JP2017189524A - 支持追従装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持追従装置において、載置部に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術の提供。
【解決手段】支持追従装置は、載置部と、アームと、各ブレーキと、制御部Ｓ１３０とを備える。ブレーキは、１つの関節の動作を制限する１つの機構である。各ブレーキは、２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられている。制御部は、作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、ブレーキ各々の作動状態を前記パーシャルフリーモードとするＳ１３０。パーシャルフリーモードとは、少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、作業者の身体の一部分を支持する支持追従装置に関する。

特許文献１に記載されているように、例えば脳神経外科手術などのように緻密な手作業が要求される作業において、その作業者の身体の一部分を支持し当該作業に追従させる支持追従装置が知られている。この支持追従装置は、載置部と、アームと、ブレーキと、状態検出部と、制御部とを備える。

載置部には、作業者の身体の一部分として医師の腕が載置される。アームは、少なくとも１つの関節を備え、載置部を支持する垂直多関節アームである。ブレーキは、少なくとも１つの関節の動作を制限する。状態検出部は、載置部の移動量、及び載置部に加わる荷重などを検出する。

制御部は、状態検出部で検出された載置部、ひいては医師の腕の状況に基づいて、ブレーキの作動態様を変更する。そのブレーキの作動態様として、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモードが用意されている。ウェイトモードとは、医師の腕が載置部に載置されていない状態で、全てのブレーキにおいて制動力を発生したブレーキの作動態様である。ホールドモードとは、医師の腕が載置部に載置された状態で、全てのブレーキにおいて制動力を発生したブレーキの作動態様である。フリーモードとは、医師の腕が載置部に載置された状態で、全てのブレーキにおいて制動力を非発生としたブレーキの作動態様である。

特開２０１４−０１８３２１号公報

ところで、脳神経外科手術等のように緻密な手作業が要求される作業では、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが求められる。
しかしながら、支持追従装置における作業中のブレーキの作動態様は、ホールドモードとフリーモードとの二種類である。そして、支持追従装置のブレーキの作動態様をホールドモードとした場合、全てのブレーキで制動力を発生するため、アームの形態を変化させることが難しく、載置部に載置された腕の位置の調整が難しい。また、支持追従装置のブレーキの作動態様をフリーモードとした場合、全てのブレーキを非制動状態とするため、アームの形態を変化させる自由度が高く、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが難しい。

つまり、従来の技術では、載置部に載置された腕の位置を細かく調整することが難しいという課題があった。
そこで、本発明は、支持追従装置において、載置部に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためになされた本発明の一態様は、載置部（１０）と、アーム（１２）と、各ブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ）と、制御部（１４，Ｓ１１０〜Ｓ１８０，Ｓ２１０〜Ｓ２８０，Ｓ３１０〜Ｓ３８０）とを備える、支持追従装置（１）に関する。

載置部には、作業者の身体の一部分が載置される。アームは、２つ以上の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を備え、載置部を支持する。
各ブレーキは、２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられている。各ブレーキは、１つの関節の動作を制限する１つの機構である。

制御部は、ブレーキ各々の作動状態を制御する。そして、制御部は、作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、ブレーキ各々の作動状態をパーシャルフリーモードとする。
パーシャルフリーモードとは、少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする、ブレーキ各々の作動状態である。

つまり、支持追従装置によれば、複数のブレーキのうち少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生する。さらに、支持追従装置によれば、複数のブレーキのうち当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする。

このため、支持追従装置によれば、制動力が非発生であるブレーキが設けられた関節が可動する平面において、載置部に載置された腕の位置を調整可能である。しかも、支持追従装置によれば、他のブレーキにおいて制動力を発生するため、載置部の位置を変更する自由度が必要以上に高くなることを抑制できる。

したがって、支持追従装置によれば、載置部に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供できる。

支持追従装置の外観を示す斜視図である。 支持追従装置におけるアームの構成を示す説明図である。 支持追従装置の制御系を示すブロック図である。 第１実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 第２実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。 第３実施形態におけるモード設定処理の処理手順を示すフローチャートである。

以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
［１． 第１実施形態］
＜１−１． 構造＞
図１に示す支持追従装置１は、医療行為を行う作業者としての医師の身体における一部分を支持し、その支持した身体の一部分を医療行為における動作に追従させる装置である。

医療行為とは、患者の傷病の治療、診断、または予防のために医学に基づいて実施される行為である。医療行為には、外科手術、脳神経外科手術を含む。また、医師とは、医療行為を実施する人物であり、例えば、外科医、脳神経外科医である。

また、身体の一部分とは、身体の全体における１つの箇所である。身体の一部分には、例えば、肘よりも掌側の部位、即ち前腕を含む。作業者とは、作業を行う人物である。
支持追従装置１は、載置部１０と、アーム１２と、制御装置１４とを備える。

載置部１０は、医師の身体の一部分が載置される台である。載置部１０は、上方が開いた形状に構成されている。上方が開いた形状とは、例えば、断面Ｕ字形である。
図２に示すように、アーム１２は、多自由度の多関節アームである。アーム１２は、複数の関節３１，３２，３３，３４，３５と、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａと、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂと、ベース部４１と、肩部４２と、第１腕部４３と、第２腕部４４と、バネ４６，４７と、カウンタウェイト４８と、力センサ５０とを備えている。

ベース部４１は、床Ｆに配置され、アーム１２全体を支持する。なお、ベース部４１は、キャスタを有していてもよい。
肩部４２、第１腕部４３、及び第２腕部４４は、それぞれ、リンク機構を構成するリンクである。関節３１，３２，３３，３４，３５は、それぞれ、回転軸を中心に回転する回転関節である。

ベース部４１の上端には、関節３１を介して肩部４２が接続されている。この肩部４２は、関節３１により、ベース部４１に対して鉛直軸回りに回転可能となる。肩部４２の上端には、関節３２を介して第１腕部４３の一端が接続されている。第１腕部４３は、関節３２により、肩部４２に対して水平軸回りに揺動可能となる。

第１腕部４３の他端には、関節３３を介して第２腕部４４の一端が接続されている。第２腕部４４は、関節３３により、第１腕部４３に対して水平軸回りに揺動可能になされている。第２腕部４４の他端には、関節３５を介して載置部１０が接続されている。関節３５は、関節３４とは回転軸が直交するように配置されている。なお、関節３４は、第２腕部４４の先端において、水平軸回りに回転可能となるように設けられる。

バネ４６，４７は、それぞれ、第１腕部４３と関節３３との間、第２腕部４４と関節３３との間に設けられている。バネ４６，４７は、載置部１０に、鉛直方向上方への付勢力を付与する。

カウンタウェイト４８は、第１腕部４３の関節３２側の先端部に設けられている。カウンタウェイト４８は、関節３２に対して第１腕部４３が鉛直方向上方に動作するように付勢する。

すなわち、バネ４６，４７とカウンタウェイト４８とから加わる付勢力が、アーム１２の自重、載置部１０の自重及び腕の自重の和と釣り合うことにより、載置部１０が支持される。換言すると、バネ４６，４７及びカウンタウェイト４８によって、載置部１０に医師の腕が載置された場合に、載置部１０及びアーム１２に加わる力のバランスを保つ。

自重による鉛直方向下方への力と鉛直方向上方への付勢力とは、完全に釣り合うことが理想的であるが、医師の手が患者の患部の鉛直方向上方から作業を行うことを考慮して、安全方向である鉛直方向上方へ、載置部１０を極めて弱い力で付勢するように設定されていてもよい。なお、カウンタウェイト４８だけでバランスが取れる場合は、バネ４６，４７は省略されていてもよい。

ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａは、それぞれ、関節３１，３２，３３，３４，３５の動作を制限する。関節の動作とは、軸周りの回転運動である。また、制限とは、回転運動に対して制動力を加えることであり、各関節３１，３２，３３，３４，３５の回転を停止状態とすることを含む。制動力とは、運動を制動する力であり、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａによって発生する力である。

本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａとして、電磁ブレーキが用いられている。
これにより、支持追従装置１におけるブレーキの作動状態として、ウェイトモードと、ホールドモードと、フリーモードと、パーシャルフリーモードとが実現される。ブレーキの作動状態とは、制動力を発生するブレーキと、制動力を発生しないブレーキとの組み合わせによって決定される支持追従装置１の動作態様である。このブレーキの作動状態は、後述するモード設定処理によって設定される。また、以下では、ブレーキの作動状態を、動作モードとも称す。

ウェイトモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に非載置である状態で、載置部１０の移動を制限する動作モードである。ホールドモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の移動を制限する動作モードである。フリーモードとは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の移動を許容する動作モードである。パーシャルフリーモードとは、載置部１０に載置された医師の腕の部分的な移動を許容する動作モードである。

ウェイトモードは、載置部１０に医師が腕を載置していない状態を想定した動作モードである。ウェイトモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオンとして制動力を発生させ、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。これにより、ウェイトモードでは、載置部１０の位置が固定される。

ホールドモードは、医師が医療行為における実作業を実施する状態を想定した動作モードである。ホールドモードでは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオンとして制動力を発生させ、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。これにより、ホールドモードでは、載置部１０の位置が固定される。

フリーモードは、載置部１０に載置された腕を支持し、その腕の動きにアーム１２を追従させる状態を想定した動作モードである。フリーモードでは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａをオフとして制動力を非発生とし、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動を可能とする。これにより、フリーモードでは、載置部１０を自由に動かすことができる。

パーシャルフリーモードは、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、載置部１０の一方向への移動を許容し、他の方向への移動を停止する動作モードである。パーシャルフリーモードでは、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキをオンとして制動力を発生させ、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキをオフとして制動力を非発生とする。

具体的にパーシャルフリーモードにおいて、制動力を非発生とするブレーキは、アーム１２を１つの平面上で移動させる関節に設けられたブレーキである。また、パーシャルフリーモードにおいて、制動力を発生するブレーキは、アーム１２が移動可能となる平面と交差する平面にてアーム１２を移動させる関節に設けられたブレーキであることが好ましい。この一例として、本実施形態のパーシャルフリーモードでは、例えば、ブレーキ３２Ａ，３３Ａ，３４Ａをオンとして制動力を発生させ、ブレーキ３１Ａ，３５Ａをオフとして制動力を非発生とすることが考えられる。

制動力を非発生とは、制動力を発生しないことであり、ブレーキを掛けない状態である。
ただし、パーシャルフリーモードにおいて、制動力を非発生とするブレーキは、これに限るものではなく、医療行為の内容に応じて決定されてもよいし、医師が腕を動かす方向に応じて決定されてもよい。さらに言えば、パーシャルフリーモードにおいて制動力を非発生とするブレーキの個数は、これに限るものではなく、１つであってもよいし、３以上であってもよい。

なお、パーシャルフリーモードにおいて制動力を非発生とするブレーキは、支持追従装置１が備える全てのブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａではない。また、パーシャルフリーモードにおいて制動力を発生するブレーキは、支持追従装置１が備える全てのブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａではない。

エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂは、関節３１，３２，３３，３４，３５各々の回転角度を検出する。
力センサ５０は、載置部１０に加わる鉛直方向の力、及び、載置部１０とアーム１２とを接続する軸に加わるトルクを検出する。なお、力センサ５０にて検出する、載置部１０に加わる鉛直方向の力とは、重力方向の力である。この載置部１０に加わる鉛直方向の力には、重量、または質量を含む。

図３に示すように、制御装置１４は、ＣＰＵ１５、ＲＯＭ１６及びＲＡＭ１７を備えた電子制御回路を内蔵する。
ＲＯＭ１６には、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを制御することにより、動作モードを、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモード、及びパーシャルフリーモードのうちのいずれかに切り替えるモード設定処理を、制御装置１４が実行するための処理プログラムが格納されている。

すなわち、制御装置１４は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを制御することにより、動作モードを、ウェイトモード、フリーモード、ホールドモード、及びパーシャルフリーモードのうちのいずれかに切り替える。
＜１−２． モード設定処理＞
モード設定処理が起動されると、図４に示すように、制御装置１４は、まず、動作モードをウェイトモードに設定する（Ｓ１１０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、制動力により関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。

続いて、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ１２０）。具体的にＳ１２０では、規定された条件である第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定する。

第１規定条件とは、次の条件１、または条件２である。
条件１は、力センサ５０で検出したトルクが、予め規定されたトルク閾値Ｔｔ１以上であることを、所定時間以上継続していることである。トルク閾値Ｔｔ１は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最小のトルクとして予め規定された閾値である。

条件２は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｆ１以上であることを、所定時間以上継続していることである。荷重閾値Ｔｆ１は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最小の力として予め規定された閾値である。なお、所定時間とは、予め定められた時間長である。

このＳ１２０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ１２０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれるまで待機する。そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ１２０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する（Ｓ１３０）。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。

また、図４においては、パーシャルフリーモードをＰ−Ｆｒｅｅモードと表記している。
さらに、モード設定処理では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ１４０）。具体的にＳ１４０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続していれば、医師の身体における一部分の移動が止められているものと判定する。アーム１２の先端の移動速度は、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂの検出結果に基づく周知の手法で特定したアーム先端の位置の推移に従って導出すればよい。

このＳ１４０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ１４０：ＮＯ）、制御装置１４は、その医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。

そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ１５０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。

続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ１６０）。具体的にＳ１６０では、規定された条件である第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定する。ここで言う第２規定条件とは、次の条件３、または条件４である。

条件３は、力センサ５０で検出したトルクが、予め規定されたトルク閾値Ｔｔ２以下であることを、所定時間以上継続していることである。トルク閾値Ｔｔ２とは、身体の一部分が載置部１０から離れた状態で載置部１０に加わる最大のトルクとして予め規定された閾値であり、トルク閾値Ｔｔ１よりも小さいトルクである。

条件４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ２以下であることを、所定時間以上継続していることである。ただし、荷重閾値Ｔｗ２は、身体の一部分が載置部１０に置かれた状態で載置部１０に加わる最大の力として予め規定された閾値であり、荷重閾値Ｔｗ１よりも小さい力である。

すなわち、「身体の一部分が載置部１０から離れた」には、身体の一部分によって載置部１０を押圧する力、即ち、鉛直方向下向きの力を弱める抜重を含む。
そして、Ｓ１６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１１０へと戻す。

一方、Ｓ１６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ１６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１７０へと移行させる。
そのＳ１７０では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ１７０）。予め定められた動作とは、例えば、載置部１０を下方に押圧するクリック動作である。具体的にＳ１７０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作が実行されたものと判定すればよい。

このＳ１７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ１７０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１６０へと戻す。

一方、Ｓ１７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ１７０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。

制御装置１４は、その後、モード設定処理をＳ１１０へと戻す。
［１−３． 第１実施形態の効果］
（１Ａ） 本実施形態のモード設定処理によれば、医師の身体の一部が載置部に載置されたことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードとすることができる。規定条件とは、予め規定された条件である。

（１Ｂ） パーシャルフリーモードでは、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキをオンとして制動力を発生させ、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキをオフとして制動力を非発生とすることができる。すなわち、支持追従装置１によれば、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、一部のブレーキにおける制動力を非発生とする。

このため、支持追従装置１によれば、制動力が非発生であるブレーキが設けられた関節の可動平面において、載置部１０に載置された腕の位置を調整可能である。しかも、支持追従装置１によれば、他のブレーキにおいて制動力を発生するため、載置部１０の位置を変更する際の自由度が必要以上に高くなることを抑制できる。

したがって、支持追従装置１によれば、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整可能とする技術を提供できる。
（１Ｃ） なお、本実施形態のモード設定処理では、ウェイトモードからパーシャルモードへと変更することができる。

（１Ｄ） さらに、モード設定処理では、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が停止すると、動作モードをホールドモードへと変更する。
したがって、支持追従装置１によれば、医師が医療行為における作業を実行する場合には、動作モードをホールドモードとすることができ、作業を支援することができる。
［２． 第２実施形態］
本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１と同様の構成及び処理には、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１とは異なる構成及び処理を中心に説明する。

本実施形態の支持追従装置では、動作モードとしてのウェイトモードが省略されている。
＜２−１． モード設定処理＞
本実施形態におけるモード設定処理が起動されると、図５に示すように、制御装置１４は、まず、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ２１０）。具体的にＳ２１０では、第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定すればよい。

このＳ２１０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、制御装置１４は、載置部１０の状況が第１規定条件を満たすまで待機する。

そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ２２０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。

さらに、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ２３０）。具体的にＳ２３０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続している場合に、身体における一部分の移動が止められたものと判定すればよい。

このＳ２３０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ２３０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。

そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ２３０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ２４０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。

続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ２５０）。具体的にＳ２５０では、第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定する。

そして、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、即ち、抜重されると、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ２７０へとモード設定処理を移行させる。

一方、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ２５０：ＮＯ）、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ２６０）。具体的にＳ２６０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作を実行したものと判定すればよい。

このＳ２６０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ２６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２５０へと戻す。

一方、Ｓ２６０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２２０へと戻す。そのＳ２２０では、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する。

ところで、Ｓ２５０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れた場合に移行するＳ２７０では、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。また、図５においては、パーシャルフリーモードをＰ−Ｆｒｅｅモードと表記している。

続いて、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ２８０）。具体的にＳ２８０では、制御装置１４は、Ｓ２５０と同様の方法で、医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定すればよい。

このＳ２８０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ２８０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２７０へと戻す。一方、Ｓ２８０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていれば（Ｓ２８０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ２４０へと戻す。そのＳ２４０では、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する。
［２−２．第２実施形態の効果］
（２Ａ） 本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをパーシャルフリーモードとすることで、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整することができる。

（２Ｂ） さらに、本実施形態のモード設定処理によれば、身体の一部分が載置部１０から離れたこと、即ち、抜重されたことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードに変更することができる。そして、本実施形態の支持追従装置によれば、ホールドモードからパーシャルフリーモードへと変更することができる。
［３． 第３実施形態］
本実施形態においては、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１と同様の構成及び処理には、同一の符号を付して説明を省略し、第１実施形態及び第２実施形態の支持追従装置１とは異なる構成及び処理を中心に説明する。
＜３−１． モード設定処理＞
モード設定処理が起動されると、図６に示すように、制御装置１４は、まず、動作モードをウェイトモードに設定する（Ｓ３１０）。これにより、アーム１２では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、制動力により関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。

続いて、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたか否かを判定する（Ｓ３２０）。具体的にＳ３２０では、制御装置１４は、第１規定条件を満たしていれば、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれたものと判定すればよい。

このＳ３２０での判定の結果、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれていなければ（Ｓ３２０：ＮＯ）、制御装置１４は、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれるまで待機する。

そして、医師の身体の一部分が載置部１０に置かれると（Ｓ３２０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ３３０）。これにより、アーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が可能となる。

さらに、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められたか否かを判定する（Ｓ３４０）。具体的にＳ３４０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度、ひいては、アーム１２の先端の移動速度が、予め規定された速度閾値Ｔｖ以下であることを、所定時間以上継続していれば、医師の身体における一部分の移動が止められたものと判定すればよい。

このＳ３４０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ３４０：ＮＯ）、制御装置１４は、その医師の身体における一部分の移動が止められるまで待機する。

そして、載置部１０に載置された医師における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ３４０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ３５０）。これにより、アーム１２は、医師の身体の一部分が載置部１０に載置された状態で、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａがオンとなり、関節３１，３２，３３，３４，３５の回転運動が停止される。

続いて、モード設定処理では、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ３６０）。具体的にＳ３６０では、第２規定条件を充足していれば、身体の一部分が載置部１０から離れたものと判定すればよい。

そして、Ｓ３６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていれば（Ｓ３６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３１０へと戻す。
一方、Ｓ３６０での判定の結果、身体の一部分が載置部１０から離れていなければ（Ｓ３６０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３７０へと移行させる。

そのＳ３７０では、制御装置１４は、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行したか否かを判定する（Ｓ３７０）。具体的にＳ３７０では、制御装置１４は、力センサ５０で検出した力が、予め規定された荷重閾値Ｔｗ３以上となり、その後、所定期間内に、力センサ５０で検出した質量が荷重閾値Ｔｗ４以下へと戻った場合に、予め定められた動作、即ちクリック動作を実行したものと判定すればよい。

このＳ３７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していなければ（Ｓ３７０：ＮＯ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ３６０へと戻す。

一方、Ｓ３７０での判定の結果、載置部１０に載置された医師の身体における一部分が、予め定められた動作を実行していれば（Ｓ３７０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをパーシャルフリーモードに設定する。これにより、アーム１２では、複数のブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａのうち、少なくとも１つのブレーキがオンとなり、制動力を発生させる。さらに、アーム１２は、当該制動力を発生させたブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキがオフであり制動力を非発生となる。また、図５においては、パーシャルフリーモードをＰ−Ｆｒｅｅモードと表記している。

制御装置１４は、その後、モード設定処理をＳ３１０へと戻す。
［３−２． 第３実施形態の効果］
（３Ａ） 本実施形態の支持追従装置によれば、動作モードをパーシャルフリーモードとすることで、載置部１０に載置された腕の空間上での位置を細かく調整することができる。

（３Ｂ） さらに、本実施形態のモード設定処理によれば、載置部１０に載置された医師の身体の一部が、予め定められた動作を実行したことを規定条件として、動作モードをパーシャルフリーモードに変更することができる。そして、本実施形態の支持追従装置によれば、ホールドモードからパーシャルフリーモードへと変更することができる。
［４． その他の実施形態］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、様々な態様にて実施することが可能である。

（４Ａ） 上記実施形態の支持追従装置１におけるアーム１２は、５個の関節３１，３２，３３，３４，３５を備えた、５自由度の多関節アームであったが、アーム１２が備える関節の個数は、これに限るものではない。アーム１２が備える関節の個数は、２個でもよいし、３個でもよいし、６個以上でもよい。

（４Ｂ） また、上記実施形態の支持追従装置１におけるアーム１２は、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａを、関節３１，３２，３３，３４，３５の各々に備えていたが、ブレーキは、関節の各々に設けられていなくともよい。この場合、予め定められた特定の２つ以上の関節に設けられていてもよい。

（４Ｄ） ところで、上記実施形態のモード設定処理では、予め定められた動作をクリック動作として説明したが、予め定められた動作は、クリック動作に限るものではない。予め定められた動作は、載置部１０の側面を押圧する動作であってもよいし、その他の定められた動作であってもよい。

（４Ｅ） 更に言えば、上記実施形態のパーシャルフリーモードでは、載置部１０の移動が許容される方向を一方向としていたが、パーシャルフリーモードにおいて、載置部１０の移動が許容される方向は、２方向であってもよい。この２方向とは、３次元の直交座標系における２方向であってもよい。

（４Ｆ） 上記実施形態では、パーシャルフリーモードへと移行する規定条件を、医師の身体の一部が載置部に載置されたこと、身体の一部分が載置部１０から離れた（即ち、抜重された）こと、または載置部１０に載置された医師の身体の一部が、予め定められた動作を実行したこと、としていた。しかしながら、パーシャルフリーモードへと移行する規定条件は、これに限るものではなく、例えば、スイッチが操作されたことであってもよい。すなわち、規定条件は、予め規定された条件であれば、どのようなものであってもよい。

（４Ｇ） なお、上記実施形態の支持追従装置１として、医療行為を行う作業者としての医師の身体における一部分を支持し、その支持した身体の一部分を医療行為における動作に追従させる装置を想定したが、作業者は、医師に限るものではない。例えば、作業者は、精密機械の組み立てを行う作業員であってもよい。この場合、支持追従装置１によって支援される作業の内容は、精密機械の組み立てであってもよい。

（４Ｈ） 上記実施形態における制御装置１４が実行する機能の一部または全部は、一つあるいは複数のＩＣ等によりハードウェア的に構成されていてもよい。
（４Ｉ） 上記実施形態においては、ＲＯＭ１６にプログラムが格納されていたが、プログラムを格納する記憶媒体は、これに限るものではなく、半導体メモリなどの非遷移的実体的記憶媒体に格納されていてもよい。

（４Ｊ） なお、上記実施形態の構成の一部を省略した態様も本発明の実施形態である。また、上記実施形態と変形例とを適宜組み合わせて構成される態様も本発明の実施形態である。また、特許請求の範囲に記載した文言によって特定される発明の本質を逸脱しない限度において考え得るあらゆる態様も本発明の実施形態である。

（４Ｋ） 上記実施形態の説明で用いる符号を特許請求の範囲にも適宜使用しているが、各請求項に係る発明の理解を容易にする目的で使用しており、各請求項に係る発明の技術的範囲を限定する意図ではない。
［５． 対応関係の一例］
モード設定処理におけるＳ１１０〜Ｓ１８０，Ｓ２１０〜Ｓ２８０，またはＳ３１０〜Ｓ３８０を実行することで得られる機能が、制御部の一例に相当する。

１…支持追従装置 １０…載置部 １２…アーム １４…制御装置 １５…ＣＰＵ １６…ＲＯＭ １７…ＲＡＭ ３１，３２，３３，３４，３５…関節 ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ…ブレーキ ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ，３４Ｂ，３５Ｂ…エンコーダ ４１…ベース部 ４２…肩部 ４３…第１腕部 ４４…第２腕部 ４６，４７…バネ ４８…カウンタウェイト ５０…力センサ Ｆ…床

Claims (7)

1. 作業者の身体の一部分が載置される載置部（１０）と、
   ２つ以上の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を備え、前記載置部を支持するアーム（１２）と、
   １つの関節の動作を制限する１つの機構をブレーキとし、前記２つ以上の関節のうち、少なくとも２つの関節の各々における動作を制限するように設けられた、各ブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ，３４Ａ，３５Ａ）と、
   前記ブレーキ各々の作動状態を制御する制御部（１４，Ｓ１１０〜Ｓ１８０，Ｓ２１０〜Ｓ２８０，Ｓ３１０〜Ｓ３８０）と
   を備え、
   前記制御部は、
   少なくとも２つのブレーキのうち、少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を発生し、前記少なくとも２つのブレーキのうち、当該制動力を発生したブレーキとは異なる少なくとも１つのブレーキにおいて制動力を非発生とする、前記ブレーキ各々の作動状態をパーシャルフリーモードとし、
   前記作業者の身体の一部分が規定条件を満たすと、前記ブレーキ各々の作動状態を前記パーシャルフリーモードとする、支持追従装置（１）。
2. 前記少なくとも２つのブレーキの各々が制動力を発生した、前記ブレーキ各々の作動状態をホールドモードとし、
   前記制御部は、
   前記載置部に載置された前記作業者の身体の一部分が停止すると、前記ブレーキ各々の作動状態を、前記ホールドモードへと変更する、請求項１に記載の支持追従装置。
3. 前記制御部は、
   前記作業者の身体の一部分が前記載置部に載置されたことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の作動状態を、前記パーシャルフリーモードとする、請求項１または請求項２に記載の支持追従装置。
4. 前記作業者の身体の一部分が前記載置部に非載置であり、かつ、前記少なくとも２つのブレーキの各々が制動力を発生した、前記ブレーキ各々の作動状態をウェイトモードとし、
   前記制御部は、
   前記ウェイトモードから前記パーシャルフリーモードへと変更する、請求項３に記載の支持追従装置。
5. 前記制御部は、
   前記作業者の身体の一部分が前記載置部から離れたことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の作動状態を、前記パーシャルフリーモードとする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の支持追従装置。
6. 前記制御部は、
   前記載置部に載置された前記作業者の身体の一部分が、予め定められた動作を実行したことを前記規定条件として、前記ブレーキ各々の作動状態を、前記パーシャルフリーモードとする、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の支持追従装置。
7. 前記制御部は、
   前記ホールドモードから前記パーシャルフリーモードへと変更する、請求項５または請求項６に記載の支持追従装置。

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