以下、図1〜図16に基づいて、パワーアシストスーツ1の全体構造について説明する。パワーアシストスーツ1は、例えば、装着者が荷物を持ち上げる際(あるいは荷物を持ち下げる際)に腰部に対する大腿部(あるいは大腿部に対する腰部)の回動をアシストしたり、装着者が歩行する際に腰部に対する大腿部の回動をアシストしたりする装置である。なお、各図中のX軸、Y軸、Z軸は、互いに直交しており、パワーアシストスーツを装着した装着者から見て、X軸方向は前方向、Y軸方向は左方向、Z軸方向は上方向、に対応している。
●[パワーアシストスーツ1の全体構造(図1、図2)]
図1は、パワーアシストスーツ1の全体の外観を示している。また図2は、図1に示すパワーアシストスーツ1の分解斜視図を示している。
図2の分解斜視図に示すように、パワーアシストスーツ1は、腰サポート部10、ジャケット部20、フレーム部30、バックパック部37、クッション37G、右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4L、荷重検出ユニット71R、71L等にて構成されている。そして腰サポート部10、ジャケット部20、フレーム部30、バックパック部37、クッション37Gにて身体装着具2(図3参照)が構成され、右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4Lにてアクチュエータユニット4(図4参照)が構成されている。なお、バックパック部37には、加速度検出手段75が設けられている。また、パワーアシストスーツ1は、装着者が、動作モード(持ち下げアシスト、持ち上げアシスト等)や、アシストトルクのゲインや、アシストトルクの増量速度の調整を行ったり、調整した状態等の確認を行ったりするための、操作ユニットR1(いわゆるリモコン)と、操作ユニットR1を収容する収容部R1Sを有している。
荷重検出ユニット71R、71Lは、例えば靴の中敷きであり、荷重検出ユニット71Rは装着者の右靴の中、かつ装着者の右足裏に配置され、荷重検出ユニット71Lは装着者の左靴の中、かつ装着者の左足裏に配置される。荷重検出ユニット71Rには、装着者の右足裏の爪先近傍の周囲の荷重を検出可能な荷重検出手段72R(例えば、圧力センサ)と、装着者の右足裏の踵近傍の周囲の荷重を検出可能な荷重検出手段73R(例えば、圧力センサ)とが設けられている。また図示省略するが、荷重検出ユニット71Rは、荷重検出手段72R、73Rからの検出信号を無線で操作ユニットR1に送信する無線通信手段、当該通信手段の電源等も有している。なお、荷重検出ユニット71Lも同様に、荷重検出手段72L、73L、無線通信手段、電源等を有しており、これらは荷重検出ユニット71Rと同様であるので、説明を省略する。
制御装置61(図15参照)は、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて、装着者が荷物を手にしていない場合では装着者の質量である装着者質量または装着者の重量である装着者重量を検出可能である。また、制御装置61(図15参照)は、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて、装着者が荷物を手にしている場合では装着者と荷物の質量である合成質量または装着者と荷物の重量である合成重量を検出可能である。そして制御装置61は、合成質量または合成重量と、装着者質量または装着者重量と、に基づいて、荷物の質量である荷物質量または荷物の重量である荷物重量を検出可能であり、荷物質量または荷物重量に基づいた荷重関連量(補正前の荷物質量または荷物重量、あるいは、補正後の荷物質量または荷物重量)を求める。
加速度検出手段75は、例えば加速度センサであり、例えばバックパック部37に設けられており、装着者の一部の身体(この場合、装着者の上体(上半身))の動作の加速度である身体動作加速度を検出する。バックパック部37は、装着者の背中に固定されるので、加速度検出手段75は、装着者の背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度av(図27、図28参照)と、装着者の背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度aw(図27、図28参照)と、を検出する。制御装置61は、身体動作加速度av、aw等に基づいて、鉛直方向成分の身体動作加速度az(図28参照)を求めることができる。
制御装置61は、後述するように、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて求めた荷物質量(荷物重量)を、加速度検出手段75からの検出信号に基づいて求めた身体動作加速度azを用いて補正することで、荷重関連量(この場合、補正後の荷物質量または荷物重量)を求める。
身体装着具2(図3参照)は、装着者の少なくとも腰周りに装着されるものである。右アクチュエータユニット4R及び左アクチュエータユニット4L(図4参照)は、身体装着具2と、装着者の大腿部と、に装着されて、装着者の腰部に対する大腿部あるいは装着者の大腿部に対する腰部、の動作を支援(アシスト)する。以下、身体装着具2とアクチュエータユニット4を順に説明する。
●[身体装着具2の外観(図3)]
図2及び図3に示すように、身体装着具2は、装着者の腰周りに装着される腰サポート部10と、装着者の肩周り及び胸周りに装着されるジャケット部20と、ジャケット部20が接続されるフレーム部30と、フレーム部30に取り付けられたバックパック部37及びクッション37Gと、を有している。フレーム部30は、装着者の背中及び腰周りに配置される。
●[フレーム部30の全体構成(図2、図3、図5)]
フレーム部30は、図2及び図5に示すように、メインフレーム31と、右サブフレーム32Rと、左サブフレーム32L等を有している。メインフレーム31は、図5に示すように、複数のベルト接続孔31Hが上下方向に配置された支持体31SR、31SLと、接続部31Rと、接続部31Lと、を有している。接続部31Rには、右サブフレーム32Rの一方端(上端)が接続され、接続部31Lには、左サブフレーム32Lの一方端(上端)が接続されている。右サブフレーム32Rと左サブフレーム32Lは、弾性を有しており、下端部の左右の間隔は、装着者の腰幅に応じて、腰サポート部10とともに調整される(図1参照)。
また図1に示すように、右サブフレーム32Rの下端部は、右アクチュエータユニット4Rの接続部41RSに接続(固定)され、左サブフレーム32Lの下端部は、左アクチュエータユニット4Lの接続部41LSに接続(固定)される。
●[腰サポート部10の全体構成(図2、図3、図6)]
腰サポート部10は、図3及び図6に示すように、装着者の右半身の腰周りに装着される右腰装着部11Rと、装着者の左半身の腰周りに装着される左腰装着部11Lとを有している。図6に示すように、右腰装着部11Rと左腰装着部11Lは、背面腰ベルト16A、臀部上ベルト16B、臀部下ベルト16Cにて接続されている。
腰サポート部10は、図1及び図2に示すように、ジャケット部20の連結部29RSと連結される連結リング19RSを有する連結ベルト19Rと、ジャケット部20の連結部29LSと連結される連結リング19LSを有する連結ベルト19Lとを有している。また図2に示すように、腰サポート部10は、仮想回動軸線15Yと交差する位置に、右アクチュエータユニット4Rの連結部40RSに接続するための取付孔15Rと、左アクチュエータユニット4Lの連結部40LSに接続するための取付孔15Lとを有している。
また図6に示すように、右腰装着部11Rにおける装着者の背面側となる位置は、切欠部11RCが形成されて、右腰部11RAと右臀部11RBとに分割されている。左腰装着部11Lにおける装着者の背面側となる位置は、切欠部11LCが形成されて、左腰部11LAと左臀部11LBとに分割されている。
また図6に示すように、腰サポート部10は、右腰締めベルト13RA、腰ベルト保持部材13RB(腰バックル)、左腰締めベルト13LA、腰ベルト保持部材13LB(腰バックル)、右骨盤上ベルト17RA、右骨盤下ベルト17RB、左骨盤上ベルト17LA、左骨盤下ベルト17LB、右上ベルト保持部材17RC(右上コキ)、右下ベルト保持部材17RD(右下コキ)、引張部13RAH、左上ベルト保持部材17LC(左上コキ)、左下ベルト保持部材17LD(左下コキ)、引張部13LAH等、装着者の腰周りにズレることなく密着させるための、長さを調整可能な種々のベルト等を有している。
●[バックパック部37、及びバックパック部37の周辺の構成(図1〜図3)]
バックパック部37は、図1及び図3に示すように、フレーム部30の上端部となるメインフレーム31に取り付けられている。そして図3に示すように、メインフレーム31またはバックパック部37には、ジャケット部20の右肩ベルト24R、右腋ベルト25R、左肩ベルト24L、左腋ベルト25Lが接続されている。
バックパック部37は、図1〜図3に示すように、シンプルな箱状の形状を有し、制御装置や電源ユニットや通信手段等が収容されている。図3に示すように、メインフレーム31における装着者の背中側の両肩に対向する位置には、複数のベルト接続孔31H(ベルト接続部に相当)が上下方向に配置された支持体31SR、31SLが設けられている。つまり、ベルト接続孔31H(ベルト接続部)は、装着者の体格に応じて、フレーム部30に対するジャケット部20の高さ方向の位置を調整可能とするように、複数設けられている。従って、装着者の体格に合わせてジャケット部20の高さを適切な位置に調整できる。
また、装着者の上半身が前に傾いた場合であっても、背中に接触するクッション37G(または背当て部37C)を、装着者の肩から腰の方向へと長くすることで、アシストトルクを出力するアクチュエータユニット(4R、4L)を適切に支持することができる。さらに、装着者の上半身が左右に傾いた場合であっても、装着者の背中の曲がり中心にクッション37G(または背当て部37C)が接触することで、アシストトルクを出力するアクチュエータユニット(4R、4L)をより適切に支持することができる(支持剛性が高くなる)。
また、支持体31SRのいずれかのベルト接続孔31H(ベルト接続部)には、図3に示すように、右肩ベルト24Rのベルト接続部24RSが接続される。同様に、支持体31SLのいずれかのベルト接続孔31H(ベルト接続部)には、図3に示すように、左肩ベルト24Lのベルト接続部24LSが接続される。なお、支持体31SR、31SLは、バックパック部37に設けられていてもよい。
バックパック部37の下端の左右には、図3に示すように、ベルト接続部37FR、37FLが設けられている。ベルト接続部37FRには、図3に示すように、右腋ベルト25Rのベルト接続部25RSが接続される。同様に、ベルト接続部37FLには、図3に示すように、左腋ベルト25Lのベルト接続部25LSが接続される。なお、ベルト接続部37FR、37FLは、メインフレーム31に設けられていてもよい。
●[ジャケット部20の全体構成(図2、図3、図7)]
ジャケット部20は、図3に示すように、装着者の右半身の胸周りに装着される右胸装着部21Rと、装着者の左半身の胸周りに装着される左胸装着部21Lとを有している。右胸装着部21Rは、左胸装着部21Lと、例えば面ファスナ21Fや、バックル21Bによって接続されており、装着者へのジャケット部20の着脱を容易にしている。
図3に示すように、右胸装着部21Rは、メインフレーム31(またはバックパック部37)のベルト接続孔31Hに接続される右肩ベルト24R及びベルト接続部24RSと、バックパック部37(またはメインフレーム31)のベルト接続部37FR、37FLに接続される右腋ベルト25R及びベルト接続部25RSと、を有している。また図3に示すように、左胸装着部21Lは、メインフレーム31(またはバックパック部37)に接続される左肩ベルト24L及びベルト接続部24LSと、バックパック部37(またはメインフレーム31)に接続される左腋ベルト25L及びベルト接続部25LSと、を有している。また図3に示すように、右胸装着部21Rは、右腰装着部11Rと連結するための連結ベルト29R及び連結部29RSを有しており、左胸装着部21Lは、左腰装着部11Lと連結するための連結ベルト29L及び連結部29LSを有している。
また図7に示すように、ジャケット部20は、固定部28R、固定部28L、右肩ベルト23R、右肩ベルト保持部材23RK(右肩コキ)、左肩ベルト23L、左肩ベルト保持部材23LK(左肩コキ)、右腋ベルト26R、右腋ベルト保持部材26RK(右腋コキ)、左腋ベルト26L、左腋ベルト保持部材26LK(左腋コキ)等、装着者の胸周りにズレることなく密着させるための、長さを調整可能な種々のベルト等を有している。
●[右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4Lの全体構成(図2、図4、図8、図9)]
図4は、図2に示す右アクチュエータユニット4Rと、左アクチュエータユニット4Lの外観及び荷重検出ユニット71L、71Rを示している。なお、左アクチュエータユニット4Lは、右アクチュエータユニット4Rを左右対称としたものであるので、以降の説明では、左アクチュエータユニット4Lについては説明を省略する。
図4に示すように、右アクチュエータユニット4Rは、トルク発生部40Rと、トルク伝達部である出力リンク50Rと、を有している。トルク発生部40Rは、アクチュエータベース部41Rと、カバー41RBと、連結ベース4ARと、を有している。図4に示すように、出力リンク50Rは、アシスト対象身体部(この場合、大腿部)の関節(この場合、股関節)回りに回動してアシスト対象身体部(この場合、大腿部)に装着される。なお、出力リンク50Rを介してアシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクは、トルク発生部40R内の電動モータ(アクチュエータ)にて発生される。
出力リンク50Rは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52Rと、第3リンク53Rと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)と、を有している。アシストアーム51Rは、トルク発生部40R内の電動モータによって発生したアシストトルクと、装着者の大腿部の動作による装着者トルクと、が合成された合成トルクによって、回動軸線40RY回りに回動する。アシストアーム51Rの先端には第2リンク52Rの一方端が回動軸線51RJ回りに回動可能に接続され、第2リンク52Rの他方端には第3リンク53Rの一方端が回動軸線52RJ回りに回動可能に接続されている。そして第3リンク53Rの他方端には、第3ジョイント部53RS(この場合、球面ジョイント)を介して大腿装着部54Rが接続されている。
次に図4、図8、図9を用いて、右アクチュエータユニット4Rのリンク機構の詳細について説明する。リンク機構の例として、図8に示す出力リンク50Rの例と、図9に示す出力リンク50RAの例について説明する。
図8に示す出力リンク50Rは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52Rと、第3リンク53Rと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)とが、それぞれジョイント部にて連結されて構成されることで、複数の連結部材にて構成されている。
アシストアーム51Rの先端には、回動軸線51RJ回りに回動可能となるように、第2リンク52Rの一方端が、第1ジョイント部51RSにて連結されている。第1ジョイント部51RSは、アシストアーム51Rに対して第2リンク52Rを、回動軸線51RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
第2リンク52Rの他方端には、回動軸線52RJ回りに回動可能となるように、第3リンク53Rの一方端が、第2ジョイント部52RSにて連結されている。第2ジョイント部52RSは、第2リンク52Rに対して第3リンク53Rを、回動軸線52RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
第3リンク53Rの他方端は、第3ジョイント部53RS(例えば球面ジョイント)にて大腿装着部54Rと連結されている。従って、第3リンクと大腿装着部54R(身体保持部)との間の第3ジョイント部53RSは、自由度=3の連結構造とされている。以上より、図8に示す出力リンク50Rの自由度の総数は、1+1+3=5である。
なお、出力リンク50Rの自由度の総数は、3以上であればよい。例えば、第3リンク53Rの他方端に対して、回動軸線回りに大腿装着部54Rが回動可能となるように(自由度=1となるように)第3ジョイント部53RSを構成してもよい。従って、この場合の出力リンクの自由度の総数は、第1ジョイント部51RSの自由度が「1」、第2ジョイント部52RSの自由度が「1」であるので、1+1+1=3となる。なお、第2リンクや第3リンクの回動範囲を制限するストッパを設けると、より好ましい。
図9に示す出力リンク50RAは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52RA(及び第2ジョイント部52RS)と、第3リンク53RAと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)とが、それぞれジョイント部にて連結されて構成されることで、複数の連結部材にて構成されている。
アシストアーム51Rの先端には、回動軸線51RJ回りに回動可能となるように、第2リンク52RAの端部が、第1ジョイント部51RSにて連結されている。第1ジョイント部51RSは、アシストアーム51Rに対して第2リンク52RAを、回動軸線51RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
第2リンク52RAと第2ジョイント部52RSは一体化されており、第2リンク52RAには、長手方向であるスライド軸線52RSJに沿って往復スライド可能な第3リンク53RAの一方端の側が、第2ジョイント部52RSにて連結されている。第2ジョイント部52RSは、第2リンク52RAに対して第3リンク53RAを、スライド軸線52RSJに沿ってスライド可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
第3リンク53RAの他方端は、第3ジョイント部53RS(例えば球面ジョイント)にて大腿装着部54Rと連結されている。従って、第3リンク53RAと大腿装着部54R(身体保持部)との間の第3ジョイント部53RSは、自由度=3の連結構造とされている。以上より、図9に示す出力リンク50RAの自由度の総数は、1+1+3=5である。
なお自由度の総数は3以上であればよいので、第3ジョイント部53RSを、大腿装着部54Rが回動軸線回りに回動可能となるように自由度=1の連結構造としてもよい。なお、第2リンク52RAの回動範囲や第3リンク53RAのスライド範囲を制限するストッパを設けると、より好ましい。
●[右アクチュエータユニット4Rにおけるトルク発生部40Rの内部構造(図10、図11)]
次に、図10及び図11を用いて、トルク発生部40R(図4参照)のカバー41RBに収容されている各部材について説明する。なお図11は、図10におけるA−A断面図である。図10及び図11に示すように、カバー41RB内には、減速機42R、プーリ43RA、伝達ベルト43RB、フランジ部43RDを有するプーリ43RC、渦巻バネ45R、軸受46R、電動モータ47R(アクチュエータ)、サブフレーム48R等が収容されている。またカバー41RBの外側には、軸部51RAを有するアシストアーム51Rが配置されている。
また、アクチュエータユニット(4R、4L)におけるフレーム部30に近い部分に、アクチュエータ駆動用、制御用、通信用、の各ケーブルの取出口33RS、33LS(接続口)が設けられている。そして、ケーブルの取出口33RS、33LSに接続されたケーブル(図示省略)は、フレーム部30に沿って配置され、バックパック部37に接続される。
なお、トルク発生部40Rは、図11に示すように、電動モータ47R等を搭載したサブフレーム48Rが取り付けられたアクチュエータベース部41Rと、アクチュエータベース部41Rの一方側に取り付けられるカバー41RBと、アクチュエータベース部41Rの他方側に取り付けられる連結ベース4ARと、を有している。連結ベース4ARには、回動軸線40RY回りに回動可能な連結部40RSが設けられている。
図10及び図11に示すように、アクチュエータベース部41Rに対するアシストアーム51Rの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出手段43RS(回動角度センサ等)が、減速機42Rの増速軸42RBに接続されたプーリ43RAに接続されている。出力リンク回動角度検出手段43RSは、例えばエンコーダや角度センサであり、回転角度に応じた検出信号を制御装置61(図15参照)に出力する。また電動モータ47Rには、モータ軸(出力軸に相当)の回転角度を検出可能なモータ回転角度検出手段47RSが設けられている。モータ回転角度検出手段47RSは、例えばエンコーダや角度センサであり、回転角度に応じた検出信号を制御装置61(図15参照)に出力する。
図10に示すように、サブフレーム48Rには、減速機42Rの減速機ハウジング42RCを固定する貫通孔48RAと、電動モータ47Rの出力軸47RAを挿通する貫通孔48RBと、が形成されている。アシストアーム51Rの軸部51RAは、減速機42Rの減速軸42RAの穴部42RDに嵌め込まれ、減速機42Rの減速機ハウジング42RCはサブフレーム48Rの貫通孔48RAに固定される。これにより、アシストアーム51Rは、アクチュエータベース部41Rに対して、回動軸線40RY回りに回動可能に支持され、減速軸42RAと一体となって回動する。また、電動モータ47Rはサブフレーム48Rに固定され、出力軸47RAはサブフレーム48Rの貫通孔48RBに挿通されている。サブフレーム48Rは、ボルト等の締結部材にて、アクチュエータベース部41Rの取付部41RHに固定される。
図10に示すように、減速機42Rの増速軸42RBには、プーリ43RAが接続され、プーリ43RAには出力リンク回動角度検出手段43RSが接続されている。そして出力リンク回動角度検出手段43RSには、サブフレーム48Rに固定される支持部材43RTが接続されている。これにより、出力リンク回動角度検出手段43RSは、サブフレーム48Rに対する(すなわち、アクチュエータベース部41Rに対する)増速軸42RBの回動角度を検出することができる。しかも、アシストアーム51Rの回動角度は、減速機42Rの増速軸42RBによって増加された回動角度となるので、出力リンク回動角度検出手段43RS及び制御装置61は、より高い分解能にて、アシストアーム51Rの回動角度を検出することができる。出力リンクの回動角度をより高い分解能で検出することで、制御装置は、より高精度な制御を実行することができる。なお、アシストアーム51Rの軸部51RA、減速機42R、プーリ43RA、出力リンク回動角度検出手段43RSは、回動軸線40RYに沿って同軸となるように配置されている。
減速機42Rは、ギア減速比nG(1<nG)が設定されており、減速軸42RAが回動角度(θL、R)だけ回動された場合に、増速軸42RBを回動角度nGθL、Rだけ回動させる。また減速機42Rは、増速軸42RBが回動角度nGθL、Rだけ回動された場合に、減速軸42RAを回動角度θL、Rだけ回動させる。減速機42Rの増速軸42RBが接続されたプーリ43RAと、プーリ43RCには、伝達ベルト43RBが掛けられている。従って、アシストアーム51Rからの装着者トルクは増速軸42RBを介してプーリ43RCに伝達され、電動モータ47Rからのアシストトルクは、渦巻バネ45Rとプーリ43RCを介して増速軸42RBに伝達される。またモータ側のプーリ43RCに対する減速機側のプーリ43RAの比であるプーリ減速比nP(プーリ減速比=減速機側のプーリ43RA:モータ側のプーリ43RC=nP:1)が設定されている。例えばギア減速比nGは約50に設定されており、プーリ減速比nPは約88/60に設定されている。
渦巻バネ45Rは、バネ定数Ksを有し、中心側に内側端部45RC、外周側に外側端部45RAを有する渦巻き形状を有している。渦巻バネ45Rの内側端部45RCは、電動モータ47Rの出力軸47RAに形成された溝部47RBに嵌め込まれている。渦巻バネ45Rの外側端部45RAは、円筒状に巻回されて、プーリ43RCのフランジ部43RDに設けられた伝達軸43REが嵌め込まれ、当該伝達軸43REにて支持されている(プーリ43RCは、フランジ部43RDと伝達軸43REが一体とされている)。プーリ43RCは、回動軸線47RY回りに回動可能に支持され、一体とされたフランジ部43RDの外周縁部の近傍には、渦巻バネ45Rの側に突出する伝達軸43REが設けられている。伝達軸43REは、渦巻バネ45Rの外側端部45RAに嵌め込まれ、外側端部45RAの位置を回動軸線47RY回りに移動させる。また、電動モータ47Rの出力軸47RAとプーリ43RCとの間には、軸受46Rが設けられている。つまり、プーリ43RCに出力軸47RAは固定されておらず、出力軸47RAは、プーリ43RCに対して自由に回転できる。プーリ43RCは、渦巻バネ45Rを介して電動モータ47Rから回転駆動される。以上の構成にて、電動モータ47Rの出力軸47RA、軸受46R、フランジ部43RDを有するプーリ43RC、渦巻バネ45R、は回動軸線47RYに沿って同軸となるように配置されている。
渦巻バネ45Rは、電動モータ47Rから伝達されたアシストトルクを蓄えるとともに、装着者の大腿部の動作によってアシストアーム51Rと減速機42Rとプーリ43RA及びプーリ43RCを経由して伝達された装着者トルクを蓄え、その結果として、アシストトルクと装着者トルクとを合成した合成トルクを蓄える。そして、渦巻バネ45Rに蓄えられた合成トルクは、プーリ43RC及びプーリ43RAと減速機42Rを介してアシストアーム51Rを回動させる。以上の構成により、電動モータ47Rの出力軸47RAは、出力軸47RAの回転角度を減量する減速機42Rを介して出力リンク(図10の場合、アシストアーム51R)に接続されている。
渦巻バネ45Rに蓄えられている合成トルクは、無負荷状態からの角度変化量とバネ定数に基づいて求められ、例えば、アシストアーム51Rの回動角度(出力リンク回動角度検出手段43RSにて求められる)と、電動モータ47Rの出力軸47RAの回転角度(モータ回転角度検出手段47RSにて求められる)と、渦巻バネ45Rのバネ定数Ksと、に基づいて求められる。そして求められた合成トルクから装着者トルクが抽出され、当該装着者トルクに応じたアシストトルクが電動モータから出力される。
また図11に示すように、右アクチュエータユニットのトルク発生部40Rは、回動軸線40RY(すなわち仮想回動軸線15Y)回りに回動可能な連結部40RSを有している。そして連結部40RSは、図2及び図1に示すように、腰サポート部10の取付孔15Rを介してボルト等の連結部材にて連結(固定)される。また、図2及び図1に示すように、右アクチュエータユニット4Rの接続部41RSには、フレーム部30の右サブフレーム32Rの下端部が接続(固定)される。同様に、左アクチュエータユニットのトルク発生部40Lの連結部40LSは、腰サポート部10の取付孔15Lを介してボルト等の連結部材にて連結(固定)され、左アクチュエータユニット4Lの接続部41LSには、フレーム部30の左サブフレーム32Lの下端部が接続(固定)される。つまり、図2において、右アクチュエータユニット4Rのトルク発生部40Rに、腰サポート部10とフレーム部30が固定され、左アクチュエータユニット4Lのトルク発生部40Lに、腰サポート部10とフレーム部30が固定される。そして右アクチュエータユニット4Rと左アクチュエータユニット4Lとフレーム部30は一体とされ、仮想回動軸線15Y回りに回動可能な連結部40RS、40LS(図2参照)にて、腰サポート部10に対して回動可能である(図12、図13参照)。
以上に説明したように、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSからの検出信号と、モータ回転角度検出手段47RSからの検出信号に基づいて、渦巻バネ45Rにおける無負荷状態からの回転角度、回転方向を検出可能であり、これらと渦巻バネ45Rのバネ定数にて、トルク(合成トルク)を検出可能である。この場合、出力リンク回動角度検出手段43RSとモータ回転角度検出手段47RSと渦巻バネ45Rは、トルク検出手段に相当しており、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RS(角度検出手段に相当)を用いて検出した前傾角度に基づいたトルクに関連するトルク関連量(この場合、合成トルク)を検出可能である。
以上の説明では、電動モータ47R、渦巻バネ45R、モータ回転角度検出手段47RS、出力リンク回動角度検出手段43RSは、いずれも右アクチュエータユニット4Rに設けられている。図示省略するが、左アクチュエータユニット4Lにも同様に、電動モータ47L、渦巻バネ45L、モータ回転角度検出手段47LS、出力リンク回動角度検出手段43LSが設けられている。後述する説明にて、電動モータ47L、渦巻バネ45L、モータ回転角度検出手段47LS、出力リンク回動角度検出手段43LSが記載されている場合は、図示省略したが、左アクチュエータユニット4Lに設けられているものを指す。
●[操作ユニットR1の外観と構成等(図14〜図16)]
次に図14〜図16を用いて、装着者がパワーアシストスーツ1のアシスト状態を容易に調整等するための操作ユニットR1について説明する。図15に示すように、操作ユニットR1は、バックパック部37(図1参照)内の制御装置61と有線または無線の通信回線R1Tにて接続されている。操作ユニットR1の制御装置R1Eは、第1通信手段R1EAを介して制御装置61と情報の送受信が可能であり、制御装置61は、通信手段64を介して操作ユニットR1内の制御装置R1Eと情報の送受信が可能である。また操作ユニットR1の制御装置R1Eは、第2通信手段R1EB(例えばBluetooth(登録商標)などの無線通信や人体通信など)を介して、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号を受信可能である。なお、図1に示すように、装着者は、操作ユニットR1を操作しない場合、例えば、ジャケット部20に設けられたポケット等の収容部R1Sに収容しておくことができる(図1参照)。
図14に示すように、操作ユニットR1は、メイン操作部R1A、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS、ゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BD、増量速度自動/手動切替操作部R1CS、増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CD、体重計測操作部R1K、表示部R1D等を有している。なお、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDはゲイン変更手段に相当しており、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDは増量速度変更手段に相当している。また図15に示すように、操作ユニットR1内には、制御装置R1E、操作ユニット用電源R1F等を有している。なお、メイン操作部R1A、ゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BD、増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CD、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS、増量速度自動/手動切替操作部R1CS、体重計測操作部R1Kは、操作ユニットR1が収容部R1S(図1参照)に収容されている際の誤操作を防止するために、配置されている面から突出していないことが好ましい。
メイン操作部R1Aは、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツ1によるアシスト制御の開始と停止を行うためのスイッチである。なお図15に示すように、パワーアシストスーツ1そのもの(全体)の起動と停止を行うための主電源スイッチ65が、例えばバックパック部37に設けられており、主電源スイッチ65がON側に操作されると、制御装置61及び制御装置R1Eが起動し、主電源スイッチ65がOFF側に操作されると、制御装置61及び制御装置R1Eの動作が停止される。図14に示すように、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DBには、現在のパワーアシストスーツの運転状態がON(運転)であるかOFF(停止)であるかが表示される。
ゲイン自動/手動切替操作部R1BSは、アシストトルクのゲイン(大きさ)を、自動的に調整するか、装着者が手動で調整するか、を切り替えるスイッチである。ゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「自動」の側に設定された場合、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作は無効とされ、制御装置61は、装着者が手にした荷物の質量(または重量)を検出し、検出した荷物の質量(または重量)に応じてアシストトルクの大きさを自動的に調整する。またゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定された場合、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作は有効とされ、制御装置61は、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作に応じてアシストトルクの大きさを変更する。なお、荷物の質量(または重量)を検出するためには、装着者の質量(または重量)を計測しておく必要があり、体重計測操作部R1Kは、後述するように、装着者が自身の質量を制御装置に計測させる際に使用される。またゲイン自動の時に、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用してゲインを調整してもよい(制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい)。
ゲインUP操作部R1BUは、ゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定されている場合において、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクのゲインを大きくするスイッチであり、ゲインDOWN操作部R1BDは、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクのゲインを小さくするスイッチである。例えば図16の「操作ユニットゲイン(「ゲイン設定=手動」の場合)」に示すように、制御装置R1Eは、ゲインUP操作部R1BUが操作される毎に、記憶しているゲイン番号を1つずつ増加し、ゲインDOWN操作部R1BDが操作される毎に、ゲイン番号を1つずつ減少する。図16の例では、ゲイン番号が0〜3の4個の例を示しているが、4個に限定されるものではない。また図14に示すように、制御装置R1E(図15参照)は、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DCに、現在のゲイン番号に応じた表示を行う。
増量速度自動/手動切替操作部R1CSは、アシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)を、自動的に調整するか、装着者が手動で調整するか、を切り替えるスイッチである。増量速度自動/手動切替操作部R1CSが「自動」の側に設定された場合、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作は無効とされ、制御装置61は、アシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)を自動的に調整する。また増量速度自動/手動切替操作部R1CSが「手動」の側に設定された場合、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作は有効とされ、制御装置61は、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作に応じてアシストトルクの増量速度を変更する。また増量速度自動の時に、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して増量速度を調整してもよい(制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい)。
増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CDは、増量速度自動/手動操作部R1CSが「手動」の側に設定されている場合において、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)の速い、遅い、を調整するスイッチである。例えば図16の「操作ユニット増量速度(「増量速度設定=手動」の場合)」に示すように、制御装置R1Eは、増量速度UP操作部R1CUが操作される毎に、記憶している速度番号を1つずつ増加し、増量速度DOWN操作部R1CDが操作される毎に、速度番号を1つずつ減少する。図16の例では、速度番号が−1〜4の6個の例を示しているが、6個に限定されるものではない。また図14に示すように、制御装置R1E(図15参照)は、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DDに、現在の速度番号に応じた表示を行う。
そして操作ユニットR1の制御装置R1Eは、所定時間間隔(例えば数[ms]〜数100[ms]間隔)、または、メイン操作部R1AとゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDと増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDとゲイン自動/手動切替操作部R1BSと増量速度自動/手動切替操作部R1CSのいずれかが操作される毎に、第1通信手段R1EA(図15参照)を介して操作情報を送信する。操作情報には、上記の停止指示または起動指示、ゲイン番号、ゲイン自動/手動切替操作部からのゲイン自動/手動情報、速度番号、増量速度自動/手動切替操作部からの増量速度自動/手動情報、体重計測操作部からの体重計測指示情報、荷重検出手段からの検出信号、速度番号等が含まれている。
バックパック部37の制御装置61は、操作情報を受信すると、受信した操作情報を記憶し、パワーアシストスーツの駆動に用いる電源ユニット63の電池の状態を示す電池情報と、アシスト状態を示すアシスト情報等を含む応答情報を、通信手段64(図15参照)を介して送信する。なお、応答情報に含まれている電池情報には、電源ユニット63の残量等が含まれており、応答情報に含まれているアシスト情報には、例えばパワーアシストスーツに異常が発見された場合には異常の内容を示すエラー情報が含まれている。図15に示すように、制御装置R1Eは、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DA(図14参照)に、電池残量等を表示し、エラー情報が含まれていた場合は、表示部R1Dにおける表示エリアR1DF(図14参照)に、エラー情報(この場合、「異常1」、「異常2」)を表示する。
例えば、左アクチュエータユニット4L又は右アクチュエータユニット4Rの各渦巻バネ45L、45Rのうちのいずれかがバネトルクの出力限界を超えた場合には、後述のように、「異常1」のアイコン(図14参照)が点滅表示される(図20参照)。また、例えば、左アクチュエータユニット4L又は右アクチュエータユニット4Rの各出力リンク回動角度検出手段43LS、43RSのうちのいずれかが故障した場合には、後述のように、「異常2」のアイコン(図14参照)が点滅表示される(図20参照)。
また、制御装置R1Eからの操作情報を受信した制御装置61(図15参照)は、受信した操作情報に起動指示が含まれていた場合にはパワーアシストスーツを起動し、受信した操作情報に停止指示が含まれていた場合にはパワーアシストスーツを停止する。また制御装置61は、例えば図16の「制御装置ゲイン」に示すように、ゲイン番号に対応させてゲインCpの値(0〜3)を記憶し、速度番号に対応させて(右)増量速度Cs、R(右用速度番号:−1〜4)、(左)増量速度Cs、L(左用速度番号:−1〜4)を記憶する。上述したCp、Cs、R、Cs、L、は、以降に説明する処理手順にて使用される。
またパワーアシストスーツは、装着者の動作を支援するアシストトルクを発生させる3つの動作モードを有しており、動作モードには、持下モード、持上モード、歩行モードがある。持下モードは、装着者による荷物の持下作業をアシストする動作モードである。持上モードは、装着者による荷物の持上作業をアシストする動作モードである。歩行モードは、装着者の歩行動作をアシストする動作モードである。詳細については後述するが、制御装置61は、左アクチュエータユニット4Lと右アクチュエータユニット4R(図1参照)にかかるトルク(または当該トルクに関連するトルク関連量)に基づいて、上記の3つの動作モードを、自動的に切り替える。後述するが、制御装置61は、装着者が持上動作を開始したと判定した場合に「持上モード」に切り替え、装着者が持下動作を開始したと判定した場合に「持下モード」に切り替え、装着者が歩行動作を開始したと判定した場合に「歩行モード」に切り替える。
また、図16の「制御装置動作モード」の例に示すように、「持下モード」では、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)にてゲインを自動または手動に切り替え可能であり、増量速度については、自動/手動の切り替えは用意されていない。また「持上モード」では、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)にてゲインを自動または手動に切り替え可能であり、増量速度自動/手動切替操作部R1CS(図14参照)にて増量速度を自動または手動に切り替え可能である。また「歩行モード」では、ゲイン、増量速度について、自動/手動の切り替えは用意されていない。なお、図16に示す「制御装置動作モード」は例であり、例えば持下モードで増量速度について自動または手動を切り替え可能にしてもよいし、歩行モードでゲインについて自動または手動を切り替え可能にしてもよい。
以上に説明したように、操作ユニットR1の操作によって、装着者は、所望するアシスト状態とするための調整を、容易に行うことができる。また、操作ユニットR1の表示部R1Dに電池残量やエラー情報等を表示させるので、装着者は、パワーアシストスーツの状態を容易に把握することができる。なお、表示部R1Dに表示される各種の情報の形態は、図14の例に限定されるものではない。
●[制御装置61の入出力(図15)]
制御装置61は、図15に示すように、バックパック部37内に収容されている。図15に示す例では、バックパック部37内に、制御装置61、モータドライバ62、電源ユニット63等が収容されている。制御装置61は、例えば制御手段66(CPU)や、記憶手段67(制御プログラム等を格納しており、記憶装置に相当)を有している。なお制御装置61は、後述する調整判定部61A、入力処理部61B、トルク変化量等計算部61C、動作モード判定部61D、選択部61E、持ち下げアシストトルク計算部61F、持ち上げアシストトルク計算部61G、歩行アシストトルク計算部61H、制御指令値計算部61I、荷重判定部61J、故障検出処理部61K、通信手段64等を有している。モータドライバ62は、制御装置61からの制御信号に基づいて、電動モータ47Rを駆動する駆動電流を出力する電子回路である。電源ユニット63は、例えばリチウム電池であり、制御装置61とモータドライバ62に電力を供給する。なお通信手段64の動作等については後述する。また制御装置61には、加速度検出手段75からの検出信号が入力されている。
制御装置61には、操作ユニットR1からの操作情報と、モータ回転角度検出手段47RSからの検出信号((右)電動モータ47Rの実モータ軸角度θrM、Rに応じた検出信号)と、(右)出力リンク回動角度検出手段43RSからの検出信号(アシストアーム51Rの実リンク角度θL、Rに応じた検出信号)等が入力されている。制御装置61は、入力された信号に基づいて、(右)電動モータ47Rの回転角度を求め、求めた回転角度に応じた制御信号をモータドライバ62に出力する((左)電動モータについても同様)。
●[制御ブロック(図17)と、制御装置61の処理手順(図18)]
次に、図18に示すフローチャートと、図17に示す制御ブロックを用いて、制御装置61の処理手順について説明する。図17に示す制御ブロックは、調整判定ブロックB10、入力処理ブロックB20、トルク変化量等計算ブロックB30、故障検出処理ブロックB35、動作モード判定ブロックB40、荷重判定ブロックB45、選択ブロックB54、アシストトルク計算ブロックB50、持ち下げアシストトルク計算ブロックB51、持ち上げアシストトルク計算ブロックB52、歩行アシストトルク計算ブロックB53、制御指令値計算ブロックB60、切替スイッチS51、S52等を有している。各ブロックの処理内容については、図18に示すフローチャートにて説明する。
●[処理全体の流れ(図18)]
図18に示すフローチャートは、(右)アクチュエータユニット4Rと(左)アクチュエータユニット4Lを制御する処理手順を示している。図18に示す処理は、所定時間間隔(例えば数[ms]間隔)に起動され、当該処理が起動されると制御装置61(制御手段に相当)は、ステップS010へと処理を進める。なお、制御装置61の処理プログラムや、マップ等のデータは、記憶手段67(記憶装置に相当)に記憶されている。
ステップS010にて制御装置61は、S100(図19参照)の処理を実行して、ステップS015へと処理を進める。S100の処理は、図17に示す調整判定ブロックB10、入力処理ブロックB20、トルク変化量等計算ブロックB30に相当しており、図15に示す調整判定部61A、入力処理部61B、トルク変化量等計算部61Cに相当している。なお、S100の処理の詳細については後述する。
ステップS015にて制御装置61は、S150(図20参照)の処理を実行して、ステップS018に処理を進める。S150の処理は、図17に示す故障検出処理ブロックB35に相当しており、図15に示す故障検出処理部61Kに相当している。なお、S150の処理は、右アクチュエータユニット4Rと左アクチュエータユニット4Lの故障を検出する処理であり、S150の処理の詳細については後述する。
ステップS018にて制御装置61は、ステップS015の故障検出処理にて、第1故障フラグまたは第2故障フラグの少なくとも一方がONに設定されているか否かを判定する。制御装置61は、第1故障フラグまたは第2故障フラグの少なくとも一方がONである場合(Yes)は処理を終了し、第1故障フラグと第2故障フラグのいずれもONでない場合(No)はステップS020に処理を進める。
ステップS020に処理を進めた場合、制御装置61は、S200(図22参照)の処理を実行して、ステップS025へと処理を進める。S200の処理は、図17に示す動作モード判定ブロックB40に相当しており、図15に示す動作モード判定部61Dに相当している。制御装置61は、S200の処理にて、動作モードを「持上モード」、「持下モード」、「歩行モード」のいずれかに切り替えるまたは維持する。なお、S200の処理の詳細については後述する。
ステップS025にて制御装置61は、S300(図23参照)の処理を実行して、ステップS030へと処理を進める。S300の処理は、図17に示す荷重判定ブロックB45に相当しており、図15に示す荷重判定部61Jに相当している。なお、S300の処理は、ゲインCpの値を決定する処理であり、S300の処理の詳細については後述する。
ステップS030にて制御装置61は、ステップS020にて判定した動作モードが持上モードであるか否かを判定する。制御装置61は、動作モードが持上モードである場合(Yes)はステップS045へ処理を進め、動作モードが持上モードでない場合(No)はステップS035へと処理を進める。
ステップS035に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップS020にて判定した動作モードが持下モードであるか否かを判定する。制御装置61は、動作モードが持下モードである場合(Yes)はステップS040Rへと処理を進め、動作モードが持下モードでない場合(No)はステップS050へと処理を進める。ステップS030,S035の処理は、図17に示す選択ブロックB54に相当しており、図15に示す選択部61Eに相当している。
ステップS040Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SD000R(図30参照)の処理を実行して、ステップS040Lへと処理を進める。SD000Rの処理は、持ち下げ動作時における(右)アクチュエータユニット4Rの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち下げアシストトルク計算ブロックB51に相当しており、図15に示す持ち下げアシストトルク計算部61Fに相当している。なお、SD000Rの処理の詳細については後述する。
ステップS040Lにて制御装置61は、SD000L(図示省略)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SD000Lの処理は、持ち下げ動作時における(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち下げアシストトルク計算ブロックB51に相当しており、図15に示す持ち下げアシストトルク計算部61Fに相当している。なお、SD000Lの処理は、SD000Rと同様であるので、詳細な説明については省略する。
ステップS045に処理を進めた場合、制御装置61は、SU000(図35参照)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SU000の処理は、持ち上げ動作時における(右)アクチュエータユニット4R、(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち上げアシストトルク計算ブロックB52に相当しており、図15に示す持ち上げアシストトルク計算部61Gに相当している。なお、SU000の処理の詳細については後述する。
ステップS050に処理を進めた場合、制御装置61は、SW000(図示省略)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SW000の処理は、歩行動作時における(右)アクチュエータユニット4R、(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す歩行アシストトルク計算ブロックB53に相当しており、図15に示す歩行アシストトルク計算部61Hに相当している。なお、SW000の処理の詳細については省略する。
ステップS060Rにて制御装置61は、SD000RまたはSU000またはSW000にて求めた(右)アシストトルク指令値に基づいて、(右)電動モータをフィードバック制御して、ステップS060Lへと処理を進める。
ステップS060Lにて制御装置61は、SD000LまたはSU000またはSW000にて求めた(左)アシストトルク指令値に基づいて、(左)電動モータをフィードバック制御して、処理を終了する。ステップS060R、S060Lの処理は、図17に示す制御指令値計算ブロックB60に相当しており、図15に示す制御指令値計算部61Iに相当している。
●[S100:調整判定、入力処理、トルク変化量等計算の詳細(図19)]
次に図19を用いて、図18に示すステップS010によるS100の処理の詳細について説明する。S100の処理にて制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、増量速度自動/手動切替操作部が「増量速度自動」か「増量速度手動」のいずれに設定されているかを認識して記憶する。そして制御装置61は、「増量速度手動」の場合、「動作モード=持上モードまたは持下モード、かつ、動作状態S=1〜4の場合」を除いて、操作ユニットからの情報に基づいて、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、Lに、−1、0、1、2、3、4のいずれかを記憶する(図16の「制御装置増量速度」参照)。また制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、ゲイン自動/手動切替操作部が「ゲイン自動」か「ゲイン手動」のいずれに設定されているかを認識して記憶し、「ゲイン手動」の場合、操作ユニットからの情報に基づいて「操作ユニットゲイン(0、1、2、3のいずれか、図16参照)」を記憶する。以上が、図17に示す調整判定ブロックB10、図15に示す調整判定部61Aに相当している。
また制御装置61は、更新前の(右)リンク角度θL、R(t)を、前回(右)リンク角度θL、R(t−1)に記憶し、更新前の(左)リンク角度θL、L(t)を、前回(左)リンク角度θL、L(t−1)に記憶する。また制御装置61は、(右)アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段43RS(角度検出手段に相当、図10、図11参照)を用いて現在の(右)リンク角度を検出し、(右)リンク角度θL、R(t)を記憶する(更新する)。同様に制御装置61は、(左)アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段(角度検出手段に相当)を用いて現在の(左)リンク角度を検出し、(左)リンク角度θL、L(t)を記憶する(更新する)。また制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいた抗力F(図24、図25、図27、図28参照)を求めて記憶する。また制御装置61は、加速度検出手段75からの検出信号に基づいて、装着者の背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度av(図27、図28参照)と、装着者の背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度aw(図27、図28参照)と、を求めて記憶する。以上が、図17に示す入力処理ブロックB20、図15に示す入力処理部61Bに相当している。なお、(右)リンク角度θL、R(t)は、大腿部に対する腰部の(右)前傾角度であり(図31参照)、(左)リンク角度θL、L(t)は、大腿部に対する腰部の(左)前傾角度である(図31参照)。
また制御装置61は、以下の(式1)にて(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)を求めて記憶し、(式2)にて(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)を求めて記憶する。なお、(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)、(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)は、角速度関連量に相当する。そして出力リンク回動角度検出手段43RSは、トルク検出手段に相当している。
(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)=(右)リンク角度θL、R(t)−(右)リンク角度θL、R(t−1) (式1)
(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)=(左)リンク角度θL、L(t)−(左)リンク角度θL、L(t−1) (式2)
また制御装置61は、以下の(式3)にて(右)装着者トルク変化量τS、R(t)を求めて記憶し、(式4)にて(左)装着者トルク変化量τS、L(t)を求めて記憶する。なお、Ksは渦巻バネ45Rのバネ定数である。
(右)装着者トルク変化量τS、R(t)=Ks*ΔθL、R(t) (式3)
(左)装着者トルク変化量τS、L(t)=Ks*ΔθL、L(t) (式4)
また、制御装置61は、以下の(式5)にて(右)合成トルク(t)を求めて記憶し、(式6)にて(左)合成トルク(t)を求めて記憶する。
(右)合成トルク(t)=Ks*θL、R(t) (式5)
(左)合成トルク(t)=Ks*θL、L(t) (式6)
また制御装置61は、(右)電動モータ47Rのモータ回転角度検出手段47RSからの検出信号に基づいて、(右)電動モータ47Rのモータ軸角度を検出し、(右)実モータ軸角度θrM、R(t)を記憶する(更新する)。同様に、制御装置61は、(左)電動モータのモータ回転角度検出手段(図示省略)からの検出信号に基づいて、(左)電動モータのモータ軸角度を検出し、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を記憶する(更新する)。
また図11に示すように、右アクチュエータユニットの渦巻バネ45Rには、電動モータ47Rからのアシストトルクが入力されているとともに、減速機42Rとプーリ43RAとプーリ43RCを介して装着者の大腿部から右アクチュエータユニットに入力されるトルクである(右)装着者トルクが入力されて、圧縮方向または伸長方向に回転されてトルクが蓄えられている。渦巻バネ45Rの圧縮方向または伸長方向の回転角度は、(プーリ43RCの回転角度である(右)プーリ回転角度θP、R(t)−電動モータ47Rの(右)実モータ軸角度θrM、R(t))にて表すことができる。そして当該渦巻バネ45Rに蓄えられているトルクである(右)バネトルクτSP、R(t)は、渦巻バネ45Rのバネ定数Ksを用いて、(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θP、R(t)−θrM、R(t))と表すことができる。
ここで、上述したギア減速比nG、プーリ減速比nP、(右)リンク角度θL、R(t)を用いると、プーリ回転角度θP、R(t)=θL、R(t)*nP*nGとなる。以上より、(右)バネトルクτSP、R(t)は、以下の(式6−1)にて表すことができる。また、図11における出力リンク回動角度検出手段43RSの回転角度であるサブエンコーダ回転角度θS、R(t)を基点とした場合、θS、R(t)=θL、R(t)*nGであるので、この場合は(右)バネトルクτSP、R(t)を、以下の(式6−2)にて表すことができる。
(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θL、R(t)*nG*nP−θrM、R(t)) (式6−1)
(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θS、R(t)*nP−θrM、R(t)) (式6−2)
同様にして、左アクチュエータユニットの渦巻バネに蓄えられているトルクである(左)バネトルクτSP、L(t)は、(左)リンク角度θL、L(t)、ギア減速比nG、プーリ減速比nP、左アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段のサブエンコーダ回転角度θS、L(t)、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を用いて、以下の(式6−3)、(式6−4)のように表すことができる。
(左)バネトルクτSP、L(t)=Ks*(θL、L(t)*nG*nP−θrM、L(t)) (式6−3)
(左)バネトルクτSP、L(t)=Ks*(θS、L(t)*nP−θrM、L(t)) (式6−4)
上記の(右)バネトルクτSP、R(t)は、装着者の右大腿部から右アクチュエータユニットに入力される右装着者トルクと、右アクチュエータユニットにて発生させた右アシストトルクと、に関連するトルクである右トルク関連量に相当する。そして右トルク関連量を検出する右トルク関連量検出手段は、装着者の腰部に対する右大腿部の揺動角度を検出するものである。右トルク関連量検出手段は、図10及び図11に示すように、(右)実モータ軸角度θrM、R(t)を検出するモータ回転角度検出手段47RSと、(右)プーリ回転角度θP、R(t)を検出する出力リンク回動角度検出手段43RS(右大腿角度検出手段に相当)と、を含んでいる。同様に、(左)バネトルクτSP、L(t)は、装着者の左大腿部から左アクチュエータユニットに入力される左装着者トルクと、左アクチュエータユニットにて発生させた左アシストトルクと、に関連するトルクである左トルク関連量に相当する。そして左トルク関連量を検出する左トルク関連量検出手段は、装着者の腰部に対する左大腿部の揺動角度を検出するものである。左トルク関連量検出手段は、図示省略するが、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を検出するモータ回転角度検出手段と、(左)プーリ回転角度θP、L(t)を検出する出力リンク回動角度検出手段(左大腿角度検出手段に相当)と、を含んでいる。
制御装置61は、上記の算出式にて(右)バネトルクτSP、R(t)を求めて記憶し、(左)バネトルクτSP、L(t)を求めて記憶する。以上が、図17に示すトルク変化量等計算ブロックB30、図15に示すトルク変化量等計算部61Cに相当している。
●[S150:故障検出処理(図20〜図21)]
次に、図20及び図21を用いて、図18に示すステップS015によるS150の処理の詳細について説明する。S150にて制御装置61は、右アクチュエータユニット4Rと左アクチュエータユニット4Lの故障を検出する。S150の処理は、図17に示す故障検出処理ブロックB35、図15に示す故障検出処理部61Kに相当している。
S150の処理にて制御装置61は、ステップS151へと処理を進める。図20に示すように、ステップS151において、制御装置61は、S1600Rの処理(図21参照)を実行した後、ステップS152へと処理を進める。S1600Rの処理は、(右)アクチュエータユニット4Rの故障を検出する処理である。
ステップS152において、制御装置61は、S1600Lの処理(図示省略)を実行した後、ステップS153へと処理を進める。S1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lの故障を検出する処理である。尚、ステップS152において実行されるS1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lについて実行する処理手順を示しているが、(右)アクチュエータユニット4Rについて実行するS1600Rの処理手順と同様であるので、詳細な説明については省略する。
ステップS153において、制御装置61は、第1故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定されているか否かを判定する。第1故障フラグは、後述のように、右アクチュエータユニット4Rの渦巻バネ45Rと、左アクチュエータユニット4Lの渦巻バネ45Lに蓄えられた(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)と(左)バネトルクτSP、L(t)(図19参照)のうちの少なくとも一方が、各渦巻バネ45R、45Lの壊れずに出せる最大トルクに達している場合に、「ON」に設定される(図21参照)。尚、第1故障フラグは、制御装置61の起動時及びリセット時に、「OFF」に設定されてRAMに記憶されている。
そして、第1故障フラグが「ON」に設定されていると判定した場合には(S153:YES)、制御装置61は、ステップS154へと処理を進める。ステップS154において、制御装置61は、パワーアシストスーツ1の出力限界を超えた旨を報知した後、ステップS155へと処理を進める。例えば、制御装置61は、操作ユニットR1(図14参照)の制御装置R1E(図15参照)に対して「異常1」のアイコン(図14参照)を点滅表示するように指示する報知コマンドを出力し、「異常1」のアイコンを点滅表示して、パワーアシストスーツ1が「出力限界である」旨を装着者に知らせる。尚、不図示のスピーカを介して、パワーアシストスーツ1が「出力限界である」旨を音声案内してもよい。
ステップS155において、制御装置61は、モータドライバ62(図15参照)を介して、右アクチュエータユニット4Rの電動モータ47R(図15参照)と、左アクチュエータユニット4Lの電動モータ47Lへの電力の供給を停止した後、当該S150の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。従って、バックパック部37に設けられた不図示のリセットボタンが押下されるまで、第1故障フラグが「ON」に設定された状態が継続されるため、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給も、不図示のリセットボタンが押下されるまで停止される。
これにより、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lに加えられるトルクが無くなって、(右)バネトルクτSP、Rと(左)バネトルクτSP、Lが「0」となり、各渦巻バネ45R、45Lが壊れるのを防止することが可能となる。また、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lのバネ力でアシストトルクがゆっくりと(約0.5秒〜0.7秒程度の時間をかけて)「0」に戻るため、装着者の腰に急に荷重がかかることを防止でき、腰を痛めることを防止できる。引いては、装着者に対して急な負荷を感じる等の違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツ1を提供することができる。
一方、上記ステップS153で、第1故障フラグが「OFF」に設定されていると判定した場合には(S153:NO)、制御装置61は、ステップS156へと処理を進める。ステップS156において、制御装置61は、第2故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定されているか否かを判定する。
ここで、第2故障フラグは、後述のように、(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)から算出された出力リンク50R(図4参照)の(右)第1出力リンク回動トルクτO1R(第1回動トルク)と、電動モータ47Rのモータ電流値から算出された出力リンク50R(図4参照)の(右)第2出力リンク回動トルクτO2R(第2回動トルク)との差の絶対値が「誤差閾値」以上の場合に、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障していると判定されて「ON」に設定される(図21参照)。
また、第2故障フラグは、後述のように、(左)バネトルクτSP、L(t)(図19参照)から算出された出力リンク50L(図4参照)の(左)第1出力リンク回動トルクτO1L(第1回動トルク)と、電動モータ47Lのモータ電流値から算出された出力リンク50Lの(左)第2出力リンク回動トルクτO2L(第2回動トルク)との差の絶対値が「誤差閾値」以上の場合に、出力リンク回動角度検出手段43LSが故障していると判定されて「ON」に設定される(図21参照)。
そして、第2故障フラグが「ON」に設定されていると判定した場合には(S156:YES)、制御装置61は、ステップS157へと処理を進める。ステップS157において、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を報知した後、ステップS155へと処理を進める。また第2故障フラグが「OFF」に設定されていると判定した場合には(S156:NO)、制御装置61は、S150の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。
例えば、制御装置61は、操作ユニットR1(図14参照)の制御装置R1E(図15参照)に対して「異常2」のアイコン(図14参照)を点滅表示するように指示する報知コマンドを出力し、「異常2」のアイコンを点滅表示して、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を装着者に知らせる。尚、不図示のスピーカを介して、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を音声案内してもよい。
ステップS155において、制御装置61は、モータドライバ62(図15参照)を介して、右アクチュエータユニット4Rの電動モータ47R(図15参照)と、左アクチュエータユニット4Lの電動モータ47Lへの電力の供給を停止した後、当該S150の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。従って、バックパック部37に設けられた不図示のリセットボタンが押下されるまで、第2故障フラグが「ON」に設定された状態が継続されるため、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給も、不図示のリセットボタンが押下されるまで停止される。
これにより、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lに加えられるトルクが無くなって、(右)バネトルクτSP、Rと(左)バネトルクτSP、Lが「0」となる。これにより、各電動モータ47R、47Lによる不適切なアシストトルクの出力を停止することが可能となる。引いては、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、各電動モータ47R、47Lによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツ1を提供することができる。
●[S1600R:右アクチュエータユニットの故障検出処理]
次に、図20に示すステップS151において実行されるS1600Rの処理の詳細について図21に基づいて説明する。S1600Rにおいて、制御装置61は、(右)アクチュエータユニット4Rの渦巻バネ45Rに蓄えられた(右)バネトルクτSP、R(図19参照)が、当該渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)に達したか否かを判定する。また、S1600Rにおいて、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障しているか否かを判定する。
尚、ステップS152において実行されるS1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lについて実行する処理手順を示しているが、(右)アクチュエータユニット4Rについて実行するS1600Rの処理手順と同様である。
図21に示すように、S1600Rの処理において、制御装置61は、ステップS1601Rへと処理を進める。ステップS1601Rにおいて、制御装置61は、前記ステップS110で算出して記憶した(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)をRAMから読み出す。そして、制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX以上であるか否かを判定する。尚、トルク閾値τSP、MAXは、実験やCAE(Computer Aided Engineering)解析等によって決定され、記憶手段67に予め記憶されている。
尚、制御装置61は、下記式21にて、(右)バネトルクτSP、R(t)に対応する出力リンク50Rの第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)を算出するようにしてもよい。そして、第1出力リンク回動トルクτO1、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルクτO1、MAX(例えば、22Nm)以上か否かを判定するようにしてもよい。ここで、nG(1<nG)は、減速機42Rの減速比である。nPは、プーリ43RCに対するプーリ43RAのプーリ減速比である。
τO1、R(t)=τSP、R(t)*nP*nG (式21)
そして、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX以上であると判定した場合には(S1601R:YES)、制御装置61は、ステップS1602Rへと処理を進める。ステップS1602Rにおいて、制御装置61は、第1故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して、再度RAMに記憶した後、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。これにより、制御装置61は、渦巻バネ45Rが故障(例えば、変形、破断等)する前に、渦巻バネ45Rが故障するか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツ1の信頼性の向上を図ることができる。
一方、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX未満であると判定した場合には(S1601R:NO)、制御装置61は、渦巻バネ45Rは故障(例えば、変形、破壊等)しないと判断してステップS1603Rへと処理を進める。
ステップS1603Rにおいて、制御装置61は、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)以下であるか否かを判定する。尚、出力リンク回動角度検出手段43RSは、増速軸42RBが1回転すると約1000*NSパルス(例えば、4096パルス)出力する。
そして、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)よりも大きいと判定した場合には(S1603R:NO)、制御装置61は、出力リンク50Rが回動していると判定して、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。
一方、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)以下であると判定された場合には(S1603R:YES)、制御装置61は、出力リンク50Rはほとんど回動していないと判定して、ステップS1604Rの処理へ進む。ステップS1604Rにおいて、制御装置61は、前記式21により、(右)バネトルクτSP、R(t)に対応する出力リンク50Rの第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)を算出してRAMに記憶する。
続いて、ステップS1605Rにおいて、制御装置61は、モータドライバ62を介して電動モータ47Rに供給している電流値IRを取得した後、ステップS1606Rの処理へ進む。ステップS1606Rにおいて、制御装置61は、電動モータ47Rに供給している電流値IRから下記式22により、出力リンク50Rの第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を算出してRAMに記憶する。ここで、KAは、電動モータ47Rのモータ定数(Nm/A)である。nG(1<nG)は、減速機42Rの減速比である。nPは、プーリ43RCに対するプーリ43RAのプーリ減速比である。
τO2、R(t)=KA*IR*nP*nG (式22)
その後、ステップS1607Rにおいて、制御装置61は、TS(msec)間の(例えば、約2msec間の)前記式21により算出した第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)から、前記式22により算出した第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を減算した値のS秒間(例えば、約0.5秒間)の移動平均の絶対値を下記式23により算出して、(右)トルク誤差ΔτR(t)としてRAMに記憶した後、ステップS1608Rの処理へ進む。尚、τO1、R(t−1)は、前回算出した第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)である。τO2、R(t−1)は、前回算出した第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)である。
ΔτR(t)=|((τO1、R(t−1)−τO2、R(t−1))*((S/TS)−1)+(τO1、R(t)−τO2、R(t)))÷(S/TS)| (式23)
尚、ステップS1607Rにおいて、制御装置61は、例えば、以下のようにしてもよい。制御装置61は、第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)から、第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を減算した値を、S秒間(例えば、約0.5秒間)、TS(msec)毎に(例えば、約2msec毎に)算出して合計する。そして、制御装置61は、その合計値の平均値の絶対値を算出して、(右)トルク誤差ΔτR(t)としてRAMに記憶した後、ステップS1608Rの処理へ進むようにしてもよい。
ステップS1608Rにおいて、制御装置61は、前記ステップS1607Rで算出して記憶した(右)トルク誤差ΔτR(t)をRAMから読み出す。そして、制御装置61は、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)以上であるか否かを判定する。尚、誤差閾値τLMは、実験やCAE(Computer Aided Engineering)解析等によって決定され、記憶手段67に予め記憶されている。
そして、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)未満であると判定した場合には(S1608R:NO)、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSは故障していないと判断して、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。
一方、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)以上であると判定した場合には(S1608R:YES)、制御装置61は、ステップS1609Rへと処理を進める。ステップS1609Rにおいて、制御装置61は、第2故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して、再度RAMに記憶した後、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。これにより、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障しているか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツ1の信頼性の向上を図ることができる。
●[S200:動作モード判定の詳細(図22)]
次に図22を用いて、図18に示すステップS020によるS200の処理の詳細について説明する。S200にて制御装置61は、S100の処理にて求めた(右)バネトルクτSP、R(t)(右トルク関連量)、(左)バネトルクτSP、L(t)(左トルク関連量)等に基づいて、パワーアシストスーツの動作モードを、「持上モード」、「持下モード」、「歩行モード」のいずれかのモードに(自動的に)切り替えるまたは維持する。「持上モード」は、装着者による荷物の持上作業をアシストする動作モードである。「持下モード」は、装着者による荷物の持下作業をアシストする動作モードである。「歩行モード」は、装着者の歩行動作をアシストする動作モードである。このように動作モードには、持上モード、持下モード、歩行モード、の3つのモードが含まれているが、他のモードを含むようにしてもよい。S200の処理は、図17に示す動作モード判定ブロックB40、図15に示す動作モード判定部61Dに相当している。
S200の処理にて制御装置61は、ステップS210へと処理を進める。そしてステップS210にて制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が、装着者の前傾方向に向かうトルクであって第1所定閾値より大きく、かつ、(左)バネトルクτSP、L(t)が装着者の前傾方向に向かうトルクであって第1所定閾値より大きい、という条件を満足するか否かを判定する。例えば第1所定閾値の値は、0(ゼロ)である。制御装置61は、条件を満足する場合(Yes)はステップS240Aに処理を進め、条件を満足しない場合(No)はステップS220に処理を進める。また、(右)バネトルクτSP、R(t)、(左)バネトルクτSP、L(t)は、装着者の前傾方向のトルクの場合では正(>0)となり、装着者の後傾方向のトルクの場合では負(<0)となる。
なお、制御装置61は、予め記憶手段に設定されている値を第1所定閾値として利用してもよいし、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して第1所定閾値の値を調整してもよい。機械学習を用いて調整する場合、制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい。
ステップS220に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が装着者の後傾方向(前傾方向とは逆方向)に向かうトルクであって第2所定閾値より小さく、かつ、(左)バネトルクτSP、L(t)が装着者の後傾方向(前傾方向とは逆方向)に向かうトルクであって第2所定閾値より小さい、という条件を満足するか否かを判定する。例えば第2所定閾値の値は、0(ゼロ)である。制御装置61は、条件を満足する場合(Yes)はステップS240Bに処理を進め、条件を満足しない場合(No)はステップS230に処理を進める。
なお、制御装置61は、予め記憶手段に設定されている値を第2所定閾値として利用してもよいし、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して第2所定閾値の値を調整してもよい。機械学習を用いて調整する場合、制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい。
ステップS230へ処理を進めた場合、制御装置61は、[(右)リンク角度θL、R(t)+(左)リンク角度θL、L(t)]/2が第1動作判定角度θ1以下であり、かつ、(右)合成トルク(t)*(左)合成トルク(t)が第1動作判定トルクτ1未満であるか否かを判定する。制御装置61は、[(右)リンク角度θL、R(t)+(左)リンク角度θL、L(t)]/2が第1動作判定角度θ1以下であり、かつ、(右)合成トルク(t)*(左)合成トルク(t)が第1動作判定トルクτ1未満である場合(Yes)はステップS240Cへと処理を進め、そうでない場合(No)はS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。この場合、動作モードは、現在の動作モードが維持される。そして動作モードを維持して、アシスト動作を継続して行うことができる。
ステップS240Aへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「持下モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
ステップS240Bへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「持上モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
ステップS240Cへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「歩行モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
●[S300:荷重判定(ゲインCpの決定)の詳細(図23〜図29)]
次に図23を用いて、図18に示すステップS025によるS300の処理の詳細について説明する。S300にて制御装置61は、アシストトルクの大きさであるゲインCpの値を決定する。例えば図14に示すゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定されている場合では、装着者によるゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BDの操作により、ゲインCpは、0、1、2、3のいずれかに設定される。また図14に示すゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「自動」の側に設定されている場合では、制御装置61は、装着者が手にした荷物の質量(または重量)を自動的に検出し、検出した荷物の質量(または重量)に応じて、アシストトルクの大きさであるゲインCpの値を決定する。例えば制御装置61は、手動時のゲインCpの0、1、2、3を、それぞれ荷物質量=0[kg]、10[kg]、15[kg]、20[kg]に対応させている。例えば荷物の質量が18[kg]の場合、手動時のゲインCpのいずれかのゲインCp=2と決定しているが、より違和感がないようにするため、アシストトルクを(ゲインCpを)荷物質量に合わせて2.6(比例など)としてもよい。S300の処理は、図17に示す荷重判定ブロックB45、図15に示す荷重判定部61Jに相当している。
S300(図23参照)の処理にて制御装置61は、ステップS315へと処理を進める。なお、上述したS100の処理にて、抗力F、身体動作加速度av、awをすでに求めているが、まず、この抗力F、身体動作加速度av、awについて、説明する。
図24に示すように、装着者TSが荷物BG(荷物質量m)を手にしていない状態では、装着者質量をM、重力加速度をgとすると、抗力F=M*gである。なお、抗力Fは、装着者TSが床面から受ける力である。また図25に示すように、装着者TSが荷物BG(荷物質量m)を持ち上げた状態では、装着者質量をM、重力加速度をgとすると、抗力F=M*g+m*gである。制御装置61は、ステップS100の時点では、装着者TSが荷物BGを手にしているか否かにかかわらず、今回の抗力Fを一旦記憶している。
また図27及び図28に示すように、加速度検出手段75は、装着者TSの背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度avの検出信号と、装着者TSの背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度awの検出信号を出力する。制御装置61は、ステップS100の時点では、身体動作加速度avの検出信号に基づいて脊椎平行方向の今回の身体動作加速度avを検出して記憶し、身体動作加速度awの検出信号に基づいて背中直交方向の今回の身体動作加速度awを検出して記憶している。
ステップS315にて制御装置61は、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)が「自動」の側に設定されているか否かを判定し、「自動」の側に設定されている場合(Yes)はステップS320に処理を進め、「手動」の側に設定されている場合(No)はステップS360Cに処理を進める。
ステップS320に処理を進めた場合、制御装置61は、電源ON後の経過時間が所定時間未満(例えば、0.2〜2[sec]程度未満)であるか否かを判定し、所定時間未満である場合(Yes)はステップS330に処理を進め、所定時間以上である場合(No)はステップS325に処理を進める。
ステップS330に処理を進めた場合、制御装置61は、|今回の身体動作加速度av|が所定閾値以下、かつ、|今回の身体動作加速度aw|が所定閾値以下の場合(すなわち、装着者TSが、ほぼ静止状態の場合)であるか否かを判定し、所定閾値以下の場合(Yes)はステップS340Bに処理を進め、所定閾値より大きい場合(No)はステップS350に処理を進める。
ステップS340Bに処理を進めた場合、制御装置61は、今回の抗力Fを積算して、積算回数をカウントしてステップS350に処理を進める。
ステップS325に処理を進めた場合、制御装置61は、電源ON後の経過時間が所定時間(ステップS320の「所定時間」と同じ値)であるか否かを判定し、所定時間である場合(Yes)はステップS340Aに処理を進め、所定時間でない場合(No)はステップS350に処理を進める。
ステップS340Aに処理を進めた場合、制御装置61は、ステップS340Bにて求めた積算値(抗力Fの積算値)を、積算回数を用いて平均化して、装着者TSのみの平均装着者抗力Favを求める。そして制御装置61は、平均装着者抗力Favを重力加速度gで除算して装着者質量Mを求めて(M=Fav/g)記憶し、ステップS350に処理を進める。なお、装着者質量Mは、不揮発性メモリに記憶しておくことが好ましい。
なお、制御装置61は、体重計測操作部R1K(図14参照)がONの間に検出された抗力Fを用いて、その時点の抗力F/gより、装着者質量Mを求めて(M=F/g)記憶するようにしてもよい。この場合、装着者TSは、荷物BGを手にしていない状態で、体重計測操作部R1KをONにする。
ステップS350に処理を進めた場合、制御装置61は、今回の抗力Fが、装着者質量M*g+所定荷重(例えば、2〜3[kg]*g、gは重力加速度)より大きいか否かを判定し、大きい場合(Yes)はステップS355に処理を進め、大きくない場合(No)はステップS360Bに処理を進める。
ステップS355に処理を進めた場合、例えば以下の[荷物質量mの算出方法1]または[荷物質量mの算出方法2]にて、荷物質量mを算出してステップS360Aに処理を進める。
[荷物質量mの算出方法1]
制御装置61は、今回の抗力Fは、図25に示すように、装着者質量Mと荷物質量mによる抗力である、とみなし、今回の抗力F(M*g+m*g)/g−(装着者質量M)にて、荷物質量mを算出する。なお、この[荷物質量mの算出方法1]を用いる場合は、加速度検出手段75を省略することができる。
図26は、横軸を時間、縦軸を装着者が手にしている荷物の質量に設定し、時間t[i]にて装着者TSが荷物BGの持ち上げを開始した場合にて、算出方法1にて実際に算出した荷物質量mの例を示している。図26中に一点鎖線で示すf(t)は、理想的な荷物質量であり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGを手にしていないので荷物質量は0(ゼロ)であり、時間t[i]以降では、装着者TSが荷物BGを持ち上げているので荷物質量はmである。しかし、算出方法1にて算出した荷物質量は、図26中に実線で示すga(t)のようになり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGに向かって腰を落とす際などの加速度等によって、徐々に減少する荷物質量を誤検出し、時間t[i]以降では、荷重検出手段の応答遅れ等によって、徐々に増加する荷物質量を検出してしまう。時間t[i]以降では、時間t[i+1]以降で正しい荷物質量mに収束するので大きな問題はない。また、応答遅れ時間は短く、違和感を感じにくい。しかし時間t[i]よりも前では荷物を手にしていないにもかかわらず荷物を手にしていると判定することは大きな問題ではないが(出力リンク回動角度検出手段43RSやモータ回転角度検出手段47RSによって腰の曲げ角を推定することで、荷物に対する動作が分かる)、あまり好ましくない。算出方法2では、この時間t[i]よりも前にて荷物を手にしていると判定することを回避する。
[荷物質量mの算出方法2]
制御装置61は、今回の抗力Fは、図28に示すように、装着者質量Mと荷物質量mと装着者TSの鉛直方向成分の身体動作加速度azによる抗力である、とみなして荷物質量mを求める。制御装置61は、身体動作加速度av、aw等に基づいて、鉛直方向成分の身体動作加速度azを求める。例えば、制御装置61は、az=√(av2+aw2)より、身体動作加速度azを求める。この場合、抗力F=(M+m)*(g+az)となる。つまり、F=M*g+M*az+m*g+m*azとなるが、ここでmはMと比較して小さく、azはg(重力加速度)よりも小さいので、m*az=0とみなすと、F=M*g+M*az+m*gとなる。この式より、m=[F−M*(g+az)]/gとなり、制御装置61は、当該式より荷物質量mを求める。
図29は、横軸を時間、縦軸を装着者が手にしている荷物の質量に設定し、時間t[i]にて装着者TSが荷物BGの持ち上げを開始した場合にて、算出方法2にて実際に算出した荷物質量mの例を示している。図29中に一点鎖線で示すf(t)は、理想的な荷物質量であり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGを手にしていないので荷物質量は0(ゼロ)であり、時間t[i]以降では、装着者TSが荷物BGを持ち上げているので荷物質量はmである。算出方法2にて算出した荷物質量は、図29中に実線で示すgb(t)のようになり、時間t[i]よりも前では、図26と比較して、装着者TSが荷物BGに向かって腰を落とす際などの加速度等による誤検出が回避されている。なお、時間t[i]以降では、図26と同様、荷重検出手段の応答遅れ等によって、徐々に増加する荷物質量を検出してしまう。時間t[i]以降では、時間t[i+1]以降で正しい荷物質量mに収束するので大きな問題はない。また時間t[i]よりも前では荷物を手にしていると判定することは回避されているので問題ない。
ステップS360Aに処理を進めた場合、制御装置61は、求めた荷物質量mをゲインCpの値に換算してS300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。換算の例としては、例えば図16に示すゲイン番号0、1、2、3を、荷物質量=0[kg]、10[kg]、15[kg]、20[kg]に対応させた場合、制御装置61は、例えば荷物質量m=18[kg]の際、荷物質量18[kg]をゲインCp=2.6に換算する。
ステップS360Bに処理を進めた場合、制御装置61は、装着者TSは荷物BGを手にしていない(荷物質量m=0)と判定したので、ゲインCp=0として、S300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。
ステップS360Cに処理を進めた場合、制御装置61は、図16に示す「操作ユニットゲイン」のゲイン番号(上述したS100の処理にて取得している)を用い、該当するゲイン番号(0、1、2、3のいずれか)をゲインCpに代入し、S300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。
●[SD000R:(右)持ち下げの詳細(図30〜図34)]
次に図30を用いて、図18に示すステップS040RによるSD000Rの処理の詳細について説明する。SD000Rにて制御装置61は、装着者の持ち下げ作業を支援するため、パワーアシストスーツにて発生させる(右)持ち下げアシストトルクを算出する。なお、SD000Rの処理は、(右)アクチュエータユニット4R(図1参照)にて発生させる(右)持ち下げアシストトルクを算出する処理手順を示しているが、(左)アクチュエータユニット4L(図1参照)にて発生させる(左)持ち下げアシストトルクを算出するSD000L(図18参照)の処理手順については同様であるので説明を省略する。なお、図31に示すように、装着者が手にしている荷物を下ろす持ち下げ作業において、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)は、大腿部に対する腰部の前傾角度である。また、装着者の持ち下げ方向(図31における「装着者トルク」の方向)への作業を支援する持ち下げアシストトルクは、装着者に対して持ち上げ方向(図31における「アシストトルク」の方向)に発生させる。また、以降の説明では、持ち上げ方向のトルクの符号を−(負)、持ち下げ方向のトルクの符号を+(正)、として説明する。
SD000Rの処理にて制御装置61は、ステップSD010Rへと処理を進める。そしてステップSD010Rにて制御装置61は、(右)リンク角度θL、R(t)が第1持ち下げ角度θd1以下であるか否かを判定し、(右)リンク角度θL、R(t)が第1持ち下げ角度θd1以下である場合(Yes)はステップSD015Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSD020Rへ処理を進める。例えば第1持ち下げ角度θd1は、10[°]程度の前傾角度であり、θL、R(t)≦θd1の場合、制御装置61は、持ち下げ開始、または持ち下げ終了と判定する。
ステップSD015Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)積算アシスト量を初期化(ゼロにリセット)して、ステップSD020Rへ処理を進める。
ステップSD020Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)と、装着者トルク変化量・アシスト量特性(図32)と、に基づいて、(右)アシスト量を算出してステップSD025Rへ処理を進める。図32に示すように、例えば、(右)増量速度Cs、R=1、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)=τ11の場合、Cs=1のf11(x)の特性を用い、τ11に対応するτd1が、求める(右)アシスト量となる。
ステップSD025Rにて制御装置61は、(右)積算アシスト量に、ステップSD020Rにて求めた(右)アシスト量を加算して(つまり、求めた(右)アシスト量を積算して)ステップSD030Rに処理を進める。
ステップSD030Rにて制御装置61は、ゲインCpと、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)と、前傾角度・持下トルク制限値特性(図33参照)と、に基づいて、(右)持下トルク制限値を算出してステップSD035Rへ処理を進める。図33に示すように、例えば、ゲインCp=1、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)=θ11の場合、Cp=1のf21(x)の特性を用い、θ11に対応するτmax1が、求める(右)持下トルク制限値となる。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図33の前傾角度・持下トルク制限値特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ、の1つである。
ステップSD035Rにて制御装置61は、|(右)積算アシスト量|が|(右)持下トルク制限値|以下であるか否かを判定し、|(右)積算アシスト量|が|(右)持下トルク制限値|以下である場合(Yes)はステップSD040Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSD045Rへ処理を進める。
ステップSD040Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)積算アシスト量を(右)持ち下げアシストトルク(すなわち、(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
ステップSD045Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持下トルク制限値を(右)持ち下げアシストトルク(すなわち、(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
上記のステップSD035R、SD040R、SD045Rにて、制御装置61は、|(右)積算アシスト量|と|(右)持下トルク制限値|と、の小さなほうを(右)持ち下げアシストトルクとする。
以上の処理にて、持ち下げ作業の際の前傾角度に対応させた持ち下げアシストトルクの様子を図34に示す。図34に示す例は、時間=0にて装着者が直立状態にて荷物を持っており、前傾角度を徐々に大きくしながら時間T1にて荷物の持ち下げを完了し、時間T2まで前傾状態を維持し、前傾角度を徐々に小さくしながら直立状態に戻った場合を示している。この場合、持ち上げ方向(図34中の−(負)側)への持ち下げアシストトルクは、図34に示すものとなり、装着者の腰部の負荷を低減し、持ち下げ作業を適切にアシストすることができる。
なお、装着者が前傾動作を停止させて前傾角度の変化が停止(ΔθL、R(t)=0、ΔθL、L(t)=0)した場合(図34の例では、時間T1から時間T2の間)、あるいは、装着者が前傾状態から前傾角度を徐々に小さくしていく直立動作(図34の例では、時間T2から時間T3の間)の最中の場合、装着者トルク変化量はゼロまたは反対方向となるので、装着者トルク変化量・アシスト量特性(図32参照)から求められるアシスト量はゼロとなる。つまり、この場合では、制御装置61は、積算アシスト量の更新を停止して保持し、保持した積算アシスト量と、持下トルク制限値と、に基づいて、(右)持ち下げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)を求める。
●[SU000:持ち上げの詳細(図35〜図43)]
次に図35を用いて、図18に示すステップS045によるSU000の処理の詳細について説明する。SU000にて制御装置61は、装着者の持ち上げ作業を支援するため、パワーアシストスーツにて発生させる持ち上げアシストトルクを算出する。なお、装着者が荷物を持ち上げる持ち上げ作業において、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)(図31参照)は、大腿部に対する腰部の前傾角度である。また、装着者の持ち上げ方向への作業を支援する持ち上げアシストトルクは、装着者に対して持ち上げ方向(図31における「アシストトルク」の方向)に発生させる。また、以降の説明では、持ち上げ方向のトルクの符号を−(負)、持ち下げ方向のトルクの符号を+(正)、として説明する。
SU000の処理にて制御装置61は、ステップSU010へと処理を進める。そしてステップSU010にて制御装置61は、SS000(図36参照)の処理を実行して、ステップSU015へ処理を進める。なお、SS000の処理は、図36の状態遷移図に示すように、持ち上げ開始から持ち上げ終了までの持ち上げ動作の全体を、動作状態S=0〜5に分割した場合において、現在の動作状態Sを判定する処理であり、詳細については後述する。
ステップSU015にて制御装置61は、動作状態Sが0から1に遷移したタイミングであるか否かを判定し、動作状態Sが0から1に遷移したタイミングである場合(Yes)はステップSU020に処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU030に処理を進める。
ステップSU020に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)に0(ゼロ)を代入し、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に0(ゼロ)を代入する。その後、制御装置61は、ステップSU030に処理を進める。
●[動作状態S=1の判定と、動作状態S=1の場合の処理(図35)]
ステップSU030に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが1であるか否かを判定し、動作状態Sが1である場合(Yes)はステップSU031へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU040へ処理を進める。
ステップSU031に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)にタスク周期(例えば、図18に示す処理が2[ms]毎に起動される場合は、2[ms])を加算し、(左)仮想経過時間tmap、L(t)にタスク周期を加算し、ステップSU032に処理を進める。(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)は、動作状態S=1になってからの(仮想的な)経過時間を示す。
ステップSU032にて制御装置61は、「増量速度自動」であるか否かを判定し、「増量速度自動」である場合(Yes)はステップSU033Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU034に処理を進める。
ステップSU033Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SS100R(図38参照)の処理を実行して、ステップSU033Lへ処理を進める。なお、SS100Rの処理(図38参照)は、(右)増量速度Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、を変更または維持する処理であるが、(左)増量速度Cs、Lと、(左)仮想経過時間tmap、L(t)と、を変更または維持する処理であるSS100Lの処理については同様であるので説明を省略する。ステップSU033Lにて制御装置61は、SS100Lの処理を実行して、ステップSU034へ処理を進める。なお、ステップSS100Rの処理の詳細については後述する。
ステップSU034にて制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと(左)増量速度Cs、Lとが等しいか否かを判定し、(右)増量速度Cs、Rと(左)増量速度Cs、Lが等しい場合(Yes)はステップSU037Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU035に処理を進める。
ステップSU035に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rが(左)増量速度Cs、Lよりも大きいか否かを判定し、(右)増量速度Cs、Rが(左)増量速度Cs、Lよりも大きい場合(Yes)はステップSU036Aに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU036Bに処理を進める。
ステップSU036Aに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rを(左)増量速度Cs、Lに代入してステップSU037Rに処理を進める。
ステップSU036Bに処理を進めた場合、制御装置61は、(左)増量速度Cs、Lを(右)増量速度Cs、Rに代入してステップSU037Rに処理を進める。
ステップSU037Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SS170R(図42参照)の処理を実行して、ステップSU037Lへ処理を進める。なお、SS170Rの処理(図42参照)は、動作状態S=1の場合における(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))を求める処理であるが、動作状態S=1の場合における(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))を求める処理であるSS170Lの処理については同様であるので説明を省略する。ステップSU037Lにて制御装置61は、SS170Lの処理を実行して、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。なお、ステップSS170Rの処理の詳細については後述する。
●[動作状態S=2の判定と、動作状態S=2の場合の処理(図35)]
ステップSU040に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが2であるか否かを判定し、動作状態Sが2である場合(Yes)はステップSU041へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU050へ処理を進める。
ステップSU041に処理を進めた場合、制御装置61は、(前回)動作状態Sが1であるか否かを判定し、(前回)動作状態Sが1である場合(Yes)はステップSU042に処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU047に処理を進める。
ステップSU042に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)に0(ゼロ)を代入してステップSU047に処理を進める。ステップSU042の処理は、動作状態Sが1――>2に遷移した場合に実行される処理である。
ステップSU047に処理を進めた場合、制御装置61は、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、ゲインCpに対応する|最大値|を求め、求めた最大値を、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に代入して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。例えば、ゲインCp=1の場合、図43のCp=1のf41(x)の特性を用い、当該|f41(x)|の最大値であるτmax11が、求める最大値である。図43に示すように、時間・持上トルク特性(持ち上げ基準特性の1つ)は、ゲインCpに応じて用意されており、制御装置61は、ゲインCpに応じて持ち上げ基準特性を変更する。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図43に示す時間・持上トルク特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ、の1つである。
●[動作状態S=3の判定と、動作状態S=3の場合の処理(図35)]
ステップSU050に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが3であるか否かを判定し、動作状態Sが3である場合(Yes)はステップSU051へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU060へ処理を進める。
ステップSU051に処理を進めた場合、制御装置61は、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、ゲインCpに対応する最大値を求め、求めた最大値を、(仮)(右)持ち上げアシストトルク((仮)τs、cmd、R(t))、(仮)(左)持ち上げアシストトルク((仮)τs、cmd、L(t))に代入してステップSU057に処理を進める。例えば、ゲインCp=1の場合、図43のCp=1のf41(x)の特性を用い、当該|f41(x)|の最大値であるτmax11が、求める最大値である。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
ステップSU057にて制御装置61は、ゲインCpと、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(右)トルク減衰率τd、Rを求める。同様に制御装置61は、ゲインCpと、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(左)トルク減衰率τd、Lを求める。そして制御装置61は、以下の(式7)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、以下の(式8)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=(仮)τs、cmd、R(t)*(右)トルク減衰率τd、R (式7)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=(仮)τs、cmd、L(t)*(左)トルク減衰率τd、L (式8)
例えば、ゲインCp=1の場合、制御装置61は、図44に示すゲイン・減衰係数特性に基づいて、減衰係数τs、map、thre=Tb2を求める。そして制御装置61は、下記の(式9)にて、(右)アシスト比率を算出し、(式10)にて、(左)アシスト比率を算出する。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2に対応するTb3と、ゲインCp=3に対応するTb4を求め、これらの2値(Tb3、Tb4)からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図44に示すゲイン・減衰係数特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ(複数のデータテーブル)、の1つである。
(右)アシスト比率=[τs、map、thre−(右)装着者トルク変化量τS、R(t)]/τs、map、thre (式9)
(左)アシスト比率=[τs、map、thre−(左)装着者トルク変化量τS、L(t)]/τs、map、thre (式10)
そして制御装置61は、(右)アシスト比率と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(右)トルク減衰率τd、Rを求め、(左)アシスト比率と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(左)トルク減衰率τd、Lを求める。そして制御装置61は、(仮)τs、cmd、R(t)*(右)トルク減衰率τd、Rを(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶し、(仮)τs、cmd、L(t)*(左)トルク減衰率τd、Lを(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に記憶する。
●[動作状態S=4の判定と、動作状態S=4の場合の処理(図35)]
ステップSU060に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが4であるか否かを判定し、動作状態Sが4である場合(Yes)はステップSU061へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU077へ処理を進める。
ステップSU061に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)にタスク周期(例えば、図18に示す処理が2[ms]毎に起動される場合は、2[ms])を加算し、(左)仮想経過時間tmap、L(t)にタスク周期を加算し、ステップSU062に処理を進める。(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)は、動作状態S=4になってからの(仮想的な)経過時間を示す。
ステップSU062にて制御装置61は、現在のτs、cmd、R(t)を、(前回)τs、cmd、R(t−1)に代入し、現在のτs、cmd、L(t)を、(前回)τs、cmd、L(t−1)に代入してステップSU067に処理を進める。
ステップSU067にて制御装置61は、以下の(式11)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、(式12)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。なお、減衰係数K1は予め設定した係数であり、例えば0.9に設定されている。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=K1*(前回)τs、cmd、R(t−1) (式11)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=K1*(前回)τs、cmd、L(t−1) (式12)
●[動作状態S=5の場合の処理(図35)]
ステップSU077に処理を進めた場合、制御装置61は、以下の(式13)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、(式14)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=0 (式13)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=0 (式14)
以上に説明したように、持ち上げ作業時には、制御装置61は、持ち上げ状態に応じて動作状態Sを0から5へと順番に遷移させ、それぞれの動作状態Sに対応させて予め設定された算出方法に従って、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))を求める。
●[SS000:動作状態判定の詳細(図36)]
次に図36を用いて、図35に示すステップSU010によるSS000の処理の詳細について説明する。SS000にて制御装置61は、装着者の持ち上げ作業における持ち上げ状態に応じた動作状態S=0〜5を判定する。動作状態Sの概略は、図37に示すように、装着者が直立状態から前傾を開始した(前作業の前傾が終了した状態)、持ち上げ動作を開始した時点である動作状態S=0、持ち上げ動作を開始した後に遷移する動作状態S=1、荷物の持ち上げ動作状態S=2、徐々に前傾角度を小さくする動作状態S=3、S=4、荷物の持ち上げを完了して直立状態となった動作状態S=5、である。動作状態Sは、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)、(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)、の少なくとも1つを含む持ち上げ状態に対応させて設定されている。
●[動作状態S=0の場合]
以下、図36に示す状態遷移図を用いて、動作状態Sの判定手順について説明する。図36に示すように、持ち上げを開始したというイベントev00にて、制御装置61は、動作状態Sが0であると判定する。なお、持ち上げを開始したか否かの判定は、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)、(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)、(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)等に基づいて判定することができる。動作状態S=0の場合、制御装置61は、イベントev01が検出されると、動作状態Sを0から1に遷移させる。なお、イベントev01は、「常時」であり、図35のステップSU015に示すように、制御装置61は、動作状態S=0にした後、無条件に動作状態S=1に遷移させる。
●[動作状態S=1の場合]
制御装置61は、動作状態S=1の場合、イベントev12が検出されると、動作状態Sを1から2に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev12が検出されない場合、動作状態S=1を維持する。イベントev12は、例えば、(右)仮想経過時間tmap、R(t)≧(右)tmap、thre1が成立時、または、(左)仮想経過時間tmap、L(t)≧(左)tmap、thre1が成立時、または、持ち上げ作業の終了に近い前傾角度に(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)、(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)のいずれかがなった時、が成立時である。なお、(右)tmap、thre1は、(右)増量速度Cs、Rと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて決定され、(左)tmap、thre1は、(左)増量速度Cs、Lと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて決定される。
●[動作状態S=2の場合]
制御装置61は、動作状態S=2の場合、イベントev23が検出されると、動作状態Sを2から3に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev23が検出されない場合、動作状態S=2を維持する。イベントev23は、例えば、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)または(左)装着者トルク変化量τS、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い相対的に弱くなったとき、または、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)または(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い前傾角度になった時、が成立時である。
●[動作状態S=3の場合]
制御装置61は、動作状態S=3の場合、イベントev34が検出されると、動作状態Sを3から4に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev34が検出されない場合、動作状態S=3を維持する。イベントev34は、例えば、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)≧τs、map、thre、または、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)≧τs、map、thre、または、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)または(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い前傾角度になった時、が成立時である。なお、τs、map、threは、ゲインCpと、ゲイン・減衰係数特性(図44参照)と、に基づいて決定される。
●[動作状態S=4の場合]
制御装置61は、動作状態S=4の場合、イベントev45が検出されると、動作状態Sを4から5に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev45が検出されない場合、動作状態S=4を維持する。イベントev45は、例えば、(右)仮想経過時間tmap、R(t)≧状態判定時間t41(例えば、0.15[sec]程度)、または、(左)仮想経過時間tmap、L(t)≧状態判定時間t41(例えば、0.15[sec]程度)、が成立時である。
●[動作状態S=5の場合]
制御装置61は、動作状態S=5の場合、イベントev50が検出されると、動作状態Sを5から0に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev50が検出されない場合、動作状態S=5を維持する。イベントev50は、持ち上げ作業の開始であるが、持ち上げ作業が終了したのち、S=0へ戻る。
●[SS100R:(右)増量速度の切り替え判定の詳細(図38)]
次に図38を用いて、図35に示すステップSU033RによるSS100Rの処理の詳細について説明する。SS100Rにて制御装置61は、装着者の持ち上げ動作に応じて、(右)増量速度Cs、Rを−1〜4における適切な値へと自動的に切り替える。なお、SS100Rの処理は、(右)増量速度Cs、Rを自動的に切り替える処理手順を示しているが、(左)増量速度Cs、Lを自動的に切り替えるSS100L(図35参照)の処理手順については同様であるので説明を省略する。
SS100Rの処理にて制御装置61は、ステップSS110Rへと処理を進める。そしてステップSS110Rにて制御装置61は、現在の(右)増量速度Cs、Rを前回Cs、Rに記憶してステップSS115Rに処理を進める。
ステップSS115Rにて制御装置61は、切替停止カウンタが起動中であるか否かを判定し、切替停止カウンタが起動中である場合(Yes)はステップSS120Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS125Rへ処理を進める。なお、切替停止カウンタは、ステップSS140R、SS145Rにて、(右)増量速度Cs、Rを切り替え(変更)た際に起動されるカウンタである。
ステップSS120Rに処理を進めた場合、制御装置61は、切替停止カウンタが切替待機時間以上であるか否かを判定し、切替停止カウンタが切替待機時間以上である場合(Yes)はステップSS125Rへと処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS150Rへ処理を進める。
ステップSS125Rに処理を進めた場合、制御装置61は、持上経過時間tup(t)と、時間・切替下限特性(図39参照)と、に基づいて、現在の持上経過時間tup(t)に対応する切替下限τs、mas1(t)を求める。また制御装置61は、現在の(右)増量速度Cs、Rと、持上経過時間tup(t)と、時間切替上限特性(図39参照)と、に基づいて、現在の持上経過時間tup(t)に対応する切替上限τs、mas2(t)を求める。なお、持上経過時間tup(t)は、持ち上げを開始した(動作状態Sが0――>1に遷移した)タイミングからの経過時間である。そして制御装置61、ステップSS130Rへ処理を進める。なお図39に示す例は、時間T1にて(P1の位置にて)|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|>|切替上限τs、mas2(t)|となった状態、及び、時間T3にて(P2の位置にて))|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|<|切替上限τs、mas1(t)|となった状態の例を示している。
ステップSS130Rにて制御装置61は、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替下限τs、mas1(t)|未満であるか否かを判定し、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替下限τs、mas1(t)|未満である場合(Yes)はステップSS145Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS135Rへ処理を進める。
ステップSS135Rに処理を進めた場合、制御装置61は、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替上限τs、mas2(t)|より大きいか否かを判定し、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替上限τs、mas2(t)|より大きい場合(Yes)はステップSS140Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS150Rへ処理を進める。
ステップSS140Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rの値を1だけ増加(ただし、最大値=4にガード)させ、切替停止カウンタを起動して、ステップSS150Rに処理を進める。
ステップSS145Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rの値を1だけ減少(ただし、最小値=−1にガード)させ、切替停止カウンタを起動して、ステップSS150Rに処理を進める。
ステップSS150Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて、(右)tmap、thre1を求め、ステップS155Rに処理を進める。なお、(右)tmap、thre1は、動作状態の判定(動作状態1――>2への遷移の判定)等に使用される。
ステップSS155Rにて制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rが前回Cs、R(ステップSS110R参照)と等しいか否かを判定し、等しい場合(Yes)は処理を終了してリターンし(図35のステップSU033Lへ戻り)、等しくない場合(No)はステップSS160Rへ処理を進める。
ステップSS160Rに処理を進めた場合、制御装置61は、前回Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、時間・アシスト量特性(図41参照)と、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、仮持上アシストトルクA1(t)を算出する。例えば制御装置61は、前回Cs、R=3の場合、図41に示すように、Cs、R=3に対応するf33(x)と(右)仮想経過時間tmap、R(t)から仮持上アシストトルクA1(t)を算出する。図41に示すように、時間・アシスト量特性(持ち上げ基準特性の1つ)は、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、L、に応じて用意されており、制御装置61は、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、L、に応じて持ち上げ基準特性を変更する。
そして制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rと、時間・アシスト量特性(図41参照)と、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、仮持上アシストトルクA1(t)となる、トルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を算出し、算出したトルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を、(右)仮想経過時間tmap、R(t)に代入する(書き替える)。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。例えば制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、R=4の場合、図41に示すように、Cs、R=4に対応するf34(x)と仮持上アシストトルクA1(t)からトルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を算出し、トルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を(右)仮想経過時間tmap、R(t)に代入する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図35のステップSU033Lへ戻る)。(右)仮想経過時間tmap、R(t)の書き替えは、所定動作状態Sに遷移している場合(この場合、動作状態S=1に遷移している場合)、前記選定した持ち上げ基準特性(前回の(右)増量速度Cs、Rに対応する、時間・アシスト量特性(図41参照))に基づいて求めた持ち上げアシストトルク(仮持上アシストトルクA1(t))と、現在選定している持ち上げ基準特性(今回(現在)の(右)増量速度Cs、Rに対応する、時間・アシスト量特性(図41参照))と、の偏差を縮小する切替時トルク偏差縮小補正に相当する。
以上の説明において、時間・アシスト量特性(図41参照)、時間・持上トルク特性及び前傾角度・持上最大トルク特性(図43参照)は、持ち上げ方向へのトルクである持ち上げアシストトルクが設定された、複数の持ち上げ基準特性に相当している。そして制御装置61は、適切な持ち上げ基準特性を選定し、選定した持ち上げ基準特性に基づいて、持ち上げアシストトルクを求め、求めた持ち上げアシストトルクをアシストトルクとして、アシストトルクに基づいてアクチュエータユニットを駆動する。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
●[SS170R:(右)アシストトルク算出の詳細(図42)]
次に図42を用いて、図35に示すステップSU037RによるSS170Rの処理の詳細について説明する。SS170Rにて制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)τs、cmd、R(t)を求める。なお、SS170Rの処理は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)τs、cmd、R(t)を求める処理手順を示しているが、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値)τs、cmd、L(t)を求めるSS170L(図35参照)処理手順については同様であるので説明を省略する。
SS170Rの処理にて制御装置61は、ステップSS175Rへと処理を進める。そしてステップSS175Rにて制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、ゲインCpと、時間・アシスト量特性(図41参照)と、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、(仮)τs、cmd、R(t)を算出し、ステップSS177Rへ処理を進める。例えば制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、R=3の場合、図41に示すように、Cs、R=3に対応するf33(x)と(右)仮想経過時間tmap、R(t)から求めたアシストトルクA1(t)を、(仮)τs、cmd、R(t)に記憶する。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
ステップSS177Rにて制御装置61は、前傾角度と、前傾角度・持上最大トルク特性(図43参照)と、に基づいて、(右)トルク上限値τs、max、R(t)を算出し、ステップSS180Rへ処理を進める。例えば制御装置61は、図43に示す前傾角度・持上最大トルク特性と(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)から求めた持上最大トルクB1(t)を、(右)トルク上限値τs、max、R(t)に記憶する。持上トルクは、前傾角度が小さいときに大きくなり過ぎないように「前傾角度・持上最大トルク特性」によって、トルク値が制限される。
ステップSS180Rにて制御装置61は、|(仮)τs、cmd、R(t)|が|(右)トルク上限値τs、max、R(t)|より大きいか否かを判定し、大きい場合(Yes)はステップSS185Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS187Rに処理を進める。
ステップSS185Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に(右)トルク上限値τs、max、R(t)を記憶し、処理を終了してリターンする(図35のステップSU037Lへ戻る)。
ステップSS187Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に(仮)τs、cmd、R(t)を記憶し、処理を終了してリターンする(図35のステップSU037Lへ戻る)。
以上、本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1は、シンプルな構成で装着者への装着が容易である。また、持ち下げ作業に対するアシスト制御、持ち上げ作業に対するアシスト制御が、シンプルな制御とされており、荷物の持ち上げ作業、荷物の持ち下げ作業を、適切にアシストすることができる。また、荷物の持上動作や持下動作をアシストする際、装着者が手にしている荷物の質量または重量に応じてアシストトルクの大きさを自動的に調整して装着者に違和感や不満を与えることをより抑制する(アシストの調和性が向上させる)ことができる。また、装着者が荷物を手にしていない場合、不要なアシストトルクを発生させないことができる(ゲインCp=0の時、アシストトルクをほとんど発生させない設定にできる)ので、荷物を手にしていない装着者の動作を阻害することがない。
本発明のパワーアシストスーツの構造、構成、形状、外観、処理手順等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、制御装置の処理手順は、本実施の形態にて説明したフローチャート等に限定されるものではない。また、本実施の形態の説明では、渦巻バネ45R(図10参照)を用いた例を説明したが、渦巻バネの代わりにトーションバネ(torsion barやtorsion bar spring)を用いてもよい。
本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1では、ベルトを締めた状態に保持するベルト保持部材として、コキまたはバックルを用いる例を説明した。そして、ベルト等の接続と解放をバックルにて行う例を説明したが、バックルとは異なるベルト保持部材にてベルト等の接続と解放を行うようにしてもよい。また、コキにベルトを通すことで、引っ張ったベルトが緩まないようにしたが、コキ以外のベルト保持部材を用いてもよい。また、コキとバックルの双方の機能を有するベルト保持部材を用いてもよい。
本実施の形態の説明では、操作ユニットR1に、ゲインUP操作部R1BU及びゲインDOWN操作部R1BDと、増量速度UP操作部R1CU及び増量速度DOWN操作部R1CDと、の双方を有する例を説明した。しかし、ゲインUP操作部R1BU及びゲインDOWN操作部R1BDと、増量速度UP操作部R1CU及び増量速度DOWN操作部R1CDと、の少なくとも一方を有するように構成してもよい。
本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1は、操作ユニットR1から、ゲイン、増量速度、等を変更可能とした例を説明したが、制御装置61に(無線または有線で通信する)通信手段64(図15参照)を設け、スマートフォン等からの通信にて変更できるようにしてもよい。また、制御装置61に(無線または有線で通信する)通信手段64(図15参照)を備え、制御装置61にて種々のデータを収集し、収集したデータを所定タイミング(常時、一定時間間隔、アシスト動作の終了後など)で解析システムに送信するようにしてもよい。例えば収集したデータには、装着者情報とアシスト情報とが有る。装着者情報は、例えば、装着者トルクや装着者の姿勢などを含み、装着者に関する情報である。アシスト情報は、例えば、アシストトルク、電動モータ(アクチュエータ)の回転角度(図15中の実モータ軸角度θrM、R)、出力リンク回動角度(図15中の実リンク角度θL)、動作モード、ゲイン、増量速度などを含み、左右のアクチュエータユニットの入出力に関する情報である。また解析システムは、パワーアシストスーツとは別に用意されたシステムであり、例えば、ネットワーク(LAN)で接続する外部のパーソナルコンピュータ、サーバ、PLC(Programmable Logic Controller)、CNC(Computerized Numerical Control)装置などの組み込みシステムである。そして解析システムにて、パワーアシストスーツ1に固有(すなわち、装着者に固有)の最適な設定値(ゲイン、増量速度等の最適な値)を解析(算出)させ、解析結果(算出した結果)である最適な設定値を含む解析情報を、パワーアシストスーツ1の制御装置61(通信手段64)に送信するようにしてもよい。解析システムで装着者の動作、アシスト力等を解析することで、作業の種類(繰り返しや、持ち上げ高さなど)や、装着者の能力を考慮した最適なアシストトルクを出力できる。そして左右のアクチュエータユニットは、解析システムから受信した解析情報(例えば、ゲイン、増量速度)に基づいて、自身の動作を調整する(例えば、ゲイン、増量速度を、受信したゲイン、増量速度に変更する)。
本実施の形態の説明では、装着者質量Mと荷物質量mを用いてゲインCpを求める例を説明したが、重力加速度gを用いて、装着者重量(M*g)と荷物重量(m*g)を用いてゲインCpを求めるようにしてもよい。
本実施の形態の説明では、装着者の左右の足裏に荷重検出手段を設ける例を説明したが、装着者の左右の手に手袋を装着させて、左右の手袋に荷重検出手段を設けるようにしてもよい。この場合、荷重検出手段にて検出した荷重から荷物質量(または荷物重量)を検出することが可能であり、検出した荷物質量(または荷物重量)をゲインCpに換算すればよい。また、左右の足裏、または、左右の手袋、に荷重検出手段を設ける代わりに、荷重の有無を検出するスイッチを複数設けるようにしてもよい。例えば各スイッチを、2[kg]以上でONするスイッチとすれば、ONとなっているスイッチの数に応じて、概略の荷物重量を検出することができる。