DE102021117254A1

DE102021117254A1 - Assistenzvorrichtung

Info

Publication number: DE102021117254A1
Application number: DE102021117254.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshitaka YOSHIMI
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2020-07-06
Filing date: 2021-07-05
Publication date: 2022-01-13
Also published as: CN113894770A; US20220000701A1; JP2022014056A

Abstract

Eine Assistenzvorrichtung umfasst eine erste am Körper getragene Einheit (11); zweite am Körper getragene Einheiten (12R, 12L); einen Aktuator; eine Steuerung, die konfiguriert ist, um einen Assistenzparameter zu beziehen, der ein zu erzeugendes Assistenzdrehmoment bestimmt, und eine Steuerung durchführt, um den Aktuator bei einer Ausgabe basierend auf dem Assistenzparameter zu betreiben; und ein Neigungswinkelerfassungsteil, das konfiguriert ist, um Neigungswinkelinformationen über einen Neigungswinkel eines Oberkörpers eines Benutzers zu beziehen. Der Aktuator umfasst Arme (37); und Schwenkwinkelerfassungsteile, die konfiguriert sind, um Schwenkwinkelinformationen über Schwenkwinkel der Arme (37) zu beziehen, die durch den Oberkörper und die Oberschenkel des Benutzers gebildete Winkel darstellen. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Assistenzparameter basierend auf den Schwingwinkelinformationen und den Neigungswinkelinformationen zu beziehen.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Offenbarung bezieht sich auf eine Assistenzvorrichtung.
2. Beschreibung des Standes der Technik
Es wurden verschiedene Assistenzvorrichtungen vorgeschlagen, die am Körper von Benutzern (Personen) getragen werden, um die Benutzer bei Aufgaben zu unterstützen. Beim Heben eines schweren Objekts kann beispielsweise ein Benutzer einer Assistenzvorrichtung die Aufgabe mit einer geringeren Kraft (mit weniger Last) ausführen. Eine solche Assistenzvorrichtung ist in der japanischen nicht geprüften Patentanmeldung Nr. 2019-206045 ( JP 2019-206045 A ) offenbart. Diese Vorrichtung umfasst eine erste am Körper getragene Einheit, die am Oberkörper eines Benutzers einschließlich seiner Hüften getragen wird, zweite am Körper getragene Einheiten, die an den rechten und linken Beinen des Benutzers getragen werden, ein Stellglied bzw. einen Aktuator, der ein Assistenzdrehmoment zur Unterstützung des Benutzers bei der Bewegung seiner Hüften relativ zu seinen Oberschenkeln und umgekehrt erzeugt, und eine Steuerung, die den Aktuator steuert.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
In der in JP 2019-206045 A offenbarten Assistenzvorrichtung umfasst der Aktuator Antriebseinheiten, die an der ersten am Körper getragenen Einheit so angebracht sind, dass sie sich auf der rechten und linken Seite der Hüften des Benutzers befinden. Der Aktuator umfasst außerdem Arme. Jeder Arm ist mit seinem vorderen Ende an der zweiten am Körper getragenen Einheit und mit seinem Basisende an der Antriebseinheit befestigt und schwingt um das Basisende vor und zurück. Der Schwenkwinkel des Arms wird von einem Sensor erfasst, und die Steuerung bezieht einen Assistenzdrehmomentsollwert als Assistenzparameter basierend auf dem Schwenkwinkel.
Der Assistenzdrehmomentsollwert wird also basierend auf den Schwing- bzw. Schwenkwinkeln der Arme, d.h. den Winkeln der Beine (Oberschenkel) des Benutzers, ermittelt. Der Aktuator arbeitet bei einer Ausgabe entsprechend dem Anweisungswert, um dem Benutzer eine Assistenzkraft zur Verfügung zu stellen. In diesem Fall, z.B. wenn der Benutzer in aufrechter Stehhaltung lediglich seine Knie beugt, um seine Haltung zu ändern und nicht, um eine Aktion zum Heben einer Last usw. auszuführen, ändern sich die Schwenkwinkel der Arme, und der Assistenzdrehmomentsollwert wird basierend auf dieser Änderung bezogen. Infolgedessen erzeugt die Assistenzvorrichtung ein Assistenzdrehmoment und kann dadurch beim Benutzer ein Gefühl des Unbehagens hervorrufen.
Diese Offenbarung stellt eine Assistenzvorrichtung bereit, die die Wahrscheinlichkeit verringern kann, dass der Benutzer ein Gefühl des Unbehagens hat.
Eine Assistenzvorrichtung gemäß einem Aspekt dieser Offenbarung umfasst eine erste am Körper getragene Einheit, die zumindest an den Hüften eines Benutzers getragen wird; zweite am Körper getragene Einheiten, die an den Oberschenkeln der rechten und linken Beine des Benutzers getragen werden; einen Aktuator, der Antriebseinheiten umfasst, die an der ersten am Körper getragenen Einheit so angebracht sind, dass sie sich auf der rechten und linken Seite der Hüften des Benutzers befinden, wobei der Aktuator so konfiguriert ist, dass er ein Assistenzdrehmoment erzeugt, das den Benutzer bei der Bewegung der Hüften des Benutzers relativ zu den Oberschenkeln des Benutzers und der Bewegung der Oberschenkel des Benutzers relativ zu den Hüften des Benutzers unterstützt; eine Steuerung, die so konfiguriert ist, dass sie einen Assistenzparameter bezieht, der das zu erzeugende Assistenzdrehmoment bestimmt, und eine Steuerung durchführt, um den Aktuator bei einer Ausgabe basierend auf dem Assistenzparameter zu betreiben; und ein Neigungswinkelerfassungsteil, das so konfiguriert ist, dass es Neigungswinkelinformationen über einen Neigungswinkel eines Oberkörpers des Benutzers bezieht. Der Aktuator umfasst Arme, von denen jeder ein vorderes Ende, das an einer entsprechenden der zweiten am Körper getragenen Einheiten angebracht ist, und ein Basisende, das an einer entsprechenden der Antriebseinheiten angebracht ist, aufweist, wobei jeder der Arme so konfiguriert ist, dass er um das Basisende hin- und herschwingt; und Schwenkwinkelerfassungsteile, die so konfiguriert sind, dass sie Schwenkwinkelinformationen über Schwenkwinkel der Arme beziehen, die von dem Oberkörper und den Oberschenkeln des Benutzers gebildete Winkel darstellen. Die Steuerung ist so konfiguriert, dass sie den Assistenzparameter basierend auf den Schwenkwinkelinformationen und den Neigungswinkelinformationen bezieht.
Bei dieser Assistenzeinrichtung werden nicht nur die Winkel, die der Oberkörper und die Oberschenkel des Benutzers bilden, sondern auch der Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers, d.h. der Grad der nach vorne geneigten Haltung des Oberkörpers, bei der Ermittlung des Assistenzparameters berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, den Aktuator so zu steuern, dass in Abhängigkeit vom Neigungswinkel des Oberkörpers kein oder nur ein geringes Assistenzdrehmoment erzeugt wird. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Benutzer ein Unbehagen empfindet, reduziert werden.
Um den Assistenzparameter zu beziehen, kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie einen vorläufigen Assistenzparameter basierend auf den Schwenkwinkelinformationen bezieht, eine Korrekturverstärkung basierend auf den Neigungswinkelinformationen bezieht und den Assistenzparameter unter Verwendung des vorläufigen Assistenzparameters und der Korrekturverstärkung bezieht. In dieser Konfiguration wird der Assistenzparameter bezogen, indem die Korrekturverstärkung entsprechend dem Neigungswinkel des Oberkörpers bezogen wird und der vorläufige Assistenzparameter korrigiert wird, der basierend auf dem/den Schwenkwinkel(n) des/der Arms(e) bezogen wurde.
Je größer der Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers ist, desto größer ist tendenziell die Belastung der Hüften des Benutzers. Daher kann ein von der Steuerung bezogener Wert der Korrekturverstärkung ein Wert sein, der den Assistenzparameter bei einem großen Neigungswinkel größer macht als bei einem kleinen Neigungswinkel. Wenn der Neigungswinkel des Oberkörpers in dieser Konfiguration groß ist, wird der Assistenzparameter auf einen großen Wert eingestellt. Dadurch wird ein großes Assistenzdrehmoment erzeugt und die Hüften des Benutzers können weiter entlastet werden.
In dem Fall, in dem die Steuerung den vorläufigen Assistenzparameter so bezieht, dass z.B. der vorläufige Assistenzparameter größer wird, wenn der Benutzer lediglich sein Knie ein wenig beugt, um z.B. seine Körperhaltung zu ändern, können Schwenkwinkelinformationen über einen Schwenkwinkel bezogen werden, der größer als Null ist, und ein vorläufiger Assistenzparameter zur Erzeugung eines Assistenzdrehmoments bezogen werden, der größer als Null ist. Wenn der Aktuator mit einer Leistung betrieben wird, die auf diesem vorläufigen Assistenzparameter basiert, stellt die Assistenzvorrichtung dem Benutzer eine Assistenzkraft zur Verfügung, obwohl der Benutzer lediglich seine Körperhaltung ändert.
Daher kann die Steuerung so konfiguriert sein, dass sie, wenn der Neigungswinkel klein ist, die Korrekturverstärkung bezieht, um zu bewirken, dass sich der Assistenzparameter basierend auf den Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel Null nähert. In dieser Konfiguration kann, selbst wenn ein vorläufiger Assistenzparameter zum Erzeugen eines Assistenzdrehmoments, das größer als Null ist, bezogen wird, der Assistenzparameter veranlasst werden, sich Null zu nähern, wenn der Neigungswinkel klein ist. Dadurch wird verhindert, dass dem Benutzer eine Assistenzkraft zur Verfügung gestellt wird, wenn der Benutzer lediglich seine Körperhaltung ändert.
Die Steuerung kann einen Zählteil umfassen, der so konfiguriert ist, dass er eine Hebedauerzeit bezieht, die eine verstrichene Zeit angibt, seit der Benutzer beginnt, eine Last zu heben; einen Speicherteil, der so konfiguriert ist, dass er erste Korrespondenzinformationen, die eine Beziehung zwischen den Neigungswinkelinformationen und der Korrekturverstärkung angeben, und zweite Korrespondenzinformationen speichert, die eine Beziehung zwischen der Hebedauerzeit und dem vorläufigen Assistenzparameter angeben; einen ersten Verarbeitungsteil, der so konfiguriert ist, dass er die Korrekturverstärkung basierend auf den bezogenen Neigungswinkelinformationen und den ersten Korrespondenzinformationen bezieht; und einen zweiten Verarbeitungsteil, der so konfiguriert ist, dass er den vorläufigen Assistenzparameter basierend auf der bezogenen Hebedauerzeit und den zweiten Korrespondenzinformationen bezieht. In dieser Konfiguration wird der vorläufige Assistenzparameter entsprechend der verstrichenen Zeit seit Beginn des Anhebens einer Last bezogen, so dass der Assistenzparameter entsprechend dieser Zeit bezogen wird.
Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie als Assistenzparameter eine Summe aus einem Wert, der durch Anwendung einer Steifigkeitstermverstärkung auf die bezogenen Neigungswinkelinformationen bezogen wird, und einem Wert, der durch Anwendung einer Viskositätstermverstärkung auf die bezogenen Schwenkwinkelinformationen bezogen wird, bezieht. In diesem Fall kann ein geeignetes Assistenzdrehmoment erzeugt werden, wenn der Benutzer z.B. eine Last absenkt oder lediglich eine nach vorne gebeugte Haltung einnimmt.
Ein Prozess, bei dem die Steuerung den Assistenzparameter unter Verwendung der Korrekturverstärkung bezieht, kann ein Prozess zum Heben sein. Ein Prozess, bei dem die Steuerung als Assistenzparameter eine Summe aus einem Wert, der durch Anwendung einer Steifigkeitstermverstärkung auf die bezogenen Neigungswinkelinformationen bezogen wird, und einem Wert, der durch Anwendung einer Viskositätstermverstärkung auf die bezogenen Schwenkwinkelinformationen bezogen wird, bezieht, kann ein Prozess für eine Bückaktion sein. Die Steuerung kann so konfiguriert sein, dass sie entweder den Prozess für das Heben oder den Prozess für die Bückaktion auswählt und ausführt. In diesem Fall haben der Prozess für das Anheben und der Prozess für die Verkrümmung unterschiedliche Logiken, und es werden für die jeweiligen Aktionen geeignete Prozesse ausgeführt.
In einer geeigneten Konfiguration, in der das Neigungswinkelerfassungsteil und die Schwenkwinkelerfassungsteile den Neigungswinkel bzw. die Schwenkwinkel erfassen, kann das Neigungswinkelerfassungsteil ein Sensor sein, der so konfiguriert ist, dass er eine Ausgabe erzeugt, die entsprechend einer Haltung des Oberkörpers des Benutzers variiert, und die Schwenkwinkelerfassungsteile können Detektoren sein, die so konfiguriert sind, dass sie Drehwinkel von Drehelementen erfassen, die in dem Aktuator zum Schwenken der Arme vorgesehen sind. Diese Konfiguration ermöglicht es, die Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers und die Schwenkwinkelinformationen über die Schwenkwinkel der Arme genau zu beziehen.
Die Assistenzvorrichtung gemäß dem vorstehenden Aspekt dieser Offenbarung kann die Wahrscheinlichkeit verringern, dass der Benutzer ein Gefühl des Unbehagens hat.
Figurenliste
Merkmale, Vorteile und technische sowie industrielle Signifikanz von exemplarischen Ausführungsbeispielen der Erfindung werden im Folgenden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Elemente bezeichnen, und in denen gilt:

1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Beispiels einer Assistenzvorrichtung zeigt;
2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 1 dargestellten Assistenzvorrichtung;
3 ist eine Seitenansicht, die einen Benutzer zeigt, der die in 1 dargestellte Assistenzvorrichtung trägt;
4 ist eine Seitenansicht, die den Benutzer zeigt, der die in 1 dargestellte Assistenzvorrichtung trägt;
5 ist eine Explosionsdarstellung einer rechten Antriebseinheit;
6 ist eine Schnittdarstellung der rechten Antriebseinheit;
7 ist eine Blockdarstellung, die eine Steuervorrichtung usw. zeigt, die in der Assistenzvorrichtung enthalten ist;
8 ist eine Blockdarstellung, die ein Beispiel für Prozesse zeigt, die von einer Steuervorrichtung ausgeführt werden;
9 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispiel für die von der Steuervorrichtung ausgeführten Prozesse zeigt;
10 ist eine Blockdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die von der Steuervorrichtung ausgeführten Prozesse zeigt;
11 ist ein Flussdiagramm, das das andere Beispiel der von der Steuervorrichtung durchgeführten Prozesse zeigt; und
12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Assistenzvorrichtung in einer anderen Form zeigt.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Gesamtaufbau der Assistenzvorrichtung
1 ist eine perspektivische Ansicht, die die Gesamtkonfiguration eines Beispiels einer Assistenzvorrichtung zeigt. 2 ist eine perspektivische Explosionsansicht der in 1 gezeigten Assistenzvorrichtung. 3 und 4 sind Seitenansichten, die einen Benutzer zeigen, der die in 1 gezeigte Assistenzvorrichtung trägt. In 3 befindet sich der Benutzer in einer aufrechten Stehhaltung, und in 4 befindet sich der Benutzer in einer nach vorne gebeugten Haltung. Die in 3 gezeigte aufrechte Stehhaltung ist eine Haltung, in der sich eine Längsrichtung des Körpers des Benutzers von seinem Bein BL zu seinem Kopf BH entlang einer vertikalen Linie V erstreckt. Die in 4 gezeigte nach vorne gebeugte Haltung ist eine Haltung, in der eine Längsrichtung des Oberkörpers des Benutzers von seiner Hüfte BW bis zu seinem Kopf BH in Richtung einer Vorderseite relativ zur vertikalen Linie V kippt. Die in 4 gezeigte nach vorne gebeugte Haltung ist eine Haltung des Benutzers in einem Zustand, in dem er seine Beine BL an den Knien gebeugt hat. In 4 wird der Winkel der nach vorne geneigten Haltung des Oberkörpers des Benutzers relativ zur vertikalen Linie V mit θh bezeichnet. In dieser Offenbarung wird der Winkel θh als „Neigungswinkel θh“ definiert.
Eine Assistenzvorrichtung 10 ist eine Vorrichtung, die einen Benutzer beim Drehen bzw. Abknicken seiner Beine BL (Oberschenkel BF) relativ zu seinen Hüften BW unterstützt, z.B. wenn der Benutzer eine Last hebt und eine Last senkt, und die den Benutzer beim Drehen bzw. Abknicken seiner Beine BL (Oberschenkel BF) relativ zu seinen Hüften BW unterstützt, wenn der Benutzer geht. Der Betrieb der Assistenzvorrichtung 10, die dem Benutzer körperliche Unterstützung bietet, wird als „Assistenzoperation“ bezeichnet.
Die X-Achse, Y-Achse und Z-Achse sind in den Zeichnungen orthogonal zueinander. Für den Benutzer, der die Assistenzvorrichtung 10 in einer aufrechten Stehhaltung trägt, entsprechen eine X-Achsen-Richtung, eine Y-Achsen-Richtung und eine Z-Achsen-Richtung jeweils einer Richtung nach vorne, einer Richtung nach links und einer Richtung nach oben. Im Hinblick auf die Assistenzoperation ist das Unterstützen des Benutzers beim Drehen seiner Beine BL (Oberschenkel BF) relativ zu seinen Hüften BW, wie oben erwähnt, dasselbe wie das Unterstützen des Benutzers beim Drehen seiner Hüften BW relativ zu seinen Beinen BL (Oberschenkeln BF). Die Assistenzoperation ist die Operation, den Benutzer zu unterstützen, indem dem Benutzer ein Drehmoment um eine imaginäre Linie Li, die durch den Benutzer in der Nähe seiner Hüften BW in einer Rechts-Links-Richtung verläuft, bereitgestellt wird. Dieses Drehmoment wird auch als „Assistenzdrehmoment“ bezeichnet.
Die in 1 dargestellte Assistenzvorrichtung 10 umfasst eine erste am Körper getragene Einheit 11, eine rechte und eine linke zweite am Körper getragene Einheit 12R, 12L und ein Stellglied bzw. einen Aktuator 9, der ein Assistenzdrehmoment erzeugt, um den Benutzer bei der Bewegung seiner Hüften BW relativ zu seinen Oberschenkeln BF und umgekehrt zu unterstützen. „Seine Hüften BW relativ zu seinen Oberschenkeln BF bewegen und umgekehrt“ bedeutet, seine Oberschenkel BF relativ zu seinen Hüften BW zu bewegen und seine Hüften BW relativ zu seinen Oberschenkeln BF zu bewegen. In der in 1 dargestellten Form umfasst der Aktuator 9 eine rechte und eine linke Antriebseinheit 13R, 13L.
Die erste am Körper getragene Einheit 11 umfasst eine Hüftstütze 21 und eine Jacke 22 und wird am Oberkörper des Benutzers einschließlich mindestens seiner Hüfte BW getragen. Die rechte und linke zweite am Körper getragene Einheit 12R, 12L wird am rechten und linken Oberschenkel BF des Benutzers getragen. Die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L sind zwischen der ersten am Körper getragenen Einheit 11 und den zweiten am Körper getragenen Einheiten 12R, 12L angeordnet und dienen als Antriebsteile, die die Antriebsoperation zur Durchführung der Assistenzoperation durchführen.
Die Assistenzvorrichtung 10 umfasst ferner eine Bedieneinheit 14 und eine Steuervorrichtung 15. Die Bedieneinheit 14 ist ein sogenannter Controller und ist eine Einrichtung, in die der Benutzer Vorgaben für die Assistenzoperation etc. eingibt. Die Spezifikationen der Assistenzoperation umfassen einen Aktionsmodus der Assistenzoperation, die Intensität der Assistenzoperation und die Geschwindigkeit der Assistenzoperation. Zu den Aktionsmodi gehören z.B. „Senken“ und „Heben“ und auch „Gehen“. Die Intensität der Assistenzoperation wird in mehreren Stufen eingestellt. Zum Beispiel werden „Stufe 1 (niedrig)“, „Stufe 2 (mittel)“ und „Stufe 3 (hoch)“ eingestellt. Die Bedieneinheit 14 ist mit Auswahltasten versehen, mit denen der Benutzer die Spezifikationen der Assistenzoperation auswählt. Die Bedieneinheit 14 ist an der ersten am Körper getragenen Einheit 11, z.B. an der Jacke 22, befestigt. Die Bedieneinheit 14 und das Steuergerät 15 sind drahtgebunden oder drahtlos miteinander verbunden und können miteinander kommunizieren. Die Steuervorrichtung 15 steuert den Betrieb der Antriebseinheiten 13R, 13L entsprechend den in die Bedieneinheit 14 eingegebenen Informationen.
Die erste am Körper getragene Einheit 11 umfasst die Hüftstütze 21, die Jacke 22, einen Rahmen 23 und einen Rucksack 24. Die Hüftstütze 21 wird um die Hüfte BW des Benutzers getragen. Die Hüftstütze 21 umfasst einen Gurt 25. Der Gurt 25 ermöglicht es, die Länge der Hüftstütze 21 um die Hüfte BW zu verändern und dient zur Fixierung der Hüftstütze 21 an der Hüfte BW. Die Hüftstütze 21 umfasst einen harten Kern aus Harz oder ähnlichem und ein Leder- oder Stoffteil. An der rechten und linken Seite der Hüftstütze 21 sind Gehäuse 36 der Antriebseinheiten 13R, 13L angebracht. Die Hüftstütze 21 und die Gehäuse 36 sind so montiert, dass sie sich um die gedachte Linie Li, die sich in der Rechts-Links-Richtung erstreckt, in die eine und die andere Richtung drehen können.
Die Jacke 22 wird um die Schultern BS und die Brust BB des Benutzers getragen. Die Jacke 22 umfasst erste Befestigungsteile 26 und zweite Befestigungsteile 27. Die Jacke 22 ist über die ersten Befestigungsteile 26 mit dem Rahmen 23 gekoppelt. Die Jacke 22 ist über die zweiten Befestigungsteile 27 mit der Hüftstütze 21 verbunden. Die Jacke 22 besteht aus einem harten Kern aus Harz oder ähnlichem und einem Leder- oder Stoffteil.
Der Rahmen 23 wird durch ein Element aus Metall, z.B. einer Aluminiumlegierung, gebildet. Der Rahmen 23 umfasst einen Hauptrahmen 28, einen linken Unterrahmen 29L und einen rechten Unterrahmen 29R. Der Hauptrahmen 28 enthält ein Stützelement 30, auf dem der Rücken des Benutzers ruht. Der rechte Assistenzrahmen 29R und der linke Assistenzrahmen 29L sind säulenartige Elemente, die den Hauptrahmen 28 und Teile der rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L miteinander verbinden. Ein oberes Ende des linken Assistenzrahmens 29L ist mit einem Teil des Hauptrahmens 28 verbunden, und ein unteres Ende des linken Assistenzrahmens 29L ist mit dem Gehäuse 36 der linken Antriebseinheit 13L verbunden. Ein oberes Ende des rechten Assistenzrahmens 29R ist mit einem anderen Teil des Hauptrahmens 28 gekoppelt, und ein unteres Ende des rechten Assistenzrahmens 29R ist mit dem Gehäuse 36 der rechten Antriebseinheit 13R gekoppelt. Somit sind die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L und der Rahmen 23 der ersten am Körper getragenen Einheit 11 integriert, so dass sich die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L und der Rahmen 23 (erste am Körper getragene Einheit 11) nicht relativ zueinander verschieben können.
Der Rucksack 24 ist an einem hinteren Teil des Hauptrahmens 28 angebracht. Der Rucksack 24 wird auch als Steuerkasten bezeichnet und hat eine Kastenform, und im Inneren des Rucksacks 24 sind die Steuervorrichtung 15, eine Energiequelle (Batterie) 20, ein Beschleunigungssensor 33 und anderes vorgesehen. Die Energiequelle 20 versorgt die Geräte einschließlich der Steuervorrichtung 15 und der rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L mit der erforderlichen Energie.
Die rechte und linke zweite am Körper getragene Einheit 12R, 12L wird um den rechten und linken Oberschenkel BF des Benutzers getragen. Die Form der zweiten am Körper getragenen Einheit 12L für den linken Oberschenkel BF und die Form der zweiten am Körper getragenen Einheit 12R für den rechten Oberschenkel BF sind spiegelbildlich zueinander, aber beide Einheiten haben die gleiche Konfiguration. Die zweite am Körper getragene Einheit 12L (12R) umfasst einen polsterartigen Hauptteil 31, der durch einen harten Kern aus Metall, Harz oder ähnlichem gebildet wird, und einen Gurt 32, der durch ein Leder- oder Stoffteil gebildet wird. Ein Teil eines Arms 37 der Antriebseinheit 13L ist mit dem Hauptteil 31 verbunden. Das Hauptteil 31 kommt mit einer Vorderfläche des Oberschenkels BF in Kontakt. Der Gurt 32 ermöglicht die Änderung der Länge der zweiten am Körper getragenen Einheit 12R (12L) um den Oberschenkel BF und dient zur Befestigung des Hauptteils 31 am Oberschenkel BF.
Die linke Antriebseinheit 13L ist zwischen der ersten am Körper getragenen Einheit 11 und der zweiten am Körper getragenen Einheit 12L vorgesehen. Die rechte Antriebseinheit 13R ist zwischen der ersten am Körper getragenen Einheit 11 und der rechten zweiten am Körper getragenen Einheit 12R angeordnet. Die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L sind so an der ersten am Körper getragenen Einheit 11 angebracht, dass sie sich auf der rechten und linken Seite der Hüfte BW des Benutzers befinden. Insbesondere sind die Antriebseinheiten 13R, 13L an der rechten und linken Seite der Hüftstütze 21 angebracht. Die Form der linken Antriebseinheit 13L und die Form der rechten Antriebseinheit 13R sind spiegelbildlich zueinander, aber beide Einheiten haben die gleiche Konfiguration und die gleiche Funktion. Die linke Antriebseinheit 13L und die rechte Antriebseinheit 13R können jeweils unabhängig voneinander arbeiten und eine unterschiedliche Funktion ausführen, aber auch synchron die gleiche Funktion ausführen.
Jede der rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L hat eine Konfiguration zur Durchführung der Assistenzoperation, um dem Benutzer eine Assistenzkraft zur Verfügung zu stellen. Die Assistenzkraft ist ein Drehmoment um die imaginäre Linie Li, und dieses Drehmoment ist ein „Assistenzdrehmoment“. Die Assistenzvorrichtung 10 unterstützt den Benutzer bei der Drehung seiner Oberschenkel BF relativ zu seinen Hüften BW mit dem von der rechten und linken Antriebseinheit 13R, 13L ausgegebenen Assistenzdrehmoment.
5 ist eine Explosionsdarstellung der rechten Antriebseinheit 13R. 6 ist eine Schnittdarstellung der rechten Antriebseinheit 13R. Da die linke Antriebseinheit 13L und die rechte Antriebseinheit 13R die gleiche Konfiguration aufweisen, wird hier die Konfiguration der rechten Antriebseinheit 13R beschrieben und die Beschreibung der linken Antriebseinheit 13L entfällt. Die Antriebseinheit 13R umfasst einen Antriebsmechanismus 35, das Gehäuse 36, in dem der Antriebsmechanismus 35 untergebracht ist, und den Arm 37, auf den das vom Antriebsmechanismus 35 abgegebene Drehmoment übertragen wird. In 5 und 6 ist nur ein Teil (erster Armteil 37a) des Arms 37 dargestellt.
Eine Assistenzwelle 38 ist an einem oberen Ende des Arms 37 (erster Armteil 37a) befestigt, und der Arm 37 und die Assistenzwelle 38 drehen sich gemeinsam. Die Assistenzwelle 38 ist in der Antriebseinheit 13R so vorgesehen, dass sie auf der imaginären Linie Li zentriert ist. Wie in 1 gezeigt, ist ein vorderes Ende des Arms 37 (dritter Armteil 37c) mit der zweiten am Körper getragenen Einheit 12R gekoppelt.
Der Antriebsmechanismus 35 ist wie folgt konfiguriert. Der Antriebsmechanismus 35 liefert dem Benutzer ein Assistenzdrehmoment, indem er den Arm 37 um die gedachte Linie Li schwingt (dreht). Wenn der Benutzer freiwillig seine Körperhaltung ändert (siehe 3 und 4), schwingt (dreht) der Arm 37 um die gedachte Linie Li relativ zum Gehäuse 36.
Im Folgenden wird die spezifische Konfiguration des Antriebsmechanismus 35 beschrieben. Wie in 5 und 6 gezeigt, umfasst der Antriebsmechanismus 35 einen Unterrahmen 41, der an dem Gehäuse 36 befestigt ist, einen Motor 42, einen Drehzahlminderer 43, eine erste Riemenscheibe 44 mit einem Flansch 44a, einen Übertragungsriemen 45, eine zweite Riemenscheibe 46, eine Spiralfeder 47, ein Lager 48, einen ersten Detektor 51 und einen zweiten Detektor 52. Der Motor 42, der Drehzahlminderer 43 und der zweite Detektor 52 sind auf dem Unterrahmen 41 montiert. Die erste Riemenscheibe 44 ist über das Lager 48 an einer Ausgangswelle 42a des Motors 42 befestigt, und die erste Riemenscheibe 44 kann sich relativ zur Ausgangswelle 42a drehen. Ein inneres Umfangsende der Spiralfeder 47 ist an einem vorderen Teil der Abtriebswelle 42a angebracht. Ein äußeres Umfangsende der Spiralfeder 47 ist auf dem Flansch 44a der ersten Riemenscheibe 44 montiert. Die Assistenzwelle 38 ist auf einer drehzahlreduzierenden Welle 43b des Drehzahlminderers 43 befestigt. Die zweite Riemenscheibe 46 ist auf einer drehzahlerhöhenden Welle 43a des Drehzahlminderers 43 befestigt. Der Antriebsriemen 45 ist um die erste Riemenscheibe 44 und die zweite Riemenscheibe 46 gewickelt. Die Mittelachsen der Assistenzwelle 38, des Drehzahlminderers 43 und der zweiten Riemenscheibe 46 fallen mit der gedachten Linie Li zusammen.
Das Gehäuse 36 hat eine geteilte Struktur. Das Gehäuse 36 umfasst ein Außengehäuse 54, ein Mittelgehäuse 55 und ein Innengehäuse 56. Das Innengehäuse 56 ist um die gedachte Linie Li drehbar an der Hüftstütze 21 angebracht. Die Assistenzwelle 38 ist so angeordnet, dass sie sich durch ein im Außengehäuse 54 vorgesehenes Loch 54a erstreckt. Das mittlere Gehäuse 55 enthält ein Befestigungsteil 55a, an dem der rechte Assistenzrahmen 29R befestigt ist.
Der erste Detektor 51 erfasst den Drehwinkel der Abtriebswelle 42a des Motors 42. Der zweite Detektor 52 erfasst direkt den Drehwinkel der zweiten Riemenscheibe 46. Da die Untersetzung des Untersetzungsgetriebes 43 konstant ist, kann der zweite Detektor 52 den Drehwinkel der Assistenzwelle 38 erfassen. Der Drehwinkel der Assistenzwelle 38 und der Schwenkwinkel (Drehwinkel) des Arms 37 sind gleich, und daher kann der zweite Detektor 52 den Schwenkwinkel des Arms 37 erfassen.
In der in 3 gezeigten aufrechten Stehhaltung verlaufen eine Gerade LB in Längsrichtung des Oberkörpers des Benutzers und eine Gerade LF in Längsrichtung des Oberschenkels BF des Benutzers entlang der gemeinsamen vertikalen Linie V. Wie in 4 gezeigt, neigt sich in der Haltung, in der sich der Benutzer mit gebeugten Knien nach vorne lehnt, die Gerade LB relativ zur vertikalen Linie V, und der Winkel dieser Neigung ist der „Neigungswinkel θh“. Die Gerade LB in Längsrichtung des Oberkörpers des Benutzers und die Gerade LF in Längsrichtung des Oberschenkels BF des Benutzers schneiden sich in einem Winkel θL. Da der Arm 37 vorgesehen ist, um sich entlang des Oberschenkels BF des Benutzers zu erstrecken, ist der Winkel, der durch den Oberkörper und den Oberschenkel BF des Benutzers gebildet wird, der gleiche wie der Schwenkwinkel des Arms 37. Mit anderen Worten: Der Schwenkwinkel des Arms 37 entspricht dem Winkel θL.
Der zweite Detektor 52 der in 5 dargestellten Antriebseinheit 13R kann Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL des Arms 37 in Bezug auf die Gerade LB in Längsrichtung des Oberkörpers des Benutzers beziehen. Der zweite Detektor 52 fungiert als Schwenkwinkeldetektorteil, der die Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL des Arms 37 bezieht. Da der Schwenkwinkel θL des Arms 37 dem Drehwinkel (Schwenkwinkel) des Oberschenkels relativ zum Becken entspricht, kann der Schwenkwinkel θL des Arms 37 im Folgenden als „Drehwinkel θL des Hüftgelenks“ des Benutzers bezeichnet werden.
Der erste Detektor 51 und der zweite Detektor 52 sind durch Encoder, Winkelsensoren oder ähnliches gebildet. Der erste Detektor 51 und der zweite Detektor 52 sind in jeder der Antriebseinheiten 13R, 13L vorgesehen und fungieren als Detektoren für den Oberschenkel BF des rechten Beins und Detektoren für den Oberschenkel BF des linken Beins. Die Erfassungsergebnisse der ersten Detektoren 51 und der zweiten Detektoren 52 werden an die Steuervorrichtung 15 ausgegeben. Das Erfassungsergebnis jedes ersten Detektors 51 sollte eine Drehwinkelinformationen über den Drehwinkel der Abtriebswelle 42a sein, und in diesem Ausführungsbeispiel ist diese Informationen der Drehwinkel selbst. Das Erfassungsergebnis jedes zweiten Detektors 52 sollten Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel des Arms 37 sein, und in diesem Ausführungsbeispiel ist diese Informationen der Schwenkwinkel θL selbst.
Wie oben beschrieben (siehe 1), sind der Rahmen 23 der ersten am Körper getragenen Einheit 11 und die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L integriert und können sich nicht relativ zueinander verschieben. Wenn der Benutzer seine Körperhaltung ändert (siehe 3 und 4), drehen sich der rechte und linke Arm 37 um die gedachte Linie Li relativ zu den Gehäusen 36 der rechten und linken Antriebseinheit 13R, 13L. Wenn der Benutzer also seine Körperhaltung ändert, wird ein Drehmoment auf die Arme 37 ausgeübt. Dieses Drehmoment wird von jedem Arm 37 über die Assistenzwelle 38 und den Drehzahlminderer 43 auf die zweite Riemenscheibe 46 übertragen. Das auf die zweite Riemenscheibe 46 übertragene Drehmoment wird über den Übertragungsriemen 45 und die erste Riemenscheibe 44 auf die Spiralfeder 47 übertragen. Das Drehmoment, das vom Arm 37 über die Assistenzwelle 38 als Folge einer Änderung der Körperhaltung des Benutzers übertragen wird, wird in der Spiralfeder 47 gespeichert.
Wenn sich der Motor 42 dreht, wird das Drehmoment des Motors 42 (Motordrehmoment) in der Spiralfeder 47 akkumuliert. Somit werden in der Spiralfeder 47 sowohl das Drehmoment des Motors 42 als auch das Drehmoment des Benutzers, das durch eine Aktion des Benutzers übertragen wird, akkumuliert. Das kombinierte Drehmoment, das sich aus dem Assistenzdrehmoment und dem Drehmoment des Benutzers zusammensetzt, wird in der Spiralfeder 47 akkumuliert. Das in der Spiralfeder 47 akkumulierte kombinierte Drehmoment wird über die erste Riemenscheibe 44, den Transmissionsriemen 45, die zweite Riemenscheibe 46 und den Drehzahlminderer 43 an die Assistenzwelle 38 abgegeben und schwenkt den Arm 37. Das Drehmoment, das die Antriebseinheiten 13R, 13L unter Verwendung des Drehmoments des Motors 42 ausgeben, ist das „Assistenzdrehmoment“, das von der Assistenzvorrichtung 10 bereitgestellt wird.
Das kombinierte Drehmoment ergibt sich aus dem Betrag der Änderung des Winkels der Spiralfeder 47 gegenüber dem unbelasteten Zustand und der Federkonstante der Spiralfeder 47. Der Betrag der Winkeländerung ist mit der Summe des Betrags der Änderung des Drehwinkels der Ausgangswelle 42a des Motors 42 und des Betrags der Änderung des Drehwinkels der Assistenzwelle 38 korreliert. Daher wird das kombinierte Drehmoment basierend auf einem Erfassungsergebnis des ersten Detektors 51, einem Erfassungsergebnis des zweiten Detektors 52 und der Federkonstante der Spiralfeder 47 bezogen. Da die Erfassungsergebnisse des ersten Detektors 51 und des zweiten Detektors 52 an eine in der Steuervorrichtung 15 enthaltene Verarbeitungseinheit 16 geliefert werden, kann die Verarbeitungseinheit 16 das kombinierte Drehmoment beziehen.
Wie in 1 und 2 gezeigt, umfasst jeder Arm 37 eine Vielzahl von Armteilen und Gelenken, die diese Armteile miteinander verbinden. In dieser Offenbarung umfasst jeder Arm 37 das erste Armteil 37a, ein zweites Armteil 37b, das dritte Armteil 37c, ein erstes Gelenk 39a und ein zweites Gelenk 39b. Das erste Gelenk 39a koppelt den ersten Armteil 37a und den zweiten Armteil 37b auf beiden Seiten des ersten Gelenks 39a so zusammen, dass sie sich um eine Mittelachse biegen können, die schräg zur gedachten Linie Li verläuft, und dass sie sich nicht um eine Mittelachse parallel zur gedachten Linie Li biegen können. Das zweite Gelenk 39b koppelt den zweiten Armteil 37b und den dritten Armteil 37c auf beiden Seiten des zweiten Gelenks 39b miteinander, so dass sie sich um eine zentrale Achse biegen können, die schräg zur imaginären Linie Li verläuft, und nicht um eine zentrale Achse parallel zur imaginären Linie Li biegen können. Ein unteres Ende des dritten Armteils 37c ist an dem Hauptteil 31 der zweiten am Körper getragenen Einheit 12R (12L) so angebracht, dass es wippen kann. Diese Konfiguration ermöglicht es, die zweite am Körper getragene Einheit 12R (12L) sicher am Oberschenkel BF des Benutzers entsprechend seiner Körpergröße zu befestigen, und erleichtert auch eine Gehbewegung usw.
Der Arm 37 umfasst die Gelenke 39a, 39b, kann aber ein Drehmoment um die gedachte Linie Li auf die zweite Trageinheit 12R (12L) übertragen. Wenn der Benutzer seine Körperhaltung ändert (siehe 3 und 4), wird die zweite am Körper getragene Einheit 12R (12L) durch den Oberschenkel BF gedrückt und der Arm 37 schwingt um die imaginäre Linie Li. So kann der Arm 37 eine Kraft, die eine Aktion (eine Änderung der Körperhaltung) des Benutzers auf die zweite am Körper getragene Einheit 12R (12L) ausübt, als Drehmoment um die gedachte Linie Li auf die Assistenzwelle 38 übertragen. Der Arm 37 kann eine andere als die in den Zeichnungen dargestellte Form haben.
Wie oben beschrieben, umfasst der Aktuator 9 den rechten und linken Arm 37 und die zweiten Detektoren 52, die die Schwenkwinkelinformationen über die Schwenkwinkel θL der Arme 37 beziehen. Jeder Arm 37 ist mit seinem vorderen Ende an der zweiten am Körper getragenen Einheit 12 und mit seinem Basisende an der Assistenzwelle 38 der Antriebseinheit 13L (13R) befestigt und schwingt um das Basisende vor und zurück. In der folgenden Beschreibung wird der zweite Detektor 52 als „Schwenkwinkelsensor 52“ bezeichnet.
Die Assistenzvorrichtung 10 umfasst ferner einen Neigungswinkelerfassungsteil, der Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers bezieht, d.h. eines oberen Teils des Körpers des Benutzers einschließlich seiner Hüften BW. Das Neigungswinkelerfassungsteil ist in diesem Ausführungsbeispiel ein triaxialer Beschleunigungssensor (Neigungswinkelsensor) 33. Der Beschleunigungssensor 33 ist z.B. im Rucksack 24 vorgesehen. Der Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers bezieht sich auf den Neigungswinkel in Bezug auf die vertikale Linie V, wenn sich der Benutzer zur Vorderseite lehnt, und in dieser Offenbarung (siehe 4) wird dieser Neigungswinkel mit „θh“ bezeichnet, wie oben beschrieben. Ein Erfassungsergebnis des Beschleunigungssensors 33 sollten Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers sein, und in diesem Ausführungsbeispiel ist diese Informationen der Neigungswinkel selbst. Der Neigungswinkelerfassungsteil kann eine andere Form haben, solange er so konfiguriert ist, dass er, wie der triaxiale Beschleunigungssensor 33, ein Signal ausgibt, das der Körperhaltung (Neigungswinkel) des Oberkörpers des Benutzers entspricht.
7 ist eine Blockdarstellung, die die Steuervorrichtung 15 usw. zeigt, die in der Assistenzvorrichtung 10 enthalten ist. Die Steuervorrichtung 15 bezieht einen Assistenzdrehmomentsollwert als Assistenzparameter zur Bestimmung des zu erzeugenden Assistenzdrehmoments und führt eine Steuerung durch, um den Aktuator 9 bei einer Ausgabe basierend auf dem Sollwert zu betreiben. Der Assistenzparameter kann ein beliebiger Parameter sein, der das zu erzeugende Assistenzdrehmoment bestimmt, und ein anderer Parameter als das Drehmoment, z.B. eine Assistenzkraft, kann als Assistenzparameter verwendet werden.
Um den Assistenzdrehmomentanweisungswert zu beziehen und den Aktuator 9 zu steuern, umfasst die Steuervorrichtung 15 die Verarbeitungseinheit (Verarbeitungsvorrichtung) 16, die eine zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), eine Speichervorrichtung 17, die durch einen nichtflüchtigen Speicher oder dergleichen gebildet wird, der Informationen speichert, wie verschiedene Programme und Datenbanken, einen Motortreiber 18 und eine Kommunikationsschnittstelle 19.
Die Verarbeitungseinheit 16 kann verschiedene Funktionen haben, indem sie Computerprogramme ausführt, die in der Speichereinrichtung 17 gespeichert sind. Die Verarbeitungseinheit 16 dient dazu, einen Assistenzdrehmomentanweisungswert als Assistenzparameter zu beziehen und Befehle zur Durchführung der Assistenzoperation unter Verwendung der Antriebseinheiten 13R, 13L bereitzustellen. Insbesondere umfasst die Verarbeitungseinheit 16 als funktionale Teile, die in Übereinstimmung mit in der Speichervorrichtung 17 gespeicherten Computerprogrammen arbeiten, einen ersten Verarbeitungsteil 16a, der eine später zu beschreibende Korrekturverstärkung bezieht, einen zweiten Verarbeitungsteil 16b, der einen vorläufigen Assistenzdrehmomentanweisungswert bezieht, einen dritten Verarbeitungsteil 16c, der einen Assistenzdrehmomentanweisungswert bezieht, und einen Zählteil 16d, der eine Hebedauerzeit bezieht, die eine verstrichene Zeit angibt, seit der Benutzer beginnt, eine Last zu heben. Spezifische Prozesse, die von diesen Funktionsteilen ausgeführt werden, werden später beschrieben.
Die Funktion der Befehlsausgabe zur Durchführung der Assistenzoperation unter Verwendung der Antriebseinheiten 13R, 13L wird beschrieben. Wenn z.B. eine Auswahltaste der Bedieneinheit 14 (siehe 7) vom Benutzer ausgewählt wird, führt die Verarbeitungseinheit 16 eine Assistenzoperation in Übereinstimmung mit einem Programm für die dieser Auswahltaste entsprechende Aktion aus. Die Verarbeitungseinheit 16 führt die Assistenzoperation für eine „Absenkungsaktion“, eine „Hebeaktion“ usw. gemäß den in der Speichervorrichtung 17 gespeicherten Programmen durch. Wenn die Verarbeitungseinheit 16 „Gehen“ als Aktionsmodus erkennt, führt sie eine Assistenzoperation für „Gehen“ in Übereinstimmung mit einem in der Speichervorrichtung 17 gespeicherten Programm aus. Die Gehaktion wird basierend auf einem Erfassungsergebnis eines oder beider triaxialen Beschleunigungssensoren 33 und der Schwenkwinkelsensoren 52 erkannt (bestimmt). Als Programme sind in der Speichervorrichtung 17 ein Gehprogramm, ein Hebeprogramm und ein Absenkprogramm gespeichert. Wenn beispielsweise eine Taste in der Bedieneinheit 14, die einer „Hebeaktion“ entspricht, durch die Bedienung des Benutzers ausgewählt wird, führt die Verarbeitungseinheit 16 eine Assistenzoperation für eine Hebeaktion gemäß dem Hebeprogramm aus.
In dem Fall, in dem die Assistenzvorrichtung 10 Unterstützung für „Gehen“, eine „Hebeaktion“ oder eine „Absenkaktion“ bietet, bezieht die Verarbeitungseinheit 16 einen Anweisungswert für das erforderliche Assistenzdrehmoment und erzeugt ein Befehlssignal, das die Antriebseinheiten 13R, 13L veranlasst, ein diesem Anweisungswert entsprechendes Assistenzdrehmoment auszugeben. Dieses Befehlssignal wird an den Motortreiber 18 übermittelt. Der Motortreiber 18 ist so konfiguriert, dass er z.B. eine elektronische Schaltung enthält, und gibt basierend auf dem Befehlssignal von der Verarbeitungseinheit 16 einen Antriebsstrom zum Antreiben des Motors 42 aus. Der Motortreiber 18 aktiviert die Antriebseinheiten 13R, 13L basierend auf dem Befehlssignal. Der Motortreiber 18 fungiert als Aktivierungssteuerungsteil, der die Antriebseinheiten 13R, 13L basierend auf dem Signal (Befehlssignal) aktiviert, das dem Assistenzdrehmomentsollwert entspricht.
Wie später beschrieben wird, wird in einigen Fällen der Assistenzdrehmomentanweisungswert basierend auf einer vorgegebenen Verstärkung bezogen. In diesem Ausführungsbeispiel wird der Wert der Verstärkung bestimmt, wenn der Benutzer eine Auswahltaste für die Intensität der Assistenzoperation auswählt. Die Auswahltaste ist in der Bedieneinheit 14 vorgesehen.
Signale von jedem der Bedieneinheit 14, den ersten Detektoren 51, den zweiten Detektoren (Schwenkwinkelsensoren 52) und dem Beschleunigungssensor 33 werden in die Kommunikationsschnittstelle 19 eingegeben, die diese Signale dann an die Verarbeitungseinheit 16 weiterleitet. Informationen, die in die Betriebseinheit 14 eingegeben werden, wie z.B. die Spezifikationen der Assistenzoperation, werden über die Kommunikationsschnittstelle 19 in die Verarbeitungseinheit 16 eingegeben, und die Verarbeitungseinheit 16 führt Prozesse unter Verwendung der eingegebenen Informationen durch.
Übersicht über die Assistenzoperation
Wie oben beschrieben, führt die Assistenzvorrichtung 10 die Assistenzoperation durch Betätigung der rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L aus. Die Assistenzoperation ist die Operation der Bereitstellung eines Assistenzdrehmoments um die imaginäre Linie Li, die durch den Benutzer in der Nähe seiner Hüften BW in der Rechts-Links-Richtung verläuft, für den Benutzer durch die erste am Körper getragene Einheit 11 und die zweiten am Körper getragenen Einheiten 12R, 12L.
Beispiele für Aktionen des Benutzers sind: eine aufrecht stehende Aktion (auch „Hebeaktion“ genannt), bei der der Benutzer die Haltung seines Oberkörpers von einer nach vorne geneigten Haltung in eine aufrecht stehende Haltung ändert, um eine Last anzuheben; eine nach vorne geneigte Aktion (auch „Absenkaktion“ genannt), bei der der Benutzer die Haltung seines Oberkörpers von einer aufrecht stehenden Haltung in eine nach vorne geneigte Haltung ändert, um eine Last abzusenken; und eine Aktion, bei der der Benutzer geht.
Unabhängig davon, ob der Benutzer eine Hebe- oder eine Senkbewegung ausführt, ist das von der Assistenzvorrichtung 10 erzeugte Assistenzdrehmoment ein Drehmoment in einer Richtung, in der sich die Körperhaltung des Benutzers von einer nach vorne geneigten Haltung in eine aufrechte, stehende Haltung ändert. Das heißt, die Richtung, in der die rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L versuchen, die Arme 37 um die imaginäre Linie Li zu drehen (zu schwingen) (siehe 4), ist die Richtung des Pfeils R1, und die Richtung, in der die rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L versuchen, die erste am Körper getragene Einheit 11 (Rahmen 23) um die imaginäre Linie Li zu drehen, ist die Richtung des Pfeils R2. Wenn der Benutzer z.B. einen Hebevorgang durchführt, drücken die polsterartigen Hauptteile 31 der rechten und linken zweiten am Körper getragenen Einheit 12R, 12L die rechten und linken Oberschenkel BF durch ein Assistenzdrehmoment in Richtung des Pfeils R1 nach hinten. Der Rahmen 23 der ersten am Körper getragenen Einheit 11 zieht den Oberkörper des Benutzers durch ein Assistenzdrehmoment in Richtung des Pfeils R2 nach hinten.
Wenn die Assistenzvorrichtung 10 eine Assistenzoperation für das Gehen des Benutzers durchführt, ist diese Assistenzoperation eine Operation zur Unterstützung des Benutzers bei der Drehung seiner Oberschenkel BF relativ zu seinen Hüften BW, und die rechten und linken Antriebseinheiten 13R, 13L führen abwechselnd den Betrieb zur Unterstützung der Drehung durch. So schwingen die rechte und linke Antriebseinheit 13R, 13L abwechselnd den rechten und linken Arm 37 mit einem vorgegebenen Assistenzdrehmoment.
Prozess zum Beziehen des Assistenzdrehmoments als Assistenzparameter
Der Sollwert für das Assistenzdrehmoment, das von den Antriebseinheiten 13R, 13L für die Assistenzvorrichtung 10 ausgegeben wird, die wie oben beschrieben konfiguriert ist, um eine Assistenzoperation durchzuführen, wird von der Verarbeitungseinheit 16 bestimmt. Das Assistenzdrehmoment, das die Antriebseinheiten 13R, 13L an den Benutzer abgeben, basiert auf dem Ausgangsdrehmoment des Motors 42. Um das für den Benutzer bereitgestellte Assistenzdrehmoment zu erhöhen, sollte das Ausgangsdrehmoment des Motors 42 erhöht werden, und um das für den Benutzer bereitgestellte Assistenzdrehmoment zu verringern, sollte das Ausgangsdrehmoment des Motors 42 verringert werden. Wie später anhand eines Beispiels beschrieben wird, wird der Assistenzdrehmomentanweisungswert von der Verarbeitungseinheit 16 basierend auf verschiedener Informationen bezogen, die von den Schwenkwinkelsensoren 52, dem Beschleunigungssensor 33 usw. stammen. Im Folgenden wird ein spezifisches Beispiel für den Prozess zum Beziehen des Assistenzdrehmomentsollwerts beschrieben.
Beispiel eines Prozesses für die Assistenzoperation
8 ist eine Blockdarstellung, die ein Beispiel von Prozessen zeigt, die von der Steuervorrichtung 15 ausgeführt werden, und 9 ist ein Flussdiagramm, das das eine Beispiel der Prozesse zeigt. Der in 8 und 9 gezeigte Prozess ist ein Prozess zum Heben, der ein Prozess ist, bei dem, wenn der Benutzer, der die Assistenzvorrichtung 10 trägt, eine Last anhebt, dem Benutzer ein Assistenzdrehmoment in einer Richtung des Anhebens der Last bereitgestellt wird. 8 zeigt einen Prozess zum Beziehen eines Sollwerts τa für dieses Assistenzdrehmoment. Der Prozess zum Heben wird durchgeführt, wenn „Hebevorgang“ in der Bedieneinheit 14 ausgewählt wird, wie in Schritt St10 von 9 gezeigt.
Wie in Schritt St20 von 9 gezeigt, wird, wenn der Anweisungswert τa bezogen wird, ein Befehlssignal, das die Antriebseinheiten 13R, 13L veranlasst, ein dem Anweisungswert τa entsprechendes Assistenzdrehmoment auszugeben, wie oben beschrieben an den Motortreiber 18 geliefert (Schritt St30). Der Motortreiber 18 aktiviert die Antriebseinheiten 13R, 13L basierend auf dem Befehlssignal (Schritt St40). Somit wird dem Benutzer ein Assistenzdrehmoment zur Verfügung gestellt.
Prozess zum Heben
In 9 wird einen Prozess zur Erfassung der Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh, die vom dreiachsigen Beschleunigungssensor 33 bezogen werden (Schritt St110), und einen Prozess zur Erfassung der Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL, die vom Schwenkwinkelsensor 52 bezogen werden (Schritt St120), durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel ist die Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh der Neigungswinkel θh, und die Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL ist der Schwenkwinkel θL. Der Assistenzdrehmomentanweisungswert τa wird basierend auf diesen Informationen, d.h. des Neigungswinkels θh und des Schwenkwinkels θL, bezogen (Schritt St20), und die Antriebseinheiten 13R, 13L werden basierend auf des Anweisungswertes τa aktiviert (Schritt St40). Dieser in 9 gezeigte Zyklus, d.h. die in 9 gezeigte Abfolge von Vorgängen wird in einem vorgegebenen Zyklus wiederholt ausgeführt (z.B. wird die Abfolge von Vorgängen alle 0,001 Sekunden ausgeführt), bis der Hebevorgang abgeschlossen ist. Der Prozess zum Heben für die rechte Antriebseinheit 13R und der Prozess zum Heben für die linke Antriebseinheit 13L sind gleich und werden gleichzeitig ausgeführt.
Die Speichervorrichtung 17 speichert erste Korrespondenzinformationen I1 und zweite Korrespondenzinformationen 12, die in 8 dargestellt sind. Die erste Korrespondenzinformationen I1 sind Informationen, die eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θh und einer Korrekturverstärkung angibt. In 8 wird der „Neigungswinkel θh“ als „θh zu Beginn des Hebens“ beschrieben. Die zweiten Korrespondenzinformationen I2 sind Informationen, die eine Beziehung zwischen einer Hebedauer und einem vorläufigen Assistenzdrehmomentsollwert angibt.
In 8 ermittelt der erste Verarbeitungsteil 16a den Neigungswinkel θh des Benutzers durch Berechnungen basierend auf einem Erfassungssignal des triaxialen Beschleunigungssensors 33 (Block B10 von 8 und Schritt St110 von 9). Der erste Verarbeitungsteil 16a bezieht die Korrekturverstärkung für die Hebeassistenz basierend auf dem bezogenen Neigungswinkel θh und den ersten Korrespondenzinformationen I1 (Block B11 von 8).
In diesem Ausführungsbeispiel ist der in Block B11 verwendete „Neigungswinkel θh“ der „Neigungswinkel θh bei Beginn des Hebens“. Wenn z.B. die zeitliche Änderung des Neigungswinkels θh von positiv zu negativ wechselt, bestimmt die Verarbeitungseinheit 16, dass das Heben begonnen hat. Insbesondere, wenn die zeitliche Änderung des Neigungswinkels θh von positiv (eine Richtung von aufrechtstehend zu nach vorne geneigt) zu negativ (eine Richtung von nach vorne geneigt zu aufrechtstehend) wechselt, bestimmt die Verarbeitungseinheit 16, dass das Heben begonnen hat. Der Neigungswinkel θh, der zur Bestimmung des Wechsels von positiv zu negativ verwendet wird, ist der „Neigungswinkel θh zu Beginn des Hebens“. Daher führt der erste Verarbeitungsteil 16a einen Prozess zur Erfassung des Neigungswinkels θh zu Beginn des Hebens aus (Schritt Still von 9).
Die Korrekturverstärkung wird basierend auf dem Neigungswinkel θh zu Beginn des Anhebens und den ersten Korrespondenzinformationen I1 ermittelt (Block B11 von 8 und Schritt St112 von 9). In dem in 8 gezeigten Beispiel ist der Neigungswinkel zu Beginn des Hebens „θh10‟, und die Korrekturverstärkung wird als „G10“ ermittelt. Die bezogene Korrekturverstärkung wird vorübergehend in der Speichereinrichtung 17 gespeichert.
In 8, wenn der Schwenkwinkel θL (im Folgenden als „der Drehwinkel θL des Hüftgelenks“ bezeichnet) durch den Schwenkwinkelsensor 52 bezogen wird, bezieht die Verarbeitungseinheit 16 eine Drehwinkelgeschwindigkeit θLv (Block B20 von 8 und Schritt St121 von 9). Die Drehwinkelgeschwindigkeit θLv des Hüftgelenks wird beispielsweise basierend auf einer zeitbasierten Änderung des Drehwinkels θL des Hüftgelenks ermittelt.
Der Zählteil 16d bezieht eine „Hebedauerzeit“, die eine verstrichene Zeit angibt, seit der Benutzer beginnt, die Last zu heben (Block B21 von 8 und Schritt St122 von 9). Wie oben beschrieben, wird der Prozess zum Bezogen des Assistenzdrehmomentanweisungswertes τa wiederholt in vorbestimmten Zeitintervallen durchgeführt (z.B. einmal alle 0,001 Sekunden), bis der Hebevorgang abgeschlossen ist. Die „Hebedauerzeit“ ist eine Zeit, die man bezieht, indem man die Zeit für die einmalige Durchführung des Vorgangs zum Bezogen des Sollwerts τa (Zyklus: 0,001) mit einem Gewichtungskoeffizienten multipliziert, jedes Mal, wenn dieser Vorgang durchgeführt wird, und dann die durch die Multiplikation bezogenen Werte ab dem Beginn des Hebens addiert. Der Gewichtungskoeffizient ist eine Variable und ist z.B. ein Wert, der in Abhängigkeit von der zeitlichen Änderung des Drehwinkels θL des Hüftgelenks, d.h. der Drehwinkelgeschwindigkeit θLv des Hüftgelenks, ermittelt wird.
Wenn die Hebedauerzeit bezogen wird, bezieht der zweite Verarbeitungsteil 16b den vorläufigen Assistenzdrehmomentanweisungswert basierend auf der Hebedauerzeit und den zweiten Korrespondenzinformationen I2 (Block B22 von 8 und Schritt St123 von 9). In diesem Ausführungsbeispiel ist der Wert des Assistenzdrehmoments in der Richtung, in der der Benutzer seine Körperhaltung von einer aufrechten stehenden Haltung zu einer nach vorne geneigten Haltung ändert, ein positiver Wert. Daher ist der vorläufige Assistenzdrehmomentanweisungswert für den Hebevorgang, der basierend auf der in 8 dargestellten zweiten Korrespondenzinformationen I2 bezogen wird, ein negativer Wert. In dem in 8 gezeigten Beispiel ist die Hebedauer „t20“, und der vorläufige Assistenzdrehmomentanweisungswert wird als „τb20“ bezogen. Der bezogene vorläufige Anweisungswert wird vorübergehend in der Speichereinrichtung 17 gespeichert.
Wenn der vorläufige Assistenzdrehmomentanweisungswert (τb20) basierend auf dem Drehwinkel θL des Hüftgelenks (des Schwenkwinkels θL des Arms 37) wie oben beschrieben bezogen wird und die Korrekturverstärkung (G10) basierend auf dem Neigungswinkel θh zu Beginn des Hebens wie oben beschrieben bezogen wird, bezieht der dritte Verarbeitungsteil 16c den Anweisungswert τa für das Assistenzdrehmoment für den Hebevorgang basierend auf dem vorläufigen Anweisungswert (τb20) und der Korrekturverstärkung (G10) (Block B30 von 8 und Schritt St20 von 9). In diesem Ausführungsbeispiel wird der Sollwert τa durch Multiplizieren des vorläufigen Sollwerts (τb20) mit der Korrekturverstärkung (G10) bezogen.
Wie in 8 gezeigt, ist in der ersten Korrespondenzinformationen I1 die Korrekturverstärkung (die ein Wert gleich oder größer als Null ist) so eingestellt, dass sie größer wird, wenn der Neigungswinkel θh zu Beginn des Hebens größer wird. Somit ist der Wert der Korrekturverstärkung ein Wert, der den Anweisungswert größer macht, wenn der Neigungswinkel θh groß ist, als wenn der Neigungswinkel θh klein ist. Denn je größer der Neigungswinkel θh des Oberkörpers ist, desto größer ist die Belastung für die Hüfte BW. In dieser Konfiguration wird der Assistenzdrehmomentsollwert τa auf einen kleinen Wert gesetzt, wenn der Neigungswinkel θh des Oberkörpers klein ist, und wenn der Neigungswinkel θh des Oberkörpers groß ist, kann der Assistenzdrehmomentsollwert τa auf einen großen Wert gesetzt werden, um die Belastung der Hüften BW zu verringern. Die zweite Korrespondenzinformationen I2 wird so eingestellt, dass der vorläufige Sollwert (Assistenzdrehmoment) größer wird, wenn die Hebedauer länger wird.
In dem Prozess des Beziehens des vorläufigen Assistenzdrehmomentanweisungswertes (Schritt St123 von 9) kann der zweite Verarbeitungsteil 16b den vorläufigen Assistenzdrehmomentanweisungswert so beziehen, dass beispielsweise der vorläufige Anweisungswert größer wird, wenn der Drehwinkel θL des Hüftgelenks (der Schwenkwinkel θL des Arms 37) größer wird. In diesem Fall jedoch, wenn der Benutzer nur sein Knie ein wenig beugt, um seine Haltung zu ändern und nicht, um eine Aktion zum Heben einer Last auszuführen, bezieht man einen Drehwinkel θL des Hüftgelenks, der größer als Null ist, und einen vorläufigen Assistenzdrehmomentsollwert, der größer als Null ist. Wird der Aktuator 9 bei einer Ausgabe basierend auf diesem vorläufigen Sollwert aktiviert, stellt die Assistenzvorrichtung 10 dem Benutzer eine Assistenzkraft zur Verfügung, obwohl der Benutzer lediglich seine Körperhaltung ändert. Dies führt dazu, dass der Benutzer ein Gefühl des Unbehagens hat.
Um dies zu verhindern, wird in diesem Ausführungsbeispiel die erste Korrespondenzinformationen I1 so eingestellt, dass, wenn der Neigungswinkel θh des Oberkörpers zu Beginn des Hebens kleiner als ein Schwellenwert ist, die Korrekturverstärkung Null ist oder einen Wert hat, der größer als Null und ausreichend kleiner als 1 ist (siehe 8). Weiterhin ist die erste Korrespondenzinformationen I1 so eingestellt, dass, wenn der Neigungswinkel θh des Oberkörpers zu Beginn des Hebens gleich oder größer als der Schwellenwert ist, die Korrekturverstärkung größer wird, wenn der Neigungswinkel θh größer wird.
Gemäß solchen ersten Korrespondenzinformationen I1 wird selbst dann, wenn der Benutzer lediglich seine Haltung ändert und ein vorläufiger Assistenzdrehmomentanweisungswert, der größer als Null ist, bezogen wird, da der Neigungswinkel θh des Oberkörpers klein ist, die Korrekturverstärkung, die bewirkt, dass der endgültige Assistenzdrehmomentanweisungswert τa sich Null nähert, basierend auf dieses Neigungswinkels θh bezogen. Wenn andererseits der Neigungswinkel θh des Oberkörpers groß wird, kann der Assistenzdrehmomentsollwert τa auf einen großen Wert eingestellt werden, um die Belastung des Benutzers beim Heben einer Last zu verringern.
Prozess für Bückaktion
10 ist eine Blockdarstellung, die ein weiteres Beispiel für die von der Steuervorrichtung 15 ausgeführten Prozesse zeigt, und 11 ist ein Flussdiagramm, das dieses Beispiel für die Prozesse zeigt. Der in 10 und 11 gezeigte Prozess ist ein Prozess zum Bücken bzw. Verbeugen. Zu den Aktionen des Benutzers, für die der Prozess für eine Bückaktion ausgeführt wird, gehören eine Aktion, bei der der Benutzer eine nach vorne gebeugte Haltung einnimmt, wie in 4 gezeigt, ohne eine Last zu halten, sowie eine Absenkungsaktion, bei der der Benutzer eine Last, die er oder sie hält, auf einen Boden usw. absenkt. Der Prozess für eine Bückaktion ist ein Prozess, bei dem, wenn der Benutzer, der die Assistenzvorrichtung 10 trägt, eine solche Aktion durchführt, dem Benutzer ein Assistenzdrehmoment zur Verfügung gestellt wird.
10 zeigt einen Prozess zum Beziehen des Sollwerts τa für dieses Assistenzdrehmoment.
Auch wenn der Benutzer eine Bückaktion durchführt, ist das von der Assistenzvorrichtung 10 erzeugte Assistenzdrehmoment ein Drehmoment in einer Richtung, in der sich die Körperhaltung des Benutzers von einer nach vorne gebeugten Körperhaltung in eine aufrechte stehende Körperhaltung ändert, d.h. ein Drehmoment in einer Heberichtung. Der Vorgang für eine Bückaktion wird durchgeführt, wenn „Absenkungsaktion“ in der Bedieneinheit 14 ausgewählt wird, wie in Schritt St60 von 11 gezeigt.
Wie in Schritt St80 von 11 gezeigt, wird, wenn der Anweisungswert τa bezogen wird, wie im Fall des Hebevorgangs, ein Befehlssignal, das die Antriebseinheiten 13R, 13L veranlasst, ein dem Anweisungswert τa entsprechendes Assistenzdrehmoment auszugeben, an den Motortreiber 18 geliefert (Schritt St90). Der Motortreiber 18 aktiviert die Antriebseinheiten 13R, 13L basierend auf dem Befehlssignal (Schritt St100). Somit wird dem Benutzer ein Assistenzdrehmoment zur Verfügung gestellt.
Auch in dem Prozess für eine Bückaktion werden einen Prozess zum Erfassen der Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh, die von dem dreiachsigen bzw. triaxialen Beschleunigungssensor 33 (Schritt St210) bezogen werden, und einen Prozess zum Erfassen der Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL, die von dem Schwenkwinkelsensor 52 (Schritt St220) bezogen werden, durchgeführt. In diesem Ausführungsbeispiel sind die Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh der Neigungswinkel θh, und die Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel θL sind der Schwenkwinkel θL. Der Assistenzdrehmomentanweisungswert τa wird basierend auf diesen Informationen, d.h. des Neigungswinkels θh und des Schwenkwinkels θL (Schritt St80), bezogen, und die Antriebseinheiten 13R, 13L werden basierend auf dem Anweisungswerte τa aktiviert (Schritt St100). Dieser in 11 gezeigte Zyklus, d.h. die in 11 gezeigte Abfolge von Prozessen, wird in einem vorgegebenen Zyklus wiederholt ausgeführt (z.B. wird die Abfolge von Prozessen alle 0,001 Sekunden ausgeführt), bis die Bückaktion (Absenkungsaktion) abgeschlossen ist. Der Prozess für eine Bückaktion für die rechte Antriebseinheit 13R und der Prozess für eine Bückaktion für die linke Antriebseinheit 13L sind gleich und werden gleichzeitig ausgeführt.
In 10 erfasst der erste Verarbeitungsteil 16a den Neigungswinkel θh des Benutzers durch Berechnungen basierend auf einem Erfassungssignal des triaxialen Beschleunigungssensors 33 (Block B40 von 10 und Schritt St210 von 11). Im Fall des Prozesses für ein Bücken ist der Neigungswinkel θh der Neigungswinkel zu diesem Zeitpunkt.
In 10, wenn der Schwenkwinkel θL (im Folgenden als „der Drehwinkel θL des Hüftgelenks“ bezeichnet) durch den Schwenkwinkelsensor 52 erfasst wird, bezieht die Verarbeitungseinheit 16 die Drehwinkelgeschwindigkeit θLv (Block B50 von 10 und Schritt St221 von 11). Die Drehwinkelgeschwindigkeit θLv wird z.B. basierend auf einer zeitlichen Änderung des Drehwinkels θL des Hüftgelenks ermittelt.
In der Steuervorrichtung 15 werden eine Steifigkeitstermverstärkung Gr und eine Viskositätstermverstärkung Gv eingestellt. Die Werte der Steifigkeitstermverstärkung Gr und der Viskositätstermverstärkung Gv werden in der Speichereinrichtung (Speicherteil) 17 gespeichert. Die Werte der Steifigkeitstermverstärkung Gr und der Viskositätstermverstärkung Gv können voreingestellte Werte (Festwerte) oder Werte sein, die in Abhängigkeit von einem bestimmten Parameter variieren.
In dieser Beschreibung wird eine Vielzahl von Werten für die Steifigkeitstermverstärkung Gr voreingestellt, und einer dieser Werte der Steifigkeitstermverstärkung Gr wird entsprechend der eingestellten Intensität der Assistenzoperation ausgewählt (Block B41 von 10 und Schritt St211 von 11). In ähnlicher Weise wird eine Vielzahl von Werten für die Viskositätstermverstärkung Gv eingestellt, und einer dieser Werte der Viskositätstermverstärkung Gv wird entsprechend der eingestellten Intensität der Assistenzoperation ausgewählt (Block B51 von 10 und Schritt St222 von 11). Die Intensität der Assistenzoperation wird vom Benutzer über die Bedieneinheit 14 (Auswahltaste) in Schritt St60 von 11 eingestellt. Wenn bei der Einstellung der Intensität der Assistenzoperation „hoch“ ausgewählt wird, werden Werte, die den Assistenzdrehmomentsollwert τa größer machen, als die Werte der Steifigkeitstermverstärkung Gr und der Viskositätstermverstärkung Gv ausgewählt, als wenn „niedrig“ ausgewählt wird.
Der dritte Verarbeitungsteil 16c multipliziert den bezogenen Neigungswinkel θh mit der Steifigkeitstermverstärkung Gr (Block B42 von 10 und Schritt St70 von 11), und multipliziert die bezogene Drehwinkelgeschwindigkeit θLv mit der Viskositätstermverstärkung Gv (Block B52 von 10 und Schritt St70 von 11). Die Steifigkeitstermverstärkung Gr und die Viskositätstermverstärkung Gv, die hier verwendet werden, sind die Werte, die in den Blöcken B41 und B51 basierend auf der eingestellten Intensität der Assistenzoperation ausgewählt wurden.
Der dritte Verarbeitungsteil 16c bezieht eine Summe des Wertes, der durch Multiplikation des Neigungswinkels θh mit der Steifigkeitstermverstärkung Gr bezogen wird, und eines Wertes, der durch Multiplikation der Drehwinkelgeschwindigkeit θLv mit der Viskositätstermverstärkung Gv bezogen wird (Block B60 von 10 und Schritt St70 von 11), und setzt den Wert der Summe als den Anweisungswert τa für das Assistenzdrehmoment für die Bückaktion (Schritt St80 von 11). Somit bezieht die Steuervorrichtung 15 als den Anweisungswert τa für das Assistenzdrehmoment für eine Bückbewegung die Summe eines Wertes, der durch Anwendung des Steifigkeitsterms Gr auf den bezogenen Neigungswinkel θh (Neigungswinkelinformation) bezogen wird, und eines Wertes, der durch Anwendung des Viskositätsterms Gv auf die Winkelgeschwindigkeit θLv basierend auf dem bezogenen Drehwinkel θL bezogen wird, wenn der Neigungswinkel θh größer wird), und ein größerer Sollwert τa wird bezogen, wenn die Winkelgeschwindigkeit θLv größer ist (wenn die Winkelgeschwindigkeit θLv größer wird).
Hebeaktion und Bückaktion
Wie beschrieben, kann die Steuervorrichtung 15 in diesem Ausführungsbeispiel eines der in 8 und 9 gezeigten Prozesse zum Heben und den in 10 und 11 gezeigten Prozess für eine Bückaktion auswählen und ausführen. Die Auswahl zwischen den beiden Prozessen wird getroffen, wenn der Benutzer, der die Assistenzvorrichtung 10 trägt, die Bedieneinheit 14 betätigt, bevor er eine gewünschte Aktion ausführt. Alternativ kann diese Auswahl von der Assistenzvorrichtung 10 (Steuervorrichtung 15) basierend auf einem oder beider Erfassungsergebnisse des Schwenkwinkelsensors 52 und eines Erfassungsergebnisses des Beschleunigungssensors 33 getroffen werden. Das heißt, die Aktion des Benutzers kann entsprechend der Körperhaltung des Benutzers usw. bestimmt werden, und einer der Prozesse zum Heben und der Prozess für eine Bückaktion kann entsprechend der bestimmten Aktion ausgewählt und ausgeführt werden.
Assistenzvorrichtung 10 des Ausführungsbeispiels
Wie beschrieben, bezieht die Steuervorrichtung 15 in der Assistenzvorrichtung 10 dieses Ausführungsbeispiels sowohl dann, wenn der Benutzer eine Lasthebeaktion durchführt, als auch dann, wenn der Benutzer eine Bückaktion durchführt, den Assistenzdrehmomentsollwert τa basierend auf den Schwenkwinkelinformationen über die Schwenkwinkel θL der Arme 37, die die durch den Oberkörper und die Oberschenkel BF des Benutzers gebildeten Winkel darstellen, und den Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh des Oberkörpers des Benutzers, der der obere Teil des Körpers des Benutzers einschließlich seiner Hüften BW ist.
In der Assistenzvorrichtung 10 wird nicht nur der Winkel (θL), den der Oberkörper und die Oberschenkel BF des Benutzers bilden, sondern auch der Neigungswinkel (θh) des Oberkörpers des Benutzers, d.h. der Grad der nach vorne geneigten Haltung des Oberkörpers, bei der Ermittlung des Assistenzdrehmomentsollwerts τa berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, den Aktuator 9 so zu steuern, dass in Abhängigkeit vom Neigungswinkel (θh) des Oberkörpers kein oder nur ein geringes Assistenzdrehmoment erzeugt wird.
Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Benutzer ein Unbehagen empfindet, reduziert werden.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel wurde der Fall beschrieben, in dem der Neigungswinkelerfassungsteil, der die Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel (θh) des Oberkörpers bezieht, der dreiachsige Beschleunigungssensor 33 ist. Es kann jedoch auch jeder andere Sensor verwendet werden, der ein Ausgangssignal erzeugt, das sich entsprechend der Haltung des Oberkörpers des Benutzers ändert. Weiterhin sind in dem oben beschriebenen Fall die Schwenkwinkelerfassungsteile für die Schwenkwinkel θL der Arme 37 die Schwenkwinkelsensoren 52, die die Drehwinkel der zweiten Riemenscheiben 46 erfassen, die als rotierende Elemente in den Antriebseinheiten 13R, 13L vorgesehen sind. Es können jedoch auch beliebige andere Drehwinkeldetektoren verwendet werden, die die Drehwinkel der Drehelemente erfassen, die im Stellantrieb 9 zum Schwenken der Arme 37 vorgesehen sind.
Assistenzvorrichtung 10 in weiterer Form
12 ist eine perspektivische Ansicht, die eine Assistenzvorrichtung 10 in einer anderen Form zeigt. Diese Assistenzvorrichtung 10 umfasst eine erste am Körper getragene Einheit 11, die am Oberkörper des Benutzers getragen wird, eine rechte und eine linke zweite am Körper getragene Einheit 12R, 12L, die an den Oberschenkeln der rechten und linken Beine des Benutzers getragen werden, und einen Aktuator 79. Diejenigen Elemente, die in der in 1 gezeigten Assistenzvorrichtung 10 und in der in 12 gezeigten Assistenzvorrichtung 10 die gleiche Funktion haben, sind mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Der Aktuator 79 umfasst eine Antriebseinheit 79B, die dem Rucksack 24 in der in 1 gezeigten Form entspricht, eine linke Antriebseinheit 79L, die so vorgesehen ist, dass sie der linken Seite der Hüfte des Benutzers entspricht, und eine rechte Antriebseinheit 79R, die so vorgesehen ist, dass sie der rechten Seite der Hüfte des Benutzers entspricht. Die Antriebseinheit 79B und jede der rechten und linken Antriebseinheiten 79R, 79L sind durch einen Rahmen 78 aus Metall oder dergleichen miteinander gekoppelt. Die erste am Körper getragene Einheit 11 ist auf dem Aktuator 79 mit der Leistungseinheit 79B und der rechten und linken Antriebseinheit 79R, 79L montiert.
Die Antriebseinheit 79B umfasst in einem Gehäuse 84 einen Motor 83 sowie eine rechte und eine linke Antriebsrolle 81R, 81L, die durch den Motor 83 in Drehung versetzt werden. Ein triaxialer Beschleunigungssensor 33 ist innerhalb der Antriebseinheit 79B als Neigungswinkelerfassungsteil vorgesehen, der Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel des Oberkörpers des Benutzers bezieht. Die linke Antriebseinheit 79L ist mit einer angetriebenen Riemenscheibe 80L innerhalb eines Gehäuses 36 versehen. Die rechte Antriebseinheit 79R ist mit einer angetriebenen Riemenscheibe 80R im Inneren eines Gehäuses 36 ausgestattet. Jede der rechten und linken angetriebenen Riemenscheiben 80R, 80L ist innerhalb des Gehäuses 36 so vorgesehen, dass sie sich in einer Richtung und in der anderen Richtung um eine imaginäre Linie Li drehen kann, die durch den Benutzer in der Nähe seiner Hüfte in der Rechts-Links-Richtung verläuft. Auf der linken Seite ist ein Draht 82L über die treibende Riemenscheibe 81L und die angetriebene Riemenscheibe 80L gewickelt, und auf der rechten Seite ist ein Draht 82R um die treibende Riemenscheibe 81R und die angetriebene Riemenscheibe 80R gewickelt. Die Drähte 82R, 82L sind jeweils in Führungsrohren 77 untergebracht, die zwischen der Antriebseinheit 79B und dem rechten und linken Gehäuse 36 vorgesehen sind.
Wenn die rechten und linken treibenden Riemenscheiben 81R, 81L durch den Motor 83 in die eine Richtung gedreht werden, werden die rechten und linken getriebenen Riemenscheiben 80R, 80L in die eine Richtung gedreht, wobei die Drähte 82R, 82L als Kraftübertragungselemente funktionieren. Wenn die treibenden Riemenscheiben 81R, 81L durch den Motor 83 in die andere Richtung gedreht werden, werden die getriebenen Riemenscheiben 80R, 80L in die andere Richtung gedreht, wobei die Drähte 82R, 82L als Kraftübertragungselemente fungieren. Die Arme 37 sind jeweils an den angetriebenen Riemenscheiben 80R, 80L befestigt, und jede der angetriebenen Riemenscheiben 80R, 80L bewegt sich zusammen mit dem Arm 37. Die zweiten am Körper getragenen Einheiten 12R, 12L sind an den unteren Teilen der Arme 37 angebracht.
Das Drehmoment der rechten und linken Arme 37, die um die imaginäre Linie Li schwingen, als Ergebnis der Drehung der angetriebenen Riemenscheiben 80R, 80L, wird dem Benutzer als Assistenzdrehmoment zur Verfügung gestellt. Auf diese Weise konfiguriert, führt der Aktuator 79 eine Assistenzoperation aus, bei dem dem Benutzer eine Assistenzkraft durch die erste am Körper getragene Einheit 11 und die zweiten am Körper getragenen Einheiten 12R, 12L bereitgestellt wird.
Die in 12 gezeigte Assistenzvorrichtung 10 umfasst auch Schwenkwinkelerfassungsteile, die Schwenkwinkelinformationen über die Schwenkwinkel der Arme 37 bezogen, die die von dem Oberkörper und den Oberschenkeln des Benutzers gebildeten Winkel darstellen. Bei den Schwenkwinkelerfassungsteilen handelt es sich um Sensoren (z.B. Encoder oder Winkelsensoren), die die Drehwinkel der angetriebenen Riemenscheiben 80R, 80L erfassen, die sich integral mit den Armen 37 bewegen. Da der Drehwinkel der angetriebenen Riemenscheibe 80L (80R) und der Drehwinkel der treibenden Riemenscheibe 81L (81R) miteinander korreliert sind, kann das Schwenkwinkelerfassungsteil so konfiguriert sein, dass es die Schwenkwinkelinformationen über den Schwenkwinkel des Arms 37 basierend auf dem Drehwinkel der treibenden Riemenscheibe 81L (81R) bezieht.
Wie die in 1 gezeigte Assistenzvorrichtung 10 enthält auch die in 12 gezeigte Assistenzvorrichtung 10 eine Steuervorrichtung 15, die einen Prozess zum Heben und einen Prozess zum Bücken durchführt. Wie bei der in 1 gezeigten Assistenzvorrichtung 10 bezieht die Steuervorrichtung 15 den Sollwert für das Assistenzdrehmoment für eine Hebeaktion oder eine Bückaktion basierend auf den Schwenkwinkelinformationen über die Schwenkwinkel θL der Arme 37, die die von dem Oberkörper und den Oberschenkeln des Benutzers gebildeten Winkel darstellen, und den Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel θh des Oberkörpers des Benutzers einschließlich seiner Hüften BW. Spezifische Beispiele von Prozessen sind die gleichen wie die in 8 bis 11 gezeigten Prozesse, daher wird deren Beschreibung hier weggelassen.
Auch in der in 12 dargestellten Assistenzvorrichtung 10 bezieht die Steuervorrichtung 15 den Assistenzdrehmomentsollwert als Assistenzparameter basierend auf den Schwenkwinkelinformationen und den Neigungswinkelinformationen. Nicht nur die Winkel, die durch den Oberkörper und die Oberschenkel des Benutzers gebildet werden (Schwenkwinkelinformation), sondern auch der Neigungswinkel, der den Grad der nach vorne geneigten Haltung des Oberkörpers des Benutzers darstellt (Neigungswinkelinformation), wird bei dem Beziehen des Assistenzdrehmomentsollwerts berücksichtigt. Dadurch ist es möglich, den Aktuator 9 so zu steuern, dass je nach Neigungswinkel des Oberkörpers kein oder nur ein geringes Assistenzdrehmoment erzeugt wird. Dadurch kann die Wahrscheinlichkeit, dass der Benutzer ein Unbehagen empfindet, reduziert werden.
Die Mechanismen der jeweiligen Teile der Assistenzvorrichtung 10 können Konfigurationen haben, die sich von den in den Zeichnungen gezeigten unterscheiden. Zum Beispiel kann die erste am Körper getragene Einheit 11 eine von den Zeichnungen abweichende Form haben, solange sie so konfiguriert ist, dass sie zumindest an den Hüften BW des Benutzers getragen wird. Die zweiten am Körper getragenen Einheiten 12R, 12L können eine von den Zeichnungen abweichende Form haben, solange sie so konfiguriert sind, dass sie an den Oberschenkeln BF der rechten und linken Beine des Benutzers getragen werden. Die Konfiguration des Aktuators 9 kann ebenfalls unterschiedlich sein, solange er die Arme 37 umfasst, die den Benutzer durch Vor- und Zurückschwingen mit einem Assistenzdrehmoment versorgen.
Das hierein offenbarte Ausführungsbeispiel ist in jeder Hinsicht lediglich illustrativ und nicht einschränkend. Der Umfang des Schutzes der vorliegenden Erfindung ist nicht auf das vorstehende Ausführungsbeispiel beschränkt und umfasst alle Änderungen innerhalb eines Umfangs, der der in den Ansprüchen beschriebenen Konfiguration entspricht.
Eine Assistenzvorrichtung umfasst eine erste am Körper getragene Einheit (11); zweite am Körper getragene Einheiten (12R, 12L); einen Aktuator; eine Steuerung, die konfiguriert ist, um einen Assistenzparameter zu beziehen, der ein zu erzeugendes Assistenzdrehmoment bestimmt, und eine Steuerung durchführt, um den Aktuator bei einer Ausgabe basierend auf dem Assistenzparameter zu betreiben; und ein Neigungswinkelerfassungsteil, das konfiguriert ist, um Neigungswinkelinformationen über einen Neigungswinkel eines Oberkörpers eines Benutzers zu beziehen. Der Aktuator umfasst Arme (37); und Schwenkwinkelerfassungsteile, die konfiguriert sind, um Schwenkwinkelinformationen über Schwenkwinkel der Arme (37) zu beziehen, die durch den Oberkörper und die Oberschenkel des Benutzers gebildete Winkel darstellen. Die Steuerung ist konfiguriert, um den Assistenzparameter basierend auf den Schwingwinkelinformationen und den Neigungswinkelinformationen zu beziehen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2019206045 [0002]
JP 2019206045 A [0002, 0003]

Claims

Assistenzvorrichtung, gekennzeichnet durch: eine erste am Körper getragene Einheit (11), die zumindest an den Hüften eines Benutzers getragen wird; zweite am Körper getragene Einheiten (12R, 12L), die an den Oberschenkeln des rechten und linken Beins des Benutzers getragen werden; einen Aktuator, der Antriebseinheiten (13R, 13L) umfasst, die an der ersten am Körper getragenen Einheit (11) so angebracht sind, um sich auf der rechten und linken Seite der Hüften des Benutzers zu befinden, wobei der Aktuator konfiguriert ist, um ein Assistenzdrehmoment zu erzeugen, das den Benutzer beim Bewegen der Hüften des Benutzers relativ zu den Oberschenkeln des Benutzers und beim Bewegen der Oberschenkel des Benutzers relativ zu den Hüften des Benutzers unterstützt; eine Steuerung, die konfiguriert ist, um einen Assistenzparameter zu beziehen, der das zu erzeugende Assistenzdrehmoment bestimmt, und eine Steuerung durchführt, um den Aktuator bei einer Ausgabe basierend auf dem Assistenzparameter zu betreiben; und ein Neigungswinkelerfassungsteil, das konfiguriert ist, um Neigungswinkelinformationen über einen Neigungswinkel eines Oberkörpers des Benutzers zu beziehen, wobei der Aktuator umfasst: Arme (37), von denen jeder ein vorderes Ende, das an einer entsprechenden der zweiten am Körper getragenen Einheiten (12R, 12L) angebracht ist, und ein Basisende, das an einer entsprechenden der Antriebseinheiten (13R, 13L) angebracht ist, aufweist, wobei jeder der Arme (37) konfiguriert ist, um um das Basisende vor und zurück zu schwingen; und Schwenkwinkelerfassungsteile, die konfiguriert sind, um Schwenkwinkelinformationen über Schwenkwinkel der Arme (37) zu beziehen, die von dem Oberkörper und den Oberschenkeln des Benutzers gebildete Winkel darstellen, und wobei die Steuerung konfiguriert ist, um den Assistenzparameter basierend auf den Schwenkwinkelinformationen und den Neigungswinkelinformationen zu beziehen.
Assistenzvorrichtung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist, um einen vorläufigen Assistenzparameter basierend auf den Schwenkwinkelinformationen zu beziehen, eine Korrekturverstärkung basierend auf den Neigungswinkelinformationen zu beziehen und den Assistenzparameter unter Verwendung des vorläufigen Assistenzparameters und der Korrekturverstärkung zu beziehen.
Assistenzvorrichtung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wert der Korrekturverstärkung, der von der Steuerung bezogen wird, ein Wert ist, der den Assistenzparameter größer macht, wenn der Neigungswinkel groß ist, als wenn der Neigungswinkel klein ist.
Assistenzvorrichtung gemäß Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist, um, wenn der Neigungswinkel klein ist, die Korrekturverstärkung zum Bewirken, dass der Assistenzparameter gegen Null geht, basierend auf den Neigungswinkelinformationen über den Neigungswinkel zu beziehen.
Assistenzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung umfasst: einen Zählteil (16d), der konfiguriert ist, um eine Hebedauerzeit zu beziehen, die eine verstrichene Zeit angibt, seit der Benutzer beginnt, eine Last zu heben; einen Speicherteil, der konfiguriert ist, um erste Korrespondenzinformationen, die eine Beziehung zwischen den Neigungswinkelinformationen und der Korrekturverstärkung anzeigen, und zweite Korrespondenzinformationen, die eine Beziehung zwischen der Hebedauerzeit und dem vorläufigen Assistenzparameter anzeigen, speichert; einen ersten Verarbeitungsteil (16a), der konfiguriert ist, um die Korrekturverstärkung basierend auf den bezogenen Neigungswinkelinformationen und den ersten Korrespondenzinformationen zu beziehen; und einen zweiten Verarbeitungsteil (16b), der konfiguriert ist, um den vorläufigen Assistenzparameter basierend auf der bezogenen Hebedauerzeit und den zweiten Korrespondenzinformationen zu beziehen.
Assistenzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerung konfiguriert ist, um als Assistenzparameter eine Summe aus einem Wert, der durch Anwendung einer Steifigkeitstermverstärkung auf die bezogenen Neigungswinkelinformationen bezogen wird, und einem Wert, der durch Anwendung einer Viskositätstermverstärkung auf die bezogenen Schwenkwinkelinformationen bezogen wird, zu beziehen.
Assistenzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass: ein Prozess, bei dem der Regler den Assistenzparameter unter Verwendung der Korrekturverstärkung bezieht, ein Prozess zum Heben ist; ein Prozess, bei dem die Steuerung als Assistenzparameter eine Summe aus einem Wert, der durch Anwenden einer Steifigkeitstermverstärkung auf die bezogenen Kippwinkelinformationen bezogen wird, und einem Wert, der durch Anwenden einer Viskositätstermverstärkung auf die bezogenen Schwenkwinkelinformationen bezogen wird, bezieht, ein Prozess für eine Bückaktion ist; und die Steuerung konfiguriert ist, um entweder den Prozess zum Heben oder den Prozess für die Bückaktion auszuwählen und durchzuführen.
Assistenzvorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass: der Neigungswinkelerfassungsteil ein Sensor ist, der konfiguriert ist, um ein Ausgangssignal zu erzeugen, das entsprechend einer Haltung des Oberkörpers des Benutzers variiert; und die Schwenkwinkelerfassungsteile Detektoren sind, die konfiguriert sind, um Drehwinkel von Drehelementen zu erfassen, die in dem Aktuator zum Schwenken der Arme (37) bereitgestellt sind.