JP2021062468A - Assist device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示の発明は、アシスト装置に関する。 The invention of the present disclosure relates to an assist device.
利用者(人)の身体に装着され、その利用者の作業を補助するアシスト装置が様々提案されている。アシスト装置によれば、利用者は、例えば重量物を持ち上げる場合であっても、小さな力(小さな負担)で作業を行うことが可能となる。このようなアシスト装置は、例えば、特許文献1に開示されている。 Various assist devices have been proposed that are attached to the body of a user (person) and assist the user's work. According to the assist device, the user can perform the work with a small force (small load) even when lifting a heavy object, for example. Such an assist device is disclosed in, for example, Patent Document 1.
特許文献1に開示されているアシスト装置は、利用者に装着する金属製等のフレームを有する。そのフレームに搭載されているアクチュエータの出力が、リンク機構を通じて、利用者の上半身と下半身とに伝達される。これにより、例えば重量物を持ち上げる動作が補助される。 The assist device disclosed in Patent Document 1 has a frame made of metal or the like to be attached to a user. The output of the actuator mounted on the frame is transmitted to the upper body and lower body of the user through the link mechanism. This assists, for example, the action of lifting a heavy object.
利用者が補助を要する動作としては、重量物を持ち上げる等の負荷が大きい動作の他に、例えば、病人又は高齢者等の人に対して日常生活行動の援助(介助)を行う動作がある。利用者が負荷の大きい作業を行う場合、特許文献1に開示されているような高出力のアシスト装置が効果的である。 The movements that the user needs assistance include, in addition to the movements that place a heavy load such as lifting a heavy object, the movements that assist (assist) the activities of daily living for a person such as a sick person or an elderly person. When the user performs work with a heavy load, a high-output assist device as disclosed in Patent Document 1 is effective.
しかし、利用者が、病人又は高齢者等の人に対する援助を行う場合、高出力のアシスト装置は過剰性能となる場合がある。また、高出力のアシスト装置では、リンク機構及び金属製等のフレームのような剛体部材が多く用いられていて、高出力を得るために、重厚な構成となっている。そのため、アシスト装置の重量が重くなり、剛体部材によって利用者の動きが制限される。 However, when the user assists a person such as a sick person or an elderly person, the high-power assist device may have excessive performance. Further, in the high output assist device, a rigid body member such as a link mechanism and a frame made of metal or the like is often used, and the structure is heavy in order to obtain high output. Therefore, the weight of the assist device becomes heavy, and the movement of the user is restricted by the rigid body member.
そこで、本発明の発明者は、軽量であり装着感の良いアシスト装置を既に提案している(例えば、特願2019−043462)。そのアシスト装置は、利用者の肩部に装着される第一装着具と、利用者の左右の脚部に装着される第二装着具と、第一装着具と第二装着具とにわたって利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、アクチュエータとを備える。アクチュエータは、第一装着具に設けられていて、前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。 Therefore, the inventor of the present invention has already proposed an assist device that is lightweight and has a good fit (for example, Japanese Patent Application No. 2019-043462). The assist device covers the first wearer worn on the shoulder of the user, the second wearer worn on the left and right legs of the user, and the first and second wearers. It is provided with a belt body provided along the back side of the machine and an actuator. The actuator is provided on the first attachment and enables the winding and feeding of a part of the belt body.
アクチュエータがベルト体の一部を巻き取ることで、ベルト体に張力が作用する。この張力がアシスト力となって利用者に作用する。これにより、利用者が例えば前記のとおり人に対する援助を行う際に、負担が軽減される。 When the actuator winds up a part of the belt body, tension acts on the belt body. This tension acts as an assist force on the user. As a result, the burden is reduced when the user provides assistance to a person as described above, for example.
前記のようなベルト体を備えるアシスト装置は、様々な体格の利用者に用いられる。このため、ベルト体の長さを例えば標準身長に合わせて設定した場合、標準身長よりも身長の高い利用者が、そのアシスト装置を装着すると、ベルト体が必要以上に引っ張られる。すると、アシスト装置は、適切なアシスト力を発生させることができなかったり、歩行し難かったりする可能性がある。 The assist device provided with the belt body as described above is used by users of various physiques. Therefore, when the length of the belt body is set according to, for example, the standard height, when a user who is taller than the standard height wears the assist device, the belt body is pulled more than necessary. Then, the assist device may not be able to generate an appropriate assist force or may have difficulty walking.
そこで、本開示の目的は、軽量であり装着感が良く、利用者の体格に応じたアシスト力を発生させることが可能となるアシスト装置を提供することにある。 Therefore, an object of the present disclosure is to provide an assist device that is lightweight, has a good fit, and can generate an assist force according to the physique of the user.
本開示のアシスト装置は、利用者の肩部及び胸部の少なくとも一方に装着される第一装着具と、前記利用者の左右の脚部それぞれ又は腰部に装着される第二装着具と、前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とするアクチュエータと、前記アクチュエータの動作制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、前記第一装着具及び前記第二装着具が前記利用者に装着された状態で前記アクチュエータの動作が開始されると、第一巻き取り力によって前記ベルト体の巻き取りを実行し、当該ベルト体の巻き取りが完了すると、前記アクチュエータによる巻き取り力を、前記第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更する。 The assist device of the present disclosure includes a first wearer worn on at least one of the user's shoulder and chest, a second wearer worn on each of the left and right legs or the waist of the user, and the first wearer. A belt body provided along the back side of the user across the first wearer and the second wearer, and a part of the belt body provided on the first wearer or the second wearer. The control unit includes an actuator that enables delivery and a control unit that executes operation control of the actuator, and the control unit is said to have the first attachment and the second attachment attached to the user. When the operation of the actuator is started, the winding of the belt body is executed by the first winding force, and when the winding of the belt body is completed, the winding force of the actuator is calculated from the first winding force. Also change to a smaller second winding force.
前記構成を備えるアシスト装置によれば、ベルト体が第一装着具と第二装着具とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータによってベルト体が巻き取られると、ベルト体に張力が作用する。その張力により利用者の作業を補助するアシスト力が生まれ、利用者の身体の負担が軽減される。ベルト体は、軽量であり、また、利用者が姿勢を変えても身体に沿うことができ、利用者の動作に追従する。よって、装着感の良いアシスト装置が得られる。 According to the assist device having the above configuration, the belt body is provided along the back side of the user over the first wearing tool and the second wearing tool. When the belt body is wound by the actuator, tension acts on the belt body. The tension creates an assisting force that assists the user's work, reducing the physical burden on the user. The belt body is lightweight and can follow the user's movements even if the user changes his / her posture. Therefore, an assist device having a good fit can be obtained.
更に、前記構成を備えるアシスト装置によれば、利用者がアシスト装置を装着する際に、予めベルト体を緩ませていても、アクチュエータの動作が開始されると、ベルト体が利用者の体格(例えば身長)に応じた長さに自動的に調整される。そして、ベルト体の巻き取りが完了すると、前記第一巻き取り力より小さい第二巻き取り力に変更される。第二巻き取り力は小さいことから、アシスト装置の装着後、利用者の動作はベルト体によって阻害されない。ベルト体が利用者の体格に適合した長さに調整されているため、利用者の体格に応じたアシスト力を発生させることが可能となる。 Further, according to the assist device having the above configuration, even if the belt body is loosened in advance when the user wears the assist device, the belt body becomes the user's physique ( For example, the length is automatically adjusted according to the height). Then, when the winding of the belt body is completed, the winding force is changed to a second winding force smaller than the first winding force. Since the second winding force is small, the movement of the user is not hindered by the belt body after the assist device is attached. Since the belt body is adjusted to a length suitable for the user's physique, it is possible to generate an assist force according to the user's physique.
なお、ベルト体に張力が付与されていれば、第二巻き取り力は、ゼロであってもよいが、ゼロよりも大きいのが好ましい。つまり、好ましくは、前記ベルト体の巻き取りが完了すると、前記制御部は、前記アクチュエータによる巻き取り力を、前記第一巻き取り力よりも小さくゼロよりも大きい第二巻き取り力に変更する。
この構成によれば、アシスト装置の装着後、利用者が例えば姿勢を崩す等して小さく動いても、ベルト体が容易に緩まない。
If tension is applied to the belt body, the second winding force may be zero, but is preferably larger than zero. That is, preferably, when the winding of the belt body is completed, the control unit changes the winding force by the actuator to a second winding force smaller than the first winding force and larger than zero.
According to this configuration, the belt body does not easily loosen even if the user moves a little after wearing the assist device, for example, by losing his / her posture.
また、好ましくは、前記アクチュエータは、前記ベルト体を巻き取り可能であるプーリ、及び、当該プーリに前記ベルト体の巻き取り動作をさせるためのモータを有し、前記制御部は、前記プーリ又は前記モータの回転に関するパラメータに基づいて、前記ベルト体の巻き取りの完了を検出する。
この構成によれば、簡単な構成により、ベルト体の巻き取り完了を検出することが可能となる。ベルト体の巻き取りが完了すると、アクチュエータによる巻き取り力が、第一巻き取り力から第二巻き取り力に変更される。
Further, preferably, the actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body, and the control unit is the pulley or the pulley. The completion of winding of the belt body is detected based on the parameters related to the rotation of the motor.
According to this configuration, it is possible to detect the completion of winding of the belt body with a simple configuration. When the winding of the belt body is completed, the winding force by the actuator is changed from the first winding force to the second winding force.
また、好ましくは、前記アクチュエータは、前記ベルト体を巻き取り可能であるプーリ、及び、当該プーリに前記ベルト体の巻き取り動作をさせるためのモータを有し、前記制御部は、前記モータへの供給電流を小さくすることで、前記アクチュエータによる巻き取り力を変更する。
この構成によれば、簡単な構成により、アクチュエータによるベルト体の巻き取り力を、前記第一巻き取り力より小さい第二巻き取り力に変更することが可能となる。
Further, preferably, the actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body, and the control unit is attached to the motor. By reducing the supply current, the winding force of the actuator is changed.
According to this configuration, the winding force of the belt body by the actuator can be changed to a second winding force smaller than the first winding force by a simple configuration.
利用者の身長によって第一巻き取り力によるベルト体の巻き取り量が異なる。そこで、好ましくは、前記アクチュエータは、前記ベルト体を巻き取り可能であるプーリ、及び、当該プーリに前記ベルト体の巻き取り動作をさせるためのモータを有し、前記制御部は、前記アクチュエータによる巻き取り力を、前記第二巻き取り力に変更すると、当該変更した時点での前記モータの位相を、当該モータの位相の初期値として設定する。
この構成によれば、利用者の体格に応じて、モータの位相が初期設定される。その初期設定が基準となって、モータの回転の制御が可能となり、適切なアシスト力の発生が可能となる。
The amount of winding of the belt body by the first winding force differs depending on the height of the user. Therefore, preferably, the actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body, and the control unit winds the belt body by the actuator. When the taking force is changed to the second winding force, the phase of the motor at the time of the change is set as the initial value of the phase of the motor.
According to this configuration, the phase of the motor is initially set according to the physique of the user. Based on the initial setting, the rotation of the motor can be controlled, and an appropriate assist force can be generated.
また、好ましくは、前記アクチュエータは、モータと、複数の歯車により構成され前記モータの回転を減速して出力する減速機部と、前記減速機部の出力に起因して回転することで前記ベルト体を巻き取り可能であるプーリと、を有し、
前記プーリから前記ベルト体が送り出される際、前記モータが前記減速機部を通じて当該プーリに対して当該ベルト体を巻き取る方向のトルクを与えつつ、当該プーリは当該ベルト体を送り出す方向に回転する。
この構成によれば、プーリからベルト体が送り出される場合であっても、モータは減速機部を通じてそのプーリに対してベルト体を巻き取る方向のトルクを与える。つまり、ベルト体を巻き取る場合とベルト体を送り出す場合との双方で、ベルト体に張力が作用する。そして、ベルト体が巻き取られる場合であってもベルト体を送り出す場合であっても、減速機部において、歯車間のバックラッシュによるアシスト力発生の応答遅れ、及び、バックラッシュによる衝撃の発生を防止することが可能となる。
Further, preferably, the actuator is composed of a motor, a plurality of gears, a speed reducer unit that decelerates and outputs the rotation of the motor, and a belt body that rotates due to the output of the speed reducer unit. With a pulley that can be wound up,
When the belt body is sent out from the pulley, the pulley rotates in the direction of sending out the belt body while applying torque in the direction of winding the belt body to the pulley through the speed reducer unit.
According to this configuration, even when the belt body is sent out from the pulley, the motor applies torque in the direction of winding the belt body to the pulley through the speed reducer unit. That is, tension acts on the belt body both when the belt body is wound up and when the belt body is sent out. Then, regardless of whether the belt body is wound up or the belt body is sent out, in the speed reducer unit, the response delay of the assist force generation due to the backlash between the gears and the generation of the impact due to the backlash occur. It becomes possible to prevent.
前記アシスト装置において、第一装着具及び第二装着具が利用者に装着された状態で前記アクチュエータの動作が開始されると、前記第一巻き取り力によってベルト体の巻き取りが実行される。その第一巻き取り力が終始大きいと、巻き取り完了の際、ベルト体から利用者に伝わる衝撃力が大きくなってしまう可能性がある。
そこで、好ましくは、前記制御部は、前記アクチュエータの動作が開始されると、前記第一巻き取り力を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、当該開始時よりも小さくするように変化させる制御を行う。この構成によれば、ベルト体の巻き取り完了に向けて第一巻き取り力が弱くなる。このため、巻き取り完了の際、ベルト体から利用者に衝撃力が与えられるのを防ぐことが可能となる。
In the assist device, when the operation of the actuator is started with the first attachment and the second attachment attached to the user, the belt body is wound by the first winding force. If the first winding force is large from beginning to end, the impact force transmitted from the belt body to the user may increase when the winding is completed.
Therefore, preferably, when the operation of the actuator is started, the control unit reduces the first winding force to be smaller than that at the start of winding in a time zone after the start of winding. Control to change. According to this configuration, the first winding force becomes weaker toward the completion of winding of the belt body. Therefore, when the winding is completed, it is possible to prevent the belt body from applying an impact force to the user.
また、前記制御部は、前記アクチュエータの動作が開始されると、前記ベルト体の巻き取り速度を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、当該開始時よりも低くするように変化させる制御を行うように構成されていてもよい。この場合、ベルト体の巻き取り完了に向けてベルト体の巻き取り速度が低くなる。このため、巻き取り完了の際、ベルト体から利用者に衝撃力が与えられるのを防ぐことが可能となる。 Further, when the operation of the actuator is started, the control unit changes the winding speed of the belt body to be lower than that at the start of winding in a time zone after the start of winding. It may be configured to perform control. In this case, the winding speed of the belt body decreases toward the completion of winding of the belt body. Therefore, when the winding is completed, it is possible to prevent the belt body from applying an impact force to the user.
本開示のアシスト装置によれば、軽量であり装着感が良く、利用者の体格に応じたアシスト力を発生させることが可能となる。 According to the assist device of the present disclosure, it is lightweight and comfortable to wear, and it is possible to generate an assist force according to the physique of the user.
〔アシスト装置10の全体構成〕
図1は、アシスト装置の一例を示す背面図である。図2は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の背面図である。図3は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の側面図である。図4は、アシスト装置が装着された利用者が前傾姿勢(前屈姿勢)となった状態を示す説明図である。図1に示すアシスト装置10は、利用者(人)の身体の一部である左右の肩部BSに装着される一つの第一装着具11と、その利用者の身体の他部である左右の脚部BLに装着される二つの第二装着具12とを備える。第一装着具11は、利用者の肩部BS及び胸部BBの少なくとも一方に装着されればよく、また、図示する形態以外であってもよい。本開示では、第二装着具12は、脚部BLの内の膝部BNに装着される。第二装着具12も、図示する形態以外であってもよい。
[Overall configuration of assist device 10]
FIG. 1 is a rear view showing an example of the assist device. FIG. 2 is a rear view of the assist device attached to the user's body. FIG. 3 is a side view of the assist device attached to the user's body. FIG. 4 is an explanatory view showing a state in which the user equipped with the assist device is in a forward leaning posture (forward bending posture). The
本開示のアシスト装置10において、左右は、アシスト装置10を装着した直立姿勢にある利用者にとっての左右であり、前後は、その利用者にとっての前後であり、上下はその利用者にとっての上下である。上が利用者の頭側であり、下が利用者の足側である。
In the
アシスト装置10は、第一装着具11、及び左右の第二装着具12の他に、ベルト体13、アクチュエータ14、制御部15、バッテリ37、及び、センサ38を備える。
The
第一装着具11は、利用者の肩部BSに装着される。一方の第二装着具12は、利用者の左の膝部BNに装着される。他方の第二装着具12は、利用者の右の膝部BNに装着される。左側の第二装着具12と右側の第二装着具12とは左右対称であるが、構成は同じである。第一装着具11と二つの第二装着具12とは、利用者の関節である腰部BWを挟んで離れる二箇所、つまり肩部BS及び脚部BLに装着される。
The
第一装着具11は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第一装着具11は、利用者の背中に装着される背本体部21と、背本体部21と繋がる肩ベルト22及び腋ベルト23とを有する。肩ベルト22及び腋ベルト23により、背本体部21が利用者に背負われた状態となる。腋ベルト23は背本体部21と肩ベルト22とを繋いでいて、その長さが調整可能である。腋ベルト23の長さ調整により、背本体部21が利用者の背中に密着した状態となる。第一装着具11は肩部BSに対して前後、左右、及び上下方向に移動不能となって装着される。第一装着具11には、例えば、肩部BSに掛ける部分として、硬質の部材が含まれていてもよい。
The
第二装着具12は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第二装着具12は、利用者の膝部BNの後面側に装着される膝本体部24と、膝本体部24から延びて設けられている膝ベルト25とを有する。膝ベルト25は、膝部BNの上下位置それぞれにおいて膝部BNを周回し、その先端側が膝本体部24に固定される。膝ベルト25は、ベルトとバックル、又は、面ファスナー等の係止部材により、膝部BNに対する巻き付き長さの調整が可能である。この調整により、膝本体部24が膝部BNの後面側に密着した状態となる。第二装着具12は膝部BNに対して前後、左右、及び上下方向に移動不能となって装着される。
The
ベルト体13は、第一装着具11と第二装着具12とを結ぶようにして、利用者の背面側に沿って設けられている。ベルト体13は、上半身側に設けられている第一ベルト16と、下半身に設けられている第二ベルト17と、第一ベルト16と第二ベルト17とを連結している連結部材18とを有する。第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、長尺であり、可撓性を有する。連結部材18は、金属製であり、「平カン」と称される矩形の環状体により構成されている。
The
第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、布製又は革製の帯状の部材であり、身体の形状に沿って湾曲可能である。なお、第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、紐状のベルト(ワイヤーのような部材)であってもよい。本開示の第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、非伸縮性の部材である、つまり、その長手方向に伸縮し難い特性又は伸縮しない特性を有する。
Each of the
本開示のアシスト装置10は、コントロールボックス30を備える。コントロールボックス30は、第一装着具11の背本体部21に設けられている。図5は、コントロールボックス30及びベルト体13の説明図である。コントロールボックス30は、板状であるベース31と、ベース31を覆うカバー32とを有する。コントロールボックス30の内部構造を説明するために、図5ではカバー32が仮想線(二点鎖線)で示されている。ベース31が、第一装着具11の背本体部21であってもよい。
The
ベース31とカバー32との間に形成される空間に、アクチュエータ14、制御部15、バッテリ37、及びセンサ38等が設けられている。カバー32には、開口(切り欠き)32aが形成されていて、この開口32aを第一ベルト16が通過している。
An
アクチュエータ14は、コントロールボックス30内に設けられている。つまり、アクチュエータ14は第一装着具11に設けられている。アクチュエータ14はベルト体13の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。そのために、アクチュエータ14は、モータ33、減速機部34、及び駆動プーリ35を有する。モータ33は、ブラシレスDCモータである。モータ33は、制御部15から出力される駆動信号に基づいて、所定のトルク、所定の回転数で回転することができる。モータ33は、制御部15から出力される駆動信号に基づいて、正逆回転可能である。
The
モータ33の回転角度、回転速度、又は回転数等の回転に関するパラメータは、モータ33に取り付けられている回転検出器36によって検出される。本開示の回転検出器36は、ロータリエンコーダであるが、ホールセンサ又はレゾルバであってもよい。回転検出器36の検出結果は、制御部15に入力される。制御部15は、前記検出結果に基づいてモータ33の動作を制御することで、アシスト装置10は適切なアシスト力を生じさせることができる。
Rotational parameters such as the rotation angle, rotation speed, or rotation speed of the
減速機部34は、複数の歯車34gにより構成されていて、モータ33の回転数を減速して、減速機部34の出力軸34aを回転させる。出力軸34aに駆動プーリ35が連結されていて、これらは一体回転する。駆動プーリ35には、第一ベルト16の一端部16a側が取り付けられている。モータ33の正回転により、駆動プーリ35が一方向に回転すると、第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られる。モータ33の逆回転により、駆動プーリ35が他方向に回転すると、駆動プーリ35から第一ベルト16が送り出される。
The
このように、アクチュエータ14は、ベルト体13を巻き取り可能である駆動プーリ35、及び、駆動プーリ35にベルト体13の巻き取り動作をさせるためのモータ33を有する。第一ベルト16が、アクチュエータ14により巻き取られたり送り出されたりする。
As described above, the
制御部15は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットにより構成されている。制御部15は、後にも説明するが、アクチュエータ14(モータ33)の動作を制御する。前記センサ38として、加速度センサが設けられている。センサ38の信号は制御部15に入力される。制御部15はセンサ38からの信号に基づいて利用者の姿勢を推定することが可能となる。バッテリ37は、制御部15、モータ33、回転検出器36、及びセンサ38に電力を供給する。センサ38は、コントロールボックス30の外部に設けられていてもよい。
The
〔ベルト体13について〕
ベルト体13は、前記のとおり、第一ベルト16と第二ベルト17と連結部材18とを有する。第一ベルト16の一端部16a側が、駆動プーリ35に巻かれて固定されている。第一ベルト16の他端部16b側が、連結部材18に固定されている。駆動プーリ35に第一ベルト16が巻き取られると、連結部材18は引き上げられる。連結部材18が強制的に引き下げられると、駆動プーリ35から第一ベルト16が巻き出される(引き出される)。駆動プーリ35における第一ベルト16の巻き取り量又は巻き出し量(引き出し量)と、モータ33の出力軸の回転量との間には相関がある。ベルト体13の巻き取り又は巻き出しに伴うモータ33の回転に関するパラメータが、回転検出器36によって検出される。
[About belt body 13]
As described above, the
前記のとおり、連結部材18は、矩形の環状体により構成されている。その環状体の一辺側(上辺側)の軸部27aが第一取り付け部27であり、第一取り付け部27に第一ベルト16の端部16bが取り付けられている。本開示では、第一ベルト16が第一取り付け部27に対して取り外し不能となっているが、バックル等によって取り外し可能となっていてもよい。
As described above, the connecting
連結部材18を構成する前記矩形の環状体の他辺側(下辺側)が、第二ベルト17を取り付けるための第二取り付け部28である。このように、連結部材18は、第一ベルト16を取り付けるための第一取り付け部27と、第二ベルト17を取り付けるための第二取り付け部28とを有する。
The other side (lower side) of the rectangular annular body constituting the connecting
第二取り付け部28は、第二ベルト17を、その途中(途中部17c)で折り返した状態で支持している。本開示の第二取り付け部28は、第一取り付け部27と一体である軸部28aと、軸部28aに回転自在となって支持されている回転プーリ29とを有する。回転プーリ29に、第二ベルト17が、その途中で折り返された状態で掛けられている。この構成により、第二取り付け部28に、第二ベルト17は固定されておらず、第二ベルト17を、折り返した状態であるが、その長手方向の両方向(図5の矢印X方向)に移動自在として支持する構成が得られる。
The
図2において、第二ベルト17は、第二装着具12に取り付けられている。具体的に説明すると、第二ベルト17は一本の帯状部材により構成されている。第二ベルト17の一端部17a側が、左の第二装着具12に取り付けられている。第二ベルト17の他端部17d側が、右の第二装着具12に取り付けられている。前記のとおり、第二ベルト17の途中部17cが、連結部材18に掛けられている。
In FIG. 2, the
前記のような第二ベルト17の構成によれば、その第二ベルト17は、連結部材18から左の第二装着具12までの左第二ベルト部19と、連結部材18から右の第二装着具12までの右第二ベルト部20とを有する。前記のとおり(図5参照)、第二ベルト17は、第二取り付け部28(回転プーリ29)に掛けられていて、固定されていないことから、左第二ベルト部19の長さと右第二ベルト部20の長さとは、自由に変更可能となる。ただし、左第二ベルト部19の長さと右第二ベルト部20の長さとの合計は一定である。この構成により、利用者の例えば歩行が第二ベルト17によって制限されず、利用者は楽に歩行できる。
According to the configuration of the
第二ベルト17は、更に、左第二ベルト部19と右第二ベルト部20とを連結する繋ぎ部材39を有する。繋ぎ部材39は、第二ベルト17の折り返し部(途中部17c)と二つの第二装着具12との固定部(一端部17a,他端部17d)との間の中間位置において、左第二ベルト部19と右第二ベルト部20とを連結している。前記折り返し部は、連結部材18において第二ベルト17が折り返されている部分である。前記固定部は、二つの第二装着具12それぞれに第二ベルト17が固定されている部分である。
The
例えば利用者が直立姿勢から図4に示すように前屈姿勢となるように姿勢を変更した場合に、繋ぎ部材39によれば、左第二ベルト部19と右第二ベルト部20との左右の間隔が広がってしまうのを防止することが可能となる。つまり、左第二ベルト部19と右第二ベルト部20とが利用者の脚部BLにおける背面側に沿わないようになるのを防止することが可能となる。
For example, when the user changes his / her posture from the upright posture to the forward bending posture as shown in FIG. 4, according to the connecting
〔センサ38及び制御部15について〕
図5において、前記のとおり、センサ38は、加速度センサにより構成されている。制御部15は、各種の演算処理を実行可能である。センサ38からの信号を制御部15が演算処理することで、利用者の動作及び姿勢を検出することができる。センサ38は、利用者の姿勢に応じた信号を出力する構成を有し、利用者の姿勢を検出するための姿勢検出器として機能する。例えば、利用者の上半身の姿勢が前傾姿勢にあるのか直立姿勢にあるのかの状態を検出したり、しゃがんだ状態となったことを検出したりできる。
[About the
In FIG. 5, as described above, the
また、モータ33による駆動プーリ35でのベルト体13の巻き取り量及び送り出し量と、利用者の姿勢とは相関がある。このため、前記回転検出器36が検出するモータ33の回転角に基づいて、制御部15は利用者の姿勢を推定することができる。回転検出器36が、利用者の姿勢を検出するための姿勢検出器として機能する。
Further, there is a correlation between the winding amount and the feeding amount of the
制御部15は、センサ38及び回転検出器36の一方又は双方からの信号を処理し、その処理の結果、つまり、利用者の姿勢に応じて、アクチュエータ14(モータ33)へ駆動信号を出力する。駆動信号に基づいて、アクチュエータ14(モータ33)は動作し、ベルト体13の巻き取り及び送り出し、並びに、その一時停止等が行われる。
The
アシスト装置10が利用者に装着された状態で、制御部15の制御により、常時、モータ33は、アシスト力を発生させる場合と比べて弱い力でベルト体13を巻き取る方向に動作していて(後述の第二巻き取り力としてトルクを発生させていて)、ベルト体13に弱い張力を生じさせている。これにより、ベルト体13が緩まない。
With the
利用者が姿勢を変化させると、例えば、直立姿勢から前傾姿勢になると、ベルト体13にはその姿勢の変化に起因して張力が生じる。そこで、この場合、前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14の動力によらず、ベルト体13の張力によりモータ33を強制的に回転させて(モータ33は空転して)、ベルト体13は巻き出される。又は、前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14は動作して、つまり、モータ33を回転駆動して、ベルト体13を送り出す。
When the user changes his / her posture, for example, when he / she changes from an upright posture to a forward leaning posture, tension is generated in the
反対に、利用者が前傾姿勢から直立姿勢になると、ベルト体13はその姿勢の変化に起因して緩もうとする。そこで、この場合、直立姿勢となるように姿勢変化を開始すると、ベルト体13に作用する張力を維持するために、アクチュエータ14は動作して、つまり、モータ33を回転駆動して、ベルト体13を巻き取る。
On the contrary, when the user changes from the forward leaning posture to the upright posture, the
このように、利用者の姿勢変更により、ベルト体13の巻き取り又は送り出しがされる。この巻き取り又は送り出しでは、能動的に又は受動的にモータ33が所定の回転角だけ回転する。この際の回転角が、回転検出器36によって検出される。このように、利用者の姿勢変更によるベルト体13の巻き取り又は送り出しの際のアクチュエータ14(モータ33)の動作量が、回転検出器36によって検出される。
そして、制御部15が、利用者の姿勢変更によるベルト体13の巻き取り又は送り出しの際のアクチュエータ14の動作量(モータ33の回転角)を取得し、その動作量に基づいて、利用者にアシスト力を付与するためにアクチュエータ14の動作の制御を行う。
In this way, the
Then, the
図6は、アシスト装置10が備える制御構成を示すブロック図である。制御部15は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットにより構成されていて、演算処理ユニット(CPU)15a及びメモリ等の記憶装置(記憶部)15bを備える。演算処理ユニット15aは、記憶装置15bに記憶されている各種プログラム及び各種パラメータ等に基づいて、種々の演算処理を実行する。本開示の制御部15は、演算処理ユニット15aによる演算処理によって実現される機能部として、起動部42a、調整部42b、及び設定部42cを備える。制御部15は、更に、モータ33の動作制御を行う駆動回路(モータドライバ)15cを含む。前記の各機能部と駆動回路15cとが協働することでモータ33は所定の動作を実行する。
FIG. 6 is a block diagram showing a control configuration included in the
アシスト装置10が利用者に装着された状態で、起動スイッチ41がオン状態にされると、制御部15は、初期設定処理を行う。なお、起動スイッチ41は、コントロールボックス30(図1参照)又は肩ベルト22等に設けられていて、利用者によって操作される。起動スイッチ41は、アシスト装置10の起動及び停止を行うためのスイッチである。
When the
起動部42aは、アクチュエータ14を起動させ、ベルト体13の巻き取りを開始する。つまり、起動部42aは、モータ33を回転させることで、ベルト体13を駆動プーリ35に巻き取らせる。
The
調整部42bは、ベルト体13の巻き取り力を調整する。ベルト体13の巻き取り力は、駆動プーリ35の回転トルクに基づいて発生し、その回転トルクはモータ33の出力トルクに基づいて発生する。このため、調整部42bは、ベルト体13の巻き取り力を調整するために、駆動回路15cを制御して、モータ33の出力トルクを変更する。調整部42bは、モータ33への供給電流を小さくすることで、モータ33の出力トルクを小さくすることができる。つまり、モータ33への供給電流が小さくなることで、後に説明するように、アクチュエータ14による巻き取り力が、第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更される。また、調整部42bは、モータ33への供給電流を大きくすることで、モータ33の出力トルクを大きくすることができる。
The adjusting
アシスト装置10が利用者に装着されると、起動部42aによってベルト体13の巻き取りが開始される。後にも説明するが、作業を行う利用者にアシスト力を付与するためには、ベルト体13が弛んでいない状態、つまり、ベルト体13が駆動プーリ35に巻き取られて巻き取りが完了した状態(この状態が「初期状態」である。)から、モータ33を回転させてベルト体13の巻き取り及び送り出しが行われる。前記初期状態からのモータ33の回転量に応じてベルト体13の巻き取り量及び送り出し量が変化する。その変化に応じてベルト体13に作用する張力及び張力が作用する時間が調整され、その張力及び時間に応じたアシスト力が発生する。
When the
つまり、前記初期状態からのモータ33の回転量はアシスト力に影響を与える。モータ33の回転量を制御するためには、モータ33の位相の初期値を設定することが重要である。そして、利用者の体格(身長)に応じて、前記のような起動部42aによる巻き取り完了までの巻き取り量が異なる。つまり、巻き取り完了までのモータ33の回転量は、利用者によって異なる。そこで、初期設定処理では、後に具体例を説明するが、モータ33の位相の初期値の設定が設定部42cによって行われる。
That is, the amount of rotation of the
〔初期設定処理について〕
制御部15が有する各機能部による初期設定処理について、図6及び図7により説明する。図7は、初期設定処理を示すフロー図である。初期設定処理が行われてから、利用者の実際の動作(作業)に応じてアシスト装置10がアシスト力を発生させる。アシスト力の発生については、後に説明する。
[Initial setting process]
The initial setting process by each functional unit of the
アシスト装置10(図1、図2参照)の第一装着具11及び第二装着具12が利用者の身体の所定部位に装着されると、初期設定処理が開示される(図7のステップS1)。なお、第一装着具11及び第二装着具12を利用者に装着するために、ベルト体13は予め駆動プーリ35から引き出されていて、ベルト体13は弛んだ状態にある。
When the
第一装着具11及び第二装着具12が装着された利用者は、直立姿勢にある。利用者等によって起動スイッチ41がオフ状態からオン状態に切り替えられると、起動部42aは、アクチュエータ14を起動させ、ベルト体13の巻き取りを開始する(図7のステップS2)。つまり、モータ33が回転し、ベルト体13が駆動プーリ35に巻き取られる。モータ33の回転開始から第一巻き取り力によってベルト体13が巻き取られる。第一巻き取り力を発生させるために、モータ33に供給される電流値はα[アンペア]である。
The user wearing the
調整部42bは、回転検出器36の検出信号を刻々と取得し、モータ33の回転速度(回転に関するパラメータ)の検出値と、そのパラメータの閾値εとを比較する(図7のステップS3)。前記検出値が前記閾値ε以上である間、モータ33に供給する電流値はα[アンペア]であり、ベルト体13は第一巻き取り力による巻き取りが継続される。
The adjusting
前記検出値が前記閾値ε未満になると(図7のステップS3でYesの場合)、調整部42bは、ベルト体13の巻き取りが完了したと推定する(図7のステップS4)。前記検出値が前記閾値ε未満になると、調整部42bは、モータ33に供給する電流値をβ[アンペア]に変更する(図7のステップS5)。変更後の電流値であるβ[アンペア]は、変更前の電流値であるα[アンペア]以下であり、本実施形態ではα[アンペア]よりも小さい(β<α)。なお、β[アンペア]は、ゼロ以上であればよいが、本実施形態では、ゼロよりも大きい値である。
When the detected value becomes less than the threshold value ε (Yes in step S3 of FIG. 7), the adjusting
これにより、アクチュエータ14によるベルト体13の巻き取り力が、第二巻き取り力に変更される。変更後の第二巻き取り力は、第一巻き取り力以下であり、本実施形態では、第一巻き取り力よりも小さい。第二巻き取り力は、ベルト体13に作用する張力よって利用者の動作を阻害せず、利用者が自由に動作可能となる程度の張力をベルト体13に生じさせる巻き取り力である。なお、利用者が直立の姿勢で、第二巻き取り力がゼロであっても、ベルト体13に張力が付与されていればよい。β=0である場合、第二巻き取り力はゼロとなる。このように、調整部42bは、モータ33への供給電流を小さくすることで、アクチュエータ14によるベルト体13の巻き取り力を、第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更する。
As a result, the winding force of the
巻き取り力を変化させるタイミングは、ベルト体13の弛みが解消されたタイミングである。そのタイミングは、前記のとおり、回転検出器36によって、モータ33の回転に関するパラメータに基づいて検出される。つまり、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着されると、モータ33が駆動プーリ35を回転させ、弛んだ状態にあるベルト体13を第一巻き取り力によって駆動プーリ35に巻き取る。やがて、ベルト体13の弛んだ状態が解消される。すると、駆動プーリ35は回転不能となり、駆動プーリ35の回転速度は遅くなり、やがてその回転が停止する。これに伴って、モータ33においても回転速度は遅くなり、やがてその回転が停止する。この状態がベルト体13の巻き取りが完了した状態である。そこで、回転検出器36が、モータ33の回転速度(回転に関するパラメータ)が変化したタイミングを検出する。つまり、回転検出器36により回転速度が閾値ε未満となったことを検出したタイミングを、巻き取り力を変化させるタイミングとする。
The timing for changing the winding force is the timing at which the slack in the
なお、本開示では、モータ33の回転が回転検出器36によって検出され、この検出に基づいて巻き取り力の変更の処理が実行される。しかし、駆動プーリ35の回転が(図示しない)回転検出器によって検出され、その検出に基づいて巻き取り力の変更の処理が実行されてもよい。つまり、調整部42bは、モータ33又は駆動プーリ35の回転に関するパラメータ(例えば回転速度)に基づいて、ベルト体13の巻き取りの完了を検出(推定)すればよい。そして、巻き取り力が変更される。
In the present disclosure, the rotation of the
前記のとおり、ベルト体13の巻き取り力が第二巻き取り力に変更されると、設定部42cは、モータ33の位相(回転角)の初期値を設定する(図7のステップS6)。本開示では、前記のように巻き取り力が変更された時点でのモータ33の出力軸の位相(回転角)が、初期値として「ゼロ」に設定される(つまり、リセットされる)。
As described above, when the winding force of the
初期値が設定されると、それ以降、モータ33の回転量はその初期値が基準とされて制御される。これにより、アシスト力を生じさせるために、正確なモータ33の回転量が管理される。モータ33の回転量は、駆動プーリ35におけるベルト体13の巻き取り量及び送り出し量と対応する。ベルト体13の巻き取り量は、ベルト体13に作用する張力の大きさ及び張力が作用する時間と相関があり、後に説明するが、ベルト体13の張力がアシスト力を生じさせる。よって、モータ33の回転量を正確に管理することで、所望のアシスト力を生じさせることが可能となる。
After the initial value is set, the rotation amount of the
〔第一巻き取り力(ベルト体13の巻き取り速度)の変更調整〕
前記のとおり、初期設定処理において、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でアクチュエータ14が有するモータ33の動作が開始されると、第一巻き取り力によってベルト体13の巻き取りが実行される。ベルト体13の巻き取り力は、アクチュエータ14が有する駆動プーリ35の回転トルクに基づいて発生し、その回転トルクはモータ33の出力トルクに基づいて発生する。
そこで、制御部15が有する調整部42bは、ベルト体13の巻き取り力を調整する機能を有する。具体的には、調整部42bは、モータ33への供給電流を変更する制御を行うことで、ベルト体13の巻き取り力、つまり、モータ33の出力トルクを変更する。
[Change adjustment of the first winding force (winding speed of the belt body 13)]
As described above, in the initial setting process, when the operation of the
Therefore, the adjusting
前記の初期設定処理の説明では、第一巻き取り力を発生させるために、モータ33に供給される電流値をα[アンペア]としている。なお、ベルト体13の巻き取りが完了すると、調整部42bは、モータ33に供給する電流値をβ[アンペア]に変更する(ただし、β<α)。
In the above description of the initial setting process, the current value supplied to the
ここで、初期設定処理において、第一巻き取り力が終始大きいと、巻き取り完了の際、ベルト体13から利用者に伝わる衝撃力が大きくなってしまう可能性がある。そこで、調整部42bは、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でモータ33の動作が開始されると、前記第一巻き取り力を小さくする方向に変化させる制御を行う。
Here, in the initial setting process, if the first winding force is large from beginning to end, the impact force transmitted from the
この制御を実現するために、調整部42bは、モータ33に供給する電流値(電流指令値)を変化させる。つまり、電流指令値α[アンペア]が可変となる。図10A及び図10Bは、調整部42の機能によるモータ33に供給する電流値の時間変化を示すグラフである。図10Aに示す形態では、調整部42により、モータ33の回転開始(時刻t0)から前記電流指令値を徐々に低下させる制御が実行される。
また、その変形例として、図10Bに示すように、モータ33の回転開始(時刻t0)から前記電流指令値を段階的に低下させる制御が実行されてもよい。
図10A及び図10Bに示すように、調整部42bは、第一巻き取り力を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、その開始時よりも小さくするように変化させる制御を行う。
In order to realize this control, the adjusting
Further, as a modification thereof, as shown in FIG. 10B, a control for gradually lowering the current command value may be executed from the start of rotation of the motor 33 (time t0).
As shown in FIGS. 10A and 10B, the adjusting
図10A及び図10Bに示す形態では、電流指令値が、最終的にγ[アンペア]に近づくように設定されている(プログラミングされている)。電流指令値がγ[アンペア]に近づく途中(例えば時刻t1)で、又は、電流指令値がγ[アンペア]に近づいて一定となった時点(例えば時刻t2)で、ベルト体13の巻き取り完了が検出されると、その後、調整部42bは、電流指令値をβ[アンペア]に変更する。これにより、ベルト体13の巻き取り力が、第一巻き取り力の初期値よりも小さい第二巻き取り力に変更される。電流指令値βは、図10A(図10B)に示すように、電流指令値γよりも大きくてもよいが、βはγよりも小さくてもよく、又は、βはγと同じであってもよい。
In the embodiments shown in FIGS. 10A and 10B, the current command value is set (programmed) to finally approach γ [ampere]. Winding of the
別の観点から説明すると、調整部42bは、ベルト体13の巻き取り速度を調整する機能を有していてもよい。つまり、調整部42bは、モータ33の回転速度を変更する制御を行ってもよい。図11A及び図11Bは、調整部42の機能によるモータ33の回転速度の時間変化を示すグラフである。図11Aに示す形態では、調整部42により、モータ33の回転開始(時刻t0)からその回転速度を徐々に低下させる制御が実行される。
その変形例として、図11Bに示すように、モータ33の回転開始(時刻t0)からその回転速度を段階的に低下させる制御が実行されてもよい。
From another point of view, the adjusting
As a modification thereof, as shown in FIG. 11B, control may be executed in which the rotation speed of the
図11A及び図11Bに示す形態では、調整部42bは、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でアクチュエータ14のモータ33の動作が開始されると、ベルト体13の巻き取り速度を、低くする方向に変化させる制御を行う。具体的には、調整部42bは、ベルト体13の巻き取り速度を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、その開始時よりも低くするように変化させる制御を行う。そして、ベルト体13の巻き取りが完了すると(巻き取り完了が検出されると)、ベルト体13の巻き取り速度はゼロとなる。
In the embodiment shown in FIGS. 11A and 11B, the adjusting
前記初期設定処理において、モータ33の動作が開始されると、ベルト体13の巻き取り力は比較的大きく、ベルト体13の巻き取り速度は比較的高い。このため、ベルト体13が利用者の体格(例えば身長)に応じた長さに自動的に調整され、しかも、その処理が迅速に行われる。
そして、図10A及び図10Bに示す制御が実行されることで、ベルト体13の巻き取り完了に向けて第一巻き取り力が弱くなる。
また、図11A及び図11Bに示す制御が実行されることで、ベルト体13の巻き取り完了に向けてベルト体13の巻き取り速度が低くなる。
以上より、巻き取り完了の際、ベルト体13から利用者に衝撃力が与えられるのを防ぐことが可能となる。
In the initial setting process, when the operation of the
Then, by executing the controls shown in FIGS. 10A and 10B, the first winding force is weakened toward the completion of winding of the
Further, by executing the controls shown in FIGS. 11A and 11B, the winding speed of the
From the above, it is possible to prevent an impact force from being applied to the user from the
〔アシスト装置10によるアシスト力について〕
図8は、前記アシスト装置10を装着した利用者が姿勢を変化させる場合の説明図である。この姿勢の変化に対して、アシスト装置10は、利用者にアシスト力を付与することができる。
[About the assist force by the assist device 10]
FIG. 8 is an explanatory diagram when a user wearing the
前記の初期設定処理が完了し、アクチュエータ14のモータ33によって第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られると、連結部材18は第二ベルト17をアクチュエータ14側、つまり、上側に引き上げる。第二ベルト17は、その両端部17a,17dが左右の第二装着具12に取り付けられている。第二装着具12は膝部BNに固定されている。このため、第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られると、第一ベルト16及び第二ベルト17に張力が作用する。この張力が、利用者に対するアシスト力(補助力)として作用する。
When the initial setting process is completed and the
利用者が直立姿勢から前傾姿勢となる場合について説明する。前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14はベルト体13を送り出す。又は、アクチュエータ14の動力によらず、ベルト体13は巻き出される。これにより、利用者は無理なく、前傾姿勢となることができる。鉛直線に対する利用者の上半身の前傾角度がθになり、利用者がその前傾角度θで停止すると、ベルト体13の送り出し(巻き出し)が停止される。なお、姿勢変化の開始及び終了は、回転検出器36又はセンサ38によって検出可能である。
A case where the user changes from an upright posture to a forward leaning posture will be described. When the posture change is started so as to be in the forward leaning posture, the
利用者が前傾姿勢から直立姿勢になる方向に姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14はベルト体13を巻き取る。これにより、ベルト体13には張力が生じる。この張力により、第一装着具11には、後方へ向かう作用力F1が生じる。つまり、前傾姿勢の利用者の上半身を起き上がらせる方向の作用力F1が生じる。また、これと同時に、第二ベルト17は、その張力により、利用者の左臀部及び右臀部を前方に押し出す作用力F2が生じる。これにより、利用者は前傾姿勢から直立姿勢に楽に復帰することが可能となる。
When the user starts the posture change from the forward leaning posture to the upright posture, the
また、図4に示すように、利用者が、上半身を前傾させ、膝部を曲げた屈曲姿勢(屈んだ姿勢)となる場合にも、アシスト装置10は、利用者にアシスト力を付与することができる。利用者が、屈曲姿勢から、直立姿勢となる場合、例えば、物や被介助者の身体の一部を持ち上げる場合、アクチュエータ14はベルト体13を巻き取る。これにより、ベルト体13には張力が生じる。
Further, as shown in FIG. 4, the
この張力により、第一装着具11には、後方へ向かう作用力F1が生じる。つまり、前傾姿勢の利用者の上半身を起き上がらせる方向の作用力F1が生じる。また、これと同時に、第二ベルト17は、その張力により、利用者の左臀部及び右臀部を前方に押し出す作用力F2が生じる。更に、第二装着具12には、後方への作用力F3が生じる。前記のような作用力F1,F2,F3により、利用者の前屈姿勢における背筋及び大腿四頭筋等の筋力負荷を軽減して、荷物の持ち上げ動作を補助することができる。
Due to this tension, a rearward acting force F1 is generated on the
利用者が、直立姿勢から、屈曲姿勢となる場合においても、アシスト装置10は機能する。例えば、利用者が、物や被介助者の身体の一部を持ち下げる場合である。この場合、アクチュエータ14は、ベルト体13の送り出しにブレーキ力を作用させながら、そのベルト体13を送り出す。つまり、モータ33は、ベルト体13を送り出す方向に回転するが、そのモータ33に、巻き取りの方向のトルクを発生させる。これにより、ベルト体13には張力が生じる。この場合においても、前記のような作用力F1,F2,F3により、アシスト装置10は、利用者の前屈姿勢における背筋及び大腿四頭筋等の筋力負荷を軽減して、持ち下げ動作を補助することができる。
以上のように、本開示のアシスト装置10によれば、前屈姿勢における腰部の筋負担を軽減し、腰痛を防ぐことが可能となる。
The
As described above, according to the assist
また、本開示のアシスト装置10によれば、利用者が、左右の脚部BLの一方を前、他方を後ろとした状態(左右非対称の状態)で屈曲姿勢となっていても、第二ベルト17のうちの左第二ベルト部19と右第二ベルト部20とのうちの一方(前に脚部が出ている側)が、他方よりも自動的に長くなることができる。この状態でアクチュエータ14により第一ベルト16が巻き取られると、第二ベルト17にも張力が作用し、その張力が左第二ベルト部19と右第二ベルト部20との双方に作用し、張力が逃げない。よって、前記のように、利用者が左右非対称の姿勢となっていても、本開示のアシスト装置10によれば、適切なアシスト力を利用者に作用させることが可能となる。
Further, according to the assist
利用者が前傾姿勢の状態を維持する場合にも、本開示のアシスト装置10によれば、その姿勢を容易に維持させることが可能となる。つまり、図8の右側の図に示すように、利用者が第一の前傾姿勢となった状態で、アクチュエータ14の動作は停止し、ベルト体13の送り出しを不能とする。利用者は更に前傾姿勢(第二の前傾姿勢)となろうとしても、第一装着具11と第二装着具12とを繋ぐベルト体13の張力によって、第二の前傾姿勢をとることができない。つまり、アシスト装置10は、利用者の第一の前傾姿勢を維持させようとする。利用者にとっては、第一の前傾姿勢を維持することが容易となる。この結果、例えば、長時間、利用者が作業のために第一の前傾姿勢を継続する場合に、身体の負担が小さくなる。
Even when the user maintains the forward leaning posture, the
〔本開示のアシスト装置10について〕
以上のように、本開示のアシスト装置10は(図2参照)、利用者の肩部BSに装着される第一装着具11と、その利用者の左右の脚部BLそれぞれに装着される第二装着具12と、ベルト体13と、アクチュエータ14とを備える。ベルト体13は、第一装着具11と第二装着具12とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ14は、第一装着具11に設けられていて、ベルト体13の一部の巻き取り及び送り出しを可能とするように構成されている。
[About the
As described above, the
ベルト体13は、アクチュエータ14により巻き取り及び送り出しされる第一ベルト16と、第二装着具12に取り付けられている第二ベルト17と、第一ベルト16と第二ベルト17とを連結している連結部材18とを有する。
The
このアシスト装置10によれば、ベルト体13が第一装着具11と第二装着具12とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ14がベルト体13(第一ベルト16)を巻き取ることで、第一ベルト16及び第二ベルト17に張力が作用する。その張力により利用者の作業を補助するアシスト力が生まれ、利用者の身体の負担が軽減される。
According to the assist
例えば、利用者(介助者)が、荷重(被介助者)を手で支えながら前傾姿勢から直立姿勢になる際(図6参照)、アクチュエータ14がベルト体13を巻き取ることで、そのベルト体13に張力が作用する。その張力により利用者が前傾姿勢から直立姿勢になりやすく、利用者の身体の負担が軽減される。つまり、アクチュエータ14によりベルト体13に作用する張力がアシスト力として発生する。
For example, when the user (assistant) changes from a forward leaning posture to an upright posture while supporting the load (assisted person) by hand (see FIG. 6), the
本開示のアシスト装置10は、前記のように初期設定処理を実行するため、及び、アシスト力を利用者に付与するため、アクチュエータ14の動作制御を実行する制御部15を備える。制御部15は、初期設定処理のために、次の動作制御を実行する。すなわち、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でアクチュエータ14の動作が開始されると、第一巻き取り力によってベルト体13の巻き取りを実行する。ベルト体13の巻き取りが完了すると、アクチュエータ14による巻き取り力を、前記第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更する。
The
この初期設定処理によれば、利用者がアシスト装置10を装着する際に、予めベルト体13を緩ませていても、アクチュエータ14の動作が開始されると、ベルト体13が利用者の体格(例えば身長)に応じた長さに自動的に調整される。そして、ベルト体13の巻き取りが完了すると、第一巻き取り力より小さい第二巻き取り力に変更される。第二巻き取り力は小さいことから、アシスト装置10の装着後、利用者の動作はベルト体13によって阻害されない。
ベルト体13が利用者の体格に適合した長さに調整されているため、利用者の体格に応じたアシスト力を発生させることが可能となる。
According to this initial setting process, even if the
Since the
本開示では、初期設定処理において、ベルト体13の巻き取りが完了すると、制御部15(調整部15b)は、アクチュエータ14による巻き取り力を、第一巻き取り力よりも小さくゼロよりも大きい第二巻き取り力に変更する。巻き取り力の変更後、第二巻き取り力を生じさせる回転トルクがモータ33に生じている状態が維持される。つまり、常にベルト体13を巻き取る方向にモータ33は回転トルクを発生させている。ただし、第二巻き取り力は、前記のとおり弱い力であり、ベルト体13に張りを備えさせる程度であり、利用者に負担をかけない。このため、アシスト装置10の装着後、利用者が姿勢を崩す等して小さく動いても、ベルト体13が容易に緩まない。
In the present disclosure, when the winding of the
アシスト装置10を装着する利用者の身長によって、初期設定処理の際、第一巻き取り力によるベルト体13の巻き取り量が異なる。また、予め弛んだ状態としたベルト体13の長さによって、ベルト体13の巻き取り完了までの巻き取り量が異なる。そこで、制御部15は、アクチュエータ14による巻き取り力を、第二巻き取り力に変更すると、その変更した時点でのモータ33の位相を、モータ33の位相の初期値として設定する。これにより、利用者の体格に応じて、モータ33の位相が初期設定される。その初期設定が基準となって、アシスト力を生じさせるための、モータ33の回転の制御が可能となる。この結果、ベルト体13(第一ベルト16)の巻き取り量を正確に制御することができ、適切なアシスト力の発生が可能となる。
The winding amount of the
図5において説明したように、アクチュエータ14は、モータ33と、減速機部34と、駆動プーリ35とを有する。減速機部34は、複数の歯車34gにより構成されていて、モータ33の回転を減速して出力する。駆動プーリ35は、減速機部34の出力に起因して回転することでベルト体13を巻き取り可能である。
駆動プーリ35にベルト体13を巻き取る際、モータ33が減速機部34を通じて駆動プーリ35に対して一方向のトルクを与えることで、駆動プーリ35はベルト体13を巻き取る方向に回転する。
As described with reference to FIG. 5, the
When the
また、例えば、利用者の姿勢変更に伴う外力によってベルト体13が引っ張られて、駆動プーリ35からベルト体13が送り出される際、制御部15はモータ33を次のように回転させて駆動プーリ35にトルクを与え、駆動プーリ35は回転する。すなわち、駆動プーリ35からベルト体13が送り出される際、モータ33が減速機部34を通じて駆動プーリ35に対してベルト体13を巻き取る方向のトルクを与えつつ、駆動プーリ35はベルト体13を送り出す方向に回転する。
Further, for example, when the
このように、ベルト体13が駆動プーリ35に巻き取られる場合であっても、ベルト体13が駆動プーリ35から送り出される場合であっても、モータ33がトルクを発生させる方向は同じである。制御部15は、モータ33に対してベルト体13を巻き取る方向にトルクを発生させる制御を行う。
In this way, the direction in which the
この構成によれば、ベルト体13を巻き取る場合とベルト体13を送り出す場合との双方で、ベルト体13に張力が作用する。このため、アシスト装置10を利用者が装着した状態で、ベルト体13が緩まない。つまり、常に、ベルト体13が巻き取られる方向に、そのベルト体13に張力が作用する。
そして、ベルト体13が送り出される場合、減速機部34に含まれる歯車34gの回転方向が、ベルト体13を巻き取る場合の方向と反対の方向であるが、ベルト体13を送り出す場合と巻き取る場合とで、噛み合う歯車34g,34g間において、一方の歯車34gの歯のうち、他方の歯車34gの歯が当たる面は片側のみとなる。つまり、噛み合う歯車34g,34g同士の歯は常に同じ面で当たる。このため、バックラッシュが大きくても、アシスト力発生に関する応答性に影響を与えない。
According to this configuration, tension acts on the
When the
このように、ベルト体13が巻き取られる場合であってもベルト体13を送り出す場合であっても、前記構成によれば、減速機部34において、歯車34g,34g間のバックラッシュによるアシスト力発生の応答遅れを防止することができ、また、バックラッシュによる衝撃の発生を防止することが可能となる。
また、前記のとおり、減速機部34の歯車34g,34g間でバックラッシュをある程度大きくすることが可能となるため、歯車精度をさほど高めなくて済む。この結果、減速機部34を構成する歯車34gの製造コストを低減することが可能となる。なお、減速機部34に含まれる歯車34gは、平歯車以外であってもよく、はすば歯車又はやまば歯車等であってもよい。
In this way, regardless of whether the
Further, as described above, since the backlash can be increased to some extent between the
前記初期設定処理において、図10A及び図10Bにより説明したように、制御部15は、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でアクチュエータ14(モータ33)の動作が開始されると、前記第一巻き取り力を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、その開始時よりも小さくするように変化させる制御を行う。この構成により、ベルト体13の巻き取り完了に向けて第一巻き取り力が弱くなる。このため、巻き取り完了の際、ベルト体13から利用者に衝撃力が与えられるのを防ぐことが可能となる。
In the initial setting process, as described with reference to FIGS. 10A and 10B, the
また、図10A及び図10Bにより説明したように、制御部15は、第一装着具11及び第二装着具12が利用者に装着された状態でアクチュエータ14(モータ33)の動作が開始されると、ベルト体13の巻き取り速度を、巻き取りの開始時よりも後の時間帯で、その開始時よりも低くするように変化させる制御を行うように構成されていてもよい。この場合、ベルト体13の巻き取り完了に向けてベルト体13の巻き取り速度が低くなる。このため、巻き取り完了の際、ベルト体13から利用者に衝撃力が与えられるのを防ぐことが可能となる。
Further, as described with reference to FIGS. 10A and 10B, the
〔他のアシスト装置10〕
前記開示のアシスト装置10は、第二装着具12が利用者の脚部BLに装着されている。図9に示すように、第二装着具12は、利用者の腰部BWに装着されていてもよい。この場合、第二装着具12は、腰ベルト形であってもよく、パンツ形であってもよい。第二装着具12が腰部BWに装着される場合、アクチュエータ14は、第一装着具11に取り付けられていてもよいが、第二装着具12に取り付けられていてもよい。図9では、アクチュエータ14は、第一装着具11に取り付けられている。
[Other assist device 10]
In the
図9に示すアシスト装置10の場合においても、ベルト体13は第一装着具11と第二装着具12とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ14がベルト体13を巻き取ることで、ベルト体13に張力が作用する。その張力により利用者の作業を補助するアシスト力が生まれ、利用者の身体の負担が軽減される。
Also in the case of the
〔その他〕
利用者の腰痛の防止・予防のためには、第二装着具12は、脚部BLに装着されるのが好ましい。これは、第二装着具12が脚部BLに装着されることで、腰部BWにおける負担が軽減されるためである。
各形態のアシスト装置10において、ベルト体13は、軽量であり、また、利用者が姿勢を変えても身体に沿うことができ、利用者の動作に追従する。よって、装着感の良いアシスト装置10が得られる。
なお、前記の開示では、コントロールボックス30は、第一装着具11において、利用者の後面側(背面側)に設けられているが、利用者の前面側に設けられていてもよい。この場合、ベルト体13は利用者の肩部BSを経由して利用者の背面に沿って設けられる。
[Other]
In order to prevent / prevent low back pain of the user, it is preferable that the
In each form of the
In the above disclosure, the
ベルト体13の線形形態は、図示した形態以外であってもよい。例えば、図示しないが、連結部材18の第一取り付け部27においても第二取り付け部28と同様に、回転プーリが設けられ、第一ベルト16が、その途中で折り返された状態で、前記回転プーリに掛けられていてもよい。この場合、第一ベルト16の(駆動プーリ35側と反対の)端部は、第一装着具11(ベース31)に取り付けられる。
または、図示しないが、第二装着具12に回転プーリが取り付けられていて、第二ベルト17が、その途中で折り返された状態で、前記回転プーリに掛けられていてもよい。この場合、第二ベルト17の両端部は、腰部BWに装着される装着具(第三の装着具)に取り付けられる。
The linear form of the
Alternatively, although not shown, a rotary pulley may be attached to the
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。 The embodiments disclosed this time are exemplary in all respects and are not restrictive. The scope of rights of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes all modifications within a range equivalent to the configuration described in the claims.
〔付記〕
前記実施形態のアシスト装置10では、制御部15は、利用者が第一装着具11及び第二装着具12を装着し、アクチュエータ14の動作が開始されると、第一巻き取り力によってベルト体13の巻き取りを実行し、ベルト体13の巻き取りが完了すると、アクチュエータ14による巻き取り力を、前記第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更する制御を行う。
しかし、参考発明として、このような制御が行われないアシスト装置が挙げられる。
すなわち、参考発明のアシスト装置は、次のとおりである。なお、下記の参考発明のアシスト装置において、前記実施形態のアシスト装置10と同じ構成については同じ符号を付している。
[Additional Notes]
In the
However, as a reference invention, there is an assist device in which such control is not performed.
That is, the assist device of the reference invention is as follows. In the assist device of the following reference invention, the same reference numerals are given to the same configurations as those of the
参考発明のアシスト装置10は(図2参照)、
利用者の肩部BS及び胸部BBの少なくとも一方に装着される第一装着具11と、
前記利用者の左右の脚部BLそれぞれ又は腰部BWに装着される第二装着具12と、
前記第一装着具11と前記第二装着具12とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体13と、
前記第一装着具11又は前記第二装着具12に設けられ前記ベルト体13の一部の巻き取り及び送り出しを可能とするアクチュエータ14と、
を備え、
前記アクチュエータ14は(図5参照)、モータ33と、複数の歯車34gにより構成され前記モータ33の回転を減速して出力する減速機部34と、前記減速機部34の出力に起因して回転することで前記ベルト体13を巻き取り可能であるプーリ35と、を有し、
前記プーリ35から前記ベルト体13が送り出される際、前記モータ33が前記減速機部34を通じて当該プーリ35に対して当該ベルト体13を巻き取る方向のトルクを与えつつ、当該プーリ35は当該ベルト体13を送り出す方向に回転する。
The
The
The
A
An actuator 14 provided on the
With
The actuator 14 (see FIG. 5) is composed of a
When the
このような参考発明のアシスト装置に対して、前記開示した各構成を適用することができる。 Each of the above-disclosed configurations can be applied to the assist device of such a reference invention.
10:アシスト装置 11:第一装着具 12:第二装着具
13:ベルト体 14:アクチュエータ 15:制御部
33:モータ 34:減速機部 35:駆動プーリ(プーリ)
BS:肩部 BB:胸部 BL:脚部
BW:腰部
10: Assist device 11: First mounting tool 12: Second mounting tool 13: Belt body 14: Actuator 15: Control unit 33: Motor 34: Reducer unit 35: Drive pulley (pulley)
BS: Shoulder BB: Chest BL: Leg BW: Lumbar
Claims (8)
前記利用者の左右の脚部それぞれ又は腰部に装着される第二装着具と、
前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、
前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とするアクチュエータと、
前記アクチュエータの動作制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、
前記第一装着具及び前記第二装着具が前記利用者に装着された状態で前記アクチュエータの動作が開始されると、第一巻き取り力によって前記ベルト体の巻き取りを実行し、当該ベルト体の巻き取りが完了すると、前記アクチュエータによる巻き取り力を、前記第一巻き取り力よりも小さい第二巻き取り力に変更する、
アシスト装置。 The first attachment to be worn on at least one of the user's shoulders and chest,
The second attachment to be attached to each of the left and right legs or the waist of the user,
A belt body provided along the back side of the user across the first wearing tool and the second wearing tool, and
An actuator provided on the first attachment or the second attachment and capable of winding and feeding a part of the belt body.
A control unit that executes operation control of the actuator and
With
The control unit
When the operation of the actuator is started with the first attachment and the second attachment attached to the user, the belt body is wound by the first winding force, and the belt body is wound. When the winding force of the actuator is completed, the winding force of the actuator is changed to a second winding force smaller than the first winding force.
Assist device.
前記制御部は、前記プーリ又は前記モータの回転に関するパラメータに基づいて、前記ベルト体の巻き取りの完了を検出する、請求項1又は2に記載のアシスト装置。 The actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body.
The assist device according to claim 1 or 2, wherein the control unit detects the completion of winding of the belt body based on a parameter relating to the rotation of the pulley or the motor.
前記制御部は、前記モータへの供給電流を小さくすることで、前記アクチュエータによる巻き取り力を変更する、請求項1〜3のいずれか一項に記載のアシスト装置。 The actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body.
The assist device according to any one of claims 1 to 3, wherein the control unit changes the winding force of the actuator by reducing the supply current to the motor.
前記制御部は、前記アクチュエータによる巻き取り力を、前記第二巻き取り力に変更すると、当該変更した時点での前記モータの位相を、当該モータの位相の初期値として設定する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアシスト装置。 The actuator has a pulley capable of winding the belt body and a motor for causing the pulley to wind the belt body.
When the take-up force by the actuator is changed to the second take-up force, the control unit sets the phase of the motor at the time of the change as an initial value of the phase of the motor. The assist device according to any one of 4.
前記プーリから前記ベルト体が送り出される際、前記モータが前記減速機部を通じて当該プーリに対して当該ベルト体を巻き取る方向のトルクを与えつつ、当該プーリは当該ベルト体を送り出す方向に回転する、請求項1〜4のいずれか一項に記載のアシスト装置。 The actuator is composed of a motor, a plurality of gears, a speed reducer unit that decelerates and outputs the rotation of the motor, and the belt body can be wound up by rotating due to the output of the speed reducer unit. With a pulley,
When the belt body is sent out from the pulley, the pulley rotates in the direction of sending out the belt body while applying torque in the direction of winding the belt body to the pulley through the speed reducer unit. The assist device according to any one of claims 1 to 4.
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