JP6309630B2 - 動作支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、装着者が行う力作業を支援する動作支援装置に関し、さらには、重量物の持ち上げ、積み込み、積み下ろしおよび運搬作業の支援に用いられる上半身に装着される重作業用のパワーアシストスーツを備えた動作支援装置に関する。

装着者に装着することによって、装着者の動きに追従して動作を補助することができる装置として、例えば、特許文献１に開示されているような動作支援装置が知られている。

動作支援装置は、装着者の動作を補助し、例えば、寝たきりとなっている要介護者を介護者が起こすときや、倉庫内で荷物の積み下ろしをするときなど、腕や足に大きな負担がかかる場合に用いられる。

また、介護などの軽作業の他、工場や工事現場などにおいて重量物を持ち上げて運搬する作業等の重作業を行うことも想定されており、特許文献２、特許文献３、又は、特許文献４等に記載されているように、当該目的に応じて装置構成が異なる種々の動作支援装置が知られている。

これらの構成において、動作支援装置において重量物を持ち上げるようにすると、装置構成を大きくモータなども強力にする必要があるため、その構成が大型化、重量化する。このため、装着者自身が装置を支持することが困難になり、下半身部分の構成を重厚なものにする必要があった。

上記特許文献２〜４の動作支援装置は、いずれも比較的重荷重向けに構成されているものであり、装着者に装着される上半身用のパワーアシストスーツを有し、当該パワーアシストスーツを支持するベースを備えた構造となっている。そして、当該ベースには、車輪が設けられており、装着者が操作することである程度の範囲内を移動させることができるように構成されている。

特開２０１４−３３７７８号公報 特開平９−２３４６８４号公報 特開２００６−５１１９０号公報 特許第４８８６３９２号公報

しかし、当該構成の動作支援装置では、ベースを載置する床面が水平な平滑面であることが必要であり、段差を有する場所や斜面などにおいては使用することができないという問題が生じていた。

また、上半身部分であるパワーアシストスーツを大きくすると、当該パワーアシストスーツを支持するベースとの重量配分のバランスが悪くなり、パワーアシスト装置の転倒の問題等が生じる。このため、用途に応じたパワーアシストスーツの重量に応じて、ベースの重量バランスを考慮する必要があった。ベースの大型・重量化は、設置する床面との関係で用途の制約が大きくなるため、パワーアシストスーツ全体としては、あまりに大きな荷物の積み下ろしを想定して設計することができないという問題があった。

したがって、本発明が解決しようとする技術的課題は、上記問題を解消し、種々の床面にも広く使用可能で転倒の問題がない、上半身に装着するパワーアシストスーツを備えた動作支援装置を提供することである。

本発明は、上記技術的課題を解決するために、以下の構成の動作支援装置を提供する。

本発明の動作支援装置は、水平方向に移動可能に構成された吊り下げ部と、装着者の胴体上部に装着される装着部と、前記装着者の腕部に少なくとも部分的に沿うように前記装着部に配置されて前記装着者の腕部の動きに追従する方向にその動きを補助する補助動力を発生するアームユニットと、前記吊り下げ部の水平方向の動作を行う移動操作部とを備え、装着者の動きに追随するように動作して装着者の動きを補助するパワーアシストスーツと、前記吊り下げ部から垂下して設けられ、前記パワーアシストスーツの装着部とを連結し、前記パワーアシストスーツを所定の張力で上方に吊り下げる垂下部材と、を備えることを特徴とする。

前記吊り下げ部は、旋回可能で傾斜角を変更可能に構成されたブームを備えるクレーンで構成され、前記垂下部材は、前記クレーンから繰り出し可能に構成されたワイヤとすることによって、広範囲に移動可能であり、動作支援装置の作業領域を広くすることができる。

さらに、前記装着者に装着されたパワーアシストスーツを吊り下げる前記垂下部材の張力が所定値となるように、前記垂下部材の張力制御を行う張力制御部と、を備えることにより、パワーアシストスーツの吊り下げを確実かつ安全なものにすることができ、動作支援装置の作業をより効率的にすることができる。

前記張力制御部は、前記装着者の脚部に装着されて前記装着者によって加えられる載荷重を測定する載荷重計測部を有し、前記載荷重計測部の出力に基づいて前記垂下部材の張力制御を行うことで、荷物を持ち上げた場合などにおける張力の変化に応じて吊り下げ張力の調整をすることができる。

前記張力制御部は、前記アームユニットの前記補助動力の値に基づいて、前記張力の所定値を決定することで、荷物を持ち上げた場合などにおける荷重の増加を吊り下げ張力に反映することができ、パワーアシストスーツの吊り下げを確実かつ安全なものにすることができる。

さらに、前記装着者の体幹に固定して装着される下部装着部と、屈伸可能に構成された膝関節部を備えた脚リンク部と、足首関節部を介して前記脚リンク部に連結され、前記利用者の足を載置固定する足載置部とを備えた下肢装着ユニットを有し、前記載荷重計測部は、前記下肢装着ユニットの前記足載置部上面に設けられていることで、装着者の下肢に係る負担を下肢装着ユニットで補強することができ、安全性を向上させることができる。

また、前記吊り下げ部は、前記装着者の上方に垂下して設けられた滑車で構成され、前記垂下部材は、前記パワーアシストスーツと連結していない側の一端に重錘が設けられて前記滑車に巻き回されたワイヤで構成することで、簡単な構成でパワーアシストスーツの装着者に対する負荷軽減を行なうことができる。

本発明によれば、ベースなどによって下支えをする構成ではなく、吊り下げ部から垂下部材によってパワーアシストスーツを吊り下げるように支持するため、モータやフレームなどが重厚に構成される重荷重用のパワーアシストスーツを装着しても、装着者によりこれを支持することができ、種々の床面にも広く使用可能であり、転倒の問題が生じない。

本発明の実施の形態にかかる動作支援装置の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる動作支援装置の他の構成例を示す模式図である。 本発明の実施の形態にかかる動作支援装置の構成を模式的に示す側面図である。 図３の動作支援装置に用いられるパワーアシストスーツの構成を示す平面図である。 図３の動作支援装置に用いられる下肢装着ユニットの構成を示す平面図である。 図３の動作支援装置に用いられる下肢装着ユニットの駆動制御の機能ブロック図である。 図３の動作支援装置に用いられるパワーアシストスーツの制御構成を示すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態に係る動作支援装置について、図面を参照しながら説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
図１は、本発明の実施の形態にかかる動作支援装置の構成例を示す模式図である。本発明に係る動作支援装置１００は、オペレータ（装着者）ＯＰの胴体上部に装着され、オペレータＯＰの腕部Ｈに沿って配置されて腕部Ｈの動きに追従するようにオペレータの動作を補助するパワーアシストスーツ１０１が吊り下げ部１０２から垂下部材１０３で吊り下げられた状態に保持された構成を基本的な実施態様とするものである。

パワーアシストスーツ１０１は、オペレータＯＰに装着される装着部１０４を備え、オペレータＯＰ自身が例えば立位状態でこれを保持する。装着部１０４は、オペレータＯＰの腕の動きを補助するものであるため、人間工学的な観点から上半身胴部に背面に背負うようにして装着されることが好ましい。また、パワーアシストスーツ１０１にはオペレータの肩近傍から腕部に沿って設けられ、オペレータＯＰの腕部の動きに追従する方向にその動きを補助する補助動力を発生する一対のアームユニット１０５を備える。アームユニットは、少なくとも１つの関節を有しており、オペレータＯＰの動きを検出してオペレータＯＰの動きに沿うように駆動して、オペレータの動作をパワーアシストするものである。したがって、オペレータＯＰは、自力で持ち上げられないような重量物の積み下ろしなどを容易に行なうことができる。

吊り下げ部１０２は、オペレータＯＰによるパワーアシストスーツ１０１の保持を補助するために、垂下部材１０３を介してパワーアシストスーツ１０１を吊り下げた状態に保持する。すなわち、パワーアシストスーツ１０１が重量物に対応するために大型化すると、オペレータＯＰが自力でパワーアシストスーツ１０１を支えることができなくなるため、吊り下げ部１０２がパワーアシストスーツを上方から吊持するものである。吊り下げ部１０２は、垂下部材１０３と連結する連結端１０６が矢印９０に示すように少なくとも水平方向に移動可能となるように設けられている。

吊り下げ部１０２の構成は特に限定されるものではないが、例えば、図１に示すように、床面Ｆに対してオペレータＯＰより高い所定の高さに設けられている、ＸＹに軸方向に移動可能な二軸アクチュエータなどを用いることができる。また、他の構成例としては、旋回可能で傾斜角を変更可能に構成された片持ち式のブームで構成されたもの等が例示できる。

吊り下げ部１０２とパワーアシストスーツ１０１とを連結する垂下部材１０３は、所定重量のパワーアシストスーツ１０１を吊持することができ、オペレータの動作に支障を来たさないように構成されていればよく、ワイヤ、棒状部材など種々のものを用いることができる。本実施の形態においては、垂下部材１０３の長さは、オペレータＯＰの下肢が床面Ｆに設置した状態となるように固定されているが、たとえば、ワイヤを用いて繰り出し量を調整することで長さを変更することができるように構成されていてもよい。

例えば、オペレータＯＰが膝を曲げた座位の状態になる場合は、吊り下げ部１０２とパワーアシストスーツ１０１との距離が変化するため、垂下部材１０３はオペレータＯＰの動作に応じて長さを調整されるように制御されていてもよい。垂下部材１０３の鉛直方向の長さ制御は、例えば、オペレータＯＰの下肢にかかる荷重に基づいて、所定の閾値を超えないように吊持力を制御するようにすることが可能である。

なお、吊り下げ部１０２及び垂下部材１０３の構成としては、例えば、図２に示すような構成を採用してもよい。図２は、吊り下げ部１０２の変形例として、連結端に滑車１０６ａを用いた例を示している。連結端の滑車１０６ａは、オペレータＯＰよりも上方に設けられており、ＸＹに軸方向に移動可能に構成された自由回転可能な滑車である。滑車には、垂下部材１０３の例としてワイヤ１０３ａが設けられており、一端側がパワーアシストスーツ１０１に連結されている。また、ワイヤ１０３ａの他端側には重錘１０３ｂが連結されている。

重錘は、パワーアシストスーツ１０１とほぼ同じ重量のものが用いられており、パワーアシストスーツ１０１と釣り合いを取ることによって、オペレータＯＰへのパワーアシストスーツ１０１の負荷を軽減する。これにより、オペレータＯＰは、パワーアシストスーツ１０１の装着負担が軽くなるため、オペレータ自身の力によりパワーアシストスーツ１０１を支持することができる。

吊り下げ部１０２の連結端１０６の水平方向の移動は、パワーアシストスーツ１０１からの信号に基づいて行われる。図１においては、移動操作部の例として、オペレータＯＰの脚に設けられたセンサ１０７によって、オペレータＯＰの下肢の動きを検出し、当該上方を装着部１０４内に設けられた演算部（図示無し）でオペレータＯＰの移動方向及び距離を演算し、当該演算結果を吊り下げ部１０２に送信することで操作する。

なお、吊り下げ部１０２を操作する移動操作部の例としては、下肢に設けられたセンサとオペレータＯＰの移動方向及び距離を演算する演算手段の組み合わせ以外に、オペレータＯＰが所望する移動場所を特定してその位置を検出することができるものであれば他の構成のものを採用することもできる。例えば、オペレータＯＰの視線を検出して、オペレータが特定の条件で視認した位置を移動目的地として認識し、当該位置に吊り下げ部１０２の連結端１０６を水平移動させる構成などを例示することができる。

また、センサ１０７は、垂下部材１０３による、パワーアシストスーツ１０１の吊り下げ張力の制御に使用することができる。すなわち、センサ１０７により、オペレータＯＰの接地重量を検出することができ、当該センサ１０７の検出値が所定の閾値の範囲内となるように、垂下部材１０３の長さ及び張力を制御するようにすることができる。

一例として、垂下部材１０３に吊り下げられたオペレータＯＰが脚を曲げたような場合などは、センサ１０７の検出値が小さくなるため、垂下部材１０３の張力を弱くする又は長さを長くすることで、センサ１０７の検出値が所定範囲内になるようにすることができる。一方で、アームユニット１０５で重量物を持ち上げた場合などは、当該重量物の重量をオペレータが支えるため、センサ１０７の検出値が大きくなる。この場合は、垂下部材１０３の張力を強くする又は長さを短くするように動作する。

本動作支援装置は、オペレータＯＰの下肢が床面Ｆに接地した状態にパワーアシストスーツを吊持する必要はなく、例えば、高所作業時において完全にオペレータＯＰを吊り下げた状態で使用してもよい。例えば、高層ビルの建設工事などにおいてオペレータを吊り下げた状態でパワーアシストするような用途に用いることができる。

本発明に係る動作支援装置によれば、パワーアシストスーツ１０１を下支えする構成ではなく、吊り下げ部から垂下部材によって吊持するように支持するため、モータやフレームなどが重厚に構成される重荷重用のパワーアシストスーツを装着しても、オペレータが支持することが可能である。

また、オペレータＯＰの動作に追従して吊り下げ部１０２が追従して移動するため、種々の床面にも広く使用可能であり、オペレータＯＰが吊り下げられた状態となっているため、転倒の問題が生じない。

以下、本発明の実施の形態にかかる動作支援装置のより具体的な構成について説明する。

図３は、本発明の実施の形態にかかる動作支援装置１の構成を模式的に示す側面図である。図３に示すように、動作支援装置１は、オペレータ（装着者）ＯＰが、自己の背後に装着するように構成される、パワーアシストスーツ２と当該パワーアシストスーツを吊り下げるように支持する吊り下げ部３と、当該吊り下げ部３の先端とパワーアシストスーツ２とを連結する垂下部材４と、パワーアシストスーツ２の重量を支えることができるようにオペレータＯＰの下半身を支持する下肢装着ユニット５を備えている。

以下、本実施の形態にかかる動作支援装置１の構成を明確に示すため、図３に示すＸＹＺ座標軸系を用いて構成の説明を進める。図３に示すように、Ｘ軸は、水平方向かつオペレータＯＰの前後方向に延在する軸であり、オペレータＯＰの前方向を正方向とする。Ｙ軸は、水平方向かつオペレータＯＰの左右方向に延在する軸であり、オペレータＯＰの右方向を正方向とする。Ｚ軸は、鉛直方向に延在する軸であり、上方向を正方向とする。

吊り下げ部３は、ワイヤなどの垂下部材４を進退可能に支持する伸縮自在の片持ち式のブーム３ａを備え、ブーム３ａの先端３ｂから垂下部材４が繰り出されるように構成されている。吊り下げ部３は、Ｚ軸を中心として旋回することができると共に、水平軸に対してブーム３ａの傾斜角度を変更可能である。

これらの吊り下げ部３の駆動操作は、パワーアシストスーツ２を装着するオペレータＯＰが行い、オペレータＯＰの水平方向への移動に追従して吊り下げ部３が旋回又は伸縮移動するとともに、オペレータＯＰの動作に伴うパワーアシストスーツ２のＺ軸方向への変位については、垂下部材４の繰り出し量（又は、ワイヤの巻き上げトルク）が自動調整されることで、常時一定の張力でパワーアシストスーツ２を吊持する。吊り下げ部３の駆動は、クレーン３のブーム３ａに電気的に接続されたクレーン制御部３ｃによって行われ、クレーン制御部３ｃは、パワーアシストスーツ２からの動作信号に基づいて動作する。

具体的には、パワーアシストスーツ２の水平方向の移動の検出は、後述するように、下肢装着ユニット５からの信号により自動的に行われる。

また、吊り下げ部３には、垂下部材４であるワイヤの張力を測定し、ワイヤの繰り出し量及びワイヤの巻取りトルクを調整することで、ワイヤの張力を制御する張力制御部３ｄを有する。張力制御部３ｄによる張力の測定値により、ブーム３ａ先端のＺ軸方向への変位及びワイヤの繰り出し量や巻取りトルクが調整され、オペレータＯＰがパワーアシストスーツ２を支持できるように、垂下部材４の張力が所定の範囲内になるように自動的に管理される。

なお、張力管理は、オペレータの姿勢の変化やパワーアシストスーツ２の動作に応じてその張力を適正範囲内で調整する。この制御においては、後述するように垂下部材４の張力管理においては、張力制御部による張力の測定値に加え、パワーアシストスーツ２の駆動源の補助動力の値にも基づいて調整してもよい。

パワーアシストスーツ２は、オペレータＯＰの背後に配置されオペレータに固定される装着部６と、装着部６にそれぞれ設けられているアームユニットの一例としての左右一対のアームユニット７ｒ、７ｌを備える。オペレータＯＰが左右のアームユニット７ｒ、７ｌの間に位置し、オペレータＯＰの左右の両腕Ｈでそれぞれ左右のアームユニット７ｒ、７ｌの操縦を行う。なお、左右のアームユニット７ｒ、７ｌは左右を区別する場合に添え字のｒ及びｌを付して各構成要素を区別することとし、左右を区別する必要がない場合は添え字を付さずに、単にアームユニット７と表記する。

オペレータＯＰは、動作支援装置１の操縦時において、装着部６に設けられているサドル８に座ってもよいし、立位状態であってもよい。具体的には、オペレータＯＰの両肩がおおむね装着部と左右のアームユニット７ｒ、７ｌの関節部分に位置するような高さとなるように、自己の身長等に応じて操縦姿勢を決定すればよい。

装着部６は、図３に示すように、オペレータＯＰの背中に沿って配置されており、必要に応じてサドル８が設けられている。装着部６の左右両端はオペレータＯＰ側へ張り出すように張り出し部分が設けられてその先端には、左右のアームユニット７ｒ、７ｌを連結するための肩部回転関節９が設けられている。アームユニット７ｒ、７ｌは直動アクチュエータである肩部アクチュエータ１０の駆動によって、肩部回転関節９を中心としてＸＹ平面上を回動可能（すなわち、水平揺動可能）となる。

装着部６にそれぞれ取り付けられる左右のアームユニット７ｒ、７ｌは、肩部１１、上腕部１２、前腕部１３、ハンド部１４を備えている。アームユニット７ｒ、７ｌの上腕部１２は、回転関節である上腕関節１５を介して肩部１１に対して回転可能（すなわち、鉛直方向に揺動可能）に連結されている。また、前腕部１３は、上腕部１２に対して長手方向（延在方向）に進退移動自在に連結されている。また、前腕部１３の先端にはハンド部１４が設けられている。

アームユニット７ｒ、７ｌにおける前腕部１３の後端には、操作ユニット１６が設けられている。操作ユニット１６は、オペレータＯＰが手Ｈで把持して力を加えることにより、加えられた力を検出してアームユニット７ｒ、７ｌを操作する。

アームユニット７を構成する肩部１１、上腕部１２、前腕部１３、ハンド部１４間の各部材を連結する関節は、それぞれの関節を駆動させるためのアクチュエータ１７によって駆動する。

ハンド部１４は、開閉可能な爪を備えた部材であり、対象物に対する作業（把持による運搬作業など）を行うことが可能とされている。ハンド部１４は、前腕部１３に対して、上下方向に傾斜動作可能に、そしてハンド部１４の基部から先端に向かう方向に配置された軸（後述する旋回軸Ｃ）を中心として旋回動作可能に構成されており、これらの操作はアクチュエータの動作により行われる。

ハンド部１４に設けられている爪は、固定爪と固定爪に対して開閉可能な可動爪からなり、可動爪は爪開閉アクチュエータ１８によって開閉駆動する。

操作ユニット１６は、オペレータの手により握って操作されるグリップ部状の部材であり、３軸方向の力を測定可能な力センサ（力検出用センサ）を備える。当該力センサは、オペレータの動作に応じてアームユニット７の各アクチュエータを駆動させてアームユニットを動作させる。

図５は、下肢装着ユニットの構成を示す正面図である。図５においては、パワーアシストスーツ２の表記を省略している。下肢装着ユニット５は、図５の平面図に示すように、左右一対の脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒ、足載置部２３Ｌ，２３Ｒを備えている。

下肢装着ユニットは、オペレータＯＰの体幹に装着される下部装着部に股関節部を介して脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒが接続されている。

図５に示すように、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒは、大腿リンク部２１Ｌ，２１Ｒ、下腿リンク部２２Ｌ，２２Ｒを備え、それぞれのリンクの間に設けられる関節部を介して連結する。脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒは、オペレータＯＰの脚（肢体）の外側部に沿うように設けられている。本実施の形態において、脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒは、アルミ製材料で構成されており、軽量で、オペレータＯＰの体重及び装置自体の自重を支えることができる十分な強度を有することができる。なお、アルミ製材料の他に、カーボン材料などの他の材料が用いられていてもよい。

また、各関節にはアクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒが設けられており、これらが動作することで、各関節がＹ軸を中心として回動する。

図５に示すように、足載置部２３Ｌ，２３Ｒは、オペレータＯＰの足（肢端）に装着される部分である。足載置部２３Ｌ，２３Ｒは、利用者が履いた専用の靴に固定され、内蔵される力センサ２５Ｌ，２５Ｒが、オペレータＯＰの下肢の動作によって加えられた力及び方向を検知する。

力センサ２５Ｌ，２５Ｒは、直交するＸ、Ｙ、Ｚの３軸方向の力とそれぞれの３軸方向のねじれα、β、γを一つのセンサで同時に計測するセンサが好適に使用される。なお、力センサに対するＸ、Ｙ、Ｚの３軸及びα、β、γの３軸方向沿いのねじれの座標軸は絶対的なものであり、センサの向きに応じて外部からみた軸の方向は変動する。

アクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒは、電動モータなどで構成されており動作対象となる各部材間の相対姿勢を変位させる。アクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒは、力センサ２５Ｌ，２５Ｒからの出力に基づいて、各関節部にオペレータの動きに応じた回転トルクを付与し下肢装着ユニット５を駆動する。

下肢装着ユニット５には、図６に示すように、左右の脚リンク部をそれぞれ駆動させるための駆動制御部２６が設けられている。駆動制御部２６は、左右の脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒに設けられた力センサ２５Ｌ，２５Ｒからの出力信号及び各アクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒにより検出される左右の脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの現在の姿勢に関する情報を受けて、上述の３つのアクチュエータユニット含む左右の駆動機構７３Ｌ，７３Ｒを動作させる。下肢装着ユニット５による動作支援装置１の水平方向（ＸＹ平面方向）の移動は、吊り下げ部３の動作と同期する。

すなわち、下肢装着ユニット５に設けられている力センサ２５Ｌ，２５Ｒは、上記のとおりＸ，Ｙ，Ｚの３軸方向について正負方向の力とα，β，γ軸周りの回転トルクについて検出し出力する。また、上記の通り、各アクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒは、内蔵するエンコーダ等からの出力により、現在のアクチュエータユニット２４Ｌ，２４Ｒの位置情報、すなわち、左右の脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒの姿勢に関する情報を出力する。

駆動制御部２６は、それぞれ左右の脚リンク部２０Ｌ，２０Ｒを独立して動作制御を行なう。すなわち、右側力センサ２５Ｒから出力された情報は、右側のアクチュエータユニットから構成される右側脚リンク部２０Ｒを動作させるための信号として用いられる。

力センサ２５Ｌ，２５Ｒから出力された６つのベクトル検出信号Ｓｘ，Ｓｙ，Ｓｚ，Ｓα、Ｓβ、Ｓγ及びそれぞれのアクチュエータユニットから出力された情報は、制御部２６に入力される。制御部２６は、入力された信号に基づいて、利用者がどのような動作をしようとしているかを予測し、それぞれ駆動機構に設けられている各アクチュエータを特定して駆動するアクチュエータ作動部として機能する。

なお、左右の力センサ２５Ｌ，２５Ｒからの出力信号に基づくオペレータＯＰの左右一方の脚の位置予測は、左右双方の力センサ２５Ｌ，２５Ｒからの出力信号に基づいて行うことが好ましい。例えば、連続した歩行動作において、右脚の動作を時系列的に分析して、同様に左足を動作させるように制御する。

なお、このようにして検出される下肢装着ユニット５の動作を連続して行うことにより、動作支援装置１が水平方向（ＸＹ平面方向）に移動する。当該動作支援装置１の移動に関する方向と距離の情報は、クレーン制御部３ｃに送られ、当該動作支援装置１を吊り下げる吊り下げ部３のブーム３ａの旋回及び伸張動作として反映される。

すなわち、オペレータＯＰの動作によって下肢装着ユニット５の左右の力センサ２５Ｌ，２５Ｒに、その動作に応じたベクトルが加わり、当該ベクトルに基づいて下肢装着ユニットの屈伸動作によって下肢装着ユニット５が歩行する。当該歩行による移動方向と距離の情報に基づいて、吊り下げ部３のブーム３ａの旋回及び伸張動作として反映される。

次に、本実施の形態にかかる動作支援装置１の吊り下げ張力の管理制御について説明する。動作支援装置１の吊り下げ張力は、垂下部材４の繰り出し量が自動調整されることで、動作支援装置１を装着するオペレータＯＰに加わる不可を調整している。すなわち、動作支援装置１を装着したオペレータに加わる重力を下肢装着ユニット５の左右双方の力センサ２５Ｌ，２５ＲのＺ軸方向の出力に基づいて演算し、当該値が所定の範囲内となるように、張力制御部３ｄが垂下部材４の繰り出し量を変動させる。

したがって、パワーアシストスーツ２によって、重荷重の物を持ち上げた場合などは、左右双方の力センサ２５Ｌ，２５Ｒに加わるＺ方向の力が大きくなるため、垂下部材４の巻き上げトルクが大きくなるが、当該パワーアシストスーツ２が支持する荷重の重量は、左右のアームユニット７ｒ、７ｌのアクチュエータ１７がオペレータＯＰに与える補助力の情報に基づいて自動調整される。

図７は、本実施の形態の動作支援装置１のパワーアシストスーツ２の制御構成を示すブロック図である。図７においては、左右それぞれのアームユニット７ｒ、７ｌより代表して右側のアームユニット７ｒについてのみの制御ブロックを示している。なお、左側のアームユニット７ｌについても同様の制御構成が設けられている。

図７に示すように、パワーアシストスーツ２の動作制御は、駆動制御部２６が予め格納されている制御プログラムに基づいて動作することによって実現される。駆動制御部２６は、上述の下肢装着ユニット５の動作制御のための駆動制御部２６と共通する。駆動制御部２６に操作ユニット１６からの検出信号が入力されることによって、アームユニット７ｒ、７ｌを駆動制御する。アームユニット７ｒ、７ｌに搭載されているアクチュエータ１７は、それぞれドライバ（図示Ｄにて表示）を通じて駆動制御部２６と接続され、駆動制御部２６からの動作信号に基づいて動作する。

操作ユニット１６に設けられている力センサは、α、β、γの３軸方向について正負方向の力と、α軸周りのねじりｗ及びγ軸周りのねじりｖの双方向のねじり力について検出し出力する。また、操作ユニット１６は、ハンド部１４の開閉を行うための動作を検出するセンサからの検出信号Ｒｔを出力する。

力センサ２５から出力された各ベクトル検出信号Ｒα、Ｒβ、Ｒγ、Ｒｖ、Ｒｗ及び検出信号Ｒｔは、駆動制御部２６に入力され、力センサ２５に加えられた方向に対応させて各アクチュエータ１７を駆動する。

ここで、各アクチュエータ１７は、動作に応じた補助力の値を出力することができ、当該出力値を駆動制御部２６に出力する。当該出力は、駆動制御部２６でアームユニット７ｒ、７ｌ全体の補助力に演算され、張力制御部３ｄに送られることにより、垂下部材４の張力制御に用いられる。

このように本実施の形態の動作支援装置１では、オペレータＯＰの側方から前方に向かって伸びるアームユニット７ｒ、７ｌが、伸縮自在に構成されており、かつオペレータＯＰが把持する操作ユニット１６が前腕部１３に設けられているため、前腕部１３の伸縮に応じてオペレータＯＰの腕の曲げの程度が変化する。すなわち、前腕部１３が伸びているときは操作ユニット１６と上腕部１２の距離が大きいため、オペレータＯＰの腕は伸びた状態となる一方、前腕部１３が縮んでいるときは操作ユニット１６と上腕部１２の距離が短いためオペレータＯＰの腕は曲げられた状態となる。したがって、オペレータＯＰは、目視による位置判断によらなくても、動作支援装置１のハンド部１４の位置を、自身の腕の曲がり程度や手の姿勢で認識することができる。

以上説明したように、本発明によれば、ベースなどによって下支えをする構成ではなく、吊り下げ部から垂下部材によってパワーアシストスーツを吊り下げるように支持するため、モータやフレームなどが重厚に構成される重荷重用のパワーアシストスーツを装着しても、装着者によりこれを支持することができ、種々の床面にも広く使用可能であり、転倒の問題が生じない。

なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施可能である。例えば、パワーアシストスーツ及び下肢装着ユニットの構成は、上記実施の形態に限定されるものではなく、オペレータの上半身に装着され、オペレータの動作に追従して駆動しオペレータの動作をパワーアシストするものであればよい。アームユニットも左右一対である必要はなく、オペレータの一方の腕の動作をアシストするものであってもよい。

また、下肢装着ユニットは、各関節の伸縮をパワーアシストする必要はなく、オペレータの立位状態を補助するために、下肢にかかる荷重を軽減することができるものであればよい。

また、吊り下げ部３の水平移動は、パワーアシストスーツを装着するオペレータＯＰの動作により行ってもよい。例えば、オペレータの手で動作されることにより、前後左右への移動を入力できる、操作ハンドルなどを使用することができる。

以上、一つまたは複数の態様に係る動作支援装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

１，１００ 動作支援装置
２，１０１ パワーアシストスーツ
３，１０２ 吊り下げ部
３ａ ブーム
３ｂ 先端
３ｃ クレーン制御部
３ｄ 張力制御部
４，１０３ 垂下部材
６，１０４ 装着部
７，１０５ アームユニット
８ サドル
９ 肩部回転関節
１０ 肩部アクチュエータ
１１ 肩部
１２ 上腕部
１３ 前腕部
１４ ハンド部
１５ 上腕関節
１６ 操作ユニット
１７ アクチュエータ
１８ 爪開閉アクチュエータ
２０ 脚リンク部
２１ 大腿リンク部
２２ 下腿リンク部
２３ 足載置部
２４ アクチュエータユニット
２５ 力センサ
２６ 制御部
１０６ 連結端
ＯＰ オペレータ

Claims (8)

1. 水平方向に移動可能に構成された吊り下げ部と、
   装着者の胴体上部に装着される装着部と、前記装着者の腕部に少なくとも部分的に沿うように前記装着部に配置されて前記装着者の腕部の動きに追従する方向にその動きを補助する補助動力を発生するアームユニットと、前記吊り下げ部の水平方向の動作を行う移動操作部とを備え、装着者の動きに追随するように動作して装着者の動きを補助するパワーアシストスーツと、
   前記吊り下げ部から垂下して設けられ、前記パワーアシストスーツの装着部とを連結し、前記パワーアシストスーツを所定の張力で上方に吊り下げる垂下部材と、を備えることを特徴とする
   動作支援装置。
2. 前記吊り下げ部は、旋回可能で傾斜角を変更可能に構成されたブームを備えるクレーンで構成され、前記垂下部材は、前記クレーンから繰り出し可能に構成されたワイヤであることを特徴とする、
   請求項１に記載の動作支援装置。
3. さらに、前記装着者に装着されたパワーアシストスーツを吊り下げる前記垂下部材の張力が所定値となるように、前記垂下部材の張力制御を行う張力制御部と、を備えることを特徴とする、
   請求項１又は２に記載の動作支援装置。
4. 前記張力制御部は、前記装着者の脚部に装着されて前記装着者によって加えられる載荷重を測定する載荷重計測部を有し、前記載荷重計測部の出力に基づいて前記垂下部材の張力制御を行うことを特徴とする、
   請求項３に記載の動作支援装置。
5. 前記張力制御部は、前記アームユニットの前記補助動力の値に基づいて、前記張力の所定値を決定することを特徴とする、
   請求項３に記載の動作支援装置。
6. 前記張力制御部は、前記アームユニットの前記補助動力の値に基づいて、前記張力の所定値を決定することを特徴とする、
   請求項４に記載の動作支援装置。
7. さらに、前記装着者の体幹に固定して装着される下部装着部と、屈伸可能に構成された膝関節部を備えた脚リンク部と、足首関節部を介して前記脚リンク部に連結され、前記利用者の足を載置固定する足載置部とを備えた下肢装着ユニットを有し、
   前記載荷重計測部は、前記下肢装着ユニットの前記足載置部上面に設けられていることを特徴とする、
   請求項４又は６に記載の動作支援装置。
8. 前記吊り下げ部は、前記装着者の上方に垂下して設けられた滑車で構成され、前記垂下部材は、前記パワーアシストスーツと連結していない側の一端に重錘が設けられて前記滑車に巻き回されたワイヤで構成されていることを特徴とする、
   請求項１に記載の動作支援装置。

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