JP6643675B2 - アシストウェア、アシストウェアの制御部の制御方法、及び、制御部用プログラム - Google Patents

アシストウェア、アシストウェアの制御部の制御方法、及び、制御部用プログラム Download PDF

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Description

本開示は、生体に装着して生体の発生力をアシスト力で補助して生体の動作を支援するとき、アシスト力を簡単に調整することができる、アシストウェア、アシストウェアの制御部の制御方法、及び、制御部用プログラムに関する。
従来、布等のメッシュ状の人体装着部を人体の膝などの関節部分に装着し、人体装着部に設けられたアクチュエータを駆動して人体の発生力を補助することにより、日常生活における動作を支援することができる人体運動補助装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。
特開2003−250842号公報
しかしながら、従来技術では、アシストウェアのアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減を簡単に調整するため、さらなる改善が必要であった。
本開示の非限定的で例示的な一態様は、生体の動作を支援するとき、アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減を簡単に調整することができる、アシストウェアである。
本開示の一態様の付加的な恩恵及び有利な点は本明細書及び図面から明らかとなる。この恩恵及び/又は有利な点は、本明細書及び図面に開示した様々な態様及び特徴により個別に提供され得るものであり、その1以上を得るために全てが必要ではない。
本開示の一態様に係るアシストウェアは、生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアであって、
前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
前記アシストウェアの外表面への接触を検知する接触センサであって、第1の接触センサと、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサとを含む複数の接触センサと、
前記第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、前記第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間において、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させる制御部を含み、
前記制御部は、前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する。
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能な記録媒体で実現されてもよく、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよびコンピュータ読み取り可能な記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体は、例えばCD−ROM(Compact Disc−Read Only Memory)などの不揮発性の記録媒体を含む。
本開示によれば、生体の動作を支援するとき、アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減を簡単に調整することができる。
本開示の第1実施形態にかかるアシストウェアをユーザに装着した状態でのユーザの動作を示す概略説明図 本開示の第1実施形態にかかるアシストウェアをユーザに装着した状態を示す説明図 図2のアシストウェアの斜視図 アシストウェアに関するブロック図 比較判定を説明するための説明図 図4Bにおける判定に使用する、時間応答パターンのフェーズEの信号の説明図 図4Bにおける判定に基づいた、フェーズEでのアシスト用アクチュエータ(代表例として、アクチュエータA〜E)の駆動例の説明図 ウェア本体の表面のアシスト用アクチュエータの配置状態を示す説明図 図5Aの変形例にかかるアシスト用アクチュエータの配置状態の斜視図 ウェア本体の表面のセンサの配置状態を筋肉との関係で示す説明図 ウェア本体の裏面のセンサの配置状態を筋肉との関係で示す説明図 アクチュエータの説明図 アクチュエータの拡大説明図 別のアクチュエータの説明図 図8のアシスト用アクチュエータの変形例にかかるアクチュエータの説明図 図8のアシスト用アクチュエータの変形例にかかるアクチュエータの説明図 図8のアシスト用アクチュエータの変形例にかかるアクチュエータの説明図 センサの配置と筋肉との関係を示す説明図 アナログ配線の場合のセンサからの配線を示す説明図 デジタル配線の場合のセンサからの配線を示す説明図 ウェア本体の構造例の断面図 センサキャリブレーションの説明図 センサ出力の処理の仕方の説明図 別のセンサ出力の処理の仕方の説明図 ウェアアシストでの全体の動作の流れを示すフローチャート ユーザにより筋肉の位置が異なるために異なるアシスト用アクチュエータを選択する場合の説明図 ユーザにより筋肉の位置が異なるために異なるアシスト用アクチュエータを選択する場合の説明図 アクチュエータキャリブレーションの動作の流れを示すフローチャート ウェアアシストによる歩行アシストの工程の説明図 制御部によるアシスト用アクチュエータの駆動制御のフローチャート 予備動作のバリエーションを示す説明図 5つの圧力センサからの出力であるセンサ信号と第1の閾値と第1の時間との関係を説明するためのグラフ 別の例として、5つの圧力センサからの出力であるセンサ信号と第1の閾値と第1の時間との関係を説明するためのグラフ アシストウェアと撫でる動作との関係を示す説明図 予備動作及びコマンド判定部及び駆動部での予備動作及びコマンド判定部及びアシスト駆動の処理を示すフローチャート 予備動作及びコマンド判定部における処理を示すフローチャート 予備動作及びコマンド判定部における処理の内、予備動作の処理を示すフローチャート 予備動作及びコマンド判定部における処理の内、コマンド判定動作の処理を示すフローチャート 予備動作及びコマンド判定部における処理の内、変形例にかかるコマンド判定動作の処理を示すフローチャート 予備動作及びコマンド判定部における処理の内、別の例にかかるコマンド判定動作の処理を示すフローチャート 圧力センサ数とアシスト力の設定値との関係をテーブル形式で示す図 圧力センサの最大距離とアシスト力の設定値との関係をテーブル形式で示す図 2回撫でる動作を行う場合の5つの圧力センサからの出力であるセンサ信号と第1の閾値と第1の時間との関係を説明するためのグラフ 第2変形例にかかる予備動作及びコマンド判定部又は受付部での処理のフローチャート 第2変形例にかかるウェアアシストによる歩行アシストの工程において、左右同時入力受付動作のときの左脚アシストを説明するための説明図 第3変形例にかかるアシストウェアに関するブロック図 右脚前と左脚前とのウェアアシストによる歩行アシストの工程の説明図 第7変形例にかかる肘用のアシストウェアの説明図 第7変形例にかかる指用のアシストウェアの説明図 第4変形例にかかるアシストウェアに関するブロック図
以下に、本開示にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
以下、図面を参照して本開示における実施形態を詳細に説明する前に、本開示の種々の態様について説明する。
本開示の1つの態様にかかるアシストウェアは、生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアであって、
前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
前記アシストウェアの外表面への接触を検知する接触センサであって、第1の接触センサと、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサとを含む複数の接触センサと、
前記第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、前記第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間において、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させる制御部と、
を備える。
アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させる際に前記駆動力の増減に専用の端末機(情報端末機又は入出力装置など)を使用する構成とすると、駆動力を増減させる度に、前記端末機を操作して増減させたい箇所及び駆動力の増減量などを入力する必要があり、煩雑であった。
本態様によると、第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間において、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力が増減される。
これにより、アシストウェアを装着する生体の例であるユーザは、アシスト用アクチュエータの駆動力を増減させたい箇所においてアシストウェアを撫でるだけで、即ち前記専用の端末機を用いることなく、前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させることができる。
また、前記態様において、例えば、前記制御部は、前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断するようにしてもよい。
ユーザがアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させたい場合とは、アシストウェアを装着し、アシストウェアよりアシスト力(アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力)を受けながら運動している際に、当該アシスト力の強弱を微調整したい場合が多いと考えられる。言い換えれば、ユーザは、アシストウェアよりアシスト力を受けていない際には、当該アシスト力の強弱を微調整したい、即ちアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させたいと望むことが少ないと考えられる。
本態様によると、アシスト用アクチュエータが伸縮駆動中に、前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受け付けた場合、前記第1の接触の検知は受付けられたと判断される。これにより、前記第1の接触の検知は、ユーザがアシスト力の微調整を望む場面、即ち、前記アシストウェアよりアシスト力を受けている間に受付けられる。その結果、ユーザがアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させることを望む可能性が少ない場面において、第1の接触の検知が受付けられたと判断されることを防止し、ひいてはユーザの意思とは無関係の駆動力の増減がされることを防止できる。
また、前記態様において、例えば、前記制御部は、前記複数の接触センサの中の第3の接触センサより第3の接触の検知を受け付けた後の第1の時間内に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断するようにしてもよい。
ここで、アシストウェアは、運動などを行うユーザに装着されるため、アシストウェアの外表面へ何かしらの接触を受けることが多い。例えば、運動中にユーザの手がたまたま前記アシストウェアに触れることはあり得る。かかる場合、前記アシストウェアが何かしらの接触を受ける度に駆動力が増減されると、ユーザの意思とは無関係な駆動力の増減となる恐れがある。
本態様によると、第3の接触センサより第3の接触の検知を受け付けた後の第1の時間内に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けたと判断される。これは、ユーザが意図せず前記アシストウェアに触れた場合、この意図しない第3の接触に続いて次の接触である第1の接触が前記第3の接触から短期間に検知される可能性が低いと考えられるからである。一方、ユーザが意図して前記アシストウェアに触れた場合、即ち、ユーザが駆動力の増減を望む場合、第3の接触と前記第3の接触に続く第1の接触とは短時間に検知されると考えられる。本態様では、このことを利用して、第1の接触センサによる第1の接触の検知を、前記第3の接触の検知を受付けた後の第1の時間内に限ることにより、ユーザの意図とは無関係に前記アシスト用アクチュエータの駆動力が増減されることを防止できる。
さらに、アシストウェアにユーザの意図とは無関係の何かしらの接触が連続的にされる場合、当該接触はアシストウェアの同じ部分にされることが多い。そのため、第3の接触と第1の接触とが同じ接触センサにより検知される場合とは、ユーザの意図とは無関係の接触である場合が多い。本態様によると、第3の接触は第3の接触センサが、第1の接触は第1の接触センサがそれぞれ検知する。即ち、ユーザは始めに駆動力を増減させたい箇所とは異なる箇所を触る必要がり、ユーザの意図とは無関係の駆動力の増減を効果的に防止することができる。
また、前記態様において、例えば、前記第3の接触センサは、前記第1の接触センサと同一であるようにしてもよい。
前記端末機を用いずにアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減させる入力操作を行うユーザは、始めにアシストウェアのどの部分の駆動力を増減させたいかを入力し、その後駆動力の増減量を入力したいと思うのが一般的である。
本態様によると、第3の接触と第1の接触とは同じ接触センサにより検知されるため、ユーザがアシストウェアのある箇所を触った後の第1の時間内に、同じ箇所を起点として撫でることにより、撫でた箇所の駆動力が増減されることとなる。その結果、ユーザは、始めに駆動力を増減させたいと思う部分に触れ、次に増減させるレベル分だけ撫でれば良いので、直感的な入力操作を行うことができる。
また、前記態様において、例えば、前記制御部は、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの距離が長いほど、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増加させるようにしてもよい。
本態様によると、ユーザが駆動力の増加させることを望む場合、ユーザは所望する駆動力となるまでアシストウェアを撫でればよいので、より直感的な入力操作を行うことができる。
また、前記態様において、例えば、前記制御部は、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸長駆動中に、前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸長駆動の駆動力を増加させるようにしてもよい。
また、前記態様において、例えば、前記制御部は、前記対応するアシスト用アクチュエータの収縮駆動中に、前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記対応するアシスト用アクチュエータの収縮駆動の駆動力を増加させるようにしてもよい。
また、前記態様において、例えば、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減は、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮長を変更することにより制御されるようにしてもよい。
また、前記態様において、例えば、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減は、前記対応するアシスト用アクチュエータのばね定数を変更することにより制御されるようにしてもよい。
また、前記態様において、例えば、前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に加わる圧力値を検知する複数の圧力センサであり、
前記制御部は、前記複数の圧力センサのそれぞれより第1の閾値以上の圧力値を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断するようにしてもよい。
本態様によると、前記複数の接触センサとして前記複数の圧力センサを用いる。ここで、アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させたい場合、ユーザは、偶然にアシストウェアに触れた場合よりも強く触れることが多いと考えられる。そのため、例えば、前記第1の閾値を、意図せずに触ったときに検知される圧力値以上の値に設定すれば、ユーザが偶然にアシストウェアに触れた場合に駆動力が増減されることを防ぐことができる。
また、前記態様において、例えば、前記アシストウェアは、さらに、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを備え、
前記制御部は、前記複数の筋電センサのそれぞれより検知される各電圧値に応じて、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれを伸縮駆動させるようにしてもよい。
筋電センサで検知される電圧は、筋肉を動かす直前に生じる電圧であり、筋肉を動かした後に生じる電圧ではない。そのため、本態様によると、筋肉を動かす直前に生じる電圧の検知結果に基づき、アシスト用アクチュエータの駆動を制御することができる。その結果、アシスト用アクチュエータによるアシストの追従性が向上する。
また、前記態様において、例えば、前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に加わる圧力値を検知する複数の圧力センサであり、
前記制御部は、前記複数の圧力センサのそれぞれより第1の閾値以上の圧力値を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断するとともに、
前記アシストウェアは、さらに、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを備え、
前記制御部は、前記複数の筋電センサのそれぞれより検知される各電圧値に応じて、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれを伸縮駆動させるとともに、前記複数の筋電センサの中の第1の筋電センサより検知される単位時間当たりの前記電圧値の変化量が第2の閾値以上の場合、前記第1の筋電センサに対応する圧力センサが圧力値を検知するための前記第1の閾値を大きくするようにしてもよい。
ユーザが激しい動作をしている際に圧力センサより検知される圧力値は、ユーザが激しくない動作をしている際に当該圧力センサより検知される圧力値と比較して大きいと考えられる。例えば、ユーザが走っている際にユーザ自身の手がアシストウェアに偶然に接触したときの圧力値は、ユーザが歩いている際に偶然に接触したときの圧力値と比較して大きいことが予想される。かかる場合、第1の閾値を固定値とすると、ユーザの動作の激しさによってアシストウェアの外表面への接触があったと判断される場合と、そのように判断されない場合とが生じ得る。
本態様によると、前記複数の筋電センサの中の第1の筋電センサより検知される単位時間当たりの前記電圧値の変化量が第2の閾値以上のとき、即ちユーザが激しい動作をしているとき、前記第1の筋電センサに対応する圧力センサが圧力値を検知するための第1の閾値を上げる。これにより、たとえユーザが激しい動作をしている場合であっても、ユーザの意図とは無関係にアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減がされることを効果的に防止できる。
また、前記態様において、例えば、前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に複数配置され、静電容量の変化量を検知する複数のタッチセンサであり、
前記制御部は、前記複数のタッチセンサのそれぞれより第3の閾値以上の静電容量の変化量を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断するようにしてもよい。
本態様によると、前記複数の接触センサとして前記複数のタッチセンサを用いる。ここで、アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させたい場合、ユーザは、偶然にアシストウェアに触れた場合よりも強く触れることが多いと考えられる。そのため、例えば、前記第3の閾値を、意図せずに触ったときに検知される静電容量の変化量以上の値に設定すれば、ユーザが偶然にアシストウェアに触れた場合に駆動力が増減されることを防ぐことができる。
また、前記態様において、例えば、前記アシストウェアは、前記生体の対称な部位の両方にそれぞれ装着される一対の装着部を有し、
前記一対の装着部のうちの一方の装着部に配置される複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれは、前記一対の装着部のうちの他方の装着部に配置される複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれと対応付けられており、
前記制御部は、前記一方の装着部に配置される第1のアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力が増減されると、前記他方の装着部に配置されかつ前記第1のアシスト用アクチュエータに対応する第2のアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を連動して増減させるようにしてもよい。
本態様によると、例えばアシストウェアがそれぞれの脚に装着されるアシストパンツである場合、一方の脚について駆動力が増減されると、他方の脚についても駆動力が増減される。これにより、一方の脚に対して入力を行えば、他方の脚に対しても同時に入力を行うことができるため、より簡易に入力操作を行なうことができる。
本開示の別の態様にかかるアシストウェアの制御部の制御方法は、生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアの制御部の制御方法であって、
前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
前記アシストウェアの外表面への接触を検知する複数の接触センサと、
制御部と、
を備えるアシストウェアの制御部に対して、
前記複数の接触センサの中の第1の接触センサより第1の接触の検知を受付け、
その後、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの間、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させ、
前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する。
本開示のさらに別の態様にかかるアシストウェアの制御部のプログラムは、生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアの制御部において実行されるプログラムであって、
前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
前記アシストウェアの外表面への接触を検知する複数の接触センサと、
制御部と、
を備えるアシストウェアの制御部に対して、
前記複数の接触センサの中の第1の接触センサより第1の接触の検知を受付け、
その後、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの間、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させ、
前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する。
また、前記アシストウェアは、さらに、
前記生体の部位の姿勢を検出する姿勢検出センサを有し、
前記第1の接触センサは、前記姿勢検出センサで検出された姿勢に応じて選択され、選択された第1の接触センサからの出力により第1の接触の検知が行われてもよい。
このように構成すれば、駆動力の調整量の入力を開始するタイミングを限定することにより、さらに誤入力を減らすことができる。また、第1の接触を受け付けるタイミングの判定に姿勢を用いることで、動作の速度に影響されない判定ができる。
また、前記アシスト用アクチュエータが伸長と収縮を周期的に行うアシストウェアにおいて、
前記アシストウェアは、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを有し、
前記筋電センサの検出波形の推移から前記生体の部位の姿勢を検出してもよい。
このように構成すれば、筋電センサの信号に基づいてアクチュエータを駆動するとともに、筋電センサの信号に基づいて駆動力の調整量の入力タイミングを決めることで、入力をより適切なタイミングに限定でき、さらに誤入力を減らすことができる。
本開示の別の態様にかかるアシストウェアは、
アシストウェアへの第1の接触を検出し、第1信号を出力する第1センサと、
前記アシストウェアへの第2の接触を検出し、第2信号を出力する第2センサと、
前記アシストウェアへの第3の接触を検出し、第3信号を出力する第3センサと、
制御信号に基づいて収縮の度合いを変更するアクチュエータと、
前記第1信号、前記第2信号、および前記第3信号を受け取り、前記制御信号を出力するコントローラを含み、
前記コントローラは、前記アクチュエータの駆動開始指示を受理した後に前記コントローラが前記第1信号を受理し、前記コントローラが前記第1信号を受理した後に前記コントローラが前記第2信号を受理し、前記コントローラが前記第2信号を受理した後に前記コントローラが前記第3信号を受理した場合、前記制御信号を生成し、
前記第1センサと前記第2センサの間の第1距離と、前記第2センサと前記第3センサの間の第2距離との和が大きければ、前記制御信号は前記収縮の度合いが大きいことを示す信号を含む。
(第1実施形態)
以下、図面を参照して本開示における第1実施形態を詳細に説明する。
(概略構成及びユーザ動作)
図1は、本開示の第1実施形態にかかるアシストウェア4を生体の一例であるユーザ1が装着した状態での、ユーザ1の動作を示す概略説明図である。また、図2は、本開示の第1実施形態にかかるアシストウェア4をユーザ(人体)1に装着した状態を示す説明図、図3は、図2のアシストウェア4の斜視図である。アシストウェア4はアシストすべき部位に装着して筋肉の動きのアシストを行うものである。アシストウェア4は、アシストウェア本体2に、複数の線状のアシスト用アクチュエータ6と、複数の圧力センサ87と、制御部(コントローラ)8とを少なくとも備えている。
第1実施形態では、ウェア本体2をパンツで構成し、歩行アシストを行うアシストウェアを例に説明する。ただし、ウェア本体2はパンツに限らず、アシストする機能に応じて上着、肘サポータ、膝サポータのように構成してもよい。
本第1実施形態では、図2に示すように、ユーザ1は、制御部8を内蔵したコントローラベルト3を腰に装着し、ウェア本体2を履いて使用する。このウェア本体2には、一例として、図3に示すように、パンツの縦方向、言い換えれば、ユーザ1の人体軸方向(図3の上下方向)に、例えば多数の筋電センサ7及び圧力センサ87と、多数の線状のアシスト用アクチュエータ6とを所定間隔をあけてウェア本体2の図3の表裏両面に固定している。すなわち、多数の圧力センサ87及び多数の筋電センサ7が接続された配線9と、アシスト用アクチュエータ6とが交互に配置されている。
ここで、制御部8は、圧力センサ87で検出された信号がそれぞれ、予備動作、あるいは、コマンド入力動作であるか判定を行う予備動作及びコマンド判定部8hを有している。なお、ここで言うコマンドとは、アシスト力の調整命令のことであり、予備動作とは、コマンドの誤入力を避けるためコマンド入力直前に実施する動作のことである。予備動作は必ずしも必要ではないが、予備動作を行うシステムの場合には、図3に示すように、圧力センサ87を、予備動作を検出するための圧力センサ87aとコマンド入力動作を検出する圧力センサ87bとを備えるように構成し、それぞれ配置される領域を分けることでさらに誤入力を避けるように構成することもできる。本第1実施形態では、この構成を例に動作を説明する。
なお、図3に示した複数の圧力センサ87は接触センサの一例であり、静電容量型のタッチセンサであってもよい。
次に、図1を用いて本開示の第1実施形態にかかるアシストウェア4における、アシスト力(アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力)調整の際のユーザ1の動作を説明する。
まず、ユーザ1は、図1の(a)に示すようにアシストウェア4を装着して歩行アシストの機能を作動させ、歩行を開始する。次に、図1の(b)に示すように、アシスト動作中に、例えばアシストウェア本体2の一部の2カ所(例えば図1の(b)では腰部分の位置P1と位置P2)をたたくなどの予備動作(受付動作)を行ったのち、数秒以内に図1の(c)に示すように、アシスト力(後述するアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力)を制御したいアシスト用アクチュエータ6の付近(例えば図1の(c)では右大腿部の前部)を下の位置P5から中間位置P4を通って上の位置P3まで撫でる(スワイプ)。ここで、撫でる(スワイプ)とは、アシストウェア本体2にユーザ1の手が触れた状態のままで、いずれかに移動させることを意味しており、この動作がコマンド入力動作(アシスト力調整動作)となる。また、ユーザ1がアシストウェア本体2に触れた位置で接触が検知された圧力センサ87の圧力値が、最初に第1の閾値TH1以上であるときの接触を、第1の接触と呼ぶ。また、第1の接触の検知後、ユーザ1の手がアシストウェア本体2から離れる直前の接触が検知された圧力センサ87の圧力値が、第1の閾値TH1以上であるときの接触を、第2の接触と呼ぶこととする。この第1の接触から第2の接触の間に移動させる軌跡は、上下若しくは斜め若しくは横方向に直線的、円弧状、又は屈曲させるなど任意である。制御方法については後で説明するが、以上の簡単な予備動作及びコマンド入力動作により制御部8でアシスト力の調整命令(コマンド)が判定され、図1の(d)に示すように、当該コマンドに基づき、アシスト力を調整しつつ所望の動作のアシスト動作が行われる。
本第1実施形態の方法は、情報端末機又は入出力装置などを用いてアシスト力の調整を行う方法と比べると、調整したい場所を直接撫でてアシスト力の設定ができるため、直感的で簡便であり、運動中(アシスト動作中)でも利用できるという利点がある。
このような方法は簡便であると同時に誤入力をしやすいという課題があるが、本第1実施形態では、予備動作及びコマンド入力動作の検出をアシスト動作中に限定するとともに、予備動作を検出したのち、例えば数秒以内に検出された信号をコマンド入力として判定することで、誤入力を防止している。また、予備動作からコマンド入力動作への連続した動作の区別については、予備動作を検出する場所とコマンド入力動作を検出する場所とを領域で分けるだけでなく、予備動作を複数回のタッチ動作、コマンド入力動作を撫でる動作で構成することで、より確実に区別している。この複数回のタッチ動作で構成された予備動作については後で説明するが、例えば、特定のリズムでタッチする、複数個所を特定の順番でタッチする、数箇所同時にタッチする、あるいは、これらを特定の動作と組み合わせる、などの動作で構成すれば、極めて誤入力を起こりにくくすることができる。このような予備動作であれば、予備動作を検出する場所とコマンド入力動作を検出する場所とを必ずしも分ける必要なない。
以下、各構成要素について詳しく説明する。
(アシスト用アクチュエータ配置)
複数のアシスト用アクチュエータ6は、ユーザ1にウェア本体2が装着された場合においてユーザ1のアシスト対象の部位の筋肉の伸縮方向に沿ってウェア本体2に線状に複数本配置され、アシスト用アクチュエータ6の近傍の筋肉の動きをアシストするように伸縮駆動するものである。筋肉の伸縮方向とは、例えば、ウェア本体2で言えば、一端部から他端部に向かう方向である。ここで、ウェア本体2の端部とは、アシストウェア4がパンツの場合には腰部(上端部)又は下端部であり、アシストウェア4が腕に装着する筒状の部材の場合には手首部又は腕の付け根側の端部であり、アシストウェア4が胴に装着する筒状の部材の場合には上側又は下側の端部である。また、アシストウェア4が手に装着する筒状の部材の場合には指の先端又は付け根の端部である。要するに、人体の部位に装着するアシストウェア4として筒状の部材として構成している場合には、その中心軸方向のいずれかの端部を意味している。
(圧力センサ配置)
圧力センサ87は、一例として、アシストウェア本体2の外表面への接触を検知するためにアシストウェア本体2に複数配置されている。言い換えれば、圧力センサ87は、外表面に負荷される圧力値を検知する複数の圧力センサであり、アシストウェア本体2に例えば均等に又はランダムに点在するように配置されている。圧力センサ87は、アシスト用アクチュエータ6の配置位置又はその周囲にも配置されている。圧力センサ87は、第1の閾値TH1以上の圧力値のアシストウェア本体2の外表面への接触(タッチ及び撫でる動作)を検知し、検知結果を制御部8(予備動作及びコマンド判定部8h又は後述する第3変形例では受付部8f)に出力する。すなわち、圧力センサ87は、アシスト用アクチュエータ6のアシスト力を調整するときの予備動作の入力、及び、予備動作後のコマンド入力動作を検知してコマンドを判定するためのものである。コマンド入力の際にタッチする一部の圧力センサ87のそれぞれは、アシスト用アクチュエータ6のそれぞれと対応付けられている。対応関係は、アシスト用アクチュエータ6の近傍(例えば10mm以内)に圧力センサ87を配置して対応付けるなどして、後述する記憶部8aに記憶されている。よって、制御部(第3変形例ではコマンド判定制御部88)8は、アシスト用アクチュエータ6と対応付けられた圧力センサ87の中の少なくとも1つの圧力センサ87により第1の接触及び第2の接触及びそれらの間の接触が検知された撫でる動作に基づき、その接触検知に関する少なくとも1つの圧力センサ87に対応するアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御する。なお、予備入力のみに使用される圧力センサ87aは、必ずしもアシスト用アクチュエータ6と対応付けられていなくてもよい。
このように構成することにより、一部の圧力センサ87とアシスト用アクチュエータ6とが対応付けられているため、ユーザ1が触れた箇所に対応するアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減が制御される。これにより、ユーザ1は、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を変更したい箇所に応じて、アシストウェア本体2を触れば良い。
この対応付けの例としては、対応付けるべき圧力センサ87は、対応付け対象のアシスト用アクチュエータ6から所定の距離以内(例えば10mm以内)に配置されるようにしてもよい。このようにすれば、圧力センサ87と対応するアシスト用アクチュエータ6とは、圧力センサ87の所定の距離以内に配置されるため、ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を変更したい箇所を触れることにより、触れた箇所のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減が変更される。これにより、より直感的にアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の調整をすることができる。
また、一例として、予備動作用の第3の接触の検知を行う圧力センサ87aと、コマンド入力動作用の第1の接触及び第2の接触及びそれらの間の接触の検知を行う圧力センサ87bとは、位置を異にすれば、両者を判別しやすくなる。例えば、第3の接触の検知を行う圧力センサ87aは、アシストを必要としない腰部分の領域に配置する一方、第1の接触及び第2の接触及びそれらの間の接触の検知を行う圧力センサ87bは、それ以外の部分に配置することもできる(図3参照)。他の例としては、位置では区別せず、任意の複数の圧力センサ87の入力が、所定時間以下に例えば2回連続して第1の閾値TH1以上で入力されると予備動作入力であると判定し、その後は、第1の接触及び第2の接触及びそれらの間の接触の検知を行うようにしてもよい。予備動作入力(第3の接触の検知)のパターンとして、所定時間以下に例えば2回連続入力などは、記憶部8aに記憶させておけばよい。なお、予備動作用の第3の接触とは、少なくとも、圧力センサ87aによる第1の閾値TH1以上の圧力値の検知にかかる接触である。
(筋電センサ配置)
より具体的な一例としては、アシストウェア4は、さらに複数の筋電センサ7(図2及び図3の白丸参照)とを備えている。筋電センサ7は、ユーザ1の部位の皮膚に直接的に又は間接的に接触するように位置してユーザ1の信号を検出して制御部8に出力する。一例として、筋電センサ7は、各アシスト用アクチュエータ6が配置された位置又は各アクチュエータ6の配置位置の周囲に複数配置され、アシストウェア4がユーザ1に接触したか否かを検知している。ユーザ1の部位のうち筋肉に対応する領域に筋電センサ7を配置する密度が、筋肉に対応する領域以外の領域に筋電センサ7を配置する密度より大きいとしてもよい。
(ウェア本体の構造)
ウェア本体2の構造例45としては、図17に示すように、まず、ユーザ1に最も近い側の第1層41には、圧力センサ87及び筋電センサ7及びそれらの配線9を配置している。第1層41上の第2層42には、アシスト用アクチュエータ6を配置している。最外層の第3層44には、第2層42を全て覆う、布などのカバーを配置している。この結果、構造例45は、全体として3層構造としている。なお、図17の46はアシスト用アクチュエータ6の両端を固定するアシスト用アクチュエータ固定部、47はアシスト用アクチュエータ6の配線である。
(予備動作及びコマンド判定部)
図4Aは、アシストウェア4に関するブロック図である。図4Aに示すように、制御部8は、少なくとも予備動作及びコマンド判定部8hを有し、予備動作及びコマンド判定部8hで、圧力センサ87からの出力を受付け、受付けた出力に基づき予備動作か否か及びコマンド入力か否かの判定を行い、予備動作がありかつコマンド入力がある場合のみ、判定部8cとアクチュエータ選択部8eと駆動部8dとを経由してアシスト用アクチュエータ6を駆動制御する信号をアシスト用アクチュエータ6に向けて出力する。言い換えれば、圧力センサ87と予備動作及びコマンド判定部8hとにより、後述する入出力装置16の代わりに、アシスト力の増減コマンドが入力可能となっている。より詳しくは、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)は、まず、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動中に、複数の圧力センサ87の中の圧力センサ87aより第1の閾値TH1以上の圧力値の接触(タッチ)、すなわち、第3の接触の検知を受付可能とする。第3の接触の検知を受付けると、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)は、第3の接触の検知を受付けた後の第1の時間t1内に、圧力センサ87bより第1の閾値TH1以上の圧力値の接触、すなわち、第1の接触を受付可能とする。第1の接触を受け付けると、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)は、第1の接触の検知を受付けた後の第2の時間t2内に、圧力センサ87bより第1の閾値TH1以上の圧力値の接触(撫でる動作)を受付可能とする。すなわち、この接触(撫でる動作)を受付可能とは、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)が、複数の圧力センサ87bから第1の閾値TH1以上の圧力値である中間の接触及び第2の接触の検知を受付可能という意味である。このとき、それぞれ第1の閾値TH1以上の圧力値の中間の接触及び第2の接触を連続して検知すると、制御部8は、最初の接触である第1の接触と最後の接触である第2の接触の間に接触部が移動した距離又は速度に基づき、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させるように制御する。ここでは、一例として、圧力センサを等間隔に配置して、撫でる動作中に接触を検知した圧力センサの個数をカウントすることにより接触部の移動距離を簡単に検出することができるようにしている。
第1の接触の検知及び中間の接触及び第2の接触の検知の判定を行うためのセンサ信号(第1信号及び第2信号)の例を図27に示す。図27は5つの圧力センサからの出力であるセンサ信号と第1の閾値との関係を説明するためのグラフである。図27に示すように、第3の接触の検知を受付けたか否かは、例えば腰部の領域の2個の圧力センサ87aより検知された圧力値(センサ信号(第3信号))が第1の閾値TH1以上であるか否か、及び図示された第1センサ、及び第2センサのタッチされた順序又は時間間隔が所定のパターンに合致するかで、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)により判定する。図27では、第1センサ及び第2センサより(a)及び(b)の状態で第3の接触の検知を受付けている。
次いで、第1の接触の検知を受付けたか否かは、例えば腰部の領域以外の圧力センサ87よりの圧力値の検知を第3の接触の検知として受付けた後の第1の時間t1内に、例えば圧力センサ87bより検知された圧力値(センサ信号)が、第1の閾値TH1以上であるか否かで、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)により判定する。図27では、第5センサより(d)の状態で第1の接触の検知を受付けている。
次いで、第1の接触と第2の接触の間の中間の接触の検知を受付けたか否かは、検知された圧力値が第1の閾値TH1を越えているか否か、及び、接触を検知した圧力センサが直前に接触を検知した圧力センサから所定距離以上離れているか否かで、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)により判定する。ここで、所定距離とは、圧力センサ87の間隔であり、一例として、数本の指で同時に押さえられる範囲の距離(5〜10mm程度)である。
最後に、第2の接触は、第1の接触の検知を受け付けた後、第2の時間t2内に最後に検出された中間の接触となる。
図27では、第4センサ及び第3センサより(e)及び(f)の状態の2回の接触を検知して、これらの接触の検知にかかる圧力センサ87のうち、(f)の状態の圧力センサ87が第2の接触に該当すると仮定する。すると、(d)の状態の第1の接触の検知と(f)の状態の第2の接触の検知との間には、(e)の状態の中間の接触の検知があるので、(e)の状態の中間の接触の検知と(f)の状態の第2の接触との合計2個の圧力センサ87の個数を、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)でカウントする。前述のように圧力センサ87の間隔をほぼ一定に設定しておけば、この圧力センサのカウント数から接触部の移動距離を判定することができる。また、場合によっては、移動速度の情報も、コマンドの判定又は入力情報として利用することができる。
第1の接触の検知から第2の時間t2の終了後に、既にカウントされた中間及び第2の接触の検知にかかる圧力センサ87の個数に応じたアシスト力調整命令が予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)から判定部8cに送信され、この命令に応じてアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させるように制御する。ここで、第2の時間t2は、第1の接触センサ(第5センサ)より(d)の状態の第1の接触の検知を受付けた後、コマンド入力を受け付ける時間であり、第2の時間t2内に最後に検知された接触が第2の接触((f)の状態)となる。
一例として、予備動作及びコマンド判定部8hでは、予備動作後の第1の時間t1内にコマンド入力動作が無ければ、初期状態(予備動作入力前の状態)のままの設定を維持する。予備動作の入力後、第1の接触が検知されれば、第2の時間t2を開始する。第1の接触から第2の時間t2内にコマンド入力動作としての中間の接触及び第2の接触が検出されると、一例としては、中間の接触と第2の接触にかかる圧力センサ87の個数を予備動作及びコマンド判定部8hでカウントする。そして、第2の時間t2が経過したとき、中間の接触及び第2の接触にかかる圧力センサ87の合計の個数に応じてアシスト力を増加するように予備動作及びコマンド判定部8hで設定を行う。
このとき、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)は、アシスト用アクチュエータ6の伸長駆動中に、中間の接触及び第2の接触の検知を受付けた場合、アシスト用アクチュエータ6の伸長駆動の駆動力を増加させるように制御する。一方、予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、コマンド判定制御部88)は、アシスト用アクチュエータ6の収縮駆動中に、中間の接触及び第2の接触の検知を受付けた場合、アシスト用アクチュエータ6の収縮駆動の駆動力を増加させるように制御する。
なお、制御部8は、圧力センサ87の個数に代えて、中間の接触及び第2の接触が検知された複数の圧力センサ87のうちの任意の2つの圧力センサ87間の最大距離が長いほど、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増加させるように制御することもできる(後述する図34B参照)。また、ピンチイン、又はピンチアウト動作のように同時に2点を接触させて、その2点の距離を変える事で駆動力の増加量を入力するようにしてもよい。
(アシスト用アクチュエータの具体的な構成)
図5Aは、ウェア本体2の表面のアシスト用アクチュエータ6の配置状態を示す説明図である。図6及び図7は、それぞれ、ウェア本体2の表面及び裏面のセンサ7,87の配置状態を筋肉との関係で示す説明図である。
具体的な例として、アシスト用アクチュエータ6は、図5Aに示すように、ウェア本体2の表裏の、大腿部の前側中央から腰部にかけての部分2d、及び、その部分2dに対応する大腿部の後側中央から腰部にかけての部分まで(筋肉に対応する領域)は、これらの部分2d以外の部分2fと比較して、密度が濃いように配置して、アシスト用アクチュエータ6からの補助力が大腿部の筋肉(図6の筋肉1b)に対して作用しやすいように構成している。このように、アシスト用アクチュエータ6は、アシスト機能に応じて、言い換えれば、アシスト機能が効率的に発揮できるように、筋肉に対応して粗密に配置するようにしている。
なお、アシスト用アクチュエータ6の配置はほぼ平行に並ぶ場合だけでなく、図5Bに示すように互いに交差するように配置されていてもよい。この場合は、各アシスト用アクチュエータ6の合成力がアシスト対象部位の筋肉の伸縮方向に沿った方向に作用する。
線状の各アシスト用アクチュエータ6は、全て同じものを使用しているが、別に異なるアクチュエータを使用してもよい。
この第1実施形態では、同じ構造のアクチュエータを線状のアシスト用アクチュエータ6に使用している。
図8は、アシスト用アクチュエータ6の説明図である。図9はアクチュエータ6の拡大説明図である。図10は、別のアクチュエータの説明図である。図11〜図13は図8のアシスト用アクチュエータ6の変形例にかかるアクチュエータの説明図である。各アクチュエータは、一例として、図8の(a)に示すように、例えば直径0.233mmのらせん状に巻かれた合成樹脂の線状部材で構成され、両端の電極6aに電圧が印加されて通電加熱されると、図8の(b)に示すように、全長が収縮する。一方、通電が解除されて自然放熱すると、元の長さまで伸長する。これは、図9に示すように、らせん状に捩じられている樹脂の線状部材が加熱により周方向に捩じりが発生することにより、全長が収縮することによる。自然放熱などにより冷却されると、周方向に捩じりが解除されることにより、全長が伸長することになる。各アクチュエータは、一本で使用してもよいし、図11及び図12に示すように、作用させる力の大きさに応じて、多数本のアクチュエータを並列して配置して同期して伸縮動作するようにしてもよい。また、図13に示すように、直交する2つの軸方向にそれぞれ多数本のアクチュエータを並列して配置して、直交する2つの軸方向にそれぞれ同期して伸縮動作するように配置してもよい。
このようなアクチュエータの例としては、熱の印加により収縮する線状のアクチュエータ、具体的には、線状で軸方向に伸縮可能な高分子アクチュエータが例示できる。より具体的には、銀で表面がコーティングされたナイロン繊維を加撚してコイル化したアクチュエータで、銀コーティングに電流印加して通電加熱した時に、トルクが発生して収縮する一方、電流印加を解除すれば、元の長さまで伸長して復帰するものが使用できる。このようなアクチュエータは、駆動が容易で、重量当たりの出力を大きくできる。
アクチュエータの他の例としては、図10に示す、空気圧の調整により伸縮する線状の空圧アクチュエータが使用できる。この空圧アクチュエータの一例としては、ゴムチューブ30の両端にフランジ33を固定し、ゴムチューブ30の外周に網目状繊維31が巻き付けられて構成したマッキベン型アクチュエータ32でもよい。このマッキベン型アクチュエータ32では、配管34から流体(空気等)を一方のフランジ33を通してゴムチューブ30内に流入させると、ゴムチューブ30は加圧されて膨張するが、網目状繊維31により拘束されているため、ゴムチューブ30は半径方向(図10の(c)参照)には膨張するが、中心軸方向には大きく収縮するよう動作する(図10の(b)参照)。一方、配管34から流体(空気等)を一方のフランジ33を通してゴムチューブ30内から排出させると、ゴムチューブ30は減圧されてゴムチューブ30は半径方向(図10の(c)参照)には網目状繊維31と共に収縮するが、中心軸方向には大きく伸長するよう動作する。具体的な一例としては、マッキベン型アクチュエータ32は外径1.2mmのものが既に開発されている。このようなアクチュエータは、ゴムチューブ30内への流体の出入りを遮断することで、容易に保持動作が実現できる。
アシスト用アクチュエータ6は、ユーザ1の部位の軸方向(言い換えれば、当該部位の筋肉の軸方向)に配置する一例であるが、これに限られるものではなく、部位の軸方向に対して交差する方向(例えば、直交する方向又は斜め方向など任意の方向)に配置することもできる。一例として、図6の筋肉1bの動きに沿ってアシスト用アクチュエータ6を伸縮させると、筋肉1bの動きをアシストさせることができる。
(筋電センサの具体的な構成)
筋電センサ7は、生体の信号の例として筋肉を動かすときに生じる電圧である筋電を測定する。筋電センサ7は、筋肉に対する脳からの指令を検出できることから、筋動作へのアシストの追従性が高められる。筋電センサ7の代わりに、歪センサ、加速度センサ、又は、ジャイロセンサなども使用することができる。
筋電センサ7の配置と筋肉1bとの関係を図14に示す。各筋電センサ7の位置としては、筋肉1bの動きが測定できる位置とし、例えば、筋肉1bに対応する位置のうち、筋肉が最も大きく動く位置に対応する位置に配置すれば、筋電センサ7により筋肉1bの動きを検出しやすくなる。具体的には、例えば図6及び図7に示すように、1個又は複数の筋電センサ7を、ウェア本体2の表裏両面の筋肉1bに対応する領域に配置して、筋肉1bの動きを筋電センサ7で測定しやすくしている。より具体的には、ウェア本体2の表面では、大腿直筋などの大腿筋に対応する位置又は領域に筋電センサ7を配置する。ウェア本体2の裏面では、臀部の筋肉とハムストリングに対応する位置又は領域に筋電センサ7を配置する。
また、それぞれの筋電センサ7からの配線9a及び圧力センサ87からの配線9bは、アナログ配線の場合は図15に示すような配線となる。このような構成は、各筋電センサ7の信号及び各圧力センサ87の信号を独立して検出できる。一方、それぞれの筋電センサ7及びそれぞれの圧力センサ87からの配線9が、デジタル配線の場合は図16に示すような共通配線としてデジタル通信バスを利用した配線となる。このような構成は、配線を少なくできる。
すべての筋電センサ7とすべての圧力センサ87とすべてのアシスト用アクチュエータ6とは、配線9をパンツの上端部である腰部に集約して、リング状のコントローラベルト3に配線14で接続している。
(コントローラベルトの具体的な構成)
コントローラベルト3は、両端の係合部3aを有しており、ユーザ1の腰部に嵌めて、係合部3aで係合させて腰部に装着できるようにしている。係合部3aにはスイッチを設けて、係合部3aを係合させれば、アシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号が制御部8に入力されるように構成してもよい。また、下記する入出力装置16からアシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号を制御部8にユーザ1が入力するようにしてもよい。
コントローラベルト3には、操作装置18を備えている。この操作装置18は、図3に示すように、スマートフォンなどの情報端末機15と通信可能でかつ操作ボタンとスピーカとLEDとディスプレイと無線通信機器となどを有する入出力装置16と、入出力装置16と接続された制御部8とを備えている。なお、入出力装置16は、スマートフォンなどの情報端末機15と通信するための無線通信機器を備えずに、入出力装置16での直接入力のみを受け付けるようにしてもよい。ユーザ1は、アシスト開始及び終了などの指示を、入出力装置16に直接入力するか、又は、情報端末機15を介して入出力装置16に間接的に入力して、アシスト用アクチュエータ6の駆動を制御部8で制御する。
入出力装置16には、アシスト動作(アシスト用アクチュエータ6の駆動)開始及び終了、アシスト力調整動作の終了などの指示が入力されて、制御部8に伝達される。アシスト動作(アシスト用アクチュエータ6の駆動)開始及び終了信号の入力は、例えば、コントローラベルト3の係合部3aの係合動作及び係合解除動作で自動的に入力するようにしてもよい。
スマートフォンなどの情報端末機15としては、人体1であるユーザが、アシスト動作(アシスト用アクチュエータ6の駆動)開始及び終了、及び、アシスト力調整動作の終了などの指示を入力可能とする。情報端末機15に入力された指示は、情報端末機15から制御部8に伝達される。制御部8からの警告指示に応じて、前記した警告動作を情報端末機15で実施してもよい。
なお、コントローラベルト3は必須ではなく、無くても良い。この場合には、ウェア本体2に操作装置18が取り付けられている(後述する図39及び図40など参照)。
(制御部及びユーザ動作の判定)
制御部8は、図4Aに示すように予備動作及びコマンド判定部8hと、記憶部8aと、演算部8bと、判定部8cと、アクチュエータ選択部8eと、駆動部8dとを備えている。制御部8は、入出力装置16からの指示に従って、筋電センサ7の信号を基に、アシスト用アクチュエータ6の駆動を制御する。また、前述のように予備動作及びコマンド入力動作の判定を行い、アシスト力の増減を設定する。
記憶部8aには、予備動作及びコマンド判定部8hでの接触検知の判定に用いるしきい値(予備動作判定用兼コマンド入力判定用の第1の閾値、後述する第3閾値〜第5閾値、所定距離等)を記憶しているとともに、アシストの力の強さ又はアシストのタイミングなどが異なる複数もしくは単一のアシスト動作モード等を記憶しておく。アシスト動作モードには、例えば、歩行モード、又は、階段の昇降モードなどが含まれる。記憶部8aには、各アシスト動作モード毎に、演算部8bで演算した筋電センサ7の値の時間変化に対応した変化パターンを記憶している。さらに、記憶部8aには、判定部8cでアシスト用アクチュエータ6の動作を決定するのに用いるプログラム等も記憶している。また、記憶部8aには、各筋電センサ7及び各圧力センサ87の位置情報、各筋電センサ7に対応するアシスト用アクチュエータ6の位置情報、及び、各圧力センサ87に対応するアシスト用アクチュエータ6の位置情報も予め記憶されている。
演算部8bは、筋電センサ7からの複数の出力信号のうちから、最も強い信号又は比較的強い信号を抽出したり、筋電センサ7からの複数の出力信号に重み付けした上で平均化したりする筋電センサキャリブレーションの演算を必要に応じて実施する。また、演算部8bは、筋電センサ7の出力信号に対してゲイン調整又はノイズキャンセル等の演算を行うようにしてもよい。演算部8bでの演算結果は、演算部8bから判定部8cに伝達される。
判定部8cは、予備動作及びコマンド判定部8hからコマンド判定結果情報として、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御するための駆動条件の設定情報を受け取って、アクチュエータ選択部8eに指示を伝達する。あるいは、判定部8cは、予備動作及びコマンド判定部8hから、第2の時間t2が経過したところで、中間の接触及び第2の接触を検知した圧力センサ87の個数(コマンド入力動作の入力回数)を受け取り、コマンド入力動作の個数に対応するアシスト力の増加量を、記憶部8aに記憶された関係情報より求め、アクチュエータ選択部8eに指示を伝達するようにしてもよい(図34A参照)。
また、アシストフェーズの場合には、判定部8cは、演算部8bで演算した筋電センサ7の値の時間変化と記憶部8aから読み出されるアシスト動作モードに応じた変化パターンとを比較してユーザ1の動作又は状態を判定する。また、判定部8cは、記憶部8aに予め記憶されたプログラムなどに基づき、アシスト用アクチュエータ6の動作を決定し、必要に応じてアクチュエータ選択部8eに指示を伝達する。
ユーザ1の動作又は状態を判定する際の具体例を図25及び、図4B〜図4Dを用いて説明する。図25はウェアアシストによる歩行アシストの工程の説明図、図4Bは、図25に示した歩行アシストの工程(フェーズA〜G)のうちのフェーズEでの歩行状態の判定のための実際の信号と、記憶部8aに記憶された各フェーズの信号(代表例として、フェーズE,F,Gのみ図示。)との比較判定を説明するための説明図である。また、図4Cは、図4Bにおける判定に使用する時間応答パターンのフェーズEの信号の説明図、図4Dは、図4Bにおける判定に基づいたフェーズEでのアシスト用アクチュエータ6(代表例として、アクチュエータA〜E)の駆動例の説明図である。一例として、図4Bには、図25のアシストウェア4による歩行アシストの工程(フェーズA〜G)のうちのフェーズEでの歩行状態の判定のための実際の信号と、記憶部8aに記憶された各フェーズの信号(代表例として、フェーズE,F,Gのみ図示。)とを示す。図4Bに示された「記憶部8aに記憶された各フェーズの筋電センサ7の信号」の一例として、フェーズEの第1センサ(例えば右脚大腿部前側の筋電センサ)信号値(第1信号の値の一例)、フェーズEの第2センサ(例えば右側大腿部後ろ側の筋電センサ)信号値を、図4Cに示す。図4Cでは、信号値をデジタル値0、1、2、3で表現しており、デジタル値が大きいほど、筋電センサの信号値が大きい。図4Dに、フェーズEでのアシスト用アクチュエータ6(代表例として、右側大腿部前側に配列されたアクチュエータA〜Eのみ図示。)の駆動例を示す。図4Dではアクチュエータの駆動信号(制御信号)の駆動レベルを0、1、2、3と表現しており、駆動信号(制御信号)の駆動レベルの数値が大きいほど、アクチュエータの収縮の度合いが大きくなる。
図25において、ユーザ1の動作又は状態を判定するとき、例えば、第1センサ及び第2センサのように、特定の場所に配置されたセンサからの実際の信号と、記憶部8aに記憶された各フェーズの第1センサ及び第2センサに対応する信号とを判定部8cで比較する。すると、実際の信号と、図4Bに示すような時間応答パターンのフェーズEの信号とが最も一致するので、ユーザ1の歩行状態はフェーズEであると、判定部8cで判定することができる。
この判定部8cでの判定結果と記憶部8aに予め記憶されたプログラム(ここでは、歩行用プログラム)とに基づき、判定部8cは、図4Dに示すように、フェーズEでのアシスト用アクチュエータ6(代表例として、アクチュエータA〜Eのみ図示。)の駆動例に基づき、アシスト用アクチュエータ6の動作を決定し、アクチュエータ選択部8eを介して駆動部8dに指示(制御信号)を伝達する。駆動部8dは、判定部8cからの指示(制御信号)に基づき、対応するアシスト用アクチュエータ6(代表例として、アクチュエータA〜E)を駆動する。
駆動部8dは、どのアシスト用アクチュエータ6がアシスト実行中であるかの情報及びそのときの駆動力の大きさなどのアシスト力調整に必要な情報を判定部8c及び予備動作及びコマンド判定部8h(後述する第3変形例では、受付部8f)に入力する。
予備動作及びコマンド判定部8hは、全ての圧力センサ87からの出力が入力可能となっており、圧力センサ87からの出力に基づき、圧力センサ87による予備動作としての第3の接触の検知の有無及びコマンド入力動作としての第1の接触及び中間の接触及び第2の接触の検知の有無を判定する。第1の接触及び中間の接触及び第2の接触の検知の有無の判定においては、第2の接触の検知有りのときには、中間の接触及び第2の接触の検知の個数も予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。また、予備動作及びコマンド判定部8hは、例えばタイマ機能を内蔵して、第1の時間t1及び第2の時間t2についても計測可能となっている。
なお、予備動作及びコマンド判定部8hの動作(予備動作及びコマンド入力判定動作)の詳細については、後述する。
(筋電センサキャリブレーション)
図18は、筋電センサキャリブレーションの説明図である。図19は、筋電センサ出力の処理の仕方の説明図である。図20は、別の筋電センサ出力の処理の仕方の説明図である。
ユーザ1の特性(体型、男女、年齢など)、又は、ウェア本体2のユーザ1に対する装着具合などにより、実際には、筋電センサ7の位置がユーザ毎又は装着する度に異なってしまう。このような場合、ユーザ1が自ら逐一調整しないで済むように、制御部8で筋電センサキャリブレーションを自動的に行うことも可能である。
例えば、図18に示すように、まず、筋動作をアシストする筋肉である目標筋肉1eに対応して配置される目標領域2h近傍の筋電センサ7で、筋電などの生体信号を取得する。ここで目標領域2hは、例えば、目標筋肉1eの信号レベルが、目標筋肉1eに近接する筋肉から発生するノイズのレベルに対して高い領域に設定する。具体的には、大腿直筋の目標領域は、大腿直筋上の点で、かつ骨盤(下前腸骨棘)とひざ(脛骨粗面)の中間点付近に設定され、この中間点を中心として、筋電センサの位置ずれが起きうる範囲(例えば半径2cm)に配置された筋電センサ7で信号を取得する。なお、この図18では、ウェア本体2の全体に対して筋電センサ7が均等に配置されている。
次いで、筋電センサ7で取得した生体信号のうちから、最も強い信号を制御部8の演算部8bで抽出する。一例として、図19に示すように、4個の筋電センサ7、すなわち、筋電センサ7−1、7−2、7−3、7−4からの出力信号を(1)、(2)、(3)、(4)とすると、筋電センサ7−4からの出力信号(4)が最も強い信号である。
この結果、この最も強い信号である出力信号(4)を検出した筋電センサ7−4を、筋電センサ目標領域2hでの筋電センサ7として、制御部8で取り扱う。このようにすれば、筋電センサ目標領域2h内での筋電センサ7のみでは、力を十分に検出できずに誤作動を発生させる可能性があったとしても、筋電センサ目標領域2h近傍の複数の筋電センサ7からの出力信号を考慮して、最も強い信号を抽出して対応する筋電センサ7を、使用すべき適切な筋電センサ7として制御部8で選択することにより、補正、すなわち、筋電センサキャリブレーションを行うことができる。
この筋電センサキャリブレーションの別の処理の仕方としては、最も強い信号のみを抽出するのではなく、図20に示すように、制御部8の演算部8bにおいて、出力信号(1)、(2)、(3)、(4)にそれぞれに重み付け係数を乗算し、それらを全て加算したのち、出力信号の個数で除算することにより、出力信号の平均値を算出する。このようにして算出した出力信号の平均値を、補正された出力信号として取得し、これを使用することにより、筋電センサキャリブレーションを行うこともできる。
一例として、このキャリブレーションは、次のようなタイミングで行う。図21は、ウェアアシストでの全体の動作の流れを示すフローチャートである。
すなわち、図21に示すように、まず、ステップS12で、ウェア本体2をユーザ1に装着したのち、前記したように筋電センサキャリブレーションを行う。
次いで、ステップS13で、アシスト用アクチュエータ6でのアシスト動作を行う。このとき、例えば、アシスト動作モードが複数選択可能である場合には、入出力装置16により、いずれかのモードを選択するようにしてもよい。例えば、歩行モード及び階段の昇降モードがある場合には、いずれかを選択したのち、アシストを開始する。
次いで、ステップS14Aで、アシスト用アクチュエータ6でのアシスト動作中にアシスト力調整のための予備動作を受け付ける。
次いで、ステップS14Bで、予備動作を受け付け後に、アシスト力調整動作を行う。
(アクチュエータキャリブレーション)
図22及び図23は、ユーザ1により筋肉の位置が異なるために異なるアシスト用アクチュエータを選択する場合の説明図である。図24は、アクチュエータキャリブレーションの動作の流れを示すフローチャートである。
前記した複数の筋電センサ7からの出力信号のうち最も強い信号の筋電センサ7を抽出したのち、その筋電センサ7に対応して配置された(例えば、その筋電センサ7の近くに配置された)アシスト用アクチュエータ6を制御部8でさらに選択すれば、アシスト用アクチュエータ6から筋肉1eに対して、アシスト用アクチュエータ6からの補助力を適切に伝達することができる。例えば、図22に示すように、あるユーザ1では、ウェア本体2の縦方向に配置されたアシスト用アクチュエータ6のうち、大腿部及びその付近に対応するアシスト用アクチュエータ6A〜6Fのうち、他のアシスト用アクチュエータ6A,6B,6E,6Fよりも信号が強い2本のアシスト用アクチュエータ6Cと6Dとを使用すればよい。これに対して、図23に示すように、ある別のユーザの1では、筋肉の位置が先のユーザとは異なるため、ウェア本体2の縦方向に配置されたアシスト用アクチュエータ6のうち、大腿部及びその付近に対応するアシスト用アクチュエータ6A〜6Fのうち、他のアシスト用アクチュエータ6A,6D,6E,6Fよりも信号が強い2本のアシスト用アクチュエータ6Bと6Cとを使用すればよい。このように、筋電センサ7の出力データに基づき、制御部8でウェア本体2に対する筋肉1bの位置を検出し、筋肉1bに最も近いアシスト用アクチュエータ6を制御部8で適切に選択することができる。なお、各筋電センサ7の位置情報、及び、各筋電センサ7に対応するアシスト用アクチュエータ6の位置情報は、制御部8の記憶部8aに予め記憶しておく。
一例として、このアクチュエータキャリブレーションは、次のようなタイミングで行う。
すなわち、図24に示すように、まず、ステップS15で、ウェア本体2をユーザ1に装着したのち、筋電センサ目標領域2h近傍の複数の筋電センサ7から検出データを制御部8で取得する。
その後、ステップS16で、一例として、複数の筋電センサ7の検出データのうち最も強い信号の筋電センサ7を、使用する筋電センサ7として制御部8で決定する。
最後に、ステップS17で、決定した筋電センサに対応するアシスト用アクチュエータ6を、使用するアシスト用アクチュエータ6として制御部8(アクチュエータ選択部8e)で決定する。
(歩行アシスト)
図25は、アシストウェア4による歩行アシストの工程の説明図である。
図25に示すように、制御部8の制御の下での、右の大腿部の前後の筋肉1bに対するアシスト用アクチュエータ6によるアシストは、一例として以下のようにして行われる。このアシストは、筋電センサ7により検出される筋肉1bの動きに連動したアシスト力を発生することで行われている。ここでは、説明を簡単にするため、右の大腿部の前後の筋肉1bに対するアシスト用アクチュエータ6についてのみ説明するが、左の大腿部の前後の筋肉1bに対するアシスト用アクチュエータ6についても同様である。
まず、G状態〜A状態に向かうとき、ユーザ1が、右足を前に出して、一歩、歩き始める。このとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストを増加させるが、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストは徐々に減少させている。「アシストを増加させ」ることとは、筋肉が収縮する際には、アシスト用アクチュエータ6を収縮させること、または、筋肉が伸張する際には、アシスト用アクチュエータ6を伸張させることを意味してもよい。
次いで、A状態〜B状態に向かうとき、ユーザ1が、右足に体重を乗せて支えつつ、左足を地面から離し始める。このB状態に移行するとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストを、ピークアシストの値に到達するまで、最大限行う。このとき、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
次いで、B状態〜C状態に向かうとき、ユーザ1が、右足に全体重を乗せて支える一方、左足を地面から完全に離している。このとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストは徐々に減少させ、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
次いで、C状態〜D状態に向かうとき、ユーザ1が、左足を前に出して、さらに一歩、歩き始める。このとき、右の大腿部の前側と後側との両方の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
次いで、D状態〜E状態に向かうとき、ユーザ1が、左足に体重を乗せて支えつつ、右足を地面から離し始める。このD状態からE状態に移行するとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストを増加させる。このとき、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
次いで、E状態〜F状態に向かうとき、ユーザ1が、左足に全体重を乗せて支える一方、右足を地面から完全に離している。このとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストは徐々に減少させ、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
次いで、F状態〜G状態に向かうとき、ユーザ1が、右足を前に出して、さらに一歩、歩き始める。このF状態からG状態に移行するとき、右の大腿部の後側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストを、ピークアシストの値に到達するまで、最大限増加させる。このとき、右の大腿部の前側の筋肉1bに対応するアシスト用アクチュエータ6によるアシストはわずかしか行わない。
以上、本アシスト例では、筋肉1bの動きに連動してアシスト力を徐々に変化させているが、これに限るものではなく、アシストが必要なタイミングでパルス的にアシスト力を発生させるなどしても良い。また、アシストをわずかしか行わない場合などでは、アシストを一切行わないようにしても良い。
(アシストフェーズ)
図26Aは、制御部8によるアシスト用アクチュエータ6の駆動制御のフローチャートである。
図26Aに示すように、制御部8によるアシスト用アクチュエータ6の駆動制御は、以下のようにして行われる。ここでは、ユーザ1の歩行状態に応じて、アシストするアシスト用アクチュエータ6が異なっている。筋電センサ7からは、対応するそれぞれの筋肉1bの動きが情報として得られるので、それらの情報を例えば人の歩行パターンと制御部8で照らし合わせることで、ユーザ1の歩行状態を識別することができる。それにより、制御部8において、駆動される筋肉1bに対応したアシスト用アクチュエータ6を選択し、筋肉1bに同期してアシストすることが可能になる。
まず、ステップS21で、ユーザ1から入出力装置16を使用して、歩行モード等の指示が入力される。
次いで、ステップS22で、アシストを制御部8で開始する。すなわち、アシスト用アクチュエータ6を制御部8の記憶部8aに予め記憶されたプログラムなどに基づき、アシスト用アクチュエータ6の駆動制御を開始する。
次いで、ステップS23で、まず、アシスト用アクチュエータ6の駆動制御を実際に開始する前に、全ての筋電センサ7からのデータを制御部8で取得する。
次いで、ステップS24で、制御部8で取得した全ての筋電センサ7からのデータを基に、制御部8で、ユーザ1の動作又は状態を制御部8で決定する。例えば、現在、歩行中であるか否か、歩行中であれば、どのような状態であるかなどを制御部8で決定する。
次いで、ステップS25で、決定されたユーザ1の動作又は状態に基づき、各アシスト用アクチュエータ6の目標動作を制御部8で決定する。アシスト用アクチュエータ6の目標動作とは、アシスト用アクチュエータ6を、「いつ、どの程度収縮させるか」、または、アシスト用アクチュエータ6を、「いつ、どの程度伸張させるか」であってもよい。
次いで、ステップS26で、ステップS25での決定された目標動作に基づいて、アシスト用アクチュエータの駆動制御を制御部8で行う。
次いで、ステップS27で、入出力装置16などにより指示変更があるか否かを制御部8で判定する。もし指示変更があると制御部8で判定すれば、ステップS28に進む。もし指示変更がないと制御部8で判定すれば、ステップS23に戻る。
次いで、ステップS28で、指示変更は終了指示であるか否かを制御部8で判定する。もし指示変更が終了指示でないと制御部8で判定すれば、ステップS30に進む。もし指示変更が終了指示であると制御部8で判定すれば、ステップS29に進む。
次いで、ステップS29で、一連の動作処理を終了する。
ステップS30では、指示変更に基づく設定変更を制御部8で行ったのち、ステップS23に戻る。
(予備動作及びコマンド判定部の動作の詳細な説明)
次に、予備動作及びコマンド判定部8hなどによる予備動作及びコマンド入力動作の判定について、具体的に説明する。
まず、駆動部8dによりアシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている間に、複数の圧力センサ87による第3の接触の検知を予備動作として受付ける。アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている間とは、実際には、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている期間、又は、アシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号が入力された後の期間を意味している。具体的には、アシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号が駆動部8dから予備動作及びコマンド判定部8hに入力されると、予備動作及びコマンド判定部8hでは、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されていると判定できる。
このように受付時間を限定しているのは、以下の理由による。
ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させたい場合とは、アシストウェア本体2を装着し、アシストウェア4よりアシスト力を受けながら運動している際に、当該アシスト力の強弱を微調整したい場合が多い。言い換えれば、ユーザ1は、アシストウェア4よりアシスト力を受けていない際には、当該アシスト力の強弱を微調整したい、即ちアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させたいと望むことが少ない。
そこで、第1実施形態では、第3の接触の検知は、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動中に、即ちユーザ1がアシストウェア4よりアシスト力を受けている間に受付けられる。これにより、第3の接触の検知は、ユーザ1がアシスト力の微調整を望む場面であるアシストウェア4よりアシスト力を受けている間に受付けられる。その結果、ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させることを望む可能性が少ない場面において、第3の接触の検知が受付けられることが防止され、ひいてはユーザ1の意思とは無関係の駆動力の増減がされることを防止できる。
また、予備動作としての第3の接触の検知であるか否か、及び、コマンド入力動作としての第1の接触及び中間の接触及び第2の接触の検知であるか否かは、ユーザ1が、一例として、偶然では入力できない動作であるか否かで判定する。これは、例えば、ユーザ1がウェア本体2の一部を軽く1回又は2回たたくだけでは、ユーザ1の手などが偶然に軽く接触した動作と、予備動作を意図して行った1回又は2回軽くたたく動作との判別がつかないためである。
このため、具体的には、例えば、予備動作判定用兼コマンド入力動作判定用の第1の閾値TH1を、意図せずに触ったときに検知される圧力値以上の値に設定すれば、ユーザ1の意図とは無関係のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の変更を防ぐことができる。あるいは、予備動作を複数回のタッチで構成し、偶然に起きる可能性の少ない動作とすることもできる。
予備動作として、ユーザ1が行う具体的な動作例としては、以下のようなものが考えられる。
ユーザ1の片手での予備動作の例としては、腰部分の領域の同じ位置を強くたたく動作が2回以上行われて、同じ位置での圧力センサ87からの一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が2回以上である場合である(図26Bの(a)を参照。)。このとき、各出力の時間間隔を所定の時間以下(例えば1秒)にすることで、さらに誤認を防止できる。あるいは所定のリズム(例えば1回目と2回目の時間間隔と2回目と3回目の時間間隔を変える)としてもよい。
又は、片手での他の予備動作の例として、腰部分の領域の異なる位置を2回以上の所定回数たたく動作の結果として、同じ位置又は異なる位置での圧力センサ87からの一定の閾値(前記第1の閾値)以上の前記所定回数の出力がある場合である。このとき、叩く場所の順番を決めることで(図26Bの(b)を参照。)、さらに誤認を防止できる。
又は、片手での他の予備動作の例として、同じ位置又は異なる位置を強く一定時間押し続ける動作が2回以上繰り返される結果として、同じ位置又は異なる位置の圧力センサ87から一定時間以上で一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が2回以上ある場合である。
又は、片手での他の予備動作の例として、任意の位置を特定のリズムでたたく(図26Bの(c)を参照。)結果として、任意の位置の圧力センサ87から一定時間以内に一定間隔で一定の閾値(前記第1閾値)以上の出力がある場合である。
又は、片手での他の予備動作の例として、ユーザ1の人体の動作との組み合わせ(例えば、脚上げ動作時に上げた脚の一部をたたくなど(図26Bの(e)を参照。)、動作の結果として、作動しているアシスト用アクチュエータ6の配置位置又はその周囲の圧力センサ87から一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が2回以上ある場合である。
又、ユーザ1の両手での予備動作の例として、異なる位置を同時に両手で1回ずつたたく又は一定時間押し続ける動作が2回続く(図26Bの(d)を参照。)、結果として、異なる位置での複数の圧力センサ87から同時に一定の閾値(前記第1の閾値)以上、又は、同時に一定時間以上でかつ一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が2回ある場合である。
又は、両手での他の予備動作の例として、両手で異なる位置を、一定時間以内に1回ずつ連続してたたく又は一定時間以上押し続ける動作の結果として、異なる位置で複数の圧力センサ87からの一定時間内に一定の閾値(前記第1の閾値)以上、又は、一定時間以上でかつ一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力がある場合である。
なお、コマンド入力動作は、予備入力動作から第1の時間t1内にタッチを行うことで誤認を防ぐこととしているが、前記の入力動作と同様な方法でさらに誤認を防ぐこともできる。
ユーザ1の片手でのコマンド入力動作の例としては、例えば筋肉の伸縮方向である上下方向沿いに上から下に又は下から上に直線的に撫でる動作が行われて、異なる位置での3つ以上の圧力センサ87からの一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が3個以上ある場合である。又は、片手での他のコマンド入力動作の例として、横方向沿いに左から右に又は右から左に直線的に撫でる動作が行われて(図29の矢印X1の撫でる動作を参照)、異なる位置での3つ以上の圧力センサ87からの一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が3個以上ある場合である。
又は、片手での他のコマンド入力動作の例として、前記した上下方向又は横方向の撫でる動作が複数回行われる場合(図29の矢印X2の撫でる動作及び図34Cを参照)である。この場合は、第2の時間t2が終了したのちの所定時間t4内に再び第1の接触が検知されて第2の時間t2が開始されて中間の接触と第2の接触とが受付及びカウントされることにより、判定することができる。
又は、片手での他のコマンド入力動作の例として、ユーザ1の人体の動作との組み合わせ(例えば、脚上げ動作時に上げた脚の一部を撫でるなど)動作の結果として、作動しているアシスト用アクチュエータ6の配置位置又はその周囲の3個以上の圧力センサ87から一定の閾値(前記第1の閾値)以上の出力が3個以上ある場合である。
これらの予備動作及びコマンド入力動作は一例であり、複数の方法を組み合わせることもできる。いずれの動作例であっても、予備動作としての第3の接触の検知の仕方、及び、コマンド入力判定動作としての第1の接触及び中間の接触及び第2の接触の検知の仕方は、先に述べたような処理で行う。
図27は、第1から第5の5つの圧力センサ87からの出力であるセンサ信号と第1の閾値TH1と第1の時間t1と第2の時間t2との関係を説明するためのグラフである。
この例では、まず、腰部分の領域の2箇所がタッチされ、それらを検知する第1圧力センサと第2圧力センサの出力が、どちらも一定の閾値(図27の第1の閾値TH1)以上であり(図27の(a)及び(b)を参照)、かつ、記憶部8aに格納された予備動作のパターン(タッチされる場所の順序又はタッチの時間間隔などで規定された信号パターン)と一致するか否かが予備動作及びコマンド判定部8hで判定される。この判定により予備動作の入力と判定されると、第3の接触として検知される。例えば第1圧力センサの出力が、一定の閾値(図27の第1の閾値TH1)未満である(図27の(c)を参照)と予備動作及びコマンド判定部8hで判定されれば、第3の接触として検知されない。
予備動作が入力された(図27の(b)を参照)後の一定の時間(図29の第1の時間t1)以内に、第5圧力センサ(第1の接触センサに相当。)の出力が、一定の閾値(図27の第1の閾値TH1)以上である(図27の(d)を参照)と予備動作及びコマンド判定部8hで判定されれば、第1の接触の検知がなされたと予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。この後、第1の接触の検知から一定時間(第2の時間t2)以内に、第5圧力センサから第3圧力センサ(第2の接触センサに相当。)に向けて撫でる動作が行われ、第4圧力センサ(第1の接触センサと第2の接触センサとの間の少なくとも1つの接触センサに相当。)及び第3圧力センサから一定の閾値(第1の閾値TH1)以上の出力(図27の(e)及び(f)を参照)が連続して検知されると、コマンド入力されたと予備動作及びコマンド判定部8hで判定され、中間の接触として検知される。このとき、中間の接触を検知した圧力センサの数がカウントされ、第1の接触の検知から第2の時間t2が経過する間にカウントされた接触検知の総数に応じてアシスト力の制御量が設定され、判定部8cに送信される。
なお、第2の時間t2内に中間の接触として検知された接触のうち、最後に検知された接触が第2の接触である。図27では、中間の接触及び第2の接触の検知が合わせて2個検知されている。
なお、図27は、第2の時間t2が短い場合であるが、図28には、図27より第2の時間t2が長い場合を示し、第4圧力センサ87の出力が、一定の閾値(第1の閾値TH1)以上である(図27の(e)を参照)波形が複数ある場合を例示している。
ここで、一例として、第1の時間t1及び第2の時間t2のそれぞれとしては3秒程度が例示できる。この時間が長すぎると、ユーザ1の意図しない接触などにより誤入力が生じる可能性がある。
図30に、予備動作及びコマンド判定部8h及び駆動部8dでの予備動作及びコマンド判定部及びアシスト駆動の処理を示す。図31は、予備動作及びコマンド判定部8hにおける処理を示す。図32は、予備動作及びコマンド判定部8hにおける処理の内、予備動作の処理を示す。図33Aは、予備動作及びコマンド判定部8hにおける処理の内、コマンド判定動作の処理を示す。
まず、図30について説明する。
ステップS110においてユーザ1がタッチ入力を行い、圧力センサ87からセンサ信号が出力される。
次いで、ステップS120で、ステップS110で出力された圧力センサ87aの出力(圧力値(センサ信号))が所定の閾値以上か否か、信号パターンが記憶部8aからの記憶情報と一致するか否か、を予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。圧力センサ87の出力(圧力値(センサ信号))及び、信号パターンが予備動作であるときのみ、次のステップに進む。
次いで、ステップS130において、ユーザ1がスワイプ入力を行い、圧力センサ87bからセンサ信号が出力される。
次いで、ステップS140で、ステップS130で出力された圧力センサ87bの出力(第1の圧力値(センサ信号))がコマンド入力動作か否かを予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。圧力センサ87の出力(第1の圧力値(センサ信号))がコマンドであるときのみ、次のステップに進む。
次いで、ステップS150で、記憶部8aからの記憶情報と判定結果情報を基に、予備動作及びコマンド判定部8hで駆動条件の設定を行う。
次いで、ステップS160で、予備動作及びコマンド判定部8hから判定部8c及びアクチュエータ選択部8eを介して駆動部8dに駆動条件が出力され、駆動条件に基づいて駆動部8dでアシスト用アクチュエータ6が駆動される。その結果、アシスト力、すなわち、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減が調整される。
次に、予備動作及びコマンド判定部8hでの処理について、図31を基に説明する。
まず、ステップS171で、駆動部8dから入力されるアシスト用アクチュエータ6が駆動中であるか否かの信号に基づき、予備動作及びコマンド判定部8hにより、アシスト用アクチュエータ6でアシスト実行中であるか否かを判定する。アシスト実行中ならば、次のステップS120に進み、アシスト実行中でないならば、アシスト実行まで待機する。
ステップS120で、予備動作及びコマンド判定部8hにより予備動作の判定を行う。予備動作及びコマンド判定部8hにより予備動作であると判定されたときのみ、次のステップS140に進む。
ステップS140で、予備動作及びコマンド判定部8hにより、所定時間内にコマンド入力動作が行われたか否かのコマンド判定動作を行う。予備動作及びコマンド判定部8hにより、所定時間内にコマンド入力動作が行われたと判定されたときのみ、次のステップS150に進む。予備動作及びコマンド判定部8hにより、所定時間内にコマンド入力動作が行われていないと判定されたとき、ステップS171に戻る。
ステップS150では、前記したように、記憶部8aからの記憶情報と判定結果情報を基に、予備動作及びコマンド判定部8hで駆動条件の設定を行う。
次に、予備動作及びコマンド判定部8hでの予備動作の処理について、図32を基に説明する。
まず、ステップS121では、ステップS110で出力された2つの圧力センサ87aのそれぞれの圧力値(センサ信号)が、予備動作及びコマンド判定部8hで受付けられて検知されたか否かを判定する。もし、検知されていなければ、検知されるまで待機する。2つの圧力センサ87aのそれぞれの圧力値(センサ信号)が、予備動作及びコマンド判定部8hで受付けられて検知されたときには、ステップS122に進む。
次いで、ステップS122では、ステップS110で出力された2つの圧力センサ87aのそれぞれの圧力値(センサ信号)が、第1の閾値TH1以上であるか否か、信号パターンが記憶部8aからの記憶情報と一致するか否かを予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。もし、検出信号が予備動作と判定されれば、それらの2つの圧力値の検知を第3の接触の検知として受付けて、次のステップS130に進む。もし、2つの圧力センサ87aで検知した圧力値のいずれかが第1の閾値TH1未満である、あるいは、検知した信号パターンが予備動作と一致しないと予備動作及びコマンド判定部8hで判定されれば(図27の(c)を参照)、ステップS121に戻る。
なお、予備動作の信号パターンの照合は必ずしも必要ではない。閾値のみで予備動作の判定を行うこともできる。
なお、ここでは、2つの圧力センサ87aで予備動作の判定を行っているが、これに限られるものではなく、1つあるいは3つ以上の圧力センサ87aで予備動作の判定を行ってもよいし、予備動作用とコマンド入力動作用を兼用した圧力センサ87で予備動作の判定を行っても良いことは言うまでもない。
次に、予備動作及びコマンド判定部8hでの予備動作の処理について、図33Aを基に説明する。
まず、ステップS141では、ステップS120での予備動作であると判定した後に待ち時間をリセットして、第1の時間t1の測定を開始する。
次いで、ステップS142では、ステップS130で出力された複数の圧力センサ87のうちの最も早く検知した圧力センサ87(図27の第5センサを参照)の圧力値が、第1の時間t1以内に第1の閾値TH1以上であると予備動作及びコマンド判定部8hで判定すれば(図27の(d)を参照)、その圧力値の検知を第1の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)として受付けて、次のステップS144に進む。もし、第1の時間t1以内に第1の閾値TH1を越える圧力値が検知されなければ、ステップS171に戻る(ステップS147参照)。
次いで、ステップS144では、待ち時間をリセットして、第2の時間t2の測定を開始する。
次いで、ステップS145では、ステップS130の撫でる動作(スワイプ入力)により圧力センサ87b(図27の第4センサ及び第3センサを参照)で出力されたそれぞれの圧力値が、第2の時間t2以内に第1の閾値TH1以上であると予備動作及びコマンド判定部8hで判定すれば(図27の(e)及び(f)を参照)、それらの圧力値の検知を中間の接触の検知及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)として受付けて、次のステップS146Aに進む。もし、圧力センサ87bで検知した圧力値が、第1の閾値TH1未満であると予備動作及びコマンド判定部8hで判定すれば、ステップS146Bに進む。また、第2の時間t2が経過した場合も、ステップS146Bに進む。
ステップS146Aでは、中間の接触と第2の接触との検知(コマンド入力動作が行われた)として検知された圧力センサ87の個数を予備動作及びコマンド判定部8hでカウントする。例えば、図27の例では、第4センサと第3センサの2個である。その後、ステップS145に戻る。
一方、ステップS146Bでは、それまでにカウントされた圧力センサ87の個数(カウントされなかった場合にはゼロという数字)にステップS142で検知された圧力センサ87の個数である1個を加えた値を基に、予備動作及びコマンド判定部8hで、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増加(又は、個数がゼロの場合には、そのときの駆動力を維持)するように制御する(後述する図34Aを参照)。その後、ステップS148に進む。
ステップS148では、それまでの情報に基づき、駆動力の増加の信号を予備動作及びコマンド判定部8hから判定部8cに送信する。
この例では、中間の接触及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)を受付けた圧力センサ87の個数に応じて、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増加するように設定情報を更新しているが、これに限られない。例えば、中間の接触及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)を受付けた圧力センサ87の位置情報を基に、そのうちの2つの圧力センサ87間の最大の距離(撫でる動作の距離)を算出し、その距離を基に、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増加するように設定情報を更新してもよい。
例えば、その例を図33C示す。なお、ステップS141、S142、S147、S144、S145、S148は図33Aと同様である。
図33CステップS145において、ステップS130の撫でる動作で出力された2つの圧力センサ87(図27の第4センサ及び第3センサを参照)のそれぞれの圧力値が、第2の時間t2以内に第1の閾値TH1以上であると予備動作及びコマンド判定部8hで判定すれば(図27の(e)及び(f)を参照)、それらの2つの圧力値の検知を中間の接触の検知及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)として受付けて、次のステップS146Fに進む。もし、そうでないときは、ステップS146Gに進む。
ステップS146Fでは、中間の接触及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)を受付けた圧力センサ87の位置情報を一時的に記憶させて、ステップS145に戻る。
ステップS146Gでは、それまでに記憶した圧力センサ87の位置情報のうちで最大の距離の2つの圧力センサ87の組み合わせを算出して、その最大距離の情報を基に、予備動作及びコマンド判定部8hで、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増加するように設定情報を更新し、ステップS148に進む。
より具体的な例を図34Bに示す。図34Bは、中間の接触及び第2の接触が検知された圧力センサ87の位置情報を基に、最大の距離(撫でる動作の距離)Lを算出し、その距離Lに比例して、アシスト用アクチュエータ6によるアシスト力を強くするときの距離とアシスト力の設定値との関係を示すテーブル形式の説明図である。図34Bでは、中間の接触及び第2の接触が検知された圧力センサ87のうちの2つの圧力センサ87間の最大距離Lが例えば0cm<L≦4cmであれば、アシスト用アクチュエータ6によるアシスト力を予備動作及びコマンド判定部8hで10%だけ強くし、4cm<L≦8cmであれば、アシスト力を予備動作及びコマンド判定部8hで20%だけ強くすることを意味している。
予備動作及びコマンド判定部8h又は後述する第3変形例では受付部8fは、第2の接触検知及び中間の接触の検知にかかる圧力センサ87の個数情報と、記憶部8aに記憶された個数とアシスト力の設定値との関係情報(図34Aの圧力センサ数とアシスト力の設定値との関係を示すテーブルを参照)を基に、アシスト用アクチュエータ6の駆動を制御する。詳しくは、予備動作及びコマンド判定部8h又は後述する第3変形例ではコマンド判定制御部88は、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fにより第3の接触の検知を受付けた後に圧力センサ87により検知された中間の接触及び第2の接触にかかる圧力センサ87の個数に基づき、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御する。具体的には、予備動作及びコマンド判定部8h又はコマンド判定制御部88は、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fにより第1の閾値TH1以上の圧力値の検知を受付けた後の第1の時間t1以内に圧力センサ87により検知が開始されかつ第2の時間t2以内で第1の閾値TH1以上の圧力値である中間の接触及び第2の接触の検知にかかる圧力センサ87の個数に基づき、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御する。ここで、図34Aは、中間の接触及び第2の接触が検知された圧力センサ87の個数に比例して、アシスト用アクチュエータ6によるアシスト力を強くするときの個数とアシスト力の設定値との関係を示すテーブル形式の説明図である。図34Aでは、中間の接触及び第2の接触が検知された圧力センサ87の個数が例えば1〜4個であれば、アシスト用アクチュエータ6によるアシスト力を予備動作及びコマンド判定部8hで10%だけ強くし、5〜8個であれば、アシスト力を予備動作及びコマンド判定部8hで20%だけ強くすることを意味している。
また、撫でる方向を考慮して、アシスト力を増減させるようにしてもよい。例えば、その例を図33Bに示す。なお、ステップS141、S142、S147、S144、S145、S146B、S148は図33Aと同様である。
図33BのステップS145において、ステップS130の撫でる動作で出力された2つの圧力センサ87(図27の第4センサ及び第3センサを参照)のそれぞれの圧力値が、第2の時間t2以内に第1の閾値TH1以上であると予備動作及びコマンド判定部8hで判定すれば(図27の(e)及び(f)を参照)、それらの2つの圧力値の検知を中間の接触の検知及び第2の接触の検知(コマンド入力動作が行われた)として受付けて、次のステップS146Cに進む。
ステップS146Cでは、時系列的に直前に接触したセンサ(図27の(e)の状態にかかる第4センサ)は、当該センサ(図27の(f)の状態にかかる第3センサ)の上側にあるか否かを予備動作及びコマンド判定部8hで判定する。
ステップS146Cにおいて、もし、直前に接触したセンサが当該センサの上側にあると予備動作及びコマンド判定部8hで判定されれば、接触したセンサの個数を1つだけ加算するように予備動作及びコマンド判定部8hでカウントする(ステップS146D)。その後、ステップS145に戻る。
ステップS146Cにおいて、もし、直前に接触したセンサが当該センサの上側にはないと予備動作及びコマンド判定部8hで判定されれば、接触したセンサの個数を1つだけ減算するように予備動作及びコマンド判定部8hでカウントする(ステップS146E)。その後、ステップS145に戻る。
このようにすれば、撫でる方向により、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を容易に増減させることができる。
ここでは、一例として、コマンド入力判定動作があれば、アシスト力を所定の大きさだけ大きくしている。アシスト力の調整の仕方としては、これに限られるものではない。
また、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の制御の一例としては、予備動作及びコマンド判定部8hは、中間の接触及び第2の接触が検知された圧力センサ87の個数に比例して、アシスト用アクチュエータ6によるアシスト力を強くすることができる。このようにすれば、中間の接触及び第2の接触が検知された個数に比例して、アシスト力を強くするため、ユーザ1がアシスト力を強くすることを望む場合、ユーザ1は所望するアシスト力になるまでアシストウェア本体2に触れればよいので、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を、より簡易に調整することができる。
最後に、本実施形態におけるコマンドの誤入力回避の方法についてまとめる。まず、すでに説明した方法として、第3の接触の検知をアシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動中に限定して受付け、ユーザ1がアシスト力の微調整を望む場面でのみ、タッチあるいはスワイプ入力できるようにしたこと、予備動作、あるいは、コマンド入力動作の判定において、意図せずに触ったときに検知される圧力値以上の閾値を設定して圧力値の検知を行うこと、予備動作を複数回のタッチで構成し、偶然に起きる可能性の少ない動作とすることが挙げられる。
また、予備動作である第3の接触を検知後、特定の時間以内に接触が検知された場合にコマンド入力と判定し、これを第1の接触の検知としている。第3の接触がユーザ1の意図とは無関係の接触だった場合、第1の時間t1内に、次の接触である第1の接触がされることが少ない。つまり、ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の変更を望む場合、第3の接触と第1の接触との時間間隔は、ある程度短い時間となることが普通である。このため、第1実施形態では、第3の接触を検知した時点から第1の時間t1内に第1の接触が検知された場合のみをコマンド入力と判定する。これにより、第1の時間t1内に検知されなかった第1の接触によってアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減が変更されることはない。また、第3の接触が、ユーザ1の意図と関係あるものであるか否かを区別することができる。
また、コマンド入力動作において、第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、前記第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間(第2の時間t2)において、第1の接触センサと第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより中間の接触の検知を受け続けた場合にのみ、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の制御命令として受付、アシスト力の増減が制御される。ユーザ1が既にコマンドの入力を終えたつもりであっても、次にアシストウェア4がユーザの意図しない何かしらの接触を受けた際に、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減が変更される恐れがある。しかし、本実施形態では、第1の接触が検知された瞬間にコマンド入力が始まり、第2の時間t2が経過していなくても、ユーザ1がアシストウェア4から手を離した瞬間にコマンド入力の受付は終了する。したがって、第2の時間t2を長めに設定したとしても、ユーザ1の意図しないコマンド入力を受け付ける可能性は低い。
(効果)
前記第1実施形態によれば、以下のような作用効果を奏することができる。
アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させる際に駆動力の増減に専用の端末機(情報端末機15又は入出力装置16など)を使用する構成とすると、駆動力を増減させる度に、端末機を操作して増減させたい箇所及び駆動力の増減量などを入力する必要があり、煩雑であった。
第1実施形態によると、第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間(第2の接触の検知の受付けが終わるまでの全ての時間)において、第1の接触センサと第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより中間の接触の検知を受け続けた場合、複数のアシスト用アクチュエータ6の中の第1の接触センサから第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力が増減される。
これにより、アシストウェア4を装着するユーザ1は、アシスト用アクチュエータ6の駆動力を増減させたい箇所においてアシストウェア4を撫でるだけで、即ち専用の端末機を用いることなく、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させることができる。
(第1変形例)
制御部8は、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減は、アシスト用アクチュエータ6の伸縮長を変更することにより制御するようにしてもよい。すなわち、例えば、駆動力を増加させるときには、増加前と比較してアシスト用アクチュエータ6の伸縮長を長く変更すればよい。逆に、駆動力を減少させるときには、減少前と比較してアシスト用アクチュエータ6の伸縮長を短く変更すればよい。
又は、制御部8は、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減は、アシスト用アクチュエータ6のばね定数を変更することにより制御するようにしてもよい。すなわち、例えば、駆動力を増加させるときには、増加前と比較してアシスト用アクチュエータ6のばね定数を大きく変更すればよい。逆に、駆動力を減少させるときには、減少前と比較してアシスト用アクチュエータ6のばね定数を小さく変更すればよい。
(第2変形例)
ユーザ1の筋肉の動きが大きいときには、第1の閾値TH1を自動的に大きく設定するようにしてもよい。ユーザ1が激しい動作をしている際に検知される圧力値は、ユーザ1が激しくない動作をしている際に検知される圧力値と比較して大きいことが多い。例えば、ユーザ1が走っている際にユーザ自身の手がアシストウェア本体2に接触したときの圧力値は、ユーザ1が歩いている際にユーザ自身の手がアシストウェア本体2に接触したときの圧力値と比較して大きいことが想定される。かかる場合、第1の閾値TH1を特定の固定値とすると、ユーザ1の動作の激しさによって、第3の接触として検知される場合とされない場合とが生じ得る。
そこで、このようなバラツキを無くすために、制御部8は、所定時間当たりのアシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量が所定の閾値以上のとき、第1の閾値TH1を、それまでの値より大きくするようにしてもよい。このような第2変形例について、以下、詳しく説明する。
図35は、この第2変形例における予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fでの処理のフローチャートである。図36は、アシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量に対する新たな閾値の値をテーブル形式で示している。この情報は、記憶部8aに記憶されている。
ここでは、後述する図37と同様に、圧力センサ87と駆動部8dと記憶部8aとが予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fに接続されている。駆動部8dから予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fには、アシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量が入力される。
予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fは、所定時間当たりのアシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量が、記憶部8aに記憶されている第5の閾値TH5以上のとき、アシスト用アクチュエータ6が激しく動いていると考えられるので、予備動作判定用の第1の閾値TH1を、それまで設定していた値よりも大きくするように設定し直す。具体的には、以下の処理を行う。
まず、図35のステップS51で、所定時間当たりのアシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量を、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fで取得する。
次いで、ステップS52で、取得した所定時間当たりのアシスト用アクチュエータ6の伸縮長の変化量が、所定の閾値(第5の閾値TH5)以下か否かを予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fで判定する。もし、伸縮長の変化量が第5の閾値TH5以下ではないと予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fで判定すると、アシスト用アクチュエータ6が激しく動いていると考えられ、ステップS53に進む。もし、伸縮長の変化量が第5の閾値TH5以下であると予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fで判定すると、アシスト用アクチュエータ6が激しく動いていないと考えられ、ステップS51に戻る。
ステップS53で、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fで、記憶部8aに記憶されたテーブルと取得した伸縮長の変化量とに基づき、第1の閾値TH1をそれまで使用していた値に代えて、その値よりも大きい値を第1の閾値TH1として設定し直す。一例として、図36に、記憶部8aに記憶されたテーブルを示す。図36では、取得した伸縮長の変化量に対する新たな閾値を記憶している。図36の「A」は最初に設定した第1の閾値TH1の値であり、変化量が10%以下では、第1の閾値TH1の値Aを大きくしないことを意味し、変化量が10%を越えたとき、第1の閾値TH1の値Aを1.5倍などに大きくすることを意味している。
第2変形例によると、筋肉を動かすときに生じる電圧値の所定時間当たりの変化量が所定の閾値(第5の閾値TH5)以上のとき、即ちユーザ1が激しい動作をしているとき、第1の閾値TH1の値を、それまでの値よりも大きくしている。これにより、たとえユーザが激しい動作をしている場合であっても、ユーザの意図とは無関係にアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減がされることを、効果的に防止することができる。
(第3変形例)
図37は、第3変形例にかかるアシストウェア4に関するブロック図であり、図4Aのブロック図と異なる点は、制御部8が、予備動作(受付動作)判定用の受付部8fと、コマンド入力動作判定用のコマンド判定制御部88とに分かれている点であり、それ以外は同じ構成及び作用である。
制御部8は、図37に示すように、受付部8fと、コマンド判定制御部88とを備えている。コマンド判定制御部88は、記憶部8aと、演算部8bと、判定部8cと、アクチュエータ選択部8eと、駆動部8dとを備えている。
受付部8fは、全ての圧力センサ87からの出力が入力可能となっており、圧力センサ87からの出力に基づき、圧力センサ87による受付動作としての第3の接触の検知の有無及びアシスト力調整動作としての第2の接触及び中間の接触の検知の有無を判定する。第2の接触及び中間の接触の検知の有無の判定においては、第2の接触及び中間の接触の検知有りのときには、第2の接触及び中間の接触の検知の個数も受付部8fで判定する。なお、第2の接触及び中間の接触の検知の有無の判定及び個数の判定は、受付部8fではなく、コマンド判定制御部88で行うようにしてもよい。
より具体的には、受付部8fは、まず、コマンド判定制御部88の駆動部8dによりアシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている間に、複数の圧力センサ87による第3の接触の検知を受付動作として受付ける。アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている間とは、実際には、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている期間、又は、アシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号が入力された後の期間を意味している。具体的には、アシスト用アクチュエータ6の駆動開始信号が駆動部8dから受付部8fに入力されると、受付部8fでは、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されていると判定できる。
このように受付時間を限定しているのは、以下の理由による。
ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を変更したい場合とは、アシストウェア4よりアシスト力を受けている際に、当該アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を微調整したい場合が多い。言い換えれば、ユーザ1は、アシストウェア4よりアシスト力を受けていない際には、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を変更したいと考えることが少ない。
そこで、第3の接触の検知は、アシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動している間、即ちユーザ1がアシストウェア4よりアシスト力を受けている間に受付けられるように設定する。これにより、第3の接触の検知は、ユーザ1がアシスト力の微調整を望む場面であるアシストウェア4よりアシスト力を受けている間に受付けられる。その結果、ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の変更を望む可能性が少ない場面において、第3の接触の検知が受付けられることが防止され、ひいてはユーザ1の意思とは無関係のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の変更がされることを防止できる。
また、予備動作としての第3の接触の検知であるか否か、及び、アシスト力調整動作としての第2の接触及び中間の接触の検知であるか否かは、ユーザ1が、一例として、偶然では入力できない動作であるか否かで判定する。これは、例えば、ユーザ1がウェア本体2の一部を1回たたくだけでは、ユーザ1の手などが偶然に軽く接触した動作と、受付動作を意図して行った1回軽くたたく動作との判別がつかないためである。
このため、具体的には、例えば、予備動作判定用の第1の閾値TH1及びコマンド入力動作判定用の第1の閾値TH1を、意図せずに触ったときに検知される圧力値以上の値に設定すれば、ユーザ1の意図とは無関係のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減の変更を防ぐことができる。
(第4変形例)
図41は、第4変形例にかかるアシストウェア4に関連するブロック図であり、図37のブロック図と主として異なる点は、筋電センサ7にかえて、センサ7と記載している点、および、受付部8fにセンサ7からの出力が可能となっている点である。センサ7は、筋電センサまたは歪センサまたはジャイロセンサまたは加速度センサであってもよい。アシストウェアは筋電センサと歪センサの両方、または筋電センサとジャイロの両方、または筋電センサと加速度センサの両方を備えてもよい。図37では7は筋電センサと記載したが、図41では筋電センサ7にかえて、センサ7と記載する。この図41のセンサ7は、姿勢を検出するセンサである。
また、受付部8fは、例えばジャイロセンサ等の姿勢検出センサを用いて生体のアシスト対象部位の姿勢を検出できるように構成されており、検出された姿勢に基づいて圧力センサ87を選択し、選択された圧力センサ87の出力からアシスト力調整動作を開始する第1の接触の検知の有無を判定する。その後の第2の接触および中間の接触の検知においては、検出した姿勢に基づいて選択された圧力センサ87の出力のみを用いてもよいし、全ての圧力センサ87の出力を用いてもよい。圧力センサ87の選択の仕方としては、各姿勢に対して予め圧力センサ87が対応付けられており、姿勢が決まると圧力センサ87が決まるということになる。各姿勢において、駆動力の大きいアクチュエータの周辺に配置された圧力センサ87が、その姿勢と対応付けられる。具体例を挙げると、例えば、図25の姿勢B〜Cの間は右脚前側のセンサが対応付けられ、姿勢G〜Bの間は右脚後ろ側のセンサが対応付けられる、ということになり、各姿勢において、対応付けられたセンサにおいてのみ、入力を受け付けることで誤入力を防ぐ。これにより、駆動力の調整量の入力を開始するタイミングを限定することにより、さらに誤入力を減らすことができる。また、第1の接触を受け付けるタイミングの判定に姿勢を用いることで、動作の速度に影響されない判定ができる。
なお、アシスト用アクチュエータが伸長と収縮を周期的に行う歩行動作のような周期動作であれば、筋電センサや加速度センサ単体の出力からでも検出波形の推移から生体の部位の現状(筋電センサ等による出力検出時)の姿勢を推定し、同様の判定を行うことができる。例えば、図25に示した歩行動作では、A〜Gの各状態に連動した信号波形が筋電センサあるいは加速度センサから得られるので、連続してモニタすれば現在どの状態であるか判定することができる。図41において、受付部8f以外の同じ図番のものは同じ構成および作用である。ここで、波形の推移から姿勢を推定するとき、歩行に伴い変化する信号が検出できることが最低条件となる。従って、筋電センサは、前述したように、歩行時に使用する筋肉の周辺に配置する必要がある。加速度センサに関しては、両脚に配置する方がよいが、片脚でも推定可能である。ここで想定しているのは、歩行のような周期動作であるため、例えば、右脚の着地及び地面から離れるときの波形が検出できれば、図25のBの姿勢とEの姿勢、及び歩行の周期が分かることになる。図25のC,D,F、Gの姿勢は、BあるいはEの姿勢から一定時間後であり、この時間は歩行周期から推定できる。
以上から、センサの配置としては、特定の歩行姿勢(例えば右脚着地)と対応した信号が、歩行周期内で少なくとも1回検出できることが条件となる。これによって、歩行周期が分かるので、特定の姿勢からの経過時間で他の姿勢を推定できることになる。
ここで、第1の接触を検出する圧力センサ87は、アシスト動作中の様々な姿勢に対して予め配置場所が対応付けられている。例えば、ある姿勢において、アクチュエータの駆動力が大きい場所に配置された圧力センサが、その姿勢と対応付けられている。
より具体的には、受付部8fは、まず、コマンド判定制御部88の駆動部8dによりアシスト用アクチュエータ6が伸縮駆動されている間に、複数の圧力センサ87による第3の接触の検知を受付動作として受付ける。次に、センサ7からの出力によりアシスト対象部位の姿勢が検出され、検出した姿勢に対して対応付けられた圧力センサ87の出力が受付部8fで受け付けられ、第1の接触の検知の有無が判定される。すなわち、アシスト対象部位が特定の姿勢の時のみ、その姿勢に対応したアクチュエータの駆動力の調整を開始できる。この後、アシスト力調整動作としての第2の接触および中間の接触の検知の有無が判定されるが、この間は必ずしも姿勢を限定しなくてもよい。
図25を用いて歩行アシスト動作を例に説明すると、第3の接触が検知された後、まず、センサ7により現在の状態が、歩行中のA〜Gのどの状態であるかが検出される。ここで、例えば、各アクチュエータの駆動力のピークが過ぎた後に駆動力の調整を行うように構成したとすると、右脚大腿部前側のアクチュエータに対応する圧力センサへの第1の接触は、B〜C状態の間、およびE〜F状態の間のみ受け付けられ、また、右脚大腿部後ろ側のアクチュエータに対応する圧力センサへの第1の接触は、G〜A状態の間のみ受け付けられ、接触の判定が行われる。第1の接触が検知されると、その後、第2の接触および中間の接触の検知が行われる。この第2の接触および中間の接触の検知はA〜Gのどの状態でもよく、また、全ての圧力センサ87からの出力を入力可能とする。第1の接触の検知の後、第2の接触は歩行動作の1周期以上後でもよい。
前述のように、ユーザ1がアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を変更したい場合とは、アシストウェア4よりアシスト力を受けている際に、当該アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を微調整したい場合が多い。このとき、駆動力の調整量の入力を開始するタイミングを限定することにより、さらに誤入力を減らすことができる。
なお、第1の接触から第2の接触の検知までを特定の姿勢の区間、例えば図25のB状態からC状態の間に限定すると、誤入力を大幅に減らすことができる。ただし、スワイプ動作は細かい調整ができる反面、タップ動作等と比べると時間がかかる場合が多く、特定の時間内に意図した入力を完了させるのが難しい。本変形例では、調整開始である第1の接触の場所とタイミングのみを限定し、その後のスワイプ動作の場所やタイミングを限定していないので、入力動作が周期運動の1周期以上になっても駆動力の調整が可能であり、誤入力を低減させる効果も大きい。
また、第1の接触を受け付けるタイミングの判定に姿勢を用いることで動作の速度に影響されない判定ができる。例えば図25に示した歩行動作では、B状態、あるいはE状態から特定の時間内のみ右脚大腿部前側への第1の接触を受け付ける、という制御も可能である。しかし、前述の特定の時間を短くすると入力がしにくくなり、逆に長くすると、歩く速度が早い場合には、前述の特定の時間内に次のピークが来てしまうので、入力のタイミングを限定して誤入力を低減させる効果がなくなってしまう。本変形例では姿勢を元に入力可能なタイミングを決めているので、歩く速度に応じて適切に入力しつつ誤入力を低減できる。
(第5変形例)
複数の接触センサは、圧力センサに限られるものではなく、アシストウェア本体2の外表面に配置され、静電容量の変化量を検知する複数の小さなタッチセンサであってもよい。本第5変形例でのタッチセンサは、図示したとしても、図2及び図3などの圧力センサ87と同様な小さな形状で表すことができるものである。本第5変形例では、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fは、複数のタッチセンサ(図示せず)により第3の閾値TH3以上の第3の静電容量の変化量の検知を第3の接触の検知として受付ける。また、予備動作及びコマンド判定部8h又はコマンド判定制御部88は、予備動作及びコマンド判定部8h又は受付部8fにより第3の接触の検知を受付けた後の第2の時間t2内に、タッチセンサより第4の閾値以上の第4の静電容量の変化量の第2の接触及び中間の接触の検知を所定回数受付けた場合、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させるように制御する。
このような構成によると、接触センサとしてタッチセンサを用い、さらに第3の接触として第3の閾値TH3以上の第3の静電容量の変化量を、第2の接触及び中間の接触として第4の閾値TH4以上の第4の静電容量の変化量をそれぞれ検知する。ここで、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を増減させたい場合、ユーザ1は、偶然にアシストウェア本体2に触れた(タッチした)場合よりも強く触れる(タッチする)ことが多い。そのため、例えば、第3の閾値TH3及び第4の閾値TH4を、意図せずに触ったときに検知される静電容量の変化量以上の値に設定すれば、ユーザが偶然にアシストウェア本体2に触れた(タッチした)場合に駆動力が増減されることを防ぐことができる。
(第6変形例)
同時入力受付部8gを新たに制御部8内に備えて、例えば、右脚に対してアシスト力調整動作が実施されて右脚のアシスト力を調整制御するとき、自動的に、左脚のアシスト力も調整制御するようにする同時入力モードを備えるようにしてもよい。
すなわち、アシストウェア4は、ユーザ1の対称な部位の両方にそれぞれ装着される一対の装着部20a,20bを有するアシストウェア4である。このようなアシストウェア4では、一対の装着部20a,20bのうちの一方の装着部(ユーザ1の対称な部位のうちの一方の部位)20aに配置される複数のアシスト用アクチュエータ6のそれぞれは、一対の装着部20a,20bのうちの他方の装着部(ユーザ1の対称な部位のうちの他方の部位)20bに配置される複数のアシスト用アクチュエータ6のそれぞれと対応付けられている。この対応関係は、例えば、記憶部8aに記憶されている。
制御部8は、操作装置18中の入出力装置16で「同時入力モード」を選択すれば、機能がオンになって同時入力制御動作を行う同時入力受付部8gを備えることができる。この同時入力受付部8gの同時入力制御動作は、操作装置18中の入出力装置16で「同時入力モード」を選択すれば有効となる。その同時入力制御動作とは、一方の装着部(ユーザ1の対称な部位のうちの一方の部位)20aに配置される第1のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力が増減されるように制御されるとき、他方の装着部(他方の部位)20bに配置されかつ第1のアシスト用アクチュエータ6に対応する第2のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力を連動して増減させるように制御するように、判定部8cに作用するものである。
判定部8cは、同時入力受付部8gにより同時入力受付動作を受付けた後に、一対の装着部20a,20bのうちの一方の装着部(一方の部位)20aに対応する領域に配置される第3の圧力センサ87により第2の接触及び中間の接触が検知されて、第3の圧力センサ87に対応する第1のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御するとき、一対の装着部20a,20bのうちの他方の装着部(他方の部位)20bにおいて第1のアシスト用アクチュエータ6に対応する第2のアシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減を制御するものである。
例えば、左脚及び右脚の内の一方のアシスト用アクチュエータ6に関するアシスト力調整入力があれば、他方のアシスト用アクチュエータ6に関するアシスト力調整出力を自動的に生成して、対応するアシスト用アクチュエータ6に出力して、アシスト用アクチュエータ6の伸縮駆動の駆動力の増減制御を同様に行う。具体的な例を図38に示す。図38は、図25のアシストウェア4による右脚前側の歩行アシストの工程(フェーズA〜G)に対応する左脚前側の歩行アシストの工程(フェーズA’〜G’)を示したものである。図38に示すように、アシストウェア4による右脚前側の歩行アシストの工程(フェーズA〜G)のうちのフェーズBでアシスト力がピークになっているが、フェーズEではアシスト力がピークにはなっていないとする。このとき、フェーズEでのアシスト力をピークまで増加させるために、予備動作及びコマンド入力動作が行われて、フェーズEでのアシスト力をピークまで増加させるように制御すると仮定する(図38の一点鎖線E1参照)。このような制御が入力されると、同時入力受付部8gからの指示により、判定部8cは、左脚前側でも同様に、右脚前側のフェーズEに相当するフェーズE’でのアシスト力をピークまで増加させるように制御する(図38の一点鎖線E2参照)。
本構成によると、例えばアシストウェア4が両足を覆うように装着されるアシストパンツである場合、一方の脚について駆動力が増減されると、他方の脚についても駆動力が増減される。これにより、一方の脚に対して入力を行えば、他方の脚に対しても同時に入力を行うことができるため、より簡易に入力操作を行なうことができる。
(第7変形例)
前記実施形態では、ウェア本体2の例としてパンツであったが、これに限られるものではなく、図39及び図40にそれぞれ示すように、腕1fに装着して肘1gの屈伸動作をアシストする肘用のアシストウェア4B、及び、手1hに装着して各指1jの屈伸動作をアシストする指用のアシストウェア4Cでもよい。また、図2に示すように、コントローラベルト3もウェア本体2と別に設けるものに限らず、図39に示すように、肘用のアシストウェア4Bに装着するアシストウェア本体2Bの先端部には、操作装置18を備えるようにしてもよい。
図39に示すように、肘用のアシストウェア4Bは、腕1fの軸方向沿いに複数のアシスト用アクチュエータ6を配置している。
また、図40に示すように、指用のアシストウェア4Cは、腕1f及び指1jの軸方向沿いに複数のアシスト用アクチュエータ6を配置している。
なお、図39及び図40における黒色のバンド部は、ゴムベルトなどの拘束部2kである。
なお、これら以外にも、膝、足首、足の指などにも同様に適用するようにしてもよい。
なお、本開示を第1実施形態及び変形例に基づいて説明してきたが、本開示は、前記の第1実施形態及び変形例に限定されないのはもちろんである。以下のような場合も本開示に含まれる。
前記制御部8の一部又は全部は、具体的には、マイクロプロセッサ、ROM、RAM、ハードディスクユニット、ディスプレイユニット、キーボード、マウスなどから構成されるコンピュータシステムである。前記RAM又はハードディスクユニットには、コンピュータプログラムが記憶されている。前記マイクロプロセッサが、前記コンピュータプログラムにしたがって動作することにより、各部は、その機能を達成する。ここでコンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、コンピュータに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
例えば、ハードディスク又は半導体メモリ等の記録媒体に記録されたソフトウェア・プログラムをCPU等のプログラム実行部が読み出して実行することによって、各構成要素が実現され得る。
なお、前記実施形態又は変形例における制御部を構成する要素の一部又は全部を実現するソフトウェアは、以下のようなプログラムである。つまり、このプログラムは、生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアの制御部において実行されるプログラムであって、
前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
前記アシストウェアの外表面への接触を検知する複数の接触センサと、
制御部と、
を備えるアシストウェアの制御部に対して、
前記複数の接触センサの中の第1の接触センサより第1の接触の検知を受付け、
その後、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの間、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させ、
前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断するように制御する、
アシストウェアの制御部のプログラムである。
また、このプログラムは、サーバなどからダウンロードされることによって実行されてもよく、所定の記録媒体(例えば、CD−ROMなどの光ディスク、磁気ディスク、又は、半導体メモリなど)に記録されたプログラムが読み出されることによって実行されてもよい。
また、このプログラムを実行するコンピュータは、単数であってもよく、複数であってもよい。すなわち、集中処理を行ってもよく、あるいは分散処理を行ってもよい。
なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。
本開示にかかるアシストウェア、アシストウェアの制御部の制御方法、及び、制御部用プログラムは、生体の動作を支援するとき、アシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減を簡単に調整することができる。この結果、重労働の軽減のため、上腕二等筋、背筋、大殿筋、若しくは大腿筋等をアシストすることによる重量物の持ち上げ又は運搬作業等のアシスト動作、リハビリ、筋力低下の補助のため、指の屈伸をアシストする握力アシスト又は大殿筋若しくは大腿筋等をアシストする歩行アシスト動作、マッサージのため、首、肩、若しくは腰などの周辺筋肉のアシスト動作、スキルアシストのため、全身の筋肉をアシストするゴルフスウィングのレッスン用の筋肉アシスト動作、又はトレーニングのため、筋肉の動作とは逆方向に負荷をかけて筋肉を鍛える筋肉アシスト動作など、種々の動作のアシスト時のアシスト力の調整に利用することができる。
1 人体(ユーザ)
1a 皮膚
1b 筋肉
1d 脚
1e 目標筋肉
1f 腕
1g 肘
1h 手
1j 指
2,2B アシストウェア本体
2a ウェア本体の上端部
2b 大腿部の付け根部
2c ウェア本体の下端部
2d 大腿部の前側中央から腰部にかけての部分
2e 端部2a〜2c以外の他の部分
2f 部分2d以外の部分
2h センサ目標領域
2k 拘束部
3 コントローラベルト
3a 係合部
4 アシストウェア
4B 肘用のアシストウェア
4C 指用のアシストウェア
6,6A〜6F アシスト用アクチュエータ
6a 電極
7 筋電センサ(センサ)
8 制御部
8a 記憶部
8b 演算部
8c 判定部
8d 駆動部
8e アクチュエータ選択部
8f 受付部
8g 同時入力受付部
8h 予備動作及びコマンド判定部
9、9a、9b センサ用配線
15 スマートフォンなどの情報端末機
16 入出力装置
18 操作装置
20a.20b 装着部
30 ゴムチューブ
31 網目状繊維
32 マッキベン型アクチュエータ
33 フランジ
34 配管
41 第1層
42 第2層
44 第3層
45 構造例
46 アシスト用アクチュエータ固定部
47 アシスト用アクチュエータの配線
87,87a,87b 接触センサ
88 コマンド判定制御部

Claims (17)

  1. 生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアであって、
    前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
    前記アシストウェアの外表面への接触を検知する接触センサであって、第1の接触センサと、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサとを含む複数の接触センサと、
    前記第1の接触センサより第1の接触の検知を受付けた後、前記第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの全ての時間において、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された少なくとも1つの接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させる制御部を含み、
    前記制御部は、前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する、
    アシストウェア。
  2. 前記制御部は、前記複数の接触センサの中の第3の接触センサより第3の接触の検知を受け付けた後の第1の時間内に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する、
    請求項1に記載のアシストウェア。
  3. 前記第3の接触センサは、前記第1の接触センサと同一である、
    請求項2に記載のアシストウェア。
  4. 前記制御部は、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの距離が長いほど、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増加させる、
    請求項1から3のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  5. 前記制御部は、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸長駆動中に、前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸長駆動の駆動力を増加させる、
    請求項1から4のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  6. 前記制御部は、前記対応するアシスト用アクチュエータの収縮駆動中に、前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記対応するアシスト用アクチュエータの収縮駆動の駆動力を増加させる、
    請求項1から4のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  7. 前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減は、前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮長を変更することにより制御される、
    請求項1から6のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  8. 前記対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力の増減は、前記対応するアシスト用アクチュエータのばね定数を変更することにより制御される、
    請求項1から6のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  9. 前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に加わる圧力値を検知する複数の圧力センサであり、
    前記制御部は、前記複数の圧力センサのそれぞれより第1の閾値以上の圧力値を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断する、
    請求項1から8のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  10. 前記アシストウェアは、さらに、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを備え、
    前記制御部は、前記複数の筋電センサのそれぞれより検知される各電圧値に応じて、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれを伸縮駆動させる、
    請求項1から9のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  11. 前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に加わる圧力値を検知する複数の圧力センサであり、
    前記制御部は、前記複数の圧力センサのそれぞれより第1の閾値以上の圧力値を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断するとともに、
    前記アシストウェアは、さらに、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを備え、
    前記制御部は、前記複数の筋電センサのそれぞれより検知される各電圧値に応じて、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれを伸縮駆動させるとともに、前記複数の筋電センサの中の第1の筋電センサより検知される単位時間当たりの前記電圧値の変化量が第2の閾値以上の場合、前記第1の筋電センサに対応する圧力センサが圧力値を検知するための前記第1の閾値を大きくする、
    請求項1から8のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  12. 前記複数の接触センサは、前記アシストウェアの外表面に複数配置され、静電容量の変化量を検知する複数のタッチセンサであり、
    前記制御部は、前記複数のタッチセンサのそれぞれより第3の閾値以上の静電容量の変化量を検知した場合、前記アシストウェアの外表面への接触があったと判断する、
    請求項1から8のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  13. 前記アシストウェアは、前記生体の対称な部位の両方にそれぞれ装着される一対の装着部を有し、
    前記一対の装着部のうちの一方の装着部に配置される複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれは、前記一対の装着部のうちの他方の装着部に配置される複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれと対応付けられており、
    前記制御部は、前記一方の装着部に配置される第1のアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力が増減されると、前記他方の装着部に配置されかつ前記第1のアシスト用アクチュエータに対応する第2のアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を連動して増減させる、
    請求項1から12のいずれか1つに記載のアシストウェア。
  14. 生体の部位に装着され、内表面が前記部位に接触するアシストウェアの制御部において実行されるプログラムであって、
    前記部位に装着された場合において前記部位の筋肉の伸縮方向に沿って線状に複数本配置され、伸縮駆動する複数のアシスト用アクチュエータと、
    前記アシストウェアの外表面への接触を検知する複数の接触センサと、
    制御部と、
    を備えるアシストウェアの制御部に対して、
    前記複数の接触センサの中の第1の接触センサより第1の接触の検知を受付け、
    その後、前記第1の接触センサから所定の距離以上離れて配置された第2の接触センサより第2の接触の検知を受付けるまでの間、前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとの間に配置された接触センサより接触の検知を受け続けた場合、前記複数のアシスト用アクチュエータの中の前記第1の接触センサから前記第2の接触センサまでの領域に対応するアシスト用アクチュエータの伸縮駆動の駆動力を増減させ、
    前記アシスト用アクチュエータの伸縮駆動中に前記第1の接触センサより前記アシストウェアの外表面への接触の検知を受付けた場合、前記第1の接触センサより前記第1の接触の検知を受付けたと判断する、
    アシストウェアの制御部のプログラム。
  15. 前記アシストウェアは、さらに、
    前記生体の部位の姿勢を検出する姿勢検出センサを有し、
    前記第1の接触センサは、前記姿勢検出センサで検出された姿勢に応じて選択され、選択された第1の接触センサからの出力により第1の接触の検知が行われる請求項1記載のアシストウェア。
  16. 前記アシスト用アクチュエータが伸長と収縮を周期的に行うアシストウェアにおいて、
    前記アシストウェアは、前記複数のアシスト用アクチュエータのそれぞれが配置された位置または配置位置の周囲に複数配置され、前記部位の前記筋肉を動かすときに生じる電圧値を検知する複数の筋電センサを有し、
    前記筋電センサの検出波形の推移から前記生体の部位の姿勢を検出する、
    請求項15記載のアシストウェア。
  17. アシストウェアへの第1の接触を検出し、第1信号を出力する第1センサと、
    前記アシストウェアへの第2の接触を検出し、第2信号を出力する第2センサと、
    前記アシストウェアへの第3の接触を検出し、第3信号を出力する第3センサと、
    制御信号に基づいて収縮の度合いを変更するアクチュエータと、
    前記第1信号、前記第2信号、および前記第3信号を受け取り、前記制御信号を出力するコントローラを含み、
    前記コントローラは、前記アクチュエータの駆動開始指示を受理した後に前記コントローラが前記第1信号を受理し、前記コントローラが前記第1信号を受理した後に前記コントローラが前記第2信号を受理し、前記コントローラが前記第2信号を受理した後に前記コントローラが前記第3信号を受理した場合、前記制御信号を生成し、
    前記第1センサと前記第2センサの間の第1距離と、前記第2センサと前記第3センサの間の第2距離との和が大きければ、前記制御信号は前記収縮の度合いが大きいことを示す信号を含む、
    アシストウェア。
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