JP2013173190A - Mounting type action assisting device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は装着式動作補助装置に係り、特に装着者の作業や動作を支援する装着式動作補助装置に関する。 The present invention relates to a wearable motion assist device, and more particularly to a wearable motion assist device that supports a wearer's work and motion.
例えば、工場や工事現場等においては、フォークリフトやクレーンなどの運搬用機械を用いて重量物を運搬している。しかしながら、狭い場所で運搬用機械が移動できない場合には、作業者が金属や石などの重量物を持ち上げて運ぶ場合がある。 For example, in a factory, a construction site, or the like, a heavy object is transported using a transporting machine such as a forklift or a crane. However, when the transporting machine cannot move in a narrow place, an operator may lift and carry a heavy object such as metal or stone.
このような、作業者による運搬作業を支援する装着式動作補助装置としては、歩行動作を補助するように構成された装置がある(例えば、特許文献1参照)。 As such a wearable motion assisting device that assists a worker in carrying work, there is a device configured to assist a walking motion (see, for example, Patent Document 1).
従来の装着式動作補助装置は、装着者の足の動作を補助するようにモータトルクを発生させるため、装着者の歩行支援や階段の昇り降りを支援することが可能であるものの、装着者が床面に載置された重量物を持ち上げようとする場合には、腰を支える筋力を支援することが難しく、腰の負担を軽減することができないという問題があった。 Conventional wearable movement assist devices generate motor torque so as to assist the wearer's foot movement, and thus can support the wearer's walking support and climbing up and down stairs. When trying to lift a heavy object placed on the floor, there is a problem that it is difficult to support the muscular strength to support the waist and the burden on the waist cannot be reduced.
そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した装着式動作補助装置の提供を目的とする。 Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a wearable movement assist device that solves the above-described problems.
上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
(1)本発明は、装着者の腰に装着される腰フレームと、
前記腰フレームの後部に設けられ、当該装着者の背中に当接する背当て部と、
当該装着者の肋骨及び腸骨に当接する腹当て部と、
前記背当て部と前記腹当て部とを結合する結合部材と、
前記装着者の大腿に固定される大腿固定部と、
前記腰フレームと前記大腿固定部との間に配置され、前記大腿固定部又は前記腰フレームを駆動する駆動機構と、
前記装着者の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、
前記生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて前記駆動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
(2)本発明の前記背当て部は、前記装着者の背骨を保持するように形成されたことを特徴とする。
(3)本発明の前記腹当て部は、前記装着者の肋骨及び腸骨を保持するように形成されたことを特徴とする。
(4)本発明の前記結合部は、前記背当て部と前記腹当て部とを互いに接近する方向に拘束することにより、当該装着者の腹及び背中を挟持することを特徴とする。
(5)本発明の前記駆動機構は、
前記腰フレームの左右両側に連結された第1の連結部と、
前記大腿固定部に連結された第2の連結部と、
前記第1の連結部と前記第2の連結部とを相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動部とを有することを特徴とする。
(6)本発明の前記駆動部は、前記生体信号検出センサにより検出された広背筋又は大殿筋による前記生体信号の信号レベルに基づいて前記制御部により前記腰フレームを駆動する駆動トルクを制御されることを特徴とする。
(7)本発明の前記制御部は、当該装着者の広背筋又は大殿筋の生体信号の出力レベルと当該装着者の上体と腿との角度から当該装着者の姿勢を判定する姿勢判定手段を有することを特徴とする。
(8)本発明の前記制御部は、複数の生体信号検出センサのうち当該装着者の上体と腿との角度に応じた任意の生体信号検出センサを選択し、当該選択された生体信号検出センサからの生体信号に基づいて前記駆動部の駆動トルクを制御することを特徴とする。
(9)本発明の前記腰フレームは、左右両側に装着者の肘または運搬する重量物を支持する支持部材が設けられたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
(1) The present invention provides a waist frame to be worn on the wearer's waist;
A back rest provided on the back of the waist frame and abutting the back of the wearer;
An abdomen that contacts the ribs and iliac of the wearer;
A coupling member that couples the back pad and the belly pad;
A thigh fixing portion fixed to the thigh of the wearer;
A drive mechanism that is disposed between the waist frame and the thigh fixing part and drives the thigh fixing part or the waist frame;
A biological signal detection sensor for detecting a biological signal corresponding to the movement of the wearer;
A control unit for controlling the drive mechanism based on a biological signal output from the biological signal detection sensor;
It is provided with.
(2) The backrest portion of the present invention is formed to hold the spine of the wearer.
(3) The abdomen of the present invention is characterized in that it is formed to hold the wearer's ribs and iliac bones.
(4) The coupling part according to the present invention is characterized in that the back part and the abdomen part are constrained in a direction approaching each other so as to sandwich the wearer's abdomen and back.
(5) The drive mechanism of the present invention includes:
A first connecting portion connected to the left and right sides of the waist frame;
A second connecting portion connected to the thigh fixing portion;
It has a drive part which generates a drive torque so that the 1st connecting part and the 2nd connecting part may be rotated relatively.
(6) In the drive unit according to the present invention, a drive torque for driving the waist frame is controlled by the control unit based on a signal level of the biological signal by the latissimus dorsi muscle or the gluteal muscle detected by the biological signal detection sensor. It is characterized by that.
(7) The control unit according to the present invention provides posture determination means for determining the posture of the wearer from the output level of the biosignal of the wearer's latissimus or gluteal muscle and the angle between the wearer's upper body and thigh. It is characterized by having.
(8) The control unit of the present invention selects an arbitrary biological signal detection sensor corresponding to an angle between the wearer's upper body and thigh from the plurality of biological signal detection sensors, and detects the selected biological signal. The driving torque of the driving unit is controlled based on a biological signal from the sensor.
(9) The waist frame of the present invention is characterized in that support members for supporting a wearer's elbow or a heavy object to be carried are provided on both the left and right sides.
本発明によれば、腰フレームに設けられた背当て部と腹当て部とを結合し、駆動機構により当該装着者の大腿に固定された大腿固定部に対し腰フレームを回動させる力を付与するため、装着者が床面に載置された重量物を持ち上げる際、装着者の背骨及び肋骨及び腸骨が背当て部及び腹当て部により保持された状態で、背当て部及び腹当て部が駆動部の駆動トルクにより支持され、装着者の腰及び背骨の負担を軽減できる。これにより、装着者が重量物を持ち上げる場合でも駆動部からの駆動トルクにより支援されて装着者の腰や背骨に無理な力が作用せず、装着者の腰の負担を緩和できる。 According to the present invention, the back support part and the abdomen support part provided on the waist frame are coupled, and a force for rotating the waist frame is applied to the thigh fixing part fixed to the thigh of the wearer by the drive mechanism. Therefore, when the wearer lifts a heavy object placed on the floor surface, the backrest and the abdomen are in a state where the backbone, ribs and iliac of the wearer are held by the backrest and the abdomen. It is supported by the drive torque of the drive unit, and the burden on the waist and spine of the wearer can be reduced. As a result, even when the wearer lifts a heavy object, the driving torque from the drive unit assists the wearer's waist and spine without excessive force, and the burden on the wearer's waist can be alleviated.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
〔装着式動作補助装置の構成〕
図1は本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め前側からみた斜視図である。図2は本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め後側からみた斜視図である。図1及び図2に示されるように、装着式動作補助装置10(以下「動作補助装置」と称する)は、装着者12の作業や動作を支援(アシスト)する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号(表面筋電位)及び/又は当該装着者の股関節の動作角度を検出し、この検出信号に基づいて駆動部からの駆動力を付与するように作動する。
[Configuration of wearable motion assist device]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the wearing type movement assist device according to the present invention as seen from an oblique front side. FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the wearable movement assist device according to the present invention as seen from an oblique rear side. As shown in FIGS. 1 and 2, the wearable movement assist device 10 (hereinafter referred to as “motion assist device”) is a device that assists (assists) the work and operation of the
動作補助装置10を装着した装着者12は、自らの意思で重量物を持ち上げて運搬動作を行う場合、その際に発生した広背筋又は大殿筋(大臀筋)の生体信号及び/又は当該装着者12の股関節の動作角度に応じた駆動トルクがアシスト力として動作補助装置10から付与される。従って、装着者12は、自身の筋力と駆動部(本実施例では、電動式の駆動モータを用いる)からの駆動トルクとの合力によって重量物を持ち上げて運搬することができる。
When the
また、動作補助装置10は、重量物を持ち上げて歩行する運搬作業以外にも、例えば、装着者12が荷物を持ったまま階段を上り下りするといった昇降作業も補助することができる。
Further, the
ここで、動作補助装置10の構成の一例について説明する。動作補助装置10は、装着者12の腰に装着される腰フレーム30又は当該装着者12の大腿部を駆動する駆動機構15を有する。腰フレーム30は、装着者12の腰に装着された際に装着者12の背中に当接する背当て部50が設けられている。また、装着者12の前側には、肋骨及び腸骨に当接する腹当て部60が装着される。背当て部50及び腹当て部60は、左右両側に配された結合部材70により結合されると共に、当該装着者12の肋骨及び背骨を前後方向から保持する。
Here, an example of the configuration of the
駆動機構15は、腰フレーム30の両側に連結された一対の第1の連結部16A、16Bと、大腿部の外側に配された一対の第2の連結部17A、17Bと、第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A、17Bとの間に設けられた駆動モータ(駆動部)20、22とを有する。
The
駆動機構15は、重量物を持ち上げる際は、腰フレーム30を後側に駆動するように駆動モータ20、22の駆動トルクを同時に一対の第1の連結部16A、16Bに伝達する。この場合、第1の連結部16A、16Bが被駆動側であり、第2の連結部17A、17Bが固定側となる。
When the heavy load is lifted, the
また、駆動機構15は、歩行及び階段の昇降時において、装着者12の左右大腿部を交互に前後方向に駆動するように駆動モータ20、22の駆動トルクを一対の第2の連結部17A、17Bに伝達する。この場合、第1の連結部16A、16Bが固定側であり、第2の連結部17A、17Bが被駆動側となる。
Further, the
駆動モータ20,22は、制御ユニット36に収納された制御装置からの制御信号により駆動トルクを制御されるDCモータまたはACモータなどの電動モータからなる。また、各駆動モータ20,22は、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構(駆動部に内蔵)を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータ20,22としては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。
The
また、装着者12の腰の周囲に装着される腰フレーム30には、駆動モータ20,22を駆動させるための電源として機能するバッテリ32,34が取り付けられている。バッテリ32、34は、充電式バッテリであり、装着者12の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。
また、装着者12の背面側となる腰フレーム30の後側中央には、制御ユニット36が取り付けられている。
A
そして、動作補助装置10は、装着者12の右腿の動きに伴う大腿直筋、大殿筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ38a,38b(38a1〜38an,38b1〜38bn)と、装着者12の左腿の動きに伴う大腿直筋、大殿筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ40a,40b(40a1〜40an,40b1〜40bn)と、装着者12の背中の広背筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ42a,42b(42a1〜42an,42b1〜42bn)を有する。各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、夫々各検出対象となる筋肉(大腿直筋、大殿筋、広背筋)に対して複数箇所(1〜n箇所)に設けられており、後述するように装着者12の動作に応じて検出レベルの最も高い検出センサを選択することができる。
Then, the
各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号(生体信号)を皮膚から検出する生体信号検出部であり、微弱電位を検出するための電極(図示せず)を有する。尚、本実施例では、各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者12の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
Each biological
人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、この推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要なアシスト力(駆動トルク)を求めることが可能になる。 In the human body, acetylcholine, a synaptic transmitter, is released on the surface of muscles that form skeletal muscles according to instructions from the brain. As a result, the ionic permeability of muscle fiber membranes changes and action potentials are generated. The action potential causes contraction of muscle fibers and generates muscle force. Therefore, by detecting the potential of the skeletal muscle, it is possible to estimate the muscular strength generated during the walking motion, and the assist force (drive torque) necessary for the walking motion is calculated from the virtual torque based on the estimated muscular strength. It becomes possible to ask.
従って、動作補助装置10では、これらの生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bによって検出された生体信号に基づいて股関節に対応する2個の駆動モータ20,22に供給する駆動電流を求め、この駆動電流で駆動モータ20,22を駆動することで、必要なアシスト力(駆動トルク)が付与されて装着者12の作業動作及び歩行、階段の昇降を補助するように構成されている。
Therefore, in the
図3は装着式動作補助装置の構成を示す分解斜視図である。図3に示されるように、装着者12の腰に装着される腰フレーム30の背当て部50は、例えば剛性を有するジュラルミンやアルミ合金などの金属材により形成された腰サポート部110と、腰サポート部110の内側に形成されたフィッティング部112が取り付けられている。また、フィッティング部112は、スポンジ又は低反発樹脂材などからなり、装着者12の腰及び背中に当接して装着者12の腰及び背骨を保護する。
FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 3, the
また、腰フレーム30の腰サポート部110は、装着者12の腰及び背中を背面側及び左右両側からサポートするように形成されているため、駆動モータ20,22の駆動トルクを装着者12の腰及び背中全体に伝達することができる。
Further, since the
腹当て部60は、例えば剛性を有する金属材又は硬質樹脂材等からなり、装着者12の肋骨及び腸骨形状に対応するように湾曲した曲面形状に形成されている。また、腹当て部60は、腰フレーム30と分離されており、外側の両端付近には、結合部材70が係止される係止金具62が締結されている。結合部材70は、金属製のバックルなどからなり、背当て部50に対し前後方向に移動可能に付勢されている。尚、結合部材70としては、例えばベルトを巻き付け結合させる構成のものでも良い。
The
従って、腹当て部60を装着者12の腹部(肋骨及び腸骨)に当接させた状態で背当て部50の結合部材70を腹当て部60の係止金具62に係止させることにより、腹当て部60及び背当て部50は、相互に固定されると共に、装着者12の腹及び背中を挟持する。これにより、装着者12は、腹当て部60及び背当て部50により肋骨及び腸骨、背骨が前後方向から拘束された状態に保持され、安定状態にサポートされる。
Accordingly, by locking the
第1の連結部16A,16Bは、腰フレーム30と関節24A,24Bとの前後方向の相対変位を吸収するように変形する腰部連結機構200を有する。また、腰部連結機構200は、上端が腰フレーム30に設けられた上端固定部102に固定され、下端が関節24A,24Bに設けられた下端固定部106に固定される。
The first connecting
また、第2の連結部17A,17Bの長手方向の中間位置には、装着者12の大腿に締結されるベルト状の大腿固定部78が取り付けられている。大腿固定部78の内面側には、装着者12の大腿に密着するフィッティング部79が取り付けられている。
In addition, a belt-like
関節24A,24Bは、駆動モータ20,22が内蔵されたモータユニットを構成しており、関節24A,24Bと駆動モータ20,22とは外観上一体化されている。また、関節24A,24Bは、第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A,17Bとを回動可能に支持している。
The
さらに、駆動モータ20,22は、関節回動角度を検出する角度センサ(図6参照)を有する。この角度センサは、関節24A,24Bの関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダなどからなり、関節回動角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。すなわち、関節24A,24Bの角度センサは、装着者12の股関節の関節角度に相当する第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A、17Bとの間の回動角度を検出する。
Furthermore, the
駆動モータ20,22は、互いに相対回転可能に組み合わせられたロータとステータとの間で駆動トルクを発生し、ロータ又はステータの何れか一方に係る負荷が駆動トルクを越える場合に固定側となり、負荷の小さいロータ又はステータの何れか他方が被駆動側になる。
The
腰フレーム30は、内周面中央に装着者12の腰後部(背骨)に当接するフィッティング部112を有する金属材からなる腰サポート部110と、ヒンジを介して連結されたベルト120,121と、一方のベルト120の端部に取り付けられたバックル122と、他方のベルト121の端部に取り付けられた係止用金具124とを有する。
The
腰フレーム30を装着者12の腰に装着する際は、腰サポート部110の内側に設けられたフィッティング部112に腰の背面側を当接させた状態でバックル122の挿入口に係止用金具124を挿入して係止させる。そして、ベルト120,121の長さを装着者12のウエストの大きさに応じた長さに調整する。これにより、腰フレーム30は、装着者12の腰回りの外周にほぼ密着した保持状態となる。尚、バックル122は、自動車のシートベルトと同様な構成になっており、係止解除部を操作することにより係止用金具124の係止を解除することができるように構成されている。
When the
従って、動作補助装置10は、装着者12の腰に腰フレーム30を装着し、大腿固定部78を装着者12の大腿に締結した後、バックル122の挿入口に係止用金具124を挿入して係止させ、背当て部50の結合部材70を腹当て部60の係止金具62に係止させることで装着完了となる。そのため、装着者12は、一人で装着及び脱着が可能であり、他の補助者がいなくても簡単に動作補助装置10を装着して直ちに運搬作業等が行える。尚、大腿固定部78としては、腿の前後方向から締結する構成でも良いし、あるいは後側を削除して前側半分を保持する半円形状とし、後側はベルトにより保持する構成としても良い。
Accordingly, the
図4Aに示されるように、例えば、装着者12が両足の筋力を増大して腰より下方を固定した場合、右側の股関節角度θ1と左側の股関節角度θ2はほぼ均等になる(θ1≒θ2)。また、駆動モータ20,22は、第2の連結部17A、17Bを固定側として、第1の連結部16A、16Bを可動側として駆動トルクを腰フレーム30の背当て部50及び結合部材70を介して腹当て部60に伝達する。これにより、装着者12は、腰及び背中、腹を駆動モータ20,22の駆動トルクにより保持され、床面に載置された重量物Wを持ち上げる作業を行う際の腰の負担が軽減される。
As shown in FIG. 4A, for example, when the
図4Bに示されるように、装着者12が腹筋及び背筋の筋力を増大させて腰より上部を固定して階段を上る場合、右側の股関節角度θ1と左側の股関節角度θ2は異なる(θ1≠θ2)。そして、腰フレーム30に連結された第1の連結部16A、16Bが固定側になり、駆動モータ20,22の駆動トルクが第2の連結部17A、17Bを介して装着者12の大腿に伝達されて歩行及び階段の昇り降りを支援する。これにより、装着者12は、重量物Wを持った状態での運搬作業がモータトルクにより支援され、大腿の筋肉疲労が軽減される。
〔制御システムの構成〕
図5は動作補助装置の制御系システムの構成を示すブロック図である。図5に示されるように、動作補助装置10の制御系システムは、装着者12に対してアシスト力を付与する駆動部140と、装着者12の股関節角度(物理現象)を検出する物理現象検出部142と、装着者12の筋肉の活動に伴って発生する広背筋及び大腿筋の電位等を含む(生体信号)を検出する生体信号検出部144とを備えている。尚、上記駆動部140は、駆動モータ20,22からなる。物理現象検出部142は、上記関節回動角度を検出する角度センサ70,72(図6参照)からなる。生体信号検出部144は、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bからなる。
As shown in FIG. 4B, when the
[Configuration of control system]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system of the motion assist device. As shown in FIG. 5, the control system of the
データ格納部146には、基準パラメータデータベース148と、指令信号データベース150とが格納されている。
The
随意的制御部154は、生体信号検出部の検出信号に応じた指令信号を電力増幅部158に供給する。随意的制御部154は、生体信号検出部144に所定の指令関数f(t)またはゲインGを適用して指令信号を生成する。このゲインGは予め設定された値又は関数でも良く、ゲイン変更部156を介して調整することができる。
The
また、装着者12の皮膚が汗で濡れることが予想される場合には、生体信号検出部144からの生体信号の入力が得られないときに、物理現象検出部142により検出された各データ(角度センサ70,72(図6参照)により検出された関節角度データ)に基づいて各駆動モータ20,22の駆動トルクを制御する方法を選択することも可能である。
When the skin of the
物理現象検出部142によって検出された股関節角度θ1,θ2は、基準パラメータデータベース148に入力される。フェーズ特定部152では、物理現象検出部142により検出された関節角度を基準パラメータデータベース148に格納された基準パラメータの関節角度と比較することにより、装着者12の動作のフェーズを特定する。
The hip joint angles θ 1 and θ 2 detected by the physical
そして、自律的制御部160では、フェーズ特定部152により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号を生成し、この動力を駆動部140に発生させるための指令信号を電力増幅部158に供給する。
〔各制御機器の接続系統〕
図6は各制御機器の接続を示すブロック図である。図6に示されるように、バッテリ32,34は、電源回路86に電源供給しており、電源回路86では所定電圧に変換して入出力インターフェイス88に定電圧を供給する。また、バッテリ32,34の充電容量は、バッテリ充電警告部90によって監視されており、バッテリ充電警告部90は、予め設定された残量に低下すると、警告を発して装着者12にバッテリ交換または充電を報知する。
When the
[Connection system for each control device]
FIG. 6 is a block diagram showing the connection of each control device. As shown in FIG. 6, the
各駆動モータ20,22を駆動する第1、第2モータドライバ92、93は、入出力インターフェイス88を介して制御装置100からの制御信号に応じた駆動電圧を増幅して各駆動モータ20,22に出力する。
The first and
各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bから出力された生体電位信号の検出信号は、電力増幅部158の第1乃至第6差動増幅器101〜106によって増幅され、A/D変換器(図示せず)によってデジタル信号に変換されて入出力インターフェイス88を介して制御装置100に入力される。尚、装着者12の皮膚表面で検出される生体電位信号は、微弱である。そのため、第1乃至第6差動増幅器101〜106で例えば、30μVの検出信号をコンピュータが判別可能な3V程度に増幅するには、105倍となる100dBの増幅率が必要になる。
The detection signals of the bioelectric potential signals output from the respective
また、角度センサ70,72から出力された角度検出信号は、夫々第1、第2角度検出部111、112に入力される。第1、第2角度検出部111、112は、ロータリエンコーダによって検出されたパルス数を角度に相当する角度データ値に変換しており、検出された回動角度データは入出力インターフェイス88を介して制御装置100に入力される。
Further, the angle detection signals output from the
データ格納部146のメモリ130は、各データを格納する格納部であり、起立動作、歩行動作や着席動作など各動作パターン(タスク)毎に設定されたフェーズ単位の制御データが予め格納されたデータベース格納領域130Aと、各モータを制御するための制御プログラムが格納された制御プログラム格納領域130Bなどが設けられている。データベース格納領域130Aには、図5に示す基準パラメータデータベース148と指令信号データベース150が格納されている。
The
また、制御装置100から出力された制御データは、入出力インターフェイス88を介してデータ出力部132あるいは通信ユニット134に出力され、例えば、モニタ(図示せず)に表示したり、あるいはデータ監視用コンピュータ(図示せず)などにデータ通信で転送することもできる。
The control data output from the
また、制御装置100は、前述した自律的制御部160と、フェーズ特定部152と、随意制御部154と、ゲイン変更部156とを備えている。
〔制御装置100が実行する制御処理〕
ここで、制御装置(制御部)100が実行する制御処理の手順について図7Aのフローチャートを参照して説明する。図7Aに示されるように、制御装置100は、ステップS11(以下「ステップ」を省略する)で装着者12の動作に伴う物理現象検出部142(角度センサ70,72)により検出された股関節角度θ1,θ2を取得する。次にS12に進み、生体信号検出部144(生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42b)によって検出された筋電位信号EMGを取得する。
In addition, the
[Control processing executed by control device 100]
Here, a procedure of control processing executed by the control device (control unit) 100 will be described with reference to a flowchart of FIG. 7A. As shown in FIG. 7A, the
S13では、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40bにより検出された左右大腿の各生体信号が左右で均等か否かをチェックする。S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等である場合(YESの場合)、当該装着者12が両足の筋力を均等に作用させているため、歩行中ではなく、停止した状態であることを判定できる。そのため、S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等である場合は、S14に進み、角度センサ70,72により検出された当該装着者12の左右の股関節角度θ1,θ2が共に規定角度α(例えば、α=170度)以下か否かをチェックする。この規定角度αは、装着者12の股関節を中心とする大腿と上体との角度であり、側面からみた場合の上体を前方に低くした姿勢を意味する。
In S13, it is checked whether or not the biological signals of the left and right thighs detected by the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, and 40b are equal on the left and right. In S13, if the left and right thigh biological signals are equal on the left and right (in the case of YES), the
S14において、当該装着者12の左右の股関節角度θ1,θ2が共に規定角度α以下の場合(YESの場合)、装着者12が上体を低くした前かがみの姿勢であると判定し、S15に進む。S15では、上体を低くした姿勢制御を行う。
In S14, when the left and right hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 are both equal to or smaller than the specified angle α (in the case of YES), it is determined that the
次のS16では、当該装着者12の左右の股関節角度θ1,θ2が共に規定角度α以上であるか否かをチェックする。S16において、股関節角度θ1,θ2が共に規定角度α以下の場合(NOの場合)、S15の処理を継続する。また、S16において、股関節角度θ1,θ2が共に規定角度α以上の場合(YESの場合)、装着者12が歩行しているものと判定する。
In the next S16, it is checked whether or not the left and right hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 are both equal to or larger than the specified angle α. If the hip joint angles θ 1 and θ 2 are both equal to or smaller than the specified angle α in S16 (NO), the process of S15 is continued. In S16, when both hip joint angles θ 1 and θ 2 are equal to or larger than the prescribed angle α (in the case of YES), it is determined that the
また、上記S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等でない場合は、歩行中であると判定し、S17に進む。次のS17では、左右両足の腿に設けられた生体信号検出センサ38a,38b,40a,40bからの生体検出信号が検出できているか否かをチェックする。S17において、生体検出信号が検出できていない場合(NOの場合)、S18に進み、上記S11で取得された股関節角度θ1,θ2を基準パラメータデータベース148と照合して装着者12の各動作種別に対応するタスクのフェーズ(動作段階)を特定する。
In S13, if the left and right thigh biological signals are not equal left and right, it is determined that the user is walking and the process proceeds to S17. In next S17, it is checked whether or not the biological detection signals from the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, and 40b provided on the thighs of the left and right feet can be detected. In S17, when the living body detection signal is not detected (in the case of NO), the process proceeds to S18, and the hip joint angles θ 1 and θ 2 acquired in S11 are compared with the
次のS19では、上記S18で特定されたフェーズ(動作段階)に応じた指令関数f(t)及びゲインGを選択する。 In the next S19, the command function f (t) and the gain G corresponding to the phase (operation stage) specified in S18 are selected.
そして、S20では、選択されたゲインGにより生成された指令信号(制御信号)が、電力増幅部158及びモータドライバ92,93に供給される。これにより、駆動部140(駆動モータ20,22)は、駆動トルクを発生することになる。
In S20, the command signal (control signal) generated by the selected gain G is supplied to the
その結果、駆動部140(駆動モータ20,22)は、装着者12から検出した関節角度θ1,θ2に基づいて選択されたフェーズに応じた駆動トルクを発生し、この駆動トルクが装着者12の腿にアシスト力として伝達される。
As a result, the drive unit 140 (drive
このように、装着者12の関節角度θ1,θ2に基づいてアシストを行うので、装着者12は、生体検出信号が得られなくても駆動部140(駆動モータ20,22)からの駆動トルクによるアシスト力を付与されて労力が軽減される。
As described above, since the assist is performed based on the joint angles θ 1 and θ 2 of the
例えば、装着者12が階段を上る場合には、指令関数f(t)に応じた駆動力を発生させてアシストする。このような場合には、上の段についた脚は、股関節及び膝関節の角度が平地を歩行する場合よりも屈曲した状態で着地することになる。従って、例えば股関節及び/又は膝関節の屈折角度が80°〜100°の時に、階段を上るフェーズであると判断し、膝関節及び股関節の角度の伸展に合わせて駆動トルクを発生させる。
For example, when the
また、階段を下りるフェーズ、立ち上がりのフェーズ、座りのフェーズであると判断した場合にも、所定の指令関数f(t)に従って駆動力を発生させてアシストをする。 Also, when it is determined that the phase is a step down the stairs, a phase up, or a sitting phase, the driving force is generated according to a predetermined command function f (t) to assist.
なお、装着者12が、平地を歩行している場合には負担が比較的小さいので、駆動部140(駆動モータ20,22)によるアシストが無くても作業効率は低下しない。従って、一般的な歩行のフェーズであると判断したときには、駆動部140(駆動モータ20,22)は装着者12の動作を阻害しないように、駆動モータ自体の粘性を補償するように駆動される。
In addition, when the
S21では、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が行われてかどうかを確認する。S21において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が残っている場合には、上記S11に戻り、次のフェーズに対する制御処理(S11〜S21)を行う。また、S21において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理を行ったときは、今回の制御処理を終了する。 In S21, it is confirmed whether control processing for the final phase of the task is performed. If the control process for the final phase of the task remains in S21, the process returns to S11 and the control process (S11 to S21) for the next phase is performed. In S21, when the control process for the final phase of the task is performed, the current control process is terminated.
〔生体信号を用いて制御装置100が実行する制御処理〕
図7Bは生体信号センサの検出信号を用いて制御装置100が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図7Bに示されるように、S17において、例えば、装着者12が生体信号センサを適正に装着している場合、生体信号検出部144からの生体電位信号を得ることができる。その場合(YESの場合)、S22に進み指令関数f(t)及びゲインGに基づいて、生体電位信号に応じた指令信号を生成する。
[Control processing executed by
FIG. 7B is a flowchart for explaining a control process executed by the
次のS23では、指令信号を電力増幅部158(モータドライバ92〜95)に送出する。これにより、装着者12には、駆動部140(駆動モータ20,22)より生体検出信号に応じたアシスト力を付与されて労力が軽減される。
In the next S23, the command signal is sent to the power amplifier 158 (
S24では、ゲイン変更部156による入力があったかどうか確認する。S24において、ゲイン変更部156による入力があった場合には、上記S22に戻り、変更後のゲインGにより制御処理(S22〜S24)を行う。また、S24において、ゲイン変更部156による入力が無かったときは、今回の制御処理を終了する。
In S24, it is confirmed whether or not there is an input from the
このように、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bにより生体電位信号が検出できる場合には、生体電位信号に基づいて装着者12の意思に応じて駆動部140(駆動モータ20,22)からの駆動トルクを付与することで装着者12の労力を軽減して、作業効率を高めることができる。
〔S15の制御処理〕
図7CはS15の制御処理を説明するためのフローチャートである。図7Cに示されるように、S31では、複数の生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bにより検出された全ての生体電位信号を読み込む。尚、各生体信号検出センサは、n箇所に複数ずつ設けてある。各検出位置により筋肉の動きによって検出される信号レベルが異なるため、各作業又は動作に応じて動作する各筋肉のうち、最も出力レベルの大きい任意の電位信号を検出する生体信号検出センサを選択することを可能とする。メモリ130のデータベース格納領域130Aには、装着者12の股関節角度と各生体信号検出センサの出力レベルとの関係データ、及び駆動トルクを制御するためのパラメータが予め登録されており、装着者12の股関節角度から出力レベルの最も大きい任意の生体信号検出センサ及びパラメータを抽出することができる。
In this way, when the bioelectric potential signal can be detected by the
[Control processing of S15]
FIG. 7C is a flowchart for explaining the control process of S15. As shown in FIG. 7C, in S31, all the bioelectric potential signals detected by the plurality of
S32では、駆動モータ20,22に内蔵された角度センサ70,72により検出された当該装着者12の股関節角度θ1,θ2を読み込む。次のS33では、股関節角度θ1,θ2の平均値θが0°<θ<70°であるか否かをチェックする。
In S32, the hip joint angles θ 1 and θ 2 of the
S33において、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合(YESの場合)、S34に進み、当該角度範囲(0°<θ<70°)のときに出力レベルが最大となる生体信号検出センサを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。例えば、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合、生体信号検出センサ42a1〜42an,42b1〜42bnのうち広背筋の筋電位を最も検出する任意の生体信号検出センサ42a,42bを選択する。
In S33, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (0 ° <θ <70 °) (in the case of YES), the process proceeds to S34 and the angle range (0 ° <θ <70 °). At this time, the biosignal detection sensor that maximizes the output level is selected, and the bioelectric potential signal and parameters detected by the selected biosignal detection sensor are set. For example, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in an angle range (0 ° <θ <70 °), the myoelectric potential of the latissimus dorsi muscle is the most among the biological signal detection sensors 42a 1 to 42an and 42b 1 to 42bn. Arbitrary biological
次のS35では、上記S34で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合の随意制御が終了する。 In the next S35, an optional control process based on the biopotential signal and parameters set in S34 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. This completes the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (0 ° <θ <70 °).
また、上記S33において、股関節角度θ1,θ2の平均値が角度範囲(0°<θ<70°)でない場合(NOの場合)、S36に進み、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(70°<θ<140°)であるか否かをチェックする。 In S33, if the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (0 ° <θ <70 °) (NO), the process proceeds to S36 and the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is obtained. It is checked whether θ is in the angle range (70 ° <θ <140 °).
S36において、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(70°<θ<140°)の場合(YESの場合)、S37に進み、股関節角度θ1,θ2の平均値θが当該角度範囲(70°<θ<140°)のときに生体信号検出センサ42a1〜42an,42b1〜42bnのうち広背筋の筋電位を最も検出する任意の生体信号検出センサ42a,42bを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。例えば、股関節角度θ1,θ2の平均値θが当該角度範囲(70°<θ<140°)のときは、全生体信号検出センサの中から広背筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ42a,42b及び、大殿筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ40b,38bを選択する。
In S36, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (70 ° <θ <140 °) (in the case of YES), the process proceeds to S37, and the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is the angular range (70 ° <θ <140 ° ) biosignal detecting sensors 42a 1 ~42an, any biosignal detecting sensors 42a to most detects the myoelectric potential of the latissimus dorsi of 42b 1 ~42bn, and 42b selected when the Then, the bioelectric potential signal detected by the selected biosignal detection sensor and parameters are set. For example, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (70 ° <θ <140 °), the biosignal detection that detects the myoelectric potential of the latissimus dorsi muscle most among all the biosignal detection sensors.
次のS38では、上記S37で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ1,θ2の平均値θが70°<θ<140°の場合の随意制御が終了する。 In the next S38, a voluntary control process based on the biopotential signal and parameters set in S37 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. Thus, the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is 70 ° <θ <140 ° is completed.
上記S36において、股関節角度θ1,θ2の平均値が角度範囲(70°<θ<140°)でない場合(NOの場合)、S39に進み、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)であるか否かをチェックする。 If the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (70 ° <θ <140 °) (NO) in S36, the process proceeds to S39, where the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is It is checked whether or not the angle range is (140 ° <θ <170 °).
S39において、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲140°<θ<170°の場合(YESの場合)、S40に進み、股関節角度θ1,θ2の平均値θが当該角度範囲(140°<θ<170°)のときに全生体信号検出センサの中から大殿筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ40b,38bを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。
In S39, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the
次のS41では、上記S40で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)の場合の随意制御が終了する。 In the next S41, an optional control process based on the biopotential signal and parameters set in S40 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. This completes the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (140 ° <θ <170 °).
また、上記S39において、股関節角度θ1,θ2の平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)でない場合(NOの場合)、上記S32に戻り、角度センサ70,72により検出された当該装着者12の股関節角度θ1,θ2を再度読み込み、S33〜S40の処理を行う。
In S39, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (140 ° <θ <170 °) (NO), the process returns to S32 and is detected by the
図8Aは大殿筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。図8Aに示されるように、大殿筋の生体電位を用いて随意制御を行う場合、股間接角度θ1,θ2の平均値θが0°〜140°の角度範囲で検出レベルが小さいので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2よりも高いG1に設定する。これにより、股間接角度θ1,θ2の平均値θが0°〜140°の角度範囲における生体電位の検出レベルの低下を解消でき、随意制御の安定性を確保できる。
FIG. 8A is a diagram showing gain switching according to the hip joint angle in the case where the bioelectric potential of the greater gluteus muscle is used. As shown in FIG. 8A, when performing voluntary control using the bioelectric potential of the gluteus medius, the detection level is small when the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is in the angle range of 0 ° to 140 °. The gain setting value by the
また、股間接角度θ1,θ2の平均値θが140°以上の角度範囲では、大殿筋の生体電位が大きくなるので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2に切り替える(G1>G2)。
In addition, in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 140 ° or more, the bioelectric potential of the greater gluteus muscle increases, so that the gain setting value by the
図8Bは広背筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。図8Bに示されるように、広背筋の生体電位を用いて随意制御を行う場合、股間接角度θ1,θ2の平均値θが0〜140°の角度範囲で検出レベルが高いので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2に設定する。これにより、股間接角度θ1,θ2の平均値θが0〜140°の角度範囲における生体電位の検出レベルを維持できる。
FIG. 8B is a diagram illustrating the switching of gain according to the hip joint angle when the bioelectric potential of the latissimus dorsi muscle is used. As shown in FIG. 8B, when voluntary control is performed using the bioelectric potential of the latissimus dorsi muscle, the detection level is high in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 0 to 140 °. The gain set value by the changing
また、股間接角度θ1,θ2の平均値θが140°以上の角度範囲では、広背筋の生体電位が持続するので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2から小さいゲインG3に切り替える(G2>G3)。これにより、股間接角度θ1,θ2が140°以上の角度範囲における広背筋の生体電位特性による影響を緩和して随意制御の安定性を確保できる。
〔変形例1〕
図9は装着式動作補助装置の変形例1の構成を示す分解斜視図である。図9に示されるように、変形例1の背当て部50Aは、腰フレーム30Aに対して分離可能に設けられている。腰フレーム30Aの背側上面には、2箇所に開口する取付孔54設けられている。また、背当て部50Aには、腰フレーム30の取付孔54に嵌合する2本のロッド52が下方に突出している。
Further, in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 140 ° or more, the bioelectric potential of the latissimus dorsi is maintained, so that the gain setting value by the
[Modification 1]
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of Modification 1 of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 9, the
背当て部50Aを使用する際は、ロッド52を腰フレーム30Aの取付孔54に上方から挿入させる。これにより、背当て部50Aは、腰フレーム30Aに固定される。
When using the
また、腹当て部60Aは、下面より下方に突出する2本のロッド64を有する。そして、腰フレーム30Aの前側両端の上面に長孔66が設けられている。この長孔66は、前後方向に延在するように形成されている。従って、2本のロッド64を腰フレーム30Aの各長孔66に挿入することにより、腹当て部60Aは腰フレーム30Aに連結されると共に、前後方向の位置が調整可能となる。
Further, the
本変形例1では、背当て部50A及び腹当て部60Aが腰フレーム30Aと別体に製作することができると共に、使用時には背当て部50A及び腹当て部60Aを腰フレーム30Aに簡単に取り付けることができるので、装着式動作補助装置の搬送時には背当て部50A及び腹当て部60Aを分割して梱包が容易に行える。
〔変形例2〕
図10は装着式動作補助装置の変形例2の構成を示す分解斜視図である。図10に示されるように、変形例2では、腹当て部60Bは、左右分割形であり、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2からなる。左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2は、上端が肋骨に対向し、下端が腸骨に対向する寸法形状とされ、装着者12の肋骨から腸骨までの範囲を抑えられるように形成されている。また、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2との中間部分は、開放されており、装着者12の胸囲に合わせて調整可能になっている。
In the first modification, the
[Modification 2]
FIG. 10 is an exploded perspective view showing the configuration of
また、左腹当て部60B1には、2本の締結ベルト300が固定され、右腹当て部60B2には、締結ベルト300を係止する係止部310が固定されている。締結ベルト300は、係止部310に対してスライド可能に設けられており、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2との左右方向の間隔を調整できる。
In addition, two
また、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2は、外側に腰フレーム30の内側に設けられた結合部320に結合されるフック330を有する。フック330は、結合部320に対して回動可能に結合される構造であるので、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2の取付位置を装着者12の体形に合わせて調整可能とする。
Further, the left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 have a
さらに、背当て部50の前側端部には、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2を外側から拘束する拘束ベルト340、350が取り付けられている。この拘束ベルト340、350により左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2を背当て部50に対して固定することができる。
Furthermore, restraining
また、第2の連結部17A,17Bに取り付けられた大腿固定部78Aは、前側半分が形成され、後側が開放されている。そのため、装着者12の両足に装着する際は、腰フレーム30を装着者12の腰に固定させた後、大腿固定部78Aのフィッティング部79に腿を当接させた状態で、大腿固定部78Aの後側からベルト360を腿の裏側に締付けことで容易に締結できる。この変形例2の大腿固定部78Aの装着操作は、装着者12自身が一人でも容易に行えるので、装着操作の簡便化が図られている。
〔変形例3〕
図11Aは装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持ち上げる作業を支援する場合を示す図である。図11Aに示されるように、腰フレーム30の左右両側には、L字状に形成された一対の支持部材400が設けられている。支持部材400は、腰フレーム30に設けられた上端固定部102の上部に取り付けられており、腰フレーム30の側面に対して前後方向に回動可能に支持されている。
Further, the thigh fixing portion 78A attached to the second connecting
[Modification 3]
FIG. 11A is a diagram illustrating a case where the wearer supports the work of lifting a heavy object using the modified example 3 of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 11A, a pair of
また、各支持部材400は、腰フレーム30の側面に回動可能に支持された第1の支持部410と、第1の支持部410の端部に対して略90°の方向に延在形成された第2の支持部420とよりなる。尚、各支持部材400は、使用しないときは、後方に90°回動させて第2の支持部420が装着者12の背面側で垂直方向に延在する位置にあり、装着者12の動作を妨げないように退避されている。
Each
図11Bは装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持った状態で階段を上がる作業を支援する場合を示す図である。図11Bに示されるように、装着者12が両腕で重量物Wを持った状態での運搬作業を行う場合、左右両側の各支持部材400を前方に90°回動させる。これにより、各支持部材400は、第2の支持部420が水平状態に回動しており、装着者12の肘を第2の支持部420の上面に当接させて装着者12の腕にかかる荷重を支えることができる。
FIG. 11B is a diagram showing a case where the wearer supports the work of going up the stairs while holding a heavy load using the third modified example of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 11B, when the
例えば、装着者12が重量物Wを両手で持ち上げた状態のまま階段を上がる場合、装着者12は両腕の肘を各支持部材400の第2の支持部420の上面に載せることで腕の負担が軽減され、階段の昇り動作に集中できる。また、長時間作業により装着者12の腕が疲れた場合には、重量物Wを持ち上げる高さが徐々に低下するが、左右の肘を各支持部材400に載せることで、腕の疲労が緩和され、重量物Wの運搬作業を継続することができる。
For example, when the
また、一対の支持部材400は、第2の支持部420が前方に突出する位置で係止されるストッパ機構を内蔵しているため、第2の支持部420の上面に重量物Wを直接載置させても、装着式動作補助装置10がその荷重を支えることができる。この場合、装着者12は、重量物Wが各支持部材400に支持された状態を維持するように重量物Wを保持していれば良いので、腕が疲れて重量物Wを持つことが難しい場合にも重量物Wの運搬が可能になる。
Further, since the pair of
尚、上記支持部材400は、腰フレーム30の側面に回動可能に支持される構成としたが、これに限らず、例えば腰フレーム30に直接固定した構成あるいは腰フレーム30と一体な構成としても良い。
The
上記実施例では、装着式動作補助装置10を装着して重量物を運搬する作業を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、重量物のない作業環境でも使用することができる。
In the above embodiment, the case where the wearable
また、装着式動作補助装置10を身体障害者のリハビリテーションに用いることも可能である。例えば、背筋や腹筋の弱い装着者の腰の負担を軽減してリハビリテーションを行ったり、あるいは身体障害者が上体を前側に傾ける姿勢に耐えられるような訓練を行うことも可能である。
The wearable movement assist
10 装着式動作補助装置
12 装着者
15 駆動機構
16A、16B 第1の連結部
17A、17B 第2の連結部
20、22 駆動モータ
24A,24B 関節
30、30A、30B 腰フレーム
32、34 バッテリ
36 制御ユニット
38a1〜38an,38b1〜38bn,40a1〜40an,40b1〜40bn,42a1〜42an,42b1〜42bn 生体信号検出センサ
50、50A 背当て部
52,64 ロッド
54 取付孔
60、60A、60B 腹当て部
60B1 左腹当て部
60B2 右腹当て部
62 係止金具
66 長孔
70 結合部材
70、72 角度センサ
78、78A 大腿固定部
86 電源回路
88 入出力インターフェイス
92、93 モータドライバ
100 制御装置(制御部)
101〜106 差動増幅器
111、112 角度検出部
110 腰サポート部
112 フィッティング部
120、121 ベルト
122 バックル
124 係止用金具
130 メモリ
130A データベース格納領域
130B 制御プログラム格納領域
132 データ出力部
134 通信ユニット
140 駆動部
142 物理現象検出部
144 生体信号検出部
146 データ格納部
148 基準パラメータデータベース
150 指令信号データベース
154 随意的制御部
158 電力増幅部
156 ゲイン変更部
158 電力増幅部
160 自律的制御部
200 腰部連結機構
300 締結ベルト
310 係止部
320 結合部
330 フック
340、350 拘束ベルト
400 支持部材
DESCRIPTION OF
101-106
Claims (9)
前記腰フレームの後部に設けられ、当該装着者の背中に当接する背当て部と、
当該装着者の腹に当接する腹当て部と、
前記背当て部と前記腹当て部とを結合する結合部材と、
前記装着者の大腿に固定される大腿固定部と、
前記腰フレームと前記大腿固定部との間に配置され、前記大腿固定部又は前記腰フレームを駆動する駆動機構と、
前記装着者の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、
前記生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて前記駆動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする装着式動作補助装置。 A waist frame to be worn on the wearer's waist;
A back rest provided on the back of the waist frame and abutting the back of the wearer;
An abdomen contact portion that abuts the wearer's belly;
A coupling member that couples the back pad and the belly pad;
A thigh fixing portion fixed to the thigh of the wearer;
A drive mechanism that is disposed between the waist frame and the thigh fixing part and drives the thigh fixing part or the waist frame;
A biological signal detection sensor for detecting a biological signal corresponding to the movement of the wearer;
A control unit for controlling the drive mechanism based on a biological signal output from the biological signal detection sensor;
A wearable movement assist device characterized by comprising:
前記腰フレームの左右両側に連結された第1の連結部と、
前記大腿固定部に連結された第2の連結部と、
前記第1の連結部と前記第2の連結部とを相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動部とを有することを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。 The drive mechanism is
A first connecting portion connected to the left and right sides of the waist frame;
A second connecting portion connected to the thigh fixing portion;
The mounting-type motion assisting device according to claim 1, further comprising: a driving unit that generates a driving torque so as to relatively rotate the first coupling unit and the second coupling unit.
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