JP6326655B2 - Power assist robot - Google Patents

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元伸 佐藤
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Description

本発明は、装着者が行う力作業を支援するパワーアシストロボット装置に関する。   The present invention relates to a power assist robot apparatus that supports force work performed by a wearer.

日本の農業において、少子高齢化が進んでいる。すなわち、全国の農業従事者の数が減少しつつある中で、60歳以上の農業従事者が220万人まで増加している。また、食料自給率向上が叫ばれており、農作業支援の必要性が高まっている。このような状況の中で、従来の米国型の大型の農業機械化ではなく、狭い日本の農地に適し、さらに山間部農業の活性化や地域再生化に役立つ農作業支援機器として、パワーアシストスーツなどのパワーアシストロボット装置が利用される。   In Japan's agriculture, the declining birthrate and aging are progressing. In other words, as the number of agricultural workers nationwide is decreasing, the number of agricultural workers over the age of 60 has increased to 2.2 million. In addition, the need for agricultural work support is increasing as the food self-sufficiency rate is screamed. Under such circumstances, power assist suits, etc. are suitable as agricultural work support equipment that is suitable for narrow Japanese farmland, and also useful for revitalizing mountainous agriculture and regional regeneration, rather than the conventional US-style large-scale agricultural mechanization. A power assist robot device is used.

パワーアシストスーツには、軽作業用パワーアシストスーツと重作業用パワーアシストスーツとがある。軽作業用パワーアシストスーツは、軽作業支援として、果物、たとえば桃、柿、みかん、ぶどうおよびキュウイなどの受粉、摘花、摘果、袋掛けおよび収穫などの上向き作業、および、いちごなどの収穫時の中腰作業など、10kg程度以下の軽量物の持ち上げ、持ち下ろしおよび運搬などの作業支援、さらに、平地や傾斜地および階段での歩行や走行支援に用いられる。   There are power assist suits for light work and power assist suits for heavy work. Power assist suits for light work are used for light work support such as pollination of fruits such as peaches, persimmons, tangerines, grapes and cucumbers, upward work such as flowering, fruit picking, bagging and harvesting, and harvesting of strawberries and the like. It is used for work support such as lifting, lifting and transporting lightweight objects of about 10 kg or less, such as middle waist work, and walking and running support on flat ground, sloping ground and stairs.

重作業用パワーアシストスーツは、重作業支援として、大根やキャベツなど大型野菜の中腰姿勢での収穫作業、ならびに、米袋・収穫物コンテナなど30kg程度の重量物の持ち上げ、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。   Power assist suits for heavy work are used for heavy work support, such as harvesting in the middle posture of large vegetables such as radishes and cabbages, and lifting, loading, unloading and transporting heavy items of about 30 kg such as rice bags and harvest containers. Used for support.

また、パワーアシストスーツは、農業用以外に工場用として、重量物の運搬作業や長時間継続する一定姿勢での作業などに使用される。さらに、パワーアシストスーツは、介護用として、ベッドから車椅子への人の移乗作業などに使用され、また、リハビリ用として、歩行リハビリ支援用などにも使用することができる。   The power assist suit is used not only for agriculture but also for factories for carrying heavy objects or working in a constant posture for a long time. Further, the power assist suit can be used for nursing care such as transferring a person from a bed to a wheelchair, and can also be used for walking rehabilitation support for rehabilitation.

パワーアシストスーツを駆動する駆動方式には、パッシブ方式およびアクティブ方式がある。パッシブ方式には、バネ式およびゴム式などの方式がある。アクティブ方式には、電動モータ方式、空気圧駆動方式および油圧駆動方式などの方式がある。空気圧駆動方式には、空気圧ゴム人工筋肉、空気圧シリンダ、および空気圧ロータリアクチュエータを用いる方式(たとえば特許文献1,2参照)がある。   There are a passive method and an active method for driving the power assist suit. The passive system includes a spring system and a rubber system. The active method includes an electric motor method, a pneumatic drive method, a hydraulic drive method, and the like. As a pneumatic drive system, there is a system using a pneumatic rubber artificial muscle, a pneumatic cylinder, and a pneumatic rotary actuator (see, for example, Patent Documents 1 and 2).

また、パワーアシストスーツを制御するアシスト制御方式には、音声入力やスイッチ入力による動作パターン再生方式、表面筋電位信号より筋肉が出そうとするトルクを推定する方式(たとえば特許文献3参照)、表面筋電位信号をトリガ信号として動作パターンを再生する動作パターン再生方式(たとえば特許文献4参照)、パワーアシストスーツを取りつけている装着者の手首部や足首部に作用する力を、センサを用いて計測してフィードバック制御することによって、装着者の動きにパワーアシストスーツを追従させるマスタスレーブ制御方式(たとえば特許文献2,5,6参照)などがある。   The assist control method for controlling the power assist suit includes an operation pattern reproduction method by voice input or switch input, a method for estimating a torque to be generated by a muscle from a surface myoelectric potential signal (see, for example, Patent Document 3), surface An operation pattern reproduction method for reproducing an operation pattern using a myoelectric potential signal as a trigger signal (see, for example, Patent Document 4), and a force acting on a wrist portion and an ankle portion of a wearer wearing a power assist suit is measured using a sensor. Thus, there is a master-slave control method (see, for example, Patent Documents 2, 5, and 6) that causes the power assist suit to follow the movement of the wearer by performing feedback control.

特許第3771056号公報Japanese Patent No. 3771056 特開2007−97636号公報JP 2007-97636 A 特許第4200492号公報Japanese Patent No. 4200202 特許第4178185号公報Japanese Patent No. 4178185 特開2007−130234号公報JP 2007-130234 A 特開2006−75456号公報JP 2006-75456 A

バネ式やゴム式のパッシブ方式は、一方向にしかパワーアシストすることができない。高減速比の減速機付き電動モータ方式は、安全性に問題がある。空気圧方式は、空気圧縮用コンプレッサを搭載すると重くなる。油圧方式でも同様に重くなる。動作パターン再生方式は、再生することができるパターンに限界があり、動作の切り換わり時に不連続になる恐れがある。表面筋電位からトルクを推定する方式は、事前の学習時間を必要とする。マスタスレーブ制御は、装着者が動いてからフィードバックがかかるので遅れが生じ、どうしても、装着者がパワーアシストロボット装置を引っ張っているという感覚を覚えてしまう。   The spring-type or rubber-type passive method can power assist only in one direction. The electric motor system with a reduction gear having a high reduction ratio has a safety problem. The pneumatic system becomes heavier when an air compression compressor is installed. The hydraulic system is also heavy. In the operation pattern reproduction method, there is a limit to a pattern that can be reproduced, and there is a risk of discontinuity when the operation is switched. The method for estimating the torque from the surface myoelectric potential requires a prior learning time. The master-slave control causes a delay because feedback is applied after the wearer moves, and the wearer inevitably feels that the wearer is pulling the power assist robot apparatus.

また、上述した従来技術は、重量物を持ち上げて運搬する作業などにおいて、腰痛を防ぐための腰椎のパワーアシストと、歩行のための股関節のパワーアシストとを、同時に実現することができていない。腰補助用のパワーアシストとして、空気圧式人工筋肉を用いて、所定の動作、たとえば腰曲げを補助するものもあるが、腰曲げの動作を再現して補助するだけで、上体の回転や左右方向への動きが拘束され、また、歩行動作と連動して補助することはできない。また、駆動源は、腰椎のパワーアシスト用と、股関節のパワーアシスト用とをそれぞれ設ける必要がある。   Further, the above-described conventional technology cannot simultaneously realize power assist for the lumbar spine for preventing back pain and power assist for the hip joint for walking in the work of lifting and transporting heavy objects. Some power assists for assisting hips use pneumatic artificial muscles to assist with certain actions, such as hip bending. Movement in the direction is constrained and cannot be supported in conjunction with walking motion. Further, it is necessary to provide drive sources for power assist for the lumbar spine and for power assist for the hip joint.

また、このようなパワーアシストロボット装置は、駆動源の駆動力を装着者の身体に作用させることでパワーアシストを実現するものであるが、駆動源から装着者の身体への駆動力の伝達を確実にしつつ、駆動力の伝達の際に、装着者の身体へできるだけ負担を与えないようにする必要がある。   In addition, such a power assist robot device realizes power assist by applying the driving force of the driving source to the wearer's body, but transmits the driving force from the driving source to the wearer's body. It is necessary to ensure that the load on the wearer's body is as small as possible when transmitting the driving force.

本発明の目的は、少ない駆動源で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができ、装着者の身体への負担を低減することができるパワーアシストロボット装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide a power assist robot apparatus that can assist a lifting operation and a walking operation of a heavy object with a small number of driving sources, and can reduce a burden on a wearer's body.

本発明は、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つの回転駆動部と、
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含み、
前記上体フレームは、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
前記腰部フレームに、前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結される上体アシストアームとを含み、
前記上体アシストアームは、
装着者の胸部に装着され、前記2つの回転駆動部の駆動力を該装着者の胸部に伝達する、可撓性を有する胸当て片と、
腰部背面を通る直線部分を有し、装着者の胸部の一側方から装着者の胸部の他側方まで延設されるU字状のサイドフレームと、
前記サイドフレームの端部に取り付けられる、ベルト通し穴が形成された一対のベルトホルダと、
前記サイドフレームの前記端部と前記胸当て片とを連結する一対の第1ベルトと、
前記一対の第1ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構とを含み、
前記一対の第1ベルトは、一方の第1ベルトが、一方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の一方側の2つの隅部に固定され、他方の第1ベルトが、他方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の他方側の2つの隅部に固定されることを特徴とするパワーアシストロボット装置である。
The present invention is arranged near both sides of the wearer's waist or hip joint in the left-right direction, and assists the movement of the upper body and thigh in a direction following the movement of the upper body and thigh of the wearer. Two rotational drive units that generate drive torque;
An upper body frame that is attached to the chest and waist of the wearer and to which either one of the rotation shaft and the fixed end side of the two rotation driving units is fixed;
Two thigh frames, one end of which is fixed to one of the rotation shaft and the fixed end of the rotation drive unit, and the other end is attached to the side of the thigh;
The upper body frame is
A waist frame that holds the two rotational drive parts at both ends, extends between the two rotational drive parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer;
An upper body assist arm that is rotatably connected to the waist frame around a longitudinal axis and a vertical axis;
The upper body assist arm is
A flexible breast pad that is mounted on the chest of the wearer and transmits the driving force of the two rotational drive units to the chest of the wearer;
A U-shaped side frame having a straight portion passing through the back of the waist and extending from one side of the chest of the wearer to the other side of the chest of the wearer;
A pair of belt holders formed with belt through holes, attached to the end portions of the side frames;
A pair of first belts connecting the end of the side frame and the breast pad;
An expansion / contraction adjustment mechanism for adjusting a belt length provided on the pair of first belts,
The pair of first belts includes one of the first belts inserted into the belt through hole of one of the belt holders, and one end and the other end of the pair of first belts. Two corners on the other side in the lateral direction of the breast pad in a state where the other first belt is fixed to the corner and the other first belt is inserted through the belt through hole of the other belt holder. It is a power assist robot apparatus characterized by being fixed to .

また本発明は、前記上体アシストアームは、
前記胸当て片の上側に配置される2つの隅部から、装着者の肩を通して背中へ向かい、前記胸当て片を前記サイドフレームの直線部分に連結する一対の第2ベルトと、
前記胸当て片の下側に配置される2つの隅部を腰部フレームの端部に連結する一対の第3ベルトと、
前記第2ベルトおよび前記第3ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構とを含んでいることを特徴とする
また本発明は、前記胸当て片は、左右に分離可能に構成されていることを特徴とする。
また本発明は、前記胸当て片は、皮革材料によって形成されていることを特徴とする。
In the present invention, the upper body assist arm is
A pair of second belts connecting the breast pad to the straight part of the side frame from two corners arranged on the upper side of the breast pad toward the back through the shoulder of the wearer;
A pair of third belts connecting two corners disposed on the lower side of the breast pad to the end of the waist frame;
The present invention further includes an expansion / contraction adjustment mechanism for adjusting a belt length, which is provided on the second belt and the third belt , wherein the breast pad piece is configured to be separable left and right. It is characterized by.
In the invention, it is preferable that the breast pad is made of a leather material.

また本発明は、前記胸当て片は、略矩形状に形成され、その上端部および下端部の少なくとも一方は、略円弧状に切欠かれていることを特徴とする。   According to the present invention, the breast pad is formed in a substantially rectangular shape, and at least one of the upper end portion and the lower end portion thereof is cut out in a substantially arc shape.

本発明によれば、2つの回転駆動部は、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される。2つの大腿部フレームは、一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。そして、上体フレームは、装着者の胸部に装着され、2つの回転駆動部の駆動力を該装着者の胸部に伝達する胸当て片を含み、胸当て片は、可撓性を有している。したがって、パワーアシストロボット装置は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つの回転駆動部で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができるとともに、上体の動きを補助するための補助力を胸部に面で作用させることで、装着者との親和性を向上させることができる。
上体フレームは、2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、前記腰部フレームに、前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結される上体アシストアームとを含む。上体アシストアームは、装着者の胸部に装着され、前記2つの回転駆動部の駆動力を該装着者の胸部に伝達する、可撓性を有する胸当て片と、腰部背面を通る直線部分を有し、装着者の胸部の一側方から腰部背面を通って胸部の他側方まで延設されるU字状のサイドフレームと、サイドフレームの各端部と胸当て片とをそれぞれ連結する一対の第1ベルトとを含む。したがって、第1ベルトが腋の下を通るように、サイドフレームの各端部と胸当て片とを連結することで、装着者の腕が、サイドフレームに干渉することなく、スムーズに動かすことができるようになる。
上体アシストアームは、さらに、前記端部に取り付けられ、前記一対の第1ベルトが挿通されるベルト通し穴が形成されたベルトホルダと、前記一対の第1ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構とを含み、前記一対の第1ベルトは、一方の第1ベルトが、一方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の一方側の2つの隅部に固定され、他方の第1ベルトが、他方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の他方側の2つの隅部に固定される。したがって、伸縮調整機構を手動操作して、ベルト長を装着者の体格にあわせることができる。
前記上体アシストアームは、前記胸当て片の上側に配置される2つの隅部から、装着者の肩を通して背中へ向かい、前記胸当て片を前記サイドフレームの直線部分に連結する一対の第2ベルトと、前記胸当て片の下側に配置される2つの隅部を腰部フレームの端部に連結する一対の第3ベルトと、前記第2ベルトおよび前記第3ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構と、を含んでいるので、上体の動きを補助するための補助力を胸部に面で作用させることができ、重作業用アシストスーツ100と装着者との親和性を向上させることができる。
According to the present invention, the two rotational drive units are arranged near both sides of the wearer's waist or hip joint in the left-right direction, respectively, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh. A driving torque is generated to assist the movement of the thigh. The upper body frame is mounted on the chest and waist of the wearer, and either the rotation shaft or the fixed end side of the two rotation driving units is fixed. One end of each of the two thigh frames is fixed to the other of the rotation shaft and the fixed end of the rotation drive unit, and the other end is attached to the side of the thigh. The upper body frame is mounted on the chest of the wearer and includes a breast pad piece that transmits the driving force of the two rotational drive units to the chest of the wearer. The breast pad piece is flexible. Therefore, the power assist robot apparatus can assist the lifting operation and the walking operation of heavy objects with a small number of driving sources, that is, the two rotational driving units provided on both sides of the lumbar region, and assist for assisting the movement of the upper body. Affinity with the wearer can be improved by applying force to the chest on the surface.
The upper body frame holds the two rotational drive parts at both ends, extends between the two rotational drive parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer, An upper body assist arm is connected to the waist frame so as to be rotatable about a front-rear axis and a vertical axis. The upper body assist arm is attached to the chest of the wearer, and has a flexible chest pad that transmits the driving force of the two rotational drive units to the chest of the wearer, and a straight portion that passes through the back of the waist. A pair of U-shaped side frames extending from one side of the chest of the wearer through the back of the waist to the other side of the chest, and connecting each end of the side frame and the breast pad piece. A first belt. Therefore, by connecting each end of the side frame and the breast pad so that the first belt passes under the heel, the wearer's arm can move smoothly without interfering with the side frame. Become.
The upper body assist arm is further provided with a belt holder attached to the end portion and formed with a belt through hole through which the pair of first belts are inserted, and the belt length provided to the pair of first belts is adjusted. A pair of first belts, wherein one of the first belts is inserted into a belt through hole of one of the belt holders, and one end and the other end of the pair of first belts One end portion and the other end portion of the chest patch piece are fixed to two corners on one side in the lateral direction of the piece, and the other first belt is inserted into the belt through hole of the other belt holder. It is fixed to the two corners on the other side in the lateral direction. Therefore, the belt length can be adjusted to the wearer's physique by manually operating the expansion / contraction adjustment mechanism.
The upper body assist arm includes a pair of second belts that connect the chest pad piece to a straight portion of the side frame from two corners arranged on the upper side of the breast pad piece toward the back through the shoulder of the wearer. A pair of third belts for connecting two corners arranged on the lower side of the breast pad to the end of the waist frame, and for adjusting the belt length provided on the second belt and the third belt. Therefore, the assisting force for assisting the movement of the upper body can be applied to the chest by the surface, and the affinity between the assist suit 100 for heavy work and the wearer is improved. be able to.

また本発明によれば、胸当て片は、左右に分離可能に構成されているので、パワーアシストロボット装置を容易に装着することができる。   Further, according to the present invention, since the breast pad is configured to be separable to the left and right, the power assist robot apparatus can be easily attached.

また本発明によれば、胸当て片は、皮革材料によって形成されているので、装置全体の重量を軽量化することができ、装着時の身体への負担を軽減することができる。   According to the present invention, since the breast pad is made of a leather material, the weight of the entire apparatus can be reduced, and the burden on the body when worn can be reduced.

また本発明によれば、胸当て片は、略矩形状に形成され、その上端部および下端部の少なくとも一方は、略円弧状に切欠かれているので、装着者が上体を曲げた姿勢を取ったときに、首元と胸部ガイドとが、あるいは、みぞおちと胸部ガイドとが干渉してしまうことを防止することができる。   Further, according to the present invention, the breast pad is formed in a substantially rectangular shape, and at least one of the upper end portion and the lower end portion thereof is cut out in a substantially arc shape, so that the wearer takes a posture in which the upper body is bent. In this case, it is possible to prevent the neck and the chest guide from interfering with each other or the groove and the chest guide.

また本発明によれば、2つの回転駆動部は、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される。2つの大腿部フレームは、一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。そして、大腿部フレームは、装着者大腿部に装着され、2つの回転駆動部の駆動力を該装着者の大腿部に伝達する腿当て片を含み、腿当て片は、可撓性を有している。したがって、パワーアシストロボット装置は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つの回転駆動部で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができるとともに、大腿部の動きを補助するための補助力を大腿部に面で作用させることで、装着者との親和性を向上させることができる。   Further, according to the present invention, the two rotational drive units are arranged in the vicinity of the left and right sides of the wearer's waist or hip joint, respectively, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh. A driving torque for assisting the movement of the thigh is generated. The upper body frame is mounted on the chest and waist of the wearer, and either the rotation shaft or the fixed end side of the two rotation driving units is fixed. One end of each of the two thigh frames is fixed to the other of the rotation shaft and the fixed end of the rotation drive unit, and the other end is attached to the side of the thigh. The thigh frame includes a thigh pad that is mounted on the wearer's thigh and transmits the driving force of the two rotational driving units to the thigh of the wearer. have. Therefore, the power assist robot apparatus can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy object with a small number of driving sources, that is, the two rotational driving units provided on both sides of the waist, and also assist the movement of the thigh. Affinity with the wearer can be improved by applying the assisting force to the thigh on the surface.

また本発明によれば、腿当て片は、皮革材料によって形成されているので、装置全体の重量を軽量化することができ、装着時の身体への負担を軽減することができる。   Further, according to the present invention, since the thigh pad is made of a leather material, the weight of the entire device can be reduced, and the burden on the body when worn can be reduced.

本発明の実施形態である重作業用アシストスーツ100の外観を示す正面図である。It is a front view which shows the external appearance of the assist suit 100 for heavy work which is embodiment of this invention. 本発明の実施形態である重作業用アシストスーツ100の外観を示す側面図である。It is a side view which shows the external appearance of the assist suit 100 for heavy work which is embodiment of this invention. パワーアシスト用電動モータ1が取り付けられたメインフレームの断面図である。It is sectional drawing of the main frame to which the electric motor 1 for power assistance was attached. 重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the control apparatus contained in the assist suit 100 for heavy work. 回転トルクTの算出を説明するための図である。It is a figure for demonstrating calculation of the rotational torque T. FIG. 重作業用アシストスーツ100で実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。5 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 100. パラメータ書換えシーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a parameter rewriting sequence process. 姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an attitude | position information input sequence process. 股関節制御シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a hip joint control sequence process. 歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk judgment process. 歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a walk control process. 遊脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the calculation process of the assist torque by the free leg side. 保持脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a calculation process of the assist torque by the side of a holding leg. 上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an upper body determination process. 上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of an upper body control process. 中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a middle waist determination process. 中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of a middle waist control process.

図1は、本発明の実施形態である重作業用アシストスーツ100の外観を示す正面図であり、図2は、重作業用アシストスーツ100の外観を示す側面図である。図1および図2では、装着者によって装着された状態を図示している。図3は、パワーアシスト用電動モータ1が取り付けられたメインフレームの断面図であり、図2における切断面線A−Aから見た断面を示している。なお、図1では、ベルト18を省略して図示している。   FIG. 1 is a front view showing the appearance of an assist suit for heavy work 100 according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a side view showing the appearance of the assist suit for heavy work 100. FIG. 1 and FIG. 2 show a state where the wearer is wearing the wearer. FIG. 3 is a cross-sectional view of the main frame to which the electric motor 1 for power assist is attached, and shows a cross section seen from the cutting plane line AA in FIG. In FIG. 1, the belt 18 is omitted.

パワーアシストロボット装置である重作業用アシストスーツ100は、重作業用のアシストスーツである。重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1と、腰フレーム4と、背面フレーム5と、フレーム2,3,7〜10,20〜22と、受動回転軸6,11〜13,24,35と、受け部14と、ベルト15,18,26〜28,32と、ベルトホルダ16,17,25,30と、コネクタ23と、胸部ガイド29と、クッション19と、コントロールボックス33と、ドライバ収容ボックス34と、横倒れ防止スプリング36と、角度調整機構37とを含んで構成される。   An assist suit for heavy work 100, which is a power assist robot device, is an assist suit for heavy work. The heavy duty assist suit 100 includes a power assist electric motor 1, a waist frame 4, a back frame 5, frames 2, 3, 7 to 10, 20 to 22, and passive rotary shafts 6, 11 to 13, 24. , 35, receiving part 14, belts 15, 18, 26-28, 32, belt holders 16, 17, 25, 30, connector 23, chest guide 29, cushion 19, control box 33, The driver housing box 34, a lateral fall prevention spring 36, and an angle adjustment mechanism 37 are included.

なお、図1に示すように、パワーアシスト用電動モータ1、腰フレーム4、フレーム2,3,7〜10、受動回転軸6,11〜13、受け部14、ベルト15,18,26〜28,32、ベルトホルダ16,17,25,30、コネクタ23、横倒れ防止スプリング36、および、ドライバ収容ボックス34は、装着者の左右両側にそれぞれ1つずつ設けられている。   As shown in FIG. 1, the electric motor 1 for power assist, the waist frame 4, the frames 2, 3, 7 to 10, the passive rotary shafts 6, 11 to 13, the receiving portion 14, the belts 15, 18, 26 to 28. , 32, the belt holders 16, 17, 25, 30, the connector 23, the lateral fall prevention spring 36, and the driver accommodation box 34 are provided on each of the left and right sides of the wearer.

回転駆動部であるパワーアシスト用電動モータ1は、たとえば電動サーボモータによって構成される。パワーアシスト用電動モータ1は、上体および大腿部のパワーアシスト用、つまり上体および大腿部の動きを補助するための動力源として用いられる電動モータである。換言すると、パワーアシスト用電動モータ1は、股関節付近を支点とする上体および大腿部の回転をアシストするための動力を発生する。   The electric motor 1 for power assist which is a rotational drive part is comprised by the electric servomotor, for example. The electric motor 1 for power assist is an electric motor used as a power source for power assist of the upper body and the thigh, that is, for assisting the movement of the upper body and the thigh. In other words, the power assist electric motor 1 generates power for assisting the rotation of the upper body and the thigh using the vicinity of the hip joint as a fulcrum.

2つのパワーアシスト用電動モータ1は、装着者の左右両側であって、装着者の股関節と同程度の高さ位置に、その回転軸が左右軸線まわりに回転するように、次のようにしてそれぞれ取り付けられている。なお、重作業用アシストスーツ100の各部位と装着者との位置関係は、装着者が重作業用アシストスーツ100を装着したときの装着者に対する位置である。   The two electric motors for power assist 1 are arranged on the left and right sides of the wearer at the same height as the wearer's hip joint so that the rotation shaft rotates around the left and right axis as follows. Each is attached. The positional relationship between each part of the heavy work assist suit 100 and the wearer is a position relative to the wearer when the wearer wears the heavy work assist suit 100.

パワーアシスト用電動モータ1の回転軸は、腰部フレームであるメインフレームに対して連結されている。ここで、メインフレームとは、腰椎周囲の背部である腰部における左右方向の中央部分を覆うように設けられる1つの背面フレーム5と、装着者における左右の両側部にそれぞれ設けられるフレーム2、フレーム3、および腰フレーム4とを含んで構成される部分であり、各パワーアシスト用電動モータ1の回転軸は、このメインフレームにおける各フレーム2の下端部に対してそれぞれ固定されている。   The rotating shaft of the power assist electric motor 1 is connected to a main frame which is a waist frame. Here, the main frame refers to one back frame 5 provided so as to cover the central portion in the left-right direction of the lumbar part, which is the back part around the lumbar vertebrae, and the frame 2 and the frame 3 provided respectively on the left and right side parts of the wearer. And the waist frame 4, and the rotation shaft of each power assist electric motor 1 is fixed to the lower end of each frame 2 in the main frame.

メインフレームは左右対称に構成されるため、以下では、一方側についてのみ説明することとする。フレーム2は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その下端部には、前記のようにパワーアシスト用電動モータ1の回転軸が固定され、その上端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸6を介して、フレーム3の下端部が連結されている。すなわち、フレーム2の上端部とフレーム3の下端部とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   Since the main frame is configured symmetrically, only one side will be described below. The frame 2 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The rotating shaft of the power assist electric motor 1 is fixed to the lower end of the frame 2 as described above. The lower end portion of the frame 3 is connected via a passive rotation shaft 6 to correspond to the degree of freedom of rotation around the front and rear axis of the lower limb in the hip joint. That is, the upper end portion of the frame 2 and the lower end portion of the frame 3 are coupled so as to be rotatable around the front-rear axis.

フレーム3は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その下端部には、前記のようにフレーム2が連結され、その上端部には、腰フレーム4の一端部が締結固定されている。   The frame 3 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 2 is connected to the lower end of the frame 3 as described above, and one end of the waist frame 4 is connected to the upper end. Fastened and fixed.

腰フレーム4は、フレーム3が固定される前記一端部から該一端部とは反対側の他端部にわたって湾曲しながら延び、大略的にL字状に形成されている。腰フレーム4は、フレーム3の延在方向に対して直角に延びるように、その一端部が、装着者の第3〜第5腰椎付近の高さ位置でフレーム3に連結され、腰フレーム4の他端部は、背面フレーム5の下端部に対して固定されている。   The waist frame 4 extends while curving from the one end to which the frame 3 is fixed to the other end opposite to the one end, and is generally L-shaped. One end of the waist frame 4 is connected to the frame 3 at a height position near the third to fifth lumbar vertebrae of the wearer so as to extend at right angles to the extending direction of the frame 3. The other end is fixed to the lower end of the back frame 5.

腰フレーム4の他端部には、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられ、同様に、背面フレーム5の下端部にも、左右方向に沿って複数の調整穴が設けられており、これらの調整穴を介して、腰フレーム4の他端部と背面フレーム5の下端部とが連結されるように構成されている。すなわち、メインフレームは、腰フレーム4および背面フレーム5それぞれに設けられた複数の調整穴による調整機構によって、左右方向の幅が調整可能であり、これにより、メインフレームの左右方向の幅を装着者の体型に合わせることができるようになっている。腰フレーム4および背面フレーム5に設けられた調整穴による調整機構は、腰部調整機構である。   A plurality of adjustment holes are provided in the other end portion of the waist frame 4 along the longitudinal direction, and similarly, a plurality of adjustment holes are provided in the lower end portion of the back frame 5 along the left-right direction. The other end of the waist frame 4 and the lower end of the back frame 5 are connected to each other through these adjustment holes. That is, the width of the main frame in the left-right direction can be adjusted by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes provided in each of the waist frame 4 and the back frame 5, whereby the width of the main frame in the left-right direction can be adjusted. It can be adapted to the body shape. The adjustment mechanism using the adjustment holes provided in the waist frame 4 and the back frame 5 is a waist adjustment mechanism.

また、背面フレーム5の上端部には、その左右の両側に、ベルトホルダ16がそれぞれ取付けられており、また、各腰フレーム4の前記一端部にも、ベルトホルダ17がそれぞれ取付けられている。すなわち、図1に示すように、ベルトホルダ16は、ベルトホルダ17よりも上方の位置に設けられている。   Further, belt holders 16 are respectively attached to the left and right sides of the upper end portion of the back frame 5, and belt holders 17 are also attached to the one end portions of the waist frames 4. That is, as shown in FIG. 1, the belt holder 16 is provided at a position above the belt holder 17.

そして、左側のベルトホルダ16と右側のベルトホルダ17とにわたって一方のベルト18が取付けられ、右側のベルトホルダ16と左側のベルトホルダ17とにわたって他方のベルト18が取付けられている。すなわち、2本のベルト18は、装着者の腹部でクロスするように、襷掛け状に設けられている。このように、2本のベルト18を、装着者の腹部に巻き付けて締め付けることによって、メインフレームが、装着者の腰部に装着される。また、各腰フレーム4の前記一端部には、その上方側に配置されるように、ベルトホルダ30がそれぞれ取り付けられている。ベルトホルダ30については、後述する。   One belt 18 is attached to the left belt holder 16 and the right belt holder 17, and the other belt 18 is attached to the right belt holder 16 and the left belt holder 17. That is, the two belts 18 are provided in a hook shape so as to cross at the wearer's abdomen. In this manner, the main frame is mounted on the waist of the wearer by winding and tightening the two belts 18 around the wearer's abdomen. Further, a belt holder 30 is attached to the one end portion of each waist frame 4 so as to be disposed on the upper side thereof. The belt holder 30 will be described later.

なお、図2に示すように、背面フレーム5における装着者に臨む側の面には、クッション19が取付けられており、装着状態において、背面フレーム5が装着者の腰部に直接接触しないようになっている。メインフレームは、このクッション19を介して、装着者の腰部に密着して取り付けることができるようになっている。また、背面フレーム5において、クッション19が取付けられる側とは反対側の面には、後述する制御ユニット110と電池ユニット160とが収容されるコントロールボックス33が取り付けられている。   As shown in FIG. 2, a cushion 19 is attached to the surface of the back frame 5 facing the wearer, so that the back frame 5 does not directly contact the waist of the wearer in the worn state. ing. The main frame can be attached in close contact with the waist of the wearer via the cushion 19. In addition, a control box 33 in which a control unit 110 and a battery unit 160 (to be described later) are accommodated is attached to the back frame 5 on the surface opposite to the side on which the cushion 19 is attached.

各パワーアシスト用電動モータ1は、上記のように、その回転軸がメインフレームにおける各フレーム2に固定されているのに対し、その回転軸を軸線まわりに回転させるモータ本体が設けられる固定端側には、大腿部フレームである下肢アシストアームがそれぞれ連結されている。ここで、下肢アシストアームは、フレーム7〜10を含んで構成される部分であり、各パワーアシスト用電動モータ1の固定端側は、この下肢アシストアームにおける各フレーム7の上端部に対してそれぞれ固定されている。   As described above, each power assist electric motor 1 has a rotating shaft fixed to each frame 2 in the main frame, whereas a motor main body that rotates the rotating shaft around the axis is provided. Are connected to lower limb assist arms which are thigh frames. Here, the lower limb assist arm is a part including the frames 7 to 10, and the fixed end side of each electric motor 1 for power assist is respectively set with respect to the upper end portion of each frame 7 in the lower limb assist arm. It is fixed.

フレーム7は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにパワーアシスト用電動モータ1の固定端側が締結固定され、その下端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸11を介して、フレーム8の上端部が連結されている。すなわち、フレーム7の下端部とフレーム8の上端部とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   The frame 7 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer, and the fixed end side of the electric motor 1 for power assist is fastened and fixed to the upper end of the frame 7 as described above. The upper end portion of the frame 8 is connected via a passive rotation shaft 11 for corresponding to the degree of freedom of rotation around the longitudinal axis of the lower limb in the hip joint. That is, the lower end portion of the frame 7 and the upper end portion of the frame 8 are coupled so as to be rotatable about the front-rear axis.

フレーム8は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにフレーム7が連結され、その下端部には、後述するモータドライバユニット120が収容されたドライバ収容ボックス34が外方に突出するように取り付けられるとともに、フレーム9の上端部が固定される。   The frame 8 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 7 is connected to the upper end of the frame 8 as described above, and a motor driver unit 120 described below is connected to the lower end. The accommodated driver accommodation box 34 is attached so as to protrude outward, and the upper end portion of the frame 9 is fixed.

また、このフレーム8には、装着者の大腿部の付け根辺りに巻き付けるためのベルト32が取り付けられている。このベルト32を、装着者の大腿部の付け根辺りに巻き付けて締め付けることによって、装着者が開脚動作を行った際に、下肢アシストアームが装着者の大腿部から離れてしまうことにより、アシスト効果が減少してしまうことを防止することができる。   The frame 8 is attached with a belt 32 for wrapping around the base of the wearer's thigh. By wrapping and tightening the belt 32 around the base of the thigh of the wearer, when the wearer performs the leg opening operation, the lower limb assist arm is separated from the thigh of the wearer, It is possible to prevent the assist effect from decreasing.

フレーム9は、装着者の側部に沿って上下方向に延びるように設けられ、その上端部には、前記のようにフレーム8が固定され、その下端部には、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸12を介して、フレーム10が固定されている。すなわち、フレーム9の下端部とフレーム10とは、前後軸線まわりに回転自在に連結されている。   The frame 9 is provided so as to extend in the vertical direction along the side of the wearer. The frame 8 is fixed to the upper end of the frame 9 as described above, and the lower end of the frame 9 is around the longitudinal axis of the lower limb in the hip joint. The frame 10 is fixed via a passive rotating shaft 12 for corresponding to the degree of freedom of rotation. In other words, the lower end portion of the frame 9 and the frame 10 are coupled so as to be rotatable around the longitudinal axis.

このフレーム10には、装着者の大腿部を前方から部分的に覆う半円筒状の受け面を有する受け部14が、左右軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸13を介して取り付けられている。大腿部連結部である受動回転軸13によって、腿当て片である受け部14が左右軸線まわりに回転動作することによって、装着者の大腿部の動作に対応して、適切な受け部14の角度を与えることができる。また、受け部14には、その両端部間にわたって、ベルト15が取り付けられており、このベルト15を大腿部の背部に巻き付けて締め付けることによって、受け部14を装着者の大腿部に固定するようになっている。   The frame 10 has a receiving portion 14 having a semi-cylindrical receiving surface that partially covers the thigh of the wearer from the front, and a passive rotating shaft 13 for corresponding to the degree of freedom of rotation around the left and right axis. Is attached through. An appropriate receiving portion 14 corresponding to the movement of the wearer's thigh by rotating the receiving portion 14, which is a thigh pad, about the left and right axis by the passive rotating shaft 13 that is the thigh connecting portion. The angle of can be given. In addition, a belt 15 is attached to both ends of the receiving part 14, and the receiving part 14 is fixed to the thigh of the wearer by winding the belt 15 around the back of the thigh and tightening. It is supposed to be.

この受け部14は、可撓性を有するように構成されている。ここで、可撓性とは、物体が柔軟であり、折り曲げることが可能である性質のことであり、伸縮性能を殆ど有していないものとする。本実施形態では、このような受け部14として、天然皮革および人工皮革を含む皮革材料によって形成されたものが用いられている。   The receiving portion 14 is configured to have flexibility. Here, the flexibility means that the object is soft and can be bent, and has almost no expansion / contraction performance. In the present embodiment, such a receiving portion 14 is formed of a leather material including natural leather and artificial leather.

このように、受け部14を、可撓性を有するように構成することで、装着時における受け部14の、装着者の大腿部への密着性を高めることができ、これにより、装着感が良くなり、また、大腿部の動きを補助するための補助力を大腿部に面で作用させることができるので、重作業用アシストスーツ100と装着者との親和性を向上させることができる。また、受け部14を皮革材料で構成することにより、装置全体の重量を軽量化することができ、故に、装着時の身体への負担を軽減することができる。   In this way, by configuring the receiving portion 14 to have flexibility, the adhesion of the receiving portion 14 to the wearer's thigh at the time of wearing can be improved, and thereby the feeling of wearing can be improved. In addition, since the assisting force for assisting the movement of the thigh can be applied to the thigh with the surface, the affinity between the heavy-duty assist suit 100 and the wearer can be improved. it can. Moreover, the weight of the whole apparatus can be reduced by comprising the receiving part 14 with a leather material, Therefore The burden on the body at the time of mounting | wearing can be reduced.

また、本実施形態では、受け部14における下端部に、円弧状に切り欠かれた切欠部14aが設けられている。このような切欠部14aを設けることによって、装着者が膝を曲げたときに、膝と受け部14とが干渉してしまうことを防止することができる。したがって、装着者は、違和感や不快感を感じることなく、膝を曲げ伸ばしすることができる。また、そのような干渉による密着性の低下を防止することができる。このような切欠部14aは、たとえば半径70mm程度の円弧で、受け部14における下端部を切欠くことによって形成される。   Moreover, in this embodiment, the notch part 14a notched circularly is provided in the lower end part in the receiving part 14. As shown in FIG. By providing such a notch portion 14a, it is possible to prevent the knee and the receiving portion 14 from interfering when the wearer bends the knee. Therefore, the wearer can bend and stretch the knee without feeling uncomfortable or uncomfortable. In addition, a decrease in adhesion due to such interference can be prevented. Such a notch part 14a is formed by, for example, an arc having a radius of about 70 mm and notching the lower end part of the receiving part 14.

ここで、フレーム8の下端部には、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられ、同様に、フレーム9の上端部にも、その長手方向に沿って複数の調整穴が設けられており、これらの調整穴を介して、フレーム8とフレーム9とが連結されるように構成されている。すなわち、下肢アシストアームは、フレーム8およびフレーム9それぞれに設けられた複数の調整穴による調整機構によって、上下方向の寸法が調整可能であり、これにより、受け部14が大腿部の適当な位置に配置されるように、下肢アシストアームの全長を装着者の体型に合わせることができるようになっている。フレーム8およびフレーム9に設けられた調整穴による調整機構は、大腿部調整機構である。   Here, a plurality of adjustment holes are provided in the lower end portion of the frame 8 along the longitudinal direction. Similarly, a plurality of adjustment holes are provided in the upper end portion of the frame 9 along the longitudinal direction. The frame 8 and the frame 9 are connected to each other through these adjustment holes. That is, the lower limb assist arm can be adjusted in the vertical dimension by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes provided in each of the frame 8 and the frame 9, so that the receiving portion 14 is positioned at an appropriate position of the thigh. The overall length of the lower limb assist arm can be matched to the wearer's body shape. The adjustment mechanism using adjustment holes provided in the frame 8 and the frame 9 is a thigh adjustment mechanism.

上記のように、本実施形態では、パワーアシスト用電動モータ1の上下の位置に、股関節における下肢の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸6,11を設けているので、下肢アシストアームを装着者の体型に確実に沿わせることができ、また、装着者が開脚したときやしゃがみ込んだときにも、下肢アシストアームを装着者の体型に沿わせることができる。   As described above, in the present embodiment, the passive rotation shafts 6 and 11 are provided at the upper and lower positions of the power assist electric motor 1 to correspond to the degree of freedom of rotation around the front and rear axis of the lower limbs at the hip joint. The lower limb assist arm can be made to conform to the body shape of the wearer, and the lower limb assist arm can be made to conform to the body shape of the wearer even when the wearer opens the leg or crouches.

また、本実施形態では、複数の調整穴による調整機構によって、下肢アシストアームの全長を装着者の体型に合わせるような構造を採用しており、これによって、装置全体の重量を軽量化し、装着時の身体への負担を軽減することができる。   Further, in this embodiment, a structure is adopted in which the entire length of the lower limb assist arm is matched to the wearer's body shape by an adjustment mechanism using a plurality of adjustment holes, thereby reducing the weight of the entire device and at the time of wearing. The burden on the body can be reduced.

また、本実施形態では、モータドライバユニット120を、コントロールボックス33ではなく、ドライバ収容ボックス34に収容して下肢アシストアームに設けるように構成しているので、メインフレームに取り付けられるコントロールボックス33のサイズを小さくすることができ、コントロールボックス33のメインフレームから背面側への突出量を低減することができる。これにより、重作業用アシストスーツ100を装着したまま椅子などに腰をかける場合に、コントロールボックス33が外部の物体と接触しにくくすることができ、装着者は、コントロールボックス33の存在を気にすることなく腰をかけることができる。また、外部の物体との接触によるコントロールボックス33の損傷を防止することができる。   In the present embodiment, the motor driver unit 120 is housed in the driver housing box 34 instead of the control box 33 and is provided on the lower limb assist arm. Therefore, the size of the control box 33 attached to the main frame is configured. The amount of protrusion of the control box 33 from the main frame to the back side can be reduced. This makes it difficult for the control box 33 to come into contact with an external object when sitting on a chair or the like while wearing the heavy-duty assist suit 100, and the wearer cares about the presence of the control box 33. You can sit down without having to. Further, it is possible to prevent the control box 33 from being damaged due to contact with an external object.

メインフレームにおける背面フレーム5の上端部には、上体の上下軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸35を介して、上下連結ユニットが連結されている。ここで、上下連結ユニットは、フレーム20と、フレーム21とを含んで構成される部分であり、背面フレーム5の上端部は、受動回転軸35を介して、この上下連結ユニットにおけるフレーム20に連結されている。   An upper and lower connection unit is connected to an upper end portion of the back frame 5 in the main frame via a passive rotation shaft 35 for corresponding to a degree of freedom of rotation about the upper and lower axis lines of the upper body. Here, the vertical connection unit is a part including the frame 20 and the frame 21, and the upper end portion of the back frame 5 is connected to the frame 20 in the vertical connection unit via the passive rotation shaft 35. Has been.

フレーム21は、上体の前後軸線まわりの回転の自由度に対応するための受動回転軸24を介して、フレーム20に連結されている。受動回転軸24および受動回転軸35は、上体連結部である。このような受動回転軸24,35を設けることによって、重作業用アシストスーツ100の装着者の上体の旋回運動と上体を左右方向に傾ける回転運動とが妨げられることを防止することができる。   The frame 21 is connected to the frame 20 via a passive rotation shaft 24 for corresponding to the degree of freedom of rotation about the front-rear axis of the upper body. The passive rotating shaft 24 and the passive rotating shaft 35 are upper body connecting portions. By providing such passive rotating shafts 24 and 35, it is possible to prevent the turning motion of the upper body of the wearer of the heavy duty assist suit 100 and the rotational motion of tilting the upper body from side to side being obstructed. .

また、フレーム20とフレーム21とは、一対の横倒れ防止スプリング36によって連結されている。この一対の横倒れ防止スプリング36は、受動回転軸24を介してフレーム20に連結されている部分、具体的には、フレーム21およびそれに連結される後述する上体アシストアームによって構成される部分が、受動回転軸24の軸線まわりに容易に回転してしまうことを防止する機能を有している。本実施形態では、このような一対の横倒れ防止スプリング36を設けることによって、装着者が単独で重作業用アシストスーツ100を装着する場合であっても、容易に装着できるようにしている。なお、この一対の横倒れ防止スプリング36は、重作業用アシストスーツ100の装着者によって行われる上体を左右方向に傾ける回転運動を妨げることがないように設計されている。   Further, the frame 20 and the frame 21 are connected by a pair of lateral fall prevention springs 36. The pair of side-falling prevention springs 36 includes a portion connected to the frame 20 via the passive rotating shaft 24, specifically, a portion constituted by the frame 21 and a body assist arm to be described later connected to the frame 21. In addition, it has a function of preventing it from easily rotating around the axis of the passive rotary shaft 24. In the present embodiment, by providing such a pair of side-fall prevention springs 36, even when the wearer wears the heavy work assist suit 100 alone, it can be easily worn. The pair of side-falling prevention springs 36 are designed so as not to hinder the rotational movement of the upper body tilted in the left-right direction performed by the wearer of the heavy-duty assist suit 100.

上下連結ユニットにおけるフレーム21には、上体アシストアームが連結されている。上体アシストアームは、フレーム22と、コネクタ23と、ベルトホルダ25と、ベルト26〜28と、胸部ガイド29とを含んで構成される部分であり、上下連結ユニットにおけるフレーム21には、上体アシストアームにおけるフレーム22が連結されている。   An upper body assist arm is connected to the frame 21 in the vertical connection unit. The upper body assist arm is a portion including a frame 22, a connector 23, a belt holder 25, belts 26 to 28, and a chest guide 29. The frame 22 in the assist arm is connected.

フレーム22は、円柱状の金属材を略U字状と成るように曲げ加工して形成される部材であり、直線状に延びる第1直線部分と、第1直線部分における各端部に連なり、円弧状に湾曲しながら延びる一対の湾曲部分と、各湾曲部分において、第1直線部分に連なる側とは反対側の端部にそれぞれ連なり、互いに平行に、直線状に延びる一対の第2直線部分とを有し、第1直線部分の長手方向の中心を含み、その軸線に垂直な仮想平面に関して、面対称に形成されている。また、各湾曲部分は、第1直線部分の軸線と、第2直線部分の軸線とが略垂直に交わるように延設されている。   The frame 22 is a member formed by bending a cylindrical metal material so as to be substantially U-shaped, and is connected to a first straight portion extending linearly and each end of the first straight portion, A pair of curved portions extending while curving in an arc shape, and a pair of second linear portions extending in a straight line in parallel with each other at each of the curved portions, the ends being opposite to the side continuous with the first linear portion. And is symmetrical with respect to a virtual plane that includes the longitudinal center of the first straight portion and is perpendicular to the axis. Each curved portion extends so that the axis of the first straight line portion and the axis of the second straight line portion intersect substantially perpendicularly.

上下連結ユニットにおけるフレーム21には、フレーム22における第1直線部分の中心部が連結される。そして、この連結部には、第1直線部分をフレーム21に対して締結固定するためのクランプ機構を有する角度調整機構37が設けられている。なお、このクランプ機構は、手動操作可能に構成されている。   The center portion of the first straight line portion of the frame 22 is connected to the frame 21 in the vertical connection unit. The connecting portion is provided with an angle adjusting mechanism 37 having a clamp mechanism for fastening and fixing the first straight portion to the frame 21. The clamp mechanism is configured to be manually operable.

これにより、重作業用アシストスーツ100を装着しようとする者は、この角度調整機構37を手動操作することによって、第1直線部分の軸線を回転中心として、装着時における上体アシストアームの上下方向に対する傾斜角度γ(図2参照)を、自身の体型に合わせて調整して固定できるようになっている。   Thus, a person who intends to wear the heavy-duty assist suit 100 manually operates the angle adjusting mechanism 37 to move the upper body assist arm in the vertical direction at the time of wearing with the axis of the first straight line as the rotation center. The inclination angle γ (see FIG. 2) with respect to can be adjusted and fixed in accordance with its own body shape.

フレーム22における一対の第2直線部分は、装着時に、装着者の胸部の側方において、背中側から前方へ延設される部分であり、その長手方向の長さは、図2に示すように、装着状態において、湾曲部分に連なる側とは反対側の各端部が、人体の中心線を含み、前後方向に垂直な仮想平面J上に配置されるように設定される。そして、その各端部には、コネクタ23を介して、ベルトホルダ25がそれぞれ着脱可能に取り付けられる。   The pair of second straight portions in the frame 22 are portions extending forward from the back side on the side of the wearer's chest when worn, and the length in the longitudinal direction is as shown in FIG. In the wearing state, each end on the side opposite to the side connected to the curved portion is set so as to be arranged on a virtual plane J including the center line of the human body and perpendicular to the front-rear direction. And the belt holder 25 is each attached to each edge part via the connector 23 so that attachment or detachment is possible.

胸当て片である胸部ガイド29は、大略的に横長の矩形状に形成され、可撓性を有するように構成されている。ここで、可撓性とは、物体が柔軟であり、折り曲げることが可能である性質のことであり、伸縮性能を殆ど有していないものとする。本実施形態では、このような胸部ガイド29として、天然皮革および人工皮革を含む皮革材料によって形成されたものが用いられている。胸部ガイド29のサイズは、標準的な体型の成人男性および女性の体型に合わせるために、たとえば、縦方向寸法(上下方向寸法)が170mm、横方向寸法(左右方向寸法)が200mmに設定されている。   The chest guide 29, which is a chest pad, is generally formed in a horizontally long rectangular shape and is configured to have flexibility. Here, the flexibility means that the object is soft and can be bent, and has almost no expansion / contraction performance. In the present embodiment, such a chest guide 29 is formed of a leather material including natural leather and artificial leather. The size of the chest guide 29 is set so that, for example, the vertical dimension (vertical dimension) is 170 mm and the horizontal dimension (horizontal dimension) is 200 mm in order to match the standard male and female body dimensions. Yes.

なお、本実施形態では、胸部ガイド29および前記受け部14は、皮革材料によって形成されているが、可撓性を有するように構成可能な材料であればよく、たとえばFRPや0.5mm厚未満のアルミニウムあるいはステンレス等から成る金属薄板が用いられてもよい。しかしながら、FRPの場合には、割れてしまうおそれがあり、金属薄板の場合には、胸部の凹凸に充分に追従させることができないおそれがあることから、皮革材料を用いるのが好ましい。   In the present embodiment, the chest guide 29 and the receiving portion 14 are formed of leather material, but may be any material that can be configured to have flexibility, such as FRP or less than 0.5 mm thickness. A thin metal plate made of aluminum or stainless steel may be used. However, in the case of FRP, there is a risk of breaking, and in the case of a thin metal plate, it is not possible to sufficiently follow the unevenness of the chest, and therefore it is preferable to use a leather material.

この胸部ガイド29は、装着状態において、装着者の胸部に取り付けられる部材であり、図1および図2に示すように、一対のベルト27を介してフレーム22に連結される。詳細には、胸部ガイド29における横方向の一方側の2つの隅部に、ベルトホルダ25に形成されたベルト通し孔を挿通された一方のベルト27の一端部および他端部が、たとえば縫着により、それぞれ固定される。他方のベルト27についても、胸部ガイド29における横方向の他方側の2つの隅部に、同様の方法で固定される。これにより、装着状態において、各ベルト27は、胸部ガイド29の横方向の一方側あるいは他方側の一の隅部から装着者の脇の下を通して延び、ベルトホルダ25で折り返されて、再び装着者の脇の下を通して、胸部ガイド29の他の隅部まで延設されることとなる。   The chest guide 29 is a member that is attached to the chest of the wearer in the wearing state, and is connected to the frame 22 via a pair of belts 27 as shown in FIGS. 1 and 2. Specifically, one end and the other end of one belt 27 inserted through the belt through hole formed in the belt holder 25 at two corners on one side in the lateral direction of the chest guide 29 are sewn, for example. Are fixed respectively. The other belt 27 is also fixed to two corners on the other side in the lateral direction of the chest guide 29 in the same manner. Thus, in the wearing state, each belt 27 extends from one side or the other side of the chest guide 29 through one side of the wearer's armpit, is folded back by the belt holder 25, and is again worn by the wearer's armpit. It extends through the chest guide 29 to the other corner.

また、胸部ガイド29における4つの隅部のうちの上側に配置される2つの隅部には、一対のベルト26の各一端部が、たとえば縫着により、それぞれ固定される。一対のベルト26の各他端部は、フレーム22における第1の直線部分と各湾曲部分との連接部にそれぞれ突設された図示しないベルト固定部に、それぞれ固定される。これにより、装着状態において、各ベルト26は、胸部ガイド29における上側の一方あるいは他方の隅部から装着者の肩を通して背中側へ向かい、フレーム22の前記ベルト固定部まで延設されることとなる。   In addition, one end of each of the pair of belts 26 is fixed to two corners arranged on the upper side of the four corners of the chest guide 29 by, for example, sewing. The other end portions of the pair of belts 26 are respectively fixed to belt fixing portions (not shown) that project from the connecting portions of the first straight portion and the curved portions of the frame 22. Thereby, in the wearing state, each belt 26 is extended from the upper or lower corner of the chest guide 29 to the back side through the shoulder of the wearer to the belt fixing portion of the frame 22. .

さらに、胸部ガイド29における4つの隅部のうちの下側に配置される2つの隅部には、一対のベルト28の各一端部が、たとえば縫着により、それぞれ固定される。一対のベルト26の各他端部は、各腰フレーム4の一端部に設けられたベルトホルダ30に取り付けられる。   Further, one end of each of the pair of belts 28 is fixed to two corners disposed below the four corners of the chest guide 29 by, for example, sewing. Each other end of the pair of belts 26 is attached to a belt holder 30 provided at one end of each waist frame 4.

これら一対のベルト26〜28にはそれぞれ、そのベルト長を調整するための図示しない伸縮調整機構が設けられており、その伸縮調整機構を手動操作することにより、装着者の体型に合わせてベルト長を調整できるように構成されている。   Each of the pair of belts 26 to 28 is provided with an expansion / contraction adjustment mechanism (not shown) for adjusting the belt length. By manually operating the expansion / contraction adjustment mechanism, the belt length can be adjusted according to the body shape of the wearer. Is configured to be adjustable.

このように、本実施形態では、一対のベルト26と、胸部ガイド29と、一対のベルト28とによって、腰フレーム4の各一端部とフレーム22における各ベルト固定部との間にループがそれぞれ形成されることとなり、装着する際には、その各ループに両腕をそれぞれ通すことにより、一対のベルト26が両肩にそれぞれ掛けられる。これにより、装着状態では、重作業用アシストスーツ100は、装着者の肩に吊下げられた状態で保持されることとなる。すなわち、吊りベルトの構造を呈することとなる。本実施形態では、このような吊りベルトの構造を採用することにより、装着者が様々な動作を行った場合であっても、重作業用アシストスーツ100がずり落ちてしまわないようにされている。   Thus, in the present embodiment, a loop is formed between each end of the waist frame 4 and each belt fixing portion of the frame 22 by the pair of belts 26, the chest guide 29, and the pair of belts 28. Thus, when wearing, a pair of belts 26 are respectively hung on both shoulders by passing both arms through the respective loops. Thereby, in the wearing state, the assist suit for heavy work 100 is held in a state suspended from the shoulder of the wearer. That is, the structure of a suspension belt is exhibited. In the present embodiment, by adopting such a suspension belt structure, even when the wearer performs various operations, the heavy work assist suit 100 is prevented from sliding down. .

本実施形態によれば、胸部ガイド29を、可撓性を有するように構成することで、装着時における胸部ガイド29の、装着者の胸部への密着性を高めることができる。これにより、装着感が良くなり、また、上体の動きを補助するための補助力を胸部に面で作用させることができるので、重作業用アシストスーツ100と装着者との親和性を向上させることができる。また、胸部ガイド29を皮革材料で構成することにより、装置全体の重量を軽量化することができ、故に、装着時の身体への負担を軽減することができる。   According to the present embodiment, the chest guide 29 is configured to be flexible, so that the adhesion of the chest guide 29 to the wearer's chest at the time of wearing can be enhanced. As a result, the feeling of wearing is improved, and the assisting force for assisting the movement of the upper body can be applied to the chest on the surface, so that the affinity between the heavy-duty assist suit 100 and the wearer is improved. be able to. Further, by configuring the chest guide 29 with a leather material, the weight of the entire apparatus can be reduced, and therefore, the burden on the body when worn can be reduced.

また、本実施形態では、胸部ガイド29の4つの隅部において、ベルト26〜28が固定されているので、上体の動きを補助するための補助力を、胸部ガイド29を介して装着者の胸部に均等に付与させることができる。   In this embodiment, since the belts 26 to 28 are fixed at the four corners of the chest guide 29, the assisting force for assisting the movement of the upper body is applied to the wearer via the chest guide 29. It can be evenly applied to the chest.

なお、胸部ガイド29には、パワーアシスト用電動モータ1によって発生された、上体の動きを補助するための補助力となる駆動トルクを確実に伝達する必要がある。そのために、本実施形態では、前記のように、フレーム22における第2直線部分の長さを、その端部が仮想平面J上に配置されるように設定している。   Note that it is necessary to reliably transmit to the chest guide 29 the driving torque generated by the power assisting electric motor 1 and serving as an assisting force for assisting the movement of the upper body. Therefore, in the present embodiment, as described above, the length of the second straight line portion in the frame 22 is set so that the end portion thereof is arranged on the virtual plane J.

フレーム22を、第2直線部分の端部が仮想平面Jよりも背中側に配置されるように構成した場合には、該端部と胸部ガイド29との距離が長くなってしまい、換言すればベルト27の長さが長くなってしまい、上体の動きを補助するための駆動トルクを胸部ガイド29に確実に伝達することができなくなるという不具合が生じる。   When the frame 22 is configured such that the end of the second straight line portion is disposed on the back side of the virtual plane J, the distance between the end and the chest guide 29 becomes long. The length of the belt 27 becomes long, and there arises a problem that drive torque for assisting the movement of the upper body cannot be reliably transmitted to the chest guide 29.

また、フレーム22を、第2直線部分の端部が仮想平面Jよりも胸側に配置されるように構成した場合には、第2直線部分が脇の下まで延びてしまうこととなり、第2直線部分が装着者の腕の動きの邪魔になってしまうという不具合が生じる。   In addition, when the frame 22 is configured such that the end of the second straight line portion is disposed on the chest side of the virtual plane J, the second straight line portion extends to the armpit, and the second straight line portion Causes a problem that it interferes with the movement of the wearer's arm.

すなわち、本実施形態のように、フレーム22における第2直線部分の長さを、その端部が仮想平面J上に配置されるように設定し、フレーム22と胸部ガイド29とをベルト27で連結することによって、上体の動きを補助するための駆動トルクを胸部ガイド29に確実に伝達することを可能としつつ、脇の下のスペースには細いベルト27のみとなるので装着者が腕をスムーズに動かすことができるようになる。   That is, as in the present embodiment, the length of the second straight line portion in the frame 22 is set so that the end thereof is arranged on the virtual plane J, and the frame 22 and the chest guide 29 are connected by the belt 27. By doing so, it is possible to reliably transmit the driving torque for assisting the movement of the upper body to the chest guide 29, and only the thin belt 27 is provided in the space under the arm, so that the wearer moves the arm smoothly. Will be able to.

なお、本実施形態では、図1に示すように、胸部ガイド29は、その横方向の中央部に、縦方向に沿ってファスナ31が取り付けられ、左右に分離可能な構造になっている。したがって、このファスナ31を操作することにより、一対のベルト26〜28と、胸部ガイド29とによって構成される部分が、左右に分割され、これにより、着脱性を向上させることができる。すなわち、前開きの衣類を着脱する場合と同様に、重作業用アシストスーツ100を容易に着脱することが可能となる。なお、胸部ガイド29を分離・結合するための部材としては、胸部ガイド29の可撓性を維持できるものであればよく、たとえば面ファスナが用いられてもよい。   In the present embodiment, as shown in FIG. 1, the chest guide 29 has a structure in which a fastener 31 is attached along the vertical direction at a central portion in the horizontal direction and is separable to the left and right. Therefore, by operating this fastener 31, the part comprised by a pair of belts 26-28 and the chest guide 29 is divided | segmented into right and left, Thereby, detachability can be improved. That is, the heavy work assist suit 100 can be easily attached / detached as in the case of attaching / detaching the front-opening garment. In addition, as a member for separating and connecting the chest guide 29, any member that can maintain the flexibility of the chest guide 29 may be used. For example, a hook-and-loop fastener may be used.

また、本実施形態では、図1に示すように、胸部ガイド29における上端部および下端部に、円弧状に切り欠かれた切欠部29a,29bが設けられている。このような切欠部29a,29bを設けることによって、装着者が上体を曲げた姿勢を取ったときに、首元と胸部ガイド29とが、および、みぞおちと胸部ガイド29とが干渉してしまうことを防止することができる。したがって、装着者は、違和感や不快感を感じることなく、上体を曲げ伸ばしすることができる。また、そのような干渉による密着性の低下を防止することができる。このような切欠部29aは、たとえば半径65mm程度の円弧で、胸部ガイド29における上端部を切欠くことによって形成され、切欠部29bは、たとえば半径75mm程度の円弧で、胸部ガイド29における下端部を切欠くことによって形成される。   Further, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, cutout portions 29 a and 29 b cut out in an arc shape are provided at the upper end portion and the lower end portion of the chest guide 29. By providing such notches 29a and 29b, the neck and the chest guide 29 and the groove and the chest guide 29 interfere with each other when the wearer takes a posture in which the upper body is bent. This can be prevented. Therefore, the wearer can bend and stretch the upper body without feeling uncomfortable or uncomfortable. In addition, a decrease in adhesion due to such interference can be prevented. Such a notch 29a is formed by, for example, an arc having a radius of about 65 mm and notching the upper end portion of the chest guide 29, and the notch 29b is an arc having a radius of, for example, about 75 mm and the lower end portion of the chest guide 29. Formed by notching.

図4は、重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器の構成を示す図である。重作業用アシストスーツ100に含まれる制御機器は、制御ユニット110と、2つのモータドライバユニット120と、右足底ユニット130と、左足底ユニット140と、ハンディ端末装置(以下「ハンディ端末」という)150と、電池ユニット160と、右手スイッチユニット170と、左手スイッチユニット180とを含んで構成される。   FIG. 4 is a diagram illustrating a configuration of a control device included in the heavy work assist suit 100. The control equipment included in the heavy-duty assist suit 100 includes a control unit 110, two motor driver units 120, a right sole unit 130, a left sole unit 140, and a handy terminal device (hereinafter referred to as "handy terminal") 150. A battery unit 160, a right hand switch unit 170, and a left hand switch unit 180.

右足底ユニット130は、装着者の右側の靴底に装着され、左足底ユニット140は、装着者の左側の靴底に装着される。パラメータ入力部であるハンディ端末150は、携帯型の端末装置であり、装着者の右手あるいは左手によって保持されて操作される。ハンディ端末150は、たとえばスマートフォンによって実現される。右手スイッチユニット170は、手袋型に構成され、装着者の右手に装着される。また、左手スイッチユニット180は、手袋型に構成され、装着者の左手に装着される。   The right sole unit 130 is attached to the shoe sole on the right side of the wearer, and the left sole unit 140 is attached to the shoe sole on the left side of the wearer. The handy terminal 150 serving as a parameter input unit is a portable terminal device, and is held and operated by the wearer's right hand or left hand. The handy terminal 150 is realized by a smartphone, for example. The right hand switch unit 170 is configured in a glove shape and is worn on the wearer's right hand. The left hand switch unit 180 is configured in a glove shape and is worn on the wearer's left hand.

制御ユニット110は、第1無線通信部111と、第2無線通信部112と、中央制御部113と、電源制御部114とを含んで構成される。第1無線通信部111は、無線による通信によって、右足底ユニット130、左足底ユニット140、右手スイッチユニット170、および左手スイッチユニット180と通信可能に構成され、これらのユニットと中央制御部113との情報の中継を行っている。第2無線通信部112は、無線による通信によって、ハンディ端末150と通信可能に構成され、ハンディ端末150と中央制御部113との情報の中継を行っている。中央制御部113は、有線による通信によって、各モータドライバユニット120と通信するように構成されている。電源制御部114は、電池ユニット160を制御する。なお、中央制御部113および電源制御部114は、CPUを含むコンピュータによって実現される。   The control unit 110 includes a first wireless communication unit 111, a second wireless communication unit 112, a central control unit 113, and a power supply control unit 114. The first wireless communication unit 111 is configured to be able to communicate with the right foot unit 130, the left foot unit 140, the right hand switch unit 170, and the left hand switch unit 180 by wireless communication. Relaying information. The second wireless communication unit 112 is configured to be able to communicate with the handy terminal 150 by wireless communication, and relays information between the handy terminal 150 and the central control unit 113. The central control unit 113 is configured to communicate with each motor driver unit 120 by wired communication. The power control unit 114 controls the battery unit 160. The central control unit 113 and the power supply control unit 114 are realized by a computer including a CPU.

一方のモータドライバユニット120は、装着者の右側に装着されるパワーアシスト用電動モータ1を制御する右モータドライバ121を含んで構成され、他方のモータドライバユニット120は、装着者の左側に装着されるパワーアシスト用電動モータ1を制御する右モータドライバ122を含んで構成される。各モータドライバ121,122は、有線による通信によって、中央制御部113と通信し、中央制御部113からアシストに必要な出力トルク指令などの指令を受けるとともに、モータの位置情報などの情報を中央制御部113へ送っている。モータの位置情報は、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度を表す情報である。   One motor driver unit 120 includes a right motor driver 121 that controls the power assist electric motor 1 mounted on the right side of the wearer, and the other motor driver unit 120 is mounted on the left side of the wearer. A right motor driver 122 that controls the power assist electric motor 1 is configured. Each motor driver 121, 122 communicates with the central control unit 113 by wired communication, receives a command such as an output torque command necessary for assist from the central control unit 113, and centrally controls information such as motor position information. Sent to part 113. The motor position information is information representing the rotation angle of the rotation shaft of the electric motor 1 for power assist.

右足底ユニット130は、無線通信部131、電池132、爪先スイッチ(以下「SW」ともいう)133および踵SW134を含んで構成される。電池132は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部131、爪先SW133および踵SW134に電力を供給する。無線通信部131は、爪先SW133および踵SW134の状態、すなわち、爪先SW133および踵SW134によって検出された検出結果を、第1無線通信部111を介して中央制御部113に送っている。   The right sole unit 130 includes a wireless communication unit 131, a battery 132, a toe switch (hereinafter also referred to as “SW”) 133 and a heel SW 134. The battery 132 is a rechargeable storage battery, and supplies power to the wireless communication unit 131, the toe SW 133, and the heel SW 134. The wireless communication unit 131 sends the state of the toe SW 133 and the heel SW 134, that is, the detection result detected by the toe SW 133 and the heel SW 134 to the central control unit 113 via the first wireless communication unit 111.

爪先SW133は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における爪先部分に配置され、予め定める値以上の荷重が爪先部に作用しているか否かを検出する。踵SW134は、装着者が装着する右側の靴の靴底部における踵部分に配置され、予め定める値以上の荷重が踵部に作用しているか否かを検出する。   The toe SW 133 is disposed on the toe portion of the shoe sole of the right shoe worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the toe portion. The heel SW 134 is arranged at the heel portion of the shoe sole of the right shoe worn by the wearer, and detects whether a load greater than a predetermined value is applied to the heel.

左足底ユニット40は、無線通信部141、電池142、爪先SW143および踵SW144を含んで構成される。無線通信部141、電池142、爪先SW143および踵SW144は、それぞれ無線通信部131、電池132、爪先SW133および踵SW134と同じ構成であり、重複を避けるために説明は省略する。爪先SW133、踵SW134、爪先SW143および踵SW144は、床反力検出部である。   The left sole unit 40 includes a wireless communication unit 141, a battery 142, a toe SW 143, and a heel SW 144. The wireless communication unit 141, the battery 142, the toe SW 143, and the heel SW 144 are the same as the wireless communication unit 131, the battery 132, the toe SW 133, and the heel SW 134, respectively, and a description thereof is omitted to avoid duplication. The toe SW 133, the heel SW 134, the toe SW 143, and the heel SW 144 are floor reaction force detection units.

右手スイッチユニット170は、無線通信部171、電池172および手袋SW173を含んで構成される。電池172は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部171および手袋SW173に電力を供給する。無線通信部171は、手袋SW173の状態、すなわち、手袋SW173によって検出された検出結果を、第1無線通信部111を介して中央制御部113に送っている。手袋SW173は、装着者が装着する右側の手袋の指の掌側の部分に配置され、予め定める値以上の荷重がその部分に作用しているか否かを検出する。   The right hand switch unit 170 includes a wireless communication unit 171, a battery 172, and a glove SW 173. The battery 172 is a rechargeable storage battery and supplies power to the wireless communication unit 171 and the glove SW 173. The wireless communication unit 171 sends the state of the glove SW 173, that is, the detection result detected by the glove SW 173 to the central control unit 113 via the first wireless communication unit 111. The glove SW 173 is arranged on the palm side part of the finger of the right glove worn by the wearer, and detects whether or not a load greater than a predetermined value is applied to the part.

左手スイッチユニット180は、無線通信部181、電池182および手袋SW183を含んで構成される。無線通信部181、電池182および手袋SW183は、それぞれ無線通信部171、電池172および手袋SW173と同じ構成であり、重複を避けるために説明は省略する。手袋SW173および手袋SW183は、手指反力検出部である。   The left hand switch unit 180 includes a wireless communication unit 181, a battery 182, and a glove SW 183. The wireless communication unit 181, the battery 182, and the glove SW 183 have the same configuration as the wireless communication unit 171, the battery 172, and the glove SW 173, respectively, and a description thereof is omitted to avoid duplication. Gloves SW173 and gloves 183 are finger reaction force detection units.

ハンディ端末150は、重作業用アシストスーツ100の動作に必要な後述するパラメータを設定するために使用される。電池ユニット160は、電池161を含んで構成される。電池161は、充電可能な蓄電池である。電池ユニット160は、電池161からの電力を制御ユニット110および各モータドライバユニット120に供給している。   The handy terminal 150 is used to set parameters, which will be described later, necessary for the operation of the heavy work assist suit 100. The battery unit 160 includes a battery 161. The battery 161 is a rechargeable storage battery. The battery unit 160 supplies power from the battery 161 to the control unit 110 and each motor driver unit 120.

駆動制御部である中央制御部113は、第1無線通信部111から与えられる各スイッチの情報と、各モータドライバ121,122から与えられるモータの位置情報とに基づいて、アシストに必要な駆動トルクを計算し、各モータドライバ121,122へ出力トルク指令を送る。   The central control unit 113 that is a drive control unit, based on the information of each switch given from the first wireless communication unit 111 and the position information of the motor given from each motor driver 121, 122, drive torque required for assisting And an output torque command is sent to each of the motor drivers 121 and 122.

本実施形態では、図4に示すように、制御ユニット110に、2つの無線通信部、すなわち、右足底ユニット130、左足底ユニット140、右手スイッチユニット170、および左手スイッチユニット180と通信を行う第1無線通信部111と、ハンディ端末150と通信を行う第2無線通信部112とを備えることにより、通信速度が向上され、並列処理を行うことができる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 4, the control unit 110 communicates with two wireless communication units, that is, a right foot unit 130, a left foot unit 140, a right hand switch unit 170, and a left hand switch unit 180. By providing the 1 wireless communication part 111 and the 2nd wireless communication part 112 which communicates with the handy terminal 150, a communication speed is improved and a parallel process can be performed.

図5は、回転トルクTの算出を説明するための図である。中央制御部113は、装着者の様々な作業姿勢にて体を動かすのに必要な回転トルクTを、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度を用いて力学的に算出することによって、アシストトルクを算出する。アシストトルクは、パワーアシスト用電動モータ1によって生成される駆動トルクである。   FIG. 5 is a diagram for explaining the calculation of the rotational torque T. The central control unit 113 dynamically calculates the rotational torque T necessary to move the body in various working postures of the wearer using the rotational angle of the rotational shaft of the electric motor 1 for power assist. Assist torque is calculated. The assist torque is a drive torque generated by the power assist electric motor 1.

中央制御部113は、まず股関節角度βを取得する。股関節角度βは、大腿部の回転角度、すなわち、鉛直線を基準とする角度である。中央制御部113は、各モータドライバ121,122から、左右の股関節角度βを取得する。   The central control unit 113 first acquires the hip joint angle β. The hip joint angle β is a rotation angle of the thigh, that is, an angle with respect to a vertical line. The central control unit 113 acquires the left and right hip joint angles β from the motor drivers 121 and 122.

脚部の質量をm[kg]、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸から受動回転軸13までの距離をL[m]とすると、質量mFの脚部を動作させるのに必要な回転トルクT[N・m]は、計算式「T=L・m・g・sin(β)」によって計算することができる。 If the mass of the leg is m F [kg] and the distance from the rotary shaft of the power assist electric motor 1 to the passive rotary shaft 13 is L F [m], the rotation required to operate the leg of mass mF The torque T F [N · m] can be calculated by the calculation formula “T F = L F · m F · g · sin (β)”.

ただし、gは、重力加速度である。Lおよびmは、比例定数であり、装着者によって決まる固定値である。中央制御部113は、これらの値をパラメータとして予め設定しておくことによって、アシストトルクを算出している。パラメータは、ハンディ端末150を使用して設定することができる。 However, g is a gravitational acceleration. L F and m F are proportional constants and are fixed values determined by the wearer. The central control unit 113 calculates the assist torque by setting these values as parameters in advance. The parameters can be set using the handy terminal 150.

このように、本実施形態に係る重作業用アシストスーツ100は、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを、筋肉を動かそうとした時に筋肉に流れる微弱な表面筋電位信号を用いることなく、股関節角度βから力学的に算出することによってアシストトルクを算出するので、表面筋電位センサを装着する煩わしさをなくすことができる。   As described above, the assist suit 100 for heavy work according to the present embodiment is a weak surface that flows to the muscle when the muscle is moved with the rotational torque T necessary to move the body in various work postures of the wearer. Since the assist torque is calculated by dynamically calculating from the hip joint angle β without using the myoelectric potential signal, the troublesomeness of wearing the surface myoelectric potential sensor can be eliminated.

また、重作業用アシストスーツ100は、予め設定された動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクTを力学的に算出し、アシストする比率を乗じてアシストトルクを算出するので、動作の切り替わり時に不連続になることがない。   In addition, the heavy work assist suit 100 is not a reproduction method of a preset motion pattern, but dynamically calculates the rotational torque T required to move the body in various work postures of the wearer, and assists the ratio. Since the assist torque is calculated by multiplying by, there is no discontinuity when the operation is switched.

ここで、ハンディ端末150を使用して設定されるパラメータを下記の表1に示す。パラメータNo「01」〜「07」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータNo「11」〜「13」は、保持脚側の歩行制御パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、保持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。   Here, parameters set using the handy terminal 150 are shown in Table 1 below. Parameter Nos. “01” to “07” are walking control parameters on the free leg side, and parameter Nos. “11” to “13” are walking control parameters on the holding leg side. The free leg is the leg that is not on the ground, and the holding leg is the leg that is on the ground. The walking control parameter is a parameter for assisting the walking motion.

パラメータNo「21」〜「25」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータNo「31」〜「35」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータNo「41」〜「45」は、ティーチングパラメータである。ハンディ端末150は、これらのパラメータを記憶する記憶領域を有している。   Parameter Nos. “21” to “25” are body control parameters. The body control parameter is a parameter for assisting the body motion. Parameter Nos. “31” to “35” are middle waist control parameters. The middle waist control parameter is a parameter for assisting the middle waist motion. Parameter Nos. “41” to “45” are teaching parameters. The handy terminal 150 has a storage area for storing these parameters.

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図6は、重作業用アシストスーツ100で実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。アシストスーツ制御処理は、電源起動シーケンス処理、パラメータ書換えシーケンス処理、姿勢情報入力シーケンス処理および股関節制御シーケンス処理の4つの処理で構成されている。中央制御部113は、重作業用アシストスーツ100の電源が投入されてパワーアシスト用電動モータ1を除く部位への電力の供給が開始され、動作可能状態になると、ステップA11に移る。   FIG. 6 is a flowchart showing a processing procedure of assist suit control processing executed by the heavy work assist suit 100. The assist suit control process includes four processes including a power activation sequence process, a parameter rewrite sequence process, a posture information input sequence process, and a hip joint control sequence process. When the power of the heavy work assist suit 100 is turned on and the supply of electric power to the parts other than the power assist electric motor 1 is started, the central control unit 113 proceeds to step A11.

ステップA11では、中央制御部113は、電源起動シーケンス処理を実行する。具体的には、中央制御部113は、ハンディ端末150から送信されるアシストに必要なパラメータの受信完了を待っている。中央制御部113は、アシストに必要なパラメータの受信完了後、装着者が直立している直立状態での各大腿部の回転角度の初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ1用の電源をオンする。   In step A11, the central control unit 113 executes a power activation sequence process. Specifically, the central control unit 113 waits for completion of reception of parameters necessary for assist transmitted from the handy terminal 150. The central control unit 113 initializes the rotation angle of each thigh in the upright state in which the wearer is standing upright after the reception of the parameters necessary for assisting, and supplies the power for the electric motor 1 for power assist. Turn on.

ただし、アシストに必要なパラメータが既に受信されている場合は、ハンディ端末150からの送信を待たずに、一定時間経過後受信済みのパラメータを使って装着者が直立している直立状態での各大腿部の回転角度の初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ1用の電源をオンする。このことにより、ハンディ端末150が無くても電源起動を可能としている。   However, if the parameters necessary for the assist have already been received, each parameter in the upright state in which the wearer is standing upright using the received parameters after a predetermined time has elapsed without waiting for transmission from the handy terminal 150. The thigh rotation angle is initialized, and the power supply for the power assist electric motor 1 is turned on. As a result, the power supply can be activated without the handy terminal 150.

ステップA12では、中央制御部113は、パラメータ書換えシーケンス処理を実行する。アシストに必要なパラメータは、装着者の持っているハンディ端末150から適宜送られてくる。アシストスーツ制御処理は、このパラメータの更新を常時実行できるようにするために、パラメータ書換えシーケンス処理をメインループ内で行っている。メインループは、ステップA12〜A14によって形成される処理手順のループである。   In step A12, the central control unit 113 executes a parameter rewriting sequence process. Parameters necessary for assist are appropriately sent from the handy terminal 150 held by the wearer. In the assist suit control process, the parameter rewriting sequence process is performed in the main loop so that the parameter update can be executed at any time. The main loop is a processing procedure loop formed by steps A12 to A14.

ステップA13では、中央制御部113は、姿勢情報入力シーケンス処理を実行する。姿勢情報入力シーケンス処理は、装着者の姿勢に関するデータを取得する処理である。   In step A13, the central control unit 113 executes a posture information input sequence process. Posture information input sequence processing is processing for acquiring data relating to the posture of the wearer.

ステップA14では、中央制御部113は、股関節制御シーケンス処理を実行して、ステップA12に戻る。股関節制御シーケンス処理は、ステップA13で取得されたデータに基づいて、歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作に対するパワーアシスト用電動モータ1による駆動に必要なアシストトルクを計算して出力する処理である。   In step A14, the central control unit 113 executes a hip joint control sequence process and returns to step A12. The hip joint control sequence process is a process of calculating and outputting an assist torque necessary for driving by the power assist electric motor 1 for each of the walking motion, the upper body motion, and the middle waist motion based on the data acquired in step A13. It is.

中央制御部113は、メインループを20mS間隔で実行しており、重作業用アシストスーツ100は、装着者へのスムーズなアシストを実現している。中央制御部113は、アシストを開始する前、数秒間で装着者の動作を判断し、判断後アシストトルクを出力する。重作業用アシストスーツ100は、健常者のアシストを目的としており、動作の開始時に数秒間アシストがなくても、実用上支障はない。   The central control unit 113 executes the main loop at intervals of 20 mS, and the heavy work assist suit 100 realizes smooth assistance to the wearer. The central control unit 113 determines the operation of the wearer within a few seconds before starting the assist, and outputs the assist torque after the determination. The heavy duty assist suit 100 is intended to assist a healthy person, and there is no practical problem even if there is no assistance for several seconds at the start of the operation.

図7は、パラメータ書換えシーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。パラメータの更新には、手動での入力による更新と、ティーチングモードでの入力による更新とがある。中央制御部113は、図6に示したステップA12が実行されると、ステップB11に移る。   FIG. 7 is a flowchart showing a processing procedure of parameter rewriting sequence processing. The parameter update includes an update by manual input and an update by input in the teaching mode. When step A12 shown in FIG. 6 is executed, the central control unit 113 proceeds to step B11.

ステップB11では、中央制御部113は、ハンディ端末150から受信した情報に基づいてティーチングモードであるか否かを判定している。中央制御部113は、ティーチングモードであるとき、ステップB12に進み、ティーチングモードでないとき、ステップB15に進む。   In step B11, the central control unit 113 determines whether or not the teaching mode is set based on the information received from the handy terminal 150. The central control unit 113 proceeds to step B12 when in the teaching mode, and proceeds to step B15 when not in the teaching mode.

ステップB12では、中央制御部113は、アシストをオフする。中央制御部113は、アシストがオフの間、パワーアシスト用電動モータ1によるアシストを停止し、図6に示したステップA13の姿勢情報入力シーケンス処理およびステップA14の股関節制御シーケンス処理を実行することなく、ステップA12に戻る。   In step B12, the central control unit 113 turns off the assist. The central control unit 113 stops the assist by the power assist electric motor 1 while the assist is off, without executing the posture information input sequence process of step A13 and the hip joint control sequence process of step A14 shown in FIG. Return to Step A12.

ステップB13では、中央制御部113は、各モータドライバ121,122から送られてくる左右の股関節角度β、右足底ユニット130から送られてくる爪先SW133および踵SW134による検出結果、および左足底ユニット140から送られてくる爪先SW143および踵SW144による検出結果に基づいて、装着者による歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作を解析することによって、装着者が意図する動作を判断するために必要なパラメータを生成する。生成されたパラメータのうち、ティーチングパラメータのパラメータNo「41」〜「45」は、この動作解析によって得られる。   In step B13, the central control unit 113 detects the left and right hip joint angles β sent from the motor drivers 121 and 122, the detection results by the toe SW133 and the heel SW134 sent from the right foot unit 130, and the left foot unit 140. Necessary for judging the intended motion of the wearer by analyzing the walking motion, upper body motion, and middle waist motion of the wearer based on the detection results of the toe SW143 and the heel SW144 sent from Generate the correct parameters. Among the generated parameters, teaching parameter parameter Nos. “41” to “45” are obtained by this operation analysis.

ステップB14では、中央制御部113は、生成したパラメータをハンディ端末150に送信して、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。ハンディ端末150に送信されたパラメータは、ハンディ端末150で装着者によって確認される。確認されたパラメータは、ハンディ端末150に再送信することによって有効になる。   In step B14, the central control unit 113 transmits the generated parameter to the handy terminal 150, and ends the parameter rewriting sequence process. The parameter transmitted to the handy terminal 150 is confirmed by the wearer at the handy terminal 150. The confirmed parameters are validated by retransmitting them to the handy terminal 150.

ステップB15では、中央制御部113は、ハンディ端末150からパラメータを受信し、受信したパラメータを設定する。ステップB16では、中央制御部113は、アシストをオンして、パラメータ書換えシーケンス処理を終了する。パラメータを更新した後にアシストをオンしているのは、装着者の安全を確保するためである。   In step B15, the central control unit 113 receives parameters from the handy terminal 150, and sets the received parameters. In step B16, the central control unit 113 turns on the assist and ends the parameter rewriting sequence process. The reason for turning on the assist after updating the parameters is to ensure the safety of the wearer.

図8は、姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部113は、図6に示したステップA13が実行されると、ステップC11に移る。   FIG. 8 is a flowchart showing the processing procedure of the posture information input sequence process. When step A13 shown in FIG. 6 is executed, the central control unit 113 proceeds to step C11.

ステップC11では、中央制御部113は、床反力スイッチを読込み、床反力の有無を検出する。床反力スイッチは、右足底ユニット130の爪先SW133および踵SW134、ならびに、左足底ユニット140の爪先SW143および踵SW144である。具体的には、中央制御部113は、爪先SW133および踵SW134の検出結果を右足底ユニット130から受信し、爪先SW143および踵SW144の検出結果を左足底ユニット140から受信する。   In step C11, the central control unit 113 reads the floor reaction force switch and detects the presence or absence of the floor reaction force. The floor reaction force switches are the toe SW 133 and the heel SW 134 of the right sole unit 130, and the toe SW 143 and the heel SW 144 of the left sole unit 140. Specifically, the central control unit 113 receives the detection results of the toe SW 133 and the heel SW 134 from the right foot unit 130 and receives the detection results of the toe SW 143 and the heel SW 144 from the left foot unit 140.

ステップC12では、中央制御部113は、モータエンコーダの角度を読込む。具体的には、中央制御部113は、パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダから、パワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度、つまり股関節角度βを、各モータドライバ121,122を介して読込む。ステップC13では、中央制御部113は、股関節角速度、つまりパワーアシスト用電動モータ1の回転軸の回転角度の角速度を計算して、姿勢情報入力シーケンス処理を終了する。パワーアシスト用電動モータ1に含まれるエンコーダは、角度検出部である。   In step C12, the central control unit 113 reads the angle of the motor encoder. Specifically, the central control unit 113 determines the rotation angle of the rotating shaft of the power assist electric motor 1, that is, the hip joint angle β from the encoder included in the power assist electric motor 1 via the motor drivers 121 and 122. Read. In step C13, the central control unit 113 calculates the hip joint angular velocity, that is, the angular velocity of the rotational angle of the rotating shaft of the power assist electric motor 1, and ends the posture information input sequence process. The encoder included in the electric motor 1 for power assist is an angle detection unit.

図9は、股関節制御シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。ステップD11,D12は、歩行動作に対する処理である。ステップD13,D14は、上体動作に対する処理である。ステップD15,D16は、中腰動作に対する処理である。歩行動作に対する処理、上体動作に対する処理および中腰動作に対する処理は、並列に処理される。中央制御部113は、図6に示したステップA14が実行されると、ステップD11,D13,D15に移る。   FIG. 9 is a flowchart showing a processing procedure of the hip joint control sequence processing. Steps D11 and D12 are processes for walking motion. Steps D13 and D14 are processes for the upper body motion. Steps D15 and D16 are processes for the middle waist movement. Processing for walking motion, processing for upper body motion, and processing for middle waist motion are processed in parallel. When step A14 shown in FIG. 6 is executed, the central control unit 113 proceeds to steps D11, D13, and D15.

ステップD11では、中央制御部113は、歩行判断を行う。具体的には、中央制御部113は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、歩行動作を行っているか否かを判断する。ステップD12では、中央制御部113は、歩行制御を行う。具体的には、中央制御部113は、歩行動作を行っているとき、時々刻々変化する股関節角度βおよび床反力に基づいて、歩行動作をアシストするための遊脚側のアシストトルクおよび保持脚側のアシストトルクを計算する。   In step D11, the central control unit 113 performs walking determination. Specifically, the central control unit 113 determines whether or not a walking motion is being performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. In step D12, the central control unit 113 performs walking control. Specifically, when performing the walking motion, the central control unit 113, based on the hip joint angle β and the floor reaction force that change from time to time, assist torque and holding legs on the free leg side for assisting the walking motion. Side assist torque is calculated.

ステップD13では、中央制御部113は、上体判断を行う。具体的には、中央制御部113は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、上体動作を行っているか否かを判断する。上体動作は、上体を曲げ、次に上体を起こす動作である。ステップD14では、中央制御部113は、上体制御を行う。具体的には、中央制御部113は、上体動作を行っているとき、上体動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。中央制御部113は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出する。   In step D13, the central control unit 113 performs upper body determination. Specifically, the central control unit 113 determines whether or not a body motion is being performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. The upper body motion is an operation of bending the upper body and then raising the upper body. In step D14, the central control unit 113 performs upper body control. Specifically, the central control unit 113 calculates an assist torque for assisting the body motion when performing the body motion. The central control unit 113 calculates assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs.

ステップD15では、中央制御部113は、中腰判断を行う。具体的には、中央制御部113は、股関節角度βおよび床反力に基づいて、中腰動作を行っているか否かを判断する。中腰動作は、中腰姿勢での動作である。ステップD16では、中央制御部113は、中腰制御を行う。具体的には、中央制御部113は、中腰動作を行っているとき、中腰動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。中央制御部113は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出する。ステップD11〜D16は、算出
ステップである。
In step D15, the central control unit 113 performs middle waist determination. Specifically, the central control unit 113 determines whether or not the middle waist movement is performed based on the hip joint angle β and the floor reaction force. The middle waist motion is a motion in a middle waist posture. In step D16, the central control unit 113 performs middle waist control. Specifically, the central control unit 113 calculates an assist torque for assisting the middle waist motion when performing the middle waist motion. The central control unit 113 calculates assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs. Steps D11 to D16 are calculation steps.

ステップD17では、中央制御部113は、歩行制御、上体制御および中腰制御に関して予め設定された優先順位に従って判定を行い、駆動ステップであるステップD18で、中央制御部113は、前記優先順位に従って、算出したアシストトルクを出力するように、各モータドライバ121,122を制御して、パワーアシスト用電動モータ1を駆動させて、股関節制御シーケンス処理を終了する。   In step D17, the central control unit 113 makes a determination according to preset priorities for walking control, upper body control, and middle waist control. In step D18, which is a driving step, the central control unit 113 follows the priorities. The motor drivers 121 and 122 are controlled so as to output the calculated assist torque, the power assist electric motor 1 is driven, and the hip joint control sequence process ends.

なお、本実施形態では、上体制御の優先度が最も高く、中腰制御の優先度がそれに続き、歩行制御の優先度が最も低くなるように予め設定されている。この優先順位は、特に農作業をアシストするために定められたものであるが、歩行制御、上体制御および中腰制御の優先順位は、必要に応じて、適宜設定変更することができる。   In the present embodiment, the priority is set in advance so that the priority of the body control is the highest, the priority of the middle waist control follows, and the priority of the walking control is the lowest. This priority order is determined in particular to assist farm work, but the priority order of walking control, upper body control, and middle waist control can be appropriately changed as necessary.

このように、本実施形態では、歩行制御、上体制御および中腰制御に関して優先順位を予め設定しておくことにより、装着者側ではなく、中央制御部113において動作を推定して、歩行制御、上体制御および中腰制御が混ざらないように明確に切り分けられている。   As described above, in the present embodiment, by setting priorities for the walking control, the upper body control, and the middle waist control in advance, the operation is estimated by the central control unit 113 instead of the wearer side, and the walking control, Clearly separated so that upper body control and middle waist control are not mixed.

図10は、歩行判断処理の処理手順を示すフローチャートである。歩行判断処理では、ステップE11〜E20の手順によって、装着者の姿勢情報のうち、股関節角度βと床反力スイッチの変化に基づいて、停止状態から歩行への移行割合を算出している。中央制御部113は、図9に示したステップD11が実行されると、ステップE11,E15に移る。   FIG. 10 is a flowchart illustrating a processing procedure of the walking determination process. In the walking determination process, the transition ratio from the stopped state to the walking is calculated based on the change of the hip joint angle β and the floor reaction force switch in the posture information of the wearer by the procedure of steps E11 to E20. When step D11 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to steps E11 and E15.

ステップE11では、中央制御部113は、股関節角度βを微分する。ステップE12では、中央制御部113は、その角速度を計算する。つまり、中央制御部113は、ステップE11で股関節角度βを微分した値を股関節角速度とする。ステップE13では、中央制御部113は、歩行判断ポイントを左右の足について検出し、ステップE14では、中央制御部113は、股関節角速度が歩行状態になっているか否かを判断し、股関節角速度が歩行状態になっているとき、その股関節角速度の発生点を歩行判断ポイントとする。具体的には、股関節角速度が、「屈曲側」のパラメータ41を越えた点を「屈曲開始点」、「伸展側」のパラメータ42を越えた点を「伸展開始点」とし、越えた時点で歩行状態になったと判断している。   In step E11, the central control unit 113 differentiates the hip joint angle β. In step E12, the central control unit 113 calculates the angular velocity. That is, the central control unit 113 sets the value obtained by differentiating the hip joint angle β in step E11 as the hip joint angular velocity. In step E13, the central control unit 113 detects walking determination points for the left and right feet. In step E14, the central control unit 113 determines whether or not the hip joint angular velocity is in the walking state, and the hip joint angular velocity is the walking. When in a state, the generation point of the hip joint angular velocity is set as a walking determination point. Specifically, the point where the hip joint angular velocity exceeds the “flexion side” parameter 41 is defined as the “flexion start point”, and the point where the hip joint angular velocity exceeds the “extension side” parameter 42 is defined as the “extension start point”. Judged that he was in a walking state.

また、ステップE15では、中央制御部113は、装着者の床反力データに基づいて足の接地状態を計算し、ステップE16では、中央制御部113は、接地状態の変化点を求め、ステップE17では、中央制御部113は、接地状態が歩行状態になっているかを判断し、接地判断ポイントとしている。屈曲判断ポイントと接地判断ポイントを合わせて歩行判断ポイントとする。   In step E15, the central control unit 113 calculates the ground contact state of the foot based on the floor reaction force data of the wearer. In step E16, the central control unit 113 obtains a change point of the ground state, and step E17. Then, the central control unit 113 determines whether the grounding state is a walking state, and sets it as a grounding determination point. The bending judgment point and the grounding judgment point are combined into a walking judgment point.

ステップE18では、中央制御部113は、歩行判断ポイントで時間積算タイマをクリアする。時間積算タイマは、中央制御部113に内蔵されるタイマであり、電源オンから、クリアされるまで積算を続けるタイマである。時間積算タイマは、歩行判断ポイントでクリアされるので、時間積算タイマの積算値は一定値以上に大きくならないことになる。したがって、中央制御部113は、時間積算タイマの積算値に基づいて、歩行しているか否かの判断が可能となる。   In step E18, the central control unit 113 clears the time integration timer at the walking determination point. The time integration timer is a timer built in the central control unit 113, and is a timer that continues integration from power-on until it is cleared. Since the time integration timer is cleared at the walking determination point, the integration value of the time integration timer does not increase beyond a certain value. Therefore, the central control unit 113 can determine whether or not the user is walking based on the integrated value of the time integration timer.

ステップE19では、中央制御部113は、時間積算タイマ値、つまり時間積算タイマの積算値に基づいて歩行継続を判断する。すなわち、中央制御部113は、歩行判断ポイントから再び歩行判断ポイントに戻るまでの時間積算タイマ値によって、歩行が継続しているか否かを判断する。ステップE20では、中央制御部113は、歩行判断割合を計算して、歩行判断処理を終了する。   In step E19, the central control unit 113 determines to continue walking based on the time integration timer value, that is, the integration value of the time integration timer. That is, the central control unit 113 determines whether or not walking is continued based on a time integration timer value until the walking determination point returns to the walking determination point again. In step E20, the central control unit 113 calculates a walking determination ratio and ends the walking determination process.

歩行割合(%)は、前記一定値をパラメータNo「43」の「一定時間」とし、積算値の上限をパラメータNo「44」の「増加」とすると、式(1)によって、歩行判断の度合いを「歩行割合」として求めることができる。   As for the walking ratio (%), if the above-mentioned constant value is “constant time” of parameter No. “43” and the upper limit of the integrated value is “increase” of parameter No. “44”, Can be obtained as the “walking ratio”.

(数1)
歩行割合(%)=(時間積算タイマの積算値)÷(「増加」44)×100
歩行割合(%)は、パラメータNo「44」の「増加」の時間で0%から100%へ変化することになる。
(Equation 1)
Walking ratio (%) = (Integrated value of time integration timer) ÷ (“Increase” 44) × 100
The walking ratio (%) changes from 0% to 100% during the “increase” time of parameter No “44”.

歩行ポイントの無い状態が続くと、積算値がパラメータNo「43」の「一定時間」以上になる。このときは、歩行していないと判断することができる。このときは「歩行割合」を減少させて、歩行の判断度合いを0%に移行させる。パラメータNo「45」の「減少」の時間で100%から0%へ変化することになる。   If the state without the walking point continues, the integrated value becomes equal to or longer than the “certain time” of the parameter No “43”. At this time, it can be determined that the user is not walking. At this time, the “walking ratio” is decreased to shift the degree of determination of walking to 0%. The parameter No “45” changes from 100% to 0% in the “decrease” time.

図11は、歩行制御処理の処理手順を示すフローチャートである。歩行制御処理では、装着者の姿勢情報の内、時々刻々変化する股関節角度βと床反力の有無を基に、歩行時に必要とされる遊脚側トルクと保持脚側トルクを計算している。中央制御部113は、図9に示したステップD12が実行されると、ステップF11に移る。   FIG. 11 is a flowchart illustrating a processing procedure of the walking control process. In the walking control process, the free leg side torque and the holding leg side torque required during walking are calculated based on the hip joint angle β and the presence or absence of floor reaction force that change from moment to moment in the posture information of the wearer. . When step D12 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to step F11.

ステップF11では、中央制御部113は、アシスト開始を検出する。具体的には、中央制御部113は、遊脚側の脚が歩行判断ポイントに位置付いたことを検出する。ステップF12では、中央制御部113は、遊脚側のアシストトルクを計算する。ステップF13では、中央制御部113は、保持脚側のアシストトルクを計算する。ステップF14では、中央制御部113は、歩行割合による補正を行うことで、歩行アシストトルクを算出する。   In step F11, the central control unit 113 detects the start of assist. Specifically, the central control unit 113 detects that the leg on the free leg side is positioned at the walking determination point. In step F12, the central control unit 113 calculates the assist torque on the free leg side. In step F13, the central control unit 113 calculates the assist torque on the holding leg side. In step F14, the central control unit 113 calculates the walking assist torque by performing correction based on the walking ratio.

図12は、遊脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部113は、図11に示したステップF12が実行されると、ステップF21に移る。   FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the assist torque on the free leg side. When step F12 shown in FIG. 11 is executed, the central control unit 113 proceeds to step F21.

ステップF21では、中央制御部113は、遊脚であるか否かを判断し、遊脚であると判断された場合には、ステップF22に進み、股関節角度βを読み込む。遊脚でないと判断された場合には、当該計算処理を終了する。遊脚であると判断された場合には、歩行シーケンスが、「振上開始」→「振上中」→「振下開始」→「振下中」と順次実行され、振下完了で終了する。   In step F21, the central control unit 113 determines whether or not it is a free leg, and if it is determined that it is a free leg, the process proceeds to step F22 and reads the hip joint angle β. If it is determined that the leg is not a free leg, the calculation process is terminated. If it is determined that the leg is a swing leg, the walking sequence is executed in order of “starting swinging” → “being raised” → “starting swinging” → “being shaken”, and is finished when the swinging is completed. .

踵SWが足の浮きを検出すると足の「振上開始」と判断され、パラメータNo「01」の「保持最大」トルクが、ステップF23にて振上側にパラメータNo「03」の「加速時間」出力される。加速時間経過後も振上げ動作が続く場合は「振上中」と判断され、パラメータNo「01」の「保持最大」・パラメータNo「02」の「比例範囲」を基に、ステップF22にて読み込んだ股関節角度βに比例した振上側へのアシストトルクが出力される(ステップF24)。股関節角度βがパラメータNo「04」の「戻り角度」以上に到達すると「振下開始」と判断され、「振下中」も含めて、振下方向にパラメータNo「04」の「戻り角度」・パラメータNo「05」の「戻り出力」を基に、股関節角度βに比例したアシストトルクが出力される(ステップF25)。ただし、パラメータNo「
13」の「不感帯」内ではトルクを切っている。また、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップF26にてパラメータNo「07」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。
When the heel SW detects the lift of the foot, it is determined that the foot is “starting to swing up”, and the “maximum holding” torque of the parameter No. “01” is set to the “acceleration time” of the parameter No. “03” on the swing side in step F23. Is output. If the swing-up operation continues even after the acceleration time has elapsed, it is determined as “raising”, and in step F22, based on “maximum holding” in parameter No “01” and “proportional range” in parameter No “02” The assist torque to the swing up in proportion to the read hip joint angle β is output (step F24). When the hip joint angle β reaches or exceeds the “return angle” of the parameter No. “04”, it is determined as “start of swinging”, and the “return angle” of the parameter No. “04” in the swinging direction including “being swung”. Based on the “return output” of the parameter No. “05”, an assist torque proportional to the hip joint angle β is output (step F25). However, parameter No “
The torque is cut within the “dead zone” of “13”. Further, in order to prevent a sudden torque change from being a burden on the wearer, the output torque is adjusted in accordance with the “increase rate” of parameter No. “07” in step F26.

図13は、保持脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部113は、図11に示したステップF13が実行されると、ステップF31に移る。   FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure for calculating the assist torque on the holding leg side. When step F13 shown in FIG. 11 is executed, the central control unit 113 proceeds to step F31.

ステップF31では、中央制御部113は、保持脚であるか否かを判断し、保持脚であると判断された場合には、ステップF32に進み、保持脚でないと判断された場合には、当該計算処理を終了する。保持脚であると判断された場合には、直立姿勢を保持するためのトルクを出力する。   In step F31, the central control unit 113 determines whether or not it is a holding leg. If it is determined that it is a holding leg, the process proceeds to step F32. If it is determined that it is not a holding leg, the central control unit 113 The calculation process ends. If it is determined that the leg is a holding leg, a torque for holding the upright posture is output.

ステップF32で、中央制御部113は、股関節角度βを読み込み、ステップF33で、中央制御部113は、パラメータNo「11」の「保持最大」・パラメータNo「12」の「比例範囲」を基に、股関節角度βに比例した保持トルクを計算する。ただし、パラメータNo「13」の「不感帯」内ではトルクを切っている。また、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップF34にてパラメータNo「07」の「増加割合」によるトルクの加減を行って出力している。   In step F32, the central control unit 113 reads the hip joint angle β. In step F33, the central control unit 113 determines that the parameter No “11” is “maximum holding” and the parameter No “12” is “proportional range”. The holding torque proportional to the hip joint angle β is calculated. However, the torque is cut within the “dead zone” of parameter No. “13”. Further, in order to prevent a sudden torque change from being a burden on the wearer, the torque is adjusted according to the “increase rate” of parameter No. “07” and output in step F34.

図14は、上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。上体判断処理では、装着者の姿勢情報を使って、股関節を曲げ、次に上体を起こそうとしているかどうかを判断している。中央制御部113は、図9に示したステップD13が実行されると、ステップG11に移る。   FIG. 14 is a flowchart illustrating the processing procedure of the body determination process. In the upper body determination process, it is determined whether the hip joint is bent and then the upper body is to be raised using the posture information of the wearer. When step D13 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to step G11.

ステップG11で、中央制御部113は、股関節角速度を読込む。ステップG12で、中央制御部113は、上体曲げ動作開始ポイントを検出する。具体的には、ステップG11で計算した股関節角速度がパラメータNo「41」の「屈曲側」を越えた位置を検出し、その位置を上体曲げ動作開始ポイントとする。ステップG13で、中央制御部113は、開始スイッチの検出を待ち、スイッチのONが検出されると上体制御出力を開始し、パラメータNo「24」の「不感帯」内に戻った段階で上体制御を終了している(ステップG14〜G16)。   In step G11, the central control unit 113 reads the hip joint angular velocity. In step G12, the central control unit 113 detects a body bending motion start point. Specifically, the position where the hip joint angular velocity calculated in step G11 exceeds the “bending side” of the parameter No “41” is detected, and that position is set as the body bending motion start point. In step G13, the central control unit 113 waits for detection of the start switch. When the switch is detected ON, the central control unit 113 starts the body control output, and returns to the “dead zone” of the parameter No “24”. Control has ended (steps G14 to G16).

図15は、上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部113は、図9に示したステップD14が実行されると、ステップH11に移る。ステップH11では、中央制御部113は、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出している。上体制御開始直後のパラメータNo「23」の「加速時間」内では、パラメータNo「21」の「保持最大」・パラメータNo「22」の「比例範囲」を基に、開始時の股関節角度βに比例した最大トルクを出力し(ステップH12)、加速時間後は股関節角度βに応じたトルクを設定している(ステップH13)。ただし、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップH14でパラメータNo「25」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。   FIG. 15 is a flowchart illustrating a processing procedure of the body control process. When step D14 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to step H11. In step H11, the central control unit 113 calculates an assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs. Within the “acceleration time” of parameter No. “23” immediately after the start of body control, the hip joint angle β at the start is based on “maximum holding” of parameter No. “21” and “proportional range” of parameter No. “22”. Is output (step H12), and after the acceleration time, a torque corresponding to the hip joint angle β is set (step H13). However, in order to prevent a sudden torque change from becoming a burden on the wearer, the output torque output is adjusted in accordance with the “increase rate” of parameter No. “25” in step H14.

図16は、中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。中腰判断処理では、装着者の姿勢情報を使って中腰姿勢を判断している。中央制御部113は、図9に示したステップD15が実行されると、ステップK11に移る。   FIG. 16 is a flowchart illustrating a processing procedure of the middle waist determination processing. In the middle waist determination process, the middle waist posture is determined using the posture information of the wearer. When step D15 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to step K11.

ステップK11で、中央制御部113は、股関節角速度を読み込む。ステップK12で、中央制御部113は、中腰動作開始ポイントを検出する。具体的には、ステップK11で計算した股関節角速度がパラメータNo「41」の「屈曲側」を越えた位置を検出し、
その位置を中腰動作開始ポイントとする。パラメータNo「33」の「待ち時間」経過後も「上体制御」が始まらない場合を中腰制御開始と判断し、パラメータNo「34」の「不感帯」が検出されるまで、中腰制御をおこなっている(ステップK13〜K15)。
In step K11, the central control unit 113 reads the hip joint angular velocity. In step K12, the central control unit 113 detects the middle waist movement start point. Specifically, a position where the hip joint angular velocity calculated in step K11 exceeds the “flexion side” of the parameter No “41” is detected,
This position is used as the middle waist movement start point. When the “upper body control” does not start even after the “waiting time” of the parameter No. “33” elapses, it is determined that the middle waist control starts, and the middle waist control is performed until the “dead zone” of the parameter No. “34” is detected. (Steps K13 to K15).

図17は、中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。中央制御部113は、図9に示したステップD16が実行されると、ステップL11に移る。ステップL11では、両脚に必要な、股関節角度βに比例したアシストトルクを算出している。   FIG. 17 is a flowchart illustrating a processing procedure of the middle waist control processing. When step D16 shown in FIG. 9 is executed, the central control unit 113 proceeds to step L11. In step L11, an assist torque proportional to the hip joint angle β required for both legs is calculated.

中腰開始後は、パラメータNo「31」の「保持最大」・パラメータNo「32」の「比例範囲」を基に、ステップL11で開始時の股関節角度βから中腰保持に必要なトルクを計算している。ただし、急激なトルク変化が装着者の負担とならないよう、ステップL12でパラメータNo「35」の「増加割合」によって出力トルクの出方を加減している。   After starting the middle waist, calculate the torque required to maintain the middle waist from the hip joint angle β at the start in step L11 based on the “maximum holding” of the parameter No “31” and the “proportional range” of the parameter No “32”. Yes. However, in order to prevent a sudden torque change from becoming a burden on the wearer, the output torque is adjusted in step L12 according to the “increase rate” of parameter No. “35”.

重作業用アシストスーツ100は、腰椎についてパワーアシストするために、パワーアシスト用電動モータ1を股関節の左右両サイドに配置されている。パワーアシスト用電動モータ1は、バックドライアブルとするため、すなわち、装着者側から駆動機器を動かすことができるようにするため、パワーアシスト用電動モータ1に付加される減速機の減速比を1/100程度の減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ1の出力を制限し、抗重力方向に十分なアシスト力を確保している。   In the heavy work assist suit 100, the power assist electric motor 1 is disposed on both the left and right sides of the hip joint in order to power assist the lumbar spine. In order to make the power assist electric motor 1 back-dryable, that is, to enable the drive device to be moved from the wearer side, the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 1 is set to 1. The output of the power assisting electric motor 1 is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can achieve, and a sufficient assist force is ensured in the anti-gravity direction.

このように、重作業用アシストスーツ100は、使用しているパワーアシスト用電動モータ1をバックドライアブルとするため、パワーアシスト用電動モータ1に付加する減速機の減速比を1/100程度の低減速比にして、装着者が出せる以上の力を出せないようにパワーアシスト用電動モータ1の出力を制限しているので、装着者の安全を確保することができる。   Thus, since the heavy duty assist suit 100 makes the power assist electric motor 1 being used back-dryable, the reduction ratio of the reduction gear added to the power assist electric motor 1 is about 1/100. Since the output of the electric motor 1 for power assist is limited so that the wearer cannot produce more force than the wearer can reduce, the safety of the wearer can be ensured.

重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1を取り付けているアシスト機構として、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸6,11〜13,24,35、すなわち駆動機器を取りつけていない回転軸を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置している。   The heavy work assist suit 100 is an assist mechanism to which the electric motor 1 for power assist is attached, and is driven by the passive rotary shafts 6, 11 to 13, 24, 35 so as not to hinder the wearer's operation other than the assist direction. A rotating shaft to which no device is attached is arranged around the outside of the joint of the target wearer.

このように、重作業用アシストスーツ100は、アシスト方向以外の装着者の動作を妨げないように受動回転軸6,11〜13,24,35を、対象とする装着者の関節の外側周囲に配置しているので、装着者の動作を拘束することがない。   In this way, the heavy duty assist suit 100 has the passive rotary shafts 6, 11 to 13, 24, and 35 around the outside of the joints of the target wearer so as not to hinder the wearer's movements in directions other than the assist direction. Since it arrange | positions, a wearer's operation | movement is not restrained.

また、重作業用アシストスーツ100は、重量物を持ち上げて運搬する作業において、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる機構および制御となっている。重作業用アシストスーツ100は、腰痛を防ぐために、腰椎をパワーアシストし、かつ歩行を補助するために、股関節をパワーアシストする。このように、重作業用アシストスーツ100は、腰痛を防ぎつつ歩行を補助するために、腰椎と股関節とを同時にパワーアシストすることができる。   The heavy work assist suit 100 has a mechanism and control capable of simultaneously power assisting the lumbar spine and the hip joint in the work of lifting and transporting heavy objects. The heavy duty assist suit 100 power assists the lumbar spine to prevent back pain and power assists the hip joint to assist walking. As described above, the heavy duty assist suit 100 can power assist the lumbar spine and the hip joint at the same time in order to assist walking while preventing back pain.

また、重作業用アシストスーツ100は、筋肉を動かそうとしたときに筋肉に流れる微弱な表面筋電位信号を用いずに、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要な回転トルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがない。このように、重作業用アシストスーツ100は、表面筋電位センサを装着するという煩わしさがなく、実用的である。   Further, the heavy duty assist suit 100 does not use the weak surface myoelectric potential signal that flows to the muscle when trying to move the muscle, and the rotational torque necessary to move the body in various work postures of the wearer. Since the assist torque is calculated by dynamically calculating the surface myoelectric potential sensor, there is no troublesomeness. Thus, the heavy work assist suit 100 is practical without the trouble of wearing the surface myoelectric potential sensor.

また、重作業用アシストスーツ100は、動作パターンの再生方式ではなく、装着者の様々な作業姿勢で体を動かすのに必要なトルクなどを力学的に算出することによって、アシストトルクを算出するので、動作の切り換わり時に不連続になることがない。このように、重作業用アシストスーツ100は、数多くの動作パターンをデータベース化しておく必要がなく、動作の切り換わり時に不連続になることがない。   In addition, the heavy work assist suit 100 calculates the assist torque by dynamically calculating the torque required to move the body in various working postures of the wearer, not the motion pattern reproduction method. , There is no discontinuity when switching operations. As described above, the heavy work assist suit 100 does not need to store a large number of operation patterns in a database, and does not become discontinuous when the operation is switched.

また、バネ式やゴム式のパッシブ方式では、一方向にしかパワーアシストできないが、重作業用アシストスーツ100は、パワーアシスト用電動モータ1を用いたアクティブ方式であるで、双方向にアシストすることができる。   In addition, the spring type or rubber type passive method can power assist in only one direction, but the heavy duty assist suit 100 is an active method using the power assist electric motor 1 and assists in both directions. Can do.

このように、2つのパワーアシスト用電動モータ1は、装着者の股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する。上体フレームは、装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を保持する。そして、2つの下肢アシストアームは、一端部がパワーアシスト用電動モータ1の固定側に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される。したがって、重作業用アシストスーツ100は、少ない駆動源、すなわち腰部両側に設けられる2つのパワーアシスト用電動モータ1で重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   In this way, the two electric motors 1 for power assist are arranged in the vicinity of both sides of the wearer's hip joint in the left-right direction, and follow the movements of the wearer's upper body and thigh in the direction of the upper body and thigh. A drive torque for assisting the movement of the part is generated. The upper body frame is attached to the chest and waist of the wearer and holds the two electric motors 1 for power assist. The two lower limb assist arms have one end fixed to the fixed side of the power assist electric motor 1 and the other end attached to the side of the thigh. Therefore, the heavy work assist suit 100 can assist the lifting operation and the walking operation of the heavy load with a small number of drive sources, that is, the two power assist electric motors 1 provided on both sides of the waist.

さらに、前記上体フレームは、上体アシストアームと、メインフレームと、上下連結ユニットと、受動回転軸24および受動回転軸35とを含む。上体アシストアームは、装着者の胸部に装着される。メインフレームは、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を両端部でそれぞれ保持し、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される。そして、受動回転軸24および受動回転軸35は、上体アシストアームとメインフレームとを前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結する。したがって、重作業用アシストスーツ100は、上体アシストアームとメインフレームとをそれぞれの端部の2箇所で連結する場合よりも、上体の左右方向の動作および上体の回転動作を拘束することなく、重量物の持ち上げ動作および歩行動作を補助することができる。   Further, the body frame includes a body assist arm, a main frame, a vertical connection unit, a passive rotating shaft 24 and a passive rotating shaft 35. The upper body assist arm is attached to the chest of the wearer. The main frame holds the two power assist electric motors 1 at both ends, extends between the two power assist electric motors 1 along the back of the waist of the wearer, and is attached to the wearer's waist. The The passive rotating shaft 24 and the passive rotating shaft 35 connect the upper body assist arm and the main frame so as to be rotatable about the front-rear axis and the vertical axis. Therefore, the heavy duty assist suit 100 restrains the movement of the upper body in the left-right direction and the rotation of the upper body, compared to the case where the upper body assist arm and the main frame are connected to each other at two positions. In addition, the lifting operation and the walking operation of heavy objects can be assisted.

さらに、中央制御部113は、前記算出した駆動トルクを、装着者が前記2つのパワーアシスト用電動モータ1を逆方向に駆動することができる減速比以下の減速比に減少させて、前記2つのパワーアシスト用電動モータ1に発生させる。したがって、重作業用アシストスーツ100は、装着者の安全を確保することができる。   Further, the central control unit 113 reduces the calculated drive torque to a reduction ratio that is less than or equal to a reduction ratio at which a wearer can drive the two power assist electric motors 1 in the opposite directions. It is generated in the electric motor 1 for power assist. Therefore, the heavy work assist suit 100 can ensure the safety of the wearer.

1 パワーアシスト用電動モータ
2,3,7〜10,20〜22 フレーム
4 腰フレーム
5 背面フレーム
6,11〜13,24,35 受動回転軸
14 受け部
15,18,26〜28,32 ベルト
16,17,25,30 ベルトホルダ
19 クッション
23 コネクタ
29 胸部ガイド
31 ファスナ
33 コントロールボックス
34 ドライバ収容ボックス
36 横倒れ防止スプリング
37 角度調整機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric motor for power assistance 2,3,7-10,20-22 Frame 4 Waist frame 5 Back frame 6,11-13,24,35 Passive rotating shaft 14 Receiving part 15,18,26-28,32 Belt 16 , 17, 25, 30 Belt holder 19 Cushion 23 Connector 29 Chest guide 31 Fastener 33 Control box 34 Driver storage box 36 Side-fall prevention spring 37 Angle adjustment mechanism

Claims (5)

装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体および大腿部の動きに追従する方向に、上体および大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する2つの回転駆動部と、
装着者の胸部および腰部に装着され、前記2つの回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、
一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される2つの大腿部フレームとを含み、
前記上体フレームは、
前記2つの回転駆動部を両端部でそれぞれ保持し、前記2つの回転駆動部間を装着者の腰部の背面に沿って延び、装着者の腰部に装着される腰部フレームと、
前記腰部フレームに、前後軸線および上下軸線まわりに回転自在に連結される上体アシストアームとを含み、
前記上体アシストアームは、
装着者の胸部に装着され、前記2つの回転駆動部の駆動力を該装着者の胸部に伝達する、可撓性を有する胸当て片と、
腰部背面を通る直線部分を有し、装着者の胸部の一側方から装着者の胸部の他側方まで延設されるU字状のサイドフレームと、
前記サイドフレームの端部に取り付けられる、ベルト通し穴が形成された一対のベルトホルダと、
前記サイドフレームの前記端部と前記胸当て片とを連結する一対の第1ベルトと、
前記一対の第1ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構とを含み、
前記一対の第1ベルトは、一方の第1ベルトが、一方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の一方側の2つの隅部に固定され、他方の第1ベルトが、他方のベルトホルダのベルト通し穴に挿通された状態で、一端部および他端部が、前記胸当て片の横方向の他方側の2つの隅部に固定されることを特徴とするパワーアシストロボット装置。
It is placed near both the left and right sides of the wearer's waist or hip joint, and generates driving torque to assist the movement of the upper body and thigh in the direction to follow the movement of the upper body and thigh of the wearer. Two rotational drive units to
An upper body frame that is attached to the chest and waist of the wearer and to which either one of the rotation shaft and the fixed end side of the two rotation driving units is fixed;
Two thigh frames, one end of which is fixed to one of the rotation shaft and the fixed end of the rotation drive unit, and the other end is attached to the side of the thigh;
The upper body frame is
A waist frame that holds the two rotational drive parts at both ends, extends between the two rotational drive parts along the back of the waist of the wearer, and is attached to the waist of the wearer;
An upper body assist arm that is rotatably connected to the waist frame around a longitudinal axis and a vertical axis;
The upper body assist arm is
A flexible breast pad that is mounted on the chest of the wearer and transmits the driving force of the two rotational drive units to the chest of the wearer;
A U-shaped side frame having a straight portion passing through the back of the waist and extending from one side of the chest of the wearer to the other side of the chest of the wearer;
A pair of belt holders formed with belt through holes, attached to the end portions of the side frames;
A pair of first belts connecting the end of the side frame and the breast pad;
An expansion / contraction adjustment mechanism for adjusting a belt length provided on the pair of first belts,
The pair of first belts includes one of the first belts inserted into the belt through hole of one of the belt holders, and one end and the other end of the pair of first belts. Two corners on the other side in the lateral direction of the breast pad in a state where the other first belt is fixed to the corner and the other first belt is inserted through the belt through hole of the other belt holder. A power assist robot apparatus, which is fixed to the robot.
前記上体アシストアームは、
前記胸当て片の上側に配置される2つの隅部から、装着者の肩を通して背中へ向かい、前記胸当て片を前記サイドフレームの直線部分に連結する一対の第2ベルトと、
前記胸当て片の下側に配置される2つの隅部を腰部フレームの端部に連結する一対の第3ベルトと、
前記第2ベルトおよび前記第3ベルトに設けられる、ベルト長を調整するための伸縮調整機構とを含んでいることを特徴とする請求項1に記載のパワーアシストロボット装置。
The upper body assist arm is
A pair of second belts connecting the breast pad to the straight part of the side frame from two corners arranged on the upper side of the breast pad toward the back through the shoulder of the wearer;
A pair of third belts connecting two corners disposed on the lower side of the breast pad to the end of the waist frame;
The power assist robot apparatus according to claim 1, further comprising an expansion / contraction adjustment mechanism for adjusting a belt length, which is provided on the second belt and the third belt .
前記胸当て片は、左右に分離可能に構成されていることを特徴とする請求項1または2に記載のパワーアシストロボット装置。 The breastplate piece, power assist robot apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that it is configured to be separated into left and right. 前記胸当て片は、皮革材料によって形成されていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 The power assist robot apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the breast pad piece is formed of a leather material. 前記胸当て片は、略矩形状に形成され、その上端部および下端部の少なくとも一方は、略円弧状に切欠かれていることを特徴とする請求項1〜のいずれか1つに記載のパワーアシストロボット装置。 The breastplate piece is formed in a substantially rectangular shape, the power according to at least one of its upper and lower ends, it any one of claims 1-4, characterized in that notched in a substantially arcuate shape Assist robot device.
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