JP5101469B2 - アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明はアクチュエータの動作により生じる力をエージェントの身体に作用させることにより、このエージェントの運動を補助する装置に関する。

バッテリを使用する機器において、バッテリ残量が減少した状況に応じたさまざまな対応措置が採用されている。たとえば、パワーアシスト自転車において、バッテリ残量に基づいて算出されたアシスト走行可能距離を知らせる技術が提案されている（特許文献１参照）。また、電動車両において、行程途上でのバッテリ切れを回避するため、バッテリ残量に基づいてバッテリの許容放電量を制限する技術が提案されている（特許文献２参照）。
特開平１０−３５４５０２号公報 特開２００５−２７１６１３号公報

しかし、人間等のエージェントの運動を補助するまたは身体負荷を軽減するように動作するアシスト装置においては、バッテリ残量が不十分になったときにエージェントに違和感を覚えさせないように動作状態を調節する必要性が特に高い。

そこで、本発明は、エージェントに違和感を覚えさせないようにその運動を補助することができるアシスト装置を提供することを解決課題とする。

第１発明のアシスト装置は、電源と、アクチュエータと、前記電源から前記アクチュエータへの供給電力を調節することにより前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、前記アクチュエータの動作により生じる出力を、接触要素を介してエージェントの身体に作用させることにより前記エージェントの運動を補助するまたは身体負荷を軽減するためのアシスト装置であって、前記制御装置が、前記電源の残量または供給可能電力および前記アクチュエータの消費電力を測定した上で、前記電源の残量または供給可能電力および前記アクチュエータの消費電力に基づいて前記アシスト装置による運動補助可能時間を算定する状態監視手段と、前記電源の残量または供給可能電力が第１閾値以下であることを要件として、前記アシスト装置の運動補助率が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている場合と比較して低くなり、かつ、前記運動補助可能時間が短いほど低くなるように前記アクチュエータの出力を調節する第１制御手段と、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下であることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させる第２制御手段とを備えていることを特徴とする。

第１発明のアシスト装置によれば、電源の残量または供給可能電力が第１閾値以下であることを要件として、アシスト装置による運動補助率が、電源の供給可能電力が第１閾値を超えている場合と比較して低くなり、かつ、電源の残量または供給可能電力が低くなるほど低くなるようにアクチュエータの出力が調節される。アクチュエータの出力振幅および出力期間のうち一方または両方が調節されることによりアシスト装置による運動補助率が調節されうる。そして、電源の残量または供給可能電力が第１閾値よりも低い第２閾値以下であることを要件としてアクチュエータの動作が停止される。アクチュエータの出力はアシスト装置の運動補助可能時間に基づいて制御されるので、アクチュエータの出力変化によりアシスト装置による運動補助可能時間の変化をエージェントに認識させ、その結果としてその後に続くアシスト装置の動作停止に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

第２発明のアシスト装置は、第１発明のアシスト装置において、前記第１制御手段が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている状態において前記状態監視手段により測定された前記アクチュエータの消費電力が高いほど前記第１閾値を高く設定することを特徴とする。

第２発明のアシスト装置によれば、アクチュエータの消費電力が比較的大きい形態でエージェントの運動が補助されている場合、第１閾値が比較的高く設定される。これにより、アシスト装置の運動補助可能時間が比較的急速に短くなることが予測される状況において、アシスト装置の運動補助率の低下が比較的早期に開始される。このため、アシスト装置の運動補助率の低下が開始された直後における電源の供給可能電力が過度に低くなっている事態が回避され、その結果として電源の残量または供給可能電力が第１閾値以下になった前後で運動補助率が比較的大きく変化することが回避される。したがって、アシスト装置の動作態様の変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

第３発明のアシスト装置は、第１または第２発明のアシスト装置において、前記第２制御手段が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第２閾値を超えている状態において前記状態監視手段により測定された前記アクチュエータの消費電力が高いほど前記第２閾値を高く設定することを特徴とする。

第３発明のアシスト装置によれば、アクチュエータの消費電力が比較的大きい形態でエージェントの運動が補助されている場合、第２閾値が比較的高く設定される。これにより、アシスト装置の運動補助可能時間が比較的急速に短くなっている状況において、アシスト装置の動作が比較的早期に停止される。このため、アシスト装置による運動補助率が比較的急速に低下していることを実感しているエージェントの、アシスト装置の動作が比較的早期に停止されるという予測に反するタイミングでアシスト装置の動作が停止される事態が回避される。したがって、アシスト装置の動作態様の変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

第４発明のアシスト装置は、第１〜第３発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記第１制御手段が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値以下であることを要件として、周期的に、または、前記アクチュエータの消費電力の変化量が設定値以上であることをさらなる要件として前記運動補助可能時間を前記エージェントに通知することを特徴とする。

第４発明のアシスト装置によれば、電源の残量または電力供給能力およびアクチュエータの消費電力に応じて定まる運動補助可能時間の長短が、周期的またはアクチュエータの消費電力の変化量が設定値以上である場合にエージェントに通知される。これにより、アシスト装置の運動補助可能時間の長短に応じて定まるアクチュエータの出力変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

第５発明のアシスト装置は、第１〜第４発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記第２制御手段が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第２閾値以下であることを要件として、前記電源の残量または供給可能電力の不足を前記エージェントに通知することを特徴とする。

第５発明のアシスト装置によれば、アクチュエータの動作が停止されるタイミングで電源の残量または電力供給能力が不足していることがエージェントに通知される。これにより、アクチュエータの動作が停止されることに対してエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

第６発明のアシスト装置は、第１〜第５発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記状態監視手段が前記エージェントの運動周期を基準とする一定時間にわたる前記アクチュエータの消費電力の平均値を前記アクチュエータの消費電力として測定することを特徴とする。

第６発明のアシスト装置によれば、エージェントの周期的な運動が補助されている状況において、アクチュエータの消費電力が周期的に変化することに鑑みて、適当な形態で消費電力が測定されうる。そして、前記のようにアクチュエータの消費電力に基づいてアシスト装置の運動補助可能時間が算定され、運動補助可能時間に基づいてアクチュエータの動作が制御されることにより、エージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

第７発明のアシスト装置は、第１〜第６発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記状態監視手段が前記エージェントの生理状態を表わす生理状態変数を測定し、前記第２制御手段が前記生理状態変数の測定値が、前記エージェントの生理状態が正常であることを表わす第１範囲から外れていることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させることを特徴とする。

第７発明のアシスト装置によれば、エージェントの生理状態が運動を継続するには不適当な状態であるにもかかわらずアシスト装置の動作が継続されてしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

第８発明のアシスト装置は、第７発明のアシスト装置において、前記状態監視手段が前記接触要素にかかる圧力を前記生理状態変数として測定することを特徴とする。

第８発明のアシスト装置によれば、エージェントの身体への接触要素の当たり具合がきつすぎるまたは強すぎるにもかかわらずアシスト装置の動作が継続されてしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

第９発明のアシスト装置は、第１〜第８発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記状態監視手段が前記電源または前記アクチュエータの動作状態を表わす動作状態変数を測定し、前記第２制御手段が前記動作状態変数が前記電源または前記アクチュエータの正常動作状態を表わす第２範囲から外れていることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させることを特徴とする。

第９発明のアシスト装置によれば、電源またはアクチュエータが異常状態にあるにもかかわらずアシスト装置の動作が継続されてしまい、その結果として運動が適当に補助されなくなってしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

第１０発明のアシスト装置は、第１〜第９発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記状態監視手段が前記電源の最大電流、最大電圧または最大電力を前記電源の供給可能電力として測定することを特徴とする。

第１１発明のアシスト装置は、第１〜第１０発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値以下である状況において、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている状況と比較して、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期のうち第１期間以外の第２期間における前記アクチュエータの出力を低下させることにより、前記アシスト装置１の運動補助率を低下させることを特徴とする。

第１２発明のアシスト装置は、第１〜第１１発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期のうち前記アクチュエータの出力が比較的高い第１期間を短縮する一方、前記アクチュエータの出力が前記第１期間よりも低い第２期間を延長することにより前記アシスト装置の運動補助率を低下させることを特徴とする。

第１３発明のアシスト装置は、第１２発明のアシスト装置において、前記アクチュエータとしてモータを備え、前記第１制御手段が前記第２期間において前記モータの出力を前記第１期間における前記モータの出力に対して逆極性になるように制御することにより前記エージェントの動きを制動して、前記モータに回生電力を発生させることを特徴とする。

第１４発明のアシスト装置は、第１１〜第１３発明のうちいずれか１つのアシスト装置において、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期における前記第１期間および前記第２期間の配分を調節することにより前記エージェントの周期運動の振幅および角速度のうち一方または両方に基づく運動状態変数を調節することを特徴とする。

第１５発明のアシスト装置は、第１４発明のアシスト装置において、前記エージェントとしての人間の大腿部の周期的な動きを補助することにより前記エージェントの歩行運動を補助するように構成され、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期における前記第１期間および前記第２期間の配分を調節することにより、前記運動状態変数としての前記エージェントの歩幅、歩行率または歩行比を目標値に一致するように調節することを特徴とする。

本発明のアシスト装置の実施形態について図面を用いて説明する。まず、アシスト装置の構成について説明する。図１に示されているアシスト装置１は、制御装置１０と、バッテリ（電源）１１と、アクチュエータまたはモータ１２と、腰部装具（第１接触要素）２１と、大腿部装具（第２接触要素）２２とを備えている。腰部装具２１は剛性のある素材と柔軟性のある素材とが組み合わせられて作られており、エージェントの腰部に装着される。大腿部装具２２も剛性のある素材と柔軟性のある素材とが組み合わせられて作られており、エージェントの大腿部の前後それぞれに装着される。リンク部材２３は、軽量の硬質プラスチック等の定形性のある素材より作られており、エージェントの大腿部に沿って、エージェントの腰部の横から下方に延びた後で大腿部の前後に向けて二股に分かれた形状であり、アクチュエータ１２および前後の大腿部装具２２のそれぞれに連結されている。バッテリ１４は腰部装具２１に収納されており（たとえば、腰部装具２１を構成する複数枚の素材の間に固定されており）、アクチュエータ１２等に対して電力を供給する。アクチュエータ１２は腰部装具２１に取り付けられており、リンク部材１３および大腿部装具２２を介してエージェントの大腿部に力を作用させる。

制御装置１０は腰部装具２１に収納されたコンピュータ（ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭ，Ｉ／Ｏ回路，Ａ／Ｄ変換回路等により構成されている。）により構成されている。制御装置１０はメモリに保存されているプログラムを読み出し、このプログラムにしたがって演算処理を実行することにより、アクチュエータ１２の動作を制御する。たとえば、制御装置１０はエージェントの歩行運動に伴って股関節角度センサ（図示略）から出力される周期的な信号に基づき、エージェントの運動リズムと、アシスト装置１０の動作リズムとが調和するようにアクチュエータ１２の動作を制御する。

制御装置１０は状態監視手段１００と、第１制御手段１１０と、第２制御手段１２０とを備えている。状態監視手段１００はアシスト装置１の動作状態等を測定する。たとえば、状態監視手段１００はバッテリ１１の残量ＳＯＣまたは供給可能電力およびアクチュエータ１の消費電力Ｐconを測定した上で、当該測定結果に基づいてアシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassを算定する。第１制御手段１１０はバッテリ１１の残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下であることを要件として、運動補助可能時間Ｔassに基づきアクチュエータ１２の出力を調節する。第２制御手段１２０はバッテリ１１の残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１よりも低い第２閾値ＳＯＣ２以下であることを要件としてアクチュエータ１２の動作を停止させる。

前記構成のアシスト装置の機能について説明する。まず、アクチュエータ１２の動作により、エージェントの歩行運動、詳細には、腰部に対して左右大腿部を前後させるような運動が補助される（図３／ＳＴＥＰ００２）。具体的には、制御装置１０によりバッテリ１１からアクチュエータ１２への供給電力が特許第３９５０１４９号公報、特許第４００８４６４号公報または特許第４００８４６５号公報等に開示されている方法にしたがって調節されることにより、アクチュエータ１２の動作が制御される。なお、状態監視手段１００によりエージェントの運動状態を表わす運動状態変数（歩幅、歩行率または歩行比など）の値が測定され、第１制御手段１００によりエージェントの運動状態変数の測定値が目標値に一致するようにアクチュエータ１２の出力が調節されてもよい。歩幅はエージェントの周期運動または歩行運動の振幅を表わす運動変数である。歩幅はエージェントの脚の長さ（メモリに格納されている。）と、屈曲方向（前方）および伸展方向（後方）のそれぞれに対する股関節角度の最大値（ロータリーエンコーダにより構成されている股関節角度センサの出力信号に基づいて測定される。）とに基づいて算定されうる。歩行率（単位時間当たりの歩数）はエージェントの周期運動の角速度を表わす運動状態変数である。歩行率はエージェントの上下方向の加速度を測定する加速度センサの出力信号の時間変化パターンにより把握される左右の脚の着床タイミングに基づいて算定されうる。歩行比はエージェントの周期運動の振幅および角速度に基づいて定まる運動状態変数である。歩行比は歩行率に対する歩幅の比率として算定される。

また、状態監視手段１００によりバッテリ１１の残量ＳＯＣが測定される（図３／ＳＴＥＰ００４）。たとえば、バッテリ１１の電圧または電流が測定され、当該測定結果と、記憶装置またはメモリに保存されているテーブルまたは算定関係式とに基づいてバッテリ残量ＳＯＣが測定される。なお、バッテリ１１の残量ＳＯＣに代えてその最大電流、最大電圧もしくは最大電力がバッテリ１１の供給可能電力またはこれを表わす指標値として測定されてもよい。また、最大電流、最大電圧および最大電力のうち一部または全部に基づいて定まる指標値がバッテリ１１の供給可能電力またはこれを表わす指標値として測定されてもよい。

続いて、状態監視手段１００によりバッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下であるか否かが判定される（図３／ＳＴＥＰ００６）。そして、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ００６‥ＹＥＳ）、状態監視手段１００によりアクチュエータ１２の消費電力Ｐconが測定される（図３／ＳＴＥＰ００８）。具体的には、エージェントの一または複数の歩行運動周期にわたるアクチュエータ１２の消費電力（アクチュエータ１２への供給電流の二乗に比例する。）の時間平均値がアクチュエータ１２の消費電力Ｐconとして測定される。エージェントの歩行運動周期は、エージェントの股関節角度または股関節角速度の変化周期、または、エージェントの脚が受ける床反力の変化周期が検知されることにより測定されうる。アクチュエータ１２の一定期間にわたる累計消費電力がその消費電力Ｐconとして測定されてもよい。なお、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１より高いと判定された場合（図３／ＳＴＥＰ００６‥ＮＯ）、状態監視手段１００により引き続きバッテリ残量ＳＯＣが測定される（図３／ＳＴＥＰ００４）。

さらに、状態監視手段１００により、バッテリ残量ＳＯＣおよび消費電力Ｐconに基づいてアシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassが算定される（図３／ＳＴＥＰ０１０）。具体的には、バッテリ残量ＳＯＣが低くなるほど、かつ、消費電力Ｐconが高くなるほど運動補助可能時間Ｔassが短くなるように定義された関係式またはテーブルにしたがって運動補助可能時間Ｔass＝ｆ（ＳＯＣ）が算定される。

続いて、状態監視手段１００によりバッテリ残量ＳＯＣが第２閾値ＳＯＣ２以下であるか否かがさらに判定される（図３／ＳＴＥＰ０１２）。第２閾値ＳＯＣ２はエージェントの運動状態変数の値を目標値に一致させることの可否に応じて定められている。そして、バッテリ残量ＳＯＣが第２閾値ＳＯＣ２以下であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０１２‥ＹＥＳ）、第２制御手段１２０によりバッテリ残量ＳＯＣが不足している旨の音声が音響出力装置（図示略）から出力されることによりエージェントに通知される（図３／ＳＴＥＰ０１４）。その上で、第２制御手段１２０によりアクチュエータ１２への供給電力が停止されることにより、アクチュエータ１２の動作が停止される（図３／ＳＴＥＰ０１６）。

その一方、バッテリ残量ＳＯＣが第２閾値ＳＯＣ２より高いと判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０１２‥ＮＯ）、第１制御手段１１０によりアシスト装置１による運動補助率αが、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１より高い場合と比較して低くなるようにアクチュエータ１２の動作が制御される（図３／ＳＴＥＰ０１８）。具体的には、図４に示されているように運動補助可能時間Ｔassが短くなるほど、運動補助率αが段階的または連続的に低くなるように定義されている関数にしたがって運動補助率αが決定される。その上で、アシスト装置１の運動補助率αにしたがってアクチュエータ１２への供給電力の振幅または出力期間が調節される。たとえば、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１より高い場合におけるアクチュエータ１２への供給電力（複数運動周期にわたる平均供給電力）ＰがαＰになるようにアクチュエータ１２への供給電流Ｉまたはその時間平均値がα^1/2Ｉに調節される。なお、この間も前記のように第１制御手段１００によりエージェントの運動状態変数の測定値が目標値に一致するようにアクチュエータ１２の出力が調節されてもよい。

たとえば、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下になった状況において、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値を超えている状況と比較して、エージェントの運動周期のうち第１期間以外の第２期間におけるアクチュエータ１２の出力または消費電力が節約または低減されることにより、全体としてアクチュエータ１２の消費電力およびアシスト装置１の運動補助率αが下げられうる。また、エージェントの運動周期においてアクチュエータ１２の出力が比較的高い第１期間が短縮される一方、アクチュエータ１２の出力が比較的低い第２期間が延長されることにより運動補助率αが低下されてもよい。すなわち、エージェントの歩行周期における第１期間および第２期間の配分（第１期間から第２期間への切り替わり時点および第２期間から第１期間への切り替わり時点により定まる）が調節されることにより、運動補助率αが調節されうる。さらに、第１制御手段１１０が第２期間においてアクチュエータ（モータ）１２の出力を第１期間におけるアクチュエータ１２の出力に対して逆極性になるように制御することによりエージェントの動きを制動して、アクチュエータ１２に回生電力を発生させ、この回生電力が制御装置１０を機能させる等の目的で利用されてもよい。前記のように第２期間におけるアクチュエータ１２の出力が低下される結果として、第１期間におけるアクチュエータ１２の出力が第２期間におけるアクチュエータ１２の出力より高く調節されてもよく、あるいは、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値以下であるか否かに関係なく、第１期間におけるアクチュエータ１２の出力が第２期間におけるアクチュエータ１２の出力よりも高く調節されてもよい。この際、大腿部を動かすために特に補助が必要な期間が第１期間として設定されることにより、運動補助率αが低下した場合でも運動状態変数としての歩幅等が目標歩幅等に維持されうる。

また、状態監視手段１００により、アクチュエータ１２の前回消費電力に対する今回消費電力の変化量ΔＰconが設定値ＴＨ_Ｐ以上であるか否かが判定される（図３／ＳＴＥＰ０２０）。そして、消費電力の変化量ΔＰconが設定値ＴＨ_Ｐ以上であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０２０‥ＹＥＳ）、第１制御手段１１０により運動補助時間Ｔassがエージェントに通知される（図３／ＳＴＥＰ０２４）。その一方、消費電力の変化量ΔＰconが設定値ＴＨ_Ｐ未満であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０２０‥ＮＯ）、周期的にリセットされる計測時間ｔが設定期間Ｔsetに至ったか否かがさらに判定される（図３／ＳＴＥＰ０２２）。計測時間ｔが設定期間Ｔsetに至ったと判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０２２‥ＹＥＳ）、計測時間ｔが０にリセットされるとともに、第１制御手段１１０により運動補助時間Ｔassがエージェントに通知される（図３／ＳＴＥＰ０２４）。なお、計測時間ｔが設定期間Ｔset未満であると判定された場合（図３／ＳＴＥＰ０２２‥ＮＯ）、バッテリ残量ＳＯＣの測定以降の処理が繰り返される（図３／ＳＴＥＰ００２等参照）。

前記機能を発揮するアシスト装置１によれば、バッテリ残量（電源によるアクチュエータ１２への供給可能電力）ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下であることを要件として、アシスト装置１による運動補助率αが、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１を超えている場合と比較して低くなり、かつ、運動補助可能時間Ｔassが短いほど低くなるようにアクチュエータ１２の出力が調節される（図３／ＳＴＥＰ００６，ＳＴＥＰ０１８，図４参照）。アクチュエータ１２の出力はアシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassに基づいて制御されるので、アクチュエータ１２の出力変化によりアシスト装置による運動補助可能時間Ｔassの変化をエージェントに認識させ、その結果としてその後に続くアシスト装置１の動作停止に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。また、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下であることを要件として、周期的にまたはアクチュエータ１２の消費電力の変化量ΔＰconが設定値ＴＨ_Ｐ以上であることをさらなる要件として運動補助可能時間Ｔassがエージェントに通知される（図３／ＳＴＥＰ００６，ＳＴＥＰ０２４参照）。これにより、アシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassの長短に応じて定まるアクチュエータ１２の出力変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。そして、バッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１よりも低い第２閾値ＳＯＣ２以下であることを要件としてバッテリ残量ＳＯＣが不足していることがエージェントに通知された上でアクチュエータ１２の動作が停止される（図３／ＳＴＥＰ０１２〜ＳＴＥＰ０１６参照）。これにより、アクチュエータ１２の動作が停止されることに対してエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

また、エージェントの運動状態を表わす運動状態変数の測定値を目標値に一致させるようにアクチュエータ１２の出力が調節される。このため、バッテリ１１の電力供給能力の低下に伴ってアシスト装置１による運動補助率αが下がっても、運動補助率αが下げられる以前と同様に運動状態変数の値が目標値に一致するような態様でエージェントが運動しうる。したがって、アクチュエータ１２の出力の変化に対してエージェントが覚える違和感が解消または軽減されうる。

さらに、運動状態変数の値を目標値に一致させることの可否に応じて第２閾値ＳＯＣ２が定められている。このため、前記のようにバッテリ１１の供給可能電力が第２閾値ＳＯＣ２以下であることを要件としてアクチュエータ１２の動作が停止されることにより、運動状態変数の値が目標値に一致するような態様でのエージェントの運動を、アシスト装置１が補助することが困難な状況になる前にアクチュエータ１２の動作が停止される。したがって、アクチュエータ１２の出力の変化に対してエージェントが覚える違和感が解消または軽減されうる。

なお、アシスト装置としては図１に示されているアシスト装置１のほか、特開２００７−０２０９０９号公報に開示されている歩行補助装置、または、電動自転車等、エージェントの運動を補助するまたは身体負荷を軽減するように動作するさまざまな装置が採用されうる。

また、電源としてバッテリ１１に代えてまたは加えてキャパシタまたは燃料電池が採用されている場合、バッテリ１１の残量に代えてまたは加えてキャパシタの容量または燃料電池の水素ガス等の燃料残量の多少に応じて電源の供給可能電力が測定されてもよい。

さらに、聴覚に代えてまたは加えて、視覚、触覚、味覚（エージェントに舌に届くように配置された化学物質の調合）または嗅覚（芳香剤の露出）を通じてバッテリ残量ＳＯＣの低下または補助可能時間Ｔassがエージェントに通知されてもよい。ＬＥＤの点灯パターン、点灯される光の色彩、表示パネルにおける記号または文字の表示等により視覚を通じてエージェントにアシスト装置１の補助可能時間Ｔass等を認識させることができる。振動素子による振動の有無もしくは振動パターン、アクチュエータ（図示略）による大腿部装具２２の締め付け具合の調節等により触覚を通じてエージェントにアシスト装置１の補助可能時間Ｔass等を認識させることができる。糖または酸などが口腔に導入されることにより味覚を通じてエージェントにアシスト装置１の補助可能時間Ｔass等を認識させることができる。芳香剤が散布または露出されること等により嗅覚を通じてエージェントにアシスト装置１の補助可能時間Ｔass等を認識させることができる。

第１制御手段１１０が、バッテリ残量ＳＯＣ（電源の供給可能電力）が第１閾値ＳＯＣ１を超えている状態において状態監視手段１００により測定されたアクチュエータ１２の消費電力Ｐconが高いほど第１閾値ＳＯＣ１を高く設定してもよい。当該構成のアシスト装置１によれば、アクチュエータ１２の消費電力Ｐconが比較的大きい形態でエージェントの運動が補助されている場合、第１閾値ＳＯＣ１が比較的高く設定される。これにより、アシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassが比較的急速に短くなることが予測される状況において、アシスト装置１の運動補助率αの低下が比較的早期に開始される。このため、アシスト装置１の運動補助率αの低下が開始された直後におけるバッテリ残量ＳＯＣが過度に低くなっている事態が回避され、その結果としてバッテリ残量ＳＯＣが第１閾値ＳＯＣ１以下になった前後で運動補助率αが比較的大きく変化することが回避される。したがって、アシスト装置１の動作態様の変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

第２制御手段１２０が、バッテリ残量ＳＯＣ（電源の供給可能電力）が第２閾値ＳＯＣ２を超えている状態において状態監視手段１００により測定されたアクチュエータ１２の消費電力Ｐconが高いほど第２閾値ＳＯＣ２を高く設定してもよい。当該構成のアシスト装置１によれば、アクチュエータ１２の消費電力Ｐconが比較的大きい形態でエージェントの運動が補助されている場合、第２閾値ＳＯＣ２が比較的高く設定される。これにより、アシスト装置１の運動補助可能時間Ｔassが比較的急速に短くなっている状況において、アシスト装置１の動作が比較的早期に停止される。このため、アシスト装置１による運動補助率αが比較的急速に低下していることを実感しているエージェントの、アシスト装置１の動作が比較的早期に停止されるという予測に反するタイミングでアシスト装置１の動作が停止される事態が回避される。したがって、アシスト装置１の動作態様の変化に対する違和感をエージェントに覚えさせる事態が回避されうる。

状態監視手段１００がエージェントの生理状態を表わす生理状態変数（心拍数、血圧、皮膚電位、筋電位、脳波、血中ヘモグロビン濃度、呼気中酸素濃度など）を測定し、第２制御手段１２０が生理状態変数の測定値が、エージェントの生理状態が正常であることを表わす「第１範囲」から外れていることを要件としてアクチュエータ１２の動作を停止させてもよい。これにより、エージェントの生理状態が運動を継続するには不適当な状態であるにもかかわらずアシスト装置１の動作が継続されてしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。状態監視手段１００が腰部装具２１または大腿部装具２２にかかる圧力を圧力センサの出力信号に基づいて生理状態変数として測定してもよい。これにより、エージェントの身体への腰部装具２１または大腿部装具２２の当たり具合がきつすぎるまたは強すぎるにもかかわらずアシスト装置１の動作が継続されてしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

状態監視手段１００がバッテリ１１またはアクチュエータ１２の動作状態を表わす動作状態変数（バッテリ１１の温度またはアクチュエータ１２の振動周波数）を測定し、第２制御手段１２０が動作状態変数がバッテリ１１またはアクチュエータ１２の正常動作状態を表わす「第２範囲」から外れていることを要件としてアクチュエータ１２の動作を停止させてもよい。これにより、バッテリ１１またはアクチュエータ１２が異常状態にあるにもかかわらずアシスト装置１の動作が継続されてしまい、その結果として運動が適当に補助されなくなってしまい、このエージェントに違和感を覚えさせる事態が回避されうる。

本発明のアシスト装置の構成説明図 本発明のアシスト装置の構成説明図 本発明のアシスト装置の機能を示すフローチャート アクチュエータの出力制御に関する説明図

符号の説明

１‥アシスト装置、１０‥制御装置、１１‥バッテリ（電源）、１２‥アクチュエータ、１００‥状態監視手段、１１０‥第１制御手段、１２０‥第２制御手段

Claims (15)

1. 電源と、アクチュエータと、前記電源から前記アクチュエータへの供給電力を調節することにより前記アクチュエータの動作を制御する制御装置と、前記アクチュエータの動作により生じる出力を、接触要素を介してエージェントの身体に作用させることにより前記エージェントの運動を補助するまたは身体負荷を軽減するためのアシスト装置であって、
   前記制御装置が、前記電源の残量または供給可能電力および前記アクチュエータの消費電力を測定した上で、前記電源の残量または供給可能電力および前記アクチュエータの消費電力に基づいて前記アシスト装置による運動補助可能時間を算定する状態監視手段と、
   前記電源の残量または供給可能電力が第１閾値以下であることを要件として、前記アシスト装置の運動補助率が、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている場合と比較して低くなり、かつ、前記運動補助可能時間が短いほど低くなるように前記アクチュエータの出力を調節する第１制御手段と、
   前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値よりも低い第２閾値以下であることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させる第２制御手段とを備えていることを特徴とするアシスト装置。
2. 請求項１記載のアシスト装置において、
   前記第１制御手段が前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている状態において前記状態監視手段により測定された前記アクチュエータの消費電力が高いほど前記第１閾値を高く設定することを特徴とするアシスト装置。
3. 請求項１または２記載のアシスト装置において、
   前記第２制御手段が前記電源の残量または供給可能電力が前記第２閾値を超えている状態において前記状態監視手段により測定された前記アクチュエータの消費電力が高いほど前記第２閾値を高く設定することを特徴とするアシスト装置。
4. 請求項１〜３のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
   前記第１制御手段が前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値以下であることを要件として、周期的に、または、前記アクチュエータの消費電力の変化量が設定値以上であることをさらなる要件として前記運動補助可能時間を前記エージェントに通知することを特徴とするアシスト装置。
5. 請求項１〜４のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
   前記第２制御手段が前記電源の残量または供給可能電力が前記第２閾値以下であることを要件として、前記電源の残量または供給可能電力の不足を前記エージェントに通知することを特徴とするアシスト装置。
6. 請求項１〜５のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
   前記状態監視手段が前記エージェントの運動周期を基準とする所定時間にわたる前記アクチュエータの消費電力の平均値を前記アクチュエータの消費電力として測定することを特徴とするアシスト装置。
7. 請求項１〜６のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
   前記状態監視手段が前記エージェントの生理状態を表わす生理状態変数を測定し、前記第２制御手段が前記生理状態変数の測定値が、前記エージェントの生理状態が正常であることを表わす第１範囲から外れていることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させることを特徴とするアシスト装置。
8. 請求項７記載のアシスト装置において、
   前記状態監視手段が前記接触要素にかかる圧力を前記生理状態変数として測定することを特徴とするアシスト装置。
9. 請求項１〜８のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
   前記状態監視手段が前記電源または前記アクチュエータの動作状態を表わす動作状態変数を測定し、前記第２制御手段が前記動作状態変数が前記電源または前記アクチュエータの正常動作状態を表わす第２範囲から外れていることを要件として前記アクチュエータの動作を停止させることを特徴とするアシスト装置。
10. 請求項１〜９のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、前記状態監視手段が前記電源の最大電流、最大電圧または最大電力を前記電源の供給可能電力として測定することを特徴とするアシスト装置。
11. 請求項１〜１０のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値以下である状況において、前記電源の残量または供給可能電力が前記第１閾値を超えている状況と比較して、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期のうち第１期間以外の第２期間における前記アクチュエータの出力を低下させることにより、前記アシスト装置１の運動補助率を低下させることを特徴とするアシスト装置。
12. 請求項１〜１１のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期のうち前記アクチュエータの出力が比較的高い第１期間を短縮する一方、前記アクチュエータの出力が前記第１期間よりも低い第２期間を延長することにより前記アシスト装置の運動補助率を低下させることを特徴とするアシスト装置。
13. 請求項１２記載のアシスト装置において、
    前記アクチュエータとしてモータを備え、
    前記第１制御手段が前記第２期間において前記モータの出力を前記第１期間における前記モータの出力に対して逆極性になるように制御することにより前記エージェントの動きを制動して、前記モータに回生電力を発生させることを特徴とするアシスト装置。
14. 請求項１１〜１３のうちいずれか１つに記載のアシスト装置において、
    前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期における前記第１期間および前記第２期間の配分を調節することにより、前記エージェントの周期運動の振幅および角速度のうち一方または両方に基づく運動状態変数を調節することを特徴とするアシスト装置。
15. 請求項１４記載のアシスト装置において、
    前記エージェントとしての人間の大腿部の周期的な動きを補助することにより前記エージェントの歩行運動を補助するように構成され、
    前記第１制御手段が前記エージェントの運動周期における前記第１期間および前記第２期間の配分を調節することにより、
    前記運動状態変数としての前記エージェントの歩幅、歩行率または歩行比が目標値に維持することを特徴とするアシスト装置。