JP2018083275A - Motion assist device - Google Patents

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貴之 永田
Takayuki Nagata
貴之 永田
浅井 勝彦
Katsuhiko Asai
勝彦 浅井
井上 和夫
Kazuo Inoue
和夫 井上
津坂 優子
Yuko Tsusaka
優子 津坂
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a motion assist device capable of preventing collapse of an actuator in seating.SOLUTION: A motion assist device comprises: assist mechanisms 22B, 22D; a control device 29 for controlling motion of the assist mechanisms; and an input interface 27 for acquiring information of a seating operation of a user 100. The assist mechanisms comprise respectively: an assist wear body 21 comprising a waist restraining part 21a fixed to a waist 100a and a knee restraining part 21b fixed to a knee 100b and being worn by a user; and an actuator 1B, 1D provided on a position corresponding to a hip 100c, and connects both restraining parts. Each actuator has a first actuator structure 22B, 22D formed by spirally winding an elastic cylinder body 10. Based on information of the seating operation acquired by the input interface 27, a fluid is supplied to the first actuator when the user 100 is seated, for compressing the first actuator and inflating the first actuator in a radial direction, by control of the control device 29.SELECTED DRAWING: Figure 10B

Description

本発明は、筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮するアクチュエータを用いた動作アシスト装置に関する。   The present invention relates to an operation assisting device using an actuator that expands and contracts in a longitudinal direction by controlling a fluid pressure in a hollow portion of a cylindrical body.

近年、リンク機構及びアクチュエータによって、ユーザの脚の動きを積極的に補助する歩行支援装置が研究されている。このような歩行支援装置は、脚の側部にリンク機構を装着し、このリンク機構を駆動することで、歩行支援が行われる(例えば、特許文献1参照)。   In recent years, a walking support device that actively assists the movement of a user's leg by a link mechanism and an actuator has been studied. In such a walking support device, walking support is performed by mounting a link mechanism on the side of a leg and driving the link mechanism (see, for example, Patent Document 1).

また、新たな試みとして、軽くて柔軟な繊維状のアクチュエータを用いたアシストパンツが検討されている。このようなアクチュエータを用いると、アクチュエータを体に沿って柔軟に配置できるため、リンク機構が不要になり、衣服の下に装着可能な歩行支援装置が実現できる。   As a new attempt, assist pants using light and flexible fibrous actuators are being studied. When such an actuator is used, the actuator can be flexibly arranged along the body, so that a link mechanism is not required and a walking support device that can be worn under clothes can be realized.

繊維状のアクチュエータの一つとして、近年、細径化が進む、マッキベン型のアクチュエータが知られている(例えば、特許文献2参照)。マッキベン型のアクチュエータは、編み組構造で補強されたゴムチューブにより構成され、ゴムチューブの内部を流体で加圧し、編み組の角度をパンタグラフのように変化させながら径方向の膨張を軸方向の収縮に変換することで、アクチュエータを伸縮させている。   As one of the fibrous actuators, there has been known a McKibben actuator whose diameter has been reduced in recent years (see, for example, Patent Document 2). The McKibben actuator is composed of a rubber tube reinforced with a braided structure. The inside of the rubber tube is pressurized with a fluid, and the expansion in the radial direction is contracted in the axial direction while changing the braid angle like a pantograph. The actuator is expanded and contracted by converting to.

特開2013−150714号公報JP 2013-150714 A 特開昭59−197605号公報JP 59-197605 A

柔軟な繊維状のアクチュエータでアシストスーツを実現する場合、リンク機構を用いる場合と異なり、人間の筋肉に沿ってアクチュエータを配置するのが望ましい。そのため、アシストウェアの一例として、歩行を支援するアシストパンツにおいては、臀部にもアクチュエータを配置すべきである。しかしながら、臀部にアクチュエータを配置すると、着座の際に人体と座席との間にアクチュエータが挟まれてアクチュエータが潰されるので、破損又は故障の原因になるという問題がある。   When an assist suit is realized by a flexible fibrous actuator, it is desirable to arrange the actuator along a human muscle, unlike the case of using a link mechanism. Therefore, as an example of assist wear, in assist pants that support walking, an actuator should also be arranged on the buttocks. However, when the actuator is disposed on the buttocks, the actuator is sandwiched between the human body and the seat when sitting, and the actuator is crushed, which may cause damage or failure.

加えて、マッキベン型のアクチュエータは、内部の流体圧力を増減させることで軸方向に伸縮するが、ゴムチューブの内部が加圧されると、曲げ方向への自由な動きが阻害される。そのため、筋肉のように体に沿って柔軟に動作することができない。   In addition, the McKibben-type actuator expands and contracts in the axial direction by increasing or decreasing the internal fluid pressure. However, when the inside of the rubber tube is pressurized, free movement in the bending direction is inhibited. Therefore, it cannot move flexibly along the body like muscles.

そこで、本発明は、着座の際にアクチュエータが潰れるのを防ぐことができる動作アシスト装置を提供する。   Therefore, the present invention provides an operation assist device that can prevent the actuator from being crushed when seated.

本発明の一態様に係る動作アシスト装置は、
ユーザの動作をアシストする動作アシスト装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置と、
前記ユーザの着座動作の情報を取得する入力インターフェースとを備え、
前記アシスト機構は、
腰拘束部及び膝拘束部を有するアシストウェア本体と、第1アクチュエータとを備え、
前記アシストウェア本体は、前記ユーザの少なくとも下半身に装着され、
前記腰拘束部は、前記ユーザの腰に固定され、
前記膝拘束部は、前記ユーザの膝に固定され、
前記第1アクチュエータは、前記腰拘束部と前記膝拘束部との間を連結するように配置されるとともに、前記ユーザの少なくとも臀部の位置に相当する前記アシストウェア本体の部分に位置し
前記第1アクチュエータは、更に
螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を有し、
前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられており、
前記筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより、径方向に膨張、収縮すると共に、長手方向に伸縮し、
前記制御装置は、前記入力インターフェースにより取得した前記着座動作の情報を基づいて前記第1アクチュエータに前記流体を供給して前記第1アクチュエータの径方向の膨張を制御する。
An operation assist device according to an aspect of the present invention includes:
An operation assist device for assisting a user's operation,
An assist mechanism;
A control device for controlling the operation of the assist mechanism;
An input interface for acquiring information on the user's sitting motion,
The assist mechanism is
An assist wear body having a waist restraint and a knee restraint, and a first actuator;
The assist wear body is attached to at least the lower half of the user,
The waist restraining portion is fixed to the user's waist,
The knee restraint is fixed to the user's knee,
The first actuator is disposed so as to connect between the waist restraining portion and the knee restraining portion, and is located at a portion of the assist wear main body corresponding to at least a position of the buttocks of the user. The actuator further has an elastic cylinder wound spirally,
At least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body is provided with a spiral groove with the axial center of the cylindrical body as a central axis,
By controlling the pressure of the fluid in the hollow part of the cylindrical body, it expands and contracts in the radial direction and expands and contracts in the longitudinal direction.
The control device supplies the fluid to the first actuator based on the information on the seating motion acquired by the input interface, and controls the expansion of the first actuator in the radial direction.

なお、これらの包括的かつ特定の態様は、システム、方法、並びに、システム及び方法の任意の組み合わせにより実現してもよい。   These comprehensive and specific aspects may be realized by a system, a method, and any combination of the system and the method.

本発明の前記態様にかかる動作アシスト装置によれば、臀部に配置されたアクチュエータを着座の際に加圧して径方向に膨張させることによりアクチュエータが潰されるのを防ぎ、破損及び故障を低減できる。   According to the operation assisting device according to the aspect of the present invention, the actuator disposed in the buttock is pressed during seating and expanded in the radial direction to prevent the actuator from being crushed, and damage and failure can be reduced.

実施の形態1に係る動作アシスト装置のアクチュエータ用構造体を有するアクチュエータを模式的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically showing an actuator having the actuator structure of the motion assist device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る動作アシスト装置のアクチュエータ用構造体の筒体の一部を示す斜視図である。FIG. 3 is a perspective view showing a part of a cylinder of the actuator structure of the motion assist device according to Embodiment 1. 実施の形態1に係る動作アシスト装置のアクチュエータ用構造体の筒体の横断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view of a cylinder of the actuator structure of the motion assist device according to the first embodiment. 実施の形態1に係る動作アシスト装置のアクチュエータ用構造体の筒体を直線状にして正面から見た図である。It is the figure which made the cylindrical body of the structure for actuators of the operation assistance apparatus concerning Embodiment 1 straight shape, and was seen from the front. 図4に示した筒体の縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view of the cylinder shown in FIG. 動作アシスト装置のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive method of the actuator of an operation assistance apparatus. 筒体の内部の流体を加圧する前の、第1の弾性部材の骨部を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the bone | frame part of the 1st elastic member before pressurizing the fluid inside a cylinder. 筒体の内部の流体を加圧した後の、第1の弾性部材の骨部の変形を示す断面図である。It is sectional drawing which shows a deformation | transformation of the bone part of the 1st elastic member after pressurizing the fluid inside a cylinder. 筒体の内部の流体を加圧する前の、アクチュエータ用構造体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure for actuators before pressurizing the fluid inside a cylinder. 筒体の内部の流体を加圧した後の、アクチュエータ用構造体の伸縮を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the expansion-contraction of the structure for actuators after pressurizing the fluid inside a cylinder. 外力を加える前の、アクチュエータ用構造体を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the structure for actuators before applying external force. 外力を加えた後の、アクチュエータ用構造体の屈曲状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the bending state of the structure for actuators after applying external force. 動作アシスト装置においてユーザがアシストパンツを装着したときを示す図であって、アシストパンツを前側から見た斜視図である。It is a figure which shows when a user wears assist pants in an operation assistance apparatus, Comprising: It is the perspective view which looked at assist pants from the front side. 動作アシスト装置においてユーザがアシストパンツを装着したときを示す図であって、アシストパンツを後側から見た斜視図である。It is a figure which shows when a user wears assist pants in an operation assistance apparatus, Comprising: It is the perspective view which looked at assist pants from the back side. 動作アシスト装置の制御のブロック図である。It is a block diagram of control of an operation assistant device. 動作アシスト装置におけるユーザの着座動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the user's seating operation | movement in an operation | movement assistance apparatus. 動作アシスト装置において、ユーザの各姿勢において、動作センサで検出される加速度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the acceleration detected by a motion sensor in each attitude | position of a user in a motion assistance apparatus. 動作アシスト装置において、ユーザの各姿勢において、図12Aの姿勢(c)に示した体幹前傾角(AFI)と、筋電センサで検出される外側広筋及び前頚骨筋のそれぞれの筋電位との変化を示す説明図である。In the motion assist device, in each posture of the user, the trunk forward tilt angle (AFI) shown in the posture (c) of FIG. 12A and the myoelectric potentials of the outer vastus muscle and the front tibialis muscle detected by the myoelectric sensor. It is explanatory drawing which shows the change with. 動作アシスト装置において、着座の際のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。4 is a flowchart illustrating a method of driving an actuator when seated in the motion assist device. 動作アシスト装置において、図14B及び図14Cとの比較のために示す、図12Aと同じ説明図である。FIG. 14B is an explanatory view similar to FIG. 12A, which is shown for comparison with FIG. 14B and FIG. 14C in the motion assist device. 動作アシスト装置において、アクチュエータ用構造体及びアクチュエータ用構造体に印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。In an operation assist device, it is an explanatory view showing change with time of pressure applied to a structure for actuators and a structure for actuators. 動作アシスト装置において、バルブの開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of a valve | bulb in an operation assistance apparatus. 動作アシスト装置において、図15B及び図15Cとの比較のために示す、図12Aと同じ説明図である。FIG. 12B is an explanatory view similar to FIG. 12A, which is shown for comparison with FIG. 15B and FIG. 15C in the motion assist device. 動作アシスト装置において、アクチュエータ用構造体及びアクチュエータ用構造体に印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。In an operation assist device, it is an explanatory view showing change with time of pressure applied to a structure for actuators and a structure for actuators. 動作アシスト装置において、バルブの開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of a valve | bulb in an operation assistance apparatus. 動作アシスト装置において、着座の際のアクチュエータの別の駆動方法を示すフローチャートである。6 is a flowchart illustrating another method of driving the actuator when seated in the motion assist device. ユーザの起立の動作を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the operation | movement of a user's standing. 各姿勢において動作センサで検出される加速度を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the acceleration detected by a motion sensor in each attitude | position. 各姿勢において、図16Aの姿勢(g)に示した体幹前傾角(AFI)と、筋電センサで検出される外側広筋の筋電位の変化を示す説明図である。FIG. 16B is an explanatory diagram showing changes in the trunk forward tilt angle (AFI) shown in the posture (g) of FIG. 16A and the myoelectric potential of the outer vastus muscle detected by the myoelectric sensor in each posture. 起立の際のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive method of the actuator at the time of standing up. 動作アシスト装置において、図18B及び図18Cとの比較のために示す、図16Aと同じ説明図である。FIG. 16B is an explanatory view similar to FIG. 16A, which is shown for comparison with FIG. 18B and FIG. 18C in the operation assist device. アクチュエータ用構造体22A及びアクチュエータ用構造体22Bに印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time change of the pressure applied to the structure 22A for actuators, and the structure 22B for actuators. バルブの開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of a valve | bulb. 図12Aに示した姿勢(b)において、アクチュエータ用構造体22Aが収縮すると、股関節が屈曲する方向にユーザに力が加わる状態を示す説明図である。In the posture (b) shown in FIG. 12A, when the actuator structure 22A contracts, it is an explanatory view showing a state in which a force is applied to the user in the direction in which the hip joint bends. 図12Aに示した姿勢(b)において、アクチュエータ用構造体22Bが収縮すると、股関節が伸びる方向にユーザに力が加わる状態を示す説明図である。In the posture (b) shown in FIG. 12A, when the actuator structure 22B contracts, it is an explanatory view showing a state in which a force is applied to the user in the direction in which the hip joint extends. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置のアシストパンツを後ろから見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the assist pants of the operation assistance apparatus concerning Embodiment 2 from back. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置の制御のブロック図である。FIG. 10 is a block diagram of control of the operation assist device according to the second exemplary embodiment. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置の左脚前側のアクチュエータ用構造体22Aが加圧されると、アクチュエータ用構造体22Aは収縮し、股関節を曲げる方向にアシスト力を発生する状態を示す説明図である。When the actuator structure 22A on the left leg front side of the motion assist device according to the second embodiment is pressurized, the actuator structure 22A contracts and generates an assist force in the direction of bending the hip joint. It is. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置の左脚後ろ側のアクチュエータ用構造体42A、42B、42Cが加圧されると、アクチュエータ用構造体42A、42B、42Cは収縮し、股関節を伸ばす方向にアシスト力を発生する状態を示す説明図である。When the actuator structures 42A, 42B, 42C on the left rear side of the motion assist device according to the second embodiment are pressurized, the actuator structures 42A, 42B, 42C contract and assist in extending the hip joint. It is explanatory drawing which shows the state which generate | occur | produces force. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置において着座の際のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。9 is a flowchart illustrating a method of driving an actuator when seated in the motion assist device according to the second embodiment. 実施の形態2にかかる動作アシスト装置において、図24B、図24Cとの比較のために示す、図12Aと同じ説明図である。In the operation assistance apparatus concerning Embodiment 2, it is the same explanatory drawing as FIG. 12A shown for the comparison with FIG. 24B and FIG. 24C. アクチュエータで印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time change of the pressure applied with an actuator. バルブ25、45、46の開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of valve | bulb 25, 45, 46. FIG. 動作アシスト装置において、図25B、図25Cとの比較のために示す、図12Aと同じ説明図である。In the operation assist device, it is the same explanatory view as FIG. 12A, which is shown for comparison with FIG. 25B and FIG. 25C. 図24Bと少し異なる、アクチュエータで印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time change of the pressure applied with an actuator slightly different from FIG. 24B. 図25Cと少し異なる、バルブ25、45、46の開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of valve | bulb 25, 45, 46 slightly different from FIG. 25C. 起立の際のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the drive method of the actuator at the time of standing up. 動作アシスト装置において、起立の動作を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the operation | movement of standing up in an operation | movement assistance apparatus. アクチュエータで印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the time change of the pressure applied with an actuator. バルブ25、45、46の開閉を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows opening and closing of valve | bulb 25, 45, 46. FIG. 転倒時の動作を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the operation | movement at the time of a fall. 変形例にかかる動作アシスト装置のアシストパンツを後側から見た斜視図である。It is the perspective view which looked at the assist pants of the operation assistance apparatus concerning a modification from the back side. 図29の変形例において、着座の際のアクチュエータの駆動方法を示すフローチャートである。FIG. 30 is a flowchart showing a method for driving an actuator during seating in the modification of FIG. 29.

以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本発明における実施形態を詳細に説明する前に、本発明の種々の態様について説明する。
本発明の第1の態様は、
ユーザの動作をアシストする動作アシスト装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置と、
前記ユーザの着座動作の情報を取得する入力インターフェースとを備え、
前記アシスト機構は、
腰拘束部及び膝拘束部を有するアシストウェア本体と、第1アクチュエータとを備え、
前記アシストウェア本体は、前記ユーザの少なくとも下半身に装着され、
前記腰拘束部は、前記ユーザの腰に固定され、
前記膝拘束部は、前記ユーザの膝に固定され、
前記第1アクチュエータは、前記腰拘束部と前記膝拘束部との間を連結するように配置されるとともに、前記ユーザの少なくとも臀部の位置に相当する前記アシストウェア本体の部分に位置し
前記第1アクチュエータは、更に
螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を有し、
前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられており、
前記筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより、径方向に膨張、収縮すると共に、長手方向に伸縮し、
前記制御装置は、前記入力インターフェースにより取得した前記着座動作の情報を基づいて前記第1アクチュエータに前記流体を供給して前記第1アクチュエータの径方向の膨張を制御する、動作アシスト装置を提供する。
この第1の態様によれば、臀部に配置されたアクチュエータを着座の際に加圧して径方向に膨張させることによりアクチュエータが潰されるのを防ぎ、破損及び故障を低減できる。
本発明の第2の態様は、前記制御装置は、前記ユーザが着座したのちの着座動作中も前記第1アクチュエータの加圧による径方向の膨張を維持するように制御する、
第1の態様に記載の動作アシスト装置を提供する。
この第2の態様によれば、ユーザが着座したのちの着座動作中もアクチュエータの加圧により径方向に膨張することにより、アクチュエータが潰されるのを防ぎ、破損及び故障を低減できる。
本発明の第3の態様は、前記アシスト機構は、前記アシストウェア本体の前側に位置しかつ前記腰拘束部と前記膝拘束部との間を連結するように配置される第2アクチュエータとをさらに有し、
前記第2アクチュエータは、螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を有し、前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられて、前記筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮し、
前記制御装置は、前記第2アクチュエータを前記第1アクチュエータと同じタイミングで加圧するとともに、前記第2アクチュエータが、前記第1アクチュエータよりも、より縮むように加圧するように制御する、
第1又は2の態様に記載の動作アシスト装置を提供する。
この第3の態様によれば、着座するときに第1アクチュエータを加圧して腰から膝を真っ直ぐさせようとして縮ませるとき、前側の第2アクチュエータも加圧し、かつ、縮む力を前側の第2アクチュエータを臀部側の第1アクチュエータよりも大きくして、やや前かがみになるようにアシストすれば、着座動作を妨げることがない。
本発明の第4の態様は、前記第1アクチュエータが、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの前記臀部に相当する部分に位置する臀部用アクチュエータと、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの腰に相当する部分に位置する腰部用アクチュエータと、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの太ももの裏側に相当する部分に位置する太もも裏側用アクチュエータとに分割されている、
第1〜3の態様のいずれか1つに記載の動作アシスト装置を提供する。
この第4の態様によれば、臀部用アクチュエータ以外の腰部用アクチュエータ及び太もも裏側用アクチュエータは圧力を低く抑えられるので、液漏れなど耐圧性能に起因するリスクを低減できる。また、前側のアクチュエータを備えている場合には、臀部用アクチュエータを加圧しても、腰部用アクチュエータ及び太もも裏側用アクチュエータを減圧してやれば、股関節を伸ばす力が働かないので、前側のアクチュエータの圧力を上げてバランスをとる必要がなく、前側のアクチュエータの駆動圧力を小さくでき、消費エネルギーを小さくできる。
本発明の第5の態様は、前記入力インターフェースは、加速度センサと、角度センサと、筋電センサのいずれか1つを備えるように構成され、そのセンサからの情報を基に、前記着座動作の情報を取得する、
第1〜4の態様のいずれか1つに記載の動作アシスト装置を提供する。
この第5の態様によれば、加速度センサと、角度センサと、筋電センサとは、それぞれ着座動作中に特徴的な動きを検出することが可能であるため、これらのいずれか1つを備えるように構成して、着座が完了する前に特徴的な動きを検出することにより着座動作を検出することができる。着座動作の検出によって、第1のアクチュエータを加圧することができ、第1の態様のような効果を発揮することができる。
本発明の第6の態様は、前記入力インターフェースとして、加速度センサで加速度の変動を検出したのち、角度センサで閾値以上の傾斜角度を検出したとき、前記着座動作であることを取得する、
第1〜4の態様のいずれか1つに記載の動作アシスト装置を提供する。
この第6の態様によれば、着座の開始を誤検出して、意図しない動作をすることを防ぐことができる。すなわち、加速度センサのみ、又は、角度センサのみでは、着座動作と類似の動作を、着座動作の開始と誤って検出してしまい、前傾姿勢となるようにアシストする可能性がある。そのような場合、ユーザが意図していないと、体のバランスを崩して転ぶ危険性がある。例えば、お辞儀又は前屈みで物を拾うときに、さらに屈曲するようにアシストされたら危険である。このような場合を確実に防止するためには、加速度センサと角度センサとの2つのセンサ出力の推移をモニタすることで、このような誤検出を防ぐことができる。
本発明の第7の態様は、前記入力インターフェースとして、加速度センサで加速度の変動を検出し、その後、角度センサで閾値以上の体幹前傾角を検出したのち、筋電センサで閾値以上の筋電を検出したとき、前記着座動作であることを取得する、
第1〜4のいずれか1つに記載の動作アシスト装置を提供する。
この第7の態様によれば、加速度センサと角度センサと筋電センサとの3つのセンサ出力の推移をモニタすることで、着座動作の誤検出をさらに減らすことができる。また、着座動作に入っても、筋電センサで閾値以上の筋電を検出するまで、すなわち、着座の直前までユーザが自由に動けるため、着座動作の途中で止まったり、途中で別の動作に移行することもでき、不測の事態にも対応できる。
(実施の形態1)
以下、図面を参照して本発明における実施の形態1にかかる動作アシスト装置を詳細に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的又は具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される、数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
(全体構成)
まず、動作アシスト装置は、ユーザ100の歩行、起立、及び、着座の動作アシストを行うことができる装置であって、ユーザ100の後側に配置されてアクチュエータ1を有するアシスト機構20と、アシスト機構20の動作を制御する制御装置の一例としての制御部29とを備えている。この実施形態では、一例として、アクチュエータの配置は歩行アシストを前提とした配置としているが、これに限られるものではない。
(アクチュエータ)
最初に、このアシスト機構20に使用されるアクチュエータ1について説明する。アクチュエータ1は、以下のように、従来のマッキベン型のアクチュエータの課題を見出し、それを解消する構成としている。
Embodiments according to the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.
DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, various embodiments of the present invention will be described before detailed description of embodiments of the present invention with reference to the drawings.
The first aspect of the present invention is:
An operation assist device for assisting a user's operation,
An assist mechanism;
A control device for controlling the operation of the assist mechanism;
An input interface for acquiring information on the user's sitting motion,
The assist mechanism is
An assist wear body having a waist restraint and a knee restraint, and a first actuator;
The assist wear body is attached to at least the lower half of the user,
The waist restraining portion is fixed to the user's waist,
The knee restraint is fixed to the user's knee,
The first actuator is disposed so as to connect between the waist restraining portion and the knee restraining portion, and is located at a portion of the assist wear main body corresponding to at least a position of the buttocks of the user. The actuator further has an elastic cylinder wound spirally,
At least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body is provided with a spiral groove with the axial center of the cylindrical body as a central axis,
By controlling the pressure of the fluid in the hollow part of the cylindrical body, it expands and contracts in the radial direction and expands and contracts in the longitudinal direction.
The control device provides an operation assist device that supplies the fluid to the first actuator based on the information on the seating motion acquired by the input interface and controls expansion in a radial direction of the first actuator.
According to the first aspect, it is possible to prevent the actuator from being crushed by pressurizing and radially expanding the actuator disposed on the collar when seated, and to reduce damage and failure.
In a second aspect of the present invention, the control device performs control so as to maintain radial expansion due to pressurization of the first actuator even during a seating operation after the user is seated.
An operation assist device according to a first aspect is provided.
According to the second aspect, even during a seating operation after the user is seated, the actuator is prevented from being crushed by expanding in the radial direction by pressurizing the actuator, and damage and failure can be reduced.
According to a third aspect of the present invention, the assist mechanism further includes a second actuator positioned on the front side of the assist wear main body and arranged to connect between the waist restraint portion and the knee restraint portion. Have
The second actuator has an elastic cylindrical body wound in a spiral shape, and at least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body, with the axis of the cylindrical body as a central axis, A groove is provided in a spiral shape, and expands and contracts in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylindrical body,
The control device controls the second actuator to pressurize the second actuator at the same timing as the first actuator, and pressurizes the second actuator so as to contract more than the first actuator.
An operation assist device according to the first or second aspect is provided.
According to the third aspect, when the first actuator is pressed and contracted to make the knee straight from the waist when sitting, the front second actuator is also pressed and the contracting force is applied to the front second. If the actuator is made larger than the first actuator on the buttock side and assisted so as to bend slightly forward, the seating operation is not hindered.
According to a fourth aspect of the present invention, the first actuator is
An actuator for a buttock located in a portion corresponding to the buttock of the user on the rear side of the assist wear body;
A waist actuator located in a portion corresponding to the waist of the user on the rear side of the assist wear body;
It is divided into a thigh back side actuator located in a portion corresponding to the back side of the user's thigh on the back side of the assist wear body,
An operation assist device according to any one of the first to third aspects is provided.
According to the fourth aspect, since the pressure of the lower back actuator and the thigh back actuator other than the buttocks actuator can be kept low, it is possible to reduce the risk due to pressure resistance such as liquid leakage. In addition, when the front actuator is provided, even if the buttock actuator is pressurized, if the lumbar actuator and the thigh back actuator are depressurized, the force to stretch the hip joint will not work. There is no need to increase the balance, the driving pressure of the front actuator can be reduced, and the energy consumption can be reduced.
According to a fifth aspect of the present invention, the input interface is configured to include any one of an acceleration sensor, an angle sensor, and a myoelectric sensor, and the seating operation is performed based on information from the sensor. Get information,
An operation assist device according to any one of the first to fourth aspects is provided.
According to the fifth aspect, each of the acceleration sensor, the angle sensor, and the myoelectric sensor can detect a characteristic movement during the sitting operation, and thus includes any one of them. Thus, the seating motion can be detected by detecting a characteristic motion before the seating is completed. By detecting the seating motion, the first actuator can be pressurized, and the effect as in the first aspect can be exhibited.
According to a sixth aspect of the present invention, as the input interface, after detecting a change in acceleration with an acceleration sensor, the angle sensor detects that the seating operation is performed when an inclination angle equal to or greater than a threshold value is detected.
An operation assist device according to any one of the first to fourth aspects is provided.
According to the sixth aspect, it is possible to prevent an unintended operation by erroneously detecting the start of seating. That is, with only the acceleration sensor or only the angle sensor, there is a possibility that an operation similar to the seating motion is erroneously detected as the start of the seating motion and assists in a forward leaning posture. In such a case, if the user does not intend, there is a risk of falling out of balance of the body. For example, when picking up an object by bowing or bending forward, it is dangerous if it is assisted to bend further. In order to prevent such a case reliably, such erroneous detection can be prevented by monitoring the transition of the two sensor outputs of the acceleration sensor and the angle sensor.
According to a seventh aspect of the present invention, as the input interface, a change in acceleration is detected by an acceleration sensor, and then a trunk forward tilt angle that is equal to or greater than a threshold value is detected by an angle sensor, and then an electromyogram that is equal to or greater than the threshold value is detected by an myoelectric sensor. When it is detected, the seating movement is acquired.
An operation assist device according to any one of the first to fourth aspects is provided.
According to the seventh aspect, by monitoring the transition of the three sensor outputs of the acceleration sensor, the angle sensor, and the myoelectric sensor, it is possible to further reduce the erroneous detection of the sitting operation. In addition, even after entering the seating operation, the user can move freely until the myoelectric sensor detects an electromyogram above the threshold, that is, immediately before the seating. It is possible to migrate and respond to unexpected situations.
(Embodiment 1)
Hereinafter, an operation assist device according to a first exemplary embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
It should be noted that each of the embodiments described below shows a comprehensive or specific example. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, order of steps, and the like shown in the following embodiments are merely examples, and are not intended to limit the present invention. In addition, among the constituent elements in the following embodiments, constituent elements that are not described in the independent claims indicating the highest concept are described as optional constituent elements.
(overall structure)
First, the motion assist device is a device capable of assisting the user 100 in walking, standing up and sitting, and is disposed on the rear side of the user 100 and includes an assist mechanism 20 having the actuator 1 and an assist mechanism. The control part 29 as an example of the control apparatus which controls operation | movement of 20 is provided. In this embodiment, as an example, the arrangement of the actuator is assumed to be walking assist, but is not limited thereto.
(Actuator)
First, the actuator 1 used for the assist mechanism 20 will be described. The actuator 1 is configured to find a problem of a conventional McKibben type actuator and solve it as follows.

(マッキベン型アクチュエータの課題)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、マッキベン型のアクチュエータに関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Challenges of McKibben actuator)
The present inventor has found that the following problems occur with respect to the McKibben type actuator described in the “Background Art” column.

マッキベン型のアクチュエータは、ゴムチューブで構成されているため、元々、曲げ方向に対する柔軟性を備えているが、この柔軟性はゴムチューブの内圧が高まるほど減少し、曲げに対する剛性が高まっていく。曲げ剛性が高くなるのは、アクチュエータを曲げることで、ゴムチューブの内部空間に容積変化を引き起こすためであると考えられる。アクチュエータを曲げるには、内部空間の流体を圧縮すると共に、その圧縮力に応じた変形をゴムチューブに発生させなければならず、曲げに必要な力は内部空間の圧力が高いほど増加する。   Since the McKibben actuator is composed of a rubber tube, it originally has flexibility in the bending direction. However, this flexibility decreases as the internal pressure of the rubber tube increases, and the rigidity against bending increases. It is considered that the bending rigidity is increased because the actuator is bent to cause a volume change in the internal space of the rubber tube. In order to bend the actuator, it is necessary to compress the fluid in the internal space and generate a deformation corresponding to the compressive force in the rubber tube. The force required for bending increases as the pressure in the internal space increases.

このような特性は、曲げ剛性を利用した物体の把持動作などでは有用だが、例えば、アクチュエータを衣服状のアシストウェアに備え付けた場合に問題となる。すなわち、アクチュエータを腕又は脚などの人体形状に沿って曲げて取り付けた場合において、アクチュエータを伸縮させようとして流体を加圧すると、軸方向の力だけでなく人体形状に沿った曲げを解消する力も発生する。そのため、このアクチュエータを備え付けることで、軸方向への力をアシストすることはできるが、曲げ方向への自由な動きが阻害されるという問題がある。   Such a characteristic is useful in an object gripping operation utilizing bending rigidity, but becomes a problem when an actuator is provided in clothes-like assist wear, for example. That is, when the actuator is bent along a human body shape such as an arm or a leg, if the fluid is pressurized in order to extend or contract the actuator, not only the axial force but also the force to eliminate the bending along the human body shape Occur. Therefore, by providing this actuator, the force in the axial direction can be assisted, but there is a problem that free movement in the bending direction is hindered.

このような問題を解決するために、本発明者は、先に、以下のような構造にかかるアクチュエータ用構造体を有するアクチュエータ1を提案している。すなわち、アクチュエータ用構造体は、筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮するアクチュエータ用構造体であって、螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を備え、前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられている。   In order to solve such a problem, the present inventor has previously proposed an actuator 1 having an actuator structure having the following structure. That is, the actuator structure is an actuator structure that expands and contracts in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylinder, and is an elastic cylinder wound in a spiral shape. And at least one of an outer peripheral surface and an inner peripheral surface of the cylindrical body is provided with a groove spirally with the axial center of the cylindrical body as a central axis.

この構成によれば、筒体の中空部に流体を充填してその圧力を変化させた場合に、筒体が外側又は内側に弾性変形して、径方向に膨張又は収縮し、筒体の溝の螺旋に沿ってねじれが発生する。このねじれが発生することで、螺旋状に巻回された形状を有するアクチュエータ用構造体を長軸方向に対して伸縮させることができる。また、アクチュエータ用構造体を長軸方向に対して曲げる方向に外力を加えた場合に、筒体の所定方向のねじれにより筒体内部の容積が増える箇所と、所定方向とは逆方向のねじれにより筒体内部の容積が減る箇所との両方ができる。そのため、筒体内部の全体としての容積変化が少なくなり、アクチュエータ用構造体を容易に曲げることができる。
このような構成について、まず、以下に、詳細に図面を用いて説明したのち、このような、伸縮可能でありかつ曲げ方向への自由な動きを許容するアクチュエータ用構造体を有するアクチュエータが着座の際に潰れるのを防ぐことができる、本発明の実施の形態1にかかる動作アシスト装置について説明する。
According to this configuration, when a fluid is filled in the hollow portion of the cylindrical body and the pressure thereof is changed, the cylindrical body is elastically deformed outward or inward and expands or contracts in the radial direction, so that the groove of the cylindrical body Twist occurs along the spiral. By generating this twist, the actuator structure having a spirally wound shape can be expanded and contracted with respect to the major axis direction. Further, when an external force is applied in a direction in which the actuator structure is bent with respect to the major axis direction, a location where the volume inside the cylinder increases due to a twist in the predetermined direction of the cylinder and a twist in a direction opposite to the predetermined direction. Both the location where the volume inside the cylinder is reduced can be made. Therefore, the volume change as a whole inside the cylinder is reduced, and the actuator structure can be easily bent.
Such an arrangement will be described below in detail with reference to the drawings. After that, the actuator having such an actuator structure that can be expanded and contracted and allows free movement in the bending direction is seated. An operation assist device according to the first embodiment of the present invention that can be prevented from being crushed at the time will be described.

まず、アクチュエータ1について、図面を参照しながら説明する。   First, the actuator 1 will be described with reference to the drawings.

(アクチュエータ用構造体)
まず、図1を参照しながらアクチュエータ1の全体構成を説明する。このアクチュエータ1は、筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより、径方向に膨張又は収縮すると共に、長手方向に伸縮するものであり、アクチュエータ用構造体2と、圧力源3と、配管4とを備えている。
(Actuator structure)
First, the overall configuration of the actuator 1 will be described with reference to FIG. The actuator 1 is one that expands or contracts in the radial direction and expands and contracts in the longitudinal direction by controlling the fluid pressure in the hollow portion of the cylinder, and includes the actuator structure 2, the pressure source 3, and the like. And a pipe 4.

アクチュエータ用構造体2は、中空の筒体10が長軸方向周りに螺旋状に巻回された形状をしている。筒体10の内部には、水などの流体が充填されている。アクチュエータ用構造体2の上部は、図示しない固定具に固定され、その上端は配管4に接続されている。アクチュエータ用構造体2の下端は、かしめなどにより封止されている。このアクチュエータ用構造体2の構成については、後で詳しく説明する。   The actuator structure 2 has a shape in which a hollow cylinder 10 is spirally wound around the long axis direction. The cylinder 10 is filled with a fluid such as water. The upper part of the actuator structure 2 is fixed to a fixture (not shown), and the upper end thereof is connected to the pipe 4. The lower end of the actuator structure 2 is sealed by caulking or the like. The configuration of the actuator structure 2 will be described in detail later.

圧力源3は、配管4を介してアクチュエータ用構造体2に流体を出し入れすることで、アクチュエータ用構造体2の筒体10の内部の圧力を増減し、アクチュエータ用構造体2を長軸方向沿いに伸縮させる。   The pressure source 3 increases or decreases the pressure inside the cylinder 10 of the actuator structure 2 by putting fluid into and out of the actuator structure 2 through the pipe 4, and moves the actuator structure 2 along the long axis direction. Extend and retract.

圧力源3としては、例えば、シリンジポンプ(往復ポンプ)などが用いられる。シリンジポンプは、注射器のような円筒形のシリンジと、可動式の押子と、押子の位置を制御する制御部とを有するポンプであり、シリンジ内を押子で加圧して流体をシリンジ内から送り出し、また、シリンジ内を押子で減圧して流体をシリンジ内に回収する。シリンジポンプを作動することで、アクチュエータ用構造体2の筒体10の内部に充填される流体の量又は圧力を調節することができる。   For example, a syringe pump (reciprocating pump) is used as the pressure source 3. A syringe pump is a pump having a cylindrical syringe such as a syringe, a movable pusher, and a control unit that controls the position of the pusher. The pressure in the syringe is reduced with a pusher, and the fluid is collected in the syringe. By operating the syringe pump, it is possible to adjust the amount or pressure of the fluid filled in the cylinder 10 of the actuator structure 2.

配管4は、圧力源3とアクチュエータ用構造体2とを接続する、流体の流出入の経路となるチューブ状の部材である。なお、圧力源3とアクチュエータ用構造体2とを直結する場合は、配管4を用いなくてもよい。また、配管4を分岐し、1つの圧力源3に複数のアクチュエータ用構造体2を連結してもよい。   The pipe 4 is a tubular member that connects the pressure source 3 and the actuator structure 2 and serves as a fluid inflow / outflow path. Note that when the pressure source 3 and the actuator structure 2 are directly connected, the pipe 4 may not be used. Further, the piping 4 may be branched and a plurality of actuator structures 2 may be connected to one pressure source 3.

次に、アクチュエータ用構造体2について説明する。   Next, the actuator structure 2 will be described.

図2は、アクチュエータ用構造体2の筒体10の一部を示す図であり、図3は、アクチュエータ用構造体2の筒体10の横断面図である。   FIG. 2 is a view showing a part of the cylinder 10 of the actuator structure 2, and FIG. 3 is a cross-sectional view of the cylinder 10 of the actuator structure 2.

アクチュエータ用構造体2は、弾性を有する中空の筒体10が、長軸方向周りに螺旋状に巻回された形状をしている。具体的には、筒体10は、アクチュエータ用構造体2の長軸方向の軸心A1を中心に螺旋状に巻回されている。筒体10の外周面10bには、筒体10の軸心A2を中心軸として、螺旋状に溝cが複数設けられている。本実施の形態1では、筒体10の螺旋は軸心A1に対して右巻きであり、溝cの螺旋は軸心A2に対して右巻きである。すなわち、筒体10と溝cとの螺旋の巻方向が一致している。   The actuator structure 2 has a shape in which a hollow cylinder 10 having elasticity is spirally wound around the long axis direction. Specifically, the cylindrical body 10 is wound spirally around the axis A1 in the major axis direction of the actuator structure 2. On the outer peripheral surface 10b of the cylindrical body 10, a plurality of grooves c are provided in a spiral shape with the axial center A2 of the cylindrical body 10 as the central axis. In the first embodiment, the spiral of the cylinder 10 is clockwise with respect to the axis A1, and the spiral of the groove c is clockwise with respect to the axis A2. That is, the spiral winding directions of the cylinder 10 and the groove c are the same.

筒体10は、図3に示すように、筒体10の外側に配置されかつ円筒状の第1の弾性部材11と、弾性部材11の内側に配置されかつ第1の弾性部材11よりも柔軟性の高い、円筒状(管状)の第2の弾性部材12とにより構成されている。第2の弾性部材12は中空であり、この中空部(内周面12aの内側)に流体5が充填される。   As shown in FIG. 3, the cylindrical body 10 is disposed on the outer side of the cylindrical body 10 and has a cylindrical first elastic member 11, and is disposed on the inner side of the elastic member 11 and is more flexible than the first elastic member 11. And a cylindrical (tubular) second elastic member 12 having high properties. The second elastic member 12 is hollow, and the fluid 5 is filled in the hollow portion (inside the inner peripheral surface 12a).

第1の弾性部材11には、その内周面11aと外周面11bとを貫通する複数の貫通穴11cが設けられている。第2の弾性部材12は、第1の弾性部材11の内側の内周面11aに接して配置されて、貫通穴11cを塞いでいる。したがって、溝cは、第1の弾性部材11の貫通穴11cの側面と、第2の弾性部材12の表面(外周面12b)とにより形成される。なお、第1の弾性部材11と第2の弾性部材12とは、接着されていない。   The first elastic member 11 is provided with a plurality of through holes 11c penetrating the inner peripheral surface 11a and the outer peripheral surface 11b. The second elastic member 12 is disposed in contact with the inner peripheral surface 11a inside the first elastic member 11, and closes the through hole 11c. Therefore, the groove c is formed by the side surface of the through hole 11 c of the first elastic member 11 and the surface (outer peripheral surface 12 b) of the second elastic member 12. In addition, the 1st elastic member 11 and the 2nd elastic member 12 are not adhere | attached.

また、第1の弾性部材11は、その周方向に隣り合う溝cと溝cとの間に位置する複数の骨部bを有している。骨部bは、軸心A2の中心軸と直交する径方向の断面が円弧状で、周方向に互いに間隔をあけて設けられている。骨部bは、この断面において4つの骨部bにより構成され、これらの骨部bが、軸心A2を中心に螺旋状に巻回されることで、4つの溝cが軸心A2周りに螺旋状に設けられている。   Moreover, the 1st elastic member 11 has the some bone part b located between the groove | channel c adjacent to the circumferential direction in the circumferential direction. The bone portion b has a circular cross section in the radial direction orthogonal to the central axis of the axis A2, and is provided at intervals in the circumferential direction. The bone part b is composed of four bone parts b in this cross section, and these bone parts b are spirally wound around the axis A2 so that the four grooves c are formed around the axis A2. It is provided in a spiral.

また、第1の弾性部材11は第2の弾性部材12の外側に配置されており、第1の弾性部材11の内周面11aと溝c(貫通穴11c)の側面とにより形成される稜線が、面取りされている。図3では、稜線が丸みを帯びて形成されているが、テーパ状に形成することも可能である。   The first elastic member 11 is disposed outside the second elastic member 12, and is formed by an inner peripheral surface 11a of the first elastic member 11 and a side surface of the groove c (through hole 11c). Is chamfered. In FIG. 3, the ridgeline is rounded, but it may be formed in a tapered shape.

前述したとおり、第2の弾性部材12としては、第1の弾性部材11よりも柔軟性の高い部材が用いられる。柔軟性が高い部材とは、素材として柔らかい部材、又は、構造的に柔らかい部材、例えば、薄く形成したり、波状に形成したりして変形しやすくなっている部材を含む意味である。   As described above, a member having higher flexibility than the first elastic member 11 is used as the second elastic member 12. A member having high flexibility means a soft member as a material or a structurally soft member, for example, a member that is easily formed by being thinly formed or formed into a wave shape.

第1の弾性部材11の材料としては、例えばナイロンが用いられ、第2の弾性部材12の材料としては例えばシリコンゴムが用いられる。ただし、これらの材料に限られず、各種樹脂材料又は金属材料を用いることができる。これら弾性部材11、12は、必要とされる耐圧性、柔軟性、又は、流体5に対する耐性(耐薬品性、耐溶剤性、又は、耐油性)などを考慮して適宜選択される。例えば、弾性部材11、12に樹脂材料を用いることで、軽量なアクチュエータ用構造体2が得られる。また、剛性の高いエンジニアリングプラスチック又は金属材料を用いることで、アクチュエータ用構造体2の動作を高圧及び低流量で行うことができ、流体5の流れに伴う損失を低減できる。   For example, nylon is used as the material of the first elastic member 11, and silicon rubber is used as the material of the second elastic member 12, for example. However, it is not limited to these materials, and various resin materials or metal materials can be used. These elastic members 11 and 12 are appropriately selected in consideration of required pressure resistance, flexibility, or resistance to the fluid 5 (chemical resistance, solvent resistance, or oil resistance). For example, a lightweight actuator structure 2 can be obtained by using a resin material for the elastic members 11 and 12. Further, by using a highly rigid engineering plastic or metal material, the actuator structure 2 can be operated at a high pressure and a low flow rate, and the loss accompanying the flow of the fluid 5 can be reduced.

なお、前述したアクチュエータ1の配管4は、アクチュエータ用構造体2の作動時の応答性を上げるため、弾性部材11、12よりも耐圧性を有するものが用いられる。   In addition, the pipe 4 of the actuator 1 described above has a pressure resistance higher than that of the elastic members 11 and 12 in order to increase the responsiveness when the actuator structure 2 is operated.

図4は、アクチュエータ用構造体2の筒体10を直線状にして示した図であり、図5は、図4に示した筒体10の縦断面図である。   4 is a view showing the cylinder 10 of the actuator structure 2 in a straight line, and FIG. 5 is a longitudinal sectional view of the cylinder 10 shown in FIG.

図4及び図5に示すように、筒体10は、多条溝構造であり、具体的には、4つの溝c(c1、c2、c3、c4)と4つの骨部b(b1、b2、b3、b4)とを有している。溝c1、c2、c3、c4は互いに平行で、それぞれの幅は一定である。隣り合う溝cの間隔(例えば、溝c1と溝c2との間隔)は、溝cの条数に応じて適宜設計される。骨部b1、b2、b3、b4も互いに平行で、それぞれの幅wは一定である。骨部bの厚みtは、骨部bの幅wよりも小さい。 As shown in FIGS. 4 and 5, the cylindrical body 10 has a multi-slot structure, and specifically, four grooves c (c1, c2, c3, c4) and four bone parts b (b1, b2). , B3, b4). The grooves c1, c2, c3, and c4 are parallel to each other, and the width of each is constant. The interval between adjacent grooves c (for example, the interval between the grooves c1 and c2) is appropriately designed according to the number of grooves c. Bone b1, b2, b3, b4 be parallel to each other, which is the width of each of w b constant. The thickness t b of the bone part b is smaller than the width w b of the bone part b.

これらの溝cは、流体による加圧力が0の場合において、筒体10の軸心A2に対して、傾きθが45°未満となるように設けられている。また、筒体10の直径dは例えば3.6mmであり、溝cの螺旋ピッチp2は例えば10mmである。溝cの傾きθを45°未満にすることで、溝cの螺旋ピッチp2が、筒体10の外周長πd(本実施の形態1では第1の弾性部材11の外周長)より大きくなるように設定している。   These grooves c are provided so that the inclination θ is less than 45 ° with respect to the axis A2 of the cylindrical body 10 when the pressure applied by the fluid is zero. Moreover, the diameter d of the cylinder 10 is, for example, 3.6 mm, and the spiral pitch p2 of the groove c is, for example, 10 mm. By setting the inclination θ of the groove c to less than 45 °, the spiral pitch p2 of the groove c is larger than the outer peripheral length πd of the cylindrical body 10 (the outer peripheral length of the first elastic member 11 in the first embodiment). Is set.

次に、アクチュエータ1の駆動方法について概略説明する。   Next, a method for driving the actuator 1 will be schematically described.

図6は、アクチュエータ1の駆動方法を示すフローチャートであり、図8A及び図8Bは、アクチュエータ用構造体2の長軸(軸心)A1方向沿いの伸縮を示す模式図である。なお、図8A及び図8Bでは、溝cの図示を省略している。   6 is a flowchart showing a driving method of the actuator 1, and FIGS. 8A and 8B are schematic views showing expansion and contraction along the long axis (axial center) A1 direction of the actuator structure 2. FIG. 8A and 8B, the illustration of the groove c is omitted.

アクチュエータ1の駆動方法は、アクチュエータ1を準備するステップS1(a)と、アクチュエータ用構造体2の長軸方向(長軸A1方向)の長さを増減させるステップS2及びS3(b)とを備えている。   The driving method of the actuator 1 includes step S1 (a) for preparing the actuator 1, and steps S2 and S3 (b) for increasing / decreasing the length of the actuator structure 2 in the long axis direction (long axis A1 direction). ing.

まず、アクチュエータ1を準備し、筒体10の内部の流体5を加圧する前は、図8Aに示すように、アクチュエータ用構造体2は定常状態にある(図6のステップS1)。定常状態とは、筒体10の内部の流体5に予圧をかけた状態であり、アクチュエータ用構造体2の長さは自然長に予圧による収縮分と外力による変形分とを加えた長さとなる。   First, before preparing the actuator 1 and pressurizing the fluid 5 inside the cylinder 10, the actuator structure 2 is in a steady state as shown in FIG. 8A (step S1 in FIG. 6). The steady state is a state in which preload is applied to the fluid 5 inside the cylindrical body 10, and the length of the actuator structure 2 is a length obtained by adding a contraction due to the preload and a deformation due to the external force to the natural length. .

次いで、図8Aに示す状態に対して、圧力源3を用いて流体5を、例えば0.5MPaで加圧し、アクチュエータ用構造体2の筒体10内にさらに流体5を供給する。これにより、図8Bに示すように、アクチュエータ用構造体2を長軸A1方向に縮ませる(図6のステップS2)。   Next, in the state shown in FIG. 8A, the fluid 5 is pressurized with, for example, 0.5 MPa using the pressure source 3, and the fluid 5 is further supplied into the cylinder 10 of the actuator structure 2. Thereby, as shown in FIG. 8B, the actuator structure 2 is contracted in the direction of the long axis A1 (step S2 in FIG. 6).

次いで、圧力源3で流体5を減圧することで、アクチュエータ用構造体2を軸心A1方向に伸ばして、元の長さに戻す(図6のステップS3)。これらのステップを繰り返すことで、アクチュエータ用構造体2の長さを増減(伸縮)させる。なお、伸び又は縮みの動作は一方の動作だけでもよいし、順序を逆にしてもよい。また、伸び又は縮みのみの動作を複数回繰り返してもよい。   Next, the fluid 5 is depressurized by the pressure source 3 to extend the actuator structure 2 in the direction of the axis A1 and return to the original length (step S3 in FIG. 6). By repeating these steps, the length of the actuator structure 2 is increased or decreased (stretched). In addition, only one operation | movement may be sufficient as the operation | movement of expansion or contraction, and you may reverse the order. Moreover, you may repeat the operation | movement of only expansion or contraction in multiple times.

次に、アクチュエータ用構造体2の駆動メカニズムについて説明する。   Next, the drive mechanism of the actuator structure 2 will be described.

図7Aは、筒体10の内部の流体5を加圧する前の、第1の弾性部材11の骨部bを示す断面図である。図7Bは、筒体10の内部の流体5を加圧した後の、第1の弾性部材11の骨部bの変形を示す断面図である。   FIG. 7A is a cross-sectional view showing the bone portion b of the first elastic member 11 before the fluid 5 inside the cylindrical body 10 is pressurized. FIG. 7B is a cross-sectional view showing the deformation of the bone portion b of the first elastic member 11 after pressurizing the fluid 5 inside the cylindrical body 10.

図7A及び図7Bは、いずれも、骨部bの一巻分を軸心A2方向から見た図である。   7A and 7B are views of one turn of the bone part b as viewed from the direction of the axis A2.

流体5を加圧する前は、図7Aに示すように、骨部bの半径はrである。流体5を加圧すると、筒体10の第2の弾性部材12を介して伝えられる圧力により、筒体10の第1の弾性部材11が径方向に膨張(変形)し、それに伴い、図7Bに示すように、骨部bの半径がr+Δrとなる。このとき、骨部bには、一巻きあたり、角度φ=2πΔr/(r+Δr)のねじれが発生する。そして、このねじれが、第1の弾性部材11を主体とする筒体10全体を軸心A2中心にねじれさせる。   Before pressurizing the fluid 5, the radius of the bone portion b is r as shown in FIG. 7A. When the fluid 5 is pressurized, the pressure transmitted through the second elastic member 12 of the cylindrical body 10 causes the first elastic member 11 of the cylindrical body 10 to expand (deform) in the radial direction, and accordingly, FIG. As shown, the radius of the bone portion b is r + Δr. At this time, a twist of an angle φ = 2πΔr / (r + Δr) occurs in the bone portion b per turn. This twist causes the entire cylindrical body 10 mainly composed of the first elastic member 11 to be twisted about the center of the axis A2.

図2の構成では、筒体10の溝cが軸心A2に対して右巻きであり、アクチュエータ用構造体2が軸心A1に対して右巻きであるので、筒体10に発生するねじれが、図8Bに示すように、アクチュエータ用構造体2を軸心A1方向に縮ませるように作用する。   In the configuration of FIG. 2, the groove c of the cylindrical body 10 is right-handed with respect to the axis A <b> 2 and the actuator structure 2 is right-handed with respect to the axial center A <b> 1. As shown in FIG. 8B, the actuator structure 2 acts to contract in the direction of the axis A1.

すなわち、筒体10には、加圧による径方向の膨張に伴って、全体的に軸心A2を中心に左巻方向のねじれが発生している。アクチュエータ用構造体2が軸心A1を中心に右巻きであるので、図8Bに示すアクチュエータ用構造体2の右側に着目すると、筒体10は、手前側が実線矢印の方向に回転するよう左巻方向にねじられる。一方、アクチュエータ用構造体2の左側に着目すると、筒体10は、奧側が破線矢印の方向に回転するよう左巻方向にねじられる。したがって、筒体10の全長にわたって発生するねじれは、筒体10のピッチ角α(図8Aの「2α」の半分の角度αを参照。)を小さくする(筒体10の螺旋ピッチp1を小さくする)ように作用し、アクチュエータ用構造体2の長軸方向の長さが定常状態の長さよりも短くなる。   That is, the cylindrical body 10 is generally twisted in the left-handed direction around the axis A2 as a result of expansion in the radial direction due to pressurization. Since the actuator structure 2 is right-handed about the axis A1, when focusing on the right side of the actuator structure 2 shown in FIG. 8B, the cylinder 10 is left-handed so that the front side rotates in the direction of the solid arrow. Twisted in the direction. On the other hand, when attention is paid to the left side of the actuator structure 2, the cylindrical body 10 is twisted in the left-handed direction so that the heel side rotates in the direction of the dashed arrow. Therefore, the twist generated over the entire length of the cylindrical body 10 decreases the pitch angle α of the cylindrical body 10 (see an angle α that is half of “2α” in FIG. 8A) (the helical pitch p1 of the cylindrical body 10 is decreased). ), The length in the major axis direction of the actuator structure 2 becomes shorter than the length in the steady state.

そして、流体5の加圧を解除すると、第1の弾性部材11と第2の弾性部材12との弾性力により、筒体10の径方向の変形及びねじれが元に戻り、アクチュエータ用構造体2の長軸方向の長さも元の定常状態の長さに戻る。   Then, when the pressurization of the fluid 5 is released, the deformation and twist in the radial direction of the cylindrical body 10 are restored by the elastic force of the first elastic member 11 and the second elastic member 12, and the actuator structure 2 is restored. The length in the major axis direction of this also returns to the original steady state length.

なお、アクチュエータ用構造体2の筒体10が膨張(変形)する際には、径方向だけでなく、軸A2方向にも膨張(変形)しようとし、筒体10の外周側に位置する溝cもその幅方向に広がろうとするが、本実施の形態1のように、溝cの傾きθを45°未満とする(螺旋ピッチp2を筒体10の外周長πdより大きくする)ことで、溝cの幅方向の広がりが生じても、筒体10に十分なねじれが発生するので、アクチュエータ用構造体2を長軸方向に十分に縮ませることができる。   When the cylinder 10 of the actuator structure 2 expands (deforms), the groove c located on the outer peripheral side of the cylinder 10 tries to expand (deform) not only in the radial direction but also in the axis A2 direction. However, by setting the inclination θ of the groove c to less than 45 ° as in the first embodiment (by making the helical pitch p2 larger than the outer peripheral length πd of the cylindrical body 10), Even if the groove c expands in the width direction, the cylindrical body 10 is sufficiently twisted, so that the actuator structure 2 can be sufficiently contracted in the major axis direction.

次に、アクチュエータ用構造体2に外力を加えて曲げ変形させる場合について説明する。本実施の形態1にかかるアクチュエータ用構造体2は、長軸方向に対する横方向から外力を加えた場合でも、流体5の圧力に関係なく、アクチュエータ用構造体2自体の弾性で曲げ変形させられる点にも特徴がある。   Next, a case where an external force is applied to the actuator structure 2 to cause bending deformation will be described. The actuator structure 2 according to the first embodiment can be bent and deformed by the elasticity of the actuator structure 2 itself regardless of the pressure of the fluid 5 even when an external force is applied from the lateral direction with respect to the major axis direction. There are also features.

図9Aは、外力を加える前の、アクチュエータ用構造体2を示す模式図であり、図9Bは、外力を加えた後の、アクチュエータ用構造体2の屈曲状態を示す模式図である。なお、図9A及び図9Bでは、溝cの図示を省略している。   9A is a schematic diagram showing the actuator structure 2 before an external force is applied, and FIG. 9B is a schematic diagram showing a bent state of the actuator structure 2 after the external force is applied. 9A and 9B, the illustration of the groove c is omitted.

図9Bに示すように、アクチュエータ用構造体2の軸心A1に対して垂直方向の外力を加えて、曲げ変形させる場合を想定すると、筒体10の一方のピッチ角α1が小さくなるとともに、他方のピッチ角α2が大きくなる。これにより、筒体10の右側は手前側が実線矢印の方向に回転するよう左巻方向にねじられ、筒体10の左側は奧側が破線矢印の方向に回転するよう右巻方向にねじられる。   As shown in FIG. 9B, assuming a case where an external force in the vertical direction is applied to the axis A1 of the actuator structure 2 to bend and deform, one pitch angle α1 of the cylindrical body 10 becomes smaller and the other The pitch angle α2 increases. Thereby, the right side of the cylinder 10 is twisted in the left-handed direction so that the front side rotates in the direction of the solid line arrow, and the left side of the cylinder 10 is twisted in the right-handed direction so that the side of the cylinder 10 rotates in the direction of the broken line arrow.

溝cの螺旋の巻方向と逆方向にねじれが発生すると、筒体10の直径が大きくなり、筒体10の内部の容積が増加する。それに対し、溝cの螺旋の巻方向と同方向にねじれが発生すると、筒体10の直径が小さくなり、筒体10の内部の容積が減少する。本実施の形態1では、筒体10の内部の容積の増加と減少が同時に発生しているので、筒体10内部の全体としての容積変化が少なくなり、アクチュエータ用構造体2を容易に曲げることができる。   When twist occurs in the direction opposite to the spiral winding direction of the groove c, the diameter of the cylindrical body 10 increases and the volume inside the cylindrical body 10 increases. On the other hand, when the twist occurs in the same direction as the spiral winding direction of the groove c, the diameter of the cylinder 10 is reduced, and the volume inside the cylinder 10 is reduced. In the first embodiment, since the increase and decrease in the volume inside the cylinder 10 occur simultaneously, the volume change as a whole inside the cylinder 10 is reduced, and the actuator structure 2 can be easily bent. Can do.

つまり、アクチュエータ用構造体2を曲げて変形させる際の剛性は、流体5に作用する圧力にはほぼ依存しないことになり、アクチュエータ用構造体2自体の持つ剛性が支配的となる。よって、アクチュエータ用構造体2として柔軟な材質のものを適用すれば、容易に曲げ変形することが可能なアクチュエータ用構造体2を実現できる。
(アクチュエータ以外の動作アシスト装置の構成)
以下、本実施の形態1にかかるアクチュエータ用構造体2を用いた動作アシスト装置101について、図面を参照しながら説明する。この動作アシスト装置101は、加圧した際に、長手方向に収縮する力と、径方向に膨張する力(潰れに対抗する力)が同時に働くものである。
動作アシスト装置101は、アシスト機構の一例としてのアシストウェアの具体的な例としてのアシストパンツ20と、アシストパンツ20の動作を制御する制御装置の一例として機能する制御部29と、ユーザ100の着座動作の情報を取得する入力インターフェース27,28とを備えている。
アシストパンツ20は、腰拘束部21aと膝拘束部21bとを有するアシストウェア本体の一例としてのアシストパンツ本体21と、第2及び第3アクチュエータ1B,1Dとを少なくとも備えている。
アシストパンツ本体21は、ユーザ100が少なくとも下半身に装着する。
腰拘束部21aは、アシストパンツ本体21の上側に配置されたゴムなどのリング状部材又は帯状部材であって、ユーザ100の腰100aに着脱可能に固定される。
膝拘束部21bは、アシストパンツ本体21の腰拘束部100aよりも下側に配置されたゴムなどのリング状部材又は帯状部材であって、ユーザ100の膝100bに着脱可能に固定される。これらの腰拘束部21a及び膝拘束部21bは、ゴムなどで、腰100a及び膝100bをそれぞれ着脱可能に固定されて、第2及び第3アクチュエータ1B,1Dからのアシスト力をユーザ100に付与して着座動作などをアシスト可能とするものである。
第2及び第3アクチュエータ1B,1Dは、それぞれ、アシストパンツ本体21の後側のユーザ100の少なくとも臀部100cに相当する部分を含む腰付近から太もも裏側付近までの範囲に位置し、かつ、腰拘束部21aと左右の膝拘束部21bとの間をそれぞれ連結するように配置されており、先のアクチュエータ1にそれぞれ相当する。第2アクチュエータ1Bは、筒体10の中空部に流体の加圧力を制御することにより径方向に膨張又は収縮するとともに、長手方向に伸縮する単数又は複数のアクチュエータ用構造体22Bを有して、第2アクチュエータ用構造体22Bの上端が腰拘束部21aに連結され、下端が左側の膝拘束部21bに連結されて、左側の臀部100cを上下に覆うように配置されている。第3アクチュエータ1Dは、筒体10の中空部に流体の加圧力を制御することにより径方向に膨張又は収縮するとともに、長手方向に伸縮する単数又は複数のアクチュエータ用構造体22Dを有して、第3アクチュエータ用構造体22Dの上端が腰拘束部21aに連結され、下端が右側の膝拘束部21bに連結されて、右側の臀部100cを上下に覆うように配置されている。アクチュエータ用構造体22B,22Dは、それぞれ、先に説明したアクチュエータ用構造体2と同一構造及び同一作用を行うものであって、螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体10を有し、筒体10の外周面及び内周面の少なくとも一方には、筒体10の軸心A1を中心軸として、螺旋状に溝cが設けられている。
入力インターフェースは、例えば、着座動作情報取得部として機能するものであり、具体的には、動作センサ27又は/及び筋電センサ28などの各種センサで構成することができる。動作センサ27又は/及び筋電センサ28は、アシストパンツ本体21に配置されている。
制御部29は、入力インターフェース、例えば動作センサ27又は/及び筋電センサ28で取得した着座動作の情報を基に、少なくともユーザ100が着座するときに、さらに、場合によっては着座動作中にも、第2及び第3アクチュエータ用構造体22B,22Dに流体を供給して第2及び第3アクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧して径方向の膨張を制御する。
That is, the rigidity when the actuator structure 2 is bent and deformed does not substantially depend on the pressure acting on the fluid 5, and the rigidity of the actuator structure 2 itself is dominant. Therefore, if the actuator structure 2 is made of a flexible material, the actuator structure 2 that can be easily bent and deformed can be realized.
(Configuration of motion assist devices other than actuators)
Hereinafter, the motion assist device 101 using the actuator structure 2 according to the first embodiment will be described with reference to the drawings. When the operation assisting device 101 is pressurized, a force that contracts in the longitudinal direction and a force that expands in the radial direction (a force that resists crushing) work simultaneously.
The motion assist device 101 includes an assist pant 20 as a specific example of assist wear as an example of an assist mechanism, a control unit 29 that functions as an example of a control device that controls the operation of the assist pant 20, and a seating of the user 100. Input interfaces 27 and 28 for acquiring operation information are provided.
The assist pant 20 includes at least an assist pant body 21 as an example of an assist wear body having a waist restraining part 21a and a knee restraining part 21b, and second and third actuators 1B and 1D.
The assist pants body 21 is worn by the user 100 at least on the lower body.
The waist restraining part 21a is a ring-like member such as rubber or a belt-like member arranged on the upper side of the assist pant body 21, and is detachably fixed to the waist 100a of the user 100.
The knee restraint portion 21b is a ring-like member such as rubber or a belt-like member disposed below the waist restraint portion 100a of the assist pant body 21 and is detachably fixed to the knee 100b of the user 100. The waist restraining part 21a and the knee restraining part 21b are fixed to the waist 100a and the knee 100b so as to be detachable with rubber or the like, and give the assist force from the second and third actuators 1B and 1D to the user 100. This makes it possible to assist seating operations.
Each of the second and third actuators 1B and 1D is located in the range from the waist region including the portion corresponding to at least the buttock 100c of the user 100 on the rear side of the assist pant body 21 to the back side of the thigh and the waist restraint. It arrange | positions so that between the part 21a and the knee restraint part 21b on either side may each be connected, and is corresponded to the actuator 1 respectively. The second actuator 1B has one or a plurality of actuator structures 22B that expand or contract in the radial direction and expand and contract in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylindrical body 10, An upper end of the second actuator structure 22B is connected to the waist restraining portion 21a, and a lower end is connected to the left knee restraining portion 21b so as to cover the left heel portion 100c up and down. The third actuator 1D includes one or a plurality of actuator structures 22D that expand or contract in the radial direction and expand and contract in the longitudinal direction by controlling the fluid pressure in the hollow portion of the cylindrical body 10, The upper end of the third actuator structure 22D is connected to the waist restraining portion 21a, the lower end is connected to the right knee restraining portion 21b, and is arranged so as to cover the right buttocks 100c up and down. Each of the actuator structures 22B and 22D has the same structure and the same action as the actuator structure 2 described above, and has an elastic cylinder 10 wound in a spiral shape. At least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body 10 is provided with a groove c spirally with the axis A1 of the cylindrical body 10 as the central axis.
The input interface functions as, for example, a seating movement information acquisition unit, and can be specifically configured with various sensors such as the movement sensor 27 and / or the myoelectric sensor 28. The motion sensor 27 and / or the myoelectric sensor 28 are disposed in the assist pants main body 21.
Based on information on the sitting motion acquired by the input interface, for example, the motion sensor 27 and / or the myoelectric sensor 28, the control unit 29 is at least when the user 100 is seated, and in some cases even during the seating motion. Fluid is supplied to the second and third actuator structures 22B and 22D to pressurize the second and third actuator structures 22B and 22D to control the expansion in the radial direction.

まず、図10A〜図11を参照しながら、本実施の形態1の動作アシスト装置101のアシストパンツ20の全体構成を説明する。図10A及び図10Bは、ユーザ100がアシストパンツ20を下半身に装着したときを示す図である。図10Aは、アシストパンツ20を前側から見た斜視図であり、図10Bは、アシストパンツ20を後ろから見た斜視図である。これらの図では、理解しやすくするため、ユーザ100の下半身のみ示している。また、図11は動作アシスト装置101の制御のブロック図である。
図10A及び図10Bに示す動作アシスト装置101は、アシストパンツ20と、動作センサ27と、筋電センサ28と、制御部29とを有している。
また、アシストパンツ20は、アシストパンツ本体21と、腰拘束部21aと、一対の膝拘束部21bと、第1、第2、第3、第4アクチュエータ1A、1B、1C、1Dとで構成されている。
アシストパンツ本体21は、ユーザ100が下半身に装着する。アシストパンツ本体21の上端縁には腰拘束部21aが固定されており、ユーザ100の腰100aに着脱可能でかつ腰100aを拘束可能としている。アシストパンツ本体21の一対の下端縁には一対の膝拘束部21bが固定されており、ユーザ100の左右の膝100bにそれぞれ着脱可能にかつ左右の膝100bをそれぞれ拘束可能としている。
第1、第2、第3、第4アクチュエータ1A、1B、1C、1Dは、それぞれ、腰拘束部21aと膝拘束部21bとの間に腰拘束部21aと膝拘束部21bとを連結するように配置されている。
第1、第2、第3、第4アクチュエータ1A、1B、1C、1Dは、左前側、左後側、右前側、右後側のアクチュエータ用構造体22A、22B、22C、22Dと、前側用と後側用の圧力源23A、23Bと、前側用と後側用の配管24A、24Bと、前側用と後側用のバルブ25、26とで構成されている。左前側、左後側、右前側、右後側のアクチュエータ用構造体22A、22B、22C、22Dは、腰拘束部21aと膝拘束部21bとの間に配置されている。
具体的には、左前側と右前側とのアクチュエータ用構造体22A、22Cは、アシストパンツ本体21の前面の腰拘束部21aと左右の膝拘束部21bとの間に縦方向(又は上下方向)沿いにそれぞれ配置されている。また、左後側と右後側とのアクチュエータ用構造体22B、22Dは、アシストパンツ本体21の後面の腰拘束部21aと左右の膝拘束部21bとの間に縦方向(又は上下方向)沿いにそれぞれ配置されている。よって、ユーザ100がアシストパンツ20を下半身に装着したときに、アクチュエータ用構造体22A、22Cは、ユーザ100の前側の腹部から左右の膝100bまでの間にそれぞれ接するように、アシストパンツ本体21の前側に縦方向(又は上下方向)沿いに配置されている。アクチュエータ用構造体22B、22Dは、ユーザ100の後ろ側の腰100aから左右の膝裏までの間にそれぞれ接するように、アシストパンツ本体21の後側に縦方向(又は上下方向)沿いに配置されている。
また、アクチュエータ用構造体22Aは、前側用の配管24Aを介して前側用の圧力源23Aに接続され、前側用の配管24Aには前側用のバルブ25が配置されている。同様に、アクチュエータ用構造体22Bは、後側用の配管24Bを介して後側用の圧力源23Bに接続され、後側用の配管24Bには後側用のバルブ26が配置されている。圧力源23A、23Bとしては、例えば、シリンジポンプ(往復ポンプ)などが用いられる。
図10Aでは、動作センサ27は、アシストパンツ本体21の後側の腰部の中央付近に配置されている。動作センサ27は、加速度の変動(例えば、図12B及び図16Bの立ち上がり)を検出可能な加速度センサ27a、体幹前傾角を検出可能な角度センサ27b、あるいは、体幹前傾角を検出可能なジャイロセンサ27c、などで構成され、着座、起立、及び、歩行などの意図をセンシングできるように構成されている。
筋電センサ28は、アシストパンツ本体21の左脚の太ももの前側に配置されている。具体的には、筋電センサ28は、例えば、外側広筋の筋電位を検出する位置に配置され、動作センサ27と同様に、動作の意図をセンシングできるように構成されている。筋電センサ28も両脚にあることが望ましいが、図10Aでは右脚側の筋電センサ28は図示を省略している。なお、ここでは、アシストパンツ本体21としては、半ズボンで例示しているが、長ズボンの場合には、前頚骨筋の筋電位を検出する位置に筋電センサ28が配置されるようにしてもよい。
制御部29は、一例として、アシストパンツ本体21の前側の腰部の中央付近に配置されている。制御部29は、動作センサ27と筋電センサ28とからの情報が入力される一方、前側用と後側用の圧力源23A,23Bと、前側用と後側用のバルブ25,26とに接続されている。よって、制御部29は、動作センサ27、あるいは、筋電センサ28からの信号を基に、ユーザ100の動作を把握し、前側用と後側用のバルブ25,26の開閉、及び前側用と後側用の圧力源23A,23Bの圧力を制御する。なお、ユーザ100の意図を検出するためのセンサは、本実施の形態1のように動作センサ27及び筋電センサ28の組み合わせでもよいし、どちらか一方でもよい。
First, the overall configuration of the assist pants 20 of the motion assist device 101 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 10A to 11. 10A and 10B are diagrams illustrating a case where the user 100 wears the assist pants 20 on the lower body. FIG. 10A is a perspective view of the assist pants 20 viewed from the front side, and FIG. 10B is a perspective view of the assist pants 20 viewed from the rear. In these drawings, only the lower half of the user 100 is shown for easy understanding. FIG. 11 is a block diagram of control of the motion assist device 101.
The motion assist device 101 shown in FIGS. 10A and 10B includes assist pants 20, a motion sensor 27, a myoelectric sensor 28, and a control unit 29.
The assist pants 20 includes an assist pant body 21, a waist restraint portion 21a, a pair of knee restraint portions 21b, and first, second, third, and fourth actuators 1A, 1B, 1C, and 1D. ing.
The assist pants body 21 is worn by the user 100 on the lower body. A waist restraining portion 21a is fixed to the upper end edge of the assist pants body 21, and can be attached to and detached from the waist 100a of the user 100 and the waist 100a can be restrained. A pair of knee restraint portions 21b are fixed to a pair of lower end edges of the assist pants body 21, and can be attached to and detached from the left and right knees 100b of the user 100, and the left and right knees 100b can be restrained.
The first, second, third, and fourth actuators 1A, 1B, 1C, and 1D connect the waist restraint 21a and the knee restraint 21b between the waist restraint 21a and the knee restraint 21b, respectively. Is arranged.
The first, second, third, and fourth actuators 1A, 1B, 1C, and 1D include the left front side, left rear side, right front side, and right rear side actuator structures 22A, 22B, 22C, and 22D, and the front side And rear pressure sources 23A and 23B, front and rear pipes 24A and 24B, and front and rear valves 25 and 26. The left front side, left rear side, right front side, and right rear side actuator structures 22A, 22B, 22C, and 22D are disposed between the waist restraint portion 21a and the knee restraint portion 21b.
Specifically, the actuator structures 22A and 22C on the left front side and the right front side are vertically (or vertically) between the waist restraint portion 21a on the front surface of the assist pants body 21 and the left and right knee restraint portions 21b. It is arranged along each. The left rear side and right rear side actuator structures 22B and 22D extend along the vertical direction (or vertical direction) between the waist restraint portion 21a on the rear surface of the assist pants body 21 and the left and right knee restraint portions 21b. Respectively. Therefore, when the user 100 wears the assist pants 20 on the lower body, the actuator structures 22A and 22C are in contact with each other between the front abdomen of the user 100 and the left and right knees 100b. It is arranged along the vertical direction (or vertical direction) on the front side. The actuator structures 22B and 22D are arranged along the vertical direction (or the vertical direction) on the rear side of the assist pants body 21 so as to be in contact between the waist 100a on the back side of the user 100 and the left and right knee soles. ing.
The actuator structure 22A is connected to a front pressure source 23A via a front pipe 24A, and a front valve 25 is disposed in the front pipe 24A. Similarly, the actuator structure 22B is connected to a rear pressure source 23B via a rear pipe 24B, and a rear valve 26 is arranged in the rear pipe 24B. For example, a syringe pump (reciprocating pump) is used as the pressure sources 23A and 23B.
In FIG. 10A, the motion sensor 27 is disposed near the center of the waist on the rear side of the assist pant body 21. The motion sensor 27 includes an acceleration sensor 27a that can detect a change in acceleration (for example, rising of FIGS. 12B and 16B), an angle sensor 27b that can detect the trunk forward tilt angle, or a gyro that can detect the trunk forward tilt angle. The sensor 27c is configured to sense an intention such as sitting, standing up, and walking.
The myoelectric sensor 28 is disposed on the front side of the thigh of the left leg of the assist pants main body 21. Specifically, the myoelectric sensor 28 is arranged, for example, at a position where the myoelectric potential of the outer vastus muscle is detected, and is configured so as to sense the intention of the operation, like the operation sensor 27. Although it is desirable that the myoelectric sensor 28 is also provided on both legs, the illustration of the myoelectric sensor 28 on the right leg side is omitted in FIG. Here, the assist pants body 21 is illustrated as short pants, but in the case of long pants, the myoelectric sensor 28 is arranged at a position where the myoelectric potential of the anterior tibial muscle is detected. May be.
As an example, the control unit 29 is disposed near the center of the waist on the front side of the assist pant main body 21. The control unit 29 receives information from the motion sensor 27 and the myoelectric sensor 28, and supplies the front and rear pressure sources 23 </ b> A and 23 </ b> B and the front and rear valves 25 and 26. It is connected. Therefore, the control unit 29 grasps the operation of the user 100 based on the signal from the motion sensor 27 or the myoelectric sensor 28, opens / closes the front and rear valves 25, 26, and the front side. The pressure of the pressure sources 23A and 23B for the rear side is controlled. The sensor for detecting the intention of the user 100 may be a combination of the motion sensor 27 and the myoelectric sensor 28 as in the first embodiment, or may be either one.

前側用の圧力源23Aは、前側用の配管24Aを介して左前側及び右前側のアクチュエータ用構造体22A,22Cに流体を出し入れすることで、左前側及び右前側のアクチュエータ用構造体22A,22Cの内部の圧力を増減し、左前側及び右前側のアクチュエータ用構造体22A,22Cを伸縮させる。具体的には、左前側及び右前側のアクチュエータ用構造体22A,22Cを加圧することで、左前側及び右前側のアクチュエータ用構造体22A,22Cを収縮させ、股関節を曲げる方向にアシスト力を発生する。また、後側用の圧力源23Bは、後側用の配管24B,22Dを介して左後側及び右後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dに流体を出し入れすることで、左後側及び右後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dの内部の圧力を増減し、左後側及び右後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dを伸縮させる。具体的には、左後側及び右後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧することで、左後側及び右後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dを収縮させ、股関節を伸ばす方向にアシスト力を発生する。   The pressure source 23A for the front side draws fluid into and out of the actuator structures 22A and 22C for the left front side and the right front side via the pipe 24A for the front side, so that the actuator structures 22A and 22C for the left front side and the right front side are provided. Is increased or decreased to expand and contract the left and right front actuator structures 22A and 22C. Specifically, by pressing the left and right front actuator structures 22A and 22C, the left front and right front actuator structures 22A and 22C are contracted, and an assist force is generated in the direction of bending the hip joint. To do. In addition, the pressure source 23B for the rear side draws fluid into and out of the left rear side and right rear side actuator structures 22B and 22D via the rear side pipes 24B and 22D, so that the left rear side and the right side The pressure inside the rear actuator structures 22B and 22D is increased or decreased to expand and contract the left rear and right rear actuator structures 22B and 22D. Specifically, by pressing the left rear and right rear actuator structures 22B and 22D, the left rear and right rear actuator structures 22B and 22D are contracted to extend the hip joint. Generate assist force.

(着座動作及びアクチュエータの制御)
次に、ユーザ100が本実施の形態1のアシストパンツ20を装着して椅子103などに着座する際の動作、及び、アクチュエータ1の制御を説明する。ここで、第1のアクチュエータ1Aは、アクチュエータ用構造体22Aと、圧力源23Aと、配管24Aと、バルブ25とを有し、第2のアクチュエータ1Bは、アクチュエータ用構造体22Bと、圧力源23Bと、配管24Bと、バルブ26とを有している。第3のアクチュエータ1Cは、アクチュエータ用構造体22Cと、圧力源23Aと、配管24Aと、バルブ25とを有し、第4のアクチュエータ1Dは、アクチュエータ用構造体22Dと、圧力源23Bと、配管24Bと、バルブ26とを有している。
(Sitting operation and actuator control)
Next, the operation when the user 100 wears the assist pants 20 of the first embodiment and sits on the chair 103 and the like, and the control of the actuator 1 will be described. Here, the first actuator 1A includes an actuator structure 22A, a pressure source 23A, a pipe 24A, and a valve 25, and the second actuator 1B includes an actuator structure 22B and a pressure source 23B. And a pipe 24 </ b> B and a valve 26. The third actuator 1C includes an actuator structure 22C, a pressure source 23A, a pipe 24A, and a valve 25. The fourth actuator 1D includes an actuator structure 22D, a pressure source 23B, and a pipe. 24B and a valve 26 are provided.

図12Aは着座の動作を示した説明図である。(a)はユーザ100の起立姿勢、(b)はユーザ100の着座動作の開始時の姿勢、(c)はユーザ100の着座動作の途中姿勢、(d)はユーザ100の座直後の姿勢をそれぞれ示している。図12Bは、各姿勢において、動作センサ27で検出される加速度と時間の関係を示しており、実線33は垂直方向の加速度、点線34は水平方向の加速度をそれぞれ示している。図12Cは、各姿勢において、図12Aの姿勢(c)に示した体幹前傾角(AFI)と、筋電センサ28で検出される外側広筋(VL)及び前頚骨筋(TA)のそれぞれの筋電位との時間的な変化を示しており、実線35が体幹前傾角、点線36が外側広筋(VL)の筋電位、一点鎖線30が前頚骨筋(TA)の筋電位を示している。なお、体幹前傾角は、鉛直方向とアシストパンツ本体21の後側の腰拘束部21aの表面との成す角度であって、例えば、後側の腰拘束部21aに配置した動作センサ27にジャイロセンサを用いることで検出できる。
図12Cでは、一例として、体幹前傾角(AFI)35の閾値35a以上のピークを検出した後に、外側広筋(VL)36の筋電位の閾値36a以上のピーク、又は、前頚骨筋(TA)30の筋電位の閾値30a以上のピークを検出したとき、制御部29で着座と判定することができることを示している。
また、図13は、着座の際の第1及び第3アクチュエータ及び第2及び第4アクチュエータのそれぞれの駆動方法を示すフローチャートである。図14Bは、アクチュエータ用構造体22A(22C)及びアクチュエータ用構造体22B(22D)に印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。図14Cは、バルブ25、26の開閉を示す説明図である。なお、図14B及び図14Cとの比較のために、図12Aと同じ説明図を図14Aとして示している。図14B及び図14Cにおいて、点線31はアクチュエータ用構造体22Aの圧力、実線32はアクチュエータ用構造体22Bの圧力、点線37はバルブ25の開閉、実線38はバルブ26の開閉をそれぞれ示している。
ここで、制御の開始点である姿勢(b)の制御部29による判定は、例えば、腰が水平方向に移動(加速)した後、垂直方向に移動(加速)するなど、着座動作開始時の特徴的な動きを、動作センサ27を用いて検出して制御部29で判定する。このとき、体幹前傾角も参照して姿勢の判定を制御部29で行うと、制御部29での判定の精度が向上する。また、姿勢(d)は着座の際の衝撃の影響が各種センサに現れるので、各種センサでの衝撃の影響に起因する情報を用いて制御部29で容易に検出できる。
FIG. 12A is an explanatory view showing a seating operation. (A) is a standing posture of the user 100, (b) is a posture at the start of the sitting motion of the user 100, (c) is a posture during the sitting motion of the user 100, and (d) is a posture immediately after the user 100 is seated. Each is shown. FIG. 12B shows the relationship between the acceleration detected by the motion sensor 27 and time in each posture. The solid line 33 indicates the vertical acceleration, and the dotted line 34 indicates the horizontal acceleration. FIG. 12C shows the trunk forward tilt angle (AFI) shown in the posture (c) of FIG. 12A and the lateral vastus muscle (VL) and anterior tibial muscle (TA) detected by the myoelectric sensor 28 in each posture. The change with time of each myoelectric potential is shown, the solid line 35 is the trunk forward tilt angle, the dotted line 36 is the myoelectric potential of the outer vastus muscle (VL), and the alternate long and short dash line 30 is the myoelectric potential of the anterior tibial muscle (TA). Is shown. Note that the trunk forward tilt angle is an angle formed by the vertical direction and the surface of the back restraint portion 21a on the rear side of the assist pants main body 21. For example, the motion sensor 27 arranged on the back restraint portion 21a on the rear side is gyroscopic. It can be detected by using a sensor.
In FIG. 12C, as an example, after detecting a peak of the trunk forward tilt angle (AFI) 35 that is equal to or higher than the threshold 35a, a peak that is equal to or higher than the threshold 36a of the myoelectric potential of the lateral vastus muscle (VL) 36, or anterior tibial muscle ( TA) When the peak of the myoelectric potential threshold value 30a or higher is detected, it is shown that the control unit 29 can determine the seating.
FIG. 13 is a flowchart showing the respective driving methods of the first and third actuators and the second and fourth actuators when sitting. FIG. 14B is an explanatory diagram showing temporal changes in pressure applied to the actuator structure 22A (22C) and the actuator structure 22B (22D). FIG. 14C is an explanatory diagram showing opening and closing of the valves 25 and 26. For comparison with FIGS. 14B and 14C, the same explanatory diagram as FIG. 12A is shown as FIG. 14A. 14B and 14C, the dotted line 31 indicates the pressure of the actuator structure 22A, the solid line 32 indicates the pressure of the actuator structure 22B, the dotted line 37 indicates opening and closing of the valve 25, and the solid line 38 indicates opening and closing of the valve 26, respectively.
Here, the determination by the control unit 29 of the posture (b) that is the starting point of control is, for example, when the waist moves (accelerates) in the horizontal direction and then moves (accelerates) in the vertical direction. Characteristic movement is detected using the motion sensor 27 and determined by the control unit 29. At this time, if the posture is determined by the control unit 29 with reference to the trunk forward tilt angle, the accuracy of the determination by the control unit 29 is improved. In addition, since the influence of the impact at the time of sitting appears on various sensors, the posture (d) can be easily detected by the control unit 29 using information resulting from the influence of the impact on the various sensors.

着座の際の各アクチュエータ1(1A,1B,1C,1D)の駆動方法は、後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧するステップと、着座動作を支援するステップと、着座後の姿勢を設定するステップとを備えている。   The driving method of each actuator 1 (1A, 1B, 1C, 1D) at the time of sitting includes the steps of pressurizing the rear actuator structures 22B, 22D, the step of supporting the sitting operation, and the posture after sitting. And a step for setting.

着座動作に入る前は、図6のステップS1と同様の定常状態であり、制御部29で、前側のアクチュエータ用構造体22A,22C及び後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dにそれぞれ予圧をかけ、バルブ25及びバルブ26は閉じた状態である。そして、図14Aの姿勢(b)において動作センサ27の検出情報により着座の意図を検出したと制御部29で判定すると、制御部29でバルブ25及びバルブ26を開き、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧して径方向に膨張させる(図13のステップS21)。そして、アクチュエータ用構造体22B,22Dを十分に加圧して径方向に膨張させた後、制御部29でバルブ26を閉じる(図13のステップS22)。   Before entering the seating operation, the steady state is the same as in step S1 of FIG. 6, and the control unit 29 applies preload to the front actuator structures 22A and 22C and the rear actuator structures 22B and 22D, respectively. The valve 25 and the valve 26 are in a closed state. 14A, when the control unit 29 determines that the seating intention has been detected based on the detection information of the motion sensor 27, the control unit 29 opens the valve 25 and the valve 26, and the actuator structures 22A and 22C. The actuator structures 22B and 22D are pressurized and expanded in the radial direction (step S21 in FIG. 13). Then, the actuator structures 22B and 22D are sufficiently pressurized and expanded in the radial direction, and then the valve 26 is closed by the control unit 29 (step S22 in FIG. 13).

ここで、アクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧して径方向に膨張させるのは、着座の際の衝撃に備えるためであり、アクチュエータ用構造体22B,22Dを加圧してバルブ26を制御部29で閉じることにより、径方向に膨張したアクチュエータ用構造体22B,22Dにクッションの役割を持たせている。このとき、アクチュエータ用構造体22B,22Dのみを加圧して径方向に膨張させると、アクチュエータ用構造体22B,22Dが長手方向沿いには収縮し、股関節を伸ばす方向に力が働くため、着座の動作が乱れてしまう。そのため、ステップS21では、アクチュエータ用構造体22A,22Cも同時に加圧して長手方向沿いに収縮させている。また、着座の際、前傾姿勢をとるため、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力は、アクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力よりも高めに設定される。このように設定すると、アクチュエータ用構造体22B,22Dが伸びた状態で、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dの力が釣り合うので、前傾姿勢でバランスがとれた状態になる。このような制御は、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dが印加圧力に比例する発生力とともに、歪に比例する静的なバネ力を発生する、という特性を利用している。また、本実施の形態1のアシストパンツ20では、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dによる発生力のバランスがとれる姿勢を変化させていくことで、着座動作を支援している。したがって、アシストパンツ20により設定された姿勢からずれるほど、アシスト力が大きくなる。
図19A及び図19Bは、図12Aに示した姿勢(b)において、アクチュエータ用構造体22A〜22Dによってユーザ100に加わる力を示した説明図である。図19Aはアクチュエータ用構造体22Aから受ける力、図19Bはアクチュエータ用構造体22Bから受ける力をそれぞれ示している。図19Aに示すように、アクチュエータ用構造体22Aが収縮すると、股関節が屈曲する方向に力が加わる。また、図19Bに示すように、アクチュエータ用構造体22Bが収縮すると、股関節が伸びる方向に力が加わる。
Here, the reason why the actuator structures 22B and 22D are pressurized and expanded in the radial direction is to prepare for an impact at the time of sitting. The actuator structures 22B and 22D are pressurized and the valve 26 is controlled by the controller 29. By closing with, the actuator structures 22B and 22D expanded in the radial direction have a cushion function. At this time, if only the actuator structures 22B and 22D are pressurized and expanded in the radial direction, the actuator structures 22B and 22D contract along the longitudinal direction, and force acts in the direction of extending the hip joint. Operation is disturbed. Therefore, in step S21, the actuator structures 22A and 22C are simultaneously pressurized and contracted along the longitudinal direction. Further, in order to take a forward leaning posture when sitting, the pressure of the actuator structures 22A and 22C is set higher than the pressure of the actuator structures 22B and 22D. With this setting, the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D balance with each other in a state in which the actuator structures 22B and 22D are extended. Become. Such control utilizes the characteristic that the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D generate a static spring force proportional to the strain as well as a generated force proportional to the applied pressure. Yes. Further, in the assist pants 20 of the first embodiment, the sitting structure is supported by changing the posture in which the force generated by the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D can be balanced. Yes. Therefore, the assist force increases as the posture deviates from that set by the assist pants 20.
19A and 19B are explanatory diagrams showing forces applied to the user 100 by the actuator structures 22A to 22D in the posture (b) shown in FIG. 12A. FIG. 19A shows the force received from the actuator structure 22A, and FIG. 19B shows the force received from the actuator structure 22B. As shown in FIG. 19A, when the actuator structure 22A contracts, a force is applied in the direction in which the hip joint bends. As shown in FIG. 19B, when the actuator structure 22B contracts, a force is applied in the direction in which the hip joint extends.

バルブ26を閉じた後は、アクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力は高圧のまま、ほぼ一定で推移し、アクチュエータ用構造体22B,22Dを収縮させる方向に力を出し続けるので、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を制御部29で調整することで、着座動作の支援を行う。着座動作の一例では、図12Aに示すように、姿勢(a)から姿勢(c)の直前までは、臀部を後ろに突き出すとともに、バランスをとるため、徐々に前傾姿勢になる。そして、姿勢(c)から姿勢(d)の間で体を起こしつつ、臀部は椅子103に向かって落ちていく。例えば、この動作を支援するため、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を徐々に上げ、姿勢(c)を境に圧力を下げるように制御する(図13のステップS23)。姿勢(c)の制御部29による判定は、動作センサ27で得られる加速度又は体幹前傾角、あるいは、筋電センサ28で検出される筋電位から制御部29で判定される。なお、姿勢(c)において深い前傾姿勢をとると、重心が前の方に残り着座動作の速度が緩やかになる。着座動作が速すぎると制御部29で判定した場合は、制御部29で、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を高めに制御して、速度を緩めるようにしてもよい。
以上のような制御を制御部29で行うと、着座動作の速度を緩和したり、潰れを防止する所定圧、すなわち、潰れ動作の加圧力(第2の加圧力)を加えて臀部のアクチュエータ用構造体22A〜22Dが加圧されて径方向に膨張させられる。径方向に膨張したアクチュエータ用構造体22B,22Dはクッションとなるので、着座の際の衝撃を緩和できる。これにより、アクチュエータ用構造体22B,22Dを径方向に膨張させてアクチュエータ用構造体22B,22Dが潰れるのを抑制でき、着座の衝撃でアクチュエータ用構造体22B,22Dが潰れて破損することを防ぐことができる。
After the valve 26 is closed, the pressure of the actuator structures 22B and 22D remains substantially constant and remains constant, and the force continues to be exerted in the direction of contracting the actuator structures 22B and 22D. By adjusting the pressures of 22A and 22C by the control unit 29, the seating operation is supported. In an example of the sitting operation, as shown in FIG. 12A, from the posture (a) to immediately before the posture (c), the buttock is protruded backward, and the posture is gradually tilted forward for balance. Then, while raising the body between the posture (c) and the posture (d), the buttocks fall toward the chair 103. For example, in order to support this operation, control is performed such that the pressure of the actuator structures 22A and 22C is gradually increased and the pressure is decreased with the posture (c) as a boundary (step S23 in FIG. 13). Determination of posture (c) by the control unit 29 is performed by the control unit 29 from the acceleration or the trunk inclination angle obtained by the motion sensor 27 or the myoelectric potential detected by the myoelectric sensor 28. Note that if the posture (c) is a deep forward leaning posture, the center of gravity remains in front and the speed of the seating operation becomes slow. If the control unit 29 determines that the seating operation is too fast, the control unit 29 may control the actuator structures 22A and 22C to increase the pressure so as to reduce the speed.
When the control unit 29 performs the above-described control, the seating operation speed is reduced, or a predetermined pressure for preventing crushing, that is, a crushing operation pressing force (second pressing force) is applied to the collar unit actuator. The structures 22A to 22D are pressurized and expanded in the radial direction. Since the actuator structures 22B and 22D expanded in the radial direction serve as cushions, it is possible to mitigate the impact at the time of sitting. Accordingly, the actuator structures 22B and 22D can be prevented from expanding in the radial direction and the actuator structures 22B and 22D can be prevented from being crushed, and the actuator structures 22B and 22D can be prevented from being crushed and damaged by a seating impact. be able to.

着座が完了すると、次に起立の意図を検出したと制御部29で判定するまでの間は、座った状態を維持することになる。このとき、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力を高いままで維持すると、座っている間中、股関節の剛性が高いままとなるので圧迫感が生じる。そのため、制御部29で、着座の衝撃に備えて高めに設定していた圧力を、着座後は後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dが潰れない程度に(例えば、後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dが径方向に少し膨張した状態を維持できる程度まで)下げ、バルブ25,26を閉じる(図13のステップS24)。
制御部29によるこのような制御により、着座中の圧迫感を低減しつつ、着座している間に後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dが潰れて破損するのを防ぐことができる。
以上のことから、アシストパンツ20では、臀部に配置された後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dが着座の際の衝撃、又は、着座中の荷重によって潰され、破損することを防ぐことができる。また、後側のアクチュエータ用構造体22B,22Dがクッションとなるので、ユーザ100に対しても緩衝材として働く。
When the sitting is completed, the sitting state is maintained until the control unit 29 determines that the intention to stand is detected next. At this time, if the pressures of the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D are kept high, the hip joint stiffness remains high while sitting, resulting in a feeling of pressure. For this reason, the pressure set by the control unit 29 in preparation for the impact of the seating is set so that the rear actuator structures 22B and 22D are not crushed after the seating (for example, the rear actuator structure). Then, the valves 25 and 26 are closed (step S24 in FIG. 13).
By such control by the control unit 29, it is possible to prevent the rear actuator structures 22B and 22D from being crushed and damaged while being seated while reducing the feeling of pressure during seating.
From the above, in the assist pants 20, it is possible to prevent the rear actuator structures 22 </ b> B and 22 </ b> D arranged in the buttock from being crushed and damaged by an impact during sitting or a load during sitting. . Further, since the actuator structures 22B and 22D on the rear side serve as cushions, they also serve as cushioning materials for the user 100.

なお、図13〜図14Cに示したアクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dの制御部29での圧力制御は、姿勢(b)から姿勢(d)の間の動作が比較的短時間で行われる場合、あるいは、細かい制御を行わない場合を想定している。しかし、アクチュエータ1の応答速度が着座動作と比べて十分に速く、着座動作の途中姿勢の把握も逐次行える場合は、図15B及び図15Cに示すように、着座の直前にアクチュエータ22B,22Dの圧力を高めるように制御部29で制御してもよい。なお、図15B及び図15Cとの比較のために示す、図15Aは図12Aと同じ説明図である。
このようにすると、ユーザ100の動作の自由度が向上する。図14B及び図14Cに示した制御では、着座の動作に入ると、アシストパンツ20の動きに合わせてユーザ100が動作することになるが、図15B及び図15Cに示す制御では、着座の直前までアシストパンツ20の剛性が低く、ユーザ100が自由に動ける状態になる。そのため、ユーザ100が着座動作の途中で止まったり、途中で別の動作に移行することもできるため、不測の事態にも対応できる。
In addition, the pressure control in the control unit 29 of the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D shown in FIGS. 13 to 14C is compared in the operation between the posture (b) and the posture (d). The case where it is performed in a short time or the case where fine control is not performed is assumed. However, when the response speed of the actuator 1 is sufficiently high compared to the seating operation and the posture during the seating operation can be grasped sequentially, the pressures of the actuators 22B and 22D immediately before the seating as shown in FIGS. 15B and 15C. It may be controlled by the control unit 29 so as to increase. Note that FIG. 15A, which is shown for comparison with FIGS. 15B and 15C, is the same explanatory view as FIG. 12A.
If it does in this way, the freedom degree of operation of user 100 will improve. In the control shown in FIG. 14B and FIG. 14C, when entering the seating operation, the user 100 operates in accordance with the movement of the assist pants 20, but in the control shown in FIG. 15B and FIG. The assist pants 20 have low rigidity, and the user 100 can move freely. Therefore, since the user 100 can stop in the middle of the sitting operation or can move to another operation in the middle, it is possible to cope with an unexpected situation.

具体的には、姿勢(c)までは、アシストを行わず、アクチュエータ用構造体22A,22C及び22B,22Dは予圧のままにしておく(図15DのステップS61)。その後、筋電センサ28等で着座直前の状態を制御部29で判定し、制御部29で、バルブ25、26を開いてアクチュエータ用構造体22A,22C及び22B,22Dを加圧してバルブ25、26を閉じる(図15DのステップS62)。着座後に再びバルブ25、26を開け、アクチュエータ用構造体22A,22C,22B,22Dの圧力を下げ、バルブ25及びバルブ26を閉じる(図15DのステップS63)。なお、ステップS63は省略してもよい。
このとき、姿勢(c)から(d)の間で速やかに圧力を上げるために、姿勢(b)の時点で予圧を1段上げるようにしてもよい。またこのとき、アクチュエータ用構造体22B,22Dの予圧を1段階上げてから、着座直前にさらに圧力を上げるまでの間、バルブ26は開けたままにしておくと、着座直前に直ちに圧を上げることができる。又は、バルブ25と圧力源23Aの間、及び、バルブ26と圧力源23Bの間にそれぞれ圧力容器を配置し、姿勢(b)でバルブ25、26を閉じた状態で圧力源23A及び23Bにより圧力容器の圧を上げ、姿勢(c)でバルブ25、26が開いた瞬間に一気にアクチュエータ用構造体22A,22C,22B,22Dの圧力が上昇するようにしてもよい。
Specifically, until the posture (c), no assist is performed, and the actuator structures 22A, 22C and 22B, 22D are left in the preload (step S61 in FIG. 15D). Thereafter, the state immediately before sitting is determined by the control unit 29 using the myoelectric sensor 28 or the like, and the valves 25 and 26 are opened by the control unit 29 to pressurize the actuator structures 22A, 22C and 22B and 22D. 26 is closed (step S62 in FIG. 15D). After the seating, the valves 25 and 26 are opened again, the pressures of the actuator structures 22A, 22C, 22B and 22D are lowered, and the valves 25 and 26 are closed (step S63 in FIG. 15D). Note that step S63 may be omitted.
At this time, in order to quickly increase the pressure between postures (c) and (d), the preload may be increased by one step at the time of posture (b). At this time, if the valve 26 is kept open after the preload of the actuator structures 22B and 22D is increased by one step and before the pressure is further increased immediately before the seating, the pressure is immediately increased immediately before the seating. Can do. Alternatively, pressure vessels are arranged between the valve 25 and the pressure source 23A and between the valve 26 and the pressure source 23B, respectively, and the valves 25 and 26 are closed in the posture (b), and pressure is applied by the pressure sources 23A and 23B. The pressure of the container may be increased, and the pressure of the actuator structures 22A, 22C, 22B, and 22D may be increased at a stroke when the valves 25 and 26 are opened in the posture (c).

以上のような制御を制御部29で行うと、着座動作中のアクチュエータ用構造体22A,22Cの駆動圧力が低減され、ユーザ動作の自由度が向上するとともに、液漏れなど耐圧性能に起因するリスクも低減できる。   When the above control is performed by the control unit 29, the driving pressure of the actuator structures 22A and 22C during the sitting operation is reduced, the degree of freedom of the user operation is improved, and the risk due to pressure resistance performance such as liquid leakage Can also be reduced.

(起立動作及びアクチュエータの制御)
次に、本実施の形態1のアシストパンツ20を装着して起立する際の動作、及び、アクチュエータ1の制御を説明する。
(Standing motion and actuator control)
Next, the operation when the assist pants 20 of the first embodiment is worn and standing and the control of the actuator 1 will be described.

図16Aは起立の動作を示した説明図であり、(e)は着座姿勢、(f)は起立動作の開始時の姿勢、(g)は椅子103から臀部が離れた直後の姿勢、(h)は起立直前の姿勢をそれぞれ示している。図16Bは、各姿勢において動作センサ27で検出される加速度と時間の関係を示しており、図12Aと同様に実線33Bは垂直方向の加速度、点線34Bは水平方向の加速度をそれぞれ示している。図16Cは、各姿勢において、図16Aの姿勢(g)に示した体幹前傾角(AFI)と、筋電センサ28で検出される外側広筋の筋電位との時間的な変化を示しており、実線35Bが体幹前傾角、点線36Bが筋電位をそれぞれ示している。
また、図17は、起立の際の第1のアクチュエータセット及び第2のアクチュエータセットの駆動方法を示すフローチャートである。図18Bは、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dに印加される圧力の変化を示す説明図である。図18Cは、バルブ25、26の開閉を示す説明図である。なお、図18B及び図18Cとの比較のために、図16Aと同じ説明図を図18Aとして示している。図18B及び図18Cにおいて、点線31Bはアクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力、実線32Bはアクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力、点線37Bはバルブ25の開閉、実線38Bはバルブ26の開閉をそれぞれ示している。
なお、姿勢(g)の制御部29での判定は、例えば、腰が水平方向に移動した後、垂直方向に移動するなど、起立動作開始時の特徴的な動きを図16Bに示した動作センサ27の加速度変化から検出することにより、制御部29で判定できる。あるいは、脚に力を入れようとした瞬間を筋電センサ28により検出することで、制御部29で判定できる。姿勢(f)の時点で起立の意図を精度良く検出するためには、動作センサ27の加速度と体幹前傾角との組み合わせが適している。これらを組合わせて制御部29で判定することにより、姿勢(f)の状態から立ち上がりのアシストを開始できる。
FIG. 16A is an explanatory view showing a standing motion, where (e) is a sitting posture, (f) is a posture at the start of the standing motion, (g) is a posture immediately after the buttocks are separated from the chair 103, (h ) Shows the posture just before standing up. FIG. 16B shows the relationship between the acceleration detected by the motion sensor 27 in each posture and time, and as in FIG. 12A, the solid line 33B shows the acceleration in the vertical direction and the dotted line 34B shows the acceleration in the horizontal direction. FIG. 16C shows temporal changes between the trunk forward inclination angle (AFI) shown in the posture (g) of FIG. 16A and the myoelectric potential of the outer vastus muscle detected by the myoelectric sensor 28 in each posture. The solid line 35B indicates the trunk forward tilt angle, and the dotted line 36B indicates the myoelectric potential.
FIG. 17 is a flowchart showing a driving method of the first actuator set and the second actuator set at the time of standing. FIG. 18B is an explanatory diagram illustrating changes in pressure applied to the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D. FIG. 18C is an explanatory diagram showing opening and closing of the valves 25 and 26. For comparison with FIGS. 18B and 18C, the same explanatory diagram as FIG. 16A is shown as FIG. 18A. 18B and 18C, the dotted line 31B indicates the pressure of the actuator structures 22A and 22C, the solid line 32B indicates the pressure of the actuator structures 22B and 22D, the dotted line 37B indicates opening and closing of the valve 25, and the solid line 38B indicates opening and closing of the valve 26, respectively. Show.
Note that the posture (g) is determined by the control unit 29 by, for example, the motion sensor shown in FIG. 16B indicating the characteristic motion at the start of the standing motion, such as the waist moving in the horizontal direction and then moving in the vertical direction. It can be determined by the control unit 29 by detecting from the 27 acceleration changes. Alternatively, the control unit 29 can determine by detecting the moment when force is applied to the leg by the myoelectric sensor 28. In order to accurately detect the intention of standing up at the time of posture (f), a combination of the acceleration of the motion sensor 27 and the trunk inclination angle is suitable. By combining these and determining by the control unit 29, the assist for rising can be started from the posture (f).

起立の際の各アクチュエータ1の駆動方法は、椅子103から臀部が離れる瞬間を検出するための準備ステップと、起立動作を支援するステップと、起立後の姿勢を設定するステップとを備えている。   The driving method of each actuator 1 at the time of standing includes a preparation step for detecting the moment when the buttocks leave the chair 103, a step for supporting the standing motion, and a step for setting the posture after standing.

起立動作に入る前は、図13のステップS24と同様の加圧状態であり、アクチュエータ用構造体22B,22Dは、潰れない程度に加圧されて径方向に膨張し、アクチュエータ用構造体22A,22Cは、アクチュエータ用構造体22B,22Dによる発生力を加味し、着座姿勢において、アクチュエータ用構造体22B,22Dとバランスがとれるように加圧され、バルブ25及びバルブ26は閉じた状態である。そして、図16Aの姿勢(f)において、動作センサ27により起立の意図を検出したと制御部29で判定すると、制御部29でバルブ25を開き、アクチュエータ用構造体22A,22Cを加圧する(図17のステップS31)。そして、臀部が椅子103から離れた姿勢(g)を検出したと制御部29で判定した後、制御部29でバルブ26を開く(図17のステップS32)。   Before entering the standing-up operation, the pressure state is the same as in step S24 of FIG. 13, and the actuator structures 22B and 22D are pressurized to such an extent that they are not crushed and expand in the radial direction. 22C takes into account the force generated by the actuator structures 22B and 22D, and in the seated position, the pressure is applied so as to balance the actuator structures 22B and 22D, and the valves 25 and 26 are closed. 16A, when the control unit 29 determines that the intention to stand up is detected by the motion sensor 27, the control unit 29 opens the valve 25 and pressurizes the actuator structures 22A and 22C (see FIG. 16A). 17 step S31). And after determining with the control part 29 having detected the attitude | position (g) from which the buttocks left | separated from the chair 103, the valve | bulb 26 is opened by the control part 29 (step S32 of FIG. 17).

臀部が椅子103から離れた後、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を下げ、アクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力を上げることで、股関節を伸ばす起立動作の支援を行う。アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力が一致した後は、同圧のまま、アクチュエータ22A,22C及びアクチュエータ22B,22Dの圧力を下げる(図17のステップS33)。アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dが同圧のとき、圧力による発生力はバランスがとれ、静的なバネ力のみが働く。この静的なバネ力を、起立姿勢でバランスがとれるように構成した場合、姿勢(h)の前後では、圧力による発生力はバランスが取れているものの、股関節は屈曲しているので、静的なバネ力によって股関節を伸ばす支援が行われる。なお、静的なバネ力だけではアシスト力が足りない場合は、アクチュエータ22B,22Dの圧力をアクチュエータ22A,22Cの圧力より高くしてもよい。   After the buttocks move away from the chair 103, the pressure of the actuator structures 22A and 22C is decreased and the pressure of the actuator structures 22B and 22D is increased, thereby supporting the standing motion of extending the hip joint. After the pressures of the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D match, the pressures of the actuators 22A and 22C and the actuators 22B and 22D are reduced while maintaining the same pressure (step S33 in FIG. 17). When the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D have the same pressure, the force generated by the pressure is balanced, and only the static spring force works. When this static spring force is configured to be balanced in a standing posture, the force generated by pressure is balanced before and after posture (h), but the hip joint is bent. Support to stretch the hip joint with a strong spring force. When the assist force is insufficient with only the static spring force, the pressure of the actuators 22B and 22D may be higher than the pressure of the actuators 22A and 22C.

そして、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dの圧力を調整して起立動作を支援し、起立動作がほぼ完了すると、定常状態に移行する。このとき、アクチュエータ用構造体22A,22C及びアクチュエータ用構造体22B,22Dには予圧をかけ、制御部29でバルブ25及びバルブ26は閉じる(図17のステップS34)。
以上のように、本実施の形態1のアシストパンツ20は立ち上がりの支援にも用いることができる。
Then, the pressure of the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D is adjusted to support the standing-up operation, and when the standing-up operation is almost completed, a transition is made to a steady state. At this time, preload is applied to the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 22B and 22D, and the valve 25 and the valve 26 are closed by the control unit 29 (step S34 in FIG. 17).
As described above, the assist pants 20 according to the first embodiment can also be used for support for rising.

なお、本実施の形態1のアシストパンツ20は、歩行動作に合わせて、右脚と左脚のアクチュエータ1をそれぞれ独立して動作させることで、歩行動作の支援も行うことができる。   The assist pants 20 of the first embodiment can also support the walking motion by independently operating the right leg and left leg actuators 1 in accordance with the walking motion.

(実施の形態2)
本実施の形態2において、実施の形態1と異なるのは、アシストパンツ20Bのアシストパンツ本体21の後面に配置されるアクチュエータ用構造体、配管、バルブ、圧力源とその制御方法のみである。まず、図20及び図21を参照しながら、本実施形態2の後面の構成を説明する。実施の形態1と同じ構成要素は、同じ符号を付し、説明を省略する。
図20は、アシストパンツ20Bを後ろから見た斜視図である。図20において、腰から左右脚のそれぞれの膝裏にかけて左右のアクチュエータ用構造体42A、42B、42C及び42D、42E、42Fがそれぞれ直列に配置され、左右の臀部(臀部用)のアクチュエータ用構造体42B,42Eはそれぞれ左右の配管44Bを介して左右の中央側のバルブ46に接続されている。左右の上側(腰部用)及び下側(太もも裏側用)のアクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fはそれぞれ左右の配管44Aを介して左右の端側用のバルブ45に接続され、バルブ45及び46は左右の圧力源43に接続されている。よって、前側のアクチュエータ1A,1Cは、筒体10の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮するものであり、アクチュエータ用構造体22A,22Cと、圧力源23Aと、配管24と、バルブ25とを備えている。後側の上側と下側のそれぞれのアクチュエータ?は、筒体10の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮するものであり、アクチュエータ用構造体42A,42D,42C,42Fと、圧力源43と、配管44Aと、バルブ45とを備えている。後側の臀部のそれぞれのアクチュエータ?は、筒体10の中空部に流体の加圧力を制御することにより径方向に膨張、収縮するとともに長手方向に伸縮するものであり、アクチュエータ用構造体42B,42Eと、圧力源43と、配管44Bと、バルブ46とを備えている。
(Embodiment 2)
The second embodiment is different from the first embodiment only in the actuator structure, piping, valve, pressure source and control method thereof arranged on the rear surface of the assist pant body 21 of the assist pant 20B. First, the configuration of the rear surface of the second embodiment will be described with reference to FIGS. The same components as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
FIG. 20 is a perspective view of the assist pants 20B viewed from behind. In FIG. 20, left and right actuator structures 42A, 42B, 42C and 42D, 42E, 42F are arranged in series from the waist to the backs of the left and right legs, respectively, and left and right buttocks (for hips) actuator structures. 42B and 42E are connected to the left and right central valves 46 via left and right pipes 44B, respectively. The actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F on the left and right upper side (for the waist) and the lower side (for the back of the thigh) are connected to the left and right end side valves 45 via the left and right pipes 44A, respectively. And 46 are connected to the right and left pressure sources 43. Therefore, the actuators 1A and 1C on the front side expand and contract in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylindrical body 10, and the actuator structures 22A and 22C, the pressure source 23A, the piping 24 and a valve 25 are provided. The upper and lower actuators on the rear side? Is configured to expand and contract in the longitudinal direction by controlling the pressure applied to the hollow portion of the cylindrical body 10, and includes actuator structures 42A, 42D, 42C, 42F, a pressure source 43, a pipe 44A, and a valve. 45. Each actuator on the back buttock? Is configured to expand and contract in the radial direction and expand and contract in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylindrical body 10. The actuator structures 42 B and 42 E, the pressure source 43, and the piping 44B and a valve 46 are provided.

各圧力源43は、バルブ46及び配管44Bを介してアクチュエータ用構造体42B,42Eに流体を出し入れすることで、アクチュエータ用構造体42B,42Eの内部の圧力を増減し、アクチュエータ用構造体42B,42Eを伸縮させるとともに、バルブ45及び配管44Aを介してアクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fに流体を出し入れすることで、アクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fの内部の圧力を増減し、アクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fを伸縮させる。   Each pressure source 43 increases and decreases the pressure inside the actuator structures 42B and 42E by flowing fluid into and out of the actuator structures 42B and 42E via the valve 46 and the pipe 44B, and thereby the actuator structures 42B and 42E. 42E is expanded and contracted, and the pressure inside the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F is increased and decreased by flowing fluid into and out of the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F through the valve 45 and the pipe 44A. Then, the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F are expanded and contracted.

図21は制御のブロック図を示している。本実施形態2では、制御部29は、動作センサ27、あるいは、筋電センサ28からの信号を基に、ユーザ100の動作を判定し、前面側用のバルブ25及び後面側用のバルブ45、46の開閉と前面側用の圧力源23A及び後面側用の圧力源43の圧力とを制御する。   FIG. 21 shows a block diagram of control. In the second embodiment, the control unit 29 determines the operation of the user 100 based on a signal from the motion sensor 27 or the myoelectric sensor 28, and the front side valve 25 and the rear side valve 45, 46 is controlled and the pressure of the pressure source 23A for the front side and the pressure source 43 for the rear side is controlled.

図22A及び図22Bは、アクチュエータのアシスト方向の説明図である。図22Aは前側のアクチュエータの説明図である。図22Bは後ろ側のアクチュエータの説明図である。それぞれ、屈伸動作中の人体を左側から見たときのアクチュエータ用構造体の動作を示している。図22Aにおいて、左脚前側のアクチュエータ用構造体22Aが加圧されると、アクチュエータ用構造体22Aは収縮し、股関節を曲げる方向にアシスト力を発生する。また、図22Bにおいて、左脚後ろ側のアクチュエータ用構造体42A、42B、42Cが加圧されると、アクチュエータ用構造体42A、42B、42Cは収縮し、股関節を伸ばす方向にアシスト力を発生する。   22A and 22B are explanatory diagrams of the assist direction of the actuator. FIG. 22A is an explanatory diagram of the actuator on the front side. FIG. 22B is an explanatory diagram of the actuator on the rear side. The operation of the actuator structure is shown when the human body undergoing bending and stretching operations is viewed from the left side. 22A, when the actuator structure 22A on the front side of the left leg is pressurized, the actuator structure 22A contracts and generates an assist force in the direction of bending the hip joint. In FIG. 22B, when the actuator structures 42A, 42B, 42C on the rear side of the left leg are pressurized, the actuator structures 42A, 42B, 42C contract and generate assist force in the direction of extending the hip joint. .

次に、本実施の形態2のアシストパンツ20Bを装着して着座する際の動作、及び、アクチュエータの制御を説明する。ここで、前側のアクチュエータ1A,1Cは、アクチュエータ用構造体22A,22C、圧力源23A、配管24A、及びバルブ25を有している。後側の臀部のアクチュエータ1は、アクチュエータ用構造体42B,42E、圧力源43、配管44B、及びバルブ46を有している。後側の上側と下側のアクチュエータ1は、アクチュエータ用構造体42A,42D及び42C,42F、圧力源43、配管44A、及びバルブ45を有している。なお、圧力源43は後側の上側と下側のアクチュエータ1の兼用で、バルブ45及び46の開閉により、駆動するアクチュエータ用構造体の切り換え、あるいは、同時駆動が可能である。   Next, an operation when the assist pants 20B of the second embodiment is worn and seated and the control of the actuator will be described. Here, the actuators 1A and 1C on the front side include actuator structures 22A and 22C, a pressure source 23A, a pipe 24A, and a valve 25. The rear flange 1 actuator includes actuator structures 42B and 42E, a pressure source 43, a pipe 44B, and a valve 46. The upper and lower actuators 1 on the rear side include actuator structures 42A, 42D and 42C, 42F, a pressure source 43, a pipe 44A, and a valve 45. The pressure source 43 is also used as the upper and lower actuators 1 on the rear side, and the actuator structure to be driven can be switched or simultaneously driven by opening and closing the valves 45 and 46.

図23は着座の際の前側のアクチュエータ1A,1C、及び後側の上側と下側のアクチュエータ1の駆動方法を示すフローチャートである。図24Bはこれらのアクチュエータ1で印加される圧力の時間的な変化を示す説明図である。図24Cはバルブ25、45、46の開閉を示す説明図である。なお、図24B及び図24Cとの比較のために、図12Aと同じ説明図を図24Aとして示している。図24B及び図24Cにおいて、点線51はアクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力、実線52はアクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力、破線53はアクチュエータ用構造体42A,42D及び42C,42Fの圧力、点線54はバルブ25の開閉、実線55はバルブ46の開閉、破線56はバルブ45の開閉をそれぞれ示している。なお、着座動作において、右脚側は左脚側と同じ動作をするものとして説明を省略する。   FIG. 23 is a flowchart showing a method of driving the front actuators 1A and 1C and the rear upper and lower actuators 1 when seated. FIG. 24B is an explanatory diagram showing temporal changes in pressure applied by these actuators 1. FIG. 24C is an explanatory diagram showing opening and closing of the valves 25, 45 and 46. For comparison with FIG. 24B and FIG. 24C, the same explanatory view as FIG. 12A is shown as FIG. 24A. 24B and 24C, the dotted line 51 is the pressure of the actuator structures 22A and 22C, the solid line 52 is the pressure of the actuator structures 42B and 42E, the broken line 53 is the pressure of the actuator structures 42A and 42D and 42C and 42F, A dotted line 54 indicates opening and closing of the valve 25, a solid line 55 indicates opening and closing of the valve 46, and a broken line 56 indicates opening and closing of the valve 45, respectively. In the sitting operation, the right leg side performs the same operation as the left leg side, and the description is omitted.

着座の際のアクチュエータの駆動方法は、アクチュエータ用構造体42Bを加圧するステップと、着座動作を支援するステップと、着座後の姿勢を設定するステップとを備えている。   The driving method of the actuator at the time of sitting includes the step of pressurizing the actuator structure 42B, the step of supporting the sitting operation, and the step of setting the posture after sitting.

着座動作に入る前は、図6のステップS1と同様の定常状態であり、アクチュエータ用構造体22A、アクチュエータ用構造体42B、アクチュエータ用構造体42A及び42Cに予圧をかけ、バルブ25、45及び46は閉じた状態である。そして、図24Aの姿勢(b)において動作センサ27により着座の意図を検出したと制御部29で判定すると、バルブ45を開いてアクチュエータ用構造体42A及び42Cを減圧し、アクチュエータ用構造体42A及び42Cの減圧が完了したところで、バルブ45を閉じ、バルブ46を開けてアクチュエータ用構造体42Bを加圧する(図23のステップS41)。そして、アクチュエータ用構造体42Bを十分に加圧した後、バルブ46を閉じる(図23のステップS42)。   Before entering the seating operation, the steady state is the same as in step S1 of FIG. 6, and preload is applied to the actuator structure 22A, the actuator structure 42B, and the actuator structures 42A and 42C, and the valves 25, 45, and 46 are applied. Is closed. When the control unit 29 determines that the seating intention is detected by the motion sensor 27 in the posture (b) of FIG. 24A, the valve 45 is opened to depressurize the actuator structures 42A and 42C, and the actuator structure 42A and When the pressure reduction of 42C is completed, the valve 45 is closed and the valve 46 is opened to pressurize the actuator structure 42B (step S41 in FIG. 23). Then, after sufficiently pressurizing the actuator structure 42B, the valve 46 is closed (step S42 in FIG. 23).

ここで、アクチュエータ用構造体42Bを加圧して径方向に膨張させるのは、着座の際の衝撃に備えるためであり、アクチュエータ用構造体42Bを加圧して径方向に膨張させたのち、バルブ46を閉じることにより、アクチュエータ用構造体42Bにクッションの役割を持たせている。このとき、アクチュエータ用構造体42Bのみを駆動すると、アクチュエータ用構造体42Bが長手方向に収縮し、股関節を伸ばす方向に力が働くため、着座の動作が乱れてしまう。そのため、ステップS41ではアクチュエータ用構造体42Bの加圧の前にアクチュエータ用構造体42A及び42Cを減圧して、アクチュエータ用構造体42A及び42Cを長手方向に伸ばしている。   Here, the reason why the actuator structure 42B is pressurized and expanded in the radial direction is to prepare for an impact at the time of sitting, and after the actuator structure 42B is pressurized and expanded in the radial direction, the valve 46 is expanded. By closing, the actuator structure 42B has a cushioning function. At this time, if only the actuator structure 42B is driven, the actuator structure 42B contracts in the longitudinal direction and a force acts in the direction of extending the hip joint, so that the sitting operation is disturbed. Therefore, in step S41, the actuator structures 42A and 42C are depressurized before the actuator structure 42B is pressurized, and the actuator structures 42A and 42C are extended in the longitudinal direction.

また、着座の際に前傾姿勢をとるため、アクチュエータ用構造体22Aの圧力は、着座動作に入ると加圧される。このとき、直列に連結されたアクチュエータ用構造体42A、42B、42Cは、トータルとしては収縮する力が弱いので、アクチュエータ用構造体22Aは比較的小さな圧力の印加により前傾姿勢でバランスがとれた状態になる。ここで、前傾姿勢でバランスがとれた状態とは、アクチュエータ用構造体42Bが収縮しながらも、アクチュエータ用構造体42A、42B、42Cのトータルとしてみれば、長さが伸びた状態でアクチュエータ用構造体22Aが収縮する力と釣り合う状態のことである。   In addition, the actuator structure 22A is pressurized when the seating operation is started in order to take a forward leaning posture during seating. At this time, since the actuator structures 42A, 42B, and 42C connected in series are weak in contracting force as a whole, the actuator structure 22A is balanced in a forward tilt posture by applying a relatively small pressure. It becomes a state. Here, the balanced state in the forward leaning posture means that the actuator structure 42B contracts but the actuator structures 42A, 42B, and 42C have the length extended when viewed as the total of the actuator structures 42A, 42B, and 42C. This is a state in which the structure 22A balances with the contracting force.

本実施の形態2のアシストパンツ20Bでは、アクチュエータ用構造体22Aとアクチュエータ用構造体42B及び42Aと42Cによる発生力が、バランスされる姿勢を変化させていくことで着座動作を支援している。したがって、アシストパンツ20Bにより設定された姿勢からずれるほど、アシスト力が大きくなる。   In the assist pants 20B of the second embodiment, the seating operation is supported by changing the posture in which the force generated by the actuator structure 22A and the actuator structures 42B and 42A and 42C is balanced. Therefore, the assist force increases as the posture deviates from that set by the assist pants 20B.

バルブ46を閉じた後は、アクチュエータ用構造体42Bと、アクチュエータ用構造体42A及び42Cの圧力はほぼ一定で推移し、アクチュエータ用構造体42Bは収縮し、アクチュエータ用構造体42A及び42Cは伸長した状態を維持する。そのため、アクチュエータ用構造体22Aの圧力を調整することで、着座動作の支援を制御部29で行う。着座動作の一例では、図24Aに示すように、姿勢(a)から姿勢(c)の直前までは、臀部を後ろに突き出すとともに、バランスをとるため、徐々に前傾姿勢になる。そして、姿勢(c)から姿勢(d)の間で体を起こしつつ、臀部は椅子103に向かって落ちていく。例えば、この動作を支援するため、アクチュエータ用構造体22Aの圧力を徐々に上げ、姿勢(c)を境に圧力を下げるように制御部29で制御する(図23のステップS43)。なお、姿勢(c)において深い前傾姿勢をとると、重心が前の方に残り着座動作の速度が緩やかになる。着座動作が速すぎると制御部29で判定した場合は、アクチュエータ用構造体22Aの圧力を高めに制御部29で制御して、速度を緩めるようにしてもよい。   After the valve 46 is closed, the pressures of the actuator structure 42B and the actuator structures 42A and 42C remain substantially constant, the actuator structure 42B contracts, and the actuator structures 42A and 42C expand. Maintain state. Therefore, the control unit 29 supports the seating operation by adjusting the pressure of the actuator structure 22A. In an example of the sitting operation, as shown in FIG. 24A, from the posture (a) to immediately before the posture (c), the hip portion is projected backward and the posture is gradually forward tilted to balance. Then, while raising the body between the posture (c) and the posture (d), the buttocks fall toward the chair 103. For example, in order to support this operation, the control unit 29 performs control so that the pressure of the actuator structure 22A is gradually increased and the pressure is decreased with the posture (c) as a boundary (step S43 in FIG. 23). Note that if the posture (c) is a deep forward leaning posture, the center of gravity remains in front and the speed of the seating operation becomes slow. If the control unit 29 determines that the seating operation is too fast, the control unit 29 may increase the pressure of the actuator structure 22A to reduce the speed.

このような制御を制御部29で行うと、着座動作の速度を緩和したり、臀部のアクチュエータ用構造体42Bが加圧されて径方向に膨張してクッションとなるので、着座の際の衝撃を緩和できる。これにより、アクチュエータ用構造体42Bが着座の衝撃で潰れて破損することを防ぐことができる。
本実施の形態2ではさらに、後面側のアクチュエータ用構造体を分割しているので、アクチュエータ用構造体42Bを加圧しても、アクチュエータ用構造体42A、42Cを減圧してやれば、図22Bに示したような股関節を伸ばす力が働かない。したがって、前側のアクチュエータ用構造体22Aの圧力を上げてバランスをとる必要がないので、前側のアクチュエータ用構造体22Aの駆動圧力を小さくでき、消費エネルギーを小さくできる。また、アクチュエータ用構造体42B以外のアクチュエータ用構造体は圧力を低く抑えられるので、液漏れなど耐圧性能に起因するリスクを低減できる。
When such a control is performed by the control unit 29, the speed of the seating operation is reduced, or the actuator structure 42B of the collar portion is pressurized and expands in the radial direction to become a cushion. Can be relaxed. Thereby, it is possible to prevent the actuator structure 42B from being crushed and damaged by the impact of the seating.
In the second embodiment, since the actuator structure on the rear side is further divided, even if the actuator structure 42B is pressurized, if the actuator structures 42A and 42C are decompressed, the structure shown in FIG. 22B is obtained. Such a force to stretch the hip joint does not work. Therefore, there is no need to increase the pressure of the front actuator structure 22A, so that the driving pressure of the front actuator structure 22A can be reduced and the energy consumption can be reduced. In addition, since the pressure of actuator structures other than the actuator structure 42B can be kept low, the risk due to pressure resistance such as liquid leakage can be reduced.

着座が完了すると、次に起立の意図を検出したと制御部29で判定するまでの間は、座った状態を維持することになる。このとき、アクチュエータ用構造体42B,42Eは着座の衝撃に備えて高めに設定していた圧力を、アクチュエータ用構造体42B,42Eが潰れない程度まで下げ、アクチュエータ用構造体22A,22Cは着座姿勢で余分な力が発生しない圧力まで下げる。アクチュエータ用構造体22A,22Cのこの圧力は着座姿勢による弛みが解消する程度の圧力であり、起立状態の予圧よりやや高い。また、アクチュエータ用構造体42A,42D及び42C,42Fは圧力を下げたままの状態とし、バルブ45及び46を閉じる(図23のステップS44)。   When the sitting is completed, the sitting state is maintained until the control unit 29 determines that the intention to stand is detected next. At this time, the actuator structures 42B and 42E lower the pressure set high in preparation for the impact of the seating to such an extent that the actuator structures 42B and 42E are not crushed, and the actuator structures 22A and 22C are seated. Reduce to a pressure that does not generate excessive force. This pressure of the actuator structures 22A and 22C is such a pressure that the slack due to the sitting posture is eliminated, and is slightly higher than the preload in the standing state. Further, the actuator structures 42A, 42D and 42C, 42F are kept in a state where the pressure is lowered, and the valves 45 and 46 are closed (step S44 in FIG. 23).

ここで、アクチュエータ用構造体42A,42D及び42C,42Fの圧力を下げたままにするのは、直列につながったアクチュエータ用構造体42A〜42Fが全体として余分な力を発生しないようにするためである。これにより、着座中にバランスをとってアクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を上げる必要がないので、着座中に股関節を前後両側から引っ張られるような圧迫感を低減できる。   Here, the pressure of the actuator structures 42A, 42D and 42C, 42F is kept low so that the actuator structures 42A to 42F connected in series do not generate extra force as a whole. is there. Accordingly, there is no need to increase the pressure of the actuator structures 22A and 22C while balancing while sitting, so that it is possible to reduce a feeling of pressure that causes the hip joint to be pulled from both the front and rear sides during sitting.

なお、図23〜図24Cに示したアクチュエータ1の圧力制御は、姿勢(b)から姿勢(d)の間の動作が比較的短時間で行われる、あるいは、細かい制御を行わない場合を想定している。しかし、アクチュエータ1の応答速度が着座動作と比べて十分に速く、着座動作の途中姿勢の把握も逐次行える場合は、図25B及び図25Cに示すように、着座の直前にアクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力を高めるように制御してもよい。   Note that the pressure control of the actuator 1 shown in FIGS. 23 to 24C assumes a case where the operation from the posture (b) to the posture (d) is performed in a relatively short time, or fine control is not performed. ing. However, when the response speed of the actuator 1 is sufficiently faster than the seating operation and the posture during the seating operation can be grasped sequentially, as shown in FIGS. 25B and 25C, the actuator structure 42B, You may control to raise the pressure of 42E.

このようにすると、ユーザの動作の自由度が向上する。図24B及び図24Cに示した制御では、着座の動作に入ると、アシストパンツ20Bの動きに合わせてユーザ100が動作することになるが、図25B及び図25Cに示す制御では、着座の直前までアシストパンツの剛性が低く、ユーザが自由に動ける状態になる。そのため着座動作の途中で止まったり、途中で別の動作に移行することもできるため、不測の事態にも対応できる。   If it does in this way, the freedom degree of a user's operation will improve. In the control shown in FIG. 24B and FIG. 24C, when entering the seating operation, the user 100 operates in accordance with the movement of the assist pants 20B. However, in the control shown in FIG. 25B and FIG. The assist pants have low rigidity, and the user can move freely. Therefore, it is possible to stop in the middle of the sitting operation or to shift to another operation in the middle, so that it is possible to cope with unexpected situations.

具体的には、姿勢(c)までは、アシストを行わず、アクチュエータ用構造体22A,22C及び42A〜42Fは予圧のままにしておく。その後、筋電センサ28等で着座直前の状態を制御部29で判定し、まずバルブ45を開いてアクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fを減圧し、バルブ45を閉じる。次にバルブ25、46を開いてアクチュエータ用構造体22A,22C及び42B,42Eを加圧してバルブ25、46を閉じる。
このとき、アクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力は、着座の際の衝撃に備えて高めに設定する。一方、アクチュエータ用構造体22A,22Cは、後面側の直列に繋がれたアクチュエータ用構造体42A、42B、42C及び42D、42E、42Fがトータルとしては収縮する力が弱いので、圧力を大きく上げる必要は無い。そのため、前屈姿勢により生じた弛みを解消する程度の圧力に設定される。
着座後に再びバルブ46を開け、アクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力を下げ、バルブ46を閉じる。
Specifically, no assist is performed until the posture (c), and the actuator structures 22A, 22C, and 42A to 42F are left in the preload state. Thereafter, the state immediately before sitting is determined by the controller 29 using the myoelectric sensor 28 or the like. First, the valve 45 is opened, the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F are decompressed, and the valve 45 is closed. Next, the valves 25 and 46 are opened to pressurize the actuator structures 22A and 22C and 42B and 42E, and the valves 25 and 46 are closed.
At this time, the pressures of the actuator structures 42B and 42E are set higher in preparation for an impact at the time of sitting. On the other hand, the actuator structures 22A and 22C need to be greatly increased in pressure because the actuator structures 42A, 42B, 42C and 42D, 42E and 42F connected in series on the rear side are weak in contraction as a whole. There is no. Therefore, the pressure is set so as to eliminate the slack caused by the forward bending posture.
After the seating, the valve 46 is opened again, the pressure of the actuator structures 42B and 42E is lowered, and the valve 46 is closed.

以上のような制御を制御部29で行うと、アクチュエータ用構造体22A,22Cの駆動圧力が低減され、ユーザ動作の自由度が向上するとともに、液漏れなど耐圧性能に起因するリスクもさらに低減できる。   When the control as described above is performed by the control unit 29, the driving pressure of the actuator structures 22A and 22C is reduced, the degree of freedom of user operation is improved, and the risk due to pressure resistance performance such as liquid leakage can be further reduced. .

次に、本実施の形態2のアシストパンツ20Bを装着して起立する際の動作、及び、アクチュエータの制御を説明する。   Next, the operation when the assist pants 20B according to the second embodiment is worn and standing and the control of the actuator will be described.

図26は、起立の際の前記アクチュエータ1,1A,1Cの駆動方法を示すフローチャートである。図27Aは起立の動作を示した説明図であり、(e)は着座姿勢、(f)は起立動作の開始時の姿勢、(g)は椅子103から臀部が離れた際の姿勢、(h)は起立直前の姿勢をそれぞれ示している。図27Bは前記アクチュエータ1,1A,1Cで印加される圧力の変化を示す説明図である。図27Cはバルブ25、45、46の開閉を示す説明図である。図27B及び図27Cにおいて、点線51Bはアクチュエータ用構造体22Aの圧力を示し、実線52Bはアクチュエータ用構造体42Bの圧力を示し、破線53Bはアクチュエータ用構造体42A及び42Cの圧力を示し、点線54Bはバルブ25の開閉を示し、実線55Bはバルブ46の開閉を示し、破線56Bはバルブ45の開閉を示している。   FIG. 26 is a flowchart showing a method of driving the actuators 1, 1A, 1C at the time of standing. FIG. 27A is an explanatory diagram showing a standing motion, where (e) is a sitting posture, (f) is a posture at the start of the standing motion, (g) is a posture when the buttocks are separated from the chair 103, (h ) Shows the posture just before standing up. FIG. 27B is an explanatory diagram showing changes in pressure applied by the actuators 1, 1A, 1C. FIG. 27C is an explanatory diagram showing opening and closing of the valves 25, 45 and 46. 27B and 27C, the dotted line 51B indicates the pressure of the actuator structure 22A, the solid line 52B indicates the pressure of the actuator structure 42B, the broken line 53B indicates the pressure of the actuator structures 42A and 42C, and the dotted line 54B. Indicates the opening and closing of the valve 25, the solid line 55B indicates the opening and closing of the valve 46, and the broken line 56B indicates the opening and closing of the valve 45.

起立の際のアクチュエータ1,1A,1Cの駆動方法は、ユーザ100が椅子103から臀部が離れるまでの予備動作のステップと、起立動作を支援するステップと、起立後の姿勢を設定するステップとを備えている。   The driving method of the actuators 1, 1 </ b> A, 1 </ b> C at the time of standing includes a step of a preliminary operation until the user 100 leaves the buttocks from the chair 103, a step of supporting the standing operation, and a step of setting the posture after standing up I have.

予備動作に入る前は、図23のステップS44と同様の加圧状態であり、アクチュエータ用構造体22A,22Cは予圧をかけられ、アクチュエータ用構造体42B,42Eは潰れない程度に加圧され、アクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fは減圧され、バルブ25、45、46は閉じた状態である。そして、図27Aの姿勢(f)において、動作センサ27により起立の意図を検出したと制御部29で判定すると、制御部29でバルブ25を開き、アクチュエータ用構造体22A,22Cを駆動して起立支援(予備動作)を開始する(図26のステップS51)。そして、臀部が椅子103から離れた後、制御部29でバルブ45、46を開いてアクチュエータ用構造体42B,4Eとアクチュエータ用構造体42A,42D,42C,42Fを同圧にする(図26のステップS52)。この後、アクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fは圧力源43により、一体に駆動される。   Before entering the preliminary operation, the pressure state is the same as in step S44 of FIG. 23, the actuator structures 22A and 22C are preloaded, and the actuator structures 42B and 42E are pressurized to such an extent that they are not crushed. The actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F are depressurized, and the valves 25, 45, and 46 are closed. 27A, when the control unit 29 determines that the intention to stand up is detected by the motion sensor 27, the control unit 29 opens the valve 25 and drives the actuator structures 22A and 22C to stand up. Support (preliminary operation) is started (step S51 in FIG. 26). Then, after the buttocks move away from the chair 103, the control unit 29 opens the valves 45 and 46 to make the actuator structures 42B and 4E and the actuator structures 42A, 42D, 42C and 42F have the same pressure (see FIG. 26). Step S52). Thereafter, the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F are integrally driven by the pressure source 43.

臀部が椅子103から離れた後、アクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力を下げ、一体駆動されるアクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fの圧力を上げることで、股関節を伸ばす起立動作の支援を行う。アクチュエータ用構造体22Aとアクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fの圧力が一致した後は、同圧のまま、アクチュエータ用構造体22A,22Cとアクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fの圧力を下げる(図26のステップS53)。アクチュエータ用構造体22A,22Cとアクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fが同圧のとき、圧力による発生力はバランスがとれ、静的なバネ力のみが働く。この静的なバネ力を、図24Aの姿勢(a)のような起立姿勢でバランスがとれるように構成しておくと、姿勢(h)前後の前傾姿勢では、アクチュエータ用構造体22A,22Cが縮み、アクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fが伸びた状態なので、股関節を伸ばす支援が行われる。なお、静的なバネ力だけではアシスト力が足りない場合は、アクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fの圧力をアクチュエータ用構造体22A,22Cの圧力より高くしてもよい。   After the buttocks move away from the chair 103, the pressure of the actuator structures 22A and 22C is decreased, and the hip joints are extended by increasing the pressure of the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F that are integrally driven. Supports standing motion. After the pressures of the actuator structure 22A and the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, 42F match, the actuator structures 22A, 22C and the actuator structures 42A, 42D, The pressures of 42B, 42E, 42C, and 42F are lowered (step S53 in FIG. 26). When the actuator structures 22A, 22C and the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, 42F are at the same pressure, the force generated by the pressure is balanced, and only the static spring force works. If this static spring force is configured so as to be balanced in a standing posture such as the posture (a) in FIG. 24A, the actuator structures 22A and 22C in the forward tilt posture before and after the posture (h). Since the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F are stretched, the hip joint is supported. When the assist force is insufficient with only the static spring force, the pressure of the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F may be higher than the pressure of the actuator structures 22A and 22C. .

そして、アクチュエータ用構造体22A,22C、アクチュエータ用構造体42A,4D、42B,42E、42C,42Fの圧力を調整して起立動作を支援し、起立動作がほぼ完了すると、定常状態に移行する。このとき、アクチュエータ用構造体22A,22C、アクチュエータ用構造体42A,42D、42B,42E、42C,42Fには予圧をかけ、バルブ25、45、46は閉じる(図26のステップS54)。   Then, the pressures of the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 42A, 4D, 42B, 42E, 42C, and 42F are adjusted to support the standing motion, and when the standing motion is almost completed, the state transitions to a steady state. At this time, preload is applied to the actuator structures 22A and 22C and the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F, and the valves 25, 45, and 46 are closed (step S54 in FIG. 26).

なお、本実施の形態2のアシストパンツ20Bは、歩行動作に合わせて、右脚と左脚のアクチュエータをそれぞれ独立して動作させることで歩行動作の支援も行うことができる。このとき、アクチュエータ用構造体42A,42D,42B,42E、42C,42Fは一体駆動される。   The assist pants 20B according to the second embodiment can also support the walking motion by independently operating the right leg and left leg actuators in accordance with the walking motion. At this time, the actuator structures 42A, 42D, 42B, 42E, 42C, and 42F are integrally driven.

また、転倒時にアクチュエータ1が潰されるのを防ぐこともできる。図28は転倒時の動作を示した説明図であり、(a)は歩行姿勢、(b)はバランスが崩れ始めた際の姿勢、(c)は転倒途中の姿勢、(d)は転倒直後の姿勢を示している。この場合も図23に示したフローチャートに従って制御することで、アクチュエータ用構造体42B,42Eの潰れを防ぐことができる。あるいは、アクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fをアクチュエータ用構造体42B,42Eと一体駆動して、アクチュエータ用構造体42A,42D、42C,42Fの潰れも合わせて防ぐようにしてもよい。
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、図29に示すように、臀部のみにアクチュエータ用構造体42B,42Eを配置して、アクチュエータ用構造体42B,42Eの上端と腰拘束部21aとは弾性の第1紐状部材110で連結するとともに、アクチュエータ用構造体42B,42Eの下端と膝拘束部21bとは弾性の第2紐状部材111で連結するようにしてもよい。第1紐状部材110及び第2紐状部材111は、それぞれ、伸び縮みしないワイヤで構成することができる。
このような構成において、着座の直前にアクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力を高めるように制御部29で制御する場合の動作を図30に示す。
図30において、姿勢(c)までは、アクチュエータ用構造体42B,42Eは予圧のままにしておく(図30DのステップS71)。
その後、筋電センサ28等で着座直前の状態を制御部29で判定し、制御部29で、バルブ26を開いてアクチュエータ用構造体42B,42Eを加圧して、潰れ抑制のために径方向に膨張させたのち、バルブ26を閉じる(図30のステップS72)。
着座後に再びバルブ26を開け、アクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力を下げ、バルブ26を閉じる(図30のステップS73)。なお、このステップS73は省略してもよい。
このとき、姿勢(c)から(d)の間で速やかに圧力を上げるために、姿勢(b)の時点で予圧を1段上げるようにしてもよい。またこのとき、アクチュエータ用構造体42B,42Eの予圧を1段階上げてから、着座直前にさらに圧力を上げるまでの間、バルブ26は開けたままにしておくと、着座直前に直ちに圧を上げることができる。又は、バルブ26と圧力源23Bの間にそれぞれ圧力容器を配置し、姿勢(b)でバルブ26を閉じた状態で圧力源23Bにより圧力容器の圧を上げ、姿勢(c)でバルブ26が開いた瞬間に一気にアクチュエータ用構造体42B,42Eの圧力が上昇するようにしてもよい。
このような構成すれば、基本的には先の図10Bと同様な作用を行うことができる上に、図10Bよりも、構造をより簡単なものとすることができる。図10Bと比較した場合、アクチュエータ用構造体42B,42Eの部分が短いので、瞬時に圧力を上げることができる。これにより、着座の直前までユーザ100が自由に動くことができ、着座の動作が妨げられないという利点がある。
なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
Further, it is possible to prevent the actuator 1 from being crushed when it falls. FIG. 28 is an explanatory view showing the operation at the time of the fall, (a) is the walking posture, (b) is the posture when the balance starts to be lost, (c) is the posture in the middle of the fall, and (d) is immediately after the fall. Shows the attitude. Also in this case, the actuator structures 42B and 42E can be prevented from being crushed by controlling according to the flowchart shown in FIG. Alternatively, the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F may be integrally driven with the actuator structures 42B and 42E to prevent the actuator structures 42A, 42D, 42C, and 42F from being crushed.
In addition, this invention is not limited to the said embodiment, It can implement in another various aspect. For example, as shown in FIG. 29, actuator structures 42B and 42E are arranged only on the collar, and the upper ends of the actuator structures 42B and 42E and the waist restraining portion 21a are connected by an elastic first string-like member 110. In addition, the lower ends of the actuator structures 42B and 42E and the knee restraint portion 21b may be connected by an elastic second string-like member 111. The 1st string-like member 110 and the 2nd string-like member 111 can each be comprised with the wire which does not expand / contract.
In such a configuration, FIG. 30 shows an operation in the case where control is performed by the control unit 29 so as to increase the pressure of the actuator structures 42B and 42E immediately before sitting.
In FIG. 30, until the posture (c), the actuator structures 42B and 42E are kept in the preload (step S71 in FIG. 30D).
After that, the controller 29 determines the state immediately before sitting with the myoelectric sensor 28 or the like, and the controller 29 opens the valve 26 to pressurize the actuator structures 42B and 42E, so as to suppress the collapse in the radial direction. After the expansion, the valve 26 is closed (step S72 in FIG. 30).
After the seating, the valve 26 is opened again, the pressure of the actuator structures 42B and 42E is lowered, and the valve 26 is closed (step S73 in FIG. 30). This step S73 may be omitted.
At this time, in order to quickly increase the pressure between postures (c) and (d), the preload may be increased by one step at the time of posture (b). At this time, if the valve 26 is kept open after the preload of the actuator structures 42B and 42E is increased by one step and before the pressure is further increased immediately before the seating, the pressure is immediately increased immediately before the seating. Can do. Alternatively, a pressure vessel is disposed between the valve 26 and the pressure source 23B, the pressure of the pressure vessel is increased by the pressure source 23B with the valve 26 closed in the posture (b), and the valve 26 is opened in the posture (c). The pressure of the actuator structures 42B and 42E may be increased at a stroke.
With such a configuration, basically the same operation as in FIG. 10B can be performed, and the structure can be made simpler than in FIG. 10B. Compared with FIG. 10B, the actuator structures 42B and 42E are short, so the pressure can be increased instantaneously. Accordingly, there is an advantage that the user 100 can move freely until just before sitting, and the sitting operation is not hindered.
In addition, it can be made to show the effect which each has by combining arbitrary embodiment or modification of the said various embodiment or modification suitably. In addition, combinations of the embodiments, combinations of the examples, or combinations of the embodiments and examples are possible, and combinations of features in different embodiments or examples are also possible.

本発明の前記態様にかかる動作アシスト装置は、臀部に配置されたアクチュエータ用構造体が着座の際に径方向に膨張して潰されるのを防ぎ、破損及び故障を低減でき、着座動作をアシストするアシストウェア等に有用である。   The motion assist device according to the aspect of the present invention prevents the actuator structure disposed in the collar from expanding and collapsing in the radial direction when seated, can reduce damage and failure, and assists the seating operation. Useful for assist wear.

1、1A、1B、1C、1D アクチュエータ
2、2A、2B アクチュエータ用構造体
3 圧力源
4 配管
5 流体
10 筒体
10a 筒体の内周面
10b 筒体の外周面
11 第1の弾性部材
11a 第1の弾性部材の内周面
11b 第1の弾性部材の外周面
11c 第1の弾性部材の貫通穴
12 第2の弾性部材
12a 第2の弾性部材の内周面
12b 第2の弾性部材の外周面
20,20B アシストパンツ
21 アシストパンツ本体
21a 腰拘束部
21b 膝拘束部
22A、22B、22C、22D アクチュエータ用構造体
23A、23B 圧力源
24A、24B 配管
25、26 バルブ
27 動作センサ
27a 加速度センサ
27b 角度センサ
27c ジャイロセンサ
28 筋電センサ
29 制御部
30 一点鎖線
31,31B,34,34B,36,36B,37,37B 点線
32,32B,33,33B,35,35B,38,38B 実線
42A,42B,42C,42D,42E,42F アクチュエータ用構造体
43 圧力源
44A,44B 配管
45,46 バルブ
51,51B,54,54B 点線
52,52B,55,55B 実線
53,53B,56,56B 破線
100 ユーザ
100a 腰
100b 膝
100c 臀部
101 動作アシスト装置
110 第1紐状部材
111 第2紐状部材
A1 アクチュエータ用構造体の軸
A2 筒体の軸心
b、b1、b2、b3、b5 骨部
c、c1、c2、c3、c4 溝
d 筒体の外径
p1 筒体の螺旋ピッチ
p2 溝の螺旋ピッチ
骨部の厚み
骨部の幅
θ 溝の傾き
α、α1、α2 ピッチ角
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1, 1A, 1B, 1C, 1D Actuator 2, 2A, 2B Actuator structure 3 Pressure source 4 Piping 5 Fluid 10 Cylinder 10a Cylinder inner peripheral surface 10b Cylinder outer peripheral surface 11 First elastic member 11a First 1st elastic member inner peripheral surface 11b 1st elastic member outer peripheral surface 11c 1st elastic member through-hole 12 2nd elastic member 12a 2nd elastic member inner peripheral surface 12b 2nd elastic member outer periphery Surface 20, 20B Assist pants 21 Assist pants body 21a Waist restraint 21b Knee restraint 22A, 22B, 22C, 22D Actuator structure 23A, 23B Pressure source 24A, 24B Piping 25, 26 Valve 27 Motion sensor 27a Acceleration sensor 27b Angle Sensor 27c Gyro sensor 28 Myoelectric sensor 29 Control unit 30 Dotted line 31, 31B, 34, 34 , 36, 36B, 37, 37B Dotted lines 32, 32B, 33, 33B, 35, 35B, 38, 38B Solid lines 42A, 42B, 42C, 42D, 42E, 42F Actuator structure 43 Pressure source 44A, 44B Piping 45, 46 Valve 51, 51B, 54, 54B Dotted line 52, 52B, 55, 55B Solid line 53, 53B, 56, 56B Broken line 100 User 100a Waist 100b Knee 100c Buttocks 101 Motion assist device 110 First string member 111 Second string member A1 Axis of actuator structure A2 Center axis of cylinder b, b1, b2, b3, b5 Bone c, c1, c2, c3, c4 Groove d Outer diameter of cylinder p1 Spiral pitch of cylinder p2 Helical pitch of groove t b bone thickness w b bone width θ groove inclination α, α1, α2 pitch angle

Claims (7)

ユーザの動作をアシストする動作アシスト装置であって、
アシスト機構と、
前記アシスト機構の動作を制御する制御装置と、
前記ユーザの着座動作の情報を取得する入力インターフェースとを備え、
前記アシスト機構は、
腰拘束部及び膝拘束部を有するアシストウェア本体と、第1アクチュエータとを備え、
前記アシストウェア本体は、前記ユーザの少なくとも下半身に装着され、
前記腰拘束部は、前記ユーザの腰に固定され、
前記膝拘束部は、前記ユーザの膝に固定され、
前記第1アクチュエータは、前記腰拘束部と前記膝拘束部との間を連結するように配置されるとともに、前記ユーザの少なくとも臀部の位置に相当する前記アシストウェア本体の部分に位置し
前記第1アクチュエータは、更に
螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を有し、
前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられており、
前記筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより、径方向に膨張、収縮するとともに長手方向に伸縮し、
前記制御装置は、前記入力インターフェースにより取得した前記着座動作の情報を基づいて前記第1アクチュエータに前記流体を供給して前記第1アクチュエータの径方向の膨張を制御する
動作アシスト装置。
An operation assist device for assisting a user's operation,
An assist mechanism;
A control device for controlling the operation of the assist mechanism;
An input interface for acquiring information on the user's sitting motion,
The assist mechanism is
An assist wear body having a waist restraint and a knee restraint, and a first actuator;
The assist wear body is attached to at least the lower half of the user,
The waist restraining portion is fixed to the user's waist,
The knee restraint is fixed to the user's knee,
The first actuator is disposed so as to connect between the waist restraining portion and the knee restraining portion, and is located at a portion of the assist wear main body corresponding to at least a position of the buttocks of the user. The actuator further has an elastic cylinder wound spirally,
At least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body is provided with a spiral groove with the axial center of the cylindrical body as a central axis,
By controlling the pressure of the fluid in the hollow part of the cylindrical body, it expands and contracts in the radial direction and expands and contracts in the longitudinal direction,
The control device is an operation assist device that supplies the fluid to the first actuator based on the information on the seating motion acquired by the input interface to control the radial expansion of the first actuator.
前記制御装置は、前記ユーザが着座したのちの着座動作中も前記第1アクチュエータの加圧を維持するように制御する、
請求項1に記載の動作アシスト装置。
The control device controls the pressurization of the first actuator even during a seating operation after the user is seated.
The motion assist device according to claim 1.
前記アシスト機構は、前記アシストウェア本体の前側に位置しかつ前記腰拘束部と前記膝拘束部との間を連結するように配置される第2アクチュエータとをさらに有し、
前記第2アクチュエータは、螺旋状に巻回された、弾性を有する筒体を有し、前記筒体の外周面及び内周面の少なくとも一方には、前記筒体の軸心を中心軸として、螺旋状に溝が設けられて、前記筒体の中空部に流体の加圧力を制御することにより長手方向に伸縮し、
前記制御装置は、前記第2アクチュエータを前記第1アクチュエータと同じタイミングで加圧するとともに、前記第2アクチュエータが、前記第1アクチュエータよりも、より縮むように加圧するように制御する、
請求項1又は2に記載の動作アシスト装置。
The assist mechanism further includes a second actuator located on the front side of the assist wear body and arranged to connect between the waist restraint portion and the knee restraint portion,
The second actuator has an elastic cylindrical body wound in a spiral shape, and at least one of the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the cylindrical body, with the axis of the cylindrical body as a central axis, A groove is provided in a spiral shape, and expands and contracts in the longitudinal direction by controlling the pressure of the fluid in the hollow portion of the cylindrical body,
The control device controls the second actuator to pressurize the second actuator at the same timing as the first actuator, and pressurizes the second actuator so as to contract more than the first actuator.
The motion assist device according to claim 1.
前記第1アクチュエータが、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの前記臀部に相当する部分に位置する臀部用アクチュエータと、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの腰に相当する部分に位置する腰部用アクチュエータと、
前記アシストウェア本体の後側の前記ユーザの太ももの裏側に相当する部分に位置する太もも裏側用アクチュエータとに分割されている、
請求項1〜3のいずれか1つに記載の動作アシスト装置。
The first actuator comprises:
An actuator for a buttock located in a portion corresponding to the buttock of the user on the rear side of the assist wear body;
A waist actuator located in a portion corresponding to the waist of the user on the rear side of the assist wear body;
It is divided into a thigh back side actuator located in a portion corresponding to the back side of the user's thigh on the back side of the assist wear body,
The motion assist device according to claim 1.
前記入力インターフェースは、加速度センサと、角度センサと、筋電センサのいずれか1つを備えるように構成され、そのセンサからの情報を基に、前記着座動作の情報を取得する、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の動作アシスト装置。
The input interface is configured to include any one of an acceleration sensor, an angle sensor, and a myoelectric sensor, and acquires information on the sitting operation based on information from the sensor.
The motion assist device according to any one of claims 1 to 4.
前記入力インターフェースとして、加速度センサで加速度の変動を検出したのち、角度センサで閾値以上の傾斜角度を検出したとき、前記着座動作であることを取得する、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の動作アシスト装置。
As the input interface, after detecting a change in acceleration with an acceleration sensor, when an inclination angle equal to or greater than a threshold is detected with an angle sensor, the seating operation is acquired.
The motion assist device according to any one of claims 1 to 4.
前記入力インターフェースとして、加速度センサで加速度の変動を検出し、その後、角度センサで閾値以上の体幹前傾角を検出したのち、筋電センサで閾値以上の筋電を検出したとき、前記着座動作であることを取得する、
請求項1〜4のいずれか1つに記載の動作アシスト装置。
As the input interface, when an acceleration sensor detects a change in acceleration, and after detecting a trunk forward tilt angle that is greater than or equal to a threshold value with an angle sensor, the myoelectric sensor detects an electromyogram that is greater than or equal to the threshold value, To be there,
The motion assist device according to any one of claims 1 to 4.
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