CN111469116A - 辅助穿戴者操作的辅助装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种辅助穿戴者操作的辅助装置，其包括身体安装固定装置(2)、致动器(4R、4L)、操作状态检测器(35、43RS)和控制器(61)。控制器(61)配置成控制致动器(4R、4L)的驱动。控制器(61)配置成基于在致动器(4R、4L)产生辅助扭矩时，获取由操作状态检测器(35、43RS)所检测出的操作检测信息而推定的穿戴者的推定姿势。控制器(61)配置成判定推定姿势是否是过大的力被施加至腰部的不合理的姿势。

Description

辅助穿戴者操作的辅助装置
技术领域
本发明涉及辅助穿戴者进行操作的辅助装置。
背景技术
提出了各种安装在人的身体上以辅助人进行工作的辅助装置。例如，日本未审特许申请公报No.2013-173190(JP 2013-173190A)公开了一种安装式操作辅助装置，该安装式操作辅助装置包括安装至穿戴者的腰部的腰部框架、后背支承部、腹部支承部、将后背支承部与腹部支承部联接至彼此的联接构件、固定至大腿部的大腿固定部、以及相对于腰部框架驱动大腿固定部的驱动机构。该安装式操作辅助装置还包括附至穿戴者的皮肤的生物信号检测传感器、以及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的控制部。
在穿戴者利用两腿的肌力并且保持腰部以下的姿势的情况下，由内置于构成驱动机构的右驱动马达和左驱动马达中的角度传感器检测到的右髋关节角度和左髋关节角度彼此基本上相等。右驱动马达和左驱动马达将驱动扭矩传递至腰部框架的腹部支承部和后背支承部，其中，紧固至穿戴者的右大腿和左大腿的第二联接部用作固定侧，并且其中，固定至腰部框架的右第一联接部和左第一联接部用作可动侧。因此，通过驱动马达的驱动扭矩来保持穿戴者的腰部、后背和腹部，这减少了当穿戴者努力抬起放置在地板表面上的重物时腰部上的负担。
发明内容
利用JP2013-173190A中描述的安装式操作辅助装置，减小了当穿戴者进行抬起放置在地板表面等上的重物的工作时腰部上的负担。然而，如果穿戴者以不合理姿势进行抬起重物的工作，则过大的力可能施加至腰部 (并且右髋关节角度和左髋关节角度彼此不相等)，从而导致腰痛。
本发明提供一种辅助装置，该辅助装置通过抑制穿戴者以不合理姿势进行抬起重物的工作而使得不太可能有过大的力施加至穿戴者的腰部，从而能够有效地抑制腰痛。
本发明的一方面提供一种辅助装置，该辅助装置包括身体安装固定装置、致动器、操作状态检测器和控制器。身体安装固定装置被安装至穿戴者的至少腰部。致动器安装至身体安装固定装置和穿戴者的大腿部。致动器配置成产生辅助扭矩，该辅助扭矩用于辅助穿戴者的大腿部相对于腰部的操作或者穿戴者的腰部相对于大腿部的操作。操作状态检测器配置成检测穿戴者的操作状态。控制器配置成控制致动器的驱动。控制器配置成在致动器产生辅助扭矩时获取基于由操作状态检测器检测到的操作检测信息而推定的穿戴者的推定姿势。控制器配置成判定推定姿势是否为向腰部施加过大的力的不合理姿势。
利用根据本发明的该方面的辅助装置，控制器基于在致动器产生用于辅助穿戴者的大腿部相对于腰部的操作或者穿戴者的腰部相对于大腿部的操作的辅助扭矩时由操作状态检测器检测到的操作检测信息来推定穿戴者的姿势。控制器判定穿戴者的推定姿势是否为向腰部施加过大的力的不合理姿势。
因此，在致动器产生辅助扭矩时，控制器可以在判定穿戴者的推定姿势是向腰部施加过大的力的不合理姿势的情况下向穿戴者发出穿戴者的姿势可能是向腰部施加过大的力的姿势的警告。因此，通过抑制穿戴者以不合理姿势努力抬起重物来避免向腰部施加过大的力，可以有效地抑制腰痛。
在根据本发明的该方面的辅助装置中，控制器可以配置成在判定推定姿势不是向腰部施加过大的力的不合理姿势的情况下基于操作检测信息来判定推定姿势是否向腰部施加过大的力的不合理姿势转变。
利用根据本发明的该方面的辅助装置，控制器在控制器判定穿戴者的推定姿势不是向腰部施加过大的力的不合理姿势的情况下基于由操作状态检测器检测到的操作检测信息来判定穿戴者的推定姿势是否向腰部施加过大的力的不合理姿势转变。因此，控制器可以在控制器判定穿戴者的推定姿势向腰部施加过大的力的不合理姿势转变的情况下向穿戴者发出穿戴者的推定姿势向腰部施加过大的力的不合理姿势转变的警告。因此，通过抑制穿戴者以不合理姿势努力抬起重物而避免向腰部施加过大的力，可以有效地抑制腰痛。
根据本发明的该方面的辅助装置还可以包括通知装置，该通知装置配置成通知穿戴者。控制器可以配置成在判定推定姿势是向腰部施加过大的力的不合理姿势的情况下控制通知装置以向穿戴者通知推定姿势是向腰部施加过大的力的不合理姿势。
利用根据本发明的该方面的辅助装置，控制器在判定穿戴者的推定姿势是向腰部施加过大的力的不合理姿势的情况下使用通知装置来向穿戴者通知穿戴者的推定姿势是向腰部施加过大的力的不合理姿势。因此，穿戴者能够容易地识别其正以向腰部施加过大的力的不合理姿势抬起重物，这可以通过避免向腰部施加过大的力而进一步有效地抑制腰痛。
根据本发明的该方面的辅助装置还可以包括通知装置，该通知装置配置成通知穿戴者。控制器可以配置成确定用于校正推定姿势的校正操作，使得允许穿戴者采取不向腰部施加过大的力的安全姿势。控制器可以配置成在判定推定姿势向腰部施加过大的力的不合理姿势转变的情况下控制通知装置以向穿戴者通知穿戴者向腰部施加过大的力的不合理姿势转变，并且控制器可以配置成控制通知装置以向穿戴者指示校正操作。
利用根据本发明的该方面的辅助装置，在判定穿戴者的推定姿势向腰部施加过大的力的不合理姿势转变时，控制器使用通知装置向穿戴者通知穿戴者的推定姿势向腰部施加过大的力的不合理姿势转变。控制器使用通知装置向穿戴者指示用于采取不向腰部施加过大的力的安全姿势的校正操作。因此，穿戴者可以通过执行校正操作而采取不向腰部施加过大的力的安全姿势，这可以通过避免向腰部施加过大的力而进一步有效地抑制腰痛。
在根据本发明的该方面的辅助装置中，操作状态检测器可以包括俯仰角度检测器和腰部角度检测器。俯仰角度检测器可以配置成检测穿戴者的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角。腰部角度检测器可以配置成检测穿戴者的腰部相对于大腿部的前倾角。控制器可以配置成基于俯仰角和前倾角来推定穿戴者的姿势。
根据本发明的该方面的辅助装置，控制器可以基于由俯仰角度检测器检测到的穿戴者的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角、和由腰部角度检测器检测到的穿戴者的腰部相对于大腿部的前倾角来推定穿戴者的姿势。因此，能够以简单的配置推定穿戴者的姿势，从而减轻辅助装置的重量。
在根据本发明的该方面的辅助装置中，控制器可以配置成存储已经学习推定姿势的学习模型。控制器可以配置成在致动器产生辅助扭矩时基于学习模型来获取推定姿势。
在根据本发明的该方面的辅助装置中，控制器可以配置成存储已经学习关于推定姿势是否为过大的力被施加至腰部的不合理的姿势进行判定的学习模型。控制器可以配置成基于学习模型来判定推定姿势是否为过大的力被施加至腰部的不合理的姿势。
附图说明
下面将参照附图描述本发明的示例性实施方式的特征、优点和技术及工业意义，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件，并且在附图中：
图1是示出了根据本实施方式的辅助装置的整体构型的立体图；
图2是图1所示的辅助装置的分解立体图；
图3是示出了右致动器的内部结构的示例的分解立体图；
图4是示出了右致动器的内部结构的示例的截面图；
图5示出了操作单元的外观的示例；
图6示出了向控制器的输入和从控制器的输出；
图7示出了在直立状态下穿戴辅助装置的穿戴者，在该直立状态下，穿戴者将其后背挺直；
图8示出了穿戴者采取前倾姿势的状态，其中，框架部等从图7所示的状态绕虚拟转动轴线转动；
图9是示出了由辅助装置的控制器执行的“腰痛抑制处理”的示例的流程图；
图10是示出了图9中的“姿势警告处理”的子处理的示例的子流程图；
图11示出了穿戴者如何执行抬起工作；
图12示出了当穿戴者执行抬起工作时，向前弯曲角度和抬起辅助扭矩如何关于时间变化；以及
图13示出了指示与上半身的俯仰角和腰部相对于大腿部的前倾角对应的、指示穿戴者的姿势所属的姿势区域的姿势区域信息的示例。
具体实施方式
下面将参照附图对体现根据本发明的辅助装置的实施方式进行详细描述。首先，参照图1至图8描述根据本实施方式的辅助装置1的示意构型。在附图中，X轴、Y轴和Z轴彼此正交，当从穿戴辅助装置1的穿戴者观察时，X轴方向、Y轴方向和Z轴方向分别对应于前方、左方和上方。
如图1和图2所示，辅助装置1由腰部支承部10、护套部20、框架部30、背包部37、垫37G、右致动器4R、左致动器4L等构成。安装至穿戴者6的上半身的身体安装固定装置2由腰部支承部10、护套部20、框架部30、背包部37和垫37G构成。辅助装置1还具有操作单元R1(所谓的远程控制器)和容纳部R1S，操作单元R1允许穿戴者6改变操作模式(比如抬起辅助和卸下辅助)，调整辅助扭矩的增益或辅助扭矩的增量速度，并且确认经调整的状态等，容纳部R1S容纳操作单元R1。
身体安装固定装置2至少安装在穿戴者6的腰部周围。右致动器4R 和左致动器4L安装至构成身体安装固定装置2的腰部支承部10并安装至穿戴者6的大腿部，并且辅助穿戴者6的大腿部相对于腰部的操作或者穿戴者6的腰部相对于大腿部的操作。
如图1和图2所示，身体安装固定装置2具有安装在穿戴者6的腰部周围的腰部支承部10、安装在穿戴者6的肩部和胸部周围的护套部20、与护套部20连接的框架部30、以及附接至框架部30的垫37G。框架部 30布置在穿戴者6的后背和腰部周围。
框架部30具有主框架31、右子框架32R、左子框架32L等。主框架 31具有支承本体31SR和31SL、大致筒形的连接部31R、以及大致筒形的连接部31L，在支承本体31SR和31SL中，在两侧边缘部处沿上下方向设置有多个带连接孔31H。右子框架32R的一端(上端)连接至连接部 31R。左子框架32L的一端(上端)连接至连接部31L。连接部31R和31L 是所谓的筒形阻尼器，并且具有彼此同轴设置的内管和外管，管状弹性体设置在内管与外管之间。
连接部31R的外管固定至主框架31的右侧边缘部。右子框架32R的一端(上端)固定至连接部31R的内管。同样地，连接部31L的外管固定至主框架31的左侧边缘部。左子框架32L的一端(上端)固定至连接部31L的内管。因此，右子框架32R能够绕连接部31R的中心轴线转动，并且左子框架32L能够绕连接部31L的中心轴线转动。如图1所示，右子框架32R的下端部连接(固定)至右致动器4R的连接部41RS，并且左子框架32L的下端部连接(固定)至左致动器4L的连接部41LS。
如图2所示，腰部支承部10具有安装在穿戴者6的右侧身体的腰部周围的右腰部安装部11R、以及安装在穿戴者6的左侧身体的腰部周围的左腰部安装部11L。右腰部安装部11R的后侧端部和左腰部安装部11L的后侧端部通过背面腰部带16A、臀部上带16B和臀部下带16C连接至彼此。右腰部安装部11R的前侧端部和左腰部安装部11L的前侧端部通过右腰部紧固带13RA、腰部带保持构件13RB(腰部带扣)、左腰部紧固带 13LA、腰部带保持构件13LB(腰部带扣)等以可拆卸的方式连接至彼此。
如图1和2所示，腰部支承部10具有联接带19R和联接带19L，联接带19R具有联接至护套部20的联接部29RS的联接环19RS，联接带19L 具有联接至护套部20的联接部29LS的联接环19LS。如图2所示，腰部支承部10的右腰部安装部11R在与虚拟转动轴线15Y相交的位置处具有用于连接至右致动器4R的联接部40RS的附接孔15R部。同时，腰部支承部10的左腰部安装部11L在与虚拟转动轴线15Y相交的位置处具有用于连接至左致动器4L的联接部40LS附接孔15L部。
如图1和图2所示，背包部37附接至构成框架部30的上端部的主框架31。背包部37呈简单的箱形状，并且背包部37容纳有控制器61(参见图6)、马达驱动器62(参见图6)、电源单元63(参见图6)、通信装置64(参见图6)等。背包部37还容纳有对穿戴者6的上半身在X轴方向、Y轴方向和Z轴方向中的每一者上的倾斜进行检测的3轴加速度及角速度传感器35。
因此，控制器61(参见图6)能够使用3轴加速度及角速度传感器 35(俯仰角度检测器)来检测穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)(参见图7和图8)，如稍后描述的。扬声器36(通知装置)附接至例如背包部37的上表面部。因此，控制器61 可以通过扬声器36提供语音引导等，如稍后描述的。
如图1和图2所示，背包部37在主框架31侧具有后背支承部37C。后背支承部37C固定至主框架31。如图1所示，右肩带24R的带连接部 24RS连接至设置在主框架31的右侧边缘部中的支承本体31SR的带连接孔31H(带连接部)中的任一带连接孔。同样地，如图1所示，左肩带24L 的带连接部24LS连接至设置在主框架31的左侧边缘部中的支承本体 31SL的带连接孔31H(带连接部)中的任一带连接孔。支承本体31SR和 31SL可以设置在背包部37上。
另外，多个带连接孔31H(带连接部)沿着上下方向设置成使得能够根据穿戴者6的体形来调整护套部20相对于框架部30在高度方向上的位置。因此，能够根据穿戴者6的体形将护套部20的高度调整至适当的位置。
如图1和图2所示，在背包部37的下端的右侧和左侧设置有带连接部37FR和37FL。如图1所示，右腋带25R的带连接部25RS连接至带连接部37FR。同样地，如图1所示，左腋带25L的带连接部25LS连接至带连接部37FL。带连接部37FR和37FL可以设置在主框架31上。
即使在穿戴者6的上半身向前倾斜的情况下，输出辅助扭矩的致动器 4R、4L也能够通过使与后背接触的垫37G(或后背支承部37C)在从穿戴者6的肩部向腰部的方向上伸展来适当地支承。另外，即使在穿戴者6 的上半身向右或向左倾斜的情况下，输出辅助扭矩的致动器4R、4L也能够通过使垫37G(或后背支承部37C)与穿戴者6的后背的弯曲中心接触来较适当地支承(以提高支承刚性)。
如图1和图2所示，护套部20具有安装在穿戴者6的右侧身体的胸部周围的右胸安装部21R、以及安装在穿戴者6的左侧身体的胸部周围的左胸安装部21L。右胸安装部21R能够通过例如表面紧固件21F和带扣 21B连接至左胸安装部21L，以允许穿戴者6容易地穿上和脱下护套部20。
右胸安装部21R具有右肩带24R和连接至主框架31的带连接孔31H 的带连接部24RS、以及右腋带26R、25R和连接至背包部37的带连接部 37FR的带连接部25RS。同时，左胸安装部21L具有左肩带24L和连接至主框架31的带连接孔31H的带连接部24LS、以及左腋带26L、25L和连接至背包部37的带连接部37FL的带连接部25LS。
右腋带26R和右腋带25R以及左腋带26L和左腋带25L以可调节的长度连接至彼此，以紧密地配装在穿戴者6的胸部周围而不发生移位。右胸安装部21R具有联接带29R和联接至右腰部安装部11R的联接部29RS，并且左胸安装部21L具有联接带29L和联接至左腰部安装部11L的联接部29LS。
如图1和图2所示，右致动器4R具有扭矩产生部40R和用作扭矩传递部的输出连杆50R。此外，如图1和图2所示，左致动器4L具有扭矩产生部40L和用作扭矩传递部的输出连杆50L。右致动器4R和左致动器 4L构造成在左右方向上彼此对称。在以下描述中，将对右致动器4R进行描述，并且将省略对左致动器4L的描述。
如图1所示，扭矩产生部40R具有致动器基座部41R、罩41RB和联接基座4AR。如图7所示，输出连杆50R绕被辅助的身体部位(在该实例中为大腿部)的关节(在该实例中为髋关节)转动，并且被安装至被辅助的身体部位(在该实例中为大腿部)。用于经由输出连杆50R辅助被辅助的身体部位的转动运动的辅助扭矩由扭矩产生部40R中的电动马达47R (参见图3)产生。辅助扭矩是辅助力，并且在假定腰部是旋转轴的情况下起作用。
输出连杆50R具有辅助臂51R(对应于第一连杆)、第二连杆52R、第三连杆53R和大腿安装部54R(对应于身体保持部)。辅助臂51R通过合成扭矩绕虚拟转动轴线15Y转动，合成扭矩是由扭矩产生部40R中的电动马达47R所产生的辅助扭矩和穿戴者6的大腿部的操作所产生的目标人员扭矩合成的。
第二连杆52R的一端以能够绕转动轴线51RJ转动的方式连接至辅助臂51R的远端。第三连杆53R的一端以能够绕转动轴线52RJ转动的方式连接至第二连杆52R的另一端。大腿安装部54R经由第三关节部53RS(在该实例中为球面关节)连接至第三连杆53R的另一端。
大腿安装部54R设置有卷绕在穿戴者6的大腿部周围的大腿带55R。大腿带55R由可伸缩的弹性体形成，并且大腿带55R的一端固定至大腿安装部54R，同时在大腿带55R的另一端上具有表面紧固件。在大腿安装部54R的面向大腿带55R的另一端的位置处设置有表面紧固件，以允许穿戴者6容易地将大腿安装部54R和大腿带55R穿戴在大腿部上或从大腿部脱下。
接下来，将参照图3和图4对扭矩产生部40R的构型进行描述。图4 是沿着图3中的线IV-IV截取的截面图。如图3和图4所示，罩41RB中容纳有减速器42R、带轮43RA、传送带43RB、具有凸缘部43RD的带轮 43RC、螺旋弹簧45R、轴承46R、电动马达47R、子框架48R等。具有轴部51RA的辅助臂51R设置在罩41RB的外部。
在致动器4R和4L的靠近框架部30的部处设置有用于电动马达47R 和47L(参见图6)的驱动、控制和通信的线缆用的出口33RS和33LS(参见图2)。连接至线缆出口33RS和33LS(参见图2)的线缆(未示出)沿着框架部30设置，并且连接至背包部37。
如图4所示，扭矩产生部40R具有致动器基座部41R、附接至致动器基座部41R的一侧的罩41RB、以及附接至致动器基座部41R的另一侧的联接基座4AR，结合有电动马达47R等的子框架48R附接至致动器基座部41R。联接基座4AR设置有能够绕虚拟转动轴线15Y转动的联接部 40RS。
如图3和图4所示，对辅助臂51R相对于致动器基座部41R的转动角度、即穿戴者6的腰部相对于右大腿部的前倾角θR(t)(参见图8)进行检测的输出连杆转动角度检测器(腰部角度检测器)43RS(例如，转动角度传感器)连接至带轮43RA，带轮43RA连接至减速器42R的增速轴 42RB。输出连杆转动角度检测器43RS例如是编码器或角度传感器，并且将与旋转角度对应的检测信号输出至控制器61(参见图6)。电动马达47R 设置有能够检测马达轴(对应于输出轴)的旋转角度的马达旋转角度检测器47RS。马达旋转角度检测器47RS例如是编码器或角度传感器，并且将与旋转角度对应的检测信号输出至控制器61(参见图6)。
如图3所示，子框架48R形成有通孔48RA和通孔48RB，减速器42R 的减速器壳体42RC固定至通孔48RA，电动马达47R的输出轴47RA的插入穿过通孔48RB。辅助臂51R的轴部51RA配装在减速器42R的减速轴42RA的孔部42RD中。减速器42R的减速器壳体42RC固定至子框架 48R的通孔48RA。
因此，辅助臂51R被支承成能够相对于致动器基座部41R绕虚拟转动轴线15Y转动，并且与减速轴42RA一起转动。电动马达47R固定至子框架48R。输出轴47RA插入穿过子框架48R的通孔48RB。子框架48R 通过诸如螺栓之类的紧固构件固定至致动器基座部41R的附接部41RH。
如图3所示，带轮43RA连接至减速器42R的增速轴42RB，并且输出连杆转动角度检测器43RS连接至带轮43RA。固定至子框架48R的支承构件43RT连接至输出连杆转动角度检测器43RS。因此，输出连杆转动角度检测器43RS能够检测增速轴42RB相对于子框架48R(即，相对于致动器基座部41R)的转动角度。
另外，辅助臂51R的转动角度通过减速器42R的增速轴42RB增大，因此输出连杆转动角度检测器43RS和控制器61(参见图6)能够以较高的分辨率检测辅助臂51R的转动角度。控制器61能够通过以较高的分辨率检测输出连杆的转动角度来执行较精确的控制。辅助臂51R的轴部 51RA、减速器42R、带轮43RA和输出连杆转动角度检测器43RS沿着虚拟转动轴线15Y同轴设置。
减速器42R具有减速比n(1＜n)，并且在减速轴42RA转动了转动角度θR(t)的情况下使增速轴42RB转动了转动角度nθR(t)。减速器42R在增速轴42RB转动了转动角度nθR(t)的情况下使减速轴42RA转动了转动角度θR(t)。传送带43RB围绕连接至减速器42R的增速轴42RB的带轮 43RA以及带轮43RC卷绕。因此，来自辅助臂51R的目标人员扭矩经由增速轴42RB传递至带轮43RC，并且来自电动马达47R的辅助扭矩经由螺旋弹簧45R和带轮43RC传递至增速轴42RB。
螺旋弹簧45R具有弹簧常数Ks，并且螺旋弹簧45R呈螺旋形状，其中内侧端部45RC在中心侧上，而外侧端部45RA在外周侧上。螺旋弹簧 45R的内侧端部45RC配装在形成于电动马达47R的输出轴47RA中的凹槽部47RB中。螺旋弹簧45R的外侧端部45RA卷绕成筒形状，并且与设置在带轮43RC的凸缘部43RD上的传递轴43RE配合以由传递轴43RE 支承(带轮43RC与凸缘部43RD和传递轴43RE成一体)。
带轮43RC被支承成能够绕转动轴线47RY转动，并且朝向螺旋弹簧 45R突出的传递轴43RE设置在与带轮43RC成一体的凸缘部43RD的外周边缘部附近。传递轴43RE与螺旋弹簧45R的外侧端部45RA配合，并且使外侧端部45RA的位置绕转动轴线47RY移动。轴承46R设置在电动马达47R的输出轴47RA与带轮43RC之间。
也就是说，输出轴47RA不固定至带轮43RC，并且输出轴47RA能够相对于带轮43RC自由旋转。带轮43RC由电动马达47R经由螺旋弹簧 45R旋转地驱动。通过上述构型，电动马达47R的输出轴47RA、轴承46R、具有凸缘部43RD的带轮43RC以及螺旋弹簧45R沿着转动轴线47RY彼此同轴地设置。
螺旋弹簧45R储存从电动马达47R传递的辅助扭矩，储存通过穿戴者6的大腿部的操作且经由辅助臂51R、减速器42R、带轮43RA和带轮 43RC传递的目标人员扭矩，并且因此，储存由辅助扭矩和目标人员扭矩合成的合成扭矩。储存在螺旋弹簧45R中的合成扭矩经由带轮43RC、带轮43RA和减速器42R使辅助臂51R转动。通过上述构型，电动马达47R 的输出轴47RA经由减速器42R连接至输出连杆(在图3的情况下为辅助臂51R)，该减速器42R使输出轴47RA的旋转角度减小。
储存在螺旋弹簧45R中的合成扭矩基于无负载状态下的角度的变化量和弹簧常数来计算，并且例如基于辅助臂51R的转动角度(通过输出连杆转动角度检测器43RS来计算)、电动马达47R的输出轴47RA的旋转角度(由马达旋转角度检测器47RS来计算)和螺旋弹簧45R的弹簧常数 Ks来计算。目标人员扭矩从计算出的合成扭矩中提取，并且与目标人员扭矩相对应的辅助扭矩从电动马达输出。
如图4中所示，右致动器4R的扭矩产生部40R具有能够绕假定转动轴线15Y转动的联接部40RS。如图1和图2中所示，联接部40RS通过联接构件比如螺栓经由腰部支承部10的附接孔15R联接(固定)。如图1 和图2中所示，框架部30的右子框架32R的下端部连接(固定)至右致动器4R的连接部41RS。
同样，如图1和图2中所示，左致动器4L的扭矩产生部40L的联接部40LS通过联接构件比如螺栓经由腰部支承部10的附接孔15L联接(固定)。如图1和图2中所示，框架部30的左子框架32L的下端部连接(固定)至左致动器4L的连接部41LS。
也就是说，在图2中，腰部支承部10和框架部30固定至右致动器 4R的扭矩产生部40R，并且腰部支承部10和框架部30固定至左致动器 4L的扭矩产生部40L。右致动器4R、左致动器4L和框架部30彼此成一体，并且能够通过联接部40RS和40LS相对于腰部支承部10转动(参见图7和图8)，所述联接部40RS和40LS能够绕假定转动轴线15Y转动。
接下来，将参照图5和图6对操作单元R1示意性构型进行描述，该操作单元R1允许穿戴者6容易地调节辅助装置1的辅助状态等。如图6 中所示，操作单元R1通过有线或无线通信线路R1T连接至背包部37(参见图1)中的控制器61。操作单元R1的控制器R1E可以经由通信装置 R1EA向控制器61发送信息及从控制器61接收信息，并且控制器61可以经由通信装置64向操作单元R1中的控制器R1E发送信息及从操作单元R1中的控制器R1E接收信息。如图1中所示，例如在穿戴者6不操作操作单元R1的情况下，穿戴者6可以将操作单元R1容纳在设置于护套部20的容纳部R1S比如口袋中(参见图1)。
如图5中所示，操作单元R1具有主操作部R1A、增益上升操作部R1BU、增益下降操作部R1BD、增量速度上升操作部R1CU、增量速度下降操作部R1CD、显示部R1D等。如图6中所示，操作单元R1在其中具有控制器R1E、操作单元电源R1F等。主操作部R1A、增益上升操作部R1BU、增益下降操作部R1BD、增量速度上升操作部R1CU、以及增量速度下降操作部R1CD优选地不从布置有这些部的表面突出，以防止在操作单元R1被容纳在容纳部R1S(参见图1)中时的误操作。
主操作部R1A是能够由穿戴者6操作以启动及停止辅助装置1的辅助控制的开关。如图6中所示，用于启动及停止整个辅助装置1的主电源开关65例如设置于背包部37。当主电源开关65接通时，控制器61和控制器R1E启动。当主电源开关65断开时，控制器61和控制器R1E的操作停止。
如图5中所示，操作单元R1的显示部R1D上的显示区域R1DB显示例如辅助装置1的当前操作状态是打开(操作)还是关闭(停止)。增益上升操作部R1BU是能够由穿戴者6操作以使由辅助装置1产生的辅助扭矩的增益增大的开关。增益下降操作部R1BD是能够由穿戴者6操作以使由辅助装置1产生的辅助扭矩的增益减小的开关。
例如，控制器R1E在每次穿戴者6对增益上升操作部R1BU进行操作时，使存储的增益编号以“0”、“1”、“2”和“3”的顺序增加1，并且在每次对增益下降操作部R1BD进行操作时，使存储的增益编号以“3”、“2”、“1”和“0”的顺序减小1。尽管在所描述的示例中增益编号具有“0”至“3”的四个值，但是这些值的数目不限于四个。如图6中所示，例如，控制器R1E在操作单元R1的显示部R1D上的显示区域R1DC中执行与当前增益编号相对应的显示。
例如，在连续按下增益上升操作部R1BU持续五秒钟或更长时间的情况下，增益上升操作部R1BU用作操作模式转换开关。在连续按下增益上升操作部R1BU的情况下，操作模式(模式编号)在每次按压增益上升操作部R1BU时以“1(卸下辅助)”→“2(自动调节的抬起辅助)”→“3 (手动调节的抬起辅助)”的顺序依次切换。如图5中所示，例如，控制器R1E在操作单元R1的显示部R1D上的显示区域R1DE中执行与当前操作模式匹配的显示。不能从增益上升操作部R1BU中选择“步行”模式，但是在控制器61识别出穿戴者6正在“步行”的情况下，控制器61(参见图6)自动切换至“步行”模式。
增量速度上升操作部R1CU是能够由穿戴者6操作以使由辅助装置1 产生的辅助扭矩的增量速度增大的开关。增量速度下降操作部R1CD是能够由穿戴者6操作以使由辅助装置1产生的辅助扭矩的增量速度减小的开关。例如，控制器R1E在每次对增量速度上升操作部R1CU进行操作时使存储的与增量速度相对应的速度编号以“-1”、“0”、“1”、“2”、“3”和“4”的顺序增加1。
同时，控制器R1E在每次对增量速度下降操作部R1CD进行操作时使存储的与增量速度相对应的速度编号以“4”、“3”、“2”、“1”、“0”和“-1”的顺序减小1。如图5中所示，例如，控制器R1E在操作单元R1 的显示部R1D上的显示区域R1DD中执行辅助扭矩的与当前速度编号相对应的增量速度。速度编号的值的数目不限于“-1”至“4”的六个。
操作单元R1的控制器R1E以预定时间间隔(例如，以若干毫秒至数百毫秒的间隔)或者在每次对主操作部R1A、增益上升操作部R1BU、增益下降操作部R1BD、增量速度上升操作部R1CU和增量速度下降操作部 R1CD中的任何一者进行操作时经由通信装置R1EA(参见图6)向控制器61发送操作信息(参见图6)。操作信息包括上述的停止命令或启动命令、模式编号、增益编号、速度编号等。
当操作信息经由通信装置64被接收时，容置在背包部37中的控制器 61(参见图6)存储所接收的操作信息。控制器61经由通信装置64发送电池信息和响应信息(参见图6)，该电池信息指示用于驱动辅助装置1 的电源单元63的电池的状态，该响应信息包括指示辅助状态等的辅助信息。包括在响应信息中的电池信息包括电源单元63的剩余容量等。
包括在响应信息中的辅助信息包括例如错误信息，该错误信息指示在辅助装置1中发现异常的情况下的异常的内容。如图5中所示，操作单元 R1的控制器R1E在例如操作单元R1的显示部R1D上的显示区域R1DA 中显示电池剩余容量等，并且在包括这种错误信息的情况下在显示部R1D 上的任何位置处显示错误信息。
已经从控制器R1E接收操作信息的控制器61(参见图6)在接收到的操作信息包括启动命令的情况下使辅助装置1启动，并且在接收到的操作信息包括停止命令的情况下使辅助装置1停止。例如，在接收到表示操作模式的模式编号的情况下，控制器61存储与接收到的模式编号相对应的操作模式。例如，在接收到增益编号的情况下，控制器61存储与该增益编号相对应的增益CP的值(0至3)。例如，在接收到速度编号的情况下，控制器61存储与速度编号相对应的(右)增量速度CSR(右速度编号：-1至4)和(左)增量速度CSL(左速度编号：-1至4)。
如上所述，穿戴者6可以通过操作操作单元R1来容易地进行调节以实现期望的辅助状态。穿戴者6可以通过显示在操作单元R1的显示部R1D 上的电池剩余容量、错误信息等容易地理解辅助装置1的状态。显示在显示部R1D上的各种类型的信息的形式不限于图5中所示的示例。
接下来，将参照图6至图8对辅助装置1的控制构型进行描述。如图 6中所示，辅助装置1包括控制整个辅助装置1的控制器61。在图6中所示的示例中，控制器61、马达驱动器62、电源单元63等被容置在背包部 37中。控制器61具有例如电子控制单元(ECU)66、存储装置67(比如硬盘驱动器(HDD)，例如，该存储装置67存储控制程序、各种参数等)、通信装置64等。控制器61具有姿势推定单元61A、姿势判定单元61B、转变判定单元61C、校正操作判定单元61D等，这些单元稍后将被描述。
ECU 66是公知的单元，该ECU66包括CPU、RAM、ROM、计时器、备用RAM等(未示出)。CPU基于存储在ROM中的各种程序和各种参数来执行各种计算处理。RAM临时存储CPU的计算结果、从检测器输入的数据等。备用RAM存储例如在辅助装置1停止时应被存储的数据等。
马达驱动器62是电子电路，该电子电路基于来自控制器61的控制信号输出驱动电动马达47R和47L的驱动电流。电源单元63例如是锂离子电池，并且向控制器61和马达驱动器62供电。来自操作单元R1的操作信息经由通信装置64输入至ECU 66。
马达旋转角度检测器47RS和47LS、输出连杆转动角度检测器43RS 和43LS、3轴加速度及角速度传感器35、扬声器36等电连接至控制器61。控制器61基于从马达旋转角度检测器47RS和47LS中的每一者输入的检测信号来计算电动马达47R和47L中的每一者的马达轴的旋转角度θrM，并且控制器61将与所计算的旋转角度θrM相对应的控制信号输出至马达驱动器62。
ECU 66基于从3轴加速度及角速度传感器35输入的用于加速度和角速度的检测信号对穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)进行检测，如图7和图8中所示。ECU66 还基于从输出连杆转动角度检测器43RS和43LS输入的检测信号对腰部相对于穿戴者6的右大腿部的前倾角度θR(t)和腰部相对于穿戴者6的左大腿部的前倾角度θL(t)进行检测，如图7和图8中所示。
[腰痛抑制处理]
接下来，将参照图9至图13对“腰痛抑制处理”进行描述，在如上所述构造的辅助装置1中，该“腰痛抑制处理”在穿戴者6的抬起操作启动时由ECU 66执行。图9和图10中所指示的程序存储在存储装置67中，并且当穿戴者6打开主操作部R1A时，由ECU 66每隔预定的时间(例如，每几毫秒至每几十毫秒)启动该程序。当处理启动时，ECU 66执行至步骤S11。
如图9中所示，在步骤S11中，ECU 66从RAM(未示出)读取抬起辅助标志，并且判定该标志是否被设定成“ON(开)”。抬起辅助标志在启动控制器61时被设定成“OFF(关)”，并且被存储在RAM(未示出) 中。抬起辅助标志在穿戴者6使用操作单元R1选择了自动调节抬起辅助操作模式或手动调节抬起辅助操作模式时被设定成“ON(开)”。另一方面，抬起辅助标志在穿戴者6使用操作单元R1选择了卸下辅助操作模式时或者在操作模式自动切换至“步行”模式时被设定成“OFF(关)”。
在判定抬起辅助标志被设定成“OFF(关)”(S11：否)的情况下， ECU 66行进至稍后将描述的步骤S16。另一方面，在判定抬起辅助标志被设定成“ON(开)”(S11：是)的情况下，ECU 66行进至步骤S12。在步骤S12中，ECU 66基于从3轴加速度及角速度传感器35输入的用于加速度和角速度的检测信号对穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)进行检测，并且将检测到的角度按时间顺序存储在RAM(未示出)中。
随后，在步骤S13中，ECU 66基于从输出连杆转动角度检测器43RS 和43LS输入的检测信号对穿戴者6的腰部相对于右大腿部的前倾角θR(t) 和腰部相对于左大腿部的前倾角θL(t)进行检测，并且将检测到的角度按时间顺序存储在RAM(未示出)中。此后，在步骤S14中，ECU 66从 RAM(未示出)读取指示向前弯曲操作的结束的向前弯曲操作结束标志，并且判定该标志是否被设定成“ON”。向前弯曲操作结束标志在启动控制器61时被设定成“OFF”，并且被存储在RAM(未示出)中。
在判定向前弯曲操作结束标志被设定成“ON”(S14：是)的情况下， ECU 66行进至稍后将描述的步骤S18。另一方面，在判定向前弯曲操作结束标志被设定成“OFF”(S14：否)的情况下，ECU 66行进至步骤S15。在步骤S15中，ECU 66判定穿戴者6的向前弯曲操作是否结束。
具体地，ECU 66从RAM读取腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)——所述前倾角θR(t)和θL(t)在步骤S13中被检测到，使用以下公式(1)计算图11中所示的穿戴者6的前倾角θF(t)，并且将所计算的角度按时间顺序存储在RAM中。随后，ECU 66判定穿戴者6的向前弯曲角度θF(t)的增加是否基本停止。
θF(t) ＝ 180°﹣(θR(t) + θL(t))/2 … (1)
在判定向前弯曲操作没有结束的情况下，即，在判定向前弯曲角度θF(t)如图12中所示正在增加(S15：否)的情况下，ECU 66行进至步骤 S16。在步骤S16中，ECU 66读取穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z 轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)——所述俯仰角θP(t)以及前倾角θR(t) 和θL(t)作为指示穿戴者6在抬起工作开始时的抬起姿势的初始数据被存储在RAM中，使这些角度初始化(例如，用“0”替代)，将初始化的角度再次作为初始姿势数据存储在RAM中，并且结束该处理。
另一方面，在判定向前弯曲操作结束的情况下，即，在判定向前弯曲角度θF(t)如图12中所示没有增加(S15：是)的情况下，ECU 66行进至步骤S17。例如，如图12中所示，处于直立状态的穿戴者6在时间0处开始向前弯曲操作，并且使向前弯曲角度θF(t)逐渐增加。在时间T11处，向前弯曲操作结束，并且向前弯曲角度θF(t)的增加基本停止。
如图12中所示，ECU 66在穿戴者6开始抬起操作的时间T12之后并且直到穿戴者6的向前弯曲角度θF(t)减小至大致“0度”的时间T13为止通过预定的抬起辅助转矩来控制电动马达47R和47L的驱动。ECU 66在时间T13处从RAM(未示出)读取指示向前弯曲操作的结束的向前弯曲操作结束标志，将该标志设定成“OFF”，并且将该标志再次存储在RAM 中。
如图11中所示，抬起辅助扭矩是在抬起方向(图11中的-(负)侧) 上的辅助扭矩，并且抬起辅助扭矩使穿戴者6的腰部上的负担减小，并且适当地辅助穿戴者6执行抬起工作。预定的抬起辅助扭矩被预先存储在存储装置67中。
随后，如图9中所示，在步骤S17中，ECU 66从RAM(未示出)读取指示向前弯曲操作的结束的向前弯曲操作结束标志，将该标志设定成“ON”，并且将该标志再次存储在RAM中。此后，在步骤S18中，ECU 66读取穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)——该俯仰角θP(t)在步骤S12中被检测到、以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)(操作检测信息)——所述前倾角θR(t)和θL(t) 在步骤S13中被检测到。
ECU 66将穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)——该俯仰角θP(t)在步骤S12中被检测到——以及穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角(背骨与大腿骨之间的角度)θ(t)——该前倾角θ(t) 使用以下公式(2)来计算——存储在RAM中作为通过推定穿戴者6在抬起工作中的抬起姿势而获得的推定姿势信息，并且行进至步骤S19。因此，步骤S18中的处理与图6中所示的姿势推定单元61A相对应。
θ(t) ＝ (θL(t) + θR(t))/2 … (2)
在步骤S19中，ECU 66再次从RAM中读取在步骤S18中存储的推定姿势信息，并且基于图13中指示的姿势区域信息71来判定穿戴者6在抬起工作中的抬起姿势是否为没有对腰部施加过大的力的“安全姿势”。图13中指示的姿势区域信息71被预先存储在存储装置67中。
将参照图13对姿势区域信息71进行描述。如图13中所示，姿势区域信息71具有竖向轴线和水平轴线，该竖向轴线与上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)相对应，该水平轴线与腰部相对于大腿部的前倾角(背骨与大腿骨之间的角度)θ(t)——该前倾角θ(t)使用上述公式(2) 来计算——相对应。关于竖向轴线限定的俯仰角θP(t)被设定成从0度以相等的间距增加至90度。腰部相对于大腿部的前倾角(背骨与大腿骨之间的角度)θ(t)——该前倾角θ(t)限定在水平轴线上——被设定成从180度以相等的间距减小至0度。
姿势区域信息71被分成：“不合理的姿势区域(阴影区域)71A”，在该不合理的姿势区域71A中，在抬起工作期间对腰部施加过大的力；“安全姿势区域(阴影线区域)71B”，在该安全姿势区域71B中，对腰部不施加过大的力；以及“中间区域(空白区域)71C”，该中间区域71C竖向地置于不合理的姿势区域71A与安全姿势区域71B之间。在安全姿势区域71B中，以腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)为90度且俯仰角θP(t)为 0度的位置为中心的预定范围(例如，向上突出的半圆形范围)被设定为难以保持姿势的“困难姿势区域71D”。
不合理的姿势区域71A被设定为向上突出为大致半圆弧形的下端边缘部上方的整个区域，并且该下端边缘部具有腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)为180度且俯仰角θP(t)为0度的位置以及前倾角θ(t)为0度且俯仰角θP(t)为约40度的位置，所述两个位置被限定为左下端点和右下端点。不合理的姿势区域71A的下端边缘部的顶点设定在腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)为约110度且俯仰角θP(t)为约60度的位置处。
安全姿势区域71B被设定为相对于限定为下端边缘部的线——在该线上，俯仰角θP(t)为0度并且腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)为从180度至0度——向上突出为大致矩形形状的区域，该区域不包括呈半圆形状的“困难姿势区域71D”。安全姿势区域71B的上端边缘部设定在俯仰角θP(t) 为约25度并且腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)为从约160度至约20度的位置处。
如图13中所示，例如，穿戴者6的与黑点81A——在该黑点81A处，前倾角θ(t)为约90度并且俯仰角θP(t)为约90度——相对应的抬起姿势属于不合理的姿势区域71A。也就是说，穿戴者6的与黑点81A相对应的抬起姿势指示下述姿势：在所述姿势中，穿戴者6在他/她的膝盖笔直的情况下并且在他/她的腰部向前弯曲约90度的情况下抬起物体，并且在所述姿势中，当穿戴者6抬起重物时，会对穿戴者6的腰部施加过大的力。
同时，例如，穿戴者6的与黑点81B——在该黑点81B处，上半身的俯仰角θP(t)为约45度并且前倾角θ(t)为约135度——相对应的抬起姿势属于中间区域71C。也就是说，穿戴者6的与黑点81B相对应的抬起姿势指示下述姿势：在所述姿势中，穿戴者6在他/她的膝盖大致笔直的情况下并且在他/她的腰部向前弯曲约45度的情况下抬起物体，并且在所述姿势中，当穿戴者6抬起重物时，会对穿戴者6的腰部施加大的力。
例如，穿戴者6的与黑点81C——在该黑点81C处，前倾角θ(t)为约 180度并且俯仰角θP(t)为约0度——相对应的抬起姿势属于不合理的姿势区域71A的左下端部。也就是说，穿戴者6的与黑点81C相对应的抬起姿势指示下述姿势：在所述姿势中，穿戴者6在他/她的膝盖大致笔直的情况下并且在他/她的腰部大致笔直的情况下抬起物体，并且在所述姿势中，不对穿戴者6的腰部施加过大的力，并且穿戴者6的与黑点81C相对应的抬起姿势指示不合理的姿势区域71A的端部。
例如，穿戴者6的与黑点81D——在该黑点81D处，前倾角θ(t)为约 90度并且俯仰角θP(t)为约0度——相对应的抬起姿势属于难以保持姿势的“困难姿势区域71D”。也就是说，该姿势指示穿戴者6难以采取与黑点81D相对应的抬起姿势。
因此，如图9中所示，在步骤S19中，ECU 66再次从RAM中读取在步骤S18中存储的推定姿势信息，并判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势是否属于姿势区域信息71(参见图13)中的“安全姿势区域71B”，在安全姿势区域中，没有过大的力被施加至腰部。也就是说，ECU 66判定穿戴者6的抬起姿势是否为“安全姿势”，在该“安全姿势”中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。
在判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势属于姿势区域信息71 (参见图13)中的“安全姿势区域71B”——在安全姿势区域中，没有过大的力被施加至腰部(参见图6)——的情况下，也就是说，在判定穿戴者6的抬起姿势是“安全姿势”——在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部——的情况下(S19：是)，ECU 66 使处理进行至步骤S20。
例如，如图13中所示，在步骤S18中存储的推定姿势信息中，前倾角θ(t)为约90度且俯仰角θP(t)为约15度的黑点81E属于该姿势区域信息 71中的“安全姿势区域”。因此，ECU 66判定穿戴者6的抬起姿势是“安全姿势”(S19：是)，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部，并且进行至步骤S20。
在步骤S20中，ECU 66判定指示抬起姿势为或可能为在穿戴者6抬起重物时过大的力被施加至他/她的腰部的姿势的警告声音等是否经由扬声器36产生。在判定指示抬起姿势为或可能为在穿戴者6抬起重物时过大的力被施加至他/她的腰部的姿势的警告声音等不是经由扬声器36产生的情况下(S20：否)，ECU 66使该处理结束。
在判定指示抬起姿势为或可能为在穿戴者6抬起重物时过大的力被施加至他/她的腰部的姿势的警告声音等是经由扬声器36产生的情况下 (S20：是)，另一方面，ECU 66使处理进行至步骤S21。在步骤S21中， ECU 66通过使来自扬声器36的警告声音等停止来取消警告，并且然后结束该处理。
另一方面，在步骤S19中，在判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t) 和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势不属于姿势区域信息71(参见图13)中的“安全姿势区域71B”——在安全姿势区域中，没有过大的力被施加至腰部(参见图6)——的情况下，也就是说，即在判定穿戴者6的抬起姿势不是“安全姿势”的情况下——在安全姿势下，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/ 她的腰部——(S19：否)，ECU 66使处理进行至步骤S22。
在步骤S22中，ECU 66判定指示在抬起工作开始时穿戴者6的抬起姿势的初始姿势数据是否存储在RAM(未示出)中。具体地，ECU 66判定作为初始姿势数据被存储在RAM中的穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)是否被初始化。
在判定指示在抬起工作开始时穿戴者6的抬起姿势的初始姿势数据存储在RAM(未示出)中的情况下，即，在判定作为初始姿势数据被存储在RAM中的穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)未被初始化的情况下(S22：是)，ECU 66使处理进行至稍后将描述的步骤S24。
另一方面，在判定指示在抬起工作开始时穿戴者6的抬起姿势的初始姿势数据未存储在RAM(未示出)中的情况下，即，在判定作为初始姿势数据被存储在RAM中的穿戴者6的上半身相对于竖向方向(Z轴方向) 在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)被初始化的情况下(S22：否)，ECU 66使处理进行至步骤S23。
在步骤S23中，ECU 66读取在步骤S12中检测到的穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)以及在步骤S13中检测到的腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)(操作检测信息)，将这些角度作为初始姿势数据存储在RAM(未示出)中，并且然后进行至步骤S24。在步骤S24中，ECU 66执行稍后将描述的“姿势警告处理”的子处理，并且然后结束该处理。
[姿势警告处理]
接着，将参照图10来描述在步骤S24中执行的“姿势警告处理”的子处理。如图10中所示，在步骤S31中，ECU 66再次从RAM中读取在步骤S18中存储的推定姿势信息，并且判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势是否属于姿势区域信息71(参见图13)中的“不合理的姿势区域71A”，在不合理的姿势区域中，过大的力被施加至腰部。即，ECU 66 判定穿戴者6的抬起姿势是否是当穿戴者6抬起重物时过大的力被施加至他/她的腰部的“不合理的姿势”。因此，步骤S19和步骤S31中的处理对应于图6中所图示的姿势判定单元61B。
在判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势属于姿势区域信息71 (参见图13)中的“不合理的姿势区域71A”——在不合理的姿势区域中，过大的力被施加至腰部——的情况下，也就是说，在判定穿戴者6的抬起姿势是当穿戴者6抬起重物时过大的力被施加至他/她的腰部的“不合理的姿势”的情况下(S31：是)，ECU 66使处理进行至步骤S32。
在步骤S32中，ECU 66通过经由扬声器36产生指示穿戴者6在他/ 她抬起重物时极有可能经受腰痛的第一警告声音(例如蜂鸣器声音)来通知穿戴者6他/她处于不合理的抬起姿势，在不合理的姿势中，当穿戴者6 抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部，此后结束子处理，并且返回主流程图。
在判定根据穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)而指定的穿戴者6的抬起姿势不属于姿势区域信息 71(参见图13)中的“不合理的姿势区域71A”——在不合理的姿势区域中，过大的力被施加至腰部——的情况下，也就是说，在判定穿戴者6的抬起姿势属于姿势区域信息71中的“中间区域71C”的情况下(S31：否)，另一方面，ECU 66使处理进行至步骤S33。
在步骤S33中，ECU 66读取初始姿势数据并且推定初始抬起姿势。 ECU 66再次从RAM中读取在步骤S18中存储的推定姿势信息，基于图 13中所指示的姿势区域信息71来在抬起工作中推定穿戴者6的抬起姿势的姿势变化，然后进行至步骤S34。
具体地，ECU 66读取作为初始姿势数据被存储在RAM中的穿戴者6 的上半身相对于竖向方向(Z轴方向)在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)以及腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)。ECU 66将初始姿势数据中的穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)以及使用上述公式(2)计算出的穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角θ(t)(背部骨与大腿骨之间的角度)推定为初始抬起姿势。ECU 66读取在步骤S18中存储的推定姿势信息，基于图13所指示的姿势区域信息71来推定穿戴者6的抬起姿势的姿势变化，然后进行至步骤S34。
在步骤S34中，ECU 66判定穿戴者6的抬起姿势的变化是否是向“不合理的姿势”转变，在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。在判定穿戴者6的抬起姿势的变化未向“不合理的姿势”转变——在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部——的情况下，也就是说，姿势变化是向“安全姿势”转变的变化，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部(S34：否)，ECU 66使子处理结束并且返回到主流程图。
另外，在穿戴者6的抬起姿势没有变化的情况下，ECU 66判定穿戴者6的抬起姿势存在向“安全姿势”转变的变化，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。因此，步骤S34 中的处理对应于图6所图示的转变判定单元61C。
例如，在根据初始姿势数据计算出的初始抬起姿势中的前倾角θ(t)为约45度并且俯仰角θP(t)为约45度的情况下，初始抬起姿势对应于如图 13中所示的属于姿势区域信息71中的中间区域71C的黑点81F。由在步骤S18中存储的推定姿势信息所指示的穿戴者6的抬起姿势的前倾角θ(t) 和俯仰角θP(t)对应于如图13中所示的在从黑点81F指向属于姿势区域信息71中的“安全姿势区域71B”的黑点81E的箭头85上或者定位在箭头 85附近的姿势变化的情况下，ECU 66判定这种姿势变化是向“安全姿势”转变的变化，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。
在判定穿戴者6的抬起姿势的变化是向“不合理的姿势”的姿势转变的变化——在该不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部——的情况下，也就是说，在判定穿戴者6抬起重物时他/她极有可能经受腰痛的情况下(S34：是)，ECU 66使处理进行至步骤 S35。例如，在根据初始姿势数据计算出的初始抬起姿势中的前倾角θ(t) 为约45度并且俯仰角θP(t)为约45度的情况下，初始抬起姿势对应于属于如图13所示的姿势区域信息71中的中间区域71C的黑点81F。
在由步骤S18中存储的推定姿势信息所指示的穿戴者6的抬起姿势的前倾角θ(t)和俯仰角θP(t)对应于如图13中所示的在从黑点81F指向属于姿势区域信息71中的“不合理的姿势区域71A”的黑点81G的箭头86 上或者定位在箭头86附近的姿势变化的情况下，ECU66判定这样的姿势变化是“不合理的姿势”的姿势转变的变化，在该不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。也就是说，ECU 66 判定当穿戴者6抬起重物时，穿戴者6的姿势变化很可能导致他/她经受腰痛，然后进行至步骤S35。
在由步骤S18中存储的推定姿势信息所指示的穿戴者6的抬起姿势的前倾角θ(t)和俯仰角θP(t)对应于如图13中所示的在从黑点81F指向属于姿势区域信息71中的“中间区域71C”的黑点81H的箭头87上或者定位在箭头87附近的姿势变化的情况下，ECU 66判定这样的姿势变化是向“不合理的姿势”的姿势转变的变化，在该不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，穿戴者6通过使他/她的下背变直而抬起物体并且过大的力被施加至他/她的腰部。也就是说，ECU 66判定当穿戴者6抬起重物时，穿戴者6的姿势变化很可能导致他/她经受腰痛，然后进行至步骤S35。
在步骤S35中，ECU 66通过经由扬声器36产生指示穿戴者6在抬起重物时他/她很可能经受腰痛的第二警告声音(例如蜂鸣声)来通知穿戴者6他/她正在进行向“不合理的姿势”转变的姿势变化，在该不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。ECU 66 还确定校正操作以校正穿戴者6的抬起姿势，使得穿戴者6可以采取“安全姿势”，在该安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。ECU 66经由扬声器36通过语音引导来指示校正操作，此后结束子处理并且返回至主流程图。因此，步骤S35中的处理对应于图 6所图示的校正操作判定单元61D。
例如，ECU 66确定校正操作，以将穿戴者6的姿势变化校正为如图 13所示的在从黑点81F指向属于姿势区域信息71的“安全姿势区域71B”的黑点81E的箭头85上或者定位在箭头85附近的姿势变化。具体地，ECU 66确定校正操作以减小上半身的俯仰角θP(t)，即，确定校正操作以“使穿戴者的上半身后仰并站立”。ECU 66经由扬声器36通过语音指导“使你的上半身后仰并站立”来向穿戴者6指示校正操作。
如以上已经详细描述的，在根据本实施方式的辅助装置1中，ECU 66 使用容纳在背包部37中的3轴加速度和角速度传感器35来检测穿戴者6 的上半身相对于竖直方向在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)。ECU 66还使用分别设置在致动器4R和4L中的输出连杆转向角度检测器43RS 和43LS来检测穿戴者6的腰部相对于右大腿部的前倾角θR(t)以及腰部相对于左大腿部的前倾角θL(t)。
ECU 66根据穿戴者6的上半身相对于竖直方向在向前方向上的俯仰角θP(t)和腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)来推定穿戴者6的抬起姿势。因此，可以以简单的构造来推定穿戴者6的姿势，这减轻了辅助装置1的重量。
ECU 66在所推定的穿戴者6的抬起姿势属于图13所表示的姿势区域信息71中的“不合理的姿势区域71A”——在不合理的姿势区域中，过大的力被施加至腰部——的情况下判定所推定的穿戴者6的抬起姿势是不合理的姿势，在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。在所推定的穿戴者6的抬起姿势是不合理的姿势——在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部——的情况下，ECU 66通过经由扬声器36产生第一警告声音来通知穿戴者6他/她处于不合理的抬起姿势，在该不合理的抬起姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。因此，穿戴者6 可以容易地识别出他/她以其中过大的力被施加至腰部的不合理的姿势抬起重物，这可以通过避免过大的力被施加至腰部而有效地抑制腰痛。
在判定所推定的穿戴者6的抬起姿势属于在图13所表示的姿势区域信息71中的“中间区域71C”的情况下，ECU 66判定在抬起工作中穿戴者6的姿势变化是否是向“不合理的姿势”转变的姿势变化，在不合理的姿势中，当穿戴者抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。在判定穿戴者6的抬起姿势的变化是向“不合理的姿势”转变——在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部——的姿势变化的情况下，也就是说，在判定穿戴者6极有可能经受腰痛的情况下， ECU 66通过产生第二警告声音来通知穿戴者6他/她正在进行向“不合理的姿势”转变的变化，在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。
ECU 66还确定校正操作以校正穿戴者6的抬起姿势使得穿戴者6可以采取“安全姿势”并经由扬声器36通过语音指导指示校正操作，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。因此，穿戴者6可以通过执行校正操作来采取在穿戴者抬起重物时没有过大的力被施加至他/她的腰部的安全姿势，这可以通过避免过大的力被施加至腰部而有效地抑制腰痛。
根据本实施方式的辅助装置1可以在姿势推定(步骤S18、S33和S34) 期间使用机器学习(比如神经网络)。例如，可以根据比如穿戴者6的上半身的俯仰角θP(t)和腰部相对于左大腿部和右大腿部的前倾角θL(t)和θR(t)之类的姿势信息来推定当前的抬起姿势和将来的抬起姿势。
可以通过将用于学习的存储区域(增加存储容量)添加到在步骤S18 中用于存储的RAM等中、存储学习模型并操作操作单元R1(用于学习的答案信息也从操作单元R1输入)来执行学习操作。可以使用通过将所学习的学习模型反映于在步骤S18中用于存储的RAM等中而学习的学习模型来推定当前的抬起姿势和将来的抬起姿势。替代性地，可以通过借助于操作单元R1等来存储用于不同辅助装置1的学习模型而使用用于不同辅助装置1的学习模型来推定当前的抬起姿势和将来的抬起姿势。
类似于抬起姿势推定，机器学习(比如神经网络)也可以用于姿势判定(步骤S19和S34)等的判定处理。例如，可以通过将用于学习的存储区域(用于增加存储容量)添加到在步骤S18中用于存储的RAM等中、存储学习模型并操作操作单元R1(用于学习的答案信息也从操作单元R1 输入)来执行学习操作。
本发明不限于上述实施方式，并且理所当然的是，在不脱离本发明的范围和精神的情况下，可以进行各种改进、修改、增加和删除。在下面的描述中，与根据以上在图1至图13中所描述的实施方式的辅助装置1的各部件等的附图标记相同的那些附图标记表示与根据上述实施方式的辅助装置1的各部件等相同或等同的各部件。
(A)例如，三轴加速度和角速度传感器35可以代替输出连杆转向角度检测器43RS和43LS而进一步附接至输出连杆50R和50L的辅助臂 51R和51L中的每一者。三轴加速度和角速度传感器35可以电连接至控制器61。ECU 66可以基于来自附接至辅助臂51R和51L中的每一者的3 轴加速度和角速度传感器35的检测信号来检测腰部相对于右大腿部和左大腿部的前倾角θR(t)和θL(t)。因此，ECU 66可以使用以上公式(2)来计算穿戴者6的腰部相对于大腿部的前倾角(背部骨与大腿骨之间的角度)θ(t)。
(B)在该实施方式中，例如，ECU 66在抬起工作中推定穿戴者6 的抬起姿势，并且判定穿戴者6的抬起姿势的变化是否是向“不合理的姿势”转变的变化，在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。同样地，ECU 66可以在卸下工作中推定穿戴者6 的卸下姿势，并且判定穿戴者6的卸下姿势的变化是否是向“不合理的姿势”转变的姿势变化，在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部。在判定穿戴者6的卸下姿势的变化是向“不合理的姿势”转变——在不合理的姿势中，当穿戴者6抬起重物时，过大的力被施加至他/她的腰部——的姿势变化的情况下，ECU 66可以发出警告。
ECU 66可以经由扬声器36通过语音引导等指示校正操作，以校正穿戴者6的卸下姿势，使得穿戴者6可以采取“安全姿势”，在安全姿势中，当穿戴者6抬起重物时，没有过大的力被施加至他/她的腰部。因此，穿戴者6可以通过执行校正操作来采取当穿戴者6抬起重物时没有过大的力被施加至他/她的腰部的安全姿势，这可以通过避免过大的力被施加至腰部而有效地抑制腰痛。
(C)在例如在步骤S35中穿戴者6的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角θP(t)没有变化的情况下，ECU 66可以经由扬声器36通过语音引导指示校正操作，并且由于不对马达47R和47L进行驱动而不对穿戴者6的抬起工作进行辅助。因此，穿戴者6可以容易地知道需要采取当穿戴者6抬起重物时没有过大的力被施加至他/她的腰部的安全姿势，这可以通过避免过大的力被施加至腰部而有效地抑制腰痛。
(D)例如，不仅可以将三轴加速度和角速度传感器35设置到背包部37，而且也可以设置到穿戴者6的臂部。因此，可以使用设置在背包部37和臂部上的3轴加速度和角速度传感器35来检测穿戴者6的上半身相对于竖直方向在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)，这可以提高所推定的穿戴者6的抬起姿势的准确性。
(E)在实施方式中，例如，使用3轴加速度和角速度传感器35来检测穿戴者6的上半身相对于竖直方向在向前方向(X轴方向)上的俯仰角θP(t)。然而，可以通过附加地检测上半身的侧倾角来更详细地推定穿戴者 6的抬起姿势。因此，可以提高校正操作的精度，该校正操作使得能够采取没有过大的力被施加至腰部的安全姿势。
(F)例如，可以提供多种姿势区域信息71，其中“不合理的姿势区域71A”的下端边缘被逐步地设置为更靠近“安全姿势区域71B”。在穿戴者6经受腰痛并且经常经受腰痛的情况下，可以通过操作操作单元R1 来选择和设置一种姿势区域信息71，在该姿势区域信息中，“不合理的姿势区域71A”的下端边缘被设置成靠近“安全的姿势区域71B”。因此，即使穿戴者6经受腰痛并且经常经受腰痛，也可以以适当的方式判定姿势变化是否是向过大的力被施加至腰部的“不合理的姿势”转变的姿势变化，这可有效抑制穿戴者6的腰痛。
(G)辅助装置1例如可以在穿戴者6的双脚上设置有脚底负荷传感器。脚底负荷传感器可以电连接至控制器61。ECU 66可以基于来自容纳在背包部37中的3轴加速度和角速度传感器35、输出连杆转向角度检测器43RS和43LS以及脚底负荷传感器的检测信号来推定穿戴者6在重物的抬起工作期间的抬起姿势。因此，可以判定穿戴者6是否正在抬起重物，并且可以在重物的抬起工作期间以适当的方式判定姿势变化是否是向过大的力被施加至穿戴者6的腰部的“不合理的姿势”转变的姿势变化，这可以有效地抑制腰痛。

Claims (7)

1.一种辅助装置，其特征在于包括：
身体安装固定装置(2)，所述身体安装固定装置(2)安装至穿戴者的至少腰部；
致动器(4R、4L)，所述致动器(4R、4L)安装至所述身体安装固定装置(2)和所述穿戴者的大腿部，所述致动器(4R、4L)配置成产生用于对所述穿戴者的所述大腿部相对于所述腰部的操作或者所述穿戴者的所述腰部相对于所述大腿部的操作进行辅助的辅助扭矩；
操作状态检测器(35、43RS)，所述操作状态检测器(35、43RS)配置成检测所述穿戴者的操作状态；以及
控制器(61)，所述控制器(61)配置成对所述致动器(4R、4L)的驱动进行控制，所述控制器(61)配置成在所述致动器(4R、4L)产生所述辅助扭矩时，获取基于由所述操作状态检测器(35、43RS)所检测到的操作检测信息而推定的所述穿戴者的推定姿势，并且所述控制器(61)配置成判定所述推定姿势是否是过大的力被施加至所述腰部的不合理的姿势。
2.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于，所述控制器(61)配置成在判定所述推定姿势不是过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势时，基于所述操作检测信息来判定所述推定姿势是否向过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势转变。
3.根据权利要求1或2所述的辅助装置，其特征在于，还包括配置成通知所述穿戴者的通知装置(36)，其中，所述控制器(61)配置成在判定所述推定姿势是过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势时控制所述通知装置(36)以便向所述穿戴者通知所述推定姿势是过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势。
4.根据权利要求2所述的辅助装置，其特征在于，还包括配置成通知所述穿戴者的通知装置(36)，其中：
所述控制器(61)配置成确定用于校正所述推定姿势的校正操作，使得允许所述穿戴者采取过大的力不被施加至所述腰部的安全姿势；以及
所述控制器(61)配置成在判定所述推定姿势向过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势转变时控制所述通知装置(36)以便向所述穿戴者通知穿戴者向过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势转变，并且所述控制器(61)配置成控制所述通知装置(36)以向所述穿戴者指示校正操作。
5.根据权利要求1、2和4中的任一项所述的辅助装置，其特征在于：
所述操作状态检测器(35、43RS)包括俯仰角度检测器和腰部角度检测器，所述俯仰角度检测器配置成检测所述穿戴者的上半身相对于竖向方向在向前方向上的俯仰角，并且所述腰部角度检测器配置成检测所述穿戴者的所述腰部相对于所述大腿部的前倾角；以及
所述控制器(61)配置成基于所述俯仰角和所述前倾角来推定所述穿戴者的姿势。
6.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：
所述控制器(61)配置成存储已经学习所述推定姿势的学习模型；以及
所述控制器(61)配置成在所述致动器(4R、4L)产生所述辅助扭矩时基于所述学习模型来获取所述推定姿势。
7.根据权利要求1所述的辅助装置，其特征在于：
所述控制器(61)配置成存储已经学习关于所述推定姿势是否为过大的力被施加至所述腰部的的所述不合理的姿势进行判定的学习模型；以及
所述控制器(61)配置成基于所述学习模型来判定所述推定姿势是否为过大的力被施加至所述腰部的所述不合理的姿势。
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