CN108621126A - 辅助装置 - Google Patents

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CN108621126A CN201810236267.9A CN201810236267A CN108621126A CN 108621126 A CN108621126 A CN 108621126A CN 201810236267 A CN201810236267 A CN 201810236267A CN 108621126 A CN108621126 A CN 108621126A
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Abstract

一种辅助装置包括身体穿戴单元和致动器单元。致动器单元包括：输出连杆(57R)，该输出连杆被配置成绕辅助对象身体部分的关节枢转并且附接至辅助对象身体部分；具有输出轴的致动器，该致动器被配置成经由输出连杆(57R)生成辅助转矩；转矩确定单元(61A)，该转矩确定单元被配置成确定通过将用户转矩与来自输出轴的辅助转矩进行合成而获得的合成转矩，用户转矩是在用户使辅助对象身体部分枢转时从输出连杆(57R)输入的；校正单元，该校正单元被配置成计算用于所确定的合成转矩的校正量；以及枢转角度控制单元，该枢转角度控制单元被配置成基于所确定的合成转矩和所计算的校正量来控制输出轴的枢转角度。

Description

辅助装置
技术领域
本发明涉及对用户的辅助对象身体部分的运动进行辅助的辅助装置。
背景技术
例如，日本未审查专利申请公开第2013-173190号(JP 2013-173190 A)描述了一种可穿戴运动辅助装置，当用户通过弯曲和伸展腰部抬起重物或当用户正常步行时，所述可穿戴运动辅助装置辅助大腿相对于腰部的运动。可穿戴运动辅助装置包括：被配置成穿戴在用户腰部上的腰部框架、背部衬垫、腹部衬垫、将背部衬垫和腹部衬垫彼此连接的连接构件、被配置成固定至大腿的大腿固定部、以及被配置成相对于腰部框架驱动大腿固定部的驱动机构。可穿戴运动辅助装置还包括控制单元以及粘贴在用户皮肤的生物信号检测传感器，该控制单元被配置成基于从生物信号检测传感器输出的生物信号来控制驱动机构。为了检测生物电势信号例如肌肉电势信号和来自皮肤的神经传递信号，生物信号检测传感器包括用于检测弱电势的电极。生物信号检测传感器使用覆盖电极周围部位的粘合密封件在下述部位粘贴在用户皮肤：在腰部附近的右大腿和左大腿的前侧、在腰部附近的右大腿和左大腿的内侧、在右臀部和左臀部上、在腰部略上的背部的右侧和左侧等等。
发明内容
在JP 2013-173190 A中描述的可穿戴运动辅助装置的情况下，需要许多生物信号检测传感器并且这些传感器应当粘贴在用户的许多部位，例如在右大腿和左大腿的前侧上、在右大腿和左大腿的内侧上、在右臀部和左臀部上、以及在背部的右侧和左侧上。因此，当用户穿戴辅助装置以使用时，花费许多时间和精力。此外，在粘贴生物信号检测传感器之前，确定传感器的粘贴位置和要粘贴的传感器数目也花费时间和精力(例如，对于一个测量部位，彼此靠近地粘贴三个传感器)。此外，存在以下可能：用于从许多生物信号检测传感器检测到的弱生物信号去除噪声的处理和用于基于来自各个生物信号检测传感器的生物信号来估计在进行哪种类型的运动(抬起重物、步行等)并且辅助该运动的处理变得非常复杂。此外，当将抬起重物运动和步行运动彼此区分时，必须将生物信号检测传感器粘贴在腰部即在抬起重物时主要使用的肌肉周围以及在大腿即在步行时主要使用的肌肉周围，因此，需要大量生物信号检测传感器。
此外，在JP 2013-173190 A中描述的可穿戴运动辅助装置的情况下，当用户的辅助对象身体部分的运动缓慢时，例如，当辅助用户抬起用户脚处的重物的运动时，存在以下可能性：用于估计运动类型的处理被延迟而引起辅助转矩不足。当重物被抬起时，尤其在抬起开始时需要较大辅助转矩。然而，因为除对运动的估计延迟以外，用户自身的抬起运动的速度缓慢，所以存在以下可能性：在抬起开始时无法生成足够的辅助转矩。
本发明提供了一种辅助装置，其可以容易由用户穿戴并且可以在更简单的配置下并通过更简单的控制来对辅助对象身体部分的运动进行辅助，并且可以通过进行适当校正来防止辅助转矩不足。换言之，本发明提供了一种可以容易由用户穿戴并且可以在更简单的配置下并通过更简单的控制来根据用户的运动生成合适的辅助转矩。
本发明的一方面涉及一种辅助装置，该辅助装置包括：身体穿戴单元，该身体穿戴单元被配置成穿戴在包括用户的辅助对象身体部分周围的区域在内的用户的身体上；以及致动器单元，该致动器单元被配置成附接至身体穿戴单元其附接至辅助对象身体部分以对辅助对象身体部分的运动进行辅助。致动器单元包括：输出连杆，该输出连杆被配置成绕辅助对象身体部分的关节枢转并且附接至辅助对象身体部分；具有输出轴的致动器，该致动器被配置成生成用于经由输出连杆而对辅助对象身体部分的枢转进行辅助的辅助转矩；转矩确定单元，该转矩确定单元被配置成确定通过将用户转矩与来自输出轴的辅助转矩进行合成而获得的合成转矩，用户转矩是在用户使辅助对象身体部分在用户施力下枢转时从输出连杆输入的；校正单元，该校正单元被配置成计算用于所确定的合成转矩的校正量；以及枢转角度控制单元，该枢转角度控制单元被配置成基于由转矩确定单元确定的合成转矩和由校正单元计算的校正量来控制输出轴的枢转角度。
根据上述方面，该辅助装置可以仅通过将身体穿戴单元和致动器单元的输出连杆附接至用户的身体来穿戴，并且不需要生物信号检测传感器。因此，用户可以容易地穿戴该辅助装置。致动器单元仅由输出连杆、致动器、转矩确定单元、校正单元以及枢转角度控制单元来配置。因为计算出合成转矩的校正量，所以可以通过进行适当校正来防止辅助转矩不足。
在上述方面，校正单元可以被配置成基于合成转矩来计算作为用户的身体的上半身相对于竖直方向的倾斜角度的姿势角度，校正单元被配置成基于所计算的姿势角度来计算校正量。
在上述配置中，可以通过基于用户的姿势角度计算校正量来计算合适的校正量。
在上述方面，当姿势角度是θL时，校正单元可以被配置成计算使用了预先设置(设定)的作为常量的K的KsinθL作为校正量。
在上述配置中，可以更容易地计算具体校正量。
在上述方面中，校正单元可以被配置成基于合成转矩的差分值(微分值)来计算校正量。
在上述配置中，可以通过基于合成转矩的差分值(微分值)计算校正量来计算合适的校正量。
在上述方面中，致动器单元可以包括通信单元，通信单元可以被配置成将作为关于用户的信息的包括用户转矩在内的用户信息和作为关于致动器单元的输入和输出的信息的包括辅助转矩在内的辅助信息传送至与辅助装置分开设置的分析系统，通信单元被配置成从分析系统接收包括由分析系统执行的分析的结果在内的分析信息；以及致动器单元可以被配置成基于从分析系统接收的分析信息来调节致动器单元的操作。
在上述配置中，分析系统与辅助装置分开设置，并且由分析系统使用来自辅助装置的辅助信息和用户信息来分析辅助装置的操作等。然后，辅助装置基于来自分析系统的分析信息来调节其自身操作(即辅助装置的操作)。因此，没有必要在辅助装置上安装高级分析程序等，从而例如可以相对容易地进行对于用户而言唯一(独特)的最优设置。
在上述方面中，致动器单元还可以包括转矩检测单元，该转矩检测单元被配置成输出关于合成转矩的转矩相关信号；转矩确定单元可以被配置成基于来自转矩检测单元的转矩相关信号来确定包括合成转矩和用户转矩在内的相关转矩信息；致动器单元还可以包括运动类型确定单元以及辅助转矩计算单元，该运动类型确定单元被配置成基于所确定的相关转矩信息来确定用户的运动类型，而该辅助转矩计算单元被配置成基于所确定的相关转矩信息来计算辅助转矩；校正单元可以被配置成基于所确定的运动类型来校正所计算的辅助转矩；以及枢转角度控制单元可以被配置成基于由校正单元校正的辅助转矩来控制输出轴的枢转角度。
在上述配置中，辅助装置可以仅通过将身体穿戴单元和致动器单元的输出连杆附接至用户的身体来穿戴，并且不需要生物信号检测传感器。因此，用户可以容易地穿戴辅助装置。致动器单元仅由输出连杆、致动器、转矩检测单元、转矩确定单元、运动类型确定单元、校正单元和枢转角度控制单元来配置。因为基于所确定的运动类型来校正辅助转矩，所以可以生成根据用户的运动的合适的辅助转矩。
在上述方面中，运动类型可以包括抬起运动，抬起运动是用户抬起物体的运动；并且当所确定的运动类型是抬起运动时，校正单元可以被配置成执行以下中至少之一：i)辅助转矩量校正，用于在抬起时间段期间校正辅助转矩的大小，抬起时间段是从用户开始抬起物体的时间点到用户完成抬起物体的时间点的时间段；以及ii)辅助转矩相位校正，用于估计作为生成最大用户转矩的时间点的用户转矩峰值时间点并且用于进行校正使得作为生成最大辅助转矩的时间点的辅助转矩峰值时间点早于用户转矩峰值时间点，最大用户转矩是在抬起时间段期间用户转矩的最大值，并且最大辅助转矩是辅助转矩的最大值。
在上述配置中，当运动类型是抬起运动时，可以通过进行辅助转矩量校正和辅助转矩相位校正中至少之一来生成根据用户的运动的合适的辅助转矩。
在上述方面中，运动类型可以包括用户持有物体的作业运动；致动器单元还可以包括物体存在/不存在确定单元，物体存在/不存在确定单元被配置成确定在用户持有物体的作业运动中存在或不存在物体；并且校正单元可以被配置成根据由物体存在/不存在确定单元确定的物体的存在或不存在来校正辅助转矩。
在上述配置中，当尽管用户的运动与用户持有物体的作业运动相同但用户并不实际持有物体时，可以通过抑制生成非必要大的辅助转矩来防止使用户受惊。从而，可以更合适地辅助用户的运动。
在上述方面中，由运动类型确定单元确定的运动类型可以包括用户抬起物体或用户放下(搁下)由用户保持的物体的物体抬起/放下运动。
在上述配置中，因为所确定的运动类型包括物体抬起/放下运动，所以当用户在工作场所等进行物体抬起/放下时，可以合适地辅助用户的作业。
在上述方面中，由运动类型确定单元确定的运动类型还可以包括用户从右向左或从左向右移动物体的横向移动物体运动。
在上述配置中，所确定的运动类型还包括横向移动物体运动。合适的辅助根据作业(运动类型)而不同。因此，通过确定工作场所等中用户的运动是物体抬起/放下运动还是横向移动物体运动，可以根据作业提供合适的辅助。
在上述方面中，由运动类型确定单元确定的运动类型还可以包括用户步行的步行运动；致动器单元还可以包括补偿转矩计算单元，补偿转矩计算单元被配置成基于来自转矩检测单元的转矩相关信号来计算被生成用于抵消致动器单元中的摩擦转矩的摩擦补偿转矩；并且枢转角度控制单元可以被配置成基于通过将由补偿转矩计算单元计算的摩擦补偿转矩与由校正单元校正的辅助转矩相加而获得的总计辅助转矩来控制输出轴的枢转角度。
在上述配置中，致动器单元中的摩擦转矩可以由基于来自转矩检测单元的转矩相关信号计算的摩擦补偿转矩抵消。因此，不仅在工作场所等进行物体抬起/放下时，而且在步行例如步行康复期间，可以通过降低由于致动器单元的摩擦转矩导致的阻力来降低步行的困难等，从而可以提高辅助感。
在上述方面中，补偿转矩计算单元可以包括转矩变化量计算单元以及死区转矩确定单元，该转矩变化量计算单元被配置成基于转矩相关信号来计算用户转矩的转矩变化量，而该死区转矩确定单元被配置成确定由转矩变化量计算单元计算的用户转矩的转矩变化量的绝对值是否小于预定死区转矩值；补偿转矩计算单元可以被配置成基于由转矩变化量计算单元计算的用户转矩的转矩变化量来计算摩擦补偿转矩；以及补偿转矩计算单元可以被配置成：当死区转矩确定单元确定用户转矩的转矩变化量的绝对值小于预定死区转矩值时，将摩擦补偿转矩设置成零。
在上述配置中，因为基于用户转矩的转矩变化量来计算摩擦补偿转矩，所以可以降低附接至用户的身体部分的输出连杆的枢转阻力，枢转阻力是由于致动器单元的摩擦转矩引起。从而，可以降低步行的困难等，因此可以进一步提高辅助感。当确定用户转矩的转矩变化量的绝对值小于预定死区转矩值时，将摩擦补偿转矩设置成零。因此，预定死区范围可以设置在用户转矩的转矩变化量的绝对值小于预定死区转矩值的范围内，即在用户转矩的转矩变化量变成零的点附近的范围内。从而，可以抑制致动器单元的振动，由此可以进一步提高辅助感。
根据上述方面的辅助装置还可以包括操作单元，操作单元与身体穿戴单元和致动器单元分开设置并且被配置成调节和显示致动器单元的辅助控制状态。
在上述配置中，因为可以使用分开的操作单元来调节辅助控制状态，所以用户可以容易地进行用于获得期望辅助状态的调节。此外，因为辅助控制状态显示在分开的操作单元上，所以用户可以容易地识别当前辅助控制状态，从而用户可以容易地对所识别的辅助控制状态进行进一步调节。
在上述方面中，操作单元可以包括增益操作部，该增益操作部被配置成调节辅助转矩的大小。
在上述配置中，用户可以使用增益操作部来调节辅助转矩的大小(辅助控制状态中之一)，从而增益操作是实用的。因为穿戴着辅助装置的用户可以调节辅助转矩的大小，所以可以进一步提高辅助感。
附图说明
下面将参照附图来描述本发明的示例性实施方式的特征、优点及技术意义和工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元素，并且在附图中：
图1是用于说明第一实施方式的辅助装置的整体配置的示例的立体图；
图2是用于说明图1所示的辅助装置中的身体穿戴单元的外观的示例的立体图；
图3是用于说明图1所示的辅助装置中的致动器单元的外观的示例的立体图；
图4是用于说明致动器单元的内部结构的示例的分解立体图；
图5是沿着通过虚拟枢转轴线的ZY平面所取的辅助装置的截面图，并且是用于说明枢转机构的结构和打开角度赋予机构的结构的示例的截面图；
图6是用于说明穿戴着辅助装置的用户拉伸背部肌肉的状态的图；
图7是用于说明用户从图6所示的状态作出向前弯曲姿势使得引起框架部和上半身穿戴部绕虚拟枢转轴线枢转的状态的图；
图8是用于说明控制装置的输入和输出的图；
图9是控制装置的控制框图；
图10是用于说明基于图9所示的控制框图的处理顺序的流程图；
图11是用于说明第二实施方式中的控制装置的输入和输出的图；
图12是在运动类型是“物体抬起/放下”或“横向移动物体”的情况下控制装置的控制框图；
图13是在运动类型是“步行”的情况下控制装置的控制框图；
图14是用于说明基于图12和图13所示的控制框图的处理顺序的整体的流程图；
图15是用于说明图14所示的流程图中的“对右致动器单元的输入信号等的处理”的细节的流程图；
图16是用于说明图14所示的流程图中的“对左致动器单元的输入信号等的处理”的细节的流程图；
图17是用于说明图14所示的流程图中的“步行/作业确定”的细节的流程图；
图18是用于说明图14所示的流程图中的“计算右γ”的细节的流程图；
图19是用于说明图14所示的流程图中的“计算右τss(t)”的细节的流程图；
图20是用于说明图18所示的“计算右γ”的效果的图；
图21是用于说明图19所示的“计算右τss(t)”的效果的图；
图22是用于相对于图1所示的辅助装置说明包括操作单元的辅助装置的整体配置的示例的图；
图23是用于说明操作单元的外观的示例的图；
图24是用于说明控制装置和操作单元的输入和输出的图；
图25是用于说明由控制装置根据由操作单元引起的辅助增益和辅助定时的变化来进行的改变辅助增益和辅助定时的操作的示例的图；
图26是用于说明摩擦补偿转矩τfric被添加到图12所示的控制框图的控制框图的图；
图27是用于说明摩擦补偿转矩τfric被添加到图13所示的控制框图的控制框图的图；
图28是用于说明基于图26和图27所示的控制框图的处理顺序的整体的流程图；
图29是用于说明摩擦补偿转矩τfric的示例的图；
图30是用于说明图28所示的流程图中的“对右致动器单元的输入信号等的处理”的细节的流程图；
图31是用于说明图28所示的流程图中的“对左致动器单元的输出信号等的处理”的细节的流程图；
图32是用于说明图28所示的流程图中的“步行/作业确定”的细节的流程图；
图33是用于说明图32所示的流程图中的“确定是否存在物体”的细节的流程图；
图34是用于说明图28所示的流程图中的“计算右γ”的细节的流程图；以及
图35是用于说明“确定是否存在物体”的效果的示例的图。
具体实施方式
在下文中，将参照图1至图7来描述根据第一实施方式的辅助装置1的整体结构。辅助装置1例如是在用户抬起物体(例如包裹或行李)或当用户步行时辅助大腿相对于腰部枢转的装置。在图1至图7中，X轴、Y轴和Z轴彼此垂直，并且当从穿戴着辅助装置1的用户看时，X轴方向对应于向前方向，Y轴方向对应于向左方向，以及Z轴方向对应于向上方向。
将参照图1至图7来描述辅助装置1的整体结构。图1示出了辅助装置1的整体外观。辅助装置1包括身体穿戴单元2(参见图2)、致动器单元4R(参见图3)以及致动器单元4L。身体穿戴单元2被配置成穿戴在包括辅助对象身体部分(在本实施方式的示例中是大腿)周围的区域在内的用户身体上。致动器单元4R(4L)附接至身体穿戴单元2和辅助对象身体部分以对辅助对象身体部分的运动进行辅助。在下文中，身体穿戴单元2和致动器单元4R将按此顺序来描述。
参照图2，将描述身体穿戴单元2的整体配置。如图2所示，身体穿戴单元2包括要穿戴在用户的腰部周围的腰部穿戴部10、要被穿戴在用户身体的上半身中任何位置处的上半身穿戴部20、以及将腰部穿戴部10和上半身穿戴部20连接至彼此的框架部30。
腰部穿戴部10包括要穿戴在用户身体的右半身的腰部周围的右腰部穿戴部11R以及要穿戴在用户身体的左半身的腰部周围的左腰部穿戴部11L。腰部穿戴部10包括具有三层的腰部施加部12D，即要被绕在用户腰部周围的具有预定厚度的腰部衬垫部12A、布置在腰部衬垫部12A的外围周围的腰部织物部12B、以及具有预定厚度并且布置在腰部织物部12B的外围周围的腰部基座部12C中的每一个。腰部衬垫部12A由例如弹性构件形成，而腰部基座部12C由例如树脂制成。为了利于附接至用户以及从用户拆下，右腰部穿戴部11R和左腰部穿戴部11L分别包括设置在长度可调带13R上的带扣13RB和设置在长度可调带13L上的带扣13LB。
在腰部穿戴部10中，虚拟枢转轴线15Y被设置成在腰部穿戴部10由用户穿戴着时在用户的髋关节处在用户的左右方向上延伸。在虚拟枢转轴线15Y与右腰部穿戴部11R之间的交叉位置，沿虚拟枢转轴线15Y向右突出的枢轴部15R被固定至腰部基座部12C(参见图5)。类似地，在虚拟枢转轴线15Y与左腰部穿戴部11L之间的交叉位置，沿虚拟枢转轴线15Y向左突出的枢轴部15L被固定至腰部基座部12C。
上半身穿戴部20包括要被穿戴在用户身体的右上半身中任何位置处的右上半身穿戴部21R和要被穿戴在用户身体的左上半身中任何位置处的左上半身穿戴部21L。右上半身穿戴部21R包括右胸穿戴部26R、带23R和带扣23RB、带25R和右肩带24R。类似地，左上半身穿戴部21L包括左胸穿戴部26L、带23L和带扣23LB、带25L和左肩带24L。右肩带24R、左肩带24L和带23R、带23L、带25R、带25L在长度上能够调节，而带扣23RB、带扣23LB利于将上半身穿戴部20附接至用户以及从用户拆下。
右胸穿戴部26R和左胸穿戴部26L均包括两层，即要被穿戴以覆盖用户的胸的具有预定厚度的衬垫部22A(例如，弹性构件)和布置在衬垫部22A的外围周围的织物部22B。带25R的后侧连接至后框架部33，带25R的前侧连接至右胸穿戴部26R的后侧，以及带扣23RB经由带23R连接至右胸穿戴部26R的前侧。类似地，带25L的后侧连接至后框架部33，带25L的前侧连接至左胸穿戴部26L的后侧，以及带扣23LB经由带23L连接至左胸穿戴部26L的前侧。以这种方式，从用户的右腋窝经由用户的胸延伸至用户的左腋窝的胸穿戴部(右胸穿戴部26R和左胸穿戴部26L)由以下路径形成，该路径包括：带25R、右胸穿戴部26R、带23R(带扣23RB)、带23L(带扣23LB)、左胸穿戴部26L以及带扣25L。
右肩带24R的前侧连接到右胸穿戴部26R的前上侧，并且右肩带24R的后侧连接到后框架部33。以这种方式，当辅助装置1由用户穿戴时，右肩带24R从用户身体的上半身的前侧(右前侧)延伸，然后在用户的肩部(右肩)上延伸而到达用户的背侧。类似地，左肩带24L的前侧连接到左胸穿戴部26L的前上侧，并且左肩带24L的后侧连接到后框架部33。以这种方式，当辅助装置1被用户穿戴时，左肩带24L从用户身体的上半身的前侧(左前侧)延伸，然后在用户的肩部(左肩)上延伸而到达用户的背侧。右肩带24R的后侧可以连接到后框架部33的左侧，而左肩带24L的后侧可以连接到后框架部33的右侧，使得右肩带24R和左肩带24L在用户的背侧相互交叉。
框架部30包括左右连杆框架部32、盒体32RB、盒体32LB、枢转部32R、枢转部32L、衬垫32RP、衬垫32LP、盒体31、后框架部33等。左右连杆框架部32将虚拟枢转轴线15Y与右腰部穿戴部11R(即枢轴部15R)之间的交叉位置以及虚拟枢转轴线15Y与左腰部穿戴部11L(即枢轴部15L)之间的交叉位置彼此连接。如图5和图2所示，左右连杆框架部32经由盒体32RB和枢转部32R连接到枢轴部15R。同样，如图2所示，左右连杆框架部32经由盒体32LB和枢转部32L连接到枢轴部15L。左右连杆框架部32被弯曲以布置在用户的背侧并且将腰部穿戴部10相对于框架部30定位。盒体31例如容置控制装置和用于致动器单元4R、4L的电池。后框架部33布置在用户的背侧，以将左右连杆框架部32和上半身穿戴部20彼此连接，并且竖直长度上能够调节。
枢转部32R和衬垫32RP附接到枢轴部15R，以便能够绕虚拟枢转轴线15Y(参见图5)枢转。盒体32RB设置在枢转部32R的与枢轴部15R相反的一侧的位置处。被配置成保持致动器单元4R的保持部32RC设置在盒体32RB下方(参见图5)。盒体32RB具有多个输入部32RS，多个输入部32RS被配置成例如提供关于辅助装置1的操作状态的指示，例如电源的开/关和辅助装置1的辅助倍加系数。由于枢轴部15L、枢转部32L、盒体32LB等与上述相同，因此省略其描述。利用上述配置，框架部30和上半身穿戴部20可以绕虚拟枢转轴线15Y相对于腰部穿戴部10枢转。之后将描述用于支承框架部30(和上半身穿戴部20)使得框架部30(和上半身穿戴部20)可以绕虚拟枢转轴线15Y相对于腰部穿戴部10枢转的枢转机构的结构的细节。
参照图3和图4，将描述致动器单元4R的外观和内部结构。图3示出了与设置在图2所示的盒体32RB下方的保持部32RC连接的(右侧)致动器单元4R的外观。由于与设置在盒体32LB下方的保持部32LC连接的(左侧)致动器单元4L(参见图1)与致动器单元4R对称，所以将省略其描述。
如图3所示，致动器单元4R包括转矩生成部40R和转矩传递部50R。转矩生成部40R包括致动器基座部41R和盖41RB。之后将描述容置在盖41RB中的构件。
转矩传递部50R包括大腿臂51R和大腿穿戴部52R。如图4所示，大腿臂51R经由连接部56R连接到辅助臂57R。辅助臂57R由通过对由致动器单元4R生成的辅助转矩和由用户的大腿的运动生成的用户转矩进行合成而获得的合成转矩来枢转。如图3中的双点划线所示，连接部56R以使大腿臂51R可以相对于辅助臂57R枢转而在向右方向上打开的方式支承大腿臂51R。辅助臂57R对应于输出连杆。
如图3所示，大腿穿戴部52R包括调节部52RA、大腿基座部52RB、衬垫部52RC、带52RD、带52RE、以及带扣52RF、带扣52RG。调节部52RA能够根据用户的大腿的长度来调节从致动器基座部41R到大腿穿戴部52R的距离L1。大腿基座部52RB和衬垫部52RC均由例如弹性构件形成。
接下来，参照图4，将描述容置在盖41RB中的构件。盖41RB容置具有轴部57RA的辅助臂57R、减速器42R、螺旋弹簧43R、从动带轮44R、传动带45RB、驱动带轮45RA、电动马达45R(对应于致动器)等。尽管未示出，但是在盖41RB中设置有被配置成检测辅助臂57R相对于致动器基座部41R的枢转角度的臂枢转角度检测单元(枢转角度传感器等)。电动马达45R设置有能够检测马达轴(对应于输出轴)的转动角度的马达转动角度检测单元45RE。马达转动角度检测单元45RE例如是编码器或角度传感器，并且将与该转动角度对应的检测信号输出到控制装置61(参见图8)。
致动器基座部41R设置有连接部41RC、枢轴支承孔41RA、马达支承孔41RM等。连接部41RC连接到保持部32RC(参见图2)，使得致动器基座部41R能够绕枢转轴线41RX相对于保持部32RC枢转。轴承57RB压配合到枢轴支承孔41RA中，而轴部57RA压配合到轴承57RB中。防脱环57RC配合在轴部57RA的从轴承57RB突出的末端部周围(参见图5)。因此，辅助臂57R被支承以能够绕枢转轴线40Y相对于致动器基座部41R枢转。辅助臂57R连接到减速器42R的第一输入/输出部42RA并且被使得与第一输入/输出部42RA一起枢转。轴部57RA的末端设置有检测辅助臂57R相对于致动器基座部41R的枢转角度的输出连杆枢转角度检测单元57RE。输出连杆枢转角度检测单元57RE例如是编码器或角度传感器，并且将与该枢转角度对应的检测信号输出到控制装置61(参见图8)。轴承57RB、轴部57RA、减速器42R、螺旋弹簧43R以及从动带轮44R沿着枢转轴线40Y同轴布置。
减速器42R具有减速比n。因此，当使第一输入/输出部42RA枢转了枢转角度θ时，减速器42R使第二输入/输出部42RB枢转枢转角度nθ。当使第二输入/输出部42RB枢转了枢转角度nθ时，减速器42R使第一输入/输出部42RA枢转枢转角度θ。减速器42R的第二输入/输出部42RB设置有槽42RC，而螺旋弹簧43R的内端部43RC配合到槽42RC中。
螺旋弹簧43R存储从电动马达45R传递的辅助转矩和通过用户的大腿的运动经由辅助臂57R和减速器42R传递的用户转矩，结果，螺旋弹簧43R存储通过将辅助转矩和用户转矩合成而获得的合成转矩。然后，存储在螺旋弹簧43R中的合成转矩经由减速器42R和辅助臂57R使大腿臂51R枢转。螺旋弹簧43R具有弹簧常数Ks，并且具有螺旋形状，其具有中心侧的内端部43RC和外周侧的外端部43RA。内端部43RC配合到在减速器42R的第二输入/输出部42RB中形成的槽42RC中以由第二输入/输出部42RB支承。设置在从动带轮44R中的传动轴44RA配合到外端部43RA中，使得外端部43RA由传动轴44RA支承。存储在螺旋弹簧43R中的合成转矩是基于从无负载状态起的角度变化量和弹簧常数Ks来计算的。例如，基于辅助臂57R的枢转角度(通过未示出的臂枢转角度检测单元获得)、电动马达45R的马达轴的转动角度(由未示出的编码器获得)和螺旋弹簧43R的弹簧常数Ks来计算存储在螺旋弹簧43R中的合成转矩。然后，从计算的合成转矩中提取用户转矩，从电动马达45R输出与用户转矩对应的辅助转矩。通过容置在盒体31(或盒体32RB、32LB)中的控制装置进行对角度变化量的计算、对合成转矩的计算、对用户转矩的提取、对辅助转矩的计算、向电动马达输出控制信号等。
从动带轮44R被支承为可以绕枢转轴线40Y转动。朝向螺旋弹簧43R突出的传动轴44RA设置在从动带轮44R的外周缘附近。传动轴44RA配合到螺旋弹簧43R的外端部43RA中，以使外端部43RA的位置绕枢转轴线40Y移动。从动带轮44R经由传动带45RB和驱动带轮45RA由电动马达45R转动地驱动。由电动马达45R转动地驱动的从动带轮44R经由传动轴44RA将辅助转矩存储在螺旋弹簧43R中。
将描述枢转机构的结构(图5)和操作(图6和图7)以及打开角度赋予机构的结构(图5)。参照图5所示的截面图，将描述下述枢转机构的细节，该枢转机构被配置成支承框架部30使得框架部30能够绕虚拟枢转轴线15Y相对于腰部穿戴部10枢转。尽管将参照图5描述设置在右腰部穿戴部11R中的包括枢轴部15R的枢转机构，然而设置在左腰部穿戴部11L(参见图2)中的包括枢轴部15L(参见图2)的枢转机构与图5中所示的相同，因此，将省略对包括枢轴部15L的枢转机构的描述。
枢转机构包括枢轴部15R和孔，所述孔被设置成延伸穿过枢转部32R使得枢轴部15R装配在孔中。枢轴部15R设置(固定)在虚拟枢转轴线15Y与右腰部穿戴部11R的腰部基座部12C交叉的位置以沿着虚拟枢转轴线15Y从右腰部穿戴部11R向外突出。枢轴部15R经由轴承15RB配合到框架部30的枢转部32R的下部的孔中。防脱落环15RC配合在枢轴部15R的从轴承15RB突出的末端部周围。尽管在本实施方式的描述中枢轴部15R固定于右腰部穿戴部11R并且孔设置在枢转部32R中，但也可以将枢轴部15R固定于枢转部32R并且可以将孔设置在右腰部穿戴部11R中。通过上述枢转机构，如图6和图7所示，使得框架部30(框架部30和上半身穿戴部20)根据用户的运动绕虚拟枢转轴线15Y相对于腰部穿戴部10枢转。结果，如图6和图7所示，例如，即使当用户的姿势从直立姿势改变成向前弯曲姿势时，腰部穿戴部10也不会从用户的腰部的位置沿上下方向移动。由此，能够经由大腿臂51R高效地传递辅助转矩。当图7所示的用户身体的上半身相对于竖直方向的倾斜角度被假定为枢转角度(其是实际的连杆角度θL，并且在这种情况下，对应于姿势角度)时，能够通过输出连杆枢转角度检测单元57RE(参见图4)检测枢转角度。
接下来，将描述被配置成使致动器单元4R相对于框架部30在左右方向上枢转的打开角度赋予机构。在下文中，尽管将针对附接到腰部穿戴部10的右侧的致动器单元4R来描述打开角度赋予机构，但是附接到腰部穿戴部10的左侧的致动器单元4L(参见图1)的打开角度赋予机构与致动器单元4R的打开角度赋予机构相同，因此将省略对致动器单元4L的打开角度赋予机构的描述。打开角度赋予机构包括由图5中的保持部32RC和连接部41RC形成的第一打开角度赋予机构和由图4中的连接部56R形成的第二打开角度赋予机构。
在图5中，第一打开角度赋予机构由设置在盒体32RB下方的保持部32RC和设置在致动器单元4R的致动器基座部41R中的连接部41RC形成。连接部41RC由保持部32RC支承，从而能够绕在前后方向上延伸的枢转轴线41RX相对于保持部32RC枢转。因此，致动器单元4R能够绕枢转轴线41RX相对于腰部穿戴部10枢转。通过该枢转，例如在用户向右或向左打开大腿时，作为图5中枢转部32R的长度方向与致动器基座部41R的长度方向之间形成的角度的第一打开角度改变。即，第一打开角度赋予机构是使致动器单元4R的整体在左右方向上相对于腰部穿戴部10打开(即，使整个致动器单元4R枢转)的机构，换言之，是在左右方向上相对于腰部穿戴部10打开整个致动器单元4L(即，使整个致动器单元4L枢转)的机构。
在图4中，第二打开角度赋予机构由将辅助臂57R和大腿臂51R彼此连接的连接部56R形成。如图3所示，连接部56R将大腿臂51R连接至辅助臂57R使得大腿臂51R能够在左右方向上相对于辅助臂57R枢转。通过该枢转，例如在用户向右或向左打开大腿时，图4中的作为辅助臂57R的长度方向与大腿臂51R的长度方向之间形成的角度的第二打开角度改变。即，第二打开角度赋予机构是使大腿臂51R在左右方向上相对于辅助臂57R打开(即，使大腿臂51R枢转)的机构，换句话说，是使左大腿臂在左右方向上相对于左辅助臂打开(使左大腿臂枢转)的机构。第一打开角度赋予机构和第二打开角度赋予机构的允许开度(允许打开角度)是可调节的，以允许用户进行用户的大腿髋关节的向外转动运动和向外枢转(向外移动)运动，另外还有用户的大腿髋关节的向内转动运动和向内枢转(向内移动)运动。因此，大腿臂51R能够以不妨碍用户的运动的方式操作，从而能够高效地将辅助转矩传递到大腿。
打开角度赋予机构可以包括第一打开角度赋予机构和第二打开角度赋予机构二者，或者可以仅包括其中的一者。当打开角度赋予机构包括第一打开角度赋予机构和第二打开角度赋予机构二者时，第一打开角度和第二打开角度之和是打开角度。
当如图5所示由保持部32RC支承的连接部41RC和致动器基座部41R平行于枢转部32R时(即，当第一打开角度为零时)，致动器单元4R的枢转轴线40Y被设置为与虚拟枢转轴线15Y重合。因此，在致动器基座部41R与枢转部32R平行(第一打开角度为零)的状态下，无论使框架部30绕虚拟枢转轴线15Y相对于腰部穿戴部10如何枢转，虚拟枢转轴线15Y和枢转轴线40Y保持彼此重合(参见图6和图7)。当例如用户向右和向左打开大腿以便站立以抬起重物时，发生致动器单元4R、4L(参见图1)——包括大腿臂51R以及左大腿臂——绕枢转轴线41RX、41LX(参见图1)的枢转和通过连接部56R和左连接部向右和向左打开的大腿臂的枢转中的至少一者。以这种方式，致动器单元4R、4L在大腿向右和向左打开之后向右和向左打开。因此，即使在用户向右和向左打开大腿的状态下，也能够合适地向大腿传递辅助转矩。
参照图8，将描述控制装置61的输入和输出。如图8所示，控制装置61例如容置在盒体31中。在图8所示的示例中，控制装置61、马达驱动器62、供电单元63等容置在盒体31内。控制装置61例如具有CPU和存储装置(存储控制程序等)。控制装置61包括转矩确定单元61A(转矩确定单元)、校正单元61B(校正单元)、枢转角度控制单元61C(枢转角度控制单元)等，之后将对其描述。马达驱动器62是基于来自控制装置61的控制信号而输出用于驱动电动马达45R的驱动电流的电子电路。供电单元63例如是锂电池，并且向控制装置61和马达驱动器62供应电力。
来自输入部32RS的输入信号、来自马达转动角度检测单元45RE的检测信号(对应于电动马达45R的实际马达轴角度θa的检测信号)、来自输出连杆枢转角度检测单元57RE的检测信号(与辅助臂57R的实际连杆角度θL对应的检测信号)等被输入到控制装置61。控制装置61基于输入信号来计算电动马达45R的转动角度，并将与计算的转动角度对应的控制信号输出到马达驱动器62。例如，输入部32RS包括：电源开关，该电源开关被配置成允许用户提供关于控制装置61的操作和停止的指令；调节转盘，该调节转盘被配置成允许用户设置辅助倍增因子α(0<α)；以及调节转盘，该调节转盘被配置成允许用户设置差分校正增益β(0≤β)。辅助倍增因子α和差分校正增益β是基于辅助转矩输出和弹簧常数Ks所确定的，并且当需要大的辅助转矩时，设置较大的值(例如α>1)。
接下来，将使用图10中所示的流程图和图9所示的控制块描述控制装置61的处理顺序。图10所示的处理以预定时间间隔(例如几毫秒的间隔)开始，并且当处理开始时，控制装置61进行到步骤SB100。
步骤SB100是对输入信号的处理。在步骤SB100，控制装置61基于来自输入部32RS(参照图5)的输入信号来确定当前辅助倍增因子α和当前差分校正增益β并将其存储。另外，控制装置61将在上一处理定时(正时)计算的辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)存储作为上一辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t-1)(对应于图9中的B26rtn)。另外，控制装置61将在当前处理定时检测出的马达轴角度存储作为实际的马达轴角度θa(t)(对应于图9中的B41fb)。
此外，控制装置61将在上一处理定时计算的实际连杆角度θL(t)存储作为上一实际连杆角度θL(t-1)，并将当前处理定时检测到的输出连杆(辅助臂57R)的枢转角度存储作为实际连杆角度θL(t)。然后，控制装置61如下计算连杆角度位移量ΔθL并将其存储(对应于图9中的B11out)。
块B10和B11示出用于计算从块B11输出的ΔθL的虚拟块。将在上一处理定时计算的合成转矩(t)存储作为上一合成转矩(t-1)。从块B43输入的当前合成转矩(t)可以基于以下来计算：电动马达45R的实际马达轴角度θa(t)、输出连杆(辅助臂57R)的实际连杆角度θL(t)、螺旋弹簧43R的弹簧常数Ks、减速器42R的减速比、驱动带轮45RA与从动带轮44R之间的带轮比等。然后，基于计算的当前合成转矩(t)、上一合成转矩(t-1)、来自用户的用户转矩τH、实际连杆角度θL等来计算连杆角度位移量ΔθL。
在图9中所示的控制块中从块B11的输出B11out到块B27的处理是由控制装置61计算总辅助转矩命令值τa_ref(t)的处理。如图9中所示，总辅助转矩命令值τa_ref(t)是从块B21输出的辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)与从块B26输出的辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)之和(参见式1)。
τa_ref(t)＝τa_ref_torq(t)+τa_ref_ang(t) 式1
首先，将描述计算辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)的处理。计算辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)的处理是图10所示的步骤SB21的处理并且对应于图9所示的块B21。在步骤SB21，控制装置61将预先设置的姿势校正增益K乘以基于实际连杆角度θL(t)的sinθL(t)，由此计算辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)(参见式2)。姿势校正增益K例如是0至10的范围内的值(0≤K≤10)，并且是根据以下而设置的增益(常量)：所需辅助量、该处理的时间间隔(采样时间)、输出连杆枢转角度检测单元的检测分辨率、马达转动角度检测单元的检测分辨率、用户的身高和体重等。
τa_ref_ang(t)＝K*sinθL(t) 式2
接下来，将描述计算辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)的处理。计算辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)的处理是图10所示的步骤SB22至SB26的处理。步骤SB22的处理对应于图9所示的块B22和块B23，步骤SB24的处理对应于图9所示的块B24和B25，并且步骤SB26的处理对应于图9中所示的块B26。在步骤SB22，控制装置61基于实际连杆角度的连杆角度位移量ΔθL和弹簧常数Ks(Ks是螺旋弹簧43R的弹簧常数)来计算弹簧转矩变化量Δτs(参见式3)。然后，控制装置61将弹簧转矩变化量Δτs乘以辅助倍增因子α(在步骤SB100中确定)，从而计算所需弹簧转矩变化量α*Δτs。
Δτs＝Ks*ΔθL 式3
在步骤SB24，控制装置61计算作为弹簧转矩变化量Δτs的差分值的(d/dt)Δτs。然后，控制装置61将弹簧转矩变化量差分值(d/dt)Δτs乘以差分校正增益β(在步骤SB100中确定)，由此计算作为差分校正量的所需弹簧转矩差分量β*(d/dt)Δτs。
在步骤SB26，控制装置61获得在步骤SB100中存储的τa_ref_torq(t-1)、在步骤SB22中计算的α*Δτs、以及步骤SB24中计算的β*(d/dt)Δτs之和，由此计算辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)(参见式4)。
τa_ref_torq(t)＝τa_ref_torq(t-1)+α*Δτs+β*(d/dt)Δτs 式4
在步骤SB27，控制装置61获得在步骤SB21中计算的τa_ref_ang(t)和在步骤SB26中计算的τa_ref_torq(t)之和，由此计算出总辅助转矩命令值τa_ref(t)(参见式5)。
τa_ref(t)＝τa_ref_torq(t)+τa_ref_ang(t) 式5
接下来，将描述计算马达转动角度命令值θM_ref(t)的处理。计算马达转动角度命令值θM_ref(t)的处理是图10所示的步骤SB30的处理并且对应于图9所示的块B30。在步骤SB30，控制装置61基于在步骤SB27中计算的τa_ref(t)来计算马达转动角度命令值θM_ref(t)。假定Ks是螺旋弹簧43R的弹簧常数，θL是输出连杆(辅助臂57R)的枢转角度，并且当减速器42R的第一输入/输出部42RA转动na时减速器42R的第二输入/输出部42RB转动nb，则建立了下述式6。通过重新整理式6，可以获得式7。
τa_ref＝na*Ks*[na*θL-(θM_ref/nb)] 式6
θM_ref＝[(na2*Ks*θL-τa_ref)*nb]/(na*Ks) 式7
步骤SB31的处理对应于图9中所示的块B31和B40。在步骤SB31，控制装置61通过反馈来控制电动马达45R，以实现在步骤SB30中计算的马达转动角度命令值θM_ref。图9中所示的块B41对应于电动马达45R，从块B41输出并输入到块B31的B41fb对应于电动马达45R的实际马达轴角度θa(t)。
块B41(电动马达45R)的转矩经由块B42(从动带轮45RA、传动带45RB和从动带轮44R)作为总辅助转矩τa输入到块B43。作为从用户自身输入的转矩的用户转矩τH也输入到块B43。块B43对应于螺旋弹簧43R。螺旋弹簧43R在螺旋弹簧43R的圆周方向上伸展或收缩与通过将从马达45R输入的总辅助转矩τa和从用户自身输入的用户转矩τH合成而获得的合成转矩对应的角度，使得合成转矩被存储。可以基于电动马达45R的实际马达轴角度θa(t)、输出连杆(辅助臂57R)的实际连杆角度θL(t)、螺旋弹簧43R的弹簧常数Ks、减速器42R的减速比以及驱动带轮45RA与从动带轮44R之间的带轮比来计算合成转矩。
然后，存储在块B43(螺旋弹簧43R)中的合成转矩从块B50(减速器42R和辅助臂57R)传送(输出)到辅助对象身体部分(在这种情况下为大腿)。框B50中的辅助臂57R的枢转角度变为实际连杆角度θL。
在图10的步骤SB100，计算合成转矩的处理对应于转矩确定单元61A(转矩确定单元，参见图8)，该转矩确定单元61A确定由用户转矩和来自(电动马达的)输出轴的辅助转矩获得的合成转矩，用户转矩是用户使用用户自身的力使辅助对象身体部分(在这种情况下，身体的大腿或上半身)枢转时从输出连杆(辅助臂57R)输入的。
图8所示的校正单元61B(校正单元)对应于以下两种类型的校正(“姿势校正”和“差分(微分)校正”)。姿势校正是在图10的步骤SB21中计算作为所确定的合成转矩的(姿势)校正量的辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang的处理。差分校正是在图10的步骤SB24中计算作为所确定的合成转矩的(差分)校正量的所需弹簧转矩差分量β*(d/dt)Δτs的处理。尽管在本实施方式中描述了具有(姿势)校正量和(差分)校正量二者的示例，但是可以计算它们中至少之一。
基于合成转矩和校正量来控制枢转角度的图8所示的枢转角度控制单元61C(枢转角度控制单元)对应于图10中的步骤SB27至SB31。
在本实施方式中的上述辅助装置1中，例如在用户在作出向前弯曲的姿势时弯曲膝盖并且抬起用户脚处的重物时，作为所需弹簧转矩差分量β*(d/dt)Δτs的(差分)校正量在用户缓慢起立时有效地起作用。此外，作为辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang的(姿势)校正量根据向前弯曲姿势下的向前弯曲角度来有效地起作用。因此，通过进行合适的校正，能够防止辅助转矩的不足。
由于身体穿戴单元2(参见图2)具有合适的结构，所以用户可以容易地穿戴它。此外，致动器单元4R具有如图4所示的简单结构，并且不需要将生物信号检测传感器附接到用户。此外，控制装置61对致动器单元4R的控制也是如上参考图9和图10所述的简单控制。
在本发明的范围内，可以对本发明的辅助装置的结构、配置、形状、外观等进行各种修改、添加和删除。例如，控制装置的处理顺序不限于图10所示的流程图。另外，尽管在本实施方式中描述了使用螺旋弹簧43R(参见图4)的示例，但也可以使用扭转弹簧(扭杆或扭杆弹簧)代替螺旋弹簧。
尽管本实施方式中针对辅助装置1描述了使用带扣进行带的连接和释放的示例，但是可以使用与带扣不同的构件来进行带的连接和释放。此外，上半身穿戴部不一定由肩带和胸部穿戴部二者形成，并且可以仅由其中之一形成。
尽管在本实施方式中针对辅助装置1描述了将致动器单元4R、4L附接到身体穿戴单元的右侧和左侧的示例，但是辅助装置可以被配置成使得仅致动器单元4R附接到身体穿戴单元的右侧，或者辅助装置可以被配置成使得仅致动器单元4L附接到身体穿戴单元的左侧。
尽管在本实施方式中针对辅助装置1描述了从输入部32RS指定辅助倍增因子α和差分校正增益β的示例，但是可以在控制装置61中设置通信单元64(参见图8)(被配置成进行无线通信或有线通信)，由此使得用户能够通过来自智能电话等的通信来设置辅助倍增因子α以及差分校正增益β。替选地，也可以在控制装置61中设置通信单元64(参见图8)(被配置成进行无线通信或有线通信)，并且可以通过控制装置61收集各种数据，并且这些数据可以以预定定时(例如，持续或者以预定时间间隔、或者在辅助操作结束之后)被发送到分析系统。例如，收集的数据包括用户信息和辅助信息。用户信息包括例如用户转矩、用户姿势等，即关于用户的信息。辅助信息包括例如辅助转矩、电动马达(致动器)的转动角度(图8中的实际马达轴角度θa)、输出连杆的枢转角度(图8中的实际连杆角度θL)、辅助倍增因子α、差分校正增益β等，即关于致动器单元的输入和输出的信息。分析系统是与辅助装置分开设置的系统，并且例如是经由网络(LAN)连接的外部嵌入式系统，例如个人计算机、服务器、可编程逻辑控制器(PLC)或计算机化数字控制(CNC)装置。分析系统可以分析(计算)对于辅助装置1唯一的(即对于用户唯一的)最优设置值(辅助倍增因子α、差分校正增益β等的最优值)，并且包括作为分析结果(计算结果)的最优设置值的分析信息可以被发送到辅助装置1的控制装置61(通信单元64)。通过使用分析系统分析用户的运动、辅助力等，可以输出考虑作业的类型(重复、抬起高度等)的最优辅助转矩以及用户的能力。基于从分析系统接收到的分析信息(例如，辅助倍增因子α和差分校正增益β)，致动器单元调节其自身的操作(例如，将辅助倍增因子α和差分校正增益β改变成接收到的辅助倍增因子α和差分校正增益β)。
在下文中，将描述第二实施方式。根据第二实施方式的辅助装置1的整体结构与参照图1至图7描述的根据第一实施方式的辅助装置的整体结构相同。因此，将以第二实施方式与第一实施方式之间的不同点为重点来描述第二实施方式。
参照图11，将描述控制装置61的输入和输出。如图11所示，控制装置61例如容置在盒体31中。在图11所示的示例中，控制装置61、马达驱动器62、供电单元63等容置在盒体31中。控制装置61例如包括CPU和存储装置(存储控制程序等)。控制装置61包括转矩确定单元61A(转矩确定单元)、运动类型确定单元161B(运动类型确定单元)、辅助转矩计算单元161C(辅助转矩计算单元)、校正单元61D(校正单元)、枢转角度控制单元61E(枢转角度控制单元)、通信单元64等，之后将对其描述。马达驱动器62是基于来自控制装置61的控制信号来输出用于驱动电动马达45R的驱动电流的电子电路。供电单元63例如是锂电池并且向控制装置61和马达驱动器62供应电力。之后将描述通信单元64的操作等。
来自输入部32RS的输入信号、来自马达转动角度检测单元45RE的检测信号(与电动马达45R的实际马达轴角度θrM对应的检测信号)、来自输出连杆枢转角度检测单元57RE的检测信号(与辅助臂57R的实际连杆角度θL对应的检测信号)等被输入到控制装置61。控制装置61基于输入信号来计算电动马达45R的转动角度，并将与计算的转动角度对应的控制信号输出到马达驱动器62。输入部32RS例如包括：电源开关，该电源开关被配置成允许用户提供关于控制装置61的操作和停止的指示；调节拨盘，该调节拨盘被配置成允许用户设置辅助倍增因子α(0＜α)；以及调节拨盘，该调节拨盘被配置成允许用户设置差分校正增益β(0≤β)。辅助倍增因子α和差分校正增益β是基于辅助转矩输出和弹簧常数来确定的，并且当需要大的辅助转矩时，设置较大的值(例如α＞1)。
马达转动角度检测单元45RE、输出连杆枢转角度检测单元57RE和螺旋弹簧43R对应于转矩检测单元，转矩检测单元输出关于通过将用户转矩和辅助转矩合成所获得的合成转矩的转矩相关信号。来自马达转动角度检测单元45RE的检测信号(与电动马达45R的马达轴的转动角度对应的检测信号)和来自输出连杆枢转角度检测单元57RE的检测信号(与辅助臂57R的枢转角度对应的检测信号)对应于转矩相关信号。
将描述控制块(图12和图13)和控制装置61的处理顺序(图14)。将使用图14中所示的流程图和图12和图13所示的控制块来描述控制装置61的处理顺序。图12所示的控制块是当在图14的步骤S200中步行/作业确定的结果是“物体抬起/放下”或“横向移动物体”时的控制块。图13所示的控制块是当在图14的步骤S200中步行/作业确定的结果是“步行”时的控制块。图12和图13所示的控制块是用于控制(右)致动器单元4R(参见图1)的块。由于用于控制(左)致动器单元4L(参见图1)的块是与图12和图13所示的控制块相同的控制块，所以省略其说明。图14所示的流程图示出了控制(右)致动器单元4R和(左)致动器单元4L的处理顺序。图14所示的处理以预定的时间间隔(例如几毫秒的间隔)开始，并且当处理开始时，控制装置61进行到步骤S100R。
在图14的步骤S100R，控制装置61执行对(右)致动器单元4R的输入信号等的处理，并且进行到步骤S100L。在步骤S100L，控制装置61执行对(左)致动器单元4L的输入信号等的处理，并且进行到步骤S200。稍后将详细描述步骤S100R和S100L的处理。步骤S100R、S100L的处理对应于图12中的节点N10的处理。进行步骤S100R、S100L的处理的控制装置61用作转矩确定单元(图11所示的转矩确定单元61A)，其基于来自转矩检测单元的转矩相关信号(与电动马达45R的马达轴的转动角度对应的检测信号和与辅助臂57R的枢转角度对应的检测信号)来确定包括合成转矩和用户转矩的相关转矩信息。
在图14的步骤S200，控制装置61基于所确定的相关转矩信息来确定用户的运动类型，并且进行到步骤S2A0。尽管稍后将描述步骤S200的处理的细节，但所确定的运动类型是“步行”、“物体抬起/放下”或“横向移动物体”。“步行”是用户的步行运动，“物体抬起/放下”是用户抬起重物(重的物体)的运动或用户放下用户持有的重物的运动，以及“横向移动物体”是用户持有重物并从右向左或从左向右移动重物的运动。步骤S200的处理对应于图12中的块B10的处理。执行步骤S200的处理的控制装置61用作基于所确定的相关转矩信息来确定用户的运动类型的运动类型确定单元(图11所示的运动类型确定单元161B)。
在图14的步骤S2A0，控制装置61确定所确定的运动类型是否是“物体抬起/放下”，当是“物体抬起/放下”时(是)，控制装置61进行到步骤S300R，而在不是“物体抬起/放下”时(否)，控制装置61进行到步骤S2B0。当控制装置61进行到步骤S2B0时，控制装置61确定所确定的运动类型是否是“横向移动物体”，当是“横向移动物体”时(是)，控制装置61进行到步骤S400R，而当不是“横向移动物体”时(否)，控制装置61进行到步骤S500R。
图14中的步骤S300R、S300L、S340R和S340L是当运动类型是“物体抬起/放下”时的处理。当控制装置61进行到步骤S300R时，控制装置61计算(右)γ并进行到步骤S300L。控制装置61在步骤S300L计算(左)γ，并进行到步骤S340R。稍后将描述(右)γ的计算和(左)γ的计算的细节。(右)γ是用于校正(右)致动器单元的辅助转矩大小的增益(系数)。类似地，(左)γ是用于校正(左)致动器单元的辅助转矩大小的增益(系数)。(右)γ、(左)γ的计算对应于图12中的块B11和块B12的处理。
在步骤S340R，控制装置61计算(右)τss(t)并进行到步骤S340L。控制装置61在步骤S340L计算(左)τss(t)并进行到步骤S710。稍后将描述(右)τss(t)的计算和(左)τss(t)的计算的细节。(右)τss(t)是为了进行校正以缩短(右)致动器单元的辅助转矩达到峰值的时间(使相位提前)，而(左)τss(t)是为了进行校正以缩短(左)致动器单元的辅助转矩达到其峰值的时间(使相位提前)。(右)τss(t)、(左)τss(t)的计算对应于图12中的块B14的处理。
图14中的步骤S400R、S400L、S440R和S440L是当运动类型是“横向移动物体”时的处理。当控制装置61进行到步骤S400R时，控制装置61计算(右)γ并进行到步骤S400L。控制装置61在步骤S400L计算(左)γ，并进行到步骤S440R。(右)γ的计算和(左)γ的计算与步骤S300R和S300L相同，稍后将描述其细节。然后，在步骤S440R中，控制装置61用(右)τs(t)替换(右)τss(t)并将其存储，然后在步骤S440L中，控制装置61用(左)τs(t)替换(左)τss(t)并将其存储，并进行到步骤S710。
图14中的步骤S500R和S500L是当运动类型是“步行”时的处理。在本实施方式中，对在“物体抬起/放下”或“横向移动物体”的情况下通过图12所示的控制块生成辅助转矩的示例提供描述，而在“步行”的情况下，由图13所示的控制块执行控制，使得不生成辅助转矩(τa_ref＝0)。在“步行”的情况下，控制装置61根据辅助臂57R的枢转角度来控制电动马达45R的转动角度，使得螺旋弹簧43R不被伸展或收缩。
当控制装置61进行到步骤S500R时，控制装置61用1替换(右)γ并将其存储，并用(右)τs(t)替换(右)τss(t)并将其存储。另外，控制装置61用零替换(右)τa_ref_torq(t)、(右)τa_ref_ang(t)和(右)τa_ref(t)并将其存储，并且进行到步骤S500L。在步骤S500L，控制装置61用1替换(左)γ并将其存储，并用(左)τs(t)替换(左)τss(t)并将其存储。另外，控制装置61用零替换(左)τa_ref_torq(t)、(左)τa_ref_ang(t)和(左)τa_ref(t)并将其存储，并且进行到步骤S740。
在图14的步骤S710，控制装置61使用第二实施方式中的式1(下文描述)来计算(右)辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)并将其存储，并且使用下述式2来计算(左)辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)并将其存储。然后，控制装置61进行到步骤S720。步骤S710的处理对应于图12中的块B15、B16和B17、节点N20、块B21和节点N30的处理。下文中将描述的式1至式21是指第二实施方式中的式1至式21。
(右)τa_ref_torq(t)＝(右)τa_ref_torq(t-1)+(右)γ*α*(右)τss(t)+β*(右)Δτss(t) 式1
(左)τa_ref_torq(t)＝(左)τa_ref_torq(t-1)+(左)γ*α*(左)τss(t)+β*(左)Δτss(t) 式2
(右)τa_ref_torq(t)：(右)辅助转矩命令值(转矩可变型)
(左)τa_ref_torq(t)：(左)辅助转矩命令值(转矩可变型)
(右)γ：(右)转矩校正增益
(左)γ：(左)转矩校正增益
α：(右/左)辅助倍增因子
β：(右/左)差分校正增益
(右)τss(t)：(右)转矩变化量(在相位校正之后)
(左)τss(t)：(左)转矩变化量(在相位校正之后)
在图14的步骤S720，控制装置61使用下述式3来计算(右)辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)并将其存储，并且使用下述式4来计算(左)辅助转矩命令值(姿势角度可变型)τa_ref_ang(t)并将其存储。然后，控制装置61进行到步骤S730。步骤S720的处理对应于图12中的块B41的处理。姿势校正增益K例如是0至10范围内的值(0≤K≤10)并且是根据以下而设置的增益(常量)：所需辅助量、该处理的时间间隔(采样时间)、输出连杆枢转角度检测单元的检测分辨率、马达转动角度检测单元的检测分辨率、用户的高度和重量等。
(右)τa_ref_ang(t)＝K*sin(右)θL(t) 式3
(左)τa_ref_ang(t)＝K*sin(左)θL(t) 式4
(右)τa_ref_ang(t)：(右)辅助转矩命令值(姿势角度可变型)
(左)τa_ref_ang(t)：(左)辅助转矩命令值(姿势角度可变型)
K：(右/左)姿势校正增益
(右)θL(t)：(右)实际连杆角度
(左)θL(t)：(左)实际连杆角度
在图14中的步骤S730，控制装置61使用下述式5来计算(右)总辅助转矩命令值τa_ref(t)并将其存储，并且使用下述式6来计算(左)总辅助转矩命令值τa_ref(t)并将其存储。然后，控制装置61进行到步骤S740。步骤S730的处理对应于图12中的节点N40的处理。
(右)τa_ref(t)＝(右)τa_ref_torq(t)+(右)τa_ref_ang(t) 式5
(左)τa_ref(t)＝(左)τa_ref_torq(t)+(左)τa_ref_ang(t) 式6
(右)τa_ref(t)：(右)总辅助转矩命令值
(左)τa_ref(t)：(左)总辅助转矩命令值
执行从上述步骤S2A0和S2B0到步骤S730的处理的控制装置61用作基于所确定的相关转矩信息来计算辅助转矩的辅助转矩计算单元(图11所示的辅助转矩计算单元161C)并且用作基于所确定的运动类型来校正所计算的辅助转矩的校正单元(图11所示的校正单元61D)。
在图14的步骤S740，控制装置61使用通过重新整理下述式7而得到的式8根据(右)τa_ref(t)计算(右)马达转动角度命令值θM(t)，并将其存储，并且使用通过重新整理下述式9而获得的式10根据(左)τa_ref(t)计算(左)马达转动角度命令值θM(t)并将其存储。然后，控制装置61进行到步骤S750。步骤S740的处理对应于图12中的块B42的处理。
(右)τa_ref(t)＝na*Ks*[na*(右)θL(t)-((右)θM(t)/nb)] 式7
(右)θM(t)＝[(na2*Ks*(右)θL(t)-(右)τa_ref(t))*nb]/(na*Ks) 式8
(左)τa_ref(t)＝na*Ks*[na*(左)θL(t)-((左)θM(t)/nb)] 式9
(左)θM(t)＝[(na2*Ks*(左)θL(t)-(左)τa_ref(t))*nb]/(na*Ks) 式10
Ks：螺旋弹簧43R的弹簧常数
(右)θM(t)：(右)马达转动角度命令值
(左)θM(t)：(左)马达转动角度命令值
na和nb：当减速器42R的第一输入/输出部42RA转动na时，减速器42R的第二输入/输出部42RB转动nb。
在图14的步骤S750，控制装置61控制(右)电动马达45R使得作为(右)电动马达45R的实际马达轴角度的(右)θrM(t)成为(右)θM(t)、并且控制(左)电动马达使得作为(左)电动马达的实际马达轴角度的(左)θrM(t)成为(左)θM(t)。然后，控制装置61结束处理。执行上述步骤S740和S750的处理的控制装置61用作枢转角度控制单元(图11所示的枢转角度控制单元61E)，其基于由校正单元校正的辅助转矩来控制每个电动马达的输出轴的枢转角度(转动角度)。步骤S750的处理对应于图12中的节点N50、块B51、节点N60、块B61和B81、节点N70以及块B71和B72的处理。步骤S750的处理是下述反馈控制，所述反馈控制被执行为使得：当转动角度命令值被转换成命令电流并且通过将命令电流转换成PWM输出占空比而输出命令电流时，基于命令值与实际值之间的偏差进行比例积分微分(PID)控制。由于该控制与现有的控制相同，所以省略其描述。
图15示出了步骤S110R的处理，其是步骤S100R的处理(对(右)致动器单元4R的输入信号等的处理)的细节(参见图14)。如图15所示，在步骤S110R，控制装置61基于来自输入部32RS(参见图5)的输入信号来确定并存储当前(右/左)辅助倍增因子α和当前(右/左)差分校正增益β。辅助倍增因子α和差分校正增益β通常用于右致动器单元和左致动器单元。
另外，控制装置61将在上一处理定时计算的(右)辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t)存储作为上一(右)辅助转矩命令值(转矩可变型)τa_ref_torq(t-1)。另外，控制装置61将在当前处理定时检测到的(右)马达轴角度存储作为(右)实际马达轴角度θrM(t)。
另外，控制装置61将在上一处理定时计算的(右)实际连杆角度θL(t)存储作为上一(右)实际连杆角度θL(t-1)，并且将当前处理定时检测到的输出连杆(辅助臂57R)的枢转角度存储作为(右)实际连杆角度θL(t)。然后，控制装置61使用下述式11计算(右)连杆角度位移量ΔθL(t)并将其存储。
(右)ΔθL(t)＝(右)θL(t)-(右)θL(t-1) 式11
(右)θL(t)：(右)实际连杆角度
(右)ΔθL(t)：(右)连杆角度位移量
此外，控制装置61将上一处理定时计算的(右)合成转矩(t)存储作为上一(右)合成转矩(t-1)，并且利用以下使用螺旋弹簧43R(参见图4)的弹簧常数Ks、当前(右)实际连杆角度θL(t)以及当前(右)实际马达轴角度θrM(t)提供的式12来计算当前(右)合成转矩(t)并将其存储。可以基于电动马达45R的实际马达轴角度θrM(t)、输出连杆(辅助臂57R)的实际连杆角度θL(t)、螺旋弹簧43R的弹簧常数Ks、减速器42R的减速比以及驱动带轮45RA与从动带轮44R之间的带轮比来计算合成转矩。
(右)合成转矩(t)＝Ks*(螺旋弹簧43R的伸展/压缩量) 式12
此外，控制装置61将上一处理定时计算的(右)转矩变化量τs(t)存储作为上一(右)转矩变化量τs(t-1)，并且使用下述式13计算当前(右)转矩变化量τs(t)并将其存储。
(右)τs(t)＝Ks*(右)ΔθL(t) 式13
(右)τs(t)：(右)转矩变化量
图16中的步骤S100L(参见图14)是在步骤S100R之后执行的处理，并且是对(左)致动器单元4L的输入信号等的处理。图16示出了步骤S110L的处理，即步骤S100L的处理(对(左)致动器单元4L的输入信号等的处理)的细节。由于步骤S110L的处理与作为对(右)致动器单元4R的输入信号等的处理的步骤S100R相同，所以将省略其描述。
图17中的步骤S200(参见图14)是确定用户的运动类型的处理，即确定用户的运动是“步行”、“物体抬起/放下”和“横向移动物体(从右向左(或从左向右)移动物体)”中的哪个的处理。图17示出了步骤S210至S230C的处理，其是步骤S200的处理(步行/作业确定)的细节。
在步骤S210(参见图17)，控制装置61确定[(右)θL(t)+(左)θL(t)]/2是否小于或等于预设的第一角度阈值θ1，并且此外确定(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)是否小于预设的第一转矩阈值τ1。如果肯定(是)，则控制装置61确定用户的运动是“步行”，并且进行到步骤S230A，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S215。
当控制装置61进行到步骤S215时，控制装置61确定(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)是否大于或等于预设的第二转矩阈值τ2。在其大于或等于第二转矩阈值τ2时(是)，控制装置61确定用户的运动是“物体抬起/放下”，并且进行到步骤S230B，而在其不大于或等于(即其小于)第二转矩阈值τ2时(否)，控制装置61进行到步骤S220。
当控制装置61进行到步骤S220时，控制装置61确定[(右)θL(t)+(左)θL(t)]/2是否大于预设的第一角度阈值θ1并且此外确定(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)是否小于预设的第一转矩阈值τ1。如果肯定(是)，则控制装置61确定用户的运动是“横向移动物体”，并且进行到步骤S230C，而如果否定(否)，则控制装置61结束处理。
当控制装置61进行到步骤S230A时，控制装置61存储“步行”作为运动类型并且结束处理。当控制装置61进行到步骤S230B，控制装置61存储“物体抬起/放下”作为运动类型并且结束处理。当控制装置61进行到步骤S230C时，控制装置61存储“横向移动物体”作为运动类型并且结束处理。
图18中的步骤S300R(参见图14)对应于图12所示的块B11和B12的处理并且是将在块B15中使用的计算γ的处理。图18示出了步骤S314R至S324R的处理，其是步骤S300R(计算右γ)的处理的细节。而步骤S300R是对(右)致动器单元的处理，步骤S300L是对(左)致动器单元的处理。因为步骤S300L与步骤S300R相同，所以将省略对步骤S300L的处理的描述。
在步骤S314R(参见图18)，控制装置61确定(右)τs(t-1)是否大于或等于零，并且此外确定(右)τs(t)是否小于零。该确定确定当前时间点是否是在图20中辅助转矩从正变为负的Q1，图20具有表示时间的横坐标轴和表示辅助转矩的纵坐标轴，并且示出了物体抬起运动的示例。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S320R，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S316R。
图20中示出的[抬起基准(参考)运动]示出了为物体抬起运动预设的基准运动的示例。图20示出了在用户从直立姿势弯曲腰部并且在预设的第一基准(参考)时间Ta1中将手放在用户脚处的物体上然后抬起物体并在第一基准时间Ta1中采取直立姿势的情况下(基准运动的)辅助转矩随着时间推移的变化状态。“+侧(正侧)辅助转矩”表示辅助向前弯曲腰部的运动的转矩，而“-侧(负侧)辅助转矩”表示辅助伸展向前弯曲的腰部的运动的转矩。图20所示的[与抬起基准运动相比循环较长并且校正前的辅助转矩较小的情况]示出了以下示例：当用户的运动比预设的[抬起基准运动]慢并且此外校正前的辅助转矩小于[抬起基准运动]中的辅助转矩。
当控制装置61进行到步骤S316R时，控制装置61确定(右)τs(t-1)是否小于零，并且此外确定(右)τs(t)是否大于或等于零。该确定确定当前时间点是否是图20中辅助转矩从负变为正的Q2。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S324R，而如果否定(否)，则控制装置61结束处理。
当控制装置61进行到步骤S320R时(在图20中的Q1位置的情况下)，控制装置61使用下述式14计算(右)转矩变化量差分值Δτs(t)并将其存储，并且进行到步骤S322R。
(右)Δτs(t)＝(右)τs(t)-(右)τs(t-1) 式14
在步骤S322R，控制装置61使用下述式15来计算(右)转矩校正增益γ并将其存储，并且结束处理。可以使用下述式16来计算(右)转矩校正增益γ并将其存储。在式15中，(右)Δτs,max是与图20所示的[抬起基准运动]对应的τs(t)的图在Q1位置处的倾斜度。在式15中，(右)Δτs是与用户的实际运动对应的τs(t)的图在Q1位置处的倾斜度。在式16中，(d/dt)(右)ΔθL,max是与图20所示的[抬起基准运动]对应的在Q1位置处的(右)ΔθL的差分值。在式16中，(d/dt)(右)ΔθL是与用户的实际运动对应的在Q1位置处的(右)ΔθL的差分值。
(右)γ＝√((右)Δτs,max/(右)Δτs) 式15
(右)γ＝√[((d/dt)(右)ΔθL,max)/((d/dt)(右)ΔθL)] 式16
(右)γ是下述增益，其用于进行校正使得：在图20所示的[与抬起基准运动相比循环较长并且校正前的辅助转矩较小的情况]下，从时间tb1至时间tb2的校正前的辅助转矩最大值(P)变成[抬起基准运动]中的辅助转矩最大值(Pbase)。
当控制装置61进行到步骤S324R时(在图20中的Q2位置的情况下)，控制装置61用1替换(右)γ并将其存储，并且结束处理。当(右)γ的值为1时，不执行对辅助转矩最大值的校正。
在图20所示的[与抬起基准运动相比循环较长并且校正前的辅助转矩较小的情况]下，使用通过上述顺序计算的(右)γ，从时间tb1到时间tb2即从抬起开始起到抬起完成为止的抬起时间段期间执行用于校正辅助转矩大小的辅助转矩量校正。当进行该辅助转矩量校正时，如式15或式16所示，(右)γ的值根据Q1位置处的(右)τs(t)的倾斜度而变化。在Q1位置处的(右)τs(t)的倾斜度根据抬起时间段的长度而变化，使得当抬起时间段的长度短时，Q1位置处的(右)τs(t)的倾斜度变大，而在抬起时间段的长度长时，Q1位置处的(右)τs(t)的倾斜度变小。因此，通过根据抬起时间段的长度改变(右)γ的值来调节由辅助转矩量校正引起的增加率。具体地，在实际抬起时间段比图20所示的基准运动中的抬起时间段(Ta1)长时，(右)γ＞1使得辅助转矩增加。另一方面，当实际的抬起时间段比图20所示的基准运动中的抬起时间段(Ta1)短时，(右)γ<1使得辅助转矩减小。因此，无论实际抬起时间段的长度如何，抬起时间段中的辅助转矩最大值变成图20的基准运动中抬起时间段中的辅助转矩最大值(Pbase)。
图19中的步骤S340R(参见图14)对应于图12所示的块B14的处理，并且是计算此后要使用的(右)转矩变化量τss(t)的处理。图19示出了步骤S344R至S370R的处理，其是步骤S340R(计算右τss(t))的处理的细节。而步骤S340R是对(右)致动器单元的处理，步骤S340L是对(左)致动器单元的处理。由于步骤S340L与步骤S340R相同，所以将省略对步骤S340L的处理的描述。
在步骤S344R(参见图19)，控制装置61用(右)τss(t)替换(右)τss(t-1)，并存储(右)τss(t-1)。
在步骤S346R，控制装置61确定(右)τs(t-1)是否大于或等于零，并且此外确定(右)τs(t)是否小于零(为负)。该确定确定当前时间点是否是在图21中辅助转矩从正变为负的Q1，图21示出了物体抬起运动的示例。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S348R，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S350R。
当控制装置61进行到步骤S348R时，控制装置61用1替换(右)操作状态标志并将其存储，并且进行到步骤S350R。
当控制装置61进行到步骤S350R时，控制装置61确定(右)操作状态标志是否是1，并且此外确定(右)τs(t)是否小于零(为负)。该确定确定当前时间点是否处于图21中辅助转矩处于负状态的“抬起时间段”内，图21具有表示时间的横坐标轴和表示辅助转矩的纵坐标轴，并且示出了物体抬起运动的示例。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S360R，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S352R。
图21中所示的[抬起基准运动]如图20所示的[抬起基准运动]那样示出了为物体抬起运动预先设置的参照运动的示例。图21示出了在用户从直立姿势弯曲腰部并且在预设的第一基准时间Ta1中将手放在用户脚处的物体上然后抬起物体并在第一基准时间Ta1中采取直立姿势的情况下辅助转矩随着时间推移的变化状态。“+侧(正侧)辅助转矩”表示辅助向前弯曲腰部的运动的转矩，而“-侧(负侧)辅助转矩”表示辅助伸展向前弯曲的腰部的运动的转矩。图21所示的[与抬起基准运动相比循环较长并且校正前的辅助转矩较小的情况]示出了以下示例：当用户的运动比预设的[抬起基准运动]慢并且此外校正前的辅助转矩小于[抬起基准运动]中的辅助转矩。
当控制装置61进行到步骤S352R时(在从图21中的Q2位置到Q1位置的时间段的情况下)，控制装置61用零替换(右)操作状态标志并将其存储，并且进行到步骤S354R。然后，在步骤S354R，控制装置61用(右)τs(t)替换(右)τss(t)并将其存储，并且进行到步骤S370R。
当控制装置61进行到步骤S360R时(在从图21的Q1位置到Q2位置的抬起时间段的情况下)，控制装置61使用下述式17计算(估计)用户的抬起运动的(右)收敛时间T并将其存储，并且进行到步骤S362R。Tbase是图21的[抬起基准运动]中所示的“抬起时间段”的长度，图21的[抬起基准运动]是抬起运动的预设基准运动。(右)收敛时间T表示从用户持有物体并开始抬起物体直到完成物体抬起的时间，而Tbase表示在基准运动中从抬起物体开始直到完成抬起物体的时间。
(右)T＝(右)γ*Tbase 式17
(右)T：从用户实际开始抬起物体直到完成抬起物体为止的估计时间((右)收敛时间)
Tbase：从物体抬起开始直到在基准运动中完成抬起物体的时间(＝基准运动中的抬起时间段)
在步骤S362R中，控制装置61使用下述式18计算(估计)用户的抬起时间段中的(右)辅助转矩峰值P并将其存储，并且进行到步骤S364R。Pbase是图21的[抬起基准运动]中所示的“抬起时间段”中的辅助转矩的大小的最大值。
(右)P＝Pbase/(右)γ 式18
(右)P：在用户的实际抬起时间段中的辅助转矩的最大值(估计最大值)
Pbase：基准运动中在抬起时间段中辅助转矩的最大值
在步骤S364R，控制装置61确定从(右)操作状态标志从0设置成1的(右)经过时间t是否短于通过将预设峰值到达基准时间T1乘以(右)γ而获得的值(γT1)。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S366R，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S368R。峰值到达基准时间T1是通过各种实验等确定的时间。作为各种实验的结果，发明人已发现，当用户开始抬起物体时，根据抬起运动时间的长度(抬起运动的缓慢度)来调节辅助转矩的峰值的位置是有效的。峰值到达基准时间T1被设置为在基准运动中从抬起运动开始直到辅助转矩达到其峰值的最优时间。
当控制装置61进行到步骤S366R时，控制装置61使用下述式19计算(右)τss(t)并将其存储，并且进行到步骤S370R。
(右)τss(t)＝-(右)P*sin[2*(右)T*π*(右)t/(γ*T1)] 式19
(右)t：从(右)操作状态标志从0设置成1起的经过时间
T1：峰值到达基准时间
当控制装置61进行到步骤S368R时，控制装置61使用下述式20来计算(右)τss(t)并将其存储，并且进行到步骤S370R。
(右)τss(t)＝-(右)P*sin{[2*(右)T*π*((右)t-γ*T1)]/[(右)T-γ*T1]+π/2} 式20
当控制装置61进行到步骤S370R时，控制装置61使用下述式21来计算(右)Δτss(t)并将其存储，并且结束处理。
(右)Δτss(t)＝(右)τss(t)-(右)τss(t-1) 式21
使用通过上述顺序计算的(右)τss(t)，在图21所示的[与抬起基准运动相比循环较长并且校正前的辅助转矩较小的情况]下进行辅助转矩相位校正，其用于在抬起时间段内校正辅助转矩的峰的位置以便将峰的位置移动到在从抬起开始起经过了γT1之后的位置。当进行该辅助转矩相位校正时，由于(右)γ的值根据所估计的抬起时间段长度(T)来变化，所以从抬起开始到辅助转矩峰值的时间(γT1)根据所估计的抬起时间段长度(T)进行调节。
如上所述，根据本实施方式的辅助装置1可以根据用户的运动(“步行”、“物体抬起/放下”或“横向移动物体”)生成合适校正的辅助转矩。例如，当“物体抬起”中用户的运动缓慢时，可以通过使用转矩校正增益γ适当地增加辅助转矩。另外，例如，当“物体抬起”中用户的运动缓慢时，通过使用τss(t)将时间缩短到辅助转矩的峰值，能够将辅助转矩的峰值的位置设置为合适的定时。
由于身体穿戴单元2(参见图2)具有合适的结构，因此用户可以容易地穿戴它。此外，致动器单元4R具有如图4所示的简单结构，并且不需要将生物信号检测传感器附接到用户。此外，控制装置61对致动器单元4R的控制也是如上参考图12至图21所述的相对简单的控制。
在本实施方式的描述中，要确定的运动类型是三种类型，即“步行”、“物体抬起/放下”和“横向移动物体”。然而，可以对包括“物体抬起/放下”并且不包括“步行”的作业进行确定。替选地，也可以对包括“物体抬起/放下”和“横向移动物体”并且不包括“步行”的作业进行确定。
参照图22至图35，对设置有操作单元的辅助装置1A(变型例)、摩擦转矩的补偿，根据存在或不存在物体调节辅助力等进行描述。关于上面参照图1至图21描述的辅助装置1，将对以下示例提供描述：增加允许用户进行辅助状态的调节等的操作单元的示例、使用抵消减速器等引起的摩擦的摩擦补偿转矩的示例以及根据存在或不存在物体来适当改变辅助力的示例。在以下对辅助装置1A的描述中，与上述的辅助装置1中的符号相同的符号表示与上述的辅助装置1中的部分相同或对应的部分。
在图22至图25、图30及图31中，对以下示例提供描述：添加了操作单元R1以允许用户容易进行辅助装置1A的辅助状态的调节等。如图24所示，操作单元R1经由有线或无线通信线路R1T连接到盒体31内的控制装置61。操作单元R1的控制装置R1E可以经由通信单元R1EA向盒体31中的控制装置61发送信息以及从该控制装置61接收信息，而盒体31中的控制装置61可以经由通信单元64向操作单元R1中的控制装置R1E发送信息以及从该控制装置R1E接收信息。如图22所示，当用户不操作操作单元R1时，用户可以将操作单元R1例如保持在设置在左胸部穿戴部26L处的诸如口袋的保持部R1S中。
如图23所示，操作单元R1包括主操作部R1A、增益升操作部R1BU、增益降操作部R1BD、定时升操作部R1CU、定时降操作部R1CD、显示部R1D等。如图24所示，操作单元R1在其内部包括控制装置R1E、操作单元电源R1F等。定时升操作部R1CU和定时降操作部R1CD对应于“定时(正时)操作部”，而增益升操作部R1BU和增益降操作部R1BD对应于“增益操作部”。为了防止在操作单元R1被放置在保持部R1S期间的错误操作，主操作部R1A、增益升操作部R1BU、增益降操作部R1BD、定时升操作部R1CU以及定时降操作部R1CD可以被配置成不从其布置的表面突出。
主操作部R1A是被配置成开始和停止由辅助装置1A执行的辅助控制的开关。如图24所示，在例如盒体31内设置有被配置成启动和停止(整个)辅助装置1A自身的主电源开关65。当主电源开关65被操作到接通侧时，控制装置61和控制装置R1E被启动，而当主电源开关65被操作到断开侧时，控制装置61和控制装置R1E的操作被停止。在将主电源开关65操作到接通侧之后，用户可以通过操作(按压)主操作部R1A来开始辅助装置1A的操作，并且用户可以通过操作(按压)主操作部R1A来停止辅助装置1A的操作。例如，当在辅助装置1A的操作状态下操作主操作部R1A时，控制装置R1E存储停止指令，而当在辅助装置1A的停止状态下操作主操作部R1A时，控制装置R1E存储启动指令。如图23所示，例如，控制装置R1E在操作单元R1的显示部R1D中的显示区R1DB中显示辅助装置1A的当前操作状态是开启(操作)还是关闭(停止)。
增益升操作部R1BU和增益降操作部R1BD中的每一个是被配置成根据用户进行的操作逐步调节上述辅助倍增因子α和差分校正增益β以使得辅助力增大或辅助力减小的开关。因此，当添加了操作单元R1时，省略图11中所示的输入部32RS。例如，如图25的“操作单元辅助增益”所示，每次增益升操作部R1BU被操作时，控制装置R1E将存储的增益数目增加1，而每次增益降操作部R1BD被操作时，控制装置R1E将增益数目减小1。如图23所示，控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区R1DC中显示与当前增益数目对应的状态。
定时升操作部R1CU和定时降操作部R1CD中的每一个是被配置成根据用户进行的操作逐步地调节上述峰值到达基准时间T1(参见图19和21)以使得峰值到达基准时间T1变短(即，峰值到达基准时间T1减小)或者峰值到达基准时间T1变长(即，峰值到达基准时间T1增加)的开关。例如，如图25的“操作单元辅助定时”所示，每次定时升操作部R1CU被操作时，控制装置R1E将存储的定时数目增加1，而每次定时降操作部R1CD被操作时，控制装置R1E将定时数目减1。如图23所示，控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D中的显示区R1DD中显示与当前定时数目对应的状态。
操作单元R1的控制装置R1E以预定时间间隔(例如，几十毫秒到几百毫秒的间隔)或每次主操作部R1A、增益升操作部R1BU、增益降操作部R1BD、定时升操作部R1CU和定时降操作部R1CD中的任一被操作时经由通信单元R1EA(参见图24)发送操作信息。操作信息包括上述停止命令或启动命令、增益数目、定时数目等。
响应于接收到操作信息，盒体31中的控制装置61存储所接收的操作信息，并经由通信单元64(参见图24)发送响应信息，响应信息包括表示用于驱动辅助装置1A的供电单元63的电池的状态的电池信息、表示辅助状态的辅助信息等。包含在响应信息中的电池信息包括供电单元63的剩余量等，而包括在响应信息中的辅助信息包括例如错误信息，该错误信息是在辅助装置1A中发现异常时关于异常的信息。如图23所示，控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D中的显示区R1DA中显示电池剩余量等，并且当包括错误信息时，控制装置R1E在显示部R1D的给定位置显示错误信息。
接收到来自控制装置R1E的操作信息的控制装置61(参见图24)在接收到的操作信息中包含有启动指令的情况下启动辅助装置1A，并且在接收到的操作信息中包含停止指令的情况下使辅助装置1A停止。例如，如图25的“控制装置辅助增益”所示，增益信息G10在控制装置61中存储，其中辅助倍增因子α的值和差分校正增益β的值被设置为与增益数目相对应。控制装置61基于在接收到的操作信息中包含的增益数目和增益信息G10来确定辅助倍增因子α和差分校正增益β。增益信息G10是基于各种实验和模拟来准备的。
此外，例如，如图25的“控制装置辅助定时”所示，在控制装置61中存储有定时信息G20，其中，峰值到达基准时间T1(参照图19和图21)被设置成与定时数目对应。控制装置61基于在所接收的操作信息中包括的定时数目和定时信息G20来确定峰值到达基准时间T1。定时信息G20是基于各种实验和模拟来准备的。
上述“与操作信息中包括的增益数目对应的辅助倍增因子α和差分校正增益β”以及“与操作信息中包括的定时数目对应的峰值到达基准时间T1”在图28的流程图中的步骤S100R中确定并存储，这将在后面描述。具体地，在描述图28的流程图中的步骤S100R的细节的步骤S111R(参见图30)的“基于来自操作单元的操作信息来确定并存储当前右/左辅助倍增因子α、当前右/左差分校正增益β以及当前峰值到达基准时间T1”中确定并存储辅助倍增因子α、差分校正增益β和峰值到达基准时间T1。对α、β和T1的该确定和存储可以在作为图28所示的步骤S100R的细节的步骤S111R(参见图30)和作为图28所示的步骤S100L的细节的步骤S111L(参见图31)中的一者或两者处执行。
如上所述，通过操作操作单元R1，用户可以容易地对期望的辅助状态进行调节。此外，由于电池剩余量、错误信息等被显示在操作单元R1的显示部R1D中，所以用户可以容易地掌握辅助装置1A的状态。在显示部R1D中显示的各种信息的形式不限于图23中所示的那些形式。
在下文中，将对以下示例提供描述：要在仓库等中进行诸如物体抬起/放下或横向移动物体之类的作业的用户穿戴辅助装置1A(参见图22)并进行作业然后在作业之后用户拆下辅助装置1A。
在穿戴辅助装置1A之前，用户将主电源开关65操作到接通侧以启动控制装置61和控制装置R1E(参见图24)。在开始时，控制装置R1E被设置为“停止”辅助装置1A的操作，并且例如显示部R1D中显示“操作状态关闭”。然后，用户穿戴辅助装置1A。在用户穿戴辅助装置1A之后，主电源开关65可以被操作到接通侧。此时，辅助装置1A尚未进行辅助控制。
穿戴着辅助装置1A的用户操作操作单元R1的主操作部R1A(参见图23)，以开始辅助装置1A的操作。例如，在操作单元R1的显示部R1D中显示“操作状态开启”。从该时间点起，辅助装置1A开始辅助控制。具体地，辅助装置1A辅助用户用于物体抬起/放下的作业或横向移动物体的作业的运动。
当用户在执行物体抬起/放下的作业或横向移动物体的作业时期望辅助转矩增大或减小时，用户可以通过操作操作单元R1的增益升操作部R1BU或增益降操作部R1BD来容易地执行调节以获得期望的辅助转矩。另外，当用户在进行物体抬起/放下的作业时希望使辅助转矩的峰值定时更早或更晚时，用户能够容易地通过操作操作单元R1的定时升操作部R1CU或定时降操作部R1CD来将辅助转矩的峰值定时调节为期望的定时。例如，当控制装置61在辅助控制的操作期间检测到电动马达45R、马达驱动器、各种传感器(检测单元)中的任一个等的异常的情况下，控制装置61发送包括错误信息的响应信息以便在操作单元R1的显示部R1D中显示错误信息，使得辅助装置1A的操作自动停止。
在从作业的中断时间期间，用户可以通过操作操作单元R1的主操作部R1A(参见图23)来(暂时)停止辅助装置1A的操作。在这种情况下，例如，在操作单元R1的显示部R1D中显示“操作状态关闭”。另外，例如，控制装置61(参见图24)在辅助控制的累计操作时间达到了规定时间以上的情况下或者在累积辅助转矩已达到预定量以上时进行在操作单元R1的显示部R1D中要求暂停的显示。
当作业已经完成时，用户操作操作单元R1的主操作部R1A(参见图23)(例如，用户长时间按压主操作部R1A)，从而停止辅助装置1A的操作。例如，当主操作部R1A被长时间按压时，控制装置R1E和控制装置61的操作停止，并且操作单元R1的显示部R1D的显示消失。在确认显示部R1D的显示消失之后，用户从其自身拆下辅助装置1A，然后将主电源开关65操作到断开侧，从而停止整个辅助装置1A的操作。
参照图26至图29，对使用抵消摩擦的摩擦补偿转矩的示例提供描述。在使用图1至图21的描述中，已经描述了当用户步行时执行不生成辅助力的控制的示例。即，在图13所示的对于步行的控制框图中，输入到块B42的(右和左)总辅助转矩命令值τa_ref被设置为零，并且在图14所示的流程图中，在步骤S500R，将(右)总辅助转矩命令值τa_ref设置为零，并且在步骤S500L，将(左)总辅助转矩命令值τa_ref设置为零。然而，即使在将电动马达控制成使得对穿戴着辅助装置1A的用户的(右和左)总辅助转矩命令值τa_ref变为零的情况下，也需要用户使用力来使辅助装置1A空载。具体地，由于主要由减速器42R(参见图4)引起的摩擦转矩，需要用户在步行期间使用与摩擦转矩对应的额外的力。在物体抬起等作业期间，由于摩擦转矩抵消一部分辅助力，辅助感可能降低。
鉴于此，如图28的流程图所示，将步骤S280、S510和S731添加到图14所示的流程图中。由于除了步骤S280、S510和S731之外图28所示的流程图与图14所示的流程图相同。所以在下文中将主要描述步骤S280、S510和S731。
在进行步骤S200的处理之后，控制装置61进行到步骤S280。在步骤S280，控制装置61计算摩擦补偿转矩τfric(t)并且进行到步骤S2A0。控制装置61在如下步骤S280中计算摩擦补偿转矩τfric(t)。
图29示出了摩擦补偿转矩τfric(t)相对于τs(t)的示例。如图29所示，通过将区域划分为以下五个区域([区域1]至[区域5])，根据τs(t)的值来计算摩擦补偿转矩τfric(t)。通过各种实验、模拟等预先计算出-τs,thre、τs,thre、-τs,dead、τs,dead、-τfric,min和τfric,max的值。
[区域1]：当τs(t)≤-τs,thre时(当τs(t)的绝对值大于或等于转矩阈值时)，τfric(t)＝-τfric,min(-τfric,min：下限摩擦补偿转矩)。[区域2]：当-τs,thre＜τs(t)≤-τs,dead时，τfric(t)＝-τfric,min*[(-τs,dead)-τs(t)]/[(-τs,dead)-(-τs,thre)]。[区域3]：当-τs,dead＜τs(t)＜τs,dead时(当τs(t)的绝对值小于死区转矩值时)，τfric(t)＝0。[区域4]：当τs,dead≤τs(t)＜τs,thre时，τfric(t)＝τfric,max*[τs(t)-(τs,dead)]/[(τs,thre)-(τs,dead)]。[区域5]：当τs,thre≤τs(t)时(当τs(t)的绝对值大于或等于转矩阈值时)，τfric(t)＝τfric,max(τfric,max:上限摩擦补偿值)。在[区域2]或[区域4]的情况下，摩擦补偿转矩τfric(t)的大小没有必要设置为线性增加，而是也可以设置为曲线增加。
执行步骤S280的处理的控制装置61用作补偿转矩计算单元(图24中所示的补偿转矩计算单元61F)，该补偿转矩计算单元基于来自转矩检测单元的转矩相关信号(与电动马达45R的马达轴的转动角度对应的检测信号和与辅助臂57R的枢转角度对应的检测信号)计算被生成用于抵消摩擦转矩的摩擦补偿转矩τfric(t)。执行步骤S280的处理的控制装置61用作确定基于转矩相关信号所计算的转矩变化量τs(t)的绝对值是否小于预定死区转矩值(小于τs,dead)的死区转矩确定单元(图24所示的死区转矩确定单元61G)。步骤S280的处理对应于图26和图27中的块B18。
在执行步骤S500L的处理之后，控制装置61进行到步骤S510。在步骤S510中，控制装置61将通过在步骤S500R设置的(右)总辅助转矩命令值τa_ref(t)(＝0)加上摩擦补偿转矩τfric(t)而获得的值设置作为新的(右)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)。另外，控制装置61将通过在步骤S500L中设置的(左)总辅助转矩命令值τa_ref(t)(＝0)加上摩擦补偿转矩τfric(t)而获得的值设置作为新的(左)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)。步骤S510的处理对应于图27中的节点N41。
在执行步骤S730的处理之后，控制装置61进行到步骤S731。在步骤S731中，控制装置61将通过在步骤S730中计算的(右)总辅助转矩命令值τa_ref(t)加上摩擦补偿转矩τfric(t)而获得的值设置作为新的(右)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)。另外，控制装置61将通过在步骤S730中计算的(左)总辅助转矩命令值τa_ref(t)加上摩擦补偿转矩τfric(t)而获得的值设置作为新的(左)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)。步骤S731的处理对应于图26中的节点N41。
如上所述，通过在步骤S510或S731在(右)总辅助转矩命令值τa_ref(t)和(左)总辅助转矩命令值τa_ref(t)中的每一个上加上摩擦补偿转矩τfric(t)，控制装置61可以消除由减速器42R等引起的致动器单元4R、4L中的每一个中的摩擦转矩。因此，可以适当地防止发生在步行期间需要与摩擦转矩对应的额外的力以及在诸如物体抬起的作业期间由于摩擦转矩抵消一部分辅助力而降低了辅助感的情况。
当在步骤S200中控制装置61确定运动类型是步行运动时，控制装置61在步骤S510中进行设置，使得新的(右)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)和新的(左)总辅助转矩命令值(总计辅助转矩)τa_ref(t)均变成仅摩擦补偿转矩τfric(t)。因此，同样例如在诸如步行康复的步行期间，通过降低由致动器单元4R、4L中的每一个的摩擦转矩引起的阻力，也能够降低步行等方面的困难，从而能够提高辅助感。
当已经确定转矩变化量τs(t)的绝对值小于τs,dead(小于预定的死区转矩值)即在区域3中的转矩变化量τs(t)时，摩擦补偿转矩τfric(t)被设置为0(零)。因此，可以在转矩变化量τs(t)变为0(零)的点附近提供预定的死区范围。因此，能够抑制致动器单元4R、4L中的每一个的振动，并且因此进一步提高辅助感。
当确定转矩变化量τs(t)的绝对值大于或等于τs,thre(大于或等于转矩阈值)即转矩变化量τs(t)在区域1或区域5中时，摩擦补偿转矩τfric(t)被设置为-τfric,min(下限摩擦补偿转矩)或τfric,max(上限摩擦补偿转矩)。因此，通过将降低致动器单元4R、4L中的每一个中的摩擦转矩的摩擦补偿转矩τfric(t)设置在固定范围内，可以生成根据用户的运动的合适的摩擦补偿转矩τfric(t)，从而可以进一步提高辅助感。
执行图28的流程图中的步骤S280至S731的处理的控制装置61用作基于所确定的相关转矩信息来计算辅助转矩的辅助转矩计算单元(图24所示的辅助转矩计算单元161C)，并且用作基于所确定的运动类型来校正所计算的辅助转矩的校正单元(图24所示的校正单元61D)。
参照图32至图35，将对根据存在或不存在物体(即，根据是否存在物体)适当改变辅助力的示例提供描述。在使用图1至图21的描述中，描述了下述示例：在检测到用户的物体抬起/放下运动时，生成与物体抬起/放下运动对应的辅助力。然而，因为即使尽管用户的运动是物体抬起/放下运动但在物体很轻时或者在用户并不实际上持有物体时也会生成辅助力，所以会认为用户由于大于预期的辅助力而受惊。因此，当用户的运动是物体抬起/放下运动时，确定存在或不存在物体(确定是否存在物体)，根据存在或不存在物体(即根据是否存在物体)来生成辅助力。在即使存在物体但物体非常轻时，可以确定不存在物体。作为控制装置61的处理顺序，图32的流程图中的步骤S200的细节与在图34的流程图中的步骤S300R的细节(以及步骤S300L、S400R和S400L的细节)与图17所示的步骤S200的细节和图18所示的步骤S300R的细节不同。在下文中将主要描述不同点。
如图32所示，在步骤S200的细节中，在步骤S230A、S230B或S230C的处理结束之后，或者在步骤S220中答案为“否”的情况下，控制装置61进行到步骤S250。将参照图33描述步骤S250的处理的细节。
在图33的步骤S252中，控制装置61确定运动类型是否是“物体抬起/放下”，在运动类型是“物体抬起/放下”时(是)，控制装置61进行到步骤S253，而在运动类型不是“物体抬起/放下”时(否)，控制装置61进行到步骤S262B。当运动类型不是“物体抬起/放下”时，在步骤S262B，控制装置61将物体存在标志设置为“关闭”(确定不存在物体)，并结束处理。
当控制装置61进行到步骤S253时，控制装置61确定(右)τs(t-1)是否大于或等于零，并且此外确定(右)τs(t)是否小于零。该确定确定当前时间点是否是在图35中辅助转矩从正变为负的Q1。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S254，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S255。
当控制装置61进行到步骤S254时，控制装置61将(右)物体检查(check)标志设置为“开启”，将当前(右)实际连杆角度θL存储作为(右)物体检查角度，并开始(右)检查时间的测量。然后，控制装置61进行到步骤S255。
在步骤S255，控制装置61确定(右)物体检查标志是否＝1，并且此外确定(右)检查时间是否大于或等于时间T2。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S256，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S257。如图35所示，时间T2是从Q1的时间点开始的微量时间，并且例如被设置为大约数十毫秒的时间。
当控制装置61进行到步骤S256时，控制装置61将“(右)物体检查角度-(右)实际连杆角度θL(经过时间T2之后)”存储为(右)ΔC并且将(右)物体检查标志设置为“关闭”。然后，控制装置61进行到步骤S257。即，从Q1的时间点起微量时间T2期间的(右)实际连杆角度的变化量被存储为(右)ΔC。
在步骤S257中，控制装置61确定(左)τs(t-1)是否大于或等于零，并且此外确定(左)τs(t)是否小于零。该确定确定当前时间点是否是在图35中辅助转矩从正变为负的Q1。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S258，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S259。
当控制装置61进行到步骤S258时，控制装置61将(左)物体检查标志设置为“开启”，将当前(左)实际连杆角度θL存储为(左)物体检查角度，并开始对(左)检查时间的测量。然后，控制装置61进行到步骤S259。
在步骤S259，控制装置61确定(左)物体检查标志是否＝1，并且此外确定(左)检查时间是否大于或等于时间T2。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S260，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S261。如图35所示，时间T2是从Q1的时间点开始的微量时间，并且例如被设置成大约数十毫秒的时间。
当控制装置61进行到步骤S260时，控制装置61将“(左)物体检查角度-(左)实际连杆角度θL(在经过时间T2之后)”存储为(左)ΔC，并且将(左)物体检查标志设置为“关闭”。然后，控制装置61进行到步骤S261。即，从Q1的时间点起的微量时间T2期间的(左)实际连杆角度的变化量被存储为(左)ΔC。
在步骤S261中，控制装置61确定(右)ΔC是否小于阈值ε，并且此外确定(左)ΔC是否小于阈值ε。如果肯定(是)，则控制装置61进行到步骤S262A，而如果否定(否)，则控制装置61进行到步骤S262B。阈值ε是通过各种实验、模拟等预先设置的。在用户具有较重物体的情况下，由于Q1之后用户的运动变得相对较慢，所以使得(右)ΔC和(左)ΔC的值变得相对较小。在用户没有物体的情况(包括用户具有非常轻的物体的情况)下，由于Q1之后用户的运动变得相对较快，所以使得(右)ΔC和(左)ΔC的值变得相对较大。
当控制装置61进行到步骤S262A时，控制装置61将物体存在标志设置为“开启”(确定存在物体)并结束处理。当控制装置61进行到步骤S262B时，控制装置61将物体存在标志设置为“关闭”(确定不存在物体)并结束处理。执行上述步骤S252至S262B的处理的控制装置61用作在用户具有物体的作业的运动中确定存在或不存在物体(即，是否存在物体)的物体存在/不存在确定单元(图24所示的物体存在/不存在确定单元61H))。
如图34所示，步骤S300R的细节与图18所示的步骤S300R的细节不同之处在于添加了步骤S326R至S328R。由于图28所示的步骤S300L、S400R和S400L的细节与图34中所示的步骤S300R的细节相同，将省略对其描述。
在执行步骤S322R的处理之后，控制装置61进行到步骤S326R。在步骤S326R，控制装置61确定运动类型是否是“物体抬起/放下”，并且在运动类型是“物体抬起/放下”时(是)，控制装置61进行到步骤S327R，而在运动类型不是“物体抬起/放下”时(否)，控制装置61结束处理。
当控制装置61进行到步骤S327R时，控制装置61确定物体存在标志是否为零(确定是否不存在物体)，并且当物体存在标志为零(不存在物体)时(是)，控制装置61进行到步骤S328R，而在物体存在标志为1(存在物体)时(否)，控制装置61结束处理。
当控制装置61进行到步骤S328R时，控制装置61将在步骤S322R中计算的(右)转矩校正增益γ乘以例如0.5，由此计算新的(右)转矩校正增益γ，并结束处理。乘法系数不限于0.5，并且是通过各种实验和模拟而确定的值，并且是大于或等于零且小于1的值。即，控制装置61使当物体被确定为不存在时的转矩校正增益γ(对应于辅助转矩量校正的校正量)小于当物体被确定为存在时的转矩校正增益γ。
参照图35，将描述根据是否存在物体而改变辅助力的效果。在图35中，在[与抬起基准运动相比循环较长且校正前的辅助转矩较小的情况]下的在Q1之后由实线表示的辅助转矩示出了下述示例：未执行使用转矩校正增益γ的辅助转矩量校正，并且此外未执行对于较早转矩峰值时间点的辅助转矩相位校正。由虚线指示的辅助转矩示出了下述示例：使用转矩校正增益γ＝1执行辅助转矩量校正并且此外执行辅助转矩相位校正。单点划线所示的辅助转矩示出了下述示例：使用转矩校正增益γ>1来进行辅助转矩量校正，并且此外进行辅助转矩相位校正。双点划线指示的辅助转矩示出了下述示例：使用转矩校正增益γ<1来进行辅助转矩量校正，并且此外进行辅助转矩相位校正。在确定物体不存在时，如双点划线所示的辅助转矩所示，生成了不必要大的辅助转矩。因此，可以防止用户由于大于预期的辅助力而受惊，从而允许用户更安全地使用辅助装置。
已经描述了下述示例：当运动类型是“物体抬起/放下”时确定存在或不存在物体(即，确定物体是否存在)并且根据存在或不存在物体(即根据是否存在物体)来改变辅助转矩。然而，即使当运动类型是“横向移动物体”时，也可以确定存在或不存在物体，并且可以根据存在或不存在物体来改变辅助转矩。也就是说，在用户持有物体的作业的运动中(包括“物体抬起/放下”和“横向移动物体”)，可以确定存在或不存在物体，并且可以根据所确定的存在或不存在物体来校正辅助转矩。

Claims (14)

1.一种辅助装置，其特征在于，包括：
身体穿戴单元，所述身体穿戴单元被配置成穿戴在包括用户的辅助对象身体部分周围的区域在内的所述用户的身体上；以及
致动器单元，所述致动器单元被配置成附接至所述身体穿戴单元且附接至所述辅助对象身体部分以辅助所述辅助对象身体部分的运动，
其中，所述致动器单元包括：
输出连杆(57R)，所述输出连杆(57R)被配置成绕所述辅助对象身体部分的关节枢转并且附接至所述辅助对象身体部分；
包括输出轴的致动器(45R)，所述致动器(45R)被配置成生成用于经由所述输出连杆(57R)而辅助所述辅助对象身体部分的枢转的辅助转矩；
转矩确定单元(61A)，所述转矩确定单元(61A)被配置成确定通过合成用户转矩与来自所述输出轴的所述辅助转矩而获得的合成转矩，所述用户转矩是在所述用户施力下所述用户使所述辅助对象身体部分枢转时从所述输出连杆(57R)输入的；
校正单元，所述校正单元被配置成计算用于所确定的合成转矩的校正量；以及
枢转角度控制单元，所述枢转角度控制单元被配置成基于由所述转矩确定单元(61A)确定的所述合成转矩和由所述校正单元计算的所述校正量来控制所述输出轴的枢转角度。
2.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述校正单元被配置成基于所述合成转矩来计算作为所述用户的身体的上半身相对于竖直方向的倾斜角度的姿势角度，所述校正单元被配置成基于所计算的姿势角度来计算所述校正量。
3.根据权利要求2所述的辅助装置，其中，当所述姿势角度是θL时，所述校正单元被配置成计算使用了预先设定的作为常量的K的KsinθL作为所述校正量。
4.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，所述校正单元被配置成基于所述合成转矩的微分值来计算所述校正量。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的辅助装置，其中：
所述致动器单元包括通信单元；
所述通信单元被配置成将用户信息和辅助信息传送至与所述辅助装置分开设置的分析系统，所述用户信息为包括所述用户转矩在内的关于所述用户的信息，所述辅助信息为包括所述辅助转矩在内的关于所述致动器单元的输入和输出的信息，所述通信单元被配置成从所述分析系统接收包括由所述分析系统执行的分析的结果在内的分析信息；并且
所述致动器单元被配置成基于从所述分析系统接收的所述分析信息来调节所述致动器单元的操作。
6.根据权利要求1所述的辅助装置，其中：
所述致动器单元还包括转矩检测单元，所述转矩检测单元被配置成输出关于所述合成转矩的转矩相关信号；
所述转矩确定单元(61A)被配置成基于来自所述转矩检测单元的所述转矩相关信号来确定包括所述合成转矩和所述用户转矩在内的相关转矩信息；
所述致动器单元还包括：运动类型确定单元(161B)，所述运动类型确定单元(161B)被配置成基于所确定的相关转矩信息来确定所述用户的运动类型；以及辅助转矩计算单元(161C)，所述辅助转矩计算单元(161C)被配置成基于所确定的相关转矩信息来计算所述辅助转矩；
所述校正单元被配置成基于所确定的运动类型来校正所计算的辅助转矩；并且
所述枢转角度控制单元被配置成基于由所述校正单元校正的所述辅助转矩来控制所述输出轴的枢转角度。
7.根据权利要求6所述的辅助装置，其中：
所述运动类型包括抬起运动，所述抬起运动是所述用户抬起物体的运动；并且
当所确定的运动类型是所述抬起运动时，所述校正单元被配置成执行辅助转矩量校正和辅助转矩相位校正中的至少一者：
i)所述辅助转矩量校正用于在抬起时间段期间校正所述辅助转矩的大小，所述抬起时间段是从所述用户开始物体抬起的时间点至所述用户完成物体抬起的时间点的时间段，以及
ii)所述辅助转矩相位校正用于估计作为生成最大用户转矩的时间点的用户转矩峰值时间点并且用于执行校正使得作为生成最大辅助转矩的时间点的辅助转矩峰值时间点变为早于所述用户转矩峰值时间点，所述最大用户转矩是在所述抬起时间段期间所述用户转矩的最大值，并且所述最大辅助转矩是所述辅助转矩的最大值。
8.根据权利要求6所述的辅助装置，其中：
所述运动类型包括所述用户持有物体的作业运动；
所述致动器单元还包括物体存在/不存在确定单元(61H)，所述物体存在/不存在确定单元(61H)被配置成确定在所述用户持有物体的所述作业运动中物体的存在或不存在；并且
所述校正单元被配置成根据由所述物体存在/不存在确定单元(61H)确定的物体的存在或不存在来校正所述辅助转矩。
9.根据权利要求6所述的辅助装置，其中，由所述运动类型确定单元(161B)确定的所述运动类型包括所述用户抬起物体或者所述用户搁下由所述用户保持的物体的物体抬起/放下运动。
10.根据权利要求9所述的辅助装置，其中，由所述运动类型确定单元(161B)确定的所述运动类型还包括所述用户从右向左或从左向右移动物体的横向移动物体运动。
11.根据权利要求9所述的辅助装置，其中：
由所述运动类型确定单元(161B)确定的所述运动类型还包括所述用户步行的步行运动；
所述致动器单元还包括补偿转矩计算单元(61F)，所述补偿转矩计算单元(61F)被配置成基于来自所述转矩检测单元的所述转矩相关信号来计算被生成用于抵消所述致动器单元中的摩擦转矩的摩擦补偿转矩；并且
所述枢转角度控制单元被配置成基于通过将由所述补偿转矩计算单元(61F)计算的所述摩擦补偿转矩加至由所述校正单元校正的所述辅助转矩而获得的总计辅助转矩来控制所述输出轴的枢转角度。
12.根据权利要求11所述的辅助装置，其中：
所述补偿转矩计算单元(61F)包括：转矩变化量计算单元，所述转矩变化量计算单元被配置成基于所述转矩相关信号来计算所述用户转矩的转矩变化量；以及死区转矩确定单元(61G)，所述死区转矩确定单元(61G)被配置成确定由所述转矩变化量计算单元计算的所述用户转矩的转矩变化量的绝对值是否小于预定死区转矩值；
所述补偿转矩计算单元(61F)被配置成基于由所述转矩变化量计算单元计算的所述用户转矩的转矩变化量来计算所述摩擦补偿转矩；并且
所述补偿转矩计算单元(61F)被配置成：当所述死区转矩确定单元(61G)确定所述用户转矩的转矩变化量的绝对值小于所述预定死区转矩值时，将所述摩擦补偿转矩设定为零。
13.根据权利要求6所述的辅助装置，其特征在于，还包括操作单元(R1)，所述操作单元(R1)与所述身体穿戴单元和所述致动器单元分开设置并且被配置成调节和显示所述致动器单元的辅助控制状态。
14.根据权利要求13所述的辅助装置，其中，所述操作单元(R1)包括增益操作部，所述增益操作部被配置成调节所述辅助转矩的大小。
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