JP2021178118A - Wearable operation assist device - Google Patents

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JP2021178118A JP2020086044A JP2020086044A JP2021178118A JP 2021178118 A JP2021178118 A JP 2021178118A JP 2020086044 A JP2020086044 A JP 2020086044A JP 2020086044 A JP2020086044 A JP 2020086044A JP 2021178118 A JP2021178118 A JP 2021178118A
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大雅 原
Taiga Hara
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Abstract

To provide a wearable operation assist device having convenience upon wearing, capable of improving amenity when sitting.SOLUTION: In the worn state on a lumbar part of a wearer from the front side, when the wearer stands up from a bent state (half-sitting posture), an auxiliary force (assist force) is generated so as to assist a thigh movement to the lumbar part.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、装着式動作補助装置に関し、装着者の腰部に装着して重筋作業の動作をアシストする装着式動作補助装置に適用して好適なものである。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention relates to a wearable motion assist device, which is suitable for being applied to a wearable motion assist device that is mounted on the waist of a wearer to assist the operation of heavy muscle work.

近年、筋力が失われた身体障害者や筋力が衰えた高齢者等の動作を補助あるいは代行したり、身体障害者や高齢者ではなくても、日常生活での作業や労働中の作業において動作を補助したりするための種々のパワーアシスト装置が普及している。 In recent years, it assists or substitutes for the movements of physically handicapped people who have lost muscle strength and elderly people who have weakened muscle strength, and even if they are not physically handicapped or elderly people, it works in daily life or work during work. Various power assist devices for assisting the elderly are widely used.

これらのパワーアシスト装置として、例えば、装着者の意図に応じた随意的な筋活動に伴う生体電位を基に、運動を制御および補助することが可能な装着式動作補助装置が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 As these power assist devices, for example, a wearable motion assist device capable of controlling and assisting exercise based on the bioelectric potential associated with voluntary muscle activity according to the wearer's intention has been proposed ( For example, see Patent Document 1).

特開2013−173190号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2013-1731190 特開2014−198655号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-198655

ところで、上述の特許文献1および2における装着式動作補助装置は、装着者の腰部に背面側から装着され、装着者が屈んだ状態(中腰姿勢)から立ち上がる際に、腰部に対する大腿部の動きを補助するものである。 By the way, the wearable motion assisting device in Patent Documents 1 and 2 described above is mounted on the waist of the wearer from the back side, and when the wearer stands up from a bent state (mid-lumbar posture), the movement of the thigh with respect to the waist. It is to assist.

このような装着者の背面側から腰部に装着するタイプの装着式動作補助装置では、装着者が椅子に着座したり、自動車に搭乗したりする場合に、当該装着式動作補助装置自体が障害となって背もたれにもたれることが困難になる問題がある。 In such a wearable motion assist device that is mounted on the waist from the back side of the wearer, when the wearer sits on a chair or gets in a car, the wearable motion assist device itself becomes an obstacle. There is a problem that it becomes difficult to lean on the backrest.

また、このような装着式動作補助装置は、体幹ベルトを腰部に巻回するタイプのものが一般的であり、さらにリュックのような肩掛けベルトを掛けるタイプのものもある。このため装着者が数キロ程度の重量を有する装着式動作補助装置を保持しながらベルトを腰部に巻回するのは手間がかかるといった問題がある。 Further, such a wearable motion assist device is generally a type in which a trunk belt is wound around the waist, and there is also a type in which a shoulder belt such as a backpack is hung. Therefore, there is a problem that it is troublesome for the wearer to wind the belt around the waist while holding the wearable operation assist device having a weight of about several kilograms.

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、装着時の利便性を図るとともに着座時の快適性を向上させることが可能な装着式動作補助装置を提案しようとするものである。 The present invention has been made in consideration of the above points, and an object of the present invention is to propose a wearable motion assisting device capable of improving the convenience at the time of wearing and the comfort at the time of sitting.

かかる課題を解決するために本発明においては、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置において、装着者の左右の股関節の側方にそれぞれ配置され、アクチュエータを収納する第1および第2の筐体部が当該アクチュエータの駆動に応じて相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動ユニットと、装着者の腰部の正面に装着され、左右両側でそれぞれ駆動ユニットの第1の筐体部に結合される腰フレームと、左右の駆動ユニットの第2の筐体部にそれぞれ結合され、装着者の左右の大腿部の前側に当接させるための大腿カフをそれぞれ有する大腿フレームと、腰フレームにおける左右の第1の筐体部にそれぞれ固定され、装着者の腰部を中心とする衣服への巻回留め具または当該衣服自体に対して着脱自在に固定保持する固定保持具と、左右の駆動ユニットにそれぞれ設けられ、第1および第2の筐体部の間の回動角度を装着者の左右の股関節角度として検出する股関節角度計測部と、装着者の左腿および右腿の動きに伴う大腿直筋および大殿筋の生体信号と、当該装着者の背中の広背筋の生体信号とを検出する生体信号検出部と、股関節角度計測部による装着者の左右の股関節角度と、生体信号検出部から出力された生体信号とに基づいて、当該装着者の動作および姿勢を判定し、当該判定の結果に応じた駆動トルクを駆動ユニットのアクチュエータに発生させる制御部とを備えるようにした。 In order to solve this problem, in the present invention, in the wearable motion assist device that assists the motion of the waist of the wearer, the first and first devices are arranged on the sides of the left and right hip joints of the wearer and accommodate the actuators. A drive unit that generates a drive torque so that the housing portion of 2 is relatively rotationally driven in response to the drive of the actuator, and a first drive unit mounted on the front of the wearer's waist and on both the left and right sides, respectively. A waist frame that is connected to the housing and a thigh frame that is connected to the second housing of the left and right drive units and has a thigh cuff for contacting the front side of the left and right thighs of the wearer. And a wrapping fastener around the wearer's waist, which is fixed to the left and right first housings of the waist frame, or a fixed holder that is detachably fixed and held to the garment itself. , A hip joint angle measuring unit provided on each of the left and right drive units to detect the rotation angle between the first and second housing portions as the left and right hip joint angles of the wearer, and the wearer's left and right hips. A biosignal detection unit that detects the biometric signals of the straight thigh muscle and the gluteal muscle associated with the movement of the hip joint, and the biometric signal of the wide back muscle of the wearer, and the left and right hip joint angles of the wearer by the hip joint angle measurement unit. It is provided with a control unit that determines the movement and posture of the wearer based on the biometric signal output from the biometric signal detection unit and generates a drive torque according to the result of the determination in the actuator of the drive unit. bottom.

この結果、装着式動作補助装置では、装着者が装置全体を保持したまま腰部の正面側から、固定保持具を装着者自身の巻回留め具または衣服自体に固定保持するだけで装着を完了させることができる。このため従来のような腰部に体幹ベルトを巻回する手間を回避することができる分、装着時の利便性を図るとともに、装着者の腰部の正面に腰フレームを配置した点で着座時の快適性を向上させることが可能となる。 As a result, in the wearable motion assist device, the wearer simply holds the fixed holder on the wearer's own winding fastener or the garment itself from the front side of the waist while holding the entire device to complete the wearing. be able to. For this reason, it is possible to avoid the trouble of winding the trunk belt around the waist as in the past, which makes it more convenient to wear and the waist frame is placed in front of the wearer's waist when sitting. It is possible to improve comfort.

また本発明においては、駆動ユニットの第2の筐体部と大腿フレームとの結合部位は、アクチュエータの出力軸に対して垂直方向に沿った回転軸を有し、第2の筐体部および大腿フレームは、回動軸を中心として回動自在に結合されているようにした。この結果、装着式動作補助装置では、装着者の大腿部の動作時に大腿カフの角度が変化することにより、当該大腿カフによる大腿部への局所荷重を低減させることができる。 Further, in the present invention, the binding site between the second housing portion of the drive unit and the thigh frame has a rotation axis along the direction perpendicular to the output axis of the actuator, and the second housing portion and the thigh. The frames are rotatably connected around a rotation axis. As a result, in the wearable motion assist device, the angle of the thigh cuff changes when the wearer's thigh is operated, so that the local load on the thigh by the thigh cuff can be reduced.

さらに本発明においては、左右の前記駆動ユニットのいずれか一方または両方における第1の筐体部に結合され、着脱自在に収納可能なバッテリを含む電源ユニットをさらに備え、電源ユニットは、装着者の背面側に向けて突出するように第1の筐体部の結合部位に結合されるとともに、電源ユニットへのバッテリの収納時に、第1の筐体部の内部空間を通じて当該バッテリと駆動ユニットとが電気的に接続されるようにした。 Further, in the present invention, a power supply unit including a battery which is coupled to a first housing portion in one or both of the left and right drive units and which can be detachably stored is further provided, and the power supply unit is of the wearer. It is coupled to the binding site of the first housing so as to project toward the rear side, and when the battery is stored in the power supply unit, the battery and the drive unit are connected to each other through the internal space of the first housing. I made it electrically connected.

この結果、装着式動作補助装置では、比較的サイズが大きいバッテリを駆動ユニットのいずれか一方または両方に取り付けた際、装着者の動作時に腕がバッテリに触れたり、装着者の着座時に椅子の背もたれにバッテリが挟まれたりするなどの煩雑さを回避することができる。 As a result, in the wearable motion assist device, when a relatively large battery is attached to one or both of the drive units, the arm touches the battery during the wearer's operation, or the chair backrest when the wearer sits down. It is possible to avoid complications such as the battery being pinched.

本発明によれば、装着時の利便性を図るとともに着座時の快適性を向上させることが可能な装着式動作補助装置を実現することができる。 According to the present invention, it is possible to realize a wearable operation assisting device capable of improving convenience at the time of wearing and improving comfort at the time of sitting.

本発明の実施形態に係る装着式動作補助装置の外観構成(正面斜視図および背面斜視図)を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the appearance structure (front perspective view and the rear perspective view) of the wearable operation assist device which concerns on embodiment of this invention. 図1に示す装着式動作補助装置の駆動ユニットの構成を示す分解図である。It is an exploded view which shows the structure of the drive unit of the wearable operation assist device shown in FIG. 駆動ユニットの内部構成を示す分解斜視図である。It is an exploded perspective view which shows the internal structure of a drive unit. 装着式動作補助装置を装着した装着者の立位状態を示す斜視図、側面図および正面図である。It is a perspective view, the side view and the front view which show the standing state of the wearer who wears a wearable operation assist device. 装着式動作補助装置の関節可動範囲を示す側面図である。It is a side view which shows the joint movable range of a wearable motion assist device. 装着式動作補助装置の開脚可動範囲を示す側面図である。It is a side view which shows the open leg movable range of a wearable motion assist device. 駆動ユニットの内部システムの構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the internal system of a drive unit. 装着式動作補助装置を装着した装着者の動作の説明に供する斜視図である。It is a perspective view which provides the explanation of the operation of the wearer who wears the wearable movement assist device.

以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。 Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(1)本実施の形態による装着式動作補助装置の構成
図1(A)および(B)は、本実施の形態による装着式動作補助装置1を示す。装着式動作補助装置1は、装着者の作業や動作を支援(アシスト)する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号(表面筋電位)や当該装着者の股関節の動作角度を検出し、この検出信号に基づいて駆動機構(アクチュエータ)からの駆動力を付与するように作動する。
(1) Configuration of Wearable Operation Assisting Device According to the Present Embodiment FIGS. 1 (A) and 1 (B) show the wearable operation assisting device 1 according to the present embodiment. The wearable motion assist device 1 is a device that supports (assists) the work and movement of the wearer, and is a biological signal (surface myoelectric potential) generated when muscle force is generated by a signal from the brain and the hip joint of the wearer. It operates to detect the operating angle and apply the driving force from the driving mechanism (actuator) based on this detection signal.

装着式動作補助装置1では、装着者の左右の股関節の側方にそれぞれ駆動ユニット2、3が配置されている。駆動ユニット2、3は、後述するように筐体構造が部分的に異なることを除いて、同一の内部構造を有する。 In the wearable motion assist device 1, drive units 2 and 3 are arranged on the sides of the left and right hip joints of the wearer, respectively. The drive units 2 and 3 have the same internal structure except that the housing structure is partially different as described later.

左側の駆動ユニット2は、アクチュエータ10(図3)を収納する第1および第2の筐体部2A、2Bが当該アクチュエータ10の駆動に応じて相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する。同様に右側の駆動ユニット3は、アクチュエータ10を収納する第1および第2の筐体部3A、3Bが当該アクチュエータ10の駆動に応じて相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する。 The drive unit 2 on the left side generates a drive torque so that the first and second housing portions 2A and 2B accommodating the actuator 10 (FIG. 3) are driven to rotate relatively in response to the drive of the actuator 10. .. Similarly, the drive unit 3 on the right side generates a drive torque so that the first and second housing portions 3A and 3B accommodating the actuator 10 are relatively rotationally driven in response to the drive of the actuator 10.

また装着式動作補助装置1には、左右両側でそれぞれ駆動ユニット2、3の第1の筐体部2A、3Aに結合され、装着者の腰の正面側に左右にわたって腰フレーム4が装着されるようになされている。この腰フレーム4は、例えば、CFRP(carbon-fiber-reinforced plastic:炭素繊維強化プラスチック)製の中空部材であり、人体の腰部の背面および両側面の形状に合わせてラウンドした形状を有する。 Further, the wearable operation assist device 1 is coupled to the first housing portions 2A and 3A of the drive units 2 and 3 on both the left and right sides, respectively, and the waist frame 4 is mounted on the front side of the wearer's waist over the left and right sides. It is done like this. The waist frame 4 is, for example, a hollow member made of CFRP (carbon-fiber-reinforced plastic) and has a rounded shape that matches the shape of the back surface and both side surfaces of the waist portion of the human body.

左右の駆動ユニット2、3は、第2の筐体部2B、3Bにそれぞれ大腿フレーム5、6が特定方向に回動自在に結合されており、当該大腿フレーム5、6は、装着者の左右の大腿部の前側に当接させるための大腿カフ5C、6Cをそれぞれ有する。 The left and right drive units 2 and 3 have thigh frames 5 and 6 rotatably coupled to the second housing portions 2B and 3B, respectively, and the thigh frames 5 and 6 are left and right of the wearer. It has thigh cuffs 5C and 6C for contacting the front side of the thigh.

さらに右側の駆動ユニット3には、着脱自在に収納可能なバッテリ7を含む電源ユニット8が第1の筐体部3Aに結合され、当該電源ユニット8へのバッテリ7の収納時に、第1の筐体部3Aの内部空間を通じて当該バッテリ7と駆動ユニット3とが電気的に接続されるようになされている。 Further, in the drive unit 3 on the right side, a power supply unit 8 including a battery 7 that can be detachably stored is coupled to the first housing portion 3A, and when the battery 7 is stored in the power supply unit 8, the first housing is used. The battery 7 and the drive unit 3 are electrically connected to each other through the internal space of the body portion 3A.

この電源ユニット8は、装着者の背面側に向けて突出するように第1の筐体部3Aの結合部位に結合されており、装着者の動作時に腕が電源ユニット8に触れたり、装着者の着座時に椅子の背もたれに電源ユニット8が挟まれたりするなどの煩雑さを回避し得るようになされている。 The power supply unit 8 is coupled to the binding site of the first housing portion 3A so as to project toward the back side of the wearer, and the arm touches the power supply unit 8 during the wearer's operation, or the wearer It is designed to avoid complications such as the power supply unit 8 being pinched by the backrest of the chair when the chair is seated.

さらに装着式動作補助装置1では、腰フレーム4における左右の第1の筐体部2A、3Aにそれぞれ固定保持具9が固定され、装着者の腰部を中心とする衣服への体幹ベルト(巻回留め具)BTに対して着脱自在に固定保持するようになされている。この図1(A)および(B)では、装着式動作補助装置1とは別体の体幹ベルトTBを図示し、固定保持具9との係合した状態を表している。この体幹ベルトTBは、装着者が一般的に身に着けるための服飾帯胴用のベルトでもよい。 Further, in the wearable motion assist device 1, the fixing holders 9 are fixed to the left and right first housing portions 2A and 3A of the waist frame 4, respectively, and the trunk belt (winding) around the wearer's waist portion is attached to the clothes. Fastener) It is designed to be detachably fixed and held against the BT. In FIGS. 1A and 1B, a trunk belt TB that is separate from the wearable operation assisting device 1 is shown, and a state in which the trunk belt TB is engaged with the fixed holder 9 is shown. The trunk belt TB may be a belt for a clothing band torso that the wearer generally wears.

この結果、装着式動作補助装置1では、装着者が装置全体を保持したまま腰部の正面側から固定保持具9を、装着者が装着する体幹ベルトTBに固定保持するだけで装着を完了させることができる。 As a result, in the wearable motion assist device 1, the wearer simply holds the fixed holder 9 on the trunk belt TB to be worn by the wearer from the front side of the waist while holding the entire device, and the mounting is completed. be able to.

また図1には図示しないが、左右の駆動ユニット2、3からはそれぞれ生体信号検出センサ(生体信号検出部)15(図7)の配線が引き出されている。生体信号検出センサ15は、装着者の左腿および右腿の動きに伴う大腿直筋および大殿筋の生体信号と、当該装着者の背中の広背筋の生体信号とを検出する検出部である。 Although not shown in FIG. 1, the wiring of the biological signal detection sensor (biological signal detection unit) 15 (FIG. 7) is drawn out from the left and right drive units 2 and 3, respectively. The biological signal detection sensor 15 is a detection unit that detects the biological signals of the rectus femoris and gluteus maximus muscles accompanying the movement of the left and right thighs of the wearer and the biological signals of the latissimus dorsi muscle of the wearer's back.

具体的に生体信号検出センサ15は、駆動ユニット2、3から伸延する配線の先端に3つの電極が接続されて構成され、装着者の腰部の背面に貼り付けられることによって、装着者が体幹の筋肉を動かす際に発生する生体信号を検出する。 Specifically, the biological signal detection sensor 15 is configured by connecting three electrodes to the tip of the wiring extending from the drive units 2 and 3, and is attached to the back of the wearer's waist so that the wearer can perform the trunk. Detects biological signals generated when moving the muscles of the body.

生体信号検出センサ15で検出された生体信号は、駆動ユニット2、3の制御装置20(後述する図3)に入力される。なお、生体信号検出センサ15は、テープ等を用いて装着者の背中に貼り付けてもよいし、ゲル等を用いて貼り付けてもよい。3つの電極のうちの1つは、基準信号を測定するために用いられ、残りの2つの電極は、生体電位信号を測定するために用いられる。 The biological signal detected by the biological signal detection sensor 15 is input to the control device 20 (FIG. 3 described later) of the drive units 2 and 3. The biological signal detection sensor 15 may be attached to the back of the wearer using tape or the like, or may be attached using gel or the like. One of the three electrodes is used to measure the reference signal and the other two electrodes are used to measure the biopotential signal.

さらに左右の駆動ユニット2、3には、第1の筐体部2A、3Aおよび第2の筐体部2B、3Bの間の回動角度を装着者の左右の股関節角度として検出する動作・姿勢センサ(股関節角度計測部)25(後述する図7)がそれぞれ設けられている。 Further, the left and right drive units 2 and 3 have an operation / posture for detecting the rotation angle between the first housing portions 2A and 3A and the second housing portions 2B and 3B as the left and right hip joint angles of the wearer. Sensors (hip joint angle measuring unit) 25 (FIG. 7 described later) are provided respectively.

なお、図1(A)および(B)との対応部分に同一符号を付した図2(A)〜(D)において、装着式動作補助装置1の正面図、上面図および左右の側面図を示す。この図2(A)および(B)に示すように、腰フレーム4の中央部には、外部との通信端末やサーバ装置等との無線ネットワーク通信(無線LANや近距離無線通信等)が可能な通信装置30が内蔵されている。通信装置30においては、内蔵アンテナの位置関係が所定配置に設定され、実用上十分な電波強度を確保し得るようになされている。 In addition, in FIGS. 2 (A) to 2 (D) in which the corresponding part corresponding to FIGS. show. As shown in FIGS. 2A and 2B, wireless network communication (wireless LAN, short-range wireless communication, etc.) with an external communication terminal, a server device, or the like is possible in the central portion of the waist frame 4. Communication device 30 is built-in. In the communication device 30, the positional relationship of the built-in antennas is set to a predetermined arrangement so that a practically sufficient radio wave strength can be secured.

ここで図3に駆動ユニット2、3の内部構成を示す。駆動ユニット2、3は、アクチュエータ10の固定子側および回転子側がそれぞれ収納され、当該アクチュエータ10の駆動に応じて双方分かれて回転するように係合された第1の筐体部2A、3Aおよび第2の筐体部2B、3Bを有する。 Here, FIG. 3 shows the internal configuration of the drive units 2 and 3. The drive units 2 and 3 are housed in the stator side and the rotor side of the actuator 10, respectively, and are engaged with the first housing portions 2A and 3A so as to rotate separately according to the drive of the actuator 10. It has a second housing portion 2B and 3B.

上述した図1(A)および(B)に示すように、駆動ユニット2、3の第1の筐体部2A、3Aには腰フレーム4が結合されている。さらに右側の駆動ユニット3の第1の筐体部3Aには、腰フレーム4のみならず電源ユニット8も結合されている。また駆動ユニット2、3の第2の筐体部2B、3Bには、大腿フレーム5、6が特定方向に回動自在に結合されている。 As shown in FIGS. 1A and 1B described above, the waist frame 4 is coupled to the first housing portions 2A and 3A of the drive units 2 and 3. Further, not only the waist frame 4 but also the power supply unit 8 is coupled to the first housing portion 3A of the drive unit 3 on the right side. Further, the thigh frames 5 and 6 are rotatably coupled to the second housing portions 2B and 3B of the drive units 2 and 3 in a specific direction.

この駆動ユニット2、3は、例えばブラシレスDCモータからなる扁平形のアクチュエータ10と、当該アクチュエータ10を駆動制御する制御装置20と、当該アクチュエータ10の回転子の回転速度を所定の減速比に変換して出力する減速機35と、タッチセンサ36Aを含む扁平形の操作部36とを有する。 The drive units 2 and 3 convert the rotation speeds of the flat actuator 10 including, for example, a brushless DC motor, the control device 20 for driving and controlling the actuator 10, and the rotor of the actuator 10 into a predetermined reduction ratio. It has a speed reducer 35 for output, and a flat operation unit 36 including a touch sensor 36A.

駆動ユニット2、3は、第1の筐体部2A、3Aまたは第2の筐体部2B、3Bのいずれか一方に、減速機35の本体および制御装置20が略同一平面状に収納され、当該減速機35の本体にアクチュエータ10を挟んで操作部36が固定されるとともに、第1の筐体部2A、3Aまたは第2の筐体部2B、3Bのいずれか他方に、減速機35の出力軸が固定されている。 In the drive units 2 and 3, the main body of the speed reducer 35 and the control device 20 are housed in one of the first housing portions 2A and 3A or the second housing portions 2B and 3B in substantially the same plane. The operation unit 36 is fixed to the main body of the speed reducer 35 with the actuator 10 interposed therebetween, and the speed reducer 35 is attached to either the first housing portion 2A or 3A or the second housing portions 2B or 3B. The output shaft is fixed.

制御装置20は、動作・姿勢センサ25による装着者の左右の股関節角度と、生体信号検出センサ15から出力された生体信号とに基づいて、当該装着者の動作および姿勢を判定し、当該判定の結果に応じた駆動トルクを駆動ユニット2、3のアクチュエータ10に発生させる。 The control device 20 determines the motion and posture of the wearer based on the left and right hip joint angles of the wearer by the motion / posture sensor 25 and the biological signal output from the biological signal detection sensor 15, and determines the motion and posture of the wearer. A drive torque according to the result is generated in the actuators 10 of the drive units 2 and 3.

実際に装着者が腰部の正面側から装着式動作補助装置1を装着した状態を図4(A)〜(C)に示す。この装着式動作補助装置1を装着した装着者は、自らの意思で比較的重い対象物を持ち上げて運搬動作を行う場合、その際に発生した広背筋または大殿筋(大臀筋)の生体信号や当該装着者の股関節の動作角度に応じた駆動トルクがアシスト力として装着式動作補助装置1から付与される。従って、装着者は、自身の筋力と駆動機構(アクチュエータ10)からの駆動トルクとの合力によって対象物を持ち上げて運搬することができる。 FIGS. 4A to 4C show a state in which the wearer actually wears the wearable motion assist device 1 from the front side of the waist. When a wearer wearing this wearable motion assist device 1 voluntarily lifts a relatively heavy object to carry out a transport motion, a biological signal of the latissimus dorsi muscle or the gluteus maximus muscle (gluteus maximus muscle) generated at that time. And the drive torque according to the operation angle of the hip joint of the wearer is applied from the wearable operation assist device 1 as an assist force. Therefore, the wearer can lift and carry the object by the resultant force of his / her own muscle force and the drive torque from the drive mechanism (actuator 10).

また装着式動作補助装置1は、対象物を持ち上げて歩行する運搬作業以外にも、例えば、装着者が荷物を持ったまま階段を上り下りするといった昇降作業も補助することができる。 Further, the wearable operation assist device 1 can assist not only the transport work of lifting an object and walking, but also the ascending / descending work of, for example, the wearer going up and down the stairs with his / her luggage.

本実施の形態における装着式動作補助装置1は、左右の駆動ユニット2、3の第2の筐体部2B、3Bと対応する各大腿フレーム5、6との結合部位は、アクチュエータ10の出力軸に対して垂直方向に沿った回転軸を有し、第2の筐体部2B、3Bおよび大腿フレーム5、6は、回動軸を中心として回動自在に結合されている。 In the wearable operation assisting device 1 according to the present embodiment, the coupling portion between the second housing portions 2B and 3B of the left and right drive units 2 and 3 and the corresponding thigh frames 5 and 6 is the output shaft of the actuator 10. It has a rotation axis along a direction perpendicular to the rotation axis, and the second housing portions 2B and 3B and the thigh frames 5 and 6 are rotatably connected around the rotation axis.

図5(A)の状態を基準として図5(B)に示すように、装着式動作補助装置1は、大腿フレーム5、6がアクチュエータ10の出力軸を回動中心として回転角度が最大120度程度まで(最大屈曲時)回動し得るように構成されている。人間の大腿部の関節動作範囲としては、0〜120度が必要とされるためである。なお、装着式動作補助装置1の側面図である図5(A)および(B)に対して、同一状態の装着式動作補助装置1の正面図を図6(A)および(B)に示す。 As shown in FIG. 5 (B) with reference to the state of FIG. 5 (A), in the wearable motion assist device 1, the thigh frames 5 and 6 have a maximum rotation angle of 120 degrees with the output shaft of the actuator 10 as the center of rotation. It is configured to be able to rotate to a certain extent (at the time of maximum bending). This is because the range of motion of the human thigh joint is required to be 0 to 120 degrees. 6 (A) and 6 (B) show front views of the wearable operation assist device 1 in the same state as opposed to FIGS. 5 (A) and 5 (B) which are side views of the wearable operation assist device 1. ..

この図6(A)および(B)に示すように、装着者の大腿部の開脚可能範囲(屈曲に伴う開脚状態の変移)が駆動ユニット2、3の第2の筐体部2B、3Bと大腿フレーム5、6との結合部位である回動軸の軸方向により定まるようになされ、装着者の大腿部の屈曲度合いに伴い開脚度合いが広がるようになされている。 As shown in FIGS. 6A and 6B, the range in which the wearer's thigh can be opened (change in the open leg state due to bending) is the second housing portion 2B of the drive units 2 and 3. 3B and the thigh frames 5 and 6 are connected to each other by the axial direction of the rotation shaft, and the degree of leg opening increases with the degree of bending of the wearer's thigh.

したがって、装着式動作補助装置1では、装着者の大腿部の動作時に大腿カフ5C、6Cの角度が変化することにより、当該大腿カフ5C、6Cによる大腿部への局所荷重を低減させることができる。特に装着者の大腿部の屈曲角度が最大のとき大腿カフ5C、6Cによる大腿部への局所荷重が最小となる。 Therefore, in the wearable motion assist device 1, the angle of the thigh cuffs 5C and 6C changes when the wearer's thigh is operated, so that the local load on the thigh by the thigh cuffs 5C and 6C is reduced. Can be done. In particular, when the flexion angle of the thigh of the wearer is maximum, the local load on the thigh by the thigh cuffs 5C and 6C is minimized.

このように装着式動作補助装置1は、装着者の腰部に正面側から装着された状態において、装着者が屈んだ状態(中腰姿勢)から立ち上がる際に、腰部に対する大腿部の動きを補助するように補助力(アシスト力)を発生する装置である。このような装着者の動作は、例えば、中腰姿勢から立ち上がる動作、中腰姿勢から対象物を持ち上げる動作、移乗介助時の動作等である。 As described above, the wearable motion assist device 1 assists the movement of the thigh with respect to the waist when the wearer stands up from the bent state (mid-lumbar posture) in the state of being mounted on the waist of the wearer from the front side. It is a device that generates an auxiliary force (assist force). Such movements of the wearer include, for example, an operation of standing up from the mid-waist posture, an operation of lifting an object from the mid-waist posture, an operation of assisting transfer, and the like.

(2)駆動ユニットにおける内部システムの構成
図7は駆動ユニット2、3の内部システム構成を示すブロック図である。図7に示されるように、駆動ユニット2、3の制御装置20は、例えば、メモリを有するCPU(Central Processing Unit)チップで構成され、随意的制御部40、自律的制御部41、フェーズ特定部42およびゲイン制御部43から構成されると統括制御部50と、電源ユニット8に対する電力制御用の電力増幅部51と、アクチュエータ10に対する駆動制御用のアクチュエータドライバ52と、基準パラメータデータベース53および指令信号データベース54から構成されるデータ格納部55とを有する。
(2) Configuration of Internal System in Drive Unit FIG. 7 is a block diagram showing an internal system configuration of drive units 2 and 3. As shown in FIG. 7, the control device 20 of the drive units 2 and 3 is composed of, for example, a CPU (Central Processing Unit) chip having a memory, and has an optional control unit 40, an autonomous control unit 41, and a phase specifying unit. When composed of 42 and a gain control unit 43, a general control unit 50, a power amplification unit 51 for power control for the power supply unit 8, an actuator driver 52 for drive control for the actuator 10, a reference parameter database 53, and a command signal. It has a data storage unit 55 composed of a database 54.

装着者に対してアシスト力を付与する駆動ユニット2、3において、アクチュエータドライバ52には、装着者の関節の回動に伴う第1の筐体部2A、3Aおよび第2の筐体部2B、3Bの回動角度を検出する角度センサからなる動作・姿勢センサ25(図1では図示せず)が設けられている。また装着者の生体電位等を含む信号(生体信号)を検出する生体信号検出センサ15(図1では図示せず)も設けられている。 In the drive units 2 and 3 for applying the assist force to the wearer, the actuator driver 52 has the first housing portions 2A and 3A and the second housing portion 2B due to the rotation of the wearer's joints. An operation / attitude sensor 25 (not shown in FIG. 1) including an angle sensor for detecting the rotation angle of 3B is provided. Further, a biological signal detection sensor 15 (not shown in FIG. 1) for detecting a signal (biological signal) including the bioelectric potential of the wearer is also provided.

統括制御部50において、随意的制御部40は、生体信号検出センサ15により検出された検出信号(生体信号)に応じた指令信号(随意制御の制御信号)を電力増幅部51に供給する。随意的制御部40は、生体信号検出センサ15に所定の指令関数f(t)またはゲインPを適用して指令信号を生成する。このゲインPは予め設定された値又は関数でも良く、操作部36の操作内容に応じてゲイン制御部43を介して調整することができる。 In the integrated control unit 50, the voluntary control unit 40 supplies a command signal (voluntary control control signal) corresponding to the detection signal (biological signal) detected by the biological signal detection sensor 15 to the power amplification unit 51. The voluntary control unit 40 applies a predetermined command function f (t) or gain P to the biological signal detection sensor 15 to generate a command signal. The gain P may be a preset value or a function, and can be adjusted via the gain control unit 43 according to the operation content of the operation unit 36.

また、駆動ユニット2、3は、制御装置20に設けられた動作・姿勢センサ25により検出された角度データに基づいて、アクチュエータ10の駆動トルク(トルクの大きさ及び回動角度)を制御する方法を選択することも可能である。装着者の皮膚が汗で濡れることが予想される場合など、生体信号検出センサ15からの生体信号の入力が得られないときに有効である。 Further, the drive units 2 and 3 control the drive torque (torque magnitude and rotation angle) of the actuator 10 based on the angle data detected by the operation / attitude sensor 25 provided in the control device 20. It is also possible to select. This is effective when the input of the biological signal from the biological signal detection sensor 15 cannot be obtained, such as when the wearer's skin is expected to get wet with sweat.

データ格納部55は、各データを格納するメモリを有し、起立動作、歩行動作や着席動作など各動作パターン(タスク)毎に設定されたフェーズ単位の制御データが予め格納されたデータベース格納領域と、各アクチュエータ10を制御するための制御プログラムが格納された制御プログラム格納領域などが設けられている。データベース格納領域には、基準パラメータデータベース53と指令信号データベース54が格納されている。 The data storage unit 55 has a memory for storing each data, and has a database storage area in which control data for each phase set for each operation pattern (task) such as standing motion, walking motion, and sitting motion is stored in advance. , A control program storage area for storing a control program for controlling each actuator 10 is provided. The reference parameter database 53 and the command signal database 54 are stored in the database storage area.

この動作・姿勢センサ25によって検出された関節角度(θ)によって検出された角度データは、基準パラメータデータベース53に入力される。フェーズ特定部42では、動作・姿勢センサ25により検出された関節の回動角度を基準パラメータデータベース53に格納された基準パラメータの関節角度と荷重と比較することにより、装着者の動作のフェーズを特定する。 The angle data detected by the joint angle (θ) detected by the motion / posture sensor 25 is input to the reference parameter database 53. The phase specifying unit 42 identifies the wearer's motion phase by comparing the joint rotation angle detected by the motion / posture sensor 25 with the joint angle and load of the reference parameter stored in the reference parameter database 53. do.

そして、自律的制御部41では、フェーズ特定部42により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号(自律制御の制御信号)を生成し、この動力を駆動ユニット2、3のアクチュエータ10に発生させるための指令信号を電力増幅部51に供給する。 Then, when the autonomous control unit 41 obtains the control data of the phase specified by the phase specifying unit 42, the autonomous control unit 41 generates a command signal (autonomous control control signal) corresponding to the control data of this phase and drives this power. A command signal to be generated in the actuators 10 of the units 2 and 3 is supplied to the power amplification unit 51.

また、自律的制御部41は、前述したゲイン制御部43により調整されたゲインが入力されており、このゲインに応じた指令信号を生成し、電力制御部51に出力する。電力制御部51は、駆動ユニット2、3のアクチュエータ10を駆動する電流を制御して駆動トルクの大きさおよび回動角度を制御して当該装着者の関節に駆動ユニット2、3のアクチュエータ10による駆動力をアシスト力として付与する。 Further, the autonomous control unit 41 is input with a gain adjusted by the gain control unit 43 described above, generates a command signal corresponding to this gain, and outputs the command signal to the power control unit 51. The power control unit 51 controls the current for driving the actuators 10 of the drive units 2 and 3 to control the magnitude and rotation angle of the drive torque, and the actuators 10 of the drive units 2 and 3 are applied to the joints of the wearer. The driving force is given as an assist force.

このように、駆動ユニット2、3は、装着者の関節を基準に貼り付けられた生体信号検出センサ15によって検出された検出信号に基づいて、駆動ユニット2、3を制御する制御信号が電力制御部51によって増幅されてアクチュエータ10に供給され、装着者の関節にアクチュエータ10の駆動力がアシスト力として伝達される。 In this way, in the drive units 2 and 3, the control signal for controlling the drive units 2 and 3 is power controlled based on the detection signal detected by the biological signal detection sensor 15 attached with reference to the wearer's joint. It is amplified by the unit 51 and supplied to the actuator 10, and the driving force of the actuator 10 is transmitted to the wearer's joint as an assist force.

また駆動ユニット2、3の制御装置20は、データ格納部55に格納された基準パラメータに基づいて、装着者のタスクおよびフェーズを推定し、当該フェーズに応じた動力を発生させるように、アクチュエータ10に対する駆動制御を調整するとともに、動作・姿勢センサ25による絶対角度、回動角度、角速度および角加速度とアクチュエータドライバ52から得られる駆動トルクとに基づいて、装置全体および装着者からなる系全体の制御対象の機械的インピーダンス(慣性、粘性、剛性)を、当該装着者の粘弾性特性および当該系全体の制御対象の重力に合わせて補償するようにしてもよい。 Further, the control device 20 of the drive units 2 and 3 estimates the task and phase of the wearer based on the reference parameters stored in the data storage unit 55, and the actuator 10 so as to generate power according to the phase. Control of the entire device and the entire system consisting of the wearer based on the absolute angle, rotation angle, angular velocity and angular acceleration of the motion / attitude sensor 25 and the drive torque obtained from the actuator driver 52. The mechanical impedance (inertia, viscosity, rigidity) of the object may be compensated according to the viscoelastic property of the wearer and the gravity of the controlled object of the entire system.

なお、上述した系全体の制御対象の機械的インピーダンスについて、装着者の粘弾性特性に合わせた補償方法については、本願発明者による公開特許(特再公表2018ー92325号)に詳述されており、当該系全体の制御対象の重力に合わせた補償方法については、本願発明者による登録特許(特許第4178187号)に詳述されている。 The compensation method for the mechanical impedance of the controlled object of the entire system described above according to the viscoelastic property of the wearer is described in detail in the published patent (Japanese Patent Publication No. 2018-92325) by the inventor of the present application. The compensation method according to the gravity of the controlled object of the entire system is described in detail in the registered patent (Patent No. 4178187) by the inventor of the present application.

さらに図7には図示しないが、駆動ユニット2、3の制御装置20において、データ格納部55に格納されている各種データは、統括制御部50の制御の下、上述した図2(A)および(B)に示す通信装置30から外部の通信端末やサーバ装置に無線ネットワーク通信し得るようになされている。受信した通信端末やサーバ装置は、装着式動作補助装置1から得られる各種データを保管し管理する。 Further, although not shown in FIG. 7, in the control devices 20 of the drive units 2 and 3, various data stored in the data storage unit 55 are collected in FIGS. 2A and 2A described above under the control of the integrated control unit 50. Wireless network communication is possible from the communication device 30 shown in (B) to an external communication terminal or server device. The received communication terminal or server device stores and manages various data obtained from the wearable operation assist device 1.

(3)装着式動作補助装置における制御システムの構成
本実施の形態における装着式動作補助装置1では、上述した駆動ユニット2、3は、腰フレーム4の左右にそれぞれ第1の筐体部2A、3Aを介して連結されるとともに、左右の大腿フレーム4にそれぞれ第2の筐体部2B、3Bを介して連結され、第1の筐体部2A、3Aおよび第2の筐体部2B、3Bをそれぞれ相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生して、腰フレーム4および大腿フレーム5、6を駆動する。
(3) Configuration of Control System in Mountable Operation Assistance Device In the mountable motion assist device 1 according to the present embodiment, the drive units 2 and 3 described above are the first housing portions 2A on the left and right sides of the waist frame 4, respectively. It is connected via 3A and is connected to the left and right thigh frames 4 via the second housing portions 2B and 3B, respectively, so that the first housing portions 2A and 3A and the second housing portions 2B and 3B are connected to each other. The waist frame 4 and the thigh frames 5 and 6 are driven by generating a drive torque so as to drive them in relative rotation.

上述した動作・姿勢センサ25は、股関節角度計測部として、腰フレーム4の左右両側と大腿フレーム5、6との間の回動角度をそれぞれ装着者の左右の股関節角度として検出する。すなわち、動作・姿勢センサ25は、装着者の左右の股関節における屈曲伸展時の動作角度をそれぞれ当該装着者の左右の股関節角度として継続的に計測する。 The motion / posture sensor 25 described above detects the rotation angle between the left and right sides of the waist frame 4 and the thigh frames 5 and 6 as the left and right hip joint angles of the wearer, respectively, as the hip joint angle measuring unit. That is, the motion / posture sensor 25 continuously measures the motion angles of the wearer's left and right hip joints during flexion and extension as the left and right hip joint angles of the wearer, respectively.

制御装置20は、動作・姿勢センサ25による装着者の左右の股関節角度に基づいて、当該装着者の動作および姿勢を判定し、当該判定の結果に応じた駆動トルクをアクチュエータ10に発生させる。 The control device 20 determines the motion and posture of the wearer based on the left and right hip joint angles of the wearer by the motion / posture sensor 25, and generates a drive torque according to the result of the determination in the actuator 10.

ここで左右の駆動ユニット2、3には、それぞれ制御装置20が内蔵されているが、装着者の腰部に対する両方の大腿部の動作の同期をとるべく、いずれか一方の駆動ユニット2、3の制御装置20が主制御部としてマスタ的役割を果たすように設定されている。 Here, the left and right drive units 2 and 3 each have a built-in control device 20, but one of the drive units 2 and 3 is used to synchronize the movements of both thighs with respect to the wearer's waist. The control device 20 of the above is set to play a master role as a main control unit.

左右の駆動ユニット2、3は、装着者が対象物を持ち上げる際は、腰フレーム4に同時に駆動トルクを伝達して当該腰フレーム4を装着者の背中側に駆動する一方、装着者の歩行および階段の昇降時には、大腿フレーム5、6に駆動トルクを伝達して左右の大腿フレーム5、6を交互に前後方向に駆動するようになされている。 When the wearer lifts the object, the left and right drive units 2 and 3 simultaneously transmit drive torque to the waist frame 4 to drive the waist frame 4 to the back side of the wearer, while walking and walking of the wearer. When going up and down the stairs, the drive torque is transmitted to the thigh frames 5 and 6 to alternately drive the left and right thigh frames 5 and 6 in the front-rear direction.

また左右の駆動ユニット2、3のいずれか一方または両方には、構成要素として、マイナスボタン、プラスボタンおよび電源ボタンのボタン群の役割をタッチセンサとして果たす操作部36が接続されている。さらに左右の駆動ユニット2、3には、それぞれ対応するアクチュエータ10の回転動作に対して制動力を発生させるブレーキ機構(図示せず)が接続されている。 Further, an operation unit 36 that serves as a touch sensor for a group of buttons such as a minus button, a plus button, and a power button is connected to one or both of the left and right drive units 2 and 3. Further, a brake mechanism (not shown) that generates a braking force with respect to the rotational operation of the corresponding actuator 10 is connected to the left and right drive units 2 and 3, respectively.

駆動ユニット2、3において、制御装置20は、操作部36の電源ボタンが押下されると電源オン状態にし、マイナスボタン、プラスボタンおよび電源ボタンを点灯させるとともに、ブレーキ機構をオン状態にして、大腿フレーム5、6が動かされると抵抗力を発生させる。 In the drive units 2 and 3, the control device 20 turns on the power when the power button of the operation unit 36 is pressed, turns on the minus button, the plus button and the power button, and turns on the brake mechanism to turn on the thigh. When the frames 5 and 6 are moved, resistance is generated.

そして、制御装置20は、生体信号検出センサ15によって検出された生体信号が入力されると、操作部36のマイナスボタンまたはプラスボタンによって入力されるアクチュエータ10の駆動レベルに応じた駆動力をアクチュエータ10に発生させる。マイナスボタンまたはプラスボタンは、制御装置20のトルクチューナを制御するためのボタンであり、トルクチューナは、アシスト力を複数段階に設定することができる。 Then, when the biological signal detected by the biological signal detection sensor 15 is input, the control device 20 applies a driving force according to the drive level of the actuator 10 input by the minus button or the plus button of the operation unit 36. Generate in. The minus button or the plus button is a button for controlling the torque tuner of the control device 20, and the torque tuner can set the assist force in a plurality of stages.

例えば、アシスト力を5段階に設定されている場合において、トルクチューナを「1」に設定した場合には、20%のアシストトルクを上限とし、最大3Nmのアシストが受けられ、トルクチューナを「5」に設定した場合には、100%のアシストトルクを上限とし、最大15Nmのアシストが受けられる。また、トルクの上限を設定するためのトルクリミッタを設けてもよい。 For example, when the assist force is set to 5 levels and the torque tuner is set to "1", the maximum assist torque is 20%, the maximum assist is 3 Nm, and the torque tuner is set to "5". When set to "", the maximum assist torque of 100% is set as the upper limit, and a maximum of 15 Nm of assist can be received. Further, a torque limiter for setting the upper limit of the torque may be provided.

この際に、制御装置20は、生体信号検出センサ15から入力される生体信号の信号レベルに応じて、駆動力を制御する。アシストを行うために本装置にはサイバニック随意制御(CVC:Cybernic Voluntary Control)モードが搭載されている。 At this time, the control device 20 controls the driving force according to the signal level of the biological signal input from the biological signal detection sensor 15. This device is equipped with a Cybernic Voluntary Control (CVC) mode for assisting.

CVCモードのとき駆動ユニット2、3の制御装置20において、以下(1)〜(3)の順序でアシストトルクを決定する。(1)腰部の生体電位信号から基準アシストトルクを計算する。(2)トルクチューナの値に基づき基準アシストトルクを増幅する。(3)姿勢や動作内容に応じてアシストトルクを調整する。 In the CVC mode, the control devices 20 of the drive units 2 and 3 determine the assist torque in the following order (1) to (3). (1) Calculate the reference assist torque from the biopotential signal of the waist. (2) Amplify the reference assist torque based on the value of the torque tuner. (3) Adjust the assist torque according to the posture and movement content.

また、制御装置20は、アクチュエータ10の回転動作時に、腰フレーム4と大腿フレーム5、6とから入力される装着者の反力を検出し、反力が所定レベル以下になると、ブレーキ機構の抵抗力を増大させて、アクチュエータ10の動作を停止させる。反力が所定レベル以下になる状態は、例えば、大腿フレーム5、6の大腿カフ5C、6Cが外れた状態で安全性を確保すべく動作を停止させる必要があるためである。 Further, the control device 20 detects the reaction force of the wearer input from the waist frame 4 and the thigh frames 5 and 6 during the rotational operation of the actuator 10, and when the reaction force becomes equal to or less than a predetermined level, the resistance of the brake mechanism. The force is increased to stop the operation of the actuator 10. The state where the reaction force becomes equal to or less than a predetermined level is because, for example, it is necessary to stop the operation in order to ensure safety when the thigh cuffs 5C and 6C of the thigh frames 5 and 6 are detached.

実施の形態の装着式動作補助装置1によれば、装着者が屈んだ状態から立ち上がる際に、腰部に対する大腿部の動きを補助するように補助力を発生することができる。 According to the wearable motion assisting device 1 of the embodiment, when the wearer stands up from the bent state, an assisting force can be generated to assist the movement of the thigh with respect to the waist.

このような補助力は、生体信号検出センサ15によって検出される、装着者が体幹を起こそうとする際の筋活動あるいは体幹の角度を維持しようとする際の筋活動に伴う生体信号に基づいてアクチュエータ10が駆動されることによって発生される。 Such an auxiliary force is applied to the biological signal detected by the biological signal detection sensor 15 that accompanies the muscle activity when the wearer tries to raise the trunk or the muscle activity when trying to maintain the angle of the trunk. It is generated by driving the actuator 10 based on the above.

従って、装着者の意志に応じて必要な補助力を必要な方向に提供できる、利便性の高い装着式動作補助装置1を提供することができる。また、装着者が自ら発生すべき動力(筋力)を可及的に抑えることができ、かつ、装着者の利便性を損なう事態を抑えることのできる装着式動作補助装置1を提供することができる。 Therefore, it is possible to provide a highly convenient wearable operation assist device 1 that can provide a necessary assistive force in a necessary direction according to the wearer's will. Further, it is possible to provide a wearable operation assisting device 1 capable of suppressing the power (muscle strength) that the wearer should generate by himself / herself as much as possible and suppressing the situation that impairs the convenience of the wearer. ..

なお、左右の駆動ユニット2、3の少なくともいずれか一方が、装着者の左右大腿の生体信号の信号レベルが左右均等でないと判断した場合は、装着者が歩行中であると判定する一方、当該信号レベルが左右均等であると判断した場合は、装着者が停止状態にあると判定するようになされている。 If at least one of the left and right drive units 2 and 3 determines that the signal levels of the biological signals of the wearer's left and right thighs are not equal to the left and right, it is determined that the wearer is walking. When it is determined that the signal levels are equal on the left and right, it is determined that the wearer is in the stopped state.

また、制御装置20は、装着者が停止状態にあると判定した状態において、左右の股関節角度が共に所定の規定角度より大きいと判断した場合は、当該装着者が歩行中であると判定する一方、当該規定角度以下であると判断した場合、当該装着者が上体を前方に低くした姿勢であると判定するようになされている。 Further, when the control device 20 determines that the left and right hip joint angles are both larger than a predetermined predetermined angle in the state where the wearer is determined to be in the stopped state, the control device 20 determines that the wearer is walking. When it is determined that the angle is equal to or less than the specified angle, it is determined that the wearer is in a posture in which the upper body is lowered forward.

(4)本実施の形態による装着式動作補助装置の動作および効果
以上の構成において、装着式動作補助装置1では、装着者が装置全体を保持したまま腰部の正面側から、固定保持具9を装着者自身の巻回留め具または衣服自体に固定保持するだけで装着を完了させることができる。
(4) Operation and Effect of Wearable Motion Assistance Device According to the Present Embodiment In the above configuration, in the mountable motion assist device 1, the wearer holds the entire device and holds the fixed holder 9 from the front side of the waist. The attachment can be completed simply by fixing and holding it to the wearer's own winding fastener or the garment itself.

このため従来のような腰部に体幹ベルトを巻回する手間を回避することができる分、装着時の利便性を図ることが可能となる。 For this reason, it is possible to avoid the trouble of winding the trunk belt around the waist as in the conventional case, and it is possible to improve the convenience at the time of wearing.

また装着式動作補助装置1では、腰フレーム4が装着者の正面側に装着されるようにして、装着者の両側を除く背面側には何も装着しないようにしたことにより、装着者の腰部の正面に腰フレーム4を配置した点で着座時の快適性を向上させることが可能となる。 Further, in the wearable motion assist device 1, the waist frame 4 is mounted on the front side of the wearer so that nothing is mounted on the back side except both sides of the wearer. By arranging the waist frame 4 in front of the body, it is possible to improve the comfort when sitting.

(5)他の実施の形態
なお本実施の形態においては、装着式動作補助装置1として、腰フレーム4に固定された固定保持具9を体幹ベルトを用いて当該腰フレーム4を装着者の腰部の正面に装着し、装着者の腰部の動作をアシストする構成のものを適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、固定保持具9は、装着者が装着する体幹ベルト以外にも、装着者の腰部を中心とする衣服への巻回留め具(体幹ベルト、ガードル、ウエストバンド等)または当該衣服自体に対して着脱自在に固定保持するようにしてもよい。要は、腰フレーム4を装着者の腰の正面に保持することができれば、固定保持具9が固定保持される部位は自由に設定するようにしてもよい。
(5) Other Embodiments In the present embodiment, as the wearable motion assisting device 1, the fixed holder 9 fixed to the waist frame 4 is attached to the waist frame 4 by the wearer using the trunk belt. The case where the device is attached to the front of the waist and assists the movement of the wearer's waist has been described, but the present invention is not limited to this, and the fixed holder 9 is a trunk belt worn by the wearer. In addition, it may be detachably fixed and held to the wrapping fastener (trunk belt, girdle, waistband, etc.) around the wearer's waist or the garment itself. In short, if the waist frame 4 can be held in front of the wearer's waist, the portion where the fixed holder 9 is fixedly held may be freely set.

また本実施の形態においては、装着式動作補助装置1の右側の駆動ユニット3に固定保持される電源ユニット8は、装着者の背面側に向けて突出するように第1の筐体部3Aの結合部位に結合するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、要は、装着者の動作時に腕が電源ユニット8に触れたり、装着者の着座時に椅子の背もたれに電源ユニット8が挟まれたりするなどの煩雑さを回避することができれば、電源ユニット8を装着式動作補助装置1における所望の部位に結合させるようにしてもよい。 Further, in the present embodiment, the power supply unit 8 fixedly held by the drive unit 3 on the right side of the wearable operation assist device 1 is of the first housing portion 3A so as to project toward the back side of the wearer. The case where the device is connected to the binding site has been described, but the present invention is not limited to this, and the point is that the arm touches the power supply unit 8 when the wearer operates, or the power supply unit is attached to the backrest of the chair when the wearer sits down. If it is possible to avoid complications such as the 8 being pinched, the power supply unit 8 may be coupled to a desired portion of the wearable operation assisting device 1.

1…装着式動作補助装置、2、3…駆動ユニット、2A、3A…第1の筐体部、2B、3B…第2の筐体部、4…腰フレーム、5、6…大腿フレーム、5C、6C…大腿カフ、7…バッテリ、8…電源ユニット、9…固定保持具、10…アクチュエータ、15…生体信号検出センサ、20…制御装置、25…動作・姿勢センサ、30…通信装置、35…減速機、36…操作部、40…随意的制御部、41…自律的制御部、42…フェーズ特定部、43…ゲイン変更部、50…統括制御部、51…電力増幅部、52…アクチュエータドライバ、53…基準パラメータデータベース、54…指令信号データベース、55…データ格納部。 1 ... Mountable operation assist device, 2, 3 ... Drive unit, 2A, 3A ... First housing, 2B, 3B ... Second housing, 4 ... Waist frame, 5, 6 ... Thigh frame, 5C , 6C ... thigh cuff, 7 ... battery, 8 ... power supply unit, 9 ... fixed holder, 10 ... actuator, 15 ... biometric signal detection sensor, 20 ... control device, 25 ... motion / attitude sensor, 30 ... communication device, 35 ... Reducer, 36 ... Operation unit, 40 ... Voluntary control unit, 41 ... Autonomous control unit, 42 ... Phase identification unit, 43 ... Gain change unit, 50 ... Integrated control unit, 51 ... Power amplification unit, 52 ... Actuator Driver, 53 ... reference parameter database, 54 ... command signal database, 55 ... data storage unit.

Claims (3)

装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置において、
前記装着者の左右の股関節の側方にそれぞれ配置され、アクチュエータを収納する第1および第2の筐体部が当該アクチュエータの駆動に応じて相対的に回転駆動するように駆動トルクを発生する駆動ユニットと、
前記装着者の腰部の正面に装着され、左右両側でそれぞれ前記駆動ユニットの前記第1の筐体部に結合される腰フレームと、
左右の前記駆動ユニットの前記第2の筐体部にそれぞれ結合され、前記装着者の左右の大腿部の前側に当接させるための大腿カフをそれぞれ有する大腿フレームと、
前記腰フレームにおける左右の前記第1の筐体部にそれぞれ固定され、前記装着者の腰部を中心とする衣服への巻回留め具または当該衣服自体に対して着脱自在に固定保持する固定保持具と、
左右の前記駆動ユニットにそれぞれ設けられ、前記第1および第2の筐体部の間の回動角度を前記装着者の左右の股関節角度として検出する股関節角度計測部と、
前記装着者の左腿および右腿の動きに伴う大腿直筋および大殿筋の生体信号と、当該装着者の背中の広背筋の生体信号とを検出する生体信号検出部と、
前記股関節角度計測部による前記装着者の左右の前記股関節角度と、前記生体信号検出部から出力された生体信号とに基づいて、当該装着者の動作および姿勢を判定し、当該判定の結果に応じた駆動トルクを前記駆動ユニットの前記アクチュエータに発生させる制御部と
を備えることを特徴とする装着式動作補助装置。
In a wearable motion assist device that assists the wearer's waist motion,
A drive that generates drive torque so that the first and second housing portions, which are arranged on the left and right hip joint sides of the wearer and house the actuator, are relatively rotationally driven in response to the drive of the actuator. With the unit,
A waist frame mounted on the front of the wearer's waist and coupled to the first housing of the drive unit on both the left and right sides, respectively.
A thigh frame, each of which is coupled to the second housing portion of the left and right drive units and has a thigh cuff for contacting the front side of the left and right thigh portions of the wearer.
A winding fastener around the waist of the wearer, which is fixed to each of the left and right first housing portions of the waist frame, or a fixing holder that is detachably fixed and held to the garment itself. When,
A hip joint angle measuring unit provided on each of the left and right drive units and detecting the rotation angle between the first and second housing portions as the left and right hip joint angles of the wearer.
A biological signal detection unit that detects the biological signals of the rectus femoris and gluteus maximus muscles accompanying the movement of the left and right thighs of the wearer and the latissimus dorsi muscles of the back of the wearer.
Based on the left and right hip joint angles of the wearer by the hip joint angle measuring unit and the biological signal output from the biological signal detection unit, the movement and posture of the wearer are determined, and the result of the determination is determined. A wearable operation assisting device including a control unit that generates a driving torque in the actuator of the driving unit.
前記駆動ユニットの前記第2の筐体部と前記大腿フレームとの結合部位は、前記アクチュエータの出力軸に対して垂直方向に沿った回転軸を有し、
前記第2の筐体部および前記大腿フレームは、前記回動軸を中心として回動自在に結合されている
ことを特徴とする請求項1に記載の装着式動作補助装置。
The binding site between the second housing portion of the drive unit and the thigh frame has a rotation axis along a direction perpendicular to the output axis of the actuator.
The wearable operation assisting device according to claim 1, wherein the second housing portion and the thigh frame are rotatably coupled around the rotation axis.
左右の前記駆動ユニットのいずれか一方または両方における前記第1の筐体部に結合され、着脱自在に収納可能なバッテリを含む電源ユニットをさらに備え、
前記電源ユニットは、前記装着者の背面側に向けて突出するように前記第1の筐体部の結合部位に結合されるとともに、
前記電源ユニットへの前記バッテリの収納時に、前記第1の筐体部の内部空間を通じて当該バッテリと前記駆動ユニットとが電気的に接続される
ことを特徴とする請求項1または2に記載の装着式動作補助装置。
Further comprising a power supply unit including a battery coupled to the first housing in either or both of the left and right drive units and detachably retractable.
The power supply unit is coupled to the binding site of the first housing portion so as to project toward the back side of the wearer, and the power supply unit is coupled to the binding site.
The mounting according to claim 1 or 2, wherein when the battery is housed in the power supply unit, the battery and the drive unit are electrically connected to each other through the internal space of the first housing portion. Ceremony operation assist device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7429376B1 (en) 2022-11-08 2024-02-08 智遊科技服務股▲分▼有限公司 smart wearable device

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