JP6893804B2 - Power assist device - Google Patents

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Description

本発明は、パワーアシスト装置に係り、特に、人の身体に装着し、モータの回転力によって腕の筋力を補い作業労力を軽減する装置に関する。 The present invention relates to a power assist device, and more particularly to a device that is attached to a human body and supplements the muscular strength of the arm by the rotational force of a motor to reduce work labor.

近年、人の身体に装着して筋力を補い作業労力を軽減する装置の提案がなされている。このようなパワーアシスト装置は、農作業や土木建設現場、介護など様々な肉体労働を伴う分野において実用化が望まれ、今後、労働者不足・高齢化の進行という社会的側面からも普及が期待されている。 In recent years, there have been proposals for devices that are attached to the human body to supplement muscular strength and reduce work labor. Such power assist devices are desired to be put into practical use in various fields involving physical labor such as agricultural work, civil engineering construction sites, and long-term care, and are expected to be widely used in the future from the social aspect of labor shortage and aging. ing.

また、このようなパワーアシスト装置を提案するものとして下記特許文献がある。 Further, there are the following patent documents as a proposal for such a power assist device.

特開2011−251057号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2011-251507 特開2013−52192号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-52192

ところで、上記特許文献記載の発明も含め、従来のパワーアシスト装置は複雑な装置構造と制御を必要とし、簡便さに欠ける面がある。 By the way, conventional power assist devices, including the inventions described in the above patent documents, require a complicated device structure and control, and lack simplicity.

例えば、特許文献1の装置は、使用者の肩・肘・股・膝などの関節の動作をそれぞれ検出する角度センサや、各関節を動作させるときの筋肉の圧力をそれぞれ検出する圧力センサ、各駆動機構のモータから各関節に伝達される駆動力をそれぞれ検出するトルクセンサなど多種多様のセンサからの検出結果に基づいて演算処理部がモータの駆動量を演算し、身体の各部に装着したモータを各々駆動する複雑な制御を伴う。 For example, the device of Patent Document 1 includes an angle sensor that detects the movement of joints such as the user's shoulder, elbow, hip, and knee, and a pressure sensor that detects the pressure of muscles when each joint is operated. The arithmetic processing unit calculates the drive amount of the motor based on the detection results from various sensors such as the torque sensor that detects the driving force transmitted from the motor of the drive mechanism to each joint, and the motor attached to each part of the body. With complex controls to drive each.

また特許文献2の装置は、上腕の回転角度を検出する第1の角度検出部と、大腿部の回転角度を検出する第2の角度検出部と、足の爪先と踵にかかる重量をそれぞれ検出する床反力検出部と、上半身の傾きを検出する3次元加速度センサとを備え、これらセンサからの検出結果から装着者の様々な作業姿勢で身体を動かすのに必要な回転トルクを複雑な力学的計算によって算出し全身にアシストトルクを付与する。 Further, in the device of Patent Document 2, the first angle detecting unit for detecting the rotation angle of the upper arm, the second angle detecting unit for detecting the rotation angle of the thigh, and the weight applied to the toes and heels of the toes, respectively. It is equipped with a floor reaction force detection unit that detects it and a three-dimensional acceleration sensor that detects the inclination of the upper body, and from the detection results from these sensors, the rotational torque required to move the body in various working postures of the wearer is complicated. It is calculated by mechanical calculation and an assist torque is applied to the whole body.

このように従来のパワーアシスト装置は、大掛かりな装置構造と複雑な制御を伴うもので、使用目的や分野によっては利用の可能性がないとは言えないものの、より広範な分野で普及を図るには、コスト面からもより簡便な機構で労力軽減が可能な装置の提供が望まれる。 In this way, the conventional power assist device involves a large-scale device structure and complicated control, and although it cannot be said that there is no possibility of use depending on the purpose of use and the field, it is intended to be widely used in a wider range of fields. Is desired to provide a device capable of reducing labor with a simpler mechanism from the viewpoint of cost.

したがって、本発明の目的は、大掛かりな装置構造や複雑な制御を必要とせずに簡便な機構によって作業者の労力軽減を可能とする点にある。 Therefore, an object of the present invention is to make it possible to reduce the labor of an operator by a simple mechanism without requiring a large-scale device structure or complicated control.

前記課題を解決し目的を達成するため、本発明に係るパワーアシスト装置は、作業者の身体に装着し、当該作業者の筋力を補って腕の上げ下ろしを伴う動作を補助するパワーアシスト装置であって、作業者が腕を前方へ振り上げる方向を「振上方向」、当該振上方向とは逆に前方へ振り上げられた腕を下ろす方向を「振下方向」、これら振上方向および振下方向への回転を「縦回転」とそれぞれ称する場合に、作業者の前記動作を補助する回転力を発生するモータと、当該モータの回転力を作業者の腕に伝達することにより振上方向への力を作業者に付与するアームと、前記モータと前記アームとの間に介在され、前記モータによる回転を減速して前記アームに伝達する減速機を備えている。 In order to solve the above problems and achieve the object, the power assist device according to the present invention is a power assist device that is attached to the body of a worker to supplement the muscle strength of the worker and assist the movement involving raising and lowering the arm. The direction in which the operator swings his arm forward is the "swing direction", and the direction in which the worker swings his arm forward in the opposite direction to the swing direction is the "swing direction". When the rotation in the direction is referred to as "vertical rotation", a motor that generates a rotational force that assists the operator's movement and a motor that transmits the rotational force of the motor to the operator's arm in the swinging direction. It is provided with an arm that applies the force of the above to the operator, and a speed reducer that is interposed between the motor and the arm to reduce the rotation of the motor and transmit it to the arm.

また上記アームは、作業者の肩近傍位置から腕に沿って延在し、肩側基端部を中心として縦回転(振上方向および振下方向への回転)が可能なように支持されたアーム本体と、前記モータの回転力を受けて当該回転力を前記アーム本体の肩側基端部に伝える動力受部と、当該動力受部から間隔を隔てた前記アーム本体の先端部において作業者の腕に係合することにより前記モータの回転力を作業者の腕に伝える腕係合部とを有する。さらに、前記モータは、振上方向への回転力を前記アームに供給するように備える。 Further, the arm extends from the position near the shoulder of the operator along the arm and is supported so as to be capable of vertical rotation (rotation in the swing-up direction and the swing-down direction) around the shoulder side base end. An operator at an arm body, a power receiving portion that receives the rotational force of the motor and transmits the rotational force to the shoulder-side base end portion of the arm body, and a tip portion of the arm body that is spaced away from the power receiving portion. It has an arm engaging portion that transmits the rotational force of the motor to the worker's arm by engaging with the arm of the motor. Further, the motor is provided to supply a rotational force in the swing direction to the arm.

また上記パワーアシスト装置は、前記減速機と前記動力受部との間に介在されたワンウェイクラッチをさらに備える。このワンウェイクラッチは、モータ側が振上方向でアーム側が振下方向に相対回転するような第一回転状態では回転力を伝達する一方、モータ側が振下方向でアーム側が振上方向に相対回転するような第二回転状態については空転して回転力の伝達を遮断する。なお、この「第一回転状態」および「第二回転状態」については、それらの内容を後に詳しく述べる。 Further, the power assist device further includes a one-way clutch interposed between the speed reducer and the power receiving unit. This one-way clutch transmits rotational force in the first rotation state in which the motor side rotates relative to the swing direction and the arm side rotates relative to the swing direction, while the motor side rotates relative to the swing direction and the arm side rotates relative to the swing direction. In the second rotational state, it slips and cuts off the transmission of rotational force. The contents of the "first rotation state" and the "second rotation state" will be described in detail later.

本発明のパワーアシスト装置は、腕を使う作業、例えば、腕を使って物を持ち上げたり、持ち上げた物をその位置で保持するような作業を行うときに、当該作業者の腕の筋力を補い、労力を軽減するもので、このような作業を行う場合、作業者の腕は肩を中心として前方へ振り上げるように回転される。したがって、本発明の装置では、肩部分から腕に沿って延びるアームによって腕を振り上げる動作や、振り上げた腕を保持する動作を補助する。 The power assist device of the present invention supplements the muscular strength of the arm of the worker when performing work using the arm, for example, lifting an object using the arm or holding the lifted object at that position. When performing such work, the worker's arm is rotated so as to swing forward around the shoulder. Therefore, in the device of the present invention, the movement of swinging up the arm by the arm extending from the shoulder portion along the arm and the movement of holding the raised arm are assisted.

このアームは、減速機を介してモータから伝達される回転力を動力受部を介して肩側基端部に受け、当該肩側基端部を中心として回転する。アームの先端部には腕係合部を備えてあり、作業者はこの腕係合部を通じてモータの回転力を腕に受ける。なお、モータの回転方向は、振上方向(腕を前方へ振り上げる方向)であり、アームを介して当該振上方向への力を受けることで作業者の労力が軽減される。 This arm receives the rotational force transmitted from the motor via the speed reducer to the shoulder side base end portion via the power receiving portion, and rotates around the shoulder side base end portion. The tip of the arm is provided with an arm engaging portion, and the operator receives the rotational force of the motor on the arm through the arm engaging portion. The rotation direction of the motor is the swing-up direction (the direction in which the arm is swung forward), and the labor of the operator is reduced by receiving the force in the swing-up direction via the arm.

一方、作業者が腕を下ろす(例えば持ち上げた物を下ろす)ときには、モータは作業者の腕に固定されたアームから振下方向への回転力を受けて本来の駆動方向(振上方向)とは逆に回転されることとなるが、このときもモータは振上方向への回転力を出力し続け、この振上方向(腕を上げる方向)への力を作業者は受け続けて労力が軽減される。なお、物を持ち上げてその状態に保持するとき(アームは停止状態)にも同様に振上方向へのモータの回転力を受け、作業者の労力が軽減される。 On the other hand, when the worker lowers his arm (for example, lowers a lifted object), the motor receives a rotational force in the swing direction from the arm fixed to the worker's arm and changes to the original drive direction (swing direction). Will be rotated in the opposite direction, but even at this time, the motor continues to output the rotational force in the swinging direction, and the operator continues to receive the force in the swinging direction (the direction in which the arm is raised), and the labor is reduced. It will be reduced. When the object is lifted and held in that state (the arm is in the stopped state), the rotational force of the motor in the swinging direction is also received, and the labor of the operator is reduced.

さらに本発明の装置では、減速機とアームの動力受部との間にワンウェイクラッチを備える。このワンウェイクラッチは、前に述べたように、第一回転状態では回転力を伝達する一方、第一回転状態とは逆方向の回転状態である第二回転状態では空転するが、これら「第一回転状態」および「第二回転状態」は、モータ側(減速機の出力軸)とアーム側(モータからの回転力を受ける動力受部)との間の相対的な回転状態を示す概念で、具体的には以下のとおりである。 Further, in the device of the present invention, a one-way clutch is provided between the speed reducer and the power receiving portion of the arm. As described above, this one-way clutch transmits rotational force in the first rotation state, while idling in the second rotation state, which is a rotation state in the opposite direction to the first rotation state. "Rotation state" and "second rotation state" are concepts that indicate the relative rotation state between the motor side (output shaft of the speed reducer) and the arm side (power receiving part that receives the rotational force from the motor). Specifically, it is as follows.

モータは振上方向へ回転する(又は回転しようとする)状態と、停止している状態とがあり、アーム(動力受部)は振上方向へ回転する状態と、停止している状態と、振下方向へ回転する状態とがある。 The motor has a state of rotating (or trying to rotate) in the swing direction and a state of being stopped, and an arm (power receiving part) has a state of rotating in the swing direction and a state of being stopped. There is a state where it rotates in the downward direction.

したがって「第一回転状態」は、(1)モータが振上方向へ回転しようとし(実際にはアームの振下方向への回転を受けて振下方向へ回転する)且つアームが振下方向へ回転する状態と、(2)モータが振上方向へ回転しようとし(実際にはアームが停止していることにより回転できない)且つアームが停止している状態と、(3)モータとアームが共に振上方向へ回転するが、アームの回転速度がモータの回転速度(減速機を介して出力されるモータの回転速度)より遅い状態とを含み、これら(1)〜(3)の状態ではモータの回転力がアームに伝達されサポートが行われる。 Therefore, in the "first rotation state", (1) the motor tries to rotate in the swing-up direction (actually, it rotates in the swing-down direction in response to the rotation of the arm in the swing-down direction) and the arm moves in the swing-down direction. Both the rotating state, (2) the motor trying to rotate in the swing direction (actually, it cannot rotate because the arm is stopped) and the arm is stopped, and (3) both the motor and the arm are stopped. It rotates in the swing direction, but includes a state in which the rotation speed of the arm is slower than the rotation speed of the motor (rotation speed of the motor output via the speed reducer), and in these states (1) to (3), the motor The rotational force of is transmitted to the arm to provide support.

他方、「第二回転状態」は、(4)モータが停止しており且つアームが振上方向へ回転する状態と、(5)モータとアームが共に振上方向へ回転するが、アームの回転速度がモータの回転速度(減速機を介して出力されるモータの回転速度)より速い状態とを含み、これら(4)および(5)の状態ではワンウェイクラッチは空転してモータの回転力はアームに伝達されない。 On the other hand, in the "second rotation state", (4) the motor is stopped and the arm rotates in the swing direction, and (5) both the motor and the arm rotate in the swing direction, but the arm rotates. Including the state where the speed is faster than the rotation speed of the motor (the rotation speed of the motor output via the reducer), in these states (4) and (5), the one-way clutch idles and the rotational force of the motor is the arm. Not transmitted to.

本発明においてワンウェイクラッチは、作業者が素早く腕を上げる動作を駆動部(モータおよび減速機)が邪魔をすることを防ぐ(アーム側に却って負荷がかかることを空転することで防ぐ/例えば持ち上げようとした物が軽く、サポートを必要としないような状況が考えられる)一方、ゆっくりと腕を上げて物を持ち上げる動作や、腕を上げた状態で停止させる動作については、モータの回転力を伝達してサポートを行う機能を果たす。このように本発明によれば、ワンウェイクラッチという比較的簡易な機構を備えることで、複雑な制御機構を伴うことなく簡便かつ適切に作業のサポートを行うことが可能となる。 In the present invention, the one-way clutch prevents the drive unit (motor and speed reducer) from interfering with the movement of the operator to quickly raise the arm (prevents the load from being applied to the arm side by idling / for example, lifting). (It is possible that the object is light and does not require support.) On the other hand, the rotational force of the motor is transmitted for the action of slowly raising the arm to lift the object and the action of stopping with the arm raised. And fulfill the function of providing support. As described above, according to the present invention, by providing a relatively simple mechanism called a one-way clutch, it is possible to easily and appropriately support the work without involving a complicated control mechanism.

また好ましい態様として、上記パワーアシスト装置は、作業者が背負うことが可能なベース部を有し、当該ベース部にモータが設置される一方、アーム本体の縦回転軸が作業者の上腕の縦回転軸と略一致するように作業者の肩の側面部に位置するように動力受部が備えられ、モータの回転力を当該動力受部に伝達する動力伝達手段をさらに有する。 In a preferred embodiment, the power assist device has a base portion that can be carried by the operator, and a motor is installed on the base portion, while the vertical rotation axis of the arm body is the vertical rotation of the upper arm of the operator. A power receiving portion is provided so as to be located on the side surface portion of the shoulder of the operator so as to substantially coincide with the shaft, and further has a power transmitting means for transmitting the rotational force of the motor to the power receiving portion.

アーム本体の縦回転の軸と作業者上腕の縦回転の軸を一致させ、両者を同軸で一体に回転させることにより、アームをスムーズに動作させ、また作業者が腕を違和感なく回転させることが出来るようにするためである。 By aligning the vertical rotation axis of the arm body with the vertical rotation axis of the worker's upper arm and rotating both coaxially and integrally, the arm can be operated smoothly and the worker can rotate the arm without discomfort. This is to be able to do it.

上記動力伝達手段は、例えば、モータ側に備えた第一スプロケットと、動力受部側に備えた第二スプロケットと、これら第一スプロケットおよび第二スプロケット間に掛け渡されて前記モータの回転力を第一スプロケットから第二スプロケットへ伝達するチェーンとにより構成することが出来る。なお、当該動力伝達手段は、このようなスプロケットとチェーンのほか、例えば、プーリー(ベルト車)とベルトにより、あるいは、歯車により構成することも出来る。 The power transmission means is, for example, hung between the first sprocket provided on the motor side, the second sprocket provided on the power receiving portion side, and the first sprocket and the second sprocket to transmit the rotational force of the motor. It can be composed of a chain that transmits from the first sprocket to the second sprocket. In addition to such a sprocket and a chain, the power transmission means may be composed of, for example, a pulley (belt wheel) and a belt, or a gear.

さらに、作業者が腕を広げる(両腕の間隔を広げる)方向を「拡開方向」、腕を窄める(両腕の間隔を狭める)方向を「狭窄方向」、これら拡開方向および狭窄方向への回転を「横回転」とそれぞれ称する場合に、アーム本体が肩側基端部を中心として横回転できるように動力受部とアーム本体とを連結する回転連結部を、動力受部とアーム本体との間に備えることが好ましい。前記縦回転だけでなく、アーム本体が横回転も出来るよう構成することで、腕の間隔を自由に変え、様々な作業対象物(持ち上げる物)に柔軟に対応できるようにするためである。より具体的な構成は、例えば次のとおりである。 Furthermore, the direction in which the operator spreads the arms (widens the distance between the arms) is the "spreading direction", and the direction in which the arms are narrowed (narrowing the distance between the arms) is the "squeezing direction". When the rotation in the direction is referred to as "horizontal rotation", the rotation connecting portion that connects the power receiving portion and the arm body so that the arm body can rotate laterally around the shoulder side base end portion is referred to as a power receiving portion. It is preferable to provide it between the arm body. By configuring the arm body to rotate not only vertically but also horizontally, the distance between the arms can be freely changed so that various work objects (lifted objects) can be flexibly handled. A more specific configuration is, for example, as follows.

上記回転連結部は、前記動力受部と前記アーム本体とを連結する連結板を含む。また、作業者から見て前後方向に延びる前後軸、左右方向に延びる左右軸、および、上下方向に延びる上下軸からなる互いに直交する三軸を考えた場合に、上記連結板は、前後軸および上下軸を含む平面に平行に広がって作業者の肩の側面部に位置するように備えられる縦板部と、当該縦板部と直交し且つアーム本体を下げた初期状態において左右軸および上下軸を含む平面に平行に広がって作業者の肩の前面部に位置するように備えられる横板部とからなるL字状の板状部材である。さらに、前記連結板が縦回転するように前記縦板部が前記動力受部に固定され、前記横板部にアーム本体の肩側基端部が横回転可能に設置される。 The rotary connecting portion includes a connecting plate that connects the power receiving portion and the arm body. Further, when considering three orthogonal axes consisting of a front-rear axis extending in the front-rear direction, a left-right axis extending in the left-right direction, and an up-down axis extending in the up-down direction when viewed from the operator, the connecting plate is A vertical plate portion that extends parallel to the plane including the vertical axis and is provided so as to be located on the side surface of the operator's shoulder, and the left-right axis and the vertical axis in the initial state orthogonal to the vertical plate portion and with the arm body lowered. It is an L-shaped plate-shaped member including a horizontal plate portion that extends parallel to a plane including and is provided so as to be located on the front surface portion of the operator's shoulder. Further, the vertical plate portion is fixed to the power receiving portion so that the connecting plate rotates vertically, and the shoulder-side base end portion of the arm body is installed on the horizontal plate portion so as to be rotatable horizontally.

なお、回転連結部の構造は、上記構造に限られるものではなく、例えば後述する第二実施形態のようなヒンジ(蝶番)やその他の構造によることも可能である。 The structure of the rotary connecting portion is not limited to the above structure, and may be a hinge or other structure as in the second embodiment described later, for example.

また、本発明のパワーアシスト装置では、前記モータが出力する回転力の大きさを変更する出力制御部と、当該出力制御部に対して前記回転力の大きさを指示する入力操作部とをさらに備えることが望ましい。 Further, in the power assist device of the present invention, an output control unit that changes the magnitude of the rotational force output by the motor and an input operation unit that instructs the output control unit the magnitude of the rotational force are further provided. It is desirable to prepare.

作業対象物の重量に対応した最適なサポート力を作業者自身が現場で自由に調整できるようにするためである。 This is so that the operator can freely adjust the optimum support force corresponding to the weight of the work object on site.

入力操作部の具体的構成は特に問わない。例えば、手元で操作可能なスライドボリュームやボリュームつまみ、スイッチ付ボリューム、ダイヤル等であっても良いし、音声入力による(作業者が発する声により入力できるようにする)ことも可能である。 The specific configuration of the input operation unit is not particularly limited. For example, it may be a slide volume or volume knob that can be operated at hand, a volume with a switch, a dial, or the like, or it can be input by voice (so that it can be input by a voice emitted by an operator).

また、本発明の典型的な態様では、後に述べる実施形態のように左腕と右腕の両方をサポートできるように、左右両腕について上記各構成(モータ、減速機、ワンウェイクラッチおよびアーム/以下、これらを「装置本体部」と言う)をそれぞれ備えるが、本発明は、片方の腕についてのみ装置本体部を備える構造を除外するものではなく、例えば左腕用のパワーアシスト装置または右腕用のパワーアシスト装置を本発明に基づいて構成することも可能である。 Further, in a typical aspect of the present invention, each of the above configurations (motor, speed reducer, one-way clutch and arm / hereinafter, these) is provided for both the left and right arms so that both the left arm and the right arm can be supported as in the embodiment described later. However, the present invention does not exclude a structure in which the device main body is provided only for one arm, for example, a power assist device for the left arm or a power assist device for the right arm. Can also be configured based on the present invention.

本発明に係るパワーアシスト装置によれば、大掛かりな装置構造や複雑な制御機構を用いることなく簡易な構造と制御で作業労力を軽減することが出来る。 According to the power assist device according to the present invention, work labor can be reduced by a simple structure and control without using a large-scale device structure or a complicated control mechanism.

本発明の他の目的、特徴および利点は、図面に基づいて述べる以下の本発明の実施の形態の説明により明らかにする。なお、各図中、同一の符号は、同一又は相当部分を示す。 Other objects, features and advantages of the present invention will be clarified by the following description of embodiments of the present invention described with reference to the drawings. In each figure, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts.

図1は、本発明の第一の実施形態に係るパワーアシスト装置の使用状態の一例を概念的に示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view conceptually showing an example of a usage state of the power assist device according to the first embodiment of the present invention. 図2は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す平面図である。FIG. 2 is a plan view conceptually showing the power assist device according to the first embodiment. 図3は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す側面図である。FIG. 3 is a side view conceptually showing the power assist device according to the first embodiment. 図4は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す正面図である。FIG. 4 is a front view conceptually showing the power assist device according to the first embodiment. 図5は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す背面図である。FIG. 5 is a rear view conceptually showing the power assist device according to the first embodiment. 図6は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置の装置本体部(アームを初期位置に下げた状態)を示す斜視図である。FIG. 6 is a perspective view showing a device main body portion (a state in which the arm is lowered to the initial position) of the power assist device according to the first embodiment. 図7は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置の装置本体部(アームを略水平に振り上げた状態)を示す斜視図である。FIG. 7 is a perspective view showing a device main body portion (a state in which the arm is swung up substantially horizontally) of the power assist device according to the first embodiment. 図8は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置の装置本体部(アームを略水平に振り上げた状態)を示す分解斜視図である。FIG. 8 is an exploded perspective view showing a device main body portion (a state in which the arm is swung up substantially horizontally) of the power assist device according to the first embodiment. 図9は、前記第一の実施形態に係るパワーアシスト装置におけるモータの駆動制御を説明するブロック図である。FIG. 9 is a block diagram illustrating drive control of a motor in the power assist device according to the first embodiment. 図10は、本発明の第二の実施形態に係るパワーアシスト装置の使用状態の一例を概念的に示す斜視図である。FIG. 10 is a perspective view conceptually showing an example of a usage state of the power assist device according to the second embodiment of the present invention. 図11は、前記第二の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す平面図である。FIG. 11 is a plan view conceptually showing the power assist device according to the second embodiment. 図12は、前記第二の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す側面図である。FIG. 12 is a side view conceptually showing the power assist device according to the second embodiment. 図13は、前記第二の実施形態に係るパワーアシスト装置を概念的に示す背面図である。FIG. 13 is a rear view conceptually showing the power assist device according to the second embodiment.

〔第一実施形態〕
図1から図9に示すように本発明の第一の実施形態に係るパワーアシスト装置11(以下「アシスト装置」または単に「装置」と称することがある)は、背中に背負うことにより作業者1の身体に装着するもので、作業者1の背中に本装置11を固定するためのベース部12と、ベース部12に設置した装置本体部21,21aと、装置本体部21,21aを駆動制御する制御部(出力制御部)41と、作業者1が本装置11を操作するための入力操作部45と、電源(バッテリ)42とを備えている。なお、入力操作部45は図9以外の図には示していない。
[First Embodiment]
As shown in FIGS. 1 to 9, the power assist device 11 (hereinafter, may be referred to as “assist device” or simply “device”) according to the first embodiment of the present invention is carried on the back of the worker 1 The base portion 12 for fixing the device 11 to the back of the worker 1, the device main body portions 21 and 21a installed on the base portion 12, and the device main body portions 21 and 21a are driven and controlled. It is provided with a control unit (output control unit) 41, an input operation unit 45 for the operator 1 to operate the apparatus 11, and a power supply (battery) 42. The input operation unit 45 is not shown in the drawings other than FIG.

また本実施形態の装置11は、図1に示すように例えば工場内において金属管の曲げ加工を行う誘導加熱コイル2(重量は10〜20kg程度である/以下単に「コイル」と言う)を両手で持ち上げ、これを加工中に保持する作業のサポートを行うことが出来るものであるが、本発明において作業の対象物や装置の使用場所・使用目的・利用分野等は、ほかにも様々であって良いことは勿論である。 Further, as shown in FIG. 1, the apparatus 11 of the present embodiment holds, for example, an induction heating coil 2 (weight is about 10 to 20 kg / hereinafter simply referred to as "coil") for bending a metal tube in a factory with both hands. It is possible to support the work of lifting and holding it during processing, but in the present invention, the object of work, the place of use, the purpose of use, the field of use, etc. of the device are various. Of course, it's good.

ベース部12は、本実施形態の装置11を背負子のように作業者1が背負えるように、背板13と、ショルダストラップ14と、ウエストハーネス(ウエストベルト)15を備えている。作業者1は、ショルダストラップ14を両肩に掛けることによりベース部12を背中に背負い、ウエストハーネス15を腰で締めることにより背中にベース部12を固定する。背板13の内側(背中に当たる部分)には、作業者1の背中にフィットするように背面パッド(図示せず)を備える。ベース部12の背板13には、前記装置本体部21,21aと、制御部41と、バッテリ42を設置してある。 The base portion 12 includes a back plate 13, a shoulder strap 14, and a waist harness (waist belt) 15 so that the worker 1 can carry the device 11 of the present embodiment on his back like a backpack. The worker 1 carries the base portion 12 on his back by hanging the shoulder straps 14 on both shoulders, and fixes the base portion 12 on his back by tightening the waist harness 15 on his back. A back pad (not shown) is provided on the inside of the back plate 13 (a portion corresponding to the back) so as to fit the back of the worker 1. The device main body portions 21 and 21a, the control unit 41, and the battery 42 are installed on the back plate 13 of the base portion 12.

装置本体部21,21aは、作業者1の腕をサポートする回転力を発生する動力発生部(後述するモータ22,減速機23)と、作業者の腕を支えるアーム31と、動力発生部で発生させた回転力をアーム31に伝える動力伝達部(後述するスプロケット38a,38b,チェーン39)と、動力発生部と動力伝達部との間に介在させて一方向への回転についてのみ回転力を伝達するワンウェイクラッチ25とを有する。なお、本装置11では、両腕をサポートできるように左右に1つずつ合計2つの当該装置本体部21,21aを備えてあるが、左腕用の装置本体部21aも右腕用装置本体部21と同様の構成を有し、同様の制御を行うことで左腕に対して同様の機能を果たすから、以下、右腕用の装置本体部21のみについて説明し、左腕用装置本体部21aについては相当部分に同一の符号を付して重複した説明を省略する。 The device main body portions 21 and 21a are composed of a power generating unit (motor 22 and speed reducer 23 described later) that generates a rotational force that supports the arm of the worker 1, an arm 31 that supports the arm of the worker 1, and a power generating unit. A power transmission unit (sprocket 38a, 38b, chain 39, which will be described later) that transmits the generated rotational force to the arm 31 is interposed between the power generation unit and the power transmission unit, and the rotational force is applied only for rotation in one direction. It has a one-way clutch 25 for transmission. The device 11 is provided with a total of two device main bodies 21 and 21a, one on each side so as to support both arms, but the device main body 21a for the left arm is also the device main body 21 for the right arm. Since it has the same configuration and performs the same function for the left arm by performing the same control, only the device main body 21 for the right arm will be described below, and the device main body 21a for the left arm will be a considerable part. The same reference numerals will be given and duplicate description will be omitted.

動力発生部は、回転力を発生するモータ22と、モータ22の回転を減速しトルクを増大させる減速機23とからなり、減速機23と動力伝達部(後述する後スプロケット38a)との間に介在させたワンウェイクラッチ25とともに、作業者1の背中側となるベース部12の背板13の表面に設置する。なお、図において符号27は減速機23へのモータ22の出力軸を、符号28はワンウェイクラッチへの減速機23の出力軸をそれぞれ示す。 The power generation unit includes a motor 22 that generates a rotational force and a speed reducer 23 that decelerates the rotation of the motor 22 to increase torque, and is between the speed reducer 23 and the power transmission unit (rear sprocket 38a described later). Together with the intervening one-way clutch 25, it is installed on the surface of the back plate 13 of the base portion 12 which is the back side of the worker 1. In the figure, reference numeral 27 indicates an output shaft of the motor 22 to the speed reducer 23, and reference numeral 28 indicates an output shaft of the speed reducer 23 to the one-way clutch.

一方、アーム31は、上記動力発生部22,23で発生される回転力を作業者1の肩の側面部において受ける動力受部33と、作業者1の肩の前面部から上腕の前面および側面を取り囲むように上腕に沿って肘付近まで延びるアーム本体32と、アーム本体32の先端部(肘側の端部)において作業者1の上腕の後面に当接して上記動力発生部22,23で発生される回転力を腕に伝える腕係合部35と、アーム本体32と動力受部33とを接続する連結板51とを備えている。 On the other hand, the arm 31 has a power receiving unit 33 that receives the rotational force generated by the power generating units 22 and 23 on the side surface of the shoulder of the worker 1, and the front surface and the side surface of the upper arm from the front surface of the shoulder of the worker 1. The arm body 32 extending to the vicinity of the elbow along the upper arm so as to surround the arm body, and the tip portion (end on the elbow side) of the arm body 32 abuts on the rear surface of the upper arm of the worker 1 and the power generating portions 22 and 23. It includes an arm engaging portion 35 that transmits the generated rotational force to the arm, and a connecting plate 51 that connects the arm body 32 and the power receiving portion 33.

またアーム31は、作業者1の肩側面部(動力受部33)を中心として縦回転(振上方向および振下方向への回転)が可能なように支持側板37に設置してある。この支持側板37は、動力発生部22,23を介して背板13に固定され、背板13に設置した動力発生部22,23の側面部から作業者1の肩の側面部まで前方へ水平に延び、前端部においてベアリング36bを介してアーム31(動力受部33)を縦回転可能に支持する。 Further, the arm 31 is installed on the support side plate 37 so that it can rotate vertically (rotate in the swing-up direction and the swing-down direction) around the shoulder side surface portion (power receiving portion 33) of the worker 1. The support side plate 37 is fixed to the back plate 13 via the power generating portions 22 and 23, and is horizontal forward from the side surface portion of the power generating portions 22 and 23 installed on the back plate 13 to the side surface portion of the shoulder of the worker 1. The arm 31 (power receiving portion 33) is vertically rotatably supported at the front end portion via the bearing 36b.

また支持側板37の内側には、当該支持側板37に沿うように動力伝達部を備える。この動力伝達部は、ワンウェイクラッチ25を介して減速機23の出力軸28に接続したスプロケット38a(「後スプロケット」と言う)と、アーム31の動力受部33に固定したスプロケット38b(「前スプロケット」と言う)と、これら後スプロケット38aおよび前スプロケット38b間に掛け渡したチェーン39(図では両スプロケット間の中間部分しか示していない)とからなる。 Further, inside the support side plate 37, a power transmission unit is provided along the support side plate 37. The power transmission unit includes a sprocket 38a (referred to as a “rear sprocket”) connected to the output shaft 28 of the speed reducer 23 via a one-way clutch 25, and a sprocket 38b (“front sprocket”) fixed to the power receiving unit 33 of the arm 31. ”) And the chain 39 (the figure shows only the intermediate portion between the two sprockets) extending between the rear sprocket 38a and the front sprocket 38b.

動力発生部22,23で発生された回転力は、これらワンウェイクラッチ25および動力伝達部(スプロケット38a,38bおよびチェーン39)を介してアーム31の動力受部33に伝達され、動力受部33が回転することによりアーム31(連結板51、アーム本体32および腕係合部35)が縦回転する。なお、図において符号X1は動力発生部22,23および後スプロケット38aの回転軸を、符号X2は前スプロケット38bおよび動力受部33の回転軸(縦回転軸)を、符号Yはアーム本体32の回転軸(次に述べる横回転軸)をそれぞれ示し、符号Aは振上方向への回転を、符号Bは振下方向への回転を、符号Cは拡開方向への回転を、符号Dは狭窄方向への回転をそれぞれ示す。 The rotational force generated by the power generating units 22 and 23 is transmitted to the power receiving unit 33 of the arm 31 via the one-way clutch 25 and the power transmitting unit (sprocket 38a, 38b and the chain 39), and the power receiving unit 33 receives the power receiving unit 33. By rotating, the arm 31 (connecting plate 51, arm body 32, and arm engaging portion 35) rotates vertically. In the figure, reference numeral X1 is the rotation axis of the power generating units 22 and 23 and the rear sprocket 38a, reference numeral X2 is the rotation axis (vertical rotation axis) of the front sprocket 38b and the power receiving unit 33, and reference numeral Y is the arm body 32. The rotation axes (horizontal rotation axes described below) are shown, reference numeral A indicates rotation in the upswing direction, reference numeral B indicates rotation in the downswing direction, reference numeral C indicates rotation in the expansion direction, and reference numeral D indicates rotation in the expansion direction. The rotation in the constriction direction is shown respectively.

アーム31はさらに連結板51を備えており、これにより上記縦回転A,Bだけでなく横回転、すなわち拡開方向への回転Cおよび狭窄方向への回転Dが可能である。この連結板51は、動力受部33に固定されて動力受部33と一緒に縦回転する縦板部51aと、縦板部51aと直交し且つアーム本体32を下げた初期状態(図2,図6等参照)において作業者1の肩の前面側に配置される横板部51bとからなるL字状の板状部材である。アーム本体32は、その基端部(肩側端部)が連結板51の横板部51bにベアリング36cを介して固定されることにより、横回転が可能となっている。なお、この横回転は作業者自身の力によって行われるもので、作業対象物2の大きさや幅に合わせて作業者1は自由に腕を広げたり狭めたりすることが出来る。 The arm 31 is further provided with a connecting plate 51, which enables not only the vertical rotations A and B but also horizontal rotations, that is, rotation C in the expansion direction and rotation D in the narrowing direction. The connecting plate 51 has a vertical plate portion 51a fixed to the power receiving portion 33 and vertically rotating together with the power receiving portion 33, and an initial state in which the arm body 32 is lowered at right angles to the vertical plate portion 51a (FIGS. 2 and 2). (See FIG. 6 and the like), it is an L-shaped plate-shaped member composed of a horizontal plate portion 51b arranged on the front surface side of the shoulder of the worker 1. The arm main body 32 can rotate laterally because its base end portion (shoulder side end portion) is fixed to the horizontal plate portion 51b of the connecting plate 51 via the bearing 36c. Note that this lateral rotation is performed by the operator's own force, and the operator 1 can freely spread or narrow his arms according to the size and width of the work object 2.

モータ22は、駆動回路44(図9参照)を介してバッテリ42からの電力供給を受け回転する。モータ22の回転方向は、アーム31(腕)を前方へ振り上げる方向(振上方向/図3の矢印A参照)であり、この方向への回転力が減速機23、ワンウェイクラッチ25および動力伝達部(後スプロケット38a、チェーン39および前スプロケット38b)を通じてアーム31の動力受部33に伝えられる。 The motor 22 rotates by receiving power supplied from the battery 42 via a drive circuit 44 (see FIG. 9). The rotation direction of the motor 22 is a direction in which the arm 31 (arm) is swung forward (swing direction / see arrow A in FIG. 3), and the rotational force in this direction is the speed reducer 23, the one-way clutch 25, and power transmission. It is transmitted to the power receiving portion 33 of the arm 31 through the portions (rear sprocket 38a, chain 39 and front sprocket 38b).

モータ22の回転は、制御部41により制御する。制御部41は、図9に示すように装置制御部43と、モータの駆動回路44とを含み、作業者1は入力操作部45を操作することにより装置11(モータ22)のオンオフ(起動および停止)のほか、モータ22の出力、すなわち、アーム31によるサポート力(モータ22の回転力)を増大させたり減少させることが出来る。装置制御部43は、入力操作部45からの入力に基づいて駆動回路44を介してモータ22の出力を調整する。入力操作部45は、有線(コード/信号線)で装置制御部43と接続しても良いし、無線接続とすることも可能である。また入力操作部45は、例えばスライドボリュームやボリュームつまみ、スイッチ付ボリューム等により構成できるほか、音声入力により入力できるようにしても良い。 The rotation of the motor 22 is controlled by the control unit 41. As shown in FIG. 9, the control unit 41 includes a device control unit 43 and a motor drive circuit 44, and the operator 1 operates the input operation unit 45 to turn the device 11 (motor 22) on and off (start and turn). In addition to (stop), the output of the motor 22, that is, the support force by the arm 31 (rotational force of the motor 22) can be increased or decreased. The device control unit 43 adjusts the output of the motor 22 via the drive circuit 44 based on the input from the input operation unit 45. The input operation unit 45 may be connected to the device control unit 43 by wire (cord / signal line), or may be wirelessly connected. Further, the input operation unit 45 can be configured by, for example, a slide volume, a volume knob, a volume with a switch, or the like, or may be capable of inputting by voice input.

さらに本実施形態では、アーム31に伝達される回転力を検出するトルクセンサ24と、アーム31の回転角度を検出するアーム回転角検出部26を装置本体部21,21aに備える。アーム回転角検出部26はエンコーダからなり、初期位置(例えば図3に示す腕が鉛直下方に釣り下がった状態)からどの程度前方へ(同図の矢印A方向へ)アーム31が振り上げられたかその角度を検出する。 Further, in the present embodiment, the device main body portions 21 and 21a are provided with a torque sensor 24 for detecting the rotational force transmitted to the arm 31 and an arm rotation angle detection unit 26 for detecting the rotation angle of the arm 31. The arm rotation angle detection unit 26 is composed of an encoder, and shows how far forward (in the direction of arrow A in the figure) the arm 31 is swung up from the initial position (for example, the arm shown in FIG. 3 is suspended vertically downward). Detect the angle.

起動時には装置制御部43は、予め設定された、作業対象物2を持っていない状態で作業者1の腕がアーム31によって持ち上げられることがない程度の大きさ(「初期値」と言う)のサポート力(アーム31の回転力)が発生するようモータ22を駆動する。 At startup, the device control unit 43 has a size (referred to as "initial value") set in advance so that the arm of the worker 1 is not lifted by the arm 31 without holding the work object 2. The motor 22 is driven so that a support force (rotational force of the arm 31) is generated.

一方、本実施形態の装置11では、アーム31に伝達するトルク(回転力)の上限値と、アーム31の回転角の上限値を装置制御部43に予め設定しておき、トルクセンサ24およびアーム回転角検出部26から装置制御部43に入力される値がいずれかの上限値に達した場合には、モータ22の出力を低下させる(例えば初期値に戻す)制御を行う。過大なサポート力が作業者1に加えられたり過剰に腕が回転されることを防ぎ、安全性を確保するためである。 On the other hand, in the device 11 of the present embodiment, the upper limit value of the torque (rotational force) transmitted to the arm 31 and the upper limit value of the rotation angle of the arm 31 are set in advance in the device control unit 43, and the torque sensor 24 and the arm When the value input from the rotation angle detection unit 26 to the device control unit 43 reaches any of the upper limit values, the output of the motor 22 is reduced (for example, returned to the initial value). This is to prevent excessive support force from being applied to the worker 1 or excessive rotation of the arm, and to ensure safety.

モータ22の出力軸27は減速機23に接続され、減速機23からの出力軸28とアーム31との間にはワンウェイクラッチ25を介在させてあり、モータ22とアーム31の相対的な回転状態として第一回転状態と第二回転状態があることは既に述べたとおりである。 The output shaft 27 of the motor 22 is connected to the speed reducer 23, a one-way clutch 25 is interposed between the output shaft 28 from the speed reducer 23 and the arm 31, and the relative rotational state of the motor 22 and the arm 31 is provided. As already mentioned, there are a first rotation state and a second rotation state.

すなわち第一回転状態である、(1)モータ22が振上方向Aへ回転しようとしているがアーム31が振下方向Bへ回転する状態(モータ22は駆動方向とは逆に回転されることとなる)、(2)モータ22が振上方向Aへ回転しようとするがアーム31が停止している状態、および(3)モータ22とアーム31が共に振上方向Aへ回転するが、アーム31の回転速度がモータ22の回転速度(減速機23の出力軸28の回転速度)より遅い状態では、モータ22の回転力がアーム31に伝達されサポートが行われる。 That is, in the first rotation state, (1) the motor 22 is about to rotate in the swing direction A, but the arm 31 rotates in the swing direction B (the motor 22 is rotated in the direction opposite to the drive direction). (2) The motor 22 tries to rotate in the swing direction A but the arm 31 is stopped, and (3) the motor 22 and the arm 31 both rotate in the swing direction A, but the arm 31 When the rotational speed of the motor 22 is slower than the rotational speed of the motor 22 (the rotational speed of the output shaft 28 of the speed reducer 23), the rotational force of the motor 22 is transmitted to the arm 31 to provide support.

したがって、例えば、作業者1がアシスト装置11を身に付けて駆動し、コイル2を床からゆっくりと持ち上げていき(上記状態(3))、図1に示すように持ち上げた位置で保持して(上記状態(2))加工を行う間、アシスト装置11のサポートを受けて作業労力が軽減される。また、加工が終わって保持していたコイル2を床に下ろす(上記状態(1))ときにも同様にアシスト装置11のサポートを受けることが出来る。 Therefore, for example, the operator 1 wears and drives the assist device 11, slowly lifts the coil 2 from the floor (state (3) above), and holds the coil 2 in the lifted position as shown in FIG. (The above state (2)) During the processing, the work labor is reduced by receiving the support of the assist device 11. Further, when the coil 2 held after processing is lowered to the floor (state (1) above), the support of the assist device 11 can be similarly received.

他方、第二回転状態である、(4)モータ22が停止しているが、アーム31が振上方向Aへ回転する状態、および(5)モータ22とアーム31が共に振上方向Aへ回転するが、アーム31の回転速度がモータ22の回転速度(減速機23の出力軸28の回転速度)より速い状態では、ワンウェイクラッチ25は空転してモータ22の回転力はアーム31に伝達されない。 On the other hand, in the second rotation state, (4) the motor 22 is stopped, but the arm 31 rotates in the swing direction A, and (5) both the motor 22 and the arm 31 rotate in the swing direction A. However, when the rotational speed of the arm 31 is faster than the rotational speed of the motor 22 (the rotational speed of the output shaft 28 of the speed reducer 23), the one-way clutch 25 idles and the rotational force of the motor 22 is not transmitted to the arm 31.

したがって、例えば、作業対象物2を持っておらず、あるいは作業対象物2が非常に軽くてサポートを必要とせず素早く腕を上げたいような場合(上記状態(5))に、ワンウェイクラッチ25が空転することで当該動作を減速機23やモータ22が負荷となって邪魔をすることを防ぐことが出来る。 Therefore, for example, when the work object 2 is not held or the work object 2 is very light and the arm is to be raised quickly without requiring support (the above state (5)), the one-way clutch 25 idles. By doing so, it is possible to prevent the speed reducer 23 and the motor 22 from becoming a load and interfering with the operation.

また既に述べたように、入力操作部45を操作して装置11の駆動を開始したときにはサポート力は腕が持ち上がらない程度の比較的小さな力(初期値)であるが、作業者1による入力操作部45からの入力に基づいて装置制御部43がモータ22の出力を増加することで、作業者が望む大きさのサポート力を得ることが出来る。 Further, as already described, when the input operation unit 45 is operated to start driving the device 11, the support force is a relatively small force (initial value) that the arm does not lift, but the input operation by the operator 1 By increasing the output of the motor 22 by the device control unit 43 based on the input from the unit 45, it is possible to obtain a support force of a size desired by the operator.

本実施形態では、アーム31の縦回転軸X2が作業者1の上腕の縦回転軸に一致し、アーム31と作業者1の腕が同軸で一体的に回転するから、アーム31がスムーズに動作し、作業者1は違和感なく腕を回転させることが出来る利点がある。 In the present embodiment, the vertical rotation axis X2 of the arm 31 coincides with the vertical rotation axis of the upper arm of the worker 1, and the arm 31 and the arm of the worker 1 rotate coaxially and integrally, so that the arm 31 operates smoothly. However, the worker 1 has an advantage that the arm can be rotated without discomfort.

〔第二実施形態〕
図10から図13は本発明の第二の実施形態に係るパワーアシスト装置を示すものである。これらの図に示すように本実施形態の装置は、前記第一実施形態の装置と同様に背中に背負うことにより作業者1の身体に装着するもので、モータ22と減速機23を有し回転力を発生する動力発生部と、作業者1の腕をサポートするアーム31と、動力発生部22,23とアーム31との間(減速機23と動力受部33との間)に介在させたワンウェイクラッチ25と、動力発生部を制御する制御部41と、入力操作部45と、バッテリ42と、ベース部12とを備えている。
[Second Embodiment]
10 to 13 show the power assist device according to the second embodiment of the present invention. As shown in these figures, the device of the present embodiment is attached to the body of the worker 1 by carrying it on the back like the device of the first embodiment, and has a motor 22 and a speed reducer 23 to rotate. It is interposed between the power generating unit that generates force, the arm 31 that supports the arm of the worker 1, and the power generating units 22, 23 and the arm 31 (between the speed reducer 23 and the power receiving unit 33). It includes a one-way clutch 25, a control unit 41 that controls a power generation unit, an input operation unit 45, a battery 42, and a base unit 12.

一方、本実施形態の装置は、アーム31の構造が前記第一実施形態の装置とは異なる。以下、第一実施形態との相違点を中心に本実施形態の装置について説明する。 On the other hand, the structure of the arm 31 of the device of the present embodiment is different from that of the device of the first embodiment. Hereinafter, the apparatus of the present embodiment will be described focusing on the differences from the first embodiment.

アーム31は、作業者1の肩の背面部から上腕の外側に沿って肘付近まで延び、肩側の端部である基端部を中心として回転可能に支持した棒状のアーム本体32と、アーム本体32の基端部(肩側の端部)においてモータ22の回転力を受ける動力受部33と、アーム本体32の先端部(肘側の端部)において作業者1の上腕の先端部に巻き付けてアーム本体32の先端部と作業者1の腕とを連結し、モータ22の回転力を腕に伝える腕係合部35とを備えている。 The arm 31 extends from the back surface of the shoulder of the worker 1 to the vicinity of the elbow along the outside of the upper arm, and rotatably supports the base end, which is the end on the shoulder side, and the arm. At the base end of the main body 32 (the end on the shoulder side), the power receiving part 33 that receives the rotational force of the motor 22 and at the tip of the arm main body 32 (the end on the elbow side), the tip of the upper arm of the worker 1 It is provided with an arm engaging portion 35 that connects the tip end portion of the arm body 32 and the arm of the worker 1 by winding and transmits the rotational force of the motor 22 to the arm.

腕係合部35は、作業者1が腕をスムーズに上げ下げできるように、アーム31の長さ方向に沿ってスライド(移動)可能に、かつ、アーム31に対して相対回転可能に備えてある(図11〜図12の矢印E,F参照)。また、アーム本体32を左右方向に振ることが出来るように(図11の矢印C,D参照)アーム本体32と動力受部33はヒンジ34を介して接続する。作業者1は肘から前腕を曲げることで両手の幅を変えることが出来るが、肩から上腕を左右に曲げる(広げたり狭めたりする)ことを可能とし、より柔軟に様々な大きさの作業対象物に対応できるようにするためである。 The arm engaging portion 35 is provided so as to be slidable (movable) along the length direction of the arm 31 and to be rotatable relative to the arm 31 so that the worker 1 can smoothly raise and lower the arm. (See arrows E and F in FIGS. 11 to 12). Further, the arm body 32 and the power receiving unit 33 are connected via a hinge 34 so that the arm body 32 can be swung in the left-right direction (see arrows C and D in FIG. 11). Worker 1 can change the width of both hands by bending the forearm from the elbow, but it is possible to bend (widen or narrow) the upper arm from the shoulder to the left and right, making it more flexible for work targets of various sizes. This is to be able to handle things.

また、モータ22の出力軸27は減速機23に接続され、減速機23からの出力軸28とアーム31の動力受部33とは、動力受部33の内部に配置したワンウェイクラッチ25を介して接続されている。このように本実施形態の装置では動力発生部22,23の側方(作業者1の背中側)に基端部(動力受部33)が位置するようにアーム31が備えられ、減速機23からの出力軸28をワンウェイクラッチ25を介してアーム31(動力受部33)に直接接続することが出来るから、前記第一実施形態のような動力伝達部(スプロケット38a,38bとチェーン39)や支持側板37は不要となる。 Further, the output shaft 27 of the motor 22 is connected to the speed reducer 23, and the output shaft 28 from the speed reducer 23 and the power receiving unit 33 of the arm 31 are connected to each other via a one-way clutch 25 arranged inside the power receiving unit 33. It is connected. As described above, in the device of the present embodiment, the arm 31 is provided so that the base end portion (power receiving portion 33) is located on the side (back side of the worker 1) of the power generating portions 22 and 23, and the speed reducer 23 is provided. Since the output shaft 28 from the above can be directly connected to the arm 31 (power receiving unit 33) via the one-way clutch 25, the power transmission unit (sprocket 38a, 38b and the chain 39) as in the first embodiment can be used. The support side plate 37 becomes unnecessary.

モータ22の回転方向やワンウェイクラッチ25の機能、モータ22とアーム31の相対的な回転状態として第一回転状態と第二回転状態があることは第一実施形態と同じであり、本実施形態の装置も作業者1に対して第一実施形態の装置と同様のサポートを行うことが出来る。 The rotation direction of the motor 22, the function of the one-way clutch 25, and the relative rotation states of the motor 22 and the arm 31 include the first rotation state and the second rotation state, which are the same as those in the first embodiment. The device can also provide the worker 1 with the same support as the device of the first embodiment.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載の範囲内で種々の変更を行うことができることは当業者に明らかである。 Although the embodiments of the present invention have been described above, it is clear to those skilled in the art that the present invention is not limited thereto and various modifications can be made within the scope of the claims. ..

例えば、前記実施形態ではいずれも、両手で作業対象物を持ち上げることが出来るように、左右各装置本体部21,21aについて同じ制御を同時に行うものとしたが、右腕用装置本体部21と左腕用装置本体部21aとで、別々に独立した制御を行えるようにしても良い。この場合、入力操作部45は、左右各装置本体部21,21aについてそれぞれ独立した駆動を指示できるよう構成すれば良い。 For example, in each of the above embodiments, the same control is simultaneously performed on the left and right device main bodies 21 and 21a so that the work object can be lifted with both hands, but the right arm device main body 21 and the left arm are used. It may be possible to perform independent control separately from the device main body 21a. In this case, the input operation unit 45 may be configured so that the left and right device main bodies 21 and 21a can be independently driven.

また、前記ワンウェイクラッチ25としては、例えばカムクラッチを使用することが出来るが、他のワンウェイクラッチを使用することも可能である。さらに、モータ22としては、例えばサーボモータやその他のDCモータを使用することが出来る。また電源42は、必ずしもバッテリ(電池)に限られず、AC電源などからコードを通じて給電を行うようにしても良い。 Further, as the one-way clutch 25, for example, a cam clutch can be used, but another one-way clutch can also be used. Further, as the motor 22, for example, a servo motor or another DC motor can be used. Further, the power supply 42 is not necessarily limited to a battery, and power may be supplied from an AC power source or the like through a cord.

1 作業者(パワーアシスト装置の装着者)
2 作業対象物(誘導加熱コイル)
11 パワーアシスト装置
12 ベース部
13 背板
14 ショルダストラップ
15 ウエストハーネス(ウエストベルト)
21,21a 装置本体部
22 モータ
23 減速機
24 トルクセンサ
25 ワンウェイクラッチ
26 アーム回転角検出部(エンコーダ)
27 モータの出力軸
28 減速機の出力軸
31 アーム
32 アーム本体
33 動力受部
34 ヒンジ
35 腕係合部
36b,36c ベアリング
37 支持側板
38a 後スプロケット
38b 前スプロケット
39 チェーン
41 制御部
42 電源(バッテリ)
43 装置制御部
44 駆動回路
45 入力操作部
51 連結板
51a 縦板部
51b 横板部
1 Worker (wearer of power assist device)
2 Work object (induction heating coil)
11 Power assist device 12 Base 13 Back plate 14 Shoulder strap 15 Waist harness (waist belt)
21,21a Device body 22 Motor 23 Reducer 24 Torque sensor 25 One-way clutch 26 Arm rotation angle detector (encoder)
27 Motor output shaft 28 Reducer output shaft 31 Arm 32 Arm body 33 Power receiving part 34 Hinge 35 Arm engaging part
36b, 36c Bearing 37 Support side plate 38a Rear sprocket 38b Front sprocket 39 Chain 41 Control 42 Power supply (battery)
43 Device control unit 44 Drive circuit 45 Input operation unit 51 Connection plate 51a Vertical plate 51b Horizontal plate

Claims (6)

作業者の身体に装着し、当該作業者の筋力を補って腕の上げ下ろしを伴う動作を補助するパワーアシスト装置であって、
前記作業者が腕を前方へ振り上げる方向を振上方向、当該振上方向とは逆に前方へ振り上げられた腕を下ろす方向を振下方向、これら振上方向および振下方向への回転を縦回転とそれぞれ称する場合に、
前記パワーアシスト装置は、
前記動作を補助する回転力を発生するモータと、
当該モータの回転力を前記作業者の腕に伝達することにより前記振上方向への力を前記作業者に付与するアームと、
前記モータと前記アームとの間に介在され、前記モータによる回転を減速して前記アームに伝達する減速機と
を備え、
前記アームは、
前記作業者の肩近傍位置から腕に沿って延在し、肩側基端部を中心として前記縦回転が可能なように支持されたアーム本体と、
前記モータの回転力を受けて当該回転力を前記アーム本体の肩側基端部に伝える動力受部と、
当該動力受部から間隔を隔てた前記アーム本体の先端部において前記作業者の腕に係合することにより前記モータの回転力を当該作業者の腕に伝える腕係合部と
を有し、
前記モータは、前記振上方向への回転力を発生し当該回転力を前記アームに供給するように備えられ、
前記パワーアシスト装置は、前記減速機と前記動力受部との間に介在されたワンウェイクラッチをさらに備え、
当該ワンウェイクラッチは、モータ側が前記振上方向でアーム側が前記振下方向に相対回転するような第一回転状態では前記振上方向へのモータの回転力を伝達する一方、モータ側が前記振下方向でアーム側が前記振上方向に相対回転するような第二回転状態については空転して前記振上方向へのモータの回転力の伝達を遮断するように備えられ
これにより、前記第一回転状態である、(1)前記モータが前記振上方向への回転力を発生しており且つ前記アームが前記振下方向へ回転する状態、(2)前記モータが振上方向への回転力を発生しており且つ前記アームが停止している状態、および(3)前記モータと前記アームが共に振上方向へ回転し且つ前記アームの回転速度が前記減速機を介して出力される前記モータの回転速度より遅い状態、のいずれの状態にあっても前記モータの振上方向への回転力が前記アームに伝達されて前記作業者の労力が軽減される一方、前記第二回転状態である、(4)前記モータが停止しており且つ前記アームが振上方向へ回転する状態、および(5)前記モータと前記アームが共に振上方向へ回転し且つ前記アームの回転速度が前記減速機を介して出力される前記モータの回転速度より速い状態、のいずれの状態にあっても前記ワンウェイクラッチが空転して前記モータの回転力が前記アームに伝達されずに前記作業者に負荷がかかることが防止される
ことを特徴とするパワーアシスト装置。
It is a power assist device that is attached to the body of the worker and supplements the muscle strength of the worker to assist the movement involving raising and lowering the arm.
The direction in which the worker swings his arm forward is the swing direction, the direction in which the worker swings his arm forward is the swing direction, and the rotation in these swing directions and swing directions is When referred to as vertical rotation,
The power assist device is
A motor that generates a rotational force that assists the operation,
An arm that applies a force in the swing direction to the worker by transmitting the rotational force of the motor to the worker's arm, and an arm.
It is provided with a speed reducer interposed between the motor and the arm to reduce the rotation by the motor and transmit it to the arm.
The arm
An arm body that extends along the arm from a position near the shoulder of the worker and is supported so that the vertical rotation can be performed around the shoulder side base end.
A power receiving unit that receives the rotational force of the motor and transmits the rotational force to the shoulder-side base end portion of the arm body.
It has an arm engaging portion that transmits the rotational force of the motor to the worker's arm by engaging with the worker's arm at the tip of the arm body separated from the power receiving portion.
The motor is provided so as to generate a rotational force in the swing direction and supply the rotational force to the arm.
The power assist device further includes a one-way clutch interposed between the speed reducer and the power receiving unit.
The one-way clutch transmits the rotational force of the motor in the swing direction in the first rotation state in which the motor side rotates relative to the swing direction and the arm side rotates relative to the swing direction, while the motor side transmits the rotational force in the swing direction. In the second rotation state in which the arm side rotates relative to the swing direction, it is provided so as to idle and block the transmission of the rotational force of the motor in the swing direction .
As a result, the first rotation state, (1) the motor generates the rotational force in the swing direction and the arm rotates in the swing direction, and (2) the motor swings. A state in which an upward rotational force is generated and the arm is stopped, and (3) the motor and the arm both rotate in the swing direction, and the rotation speed of the arm is via the speed reducer. Regardless of whether the motor is slower than the rotational speed of the motor, the rotational force of the motor in the swing direction is transmitted to the arm to reduce the labor of the operator, while the labor of the operator is reduced. The second rotation state, (4) the state in which the motor is stopped and the arm rotates in the swing direction, and (5) the motor and the arm both rotate in the swing direction and the arm Regardless of whether the rotation speed is faster than the rotation speed of the motor output via the speed reducer, the one-way clutch idles and the rotational force of the motor is not transmitted to the arm. A power assist device that prevents the load from being applied to the operator.
前記パワーアシスト装置は、作業者が背負うことが可能なベース部を有し、
前記モータは、当該ベース部に設置される一方、
前記動力受部は、前記アーム本体の縦回転軸が作業者の上腕の縦回転軸と略一致するように作業者の肩の側面部に位置するように備えられ、
前記パワーアシスト装置は、前記モータの回転力を前記動力受部に伝達する動力伝達手段をさらに有する
請求項1に記載のパワーアシスト装置。
The power assist device has a base portion that can be carried by an operator.
While the motor is installed on the base,
The power receiving portion is provided so as to be located on the side surface portion of the shoulder of the worker so that the vertical rotation axis of the arm body substantially coincides with the vertical rotation axis of the upper arm of the worker.
The power assist device according to claim 1, further comprising a power transmission means for transmitting the rotational force of the motor to the power receiving unit.
前記動力伝達手段は、
モータ側に備えた第一スプロケットと、
動力受部側に備えた第二スプロケットと、
これら第一スプロケットおよび第二スプロケット間に掛け渡されて前記モータの回転力を前記第一スプロケットから前記第二スプロケットへ伝達するチェーンと
を含む
請求項2に記載のパワーアシスト装置。
The power transmission means
The first sprocket on the motor side and
The second sprocket on the power receiving side and
The power assist device according to claim 2, further comprising a chain that is hung between the first sprocket and the second sprocket and transmits the rotational force of the motor from the first sprocket to the second sprocket.
前記作業者が腕を広げる方向を拡開方向、腕を窄める方向を狭窄方向、これら拡開方向および狭窄方向への回転を横回転とそれぞれ称する場合に、
前記アーム本体が肩側基端部を中心として横回転できるように前記動力受部と前記アーム本体とを連結する回転連結部を、前記動力受部と前記アーム本体との間に備えた
請求項1から3のいずれか一項に記載のパワーアシスト装置。
When the operator refers to the direction in which the arm is spread as the expansion direction, the direction in which the arm is squeezed as the squeezing direction, and the rotation in these expansion direction and the squeezing direction as lateral rotation, respectively.
A claim that a rotation connecting portion for connecting the power receiving portion and the arm main body is provided between the power receiving portion and the arm main body so that the arm main body can rotate laterally about the shoulder side base end portion. The power assist device according to any one of 1 to 3.
前記回転連結部は、前記動力受部と前記アーム本体とを連結する連結板を含み、
前記作業者から見て前後方向に延びる前後軸、左右方向に延びる左右軸、および、上下方向に延びる上下軸からなる互いに直交する三軸を考えた場合に、
前記連結板は、
前後軸および上下軸を含む平面に平行に広がって作業者の肩の側面部に位置するように備えられる縦板部と、当該縦板部と直交し且つ前記アーム本体を下げた初期状態において左右軸および上下軸を含む平面に平行に広がって作業者の肩の前面部に位置するように備えられる横板部とからなるL字状の板状部材であり、
前記連結板が縦回転するように前記縦板部が前記動力受部に固定される一方、
前記横板部に前記アーム本体の肩側基端部が横回転可能に設置されている
請求項4に記載のパワーアシスト装置。
The rotary connecting portion includes a connecting plate that connects the power receiving portion and the arm body.
Considering three axes orthogonal to each other, consisting of a front-rear axis extending in the front-rear direction, a left-right axis extending in the left-right direction, and an up-down axis extending in the up-down direction when viewed from the operator.
The connecting plate is
A vertical plate portion that extends parallel to the plane including the front-rear axis and the vertical axis so as to be located on the side surface of the shoulder of the operator, and left and right in the initial state orthogonal to the vertical plate portion and with the arm body lowered. It is an L-shaped plate-shaped member composed of a horizontal plate portion that extends parallel to a plane including an axis and a vertical axis and is provided so as to be located on the front portion of an operator's shoulder.
While the vertical plate portion is fixed to the power receiving portion so that the connecting plate rotates vertically,
The power assist device according to claim 4, wherein a shoulder-side base end portion of the arm body is laterally rotatably installed on the horizontal plate portion.
前記モータが出力する回転力の大きさを変更する出力制御部と、
当該出力制御部に対して前記回転力の大きさを指示する入力操作部と
をさらに備えた請求項1から5のいずれか一項に記載のパワーアシスト装置。
An output control unit that changes the magnitude of the rotational force output by the motor,
The power assist device according to any one of claims 1 to 5, further comprising an input operation unit that indicates the magnitude of the rotational force to the output control unit.
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