JP2022014056A - アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者に違和感を与えにくくすることが可能となるアシスト装置を提供する。【解決手段】アシスト装置は、第一装着具と、左右の脚の大腿部に装着される第二装着具と、駆動ユニットを有し利用者の腰部と大腿部との間の動作を支援するアシストトルクを発生させるアクチュエータと、アシストパラメータを求め当該アシストパラメータに基づく出力でアクチュエータを動作させる制御を行う制御部と、利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部とを備える。アクチュエータは、前後に揺動するアームと、利用者の上半身と大腿部との成す角度となるアームの揺動角度に関する揺動角情報を求めるための揺動角検出部とを有する。制御部は、前記揺動角情報及び前記傾斜角情報に基づいて前記アシストパラメータを求める。【選択図】 図８

Description

本開示は、アシスト装置に関する。

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として、利用者の腰部を含む上半身に装着される第一装着具と、利用者の左右の脚に装着される第二装着具と、利用者の腰部と大腿部との間の動作を支援するアシストトルクを発生させるアクチュエータと、アクチュエータの制御を行う制御部とを備える装置が、特許文献１に開示されている。

特開２０１９－２０６０４５号公報

特許文献１に開示されているアシスト装置では、アクチュエータは、利用者の腰部の左右両側に位置するように第一装着具に取り付けられた駆動ユニットを有する。アクチュエータは、更に、アームを有する。そのアームは、先端部が第二装着具に取り付けられ基端部が駆動ユニットに取り付けられ、その基端部側を中心として前後に揺動する。アームの揺動角度がセンサによって検出され、制御部は、その揺動角度に基づいて、アシストパラメータとしてアシストトルクの指令値を求める。

このように、アシストトルクの指令値は、アームの揺動角度、つまり、利用者の脚（大腿部）の角度に基づいて求められる。その指令値に応じた出力でアクチュエータが動作し、利用者にアシスト力が付与される。
この場合、例えば、直立姿勢にある利用者が、荷物を持ち上げる等の動作ではなく、姿勢の変更のために単に膝を曲げると、アームの揺動角度が変化し、これに基づいてアシストトルクの指令値が求められる。その結果、アシスト装置はアシストトルクを発生させ、利用者に違和感を与えてしまう可能性がある。

そこで、本開示では、利用者に違和感を与えにくくすることが可能となるアシスト装置を提供することを目的とする。

本開示のアシスト装置は、利用者の少なくとも腰部に装着される第一装着具と、前記利用者の左右の脚の大腿部に装着される第二装着具と、前記利用者の腰部の左右両側に位置するように前記第一装着具に取り付けられた駆動ユニットを有し、当該利用者の腰部と大腿部との間の動作を支援するアシストトルクを発生させるアクチュエータと、発生させるアシストトルクを決めるアシストパラメータを求め当該アシストパラメータに基づく出力で前記アクチュエータを動作させる制御を行う制御部と、利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部と、を備え、
前記アクチュエータは、先端部が前記第二装着具に取り付けられ基端部が前記駆動ユニットに取り付けられ当該基端部側を中心として前後に揺動するアームと、利用者の上半身と大腿部との成す角度となる前記アームの揺動角度に関する揺動角情報を求めるための揺動角検出部と、を有し、
前記制御部は、前記揺動角情報及び前記傾斜角情報に基づいて前記アシストパラメータを求める。

前記アシスト装置によれば、利用者の上半身と大腿部との成す角度のみではなく、利用者の上半身の前傾姿勢の程度となる上半身の傾斜角度も考慮して、アシストパラメータが求められる。このため、上半身の傾斜角度によっては、アシストトルクを発生させなかったり、発生しても小さいアシストトルクとなるように制御することが可能となる。その結果、利用者に違和感を与えにくくすることが可能となる。

前記アシストパラメータを求めるための手段として、好ましくは、前記制御部は、前記揺動角情報に基づいて仮アシストパラメータを求め、前記傾斜角情報に基づいて補正ゲインを求め、前記仮アシストパラメータと前記補正ゲインとにより前記アシストパラメータを求める。この構成により、上半身の傾斜角度によって補正ゲインが求められ、アームの揺動角度に基づいて求められた仮アシストパラメータを補正して、アシストパラメータが求められる。

利用者の上半身の傾斜角度が大きいほど、その腰部への負担が大きくなる傾向にある。そこで、更に好ましくは、前記制御部が求める前記補正ゲインの値は、前記傾斜角度が小さい場合よりも前記傾斜角度が大きい場合の方が、前記アシストパラメータをより大きくする値である。この構成により、上半身の傾斜角度が大きい場合、アシストパラメータが大きくなり、その結果、発生させるアシストトルクが大きくなり、利用者の腰部への負担をより一層軽減することが可能となる。

また、例えば、前記揺動角度が大きくなるにしたがって仮アシストパラメータが大きくなるように制御部が仮アシストパラメータを求める場合、利用者が、例えば姿勢を変更するために単に膝を少し曲げると、ゼロを超える揺動角度に関する揺動角情報が求められ、ゼロを超えるアシストトルクを発生させるための仮アシストパラメータが求められることがある。仮に、この仮アシストパラメータに基づく出力でアクチュエータが動作すると、利用者は単に姿勢を変更するだけであるのに、アシスト装置はアシスト力を利用者に付与してしまう。

そこで、好ましくは、前記制御部は、前記傾斜角度が小さい場合、当該傾斜角度に関する前記傾斜角情報に基づいて、前記アシストパラメータをゼロに近づけるための前記補正ゲインを求める。この構成によれば、ゼロを超えるアシストトルクを発生させるための仮アシストパラメータが求められても、傾斜角度が小さい場合、アシストパラメータをゼロに近づけることが可能となる。その結果、利用者が単に姿勢を変更する場合に、アシスト力を利用者に付与するのを防ぐことが可能となる。

また、好ましくは、前記制御部は、利用者による荷物の持ち上げ開始からの時間を示す持ち上げ継続時間を求めるカウント部と、前記傾斜角情報と前記補正ゲインとの関係を示す第一対応情報、及び、前記持ち上げ継続時間と前記仮アシストパラメータとの関係を示す第二対応情報を記憶する記憶部と、求められた前記傾斜角情報及び前記第一対応情報に基づいて前記補正ゲインを求める第一処理部と、求められた前記持ち上げ継続時間及び前記第二対応情報に基づいて前記仮アシストパラメータを求める第二処理部と、を有する。
この構成によれば、荷物の持ち上げ開始からの時間に応じて仮アシストパラメータが求められ、その結果、その時間に応じてアシストパラメータが求められる。

また、前記アシストパラメータを求めるための別の手段として、好ましくは、前記制御部は、得られた前記傾斜角情報に剛性項ゲインを作用させた値と、得られた前記揺動角情報に粘性項ゲインを作用させた値との和を、前記アシストパラメータとして求める。この場合、例えば、利用者が荷物を持ち下げる場合、又は、単に前傾姿勢となる場合に、適切なアシストトルクを発生させることが可能となる。

また、好ましくは、前記制御部により前記補正ゲインを用いて前記アシストパラメータを求める処理が、持ち上げ用処理であり、前記制御部により、得られた前記傾斜角情報に剛性項ゲインを作用させた値と、得られた前記揺動角情報に粘性項ゲインを作用させた値との和を、前記アシストパラメータとして求める処理が、お辞儀動作用処理であり、前記制御部は、前記持ち上げ用処理と前記お辞儀動作用処理とを択一的に選択して実行可能である。この場合、持ち上げ用処理とお辞儀用処理とでロジックが異なっており、それぞれに適した処理が実行される。

また、傾斜角検出部及び揺動角検出部が前記傾斜角度及び前記揺動角度をそれぞれ検出するための適した構成として、好ましくは、前記傾斜角検出部は、利用者の上半身の姿勢に応じて出力が変化するセンサであり、前記揺動角検出部は、前記アームを揺動させるために前記アクチュエータが有する回転部材の回転角を検出する検出器である。この構成により、利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報及びアームの揺動角度に関する揺動角情報を正確に求めることが可能となる。

本開示のアシスト装置によれば、利用者に違和感を与えにくくすることが可能となる。

アシスト装置の一例の全体構成を示す斜視図である。 図１に示すアシスト装置の分解斜視図である。 図１に示すアシスト装置が装着された利用者を示す側面図である。 図１に示すアシスト装置が装着された利用者を示す側面図である。 右の駆動ユニットの分解図である。 右の駆動ユニットの断面図である。 アシスト装置が備える制御装置等を示すブロック図である。 制御装置が行う処理の一例を示すブロック図である。 制御装置が行う処理の一例を示すフロー図である。 制御装置が行う他の処理の一例を示すブロック図である。 制御装置が行う他の処理の一例を示すフロー図である。 他の形態のアシスト装置を示す斜視図である。

〔アシスト装置の全体構造〕
図１は、アシスト装置の一例の全体構成を示す斜視図である。図２は、図１に示すアシスト装置の分解斜視図である。図３及び図４は、図１に示すアシスト装置が装着された利用者を示す側面図である。図３は、利用者が直立姿勢にあり、図４は、利用者が前傾姿勢にある。図３に示す直立姿勢は、利用者の脚ＢＬから頭部ＢＨまでの身体の長手方向が鉛直線Ｖに沿った姿勢である。図４に示す前傾姿勢は、腰部ＢＷから頭部ＢＨまでの上半身の長手方向が鉛直線Ｖに対して前方に傾斜した姿勢である。図４に示す前傾姿勢は、利用者が脚ＢＬのうち膝を曲げた状態の姿勢である。図４では、鉛直線Ｖに対する利用者の上半身の前傾姿勢の角度がθｈで示されている。本開示では、前記角度θｈを「傾斜角度θｈ」と定義する。

アシスト装置１０は、利用者が例えば荷物を持ち上げる際及び荷物を持ち下げる際に、その利用者の腰部ＢＷに対する脚ＢＬ（大腿部ＢＦ）の回動を支援したり、対象者が歩行する際に、その利用者の腰部ＢＷに対する脚ＢＬ（大腿部ＢＦ）の回動を支援したりする装置である。利用者の身体に対してアシスト装置１０が支援する動作を「アシスト動作」と称する。

各図中のＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸は、互いに直交しており、アシスト装置１０を装着し直立姿勢にある利用者にとって、Ｘ軸方向は前方向、Ｙ軸方向は左方向、Ｚ軸方向は上方向にそれぞれ対応する。アシスト動作に関して、前記のような、腰部ＢＷに対する脚ＢＬ（大腿部ＢＦ）の回動の支援は、脚ＢＬ（大腿部ＢＦ）に対する腰部ＢＷの回動の支援と同じである。アシスト動作は、利用者の腰部ＢＷ周囲を通る利用者の左右方向の仮想線Ｌｉを中心としたトルクを、その利用者に与える支援動作である。このトルクを「アシストトルク」とも称する。

図１に示すアシスト装置１０は、第一装着具１１、左右の第二装着具１２Ｌ，１２Ｒ、及び、利用者の腰部ＢＷと大腿部ＢＦとの間の動作を支援するアシストトルクを発生させるアクチュエータ９を備える。前記「利用者の腰部ＢＷと大腿部ＢＦとの間の動作」は、腰部ＢＷに対する大腿部ＢＦの動作、又は、大腿部ＢＦに対する腰部ＢＷの動作に該当する。図１に示す形態では、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒにより、アクチュエータ９が構成される。

第一装着具１１は、腰サポート部２１及びジャケット部２２を有していて、利用者の少なくとも腰部ＢＷを含む上半身に装着される。左右の第二装着具１２Ｌ，１２Ｒは、利用者の左右の大腿部ＢＦに装着される。左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒは、第一装着具１１と第二装着具１２Ｌ，１２Ｒとの間に介在し、アシスト動作を行うために駆動する駆動部となる。

アシスト装置１０は、操作ユニット１４及び制御装置１５を更に備える。操作ユニット１４は、いわゆるコントローラであり、利用者がアシスト動作の仕様等を入力するための装置である。アシスト動作の仕様として、アシスト動作の動作モード、アシスト動作の強弱、アシスト動作の速度等が含まれる。動作モードとして、例えば「持ち下げ動作」及び「持ち上げ動作」が含まれていて、更に「歩行」が含まれていてもよい。アシスト動作の強弱は複数段について設定されていて、例えば「レベル１（弱）」「レベル２（中）」「レベル３（強）」が設定されている。操作ユニット１４には、アシスト動作の仕様を利用者が選択する選択ボタンが設けられている。操作ユニット１４は、第一装着具１１の例えばジャケット部２２に装着される。操作ユニット１４と制御装置１５とは有線又は無線で繋がっていて通信可能である。制御装置１５は、操作ユニット１４に入力された情報に応じて、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒの動作を制御する。

第一装着具１１は、腰サポート部２１、ジャケット部２２、フレーム２３、及び、バックパック部２４を有する。腰サポート部２１は、利用者の腰部ＢＷ周囲に装着される。腰サポート部２１は、ベルト２５を有する。ベルト２５は、腰サポート部２１の腰部ＢＷ周りの周長を変更可能としていて、腰サポート部２１を腰部ＢＷに固定するために用いられる。腰サポート部２１は、樹脂等の硬質の芯材及び革製又は布製の部材により構成されている。腰サポート部２１の左右両側に、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒのケース３６が取り付けられている。腰サポート部２１とケース３６とは、左右方向の仮想線Ｌｉを中心として、一方向及び他方向に回動自在となって取り付けられている。

ジャケット部２２は、利用者の肩部ＢＳ及び胸ＢＢの周りに装着される。ジャケット部２２は第一取付具２６と第二取付具２７とを有する。第一取付具２６によって、ジャケット部２２はフレーム２３と連結される。第二取付具２７によって、ジャケット部２２は、腰サポート部２１と連結される。ジャケット部２２は、樹脂等の硬質の芯材及び革製又は布製の部材により構成されている。

フレーム２３は、アルミ合金等の金属製の部材により構成されている。フレーム２３は、メインフレーム２８と、左サブフレーム２９Ｌと、右サブフレーム２９Ｒとを有する。メインフレーム２８は、利用者の背中に当てる当て部材３０を有する。左サブフレーム２９Ｌ及び右サブフレーム２９Ｒは、メインフレーム２８と左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒの一部とを繋ぐ柱状の部材である。左サブフレーム２９Ｌの上端は、メインフレーム２８の一部に連結され、左サブフレーム２９Ｌの下端は、左駆動ユニット１３Ｌのケース３６に連結される。右サブフレーム２９Ｒの上端は、メインフレーム２８の他部に連結され、右サブフレーム２９Ｒの下端は、右駆動ユニット１３Ｒのケース３６に連結される。これにより、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒと、第一装着具１１のフレーム２３とは一体化されていて、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒとフレーム２３（第一装着具１１）とは相対的な変位が不能となる。

バックパック部２４は、メインフレーム２８の後部に取り付けられている。バックパック部２４は、コントロールボックスとも呼ばれ、箱状であり、その内部に、制御装置１５、電源（バッテリ）２０、加速度センサ３３等が設けられている。電源２０は、制御装置１５、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒ等の各機器に必要な電力を供給する。

左右の第二装着具１２Ｌ，１２Ｒは、利用者の左右の大腿部ＢＦの周りに装着される。左の大腿部ＢＦ用の第二装着具１２Ｌと、右の大腿部ＢＦ用の第二装着具１２Ｒとは、左右反対形状であるが、同じ構成を有する。第二装着具１２Ｌ（１２Ｒ）は、金属又は樹脂等の硬質の芯材により構成されるパッド状の本体部３１と、革製又は布製の部材により構成されるベルト３２とを有する。本体部３１には、駆動ユニット１３Ｌが有するアーム３７の一部が連結されている。本体部３１は、大腿部ＢＦの前面に接触する。ベルト３２は、第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）の大腿部ＢＦ周りの周長を変更可能としていて、本体部３１を大腿部ＢＦに固定するために用いられる。

左の駆動ユニット１３Ｌは、第一装着具１１と左の第二装着具１２Ｌとの間に設けられている。右の駆動ユニット１３Ｒは、第一装着具１１と右の第二装着具１２Ｒとの間に設けられている。左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒは、利用者の腰部ＢＷの左右両側に位置するように第一装着具１１に取り付けられている。具体的には、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒは、腰サポート部２１の左右に取り付けられている。左の駆動ユニット１３Ｌと、右の駆動ユニット１３Ｒとは、左右反対形状であるが、同じ構成を有し、同じ機能を有する。ただし、左の駆動ユニット１３Ｌと右の駆動ユニット１３Ｒとは、相互が独立して動作可能であり、同期して同じ動作を行う他に、異なる動作を行うことが可能である。

左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒそれぞれは、利用者にアシスト力を与えるアシスト動作を行うための構成を備える。前記アシスト力は、仮想線Ｌｉを中心としたトルクであり、そのトルクが「アシストトルク」である。左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが出力するアシストトルクによって、アシスト装置１０は、利用者の腰部ＢＷに対する大腿部ＢＦの回動を支援する。

図５は、右の駆動ユニット１３Ｒの分解図である。図６は、右の駆動ユニット１３Ｒの断面図である。左の駆動ユニット１３Ｌと右の駆動ユニット１３Ｒとは構成が同じであることから、ここでは右の駆動ユニット１３Ｒの構成を説明し、左の駆動ユニット１３Ｌの説明を省略する。駆動ユニット１３Ｒは、駆動機構部３５、駆動機構部３５を収容するケース３６、及び、駆動機構部３５から出力されるトルクが伝達されるアーム３７を有する。図５及び図６では、アーム３７の一部（第一アーム部３７ａ）のみが示されている。

アーム３７（第一アーム部３７ａ）の上端にアシスト軸３８が固定されていて、アーム３７とアシスト軸３８とは一体回転する。アシスト軸３８は、仮想線Ｌｉを中心とするようにして駆動ユニット１３Ｒに設けられている。図１に示すように、アーム３７（第三アーム部３７ｃ）の先端部が第二装着具１２Ｒと連結されている。

駆動機構部３５は次のように構成されている。すなわち、駆動機構部３５は、アーム３７を仮想線Ｌｉを中心として揺動（回動）させることで、前記アシストトルクを利用者に与える。また、利用者が主体的に姿勢を変化させると（図３及び図４参照）アーム３７はケース３６に対して仮想線Ｌｉを中心として揺動（回動）する。

駆動機構部３５の具体的構成を説明する。図５及び図６に示すように、駆動機構部３５は、ケース３６に固定されているサブフレーム４１、モータ４２、減速機４３、フランジ部４４ａを有する第一プーリ４４、伝達ベルト４５、第二プーリ４６、渦巻ばね４７、軸受４８、第一検出器５１、及び、第二検出器５２を有する。
モータ４２、減速機４３、第二検出器５２がサブフレーム４１に取り付けられている。モータ４２の出力軸４２ａに軸受４８を介して第一プーリ４４が取り付けられていて、第一プーリ４４は出力軸４２ａと相対回転が自在である。出力軸４２ａの先部に渦巻ばね４７の内周端部が取り付けられている。第一プーリ４４のフランジ部４４ａに渦巻ばね４７の外周端部が取り付けられている。減速機４３の減速軸４３ｂにアシスト軸３８が固定されている。減速機４３の増速軸４３ａに第二プーリ４６が取り付けられている。第一プーリ４４と第二プーリ４６との間に伝達ベルト４５が掛けられている。アシスト軸３８、減速機４３、及び第二プーリ４６の各中心線は、仮想線Ｌｉと一致する。

ケース３６は、分割構造を有する。ケース３６は、外側ケース５４と中央ケース５５と内側ケース５６とを有する。内側ケース５６が腰サポート部２１に仮想線Ｌｉ回りに回動自在となって取り付けられている。外側ケース５４に設けられている孔５４ａを、アシスト軸３８が貫通して配置されている。中央ケース５５が、右サブフレーム２９Ｒを取り付ける取付部５５ａを有する。

第一検出器５１は、モータ４２の出力軸４２ａの回転角度を検出する。第二検出器５２は、第二プーリ４６の回転角度を直接的に検出しているが、減速機４３の減速比は一定であることから、アシスト軸３８の回動角度を検出することができる。アシスト軸３８の回動角度とアーム３７の揺動角度（回動角度）とは同じであることから、第二検出器５２は、アーム３７の揺動角度を検出することが可能である。

図３に示す直立姿勢では、利用者の上半身の長手方向の直線ＬＢと、利用者の大腿部ＢＦの長手方向の直線ＬＦとが、共通する鉛直線Ｖに沿った状態にある。図４に示すように、利用者が前傾となり膝が曲がった姿勢では、鉛直線Ｖに対して前記直線ＬＢが傾き、この傾きの角度が前記「傾斜角度θｈ」である。そして、利用者の上半身の長手方向の直線ＬＢと、利用者の大腿部ＢＦの長手方向の直線ＬＦとが、角度θＬで交差する。利用者の大腿部ＢＦに沿ってアーム３７は設けられるため、利用者の上半身と大腿部ＢＦとの成す角度が、アーム３７の揺動角度と同じとなる。つまり、アーム３７の揺動角度が前記角度θＬとなる。

図５に示す駆動ユニット１３Ｒが有する第二検出器５２は、利用者の上半身の長手方向の直線ＬＢを基準とした、アーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角情報を求めることができる。第二検出器５２は、アーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角情報を求める揺動角検出部として機能する。アーム３７の揺動角度θＬは、骨盤に対する大腿骨の回転角度（揺動角度）と一致することから、以下において、アーム３７の揺動角度θＬを、利用者の「股関節の回転角度θＬ」と呼ぶ場合がある。

第一検出器５１及び第二検出器５２はエンコーダ、角度センサ等により構成される。第一検出器５１及び第二検出器５２は、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒそれぞれに設けられていて、左脚の大腿部ＢＦ用及び右脚の大腿部ＢＦ用として機能する。第一検出器５１及び第二検出器５２の検出結果は、制御装置１５に出力される。第一検出器５１の検出結果は、出力軸４２の回転角度に関する回転角情報であればよく、本実施形態では、回転角度そのものの情報である。第二検出器５２の検出結果は、アーム３７の揺動角度に関する揺動角情報であればよく、本実施形態では、揺動角度θＬそのものの情報である。

前記のとおり（図１参照）、第一装着具１１のフレーム２３と左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒとは、一体的であって、相対的な変位が不能である。利用者が姿勢を変化させると（図３及び図４参照）、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒのケース３６に対して左右のアーム３７，３７が仮想線Ｌｉを中心として回動する。つまり、利用者が姿勢を変化させると、アーム３７，３７にトルクが付与される。そのトルクは、アーム３７からアシスト軸３８及び減速機４３を介して第二プーリ４６に伝達される。第二プーリ４６に伝達された前記トルクは伝達ベルト４５及び第一プーリ４４を通じて渦巻ばね４７に伝達される。利用者の姿勢変化により、アーム３７からアシスト軸３８を介して伝わるトルクは渦巻ばね４７に蓄積される。

また、モータ４２が回転すると、そのモータ４２のトルク（モータトルク）は渦巻ばね４７に蓄えられる。このように、渦巻ばね４７には、モータ４２のトルクが蓄積されると共に、利用者の動作によって伝達された利用者トルクが蓄積される。アシストトルクと利用者トルクとを合成した合成トルクが渦巻ばね４７に蓄積される。渦巻ばね４７に蓄積された合成トルクは、第一プーリ４４、伝達ベルト４５、第二プーリ４６、減速機４３を通じて、アシスト軸３８に出力され、アーム３７を揺動させる。モータ４２のトルクによって駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが出力するトルクが、アシスト装置１０による「アシストトルク」である。

前記合成トルクは、渦巻ばね４７の無負荷状態からの角度変化量と、渦巻ばね４７のばね定数とに基づいて求められる。前記角度変化量は、モータ４２の出力軸４２ａの回転角度の変化量と、アシスト軸３８の回転角度の変化量との合計と相関がある。このため、前記合成トルクは、第一検出器５１の検出結果と、第二検出器５２の検出結果と、渦巻ばね４７のばね定数とに基づいて求められる。第一検出器５１及び第二検出器５２の検出結果は、制御装置１５が備える処理部１６に与えられることから、処理部１６は前記合成トルクを求めることが可能である。

図１及び図２に示すように、アーム３７は、複数のアーム部と、これらアーム部を連結する関節部とを有する。本開示では、アーム３７は、第一アーム部３７ａ、第二アーム部３７ｂ、第三アーム部３７ｃ、第一関節部３９ａ、及び第二関節部３９ｂを有する。第一関節部３９ａは、その両側の第一アーム部３７ａと第二アーム部３７ｂとを、仮想線Ｌｉとねじれの位置にある中心線回りに折れ曲がり可能として連結していて、仮想線Ｌｉに平行な中心線回りに折れ曲がり不能としている。第二関節部３９ｂは、その両側の第二アーム部３７ｂと第三アーム部３７ｃとを仮想線Ｌｉとねじれの位置にある中心線回りに折れ曲がり可能として連結していて、仮想線Ｌｉに平行な中心線回りに折れ曲がり不能としている。第三アーム部３７ｃの下端部が、第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）の本体部３１に首振り可能となって取り付けられている。この構成により、利用者の体格に応じて第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）は大腿部ＢＦに確実に取り付けられ、また、歩行動作等行い易くなる。

アーム３７は、関節部３９ａ，３９ｂを有するが、仮想線Ｌｉ回りのトルクを第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）に伝達することができる。また、利用者が姿勢を変化させると（図３及び図４参照）第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）が大腿部ＷＦに押されて、アーム３７は仮想線Ｌｉを中心として揺動する。つまり、アーム３７は、利用者の動作（姿勢の変化）により第二装着具１２Ｒ（１２Ｌ）に作用する力を仮想線Ｌｉ回りのトルクとしてアシスト軸３８に伝達することができる。なお、アーム３７は図示する形態以外であってもよい。

以上のように、アクチュエータ９は、左右のアーム３７，３７と、アーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角情報を求めるための第二検出器５２とを有する。各アーム３７は、その先端部が第二装着具１２に取り付けられていて、その基端部が駆動ユニット１３Ｌ（１３Ｒ）のアシスト軸３８に取り付けられていて、その基端部側を中心として前後に揺動する。以下、第二検出器５２を「揺動角センサ５２」と呼んで説明する。

アシスト装置１０は、利用者の腰部ＢＷから上の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部を更に備える。本実施形態の傾斜角検出部は、３軸の加速度センサ３３である。加速度センサ３３は、例えばバックパック部２４に設けられている。利用者の上半身の傾斜角度とは、鉛直線Ｖを基準とした場合に前方に傾斜した際の傾斜角度であり、本開示では（図４参照）前記のとおりその傾斜角度を「θｈ」としている。加速度センサ３３による検出結果は、利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報であればよく、本実施形態では、傾斜角度そのものの情報である。傾斜角検出部は、３軸の加速度センサ３３のように、利用者の上半身の姿勢（傾斜角度）に応じた信号を出力する構成を有していればよく、その他の形式であってもよい。

図７は、アシスト装置１０が備える制御装置１５等を示すブロック図である。制御装置１５は、発生させるアシストトルクを決めるアシストパラメータとして、アシストトルクの指令値を求め、その指令値に基づく出力でアクチュエータ９を動作させる制御を行う。なお、アシストパラメータは、発生させるアシストトルクを決めるパラメータであればよく、例えばアシスト力などトルク以外のパラメータであってもよい。

アシストトルクの指令値を求め、アクチュエータ９の制御を行うために、制御装置１５は、演算処理ユニット（ＣＰＵ）を含む処理部（処理装置）１６と、各種プログラム及びデータベース等の情報を記憶する不揮発性メモリ等からなる記憶装置１７と、モータドライバ１８と、通信インターフェース１９とを有する。

処理部１６は、記憶装置１７に記憶されているコンピュータプログラムを実行することで、各種の機能を有することができる。処理部１６は、アシストパラメータとしてアシストトルクの指令値を求める機能、及び、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを用いてアシスト動作を実行するための指令を行う機能を有する。
具体的に説明すると、処理部１６は、記憶装置１７に記憶されているコンピュータプログラムに従って動作する機能部として、後述する補正ゲインを求める第一処理部１６ａと、アシストトルクの仮指令値を求める第二処理部１６ｂと、アシストトルクの指令値を求める第三処理部１６ｃと、利用者による荷物の持ち上げ開始からの時間を示す持ち上げ継続時間を求めるカウント部１６ｄとを備える。これら各機能部が行う具体的な処理については後に説明する。

駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを用いてアシスト動作を実行するための指令を行う機能について説明する。例えば、操作ユニット１４（図７参照）の選択ボタンが利用者によって選択されると、処理部１６は、その選択ボタンに対応する動作用のプログラムにしたがってアシスト動作を実行する。処理部１６は、「持ち下げ動作」及び「持ち上げ動作」等のためのアシスト動作を、記憶装置１７に記憶されているプログラムにしたがって実行する機能を有する。処理部１６は、動作モードとして「歩行」を検出すると、「歩行」のためのアシスト動作を、記憶装置１７に記憶されているプログラムにしたがって実行する機能を有する。歩行動作の検出（判定）は、３軸の加速度センサ３３及び揺動角センサ５２の一方又は双方の検出結果に基づいて行われる。前記プログラムとして、歩行用のプログラム、持ち上げ用のプログラム、持ち下げ用のプログラムが、記憶装置１７に記憶されている。例えば、操作ユニット１４において例えば「持ち上げ動作」に対応するボタンが利用者の操作によって選択されると、処理部１６は、持ち上げ用のプログラムにしたがって持ち上げ動作のためのアシスト動作を実行する。

アシスト装置１０が「歩行」「持ち上げ動作」「持ち下げ動作」それぞれの動作に対して補助する場合、処理部１６は、必要となるアシストトルクの指令値を求め、その指令値に対応するアシストトルクを駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒに出力させるための指令信号を生成する。その指令信号がモータドライバ１８へ与えられる。モータドライバ１８は、例えば電子回路を含んで構成されていて、処理部１６からの指令信号に基づいて、モータ４２を駆動する駆動電流を出力する。モータドライバ１８は、前記指令信号に基づいて駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる。モータドライバ１８は、アシストトルクの指令値に応じた信号（指令信号）に基づいて、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる動作制御部として機能する。

アシストトルクの指令値は、後にも説明するが、所定のゲインに基づいて求められる場合がある。本実施形態では、そのゲインの値は、操作ユニット１４に設けられているアシスト動作の強弱の選択ボタンが利用者によって選択されることで定められる。

通信インターフェース１９は、操作ユニット１４、第一検出器５１、第二検出器（揺動角センサ５２）、加速度センサ３３それぞれからの信号を入力し、処理部１６へ与える。操作ユニット１４に入力された前記アシスト動作の仕様等の情報は、通信インターフェース１９を通じて処理部１６に入力され、処理部１６は入力された情報を用いた処理を行う。

〔アシスト動作の概要〕
アシスト装置１０は、前記のとおり、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させることでアシスト動作を行う。そのアシスト動作は、利用者の腰部ＢＷ周囲を通る左右方向の仮想線Ｌｉを中心としたアシストトルクを第一装着具１１と第二装着具１２Ｌ，１２Ｒとを通じて利用者に与える動作である。

利用者の動作として、例えば、利用者が、荷物を持ち上げるために、上半身を前傾姿勢から直立姿勢に姿勢変化させる直立動作（「持ち上げ動作」とも称する。）と、利用者が、荷物を持ち下げるために、上半身を直立姿勢から前傾姿勢に姿勢変化させる前傾動作（「持ち下げ動作」とも称する。）と、利用者が歩行する動作とが存在する。

利用者が、持ち上げ動作を行う場合であっても、持ち下げ動作を行う場合であっても、アシスト装置１０が発生させるアシストトルクは、利用者を前傾姿勢から直立姿勢へと変化させる方向のトルクである。つまり、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが、仮想線Ｌｉ（図４参照）を中心としてアーム３７を回動（揺動）させようとする方向は、矢印Ｒ１方向であり、また、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが、仮想線Ｌｉを中心として第一装着具１１（フレーム２３）を回動させようとする方向は、矢印Ｒ２方向である。
例えば、持ち上げ動作の際、前記矢印Ｒ１方向のアシストトルクにより、左右の第二装着具１２Ｌ，１２Ｒが有するパッド状の本体部３１は、左右の大腿部ＢＦを後方へ押す。前記矢印Ｒ２方向のアシストトルクにより、第一装着具１１が有するフレーム２３は利用者の上半身を背面側（後方側）に引く。

アシスト装置１０が、利用者に対して歩行のためのアシスト動作を行う場合、そのアシスト動作は、腰部ＢＷに対する大腿部ＢＦの回動の支援動作となり、左右の駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒは、前記回動の支援動作を交互に実行する。つまり、左右のアーム３７を交互に所定のアシストトルクで揺動させる。

〔アシストパラメータとしてアシストトルクを求める処理について〕
前記構成を備えるアシスト装置１０がアシスト動作を行うため、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが出力するアシストトルクの指令値は、処理部１６によって決定される。駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒが利用者に与えるアシストトルクは、モータ４２の出力トルクに基づく。利用者に与えるアシストトルクを大きくするためには、モータ４２の出力トルクを大きくすればよく、利用者に与えるアシストトルクを小さくするためには、モータ４２の出力トルクを小さくすればよい。アシストトルクの指令値は、後に例を説明するが、揺動角センサ５２及び加速度センサ３３等から得られる様々な情報に基づいて、処理部１６によって求められる。以下、アシストトルクの指令値を求める処理の具体例について説明する。

〔アシスト動作のための処理の例〕
図８は、制御装置１５が行う処理の一例を示すブロック図であり、図９は、その処理の一例を示すフロー図である。図８及び図９に示す処理は、持ち上げ用処理であり、アシスト装置１０を装着した利用者が荷物を持ち上げる際に、その利用者に対して荷物の持ち上げ方向のアシストトルクを付与するための処理である。図８は、そのアシストトルクの指令値τａを求める処理を示す。図９のステップＳｔ１０に示すように、操作ユニット１４において「持ち上げ動作」が選択されることで、持ち上げ用処理が実行される。

図９のステップＳｔ２０に示すように、前記指令値τａが求められると、前記のとおり、その指令値τａに対応するアシストトルクを駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒに出力させるための指令信号がモータドライバ１８へ与えられる（ステップＳｔ３０）。モータドライバ１８は、その指令信号に基づいて、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる（ステップＳｔ４０）。これにより利用者にアシストトルクが付与される。

〔持ち上げ用処理〕
図９において、３軸の加速度センサ３３による傾斜角度θｈに関する傾斜角情報を求める処理（ステップＳｔ１１０）、及び、揺動角センサ５２による揺動角度θＬに関する揺動角情報を求める処理（ステップＳｔ１２０）が、それぞれ行われる。なお、本実施形態では、傾斜角度θｈに関する傾斜角情報は、傾斜角度θｈであり、揺動角度θＬに関する揺動角情報は、揺動角度θＬである。これら傾斜角度θｈ及び揺動角θＬの情報に基づいてアシストトルクの指令値τａが求められ（ステップＳｔ２０）、その指令値τａに基づいて駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる（ステップＳｔ４０）。このような図９に示すサイクル、つまり、図９に示す一連の処理は、持ち上げ動作が完了するまで、所定周期で（例えば、０．００１秒毎に）繰り返し実行される。なお、右の駆動ユニット１３Ｒのための持ち上げ用処理と、左の駆動ユニット１３Ｌのための持ち上げ用処理とは、同じ処理であり、それぞれ並行して行われる。

記憶装置１７には、図８に示す、第一対応情報Ｉ１及び第二対応情報Ｉ２が記憶されている。第一対応情報Ｉ１は、傾斜角度θｈと、補正ゲインとの関係を示す情報である。図８では、「傾斜角度θｈ」を「持ち上げ開始時のθｈ」と説明している。第二対応情報Ｉ２は、持ち上げ継続時間と、アシストトルクの仮指令値との関係を示す情報である。

図８において、３軸の加速度センサ３３の検出信号に基づいて、第一処理部１６ａは演算により利用者の傾斜角度θｈを取得する（図８のブロックＢ１０、図７のステップＳｔ１１０）。第一処理部１６ａは、求めた傾斜角度θｈと第一対応情報Ｉ１とに基づいて、持ち上げアシストのための補正ゲインを求める（図８のブロックＢ１１）。

本実施形態では、ブロックＢ１１で用いられる「傾斜角度θｈ」は「持ち上げ開始時の傾斜角度θｈ」である。例えば、傾斜角度θｈの時間的変化が正負反転すると、処理部１６は「持ち上げ開始」と判定する。具体的には、傾斜角度θｈの時間的変化が、プラス（直立から前傾に向かう方向）からマイナス（前傾から直立に向かう方向）に変化すると、処理部１６は「持ち上げ開始」と判定する。正負反転を判定した際に用いた傾斜角度θｈが「持ち上げ開始時の傾斜角度θｈ」である。このように、第一処理部１６ａは、持ち上げ開始時の傾斜角度θｈを取得する処理を行う（図７のステップＳｔ１１１）。

この持ち上げ開始時の傾斜角度θｈと第一対応情報Ｉ１とに基づいて、補正ゲインが求められる（図８のブロックＢ１１、図７のステップＳｔ１１２）。図８に示す例では、持ち上げ開始時の傾斜角度が「θｈ１０」であることから、補正ゲインは「Ｇ１０」として求められる。求められた補正ゲインは記憶装置１７に一時的に保存される。

図８において、揺動角センサ５２により揺動角度θＬ（以下、「股関節の回転角度θＬ」と呼ぶ。）の検出値が取得されると、処理部１６はその回転角速度θＬｖを求める（図８のブロックＢ２０、図９のステップＳｔ１２１）。例えば股関節の回転角度θＬの時間変化により、股関節の回転角速度θＬｖが求められる。

カウント部１６ｄは、利用者による荷物の持ち上げ開始からの時間を示す「持ち上げ継続時間」を求める（図８のブロックＢ２１、図９のステップＳｔ１２２）。前記のとおり、アシストトルクの指令値τａを求める処理は、持ち上げ動作が完了するまで、所定時間毎に（例えば０．００１秒毎に）繰り返し実行される。前記「持ち上げ継続時間」は、指令値τａを求める処理を実行する毎に、その処理を１回実行する時間（周期：０．００１）に、重み係数を乗算し、その乗算により得られた値を「持ち上げ開始」から合算した時間である。前記重み係数は、変数であり、例えば、股関節の回転角度θＬの時間的変化、つまり股関節の回転角速度θＬｖに応じて決定される値である。

持ち上げ継続時間が求められると、第二処理部１６ｂは、その持ち上げ継続時間と第二対応情報Ｉ２とに基づいて、アシストトルクの仮指令値を求める（図８のブロックＢ２２、図９のステップＳｔ１２３）。本実施形態では、利用者が直立姿勢から前傾姿勢となる方向のアシストトルクを正の値とすることから、図８に示す第二対応情報Ｉ２により求められる、持ち上げ動作のためのアシストトルクの仮指令値は負の値となる。図８に示す例では、持ち上げ継続時間が「ｔ２０」であることから、アシストトルクの仮指令値は「τｂ２０」として求められる。求められた仮指令値は記憶装置１７に一時的に保存される。

前記のとおり、股関節の回転角度θＬ（アーム３７の揺動角度θＬ）に基づいてアシストトルクの仮指令値（τｂ２０）が求められ、前記のとおり、持ち上げ開始時の傾斜角度θｈに基づいて補正ゲイン（Ｇ１０）が求められると、第三処理部１６ｃは、これら仮指令値（τｂ２０）と補正ゲイン（Ｇ１０）とにより、持ち上げ動作のためのアシストトルクの指令値τａを求める（図８のブロックＢ３０、図９のステップＳｔ２０）。本実施形態では、仮指令値（τｂ２０）と補正ゲイン（Ｇ１０）との乗算により、指令値τａが求められる。

図８に示すように、第一対応情報Ｉ１では、持ち上げ開始時の傾斜角度θｈが大きくなるほど、補正ゲイン（なお、補正ゲインはゼロ以上の値）が大きくなるように設定されている。つまり、補正ゲインの値は、傾斜角度θｈが小さい場合よりも、傾斜角度θｈが大きい場合の方が、指令値をより大きくする値である。
これは、上半身の傾斜角度θｈが大きいほど、腰部ＢＷへの負担が大きくなるためである。前記構成によれば、上半身の傾斜角度θｈが小さい場合、アシストトルクの指令値が小さいが、上半身の傾斜角度θｈが大きい場合、アシストトルクの指令値τａを大きくすることが可能となり、この結果、腰部ＢＷへの負担を軽減することができる。
また、第二対応情報Ｉ２は、持ち上げ継続時間が長くなるほど、仮指令値（アシストトルク）が大きくなるように設定されている。

アシストトルクの仮指令値を取得する処理において（図９のステップＳｔ１２３）、第二処理部１６ｂは、例えば、股関節の回転角度θＬ（アーム３７の揺動角度θＬ）が大きくなるにしたがってアシストトルクの仮指令値が大きくなるように、その仮指令値を求めてもよい。しかし、この場合、利用者が、荷物を持ち上げる動作を行うのではなく、姿勢を変更するために例えば単に膝を少し曲げると、ゼロを超える股関節の回転角度θＬが求められ、ゼロを超えるアシストトルクの仮指令値が求められる。仮に、この仮指令値に基づく出力でアクチュエータ９が動作すると、利用者は単に姿勢を変更するだけであるのに、アシスト装置１０はアシスト力を利用者に付与してしまい、利用者に違和感を与える。

そこで、本実施形態では、これを防ぐために、持ち上げ開始時の上半身の傾斜角度θｈが、しきい値よりも小さい場合、補正ゲインがゼロ、又は、１よりも充分に小さくゼロよりも大きい値となるように、第一対応情報Ｉ１は設定されている（図８参照）。そして、持ち上げ開始時の上半身の傾斜角度θｈが、前記しきい値以上であると、その傾斜角度θｈが大きくなるにしたがって、補正ゲインが大きくなるように、第一対応情報Ｉ１は設定されている。

このような第一対応情報Ｉ１によれば、利用者が単に姿勢を変更する場合に、ゼロを超えるアシストトルクの仮指令値が求められても、上半身の傾斜角度θｈが小さいことから、その傾斜角度θｈに基づいて、最終的なアシストトルクの指令値τａをゼロに近づけるための補正ゲインが求められる。その結果、利用者が単に姿勢を変更する場合に、アシストトルクの指令値τａはゼロに近く、アシスト力を利用者に付与するのを防ぐことが可能となる。これに対して、上半身の傾斜角度θｈが大きくなると、アシストトルクの指令値τａを大きく設定することができ、利用者が荷物を持ち上げる際の負担が減少する。

〔お辞儀動作用処理〕
図１０は、制御装置１５が行う他の処理の一例を示すブロック図であり、図１１は、その処理の一例を示すフロー図である。図１０及び図１１に示す処理は、お辞儀用処理である。お辞儀動作処理が実行される場合の利用者の動作には、利用者が持った荷物を床面等に降ろす持ち下げ動作の他に、荷物を持たない状態で図４に示すような前傾姿勢となる動作が含まれる。お辞儀動作用処理は、アシスト装置１０を装着した利用者が前記動作を行う際に、その利用者に対してアシストトルクを付与するための処理である。図１０は、そのアシストトルクの指令値τａを求める処理を示す。

利用者が、お辞儀動作を行う場合であっても、アシスト装置１０が発生させるアシストトルクは、利用者を前傾姿勢から直立姿勢へと変化させる方向のトルク、つまり、持ち上げ方向のトルクである。
図１１のステップＳｔ６０に示すように、操作ユニット１４において「持ち下げ動作」が選択されることで、お辞儀動作用処理が実行される。

図１１のステップＳｔ８０に示すように、前記指令値τａが求められると、持ち上げ動作の場合と同様、その指令値τａに対応するアシストトルクを駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒに出力させるための指令信号がモータドライバ１８へ与えられる（ステップＳｔ９０）。モータドライバ１８は、その指令信号に基づいて、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる（ステップＳｔ１００）。これにより利用者にアシストトルクが付与される。

お辞儀動作用処理においても、３軸の加速度センサ３３による傾斜角度θｈに関する傾斜角情報を求める処理（ステップＳｔ２１０）、及び、揺動角センサ５２による揺動角度θＬに関する揺動角情報を求める処理（ステップＳｔ２２０）が、それぞれ行われる。なお、本実施形態では、傾斜角度θｈに関する傾斜角情報は、傾斜角度θｈであり、揺動角度θＬに関する揺動角情報は、揺動角度θＬである。これら斜角度θｈ及び揺動角θＬの情報に基づいてアシストトルクの指令値τａが求められ（ステップＳｔ８０）、その指令値τａに基づいて駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒを動作させる（ステップＳｔ１００）。このような図１１に示すサイクル、つまり、図１１に示す一連の処理は、お辞儀動作（持ち下げ動作）が完了するまで、所定周期で（例えば、０．００１秒毎に）繰り返し実行される。なお、右の駆動ユニット１３Ｒのためのお辞儀動作用処理と、左の駆動ユニット１３Ｌのためのお辞儀動作用処理とは、同じ処理であり、それぞれ並行して行われる。

図１０において、３軸の加速度センサ３３の検出信号に基づいて、第一処理部１６ａは演算により利用者の傾斜角度θｈを取得する（図１０のブロックＢ４０、図１１のステップＳｔ２１０）。お辞儀動作用処理の場合、前記傾斜角度θｈは、その時点での傾斜角度である。

図１０において、揺動角センサ５２により揺動角度θＬ（以下、「股関節の回転角度θＬ」と呼ぶ。）が取得されると、処理部１６はその回転角速度θＬｖを求める（図１０のブロックＢ５０、図１１のステップＳｔ２２１）。例えば股関節の回転角度θＬの時間変化により、回転角速度θＬｖが求められる。

制御装置１５には、剛性項ゲインＧｒ及び粘性項ゲインＧｖが設定されている。これら剛性項ゲインＧｒ及び粘性項ゲインＧｖの各値は、記憶部１７に記憶されている。剛性項ゲインＧｒ及び粘性項ゲインＧｖそれぞれの値は、予め設定されている値（固定値）であってもよいが、特定のパラメータに応じて変化する値であってもよい。

ここでの説明では、剛性項ゲインＧｒについて複数の値が予め設定されていて、アシスト動作の強弱の設定に応じて、剛性項ゲインＧｒの値が択一的に選択される（図１０のブロックＢ４１、図１１のステップＳｔ２１１）。同様に、粘性項ゲインＧｖについて複数の値が予め設定されていて、アシスト動作の強弱の設定に応じて、粘性項ゲインＧｖの値が択一的に選択される（図１０のブロックＢ５１、図１１のステップＳｔ２２２）。なお、前記アシスト動作の強弱の設定は、図１１のステップＳｔ６０において、操作ユニット１４（選択ボタン）を通じて利用者により行われる。アシスト動作の強弱の設定において「強」が選択される場合、「弱」が選択される場合と比較して、剛性項ゲインＧｒ及び粘性項ゲインＧｖそれぞれの値として、アシストトルクの指令値τａをより大きくするための値が選ばれる。

第三処理部１６ｃは、求められた傾斜角度θｈに剛性項ゲインＧｒを乗算し（図１０のブロックＢ４２、図１１のステップＳｔ７０）、求められた回転角速度θＬｖに粘性項ゲインＧｖを乗算する（図１０のブロックＢ５２、図１１のステップＳｔ７０）。ここで用いられる剛性項ゲインＧｒ及び粘性項ゲインＧｖは、アシスト動作の強弱の設定に基づいてブロックＢ４１及びＢ５１で選択された値である。

第三処理部１６ｃは、傾斜角度θｈと剛性項ゲインＧｒとを乗算した値と、回転角速度θＬｖと粘性項ゲインＧｖとを乗算した値との和を求め（図１０のブロックＢ６０、図１１のステップＳｔ７０）、その和の値を、お辞儀動作のためのアシストトルクの指令値τａとする（図１１のステップＳｔ８０）。このように、制御装置１５は、得られた傾斜角度θｈ（傾斜角情報）に剛性項ゲインＧｒを作用させた値と、得られた回転角度θＬに基づく角速度θＬｖに粘性項ゲインＧｖを作用させた値との和を、お辞儀動作のためのアシストトルクの指令値τａとして求める。傾斜角度θｈが大きいほど大きな指令値τａが求められ、また、角速度θＬｖが大きいほど大きな指令値τａが求められる。

〔持ち上げ動作及びお辞儀動作〕
以上のように、本実施形態では、制御装置１５は、図８及び図９に示す持ち上げ用処理と、図１０及び図１１に示すお辞儀動作用処理とを、択一的に選択して実行可能である。これら処理の選択は、アシスト装置１０を装着した利用者が所望の動作を行う前に操作ユニット１４を操作することで、実現される。なお、この選択は、揺動角センサ５２の検出結果と加速度センサ３３の検出結果とのうち、一方又は双方に基づいて、アシスト装置１０（制御装置１５）が行ってもよい。つまり、利用者の姿勢等に応じて利用者の動作を判定し、その判定した動作に応じて、持ち上げ用処理とお辞儀動作用処理とを択一的に選択して実行してもよい。

〔本実施形態のアシスト装置１０について〕
以上のように、本実施形態のアシスト装置１０では、利用者が荷物の持ち上げ動作を行う場合であっても、お辞儀動作を行う場合であっても、利用者の上半身と大腿部ＢＦとの成す角度となるアーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角情報、及び、その利用者の腰部ＢＷから上の上半身の傾斜角度θｈに関する傾斜角情報に基づいてアシストトルクの指令値τａが、制御装置１５によって求められる。

このアシスト装置１０によれば、利用者の上半身と大腿部ＢＦとの成す角度（θＬ）のみではなく、利用者の上半身の前傾姿勢の程度となる上半身の傾斜角度（θｈ）も考慮して、アシストトルクの指令値τａが求められる。このため、上半身の傾斜角度（θｈ）によっては、アシストトルクを発生させなかったり、発生しても小さいアシストトルクとなるように制御することが可能となる。その結果、利用者に違和感を与えにくくすることが可能となる。

前記実施形態では、上半身の傾斜角度（θｈ）に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部は、３軸の加速度センサ３３である場合について説明したが、その他であってもよく、利用者の上半身の姿勢に応じて出力が変化するセンサであればよい。また、アーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角検出部は、駆動ユニット１３Ｌ，１３Ｒに設けられている回転部材となる第二プーリ４６の回転角を検出する揺動角センサ５２である場合について説明したが、その他であってもよく、アーム３７を揺動させるためにアクチュエータ９が有する回転部材の回転角を検出する回転角検出器であればよい。

〔別の形態のアシスト装置１０〕
図１２は、他の形態のアシスト装置１０を示す斜視図である。このアシスト装置１０は、利用者の上半身に装着される第一装着具１１と、その利用者の左右の脚の大腿部に装着される左右の第二装着具１２Ｌ，１２Ｒと、アクチュエータ７９とを備える。図１に示すアシスト装置１０と図１３に示すアシスト装置１０とで、同じ機能を有する部材には、同じ符号が付されている。

アクチュエータ７９は、図１に示す形態のバックパック部２４に相当する動力ユニット７９Ｂと、利用者の腰部の左側に対応して設けられる左側の駆動ユニット７９Ｌと、利用者の腰部の右側に対応して設けられる右側の駆動ユニット７９Ｒとを備える。動力ユニット７９Ｂと左右の駆動ユニット７９Ｌ，７９Ｒそれぞれとは、金属製等のフレーム７８により連結されている。動力ユニット７９Ｂ及び左右の駆動ユニット７９Ｌ，７９Ｒを含むアクチュエータ７９に、第一装着具１１が取り付けられている。

動力ユニット７９Ｂは、ケース８４内に、モータ８３、及びモータ８３により回転駆動する左右の駆動プーリ８１Ｌ，８１Ｒを備える。利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部として、３軸の加速度センサ３３が、動力ユニット７９Ｂ内に設けられている。左側の駆動ユニット７９Ｌは、ケース３６内に、従動プーリ８０Ｌが設けられている。右側の駆動ユニット７９Ｒは、ケース３６内に、従動プーリ８０Ｒが設けられている。左右の従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒそれぞれは、利用者の腰部周囲を通る利用者の左右方向の仮想線Ｌｉを中心として、一方向及び他方向に回動することができるように、ケース３６に設けられている。左側において、駆動プーリ８１Ｌと従動プーリ８０Ｌとにワイヤ８２Ｌが掛けられていて、右側において、駆動プーリ８１Ｒと従動プーリ８０Ｒとにワイヤ８２Ｒが掛けられている。ワイヤ８２Ｌ，８２Ｒそれぞれは、動力ユニット７９Ｂと左右のケース３６それぞれとの間に設けられているガイド管７７に収容された状態にある。

モータ８３により左右の駆動プーリ８１Ｌ，８１Ｒが一方向に回動すると、ワイヤ８２Ｌ，８２Ｒが動力伝達部材として機能し、左右の従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒが一方向に回動する。モータ８３により駆動プーリ８１Ｌ，８１Ｒが他方向に回動すると、ワイヤ８２Ｌ，８２Ｒが動力伝達部材として機能し、従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒが他方向に回動する。従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒそれぞれにアーム３７，３７が取り付けられていて、従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒそれぞれとアーム３７，３７とは一体となって動作する。アーム３７，３７それぞれの下部に第二装着具１２Ｌ，１２Ｒが取り付けられている。

従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒの回動によって、左右のアーム３７，３７が仮想線Ｌｉを中心として揺動するトルクが、アシストトルクとなって利用者に与えられる。
以上の構成により、アクチュエータ７９は、第一装着具１１と第二装着具１２Ｌ，１２Ｒとを通じて利用者にアシスト力を与えるアシスト動作を行うことができる。

図１２に示すアシスト装置１０においても、利用者の上半身と大腿部との成す角度となるアーム３７の揺動角度に関する揺動角情報を求めるための揺動角検出部を有する。その揺動角検出部は、アーム３７と一体動作する従動プーリ８０Ｌ，８０Ｒの回転角を検出するセンサ（例えば、エンコーダ、角度センサ）である。なお、従動プーリ８０Ｌ（８０Ｒ）の回転角と駆動プーリ８１Ｌ（８１Ｒ）の回転角とは相関があることから、揺動角検出部は、駆動プーリ８１Ｌ（８１Ｒ）の回転角に基づいてアーム３７の揺動角度に関する揺動角情報を求める構成であってもよい。

図１３に示すアシスト装置１０においても、図１に示すアシスト装置１０と同様、持ち上げ用処理及びお辞儀用処理を実行する制御装置１５を備える。制御装置１５は、図１に示すアシスト装置１０と同様、利用者の上半身と大腿部との成す角度となるアーム３７の揺動角度θＬに関する揺動角情報、及び、その利用者の腰部ＢＷから上の上半身の傾斜角度θｈに関する傾斜角情報に基づいて、持ち上げ動作又はお辞儀動作のためのアシストトルクの指令値を求める。その処理の具体例については、図８～図１１に示す処理と同様であり、ここでは、その説明を省略する。

図１３に示すアシスト装置１０においても、制御装置１５は、前記揺動角情報及び前記傾斜角情報に基づいてアシストパラメータとして、アシストトルクの指令値を求める。利用者の上半身と大腿部との成す角度（前記用同格情報）のみではなく、利用者の上半身の前傾姿勢の程度となる上半身の傾斜角度（傾斜角情報）も考慮して、アシストトルクの指令値が求められる。このため、上半身の傾斜角度によっては、アシストトルクを発生させなかったり、発生しても小さいアシストトルクとなるように制御することが可能となる。その結果、利用者に違和感を与えにくくすることが可能となる。

〔その他〕
アシスト装置１０が備える各部の機構は、図示した構成以外であってもよい。例えば、第一装着具１１は、利用者の少なくとも腰部ＢＷに装着される構成であればよく、図示した形態以外であってもよい。第二装着具１２Ｌ，１２Ｒは、利用者の左右の脚の大腿部ＢＦに装着される構成であればよく、図示した形態以外であってもよい。アクチュエータ９が、前後に揺動することでアシストトルクを利用者に付与するアーム３７を有していれば、そのアクチュエータ９の構成についても、他であってもよい。

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。

９：アクチュエータ １０：アシスト装置 １１：第一装着具
１２Ｌ，１２Ｒ：第二装着具 １３Ｌ，１３Ｒ：駆動ユニット
１５：制御装置（制御部） １６ａ：第一処理部 １６ｂ：第二処理部
１６ｄ：カウント部 １７：記憶装置（記憶部）
３３：加速度センサ（傾斜角検出部） ３７：アーム
５２：第二検出器（揺動角センサ、揺動角検出部） ７９：アクチュエータ
７９Ｌ，７９Ｒ：駆動ユニット Ｉ１：第一対応情報
Ｉ２：第二対応情報 ＢＷ：腰部 ＢＦ：大腿部
θｈ：傾斜角度 θＬ：揺動角度（股関節の回転角度）

Claims (8)

1. 利用者の少なくとも腰部に装着される第一装着具と、
   前記利用者の左右の脚の大腿部に装着される第二装着具と、
   前記利用者の腰部の左右両側に位置するように前記第一装着具に取り付けられた駆動ユニットを有し、当該利用者の腰部と大腿部との間の動作を支援するアシストトルクを発生させるアクチュエータと、
   発生させるアシストトルクを決めるアシストパラメータを求め当該アシストパラメータに基づく出力で前記アクチュエータを動作させる制御を行う制御部と、
   利用者の上半身の傾斜角度に関する傾斜角情報を求めるための傾斜角検出部と、
   を備え、
   前記アクチュエータは、
   先端部が前記第二装着具に取り付けられ基端部が前記駆動ユニットに取り付けられ当該基端部側を中心として前後に揺動するアームと、
   利用者の上半身と大腿部との成す角度となる前記アームの揺動角度に関する揺動角情報を求めるための揺動角検出部と、を有し、
   前記制御部は、前記揺動角情報及び前記傾斜角情報に基づいて前記アシストパラメータを求める、アシスト装置。
2. 前記制御部は、前記揺動角情報に基づいて仮アシストパラメータを求め、前記傾斜角情報に基づいて補正ゲインを求め、前記仮アシストパラメータと前記補正ゲインとにより前記アシストパラメータを求める、請求項１に記載のアシスト装置。
3. 前記制御部が求める前記補正ゲインの値は、前記傾斜角度が小さい場合よりも前記傾斜角度が大きい場合の方が、前記アシストパラメータをより大きくする値である、請求項２に記載のアシスト装置。
4. 前記制御部は、前記傾斜角度が小さい場合、当該傾斜角度に関する前記傾斜角情報に基づいて、前記アシストパラメータをゼロに近づけるための前記補正ゲインを求める、請求項２又は３に記載のアシスト装置。
5. 前記制御部は、
   利用者による荷物の持ち上げ開始からの時間を示す持ち上げ継続時間を求めるカウント部と、
   前記傾斜角情報と前記補正ゲインとの関係を示す第一対応情報、及び、前記持ち上げ継続時間と前記仮アシストパラメータとの関係を示す第二対応情報を記憶する記憶部と、
   求められた前記傾斜角情報及び前記第一対応情報に基づいて前記補正ゲインを求める第一処理部と、
   求められた前記持ち上げ継続時間及び前記第二対応情報に基づいて前記仮アシストパラメータを求める第二処理部と、
   を有する、請求項２～４のいずれか一項に記載のアシスト装置。
6. 前記制御部は、得られた前記傾斜角情報に剛性項ゲインを作用させた値と、得られた前記揺動角情報に粘性項ゲインを作用させた値との和を、前記アシストパラメータとして求める、請求項１～５のいずれか一項に記載のアシスト装置。
7. 前記制御部により前記補正ゲインを用いて前記アシストパラメータを求める処理が、持ち上げ用処理であり、
   前記制御部により、得られた前記傾斜角情報に剛性項ゲインを作用させた値と、得られた前記揺動角情報に粘性項ゲインを作用させた値との和を、前記アシストパラメータとして求める処理が、お辞儀動作用処理であり、
   前記制御部は、前記持ち上げ用処理と前記お辞儀動作用処理とを択一的に選択して実行可能である、請求項２～６のいずれか一項に記載のアシスト装置。
8. 前記傾斜角検出部は、利用者の上半身の姿勢に応じて出力が変化するセンサであり、
   前記揺動角検出部は、前記アームを揺動させるために前記アクチュエータが有する回転部材の回転角を検出する検出器である、請求項１～７のいずれか一項に記載のアシスト装置。
   

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