JP2017221414A - 支持追従装置 - Google Patents

Abstract

【課題】支持追従装置において、作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持すること。【解決手段】支持追従装置は、載置部と、アームと、ブレーキと、モード設定部と、カウンタウェイトと、位置変更部と、制御部とを備えている。アームは、複数のリンクが１つ以上の関節を介して接続され、複数のリンクのうちの１つに載置部が接続されている。ブレーキは、関節の動作を制限する。モード設定部は、ブレーキの作動態様を設定する。カウンタウェイトは、アームに取り付けられ、載置部に反力を付与する。このカウンタウェイトは、アームに規定された基点との距離が長いほど大きな反力を付与する。位置変更部は、カウンタウェイトの位置を変更する。制御部は、モード設定部で設定されたブレーキの作動態様に従って、カウンタウェイトの位置を調整するように位置変更部を制御するＳ２１０〜Ｓ３００。【選択図】図５

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、作業者の腕が載置される載置部と、載置部を移動可能に支持するアームとを備えた支持追従装置が知られている。
特許文献１に記載された支持追従装置におけるアームは、複数の剛体が関節を介して接続された多関節アームである。このアームには、複数の剛体のうち１つの剛体の端部に、カウンタウェイトとしての錘が取り付けられる。カウンタウェイトは、載置部に上向きの力を付与し、載置部に載置された作業者の腕を支持する。

なお、特許文献１に記載された支持追従装置では、カウンタウェイトとしての錘の個数を変更したり、カウンタウェイトとしての錘の取り付け位置を変更したりすることで、載置部への上向きの力の大きさを変更可能としている。

特開２０１５−１７１４８２号公報

ところで、支持追従装置では、作業者が実施している作業の内容に応じて、載置部に付与される上向きの力を細かく調整し、作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持することが求められている。

しかしながら、特許文献１に記載された支持追従装置では、錘の個数の変更や錘の取り付け位置の変更は、一回一回、錘を取り外して手動で行う必要がある。このため、特許文献１に記載された支持追従装置では、載置部に付与される上向きの力の大きさを、作業者の作業中に変更することが困難であり、作業の内容に応じて細かく調整することが十分に実現できないという課題があった。

つまり、従来の技術では、作業者の作業中に、その作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持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、作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持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、ブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、モード設定部（１４，Ｓ１１０〜Ｓ１６０）と、カウンタウェイト（７２）と、位置変更部（６０）と、制御部（１４，Ｓ２１０〜Ｓ３００）とを備えた支持追従装置（１）に関する。

載置部は、作業者の身体の一部分が載置される。アームは、複数のリンク（４１，４２，４３，４４）が１つ以上の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を介して接続され、複数のリンクのうちの１つに載置部が接続されている。ブレーキは、関節の動作を制限する。モード設定部は、ブレーキの作動態様を設定する。

カウンタウェイトは、アームに取り付けられ、載置部に反力を付与する。カウンタウェイトは、アームに規定された基点との距離が長いほど大きな反力を付与する。
位置変更部は、カウンタウェイトの位置を変更する。制御部は、モード設定部で設定されたブレーキの作動態様に従って、カウンタウェイトの位置を調整するように位置変更部を制御する。

このような支持追従装置によれば、位置変更部を制御することで、カウンタウェイトの位置を調整できる。これにより、支持追従装置によれば、作業者が作業中であっても、載置部に付与する反力の大きさを変更できる。

しかも、支持追従装置によれば、カウンタウェイトの位置の調整、即ち、載置部に付与される反力の大きさの調整を、設定されたブレーキの作動態様に従って実行している。このブレーキの作動態様は、作業者の作業内容に応じて変更されることが多い。

したがって、支持追従装置によれば、載置部に付与される反力の大きさを、作業の内容に応じて細かく調整することを十分に実現できる。
換言すると、支持追従装置によれば、作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持することができる。

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。 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。 反力調整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。
＜１−１ 支持追従装置＞
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。身体の一部分として、例えば、肘よりも掌側の部位、即ち前腕を想定する。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、作業者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と、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂと、ベース部４１と、肩部４２と、第１腕部４３と、第２腕部４４と、力センサ５０と、位置調整機構６０と、カウンタウェイト７０と、カウンタウェイト７２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。各リンクは、棒状の剛体として形成されている。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。

ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａは、それぞれ、関節３１，３２，３３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る。

本実施形態では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａとして、電磁ブレーキが用いられている。
支持追従装置１におけるブレーキの作動状態として、ホールドモードと、フリーモードとが実現される。ブレーキの作動状態とは、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａにおいて、制動力を発生するブレーキと、制動力を非発生である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。

ホールドモードとは、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、作業者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。

ホールドモードは、作業者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、作業者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。

エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ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。
＜１−２ 位置調整機構＞
位置調整機構６０は、第１腕部４３の関節３２側の先端部に設けられている。位置調整機構６０は、カウンタウェイト７２の位置を調整する機構であり、モータ６２と、直線運動機構６４と、エンコーダ６６とを備えている。

モータ６２は、制御装置１４からの信号に従って駆動力を発生する。モータ６２の一例として、周知の電動機が考えられる。
直線運動機構６４は、モータ６２で発生された駆動力に従って直線運動する機構である。エンコーダ６６は、モータ６２の出力軸の回転角度を検出するセンサである。制御装置１４は、エンコーダ６６での検出結果に従って、カウンタウェイト７２の位置を認識する。

カウンタウェイト７０は、第１腕部４３の関節３２側の先端部に設けられた錘である。カウンタウェイト７０は、載置部１０に対して上向きの力を付与する。以下、載置部１０に付与される上向きの力を反力と称す。

カウンタウェイト７２は、直線運動機構６４のモータ６２の出力軸とは反対側の端部に設けられている。カウンタウェイト７２は、基点との距離Ｌが長いほど大きな反力を付与する。ここで言う基点とは、アーム１２に規定された基準となる位置であり、例えば、第１腕部４３を構成するリンクのうち、カウンタウェイト７２が接続されるリンクの回転中心（即ち、節）である。

このようなカウンタウェイト７２は、載置部１０に対して上向きの力、即ち、反力を付与する。
カウンタウェイト７０、及び直線運動機構６４が初期位置に設定されたカウンタウェイト７２から載置部１０に付与される反力は、アーム１２の自重、載置部１０の自重、及び載置部１０に載置される腕の自重の和と釣り合うように設定されている。換言すると、カウンタウェイト７０及び直線運動機構６４が初期位置に設定されたカウンタウェイト７２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。

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を制御することにより、動作モードを、フリーモード、及びホールド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。

さらに、ＲＯＭ１６には、位置調整機構６０を制御することにより、載置部１０に付与される反力を調整する反力調整処理を、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。
＜１−３ 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、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａをオンとし、制動力により関節３１，３２，３３の回転運動を停止する（Ｓ１１０）。

続いて、制御装置１４は、作業者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、制御装置１４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、作業者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Ｔｗ１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Ｔｗ１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、作業者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、作業者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、作業者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、動作モードをホールドモードに設定する（Ｓ１３０）。これにより、アーム１２では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａがオンとなり、制動力により関節３１，３２，３３の回転運動が停止される。

さらに、制御装置１４は、作業者の身体の一部分が載置部１０から離れたか否かを判定する（Ｓ１４０）。具体的にＳ１４０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。
Ｓ１４０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（Ｓ１４０：ＮＯ）、制御装置１４は、身体の一部分が載置部１０から離れるまで待機する。

そして、作業者の身体の一部分が載置部１０から離れると（Ｓ１４０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードをフリーモードに設定する（Ｓ１５０）。これにより、アーム１２では、ブレーキ３１Ａ，３２Ａ，３３Ａがオフとなり、関節３１，３２，３３の回転運動が可能となる。

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（Ｓ１６０）。具体的にＳ１６０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度ｖ、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ｖは、エンコーダ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ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Ｓ１６０での判定の結果、載置部１０に載置された作業者の身体における一部分の移動が止められていなければ（Ｓ１６０：ＮＯ）、制御装置１４は、その作業者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に載置された作業者における身体の一部分の移動が止められると、（Ｓ１６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、モード設定処理をＳ１３０へと戻す。そのＳ１３０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。
＜１−３ 反力調整処理＞
反力調整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、動作モードがホールドモードであるか否かを判定する（Ｓ２１０）。このＳ２１０での判定の結果、動作モードがホールドモードでなければ（Ｓ２１０：ＮＯ）、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ２５０へと反力調整処理を移行させる。

一方、動作モードがホールドモードであれば（Ｓ２１０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、動作モードがホールドモードに設定されてからの第１経過時間Ｔが、時間閾値Ｔ１以下であるか否かを判定する（Ｓ２２０）。時間閾値Ｔ１は、予め定められた時間長であり、例えば、０．１［ｓ］であってもよい。

このＳ２２０での判定の結果、第１経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１以下であれば（Ｓ２２０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ２４０へと反力調整処理を移行させる。

Ｓ２２０での判定の結果、第１経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１よりも長くなると（Ｓ２２０：ＮＯ）、制御装置１４は、カウンタウェイト７２の位置が第１規定位置Ｌ１に維持されるように、位置調整機構６０を制御する（Ｓ２３０）。

第１規定位置Ｌ１とは、予め定められたカウンタウェイト７２の配置位置である。第１規定位置Ｌ１は、作業者の身体の一部分が載置部１０に載置されていない状態（即ち、非載置）で下向きに加わる力と、載置部１０に付与される反力とが釣り合うように規定されている。すなわち、第１規定位置Ｌ１は、初期位置である。

制御装置１４は、その後、反力調整処理をＳ２１０へと戻す。そして、動作モードがホールドモードであり、かつ、第１経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１よりも長い場合には、カウンタウェイト７２の位置を第１規定位置Ｌ１に維持される。

なお、第１経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１以下である場合に移行するＳ２３０では、制御装置１４は、予め定められた関数ＬＬ１（Ｔ）に従った位置にカウンタウェイト７２が位置するように、位置調整機構６０を制御する。

ここで言う関数ＬＬ１（Ｔ）は、経過時間Ｔの増加に応じて、載置部１０に付与される反力が小さくなるように、カウンタウェイト７２の位置を規定する関数である。具体的に関数ＬＬ１（Ｔ）では、第１経過時間Ｔが増加すると、カウンタウェイト７２の位置が第１規定位置Ｌ１に近づくように規定されている。なお、関数ＬＬ１（Ｔ）においては、経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１に達したタイミングで、カウンタウェイト７２の位置が第１規定位置Ｌ１に達するように規定されている。

制御装置１４は、その後、反力調整処理をＳ２１０へと戻す。そして、動作モードがホールドモードであり、かつ、第１経過時間Ｔが時間閾値Ｔ１以下である場合には、関数ＬＬ１（Ｔ）に従ってカウンタウェイト７２の位置が制御される。

ところで、動作モードがホールドモードでない場合に移行するＳ２５０では、制御装置１４は、動作モードがフリーモードであるか否かを判定する。このＳ２５０での判定の結果、動作モードがフリーモードでなければ（Ｓ２５０：ＮＯ）、制御装置１４は、反力調整処理をＳ２１０へと戻す。

一方、Ｓ２５０での判定の結果、動作モードがフリーモードであれば（Ｓ２５０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、反力調整処理をＳ２６０へと移行させる。そのＳ２６０では、制御装置１４は、動作モードがフリーモードに設定されてからの第２経過時間Ｔが、時間閾値Ｔ２以下であるか否かを判定する。時間閾値Ｔ２は、予め定められた時間長であり、例えば、０．５［ｓ］であってもよい。

このＳ２６０での判定の結果、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２以下であれば（Ｓ２６０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ３００へと反力調整処理を移行させる。一方、Ｓ２６０での判定の結果、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２よりも長ければ（Ｓ２６０：ＮＯ）、制御装置１４は、反力調整処理をＳ２７０へと移行させる。

そのＳ２７０では、制御装置１４は、載置部１０の移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１以下であるか否かを判定する。
このＳ２７０での判定の結果、載置部１０の移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１よりも大きければ（Ｓ２７０：ＮＯ）、制御装置１４は、詳しくは後述するＳ２９０へと反力調整処理を移行させる。一方、Ｓ２７０での判定の結果、載置部１０の移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１以下であれば（Ｓ２７０：ＹＥＳ）、制御装置１４は、反力調整処理をＳ２８０へと移行させる。

そのＳ２８０では、制御装置１４は、カウンタウェイト７２の位置が第２規定位置Ｌ２に近づくように位置調整機構６０を制御する。
第２規定位置Ｌ２とは、載置部１０に付与される反力が規定荷重となるカウンタウェイト７２の位置である。規定荷重とは、作業者の身体の一部分が載置部１０に載置されてもたれかかった状態で下向きに加わる荷重と釣り合う荷重である。ここで言う下向きに加わる荷重とは、作業者の身体の一部分による荷重と、アーム１２及び載置部１０の自重との和である。

この第２規定位置Ｌ２は、予め規定された固定値であってもよいし、状況に応じて設定される可変値であってもよい。
可変値としての第２規定位置Ｌ２は、動作モードがホールドモードに設定されている期間に載置部１０に加わる力の代表値を規定荷重としたカウンタウェイト７２の位置を求めたものであってもよい。

動作モードがホールドモードに設定されている期間とは、今回設定されたフリーモードへと移行する直前のホールドモードの期間であってもよいし、今回設定されたフリーモードに移行される前に設定されていた複数回のホールドモードの期間であってもよい。

さらに、ホールドモードに設定されている期間に載置部１０に加わる力は、ホールドモードに設定されている期間に力センサ５０にて検出した結果を用いればよい。なお、代表値は、当該期間における、最頻値であってもよいし、中央値であってもよいし、平均値であってもよい。

制御装置１４は、その後、反力調整処理をＳ２１０へと戻す。そして、動作モードがフリーモードに設定され、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２以下であり、かつ移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１以下である間は、第２規定位置Ｌ２に近づくようにカウンタウェイト７２の位置が制御される。

ところで、載置部１０の移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１よりも大きい場合に移行するＳ２９０では、制御装置１４は、予め定められた関数Ｌａ（Ｔ）に従った位置にカウンタウェイト７２が位置するように、位置調整機構６０を制御する。

ここで言う関数Ｌａ（Ｔ）は、載置部１０に加わる加速度ａに応じた反力が載置部１０に付与されるように、カウンタウェイト７２の位置を規定する関数である。具体的に関数Ｌａ（Ｔ）では、載置部１０に加わる加速度ａが大きいほど大きな荷重が反力として載置部１０に付与されるように、カウンタウェイト７２の位置が、加速度ａが大きいほど、初期位置からカウンタウェイト７２までの距離が長くなるように規定されている。なお、加速度ａは、載置部１０の移動速度ｖの時間変化を規定された時間長で除すことで求めてもよい。

制御装置１４は、その後、反力調整処理をＳ２５０へと戻す。そして、動作モードがフリーモードに設定され、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２よりも長く、かつ載置部１０の移動速度の絶対値が速度閾値ｖ１よりも大きい場合には、関数Ｌａ（Ｔ）に従って、カウンタウェイト７２の位置が制御される。

ところで、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２以下である場合に移行するＳ３００では、制御装置１４は、予め定められた関数ＬＬ２（Ｔ）に従った位置にカウンタウェイト７２が位置するように、位置調整機構６０を制御する。

ここで言う関数ＬＬ２（Ｔ）は、第２経過時間Ｔの増加に応じて、載置部１０に付与される反力が大きくなるように、カウンタウェイト７２の位置を規定する関数である。具体的に関数ＬＬ２（Ｔ）では、初期位置からカウンタウェイト７２までの距離が、第２経過時間Ｔの増加に応じて長くなるように規定されている。なお、関数ＬＬ２（Ｔ）においては、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２に達したタイミングで、カウンタウェイト７２の位置が第２規定位置Ｌ１に達するように規定されている。

制御装置１４は、その後、反力調整処理をＳ２１０へと戻す。そして、動作モードがフリーモードであり、かつ、第２経過時間Ｔが時間閾値Ｔ２以下である間は、関数ＬＬ２（Ｔ）に従って、カウンタウェイト７２の位置が制御される。
［２．実施形態の効果］
（２ａ） 以上説明したように、支持追従装置１によれば、位置調整機構６０を制御することで、カウンタウェイト７２の位置を調整できる。これにより、支持追従装置１によれば、作業者が作業中であっても、載置部１０に付与される反力の大きさを変更できる。

（２ｂ） しかも、支持追従装置１によれば、カウンタウェイト７２の位置の調整、即ち、載置部１０に付与される反力の大きさの調整を、設定されている動作モードに従って実行している。この動作モードは、作業者の作業内容に応じて変更されるため、支持追従装置１によれば、載置部１０に付与される反力の大きさを、作業の内容に応じて細かく調整できる。

換言すると、支持追従装置１によれば、作業の内容に応じて作業者の腕を適切に支持することができる。
（２ｃ） ところで、反力調整処理では、動作モードがホールドモードに設定されると、載置部１０に付与する反力の大きさを、アーム１２及び載置部１０の自重と釣り合う大きさとしている。

これにより、支持追従装置１によれば、動作モードがホールドモードからフリーモードへと変更された場合に、作業者の腕に対して載置部１０が突き上げるように作動することを抑制できる。

（２ｄ） また、反力調整処理では、動作モードがフリーモードに設定されると、載置部１０に付与する反力の大きさを規定荷重としている。
規定荷重は、作業者の身体の一部分がホールドモード時に載置部１０に載置された状態で下向きに加わる荷重と釣り合う荷重であり、作業者の身体の一部分がホールドモード時に載置部１０に載置された場合に、作業者の身体の一部分が身体の一部分の弾性係数に従った沈み込みを低減可能な大きさの荷重である。

これにより、支持追従装置１によれば、動作モードがフリードモードからホールドモードへと変更された場合に、身体の一部分が沈み込むことを抑制できる。
（２ｅ） また、反力調整処理では、載置部１０の移動速度ｖの絶対値が速度閾値ｖ１よりも大きいと、載置部１０の加速度ａに応じて、載置部１０に付与される反力の大きさを調整している。

これにより、支持追従装置１によれば、載置部１０に身体の一部分が載置された状態で、その身体の一部分を動かした場合であっても、載置部１０に適切な大きさの反力を付与できる。

（２ｆ） 反力調整処理では、載置部１０の移動が停止へと向かっている場合に、載置部１０に付与される反力の大きさを規定荷重とすることができる。この規定荷重は、載置部１０にホールドモード時に身体の一部分が載置された場合に、身体の一部分が変位することを低減可能な大きさの荷重であると言える。

したがって、支持追従装置１によれば、動作モードがフリードモードからホールドモードへと変更された場合に、身体の一部分が変位することを抑制できる。
（２ｇ） なお、反力調整処理において、動作モードがホールドモードに設定されている期間に載置部１０に加わる力の代表値を規定荷重とした第２規定位置Ｌ２を求めた場合、第２規定位置Ｌ２をより適切な位置として設定できる。
［３．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。

（３ａ） 例えば、上記実施形態においては、可変値としての第２規定位置Ｌ２は、動作モードがホールドモードに設定されている期間に載置部１０に加わる力の代表値が規定荷重となるように、カウンタウェイト７２の位置を求めることを想定していたが、可変値としての第２規定位置Ｌ２の導出方法は、これに限るものではない。

（３ｂ） また、反力調整処理の処理内容は、上記実施形態の内容に限るものではない。例えば、反力調整処理は、図５に示す処理内容から、Ｓ２７０及びＳ２９０が省略されていてもよい。

（３ｃ） 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。

（３ｄ） 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。
（３ｅ） 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。

（３ｆ） 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。

（３ｇ） なお、「特許請求の範囲」及び「課題を解決するための手段」の欄に記載した括弧内の符号は、一つの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものであって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
［４．対応関係の一例］
モード設定処理におけるＳ１１０〜Ｓ１６０を実行することで得られる機能が、モード設定部の一例に相当する。また、反力調整処理におけるＳ２１０〜Ｓ３００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…ブレーキ ３１Ｂ，３２Ｂ，３３Ｂ…エンコーダ ４１…ベース部 ４２…肩部 ４３…第１腕部 ４４…第２腕部 ５０…力センサ ６０…位置調整機構 ６２…モータ ６４…直線運動機構 ６６…エンコーダ ７０，７２…カウンタウェイト

Claims (7)

1. 作業者の身体の一部分が載置される載置部（１０）と、
   複数のリンク（４１，４２，４３，４４）が１つ以上の関節（３１，３２，３３，３４，３５）を介して接続され、前記複数のリンクのうちの１つに前記載置部が接続されたアーム（１２）と、
   前記関節の動作を制限するブレーキ（３１Ａ，３２Ａ，３３Ａ）と、
   前記ブレーキの作動態様を設定するモード設定部（１４，Ｓ１１０〜Ｓ１６０）と、
   前記アームに取り付けられ、前記載置部に反力を付与するカウンタウェイト（７２）であって、前記アームに規定された基点との距離が長いほど大きな反力を付与するカウンタウェイトと、
   前記カウンタウェイトの位置を変更する位置変更部（６０）と、
   前記モード設定部で設定されたブレーキの作動態様に従って、前記カウンタウェイトの位置を調整するように前記位置変更部を制御する制御部（１４，Ｓ２１０〜Ｓ３００）と
   を備える、支持追従装置（１）。
2. 前記ブレーキが制動力を発生した前記ブレーキの作動状態をホールドモードとし、
   前記制御部は、
   前記モード設定部で前記ブレーキの作動態様がホールドモードに設定されると、前記載置部に付与される反力が前記アーム及び前記載置部の自重と釣り合うように予め規定された第１規定位置に前記カウンタウェイトが位置するように前記位置変更部を制御する、請求項１に記載の支持追従装置。
3. 前記ブレーキが制動力を非発生とした前記ブレーキの作動態様をフリーモードとし、
   前記制御部は、
   前記モード設定部で前記ブレーキの作動態様がフリーモードに設定されると、前記載置部に付与される反力が規定荷重となるように規定された位置に、前記カウンタウェイトが位置するように前記位置変更部を制御する、請求項１または請求項２に記載の支持追従装置。
4. 前記制御部は、
   前記載置部の移動速度が速度閾値よりも大きければ、前記載置部に加わる加速度に応じて前記カウンタウェイトの位置が変更されるように前記位置変更部を制御する、請求項３に記載の支持追従装置。
5. 前記制御部は、
   前記載置部の移動速度が速度閾値未満であれば、前記載置部に付与される反力が規定荷重となるように規定された第２規定位置に前記カウンタウェイトが位置するように前記位置変更部を制御する、請求項４に記載の支持追従装置。
6. 前記制御部は、
   前記第２規定位置を可変設定とする、請求項５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において前記載置部に前記作業者の身体の一部から加わる力の代表値に対応する前記カウンタウェイトの位置を、前記第２規定位置として設定する、請求項６に記載の支持追従装置。