JP6900849B2 - アシスト装置 - Google Patents
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Description
図1に、アシスト装置1の全体の外観を示す。アシスト装置1は、身体装着具2(図2参照)と、アクチュエータユニット4R(図3参照)と、アクチュエータユニット4Lとを有している。身体装着具2は、対象者のアシスト対象身体部(本実施の形態の例では、大腿部)の周囲を含む身体に装着されるものである。アクチュエータユニット4R(4L)は、身体装着具2とアシスト対象身体部に装着されて、アシスト対象身体部の動作を支援(アシスト)する。以下、身体装着具2とアクチュエータユニット4Rを順に説明する。
図2に示すように、身体装着具2は、対象者の腰回りに装着される腰装着部10と、対象者の上半身のいずれかの位置に装着される上半身装着部20と、腰装着部10と上半身装着部20とを接続するフレーム部30と、を有している。
図3は、図2に示すボックス32RBの下方に設けられた保持部32RCに接続される(右側用の)アクチュエータユニット4Rの外観を示している。なお、ボックス32LBの下方の保持部32LCに接続される(左側用の)アクチュエータユニット4L(図1参照)については、アクチュエータユニット4Rを左右対称としたものであるので、説明を省略する。
次に図5に示す断面図を用いて、腰装着部10に対して、フレーム部30を仮想回動軸線15Y回りに回動可能に支持する回動機構の詳細について説明する。以下、図5を用いて、右腰装着部11Rに設けられた回動軸部15Rを含む回動機構の説明をするが、左腰装着部11L(図2参照)に設けられた回動軸部15L(図2参照)を含む回動機構も同様であるので、回動軸部15Lを含む回動機構については説明を省略する。
制御装置61は、図8に示すように、例えばボックス31内に収容されている。図8に示す例では、ボックス31内に、制御装置61、モータドライバ62、電源ユニット63等が収容されている。制御装置61は、例えばCPUや、記憶装置(制御プログラム等を格納)を有している。なお制御装置61は、後述するトルク判定手段61A(トルク判定部)、動作種類判定手段61B(動作種類判定部)、アシストトルク演算手段61C(アシストトルク演算部)、補正手段61D(補正部)、回動角度制御手段61E(回動角度制御部)、通信手段64等を有している。モータドライバ62は、制御装置61からの制御信号に基づいて、電動モータ45Rを駆動する駆動電流を出力する電子回路である。電源ユニット63は、例えばリチウム電池であり、制御装置61とモータドライバ62に電力を供給する。なお通信手段64の動作等については後述する。
次に、図11に示すフローチャートと、図9及び図10に示す制御ブロックを用いて、制御装置61の処理手順について説明する。なお図9に示す制御ブロックは、図11におけるステップS200にて、歩行/作業判定の結果が「荷物持ち上げ・持ち下げ」または「荷物横移動」と判定された場合の制御ブロックを示している。また図10に示す制御ブロックは、図11におけるステップS200にて、歩行/作業判定の結果が「歩行」と判定された場合の制御ブロックを示している。また、図9及び図10に示す制御ブロックは、(右)アクチュエータユニット4R(図1参照)を制御するブロックを示しており、(左)アクチュエータユニット4L(図1参照)を制御するブロックは、同様の制御ブロックであるので記載を省略している。また図11に示すフローチャートは、(右)アクチュエータユニット4Rと(左)アクチュエータユニット4Lを制御する処理手順を示している。図11に示す処理は、所定時間間隔(例えば数[ms]間隔)に起動され、当該処理が起動されると制御装置61は、ステップS100Rへと処理を進める。
ステップS100Rにて制御装置61は、(右)アクチュエータユニット4Rに関する入力信号等の処理を行い、ステップS100Lに進む。またステップS100Lにて制御装置61は、(左)アクチュエータユニット4Lに関する入力信号等の処理を行い、ステップS200に進む。なお、ステップS100R、S100Lの処理の詳細については後述する。ステップS100R、S100Lの処理は、図9におけるノードN10の処理に相当している。ステップS100R、S100Lの処理を実行している制御装置61は、トルク検出部からのトルク関連信号(電動モータ45Rのモータ軸の回転角度の検出信号、アシストアーム57Rの回動角度の検出信号)に基づいて、合成トルクと、対象者トルクを含む関連トルク情報を判定するトルク判定手段(図8に示すトルク判定手段61A)として機能する。
ステップS200にて制御装置61は、判定した関連トルク情報に基づいて、対象者の動作種類を判定してステップS2A0に進む。なお、ステップS200の処理の詳細については後述するが、判定された動作種類には、「歩行」、「荷物持ち上げ・持ち下げ」、「荷物横移動」が有る。「歩行」は対象者の歩行動作であり、「荷物持ち上げ・持ち下げ」は対象者が重量物を持ち上げる動作、または持っている重量物をおろす動作であり、「荷物横移動」は対象者が重量物をかかえて右から左、または左から右へと移動する動作である。ステップS200の処理は、図9におけるブロックB10の処理に相当している。ステップS200の処理を実行している制御装置61は、判定した関連トルク情報に基づいて対象者の動作種類を判定する動作種類判定手段(図8に示す動作種類判定手段61B)として機能する。
ステップS2A0にて制御装置61は、判定した動作種類が「荷物持ち上げ・持ち下げ」であるか否かを判定し、「荷物持ち上げ・持ち下げ」である場合(Yes)はステップS300Rに進み、「荷物持ち上げ・持ち下げ」でない場合(No)はステップS2B0に進む。ステップS2B0に進んだ場合、制御装置61は、判定した動作種類が「荷物横移動」であるか否かを判定し、「荷物横移動」である場合(Yes)はステップS400Rに進み、「荷物横移動」でない場合(No)はステップS500Rに進む。
ステップS300R、S300L、S340R、S340Lは、動作種類が「荷物持ち上げ・持ち下げ」の場合の処理である。ステップS300Rに進んだ場合、制御装置61は、(右)γを演算してステップS300Lに進み、ステップS300Lにて(左)γを演算してステップS340Rに進む。なお、(右)γの演算、(左)γの演算、の詳細については後述する。(右)γは、(右)アクチュエータユニットのアシストトルクの大きさを補正するためのゲイン(係数)である。同様に(左)γは、(左)アクチュエータユニットのアシストトルクの大きさを補正するためのゲイン(係数)である。なお、(右)γ、(左)γの演算は、図9におけるブロックB11、B12の処理に相当する。
ステップS400R、S400L、S440R、S440Lは、動作種類が「荷物横移動」の場合の処理である。ステップS400Rに進んだ場合、制御装置61は、(右)γを演算してステップS400Lに進み、ステップS400Lにて(左)γを演算してステップS440Rに進む。なお、(右)γの演算、(左)γの演算、はステップS300R、S300Lと同じであり、詳細については後述する。そして制御装置61は、ステップS440Rにて(右)τss(t)に(右)τs(t)を代入して記憶し、ステップS440Lにて(左)τss(t)に(左)τs(t)を代入して記憶し、ステップS710に進む。
ステップS500R、S500Lは、動作種類が「歩行」の場合の処理である。本実施の形態では、「荷物持ち上げ・持ち下げ」と「荷物横移動」では図9に示す制御ブロックにてアシストトルクを発生させるが、「歩行」では図10に示す制御ブロックにて制御してアシストトルクを発生させない(τa_ref=0にしている)例を説明する。「歩行」の場合、制御装置61は、渦巻バネ43Rが伸縮しないように、アシストアーム57Rの回動角度に応じて、電動モータ45Rの回転角度を制御する。
ステップS710にて制御装置61は、以下の(式1)にて(右)アシストトルク指令値(トルク可変型)τa_ref_torq(t)を求めて記憶し、以下の(式2)にて(左)アシストトルク指令値(トルク可変型)τa_ref_torq(t)を求めて記憶し、ステップS720に進む。なお、ステップS710の処理は、図9におけるブロックB15、B16、B17、ノードN20、ブロックB21、ノードN30の処理に相当している。
(右)τa_ref_torq(t)=(右)τa_ref_torq(t−1)+(右)γ*α*(右)τss(t)+β*(右)Δτss(t) (式1)
(左)τa_ref_torq(t)=(左)τa_ref_torq(t−1)+(左)γ*α*(左)τss(t)+β*(左)Δτss(t) (式2)
(右)τa_ref_torq(t):(右)アシストトルク指令値(トルク可変型)
(左)τa_ref_torq(t):(左)アシストトルク指令値(トルク可変型)
(右)γ:(右)トルク補正ゲイン
(左)γ:(左)トルク補正ゲイン
α:(左右)アシスト倍率
β:(左右)微分補正ゲイン
(右)τss(t):(右)トルク変化量(位相補正後)
(左)τss(t):(左)トルク変化量(位相補正後)
ステップS720にて制御装置61は、以下の(式3)にて(右)アシストトルク指令値(姿勢角可変型)τa_ref_ang(t)を求めて記憶し、以下の(式4)にて(左)アシストトルク指令値(姿勢角可変型)τa_ref_ang(t)を求めて記憶し、ステップS730に進む。なお、ステップS720の処理は、図9におけるブロックB41の処理に相当している。また、姿勢補正ゲインKは、例えば0〜10の範囲内の値(0≦K≦10)であり、要求アシスト量、当該処理の時間間隔(サンプリング時間)、出力リンク回動角度検出手段やモータ回転角度検出手段の検出分解能、対象者の身長や体重、等に応じて設定されるゲイン(定数)である。
(右)τa_ref_ang(t)=K*sin(右)θL(t) (式3)
(左)τa_ref_ang(t)=K*sin(左)θL(t) (式4)
(右)τa_ref_ang(t):(右)アシストトルク指令値(姿勢角可変型)
(左)τa_ref_ang(t):(左)アシストトルク指令値(姿勢角可変型)
K:(左右)姿勢補正ゲイン
(右)θL(t):(右)実リンク角度
(左)θL(t):(左)実リンク角度
ステップS730にて制御装置61は、以下の(式5)にて(右)総アシストトルク指令値τa_ref(t)を求めて記憶し、以下の(式6)にて(左)総アシストトルク指令値τa_ref(t)を求めて記憶し、ステップS740に進む。なお、ステップS730の処理は、図9におけるノードN40の処理に相当している。
(右)τa_ref(t)=(右)τa_ref_torq(t)+(右)τa_ref_ang(t) (式5)
(左)τa_ref(t)=(左)τa_ref_torq(t)+(左)τa_ref_ang(t) (式6)
(右)τa_ref(t):(右)総アシストトルク指令値
(左)τa_ref(t):(左)総アシストトルク指令値
ステップS740にて制御装置61は、以下の(式7)を整理した(式8)にて、(右)τa_ref(t)から(右)モータ回転角度指令値θM(t)を求めて記憶し、以下の(式9)を整理した(式10)にて、(左)τa_ref(t)から(左)電動モータの回転角度指令値θM(t)を求めて記憶し、ステップS750に進む。なお、このステップS740の処理は、図9におけるブロックB42の処理に相当している。
(右)τa_ref(t)=na*Ks*[na*(右)θL(t)−((右)θM(t)/nb)] (式7)
(右)θM(t)=[(na2*Ks*(右)θL(t)−(右)τa_ref(t))*nb]/(na*Ks) (式8)
(左)τa_ref(t)=na*Ks*[na*(左)θL(t)−((左)θM(t)/nb)] (式9)
(左)θM(t)=[(na2*Ks*(左)θL(t)−(左)τa_ref(t))*nb]/(na*Ks) (式10)
Ks:渦巻バネ43Rのバネ定数
(右)θM(t):(右)モータ回転角度指令値
(右)θM(t):(右)モータ回転角度指令値
na及びnb:減速機42Rにおける第1入出力部42Raをna回転させた場合に第2入出力部42Rbはnb回転する
ステップS750にて制御装置61は、(右)電動モータ45Rの実モータ軸角度である(右)θrM(t)が、(右)θM(t)となるように、(右)電動モータ45Rを制御し、(左)電動モータの実モータ軸角度である(左)θrM(t)が、(左)θM(t)となるように、(左)電動モータを制御し、処理を終了する。以上に説明したステップS740とS750の処理を実行している制御装置61は、補正手段にて補正したアシストトルクに基づいて、電動モータの出力軸の回動角度(回転角度)を制御する回動角度制御手段(図8に示す回動角度制御手段61E)として機能する。なお、このステップS750の処理は、図9におけるノードN50、ブロックB51、ノードN60、ブロックB61、B81、ノードN70、ブロックB71、B72に相当している。そしてステップS750の処理は、回転角度指令値を指令電流に変換し、指令電流をPWM出力のDuty比に変換して出力する際に、指令値と実際の値との偏差に基づいてPID(比例、積分、微分)制御を行うフィードバック制御であり、既存の制御と同様であるので説明を省略する。
図12に、ステップS100R(図11参照)の処理((右)アクチュエータユニット4Rに関する入力信号等の処理)の詳細であるステップS110Rの処理を示す。図12に示すように、ステップS110Rにて制御装置61は、入力手段32RS(図5参照)からの入力信号に基づいて、今回の(左右)アシスト倍率αを決定して記憶し、今回の(左右)微分補正ゲインβを決定して記憶する。このアシスト倍率αと、微分補正ゲインβは、左右のアクチュエータユニットで共通に使用される。
(右)ΔθL(t)=(右)θL(t)−(右)θL(t−1) (式11)
(右)θL(t):(右)実リンク角度
(右)ΔθL(t):(右)リンク角変位量
(右)合成トルク(t)=Ks*(渦巻バネ43Rの伸縮量) (式12)
(右)τs(t)=Ks*(右)ΔθL(t) (式13)
(右)τs(t):(右)トルク変化量
ステップS100L(図11参照)は、ステップS100Rに続いて実行される処置であり、(左)アクチュエータユニット4Lに関する入力信号等の処理である。なお図13に、ステップS100Lの処理((左)アクチュエータユニット4Lに関する入力信号等の処理)の詳細であるステップS110Lの処理を示す。ステップS110Lの処理の詳細については、(右)アクチュエータユニット4Rに関する入力信号等の処理であるステップS100Rと同様であるので省略する。
ステップS200(図11参照)は、対象者の動作種類を判定する処理であり、対象者の動作が、「歩行」、「荷物持ち上げ・持ち下げ」、荷物を右から左(または左から右)へ移動させる「荷物横移動」、のいずれの動作であるか、を判定する処理である。なお図14に、ステップS200の処理(歩行/作業判定)の詳細であるステップS210〜S230Cの処理を示す。
ステップS300R(図11参照)は、図9に示すブロックB11、B12の処理に相当し、ブロックB15にて用いるγを演算する処理である。なお図15に、ステップS300Rの処理(右γを演算)の詳細であるステップS314R〜S324Rの処理を示す。なお、(右)アクチュエータユニットに対するステップS300Rの処理に対して、ステップS300Lは(左)アクチュエータユニットに対する処理であり、ステップS300Rと同様であるので、ステップS300Lの処理については説明を省略する。
(右)Δτs(t)=(右)τs(t)−(右)τs(t−1) (式14)
(右)γ=√((右)Δτs,max/(右)Δτs) (式15)
(右)γ=√[((d/dt)(右)ΔθL,max)/((d/dt)(右)ΔθL)] (式16)
ステップS340R(図11参照)は、図9に示すブロックB14の処理に相当し、以降で使用する(右)トルク変化量τss(t)を求める処理である。なお図16に、ステップS340Rの処理(右τss(t)を演算)の詳細であるステップS344R〜S370Rの処理を示す。なお、(右)アクチュエータユニットに対するステップS340Rの処理に対して、ステップS340Lは(左)アクチュエータユニットに対する処理であり、ステップS340Rと同様であるので、ステップS340Lの処理については説明を省略する。
(右)T=(右)γ*Tbase (式17)
(右)T:実際の対象者における、荷物の持ち上げを開始してから、持ち上げを完了するまでの予測時間((右)収束時間)
Tbase:基準動作における、荷物の持ち上げを開始してから、持ち上げを完了するまでの時間(=基準動作における持ち上げ期間)
(右)P=Pbase/(右)γ (式18)
(右)P:実際の対象者における、持ち上げ期間中のアシストトルクの最大値(予測した最大値)
Pbase:基準動作における、持ち上げ期間中のアシストトルクの最大値
τss(t)=−(右)P*sin[2*(右)T*π*(右)t/(γ*T1)] (式19)
(右)t:(右)動作状態フラグが0から1となってからの経過時間
T1:ピーク到達基準時間
τss(t)=−(右)P*sin{[2*(右)T*π*((右)t−γ*T1)]/[(右)T−γ*T1]+π/2} (式20)
(右)Δτss(t)=(右)τss(t)−(右)τss(t−1) (式21)
以上、本実施の形態にて説明したアシスト装置1は、対象者の動作(「歩行」、「荷物持ち上げ・持ち下げ」、「荷物横移動」)に応じて、適切な補正を行ったアシストトルクを発生させることができる。例えば、「荷物持ち上げ」の際の対象者の動作が遅い場合、トルク補正ゲインγによって、適切にアシストトルクを増量することができる。また、例えば「荷物持ち上げ」の際の対象者の動作が遅い場合、アシストトルクのピークまでの時間を、τss(t)によって短くすることで、アシストトルクのピークの位置を適切なタイミングにすることができる。
以上の図1〜図18を用いて説明したアシスト装置1に対して、以降では、対象者からのアシスト状態の調整等を容易にする操作ユニットを追加した例、減速機等による摩擦を相殺する摩擦補償トルクを用いた例、荷物の有無に応じてアシスト力を適切に変更する例、について説明する。なお、以下のアシスト装置1Aの説明において、上記アシスト装置1と同一符号は、上記アシスト装置1と同一あるいは相当部分を示すものである。
次に図19〜図22、図27、図28を用いて、対象者がアシスト装置1Aのアシスト状態を容易に調整等するための操作ユニットR1を追加した例を説明する。操作ユニットR1は、図21に示すように、ボックス31内の制御装置61と有線または無線の通信回線R1Tにて接続されている。操作ユニットR1の制御装置R1Eは、通信手段R1EAを介してボックス31内の制御装置61と情報の送受信が可能であり、ボックス31内の制御装置61は、通信手段64を介して操作ユニットR1内の制御装置R1Eと情報の送受信が可能である。なお、図19に示すように、対象者は、操作ユニットR1を操作しない場合、例えば、左胸装着部26Lに設けられたポケット等の収容部R1Sに収容しておくことができる。
図1〜図18を用いた説明では、対象者の歩行時には、アシスト力を発生させない制御を行う例を説明した。つまり、図10に示す歩行時の制御ブロック図において、ブロックB42に入力される(右及び左)総アシストトルク指令値τa_ref=0、かつ、図11に示すフローチャートにおいて、ステップS500Rにて右総アシストトルク指令値τa_ref=0、かつ、ステップS500Lにて左総アシストトルク指令値τa_ref=0、としている。しかし、アシスト装置1Aを装着した対象者に対して、(右及び左)総アシストトルク指令値τa_ref=0となるように電動モータを制御しても、対象者はアシスト装置1Aを空回りさせるための力を必要とする。具体的には、対象者は、主に減速機42R(図4参照)に起因する摩擦トルクによって、歩行時には摩擦トルク分の余計な力が必要となり、荷物の持ち上げ等の作業時には、アシスト力の一部が摩擦トルクに相殺されることでアシスト感が低下することが考えられる。
ステップS200の処理を実行後、制御装置61は、ステップS280に進む。ステップS280にて制御装置61は、摩擦補償トルクτfric(t)を演算してステップS2A0に進む。なお、制御装置61は、ステップS280にて摩擦補償トルクτfric(t)を以下のようにして求める。
τfric(t)=−τfric、min (−τfric、min:下限摩擦補償トルク)
[領域2]−τs、thre<τs(t)≦−τs、deadの場合
τfric(t)=−τfric、min*[(−τs、dead)−τs(t)]/[(−τs、dead)−(−τs、thre)]
[領域3]−τs、dead<τs(t)<τs、deadの場合(τs(t)の絶対値が不感帯トルク値未満の場合)
τfric(t)=0
[領域4]τs、dead≦τs(t)<τs、threの場合
τfric(t)=τfric、max*[τs(t)−(τs、dead)]/[(τs、thre)−(τs、dead)]
[領域5]τs、thre≦τs(t)の場合(τs(t)の絶対値がトルク閾値以上の場合)
τfric(t)=τfric、max (τfric、max:上限摩擦補償トルク)
なお、[領域2]及び[領域4]の場合において、摩擦補償トルクτfric(t)の大きさは、直線的に限定されず、曲線的に増加するように設定してもよい。
また、ステップS500Lの処理を実行後、制御装置61は、ステップS510に進む。そしてステップS510にて制御装置61は、ステップS500Rにて設定した右総アシストトルク指令値τa_ref(t)(=0)に摩擦補償トルクτfric(t)を加算した値を、新たな右総アシストトルク指令値(加算アシストトルク)τa_ref(t)とする。また制御装置61は、ステップS500Lにて設定した左総アシストトルク指令値τa_ref(t)(=0)に摩擦補償トルクτfric(t)を加算した値を、新たな左総アシストトルク指令値(加算アシストトルク)τa_ref(t)とする。このステップS510の処理は、図23におけるノードN41に相当している。
また、ステップS730の処理を実行後、制御装置61は、ステップS731に進む。そしてステップS731にて制御装置61は、ステップS730にて求めた右総アシストトルク指令値τa_ref(t)に摩擦補償トルクτfric(t)を加算した値を、新たな右総アシストトルク指令値(加算アシストトルク)τa_ref(t)とする。また制御装置61は、ステップS730にて求めた左総アシストトルク指令値τa_ref(t)に摩擦補償トルクτfric(t)を加算した値を、新たな左総アシストトルク指令値(加算アシストトルク)τa_ref(t)とする。このステップS7310の処理は、図24におけるノードN41に相当している。
図1〜図18を用いた説明では、対象者による荷物の持ち上げ・持ち下げ動作を検出した場合、荷物の持ち上げ・持ち下げ動作に応じたアシスト力を発生させる例を説明した。しかし、対象者の動作が荷物の持ち上げ・持ち下げ動作であっても、荷物が非常に軽い場合や、実際には荷物を持っていなかった場合であってもアシスト力を発生するので、予想を超えたアシスト力で対象者が驚く場合が考えられる。そこで、対象者の動作が荷物の持ち上げ・持ち下げ動作の場合において、荷物の有無を判定して荷物の有無に応じたアシスト力を発生させる。なお、荷物が有っても荷物が非常に軽い場合は荷物無し、と判定してもよい。制御装置61の処理手順としては、図25におけるフローチャートのステップS200の詳細、ステップS300Rの詳細(及びステップS300L、400R、400Lの詳細)が、図14に示すステップS200の詳細と図15に示すステップS300Rの詳細とは異なっている。以下、相違点について主に説明する。
図29に示すように、ステップS200の詳細において、ステップS230A、S230B、S230Cの処理を終えた後、または、ステップS220にて「No」の場合、制御装置61は、ステップS250に進む。ステップS250の処理の詳細については、図30を用いて説明する。
ステップS252にて制御装置61は、動作種類が「荷物持ち上げ・持ち下げ」であるか否かを判定し、「荷物持ち上げ・持ち下げ」である場合(Yes)はステップS253に進み、「荷物持ち上げ・持ち下げ」でない場合(No)はステップS262Bに進む。なお、動作種類が「荷物持ち上げ・持ち下げ」でない場合はステップS262Bにて、荷物ありフラグをOFFにして(荷物無しと判定して)処理を終了する。
図31に示すように、ステップS300Rの詳細においては、図15に示すステップS300Rの詳細に対して、ステップS326R〜S328Rが追加されている点が異なる。なお、図25に示すステップS300L、S400R、S400Lの詳細については、図31に示すステップS300Rの詳細と同様であるので、説明を省略する。
図32の[持ち上げ基準動作に対して、周期が長く、かつ、補正前のアシストトルクが小さい場合]のQ1以降において、実線で示すアシストトルクは、トルク補正ゲインγによるアシストトルク量補正を行わず、かつ、トルクピーク時点を早くするアシストトルク位相補正を行わない場合の例を示している。また、点線で示すアシストトルクは、トルク補正ゲインγ=1にてアシストトルク量補正を行い、かつ、アシストトルク位相補正を行った場合の例を示している。また、一点鎖線で示すアシストトルクは、トルク補正ゲインγ>1にてアシストトルク量補正を行い、かつ、アシストトルク位相補正を行った場合の例を示している。また、二点鎖線で示すアシストトルクは、トルク補正ゲインγ<1にてアシストトルク量補正を行い、かつ、アシストトルク位相補正を行った場合の例を示している。荷物なし、と判定した場合は、二点鎖線で示すアシストトルクに示すように、必要以上に大きなアシストトルクとしないことで、予想を超えたアシスト力で対象者が驚くことを防止し、より安全にアシスト装置を利用してもらうことができる。
2 身体装着具
4R、4L アクチュエータユニット
10 腰装着部
11L 左腰装着部
11R 右腰装着部
12A 腰パッド部
12B 腰布部
12C 腰ベース部
13R、13L ベルト
15R、15L 回動軸部
15Y 仮想回動軸線
20 上半身装着部
21L 左上半身装着部
21R 右上半身装着部
22A パッド部
22B 布部
23R、23L、25R、25L ベルト
24L 左肩部ベルト
24R 右肩部ベルト
26L 左胸装着部
26R 右胸装着部
30 フレーム部
31 ボックス
32 左右連結フレーム部
32R、32L 回動部
32RB、32LB ボックス
32RC、32LC 保持部
33 背面フレーム部
40R トルク発生部
40Y 回動軸線
41R アクチュエータベース部
41RB カバー
41RC 接続部
41RX、41LX 回動軸線
42R 減速機
43R 渦巻バネ
45R 電動モータ(アクチュエータ)
45RE モータ回転角度検出手段
50R トルク伝達部
51R 大腿アーム
52R 大腿装着部
56R 接続部
57R アシストアーム(出力リンク)
57RB 軸受
57RE 出力リンク回動角度検出手段
61 制御装置
61A トルク判定手段(トルク判定部)
61B 動作種類判定手段(動作種類判定部)
61C アシストトルク演算手段(アシストトルク演算部)
61D 補正手段(補正部)
61E 回動角度制御手段(回動角度制御部)
61F 補償トルク演算手段
61G 不感帯トルク判定手段
61H 荷物有無判定手段
62 モータドライバ
63 電源ユニット
64 通信手段
65 主電源スイッチ
K 姿勢補正ゲイン
Ks バネ定数
R1 操作ユニット
R1D 表示部
R1E 制御装置
R1EA 通信手段
R1F 操作ユニット用電源
R1T 通信回線
T1 ピーク到達基準時間
α アシスト倍率
β 微分補正ゲイン
γ トルク補正ゲイン
θrM 実モータ軸角度
θL 実リンク角度(姿勢角度)
Claims (8)
- 対象者のアシスト対象身体部の周囲を含む対象者の身体に装着される身体装着具と、
前記身体装着具と前記アシスト対象身体部に装着されて、前記アシスト対象身体部の動作を支援するアクチュエータユニットと、
を有するアシスト装置であって、
前記アクチュエータユニットは、
前記アシスト対象身体部の関節回りに回動して前記アシスト対象身体部に装着される出力リンクと、
前記出力リンクを介して前記アシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクを発生する出力軸を有するアクチュエータと、
対象者が前記アシスト対象身体部を自身の力で回動させることで前記出力リンクから入力された対象者トルクと、前記出力軸からの前記アシストトルクと、を合成した合成トルクに関するトルク関連信号を出力するトルク検出部と、
前記トルク検出部からの前記トルク関連信号に基づいて、前記合成トルクと前記対象者トルクを含む関連トルク情報を判定するトルク判定手段と、
判定した前記関連トルク情報に基づいて対象者の動作種類を判定する動作種類判定手段と、
判定した前記関連トルク情報に基づいて前記アシストトルクを演算するアシストトルク演算手段と、
判定した前記動作種類に基づいて、演算した前記アシストトルクを補正する補正手段と、
前記補正手段にて補正した前記アシストトルクに基づいて前記出力軸の回動角度を制御する回動角度制御手段と、
を有している、
アシスト装置。 - 請求項1に記載のアシスト装置であって、
前記動作種類には、対象者が荷物を持ち上げる動作である持ち上げ動作が含まれており、
判定された前記動作種類が前記持ち上げ動作である場合、
前記補正手段は、
対象者が荷物の持ち上げを開始した時点から前記荷物の持ち上げを完了した時点までの期間である持ち上げ期間の間において、前記アシストトルクの大きさを補正するアシストトルク量補正、
あるいは、
前記持ち上げ期間の間における前記対象者トルクの最大値である最大対象者トルクが発生する時点である対象者トルクピーク時点を予測し、
前記アシストトルクの最大値である最大アシストトルクを発生させる時点であるアシストトルクピーク時点が、前記対象者トルクピーク時点よりも早くなるように補正するアシストトルク位相補正、
の少なくとも一方の補正を行う、
アシスト装置。 - 請求項2に記載のアシスト装置であって、
前記補正手段は、
前記アシストトルク量補正を行う場合、前記持ち上げ期間の長さに応じて、前記アシストトルク量補正の増量割合を調整する、
アシスト装置。 - 請求項2または3に記載のアシスト装置であって、
前記補正手段は、
前記アシストトルク位相補正を行う場合、前記持ち上げ期間の長さに応じて、持ち上げを開始した時点から前記アシストトルクピーク時点までの時間を調整する、
アシスト装置。 - 請求項1に記載のアシスト装置であって、
前記動作種類には、対象者が荷物を持った作業の動作が含まれており、
前記アクチュエータユニットは、
対象者が荷物を持った作業の動作時において荷物の有無を判定する荷物有無判定手段を有し、
前記補正手段は、
前記荷物有無判定手段にて判定した荷物の有無に応じて前記アシストトルクを補正する、
アシスト装置。 - 請求項2〜4のいずれか一項に記載のアシスト装置であって、
前記アクチュエータユニットは、
判定された前記動作種類が前記持ち上げ動作である場合に荷物の有無を判定する荷物有無判定手段を有し、
前記補正手段は、
判定された前記動作種類が前記持ち上げ動作である場合に前記アシストトルク量補正を行う際、前記荷物有無判定手段にて判定した荷物の有無に応じて前記アシストトルク量補正の補正量を変更する、
アシスト装置。 - 請求項6に記載のアシスト装置であって、
前記補正手段は、
判定された前記動作種類が前記持ち上げ動作である場合に前記アシストトルク量補正を行う際、前記荷物有無判定手段にて荷物無しと判定した場合の前記アシストトルク量補正の補正量を、前記荷物有無判定手段にて荷物有りと判定した場合の前記アシストトルク量補正の補正量よりも小さくする、
アシスト装置。 - 請求項1〜7のいずれか一項に記載のアシスト装置であって、
前記アクチュエータユニットは、通信手段を有しており、
前記通信手段は、
前記対象者トルクを含む対象者に関する情報である対象者情報と、
前記アシストトルクを含む前記アクチュエータユニットの入出力に関する情報であるアシスト情報と、
を前記アシスト装置とは別に用意された解析システムに送信し、
前記解析システムから、前記解析システムによる解析結果を含む解析情報を受信し、
前記アクチュエータユニットは、
前記解析システムから受信した前記解析情報に基づいて、自身の動作を調整する、
アシスト装置。
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