CN110539288A - 辅助装置 - Google Patents
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Abstract
辅助装置包含:身体安装具(2),其安装在对象者的至少腰周围;促动器单元(4),其安装在上述身体安装具(2)、和上述对象者的大腿部;角度检测部,其构成为检测上述对象者的相对于上述大腿部的上述腰部的前倾角度;以及控制装置(61),其构成为控制上述促动器单元(4)。上述促动器单元(4)构成为产生支援上述对象者的相对于腰部的上述大腿部的动作或者上述对象者的相对于上述大腿部的上述腰部的动作的辅助转矩。上述控制装置(61)构成为实施第一控制和第二控制中的至少一方的控制。
Description
技术领域
本发明涉及支援对象者的辅助对象身体部的动作的辅助装置。
背景技术
例如在日本特开2013-173190记载了在对象者利用腰的屈伸抬起重物时,或者在通常的步行时,对相对于腰的大腿部的动作进行辅助的安装式动作辅助装置。安装式动作辅助装置具备安装于对象者的腰的腰机架、靠背部、靠腹部、结合靠背部与靠腹部的结合部件、固定于大腿部的大腿固定部、以及相对于腰机架驱动大腿固定部的驱动机构。安装式动作辅助装置还具备粘贴于对象者的皮肤的生物体信号检测传感器、基于从生物体信号检测传感器输出的生物体信号控制驱动机构的控制部。生物体信号检测传感器为了从皮肤检测肌电信号、神经传递信号等生物体电位信号,而具有用于检测微弱电位的电极。而且生物体信号检测传感器通过覆盖电极的周围的粘合密封件,在对象者的腰的附近的左右的大腿部的前侧、腰的附近的左右的大腿部的内侧、左右的臀部、腰的稍上方的背部的左右等粘贴于对象者的皮肤。
在日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置中,需要许多的生物体信号检测传感器,必须在对象者的左右的大腿部前侧、左右的大腿部内侧、左右的臀部、左右的背部这样的非常多的位置粘贴生物体信号检测传感器。因此,在对象者进行利用时的安装时,非常麻烦。另外在粘贴生物体信号检测传感器之前,决定粘贴的位置、以及粘贴的个数(针对测量位置的一处位置,粘贴接近的三个传感器等)也较麻烦。另外,从来自许多的生物体信号检测传感器的各个的微弱的生物体信号除去噪声的处理、基于来自各生物体信号检测传感器的生物体信号,推测进行何种动作(进行重物的抬起还是进行步行等)并进行辅助的处理有可能变得非常复杂。
另外,在日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置中,特别是在辅助对象者抬起货物的动作、放下货物(卸下货物)的动作的情况下,在对象者的辅助对象身体部的动作为缓慢的动作的情况下,有推测为何种动作的处理延迟,而辅助转矩不足的可能性。
发明内容
本发明能够使向对象者的安装较容易,并能够以更简单的构成以及更简单的控制,更适当地辅助货物的抬起的动作,或者货物的放下的动作。
本发明的第一方式是辅助装置。上述辅助装置包含:身体安装具,其安装于对象者的至少腰周围;促动器单元,其安装于上述身体安装具、和上述对象者的大腿部;角度检测部,其构成为检测上述对象者的相对于上述大腿部的上述腰部的前倾角度;以及控制装置,其构成为控制上述促动器单元。上述促动器单元构成为产生支援上述对象者的相对于腰部的上述大腿部的动作或者上述对象者的相对于上述大腿部的上述腰部的动作的辅助转矩。上述控制装置构成为实施第一控制和第二控制中的至少一方的控制。上述第一控制在抬起作业时,使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、基于上述前倾角度的变化的角速度相关量、以及“抬起基准特性”,求出上述抬起辅助转矩,将上述抬起辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元。上述抬起作业是上述对象者在逐渐减小上述前倾角度的同时抬起以前倾状态手持的货物的作业。上述第二控制在放下作业时,基于使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、和基于上述前倾角度的变化的角速度相关量,求出作为向上述抬起方向的转矩的放下辅助转矩,将求出的上述放下辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元。上述放下作业是上述对象者在逐渐增大上述前倾角度的同时向与抬起方向相反侧的放下方向放下手持的货物的作业。
根据上述构成,由于只要至少在对象者的腰周围安装身体安装具,并在身体安装具和对象者的大腿部安装促动器单元即可,所以与日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置相比较,向对象者的辅助装置的安装非常容易。另外,由于基于使用角度检测器件检测的前倾角度、和基于前倾角度的变化的角速度相关量,求出向抬起方向的放下辅助转矩,所以与日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置相比较,结构简单,控制也简单。另外,由于基于使用角度检测器件检测的前倾角度、基于前倾角度的变化的角速度相关量、以及选定的抬起基准特性,求出向抬起方向的抬起辅助转矩,所以与日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置相比较,结构简单,控制也简单。
也可以上述辅助装置还包含:转矩检测部,其构成为检测由于上述对象者利用自身的力使上述大腿部相对于上述腰部动作或者使上述腰部相对于上述大腿部动作而从上述对象者输入到上述促动器单元的转矩亦即对象者转矩的变化量亦即对象者转矩变化量。也可以上述控制装置构成为在上述放下作业时,在对象者为从直立状态开始逐渐增大上述前倾角度的前倾动作中的情况下,以规定时间间隔,基于使用上述转矩检测部检测的上述角速度相关量,检测上述对象者转矩变化量。也可以上述控制装置构成为求出与上述对象者转矩变化量对应的辅助量,并构成为基于累计了上述辅助量的累计辅助量求出上述放下辅助转矩。
根据上述构成,通过求出与对象者转矩变化量对应的辅助量,并基于累计了辅助量的累计辅助量求出放下辅助转矩,能够成为简单的控制。
也可以在上述辅助装置中,上述控制装置构成为在上述放下作业时,在成为规定状态的情况下,停止上述累计辅助量的更新并保持,并基于保持的上述累计辅助量求出上述放下辅助转矩。也可以上述规定状态是上述对象者使上述前倾动作停止而上述前倾角度的变化停止的状态、和上述对象者为从前倾状态开始逐渐减小上述前倾角度的直立动作中的状态其中一方的状态。
根据上述构成,例如在以直立状态手持货物,并逐渐前倾放下货物的放下作业时,即使在中途使前倾动作停止的情况下,也保持向抬起方向的放下辅助转矩,所以能够适当地辅助放下作业。
也可以上述辅助装置还包含存储部。也可以上述存储部构成为存储设定了与上述前倾角度对应的转矩限制值的前倾角度/放下转矩限制值特性。也可以上述控制装置构成为在上述放下作业时,基于上述前倾角度、和存储于上述存储部的上述前倾角度/放下转矩限制值特性求出上述转矩限制值。也可以上述控制装置构成为将上述累计辅助量、和上述转矩限制值的较小的一方作为上述放下辅助转矩。
根据上述构成,由于具有与前倾角度对应的转矩限制值,所以能够抑制过度的放下辅助转矩,求出与前倾角度对应的适当的大小的放下辅助转矩。
也可以上述辅助装置还包含设置有增益变更部和增量速度变更部的至少一方的操作单元。也可以上述增益变更部构成为由上述对象者变更上述放下辅助转矩的增益。也可以上述增量速度变更部构成为由上述对象者变更上述放下辅助转矩的增量速度。也可以上述操作单元相对于上述身体安装具以及上述促动器单元独立。也可以上述控制装置构成为在上述放下作业时,在上述操作单元设置有上述增益变更部的情况下,基于从上述对象者对上述增益变更部的输入,对求解上述放下辅助转矩时的增益、和与上述前倾角度对应的上述转矩限制值的值的至少一方进行增减。也可以上述控制装置构成为在上述操作单元设置有上述增减速度变更部的情况下,基于从上述对象者对上述增减速度变更部的输入,变更上述放下辅助转矩的增减速度。
根据上述构成,由于具有设置有增益变更器件和增量速度变更器件的至少一方的操作单元,所以能够与对象者的放下作业的动作配合地调整增益或者增量速度的至少一方所以便利。
也可以上述辅助装置还包含设置有动作切换部的操作单元。也可以上述动作切换部构成为切换支援上述放下作业时的上述对象者的动作的放下辅助、和支援上述抬起作业时的对象者的动作的抬起辅助。也可以上述操作单元相对于上述身体安装具以及上述促动器单元独立。也可以上述控制装置构成为在上述放下作业时,在上述动作切换部为上述放下辅助的情况下,求出上述放下辅助转矩,并构成将上述放下辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元。
根据上述构成,能够利用操作单元切换放下辅助、和抬起辅助所以便利。另外,由于利用动作切换器件切换抬起辅助和放下辅助,所以不会在放下作业时错误地进行抬起辅助。
也可以上述辅助装置还包含存储部。也可以上述存储部构成为存储设定了向抬起方向的转矩亦即抬起辅助转矩的多个抬起基准特性。也可以上述控制装置构成为在上述抬起作业时,从存储于上述存储部的多个上述抬起基准特性中选定成为对象的上述抬起基准特性,并基于使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、基于上述前倾角度的变化的角速度相关量、以及选定的上述抬起基准特性,求出上述抬起辅助转矩,并构成为将上述抬起辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元。
根据上述构成,只要将身体安装具至少安装在对象者的腰周围,并将促动器单元安装在身体安装具和对象者的大腿部即可,所以与日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置相比较,向对象者的辅助装置的安装非常容易。另外,由于基于使用角度检测器件检测的前倾角度、基于前倾角度的变化的角速度相关量、以及选定的抬起基准特性,求出向抬起方向的抬起辅助转矩,所以与日本特开2013-173190所记载的安装式动作辅助装置相比较,结构简单,控制也简单。
也可以上述辅助装置还包含转矩检测部,其构成为检测由于上述对象者利用自身的力使上述大腿部相对于上述腰部动作或者使上述腰部相对于上述大腿部动作而从上述对象者输入到上述促动器单元的转矩亦即对象者转矩的变化量亦即对象者转矩变化量。也可以各个上述抬起基准特性与抬起状态对应地设定多个动作状态。也可以上述抬起状态包含基于从上述对象者开始货物的抬起开始的经过时间的假想经过时间、上述前倾角度、上述对象者转矩变化量的至少一个。也可以上述控制装置构成为在上述抬起作业时,基于上述抬起状态对上述抬起基准特性内的各个上述动作状态进行过度,并根据预先设定的计算方法对各个上述动作状态求出上述抬起辅助转矩。
根据上述构成,具有多个动作状态,并根据抬起状态,对动作状态进行过度。而且对各动作状态设定抬起辅助转矩的计算方法,所以能够求出与抬起状态对应的适当的抬起辅助转矩。
也可以在上述辅助装置中,上述控制装置构成为在上述抬起作业时,在当前选定的上述抬起基准特性与上一次选定的上述抬起基准特性不同的情况下,或者,在移至多个上述动作状态中的规定动作状态的情况下,进行缩小规定偏差的切换时转矩偏差缩小修正。也可以上述规定偏差是基于上一次选定的上述抬起基准特性求出的上述抬起辅助转矩与基于当前选定的上述抬起基准特性求出的上述抬起辅助转矩的偏差。
根据上述构成,在选定的抬起基准特性改变的情况下,能够适当地抑制抬起辅助转矩急剧地变化,使抬起辅助转矩的变化为平滑的变化。
也可以在上述辅助装置中,在各个上述抬起基准特性中的上述规定动作状态中,与上述假想经过时间对应地设定上述抬起辅助转矩。也可以上述控制装置构成为在上述抬起作业时,在移至上述规定动作状态的情况下,或者,在当前选定的上述抬起基准特性与上一次选定的上述抬起基准特性不同的情况下,基于当前的假想经过时间、和上一次选定的上述抬起基准特性求出临时抬起辅助转矩,也可以构成为求出当前选定的上述抬起基准特性中成为上述临时抬起辅助转矩的上述假想经过时间亦即转矩偏差缩小假想经过时间,也可以构成为将当前的假想经过时间变更为上述转矩偏差缩小假想经过时间。
根据上述构成,能够比较容易并且简单地实现在选定的抬起基准特性改变的情况下,适当地抑制抬起辅助转矩急剧地变化使抬起辅助转矩的变化平滑。
附图说明
通过参照附图下述的详细的记述,本公开的上述目的以及其它的目的、特征、优点更加明确。其中,
图1是说明辅助装置的整体构成的例子的立体图。
图2是说明相对于图1的辅助装置,变更了护套部的一部分后的辅助装置的整体构成的例子的立体图。
图3是图1所示的辅助装置的分解立体图。
图4是说明图1所示的辅助装置中的身体安装具的外观的例子的立体图。
图5是说明图1所示的辅助装置中的促动器单元的外观的例子的立体图。
图6是说明作为身体安装具的构成要素的机架部的外观的例子的立体图。
图7是说明作为身体安装具的构成要素的腰支撑部的外观的例子的立体图。
图8是说明腰支撑部的结构的例子的展开图。
图9是说明作为身体安装具的构成要素的背包部(以及机架部的一部分)的外观的例子的立体图。
图10是说明将作为身体安装具的构成要素的护套部连接于背包部以及机架部的状态的外观的例子的立体图。
图11是说明护套部的结构的例子的展开图。
图12是图1所示的辅助装置中的(右)促动器单元的立体图。
图13是说明图12所示的(右)促动器单元的其它的例子的立体图。
图14是说明大腿安装部(身体保持部)的周围的结构的立体图。
图15是说明对图14所示的身体保持部追加了膝下带的例子的图。
图16是说明利用图13所示的(右)促动器单元,将大腿安装部(身体保持部)的第三接头部配置在对象者的大腿部的前面的例子的图。
图17是说明利用图13所示的(右)促动器单元,将大腿安装部(身体保持部)的第三接头部配置在成为对象者的大腿部的外侧的侧面的例子的图。
图18是说明利用图13所示的(右)促动器单元,将大腿安装部(身体保持部)的第三接头部配置在对象者的大腿部的背面的例子的图。
图19是说明促动器单元的内部结构的例子的分解立体图。
图20是说明促动器单元的内部结构的例子的剖视图。
图21是说明安装了辅助装置的对象者伸直背肌的直立状态的图。
图22是说明从图21所示的状态开始,对象者成为前倾姿势,而机架部等绕假想转动轴线转动的状态的图。
图23是说明操作单元的外观的例子的图。
图24是说明控制装置的输入输出的图。
图25是说明来自操作单元的动作模式、增益、增量速度的变更(调整)的图。
图26是利用控制装置控制促动器单元的控制框图。
图27是说明基于图26所示的控制框图的处理顺序的整体的流程图。
图28是说明图27所示的流程图中的[S100:调整判定、输入处理、转矩变化量等计算]的处理的详细的流程图。
图29是说明图27所示的流程图中的[S200:动作种类判定]的处理的详细的流程图。
图30是说明图27所示的流程图中的[SD000R:(右)放下]的处理的详细的流程图。
图31是说明对象者的放下作业的样子的图。
图32是说明对象者转矩变化量/辅助量特性的例子的图。
图33是说明前倾角度/放下转矩限制值特性的例子的图。
图34是说明在对象者进行了放下作业时,相对于时间的前倾角度以及放下辅助转矩的变化的样子的图。
图35是说明图27所示的流程图中的[SU000:抬起]的处理的详细的流程图。
图36是说明图35所示的流程图中的[SS000:动作状态判定]的处理的详细的状态过度图。
图37是说明在对象者进行了抬起作业时,相对于动作状态的过度的前倾角度以及抬起辅助转矩的变化的样子的图。
图38是说明图35所示的流程图中的[SS100R:(右)增量速度的切换判定]的处理的详细的流程图。
图39是说明时间/切换下限特性、时间/切换上限特性的例子的图。
图40是说明增量速度/过度时间特性的例子的图。
图41是说明时间/辅助量特性的例子的图。
图42是说明图35所示的流程图中的[SS170R:(右)辅助转矩计算]的处理的详细的流程图。
图43是说明时间/抬起转矩特性、前倾角度/抬起最大转矩特性的例子的图。
图44是说明增益/衰减系数特性的例子的图。
图45是说明辅助比率/转矩衰减率特性的例子的图。
具体实施方式
以下,基于图1~图25,对辅助装置1的整体结构进行说明。辅助装置1例如是在对象者抬起货物时(或者放下货物时)对相对于腰部的大腿部(或者相对于大腿部的腰部)的转动进行辅助,或者在对象者步行时对相对于腰部的大腿部的转动进行辅助的装置。此外,各图中的X轴、Y轴、Z轴相互正交,在从安装了辅助装置的对象者观察时,X轴方向与前方对应,Y轴方向与左方对应,Z轴方向与上方对应。
图1示出辅助装置1的整体的外观。另外图2示出将图1中的右腋带25R和左腋带25L变更为紧贴带25RL后的辅助装置1A的整体的外观。图2所示的辅助装置1A(以及身体安装具2A、护套部20A)相对于图1所示的辅助装置1(以及身体安装具2,护套部20),仅紧贴带25RL不同。因此,在以下对图1所示的辅助装置1进行说明,省略对图2所示的辅助装置1A的说明。另外图3示出图1所示的辅助装置1的分解立体图。
如图3的分解立体图所示,辅助装置1由腰支撑部10、护套部20、机架部30、背包部37、靠垫37G、右促动器单元4R、左促动器单元4L等构成。而且由腰支撑部10、护套部20、机架部30、背包部37、以及靠垫37G构成身体安装具2(参照图4),并由右促动器单元4R、左促动器单元4L构成促动器单元4。另外,辅助装置1具有用于对象者进行动作模式(放下辅助、抬起辅助等)、辅助转矩的增益、辅助转矩的增量速度的调整,或者用于进行调整后的状态等的确认的操作单元R1(所谓的遥控器)、和收容操作单元R1的收容部R1S。
身体安装具2(参照图4)安装于对象者的至少腰周围。右促动器单元4R以及左促动器单元4L(参照图5)安装于身体安装具2、和对象者的大腿部,并对对象者的相对于腰部的大腿部或者对象者的相对于大腿部的腰部的动作进行支援(辅助)。以下,依次对身体安装具2和促动器单元4进行说明。
如图3以及图4所示,身体安装具2具有安装于对象者的腰周围的腰支撑部10、安装于对象者的肩周围以及胸周围的护套部20、连接护套部20的机架部30、安装于机架部30的背包部37以及靠垫37G。机架部30配置在对象者的背部以及腰周围。
如图3以及图6所示,机架部30具有主机架31、右子机架32R、以及左子机架32L等。如图6所示,主机架31具有在上下方向配置了多个带连接孔31H的支承体31SR、31SL、连接部31R(右转动轴部)、以及连接部31L(左转动轴部)。在连接部31R连接有右子机架32R的一端(上端),在连接部31L连接有左子机架32L的一端(上端)。连接部31R是所谓的圆筒减震器,具有同轴地配置的内筒和外筒,在内筒与外筒之间配置有筒状弹性体。而且外筒固定于主机架31,且在内筒固定有右子机架32R的一端(上端)。同样地,连接部31L的外筒固定于主机架31,且在内筒固定有左子机架32L的一端(上端)。由此,右子机架32R能够绕转动轴线31RJ转动,左子机架32L能够绕转动轴线31LJ转动。
另外如图1所示,右子机架32R的下端部连接(固定)于右促动器单元4R的连接部41RS,左子机架32L的下端部连接(固定)于左促动器单元4L的连接部41LS。
如图7以及图8所示,腰支撑部10具有安装于对象者的右半身的腰周围的右腰安装部11R、和安装于对象者的左半身的腰周围的左腰安装部11L。如图8所示,右腰安装部11R和左腰安装部11L利用背面腰带16A、臀部上带16B、以及臀部下带16C连接。
如图1以及图3所示,腰支撑部10具备具有与护套部20的连结部29RS连结的连结环19RS的连结带19R、和具有与护套部20的连结部29LS连结的连结环19LS的连结带19L。另外如图3所示,腰支撑部10在与假想转动轴线15Y交叉的位置具有用于与右促动器单元4R的连结部40RS连接的安装孔15R、和用于与左促动器单元4L的连结部40LS连接的安装孔15L。
另外如图8所示,右腰安装部11R的成为对象者的背面侧的位置形成切口部11RC,分割为右腰部11RA和右臀部11RB。左腰安装部11L的成为对象者的背面侧的位置形成切口部11LC,分割为左腰部11LA和左臀部11LB。
另外如图7以及图8所示,腰支撑部10具有右腰紧固带13RA、腰带保持部件13RB(腰扣),左腰紧固带13LA、腰带保持部件13LB(腰扣)、右骨盆上带17RA,右骨盆下带17RB、左骨盆上带17LA、左骨盆下带17LB、右上带保持部件17RC(右上调节扣)、右下带保持部件17RD(右下调节扣),拉伸部13RAH、左上带保持部件17LC(左上调节扣)、左下带保持部件17LD(左下调节扣)、拉伸部13LAH等用于无偏移地紧贴于对象者的腰周围的能够调整长度的各种带等。
如图3所示,背包部37安装于机架部30的成为上端部的主机架31。而且在主机架31或者背包部37连接有护套部20的右肩带24R、右腋带25R、左肩带24L、以及左腋带25L。
如图9以及图10所示,背包部37具有简单的箱状的形状,并收容控制装置、电源单元、通信器件等。如图9所示,背包部37在主机架31的侧具有靠背部37C。而且靠背部37C固定于主机架31。在主机架31的与对象者的背部侧的两肩对置的位置设置有在上下方向配置了多个带连接孔31H(相当于带连接部)的支承体31SR、31SL。换句话说,带连接孔31H(带连接部)设置多个,以能够根据对象者的体格,调整相对于机架部30的护套部20的高度方向的位置。因此,能够与对象者的体格配合地将护套部20的高度调整到适当的位置。
另外,即使在对象者的上半身向前倾斜的情况下,也能够通过从对象者的肩向腰的方向延长与背部接触的靠垫37G(或者靠背部37C),适当地支承输出辅助转矩的促动器单元(4R、4L)。并且,即使在对象者的上半身向左右倾斜的情况下,靠垫37G(或者靠背部37C)也与对象者的背部的弯曲中心接触,从而能够更适当地支承输出辅助转矩的促动器单元(4R、4L)(支承刚性提高)。
另外,如图10所示,在支承体31SR的任意一个带连接孔31H(带连接部)连接有右肩带24R的带连接部24RS。同样地,如图10所示,在支承体31SL的任意一个带连接孔31H(带连接部)连接有左肩带24L的带连接部24LS。此外,支承体31SR、31SL也可以设置在背包部37。
如图9以及图10所示,在背包部37的下端的左右设置有带连接部37FR、37FL。如图10所示,在带连接部37FR连接有右腋带25R的带连接部25RS。同样地,如图10所示,在带连接部37FL连接有左腋带25L的带连接部25LS。此外,带连接部37FR、37FL也可以设置在主机架31。
如图4所示,护套部20具有安装于对象者的右半身的胸周围的右胸安装部21R、和安装于对象者的左半身的胸周围的左胸安装部21L。右胸安装部21R例如通过粘扣带21F、带扣21B与左胸安装部21L连接,使护套部20向对象者的拆装变得容易。
右胸安装部21R具有与主机架31(或者背包部37)的带连接孔31H连接的右肩带24R以及带连接部24RS、和与背包部37(或者主机架31)的带连接部37FR、37FL连接的右腋带25R以及带连接部25RS。另外,左胸安装部21L具有与主机架31(或者背包部37)连接的左肩带24L以及带连接部24LS、和与背包部37(或者主机架31)连接的左腋带25L以及带连接部25LS。另外如图11所示,右胸安装部21R具有用于与右腰安装部11R连结的连结带29R以及连结部29RS,左胸安装部21L具有用于与左腰安装部11L连结的连结带29L以及连结部29LS。
另外如图10以及图11所示,护套部20具有固定部28R、固定部28L、右肩带23R、右肩带保持部件23RK(右肩调节扣)、左肩带23L、左肩带保持部件23LK(左肩调节扣)、右腋带26R、右腋带保持部件26RK(右腋调节扣)、左腋带26L、以及左腋带保持部件26LK(左腋调节扣)等用于无偏移地紧贴于对象者的胸周围的能够调整长度的各种带等。
图5示出图3所示的右促动器单元4R、和左促动器单元4L的外观。此外,左促动器单元4L与右促动器单元4R左右对称,所以在以下的说明中,对左促动器单元4L省略说明。
如图5所示,右促动器单元4R具有转矩产生部40R、和作为转矩传递部的输出连杆50R。转矩产生部40R具有促动器底座部41R、罩41RB、以及连结底座4AR。如图5所示,输出连杆50R以绕辅助对象身体部(该情况下,是大腿部)的关节(该情况下,是髋关节)转动的方式安装于辅助对象身体部(该情况下,是大腿部)。此外,由转矩产生部40R内的电动马达(促动器)产生经由输出连杆50R对辅助对象身体部的转动进行辅助的辅助转矩。
输出连杆50R具有辅助臂51R(相当于第一连杆)、第二连杆52R、第三连杆53R、以及大腿安装部54R(相当于身体保持部)。辅助臂51R通过合成了由转矩产生部40R内的电动马达产生的辅助转矩、和基于对象者的大腿部的动作的对象者转矩的合成转矩,绕转动轴线40RY转动。在辅助臂51R的前端以能够绕转动轴线51RJ转动的方式连接有第二连杆52R的一端,在第二连杆52R的另一端以能够绕转动轴线52RJ转动的方式连接有第三连杆53R的一端。而且在第三连杆53R的另一端经由第三接头部53RS(该情况下,是球面接头)连接有大腿安装部54R。
接下来使用图5、图12~图18,对右促动器单元4R的连杆机构的详细进行说明。作为连杆机构的例子,对图12所示的输出连杆50R的例子和图13所示的输出连杆50RA的例子进行说明。
图12所示的输出连杆50R构成为分别利用接头部连结辅助臂51R(相当于第一连杆)、第二连杆52R、第三连杆53R、以及大腿安装部54R(相当于身体保持部),所以由多个连结部件构成。此外,图12所示的大腿安装部54R省略图14所示的大腿带55R的记载。
在辅助臂51R的前端利用第一接头部51RS以能够绕转动轴线51RJ转动的方式连结有第二连杆52R的一端。第一接头部51RS是能够使第二连杆52R相对于辅助臂51R绕转动轴线51RJ转动的具有自由度1的连结结构。
在第二连杆52R的另一端利用第二接头部52RS以能够绕转动轴线52RJ转动的方式连结有第三连杆53R的一端。第二接头部52RS是能够使第三连杆53R相对于第二连杆52R绕转动轴线52RJ转动的具有自由度1的连结结构。
第三连杆53R的另一端利用第三接头部53RS(在图14的例子中为球面接头)与大腿安装部54R连结。因此,第三连杆与大腿安装部54R(身体保持部)之间的第三接头部53RS为自由度3的连结结构。根据以上,图12所示的输出连杆50R的自由度的总数为1+1+3=5。
此外,输出连杆50R的自由度的总数只要在3以上即可。例如,如图14所示,也可以将第三接头部53RS构成为大腿安装部54R能够相对于第三连杆53R的另一端绕转动轴线53RJ转动。在图14的例子中,第三接头部53RS是能够使大腿安装部54R相对于第三连杆53R绕转动轴线53RJ转动的具有自由度1的连结结构。因此,该情况下的输出连杆的自由度的总数由于第一接头部51RS的自由度为“1”,第二接头部52RS的自由度为“1”,而成为1+1+1=3。此外,更优选设置限制第二连杆或者第三连杆的转动范围的限位器。
此外,如图14所示,由与第三连杆53R连结并安装于对象者的大腿部的大腿安装部54R、和以绕对象者的大腿部一周的方式设置于大腿安装部54R且能够伸缩的大腿带55R构成身体保持部。大腿带55R由进行伸缩的弹性体形成,且一端侧固定于大腿安装部54R,另一端侧为粘扣带55RM。另外在大腿安装部54R的与大腿带55R的另一端侧对置的位置设置有粘扣带54RM。
另外图14示出由大腿安装部54R以及大腿带55R构成身体保持部的例子,图15示出由大腿安装部54R以及大腿带55R、和膝下带57R构成身体保持部的例子。如图15所示,大腿带55R以绕对象者的膝上部的大腿部一周的方式设置于大腿安装部54R。另外膝下带57R设置为绕对象者的膝下部一周。另外,膝下带57R有与大腿带55R相同的材质形成,且与大腿带55R相同,具有粘扣带而与膝下部紧贴。而且大腿带55R与膝下带57R在对象者的膝盖的内侧,利用从对象者的大腿部向脚部方向延伸的连结部件56R连结。连结部件56R配置在对象者的膝盖的内侧,且为能够随着对象者的膝盖的弯曲伸展而弯曲的材质。这样,大腿带55R紧贴并保持于对象者的膝上侧,膝下带57R紧贴并保持于对象者的膝下侧。
图13所示的输出连杆50RA构成为分别利用接头部连结辅助臂51R(相当于第一连杆)、第二连杆52RA(以及第二接头部52RS)、第三连杆53RA、以及大腿安装部54R(相当于身体保持部),从而由多个连结部件构成。此外,图13所示的大腿安装部54R省略图14所示的大腿带55R的记载。
在辅助臂51R的前端利用第一接头部51RS以能够绕转动轴线51RJ转动的方式连结有第二连杆52RA的端部。第一接头部51RS为能够使第二连杆52RA相对于辅助臂51R绕转动轴线51RJ转动的具有自由度1的连结结构。
第二连杆52RA与第二接头部52RS被一体化,在第二连杆52RA利用第二接头部52RS连结有能够沿着作为长边方向的滑动轴线52RSJ往复滑动的第三连杆53RA的一端侧。第二接头部52RS为能够使第三连杆53RA相对于第二连杆52RA沿着滑动轴线52RSJ滑动的具有自由度1的连结结构。
第三连杆53RA利用第三接头部53RS(在图13的例子中是球面接头)与大腿安装部54R连结。因此,第三连杆53RA与大腿安装部54R(身体保持部)之间的第三接头部53RS为自由度3的连结结构。根据以上,图13所示的输出连杆50RA的自由度的总数为1+1+3=5。
另外自由度的总数只要在3以上即可,所以如图14所示,也可以使第三接头部为自由度1的连结结构以使大腿安装部54R能够绕转动轴线53RJ转动。此外,更优选设置限制第二连杆52RA的转动范围、第三连杆53RA的滑动范围的限位器。
另外,图16~图18是说明在图12所示的连杆机构中,将第三连杆53RA与大腿安装部54R的连结部亦即第三接头部53RS的位置配置在对象者的大腿部的前面的例子(图16)、配置在成为对象者的大腿部的外侧的侧面的例子(图17)、以及配置在对象者的大腿部的背面的例子(图18)的图。第三接头部53RS的位置可以是对象者的大腿部的前面、侧面、背面的任意一个。
接下来,使用图19以及图20,对收容于转矩产生部40R(参照图5)的罩41RB的各部件进行说明。另外图20是图19中的A-A剖视图。如图19以及图20所示,在罩41RB内收容有减速机42R、带轮43RA、传动带43RB、具有凸缘部43RD的带轮43RC、盘簧45R、轴承46R、电动马达47R(促动器)、以及子机架48R等。另外在罩41RB的外侧配置有具有轴部51RA的辅助臂51R。
另外,在促动器单元(4R、4L)的接近机架部30的部分设置促动器驱动用、控制用、通信用的各电缆的取出口33RS、33LS(连接口)。而且,与电缆的取出口33RS、33LS连接的电缆(图示省略)沿着机架部30配置,并与背包部37连接。
此外,如图20所示,转矩产生部40R具有安装搭载了电动马达47R等的子机架48R的促动器底座部41R、安装于促动器底座部41R的一侧的罩41RB、以及安装于促动器底座部41R的另一侧的连结底座4AR。在连结底座4AR设置有能够绕转动轴线40RY转动的连结部40RS。
如图19以及图20所示,检测相对于促动器底座部41R的辅助臂51R的转动角度的输出连杆转动角度检测器件43RS(转动角度传感器等)与减速机42R的增速轴42RB所连接的带轮43RA连接。输出连杆转动角度检测器件43RS例如是编码器或者角度传感器,向控制装置61(参照图24)输出与旋转角度对应的检测信号。另外在电动马达47R设置有能够检测马达轴(相当于输出轴)的旋转角度的马达旋转角度检测器件47RS。马达旋转角度检测器件47RS例如是编码器或者角度传感器,向控制装置61(参照图24)输出与旋转角度对应的检测信号。
如图19所示,在子机架48R形成有固定减速机42R的减速机壳体42RC的贯通孔48RA、和插入电动马达47R的输出轴47RA的贯通孔48RB。辅助臂51R的轴部51RA嵌入减速机42R的减速轴42RA的孔部42RD,减速机42R的减速机壳体42RC固定于子机架48R的贯通孔48RA。由此,辅助臂51R被支承为能够相对于促动器底座部41R绕转动轴线40RY转动,并与成为减速轴42RA一体进行转动。另外,电动马达47R固定于子机架48R,输出轴47RA插入子机架48R的贯通孔48RB。子机架48R通过螺栓等紧固部件,固定于促动器底座部41R的安装部41RH。
如图19所示,在减速机42R的增速轴42RB连接有带轮43RA,在带轮43RA连接有输出连杆转动角度检测器件43RS。而且在输出连杆转动角度检测器件43RS连接有固定于子机架48R的支承部件43RT。由此,输出连杆转动角度检测器件43RS能够检测相对于子机架48R(即,相对于促动器底座部41R)的增速轴42RB的转动角度。并且,由于辅助臂51R的转动角度成为被减速机42R的增速轴42RB增加的转动角度,所以输出连杆转动角度检测器件43RS以及控制装置能够以更高的分辨率检测辅助臂51R的转动角度。通过以更高的分辨率检测输出连杆的转动角度,控制装置能够执行更高精度的控制。此外,辅助臂51R的轴部51RA、减速机42R、带轮43RA、输出连杆转动角度检测器件43RS配置为沿着转动轴线40RY成为同轴。
减速机42R设定减速比n(1<n),在减速轴42RA转动了转动角度θ的情况下,使增速轴42RB转动转动角度nθ。另外减速机42R在增速轴42RB转动了转动角度nθ的情况下,使减速轴42RA转动转动角度θ。在连接了减速机42R的增速轴42RB的带轮43RA、和带轮43RC架设传动带43RB。因此,来自辅助臂51R的对象者转矩经由增速轴42RB传递到带轮43RC,来自电动马达47R的辅助转矩经由盘簧45R和带轮43RC传递到增速轴42RB。
盘簧45R具有弹性常数Ks,具有在中心侧具有内侧端部45RC,且在外周侧具有外侧端部45RA的螺旋形状。盘簧45R的内侧端部45RC嵌入形成在电动马达47R的输出轴47RA的槽部47RB。盘簧45R的外侧端部45RA卷绕为圆筒状,嵌入设置在带轮43RC的凸缘部43RD的传递轴43RE,并被该传递轴43RE支承(带轮43RC使凸缘部43RD和传递轴43RE为一体)。带轮43RC被支承为能够绕转动轴线47RY转动,在成为一体的凸缘部43RD的外周边部的附近设置有向盘簧45R侧突出的传递轴43RE。传递轴43RE嵌入盘簧45R的外侧端部45RA,使外侧端部45RA的位置绕转动轴线47RY移动。另外,在电动马达47R的输出轴47RA与带轮43RC之间设置有轴承46R。换句话说,输出轴47RA并不固定在带轮43RC,而输出轴47RA能够相对于带轮43RC自由地旋转。带轮43RC经由盘簧45R被电动马达47R旋转驱动。利用以上的构成,电动马达47R的输出轴47RA、轴承46R、具有凸缘部43RD的带轮43RC、盘簧45R被配置为沿着转动轴线47RY成为同轴。
盘簧45R积蓄从电动马达47R传递的辅助转矩,并且积蓄通过对象者的大腿部的动作经由辅助臂51R、减速机42R、带轮43RA以及带轮43RC传递的对象者转矩,作为其结果,积蓄合成了辅助转矩和对象者转矩的合成转矩。而且,积蓄于盘簧45R的合成转矩经由带轮43RC以及带轮43RA和减速机42R使辅助臂51R转动。根据以上的构成,电动马达47R的输出轴47RA经由对输出轴47RA的旋转角度进行减量的减速机42R与输出连杆(在图19的情况下,是辅助臂51R)连接。
基于从无负荷状态开始的角度变化量和弹性常数求出积蓄于盘簧45R的合成转矩,例如基于辅助臂51R的转动角度(利用输出连杆转动角度检测器件43RS求出)、电动马达47R的输出轴47RA的旋转角度(利用马达旋转角度检测器件47RS求出)、以及盘簧45R的弹性常数Ks求出。然后从求出的合成转矩提取对象者转矩,并从电动马达输出与该对象者转矩对应的辅助转矩。
另外如图20所示,右促动器单元的转矩产生部40R具有能够绕转动轴线40RY(即假想转动轴线15Y)转动的连结部40RS。而且如图3以及图1所示,连结部40RS经由腰支撑部10的安装孔15R利用螺栓等连结部件连结(固定)。另外,如图3以及图1所示,在右促动器单元4R的连接部41RS连接(固定)有机架部30的右子机架32R的下端部。同样地,左促动器单元的转矩产生部40L的连结部40LS经由腰支撑部10的安装孔15L利用螺栓等连结部件连结(固定),在左促动器单元4L的连接部41LS连接(固定)有机架部30的左子机架32L的下端部。换句话说,在图3中,在右促动器单元4R的转矩产生部40R固定腰支撑部10和机架部30,在左促动器单元4L的转矩产生部40L固定腰支撑部10和机架部30。而且右促动器单元4R、左促动器单元4L以及机架部30成为一体,且能够利用能够绕假想转动轴线15Y转动的连结部40RS、40LS,相对于腰支撑部10转动(参照图21、图22)。
接下来使用图23~图25,对用于对象者容易地调整辅助装置1的辅助状态等的操作单元R1进行说明。如图24所示,操作单元R1利用有线或者无线的通信线路R1T与背包部37(参照图1)内的控制装置61连接。操作单元R1的控制装置R1E能够经由通信器件R1EA与控制装置61进行信息的发送接收,控制装置61能够经由通信器件64与操作单元R1内的控制装置R1E进行信息的发送接收。此外,如图1所示,对象者能够在不进行操作的情况下,例如将操作单元R1收容在设置于护套部20的口袋等收容部R1S(参照图1)。
如图23所示,操作单元R1具有主操作部R1A、增益UP操作部R1BU、增益DOWN操作部R1BD、增量速度UP操作部R1CU、增量速度DOWN操作部R1CD、以及显示部R1D等。此外,增益UP操作部R1BU和增益DOWN操作部R1BD是增益变更部的一个例子,增量速度UP操作部R1CU和增量速度DOWN操作部R1CD是增量速度变更部的一个例子。另外如图24所示,在操作单元R1内具有控制装置R1E、操作单元用电源R1F等。此外,主操作部R1A、增益UP操作部R1BU、增益DOWN操作部R1BD、增量速度UP操作部R1CU、增量速度DOWN操作部R1CD为了防止操作单元R1收容于收容部R1S(参照图1)时的误操作,而优选不从配置的面突出。
主操作部R1A是用于根据来自对象者的操作,进行辅助装置1的辅助控制的开始和停止的开关。另外如图24所示,用于进行辅助装置1本身的(整体)的启动和停止的主电源开关65例如设置于背包部37,若主电源开关65被操作到接通侧,则控制装置61以及控制装置R1E启动,若主电源开关65被操作到断开侧,则停止控制装置61以及控制装置R1E的动作。如图23所示,例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区域R1DB显示有当前的辅助装置的运转状态为接通(运转)开始断开(停止)。
增益UP操作部R1BU是根据来自对象者的操作,增大辅助装置产生的辅助转矩的增益的开关,增益DOWN操作部R1BD是根据来自对象者的操作,减小辅助装置产生的辅助转矩的增益的开关。例如如图25的“操作单元增益”所示,控制装置R1E每次操作增益UP操作部R1BU,都将存储的增益编号增加一个,每次操作增益DOWN操作部R1BD,都将增益编号减少一个。在图25的例子中,示出增益编号为0~3共四个的例子,但并不限定于四个。如图24所示,控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区域R1DC进行与当前的增益编号对应的显示。
此外,在长按压增益UP操作部R1BU例如5[sec]以上的情况下,增益UP操作部R1BU作为动作模式切换开关发挥作用。在长按压了增益UP操作部R1BU的情况下,每次按压增益UP操作部R1BU,则如图25的“操作单元动作模式”所示,动作模式(模式编号)依次切换为“1(放下辅助)”――>“2(自动调整抬起辅助)”――>“3(手动调整抬起辅助)”。该情况下,增益UP操作部R1BU是动作切换部的一个例子。如图23所示,控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区域R1DB进行与当前的动作模式对应的显示。此外,“步行”模式是虽然不能够从增益UP操作部R1BU进行指示,但控制装置61在识别出对象者“步行”的情况下自动地进行切换的动作模式。
增量速度UP操作部R1CU是根据来自对象者的操作,加快辅助装置产生的辅助转矩的增量速度的开关,增量速度DOWN操作部R1CD是根据来自对象者的操作,减慢辅助装置产生的辅助转矩的增量速度的开关。例如如图25的“操作单元增量速度”所示,控制装置R1E每次操作增量速度UP操作部R1CU,都将存储的速度编号增加一个,每次操作增量速度DOWN操作部R1CD,都将速度编号减少一个。在图25的例子中,示出速度编号为-1~4共六个的例子,但并不限定于六个。如图24所示,控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区域R1DD进行与当前的速度编号对应的显示。
而且操作单元R1的控制装置R1E每隔规定时间间隔(例如数[ms]~数100[ms]间隔),或者,每当操作了主操作部R1A、增益UP操作部R1BU、增益DOWN操作部R1BD、增量速度UP操作部R1CU以及增量速度DOWN操作部R1CD的任意一个,经由通信器件R1EA(参照图24)发送操作信息。在操作信息包含有上述的停止指示或者启动指示、模式编号、增益编号、以及速度编号等。
背包部37的控制装置61若接收操作信息,则存储接收的操作信息,并经由通信器件64(参照图24)发送包含表示辅助装置的驱动所使用的电源单元63的电池的状态的电池信息、和表示辅助状态的辅助信息等的响应信息。此外,在响应信息所包含的电池信息包含有电源单元63的余量等,在响应信息所包含的辅助信息例如在辅助装置发现了异常的情况下包含表示异常的内容的错误信息。如图24所示,控制装置R1E例如在操作单元R1的显示部R1D的显示区域R1DA显示电池余量等,在包含了错误信息的情况下,在显示部R1D的任意一个位置显示错误信息。
另外,接收了来自控制装置R1E的操作信息的控制装置61(参照图24)在接收的操作信息包含启动指示的情况下启动辅助装置,在接收的操作信息包含停止指示的情况下停止辅助装置。另外控制装置61例如如图25的“控制装置动作模式”所示,与接收的模式编号对应地存储动作模式。另外控制装置61例如如图25的“控制装置增益”所示,与增益编号对应地存储增益Cp的值(0~3),并与速度编号对应地存储(右)增量速度Cs,R(右用速度编号:-1~4)、(左)增量速度Cs,L(左用速度编号:-1~4)。在以后说明的处理顺序使用上述的动作模式、Cp、Cs,R、Cs,L。
如以上所说明的那样,通过操作单元R1的操作,对象者能够容易地进行用于成为所希望的辅助状态的调整。另外,由于使操作单元R1的显示部R1D显示电池余量、错误信息等,所以对象者能够容易地把握辅助装置的状态。此外,显示于显示部R1D的各种信息的形态并不限定于图23的例子。
如图24所示,控制装置61收容在背包部37内。在图24所示的例子中,在背包部37内收容控制装置61、马达驱动器62、电源单元63等。控制装置61例如具有控制器件66(CPU)、存储部67(储存控制程序等)。另外控制装置61具有后述的调整判定部61A、输入处理部61B、转矩变化量等计算部61C、动作种类判定部61D、选择部61E、放下辅助转矩计算部61F、抬起辅助转矩计算部61G、步行辅助转矩计算部61H、控制指令值计算部61I、以及通信器件64等。马达驱动器62是基于来自控制装置61的控制信号,输出驱动电动马达47R的驱动电流的电子电路。电源单元63例如是锂电池,向控制装置61和马达驱动器62供给电力。另外后述通信器件64的动作等。
在控制装置61输入有来自操作单元R1的操作信息、来自马达旋转角度检测器件47RS的检测信号(与电动马达47R的实际马达轴角度θrM对应的检测信号)、以及来自输出连杆转动角度检测器件43RS的检测信号(与辅助臂51R的实际连杆角度θL对应的检测信号)等。控制装置61基于输入的信号,求出电动马达47R的旋转角度,并向马达驱动器62输出与求出的旋转角度对应的控制信号。
接下来,使用图27所示的流程图、和图26所示的控制模块,对控制装置61的处理顺序进行说明。图26所示的控制模块具有调整判定模块B10、输入处理模块B20、转矩变化量等计算模块B30、动作种类判定模块B40、选择模块B54、放下辅助转矩计算模块B51、抬起辅助转矩计算模块B52、步行辅助转矩计算模块B53、控制指令值计算模块B60、以及切换开关S51、S52等。另外,图26的控制部模块B50是用于放下辅助、抬起辅助及步行辅助的判定和切换的控制模块。在图27所示的流程图说明各模块的处理内容。
图27所示的流程图示出控制(右)促动器单元4R和(左)促动器单元4L的处理顺序。图27所示的处理每隔规定时间间隔(例如数[ms]间隔)启动,若启动该处理则控制装置61使处理进入步骤S010。
在步骤S010中控制装置61执行S100(参照图28)的处理,并使处理进入步骤S020。S100的处理相当于图26所示的调整判定模块B10、输入处理模块B20、转矩变化量等计算模块B30,相当于图24所示的调整判定部61A、输入处理部61B、转矩变化量等计算部61C。此外,后述S100的处理的详细。
在步骤S020中控制装置61执行S200(参照图29)的处理,并使处理进入步骤S030。S200的处理相当于图26所示的动作种类判定模块B40,相当于图24所示的动作种类判定部61D。此外,后述S200的处理的详细。
在步骤S030中控制装置61判定在步骤S020中判定出的动作种类是否是货物抬起/放下作业,在动作种类是货物抬起/放下作业的情况下(是)使处理进入步骤S035,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤S050。
在使处理进入步骤S035的情况下,控制装置61判定步骤S010的动作模式(来自操作单元的动作模式)是否为放下辅助,在动作模式为放下辅助的情况下(是)使处理进入步骤S040R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤S045。步骤S030、S035的处理相当于图26所示的选择模块B54,相当于图24所示的选择部61E。
在使处理进入步骤S040R的情况下,控制装置61执行SD000R(参照图30)的处理,使处理进入步骤S040L。SD000R的处理是求出放下动作时的(右)促动器单元4R的控制指令值的处理,相当于图26所示的放下辅助转矩计算模块B51,相当于图24所示的放下辅助转矩计算部61F。此外,后述SD000R的处理的详细。
在步骤S040L中控制装置61执行SD000L(图示省略)的处理,并使处理进入步骤S060R。SD000L的处理是求出放下动作时的(左)促动器单元4L的控制指令值的处理,相当于图26所示的放下辅助转矩计算模块B51,相当于图24所示的放下辅助转矩计算部61F。此外,SD000L的处理与SD000R相同,所以省略详细的说明。
在使处理进入步骤S045的情况下,控制装置61执行SU000(参照图35)的处理,并使处理进入步骤S060R。SU000的处理是求出抬起动作时的(右)促动器单元4R、(左)促动器单元4L的控制指令值的处理,相当于图26所示的抬起辅助转矩计算模块B52,相当于图24所示的抬起辅助转矩计算部61G。此外,后述SU000的处理的详细。
在使处理进入步骤S050的情况下,控制装置61执行SW000(图示省略)的处理,并使处理进入步骤S060R。SW000的处理是求出步行动作时的(右)促动器单元4R、(左)促动器单元4L的控制指令值的处理,相当于图26所示的步行辅助转矩计算模块B53,相当于图24所示的步行辅助转矩计算部61H。此外,省略SW000的处理的详细。
在步骤S060R中控制装置61基于在SD000R或者SU000或者SW000求出的(右)辅助转矩指令值,对(右)电动马达进行反馈控制,并使处理进入步骤S060L。
在步骤S060L控制装置61基于在SD000L或者SU000或者SW000求出的(左)辅助转矩指令值,对(左)电动马达进行反馈控制,并结束处理。步骤S060R、S060L的处理相当于图26所示的控制指令值计算模块B60,相当于图24所示的控制指令值计算部61I。
接下来使用图28,对图27所示的步骤S010的S100的处理的详细进行说明。在S100的处理中控制装置61基于来自操作单元的信息,对动作模式存储放下辅助、自动调整抬起辅助、手动调整抬起辅助的任意一个(参照图25的“控制装置动作模式”)。另外控制装置61基于来自操作单元的信息,对增益Cp存储0、1、2、3的任意一个(参照图25的“控制装置增益”)。另外控制装置61除了“动作种类=货物抬起/放下作业,并且,动作状态S=1~4的情况”之外,基于来自操作单元的信息,对(右)增量速度Cs,R、(左)增量速度Cs,L存储-1、0、1、2、3、4的任意一个(参照图25的“控制装置增量速度”)。以上相当于图26所示的调整判定模块B10、图24所示的调整判定部61A。
另外控制装置61将更新前的(右)连杆角度θL,R(t)存储为上一次(右)连杆角度θL,R(t-1),并将更新前的(左)连杆角度θL,L(t)存储为上一次(左)连杆角度θL,L(t-1)。另外控制装置61使用(右)促动器单元的输出连杆转动角度检测器件43RS(角度检测部的一个例子,参照图19、图20)检测当前的(右)连杆角度,并存储(更新)(右)连杆角度θL,R(t)。同样地控制装置61使用(左)促动器单元的输出连杆转动角度检测器件(角度检测部的一个例子)检测当前的(左)连杆角度,并存储(更新)(左)连杆角度θL,L(t)。以上相当于图26所示的输入处理模块B20、图24所示的输入处理部61B。此外,(右)连杆角度θL,R(t)是相对于大腿部的腰部的(右)前倾角度(参照图31),(左)连杆角度θL,L(t)是相对于大腿部的腰部的(左)前倾角度(参照图31)。
另外控制装置61利用以下的(式1)求出(右)连杆角度变化量ΔθL,R(t)并进行存储,利用(式2)求出(左)连杆角度变化量ΔθL,L(t)并进行存储。此外,(右)连杆角度变化量ΔθL,R(t)、(左)连杆角度变化量ΔθL,L(t)相当于角速度相关量。而且输出连杆转动角度检测器件43RS是转矩检测部的一个例子。
(右)连杆角度变化量ΔθL,R(t)=(右)连杆角度θL,R(t)-(右)连杆角度θL,R(t-1)…(式1)
(左)连杆角度变化量ΔθL,L(t)=(左)连杆角度θL,L(t)-(左)连杆角度θL,L(t-1)…(式2)
另外控制装置61利用以下的(式3)求出(右)对象者转矩变化量τS,R(t)并进行存储,利用(式4)求出(左)对象者转矩变化量τS,L(t)并进行存储。此外,Ks是盘簧45R的弹性常数。
(右)对象者转矩变化量τS,R(t)=Ks*ΔθL,R(t)…(式3)
(左)对象者转矩变化量τS,L(t)=Ks*ΔθL,L(t)…(式4)
另外,控制装置61利用以下的(式5)求出(右)合成转矩(t)并进行存储,利用(式6)求出(左)合成转矩(t)并进行存储。以上相当于图26所示的转矩变化量等计算模块B30、图24所示的转矩变化量等计算部61C。
(右)合成转矩(t)=Ks*θL,R(t)…(式5)
(左)合成转矩(t)=Ks*θL,L(t)…(式6)
接下来使用图29,对图27所示的步骤S020的S200的处理的详细进行说明。在S200中控制装置61判定对象者的动作种类。判定出的动作种类有“步行”、“货物抬起/放下”。“步行”是对象者的步行动作,“货物抬起/放下”是对象者抬起重物的动作,或者是放下手持的重物的动作。S200的处理相当于图26所示的动作种类判定模块B40、图24所示的动作种类判定部61D。
在S200的处理中控制装置61使处理进入步骤S210。然后在步骤S210中控制装置61判定是否[(右)连杆角度θL,R(t)+(左)连杆角度θL,L(t)]/2在第一动作判定角度θ1以下,并且,(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)小于第一动作判定转矩τ1。控制装置61在[(右)连杆角度θL,R(t)+(左)连杆角度θL,L(t)]/2在第一动作判定角度θ1以下,并且,(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)小于第一动作判定转矩τ1的情况下(是)使处理进入步骤S230A,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤S220。
在使处理进入步骤S220的情况下,控制装置61判定(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)是否在第二动作判定转矩τ2以上,在(右)合成转矩(t)*(左)合成转矩(t)在第二动作判定转矩τ2以上的情况下(是)使处理进入步骤S230B,在不是这样的情况下(否)结束S200的处理并返回(使处理进入图27的步骤S030)。
在使处理进入步骤S230A的情况下,控制装置61对动作种类存储“步行”结束S200的处理并返回(使处理进入图27的步骤S030)。
在使处理进入步骤S230B的情况下,控制装置61对动作种类存储“货物抬起/放下作业”结束S200的处理并返回(使处理进入图27的步骤S030)。
接下来使用图30,对图27所示的步骤S040R的SD000R的处理的详细进行说明。在SD000R中控制装置61计算为了支援对象者的放下作业,而使辅助装置产生的(右)放下辅助转矩。此外,虽然SD000R的处理示出计算使(右)促动器单元4R(参照图1)产生的(右)放下辅助转矩的处理顺序,但由于计算使(左)促动器单元4L(参照图1)产生的(左)放下辅助转矩的SD000L(参照图27)的处理顺序相同所以省略说明。此外,如图31所示,在对象者放下手持的货物的放下作业中,(右)连杆角度θL,R(t)、(左)连杆角度θL,L(t)是相对于大腿部的腰部的前倾角度。另外,相对于对象者在抬起方向(图31中的“辅助转矩”的方向)产生支援对象者的向放下方向(图31中的“对象者转矩”的方向)的作业的放下辅助转矩。另外,在以下的说明中,将抬起方向的转矩的符号设为-(负),并将放下方向的转矩的符号设为+(正)进行说明。
在SD000R的处理中控制装置61使处理进入步骤SD010R。然后在步骤SD010R中控制装置61判定(右)连杆角度θL,R(t)是否在第一放下角度θd1以下,在(右)连杆角度θL,R(t)在第一放下角度θd1以下的情况下(是)使处理进入步骤SD015R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SD020R。例如在第一放下角度θd1是10[°]左右的前倾角度,且θL,R(t)≤θd1的情况下,控制装置61判定为放下开始,或者放下结束。
在使处理进入步骤SD015R的情况下,控制装置61将(右)累计辅助量初始化(复位至零),并使处理进入步骤SD020R。
在使处理进入步骤SD020R的情况下,控制装置61基于(右)增量速度Cs,R、(右)对象者转矩变化量τS,R(t)、以及对象者转矩变化量/辅助量特性(图32),计算(右)辅助量并使处理进入步骤SD025R。如图32所示,例如在(右)增量速度Cs,R=1,(右)对象者转矩变化量τS,R(t)=τ11的情况下,使用Cs=1的f11(x)的特性,与τ11对应的τd1成为求出的(右)辅助量。
在步骤SD025R中控制装置61对(右)累计辅助量加上在步骤SD020R中求出的(右)辅助量(换句话说,对求出的(右)辅助量进行累计)并使处理进入步骤SD030R。
在步骤SD030R中控制装置61基于增益Cp、(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)、以及前倾角度/放下转矩限制值特性(参照图33),计算(右)放下转矩限制值并使处理进入步骤SD035R。如图33所示,例如在增益Cp=1,(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)=θ11的情况下,使用Cp=1的f21(x)的特性,与θ11对应的τmax1成为求出的(右)放下转矩限制值。
在步骤SD035R中控制装置61判定|(右)累计辅助量|是否在|(右)放下转矩限制值|以下,在|(右)累计辅助量|在|(右)放下转矩限制值|以下的情况下(是)使处理进入步骤SD040R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SD045R。
在使处理进入步骤SD040R的情况下,控制装置61将(右)累计辅助量存储为(右)放下辅助转矩(即,(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。
在使处理进入步骤SD045R的情况下,控制装置61将(右)放下转矩限制值存储为(右)放下辅助转矩(即,(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。
利用上述的步骤SD035R、SD040R、SD045R,控制装置61使|(右)累计辅助量|和|(右)放下转矩限制值|的较小的一方成为(右)放下辅助转矩。
在以上的处理中,与放下作业时的前倾角度对应的放下辅助转矩的情况如图34所示。图34所示的例子示出在时间0对象者以直立状态手持货物,逐渐增大前倾角度并且在时间T1完成货物的放下,到时间T2为止维持前倾状态,并逐渐减小前倾角度并且返回到直立状态的情况。该情况下,向抬起方向(图34中的-(负)侧)的放下辅助转矩如图34所示,能够降低对象者的腰部的负荷,适当地辅助放下作业。
此外,在对象者使前倾动作停止而前倾角度的变化停止(ΔθL,R(t)=0,ΔθL,L(t)=0)的情况下(在图34的例子中,是时间T1~时间T2的期间),或者在对象者从前倾状态开始逐渐减小前倾角度的直立动作(在图34的例子中,是时间T2~时间T3的期间)中的情况下,由于对象者转矩变化量成为零或者相反方向,所以根据对象者转矩变化量/辅助量特性(参照图32)求出的辅助量为零。换句话说,在该情况下,控制装置61停止累计辅助量的更新并保持,并基于保持的累计辅助量、和放下转矩限制值,求出(右)放下辅助转矩((右)辅助转矩指令值)。
接下来使用图35,对图27所示的步骤S045的SU000的处理的详细进行说明。在SU000中控制装置61计算为了支援对象者的抬起作业,而使辅助装置产生的抬起辅助转矩。此外,在对象者抬起货物的抬起作业中,(右)连杆角度θL,R(t)、(左)连杆角度θL,L(t)(参照图31)是相对于大腿部的腰部的前倾角度。另外,相对于对象者在抬起方向(图31中的“辅助转矩”的方向)产生支援对象者的向抬起方向的作业的抬起辅助转矩。另外,在以后的说明中,将抬起方向的转矩的符号设为-(负),并将放下方向的转矩的符号设为+(正)进行说明。
在SU000的处理中控制装置61使处理进入步骤SU010。然后在步骤SU010中控制装置61执行SS000(参照图36)的处理,并使处理进入步骤SU015。此外,SS000的处理在如图36的状态过度图所示,将从抬起开始到抬起结束为止的抬起动作的整体分割为动作状态S=0~5的情况下,是判定当前的动作状态S的处理,后述详细。
在步骤SU015中控制装置61判定是否是动作状态S从0移至1的时刻,在是动作状态S从0移至1的时刻的情况下(是)使处理进入步骤SU020,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU030。
在使处理进入步骤SU020的情况下,控制装置61将0(零)代入(右)假想经过时间tmap,R(t)、(左)假想经过时间tmap,L(t),并将0(零)代入(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))、(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t))。其后,控制装置61使处理进入步骤SU030。
在使处理进入步骤SU030的情况下,控制装置61判定在步骤SU020判定出的动作状态S是否为1,在动作状态S为1的情况下(是)使处理进入步骤SU031,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU040。
在使处理进入步骤SU031的情况下,控制装置61对(右)假想经过时间tmap,R(t)加上任务周期(例如,在每隔2[ms]启动图27所示的处理的情况下,加上2[ms]),对(左)假想经过时间tmap,L(t)加上任务周期,并使处理进入步骤SU032。(右)假想经过时间tmap,R(t)、(左)假想经过时间tmap,L(t)表示从动作状态S=1开始的(假想的)经过时间。
在步骤SU032中控制装置61判定动作模式是否为“自动调整抬起辅助”,在动作模式为“自动调整抬起辅助”的情况下(是)使处理进入步骤SU033R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU034。
在使处理进入步骤SU033R的情况下,控制装置61执行SS100R(参照图38)的处理,并使处理进入步骤SU033L。此外,SS100R的处理(参照图38)是变更或者维持(右)增量速度Cs,R、和(右)假想经过时间tmap,R(t)的处理,对于变更或者维持(左)增量速度Cs,L、和(左)假想经过时间tmap,L(t)的处理亦即SS100L的处理来说相同所以省略说明。在步骤SU033L中控制装置61执行SS100L的处理,并使处理进入步骤SU034。此外,后述步骤SS100R的处理的详细。
在步骤SU034中控制装置61判定(右)增量速度Cs,R与(左)增量速度Cs,L是否相等,在(右)增量速度Cs,R与(左)增量速度Cs,L相等的情况下(是)使处理进入步骤SU037R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU035。
在使处理进入步骤SU035的情况下,控制装置61判定是否(右)增量速度Cs,R比(左)增量速度Cs,L大,在(右)增量速度Cs,R比(左)增量速度Cs,L大的情况下(是)使处理进入步骤SU036A,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU036B。
在使处理进入步骤SU036A的情况下,控制装置61将(右)增量速度Cs,R代入(左)增量速度Cs,L并使处理进入步骤SU037R。
在使处理进入步骤SU036B的情况下,控制装置61将(左)增量速度Cs,L代入(右)增量速度Cs,R并使处理进入步骤SU037R。
在使处理进入步骤SU037R的情况下,控制装置61执行SS170R(参照图42)的处理,并使处理进入步骤SU037L。此外,SS170R的处理(参照图42)是求出动作状态S=1的情况下的(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))的处理,对于求出动作状态S=1的情况下的(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t))的处理亦即SS170L的处理来说相同所以省略说明。在步骤SU037L中控制装置61执行SS170L的处理,结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。此外,后述步骤SS170R的处理的详细。
在使处理进入步骤SU040的情况下,控制装置61判定在步骤SU020判定出的动作状态S是否为2,在动作状态S为2的情况下(是)使处理进入步骤SU041,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU050。
在使处理进入步骤SU041的情况下,控制装置61判定(上一次)动作状态S是否为1,在(上一次)动作状态S为1的情况下(是)使处理进入步骤SU042,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU047。
在使处理进入步骤SU042的情况下,控制装置61将0(零)代入(右)假想经过时间tmap,R(t)、(左)假想经过时间tmap,L(t)并使处理进入步骤SU047。步骤SU042的处理是在动作状态S过度为1――>2的情况下执行的处理。
在使处理进入步骤SU047的情况下,控制装置61基于增益Cp、和时间/抬起转矩特性(参照图43),求出与增益Cp对应的|最大值|,将求出的最大值代入(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))、(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t))并结束处理进行返回(使处理进入图27的步骤S060R)。例如,在增益Cp=1的情况下,使用图43的Cp=1的f42(x)的特性,该|f42(x)|的最大值亦即τmax11为求出的最大值。如图43所示,根据增益Cp准备时间/抬起转矩特性(抬起基准特性之一),控制装置61根据增益Cp变更抬起基准特性。
在使处理进入步骤SU050的情况下,控制装置61判定在步骤SU020判定出的动作状态S是否为3,在动作状态S为3的情况下(是)使处理进入步骤SU051,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU060。
在使处理进入步骤SU051的情况下,控制装置61基于增益Cp、和时间/抬起转矩特性(参照图43),求出与增益Cp对应的最大值,将求出的最大值代入(临时)(右)抬起辅助转矩((临时)τs,cmd,R(t))、(临时)(左)抬起辅助转矩((临时)τs,cmd,L(t))并使处理进入步骤SU057。例如,在增益Cp=1的情况下,使用图43的Cp=1的f42(x)的特性,该|f42(x)|的最大值亦即τmax11为求出的最大值。
在步骤S057中控制装置61基于增益Cp、(右)对象者转矩变化量τS,R(t)、以及辅助比率/转矩衰减率特性(参照图45),求出(右)转矩衰减率τd,R。同样地控制装置61基于增益Cp、(左)对象者转矩变化量τS,L(t)、以及辅助比率/转矩衰减率特性(参照图45),求出(左)转矩衰减率τd,L。然后控制装置61利用以下的(式7)求出(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)并存储,利用以下的(式8)求出(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)并存储。然后控制装置61结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。
(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)=(临时)τs,cmd,R(t)*(右)转矩衰减率τd,R…(式7)
(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)=(临时)τs,cmd,L(t)*(左)转矩衰减率τd,L…(式8)
例如,在增益Cp=1的情况下,控制装置61基于图44所示的增益/衰减系数特性,求出衰减系数τs,map,thre=Tb2。然后控制装置61利用下述的(式9),计算(右)辅助比率,并利用(式10),计算(左)辅助比率。
(右)辅助比率=[τs,map,thre-(右)对象者转矩变化量τS,R(t)]/τs,map,thre…(式9)
(左)辅助比率=[τs,map,thre-(左)对象者转矩变化量τS,L(t)]/τs,map,thre…(式10)
然后控制装置61基于(右)辅助比率、和辅助比率/转矩衰减率特性(参照图45),求出(右)转矩衰减率τd,R,并基于(左)辅助比率、和辅助比率/转矩衰减率特性(参照图45),求出(左)转矩衰减率τd,L。然后控制装置61将(临时)τs,cmd,R(t)*(右)转矩衰减率τd,R存储为(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)),并将(临时)τs,cmd,L(t)*(左)转矩衰减率τd,L存储为(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t))。
在使处理进入步骤SU060的情况下,控制装置61判定在步骤SU020判定出的动作状态S是否为4,在动作状态S为4的情况下(是)使处理进入步骤SU061,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SU077。
在使处理进入步骤SU061的情况下,控制装置61对(右)假想经过时间tmap,R(t)加上任务周期(例如,在每隔2[ms]启动图27所示的处理的情况下,加上2[ms]),对(左)假想经过时间tmap,L(t)加上任务周期,并使处理进入步骤SU062。(右)假想经过时间tmap,R(t)、(左)假想经过时间tmap,L(t)表示从动作状态S=4开始的(假想的)经过时间。
在步骤SU062中控制装置61将当前的τs,cmd,R(t)代入(上一次)τs,cmd,R(t-1),将当前的τs,cmd,L(t)代入(上一次)τs,cmd,L(t-1)并使处理进入步骤SU067。
在步骤SU067中控制装置61利用以下的(式11)求出(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)并存储,利用(式12)求出(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)并存储。此外,衰减系数K1是预先设定的系数,例如设定为0.9。然后控制装置61结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。
(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)=K1*(上一次)τs,cmd,R(t-1)…(式11)
(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)=K1*(上一次)τs,cmd,L(t-1)…(式12)
在使处理进入步骤SU077的情况下,控制装置61利用以下的(式13)求出(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)并存储,利用(式14)求出(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)并存储。然后控制装置61结束处理并返回(使处理进入图27的步骤S060R)。
(右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t)=0…(式13)
(左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t)=0…(式14)
如以上所说明的那样,在抬起作业时,控制装置61根据抬起状态使动作状态S从0依次移至5,并根据与各个动作状态S对应地预先设定的计算方法,求出(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))、(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值τs,cmd,L(t))。
接下来使用图36,对图35所示的步骤SU020的SS000的处理的详细进行说明。在SS000中控制装置61判定对象者的抬起作业中的抬起状态所对应的动作状态S=0~5。如图37所示,动作状态S的概略是对象者从直立状态开始前倾(前作业的前倾结束的状态),开始抬起动作的时刻亦即动作状态S=0、在开始抬起动作之后移至的动作状态S=1、货物的抬起动作状态S=2、逐渐减小前倾角度的动作状态S=3、4、以及完成货物的抬起成为直立状态的动作状态S=5。与包含(右)假想经过时间tmap,R(t)、(左)假想经过时间tmap,L(t)、(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)、(左)连杆角度(前倾角度)θL,L(t)、(右)对象者转矩变化量τS,R(t)、(左)对象者转矩变化量τS,L(t)的至少一个的抬起状态对应地设定动作状态S。
以下,使用图36所示的状态过度图,对动作状态S的判定顺序进行说明。如图36所示,在开始了抬起的事件ev00,控制装置61判定为动作状态S为0。此外,对于是否开始了抬起的判定来说,能够基于(右)连杆角度θL,R(t)、(左)连杆角度θL,L(t)、(右)连杆角度变化量ΔθL,R(t)、(左)连杆角度变化量ΔθL,L(t)、(右)对象者转矩变化量τS,R(t)、(左)对象者转矩变化量τS,L(t)等进行判定。在动作状态S=0的情况下,控制装置61若检测到事件ev01,则使动作状态S从0移至1。此外,事件ev01是“一直”,如图35的步骤SU015所示,控制装置61在动作状态S=0之后,无条件地使动作状态S=1。
控制装置61若在动作状态S=1的情况下,检测到事件ev12,则使动作状态S从1移至2。此外,控制装置61在未检测到事件ev12的情况下,维持动作状态S=1。例如在(右)假想经过时间tmap,R(t)≥(右)tmap,thre1成立时,或者,在(左)假想经过时间tmap,L(t)≥(左)tmap,thre1成立时,或者,在(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)、(左)连杆角度(前倾角度)θL,L(t)的任意一个成为接近抬起作业的结束的前倾角度时,为事件ev12成立时。此外,基于(右)增量速度Cs,R、和增量速度/过度时间特性(参照图40)决定(右)tmap,thre1,并基于(左)增量速度Cs,L、和增量速度/过度时间特性(参照图40)决定(左)tmap,thre1。
控制装置61若在动作状态S=2的情况下,检测到事件ev23,则使动作状态S从2移至3。此外,控制装置61在未检测到事件ev23的情况下,维持动作状态S=2。例如在(右)对象者转矩变化量τS,R(t)或者(左)对象者转矩变化量τS,L(t)接近抬起作业的结束相对地变弱时,或者,在(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)或者(左)连杆角度(前倾角度)θL,L(t)成为接近抬起作业的结束的前倾角度时,为事件ev23成立时。
控制装置61若在动作状态S=3的情况下,检测到事件ev34,则使动作状态S从3移至4。此外,控制装置61在未检测到事件ev34的情况下,维持动作状态S=3。例如在(右)对象者转矩变化量τS,R(t)≥τs,map,thre,或者,(左)对象者转矩变化量τS,L(t)≥τs,map,thre,或者,(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)或者(左)连杆角度(前倾角度)θL,L(t)成为接近抬起作业的结束的前倾角度时,为事件ev34成立时。此外,基于增益Cp、和增益/衰减系数特性(参照图44)决定τs,map,thre。
控制装置61若在动作状态S=4的情况下,检测到事件ev45,则使动作状态S从4移至5。此外,控制装置61在未检测到事件ev45的情况下,维持动作状态S=4。例如(右)假想经过时间tmap,R(t)≥状态判时刻间t41(例如,0.15[sec]程度),或者,(左)假想经过时间tmap,L(t)≥状态判时刻间t41(例如,0.15[sec]程度)是事件ev45成立时。
控制装置61若在动作状态S=5的情况下,检测到事件ev50,则使动作状态S从5移至0。此外,控制装置61在未检测到事件ev50的情况下,维持动作状态S=5。事件ev50是抬起作业的开始,在抬起作业结束后,返回到S=0。
接下来使用图38,对图35所示的步骤SU033R的SS100R的处理的详细进行说明。在SS100R中控制装置61根据对象者的抬起动作,自动地将(右)增量速度Cs,R切换为-1~4中的适当的值。此外,SS100R的处理示出自动地切换(右)增量速度Cs,R的处理顺序,对于自动地切换(左)增量速度Cs,L的SS100L(参照图35)的处理顺序来说相同所以省略说明。
在SS100R的处理中控制装置61使处理进入步骤SS110R。然后在步骤SS110R中控制装置61将当前的(右)增量速度Cs,R存储为上一次Cs,R并使处理进入步骤SS115R。
在步骤SS115R中控制装置61判定切换停止计数器是否为启动中,在切换停止计数器为启动中的情况下(是)使处理进入步骤SS120R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SS125R。此外,切换停止计数器是在步骤SS140R、SS145R中,在切换(变更)了(右)增量速度Cs,R时启动的计数器。
在使处理进入步骤SS120R的情况下,控制装置61判定切换停止计数器是否在切换待机时间以上,在切换停止计数器在切换待机时间以上的情况下(是)使处理进入步骤SS125R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SS150R。
在使处理进入步骤SS125R的情况下,控制装置61基于抬起经过时间tup(t)、和时间/切换下限特性(参照图39),求出与当前的抬起经过时间tup(t)对应的切换下限τs,mas1(t)。另外控制装置61基于当前的(右)增量速度Cs,R、抬起经过时间tup(t)、以及时间切换上限特性(参照图39),求出与当前的抬起经过时间tup(t)对应的切换上限τs,mas2(t)。此外,抬起经过时间tup(t)是从开始了抬起(动作状态S从0――>1)的时刻开始的经过时间。然后控制装置61使处理进入步骤SS130R。另外图39所示的例子示出在时间T1(在P1的位置)成为|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|>|切换上限τs,mas2(t)|的状态,以及,在时间T3(在P2的位置))成为|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|<|切换上限τs,mas1(t)|的状态的例子。
在步骤SS130R中控制装置61判定是否|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|小于|切换下限τs,mas1(t)|,在|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|小于|切换下限τs,mas1(t)|的情况下(是)使处理进入步骤SS145R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SS135R。
在使处理进入步骤SS135R的情况下,控制装置61判定是否|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|比|切换上限τs,mas2(t)|大,在|(右)对象者转矩变化量τS,R(t)|比|切换上限τs,mas2(t)|大的情况下(是)使处理进入步骤SS140R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SS150R。
在使处理进入步骤SS140R的情况下,控制装置61使(右)增量速度Cs,R的值增加1(但是,限制为最大值=4),并启动切换停止计数器,并使处理进入步骤SS150R。
在使处理进入步骤SS145R的情况下,控制装置61使(右)增量速度Cs,R的值减少1(但是,限制为最小值=-1),并启动切换停止计数器,并使处理进入步骤SS150R。
在使处理进入步骤SS150R的情况下,控制装置61基于(右)增量速度Cs,R、和增量速度/过度时间特性(参照图40),求出(右)tmap,thre1,并使处理进入步骤SS155R。此外,(右)tmap,thre1使用于动作状态的判定(动作状态过度为1――>2的判定)等。
在步骤SS155R中控制装置61判定这次的(当前的)(右)增量速度Cs,R是否与上一次Cs,R(参照步骤SS110R)相等,在相等的情况下(是)结束处理并返回(返回到图35的步骤SU033L),在不相等的情况下(否)使处理进入步骤SS160R。
在使处理进入步骤SS160R的情况下,控制装置61基于上一次Cs,R、(右)假想经过时间tmap,R(t)、时间/辅助量特性(参照图41)、增益Cp、以及时间/抬起转矩特性(参照图43),计算临时抬起辅助转矩A1(t)。例如控制装置61在上一次Cs,R=3的情况下,如图41所示,根据与Cs,R=3对应的f33(x)和(右)假想经过时间tmap,R(t)计算临时抬起辅助转矩A1(t)。如图41所示,根据(右)增量速度Cs,R、(左)增量速度Cs,L准备时间/辅助量特性(抬起基准特性之一),控制装置61根据(右)增量速度Cs,R、(左)增量速度Cs,L变更抬起基准特性。
然后控制装置61基于这次的(当前的)(右)增量速度Cs,R、时间/辅助量特性(参照图41)、增益Cp、以及时间/抬起转矩特性(参照图43),计算成为临时抬起辅助转矩A1(t)的转矩偏差缩小假想经过时间tmap,R(s),并将计算出的转矩偏差缩小假想经过时间tmap,R(s)代入(右)假想经过时间tmap,R(t)(重写)。例如控制装置61在这次的(当前的)(右)增量速度Cs,R=4的情况下,如图41所示,根据与Cs,R=4对应的f34(x)和临时抬起辅助转矩A1(t)计算转矩偏差缩小假想经过时间tmap,R(s),并将转矩偏差缩小假想经过时间tmap,R(s)代入(右)假想经过时间tmap,R(t)。然后控制装置61结束处理并返回(返回到图35的步骤SU033L)。(右)假想经过时间tmap,R(t)的重写相当于在移至规定动作状态S的情况下(该情况下,是移至动作状态S=1的情况),缩小基于上述选定的抬起基准特性(与上一次的(右)增量速度Cs,R对应的时间/辅助量特性(参照图41))求出的抬起辅助转矩(临时抬起辅助转矩A1(t))与当前选定的抬起基准特性(与这次(当前)的(右)增量速度Cs,R对应的时间/辅助量特性(图41参照))的偏差的切换时转矩偏差缩小修正。
在以上的说明中,时间/辅助量特性(参照图41)、时间/抬起转矩特性以及前倾角度/抬起最大转矩特性(参照图43)相当于设定了向抬起方向的转矩以及抬起辅助转矩的多个抬起基准特性。而且控制装置61选定适当的抬起基准特性,基于选定的抬起基准特性求出抬起辅助转矩,并将求出的抬起辅助转矩作为辅助转矩,基于辅助转矩驱动促动器单元。
接下来使用图42,对图35所示的步骤SU037R的SS170R的处理的详细进行说明。在SS170R中控制装置61求出(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值)τs,cmd,R(t)。此外,虽然SS170R的处理示出求出(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值)τs,cmd,R(t)的处理顺序,但对于求出(左)抬起辅助转矩((左)辅助转矩指令值)τs,cmd,L(t)的SS170L(参照图35)处理顺序来说相同所以省略说明。
在SS170R的处理中控制装置61使处理进入步骤SS175R。然后在步骤SS175R中控制装置61基于这次的(当前的)(右)增量速度Cs,R、(右)假想经过时间tmap,R(t)、增益Cp、时间/辅助量特性(参照图41)、以及时间/抬起转矩特性(参照图43),计算(临时)τs,cmd,R(t),并使处理进入步骤SS177R。例如控制装置61在这次的(当前的)(右)增量速度Cs,R=3的情况下,如图41所示,将根据与Cs,R=3对应的f33(x)和(右)假想经过时间tmap,R(t)求出的辅助转矩A1(t)存储为(临时)τs,cmd,R(t)。
在步骤SS177R中控制装置61基于前倾角度、和前倾角度/抬起最大转矩特性(参照图43),计算(右)转矩上限值τs,max,R(t),并使处理进入步骤SS180R。例如控制装置61将根据图43所示的前倾角度/抬起最大转矩特性和(右)连杆角度(前倾角度)θL,R(t)求出的抬起最大转矩B1(t)存储为(右)转矩上限值τs,max,R(t)。为了使抬起转矩在前倾角度较小时不过于增大而根据“前倾角度/抬起最大转矩特性”限制转矩值。
在步骤SS180R中控制装置61判定是否|(临时)τs,cmd,R(t)|比|(右)转矩上限值τs,max,R(t)|大,在比其大的情况下(是)使处理进入步骤SS185R,在不是这样的情况下(否)使处理进入步骤SS187R。
在使处理进入步骤SS185R的情况下,控制装置61在(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))存储(右)转矩上限值τs,max,R(t),结束处理并返回(返回到图35的步骤SU037L)。
在使处理进入步骤SS187R的情况下,控制装置61在(右)抬起辅助转矩((右)辅助转矩指令值τs,cmd,R(t))存储(临时)τs,cmd,R(t),结束处理并返回(返回到图35的步骤SU037L)。
以上,在本实施方式中说明的辅助装置1为简单的构成且向对象者的安装较容易。另外,对放下作业的辅助控制、对抬起作业的辅助控制成为简单的控制,能够适当地辅助货物的抬起作业、货物的放下作业。另外,在本实施方式中说明的辅助装置1也可以仅进行对放下作业的辅助控制,或者仅进行对抬起作业的辅助控制。
本发明的辅助装置的结构、构成、形状、外观、处理顺序等能够在不变更本发明的主旨的范围内进行各种变更、追加、删除。例如,控制装置的处理顺序并不限定于在本实施方式中说明的流程图等。另外,在本实施方式的说明中,对使用了盘簧45R(参照图19)的例子进行了说明,但也可以代替盘簧而使用扭簧(torsionbar或者torsionbarspring)。
在本实施方式中说明的辅助装置1中,对使用调节扣或者带扣,作为将带保持为紧固的状态的带保持部件的例子进行了说明。而且,对利用带扣进行带等的连接和解放的例子进行了说明,但也可以利用与带扣不同的带保持部件进行带等的连接和解放。另外,虽然通过使带通过调节扣,来使拉伸的带不松弛,但也可以使用调节扣以外的带保持部件。另外,也可以使用具有调节扣和带扣双方的功能的带保持部件。
在本实施方式的说明中,对在操作单元R1具有增益UP操作部R1BU以及增益DOWN操作部R1BD、和增量速度UP操作部R1CU以及增量速度DOWN操作部R1CD双方的例子进行了说明。但是,也可以构成为仅具有增益UP操作部R1BU以及增益DOWN操作部R1BD、和增量速度UP操作部R1CU以及增量速度DOWN操作部R1CD的至少一方。
在本实施方式中说明的辅助装置1对能够从操作单元R1变更动作模式、增益、增量速度等的例子进行了说明,但也可以在控制装置61设置(利用无线或者有线进行通信的)通信器件64(参照图24),且能够利用来自智能手机等的通信进行变更。另外,也可以在控制装置61具备(利用无线或者有线进行通信的)通信器件64(参照图24),由控制装置61收集各种数据,并在规定时刻(一直、恒定时间间隔、辅助动作的结束后等)将收集的数据发送给解析系统。例如收集的数据具有对象者信息和辅助信息。对象者信息例如包含对象者转矩、对象者的姿势等,是与对象者有关的信息。辅助信息例如包含辅助转矩、电动马达(促动器)的旋转角度(图24中的实际马达轴角度θrM)、输出连杆转动角度(图24中的实际连杆角度θL)、动作模式、增益、增量速度等,是与左右的促动器单元的输入输出有关的信息。另外解析系统是与辅助装置独立地准备的系统,例如是利用网络(LAN)连接的外部的个人计算机、服务器、PLC(ProgrammableLogicController:可编程逻辑控制器)、CNC(ComputerizedNumericalControl:计算机数字控制)装置等的嵌入式系统。而且也可以利用解析系统,解析(计算)辅助装置1固有(即,对象者固有)的最佳的设定值(增益、增量速度等的最佳值),并将包含解析结果(计算出的结果)亦即最佳的设定值的解析信息发送给辅助装置1的控制装置61(通信器件64)。通过在解析系统解析对象者的动作、辅助力等,能够输出考虑了作业的种类(反复、抬起高度等)、对象者的能力的最佳的辅助转矩。然后左右的促动器单元基于从解析系统接收的解析信息(例如,增益、增量速度),调整自身的动作(例如,将增益、增量速度变更为接收的增益、增量速度)。
Claims (10)
1.一种辅助装置,其特征在于,具备:
身体安装具(2),其安装于对象者的至少腰周围;
促动器单元(4),其安装于上述身体安装具(2)以及上述对象者的大腿部,上述促动器单元(4)构成为产生支援上述大腿部的相对于上述对象者的腰部的动作或者上述腰部的相对于上述对象者的上述大腿部的动作的辅助转矩;
角度检测部,其构成为检测上述腰部的相对于上述对象者的上述大腿部的前倾角度;以及
控制装置(61),其构成为控制上述促动器单元(4),
上述控制装置(61)构成为实施第一控制和第二控制中的至少一方的控制,
上述第一控制在抬起作业时,基于使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、基于上述前倾角度的变化的角速度相关量、以及“抬起基准特性”,求出上述抬起辅助转矩,将上述抬起辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元(4),上述抬起作业是上述对象者在逐渐减小上述前倾角度的同时抬起在前倾状态下手持的货物的作业,
上述第二控制在放下作业时,基于使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、和基于上述前倾角度的变化的角速度相关量,求出作为向上述抬起方向的转矩的放下辅助转矩,将求出的上述放下辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元(4),上述放下作业是上述对象者在逐渐增大上述前倾角度的同时向作为与抬起方向相反侧的放下方向放下手持的货物的作业。
2.根据权利要求1所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备转矩检测部,该转矩检测部构成为检测由于上述对象者利用自身的力使上述大腿部相对于上述腰部动作或者使上述腰部相对于上述大腿部动作而从上述对象者输入到上述促动器单元(4)的转矩亦即对象者转矩的变化量亦即对象者转矩变化量,
上述控制装置(61)构成为在上述放下作业时,在对象者从直立状态逐渐增大上述前倾角度的前倾动作的过程中的情况下,以规定时间间隔,使用上述转矩检测部基于检测的上述角速度相关量,检测上述对象者转矩变化量,
上述控制装置(61)构成为求出与上述对象者转矩变化量对应的辅助量,并构成为基于累计了上述辅助量的累计辅助量求出上述放下辅助转矩。
3.根据权利要求2所述的上述辅助装置,其特征在于,
上述控制装置(61)构成为在上述放下作业时,在成为规定状态的情况下,停止上述累计辅助量的更新并保持,并基于保持的上述累计辅助量求出上述放下辅助转矩,上述规定状态是上述对象者使上述前倾动作停止而上述前倾角度的变化停止的状态、和上述对象者从前倾状态逐渐减小上述前倾角度的直立动作的过程的状态的任意一方的状态。
4.根据权利要求1~3中任意一项所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备存储部(67),
上述存储部(67)构成为存储设定有与上述前倾角度对应的转矩限制值的前倾角度/放下转矩限制值特性,
上述控制装置(61)构成为在上述放下作业时,基于上述前倾角度、和存储于上述存储部(67)的上述前倾角度/放下转矩限制值特性求出上述转矩限制值,
上述控制装置(61)构成为将上述累计辅助量、和上述转矩限制值的较小的一方设为上述放下辅助转矩。
5.根据权利要求1~3中任意一项所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备操作单元(R1),在该操作单元(R1)设置有增益变更部和增量速度变更部(R1CU、R1CD)的至少一方,上述增益变更部构成为由上述对象者变更上述放下辅助转矩的增益,上述增量速度变更部(R1CU、R1CD)构成为由上述对象者变更上述放下辅助转矩的增量速度,上述操作单元(R1)相对于上述身体安装具(2)以及上述促动器单元(4)独立,
上述控制装置(61)构成为在上述放下作业时,在上述操作单元(R1)设置有上述增益变更部的情况下,基于来自上述对象者的对上述增益变更部的输入,对求解上述放下辅助转矩时的增益、和与上述前倾角度对应的上述转矩限制值的值的至少一方进行增减,
上述控制装置(61)构成为在上述操作单元(R1)设置有上述增减速度变更部(R1CU、R1CD)的情况下,基于来自上述对象者的对上述增减速度变更部(R1CU、R1CD)的输入,变更上述放下辅助转矩的增减速度。
6.根据权利要求1~3中任意一项所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备操作单元(R1),在该操作单元(R1)设置有动作切换部,上述动作切换部构成为切换支援上述放下作业时的上述对象者的动作的放下辅助、和支援上述抬起作业时的对象者的动作的抬起辅助,
上述操作单元(R1)相对于上述身体安装具(2)以及上述促动器单元(4)独立,
上述控制装置(61)构成为在上述放下作业时,在上述动作切换部设为上述放下辅助的情况下,求出上述放下辅助转矩,并构成为将上述放下辅助转矩作为上述辅助转矩,并基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元(4)。
7.根据权利要求1所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备存储部(67),
上述存储部(67)构成为存储设定有向抬起方向的转矩亦即抬起辅助转矩的多个抬起基准特性,
上述控制装置(61)构成为在上述抬起作业时,从存储于上述存储部(67)的多个上述抬起基准特性中,选定成为对象的上述抬起基准特性,并基于使用上述角度检测部检测的上述前倾角度、基于上述前倾角度的变化的角速度相关量、以及选定的上述抬起基准特性,求出上述抬起辅助转矩,并构成为将上述抬起辅助转矩作为上述辅助转矩,基于上述辅助转矩驱动上述促动器单元。
8.根据权利要求7所述的上述辅助装置,其特征在于,
还具备转矩检测部,该转矩检测部构成为检测由于上述对象者利用自身的力使上述大腿部相对于上述腰部动作或者使上述腰部相对于上述大腿部动作而从上述对象者输入到上述促动器单元(4)的转矩亦即对象者转矩的变化量亦即对象者转矩变化量,
针对各个上述抬起基准特性与抬起状态对应地设定有多个动作状态,上述抬起状态包含基于从上述对象者开始货物的抬起开始的经过时间的假想经过时间、上述前倾角度、上述对象者转矩变化量的至少一个,
上述控制装置(61)构成为在上述抬起作业时,将上述抬起基准特性内的各个上述动作状态,基于上述抬起状态进行变化,并根据预先设定的计算方法对各个上述动作状态求出上述抬起辅助转矩。
9.根据权利要求8所述的上述辅助装置,其特征在于,
上述控制装置(61)构成为在上述抬起作业时,在当前选定的上述抬起基准特性与上一次选定的上述抬起基准特性不同的情况下,或者,在已变化到多个上述动作状态中的规定动作状态的情况下,进行缩小规定偏差的切换时转矩偏差缩小修正,上述规定偏差是基于上一次选定的上述抬起基准特性求出的上述抬起辅助转矩与基于当前选定的上述抬起基准特性求出的上述抬起辅助转矩的偏差。
10.根据权利要求9所述的上述辅助装置,其特征在于,
在各个上述抬起基准特性中的上述规定动作状态中,与上述假想经过时间对应地设定上述抬起辅助转矩,
上述控制装置(61)构成为在上述抬起作业时,在已变化到上述规定动作状态的情况下,或者,在当前选定的上述抬起基准特性与上一次选定的上述抬起基准特性不同的情况下,基于当前的假想经过时间、和上一次选定的上述抬起基准特性求出临时抬起辅助转矩,并构成为求出当前选定的上述抬起基准特性中成为上述临时抬起辅助转矩的上述假想经过时间亦即转矩偏差缩小假想经过时间,并构成为将当前的假想经过时间变更为上述转矩偏差缩小假想经过时间。
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