JP7326865B2 - power assist suit - Google Patents
power assist suit Download PDFInfo
- Publication number
- JP7326865B2 JP7326865B2 JP2019094439A JP2019094439A JP7326865B2 JP 7326865 B2 JP7326865 B2 JP 7326865B2 JP 2019094439 A JP2019094439 A JP 2019094439A JP 2019094439 A JP2019094439 A JP 2019094439A JP 7326865 B2 JP7326865 B2 JP 7326865B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- torque
- actuator unit
- wearer
- control device
- assist
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
Description
本発明は、装着者の腰部に対する左大腿部及び右大腿部の動作を支援するパワーアシストスーツに関する。 The present invention relates to a power assist suit that assists the movements of the wearer's left thigh and right thigh relative to the waist.
近年では、製造、物流、建設、農業、介護、リハビリ等、種々の現場において、装着者の腰等の負担を軽減するパワーアシストスーツが種々提案されている。 In recent years, various types of power assist suits have been proposed that reduce the burden on the wearer's lower back and the like in various fields such as manufacturing, distribution, construction, agriculture, nursing care, and rehabilitation.
例えば、下記特許文献1に記載されるアシスト装置では、装着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、身体装着具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するアクチュエータユニットと、を有している。アクチュエータユニットは、アシスト対象身体部の関節周りに回動してアシスト対象身体部に装着される出力リンクと、出力リンクを介して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、を有している。
For example, in the assist device described in
アクチュエータの出力軸は、渦巻バネの内側端に接続されている。渦巻バネの外側端はプーリを介して、アクチュエータの出力軸からの回転角度を減量する減速機の増速軸に接続されている。減速機の減速軸は、出力リンクに接続されている。出力リンクの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出手段が、減速機における増速軸に設けられている。また、アクチュエータの出力軸の回転角度を検出するモータ回転角度検出手段が設けられている。 The output shaft of the actuator is connected to the inner end of the spiral spring. The outer end of the spiral spring is connected via a pulley to the speed increasing shaft of a speed reducer that reduces the rotation angle from the output shaft of the actuator. A reduction shaft of the speed reducer is connected to the output link. Output link rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the output link is provided on the speed increasing shaft of the speed reducer. Also provided is a motor rotation angle detection means for detecting the rotation angle of the output shaft of the actuator.
このモータ回転角度検出手段によって検出された出力軸の回転角度と、出力リンク回動角度検出手段によって検出された出力リンクの回動角度と、渦巻バネのバネ定数とから渦巻バネに蓄えられている合成トルクが求められる。そして、求められた合成トルクから装着者トルクが抽出され、当該装着者トルクに応じたアシストトルクがアクチュエータから出力されるように構成されている。 The rotation angle of the output shaft detected by the motor rotation angle detection means, the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection means, and the spring constant of the spiral spring are stored in the spiral spring. A resultant torque is required. Then, the wearer torque is extracted from the calculated combined torque, and the actuator outputs an assist torque corresponding to the wearer torque.
しかしながら、特許文献1に記載されたアシスト装置では、出力リンク回動角度検出手段に不具合が発生した場合には、出力リンクの回動角度を正確に検出することが困難となり、アクチュエータによって、不適切なアシストトルクが出力され、装着者が違和感を感じる虞がある。また、万が一、アクチュエータによって、渦巻バネの機械的強度の上限を超えるアシストトルクが出力された場合には、渦巻バネが変形等して、急に適切なアシストルクを出力することができなくなり、荷物の持ち上げ時等において、装着者が急に負荷を感じて、違和感を感じる虞がある。
However, in the assist device described in
そこで、本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、アクチュエータによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been invented in view of such points, and provides a highly reliable power assist suit that can output an appropriate assist torque by an actuator and does not give discomfort to the wearer. intended to provide
上記課題を解決するため、第1の発明は、装着者の少なくとも腰回りに装着される身体装着具と、前記身体装着具と前記装着者の左大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記左大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する左アクチュエータユニットと、前記身体装着具と前記装着者の右大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記右大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する右アクチュエータユニットと、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットとを制御する制御装置と、を備え、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、前記装着者の左大腿部又は右大腿部に装着されて、前記左大腿部又は前記右大腿部の関節回りに回動する出力リンクと、前記出力リンクを介して前記左大腿部又は前記右大腿部の前記関節回り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、一端部が前記出力リンクに接続され、他端部が前記アクチュエータの前記出力軸に接続されて、前記装着者の力で回動された前記出力リンクから入力される装着者トルクと、前記出力軸から入力される前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを蓄える弾性部材と、前記弾性部材の変形状態を検出する変形状態検出装置と、を有し、前記制御装置は、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記変形状態検出装置によって検出された前記弾性部材の変形状態に基づいて、それぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクを取得する合成トルク取得部と、前記合成トルク取得部を介して取得したそれぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクに基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記弾性部材が故障するか否かを判定するバネ故障判定部と、を有する、パワーアシストスーツである。 In order to solve the above problems, the first invention is a body attachment that is worn at least around the waist of a wearer, and a body attachment that is attached to the left thigh of the wearer together with the body attachment. a left actuator unit that generates an assist torque for assisting movement of the left thigh relative to the waist; and a control device for controlling the left actuator unit and the right actuator unit, wherein each of the left actuator unit and the right actuator unit an output link attached to the wearer's left thigh or right thigh and rotating around the joint of the left thigh or the right thigh; and the left thigh via the output link Alternatively, an actuator having an output shaft that generates assist torque for assisting rotation of the right thigh around the joint, one end of which is connected to the output link, and the other end of which is connected to the output shaft of the actuator. an elastic member for storing a combined torque obtained by synthesizing a wearer torque input from the output link rotated by the wearer's force and the assist torque input from the output shaft; and a deformation state detection device for detecting a deformation state of the member, wherein the control device detects the deformation state of the elastic member detected by the deformation state detection device of each of the left actuator unit and the right actuator unit. Based on a combined torque acquisition unit that acquires the combined torque stored in each of the elastic members, and based on the combined torque stored in each of the elastic members acquired via the combined torque acquisition unit, The power assist suit includes a spring failure determination section that determines whether or not the elastic members of the left actuator unit and the right actuator unit are out of order.
次に、第2の発明は、上記第1の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記バネ故障判定部は、前記合成トルク取得部を介して取得した前記合成トルクが、所定のトルク閾値以上の場合に、前記弾性部材が故障すると判定する、パワーアシストスーツである。 Next, according to a second aspect of the invention, in the power assist suit according to the first aspect, the spring failure determination unit determines if the combined torque acquired via the combined torque acquisition unit is equal to or greater than a predetermined torque threshold. In the power assist suit, it is determined that the elastic member has failed.
次に、第3の発明は、上記第1の発明又は第2の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットに電力を供給する電源ユニットを備え、前記制御装置は、前記バネ故障判定部によって前記弾性部材が故障すると判定された場合には、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットへの電力の供給を停止するように制御する電力供給制御部を有する、パワーアシストスーツである。 Next, a third invention is the power assist suit according to the first invention or the second invention, further comprising a power supply unit for supplying electric power to the left actuator unit and the right actuator unit, wherein the control device comprises: A power assist suit comprising a power supply control section that controls to stop power supply to the left actuator unit and the right actuator unit when the spring failure determination section determines that the elastic member has failed. is.
次に、第4の発明は、上記第1の発明乃至第3の発明のうちの一の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記変形状態検出装置は、前記出力軸の回転角度を検出する出力軸回転角度検出装置と、前記出力リンクの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出装置と、を有し、前記合成トルク取得部は、前記出力軸回転角度検出装置によって検出された前記出力軸の回転角度と、前記出力リンク回動角度検出装置によって検出された前記出力リンクの回動角度とに基づいて前記合成トルクを取得する、パワーアシストスーツである。 Next, a fourth invention is the power assist suit according to one of the first to third inventions, wherein the deformation state detection device detects the rotation angle of the output shaft. a rotation angle detection device and an output link rotation angle detection device that detects the rotation angle of the output link, and the combined torque acquisition unit detects the output shaft rotation angle detection device. and the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection device.
次に、第5の発明は、上記第4の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、減速軸が前記出力リンクに接続されると共に、増速軸が前記出力リンク回動角度検出装置に接続された減速機を有する、パワーアシストスーツである。 Next, in a fifth aspect of the invention, in the power assist suit according to the fourth aspect, the left actuator unit and the right actuator unit each have a deceleration shaft connected to the output link and a speed-up shaft connected to the output link. A power assist suit having a speed reducer connected to the output link rotation angle detection device.
次に、第6の発明は、装着者の少なくとも腰回りに装着される身体装着具と、前記身体装着具と前記装着者の左大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記左大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する左アクチュエータユニットと、前記身体装着具と前記装着者の右大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記右大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する右アクチュエータユニットと、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットに電力を供給する電源ユニットと、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットとを制御する制御装置と、を備え、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、前記装着者の左大腿部又は右大腿部に装着されて、前記左大腿部又は前記右大腿部の関節回りに回動する出力リンクと、前記出力リンクを介して前記左大腿部又は前記右大腿部の前記関節回り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、一端部が前記出力リンクに接続され、他端部が前記アクチュエータの前記出力軸に接続されて、前記装着者の力で回動された前記出力リンクから入力される装着者トルクと、前記出力軸から入力される前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを蓄える弾性部材と、前記弾性部材の変形状態を検出する変形状態検出装置と、を有し、前記制御装置は、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記変形状態検出装置によって検出された前記弾性部材の変形状態に基づいて、それぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクを取得する合成トルク取得部と、前記合成トルク取得部を介して取得したそれぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクに基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンクを回動させる第1回動トルクを取得する第1回動トルク取得部と、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれに供給される電流値を検出する電流検出部と、前記電流検出部によって検出された前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれに供給される前記電流値に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンクを回動させる第2回動トルクを取得する第2回動トルク取得部と、前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記変形状態検出装置が故障しているか否かを判定する装置故障判定部と、を有する、パワーアシストスーツである。 Next, a sixth aspect of the present invention is a body attachment worn at least around the waist of a wearer, and a body attachment attached to the left thigh of the wearer together with the body attachment, and A left actuator unit that generates an assist torque for assisting movement of the thigh; a right actuator unit that generates an assist torque to assist, a power supply unit that supplies electric power to the left actuator unit and the right actuator unit, and a control device that controls the left actuator unit and the right actuator unit, Each of the left actuator unit and the right actuator unit is mounted on the left thigh or the right thigh of the wearer and rotates about the joint of the left thigh or the right thigh. a link, an actuator having an output shaft that generates an assist torque for assisting rotation of the left thigh or the right thigh around the joint via the output link, and one end connected to the output link. The other end is connected to the output shaft of the actuator, and the wearer torque is input from the output link rotated by the power of the wearer, and the assist torque is input from the output shaft. and a deformation state detection device for detecting a deformation state of the elastic member, wherein the control device controls the deformation of each of the left actuator unit and the right actuator unit. a combined torque acquisition unit that acquires the combined torque stored in each of the elastic members based on the deformation state of the elastic member detected by a state detection device; a first rotation torque acquisition unit that acquires a first rotation torque for rotating the output link of each of the left actuator unit and the right actuator unit based on the combined torque stored in the elastic member; a current detection section for detecting a current value supplied to each of the left actuator unit and the right actuator unit; and the current detected by the current detection section and supplied to each of the left actuator unit and the right actuator unit. a second rotation torque acquiring unit for acquiring a second rotation torque for rotating the output link of each of the left actuator unit and the right actuator unit based on the values; a device failure determination unit that determines whether or not the deformation state detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit are malfunctioning, based on the difference between the torque and the two rotation torques. is.
次に、第7の発明は、上記第6の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記装置故障判定部は、前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差が、所定の誤差閾値以上の場合に、前記変形状態検出装置が故障していると判定する、パワーアシストスーツである。 Next, according to a seventh invention, in the power assist suit according to the sixth invention, the device failure determination section determines that the difference between the first rotation torque and the second rotation torque is a predetermined error threshold value. In the above case, the power assist suit determines that the deformed state detection device is out of order.
次に、第8の発明は、上記第6の発明又は第7の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記制御装置は、前記装置故障判定部によって前記左アクチュエータユニット又は前記右アクチュエータユニットの前記変形状態検出装置が故障していると判定された場合には、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットへの電力の供給を停止するように制御する電力供給制御部を有する、パワーアシストスーツである。 Next, according to an eighth invention, in the power assist suit according to the sixth invention or the seventh invention, the controller controls the deformation state of the left actuator unit or the right actuator unit by the device failure determination section. The power assist suit includes a power supply control section that controls to stop power supply to the left actuator unit and the right actuator unit when it is determined that the detection device is out of order.
次に、第9の発明は、上記第6の発明乃至第8の発明のうちの一の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記変形状態検出装置は、前記出力軸の回転角度を検出する出力軸回転角度検出装置と、前記出力リンクの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出装置と、を有し、前記合成トルク取得部は、前記出力軸回転角度検出装置によって検出された前記出力軸の回転角度と、前記出力リンク回動角度検出装置によって検出された前記出力リンクの回動角度とに基づいて前記合成トルクを取得する、パワーアシストスーツである。 Next, a ninth invention is the power assist suit according to one of the sixth to eighth inventions, wherein the deformation state detection device detects the rotation angle of the output shaft. a rotation angle detection device and an output link rotation angle detection device that detects the rotation angle of the output link, and the combined torque acquisition unit detects the output shaft rotation angle detection device. and the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection device.
次に、第10の発明は、上記第9の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記装置故障判定部は、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンク回動角度検出装置が故障しているか否かを判定する、パワーアシストスーツである。 Next, according to a tenth aspect of the invention, in the power assist suit according to the ninth aspect, the device failure determination section determines the first rotation torque and the second rotation torque of the left actuator unit and the right actuator unit, respectively. In the power assist suit, it is determined whether or not the output link rotation angle detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit are out of order, based on the difference from the rotation torque.
次に、第11の発明は、上記第9の発明又は第10の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、減速軸が前記出力リンクに接続されると共に、増速軸が前記出力リンク回動角度検出装置に接続された減速機を有する、パワーアシストスーツである。 Next, in an eleventh aspect of the invention, in the power assist suit according to the ninth aspect or the tenth aspect, the left actuator unit and the right actuator unit each have a speed reduction shaft connected to the output link. , a power assist suit having a reduction gear whose speed increasing shaft is connected to the output link rotation angle detection device.
次に、第12の発明は、上記第1の発明乃至第11の発明のうちの一の発明に係るパワーアシストスーツにおいて、前記弾性部材は、渦巻バネを含む、パワーアシストスーツである。 Next, a twelfth invention is the power assist suit according to one of the first to eleventh inventions, wherein the elastic member includes a spiral spring.
第1の発明によれば、制御装置は、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの変形状態検出装置によって検出された各弾性部材の変形状態に基づいて、各弾性部材に蓄えられた合成トルクを取得する。そして、制御装置は、各弾性部材に蓄えられた合成トルクに基づいて、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの弾性部材が故障(例えば、変形、破断等)するか否かを判定する。 According to the first invention, the control device calculates the combined torque stored in each elastic member based on the deformation state of each elastic member detected by the deformation state detection device of each of the left actuator unit and the right actuator unit. get. Then, the control device determines whether or not the elastic members of the left actuator unit and the right actuator unit will fail (eg, deform, break, etc.) based on the combined torque stored in each elastic member.
これにより、制御装置は、左アクチュエータユニット又は右アクチュエータユニットの弾性部材が故障すると判定した場合には、弾性部材の機械的強度の上限を超えないようにアクチュエータによるアシストトルクを調整することが可能となり、弾性部材の故障を回避することが可能となる。引いては、アクチュエータによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して急な負荷を感じる等の違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することができる。 As a result, when the control device determines that the elastic member of the left actuator unit or the right actuator unit fails, it becomes possible to adjust the assist torque by the actuator so as not to exceed the upper limit of the mechanical strength of the elastic member. , it is possible to avoid failure of the elastic member. In addition, it is possible to provide a highly reliable power assist suit that can output an appropriate assist torque by the actuator and that does not give the wearer a sense of discomfort such as feeling a sudden load.
第2の発明によれば、制御装置は、合成トルクが、所定のトルク閾値以上の場合に、弾性部材が故障(例えば、変形、破断等)すると判定する。これにより、CAE(Computer Aided Engineering)解析又は実験等により、弾性部材が故障(例えば、変形、破断等)する際の「トルク閾値」を予め取得することによって、制御装置は、弾性部材が故障(例えば、変形、破断等)する前に、弾性部材が故障するか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツの信頼性の向上を図ることができる。 According to the second invention, the control device determines that the elastic member has failed (eg, deformed, broken, etc.) when the combined torque is equal to or greater than a predetermined torque threshold. As a result, by acquiring in advance a "torque threshold" when the elastic member fails (for example, deformation, breakage, etc.) by CAE (Computer Aided Engineering) analysis or experiment, the control device can determine whether the elastic member fails ( For example, it becomes possible to accurately determine whether or not the elastic member will fail before it deforms, breaks, etc.), and the reliability of the power assist suit can be improved.
第3の発明によれば、制御装置は、合成トルクに基づいて、弾性部材が故障すると判定された場合には、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットへの電力の供給を停止する。これにより、アクチュエータによるアシストトルクが「0」に設定されるため、弾性部材のバネ力によって合成トルクをゆっくり減少させることが可能となる。その結果、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、装着者に対して急な負荷を感じる等の違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することができる。 According to the third invention, the control device stops supplying electric power to the left actuator unit and the right actuator unit when it is determined that the elastic member has failed based on the combined torque. As a result, the assist torque by the actuator is set to "0", so that the combined torque can be slowly reduced by the spring force of the elastic member. As a result, it is possible to provide a highly reliable power assist suit that does not give the wearer a sense of discomfort, such as feeling a sudden load, when assisting an operation of lifting or lowering a load.
第4の発明によれば、合成トルク取得部は、出力軸回転角度検出装置によって検出された出力軸の回転角度と、出力リンク回動角度検出装置によって検出された出力リンクの回動角度とに基づいて合成トルクを取得する。従って、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、出力軸回転角度検出装置と出力リンク回動角度検出装置から構成される簡易な構成で合成トルクを取得できる。 According to the fourth aspect of the invention, the combined torque acquisition unit is configured to match the rotation angle of the output shaft detected by the output shaft rotation angle detection device and the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection device. Obtain the resultant torque based on Therefore, when assisting the lifting operation and lowering operation of the load, the combined torque can be obtained with a simple configuration including the output shaft rotation angle detection device and the output link rotation angle detection device.
第5の発明によれば、出力リンク回動角度検出装置は減速機を介して出力リンクに接続されている。これにより、出力リンクの回動角度の変化を増大して出力リンク回動角度検出装置によって検出することができるため、出力リンクの回動角度の検出精度の向上を図ることができ、引いては、合成トルクの検出精度の向上を図ることができる。 According to the fifth invention, the output link rotation angle detection device is connected to the output link via the speed reducer. As a result, the change in the rotation angle of the output link can be increased and detected by the output link rotation angle detection device, so that the detection accuracy of the rotation angle of the output link can be improved. , it is possible to improve the detection accuracy of the combined torque.
第6の発明によれば、制御装置は、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの変形状態検出装置によって検出された各弾性部材の変形状態に基づいて、各弾性部材に蓄えられた合成トルクを取得する。そして、制御装置は、各弾性部材に蓄えられた合成トルクに基づいて、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの出力リンクを回動させる第1回動トルクを取得する。 According to the sixth aspect of the invention, the control device detects the combined torque stored in each elastic member based on the deformation state of each elastic member detected by the deformation state detection device of each of the left actuator unit and the right actuator unit. get. Then, the control device acquires the first rotation torque for rotating the output link of each of the left actuator unit and the right actuator unit based on the combined torque stored in each elastic member.
また、制御装置は、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれに供給される電流値に基づいて、それぞれの出力リンクを回動させる第2回動トルクを取得する。そして、制御装置は、第1回動トルクと第2回動トルクとの差に基づいて、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの変形状態検出装置が故障しているか否かを判定する。 Further, the control device acquires the second rotation torque for rotating each output link based on the current values supplied to each of the left actuator unit and the right actuator unit. Then, based on the difference between the first rotation torque and the second rotation torque, the control device determines whether or not the deformation state detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit are out of order.
これにより、制御装置は、左アクチュエータユニット又は右アクチュエータユニットの変形状態検出装置が故障していると判定した場合には、アクチュエータによる不適切なアシストトルクの出力を停止することが可能となる。引いては、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、アクチュエータによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することができる。 Thereby, when the control device determines that the deformation state detection device of the left actuator unit or the right actuator unit is out of order, it becomes possible to stop outputting inappropriate assist torque by the actuator. A highly reliable power assist suit that can output an appropriate assist torque from an actuator when assisting the lifting and lowering of a load, and does not cause discomfort to the wearer. can provide.
第7の発明によれば、制御装置は、第1回動トルクと第2回動トルクとの差が、所定の誤差閾値以上の場合に、変形状態検出装置が故障していると判定する。これにより、CAE(Computer Aided Engineering)解析又は実験等により、変形状態検出装置が故障している際の「誤差閾値」を予め取得することによって、制御装置は、変形状態検出装置が故障しているか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツの信頼性の向上を図ることができる。 According to the seventh invention, the control device determines that the deformation state detection device is out of order when the difference between the first rotation torque and the second rotation torque is equal to or greater than a predetermined error threshold. As a result, by obtaining in advance the "error threshold" when the deformation state detection device is out of order by CAE (Computer Aided Engineering) analysis or experiment, the control device can determine whether the deformation state detection device is out of order. It is possible to accurately determine whether or not there is a problem, and it is possible to improve the reliability of the power assist suit.
第8の発明によれば、制御装置は、第1回動トルクと第2回動トルクとの差に基づいて、左アクチュエータユニット又は右アクチュエータユニットの変形状態検出装置が故障していると判定された場合には、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットへの電力の供給を停止する。これにより、アクチュエータによるアシストトルクが「0」に設定されるため、弾性部材のバネ力によって合成トルクをゆっくり減少させることが可能となる。その結果、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、装着者に対して急な負荷を感じる等の違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することができる。 According to the eighth invention, the control device determines that the deformation state detection device of the left actuator unit or the right actuator unit is out of order based on the difference between the first rotation torque and the second rotation torque. If so, the power supply to the left actuator unit and the right actuator unit is stopped. As a result, the assist torque by the actuator is set to "0", so that the combined torque can be slowly reduced by the spring force of the elastic member. As a result, it is possible to provide a highly reliable power assist suit that does not give the wearer a sense of discomfort, such as feeling a sudden load, when assisting an operation of lifting or lowering a load.
第9の発明によれば、合成トルク取得部は、出力軸回転角度検出装置によって検出された出力軸の回転角度と、出力リンク回動角度検出装置によって検出された出力リンクの回動角度とに基づいて合成トルクを取得する。従って、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、出力軸回転角度検出装置と出力リンク回動角度検出装置から構成される簡易な構成で合成トルクを取得できる。 According to the ninth aspect of the invention, the combined torque acquisition unit is configured to match the rotation angle of the output shaft detected by the output shaft rotation angle detection device and the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection device. Obtain the resultant torque based on Therefore, when assisting the lifting operation and lowering operation of the load, the combined torque can be obtained with a simple configuration including the output shaft rotation angle detection device and the output link rotation angle detection device.
第10の発明によれば、制御装置は、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの第1回動トルクと第2回動トルクとの差に基づいて、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの出力リンク回動角度検出装置が故障しているか否かを判定する。 According to the tenth invention, the control device rotates the left actuator unit and the right actuator unit based on the difference between the first rotation torque and the second rotation torque of each of the left actuator unit and the right actuator unit. It is determined whether or not the output link rotation angle detection device is out of order.
これにより、制御装置は、左アクチュエータユニット又は右アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出装置の故障を検出した場合には、出力リンクの回動角度を正確に検出できないため、アクチュエータによる不適切なアシストトルクの出力を停止することが可能となる。引いては、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、アクチュエータによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツを提供することができる。 As a result, when the control device detects a failure of the output link rotation angle detection device of the left actuator unit or the right actuator unit, the rotation angle of the output link cannot be accurately detected. Torque output can be stopped. A highly reliable power assist suit that can output an appropriate assist torque from an actuator when assisting the lifting and lowering of a load, and does not cause discomfort to the wearer. can provide.
第11の発明によれば、左アクチュエータユニットと右アクチュエータユニットのそれぞれの出力リンク回動角度検出装置は、減速機を介して出力リンクに接続されている。これにより、出力リンクの回動角度の変化を増大して出力リンク回動角度検出装置によって検出することができるため、出力リンクの回動角度の検出精度の向上を図ることができ、引いては、第1回動トルクの精度の向上を図ることができる。 According to the eleventh invention, the output link rotation angle detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit are connected to the output link via the speed reducer. As a result, the change in the rotation angle of the output link can be increased and detected by the output link rotation angle detection device, so that the detection accuracy of the rotation angle of the output link can be improved. , the accuracy of the first rotation torque can be improved.
第12の発明によれば、渦巻バネを用いることによって、アクチュエータの出力トルクを電流で調整する場合と比較して、渦巻バネの伸縮量(即ち、出力軸の回転角度)を調整するだけでよいので、容易にアシストトルクを調整することができる。 According to the twelfth invention, by using the spiral spring, it is only necessary to adjust the expansion and contraction amount of the spiral spring (that is, the rotation angle of the output shaft), compared to the case where the output torque of the actuator is adjusted by current. Therefore, the assist torque can be easily adjusted.
以下、図1~図16に基づいて、パワーアシストスーツ1の全体構造について説明する。パワーアシストスーツ1は、例えば、装着者が荷物を持ち上げる際(あるいは荷物を持ち下げる際)に腰部に対する大腿部(あるいは大腿部に対する腰部)の回動をアシストしたり、装着者が歩行する際に腰部に対する大腿部の回動をアシストしたりする装置である。なお、各図中のX軸、Y軸、Z軸は、互いに直交しており、パワーアシストスーツを装着した装着者から見て、X軸方向は前方向、Y軸方向は左方向、Z軸方向は上方向、に対応している。
The overall structure of the
●[パワーアシストスーツ1の全体構造(図1、図2)]
図1は、パワーアシストスーツ1の全体の外観を示している。また図2は、図1に示すパワーアシストスーツ1の分解斜視図を示している。
● [Overall structure of power assist suit 1 (Fig. 1, Fig. 2)]
FIG. 1 shows the overall appearance of the
図2の分解斜視図に示すように、パワーアシストスーツ1は、腰サポート部10、ジャケット部20、フレーム部30、バックパック部37、クッション37G、右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4L、荷重検出ユニット71R、71L等にて構成されている。そして腰サポート部10、ジャケット部20、フレーム部30、バックパック部37、クッション37Gにて身体装着具2(図3参照)が構成され、右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4Lにてアクチュエータユニット4(図4参照)が構成されている。なお、バックパック部37には、加速度検出手段75が設けられている。また、パワーアシストスーツ1は、装着者が、動作モード(持ち下げアシスト、持ち上げアシスト等)や、アシストトルクのゲインや、アシストトルクの増量速度の調整を行ったり、調整した状態等の確認を行ったりするための、操作ユニットR1(いわゆるリモコン)と、操作ユニットR1を収容する収容部R1Sを有している。
As shown in the exploded perspective view of FIG. 2, the
荷重検出ユニット71R、71Lは、例えば靴の中敷きであり、荷重検出ユニット71Rは装着者の右靴の中、かつ装着者の右足裏に配置され、荷重検出ユニット71Lは装着者の左靴の中、かつ装着者の左足裏に配置される。荷重検出ユニット71Rには、装着者の右足裏の爪先近傍の周囲の荷重を検出可能な荷重検出手段72R(例えば、圧力センサ)と、装着者の右足裏の踵近傍の周囲の荷重を検出可能な荷重検出手段73R(例えば、圧力センサ)とが設けられている。また図示省略するが、荷重検出ユニット71Rは、荷重検出手段72R、73Rからの検出信号を無線で操作ユニットR1に送信する無線通信手段、当該通信手段の電源等も有している。なお、荷重検出ユニット71Lも同様に、荷重検出手段72L、73L、無線通信手段、電源等を有しており、これらは荷重検出ユニット71Rと同様であるので、説明を省略する。
The
制御装置61(図15参照)は、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて、装着者が荷物を手にしていない場合では装着者の質量である装着者質量または装着者の重量である装着者重量を検出可能である。また、制御装置61(図15参照)は、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて、装着者が荷物を手にしている場合では装着者と荷物の質量である合成質量または装着者と荷物の重量である合成重量を検出可能である。そして制御装置61は、合成質量または合成重量と、装着者質量または装着者重量と、に基づいて、荷物の質量である荷物質量または荷物の重量である荷物重量を検出可能であり、荷物質量または荷物重量に基づいた荷重関連量(補正前の荷物質量または荷物重量、あるいは、補正後の荷物質量または荷物重量)を求める。
Based on the detection signals from the load detection means 72L, 72R, 73L, and 73R, the control device 61 (see FIG. 15) determines the weight of the wearer or the weight of the wearer when the wearer does not hold the luggage. Wearer weight, which is the weight of the wearer, can be detected. In addition, the control device 61 (see FIG. 15), based on the detection signals from the load detection means 72L, 72R, 73L, and 73R, if the wearer is holding the luggage, combines the masses of the wearer and the luggage. A mass or combined weight, which is the weight of the wearer and luggage, can be detected. The
加速度検出手段75は、例えば加速度センサであり、例えばバックパック部37に設けられており、装着者の一部の身体(この場合、装着者の上体(上半身))の動作の加速度である身体動作加速度を検出する。バックパック部37は、装着者の背中に固定されるので、加速度検出手段75は、装着者の背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度av(図27、図28参照)と、装着者の背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度aw(図27、図28参照)と、を検出する。制御装置61は、身体動作加速度av、aw等に基づいて、鉛直方向成分の身体動作加速度az(図28参照)を求めることができる。
The acceleration detection means 75 is, for example, an acceleration sensor, and is provided, for example, in the
制御装置61は、後述するように、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいて求めた荷物質量(荷物重量)を、加速度検出手段75からの検出信号に基づいて求めた身体動作加速度azを用いて補正することで、荷重関連量(この場合、補正後の荷物質量または荷物重量)を求める。
As will be described later, the
身体装着具2(図3参照)は、装着者の少なくとも腰周りに装着されるものである。右アクチュエータユニット4R及び左アクチュエータユニット4L(図4参照)は、身体装着具2と、装着者の大腿部と、に装着されて、装着者の腰部に対する大腿部あるいは装着者の大腿部に対する腰部、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4を順に説明する。
The body attachment 2 (see FIG. 3) is worn around at least the waist of the wearer. The
●[身体装着具2の外観(図3)]
図2及び図3に示すように、身体装着具2は、装着者の腰周りに装着される腰サポート部10と、装着者の肩周り及び胸周りに装着されるジャケット部20と、ジャケット部20が接続されるフレーム部30と、フレーム部30に取り付けられたバックパック部37及びクッション37Gと、を有している。フレーム部30は、装着者の背中及び腰周りに配置される。
● [Appearance of body attachment 2 (Fig. 3)]
As shown in FIGS. 2 and 3, the
●[フレーム部30の全体構成(図2、図3、図5)]
フレーム部30は、図2及び図5に示すように、メインフレーム31と、右サブフレーム32Rと、左サブフレーム32L等を有している。メインフレーム31は、図5に示すように、複数のベルト接続孔31Hが上下方向に配置された支持体31SR、31SLと、接続部31Rと、接続部31Lと、を有している。接続部31Rには、右サブフレーム32Rの一方端(上端)が接続され、接続部31Lには、左サブフレーム32Lの一方端(上端)が接続されている。右サブフレーム32Rと左サブフレーム32Lは、弾性を有しており、下端部の左右の間隔は、装着者の腰幅に応じて、腰サポート部10とともに調整される(図1参照)。
● [Overall configuration of frame unit 30 (Figs. 2, 3, and 5)]
The
また図1に示すように、右サブフレーム32Rの下端部は、右アクチュエータユニット4Rの接続部41RSに接続(固定)され、左サブフレーム32Lの下端部は、左アクチュエータユニット4Lの接続部41LSに接続(固定)される。
As shown in FIG. 1, the lower end of the
●[腰サポート部10の全体構成(図2、図3、図6)]
腰サポート部10は、図3及び図6に示すように、装着者の右半身の腰周りに装着される右腰装着部11Rと、装着者の左半身の腰周りに装着される左腰装着部11Lとを有している。図6に示すように、右腰装着部11Rと左腰装着部11Lは、背面腰ベルト16A、臀部上ベルト16B、臀部下ベルト16Cにて接続されている。
● [Overall configuration of waist support unit 10 (Figs. 2, 3, and 6)]
As shown in FIGS. 3 and 6, the
腰サポート部10は、図1及び図2に示すように、ジャケット部20の連結部29RSと連結される連結リング19RSを有する連結ベルト19Rと、ジャケット部20の連結部29LSと連結される連結リング19LSを有する連結ベルト19Lとを有している。また図2に示すように、腰サポート部10は、仮想回動軸線15Yと交差する位置に、右アクチュエータユニット4Rの連結部40RSに接続するための取付孔15Rと、左アクチュエータユニット4Lの連結部40LSに接続するための取付孔15Lとを有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また図6に示すように、右腰装着部11Rにおける装着者の背面側となる位置は、切欠部11RCが形成されて、右腰部11RAと右臀部11RBとに分割されている。左腰装着部11Lにおける装着者の背面側となる位置は、切欠部11LCが形成されて、左腰部11LAと左臀部11LBとに分割されている。
Further, as shown in FIG. 6, a notch 11RC is formed at a position on the wearer's back side in the right
また図6に示すように、腰サポート部10は、右腰締めベルト13RA、腰ベルト保持部材13RB(腰バックル)、左腰締めベルト13LA、腰ベルト保持部材13LB(腰バックル)、右骨盤上ベルト17RA、右骨盤下ベルト17RB、左骨盤上ベルト17LA、左骨盤下ベルト17LB、右上ベルト保持部材17RC(右上コキ)、右下ベルト保持部材17RD(右下コキ)、引張部13RAH、左上ベルト保持部材17LC(左上コキ)、左下ベルト保持部材17LD(左下コキ)、引張部13LAH等、装着者の腰周りにズレることなく密着させるための、長さを調整可能な種々のベルト等を有している。
As shown in FIG. 6, the
●[バックパック部37、及びバックパック部37の周辺の構成(図1~図3)]
バックパック部37は、図1及び図3に示すように、フレーム部30の上端部となるメインフレーム31に取り付けられている。そして図3に示すように、メインフレーム31またはバックパック部37には、ジャケット部20の右肩ベルト24R、右腋ベルト25R、左肩ベルト24L、左腋ベルト25Lが接続されている。
● [
The
バックパック部37は、図1~図3に示すように、シンプルな箱状の形状を有し、制御装置や電源ユニットや通信手段等が収容されている。図3に示すように、メインフレーム31における装着者の背中側の両肩に対向する位置には、複数のベルト接続孔31H(ベルト接続部に相当)が上下方向に配置された支持体31SR、31SLが設けられている。つまり、ベルト接続孔31H(ベルト接続部)は、装着者の体格に応じて、フレーム部30に対するジャケット部20の高さ方向の位置を調整可能とするように、複数設けられている。従って、装着者の体格に合わせてジャケット部20の高さを適切な位置に調整できる。
As shown in FIGS. 1 to 3, the
また、装着者の上半身が前に傾いた場合であっても、背中に接触するクッション37G(または背当て部37C)を、装着者の肩から腰の方向へと長くすることで、アシストトルクを出力するアクチュエータユニット(4R、4L)を適切に支持することができる。さらに、装着者の上半身が左右に傾いた場合であっても、装着者の背中の曲がり中心にクッション37G(または背当て部37C)が接触することで、アシストトルクを出力するアクチュエータユニット(4R、4L)をより適切に支持することができる(支持剛性が高くなる)。
In addition, even when the upper body of the wearer leans forward, the assist torque can be increased by lengthening the
また、支持体31SRのいずれかのベルト接続孔31H(ベルト接続部)には、図3に示すように、右肩ベルト24Rのベルト接続部24RSが接続される。同様に、支持体31SLのいずれかのベルト接続孔31H(ベルト接続部)には、図3に示すように、左肩ベルト24Lのベルト接続部24LSが接続される。なお、支持体31SR、31SLは、バックパック部37に設けられていてもよい。
Further, as shown in FIG. 3, the belt connection portion 24RS of the
バックパック部37の下端の左右には、図3に示すように、ベルト接続部37FR、37FLが設けられている。ベルト接続部37FRには、図3に示すように、右腋ベルト25Rのベルト接続部25RSが接続される。同様に、ベルト接続部37FLには、図3に示すように、左腋ベルト25Lのベルト接続部25LSが接続される。なお、ベルト接続部37FR、37FLは、メインフレーム31に設けられていてもよい。
Belt connection portions 37FR and 37FL are provided on the left and right sides of the lower end of the
●[ジャケット部20の全体構成(図2、図3、図7)]
ジャケット部20は、図3に示すように、装着者の右半身の胸周りに装着される右胸装着部21Rと、装着者の左半身の胸周りに装着される左胸装着部21Lとを有している。右胸装着部21Rは、左胸装着部21Lと、例えば面ファスナ21Fや、バックル21Bによって接続されており、装着者へのジャケット部20の着脱を容易にしている。
● [Overall configuration of jacket portion 20 (Figs. 2, 3, and 7)]
As shown in FIG. 3, the
図3に示すように、右胸装着部21Rは、メインフレーム31(またはバックパック部37)のベルト接続孔31Hに接続される右肩ベルト24R及びベルト接続部24RSと、バックパック部37(またはメインフレーム31)のベルト接続部37FR、37FLに接続される右腋ベルト25R及びベルト接続部25RSと、を有している。また図3に示すように、左胸装着部21Lは、メインフレーム31(またはバックパック部37)に接続される左肩ベルト24L及びベルト接続部24LSと、バックパック部37(またはメインフレーム31)に接続される左腋ベルト25L及びベルト接続部25LSと、を有している。また図3に示すように、右胸装着部21Rは、右腰装着部11Rと連結するための連結ベルト29R及び連結部29RSを有しており、左胸装着部21Lは、左腰装着部11Lと連結するための連結ベルト29L及び連結部29LSを有している。
As shown in FIG. 3, the right
また図7に示すように、ジャケット部20は、固定部28R、固定部28L、右肩ベルト23R、右肩ベルト保持部材23RK(右肩コキ)、左肩ベルト23L、左肩ベルト保持部材23LK(左肩コキ)、右腋ベルト26R、右腋ベルト保持部材26RK(右腋コキ)、左腋ベルト26L、左腋ベルト保持部材26LK(左腋コキ)等、装着者の胸周りにズレることなく密着させるための、長さを調整可能な種々のベルト等を有している。
7, the
●[右アクチュエータユニット4R、左アクチュエータユニット4Lの全体構成(図2、図4、図8、図9)]
図4は、図2に示す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の外観及び荷重検出ユニット71L、71Rを示している。なお、左アクチュエータユニット4Lは、右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、以降の説明では、左アクチュエータユニット4Lについては説明を省略する。
● [Overall Configuration of
FIG. 4 shows the appearance of the
図4に示すように、右アクチュエータユニット4Rは、トルク発生部40Rと、トルク伝達部である出力リンク50Rと、を有している。トルク発生部40Rは、アクチュエータベース部41Rと、カバー41RBと、連結ベース4ARと、を有している。図4に示すように、出力リンク50Rは、アシスト対象身体部(この場合、大腿部)の関節(この場合、股関節)回りに回動してアシスト対象身体部(この場合、大腿部)に装着される。なお、出力リンク50Rを介して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は、トルク発生部40R内の電動モータ(アクチュエータ)にて発生される。
As shown in FIG. 4, the
出力リンク50Rは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52Rと、第3リンク53Rと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)と、を有している。アシストアーム51Rは、トルク発生部40R内の電動モータによって発生したアシストトルクと、装着者の大腿部の動作による装着者トルクと、が合成された合成トルクによって、回動軸線40RY回りに回動する。アシストアーム51Rの先端には第2リンク52Rの一方端が回動軸線51RJ回りに回動可能に接続され、第2リンク52Rの他方端には第3リンク53Rの一方端が回動軸線52RJ回りに回動可能に接続されている。そして第3リンク53Rの他方端には、第3ジョイント部53RS(この場合、球面ジョイント)を介して大腿装着部54Rが接続されている。
The output link 50R has an
次に図4、図8、図9を用いて、右アクチュエータユニット4Rのリンク機構の詳細について説明する。リンク機構の例として、図8に示す出力リンク50Rの例と、図9に示す出力リンク50RAの例について説明する。
Next, details of the link mechanism of the
図8に示す出力リンク50Rは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52Rと、第3リンク53Rと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)とが、それぞれジョイント部にて連結されて構成されることで、複数の連結部材にて構成されている。
The
アシストアーム51Rの先端には、回動軸線51RJ回りに回動可能となるように、第2リンク52Rの一方端が、第1ジョイント部51RSにて連結されている。第1ジョイント部51RSは、アシストアーム51Rに対して第2リンク52Rを、回動軸線51RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
One end of the
第2リンク52Rの他方端には、回動軸線52RJ回りに回動可能となるように、第3リンク53Rの一方端が、第2ジョイント部52RSにて連結されている。第2ジョイント部52RSは、第2リンク52Rに対して第3リンク53Rを、回動軸線52RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
One end of the
第3リンク53Rの他方端は、第3ジョイント部53RS(例えば球面ジョイント)にて大腿装着部54Rと連結されている。従って、第3リンクと大腿装着部54R(身体保持部)との間の第3ジョイント部53RSは、自由度=3の連結構造とされている。以上より、図8に示す出力リンク50Rの自由度の総数は、1+1+3=5である。
The other end of the
なお、出力リンク50Rの自由度の総数は、3以上であればよい。例えば、第3リンク53Rの他方端に対して、回動軸線回りに大腿装着部54Rが回動可能となるように(自由度=1となるように)第3ジョイント部53RSを構成してもよい。従って、この場合の出力リンクの自由度の総数は、第1ジョイント部51RSの自由度が「1」、第2ジョイント部52RSの自由度が「1」であるので、1+1+1=3となる。なお、第2リンクや第3リンクの回動範囲を制限するストッパを設けると、より好ましい。
The total number of degrees of freedom of the
図9に示す出力リンク50RAは、アシストアーム51R(第1リンクに相当)と、第2リンク52RA(及び第2ジョイント部52RS)と、第3リンク53RAと、大腿装着部54R(身体保持部に相当)とが、それぞれジョイント部にて連結されて構成されることで、複数の連結部材にて構成されている。
The output link 50RA shown in FIG. 9 includes an
アシストアーム51Rの先端には、回動軸線51RJ回りに回動可能となるように、第2リンク52RAの端部が、第1ジョイント部51RSにて連結されている。第1ジョイント部51RSは、アシストアーム51Rに対して第2リンク52RAを、回動軸線51RJ回りに回動可能な自由度=1を有する連結構造とされている。
The end of the second link 52RA is connected to the tip of the
第2リンク52RAと第2ジョイント部52RSは一体化されており、第2リンク52RAには、長手方向であるスライド軸線52RSJに沿って往復スライド可能な第3リンク53RAの一方端の側が、第2ジョイント部52RSにて連結されている。第2ジョイント部52RSは、第2リンク52RAに対して第3リンク53RAを、スライド軸線52RSJに沿ってスライド可能な自由度=1を有する連結構造とされている。 The second link 52RA and the second joint portion 52RS are integrated, and the second link 52RA has a third link 53RA that is reciprocally slidable along a longitudinal slide axis 52RSJ. They are connected at a joint portion 52RS. The second joint portion 52RS has a connecting structure having a degree of freedom=1 that allows the third link 53RA to slide relative to the second link 52RA along the slide axis 52RSJ.
第3リンク53RAの他方端は、第3ジョイント部53RS(例えば球面ジョイント)にて大腿装着部54Rと連結されている。従って、第3リンク53RAと大腿装着部54R(身体保持部)との間の第3ジョイント部53RSは、自由度=3の連結構造とされている。以上より、図9に示す出力リンク50RAの自由度の総数は、1+1+3=5である。
The other end of the third link 53RA is connected to the
なお自由度の総数は3以上であればよいので、第3ジョイント部53RSを、大腿装着部54Rが回動軸線回りに回動可能となるように自由度=1の連結構造としてもよい。なお、第2リンク52RAの回動範囲や第3リンク53RAのスライド範囲を制限するストッパを設けると、より好ましい。
Since the total number of degrees of freedom should be 3 or more, the third joint portion 53RS may have a connection structure with a degree of freedom of 1 so that the
●[右アクチュエータユニット4Rにおけるトルク発生部40Rの内部構造(図10、図11)]
次に、図10及び図11を用いて、トルク発生部40R(図4参照)のカバー41RBに収容されている各部材について説明する。なお図11は、図10におけるA-A断面図である。図10及び図11に示すように、カバー41RB内には、減速機42R、プーリ43RA、伝達ベルト43RB、フランジ部43RDを有するプーリ43RC、渦巻バネ45R、軸受46R、電動モータ47R(アクチュエータ)、サブフレーム48R等が収容されている。またカバー41RBの外側には、軸部51RAを有するアシストアーム51Rが配置されている。
● [Internal structure of
Next, each member housed in the cover 41RB of the
また、アクチュエータユニット(4R、4L)におけるフレーム部30に近い部分に、アクチュエータ駆動用、制御用、通信用、の各ケーブルの取出口33RS、33LS(接続口)が設けられている。そして、ケーブルの取出口33RS、33LSに接続されたケーブル(図示省略)は、フレーム部30に沿って配置され、バックパック部37に接続される。
In addition, outlets 33RS and 33LS (connection ports) for actuator drive, control, and communication cables are provided in portions of the actuator units (4R, 4L) near the
なお、トルク発生部40Rは、図11に示すように、電動モータ47R等を搭載したサブフレーム48Rが取り付けられたアクチュエータベース部41Rと、アクチュエータベース部41Rの一方側に取り付けられるカバー41RBと、アクチュエータベース部41Rの他方側に取り付けられる連結ベース4ARと、を有している。連結ベース4ARには、回動軸線40RY回りに回動可能な連結部40RSが設けられている。
As shown in FIG. 11, the
図10及び図11に示すように、アクチュエータベース部41Rに対するアシストアーム51Rの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出手段43RS(回動角度センサ等)が、減速機42Rの増速軸42RBに接続されたプーリ43RAに接続されている。出力リンク回動角度検出手段43RSは、例えばエンコーダや角度センサであり、回転角度に応じた検出信号を制御装置61(図15参照)に出力する。また電動モータ47Rには、モータ軸(出力軸に相当)の回転角度を検出可能なモータ回転角度検出手段47RSが設けられている。モータ回転角度検出手段47RSは、例えばエンコーダや角度センサであり、回転角度に応じた検出信号を制御装置61(図15参照)に出力する。
As shown in FIGS. 10 and 11, the output link rotation angle detection means 43RS (rotation angle sensor or the like) for detecting the rotation angle of the
図10に示すように、サブフレーム48Rには、減速機42Rの減速機ハウジング42RCを固定する貫通孔48RAと、電動モータ47Rの出力軸47RAを挿通する貫通孔48RBと、が形成されている。アシストアーム51Rの軸部51RAは、減速機42Rの減速軸42RAの穴部42RDに嵌め込まれ、減速機42Rの減速機ハウジング42RCはサブフレーム48Rの貫通孔48RAに固定される。これにより、アシストアーム51Rは、アクチュエータベース部41Rに対して、回動軸線40RY回りに回動可能に支持され、減速軸42RAと一体となって回動する。また、電動モータ47Rはサブフレーム48Rに固定され、出力軸47RAはサブフレーム48Rの貫通孔48RBに挿通されている。サブフレーム48Rは、ボルト等の締結部材にて、アクチュエータベース部41Rの取付部41RHに固定される。
As shown in FIG. 10, the
図10に示すように、減速機42Rの増速軸42RBには、プーリ43RAが接続され、プーリ43RAには出力リンク回動角度検出手段43RSが接続されている。そして出力リンク回動角度検出手段43RSには、サブフレーム48Rに固定される支持部材43RTが接続されている。これにより、出力リンク回動角度検出手段43RSは、サブフレーム48Rに対する(すなわち、アクチュエータベース部41Rに対する)増速軸42RBの回動角度を検出することができる。しかも、アシストアーム51Rの回動角度は、減速機42Rの増速軸42RBによって増加された回動角度となるので、出力リンク回動角度検出手段43RS及び制御装置61は、より高い分解能にて、アシストアーム51Rの回動角度を検出することができる。出力リンクの回動角度をより高い分解能で検出することで、制御装置は、より高精度な制御を実行することができる。なお、アシストアーム51Rの軸部51RA、減速機42R、プーリ43RA、出力リンク回動角度検出手段43RSは、回動軸線40RYに沿って同軸となるように配置されている。
As shown in FIG. 10, a pulley 43RA is connected to the acceleration shaft 42RB of the
減速機42Rは、ギア減速比nG(1<nG)が設定されており、減速軸42RAが回動角度(θL、R)だけ回動された場合に、増速軸42RBを回動角度nGθL、Rだけ回動させる。また減速機42Rは、増速軸42RBが回動角度nGθL、Rだけ回動された場合に、減速軸42RAを回動角度θL、Rだけ回動させる。減速機42Rの増速軸42RBが接続されたプーリ43RAと、プーリ43RCには、伝達ベルト43RBが掛けられている。従って、アシストアーム51Rからの装着者トルクは増速軸42RBを介してプーリ43RCに伝達され、電動モータ47Rからのアシストトルクは、渦巻バネ45Rとプーリ43RCを介して増速軸42RBに伝達される。またモータ側のプーリ43RCに対する減速機側のプーリ43RAの比であるプーリ減速比nP(プーリ減速比=減速機側のプーリ43RA:モータ側のプーリ43RC=nP:1)が設定されている。例えばギア減速比nGは約50に設定されており、プーリ減速比nPは約88/60に設定されている。
The
渦巻バネ45Rは、バネ定数Ksを有し、中心側に内側端部45RC、外周側に外側端部45RAを有する渦巻き形状を有している。渦巻バネ45Rの内側端部45RCは、電動モータ47Rの出力軸47RAに形成された溝部47RBに嵌め込まれている。渦巻バネ45Rの外側端部45RAは、円筒状に巻回されて、プーリ43RCのフランジ部43RDに設けられた伝達軸43REが嵌め込まれ、当該伝達軸43REにて支持されている(プーリ43RCは、フランジ部43RDと伝達軸43REが一体とされている)。プーリ43RCは、回動軸線47RY回りに回動可能に支持され、一体とされたフランジ部43RDの外周縁部の近傍には、渦巻バネ45Rの側に突出する伝達軸43REが設けられている。伝達軸43REは、渦巻バネ45Rの外側端部45RAに嵌め込まれ、外側端部45RAの位置を回動軸線47RY回りに移動させる。また、電動モータ47Rの出力軸47RAとプーリ43RCとの間には、軸受46Rが設けられている。つまり、プーリ43RCに出力軸47RAは固定されておらず、出力軸47RAは、プーリ43RCに対して自由に回転できる。プーリ43RCは、渦巻バネ45Rを介して電動モータ47Rから回転駆動される。以上の構成にて、電動モータ47Rの出力軸47RA、軸受46R、フランジ部43RDを有するプーリ43RC、渦巻バネ45R、は回動軸線47RYに沿って同軸となるように配置されている。
The
渦巻バネ45Rは、電動モータ47Rから伝達されたアシストトルクを蓄えるとともに、装着者の大腿部の動作によってアシストアーム51Rと減速機42Rとプーリ43RA及びプーリ43RCを経由して伝達された装着者トルクを蓄え、その結果として、アシストトルクと装着者トルクとを合成した合成トルクを蓄える。そして、渦巻バネ45Rに蓄えられた合成トルクは、プーリ43RC及びプーリ43RAと減速機42Rを介してアシストアーム51Rを回動させる。以上の構成により、電動モータ47Rの出力軸47RAは、出力軸47RAの回転角度を減量する減速機42Rを介して出力リンク(図10の場合、アシストアーム51R)に接続されている。
The
渦巻バネ45Rに蓄えられている合成トルクは、無負荷状態からの角度変化量とバネ定数に基づいて求められ、例えば、アシストアーム51Rの回動角度(出力リンク回動角度検出手段43RSにて求められる)と、電動モータ47Rの出力軸47RAの回転角度(モータ回転角度検出手段47RSにて求められる)と、渦巻バネ45Rのバネ定数Ksと、に基づいて求められる。そして求められた合成トルクから装着者トルクが抽出され、当該装着者トルクに応じたアシストトルクが電動モータから出力される。
The combined torque stored in the
また図11に示すように、右アクチュエータユニットのトルク発生部40Rは、回動軸線40RY(すなわち仮想回動軸線15Y)回りに回動可能な連結部40RSを有している。そして連結部40RSは、図2及び図1に示すように、腰サポート部10の取付孔15Rを介してボルト等の連結部材にて連結(固定)される。また、図2及び図1に示すように、右アクチュエータユニット4Rの接続部41RSには、フレーム部30の右サブフレーム32Rの下端部が接続(固定)される。同様に、左アクチュエータユニットのトルク発生部40Lの連結部40LSは、腰サポート部10の取付孔15Lを介してボルト等の連結部材にて連結(固定)され、左アクチュエータユニット4Lの接続部41LSには、フレーム部30の左サブフレーム32Lの下端部が接続(固定)される。つまり、図2において、右アクチュエータユニット4Rのトルク発生部40Rに、腰サポート部10とフレーム部30が固定され、左アクチュエータユニット4Lのトルク発生部40Lに、腰サポート部10とフレーム部30が固定される。そして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とフレーム部30は一体とされ、仮想回動軸線15Y回りに回動可能な連結部40RS、40LS(図2参照)にて、腰サポート部10に対して回動可能である(図12、図13参照)。
Further, as shown in FIG. 11, the
以上に説明したように、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSからの検出信号と、モータ回転角度検出手段47RSからの検出信号に基づいて、渦巻バネ45Rにおける無負荷状態からの回転角度、回転方向を検出可能であり、これらと渦巻バネ45Rのバネ定数にて、トルク(合成トルク)を検出可能である。この場合、出力リンク回動角度検出手段43RSとモータ回転角度検出手段47RSと渦巻バネ45Rは、トルク検出手段に相当しており、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RS(角度検出手段に相当)を用いて検出した前傾角度に基づいたトルクに関連するトルク関連量(この場合、合成トルク)を検出可能である。
As described above, the
以上の説明では、電動モータ47R、渦巻バネ45R、モータ回転角度検出手段47RS、出力リンク回動角度検出手段43RSは、いずれも右アクチュエータユニット4Rに設けられている。図示省略するが、左アクチュエータユニット4Lにも同様に、電動モータ47L、渦巻バネ45L、モータ回転角度検出手段47LS、出力リンク回動角度検出手段43LSが設けられている。後述する説明にて、電動モータ47L、渦巻バネ45L、モータ回転角度検出手段47LS、出力リンク回動角度検出手段43LSが記載されている場合は、図示省略したが、左アクチュエータユニット4Lに設けられているものを指す。
In the above description, the
●[操作ユニットR1の外観と構成等(図14~図16)]
次に図14~図16を用いて、装着者がパワーアシストスーツ1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について説明する。図15に示すように、操作ユニットR1は、バックパック部37(図1参照)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、第1通信手段R1EAを介して制御装置61と情報の送受信が可能であり、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。また操作ユニットR1の制御装置R1Eは、第2通信手段R1EB(例えばBluetooth(登録商標)などの無線通信や人体通信など)を介して、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号を受信可能である。なお、図1に示すように、装着者は、操作ユニットR1を操作しない場合、例えば、ジャケット部20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1参照)。
● [Appearance and configuration of operation unit R1 (Figs. 14 to 16)]
Next, the operation unit R1 for the wearer to easily adjust the assisted state of the
図14に示すように、操作ユニットR1は、メイン操作部R1A、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS、ゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BD、増量速度自動/手動切替操作部R1CS、増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CD、体重計測操作部R1K、表示部R1D等を有している。なお、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDはゲイン変更手段に相当しており、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDは増量速度変更手段に相当している。また図15に示すように、操作ユニットR1内には、制御装置R1E、操作ユニット用電源R1F等を有している。なお、メイン操作部R1A、ゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BD、増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CD、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS、増量速度自動/手動切替操作部R1CS、体重計測操作部R1Kは、操作ユニットR1が収容部R1S(図1参照)に収容されている際の誤操作を防止するために、配置されている面から突出していないことが好ましい。 As shown in FIG. 14, the operation unit R1 includes a main operation portion R1A, a gain automatic/manual switching operation portion R1BS, a gain UP operation portion R1BU, a gain DOWN operation portion R1BD, an increase speed automatic/manual switch operation portion R1CS, an increase speed It has an UP operation unit R1CU, a weight increase speed DOWN operation unit R1CD, a weight measurement operation unit R1K, a display unit R1D, and the like. The gain UP operation section R1BU and gain DOWN operation section R1BD correspond to gain change means, and the increase speed UP operation section R1CU and increase speed DOWN operation section R1CD correspond to increase speed change means. Further, as shown in FIG. 15, the operation unit R1 includes a control device R1E, an operation unit power source R1F, and the like. In addition, the main operation part R1A, the gain UP operation part R1BU, the gain DOWN operation part R1BD, the increase speed UP operation part R1CU, the increase speed DOWN operation part R1CD, the gain automatic/manual switching operation part R1BS, the increase speed automatic/manual switching operation part It is preferable that the R1CS and the weight measurement operation section R1K do not protrude from the surface on which the operation unit R1 is arranged in order to prevent erroneous operations when the operation unit R1 is housed in the housing section R1S (see FIG. 1).
メイン操作部R1Aは、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツ1によるアシスト制御の開始と停止を行うためのスイッチである。なお図15に示すように、パワーアシストスーツ1そのもの(全体)の起動と停止を行うための主電源スイッチ65が、例えばバックパック部37に設けられており、主電源スイッチ65がON側に操作されると、制御装置61及び制御装置R1Eが起動し、主電源スイッチ65がOFF側に操作されると、制御装置61及び制御装置R1Eの動作が停止される。図14に示すように、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DBには、現在のパワーアシストスーツの運転状態がON(運転)であるかOFF(停止)であるかが表示される。
The main operation unit R1A is a switch for starting and stopping the assist control by the
ゲイン自動/手動切替操作部R1BSは、アシストトルクのゲイン(大きさ)を、自動的に調整するか、装着者が手動で調整するか、を切り替えるスイッチである。ゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「自動」の側に設定された場合、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作は無効とされ、制御装置61は、装着者が手にした荷物の質量(または重量)を検出し、検出した荷物の質量(または重量)に応じてアシストトルクの大きさを自動的に調整する。またゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定された場合、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作は有効とされ、制御装置61は、ゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDの操作に応じてアシストトルクの大きさを変更する。なお、荷物の質量(または重量)を検出するためには、装着者の質量(または重量)を計測しておく必要があり、体重計測操作部R1Kは、後述するように、装着者が自身の質量を制御装置に計測させる際に使用される。またゲイン自動の時に、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用してゲインを調整してもよい(制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい)。
The automatic gain/manual switching operation unit R1BS is a switch for switching between automatic adjustment of the gain (magnitude) of the assist torque and manual adjustment by the wearer. When the gain automatic/manual switching operation part R1BS is set to the "automatic" side, the operations of the gain UP operation part R1BU and the gain DOWN operation part R1BD are invalidated, and the
ゲインUP操作部R1BUは、ゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定されている場合において、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクのゲインを大きくするスイッチであり、ゲインDOWN操作部R1BDは、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクのゲインを小さくするスイッチである。例えば図16の「操作ユニットゲイン(「ゲイン設定=手動」の場合)」に示すように、制御装置R1Eは、ゲインUP操作部R1BUが操作される毎に、記憶しているゲイン番号を1つずつ増加し、ゲインDOWN操作部R1BDが操作される毎に、ゲイン番号を1つずつ減少する。図16の例では、ゲイン番号が0~3の4個の例を示しているが、4個に限定されるものではない。また図14に示すように、制御装置R1E(図15参照)は、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DCに、現在のゲイン番号に応じた表示を行う。
The gain UP operation unit R1BU is a switch that increases the gain of the assist torque generated by the power assist suit by the operation of the wearer when the gain automatic/manual switching operation unit R1BS is set to the "manual" side. , and the gain DOWN operation unit R1BD is a switch that reduces the gain of the assist torque generated by the power assist suit by the operation of the wearer. For example, as shown in "operation unit gain (when gain setting = manual")" in FIG. Each time the gain DOWN operation section R1BD is operated, the gain number is decremented by one. Although the example of FIG. 16 shows four examples with
増量速度自動/手動切替操作部R1CSは、アシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)を、自動的に調整するか、装着者が手動で調整するか、を切り替えるスイッチである。増量速度自動/手動切替操作部R1CSが「自動」の側に設定された場合、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作は無効とされ、制御装置61は、アシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)を自動的に調整する。また増量速度自動/手動切替操作部R1CSが「手動」の側に設定された場合、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作は有効とされ、制御装置61は、増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDの操作に応じてアシストトルクの増量速度を変更する。また増量速度自動の時に、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して増量速度を調整してもよい(制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい)。
The increase speed automatic/manual switching operation unit R1CS is a switch for switching between automatic adjustment of the assist torque increase speed (assist torque application timing) and manual adjustment by the wearer. When the increase speed automatic/manual switching operation unit R1CS is set to the "automatic" side, the operations of the increase speed UP operation unit R1CU and the increase speed DOWN operation unit R1CD are disabled, and the
増量速度UP操作部R1CU、増量速度DOWN操作部R1CDは、増量速度自動/手動操作部R1CSが「手動」の側に設定されている場合において、装着者からの操作によって、パワーアシストスーツが発生するアシストトルクの増量速度(アシストトルクの付与タイミング)の速い、遅い、を調整するスイッチである。例えば図16の「操作ユニット増量速度(「増量速度設定=手動」の場合)」に示すように、制御装置R1Eは、増量速度UP操作部R1CUが操作される毎に、記憶している速度番号を1つずつ増加し、増量速度DOWN操作部R1CDが操作される毎に、速度番号を1つずつ減少する。図16の例では、速度番号が-1~4の6個の例を示しているが、6個に限定されるものではない。また図14に示すように、制御装置R1E(図15参照)は、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DDに、現在の速度番号に応じた表示を行う。 The increase speed UP operation unit R1CU and the increase speed DOWN operation unit R1CD are operated by the wearer to generate a power assist suit when the increase speed automatic/manual operation unit R1CS is set to the "manual" side. This is a switch that adjusts whether the assist torque increase speed (assist torque application timing) is fast or slow. For example, as shown in FIG. 16, “operation unit increase speed (when “increase speed setting=manual”)”, the controller R1E changes the stored speed number every time the increase speed UP operation unit R1CU is operated. is incremented by one, and the speed number is decremented by one each time the increase speed DOWN operation section R1CD is operated. In the example of FIG. 16, six examples of speed numbers -1 to 4 are shown, but the number is not limited to six. Further, as shown in FIG. 14, the control device R1E (see FIG. 15) displays, for example, the current speed number in the display area R1DD of the display section R1D of the operation unit R1.
そして操作ユニットR1の制御装置R1Eは、所定時間間隔(例えば数[ms]~数100[ms]間隔)、または、メイン操作部R1AとゲインUP操作部R1BUとゲインDOWN操作部R1BDと増量速度UP操作部R1CUと増量速度DOWN操作部R1CDとゲイン自動/手動切替操作部R1BSと増量速度自動/手動切替操作部R1CSのいずれかが操作される毎に、第1通信手段R1EA(図15参照)を介して操作情報を送信する。操作情報には、上記の停止指示または起動指示、ゲイン番号、ゲイン自動/手動切替操作部からのゲイン自動/手動情報、速度番号、増量速度自動/手動切替操作部からの増量速度自動/手動情報、体重計測操作部からの体重計測指示情報、荷重検出手段からの検出信号、速度番号等が含まれている。 Then, the control device R1E of the operation unit R1 operates at predetermined time intervals (for example, intervals of several [ms] to several hundred [ms]), or the main operation section R1A, the gain UP operation section R1BU, the gain DOWN operation section R1BD, and the increase speed UP. Each time any one of the operating unit R1CU, the increasing speed DOWN operating unit R1CD, the gain automatic/manual switching operating unit R1BS, and the increasing speed automatic/manual switching operating unit R1CS is operated, the first communication means R1EA (see FIG. 15) is switched. Send operation information via The operation information includes the above-mentioned stop instruction or start instruction, gain number, gain automatic/manual information from the gain automatic/manual switching operation section, speed number, and increase speed automatic/manual information from the gain automatic/manual switching operation section. , weight measurement instruction information from the weight measurement operation unit, a detection signal from the load detection means, a speed number, and the like.
バックパック部37の制御装置61は、操作情報を受信すると、受信した操作情報を記憶し、パワーアシストスーツの駆動に用いる電源ユニット63の電池の状態を示す電池情報と、アシスト状態を示すアシスト情報等を含む応答情報を、通信手段64(図15参照)を介して送信する。なお、応答情報に含まれている電池情報には、電源ユニット63の残量等が含まれており、応答情報に含まれているアシスト情報には、例えばパワーアシストスーツに異常が発見された場合には異常の内容を示すエラー情報が含まれている。図15に示すように、制御装置R1Eは、例えば、操作ユニットR1の表示部R1Dにおける表示エリアR1DA(図14参照)に、電池残量等を表示し、エラー情報が含まれていた場合は、表示部R1Dにおける表示エリアR1DF(図14参照)に、エラー情報(この場合、「異常1」、「異常2」)を表示する。
When the
例えば、左アクチュエータユニット4L又は右アクチュエータユニット4Rの各渦巻バネ45L、45Rのうちのいずれかがバネトルクの出力限界を超えた場合には、後述のように、「異常1」のアイコン(図14参照)が点滅表示される(図20参照)。また、例えば、左アクチュエータユニット4L又は右アクチュエータユニット4Rの各出力リンク回動角度検出手段43LS、43RSのうちのいずれかが故障した場合には、後述のように、「異常2」のアイコン(図14参照)が点滅表示される(図20参照)。
For example, if any one of the spiral springs 45L and 45R of the
また、制御装置R1Eからの操作情報を受信した制御装置61(図15参照)は、受信した操作情報に起動指示が含まれていた場合にはパワーアシストスーツを起動し、受信した操作情報に停止指示が含まれていた場合にはパワーアシストスーツを停止する。また制御装置61は、例えば図16の「制御装置ゲイン」に示すように、ゲイン番号に対応させてゲインCpの値(0~3)を記憶し、速度番号に対応させて(右)増量速度Cs、R(右用速度番号:-1~4)、(左)増量速度Cs、L(左用速度番号:-1~4)を記憶する。上述したCp、Cs、R、Cs、L、は、以降に説明する処理手順にて使用される。
Further, the control device 61 (see FIG. 15) that has received the operation information from the control device R1E starts the power assist suit when the received operation information includes a start instruction, and stops according to the received operation information. Stop the power assist suit if the instructions were included. Further, the
またパワーアシストスーツは、装着者の動作を支援するアシストトルクを発生させる3つの動作モードを有しており、動作モードには、持下モード、持上モード、歩行モードがある。持下モードは、装着者による荷物の持下作業をアシストする動作モードである。持上モードは、装着者による荷物の持上作業をアシストする動作モードである。歩行モードは、装着者の歩行動作をアシストする動作モードである。詳細については後述するが、制御装置61は、左アクチュエータユニット4Lと右アクチュエータユニット4R(図1参照)にかかるトルク(または当該トルクに関連するトルク関連量)に基づいて、上記の3つの動作モードを、自動的に切り替える。後述するが、制御装置61は、装着者が持上動作を開始したと判定した場合に「持上モード」に切り替え、装着者が持下動作を開始したと判定した場合に「持下モード」に切り替え、装着者が歩行動作を開始したと判定した場合に「歩行モード」に切り替える。
In addition, the power assist suit has three operation modes for generating assist torque for assisting the wearer's movement, and the operation modes include a lowering mode, a lifting mode, and a walking mode. The lowering mode is an operation mode that assists the wearer in lowering the load. The lifting mode is an operation mode for assisting the work of lifting the load by the wearer. The walking mode is an operation mode that assists the walking motion of the wearer. Although the details will be described later, the
また、図16の「制御装置動作モード」の例に示すように、「持下モード」では、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)にてゲインを自動または手動に切り替え可能であり、増量速度については、自動/手動の切り替えは用意されていない。また「持上モード」では、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)にてゲインを自動または手動に切り替え可能であり、増量速度自動/手動切替操作部R1CS(図14参照)にて増量速度を自動または手動に切り替え可能である。また「歩行モード」では、ゲイン、増量速度について、自動/手動の切り替えは用意されていない。なお、図16に示す「制御装置動作モード」は例であり、例えば持下モードで増量速度について自動または手動を切り替え可能にしてもよいし、歩行モードでゲインについて自動または手動を切り替え可能にしてもよい。 Further, as shown in the example of the "control device operation mode" in FIG. 16, in the "holding mode", the gain can be switched automatically or manually by the gain automatic/manual switching operation part R1BS (see FIG. 14). , there is no automatic/manual switching provided for the rate of increase. In addition, in the "lifting mode", the gain can be switched automatically or manually with the gain automatic/manual switching operation part R1BS (see FIG. 14), The rate of increase can be switched automatically or manually. Also, in the "walking mode", automatic/manual switching is not provided for gain and increasing speed. The "control device operation mode" shown in FIG. 16 is an example, and for example, the weight increase speed may be switched between automatic and manual in the lowering mode, and the gain in the walking mode may be switched between automatic and manual. good too.
以上に説明したように、操作ユニットR1の操作によって、装着者は、所望するアシスト状態とするための調整を、容易に行うことができる。また、操作ユニットR1の表示部R1Dに電池残量やエラー情報等を表示させるので、装着者は、パワーアシストスーツの状態を容易に把握することができる。なお、表示部R1Dに表示される各種の情報の形態は、図14の例に限定されるものではない。 As described above, by operating the operation unit R1, the wearer can easily perform the adjustment for achieving the desired assisted state. Further, since the remaining battery level, error information, etc. are displayed on the display portion R1D of the operation unit R1, the wearer can easily grasp the state of the power assist suit. Note that the form of various information displayed on the display unit R1D is not limited to the example of FIG.
●[制御装置61の入出力(図15)]
制御装置61は、図15に示すように、バックパック部37内に収容されている。図15に示す例では、バックパック部37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、例えば制御手段66(CPU)や、記憶手段67(制御プログラム等を格納しており、記憶装置に相当)を有している。なお制御装置61は、後述する調整判定部61A、入力処理部61B、トルク変化量等計算部61C、動作モード判定部61D、選択部61E、持ち下げアシストトルク計算部61F、持ち上げアシストトルク計算部61G、歩行アシストトルク計算部61H、制御指令値計算部61I、荷重判定部61J、故障検出処理部61K、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47R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。また制御装置61には、加速度検出手段75からの検出信号が入力されている。
● [Input/output of control device 61 (Fig. 15)]
The
制御装置61には、操作ユニットR1からの操作情報と、モータ回転角度検出手段47RSからの検出信号((右)電動モータ47Rの実モータ軸角度θrM、Rに応じた検出信号)と、(右)出力リンク回動角度検出手段43RSからの検出信号(アシストアーム51Rの実リンク角度θL、Rに応じた検出信号)等が入力されている。制御装置61は、入力された信号に基づいて、(右)電動モータ47Rの回転角度を求め、求めた回転角度に応じた制御信号をモータドライバ62に出力する((左)電動モータについても同様)。
The
●[制御ブロック(図17)と、制御装置61の処理手順(図18)]
次に、図18に示すフローチャートと、図17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。図17に示す制御ブロックは、調整判定ブロックB10、入力処理ブロックB20、トルク変化量等計算ブロックB30、故障検出処理ブロックB35、動作モード判定ブロックB40、荷重判定ブロックB45、選択ブロックB54、アシストトルク計算ブロックB50、持ち下げアシストトルク計算ブロックB51、持ち上げアシストトルク計算ブロックB52、歩行アシストトルク計算ブロックB53、制御指令値計算ブロックB60、切替スイッチS51、S52等を有している。各ブロックの処理内容については、図18に示すフローチャートにて説明する。
● [Control block (Fig. 17) and processing procedure of control device 61 (Fig. 18)]
Next, the processing procedure of the
●[処理全体の流れ(図18)]
図18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18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(制御手段に相当)は、ステップS010へと処理を進める。なお、制御装置61の処理プログラムや、マップ等のデータは、記憶手段67(記憶装置に相当)に記憶されている。
● [Overall process flow (Fig. 18)]
The flowchart shown in FIG. 18 shows a processing procedure for controlling the (right)
ステップS010にて制御装置61は、S100(図19参照)の処理を実行して、ステップS015へと処理を進める。S100の処理は、図17に示す調整判定ブロックB10、入力処理ブロックB20、トルク変化量等計算ブロックB30に相当しており、図15に示す調整判定部61A、入力処理部61B、トルク変化量等計算部61Cに相当している。なお、S100の処理の詳細については後述する。
In step S010,
ステップS015にて制御装置61は、S150(図20参照)の処理を実行して、ステップS018に処理を進める。S150の処理は、図17に示す故障検出処理ブロックB35に相当しており、図15に示す故障検出処理部61Kに相当している。なお、S150の処理は、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の故障を検出する処理であり、S150の処理の詳細については後述する。
In step S015,
ステップS018にて制御装置61は、ステップS015の故障検出処理にて、第1故障フラグまたは第2故障フラグの少なくとも一方がONに設定されているか否かを判定する。制御装置61は、第1故障フラグまたは第2故障フラグの少なくとも一方がONである場合(Yes)は処理を終了し、第1故障フラグと第2故障フラグのいずれもONでない場合(No)はステップS020に処理を進める。
In step S018, the
ステップS020に処理を進めた場合、制御装置61は、S200(図22参照)の処理を実行して、ステップS025へと処理を進める。S200の処理は、図17に示す動作モード判定ブロックB40に相当しており、図15に示す動作モード判定部61Dに相当している。制御装置61は、S200の処理にて、動作モードを「持上モード」、「持下モード」、「歩行モード」のいずれかに切り替えるまたは維持する。なお、S200の処理の詳細については後述する。
When the process proceeds to step S020, the
ステップS025にて制御装置61は、S300(図23参照)の処理を実行して、ステップS030へと処理を進める。S300の処理は、図17に示す荷重判定ブロックB45に相当しており、図15に示す荷重判定部61Jに相当している。なお、S300の処理は、ゲインCpの値を決定する処理であり、S300の処理の詳細については後述する。
In step S025,
ステップS030にて制御装置61は、ステップS020にて判定した動作モードが持上モードであるか否かを判定する。制御装置61は、動作モードが持上モードである場合(Yes)はステップS045へ処理を進め、動作モードが持上モードでない場合(No)はステップS035へと処理を進める。
In step S030,
ステップS035に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップS020にて判定した動作モードが持下モードであるか否かを判定する。制御装置61は、動作モードが持下モードである場合(Yes)はステップS040Rへと処理を進め、動作モードが持下モードでない場合(No)はステップS050へと処理を進める。ステップS030,S035の処理は、図17に示す選択ブロックB54に相当しており、図15に示す選択部61Eに相当している。
When the process proceeds to step S035, the
ステップS040Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SD000R(図30参照)の処理を実行して、ステップS040Lへと処理を進める。SD000Rの処理は、持ち下げ動作時における(右)アクチュエータユニット4Rの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち下げアシストトルク計算ブロックB51に相当しており、図15に示す持ち下げアシストトルク計算部61Fに相当している。なお、SD000Rの処理の詳細については後述する。
When the process proceeds to step S040R, the
ステップS040Lにて制御装置61は、SD000L(図示省略)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SD000Lの処理は、持ち下げ動作時における(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち下げアシストトルク計算ブロックB51に相当しており、図15に示す持ち下げアシストトルク計算部61Fに相当している。なお、SD000Lの処理は、SD000Rと同様であるので、詳細な説明については省略する。
In step S040L,
ステップS045に処理を進めた場合、制御装置61は、SU000(図35参照)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SU000の処理は、持ち上げ動作時における(右)アクチュエータユニット4R、(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す持ち上げアシストトルク計算ブロックB52に相当しており、図15に示す持ち上げアシストトルク計算部61Gに相当している。なお、SU000の処理の詳細については後述する。
When the process proceeds to step S045,
ステップS050に処理を進めた場合、制御装置61は、SW000(図示省略)の処理を実行して、ステップS060Rへと処理を進める。SW000の処理は、歩行動作時における(右)アクチュエータユニット4R、(左)アクチュエータユニット4Lの制御指令値を求める処理であり、図17に示す歩行アシストトルク計算ブロックB53に相当しており、図15に示す歩行アシストトルク計算部61Hに相当している。なお、SW000の処理の詳細については省略する。
When the process proceeds to step S050, the
ステップS060Rにて制御装置61は、SD000RまたはSU000またはSW000にて求めた(右)アシストトルク指令値に基づいて、(右)電動モータをフィードバック制御して、ステップS060Lへと処理を進める。
In step S060R, the
ステップS060Lにて制御装置61は、SD000LまたはSU000またはSW000にて求めた(左)アシストトルク指令値に基づいて、(左)電動モータをフィードバック制御して、処理を終了する。ステップS060R、S060Lの処理は、図17に示す制御指令値計算ブロックB60に相当しており、図15に示す制御指令値計算部61Iに相当している。
In step S060L, the
●[S100:調整判定、入力処理、トルク変化量等計算の詳細(図19)]
次に図19を用いて、図18に示すステップS010によるS100の処理の詳細について説明する。S100の処理にて制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、増量速度自動/手動切替操作部が「増量速度自動」か「増量速度手動」のいずれに設定されているかを認識して記憶する。そして制御装置61は、「増量速度手動」の場合、「動作モード=持上モードまたは持下モード、かつ、動作状態S=1~4の場合」を除いて、操作ユニットからの情報に基づいて、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、Lに、-1、0、1、2、3、4のいずれかを記憶する(図16の「制御装置増量速度」参照)。また制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、ゲイン自動/手動切替操作部が「ゲイン自動」か「ゲイン手動」のいずれに設定されているかを認識して記憶し、「ゲイン手動」の場合、操作ユニットからの情報に基づいて「操作ユニットゲイン(0、1、2、3のいずれか、図16参照)」を記憶する。以上が、図17に示す調整判定ブロックB10、図15に示す調整判定部61Aに相当している。
● [S100: Details of adjustment determination, input processing, torque change amount calculation, etc. (Fig. 19)]
Next, details of the processing of S100 in step S010 shown in FIG. 18 will be described with reference to FIG. In the process of S100, the
また制御装置61は、更新前の(右)リンク角度θL、R(t)を、前回(右)リンク角度θL、R(t-1)に記憶し、更新前の(左)リンク角度θL、L(t)を、前回(左)リンク角度θL、L(t-1)に記憶する。また制御装置61は、(右)アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段43RS(角度検出手段に相当、図10、図11参照)を用いて現在の(右)リンク角度を検出し、(右)リンク角度θL、R(t)を記憶する(更新する)。同様に制御装置61は、(左)アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段(角度検出手段に相当)を用いて現在の(左)リンク角度を検出し、(左)リンク角度θL、L(t)を記憶する(更新する)。また制御装置61は、操作ユニットからの情報に基づいて、荷重検出手段72L、72R、73L、73Rからの検出信号に基づいた抗力F(図24、図25、図27、図28参照)を求めて記憶する。また制御装置61は、加速度検出手段75からの検出信号に基づいて、装着者の背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度av(図27、図28参照)と、装着者の背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度aw(図27、図28参照)と、を求めて記憶する。以上が、図17に示す入力処理ブロックB20、図15に示す入力処理部61Bに相当している。なお、(右)リンク角度θL、R(t)は、大腿部に対する腰部の(右)前傾角度であり(図31参照)、(左)リンク角度θL、L(t)は、大腿部に対する腰部の(左)前傾角度である(図31参照)。
Further, the
また制御装置61は、以下の(式1)にて(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)を求めて記憶し、(式2)にて(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)を求めて記憶する。なお、(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)、(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)は、角速度関連量に相当する。そして出力リンク回動角度検出手段43RSは、トルク検出手段に相当している。
(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)=(右)リンク角度θL、R(t)-(右)リンク角度θL、R(t-1) (式1)
(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)=(左)リンク角度θL、L(t)-(左)リンク角度θL、L(t-1) (式2)
Further, the
(Right) Link angle variation Δθ L , R (t) = (Right) link angle θ L , R (t) - (Right) link angle θ L , R (t-1) (Equation 1)
(Left) Link angle variation Δθ L , L (t) = (Left) link angle θ L , L (t) - (left) link angle θ L , L (t-1) (Formula 2)
また制御装置61は、以下の(式3)にて(右)装着者トルク変化量τS、R(t)を求めて記憶し、(式4)にて(左)装着者トルク変化量τS、L(t)を求めて記憶する。なお、Ksは渦巻バネ45Rのバネ定数である。
(右)装着者トルク変化量τS、R(t)=Ks*ΔθL、R(t) (式3)
(左)装着者トルク変化量τS、L(t)=Ks*ΔθL、L(t) (式4)
In addition, the
(Right) Wearer Torque Variation τ S , R (t)=Ks*Δθ L , R (t) (Formula 3)
(Left) Wearer Torque Variation τ S , L (t)=Ks*Δθ L , L (t) (Formula 4)
また、制御装置61は、以下の(式5)にて(右)合成トルク(t)を求めて記憶し、(式6)にて(左)合成トルク(t)を求めて記憶する。
(右)合成トルク(t)=Ks*θL、R(t) (式5)
(左)合成トルク(t)=Ks*θL、L(t) (式6)
Further, the
(Right) Combined torque (t) = Ks*θ L , R (t) (Formula 5)
(Left) Combined torque (t) = Ks*θ L , L (t) (Formula 6)
また制御装置61は、(右)電動モータ47Rのモータ回転角度検出手段47RSからの検出信号に基づいて、(右)電動モータ47Rのモータ軸角度を検出し、(右)実モータ軸角度θrM、R(t)を記憶する(更新する)。同様に、制御装置61は、(左)電動モータのモータ回転角度検出手段(図示省略)からの検出信号に基づいて、(左)電動モータのモータ軸角度を検出し、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を記憶する(更新する)。
Further, the
また図11に示すように、右アクチュエータユニットの渦巻バネ45Rには、電動モータ47Rからのアシストトルクが入力されているとともに、減速機42Rとプーリ43RAとプーリ43RCを介して装着者の大腿部から右アクチュエータユニットに入力されるトルクである(右)装着者トルクが入力されて、圧縮方向または伸長方向に回転されてトルクが蓄えられている。渦巻バネ45Rの圧縮方向または伸長方向の回転角度は、(プーリ43RCの回転角度である(右)プーリ回転角度θP、R(t)-電動モータ47Rの(右)実モータ軸角度θrM、R(t))にて表すことができる。そして当該渦巻バネ45Rに蓄えられているトルクである(右)バネトルクτSP、R(t)は、渦巻バネ45Rのバネ定数Ksを用いて、(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θP、R(t)-θrM、R(t))と表すことができる。
Further, as shown in FIG. 11, the
ここで、上述したギア減速比nG、プーリ減速比nP、(右)リンク角度θL、R(t)を用いると、プーリ回転角度θP、R(t)=θL、R(t)*nP*nGとなる。以上より、(右)バネトルクτSP、R(t)は、以下の(式6-1)にて表すことができる。また、図11における出力リンク回動角度検出手段43RSの回転角度であるサブエンコーダ回転角度θS、R(t)を基点とした場合、θS、R(t)=θL、R(t)*nGであるので、この場合は(右)バネトルクτSP、R(t)を、以下の(式6-2)にて表すことができる。
(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θL、R(t)*nG*nP-θrM、R(t)) (式6-1)
(右)バネトルクτSP、R(t)=Ks*(θS、R(t)*nP-θrM、R(t)) (式6-2)
Here, using the gear reduction ratio n G , pulley reduction ratio n P and (right) link angle θ L , R (t) described above, pulley rotation angle θ P , R (t) = θ L , R (t )* nP * nG . From the above, the (right) spring torque τ SP , R (t) can be expressed by the following (Equation 6-1). Further , when the sub-encoder rotation angle θ S , R (t), which is the rotation angle of the output link rotation angle detection means 43RS in FIG. *n G , so in this case the (right) spring torque τ SP , R (t) can be expressed by the following (Equation 6-2).
(Right) Spring torque τ SP , R (t) = Ks * (θ L , R (t) * n G * n P - θ rM , R (t)) (Formula 6-1)
(Right) Spring torque τ SP , R (t) = Ks * (θ S , R (t) * n P - θ rM , R (t)) (Formula 6-2)
同様にして、左アクチュエータユニットの渦巻バネに蓄えられているトルクである(左)バネトルクτSP、L(t)は、(左)リンク角度θL、L(t)、ギア減速比nG、プーリ減速比nP、左アクチュエータユニットの出力リンク回動角度検出手段のサブエンコーダ回転角度θS、L(t)、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を用いて、以下の(式6-3)、(式6-4)のように表すことができる。
(左)バネトルクτSP、L(t)=Ks*(θL、L(t)*nG*nP-θrM、L(t)) (式6-3)
(左)バネトルクτSP、L(t)=Ks*(θS、L(t)*nP-θrM、L(t)) (式6-4)
Similarly, the (left) spring torque τ SP , L (t), which is the torque stored in the spiral spring of the left actuator unit, is the (left) link angle θ L , L (t), the gear reduction ratio n G , Using the pulley speed reduction ratio n P , the sub-encoder rotation angle θ S , L (t) of the output link rotation angle detection means of the left actuator unit, and the (left) actual motor shaft angle θ rM , L (t), the following is obtained. It can be expressed as (Formula 6-3) and (Formula 6-4).
(Left) Spring torque τ SP , L (t) = Ks * (θ L , L (t) * n G * n P - θ rM , L (t)) (Formula 6-3)
(Left) Spring torque τ SP , L (t) = Ks * (θ S , L (t) * n P - θ rM , L (t)) (Formula 6-4)
上記の(右)バネトルクτSP、R(t)は、装着者の右大腿部から右アクチュエータユニットに入力される右装着者トルクと、右アクチュエータユニットにて発生させた右アシストトルクと、に関連するトルクである右トルク関連量に相当する。そして右トルク関連量を検出する右トルク関連量検出手段は、装着者の腰部に対する右大腿部の揺動角度を検出するものである。右トルク関連量検出手段は、図10及び図11に示すように、(右)実モータ軸角度θrM、R(t)を検出するモータ回転角度検出手段47RSと、(右)プーリ回転角度θP、R(t)を検出する出力リンク回動角度検出手段43RS(右大腿角度検出手段に相当)と、を含んでいる。同様に、(左)バネトルクτSP、L(t)は、装着者の左大腿部から左アクチュエータユニットに入力される左装着者トルクと、左アクチュエータユニットにて発生させた左アシストトルクと、に関連するトルクである左トルク関連量に相当する。そして左トルク関連量を検出する左トルク関連量検出手段は、装着者の腰部に対する左大腿部の揺動角度を検出するものである。左トルク関連量検出手段は、図示省略するが、(左)実モータ軸角度θrM、L(t)を検出するモータ回転角度検出手段と、(左)プーリ回転角度θP、L(t)を検出する出力リンク回動角度検出手段(左大腿角度検出手段に相当)と、を含んでいる。 The above (right) spring torque τ SP , R (t) is determined by the right wearer torque input from the wearer's right thigh to the right actuator unit and the right assist torque generated by the right actuator unit. It corresponds to the right torque-related quantity, which is the related torque. The right torque-related quantity detection means for detecting the right torque-related quantity detects the swing angle of the right thigh relative to the waist of the wearer. As shown in FIGS. 10 and 11, the right torque-related quantity detection means includes (right) motor rotation angle detection means 47RS for detecting the actual motor shaft angles θ rM and R (t), and (right) pulley rotation angle θ and output link rotation angle detection means 43RS (corresponding to right thigh angle detection means) for detecting P , R (t). Similarly, the (left) spring torque τ SP , L (t) is the left wearer torque input from the wearer's left thigh to the left actuator unit, the left assist torque generated by the left actuator unit, corresponds to the left torque-related quantity, which is the torque related to . The left torque-related quantity detection means for detecting the left torque-related quantity detects the swing angle of the left thigh relative to the waist of the wearer. Although not shown, the left torque-related quantity detection means includes (left) motor rotation angle detection means for detecting the actual motor shaft angle θ rM , L (t) and (left) pulley rotation angle θ P , L (t). and output link rotation angle detection means (corresponding to left thigh angle detection means) for detecting .
制御装置61は、上記の算出式にて(右)バネトルクτSP、R(t)を求めて記憶し、(左)バネトルクτSP、L(t)を求めて記憶する。以上が、図17に示すトルク変化量等計算ブロックB30、図15に示すトルク変化量等計算部61Cに相当している。
The
●[S150:故障検出処理(図20~図21)]
次に、図20及び図21を用いて、図18に示すステップS015によるS150の処理の詳細について説明する。S150にて制御装置61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の故障を検出する。S150の処理は、図17に示す故障検出処理ブロックB35、図15に示す故障検出処理部61Kに相当している。
● [S150: Failure detection processing (Fig. 20 to Fig. 21)]
Next, details of the processing of S150 in step S015 shown in FIG. 18 will be described with reference to FIGS. 20 and 21. FIG. At S150, the
S150の処理にて制御装置61は、ステップS151へと処理を進める。図20に示すように、ステップS151において、制御装置61は、S1600Rの処理(図21参照)を実行した後、ステップS152へと処理を進める。S1600Rの処理は、(右)アクチュエータユニット4Rの故障を検出する処理である。
In the process of S150, the
ステップS152において、制御装置61は、S1600Lの処理(図示省略)を実行した後、ステップS153へと処理を進める。S1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lの故障を検出する処理である。尚、ステップS152において実行されるS1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lについて実行する処理手順を示しているが、(右)アクチュエータユニット4Rについて実行するS1600Rの処理手順と同様であるので、詳細な説明については省略する。
In step S152, the
ステップS153において、制御装置61は、第1故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定されているか否かを判定する。第1故障フラグは、後述のように、右アクチュエータユニット4Rの渦巻バネ45Rと、左アクチュエータユニット4Lの渦巻バネ45Lに蓄えられた(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)と(左)バネトルクτSP、L(t)(図19参照)のうちの少なくとも一方が、各渦巻バネ45R、45Lの壊れずに出せる最大トルクに達している場合に、「ON」に設定される(図21参照)。尚、第1故障フラグは、制御装置61の起動時及びリセット時に、「OFF」に設定されてRAMに記憶されている。
In step S153, the
そして、第1故障フラグが「ON」に設定されていると判定した場合には(S153:YES)、制御装置61は、ステップS154へと処理を進める。ステップS154において、制御装置61は、パワーアシストスーツ1の出力限界を超えた旨を報知した後、ステップS155へと処理を進める。例えば、制御装置61は、操作ユニットR1(図14参照)の制御装置R1E(図15参照)に対して「異常1」のアイコン(図14参照)を点滅表示するように指示する報知コマンドを出力し、「異常1」のアイコンを点滅表示して、パワーアシストスーツ1が「出力限界である」旨を装着者に知らせる。尚、不図示のスピーカを介して、パワーアシストスーツ1が「出力限界である」旨を音声案内してもよい。
Then, when it is determined that the first failure flag is set to "ON" (S153: YES), the
ステップS155において、制御装置61は、モータドライバ62(図15参照)を介して、右アクチュエータユニット4Rの電動モータ47R(図15参照)と、左アクチュエータユニット4Lの電動モータ47Lへの電力の供給を停止した後、当該S150の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。従って、バックパック部37に設けられた不図示のリセットボタンが押下されるまで、第1故障フラグが「ON」に設定された状態が継続されるため、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給も、不図示のリセットボタンが押下されるまで停止される。
In step S155, the
これにより、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lに加えられるトルクが無くなって、(右)バネトルクτSP、Rと(左)バネトルクτSP、Lが「0」となり、各渦巻バネ45R、45Lが壊れるのを防止することが可能となる。また、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lのバネ力でアシストトルクがゆっくりと(約0.5秒~0.7秒程度の時間をかけて)「0」に戻るため、装着者の腰に急に荷重がかかることを防止でき、腰を痛めることを防止できる。引いては、装着者に対して急な負荷を感じる等の違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツ1を提供することができる。
As a result, the electric power supply to the
一方、上記ステップS153で、第1故障フラグが「OFF」に設定されていると判定した場合には(S153:NO)、制御装置61は、ステップS156へと処理を進める。ステップS156において、制御装置61は、第2故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定されているか否かを判定する。
On the other hand, if it is determined in step S153 that the first failure flag is set to "OFF" (S153: NO), the
ここで、第2故障フラグは、後述のように、(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)から算出された出力リンク50R(図4参照)の(右)第1出力リンク回動トルクτO1R(第1回動トルク)と、電動モータ47Rのモータ電流値から算出された出力リンク50R(図4参照)の(右)第2出力リンク回動トルクτO2R(第2回動トルク)との差の絶対値が「誤差閾値」以上の場合に、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障していると判定されて「ON」に設定される(図21参照)。
Here, the second failure flag is the (right) first output link of the
また、第2故障フラグは、後述のように、(左)バネトルクτSP、L(t)(図19参照)から算出された出力リンク50L(図4参照)の(左)第1出力リンク回動トルクτO1L(第1回動トルク)と、電動モータ47Lのモータ電流値から算出された出力リンク50Lの(左)第2出力リンク回動トルクτO2L(第2回動トルク)との差の絶対値が「誤差閾値」以上の場合に、出力リンク回動角度検出手段43LSが故障していると判定されて「ON」に設定される(図21参照)。
In addition, as will be described later, the second failure flag is the (left) first output link rotation of the
そして、第2故障フラグが「ON」に設定されていると判定した場合には(S156:YES)、制御装置61は、ステップS157へと処理を進める。ステップS157において、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を報知した後、ステップS155へと処理を進める。また、第2故障フラグが「OFF」に設定されていると判定した場合には(S156:NO)、制御装置61は、ステップS156の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。
Then, when it is determined that the second failure flag is set to "ON" (S156: YES), the
例えば、制御装置61は、操作ユニットR1(図14参照)の制御装置R1E(図15参照)に対して「異常2」のアイコン(図14参照)を点滅表示するように指示する報知コマンドを出力し、「異常2」のアイコンを点滅表示して、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を装着者に知らせる。尚、不図示のスピーカを介して、出力リンク回動角度検出手段43RS又は出力リンク回動角度検出手段43LSのうちのいずれかが故障している旨を音声案内してもよい。
For example, the
ステップS155において、制御装置61は、モータドライバ62(図15参照)を介して、右アクチュエータユニット4Rの電動モータ47R(図15参照)と、左アクチュエータユニット4Lの電動モータ47Lへの電力の供給を停止した後、当該S150の処理を終了してリターンする(図18のステップS018へ処理を進める)。従って、バックパック部37に設けられた不図示のリセットボタンが押下されるまで、第2故障フラグが「ON」に設定された状態が継続されるため、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給も、不図示のリセットボタンが押下されるまで停止される。
In step S155, the
これにより、各電動モータ47R、47Lへの電力の供給が停止されるため、各渦巻バネ45R、45Lに加えられるトルクが無くなって、(右)バネトルクτSP、Rと(左)バネトルクτSP、Lが「0」となる。これにより、各電動モータ47R、47Lによる不適切なアシストトルクの出力を停止することが可能となる。引いては、荷物の持ち上げ動作、及び、持ち下げ動作をアシストする際に、各電動モータ47R、47Lによって適切なアシストトルクを出力することができ、装着者に対して違和感を与えない信頼性の高いパワーアシストスーツ1を提供することができる。
As a result, the electric power supply to the
●[S1600R:右アクチュエータユニットの故障検出処理]
次に、図20に示すステップS151において実行されるS1600Rの処理の詳細について図21に基づいて説明する。S1600Rにおいて、制御装置61は、(右)アクチュエータユニット4Rの渦巻バネ45Rに蓄えられた(右)バネトルクτSP、R(図19参照)が、当該渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)に達したか否かを判定する。また、S1600Rにおいて、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障しているか否かを判定する。
● [S1600R: Right actuator unit failure detection process]
Next, details of the processing of S1600R executed in step S151 shown in FIG. 20 will be described based on FIG. In S1600R, the
尚、ステップS152において実行されるS1600Lの処理は、(左)アクチュエータユニット4Lについて実行する処理手順を示しているが、(右)アクチュエータユニット4Rについて実行するS1600Rの処理手順と同様である。
The processing of S1600L executed in step S152 shows the processing procedure executed for the (left)
図21に示すように、S1600Rの処理において、制御装置61は、ステップS1601Rへと処理を進める。ステップS1601Rにおいて、制御装置61は、前記ステップS110で算出して記憶した(右)バネトルクτSP、R(t)(図19参照)をRAMから読み出す。そして、制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX以上であるか否かを判定する。尚、トルク閾値τSP、MAXは、実験やCAE(Computer Aided Engineering)解析等によって決定され、記憶手段67に予め記憶されている。
As shown in FIG. 21, in the process of S1600R, the
尚、制御装置61は、下記式21にて、(右)バネトルクτSP、R(t)に対応する出力リンク50Rの第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)を算出するようにしてもよい。そして、第1出力リンク回動トルクτO1、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルクτO1、MAX(例えば、22Nm)以上か否かを判定するようにしてもよい。ここで、nG(1<nG)は、減速機42Rの減速比である。nPは、プーリ43RCに対するプーリ43RAのプーリ減速比である。
Note that the
τO1、R(t)=τSP、R(t)*nP*nG (式21) τ O1 , R (t)=τ SP , R (t)*n P* n G (equation 21)
そして、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX以上であると判定した場合には(S1601R:YES)、制御装置61は、ステップS1602Rへと処理を進める。ステップS1602Rにおいて、制御装置61は、第1故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して、再度RAMに記憶した後、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。これにより、制御装置61は、渦巻バネ45Rが故障(例えば、変形、破断等)する前に、渦巻バネ45Rが故障するか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツ1の信頼性の向上を図ることができる。
Then, when it is determined that the (right) spring torque τ SP , R (t) is equal to or greater than the maximum torque (torque threshold) τ SP , MAX that can be produced without breaking the
一方、(右)バネトルクτSP、R(t)が渦巻バネ45Rの壊れずに出せる最大トルク(トルク閾値)τSP、MAX未満であると判定した場合には(S1601R:NO)、制御装置61は、渦巻バネ45Rは故障(例えば、変形、破壊等)しないと判断してステップS1603Rへと処理を進める。
On the other hand, when it is determined that the (right) spring torque τ SP , R (t) is less than the maximum torque (torque threshold) τ SP , MAX that can be produced without breaking the
ステップS1603Rにおいて、制御装置61は、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)以下であるか否かを判定する。尚、出力リンク回動角度検出手段43RSは、増速軸42RBが1回転すると約1000*NSパルス(例えば、4096パルス)出力する。
In step S1603R, the
そして、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)よりも大きいと判定した場合には(S1603R:NO)、制御装置61は、出力リンク50Rが回動していると判定して、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。
Then, if the amount of rotation of the acceleration shaft 42RB detected by the output link rotation angle detecting means 43RS during T S (msec) (eg, within about 2 msec) is greater than N S pulses (eg, 4 pulses). If so (S1603R: NO), the
一方、TS(msec)間に(例えば、約2msec間に)出力リンク回動角度検出手段43RSによって検出された増速軸42RBの回転量がNSパルス(例えば、4パルス)以下であると判定された場合には(S1603R:YES)、制御装置61は、出力リンク50Rはほとんど回動していないと判定して、ステップS1604Rの処理へ進む。ステップS1604Rにおいて、制御装置61は、前記式21により、(右)バネトルクτSP、R(t)に対応する出力リンク50Rの第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)を算出してRAMに記憶する。
On the other hand, if the amount of rotation of the acceleration shaft 42RB detected by the output link rotation angle detection means 43RS during T S (msec) (eg, approximately 2 msec) is equal to or less than N S pulses (eg, 4 pulses). If so (S1603R: YES), the
続いて、ステップS1605Rにおいて、制御装置61は、モータドライバ62を介して電動モータ47Rに供給している電流値IRを取得した後、ステップS1606Rの処理へ進む。ステップS1606Rにおいて、制御装置61は、電動モータ47Rに供給している電流値IRから下記式22により、出力リンク50Rの第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を算出してRAMに記憶する。ここで、KAは、電動モータ47Rのモータ定数(Nm/A)である。nG(1<nG)は、減速機42Rの減速比である。nPは、プーリ43RCに対するプーリ43RAのプーリ減速比である。
Subsequently, in step S1605R, the
τO2、R(t)=KA*IR*nP*nG (式22) τ O2 , R (t)=K A * IR * nP * nG (equation 22)
その後、ステップS1607Rにおいて、制御装置61は、TS(msec)間の(例えば、約2msec間の)前記式21により算出した第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)から、前記式22により算出した第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を減算した値のS秒間(例えば、約0.5秒間)の移動平均の絶対値を下記式23により算出して、(右)トルク誤差ΔτR(t)としてRAMに記憶した後、ステップS1608Rの処理へ進む。尚、τO1、R(t-1)は、前回算出した第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)である。τO2、R(t-1)は、前回算出した第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)である。
After that, in step S1607R, the
ΔτR(t)=|((τO1、R(t-1)-τO2、R(t-1))*((S/TS)-1)+(τO1、R(t)-τO2、R(t)))÷(S/TS)| (式23) Δτ R (t) = |((τ O1 , R (t-1)-τ O2 , R (t-1)) * ((S/T S )-1) + (τ O1 , R (t)- τ O2 , R (t)))/(S/T S ) | (Equation 23)
尚、ステップS1607Rにおいて、制御装置61は、例えば、以下のようにしてもよい。制御装置61は、第1出力リンク回動トルク(第1回動トルク)τO1、R(t)から、第2出力リンク回動トルク(第2回動トルク)τO2、R(t)を減算した値を、S秒間(例えば、約0.5秒間)、TS(msec)毎に(例えば、約2msec毎に)算出して合計する。そして、制御装置61は、その合計値の平均値の絶対値を算出して、(右)トルク誤差ΔτR(t)としてRAMに記憶した後、ステップS1608Rの処理へ進むようにしてもよい。
In step S1607R, the
ステップS1608Rにおいて、制御装置61は、前記ステップS1607Rで算出して記憶した(右)トルク誤差ΔτR(t)をRAMから読み出す。そして、制御装置61は、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)以上であるか否かを判定する。尚、誤差閾値τLMは、実験やCAE(Computer Aided Engineering)解析等によって決定され、記憶手段67に予め記憶されている。
In step S1608R, the
そして、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)未満であると判定した場合には(S1608R:NO)、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSは故障していないと判断して、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。
Then, when it is determined that the (right) torque error Δτ R (t) is less than the error threshold τ LM (for example, about 3.8 Nm) (S1608R: NO), the
一方、(右)トルク誤差ΔτR(t)が誤差閾値τLM(例えば、約3.8Nm)以上であると判定した場合には(S1608R:YES)、制御装置61は、ステップS1609Rへと処理を進める。ステップS1609Rにおいて、制御装置61は、第2故障フラグをRAMから読み出し、「ON」に設定して、再度RAMに記憶した後、当該S1600Rの処理を終了してリターンする(図20のステップS152へ処理を進める)。これにより、制御装置61は、出力リンク回動角度検出手段43RSが故障しているか否かを正確に判定することが可能となり、パワーアシストスーツ1の信頼性の向上を図ることができる。
On the other hand, when it is determined that the (right) torque error Δτ R (t) is equal to or greater than the error threshold τ LM (for example, approximately 3.8 Nm) (S1608R: YES), the
●[S200:動作モード判定の詳細(図22)]
次に図22を用いて、図18に示すステップS020によるS200の処理の詳細について説明する。S200にて制御装置61は、S100の処理にて求めた(右)バネトルクτSP、R(t)(右トルク関連量)、(左)バネトルクτSP、L(t)(左トルク関連量)等に基づいて、パワーアシストスーツの動作モードを、「持上モード」、「持下モード」、「歩行モード」のいずれかのモードに(自動的に)切り替えるまたは維持する。「持上モード」は、装着者による荷物の持上作業をアシストする動作モードである。「持下モード」は、装着者による荷物の持下作業をアシストする動作モードである。「歩行モード」は、装着者の歩行動作をアシストする動作モードである。このように動作モードには、持上モード、持下モード、歩行モード、の3つのモードが含まれているが、他のモードを含むようにしてもよい。S200の処理は、図17に示す動作モード判定ブロックB40、図15に示す動作モード判定部61Dに相当している。
● [S200: Details of operation mode determination (Fig. 22)]
Next, details of the processing of S200 in step S020 shown in FIG. 18 will be described with reference to FIG. In S200, the
S200の処理にて制御装置61は、ステップS210へと処理を進める。そしてステップS210にて制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が、装着者の前傾方向に向かうトルクであって第1所定閾値より大きく、かつ、(左)バネトルクτSP、L(t)が装着者の前傾方向に向かうトルクであって第1所定閾値より大きい、という条件を満足するか否かを判定する。例えば第1所定閾値の値は、0(ゼロ)である。制御装置61は、条件を満足する場合(Yes)はステップS240Aに処理を進め、条件を満足しない場合(No)はステップS220に処理を進める。また、(右)バネトルクτSP、R(t)、(左)バネトルクτSP、L(t)は、装着者の前傾方向のトルクの場合では正(>0)となり、装着者の後傾方向のトルクの場合では負(<0)となる。
In the process of S200, the
なお、制御装置61は、予め記憶手段に設定されている値を第1所定閾値として利用してもよいし、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して第1所定閾値の値を調整してもよい。機械学習を用いて調整する場合、制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい。
Note that the
ステップS220に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)バネトルクτSP、R(t)が装着者の後傾方向(前傾方向とは逆方向)に向かうトルクであって第2所定閾値より小さく、かつ、(左)バネトルクτSP、L(t)が装着者の後傾方向(前傾方向とは逆方向)に向かうトルクであって第2所定閾値より小さい、という条件を満足するか否かを判定する。例えば第2所定閾値の値は、0(ゼロ)である。制御装置61は、条件を満足する場合(Yes)はステップS240Bに処理を進め、条件を満足しない場合(No)はステップS230に処理を進める。
When the process proceeds to step S220, the
なお、制御装置61は、予め記憶手段に設定されている値を第2所定閾値として利用してもよいし、機械学習(ニューラルネットワークなど)により生成された学習モデルを使用して第2所定閾値の値を調整してもよい。機械学習を用いて調整する場合、制御装置61内の学習用の記憶手段に学習モデルを備えて学習動作をさせて調整してもよいし、通信手段64などを使用して他のパワーアシストスーツの学習モデルを記憶手段に記憶させて学習動作をさせて調整するようにしてもよい。
Note that the
ステップS230へ処理を進めた場合、制御装置61は、[(右)リンク角度θL、R(t)+(左)リンク角度θL、L(t)]/2が第1動作判定角度θ1以下であり、かつ、(右)合成トルク(t)*(左)合成トルク(t)が第1動作判定トルクτ1未満であるか否かを判定する。制御装置61は、[(右)リンク角度θL、R(t)+(左)リンク角度θL、L(t)]/2が第1動作判定角度θ1以下であり、かつ、(右)合成トルク(t)*(左)合成トルク(t)が第1動作判定トルクτ1未満である場合(Yes)はステップS240Cへと処理を進め、そうでない場合(No)はS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。この場合、動作モードは、現在の動作モードが維持される。そして動作モードを維持して、アシスト動作を継続して行うことができる。
When the process proceeds to step S230, the
ステップS240Aへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「持下モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
When the process proceeds to step S240A, the
ステップS240Bへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「持上モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
When the process proceeds to step S240B, the
ステップS240Cへと処理を進めた場合、制御装置61は、動作モードに「歩行モード」を記憶してS200の処理を終了してリターンする(図18のステップS025へ処理を進める)。
When the process proceeds to step S240C, the
●[S300:荷重判定(ゲインCpの決定)の詳細(図23~図29)]
次に図23を用いて、図18に示すステップS025によるS300の処理の詳細について説明する。S300にて制御装置61は、アシストトルクの大きさであるゲインCpの値を決定する。例えば図14に示すゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「手動」の側に設定されている場合では、装着者によるゲインUP操作部R1BU、ゲインDOWN操作部R1BDの操作により、ゲインCpは、0、1、2、3のいずれかに設定される。また図14に示すゲイン自動/手動切替操作部R1BSが「自動」の側に設定されている場合では、制御装置61は、装着者が手にした荷物の質量(または重量)を自動的に検出し、検出した荷物の質量(または重量)に応じて、アシストトルクの大きさであるゲインCpの値を決定する。例えば制御装置61は、手動時のゲインCpの0、1、2、3を、それぞれ荷物質量=0[kg]、10[kg]、15[kg]、20[kg]に対応させている。例えば荷物の質量が18[kg]の場合、手動時のゲインCpのいずれかのゲインCp=2と決定しているが、より違和感がないようにするため、アシストトルクを(ゲインCpを)荷物質量に合わせて2.6(比例など)としてもよい。S300の処理は、図17に示す荷重判定ブロックB45、図15に示す荷重判定部61Jに相当している。
● [S300: Details of load determination (determination of gain C p ) (Figs. 23 to 29)]
Next, details of the processing of S300 in step S025 shown in FIG. 18 will be described with reference to FIG. At S300, the
S300(図23参照)の処理にて制御装置61は、ステップS315へと処理を進める。なお、上述したS100の処理にて、抗力F、身体動作加速度av、awをすでに求めているが、まず、この抗力F、身体動作加速度av、awについて、説明する。
In the process of S300 (see FIG. 23), the
図24に示すように、装着者TSが荷物BG(荷物質量m)を手にしていない状態では、装着者質量をM、重力加速度をgとすると、抗力F=M*gである。なお、抗力Fは、装着者TSが床面から受ける力である。また図25に示すように、装着者TSが荷物BG(荷物質量m)を持ち上げた状態では、装着者質量をM、重力加速度をgとすると、抗力F=M*g+m*gである。制御装置61は、ステップS100の時点では、装着者TSが荷物BGを手にしているか否かにかかわらず、今回の抗力Fを一旦記憶している。
As shown in FIG. 24, when the wearer TS does not hold the baggage BG (baggage mass m), the drag force F=M*g, where M is the wearer's mass and g is the gravitational acceleration. Note that the drag force F is the force that the wearer TS receives from the floor surface. As shown in FIG. 25, when the wearer TS lifts the load BG (load mass m), the drag F=M*g+m*g, where M is the wearer's mass and g is the gravitational acceleration. At the time of step S100, the
また図27及び図28に示すように、加速度検出手段75は、装着者TSの背中の面に沿った脊椎平行方向の身体動作加速度avの検出信号と、装着者TSの背中の面に直交する背中直交方向の身体動作加速度awの検出信号を出力する。制御装置61は、ステップS100の時点では、身体動作加速度avの検出信号に基づいて脊椎平行方向の今回の身体動作加速度avを検出して記憶し、身体動作加速度awの検出信号に基づいて背中直交方向の今回の身体動作加速度awを検出して記憶している。
Further, as shown in FIGS. 27 and 28, the acceleration detection means 75 detects the detection signal of the body action acceleration av in the direction parallel to the spine along the back surface of the wearer TS and the acceleration signal av perpendicular to the back surface of the wearer TS. A detection signal of body movement acceleration aw in the direction perpendicular to the back is output. At the time of step S100, the
ステップS315にて制御装置61は、ゲイン自動/手動切替操作部R1BS(図14参照)が「自動」の側に設定されているか否かを判定し、「自動」の側に設定されている場合(Yes)はステップS320に処理を進め、「手動」の側に設定されている場合(No)はステップS360Cに処理を進める。
In step S315, the
ステップS320に処理を進めた場合、制御装置61は、電源ON後の経過時間が所定時間未満(例えば、0.2~2[sec]程度未満)であるか否かを判定し、所定時間未満である場合(Yes)はステップS330に処理を進め、所定時間以上である場合(No)はステップS325に処理を進める。
When the process proceeds to step S320, the
ステップS330に処理を進めた場合、制御装置61は、|今回の身体動作加速度av|が所定閾値以下、かつ、|今回の身体動作加速度aw|が所定閾値以下の場合(すなわち、装着者TSが、ほぼ静止状態の場合)であるか否かを判定し、所定閾値以下の場合(Yes)はステップS340Bに処理を進め、所定閾値より大きい場合(No)はステップS350に処理を進める。
When the process proceeds to step S330, the
ステップS340Bに処理を進めた場合、制御装置61は、今回の抗力Fを積算して、積算回数をカウントしてステップS350に処理を進める。
When the process proceeds to step S340B, the
ステップS325に処理を進めた場合、制御装置61は、電源ON後の経過時間が所定時間(ステップS320の「所定時間」と同じ値)であるか否かを判定し、所定時間である場合(Yes)はステップS340Aに処理を進め、所定時間でない場合(No)はステップS350に処理を進める。
When the process proceeds to step S325, the
ステップS340Aに処理を進めた場合、制御装置61は、ステップS340Bにて求めた積算値(抗力Fの積算値)を、積算回数を用いて平均化して、装着者TSのみの平均装着者抗力Favを求める。そして制御装置61は、平均装着者抗力Favを重力加速度gで除算して装着者質量Mを求めて(M=Fav/g)記憶し、ステップS350に処理を進める。なお、装着者質量Mは、不揮発性メモリに記憶しておくことが好ましい。
When the process proceeds to step S340A, the
なお、制御装置61は、体重計測操作部R1K(図14参照)がONの間に検出された抗力Fを用いて、その時点の抗力F/gより、装着者質量Mを求めて(M=F/g)記憶するようにしてもよい。この場合、装着者TSは、荷物BGを手にしていない状態で、体重計測操作部R1KをONにする。
Note that the
ステップS350に処理を進めた場合、制御装置61は、今回の抗力Fが、装着者質量M*g+所定荷重(例えば、2~3[kg]*g、gは重力加速度)より大きいか否かを判定し、大きい場合(Yes)はステップS355に処理を進め、大きくない場合(No)はステップS360Bに処理を進める。
If the process proceeds to step S350, the
ステップS355に処理を進めた場合、例えば以下の[荷物質量mの算出方法1]または[荷物質量mの算出方法2]にて、荷物質量mを算出してステップS360Aに処理を進める。
When the process proceeds to step S355, the cargo mass m is calculated by, for example, the following [
[荷物質量mの算出方法1]
制御装置61は、今回の抗力Fは、図25に示すように、装着者質量Mと荷物質量mによる抗力である、とみなし、今回の抗力F(M*g+m*g)/g-(装着者質量M)にて、荷物質量mを算出する。なお、この[荷物質量mの算出方法1]を用いる場合は、加速度検出手段75を省略することができる。
[
As shown in FIG. 25, the
図26は、横軸を時間、縦軸を装着者が手にしている荷物の質量に設定し、時間t[i]にて装着者TSが荷物BGの持ち上げを開始した場合にて、算出方法1にて実際に算出した荷物質量mの例を示している。図26中に一点鎖線で示すf(t)は、理想的な荷物質量であり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGを手にしていないので荷物質量は0(ゼロ)であり、時間t[i]以降では、装着者TSが荷物BGを持ち上げているので荷物質量はmである。しかし、算出方法1にて算出した荷物質量は、図26中に実線で示すga(t)のようになり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGに向かって腰を落とす際などの加速度等によって、徐々に減少する荷物質量を誤検出し、時間t[i]以降では、荷重検出手段の応答遅れ等によって、徐々に増加する荷物質量を検出してしまう。時間t[i]以降では、時間t[i+1]以降で正しい荷物質量mに収束するので大きな問題はない。また、応答遅れ時間は短く、違和感を感じにくい。しかし時間t[i]よりも前では荷物を手にしていないにもかかわらず荷物を手にしていると判定することは大きな問題ではないが(出力リンク回動角度検出手段43RSやモータ回転角度検出手段47RSによって腰の曲げ角を推定することで、荷物に対する動作が分かる)、あまり好ましくない。算出方法2では、この時間t[i]よりも前にて荷物を手にしていると判定することを回避する。
In FIG. 26, the horizontal axis is set to time, the vertical axis is set to the mass of the load held by the wearer, and the calculation method is performed when the wearer TS starts lifting the load BG at time t[i]. 1 shows an example of the load mass m actually calculated. f(t) indicated by the dashed-dotted line in FIG. 26 is the ideal luggage mass. Prior to time t[i], the wearer TS does not hold the luggage BG, so the luggage mass is 0 (zero). ), and after time t[i], the load mass is m because the wearer TS is lifting the load BG. However, the load mass calculated by the
[荷物質量mの算出方法2]
制御装置61は、今回の抗力Fは、図28に示すように、装着者質量Mと荷物質量mと装着者TSの鉛直方向成分の身体動作加速度azによる抗力である、とみなして荷物質量mを求める。制御装置61は、身体動作加速度av、aw等に基づいて、鉛直方向成分の身体動作加速度azを求める。例えば、制御装置61は、az=√(av2+aw2)より、身体動作加速度azを求める。この場合、抗力F=(M+m)*(g+az)となる。つまり、F=M*g+M*az+m*g+m*azとなるが、ここでmはMと比較して小さく、azはg(重力加速度)よりも小さいので、m*az=0とみなすと、F=M*g+M*az+m*gとなる。この式より、m=[F-M*(g+az)]/gとなり、制御装置61は、当該式より荷物質量mを求める。
[
As shown in FIG. 28, the
図29は、横軸を時間、縦軸を装着者が手にしている荷物の質量に設定し、時間t[i]にて装着者TSが荷物BGの持ち上げを開始した場合にて、算出方法2にて実際に算出した荷物質量mの例を示している。図29中に一点鎖線で示すf(t)は、理想的な荷物質量であり、時間t[i]よりも前では、装着者TSが荷物BGを手にしていないので荷物質量は0(ゼロ)であり、時間t[i]以降では、装着者TSが荷物BGを持ち上げているので荷物質量はmである。算出方法2にて算出した荷物質量は、図29中に実線で示すgb(t)のようになり、時間t[i]よりも前では、図26と比較して、装着者TSが荷物BGに向かって腰を落とす際などの加速度等による誤検出が回避されている。なお、時間t[i]以降では、図26と同様、荷重検出手段の応答遅れ等によって、徐々に増加する荷物質量を検出してしまう。時間t[i]以降では、時間t[i+1]以降で正しい荷物質量mに収束するので大きな問題はない。また時間t[i]よりも前では荷物を手にしていると判定することは回避されているので問題ない。
FIG. 29 shows the calculation method when the horizontal axis is set to time and the vertical axis is set to the mass of the load held by the wearer, and the wearer TS starts lifting the load BG at time t[i]. 2 shows an example of the load mass m actually calculated. f(t) indicated by a dashed line in FIG. 29 is the ideal luggage mass. Prior to time t[i], the wearer TS does not hold the luggage BG, so the luggage mass is 0 (zero). ), and after time t[i], the load mass is m because the wearer TS is lifting the load BG. The load mass calculated by
ステップS360Aに処理を進めた場合、制御装置61は、求めた荷物質量mをゲインCpの値に換算してS300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。換算の例としては、例えば図16に示すゲイン番号0、1、2、3を、荷物質量=0[kg]、10[kg]、15[kg]、20[kg]に対応させた場合、制御装置61は、例えば荷物質量m=18[kg]の際、荷物質量18[kg]をゲインCp=2.6に換算する。
When the process proceeds to step S360A, the
ステップS360Bに処理を進めた場合、制御装置61は、装着者TSは荷物BGを手にしていない(荷物質量m=0)と判定したので、ゲインCp=0として、S300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。
When the process proceeds to step S360B, the
ステップS360Cに処理を進めた場合、制御装置61は、図16に示す「操作ユニットゲイン」のゲイン番号(上述したS100の処理にて取得している)を用い、該当するゲイン番号(0、1、2、3のいずれか)をゲインCpに代入し、S300の処理を終了してリターンする(図18のステップS030へ処理を進める)。
When the process proceeds to step S360C, the
●[SD000R:(右)持ち下げの詳細(図30~図34)]
次に図30を用いて、図18に示すステップS040RによるSD000Rの処理の詳細について説明する。SD000Rにて制御装置61は、装着者の持ち下げ作業を支援するため、パワーアシストスーツにて発生させる(右)持ち下げアシストトルクを算出する。なお、SD000Rの処理は、(右)アクチュエータユニット4R(図1参照)にて発生させる(右)持ち下げアシストトルクを算出する処理手順を示しているが、(左)アクチュエータユニット4L(図1参照)にて発生させる(左)持ち下げアシストトルクを算出するSD000L(図18参照)の処理手順については同様であるので説明を省略する。なお、図31に示すように、装着者が手にしている荷物を下ろす持ち下げ作業において、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)は、大腿部に対する腰部の前傾角度である。また、装着者の持ち下げ方向(図31における「装着者トルク」の方向)への作業を支援する持ち下げアシストトルクは、装着者に対して持ち上げ方向(図31における「アシストトルク」の方向)に発生させる。また、以降の説明では、持ち上げ方向のトルクの符号を-(負)、持ち下げ方向のトルクの符号を+(正)、として説明する。
● [SD000R: (Right) Details of lifting (Figures 30 to 34)]
Next, details of the processing of SD000R in step S040R shown in FIG. 18 will be described with reference to FIG. In SD000R, the
SD000Rの処理にて制御装置61は、ステップSD010Rへと処理を進める。そしてステップSD010Rにて制御装置61は、(右)リンク角度θL、R(t)が第1持ち下げ角度θd1以下であるか否かを判定し、(右)リンク角度θL、R(t)が第1持ち下げ角度θd1以下である場合(Yes)はステップSD015Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSD020Rへ処理を進める。例えば第1持ち下げ角度θd1は、10[°]程度の前傾角度であり、θL、R(t)≦θd1の場合、制御装置61は、持ち下げ開始、または持ち下げ終了と判定する。
In the process of SD000R, the
ステップSD015Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)積算アシスト量を初期化(ゼロにリセット)して、ステップSD020Rへ処理を進める。
When the process proceeds to step SD015R, the
ステップSD020Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)と、装着者トルク変化量・アシスト量特性(図32)と、に基づいて、(右)アシスト量を算出してステップSD025Rへ処理を進める。図32に示すように、例えば、(右)増量速度Cs、R=1、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)=τ11の場合、Cs=1のf11(x)の特性を用い、τ11に対応するτd1が、求める(右)アシスト量となる。
When the process proceeds to step SD020R, the
ステップSD025Rにて制御装置61は、(右)積算アシスト量に、ステップSD020Rにて求めた(右)アシスト量を加算して(つまり、求めた(右)アシスト量を積算して)ステップSD030Rに処理を進める。
In step SD025R, the
ステップSD030Rにて制御装置61は、ゲインCpと、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)と、前傾角度・持下トルク制限値特性(図33参照)と、に基づいて、(右)持下トルク制限値を算出してステップSD035Rへ処理を進める。図33に示すように、例えば、ゲインCp=1、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)=θ11の場合、Cp=1のf21(x)の特性を用い、θ11に対応するτmax1が、求める(右)持下トルク制限値となる。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図33の前傾角度・持下トルク制限値特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ、の1つである。
At step SD030R, the
ステップSD035Rにて制御装置61は、|(右)積算アシスト量|が|(右)持下トルク制限値|以下であるか否かを判定し、|(右)積算アシスト量|が|(右)持下トルク制限値|以下である場合(Yes)はステップSD040Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSD045Rへ処理を進める。
At step SD035R, the
ステップSD040Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)積算アシスト量を(右)持ち下げアシストトルク(すなわち、(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
When the process proceeds to step SD040R, the
ステップSD045Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持下トルク制限値を(右)持ち下げアシストトルク(すなわち、(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
When the process proceeds to step SD045R, the
上記のステップSD035R、SD040R、SD045Rにて、制御装置61は、|(右)積算アシスト量|と|(右)持下トルク制限値|と、の小さなほうを(右)持ち下げアシストトルクとする。
In steps SD035R, SD040R, and SD045R, the
以上の処理にて、持ち下げ作業の際の前傾角度に対応させた持ち下げアシストトルクの様子を図34に示す。図34に示す例は、時間=0にて装着者が直立状態にて荷物を持っており、前傾角度を徐々に大きくしながら時間T1にて荷物の持ち下げを完了し、時間T2まで前傾状態を維持し、前傾角度を徐々に小さくしながら直立状態に戻った場合を示している。この場合、持ち上げ方向(図34中の-(負)側)への持ち下げアシストトルクは、図34に示すものとなり、装着者の腰部の負荷を低減し、持ち下げ作業を適切にアシストすることができる。 FIG. 34 shows the state of the lifting assist torque corresponding to the forward tilting angle during the lifting work in the above process. In the example shown in FIG. 34, the wearer is holding a load in an upright state at time=0, completes lifting the load at time T1 while gradually increasing the forward tilt angle, and moves forward until time T2. It shows a case where the person maintains the tilted state and returns to the upright state while gradually decreasing the forward tilting angle. In this case, the lifting assist torque in the lifting direction (- (negative) side in FIG. 34) is as shown in FIG. can be done.
なお、装着者が前傾動作を停止させて前傾角度の変化が停止(ΔθL、R(t)=0、ΔθL、L(t)=0)した場合(図34の例では、時間T1から時間T2の間)、あるいは、装着者が前傾状態から前傾角度を徐々に小さくしていく直立動作(図34の例では、時間T2から時間T3の間)の最中の場合、装着者トルク変化量はゼロまたは反対方向となるので、装着者トルク変化量・アシスト量特性(図32参照)から求められるアシスト量はゼロとなる。つまり、この場合では、制御装置61は、積算アシスト量の更新を停止して保持し、保持した積算アシスト量と、持下トルク制限値と、に基づいて、(右)持ち下げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)を求める。
Note that when the wearer stops the forward tilting motion and the change in the forward tilting angle stops (Δθ L , R (t) = 0, Δθ L , L (t) = 0) (in the example of FIG. 34, the time from time T1 to time T2), or during an upright motion in which the wearer gradually decreases the forward tilting angle from the state of forward tilting (in the example of FIG. 34, from time T2 to time T3), Since the wearer's torque variation is zero or in the opposite direction, the assist amount obtained from the wearer's torque variation/assistance characteristic (see FIG. 32) is zero. That is, in this case, the
●[SU000:持ち上げの詳細(図35~図43)]
次に図35を用いて、図18に示すステップS045によるSU000の処理の詳細について説明する。SU000にて制御装置61は、装着者の持ち上げ作業を支援するため、パワーアシストスーツにて発生させる持ち上げアシストトルクを算出する。なお、装着者が荷物を持ち上げる持ち上げ作業において、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)(図31参照)は、大腿部に対する腰部の前傾角度である。また、装着者の持ち上げ方向への作業を支援する持ち上げアシストトルクは、装着者に対して持ち上げ方向(図31における「アシストトルク」の方向)に発生させる。また、以降の説明では、持ち上げ方向のトルクの符号を-(負)、持ち下げ方向のトルクの符号を+(正)、として説明する。
● [SU000: details of lifting (Figs. 35 to 43)]
Next, details of the processing of SU000 in step S045 shown in FIG. 18 will be described with reference to FIG. In SU000, the
SU000の処理にて制御装置61は、ステップSU010へと処理を進める。そしてステップSU010にて制御装置61は、SS000(図36参照)の処理を実行して、ステップSU015へ処理を進める。なお、SS000の処理は、図36の状態遷移図に示すように、持ち上げ開始から持ち上げ終了までの持ち上げ動作の全体を、動作状態S=0~5に分割した場合において、現在の動作状態Sを判定する処理であり、詳細については後述する。
In the process of SU000, the
ステップSU015にて制御装置61は、動作状態Sが0から1に遷移したタイミングであるか否かを判定し、動作状態Sが0から1に遷移したタイミングである場合(Yes)はステップSU020に処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU030に処理を進める。
In step SU015, the
ステップSU020に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)に0(ゼロ)を代入し、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に0(ゼロ)を代入する。その後、制御装置61は、ステップSU030に処理を進める。
When the process proceeds to step SU020, the
●[動作状態S=1の判定と、動作状態S=1の場合の処理(図35)]
ステップSU030に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが1であるか否かを判定し、動作状態Sが1である場合(Yes)はステップSU031へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU040へ処理を進める。
● [Determination of operation state S=1 and processing when operation state S=1 (Fig. 35)]
When the process proceeds to step SU030, the
ステップSU031に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)にタスク周期(例えば、図18に示す処理が2[ms]毎に起動される場合は、2[ms])を加算し、(左)仮想経過時間tmap、L(t)にタスク周期を加算し、ステップSU032に処理を進める。(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)は、動作状態S=1になってからの(仮想的な)経過時間を示す。
When the process proceeds to step SU031, the
ステップSU032にて制御装置61は、「増量速度自動」であるか否かを判定し、「増量速度自動」である場合(Yes)はステップSU033Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU034に処理を進める。
In step SU032, the
ステップSU033Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SS100R(図38参照)の処理を実行して、ステップSU033Lへ処理を進める。なお、SS100Rの処理(図38参照)は、(右)増量速度Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、を変更または維持する処理であるが、(左)増量速度Cs、Lと、(左)仮想経過時間tmap、L(t)と、を変更または維持する処理であるSS100Lの処理については同様であるので説明を省略する。ステップSU033Lにて制御装置61は、SS100Lの処理を実行して、ステップSU034へ処理を進める。なお、ステップSS100Rの処理の詳細については後述する。
When proceeding to step SU033R, the
ステップSU034にて制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと(左)増量速度Cs、Lとが等しいか否かを判定し、(右)増量速度Cs、Rと(左)増量速度Cs、Lが等しい場合(Yes)はステップSU037Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU035に処理を進める。
In step SU034, the
ステップSU035に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rが(左)増量速度Cs、Lよりも大きいか否かを判定し、(右)増量速度Cs、Rが(左)増量速度Cs、Lよりも大きい場合(Yes)はステップSU036Aに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU036Bに処理を進める。
When the process proceeds to step SU035, the
ステップSU036Aに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rを(左)増量速度Cs、Lに代入してステップSU037Rに処理を進める。
When the process proceeds to step SU036A, the
ステップSU036Bに処理を進めた場合、制御装置61は、(左)増量速度Cs、Lを(右)増量速度Cs、Rに代入してステップSU037Rに処理を進める。
When the process proceeds to step SU036B, the
ステップSU037Rに処理を進めた場合、制御装置61は、SS170R(図42参照)の処理を実行して、ステップSU037Lへ処理を進める。なお、SS170Rの処理(図42参照)は、動作状態S=1の場合における(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))を求める処理であるが、動作状態S=1の場合における(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))を求める処理であるSS170Lの処理については同様であるので説明を省略する。ステップSU037Lにて制御装置61は、SS170Lの処理を実行して、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。なお、ステップSS170Rの処理の詳細については後述する。
When the process proceeds to step SU037R, the
●[動作状態S=2の判定と、動作状態S=2の場合の処理(図35)]
ステップSU040に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが2であるか否かを判定し、動作状態Sが2である場合(Yes)はステップSU041へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU050へ処理を進める。
● [Determination of operating state S=2 and processing when operating state S=2 (Fig. 35)]
When the process proceeds to step SU040, the
ステップSU041に処理を進めた場合、制御装置61は、(前回)動作状態Sが1であるか否かを判定し、(前回)動作状態Sが1である場合(Yes)はステップSU042に処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU047に処理を進める。
When the process proceeds to step SU041, the
ステップSU042に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)に0(ゼロ)を代入してステップSU047に処理を進める。ステップSU042の処理は、動作状態Sが1――>2に遷移した場合に実行される処理である。
When the process proceeds to step SU042, the
ステップSU047に処理を進めた場合、制御装置61は、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、ゲインCpに対応する|最大値|を求め、求めた最大値を、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に代入して処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。例えば、ゲインCp=1の場合、図43のCp=1のf41(x)の特性を用い、当該|f41(x)|の最大値であるτmax11が、求める最大値である。図43に示すように、時間・持上トルク特性(持ち上げ基準特性の1つ)は、ゲインCpに応じて用意されており、制御装置61は、ゲインCpに応じて持ち上げ基準特性を変更する。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図43に示す時間・持上トルク特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ、の1つである。
When the process proceeds to step SU047 , the
●[動作状態S=3の判定と、動作状態S=3の場合の処理(図35)]
ステップSU050に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが3であるか否かを判定し、動作状態Sが3である場合(Yes)はステップSU051へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU060へ処理を進める。
● [Determination of operation state S=3 and processing when operation state S=3 (Fig. 35)]
When the process proceeds to step SU050, the
ステップSU051に処理を進めた場合、制御装置61は、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、ゲインCpに対応する最大値を求め、求めた最大値を、(仮)(右)持ち上げアシストトルク((仮)τs、cmd、R(t))、(仮)(左)持ち上げアシストトルク((仮)τs、cmd、L(t))に代入してステップSU057に処理を進める。例えば、ゲインCp=1の場合、図43のCp=1のf41(x)の特性を用い、当該|f41(x)|の最大値であるτmax11が、求める最大値である。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
When the process proceeds to step SU051, the
ステップSU057にて制御装置61は、ゲインCpと、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(右)トルク減衰率τd、Rを求める。同様に制御装置61は、ゲインCpと、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(左)トルク減衰率τd、Lを求める。そして制御装置61は、以下の(式7)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、以下の(式8)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=(仮)τs、cmd、R(t)*(右)トルク減衰率τd、R (式7)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=(仮)τs、cmd、L(t)*(左)トルク減衰率τd、L (式8)
In step SU057 , the control
(Right) Assist torque command value τ s , cmd , R (t) = (Tentative) τ s , cmd , R (t) * (Right) Torque decay rate τ d , R (Formula 7)
(Left) Assist torque command value τ s , cmd , L (t) = (Tentative) τ s , cmd , L (t) * (Left) Torque decay rate τ d , L (Formula 8)
例えば、ゲインCp=1の場合、制御装置61は、図44に示すゲイン・減衰係数特性に基づいて、減衰係数τs、map、thre=Tb2を求める。そして制御装置61は、下記の(式9)にて、(右)アシスト比率を算出し、(式10)にて、(左)アシスト比率を算出する。なお、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2に対応するTb3と、ゲインCp=3に対応するTb4を求め、これらの2値(Tb3、Tb4)からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。なお図44に示すゲイン・減衰係数特性は、アシストトルク関連量が予め設定された複数のマップ(複数のデータテーブル)、の1つである。
(右)アシスト比率=[τs、map、thre-(右)装着者トルク変化量τS、R(t)]/τs、map、thre (式9)
(左)アシスト比率=[τs、map、thre-(左)装着者トルク変化量τS、L(t)]/τs、map、thre (式10)
For example, when the gain C p =1, the
(Right) Assist ratio = [τ s , map , thre - (Right) Wearer torque variation τ S , R (t)]/τ s , map , thre (Formula 9)
(Left) Assist ratio = [τ s , map , thre - (Left) Wearer torque variation τ S , L (t)]/τ s , map , thre (Formula 10)
そして制御装置61は、(右)アシスト比率と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(右)トルク減衰率τd、Rを求め、(左)アシスト比率と、アシスト比率・トルク減衰率特性(図45参照)と、に基づいて、(左)トルク減衰率τd、Lを求める。そして制御装置61は、(仮)τs、cmd、R(t)*(右)トルク減衰率τd、Rを(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に記憶し、(仮)τs、cmd、L(t)*(左)トルク減衰率τd、Lを(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))に記憶する。
Based on the (right) assist ratio and the assist ratio/torque attenuation ratio characteristics (see FIG. 45), the
●[動作状態S=4の判定と、動作状態S=4の場合の処理(図35)]
ステップSU060に処理を進めた場合、制御装置61は、ステップSU020にて判定した動作状態Sが4であるか否かを判定し、動作状態Sが4である場合(Yes)はステップSU061へ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSU077へ処理を進める。
● [Determination of operation state S=4 and processing when operation state S=4 (Fig. 35)]
When the process proceeds to step SU060, the
ステップSU061に処理を進めた場合、制御装置61は、(右)仮想経過時間tmap、R(t)にタスク周期(例えば、図18に示す処理が2[ms]毎に起動される場合は、2[ms])を加算し、(左)仮想経過時間tmap、L(t)にタスク周期を加算し、ステップSU062に処理を進める。(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)は、動作状態S=4になってからの(仮想的な)経過時間を示す。
When the process proceeds to step SU061, the
ステップSU062にて制御装置61は、現在のτs、cmd、R(t)を、(前回)τs、cmd、R(t-1)に代入し、現在のτs、cmd、L(t)を、(前回)τs、cmd、L(t-1)に代入してステップSU067に処理を進める。
At step SU062, the
ステップSU067にて制御装置61は、以下の(式11)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、(式12)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。なお、減衰係数K1は予め設定した係数であり、例えば0.9に設定されている。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=K1*(前回)τs、cmd、R(t-1) (式11)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=K1*(前回)τs、cmd、L(t-1) (式12)
At step SU067, the
(Right) Assist torque command value τ s , cmd , R (t) = K1 * (previous) τ s , cmd , R (t-1) (Formula 11)
(Left) Assist torque command value τ s , cmd , L (t) = K1 * (previous) τ s , cmd , L (t-1) (Equation 12)
●[動作状態S=5の場合の処理(図35)]
ステップSU077に処理を進めた場合、制御装置61は、以下の(式13)にて(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)を求めて記憶し、(式14)にて(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)を求めて記憶する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図18のステップS060Rへ処理を進める)。
(右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t)=0 (式13)
(左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t)=0 (式14)
● [Processing when operating state S=5 (Fig. 35)]
When the process proceeds to step SU077, the
(Right) Assist torque command value τ s , cmd , R (t)=0 (Equation 13)
(Left) Assist torque command value τ s , cmd , L (t)=0 (Equation 14)
以上に説明したように、持ち上げ作業時には、制御装置61は、持ち上げ状態に応じて動作状態Sを0から5へと順番に遷移させ、それぞれの動作状態Sに対応させて予め設定された算出方法に従って、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値τs、cmd、L(t))を求める。
As described above, during the lifting operation, the
●[SS000:動作状態判定の詳細(図36)]
次に図36を用いて、図35に示すステップSU010によるSS000の処理の詳細について説明する。SS000にて制御装置61は、装着者の持ち上げ作業における持ち上げ状態に応じた動作状態S=0~5を判定する。動作状態Sの概略は、図37に示すように、装着者が直立状態から前傾を開始した(前作業の前傾が終了した状態)、持ち上げ動作を開始した時点である動作状態S=0、持ち上げ動作を開始した後に遷移する動作状態S=1、荷物の持ち上げ動作状態S=2、徐々に前傾角度を小さくする動作状態S=3、S=4、荷物の持ち上げを完了して直立状態となった動作状態S=5、である。動作状態Sは、(右)仮想経過時間tmap、R(t)、(左)仮想経過時間tmap、L(t)、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)、(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)、の少なくとも1つを含む持ち上げ状態に対応させて設定されている。
● [SS000: Details of operating state determination (Fig. 36)]
Next, details of the processing of SS000 in step SU010 shown in FIG. 35 will be described with reference to FIG. At SS000, the
●[動作状態S=0の場合]
以下、図36に示す状態遷移図を用いて、動作状態Sの判定手順について説明する。図36に示すように、持ち上げを開始したというイベントev00にて、制御装置61は、動作状態Sが0であると判定する。なお、持ち上げを開始したか否かの判定は、(右)リンク角度θL、R(t)、(左)リンク角度θL、L(t)、(右)リンク角度変化量ΔθL、R(t)、(左)リンク角度変化量ΔθL、L(t)、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)等に基づいて判定することができる。動作状態S=0の場合、制御装置61は、イベントev01が検出されると、動作状態Sを0から1に遷移させる。なお、イベントev01は、「常時」であり、図35のステップSU015に示すように、制御装置61は、動作状態S=0にした後、無条件に動作状態S=1に遷移させる。
● [When operating state S = 0]
The procedure for determining the operating state S will be described below with reference to the state transition diagram shown in FIG. As shown in FIG. 36, the
●[動作状態S=1の場合]
制御装置61は、動作状態S=1の場合、イベントev12が検出されると、動作状態Sを1から2に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev12が検出されない場合、動作状態S=1を維持する。イベントev12は、例えば、(右)仮想経過時間tmap、R(t)≧(右)tmap、thre1が成立時、または、(左)仮想経過時間tmap、L(t)≧(左)tmap、thre1が成立時、または、持ち上げ作業の終了に近い前傾角度に(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)、(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)のいずれかがなった時、が成立時である。なお、(右)tmap、thre1は、(右)増量速度Cs、Rと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて決定され、(左)tmap、thre1は、(左)増量速度Cs、Lと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて決定される。
● [When operating state S = 1]
When the operation state S=1, the
●[動作状態S=2の場合]
制御装置61は、動作状態S=2の場合、イベントev23が検出されると、動作状態Sを2から3に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev23が検出されない場合、動作状態S=2を維持する。イベントev23は、例えば、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)または(左)装着者トルク変化量τS、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い相対的に弱くなったとき、または、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)または(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い前傾角度になった時、が成立時である。
● [When operating state S = 2]
When the operation state S=2, the
●[動作状態S=3の場合]
制御装置61は、動作状態S=3の場合、イベントev34が検出されると、動作状態Sを3から4に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev34が検出されない場合、動作状態S=3を維持する。イベントev34は、例えば、(右)装着者トルク変化量τS、R(t)≧τs、map、thre、または、(左)装着者トルク変化量τS、L(t)≧τs、map、thre、または、(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)または(左)リンク角度(前傾角度)θL、L(t)が持ち上げ作業の終了に近い前傾角度になった時、が成立時である。なお、τs、map、threは、ゲインCpと、ゲイン・減衰係数特性(図44参照)と、に基づいて決定される。
● [When operating state S = 3]
When the operation state S=3, the
●[動作状態S=4の場合]
制御装置61は、動作状態S=4の場合、イベントev45が検出されると、動作状態Sを4から5に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev45が検出されない場合、動作状態S=4を維持する。イベントev45は、例えば、(右)仮想経過時間tmap、R(t)≧状態判定時間t41(例えば、0.15[sec]程度)、または、(左)仮想経過時間tmap、L(t)≧状態判定時間t41(例えば、0.15[sec]程度)、が成立時である。
● [When operating state S = 4]
When the operation state S=4, the
●[動作状態S=5の場合]
制御装置61は、動作状態S=5の場合、イベントev50が検出されると、動作状態Sを5から0に遷移させる。なお、制御装置61は、イベントev50が検出されない場合、動作状態S=5を維持する。イベントev50は、持ち上げ作業の開始であるが、持ち上げ作業が終了したのち、S=0へ戻る。
● [When operating state S = 5]
When the operation state S=5, the
●[SS100R:(右)増量速度の切り替え判定の詳細(図38)]
次に図38を用いて、図35に示すステップSU033RによるSS100Rの処理の詳細について説明する。SS100Rにて制御装置61は、装着者の持ち上げ動作に応じて、(右)増量速度Cs、Rを-1~4における適切な値へと自動的に切り替える。なお、SS100Rの処理は、(右)増量速度Cs、Rを自動的に切り替える処理手順を示しているが、(左)増量速度Cs、Lを自動的に切り替えるSS100L(図35参照)の処理手順については同様であるので説明を省略する。
● [SS100R: (Right) details of determination of changeover of increase speed (Fig. 38)]
Next, details of the processing of SS100R in step SU033R shown in FIG. 35 will be described with reference to FIG. At SS100R, the
SS100Rの処理にて制御装置61は、ステップSS110Rへと処理を進める。そしてステップSS110Rにて制御装置61は、現在の(右)増量速度Cs、Rを前回Cs、Rに記憶してステップSS115Rに処理を進める。
In the process of SS100R, the
ステップSS115Rにて制御装置61は、切替停止カウンタが起動中であるか否かを判定し、切替停止カウンタが起動中である場合(Yes)はステップSS120Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS125Rへ処理を進める。なお、切替停止カウンタは、ステップSS140R、SS145Rにて、(右)増量速度Cs、Rを切り替え(変更)た際に起動されるカウンタである。
In step SS115R, the
ステップSS120Rに処理を進めた場合、制御装置61は、切替停止カウンタが切替待機時間以上であるか否かを判定し、切替停止カウンタが切替待機時間以上である場合(Yes)はステップSS125Rへと処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS150Rへ処理を進める。
When proceeding to step SS120R, the
ステップSS125Rに処理を進めた場合、制御装置61は、持上経過時間tup(t)と、時間・切替下限特性(図39参照)と、に基づいて、現在の持上経過時間tup(t)に対応する切替下限τs、mas1(t)を求める。また制御装置61は、現在の(右)増量速度Cs、Rと、持上経過時間tup(t)と、時間切替上限特性(図39参照)と、に基づいて、現在の持上経過時間tup(t)に対応する切替上限τs、mas2(t)を求める。なお、持上経過時間tup(t)は、持ち上げを開始した(動作状態Sが0――>1に遷移した)タイミングからの経過時間である。そして制御装置61、ステップSS130Rへ処理を進める。なお図39に示す例は、時間T1にて(P1の位置にて)|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|>|切替上限τs、mas2(t)|となった状態、及び、時間T3にて(P2の位置にて))|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|<|切替上限τs、mas1(t)|となった状態の例を示している。
When the process proceeds to step SS125R, the control device 61 determines the current elapsed lifting time t up ( Find the switching lower bound τ s , mas1 (t) corresponding to t). In addition, the
ステップSS130Rにて制御装置61は、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替下限τs、mas1(t)|未満であるか否かを判定し、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替下限τs、mas1(t)|未満である場合(Yes)はステップSS145Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS135Rへ処理を進める。
In step SS130R, the
ステップSS135Rに処理を進めた場合、制御装置61は、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替上限τs、mas2(t)|より大きいか否かを判定し、|(右)装着者トルク変化量τS、R(t)|が|切替上限τs、mas2(t)|より大きい場合(Yes)はステップSS140Rへ処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS150Rへ処理を進める。
When the process proceeds to step SS135R, the
ステップSS140Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rの値を1だけ増加(ただし、最大値=4にガード)させ、切替停止カウンタを起動して、ステップSS150Rに処理を進める。
When the process proceeds to step SS140R, the
ステップSS145Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rの値を1だけ減少(ただし、最小値=-1にガード)させ、切替停止カウンタを起動して、ステップSS150Rに処理を進める。
When the process proceeds to step SS145R, the
ステップSS150Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)増量速度Cs、Rと、増量速度・遷移時間特性(図40参照)と、に基づいて、(右)tmap、thre1を求め、ステップS155Rに処理を進める。なお、(右)tmap、thre1は、動作状態の判定(動作状態1――>2への遷移の判定)等に使用される。
When the process proceeds to step SS150R, the
ステップSS155Rにて制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rが前回Cs、R(ステップSS110R参照)と等しいか否かを判定し、等しい場合(Yes)は処理を終了してリターンし(図35のステップSU033Lへ戻り)、等しくない場合(No)はステップSS160Rへ処理を進める。
At step SS155R, the
ステップSS160Rに処理を進めた場合、制御装置61は、前回Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、時間・アシスト量特性(図41参照)と、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、仮持上アシストトルクA1(t)を算出する。例えば制御装置61は、前回Cs、R=3の場合、図41に示すように、Cs、R=3に対応するf33(x)と(右)仮想経過時間tmap、R(t)から仮持上アシストトルクA1(t)を算出する。図41に示すように、時間・アシスト量特性(持ち上げ基準特性の1つ)は、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、L、に応じて用意されており、制御装置61は、(右)増量速度Cs、R、(左)増量速度Cs、L、に応じて持ち上げ基準特性を変更する。
When the process proceeds to step SS160R, the
そして制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rと、時間・アシスト量特性(図41参照)と、ゲインCpと、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、仮持上アシストトルクA1(t)となる、トルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を算出し、算出したトルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を、(右)仮想経過時間tmap、R(t)に代入する(書き替える)。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。例えば制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、R=4の場合、図41に示すように、Cs、R=4に対応するf34(x)と仮持上アシストトルクA1(t)からトルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を算出し、トルク偏差縮小仮想経過時間tmap、R(s)を(右)仮想経過時間tmap、R(t)に代入する。そして制御装置61は、処理を終了してリターンする(図35のステップSU033Lへ戻る)。(右)仮想経過時間tmap、R(t)の書き替えは、所定動作状態Sに遷移している場合(この場合、動作状態S=1に遷移している場合)、前記選定した持ち上げ基準特性(前回の(右)増量速度Cs、Rに対応する、時間・アシスト量特性(図41参照))に基づいて求めた持ち上げアシストトルク(仮持上アシストトルクA1(t))と、現在選定している持ち上げ基準特性(今回(現在)の(右)増量速度Cs、Rに対応する、時間・アシスト量特性(図41参照))と、の偏差を縮小する切替時トルク偏差縮小補正に相当する。
Then, the
以上の説明において、時間・アシスト量特性(図41参照)、時間・持上トルク特性及び前傾角度・持上最大トルク特性(図43参照)は、持ち上げ方向へのトルクである持ち上げアシストトルクが設定された、複数の持ち上げ基準特性に相当している。そして制御装置61は、適切な持ち上げ基準特性を選定し、選定した持ち上げ基準特性に基づいて、持ち上げアシストトルクを求め、求めた持ち上げアシストトルクをアシストトルクとして、アシストトルクに基づいてアクチュエータユニットを駆動する。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
In the above explanation, the time/assistance amount characteristic (see FIG. 41), the time/lifting torque characteristic, and the forward tilt angle/maximum lifting torque characteristic (see FIG. 43) indicate that the lifting assist torque, which is the torque in the lifting direction, is It corresponds to a set of lifting reference characteristics. Then, the
●[SS170R:(右)アシストトルク算出の詳細(図42)]
次に図42を用いて、図35に示すステップSU037RによるSS170Rの処理の詳細について説明する。SS170Rにて制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)τs、cmd、R(t)を求める。なお、SS170Rの処理は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値)τs、cmd、R(t)を求める処理手順を示しているが、(左)持ち上げアシストトルク((左)アシストトルク指令値)τs、cmd、L(t)を求めるSS170L(図35参照)処理手順については同様であるので説明を省略する。
● [SS170R: (Right) details of assist torque calculation (Fig. 42)]
Next, details of the processing of SS170R by step SU037R shown in FIG. 35 will be described with reference to FIG. At SS170R, the
SS170Rの処理にて制御装置61は、ステップSS175Rへと処理を進める。そしてステップSS175Rにて制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、Rと、(右)仮想経過時間tmap、R(t)と、ゲインCpと、時間・アシスト量特性(図41参照)と、時間・持上トルク特性(図43参照)と、に基づいて、(仮)τs、cmd、R(t)を算出し、ステップSS177Rへ処理を進める。例えば制御装置61は、今回の(現在の)(右)増量速度Cs、R=3の場合、図41に示すように、Cs、R=3に対応するf33(x)と(右)仮想経過時間tmap、R(t)から求めたアシストトルクA1(t)を、(仮)τs、cmd、R(t)に記憶する。なお、時間・持上トルク特性を使用する際、例えばゲインCp=2.6の場合、ゲインCp=2の特性の値と、ゲインCp=3の特性の値を求め、これらの2値からCp=2.6に相当する値を補間して求めればよい。
In the process of SS170R, the
ステップSS177Rにて制御装置61は、前傾角度と、前傾角度・持上最大トルク特性(図43参照)と、に基づいて、(右)トルク上限値τs、max、R(t)を算出し、ステップSS180Rへ処理を進める。例えば制御装置61は、図43に示す前傾角度・持上最大トルク特性と(右)リンク角度(前傾角度)θL、R(t)から求めた持上最大トルクB1(t)を、(右)トルク上限値τs、max、R(t)に記憶する。持上トルクは、前傾角度が小さいときに大きくなり過ぎないように「前傾角度・持上最大トルク特性」によって、トルク値が制限される。
At step SS177R, the
ステップSS180Rにて制御装置61は、|(仮)τs、cmd、R(t)|が|(右)トルク上限値τs、max、R(t)|より大きいか否かを判定し、大きい場合(Yes)はステップSS185Rに処理を進め、そうでない場合(No)はステップSS187Rに処理を進める。
At step SS180R, the
ステップSS185Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に(右)トルク上限値τs、max、R(t)を記憶し、処理を終了してリターンする(図35のステップSU037Lへ戻る)。
When the process proceeds to step SS185R, the
ステップSS187Rに処理を進めた場合、制御装置61は、(右)持ち上げアシストトルク((右)アシストトルク指令値τs、cmd、R(t))に(仮)τs、cmd、R(t)を記憶し、処理を終了してリターンする(図35のステップSU037Lへ戻る)。
When the process proceeds to step SS187R, the
以上、本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1は、シンプルな構成で装着者への装着が容易である。また、持ち下げ作業に対するアシスト制御、持ち上げ作業に対するアシスト制御が、シンプルな制御とされており、荷物の持ち上げ作業、荷物の持ち下げ作業を、適切にアシストすることができる。また、荷物の持上動作や持下動作をアシストする際、装着者が手にしている荷物の質量または重量に応じてアシストトルクの大きさを自動的に調整して装着者に違和感や不満を与えることをより抑制する(アシストの調和性が向上させる)ことができる。また、装着者が荷物を手にしていない場合、不要なアシストトルクを発生させないことができる(ゲインCp=0の時、アシストトルクをほとんど発生させない設定にできる)ので、荷物を手にしていない装着者の動作を阻害することがない。
As described above, the
本発明のパワーアシストスーツの構造、構成、形状、外観、処理手順等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば、制御装置の処理手順は、本実施の形態にて説明したフローチャート等に限定されるものではない。また、本実施の形態の説明では、渦巻バネ45R(図10参照)を用いた例を説明したが、渦巻バネの代わりにトーションバネ(torsion barやtorsion bar spring)を用いてもよい。
Various modifications, additions, and deletions can be made to the structure, configuration, shape, appearance, processing procedure, and the like of the power assist suit of the present invention without changing the gist of the present invention. For example, the processing procedure of the control device is not limited to the flowcharts and the like described in the present embodiment. Also, in the description of the present embodiment, an example using the
本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1では、ベルトを締めた状態に保持するベルト保持部材として、コキまたはバックルを用いる例を説明した。そして、ベルト等の接続と解放をバックルにて行う例を説明したが、バックルとは異なるベルト保持部材にてベルト等の接続と解放を行うようにしてもよい。また、コキにベルトを通すことで、引っ張ったベルトが緩まないようにしたが、コキ以外のベルト保持部材を用いてもよい。また、コキとバックルの双方の機能を有するベルト保持部材を用いてもよい。
In the
本実施の形態の説明では、操作ユニットR1に、ゲインUP操作部R1BU及びゲインDOWN操作部R1BDと、増量速度UP操作部R1CU及び増量速度DOWN操作部R1CDと、の双方を有する例を説明した。しかし、ゲインUP操作部R1BU及びゲインDOWN操作部R1BDと、増量速度UP操作部R1CU及び増量速度DOWN操作部R1CDと、の少なくとも一方を有するように構成してもよい。 In the description of the present embodiment, an example in which the operation unit R1 has both the gain UP operation section R1BU and the gain DOWN operation section R1BD, and the increase speed UP operation section R1CU and the increase speed DOWN operation section R1CD has been described. However, at least one of the gain UP operation portion R1BU and the gain DOWN operation portion R1BD, and the increase speed UP operation portion R1CU and the increase speed DOWN operation portion R1CD may be provided.
本実施の形態にて説明したパワーアシストスーツ1は、操作ユニットR1から、ゲイン、増量速度、等を変更可能とした例を説明したが、制御装置61に(無線または有線で通信する)通信手段64(図15参照)を設け、スマートフォン等からの通信にて変更できるようにしてもよい。また、制御装置61に(無線または有線で通信する)通信手段64(図15参照)を備え、制御装置61にて種々のデータを収集し、収集したデータを所定タイミング(常時、一定時間間隔、アシスト動作の終了後など)で解析システムに送信するようにしてもよい。例えば収集したデータには、装着者情報とアシスト情報とが有る。装着者情報は、例えば、装着者トルクや装着者の姿勢などを含み、装着者に関する情報である。アシスト情報は、例えば、アシストトルク、電動モータ(アクチュエータ)の回転角度(図15中の実モータ軸角度θrM、R)、出力リンク回動角度(図15中の実リンク角度θL)、動作モード、ゲイン、増量速度などを含み、左右のアクチュエータユニットの入出力に関する情報である。また解析システムは、パワーアシストスーツとは別に用意されたシステムであり、例えば、ネットワーク(LAN)で接続する外部のパーソナルコンピュータ、サーバ、PLC(Programmable Logic Controller)、CNC(Computerized Numerical Control)装置などの組み込みシステムである。そして解析システムにて、パワーアシストスーツ1に固有(すなわち、装着者に固有)の最適な設定値(ゲイン、増量速度等の最適な値)を解析(算出)させ、解析結果(算出した結果)である最適な設定値を含む解析情報を、パワーアシストスーツ1の制御装置61(通信手段64)に送信するようにしてもよい。解析システムで装着者の動作、アシスト力等を解析することで、作業の種類(繰り返しや、持ち上げ高さなど)や、装着者の能力を考慮した最適なアシストトルクを出力できる。そして左右のアクチュエータユニットは、解析システムから受信した解析情報(例えば、ゲイン、増量速度)に基づいて、自身の動作を調整する(例えば、ゲイン、増量速度を、受信したゲイン、増量速度に変更する)。
In the
本実施の形態の説明では、装着者質量Mと荷物質量mを用いてゲインCpを求める例を説明したが、重力加速度gを用いて、装着者重量(M*g)と荷物重量(m*g)を用いてゲインCpを求めるようにしてもよい。 In the description of the present embodiment, an example of obtaining the gain C p using the wearer mass M and the load mass m was described. *g) may be used to obtain the gain C p .
本実施の形態の説明では、装着者の左右の足裏に荷重検出手段を設ける例を説明したが、装着者の左右の手に手袋を装着させて、左右の手袋に荷重検出手段を設けるようにしてもよい。この場合、荷重検出手段にて検出した荷重から荷物質量(または荷物重量)を検出することが可能であり、検出した荷物質量(または荷物重量)をゲインCpに換算すればよい。また、左右の足裏、または、左右の手袋、に荷重検出手段を設ける代わりに、荷重の有無を検出するスイッチを複数設けるようにしてもよい。例えば各スイッチを、2[kg]以上でONするスイッチとすれば、ONとなっているスイッチの数に応じて、概略の荷物重量を検出することができる。 In the description of the present embodiment, an example in which load detection means are provided on the left and right soles of the wearer has been described. can be In this case, it is possible to detect the load mass (or load weight) from the load detected by the load detection means, and the detected load mass (or load weight) may be converted into the gain Cp . Further, instead of providing the load detecting means on the left and right soles or the left and right gloves, a plurality of switches for detecting the presence or absence of a load may be provided. For example, if each switch is a switch that is turned on at 2 [kg] or more, it is possible to detect the approximate cargo weight according to the number of switches that are turned on.
1 パワーアシストスーツ
2 身体装着具
4 アクチュエータユニット
4AR 連結ベース
4L 左アクチュエータユニット
4R 右アクチュエータユニット
10 腰サポート部
11L 左腰装着部
11LA 左腰部
11LB 左臀部
11R 右腰装着部
11RA 右腰部
11RB 右臀部
11RC、11LC 切欠部
13LA 左腰締めベルト
13LB 腰ベルト保持部材(腰バックル)
13RA 右腰締めベルト
13RB 腰ベルト保持部材(腰バックル)
15R、15L 取付孔
15Y 仮想回動軸線
16A 背面腰ベルト
16B 臀部上ベルト
16C 臀部下ベルト
17LA 左骨盤上ベルト
17LB 左骨盤下ベルト
17LC 左上ベルト保持部材(左上コキ)
17LD 左下ベルト保持部材(左下コキ)
17RA 右骨盤上ベルト
17RB 右骨盤下ベルト
17RC 右上ベルト保持部材(右上コキ)
17RD 右下ベルト保持部材(右下コキ)
19R、19L 連結ベルト
19RS、19LS 連結リング
20、20A ジャケット部
21L 左胸装着部
21R 右胸装着部
21F 面ファスナ
23L、24L 左肩ベルト
23R、24R 右肩ベルト
23LK 左肩ベルト保持部材(左肩コキ)
23RK 右肩ベルト保持部材(右肩コキ)
24RS、24LS ベルト接続部
25L、26L 左腋ベルト
25R、26R 右腋ベルト
25RS、25LS ベルト接続部
25RL 密着ベルト
26LK 左腋ベルト保持部材(左腋コキ)
26RK 右腋ベルト保持部材(右腋コキ)
28R、28L 固定部
29R、29L、29RD、29LD 連結ベルト
29RK、29LK 連結ベルト保持部材(連結コキ)
29RS、29LS 連結部
30 フレーム部
31 メインフレーム
31H ベルト接続孔
31SR、31SL 支持体
31L 接続部(左回動軸部)
31R 接続部(右回動軸部)
32L 左サブフレーム
32R 右サブフレーム
33RS、33LS 取出口
37 バックパック部
37C 背当て部
37FL、37FR ベルト接続部
37G クッション
40R、40L トルク発生部
40RY 回動軸線
40RS、40LS 連結部
41R アクチュエータベース部
41RB カバー
42R 減速機
42RA 減速軸
42RB 増速軸
43RA、43RC プーリ
43RD フランジ部
43RE 伝達軸
43RS、43LS 出力リンク回動角度検出手段((右大腿)角度検出手段、トルク検出手段、右トルク関連量検出手段)
45R、45L 渦巻バネ(トルク検出手段)
47R、47L 電動モータ(アクチュエータ)
47RA 出力軸
47RS、47LS モータ回転角度検出手段(トルク検出手段、右トルク関連量検出手段)
48R サブフレーム
50R、50RA 出力リンク
51R アシストアーム(第1リンク)
51RJ、52RJ、53RJ 回動軸線
51RS 第1ジョイント部
52R、52RA 第2リンク
52RS 第2ジョイント部
53R、53RA 第3リンク
53RS 第3ジョイント部
54R 大腿装着部(身体保持部)
55R 大腿ベルト
56R 連結部材
57R 膝下ベルト
61 制御装置(制御手段)
61A 調整判定部
61B 入力処理部
61C トルク変化量等計算部
61D 動作モード判定部
61E 選択部
61F 持ち下げアシストトルク計算部
61G 持ち上げアシストトルク計算部
61H 歩行アシストトルク計算部
61I 制御指令値計算部
61J 荷重判定部
61K 故障検出処理部
62 モータドライバ
63 電源ユニット
64 通信手段
66 制御手段(CPU)
67 記憶手段(記憶装置)
71L、71R 荷重検出ユニット
72L、72R、73L、73R 荷重検出手段
75 加速度検出手段
av、aw、az 身体動作加速度
B10 調整判定ブロック
B20 入力処理ブロック
B30 トルク変化量等計算ブロック
B35 故障検出処理ブロック
B40 動作モード判定ブロック
B45 荷重判定ブロック
B50 アシストトルク計算ブロック
B51 持ち下げアシストトルク計算ブロック
B52 持ち上げアシストトルク計算ブロック
B53 歩行アシストトルク計算ブロック
B54 選択ブロック
B60 制御指令値計算ブロック
S51、S52 切替スイッチ
Cp ゲイン
Cs、R (右)増量速度
Cs、L (左)増量速度
F 抗力
Ks (渦巻バネ45Rの)バネ定数
M 装着者質量
m 荷物質量
nG ギア減速比
nP プーリ減速比
R1 操作ユニット
R1BS ゲイン自動/手動切替操作部
R1BU ゲインUP操作部(ゲイン変更手段、動作切替手段)
R1BD ゲインDOWN操作部(ゲイン変更手段)
R1CU 増量速度UP操作部(増量速度変更手段)
R1CD 増量速度DOWN操作部(増量速度変更手段)
R1K 体重計測操作部
S 動作状態
tmap、R(t) (右)仮想経過時間
tmap、L(t) (左)仮想経過時間
tmap、R(s) トルク偏差縮小仮想経過時間
θrM、R(t)、θrM、L(t) 実モータ軸角度
θL 実リンク角度(姿勢角度)
θL、R(t) (右)リンク角度(前傾角度)
θL、L(t) (左)リンク角度(前傾角度)
ΔθL、R(t) (右)リンク角度変化量(角速度関連量)
ΔθL、L(t) (左)リンク角度変化量(角速度関連量)
τS、R(t) (右)装着者トルク変化量
τS、L(t) (左)装着者トルク変化量
τs、cmd、R(t) (右)アシストトルク((右)アシストトルク指令値)
τs、cmd、L(t) (左)アシストトルク((左)アシストトルク指令値)
τSP、R(t) (右)バネトルク
τSP、L(t) (左)バネトルク
1
13RA Right waist tightening belt 13RB Waist belt holding member (waist buckle)
15R,
17LD lower left belt holding member (lower left handjob)
17RA Upper right pelvis belt 17RB Lower right pelvis belt 17RC Upper right belt holding member (upper right handjob)
17RD lower right belt holding member (lower right handjob)
19R, 19L Connection belts 19RS, 19LS Connection rings 20,
23RK right shoulder belt holding member (right shoulder job)
24RS, 24LS
26RK right armpit belt holding member (right armpit)
28R, 28L
29RS,
31R connection part (right rotation shaft part)
45R, 45L spiral spring (torque detection means)
47R, 47L electric motor (actuator)
47RA output shaft 47RS, 47LS motor rotation angle detection means (torque detection means, right torque-related quantity detection means)
51RJ, 52RJ, 53RJ Rotation Axis 51RS
55R thigh belt 56R connecting member
61A
67 storage means (storage device)
71L, 71R
R1BD Gain DOWN operation unit (gain change means)
R1CU Increment speed UP operation section (increase speed change means)
R1CD Increase speed DOWN operation unit (increase speed change means)
R1K Weight measurement operation unit S Operating state t map , R (t) (Right) Virtual elapsed time t map , L (t) (Left) Virtual elapsed time t map , R (s) Torque deviation reduction virtual elapsed time θ rM , R (t), θ rM , L (t) Actual motor shaft angle θ L Actual link angle (attitude angle)
θ L , R (t) (Right) Link angle (forward tilt angle)
θ L , L (t) (Left) Link angle (forward tilt angle)
Δθ L , R (t) (Right) Link angle change amount (angular velocity related amount)
Δθ L , L (t) (Left) Link angle change amount (angular velocity related amount)
τ S , R (t) (Right) Torque variation of wearer τ S , L (t) (Left) Torque variation of wearer τ s , cmd , R (t) (Right) Assist torque ((Right) Assist torque command value)
τ s , cmd , L (t) (left) assist torque ((left) assist torque command value)
τ SP , R (t) (Right) Spring torque τ SP , L (t) (Left) Spring torque
Claims (5)
前記身体装着具と前記装着者の左大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記左大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する左アクチュエータユニットと、
前記身体装着具と前記装着者の右大腿部に装着されて、前記装着者の腰部に対する前記右大腿部の動作を支援するアシストトルクを発生する右アクチュエータユニットと、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットに電力を供給する電源ユニットと、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットとを制御する制御装置と、
を備え、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、
前記装着者の左大腿部又は右大腿部に装着されて、前記左大腿部又は前記右大腿部の関節回りに回動する出力リンクと、
前記出力リンクを介して前記左大腿部又は前記右大腿部の前記関節回り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、
一端部が前記出力リンクに接続され、他端部が前記アクチュエータの前記出力軸に接続されて、前記装着者の力で回動された前記出力リンクから入力される装着者トルクと、前記出力軸から入力される前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを蓄える弾性部材と、
前記弾性部材の変形状態を検出する変形状態検出装置と、
を有し、
前記制御装置は、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記変形状態検出装置によって検出された前記弾性部材の変形状態に基づいて、それぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクを取得する合成トルク取得部と、
前記合成トルク取得部を介して取得したそれぞれの前記弾性部材に蓄えられた前記合成トルクに基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンクを回動させる第1回動トルクを取得する第1回動トルク取得部と、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれに供給される電流値を検出する電流検出部と、
前記電流検出部によって検出された前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれに供給される前記電流値に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンクを回動させる第2回動トルクを取得する第2回動トルク取得部と、
前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記変形状態検出装置が故障しているか否かを判定する装置故障判定部と、
を有し、
前記変形状態検出装置は、
前記出力軸の回転角度を検出する出力軸回転角度検出装置と、
前記出力リンクの回動角度を検出する出力リンク回動角度検出装置と、
を有し、
前記合成トルク取得部は、
前記出力軸回転角度検出装置によって検出された前記出力軸の回転角度と、前記出力リンク回動角度検出装置によって検出された前記出力リンクの回動角度とに基づいて前記合成トルクを取得し、
前記装置故障判定部は、
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差に基づいて、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれの前記出力リンク回動角度検出装置が故障しているか否かを判定する、
パワーアシストスーツ。 a body attachment worn at least around the waist of the wearer;
a left actuator unit attached to the body attachment and the wearer's left thigh to generate an assist torque for assisting movement of the left thigh with respect to the wearer's waist;
a right actuator unit attached to the body attachment and the wearer's right thigh to generate an assist torque for assisting movement of the right thigh with respect to the wearer's waist;
a power supply unit that supplies power to the left actuator unit and the right actuator unit;
a control device that controls the left actuator unit and the right actuator unit;
with
Each of the left actuator unit and the right actuator unit includes:
an output link mounted on the wearer's left thigh or right thigh and rotating around a joint of the left thigh or the right thigh;
an actuator having an output shaft that generates an assist torque for assisting rotation of the left thigh or the right thigh around the joint via the output link;
A wearer torque input from the output link having one end connected to the output link and the other end connected to the output shaft of the actuator and rotated by the wearer's force, and the output shaft an elastic member that stores a combined torque obtained by synthesizing the assist torque input from
a deformation state detection device for detecting a deformation state of the elastic member;
has
The control device is
A combined torque acquisition unit that acquires the combined torque stored in each of the elastic members based on the deformation states of the elastic members detected by the deformation state detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit. and,
A first turning torque for turning the output link of each of the left actuator unit and the right actuator unit based on the combined torque stored in each of the elastic members acquired via the combined torque acquisition section. a first rotation torque acquisition unit that acquires
a current detection unit that detects a current value supplied to each of the left actuator unit and the right actuator unit;
The output link of each of the left actuator unit and the right actuator unit is rotated based on the current value supplied to each of the left actuator unit and the right actuator unit detected by the current detection section. a second rotation torque acquisition unit that acquires two rotation torques;
Device failure determination for determining whether or not the deformed state detection devices of the left actuator unit and the right actuator unit are out of order based on the difference between the first rotation torque and the second rotation torque. Department and
has
The deformation state detection device is
an output shaft rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the output shaft;
an output link rotation angle detection device for detecting the rotation angle of the output link;
has
The combined torque acquisition unit is
acquiring the combined torque based on the rotation angle of the output shaft detected by the output shaft rotation angle detection device and the rotation angle of the output link detected by the output link rotation angle detection device;
The device failure determination unit
The output link rotation angle of each of the left actuator unit and the right actuator unit based on the difference between the first rotation torque and the second rotation torque of each of the left actuator unit and the right actuator unit. determining whether the detection device has failed;
power assist suit.
前記装置故障判定部は、
前記第1回動トルクと前記第2回動トルクとの差が、所定の誤差閾値以上の場合に、前記変形状態検出装置が故障していると判定する、
パワーアシストスーツ。 In the power assist suit according to claim 1 ,
The device failure determination unit
determining that the deformation state detection device is out of order when the difference between the first rotation torque and the second rotation torque is equal to or greater than a predetermined error threshold;
power assist suit.
前記制御装置は、
前記装置故障判定部によって前記左アクチュエータユニット又は前記右アクチュエータユニットの前記変形状態検出装置が故障していると判定された場合には、前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットへの電力の供給を停止するように制御する電力供給制御部を有する、
パワーアシストスーツ。 In the power assist suit according to claim 1 or claim 2 ,
The control device is
When the device failure determination section determines that the deformation state detection device of the left actuator unit or the right actuator unit is malfunctioning, power supply to the left actuator unit and the right actuator unit is stopped. Having a power supply control unit that controls to
power assist suit.
前記左アクチュエータユニットと前記右アクチュエータユニットのそれぞれは、
減速軸が前記出力リンクに接続されると共に、増速軸が前記出力リンク回動角度検出装置に接続された減速機を有する、
パワーアシストスーツ。 In the power assist suit according to claim 1 ,
Each of the left actuator unit and the right actuator unit includes:
A reduction gear having a reduction shaft connected to the output link and a speed increase shaft connected to the output link rotation angle detection device,
power assist suit.
前記弾性部材は、渦巻バネを含む、
パワーアシストスーツ。
In the power assist suit according to any one of claims 1 to 4 ,
the elastic member includes a spiral spring;
power assist suit.
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019094439A JP7326865B2 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | power assist suit |
US16/877,634 US20200368094A1 (en) | 2019-05-20 | 2020-05-19 | Power assist suit |
DE102020113517.3A DE102020113517A1 (en) | 2019-05-20 | 2020-05-19 | Performance support suit |
CN202010429733.2A CN111958574A (en) | 2019-05-20 | 2020-05-20 | Power-assisted garment |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019094439A JP7326865B2 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | power assist suit |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020189346A JP2020189346A (en) | 2020-11-26 |
JP7326865B2 true JP7326865B2 (en) | 2023-08-16 |
Family
ID=73453182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019094439A Active JP7326865B2 (en) | 2019-05-20 | 2019-05-20 | power assist suit |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP7326865B2 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011193901A (en) | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | Leg assisting device |
US20140200491A1 (en) | 2013-01-16 | 2014-07-17 | Ekso Bionics, Inc. | Fail-Safe System for Exoskeleton Joints |
WO2015137038A1 (en) | 2014-03-14 | 2015-09-17 | ソニー株式会社 | Robot arm device, robot arm control method and program |
JP2018103322A (en) | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社ジェイテクト | Assist device |
JP2018199186A (en) | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 株式会社ジェイテクト | Assist device |
-
2019
- 2019-05-20 JP JP2019094439A patent/JP7326865B2/en active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011193901A (en) | 2010-03-17 | 2011-10-06 | Toyota Motor Corp | Leg assisting device |
US20140200491A1 (en) | 2013-01-16 | 2014-07-17 | Ekso Bionics, Inc. | Fail-Safe System for Exoskeleton Joints |
WO2015137038A1 (en) | 2014-03-14 | 2015-09-17 | ソニー株式会社 | Robot arm device, robot arm control method and program |
JP2018103322A (en) | 2016-12-27 | 2018-07-05 | 株式会社ジェイテクト | Assist device |
JP2018199186A (en) | 2017-05-26 | 2018-12-20 | 株式会社ジェイテクト | Assist device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2020189346A (en) | 2020-11-26 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US20200368094A1 (en) | Power assist suit | |
US10710237B2 (en) | Assist device | |
JP6900849B2 (en) | Assist device | |
JP2020093375A (en) | Assist device | |
JP7095407B2 (en) | Assist device | |
US8292836B2 (en) | Walking assistance device and controller for the same | |
US7771373B2 (en) | Control device and control program of walking assisting device | |
JP7192528B2 (en) | assist device | |
EP2583657B1 (en) | Leg support device | |
US8177733B2 (en) | Body weight support device and body weight support program | |
US20090048686A1 (en) | Controller for walking assistance device | |
US20190358808A1 (en) | Assist device | |
KR101573840B1 (en) | The rehabilitation rail system with improved walk motion freedom | |
JP2018199186A (en) | Assist device | |
JP7310291B2 (en) | power assist suit | |
US8083702B2 (en) | Walking assistance device | |
JP7326865B2 (en) | power assist suit | |
JP2018199209A (en) | Assist device | |
KR20050041133A (en) | Walking training support robot with the distributed control of pneumatic actuator | |
JP2019206044A (en) | Assist device | |
JP2018199187A (en) | Assist device | |
JP2019206045A (en) | Assist device | |
JP2018198917A (en) | Assisting device | |
JP7017064B2 (en) | Assist device | |
JP6900851B2 (en) | Assist device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20220414 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20230228 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20230314 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20230510 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20230704 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20230717 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7326865 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |