JP2013173190A - Mounting type action assisting device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a burden on the waist of a wearer.SOLUTION: A mounting type action assisting device 10 includes a drive mechanism 15 which drives a waist frame 30 mounted to the waist of a wearer 12, or the thigh of the wearer 12. The waist frame 30 includes a waist support 50 which abuts on the waist of the wearer 12 when the frame is mounted to the waist of the wearer 12. A stomach support 60 is abutted on ribs and ilia of the wearer 12. The waist support 50 and the stomach support 60 are connected by a connection member 70 arranged at both right and left sides. The drive mechanism 15 simultaneously drives the drive torque of drive motors 20, 22 so that the waist support 50 and the stomach support 60 are driven backward when a heavy object is lifted. When the wearer 12 walks, the drive torque is transmitted to second connection parts 17A, 17B so as to drive the thigh of the wearer 12.

Description

本発明は装着式動作補助装置に係り、特に装着者の作業や動作を支援する装着式動作補助装置に関する。   The present invention relates to a wearable motion assist device, and more particularly to a wearable motion assist device that supports a wearer's work and motion.

例えば、工場や工事現場等においては、フォークリフトやクレーンなどの運搬用機械を用いて重量物を運搬している。しかしながら、狭い場所で運搬用機械が移動できない場合には、作業者が金属や石などの重量物を持ち上げて運ぶ場合がある。   For example, in a factory, a construction site, or the like, a heavy object is transported using a transporting machine such as a forklift or a crane. However, when the transporting machine cannot move in a narrow place, an operator may lift and carry a heavy object such as metal or stone.

このような、作業者による運搬作業を支援する装着式動作補助装置としては、歩行動作を補助するように構成された装置がある(例えば、特許文献1参照)。   As such a wearable motion assisting device that assists a worker in carrying work, there is a device configured to assist a walking motion (see, for example, Patent Document 1).

特開2005−95561号公報JP 2005-95561 A

従来の装着式動作補助装置は、装着者の足の動作を補助するようにモータトルクを発生させるため、装着者の歩行支援や階段の昇り降りを支援することが可能であるものの、装着者が床面に載置された重量物を持ち上げようとする場合には、腰を支える筋力を支援することが難しく、腰の負担を軽減することができないという問題があった。   Conventional wearable movement assist devices generate motor torque so as to assist the wearer's foot movement, and thus can support the wearer's walking support and climbing up and down stairs. When trying to lift a heavy object placed on the floor, there is a problem that it is difficult to support the muscular strength to support the waist and the burden on the waist cannot be reduced.

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した装着式動作補助装置の提供を目的とする。   Therefore, in view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a wearable movement assist device that solves the above-described problems.

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。
(1)本発明は、装着者の腰に装着される腰フレームと、
前記腰フレームの後部に設けられ、当該装着者の背中に当接する背当て部と、
当該装着者の肋骨及び腸骨に当接する腹当て部と、
前記背当て部と前記腹当て部とを結合する結合部材と、
前記装着者の大腿に固定される大腿固定部と、
前記腰フレームと前記大腿固定部との間に配置され、前記大腿固定部又は前記腰フレームを駆動する駆動機構と、
前記装着者の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、
前記生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて前記駆動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする。
(2)本発明の前記背当て部は、前記装着者の背骨を保持するように形成されたことを特徴とする。
(3)本発明の前記腹当て部は、前記装着者の肋骨及び腸骨を保持するように形成されたことを特徴とする。
(4)本発明の前記結合部は、前記背当て部と前記腹当て部とを互いに接近する方向に拘束することにより、当該装着者の腹及び背中を挟持することを特徴とする。
(5)本発明の前記駆動機構は、
前記腰フレームの左右両側に連結された第1の連結部と、
前記大腿固定部に連結された第2の連結部と、
前記第1の連結部と前記第2の連結部とを相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動部とを有することを特徴とする。
(6)本発明の前記駆動部は、前記生体信号検出センサにより検出された広背筋又は大殿筋による前記生体信号の信号レベルに基づいて前記制御部により前記腰フレームを駆動する駆動トルクを制御されることを特徴とする。
(7)本発明の前記制御部は、当該装着者の広背筋又は大殿筋の生体信号の出力レベルと当該装着者の上体と腿との角度から当該装着者の姿勢を判定する姿勢判定手段を有することを特徴とする。
(8)本発明の前記制御部は、複数の生体信号検出センサのうち当該装着者の上体と腿との角度に応じた任意の生体信号検出センサを選択し、当該選択された生体信号検出センサからの生体信号に基づいて前記駆動部の駆動トルクを制御することを特徴とする。
(9)本発明の前記腰フレームは、左右両側に装着者の肘または運搬する重量物を支持する支持部材が設けられたことを特徴とする。
In order to solve the above problems, the present invention has the following means.
(1) The present invention provides a waist frame to be worn on the wearer's waist;
A back rest provided on the back of the waist frame and abutting the back of the wearer;
An abdomen that contacts the ribs and iliac of the wearer;
A coupling member that couples the back pad and the belly pad;
A thigh fixing portion fixed to the thigh of the wearer;
A drive mechanism that is disposed between the waist frame and the thigh fixing part and drives the thigh fixing part or the waist frame;
A biological signal detection sensor for detecting a biological signal corresponding to the movement of the wearer;
A control unit for controlling the drive mechanism based on a biological signal output from the biological signal detection sensor;
It is provided with.
(2) The backrest portion of the present invention is formed to hold the spine of the wearer.
(3) The abdomen of the present invention is characterized in that it is formed to hold the wearer's ribs and iliac bones.
(4) The coupling part according to the present invention is characterized in that the back part and the abdomen part are constrained in a direction approaching each other so as to sandwich the wearer's abdomen and back.
(5) The drive mechanism of the present invention includes:
A first connecting portion connected to the left and right sides of the waist frame;
A second connecting portion connected to the thigh fixing portion;
It has a drive part which generates a drive torque so that the 1st connecting part and the 2nd connecting part may be rotated relatively.
(6) In the drive unit according to the present invention, a drive torque for driving the waist frame is controlled by the control unit based on a signal level of the biological signal by the latissimus dorsi muscle or the gluteal muscle detected by the biological signal detection sensor. It is characterized by that.
(7) The control unit according to the present invention provides posture determination means for determining the posture of the wearer from the output level of the biosignal of the wearer's latissimus or gluteal muscle and the angle between the wearer's upper body and thigh. It is characterized by having.
(8) The control unit of the present invention selects an arbitrary biological signal detection sensor corresponding to an angle between the wearer's upper body and thigh from the plurality of biological signal detection sensors, and detects the selected biological signal. The driving torque of the driving unit is controlled based on a biological signal from the sensor.
(9) The waist frame of the present invention is characterized in that support members for supporting a wearer's elbow or a heavy object to be carried are provided on both the left and right sides.

本発明によれば、腰フレームに設けられた背当て部と腹当て部とを結合し、駆動機構により当該装着者の大腿に固定された大腿固定部に対し腰フレームを回動させる力を付与するため、装着者が床面に載置された重量物を持ち上げる際、装着者の背骨及び肋骨及び腸骨が背当て部及び腹当て部により保持された状態で、背当て部及び腹当て部が駆動部の駆動トルクにより支持され、装着者の腰及び背骨の負担を軽減できる。これにより、装着者が重量物を持ち上げる場合でも駆動部からの駆動トルクにより支援されて装着者の腰や背骨に無理な力が作用せず、装着者の腰の負担を緩和できる。   According to the present invention, the back support part and the abdomen support part provided on the waist frame are coupled, and a force for rotating the waist frame is applied to the thigh fixing part fixed to the thigh of the wearer by the drive mechanism. Therefore, when the wearer lifts a heavy object placed on the floor surface, the backrest and the abdomen are in a state where the backbone, ribs and iliac of the wearer are held by the backrest and the abdomen. It is supported by the drive torque of the drive unit, and the burden on the waist and spine of the wearer can be reduced. As a result, even when the wearer lifts a heavy object, the driving torque from the drive unit assists the wearer's waist and spine without excessive force, and the burden on the wearer's waist can be alleviated.

本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め前側からみた斜視図である。It is the perspective view which looked at one Example of the mounting | wearing type movement assistance apparatus by this invention from the diagonal front side. 本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め後側からみた斜視図である。It is the perspective view which looked at one Example of the mounting | wearing type movement assistance apparatus by this invention from the diagonally rear side. 装着式動作補助装置の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置を用いて装着者が重量物を持ち上げる作業を支援する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a wearer supports the operation | work which lifts a heavy load using a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置を用いて装着者が重量物を持った状態で階段を上がる作業を支援する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a wearer assists the operation | work which goes up a staircase in the state holding a heavy article using a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置の制御系を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the control system of a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 各制御機器の接続を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the connection of each control apparatus. 広背筋の生体電位信号及び股関節角度に基づいて制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control processing which a control apparatus performs based on the bioelectric potential signal and hip joint angle of a latissimus dorsi muscle. 左右腿の生体電位信号を用いて制御装置が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control processing which a control apparatus performs using the bioelectric potential signal of a right and left thigh. S15の制御処理を説明するためのフローチャートである。It is a flowchart for demonstrating the control processing of S15. 大殿筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。It is a figure which shows the switching of the gain according to the hip joint angle in the case of using the bioelectric potential of the gluteal muscle. 広背筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。It is a figure which shows the switching of the gain according to the hip joint angle in the case of using the bioelectric potential of the latissimus dorsi. 装着式動作補助装置の変形例1の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 1 of a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置の変形例2の構成を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the structure of the modification 2 of a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持ち上げる作業を支援する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a wearer supports the operation | work which lifts a heavy load using the modification 3 of a mounting | wearing type movement assistance apparatus. 装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持った状態で階段を上がる作業を支援する場合を示す図である。It is a figure which shows the case where a wearer assists the operation | work which goes up a staircase in the state holding a heavy article using the modification 3 of a mounting | wearing type movement assistance apparatus.

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。   Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

〔装着式動作補助装置の構成〕
図1は本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め前側からみた斜視図である。図2は本発明による装着式動作補助装置の一実施例を斜め後側からみた斜視図である。図1及び図2に示されるように、装着式動作補助装置10(以下「動作補助装置」と称する)は、装着者12の作業や動作を支援(アシスト)する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号(表面筋電位)及び/又は当該装着者の股関節の動作角度を検出し、この検出信号に基づいて駆動部からの駆動力を付与するように作動する。
[Configuration of wearable motion assist device]
FIG. 1 is a perspective view of an embodiment of the wearing type movement assist device according to the present invention as seen from an oblique front side. FIG. 2 is a perspective view of one embodiment of the wearable movement assist device according to the present invention as seen from an oblique rear side. As shown in FIGS. 1 and 2, the wearable movement assist device 10 (hereinafter referred to as “motion assist device”) is a device that assists (assists) the work and operation of the wearer 12, and receives signals from the brain. The biological signal (surface myoelectric potential) and / or the operating angle of the wearer's hip joint generated when generating the muscular force is detected, and the driving force from the driving unit is applied based on this detection signal.

動作補助装置10を装着した装着者12は、自らの意思で重量物を持ち上げて運搬動作を行う場合、その際に発生した広背筋又は大殿筋(大臀筋)の生体信号及び/又は当該装着者12の股関節の動作角度に応じた駆動トルクがアシスト力として動作補助装置10から付与される。従って、装着者12は、自身の筋力と駆動部(本実施例では、電動式の駆動モータを用いる)からの駆動トルクとの合力によって重量物を持ち上げて運搬することができる。   When the wearer 12 wearing the movement assisting device 10 lifts and loads a heavy object on his / her own intention, the wearer's 12 or his / her biological signal of the latissimus dorsi muscle or gluteal muscle (gastrocnemius) generated at that time and / or the wearing A driving torque corresponding to the movement angle of the hip joint of the person 12 is applied from the movement assisting device 10 as an assisting force. Therefore, the wearer 12 can lift and carry a heavy object by the resultant force of his / her muscle strength and the drive torque from the drive unit (which uses an electric drive motor in this embodiment).

また、動作補助装置10は、重量物を持ち上げて歩行する運搬作業以外にも、例えば、装着者12が荷物を持ったまま階段を上り下りするといった昇降作業も補助することができる。   Further, the motion assisting device 10 can assist a lifting operation in which the wearer 12 goes up and down the stairs while holding a load, for example, in addition to a transporting operation of lifting a heavy object and walking.

ここで、動作補助装置10の構成の一例について説明する。動作補助装置10は、装着者12の腰に装着される腰フレーム30又は当該装着者12の大腿部を駆動する駆動機構15を有する。腰フレーム30は、装着者12の腰に装着された際に装着者12の背中に当接する背当て部50が設けられている。また、装着者12の前側には、肋骨及び腸骨に当接する腹当て部60が装着される。背当て部50及び腹当て部60は、左右両側に配された結合部材70により結合されると共に、当該装着者12の肋骨及び背骨を前後方向から保持する。   Here, an example of the configuration of the motion assisting device 10 will be described. The motion assisting device 10 has a drive mechanism 15 that drives a waist frame 30 attached to the waist of the wearer 12 or a thigh of the wearer 12. The waist frame 30 is provided with a backrest portion 50 that comes into contact with the back of the wearer 12 when worn on the waist of the wearer 12. Further, on the front side of the wearer 12, an abdomen pad portion 60 that is in contact with the ribs and iliac bones is attached. The back pad part 50 and the abdomen pad part 60 are coupled by coupling members 70 disposed on both the left and right sides, and hold the ribs and spine of the wearer 12 from the front-rear direction.

駆動機構15は、腰フレーム30の両側に連結された一対の第1の連結部16A、16Bと、大腿部の外側に配された一対の第2の連結部17A、17Bと、第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A、17Bとの間に設けられた駆動モータ(駆動部)20、22とを有する。   The drive mechanism 15 includes a pair of first connection portions 16A and 16B connected to both sides of the waist frame 30, a pair of second connection portions 17A and 17B arranged on the outer side of the thigh, Drive motors (drive parts) 20 and 22 are provided between the connection parts 16A and 16B and the second connection parts 17A and 17B.

駆動機構15は、重量物を持ち上げる際は、腰フレーム30を後側に駆動するように駆動モータ20、22の駆動トルクを同時に一対の第1の連結部16A、16Bに伝達する。この場合、第1の連結部16A、16Bが被駆動側であり、第2の連結部17A、17Bが固定側となる。   When the heavy load is lifted, the drive mechanism 15 simultaneously transmits the drive torque of the drive motors 20 and 22 to the pair of first connecting portions 16A and 16B so as to drive the waist frame 30 to the rear side. In this case, the first connecting portions 16A and 16B are the driven side, and the second connecting portions 17A and 17B are the fixed side.

また、駆動機構15は、歩行及び階段の昇降時において、装着者12の左右大腿部を交互に前後方向に駆動するように駆動モータ20、22の駆動トルクを一対の第2の連結部17A、17Bに伝達する。この場合、第1の連結部16A、16Bが固定側であり、第2の連結部17A、17Bが被駆動側となる。   Further, the drive mechanism 15 applies the drive torque of the drive motors 20 and 22 to the pair of second connecting portions 17A so as to alternately drive the left and right thighs of the wearer 12 in the front-rear direction during walking and climbing up and down stairs. , 17B. In this case, the first connecting portions 16A and 16B are the fixed side, and the second connecting portions 17A and 17B are the driven side.

駆動モータ20,22は、制御ユニット36に収納された制御装置からの制御信号により駆動トルクを制御されるDCモータまたはACモータなどの電動モータからなる。また、各駆動モータ20,22は、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構(駆動部に内蔵)を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータ20,22としては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。   The drive motors 20 and 22 are electric motors such as a DC motor or an AC motor whose drive torque is controlled by a control signal from a control device housed in the control unit 36. Each of the drive motors 20 and 22 has a reduction mechanism (built in the drive unit) that reduces the motor rotation at a predetermined reduction ratio, and can provide a sufficient drive force although it is small. Of course, the drive motors 20 and 22 may be ultrasonic motors that are thinned so that the installation space can be reduced.

また、装着者12の腰の周囲に装着される腰フレーム30には、駆動モータ20,22を駆動させるための電源として機能するバッテリ32,34が取り付けられている。バッテリ32、34は、充電式バッテリであり、装着者12の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。   Batteries 32 and 34 that function as power sources for driving the drive motors 20 and 22 are attached to the waist frame 30 that is worn around the waist of the wearer 12. The batteries 32 and 34 are rechargeable batteries, and are distributed on the left and right so as not to hinder the walking motion of the wearer 12.

また、装着者12の背面側となる腰フレーム30の後側中央には、制御ユニット36が取り付けられている。   A control unit 36 is attached to the rear center of the waist frame 30 on the back side of the wearer 12.

そして、動作補助装置10は、装着者12の右腿の動きに伴う大腿直筋、大殿筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ38a,38b(38a〜38a,38b〜38b)と、装着者12の左腿の動きに伴う大腿直筋、大殿筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ40a,40b(40a〜40a,40b〜40b)と、装着者12の背中の広背筋の生体電位を検出する複数の生体信号検出センサ42a,42b(42a〜42a,42b〜42b)を有する。各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、夫々各検出対象となる筋肉(大腿直筋、大殿筋、広背筋)に対して複数箇所(1〜n箇所)に設けられており、後述するように装着者12の動作に応じて検出レベルの最も高い検出センサを選択することができる。 Then, the operation assisting device 10, a plurality of biological signal detecting sensor 38a for detecting biological potential of rectus femoris, gluteus maximus with the right thigh movements of the wearer 12, 38b (38a 1 ~38a n , 38b 1 ~38b and n), rectus femoris with the left thigh of the motion of the wearer 12, a plurality of biological signal detecting sensor 40a for detecting the biological potential of the gluteus maximus, 40b (40a 1 ~40a n, and 40b 1 ~40b n), A plurality of biological signal detection sensors 42 a and 42 b (42 a 1 to 42 a n and 42 b 1 to 42 b n ) for detecting the bioelectric potential of the latissimus back muscle of the wearer 12. Each biological signal detection sensor 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b is provided at a plurality of locations (1 to n) with respect to each detection target muscle (stratus thigh muscle, gluteal muscle, latissimus dorsi muscle). As described later, the detection sensor having the highest detection level can be selected according to the operation of the wearer 12.

各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号(生体信号)を皮膚から検出する生体信号検出部であり、微弱電位を検出するための電極(図示せず)を有する。尚、本実施例では、各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者12の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。   Each biological signal detection sensor 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b is a biological signal detection unit that detects a biological potential signal (biological signal) such as a myoelectric potential signal or a nerve transmission signal from the skin, and detects a weak potential. An electrode (not shown). In this embodiment, each of the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, and 42b is attached so as to be adhered to the skin surface of the wearer 12 with an adhesive seal that covers the periphery of the electrode.

人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、この推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要なアシスト力(駆動トルク)を求めることが可能になる。   In the human body, acetylcholine, a synaptic transmitter, is released on the surface of muscles that form skeletal muscles according to instructions from the brain. As a result, the ionic permeability of muscle fiber membranes changes and action potentials are generated. The action potential causes contraction of muscle fibers and generates muscle force. Therefore, by detecting the potential of the skeletal muscle, it is possible to estimate the muscular strength generated during the walking motion, and the assist force (drive torque) necessary for the walking motion is calculated from the virtual torque based on the estimated muscular strength. It becomes possible to ask.

従って、動作補助装置10では、これらの生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bによって検出された生体信号に基づいて股関節に対応する2個の駆動モータ20,22に供給する駆動電流を求め、この駆動電流で駆動モータ20,22を駆動することで、必要なアシスト力(駆動トルク)が付与されて装着者12の作業動作及び歩行、階段の昇降を補助するように構成されている。   Therefore, in the motion assisting device 10, the drive supplied to the two drive motors 20 and 22 corresponding to the hip joints based on the biological signals detected by these biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a and 42b. By obtaining the current and driving the drive motors 20 and 22 with this drive current, the necessary assist force (drive torque) is applied to assist the wearer 12 in working and walking, and climbing the stairs. ing.

図3は装着式動作補助装置の構成を示す分解斜視図である。図3に示されるように、装着者12の腰に装着される腰フレーム30の背当て部50は、例えば剛性を有するジュラルミンやアルミ合金などの金属材により形成された腰サポート部110と、腰サポート部110の内側に形成されたフィッティング部112が取り付けられている。また、フィッティング部112は、スポンジ又は低反発樹脂材などからなり、装着者12の腰及び背中に当接して装着者12の腰及び背骨を保護する。   FIG. 3 is an exploded perspective view showing the configuration of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 3, the backrest portion 50 of the waist frame 30 attached to the waist of the wearer 12 includes a waist support portion 110 formed of a metal material such as rigid duralumin or aluminum alloy, and a waist support portion 110. A fitting portion 112 formed inside the support portion 110 is attached. The fitting portion 112 is made of sponge or a low-resilience resin material, and contacts the waist and back of the wearer 12 to protect the waist and spine of the wearer 12.

また、腰フレーム30の腰サポート部110は、装着者12の腰及び背中を背面側及び左右両側からサポートするように形成されているため、駆動モータ20,22の駆動トルクを装着者12の腰及び背中全体に伝達することができる。   Further, since the waist support portion 110 of the waist frame 30 is formed to support the waist and back of the wearer 12 from the back side and the left and right sides, the drive torque of the drive motors 20 and 22 is applied to the waist of the wearer 12. And can be transmitted throughout the back.

腹当て部60は、例えば剛性を有する金属材又は硬質樹脂材等からなり、装着者12の肋骨及び腸骨形状に対応するように湾曲した曲面形状に形成されている。また、腹当て部60は、腰フレーム30と分離されており、外側の両端付近には、結合部材70が係止される係止金具62が締結されている。結合部材70は、金属製のバックルなどからなり、背当て部50に対し前後方向に移動可能に付勢されている。尚、結合部材70としては、例えばベルトを巻き付け結合させる構成のものでも良い。   The belly pad portion 60 is made of, for example, a rigid metal material or hard resin material, and is formed in a curved shape that is curved so as to correspond to the rib and iliac shapes of the wearer 12. Further, the belly pad 60 is separated from the waist frame 30, and a locking fitting 62 for locking the coupling member 70 is fastened near both outer ends. The coupling member 70 is made of a metal buckle or the like, and is urged so as to be movable in the front-rear direction with respect to the backrest portion 50. The coupling member 70 may have a configuration in which, for example, a belt is wound and coupled.

従って、腹当て部60を装着者12の腹部(肋骨及び腸骨)に当接させた状態で背当て部50の結合部材70を腹当て部60の係止金具62に係止させることにより、腹当て部60及び背当て部50は、相互に固定されると共に、装着者12の腹及び背中を挟持する。これにより、装着者12は、腹当て部60及び背当て部50により肋骨及び腸骨、背骨が前後方向から拘束された状態に保持され、安定状態にサポートされる。   Accordingly, by locking the coupling member 70 of the back pad 50 to the locking bracket 62 of the back pad 60 in a state where the stomach pad 60 is in contact with the abdomen (rib and iliac bone) of the wearer 12, The abdomen 60 and the back 50 are fixed to each other and sandwich the abdomen and back of the wearer 12. Thereby, the wearer 12 is held in a state in which the ribs, the iliac bones, and the spine are restrained from the front-rear direction by the abdomen 60 and the back pad 50, and is supported in a stable state.

第1の連結部16A,16Bは、腰フレーム30と関節24A,24Bとの前後方向の相対変位を吸収するように変形する腰部連結機構200を有する。また、腰部連結機構200は、上端が腰フレーム30に設けられた上端固定部102に固定され、下端が関節24A,24Bに設けられた下端固定部106に固定される。   The first connecting portions 16A and 16B have a waist connecting mechanism 200 that deforms so as to absorb the relative displacement in the front-rear direction between the waist frame 30 and the joints 24A and 24B. The waist connection mechanism 200 is fixed at an upper end fixing portion 102 provided at the waist frame 30 at an upper end and fixed at a lower end fixing portion 106 provided at the joints 24A and 24B.

また、第2の連結部17A,17Bの長手方向の中間位置には、装着者12の大腿に締結されるベルト状の大腿固定部78が取り付けられている。大腿固定部78の内面側には、装着者12の大腿に密着するフィッティング部79が取り付けられている。   In addition, a belt-like thigh fixing portion 78 that is fastened to the thigh of the wearer 12 is attached to an intermediate position in the longitudinal direction of the second coupling portions 17A and 17B. A fitting portion 79 that is in close contact with the thigh of the wearer 12 is attached to the inner surface side of the thigh fixing portion 78.

関節24A,24Bは、駆動モータ20,22が内蔵されたモータユニットを構成しており、関節24A,24Bと駆動モータ20,22とは外観上一体化されている。また、関節24A,24Bは、第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A,17Bとを回動可能に支持している。   The joints 24A and 24B constitute a motor unit in which the drive motors 20 and 22 are built, and the joints 24A and 24B and the drive motors 20 and 22 are integrated in appearance. The joints 24A and 24B support the first connecting portions 16A and 16B and the second connecting portions 17A and 17B so as to be rotatable.

さらに、駆動モータ20,22は、関節回動角度を検出する角度センサ(図6参照)を有する。この角度センサは、関節24A,24Bの関節角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダなどからなり、関節回動角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。すなわち、関節24A,24Bの角度センサは、装着者12の股関節の関節角度に相当する第1の連結部16A、16Bと第2の連結部17A、17Bとの間の回動角度を検出する。   Furthermore, the drive motors 20 and 22 have an angle sensor (see FIG. 6) that detects a joint rotation angle. The angle sensor includes a rotary encoder that counts the number of pulses proportional to the joint angles of the joints 24A and 24B, and outputs an electrical signal corresponding to the number of pulses corresponding to the joint rotation angle as a sensor output. In other words, the angle sensors of the joints 24A and 24B detect the rotation angle between the first connection parts 16A and 16B and the second connection parts 17A and 17B corresponding to the joint angle of the hip joint of the wearer 12.

駆動モータ20,22は、互いに相対回転可能に組み合わせられたロータとステータとの間で駆動トルクを発生し、ロータ又はステータの何れか一方に係る負荷が駆動トルクを越える場合に固定側となり、負荷の小さいロータ又はステータの何れか他方が被駆動側になる。   The drive motors 20 and 22 generate drive torque between a rotor and a stator that are combined so as to be rotatable relative to each other, and become a fixed side when a load applied to either the rotor or the stator exceeds the drive torque. The other of the rotor and the stator having a small diameter is the driven side.

腰フレーム30は、内周面中央に装着者12の腰後部(背骨)に当接するフィッティング部112を有する金属材からなる腰サポート部110と、ヒンジを介して連結されたベルト120,121と、一方のベルト120の端部に取り付けられたバックル122と、他方のベルト121の端部に取り付けられた係止用金具124とを有する。   The waist frame 30 includes a waist support portion 110 made of a metal material having a fitting portion 112 that comes into contact with the back waist (spine) of the wearer 12 at the center of the inner peripheral surface, belts 120 and 121 connected via hinges, It has a buckle 122 attached to the end of one belt 120 and a locking metal fitting 124 attached to the end of the other belt 121.

腰フレーム30を装着者12の腰に装着する際は、腰サポート部110の内側に設けられたフィッティング部112に腰の背面側を当接させた状態でバックル122の挿入口に係止用金具124を挿入して係止させる。そして、ベルト120,121の長さを装着者12のウエストの大きさに応じた長さに調整する。これにより、腰フレーム30は、装着者12の腰回りの外周にほぼ密着した保持状態となる。尚、バックル122は、自動車のシートベルトと同様な構成になっており、係止解除部を操作することにより係止用金具124の係止を解除することができるように構成されている。   When the waist frame 30 is attached to the waist of the wearer 12, the fitting for locking is attached to the insertion opening of the buckle 122 in a state where the back side of the waist is in contact with the fitting portion 112 provided inside the waist support portion 110. 124 is inserted and locked. Then, the lengths of the belts 120 and 121 are adjusted to the length corresponding to the size of the waist of the wearer 12. Thereby, the waist frame 30 will be in the holding | maintenance state closely_contact | adhered to the outer periphery of the wearer's 12 waist circumference. The buckle 122 has a configuration similar to that of a seat belt of an automobile, and is configured such that the locking of the locking metal fitting 124 can be released by operating the locking release portion.

従って、動作補助装置10は、装着者12の腰に腰フレーム30を装着し、大腿固定部78を装着者12の大腿に締結した後、バックル122の挿入口に係止用金具124を挿入して係止させ、背当て部50の結合部材70を腹当て部60の係止金具62に係止させることで装着完了となる。そのため、装着者12は、一人で装着及び脱着が可能であり、他の補助者がいなくても簡単に動作補助装置10を装着して直ちに運搬作業等が行える。尚、大腿固定部78としては、腿の前後方向から締結する構成でも良いし、あるいは後側を削除して前側半分を保持する半円形状とし、後側はベルトにより保持する構成としても良い。   Accordingly, the motion assisting device 10 attaches the locking bracket 124 to the insertion opening of the buckle 122 after the waist frame 30 is attached to the waist of the wearer 12 and the thigh fixing portion 78 is fastened to the thigh of the wearer 12. The attachment is completed by locking the connecting member 70 of the back pad 50 to the locking bracket 62 of the belly pad 60. Therefore, the wearer 12 can be attached and detached by himself / herself, and can easily carry the carrying work or the like by attaching the motion assisting device 10 easily without other assistants. The thigh fixing portion 78 may be configured to be fastened from the front and rear direction of the thigh, or may be configured to have a semicircular shape in which the rear side is removed and the front half is held, and the rear side is held by a belt.

図4Aに示されるように、例えば、装着者12が両足の筋力を増大して腰より下方を固定した場合、右側の股関節角度θと左側の股関節角度θはほぼ均等になる(θ≒θ)。また、駆動モータ20,22は、第2の連結部17A、17Bを固定側として、第1の連結部16A、16Bを可動側として駆動トルクを腰フレーム30の背当て部50及び結合部材70を介して腹当て部60に伝達する。これにより、装着者12は、腰及び背中、腹を駆動モータ20,22の駆動トルクにより保持され、床面に載置された重量物Wを持ち上げる作業を行う際の腰の負担が軽減される。 As shown in FIG. 4A, for example, when the wearer 12 increases the muscular strength of both legs and fixes below the waist, the right hip joint angle θ 1 and the left hip joint angle θ 2 are substantially equal (θ 1 ≈ θ 2 ). The drive motors 20 and 22 use the second connecting portions 17A and 17B as the fixed side, the first connecting portions 16A and 16B as the movable side, and drive torque to the backrest portion 50 and the coupling member 70 of the waist frame 30. To the belly pad 60. As a result, the wearer 12 holds the waist, back, and stomach with the drive torque of the drive motors 20 and 22, and the burden on the waist when performing the work of lifting the heavy object W placed on the floor is reduced. .

図4Bに示されるように、装着者12が腹筋及び背筋の筋力を増大させて腰より上部を固定して階段を上る場合、右側の股関節角度θと左側の股関節角度θは異なる(θ≠θ)。そして、腰フレーム30に連結された第1の連結部16A、16Bが固定側になり、駆動モータ20,22の駆動トルクが第2の連結部17A、17Bを介して装着者12の大腿に伝達されて歩行及び階段の昇り降りを支援する。これにより、装着者12は、重量物Wを持った状態での運搬作業がモータトルクにより支援され、大腿の筋肉疲労が軽減される。
〔制御システムの構成〕
図5は動作補助装置の制御系システムの構成を示すブロック図である。図5に示されるように、動作補助装置10の制御系システムは、装着者12に対してアシスト力を付与する駆動部140と、装着者12の股関節角度(物理現象)を検出する物理現象検出部142と、装着者12の筋肉の活動に伴って発生する広背筋及び大腿筋の電位等を含む(生体信号)を検出する生体信号検出部144とを備えている。尚、上記駆動部140は、駆動モータ20,22からなる。物理現象検出部142は、上記関節回動角度を検出する角度センサ70,72(図6参照)からなる。生体信号検出部144は、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bからなる。
As shown in FIG. 4B, when the wearer 12 increases the strength of the abdominal and back muscles and fixes the upper part from the waist and climbs the stairs, the right hip joint angle θ 1 and the left hip joint angle θ 2 are different (θ 1 ≠ θ 2 ). The first connecting portions 16A and 16B connected to the waist frame 30 are on the fixed side, and the driving torque of the drive motors 20 and 22 is transmitted to the thigh of the wearer 12 via the second connecting portions 17A and 17B. Being supported to walk up and down stairs. As a result, the wearer 12 is assisted by the motor torque in carrying work with the heavy load W, and the thigh muscle fatigue is reduced.
[Configuration of control system]
FIG. 5 is a block diagram showing the configuration of the control system of the motion assist device. As shown in FIG. 5, the control system of the motion assisting device 10 includes a drive unit 140 that applies assist force to the wearer 12 and a physical phenomenon detection that detects the hip joint angle (physical phenomenon) of the wearer 12. And a biological signal detection unit 144 that detects (biological signal) including the potential of the latissimus dorsi and thigh muscles generated by the muscle activity of the wearer 12. The drive unit 140 includes drive motors 20 and 22. The physical phenomenon detection unit 142 includes angle sensors 70 and 72 (see FIG. 6) that detect the joint rotation angle. The biological signal detection unit 144 includes biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b.

データ格納部146には、基準パラメータデータベース148と、指令信号データベース150とが格納されている。   The data storage unit 146 stores a reference parameter database 148 and a command signal database 150.

随意的制御部154は、生体信号検出部の検出信号に応じた指令信号を電力増幅部158に供給する。随意的制御部154は、生体信号検出部144に所定の指令関数f(t)またはゲインGを適用して指令信号を生成する。このゲインGは予め設定された値又は関数でも良く、ゲイン変更部156を介して調整することができる。   The optional control unit 154 supplies a command signal corresponding to the detection signal of the biological signal detection unit to the power amplification unit 158. The optional control unit 154 applies a predetermined command function f (t) or a gain G to the biological signal detection unit 144 to generate a command signal. The gain G may be a preset value or function, and can be adjusted via the gain changing unit 156.

また、装着者12の皮膚が汗で濡れることが予想される場合には、生体信号検出部144からの生体信号の入力が得られないときに、物理現象検出部142により検出された各データ(角度センサ70,72(図6参照)により検出された関節角度データ)に基づいて各駆動モータ20,22の駆動トルクを制御する方法を選択することも可能である。   When the skin of the wearer 12 is expected to get wet with sweat, when data input from the biological signal detection unit 144 cannot be obtained, each data ( It is also possible to select a method for controlling the drive torque of each of the drive motors 20 and 22 based on the joint angle data detected by the angle sensors 70 and 72 (see FIG. 6).

物理現象検出部142によって検出された股関節角度θ,θは、基準パラメータデータベース148に入力される。フェーズ特定部152では、物理現象検出部142により検出された関節角度を基準パラメータデータベース148に格納された基準パラメータの関節角度と比較することにより、装着者12の動作のフェーズを特定する。 The hip joint angles θ 1 and θ 2 detected by the physical phenomenon detection unit 142 are input to the reference parameter database 148. The phase specifying unit 152 specifies the phase of the operation of the wearer 12 by comparing the joint angle detected by the physical phenomenon detection unit 142 with the joint angle of the reference parameter stored in the reference parameter database 148.

そして、自律的制御部160では、フェーズ特定部152により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号を生成し、この動力を駆動部140に発生させるための指令信号を電力増幅部158に供給する。
〔各制御機器の接続系統〕
図6は各制御機器の接続を示すブロック図である。図6に示されるように、バッテリ32,34は、電源回路86に電源供給しており、電源回路86では所定電圧に変換して入出力インターフェイス88に定電圧を供給する。また、バッテリ32,34の充電容量は、バッテリ充電警告部90によって監視されており、バッテリ充電警告部90は、予め設定された残量に低下すると、警告を発して装着者12にバッテリ交換または充電を報知する。
When the autonomous control unit 160 obtains the control data of the phase specified by the phase specifying unit 152, the autonomous control unit 160 generates a command signal corresponding to the control data of this phase and causes the drive unit 140 to generate this power. The command signal is supplied to the power amplifier 158.
[Connection system for each control device]
FIG. 6 is a block diagram showing the connection of each control device. As shown in FIG. 6, the batteries 32 and 34 supply power to the power supply circuit 86. The power supply circuit 86 converts the power into a predetermined voltage and supplies a constant voltage to the input / output interface 88. Further, the charging capacity of the batteries 32 and 34 is monitored by the battery charging warning unit 90. When the battery charging warning unit 90 decreases to a preset remaining amount, a warning is issued to the wearer 12 for battery replacement or Notify charging.

各駆動モータ20,22を駆動する第1、第2モータドライバ92、93は、入出力インターフェイス88を介して制御装置100からの制御信号に応じた駆動電圧を増幅して各駆動モータ20,22に出力する。   The first and second motor drivers 92 and 93 that drive the drive motors 20 and 22 amplify the drive voltage according to the control signal from the control device 100 via the input / output interface 88 to thereby drive the drive motors 20 and 22. Output to.

各生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bから出力された生体電位信号の検出信号は、電力増幅部158の第1乃至第6差動増幅器101〜106によって増幅され、A/D変換器(図示せず)によってデジタル信号に変換されて入出力インターフェイス88を介して制御装置100に入力される。尚、装着者12の皮膚表面で検出される生体電位信号は、微弱である。そのため、第1乃至第6差動増幅器101〜106で例えば、30μVの検出信号をコンピュータが判別可能な3V程度に増幅するには、10倍となる100dBの増幅率が必要になる。 The detection signals of the bioelectric potential signals output from the respective biosignal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, and 42b are amplified by the first to sixth differential amplifiers 101 to 106 of the power amplifying unit 158, and A / The signal is converted into a digital signal by a D converter (not shown) and input to the control device 100 via the input / output interface 88. The bioelectric potential signal detected on the skin surface of the wearer 12 is weak. Therefore, for example, a first to sixth differential amplifier 101 to 106, to amplify the detection signal of 30μV about computer can determine 3V, it is necessary to 10 5 times become 100dB amplification factor of.

また、角度センサ70,72から出力された角度検出信号は、夫々第1、第2角度検出部111、112に入力される。第1、第2角度検出部111、112は、ロータリエンコーダによって検出されたパルス数を角度に相当する角度データ値に変換しており、検出された回動角度データは入出力インターフェイス88を介して制御装置100に入力される。   Further, the angle detection signals output from the angle sensors 70 and 72 are input to the first and second angle detection units 111 and 112, respectively. The first and second angle detectors 111 and 112 convert the number of pulses detected by the rotary encoder into an angle data value corresponding to the angle, and the detected rotation angle data is sent via the input / output interface 88. Input to the control device 100.

データ格納部146のメモリ130は、各データを格納する格納部であり、起立動作、歩行動作や着席動作など各動作パターン(タスク)毎に設定されたフェーズ単位の制御データが予め格納されたデータベース格納領域130Aと、各モータを制御するための制御プログラムが格納された制御プログラム格納領域130Bなどが設けられている。データベース格納領域130Aには、図5に示す基準パラメータデータベース148と指令信号データベース150が格納されている。   The memory 130 of the data storage unit 146 is a storage unit for storing each data, and is a database in which control data for each phase set for each operation pattern (task) such as a standing motion, a walking motion, and a seating motion is stored in advance. A storage area 130A, a control program storage area 130B in which a control program for controlling each motor is stored, and the like are provided. A reference parameter database 148 and a command signal database 150 shown in FIG. 5 are stored in the database storage area 130A.

また、制御装置100から出力された制御データは、入出力インターフェイス88を介してデータ出力部132あるいは通信ユニット134に出力され、例えば、モニタ(図示せず)に表示したり、あるいはデータ監視用コンピュータ(図示せず)などにデータ通信で転送することもできる。   The control data output from the control device 100 is output to the data output unit 132 or the communication unit 134 via the input / output interface 88, and displayed on a monitor (not shown) or a data monitoring computer, for example. It can also be transferred to data communication (not shown).

また、制御装置100は、前述した自律的制御部160と、フェーズ特定部152と、随意制御部154と、ゲイン変更部156とを備えている。
〔制御装置100が実行する制御処理〕
ここで、制御装置(制御部)100が実行する制御処理の手順について図7Aのフローチャートを参照して説明する。図7Aに示されるように、制御装置100は、ステップS11(以下「ステップ」を省略する)で装着者12の動作に伴う物理現象検出部142(角度センサ70,72)により検出された股関節角度θ,θを取得する。次にS12に進み、生体信号検出部144(生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42b)によって検出された筋電位信号EMGを取得する。
In addition, the control device 100 includes the above-described autonomous control unit 160, a phase specifying unit 152, an optional control unit 154, and a gain changing unit 156.
[Control processing executed by control device 100]
Here, a procedure of control processing executed by the control device (control unit) 100 will be described with reference to a flowchart of FIG. 7A. As shown in FIG. 7A, the control device 100 detects the hip joint angle detected by the physical phenomenon detector 142 (angle sensors 70, 72) accompanying the movement of the wearer 12 in step S11 (hereinafter, “step” is omitted). θ 1 and θ 2 are acquired. Next, it progresses to S12 and acquires the myoelectric potential signal EMG detected by the biological signal detection part 144 (Biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b).

S13では、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40bにより検出された左右大腿の各生体信号が左右で均等か否かをチェックする。S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等である場合(YESの場合)、当該装着者12が両足の筋力を均等に作用させているため、歩行中ではなく、停止した状態であることを判定できる。そのため、S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等である場合は、S14に進み、角度センサ70,72により検出された当該装着者12の左右の股関節角度θ,θが共に規定角度α(例えば、α=170度)以下か否かをチェックする。この規定角度αは、装着者12の股関節を中心とする大腿と上体との角度であり、側面からみた場合の上体を前方に低くした姿勢を意味する。 In S13, it is checked whether or not the biological signals of the left and right thighs detected by the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, and 40b are equal on the left and right. In S13, if the left and right thigh biological signals are equal on the left and right (in the case of YES), the wearer 12 applies the muscular strength of both feet evenly, and is not in walking but in a stopped state. Can be determined. Therefore, if the left and right thigh biological signals are equal in the left and right in S13, the process proceeds to S14, and the left and right hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 detected by the angle sensors 70 and 72 are both defined. It is checked whether the angle α (for example, α = 170 degrees) or less. The prescribed angle α is an angle between the thigh and the upper body around the hip joint of the wearer 12, and means a posture in which the upper body is lowered forward when viewed from the side.

S14において、当該装着者12の左右の股関節角度θ,θが共に規定角度α以下の場合(YESの場合)、装着者12が上体を低くした前かがみの姿勢であると判定し、S15に進む。S15では、上体を低くした姿勢制御を行う。 In S14, when the left and right hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 are both equal to or smaller than the specified angle α (in the case of YES), it is determined that the wearer 12 is in a leaning posture with the lower body lowered, and S15 Proceed to In S15, posture control is performed with the lower body lowered.

次のS16では、当該装着者12の左右の股関節角度θ,θが共に規定角度α以上であるか否かをチェックする。S16において、股関節角度θ,θが共に規定角度α以下の場合(NOの場合)、S15の処理を継続する。また、S16において、股関節角度θ,θが共に規定角度α以上の場合(YESの場合)、装着者12が歩行しているものと判定する。 In the next S16, it is checked whether or not the left and right hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 are both equal to or larger than the specified angle α. If the hip joint angles θ 1 and θ 2 are both equal to or smaller than the specified angle α in S16 (NO), the process of S15 is continued. In S16, when both hip joint angles θ 1 and θ 2 are equal to or larger than the prescribed angle α (in the case of YES), it is determined that the wearer 12 is walking.

また、上記S13において、左右大腿の各生体信号が左右で均等でない場合は、歩行中であると判定し、S17に進む。次のS17では、左右両足の腿に設けられた生体信号検出センサ38a,38b,40a,40bからの生体検出信号が検出できているか否かをチェックする。S17において、生体検出信号が検出できていない場合(NOの場合)、S18に進み、上記S11で取得された股関節角度θ,θを基準パラメータデータベース148と照合して装着者12の各動作種別に対応するタスクのフェーズ(動作段階)を特定する。 In S13, if the left and right thigh biological signals are not equal left and right, it is determined that the user is walking and the process proceeds to S17. In next S17, it is checked whether or not the biological detection signals from the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, and 40b provided on the thighs of the left and right feet can be detected. In S17, when the living body detection signal is not detected (in the case of NO), the process proceeds to S18, and the hip joint angles θ 1 and θ 2 acquired in S11 are compared with the reference parameter database 148 to perform each operation of the wearer 12. The task phase (operation stage) corresponding to the type is specified.

次のS19では、上記S18で特定されたフェーズ(動作段階)に応じた指令関数f(t)及びゲインGを選択する。   In the next S19, the command function f (t) and the gain G corresponding to the phase (operation stage) specified in S18 are selected.

そして、S20では、選択されたゲインGにより生成された指令信号(制御信号)が、電力増幅部158及びモータドライバ92,93に供給される。これにより、駆動部140(駆動モータ20,22)は、駆動トルクを発生することになる。   In S20, the command signal (control signal) generated by the selected gain G is supplied to the power amplifier 158 and the motor drivers 92 and 93. As a result, the drive unit 140 (drive motors 20 and 22) generates drive torque.

その結果、駆動部140(駆動モータ20,22)は、装着者12から検出した関節角度θ,θに基づいて選択されたフェーズに応じた駆動トルクを発生し、この駆動トルクが装着者12の腿にアシスト力として伝達される。 As a result, the drive unit 140 (drive motors 20 and 22) generates a drive torque corresponding to the phase selected based on the joint angles θ 1 and θ 2 detected from the wearer 12, and this drive torque is generated by the wearer. It is transmitted as an assist force to 12 thighs.

このように、装着者12の関節角度θ,θに基づいてアシストを行うので、装着者12は、生体検出信号が得られなくても駆動部140(駆動モータ20,22)からの駆動トルクによるアシスト力を付与されて労力が軽減される。 As described above, since the assist is performed based on the joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12, the wearer 12 is driven from the drive unit 140 (drive motors 20 and 22) even if a living body detection signal is not obtained. The assist force by torque is given and the labor is reduced.

例えば、装着者12が階段を上る場合には、指令関数f(t)に応じた駆動力を発生させてアシストする。このような場合には、上の段についた脚は、股関節及び膝関節の角度が平地を歩行する場合よりも屈曲した状態で着地することになる。従って、例えば股関節及び/又は膝関節の屈折角度が80°〜100°の時に、階段を上るフェーズであると判断し、膝関節及び股関節の角度の伸展に合わせて駆動トルクを発生させる。   For example, when the wearer 12 goes up the stairs, the driving force corresponding to the command function f (t) is generated to assist. In such a case, the leg on the upper step will land with the angle of the hip joint and the knee joint bent more than when walking on a flat ground. Therefore, for example, when the refraction angle of the hip joint and / or the knee joint is 80 ° to 100 °, it is determined that the phase is a step up the stairs, and the drive torque is generated in accordance with the extension of the angle of the knee joint and the hip joint.

また、階段を下りるフェーズ、立ち上がりのフェーズ、座りのフェーズであると判断した場合にも、所定の指令関数f(t)に従って駆動力を発生させてアシストをする。   Also, when it is determined that the phase is a step down the stairs, a phase up, or a sitting phase, the driving force is generated according to a predetermined command function f (t) to assist.

なお、装着者12が、平地を歩行している場合には負担が比較的小さいので、駆動部140(駆動モータ20,22)によるアシストが無くても作業効率は低下しない。従って、一般的な歩行のフェーズであると判断したときには、駆動部140(駆動モータ20,22)は装着者12の動作を阻害しないように、駆動モータ自体の粘性を補償するように駆動される。   In addition, when the wearer 12 is walking on a flat ground, the burden is relatively small. Therefore, even if there is no assistance from the drive unit 140 (drive motors 20 and 22), the work efficiency does not decrease. Therefore, when it is determined that it is a general walking phase, the drive unit 140 (drive motors 20 and 22) is driven so as to compensate for the viscosity of the drive motor itself so as not to hinder the operation of the wearer 12. .

S21では、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が行われてかどうかを確認する。S21において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理が残っている場合には、上記S11に戻り、次のフェーズに対する制御処理(S11〜S21)を行う。また、S21において、当該タスクの最終フェーズに対する制御処理を行ったときは、今回の制御処理を終了する。   In S21, it is confirmed whether control processing for the final phase of the task is performed. If the control process for the final phase of the task remains in S21, the process returns to S11 and the control process (S11 to S21) for the next phase is performed. In S21, when the control process for the final phase of the task is performed, the current control process is terminated.

〔生体信号を用いて制御装置100が実行する制御処理〕
図7Bは生体信号センサの検出信号を用いて制御装置100が実行する制御処理を説明するためのフローチャートである。図7Bに示されるように、S17において、例えば、装着者12が生体信号センサを適正に装着している場合、生体信号検出部144からの生体電位信号を得ることができる。その場合(YESの場合)、S22に進み指令関数f(t)及びゲインGに基づいて、生体電位信号に応じた指令信号を生成する。
[Control processing executed by control device 100 using biological signal]
FIG. 7B is a flowchart for explaining a control process executed by the control device 100 using a detection signal of the biological signal sensor. As shown in FIG. 7B, in S17, for example, when the wearer 12 wears the biological signal sensor properly, the bioelectric potential signal from the biological signal detection unit 144 can be obtained. In this case (in the case of YES), the process proceeds to S22, and a command signal corresponding to the biopotential signal is generated based on the command function f (t) and the gain G.

次のS23では、指令信号を電力増幅部158(モータドライバ92〜95)に送出する。これにより、装着者12には、駆動部140(駆動モータ20,22)より生体検出信号に応じたアシスト力を付与されて労力が軽減される。   In the next S23, the command signal is sent to the power amplifier 158 (motor drivers 92 to 95). Thereby, the wearer 12 is given an assist force according to the living body detection signal from the drive unit 140 (drive motors 20 and 22), and the labor is reduced.

S24では、ゲイン変更部156による入力があったかどうか確認する。S24において、ゲイン変更部156による入力があった場合には、上記S22に戻り、変更後のゲインGにより制御処理(S22〜S24)を行う。また、S24において、ゲイン変更部156による入力が無かったときは、今回の制御処理を終了する。   In S24, it is confirmed whether or not there is an input from the gain changing unit 156. In S24, when there is an input from the gain changing unit 156, the process returns to S22, and the control process (S22 to S24) is performed with the changed gain G. In S24, when there is no input from the gain changing unit 156, the current control process is terminated.

このように、生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bにより生体電位信号が検出できる場合には、生体電位信号に基づいて装着者12の意思に応じて駆動部140(駆動モータ20,22)からの駆動トルクを付与することで装着者12の労力を軽減して、作業効率を高めることができる。
〔S15の制御処理〕
図7CはS15の制御処理を説明するためのフローチャートである。図7Cに示されるように、S31では、複数の生体信号検出センサ38a,38b,40a,40b,42a,42bにより検出された全ての生体電位信号を読み込む。尚、各生体信号検出センサは、n箇所に複数ずつ設けてある。各検出位置により筋肉の動きによって検出される信号レベルが異なるため、各作業又は動作に応じて動作する各筋肉のうち、最も出力レベルの大きい任意の電位信号を検出する生体信号検出センサを選択することを可能とする。メモリ130のデータベース格納領域130Aには、装着者12の股関節角度と各生体信号検出センサの出力レベルとの関係データ、及び駆動トルクを制御するためのパラメータが予め登録されており、装着者12の股関節角度から出力レベルの最も大きい任意の生体信号検出センサ及びパラメータを抽出することができる。
In this way, when the bioelectric potential signal can be detected by the biosignal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b, the drive unit 140 (drive motor) according to the intention of the wearer 12 based on the biopotential signal. By applying the drive torque from 20, 22), the labor of the wearer 12 can be reduced and the work efficiency can be increased.
[Control processing of S15]
FIG. 7C is a flowchart for explaining the control process of S15. As shown in FIG. 7C, in S31, all the bioelectric potential signals detected by the plurality of biosignal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b are read. A plurality of biological signal detection sensors are provided at n locations. Since the signal level detected by the movement of the muscle differs depending on each detection position, a biological signal detection sensor that detects an arbitrary potential signal having the highest output level is selected from each muscle that operates according to each work or operation. Make it possible. In the database storage area 130A of the memory 130, relational data between the hip joint angle of the wearer 12 and the output level of each biological signal detection sensor, and parameters for controlling the driving torque are registered in advance. An arbitrary biological signal detection sensor and parameter having the largest output level can be extracted from the hip joint angle.

S32では、駆動モータ20,22に内蔵された角度センサ70,72により検出された当該装着者12の股関節角度θ,θを読み込む。次のS33では、股関節角度θ,θの平均値θが0°<θ<70°であるか否かをチェックする。 In S32, the hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 detected by the angle sensors 70 and 72 incorporated in the drive motors 20 and 22 are read. In the next S33, it is checked whether or not the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is 0 ° <θ <70 °.

S33において、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合(YESの場合)、S34に進み、当該角度範囲(0°<θ<70°)のときに出力レベルが最大となる生体信号検出センサを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。例えば、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合、生体信号検出センサ42a〜42an,42b〜42bnのうち広背筋の筋電位を最も検出する任意の生体信号検出センサ42a,42bを選択する。 In S33, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (0 ° <θ <70 °) (in the case of YES), the process proceeds to S34 and the angle range (0 ° <θ <70 °). At this time, the biosignal detection sensor that maximizes the output level is selected, and the bioelectric potential signal and parameters detected by the selected biosignal detection sensor are set. For example, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in an angle range (0 ° <θ <70 °), the myoelectric potential of the latissimus dorsi muscle is the most among the biological signal detection sensors 42a 1 to 42an and 42b 1 to 42bn. Arbitrary biological signal detection sensors 42a and 42b to be detected are selected.

次のS35では、上記S34で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(0°<θ<70°)の場合の随意制御が終了する。 In the next S35, an optional control process based on the biopotential signal and parameters set in S34 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. This completes the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (0 ° <θ <70 °).

また、上記S33において、股関節角度θ,θの平均値が角度範囲(0°<θ<70°)でない場合(NOの場合)、S36に進み、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(70°<θ<140°)であるか否かをチェックする。 In S33, if the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (0 ° <θ <70 °) (NO), the process proceeds to S36 and the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is obtained. It is checked whether θ is in the angle range (70 ° <θ <140 °).

S36において、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(70°<θ<140°)の場合(YESの場合)、S37に進み、股関節角度θ,θの平均値θが当該角度範囲(70°<θ<140°)のときに生体信号検出センサ42a〜42an,42b〜42bnのうち広背筋の筋電位を最も検出する任意の生体信号検出センサ42a,42bを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。例えば、股関節角度θ,θの平均値θが当該角度範囲(70°<θ<140°)のときは、全生体信号検出センサの中から広背筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ42a,42b及び、大殿筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ40b,38bを選択する。 In S36, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (70 ° <θ <140 °) (in the case of YES), the process proceeds to S37, and the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is the angular range (70 ° <θ <140 ° ) biosignal detecting sensors 42a 1 ~42an, any biosignal detecting sensors 42a to most detects the myoelectric potential of the latissimus dorsi of 42b 1 ~42bn, and 42b selected when the Then, the bioelectric potential signal detected by the selected biosignal detection sensor and parameters are set. For example, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (70 ° <θ <140 °), the biosignal detection that detects the myoelectric potential of the latissimus dorsi muscle most among all the biosignal detection sensors. Sensors 42a and 42b and biological signal detection sensors 40b and 38b that most detect the myoelectric potential of the gluteus medius are selected.

次のS38では、上記S37で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ,θの平均値θが70°<θ<140°の場合の随意制御が終了する。 In the next S38, a voluntary control process based on the biopotential signal and parameters set in S37 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. Thus, the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is 70 ° <θ <140 ° is completed.

上記S36において、股関節角度θ,θの平均値が角度範囲(70°<θ<140°)でない場合(NOの場合)、S39に進み、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)であるか否かをチェックする。 If the average value of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (70 ° <θ <140 °) (NO) in S36, the process proceeds to S39, where the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is It is checked whether or not the angle range is (140 ° <θ <170 °).

S39において、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲140°<θ<170°の場合(YESの場合)、S40に進み、股関節角度θ,θの平均値θが当該角度範囲(140°<θ<170°)のときに全生体信号検出センサの中から大殿筋の筋電位を最も検出する生体信号検出センサ40b,38bを選択し、当該選択された生体信号検出センサにより検出された生体電位信号、及びパラメータの設定を行う。 In S39, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range 140 ° <θ <170 ° (in the case of YES), the process proceeds to S40, and the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is the angle. When the range (140 ° <θ <170 °) is selected, the biological signal detection sensors 40b and 38b that most detect the myogenic potential of the gluteal muscle are selected from all the biological signal detection sensors, and the selected biological signal detection sensor selects the biological signal detection sensors 40b and 38b. The detected biopotential signal and parameters are set.

次のS41では、上記S40で設定された生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理を行う。尚、生体電位信号及びパラメータに基づく随意制御処理については、既に周知(特許文献1参照)であるので、詳細は省略する。これで、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)の場合の随意制御が終了する。 In the next S41, an optional control process based on the biopotential signal and parameters set in S40 is performed. Since the voluntary control process based on the biopotential signal and the parameter is already well known (see Patent Document 1), the details are omitted. This completes the voluntary control when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is in the angle range (140 ° <θ <170 °).

また、上記S39において、股関節角度θ,θの平均値θが角度範囲(140°<θ<170°)でない場合(NOの場合)、上記S32に戻り、角度センサ70,72により検出された当該装着者12の股関節角度θ,θを再度読み込み、S33〜S40の処理を行う。 In S39, when the average value θ of the hip joint angles θ 1 and θ 2 is not in the angle range (140 ° <θ <170 °) (NO), the process returns to S32 and is detected by the angle sensors 70 and 72. The hip joint angles θ 1 and θ 2 of the wearer 12 are read again, and the processes of S33 to S40 are performed.

図8Aは大殿筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。図8Aに示されるように、大殿筋の生体電位を用いて随意制御を行う場合、股間接角度θ,θの平均値θが0°〜140°の角度範囲で検出レベルが小さいので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2よりも高いG1に設定する。これにより、股間接角度θ,θの平均値θが0°〜140°の角度範囲における生体電位の検出レベルの低下を解消でき、随意制御の安定性を確保できる。 FIG. 8A is a diagram showing gain switching according to the hip joint angle in the case where the bioelectric potential of the greater gluteus muscle is used. As shown in FIG. 8A, when performing voluntary control using the bioelectric potential of the gluteus medius, the detection level is small when the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is in the angle range of 0 ° to 140 °. The gain setting value by the gain changing unit 156 is set to G1 higher than the normal gain G2. As a result, it is possible to eliminate the decrease in the detection level of the bioelectric potential in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 0 ° to 140 °, and to ensure the stability of the voluntary control.

また、股間接角度θ,θの平均値θが140°以上の角度範囲では、大殿筋の生体電位が大きくなるので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2に切り替える(G1>G2)。 In addition, in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 140 ° or more, the bioelectric potential of the greater gluteus muscle increases, so that the gain setting value by the gain changing unit 156 is switched to the normal gain G2 (G1 > G2).

図8Bは広背筋の生体電位を用いる場合の股関節角度に応じたゲインの切替を示す図である。図8Bに示されるように、広背筋の生体電位を用いて随意制御を行う場合、股間接角度θ,θの平均値θが0〜140°の角度範囲で検出レベルが高いので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2に設定する。これにより、股間接角度θ,θの平均値θが0〜140°の角度範囲における生体電位の検出レベルを維持できる。 FIG. 8B is a diagram illustrating the switching of gain according to the hip joint angle when the bioelectric potential of the latissimus dorsi muscle is used. As shown in FIG. 8B, when voluntary control is performed using the bioelectric potential of the latissimus dorsi muscle, the detection level is high in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 0 to 140 °. The gain set value by the changing unit 156 is set to the normal gain G2. Thereby, the bioelectric potential detection level can be maintained in an angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 0 to 140 °.

また、股間接角度θ,θの平均値θが140°以上の角度範囲では、広背筋の生体電位が持続するので、ゲイン変更部156によるゲイン設定値を通常のゲインG2から小さいゲインG3に切り替える(G2>G3)。これにより、股間接角度θ,θが140°以上の角度範囲における広背筋の生体電位特性による影響を緩和して随意制御の安定性を確保できる。
〔変形例1〕
図9は装着式動作補助装置の変形例1の構成を示す分解斜視図である。図9に示されるように、変形例1の背当て部50Aは、腰フレーム30Aに対して分離可能に設けられている。腰フレーム30Aの背側上面には、2箇所に開口する取付孔54設けられている。また、背当て部50Aには、腰フレーム30の取付孔54に嵌合する2本のロッド52が下方に突出している。
Further, in the angle range where the average value θ of the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 is 140 ° or more, the bioelectric potential of the latissimus dorsi is maintained, so that the gain setting value by the gain changing unit 156 is set to a gain G3 that is smaller than the normal gain G2. (G2> G3). Thereby, the influence by the bioelectric potential characteristic of the latissimus dorsi muscle in the angle range where the crotch indirect angles θ 1 and θ 2 are 140 ° or more can be relaxed, and the stability of voluntary control can be secured.
[Modification 1]
FIG. 9 is an exploded perspective view showing the configuration of Modification 1 of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 9, the backrest portion 50A of the first modification is provided so as to be separable from the waist frame 30A. Mounting holes 54 are provided at two locations on the upper back surface of the waist frame 30A. In addition, two rods 52 that fit into the attachment holes 54 of the waist frame 30 protrude downward from the backrest portion 50A.

背当て部50Aを使用する際は、ロッド52を腰フレーム30Aの取付孔54に上方から挿入させる。これにより、背当て部50Aは、腰フレーム30Aに固定される。   When using the back pad 50A, the rod 52 is inserted into the attachment hole 54 of the waist frame 30A from above. Thereby, back support part 50A is fixed to waist frame 30A.

また、腹当て部60Aは、下面より下方に突出する2本のロッド64を有する。そして、腰フレーム30Aの前側両端の上面に長孔66が設けられている。この長孔66は、前後方向に延在するように形成されている。従って、2本のロッド64を腰フレーム30Aの各長孔66に挿入することにより、腹当て部60Aは腰フレーム30Aに連結されると共に、前後方向の位置が調整可能となる。   Further, the belly pad portion 60A has two rods 64 that protrude downward from the lower surface. And the long hole 66 is provided in the upper surface of the front side both ends of the waist frame 30A. The long hole 66 is formed to extend in the front-rear direction. Accordingly, by inserting the two rods 64 into the respective long holes 66 of the waist frame 30A, the abdomen pad portion 60A is connected to the waist frame 30A and the position in the front-rear direction can be adjusted.

本変形例1では、背当て部50A及び腹当て部60Aが腰フレーム30Aと別体に製作することができると共に、使用時には背当て部50A及び腹当て部60Aを腰フレーム30Aに簡単に取り付けることができるので、装着式動作補助装置の搬送時には背当て部50A及び腹当て部60Aを分割して梱包が容易に行える。
〔変形例2〕
図10は装着式動作補助装置の変形例2の構成を示す分解斜視図である。図10に示されるように、変形例2では、腹当て部60Bは、左右分割形であり、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2からなる。左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2は、上端が肋骨に対向し、下端が腸骨に対向する寸法形状とされ、装着者12の肋骨から腸骨までの範囲を抑えられるように形成されている。また、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2との中間部分は、開放されており、装着者12の胸囲に合わせて調整可能になっている。
In the first modification, the back pad portion 50A and the belly pad portion 60A can be manufactured separately from the waist frame 30A, and the back pad portion 50A and the bell pad portion 60A are simply attached to the waist frame 30A during use. Therefore, at the time of transporting the wearable motion assisting device, the back pad portion 50A and the stomach pad portion 60A can be divided and packed easily.
[Modification 2]
FIG. 10 is an exploded perspective view showing the configuration of Modification 2 of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 10, in the second modification, the belly pad portion 60B is divided into left and right parts, and includes a left belly pad portion 60B1 and a right belly pad portion 60B2. The left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 are sized and shaped so that the upper end faces the ribs and the lower end faces the iliac, and is formed so as to suppress the range from the ribs to the iliac of the wearer 12. ing. Further, an intermediate portion between the left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 is open and can be adjusted according to the chest circumference of the wearer 12.

また、左腹当て部60B1には、2本の締結ベルト300が固定され、右腹当て部60B2には、締結ベルト300を係止する係止部310が固定されている。締結ベルト300は、係止部310に対してスライド可能に設けられており、左腹当て部60B1と右腹当て部60B2との左右方向の間隔を調整できる。   In addition, two fastening belts 300 are fixed to the left abdomen pad part 60B1, and a locking part 310 for locking the fastening belt 300 is fixed to the right belly pad part 60B2. The fastening belt 300 is provided so as to be slidable with respect to the locking portion 310, and can adjust an interval in the left-right direction between the left belly pad portion 60B1 and the right belly pad portion 60B2.

また、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2は、外側に腰フレーム30の内側に設けられた結合部320に結合されるフック330を有する。フック330は、結合部320に対して回動可能に結合される構造であるので、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2の取付位置を装着者12の体形に合わせて調整可能とする。   Further, the left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 have a hook 330 that is coupled to a coupling part 320 provided inside the waist frame 30 on the outside. Since the hook 330 has a structure that is rotatably coupled to the coupling portion 320, the attachment positions of the left abdomen pad portion 60B1 and the right abdomen pad portion 60B2 can be adjusted according to the body shape of the wearer 12.

さらに、背当て部50の前側端部には、左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2を外側から拘束する拘束ベルト340、350が取り付けられている。この拘束ベルト340、350により左腹当て部60B1及び右腹当て部60B2を背当て部50に対して固定することができる。   Furthermore, restraining belts 340 and 350 for restraining the left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 from the outside are attached to the front end part of the back pad part 50. The restraining belts 340 and 350 can fix the left abdomen pad part 60B1 and the right abdomen pad part 60B2 to the back pad part 50.

また、第2の連結部17A,17Bに取り付けられた大腿固定部78Aは、前側半分が形成され、後側が開放されている。そのため、装着者12の両足に装着する際は、腰フレーム30を装着者12の腰に固定させた後、大腿固定部78Aのフィッティング部79に腿を当接させた状態で、大腿固定部78Aの後側からベルト360を腿の裏側に締付けことで容易に締結できる。この変形例2の大腿固定部78Aの装着操作は、装着者12自身が一人でも容易に行えるので、装着操作の簡便化が図られている。
〔変形例3〕
図11Aは装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持ち上げる作業を支援する場合を示す図である。図11Aに示されるように、腰フレーム30の左右両側には、L字状に形成された一対の支持部材400が設けられている。支持部材400は、腰フレーム30に設けられた上端固定部102の上部に取り付けられており、腰フレーム30の側面に対して前後方向に回動可能に支持されている。
Further, the thigh fixing portion 78A attached to the second connecting portions 17A and 17B has a front half and an open rear side. Therefore, when mounting on both feet of the wearer 12, the thigh fixing portion 78A is fixed with the waist frame 30 fixed to the waist of the wearer 12 and then with the thigh in contact with the fitting portion 79 of the thigh fixing portion 78A. The belt 360 can be easily fastened by tightening the belt 360 on the back side of the thigh from the rear side. Since the wearing operation of the thigh fixing portion 78A according to the second modification can be easily performed by the wearer 12 itself, the wearing operation is simplified.
[Modification 3]
FIG. 11A is a diagram illustrating a case where the wearer supports the work of lifting a heavy object using the modified example 3 of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 11A, a pair of support members 400 formed in an L shape are provided on both the left and right sides of the waist frame 30. The support member 400 is attached to an upper portion of the upper end fixing portion 102 provided on the waist frame 30 and is supported so as to be rotatable in the front-rear direction with respect to the side surface of the waist frame 30.

また、各支持部材400は、腰フレーム30の側面に回動可能に支持された第1の支持部410と、第1の支持部410の端部に対して略90°の方向に延在形成された第2の支持部420とよりなる。尚、各支持部材400は、使用しないときは、後方に90°回動させて第2の支持部420が装着者12の背面側で垂直方向に延在する位置にあり、装着者12の動作を妨げないように退避されている。   Each support member 400 includes a first support portion 410 that is rotatably supported on the side surface of the waist frame 30, and extends in a direction of approximately 90 ° with respect to the end portion of the first support portion 410. The second support part 420 is formed. When not in use, each support member 400 is rotated 90 ° rearward so that the second support portion 420 is in a position extending vertically on the back side of the wearer 12, and the operation of the wearer 12. It has been evacuated so as not to interfere.

図11Bは装着式動作補助装置の変形例3を用いて装着者が重量物を持った状態で階段を上がる作業を支援する場合を示す図である。図11Bに示されるように、装着者12が両腕で重量物Wを持った状態での運搬作業を行う場合、左右両側の各支持部材400を前方に90°回動させる。これにより、各支持部材400は、第2の支持部420が水平状態に回動しており、装着者12の肘を第2の支持部420の上面に当接させて装着者12の腕にかかる荷重を支えることができる。   FIG. 11B is a diagram showing a case where the wearer supports the work of going up the stairs while holding a heavy load using the third modified example of the wearable movement assist device. As shown in FIG. 11B, when the wearer 12 performs a transport operation with the heavy object W held by both arms, the support members 400 on both the left and right sides are rotated 90 ° forward. As a result, each support member 400 has the second support portion 420 rotated in a horizontal state, and the elbow of the wearer 12 is brought into contact with the upper surface of the second support portion 420 to be on the arm of the wearer 12. Such a load can be supported.

例えば、装着者12が重量物Wを両手で持ち上げた状態のまま階段を上がる場合、装着者12は両腕の肘を各支持部材400の第2の支持部420の上面に載せることで腕の負担が軽減され、階段の昇り動作に集中できる。また、長時間作業により装着者12の腕が疲れた場合には、重量物Wを持ち上げる高さが徐々に低下するが、左右の肘を各支持部材400に載せることで、腕の疲労が緩和され、重量物Wの運搬作業を継続することができる。   For example, when the wearer 12 goes up the stairs while lifting the heavy object W with both hands, the wearer 12 puts the elbows of both arms on the upper surface of the second support part 420 of each support member 400 to move the arm. The burden is reduced and you can concentrate on the stairs. In addition, when the wearer 12's arm is tired due to work for a long time, the height of lifting the heavy object W gradually decreases, but the left and right elbows are placed on the respective support members 400 to alleviate the fatigue of the arm. Thus, the work of transporting the heavy object W can be continued.

また、一対の支持部材400は、第2の支持部420が前方に突出する位置で係止されるストッパ機構を内蔵しているため、第2の支持部420の上面に重量物Wを直接載置させても、装着式動作補助装置10がその荷重を支えることができる。この場合、装着者12は、重量物Wが各支持部材400に支持された状態を維持するように重量物Wを保持していれば良いので、腕が疲れて重量物Wを持つことが難しい場合にも重量物Wの運搬が可能になる。   Further, since the pair of support members 400 incorporates a stopper mechanism that is locked at a position where the second support portion 420 protrudes forward, the heavy object W is directly mounted on the upper surface of the second support portion 420. Even if placed, the wearable motion assisting device 10 can support the load. In this case, since the wearer 12 only needs to hold the heavy load W so that the heavy load W is supported by the support members 400, it is difficult for the wearer 12 to hold the heavy load W because his arm is tired. Even in this case, the heavy object W can be transported.

尚、上記支持部材400は、腰フレーム30の側面に回動可能に支持される構成としたが、これに限らず、例えば腰フレーム30に直接固定した構成あるいは腰フレーム30と一体な構成としても良い。   The support member 400 is configured to be rotatably supported on the side surface of the waist frame 30. However, the present invention is not limited to this. For example, the support member 400 may be directly fixed to the waist frame 30 or may be configured integrally with the waist frame 30. good.

上記実施例では、装着式動作補助装置10を装着して重量物を運搬する作業を行う場合を例に挙げて説明したが、これに限らず、重量物のない作業環境でも使用することができる。   In the above embodiment, the case where the wearable movement assisting device 10 is attached and the work of carrying heavy objects is described as an example. However, the present invention is not limited to this and can be used in a work environment without heavy objects. .

また、装着式動作補助装置10を身体障害者のリハビリテーションに用いることも可能である。例えば、背筋や腹筋の弱い装着者の腰の負担を軽減してリハビリテーションを行ったり、あるいは身体障害者が上体を前側に傾ける姿勢に耐えられるような訓練を行うことも可能である。   The wearable movement assist device 10 can also be used for rehabilitation of a physically handicapped person. For example, it is possible to perform rehabilitation by reducing the burden on the waist of a wearer with weak back or abdominal muscles, or to perform training that can withstand a posture in which a disabled person tilts the upper body forward.

10 装着式動作補助装置
12 装着者
15 駆動機構
16A、16B 第1の連結部
17A、17B 第2の連結部
20、22 駆動モータ
24A,24B 関節
30、30A、30B 腰フレーム
32、34 バッテリ
36 制御ユニット
38a〜38a,38b〜38b,40a〜40a,40b〜40b,42a〜42a,42b〜42b 生体信号検出センサ
50、50A 背当て部
52,64 ロッド
54 取付孔
60、60A、60B 腹当て部
60B1 左腹当て部
60B2 右腹当て部
62 係止金具
66 長孔
70 結合部材
70、72 角度センサ
78、78A 大腿固定部
86 電源回路
88 入出力インターフェイス
92、93 モータドライバ
100 制御装置(制御部)
101〜106 差動増幅器
111、112 角度検出部
110 腰サポート部
112 フィッティング部
120、121 ベルト
122 バックル
124 係止用金具
130 メモリ
130A データベース格納領域
130B 制御プログラム格納領域
132 データ出力部
134 通信ユニット
140 駆動部
142 物理現象検出部
144 生体信号検出部
146 データ格納部
148 基準パラメータデータベース
150 指令信号データベース
154 随意的制御部
158 電力増幅部
156 ゲイン変更部
158 電力増幅部
160 自律的制御部
200 腰部連結機構
300 締結ベルト
310 係止部
320 結合部
330 フック
340、350 拘束ベルト
400 支持部材
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Wearing type movement assistance apparatus 12 Wearer 15 Drive mechanism 16A, 16B 1st connection part 17A, 17B 2nd connection part 20, 22 Drive motor 24A, 24B Joint 30, 30A, 30B Waist frame 32, 34 Battery 36 Control unit 38a 1 ~38a n, 38b 1 ~38b n, 40a 1 ~40a n, 40b 1 ~40b n, 42a 1 ~42a n, 42b 1 ~42b n biosignal detecting sensors 50,50A back pad 52, 64 rod 54 mounting holes 60, 60A, 60B abdominal abutment portion 60B1 left abdominal abutment portion 60B2 right abdominal abutment portion 62 locking bracket 66 long hole 70 coupling member 70, 72 angle sensor 78, 78A thigh fixing portion 86 power supply circuit 88 input / output interface 92 , 93 Motor driver 100 Control device (control unit)
101-106 Differential amplifiers 111, 112 Angle detection unit 110 Waist support unit 112 Fitting unit 120, 121 Belt 122 Buckle 124 Locking metal fitting 130 Memory 130A Database storage area 130B Control program storage area 132 Data output part 134 Communication unit 140 Drive Unit 142 Physical phenomenon detection unit 144 Biological signal detection unit 146 Data storage unit 148 Reference parameter database 150 Command signal database 154 Optional control unit 158 Power amplification unit 156 Gain change unit 158 Power amplification unit 160 Autonomous control unit 200 Lumbar coupling mechanism 300 Fastening belt 310 Locking part 320 Coupling part 330 Hook 340, 350 Restraint belt 400 Support member

Claims (9)

装着者の腰に装着される腰フレームと、
前記腰フレームの後部に設けられ、当該装着者の背中に当接する背当て部と、
当該装着者の腹に当接する腹当て部と、
前記背当て部と前記腹当て部とを結合する結合部材と、
前記装着者の大腿に固定される大腿固定部と、
前記腰フレームと前記大腿固定部との間に配置され、前記大腿固定部又は前記腰フレームを駆動する駆動機構と、
前記装着者の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、
前記生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて前記駆動機構を制御する制御部と、
を備えたことを特徴とする装着式動作補助装置。
A waist frame to be worn on the wearer's waist;
A back rest provided on the back of the waist frame and abutting the back of the wearer;
An abdomen contact portion that abuts the wearer's belly;
A coupling member that couples the back pad and the belly pad;
A thigh fixing portion fixed to the thigh of the wearer;
A drive mechanism that is disposed between the waist frame and the thigh fixing part and drives the thigh fixing part or the waist frame;
A biological signal detection sensor for detecting a biological signal corresponding to the movement of the wearer;
A control unit for controlling the drive mechanism based on a biological signal output from the biological signal detection sensor;
A wearable movement assist device characterized by comprising:
前記背当て部は、前記装着者の背骨を保持するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。   The wearable movement assist device according to claim 1, wherein the backrest portion is formed to hold the spine of the wearer. 前記腹当て部は、前記装着者の肋骨及び腸骨を保持するように形成されたことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。   The wearable motion assisting device according to claim 1, wherein the abdomen is formed to hold the wearer's ribs and iliac bones. 前記結合部は、前記背当て部と前記腹当て部とを互いに接近する方向に拘束することにより、当該装着者の腹及び背中を挟持することを特徴とする請求項1乃至3の何れかに記載の装着式動作補助装置。   The said coupling | bond part clamps the said wearer's abdomen and the back by restraining the said back pad part and the said stomach pad part in the direction which mutually approaches, The Claim 1 thru | or 3 characterized by the above-mentioned. The wearable motion assist device as described. 前記駆動機構は、
前記腰フレームの左右両側に連結された第1の連結部と、
前記大腿固定部に連結された第2の連結部と、
前記第1の連結部と前記第2の連結部とを相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動部とを有することを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。
The drive mechanism is
A first connecting portion connected to the left and right sides of the waist frame;
A second connecting portion connected to the thigh fixing portion;
The mounting-type motion assisting device according to claim 1, further comprising: a driving unit that generates a driving torque so as to relatively rotate the first coupling unit and the second coupling unit.
前記駆動部は、前記生体信号検出センサにより検出された広背筋又は大殿筋による前記生体信号の信号レベルに基づいて前記制御部により前記腰フレームを駆動する駆動トルクを制御されることを特徴とする請求項5に記載の装着式動作補助装置。   The driving unit is configured to control a driving torque for driving the waist frame by the control unit based on a signal level of the biological signal by the latissimus dorsi or the gluteal muscle detected by the biological signal detection sensor. The wearable movement assist device according to claim 5. 前記制御部は、当該装着者の広背筋又は大殿筋の生体信号の出力レベルと当該装着者の上体と腿との角度から当該装着者の姿勢を判定する姿勢判定手段を有することを特徴とする請求項1又は6に記載の装着式動作補助装置。   The control unit includes posture determination means for determining a posture of the wearer from an output level of a biosignal of the wearer's latissimus dorsi or gluteal muscle and an angle between an upper body and a thigh of the wearer. The wearing type movement auxiliary device according to claim 1 or 6. 前記制御部は、複数の生体信号検出センサのうち当該装着者の上体と腿との角度に応じた任意の生体信号検出センサを選択し、当該選択された生体信号検出センサからの生体信号に基づいて前記駆動部の駆動トルクを制御することを特徴とする請求項1、6、7の何れかに記載の装着式動作補助装置。   The control unit selects an arbitrary biological signal detection sensor according to the angle between the wearer's upper body and thigh from the plurality of biological signal detection sensors, and converts the selected biological signal detection sensor into a biological signal from the selected biological signal detection sensor. 8. The mounting-type motion assisting device according to claim 1, wherein a driving torque of the driving unit is controlled based on the driving torque. 前記腰フレームは、左右両側に装着者の肘または運搬する重量物を支持する支持部材が設けられたことを特徴とする請求項1、5、6の何れかに記載の装着式動作補助装置。   The wearable movement assist device according to any one of claims 1, 5, and 6, wherein the waist frame is provided with support members for supporting a wearer's elbow or a heavy object to be transported on both left and right sides.
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