calculation step, the two rotation drive units calculate the drive torque driven by the two rotation drive units and generate the calculated drive torque. And a drive step for driving the power assist robot apparatus.
請求項11に記載のパワーアシストロボット装置の制御方法であって、
角度検出部によって検出される回転駆動部の回転軸の回転角度、および床反力検出部によって検出される検出結果に基づいて、上体および両大腿部に作用する静的トルク、回転方向およびに回転に要する回転トルクを算出する算出ステップと、
算出ステップで算出された静的トルク、回転方向および回転トルクに基づいて、前記2つの回転駆動部が駆動する駆動トルクを算出し、算出した駆動トルクを発生するように、前記2つの回転駆動部を駆動させる駆動ステップとを含むことを特徴とするパワーアシストロボット装置の制御方法。
It is a control method of the power assist robot apparatus according to claim 11,
Based on the rotation angle of the rotation shaft of the rotation drive unit detected by the angle detection unit and the detection result detected by the floor reaction force detection unit, the static torque acting on the upper body and both thighs, the rotation direction and A calculation step for calculating a rotation torque required for rotation;
Based on the static torque, rotation direction, and rotation torque calculated in the calculation step, the two rotation drive units calculate the drive torque driven by the two rotation drive units and generate the calculated drive torque. And a drive step for driving the power assist robot apparatus.
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