JP7492293B1 - Wearable Assistive Robot Device - Google Patents

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JP7492293B1 JP2023060991A JP2023060991A JP7492293B1 JP 7492293 B1 JP7492293 B1 JP 7492293B1 JP 2023060991 A JP2023060991 A JP 2023060991A JP 2023060991 A JP2023060991 A JP 2023060991A JP 7492293 B1 JP7492293 B1 JP 7492293B1
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栄一 八木
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Abstract

【課題】装着者に、持ち上げ姿勢と中腰姿勢との確実かつ迅速な筋力補助をする装着型支援ロボット装置を提供する。【解決手段】体幹保持具20は、体幹保持具20の背後部材21に、巻胴52を有するアシスト駆動機構50が固定される。ベルト40の下方の一端部40aは、左右の大腿7に装着される大腿保持具30に連結される。ベルト40上方の他端部40bは、巻胴52に固定され、駆動源54の動力によって巻き取られて牽引され、アシスト力を発生して筋力補助をする。大腿保持具30は、左右の大腿7に大腿三角8をそれぞれ覆って装着され、大腿7の上方にずれることはなく、筋力補助が確実である。巻胴52によってベルト40を牽引するので、ねじ駆動などに比べて筋力補助の動作が迅速である。【選択図】 図1[Problem] To provide a wearable assist robot device that reliably and quickly assists the wearer in the lifting and squatting postures. [Solution] An assist drive mechanism 50 having a reel 52 is fixed to a back member 21 of a trunk holder 20. One end 40a below a belt 40 is connected to a thigh holder 30 worn on the left and right thighs 7. The other end 40b above the belt 40 is fixed to the reel 52 and is wound and pulled by the power of a drive source 54, generating an assist force to assist the muscle power. The thigh holders 30 are worn on the left and right thighs 7, covering the femoral triangle 8, respectively, and do not slip above the thighs 7, ensuring reliable muscle power assistance. As the belt 40 is pulled by the reel 52, the muscle power assistance action is quicker than with a screw drive or the like. [Selected Figure] Figure 1

Description

本発明は、装着者が行なう力作業などを支援するパワーアシストスーツ、パワーアシストロボット装置などと呼ばれる装着型支援ロボット装置に関する。 The present invention relates to a wearable assistive robot device, also known as a power assist suit or power assist robot device, which assists the wearer in performing physical labor and other tasks.

本件明細書中、用語「左右」、「前後」および「上下」など、ならびに「正面」、「側面、側部」、「平面」および「背後」などは、支援される装着者が、上体ともいうことがある体幹とともに両下肢を揃えて直立した姿勢における方向をいう。 In this specification, the terms "left and right," "front and back," "up and down," "front," "side," "plane," "back," and "back" refer to the directions of the wearer being supported when standing upright with both legs aligned along with the trunk, also known as the upper body.

図面のハッチング、斜線は、断面でない部分にも、構成を明瞭に示すために描かれることがある。 Hatching and diagonal lines in drawings may be used even on parts that are not cross-sectional views to clearly show the structure.

持ち上げ支援などのための筋力補助装置である従来の装着型支援ロボット装置(特許文献1)において、背中パッドは、上部パッドと、下部パッドと、それらを繋ぐ伸縮パッドとを有する。上部パッドと下部パッドとは、柔軟性が高く伸縮性は極めて小さい素材で形成される。伸縮パッドは、柔軟性と伸縮性の高い素材で形成される。上部パッドは、肩部に固定する一対のショルダサポートを備える。下部パッドには、左右の各大腿を環状にそれぞれ囲むバンド部材から成る一対の股関節サポートが、左右に間隔をあけて固定される。アクチュエータは、その上下の両端間距離を、モータのねじ駆動によって伸縮し、その一端は上部パッドに上部ワイヤを介して固定され、その他端は下部パッドに下部ワイヤを介して固定される。アクチュエータの伸縮駆動によって、上部パッドと下部パッドとの間の距離が変化して、装着者の肩部から背中側をまわって股関節部に至る距離が伸縮され、前屈を伴う動作の筋力補助がなされる。アクチュエータは、下部パッドに沿って配置される。 In a conventional wearable assistive robot device (Patent Document 1), which is a muscle-assisting device for lifting assistance, the back pad has an upper pad, a lower pad, and an elastic pad connecting them. The upper pad and the lower pad are made of a material that is highly flexible and has very little elasticity. The elastic pad is made of a material that is highly flexible and elastic. The upper pad has a pair of shoulder supports that are fixed to the shoulders. A pair of hip joint supports, each made of a band member that encircles each of the left and right thighs, are fixed to the left and right at a distance. The actuator expands and contracts the distance between its upper and lower ends by the screw drive of a motor, one end of which is fixed to the upper pad via an upper wire, and the other end of which is fixed to the lower pad via a lower wire. The expansion and contraction drive of the actuator changes the distance between the upper pad and the lower pad, expanding and contracting the distance from the wearer's shoulders around the back to the hip joints, providing muscle assistance for movements involving forward bending. The actuator is arranged along the lower pad.

この従来の装着型支援ロボット装置では、伸縮性が極めて小さい下部パッドに、左右の各股関節サポートがそれぞれ固定されるので、股関節サポートを、装着者の体幹および大腿の大きさに対応した適切な左右の位置に保持することができない。そのため、アクチュエータが収縮することによって、下部ワイヤを介して下部パッド、したがって股関節サポートを引き上げるとき、股関節サポートの大腿における保持位置が上方にずれる。したがって、前屈を伴う動作の確実な筋力補助が困難である。 In this conventional wearable assistive robot device, the left and right hip joint supports are fixed to lower pads that have very little elasticity, so the hip joint supports cannot be held in appropriate left and right positions corresponding to the size of the wearer's trunk and thighs. As a result, when the actuator contracts to pull up the lower pad, and therefore the hip joint supports, via the lower wire, the holding position of the hip joint supports on the thighs shifts upward. This makes it difficult to reliably provide muscle assistance for movements involving forward bending.

また、アクチュエータがモータのねじ駆動によって伸縮するので、装着者の前屈姿勢に対応して筋力補助の迅速な動作をすることができない。 In addition, because the actuator expands and contracts using the screw drive of the motor, it is not possible to provide rapid muscle assistance in response to the wearer's bending forward posture.

特開2005-339JP2005-339

本発明の目的は、装着者の前屈姿勢に対応して確実かつ迅速な筋力補助をすることができる装着型支援ロボット装置を提供することである。 The objective of the present invention is to provide a wearable assistive robot device that can reliably and quickly provide muscle support in response to the wearer's forward bending posture.

本発明は、
(a) 装着者4の体幹5の背後に配置される背後部材21を有し、体幹5に保持される体幹保持具20(図1)、120(図15)と、
(b) 装着者4の左右の大腿7に、大腿三角8をそれぞれ覆って装着される一対の大腿保持具30と、
(c) 体幹5の背後に沿って上下に延び、下方の一端部40aが、一対の大腿保持具30に連結されるベルト40と、
(d) 背後部材21に設けられるアシスト駆動機構50であって、
(d1) ベルト40の上方の他端部40bが固定され、ベルト40を巻き取る巻胴52と、
(d2) 駆動源54であって、
(d2-1) 巻胴52を駆動するモータ55と、
(d2-2) このモータ55の出力軸56の回転するモータ角度θmを検出するモータ角度検出器57とを有する駆動源54と、
(d3) 駆動源54によってベルト40を牽引して装着者4に、装着者4の手9に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力を与える制御部60であって、
(d3-1) 背後部材21に設けられ、体幹5の加速度αまたは角速度ωを検出するモーションセンサ61と、
(d3-2) 処理回路65であって、
(d3-2-1) モーションセンサ61の出力に応答し、体幹5の前屈角度θsを、加速度αまたは角速度ωを積分演算して求める前屈角度検出部66と、
(d3-2-2) 前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsによって持ち上げ姿勢を検出する姿勢検出部67と、
(d3-2-3) 姿勢検出部67の出力に応答し、持ち上げ姿勢が検出されたとき、駆動源54によって持ち上げ姿勢のための装着者4に与えるアシスト力を発生させるアシスト力設定部68と、
(d3-2-4) モータ角度検出器57の出力に応答し、前屈角度検出部66の前屈角度θsをモータ角度θmに基づいて補正する前屈角度補正部71とを有する処理回路65とを備える制御部60を持つアシスト駆動機構50とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置である。
The present invention relates to
(a) a trunk support 20 (FIG. 1), 120 (FIG. 15) having a back member 21 arranged behind the trunk 5 of the wearer 4 and held by the trunk 5;
(b) a pair of thigh holders 30 to be attached to the left and right thighs 7 of the wearer 4 so as to cover the femoral triangles 8,
(c) a belt 40 that extends vertically along the back of the trunk 5 and has a lower end 40a connected to the pair of thigh holders 30;
(d) an assist drive mechanism 50 provided on the rear member 21,
(d1) a winding drum 52 to which the other upper end 40b of the belt 40 is fixed and which winds up the belt 40;
(d2) a drive source 54,
(d2-1) a motor 55 that drives the winding drum 52;
(d2-2) A drive source 54 having a motor angle detector 57 for detecting a motor angle θm at which the output shaft 56 of the motor 55 rotates;
(d3) a control unit 60 that pulls the belt 40 by the driving source 54 to give the wearer 4 an assist force for lifting the load acting on the hand 9 of the wearer 4 in a lifting posture,
(d3-1) A motion sensor 61 provided on the back member 21 for detecting the acceleration α or angular velocity ω of the trunk 5;
(d3-2) A processing circuit 65,
(d3-2-1) a forward bending angle detection unit 66 that determines a forward bending angle θs of the trunk 5 by integrating the acceleration α or the angular velocity ω in response to an output of the motion sensor 61;
(d3-2-2) a posture detection unit 67 that detects a lifting posture based on a forward bending angle θs in response to an output of the forward bending angle detection unit 66;
(d3-2-3) an assist force setting unit 68 that is responsive to an output of the posture detection unit 67 and that generates an assist force to be applied to the wearer 4 for the lifting posture by the drive source 54 when the lifting posture is detected;
(d3-2-4) A wearable assistive robot device including an assist drive mechanism 50 having a control unit 60 equipped with a processing circuit 65 having a forward bending angle correction unit 71 that responds to the output of a motor angle detector 57 and corrects the forward bending angle θs of a forward bending angle detection unit 66 based on the motor angle θm.

本発明によれば、装着者4は装着型支援ロボット装置1の体幹保持具20を装着し、左右一対の大腿保持具30を大腿7に装着する。体幹保持具20は、体幹5に保持されるために、装着者4の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト22(図1)を有してもよいが、腰11の上部に配置されて腰11を環状に外囲する、たとえば、細長い扁平な帯状の腰支持体103(図15)を有してもよく、その他の構成によって、体幹5に下方に作用する荷重が保持される構成を有してもよい。 According to the present invention, the wearer 4 wears the trunk holder 20 of the wearable assistive robot device 1 and wears a pair of left and right thigh holders 30 on the thighs 7. To be held by the trunk 5, the trunk holder 20 may have a pair of left and right shoulder belts 22 (Fig. 1) that respectively cover the left and right shoulders of the wearer 4, but may also have, for example, a long, thin, flat, belt-like waist support 103 (Fig. 15) that is placed above the waist 11 and surrounds the waist 11 in a ring shape, or may have another configuration that holds a load acting downward on the trunk 5.

体幹保持具20の装着状態で、ベルト40は、体幹5の背後に沿って、したがって背後部材21の後方で、上下に延びる。そのベルト40の下方の一端部40aは、大腿保持具30に連結される。ベルト40の上方の他端部40bは、背後部材21に設けられるアシスト駆動機構50における巻胴52に固定される。巻胴52は、駆動源54のモータ55の動力によってベルト40を巻き取る。制御部60は、駆動源54によってベルト40を牽引して、手9などに作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシスト力を、装着者4に与える。モータ55は、たとえば、トルクモータなどであってもよい。 When the torso holder 20 is worn, the belt 40 extends vertically along the back of the torso 5, and therefore behind the back member 21. The lower end 40a of the belt 40 is connected to the thigh holder 30. The upper end 40b of the belt 40 is fixed to a reeling drum 52 in an assist drive mechanism 50 provided on the back member 21. The reeling drum 52 reels the belt 40 by the power of a motor 55 of a drive source 54. The control unit 60 pulls the belt 40 by the drive source 54 to provide the wearer 4 with an assist force for lifting a load acting on the hands 9, etc., in a lifting posture, and an assist force for supporting the mass of the upper body to maintain a half-squat posture in a half-squat posture. The motor 55 may be, for example, a torque motor.

一対の各大腿保持具30は、左右の大腿三角8をそれぞれ覆って大腿7を環状に囲んでそれぞれ装着される。そのため、ベルト40の一端部40aが各大腿保持具30に連結されており、ベルト40がアシスト力を発揮するために巻胴52に巻き取られて引き上げられて牽引されるとき、大腿保持具30の大腿における保持位置が上方にずれることはない。したがって、持ち上げ姿勢および中腰姿勢におけるアシスト力によって、前屈を伴う動作の確実な筋力補助ができる。 The pair of thigh holders 30 are attached to the thighs 7, covering the left and right femoral triangles 8, respectively. Therefore, one end 40a of the belt 40 is connected to each thigh holder 30, and when the belt 40 is wound around the spool 52 and pulled up to exert an assisting force, the thigh holders 30 do not shift upward in their holding position on the thighs. Therefore, the assisting force in the lifting and squatting positions can reliably assist the muscles in movements involving forward bending.

また、ベルト40が巻胴52に巻き取られて牽引される構成であり、前述の従来技術におけるモータのねじ駆動によってワイヤを伸縮する構成ではない。したがって、装着者4の前屈姿勢に対応して迅速な筋力補助をすることができる。 In addition, the belt 40 is wound around the drum 52 and pulled, rather than being stretched and contracted by a screw drive of a motor as in the prior art described above. Therefore, it is possible to provide rapid muscle assistance in response to the forward bending posture of the wearer 4.

本発明によれば、背後部材21に設けられるモーションセンサ61は、体幹5の加速度αまたは角速度ωを検出し、前屈角度検出部66は、この加速度αまたは角速度ωを積分演算し、体幹5の前屈角度θsを演算して求める。前屈角度θsは、装着者4が腰を折って屈(かが)んだ前傾の姿勢において、大腿7を含む下肢を直立した鉛直線からの脊柱を真っ直ぐにした、股関節または臀部を通る左右の軸線まわりの体幹5の前屈した角度であり、これを姿勢角度ということもできる。 According to the present invention, the motion sensor 61 provided on the back member 21 detects the acceleration α or angular velocity ω of the trunk 5, and the forward bending angle detection unit 66 integrates this acceleration α or angular velocity ω to calculate and obtain the forward bending angle θs of the trunk 5. The forward bending angle θs is the angle of forward bending of the trunk 5 about the left and right axes passing through the hip joints or buttocks when the wearer 4 is in a forward bending posture with the waist bent (crouched) and the lower limbs including the thighs 7 are upright and the spine is straightened, and this can also be called the posture angle.

姿勢検出部67は、前屈角度θsによって持ち上げ姿勢を検出する。アシスト力設定部68は、駆動源54によって、したがって、そのモータ55が巻胴52を駆動して、ベルト40を巻胴52に巻き取って牽引することによって、持ち上げ姿勢のための装着者4に与える牽引力であるアシスト力を発生させる。 The posture detection unit 67 detects the lifting posture based on the forward bending angle θs. The assist force setting unit 68 generates an assist force, which is a pulling force applied to the wearer 4 for the lifting posture , by the drive source 54, i.e., the motor 55 driving the reel 52 to reel the belt 40 onto the reel 52 and pull it.

アシスト力設定部68によって、持ち上げ姿勢のためのアシスト力は、たとえば、強10kgf、中8kgf、弱6kgf相当の持ち上げ力となるようにモータ55の出力を設定できる。モータ55がトルクモータである構成では、その出力トルクを駆動電圧によって設定できる。 The output of the motor 55 can be set by the assist force setting unit 68 so that the assist force for the lifting posture is, for example, a lifting force equivalent to strong 10 kgf, medium 8 kgf, or weak 6 kgf. If the motor 55 is a torque motor, the output torque can be set by the drive voltage.

本発明によれば、前屈角度検出部66は、モーションセンサ61によって検出した体幹5の加速度αまたは角速度ωを、積分演算して、前屈角度θsを求める。したがって、積分演算を続けると、ノイズが加算されて、いわゆるドリフト誤差を生じ、前屈角度θsの演算値が実際の正しい角度から徐々にずれていく。 According to the present invention, the forward bending angle detection unit 66 determines the forward bending angle θs by integrating the acceleration α or angular velocity ω of the trunk 5 detected by the motion sensor 61. Therefore, when the integration is continued, noise is added, causing a so-called drift error, and the calculated value of the forward bending angle θs gradually deviates from the actual correct angle.

この問題を解決するために、本発明では、前屈角度補正部71が設けられる。前屈角度補正部71は、前屈角度検出部66による前屈角度θsの演算値を、誤差が生じないように、または、誤差が小さくなるように補正する。前屈角度補正部71は、積分時の予め定める時間間隔毎の繰り返し演算毎の初期角度(または或る時点での角度、境界条件)として、モータ角度検出器57からの出力を用いる。モータ角度検出器57からの出力はドリフト誤差などが存在しないことが重要である。モータ角度検出器57は、モータ55の出力軸56の回転角度であるモータ角度θmをそのまま検出するので、その検出値は出力軸56の実際の正しい角度からずれることはない。 To solve this problem, the present invention provides a forward bending angle correction unit 71. The forward bending angle correction unit 71 corrects the calculated value of the forward bending angle θs by the forward bending angle detection unit 66 so that no error occurs or so that the error is reduced. The forward bending angle correction unit 71 uses the output from the motor angle detector 57 as the initial angle (or angle at a certain point in time, boundary condition) for each repeated calculation at a predetermined time interval during integration. It is important that the output from the motor angle detector 57 does not include drift errors. The motor angle detector 57 detects the motor angle θm, which is the rotation angle of the output shaft 56 of the motor 55, as it is, so the detected value does not deviate from the actual correct angle of the output shaft 56.

本発明は、
駆動源54はさらに、
モータ55の出力軸56の動力を巻胴52に伝達するトルクリミタ80であって、モータ55による巻胴52のベルト40を巻き取る一方向の駆動時に、ベルト40に、巻胴52のベルト40を巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴52が出力軸56に対して前記他方向の回転のすべりを発生するトルクリミタ80を有し、
処理回路65はさらに、
トルクリミタ80のすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部72と、
すべり発生検出部72の出力に応答し、巻胴52がモータ55の出力軸56に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部73と、
すべり角度演算部73の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θm1をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θm2を、前屈角度補正部71に前屈角度θsの補正のために与えるモータ角度補正部74とを有することを特徴とする。
The present invention relates to
The driving source 54 further includes:
a torque limiter 80 that transmits the power of the output shaft 56 of the motor 55 to the winding drum 52, and when an excessive tensile force equal to or greater than a predetermined value acts on the belt 40 in the other direction, that is, in the driving of the motor 55 in one direction to wind up the belt 40 of the winding drum 52, the torque limiter 80 causes the winding drum 52 to slip in rotation in the other direction relative to the output shaft 56;
The processing circuitry 65 further
A slippage occurrence detection unit 72 that detects the occurrence of slippage of the torque limiter 80;
a slip angle calculation unit 73 that determines a slip angle δ at which the winding drum 52 slips relative to the output shaft 56 of the motor 55 in response to an output of the slip occurrence detection unit 72;
and a motor angle correction unit 74 which, in response to the output of the slip angle calculation unit 73, corrects the motor angle θm1 immediately before the occurrence of the slip based on the slip angle δ when the occurrence of the slip is detected, and provides this corrected motor angle θm2 to the forward bending angle correction unit 71 for correcting the forward bending angle θs.

モータ角度θmは、次の(a)および(b)の各場合、巻胴52の回転角度、したがって、ベルト40のベルト長さLに対応する。(a)モータ55の出力軸56と巻胴52との間に、モータ55を保護するためのトルクリミタ80が介在されない構成、および(b)トルクリミタ80が設けられているが、出力軸56と巻胴52との間に、すべりを生じない状態。これらの各場合(a)、(b)では、モータ角度検出器57の出力であるモータ角度θmは、巻胴52の回転角度に一致し、ベルト長さL(すなわち、ベルト40の大腿保持具30に連結される一端部40aと、他端部40bが巻き取られた巻胴52との間の長さ)に対応する。このベルト長さLは、トルクリミタ80の有無に拘らず、装着者4の前屈角度θsに対応し、装着者4が深く屈んで前屈角度θsが大きくなるにつれて、長い値になる。前屈角度補正部71は、前屈角度検出部66からの前屈角度θsを、前記各場合(a)、(b)のモータ角度θmを基準として補正し、前屈角度θsに含まれるドリフト誤差などの誤差をなくす。 The motor angle θm corresponds to the rotation angle of the winding drum 52, and therefore the belt length L of the belt 40, in the following cases (a) and (b). (a) A configuration in which a torque limiter 80 for protecting the motor 55 is not interposed between the output shaft 56 of the motor 55 and the winding drum 52, and (b) A state in which the torque limiter 80 is provided but no slippage occurs between the output shaft 56 and the winding drum 52. In each of these cases (a) and (b), the motor angle θm, which is the output of the motor angle detector 57, corresponds to the rotation angle of the winding drum 52 and corresponds to the belt length L (i.e., the length between one end 40a of the belt 40 connected to the thigh holder 30 and the winding drum 52 on which the other end 40b is wound). This belt length L corresponds to the forward bending angle θs of the wearer 4, regardless of the presence or absence of the torque limiter 80, and becomes longer as the wearer 4 bends deeply and the forward bending angle θs becomes larger. The forward bending angle correction unit 71 corrects the forward bending angle θs from the forward bending angle detection unit 66 based on the motor angle θm in each of the cases (a) and (b) described above, eliminating errors such as drift errors contained in the forward bending angle θs.

もう1つの場合(c)を想定すると、トルクリミタ80が設けられ、出力軸56と巻胴52との間に、すべりを発生した場合が挙げられる。この場合(c)、すべり発生の前後で出力軸56は角変位していないので、すべり直後のモータ角度検出器57の出力は、すべり直前のベルト長さL1に対応するモータ角度θm1のままであり、すべり直後のベルト長さL2に対応したモータ角度θm2ではない。そこで、次に述べる処理回路65のモータ角度補正部74によって、モータ角度検出器57の出力は、すべり発生の前後における前屈角度θs1、θs2に基づいて、すべり直後のベルト長さL2に対応するモータ角度θm2に補正される。その後、モータ角度検出器57の補正された出力θmを基準として前屈角度θsが補正され、前屈角度θsに含まれるドリフト誤差などの誤差をなくす。 Assuming another case (c), a torque limiter 80 is provided and slippage occurs between the output shaft 56 and the winding drum 52. In this case (c), the output shaft 56 does not undergo angular displacement before and after the occurrence of the slippage, so the output of the motor angle detector 57 immediately after the slippage remains the motor angle θm1 corresponding to the belt length L1 immediately before the slippage, and is not the motor angle θm2 corresponding to the belt length L2 immediately after the slippage. Therefore, the output of the motor angle detector 57 is corrected to the motor angle θm2 corresponding to the belt length L2 immediately after the slippage based on the forward bending angles θs1 and θs2 before and after the occurrence of the slippage by the motor angle correction unit 74 of the processing circuit 65 described next. After that, the forward bending angle θs is corrected based on the corrected output θm of the motor angle detector 57 as a reference, and errors such as drift errors contained in the forward bending angle θs are eliminated.

本発明によれば、モータ55がトルクリミタ80を介して巻胴52によってベルト40を巻き取る一方向に駆動して装着者4にアシスト力を与えている状態で、前述の場合(c)において、たとえば、装着者4が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、前屈角度検出部66によって得られる前屈角度θsは、急変して大きな値になる。このとき、ベルト40には、過大な引張力が作用する。この過大な引張力は、持ち上げ姿勢および中腰姿勢のためのアシスト力を超える値であって、巻胴52のベルト40を巻き出してほどく他方向の予め定める値であり、たとえば、15kgf以上の引張力である。これによって、巻胴52は出力軸56に対して、すべり角度δだけ、前記他方向の回転のすべりを発生し、モータ55が保護される。 According to the present invention, in the state where the motor 55 drives the reel drum 52 via the torque limiter 80 in one direction to reel the belt 40 and provide the wearer 4 with an assist force, in the above-mentioned case (c), for example, when the wearer 4 suddenly assumes a bent-over posture, the forward bending angle θs obtained by the forward bending angle detection unit 66 suddenly changes to a large value. At this time, an excessive pulling force acts on the belt 40. This excessive pulling force is a value that exceeds the assist force for the lifting posture and the half-squat posture, and is a predetermined value in the other direction to reel out and unwind the belt 40 of the reel drum 52, for example, a pulling force of 15 kgf or more. As a result, the reel drum 52 generates a rotational slip in the other direction by the slip angle δ with respect to the output shaft 56, and the motor 55 is protected.

本発明は、
すべり発生検出部72は、
前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsを常時監視し、前屈角度θsが予め定める短時間ΔWに大きく急変した前屈角度θsの前後の各値θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)が予め定める値Δθs0以上に大きくなったとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする。
The present invention relates to
The slip occurrence detection unit 72 is
The forward bending angle θs is constantly monitored in response to the output of the forward bending angle detection unit 66, and when the forward bending angle θs changes significantly and suddenly within a predetermined short period of time ΔW, the change amount Δθs (=θs2-θs1) of each of the values θs1 and θs2 before and after the forward bending angle θs becomes equal to or larger than a predetermined value Δθs0, the occurrence of slippage is detected.

すべり発生検出部72は、トルクリミタ80のすべりが発生したことを検出する。
本発明によれば、すべり発生検出部72は、前屈角度検出部66によって得られる前屈角度θsが予め定める短時間ΔWに大きく急変したことを検出することによって、トルクリミタ80のすべりが発生したことを検出する。たとえば、予め定める短時間ΔWに大きく急変した前屈角度θsの前後の各値θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)が予め定める値Δθs0以上に大きくなったとき(Δθs0 ≦ Δθs)、すべりの発生が検出される。
The slippage detection unit 72 detects the occurrence of slippage in the torque limiter 80 .
According to the present invention, the slip occurrence detection unit 72 detects that the forward bending angle θs obtained by the forward bending angle detection unit 66 has suddenly changed significantly within a predetermined short time ΔW, thereby detecting the occurrence of slip of the torque limiter 80. For example, when the amount of change Δθs (=θs2-θs1) of the values θs1 and θs2 before and after the forward bending angle θs that has suddenly changed significantly within a predetermined short time ΔW becomes equal to or larger than a predetermined value Δθs0 (Δθs0≦Δθs), the occurrence of slip is detected.

このように、装着者4が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、トルクリミタ80はすべり現象を生じるが、モータ55の出力軸56のモータ角度検出器57で検出されるモータ角度θmは、変化せず、すべりの前後で一定値のままである。巻胴52は、出力軸56に対してすべり角度δだけ回転してベルト40を巻き出してほどく。そのとき、モーションセンサ61で検出される体幹5の加速度αまたは角速度ωを積分演算して得られる前屈角度θsは、急に屈んだ前傾の姿勢に対応して、急変前の値θs1から急変後のθs2に急増する。したがって、トルクリミタ80がすべり現象を発生したことは、前屈角度θsが急増したことを検出することによって推測して検出できる。 In this way, when the wearer 4 suddenly assumes a bent forward-leaning posture, the torque limiter 80 slips, but the motor angle θm detected by the motor angle detector 57 of the output shaft 56 of the motor 55 does not change and remains constant before and after the slip. The reel 52 rotates by the slip angle δ relative to the output shaft 56 to unwind and unwind the belt 40. At that time, the forward-leaning angle θs obtained by integrating the acceleration α or angular velocity ω of the trunk 5 detected by the motion sensor 61 increases rapidly from the value θs1 before the sudden change to θs2 after the sudden change, corresponding to the sudden bent forward-leaning posture. Therefore, it can be inferred that the torque limiter 80 has caused a slip phenomenon by detecting the sudden increase in the forward-leaning angle θs.

本発明は、
すべり発生検出部72は、
前屈角度検出部66とモータ角度検出器57との出力に応答し、前屈角度検出部66によって検出される前屈角度θsと、モータ角度検出器57によって検出されるモータ角度θmとの差Δθsmを常時監視し、
その差Δθsmが急変したとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする。
The present invention relates to
The slip occurrence detection unit 72 is
In response to the outputs of the forward bending angle detection unit 66 and the motor angle detector 57, a difference Δθsm between the forward bending angle θs detected by the forward bending angle detection unit 66 and the motor angle θm detected by the motor angle detector 57 is constantly monitored;
When the difference Δθsm suddenly changes, the occurrence of slippage is detected.

本発明によれば、前屈角度θsとモータ角度θmとの差Δθsm(=θs-θm)を常時監視し、すべりが発生した直後、差Δθsm(=θs2-θm1)が急変して大きくなるので、このとき、すべりが発生したことを検出する。 According to the present invention, the difference Δθsm (= θs - θm) between the forward bending angle θs and the motor angle θm is constantly monitored, and immediately after the occurrence of a slip, the difference Δθsm (= θs2 - θm1) suddenly changes and becomes large, and at this point, the occurrence of a slip is detected.

本発明は、
すべり角度演算部73は、
すべり角度δと前屈角度θsの急変前後の前屈角度θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)との対応関係を予め準備してストアするメモリを有し、変化量Δθsからすべり角度δを演算して求めることを特徴とする。
The present invention relates to
The slip angle calculation unit 73 calculates
The device is characterized in that it has a memory for storing a correspondence relationship between the slip angle δ and the amount of change Δθs (=θs2-θs1) in the forward bending angles θs1 and θs2 before and after a sudden change in the forward bending angle θs, and calculates and determines the slip angle δ from the amount of change Δθs.

モータ角度θmのすべり角度δは、前屈角度θsの急変前後の前屈角度θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)に対応している。したがって、すべり角度演算部73では、たとえば、すべり角度δと変化量Δθsとの対応関係を、メモリに予め準備してストアしておき、その対応関係に基づいて、変化量Δθsからすべり角度δを演算して求められる。 The slip angle δ of the motor angle θm corresponds to the amount of change Δθs (= θs2 - θs1) between the forward bending angles θs1 and θs2 before and after the sudden change in the forward bending angle θs. Therefore, in the slip angle calculation unit 73, for example, the correspondence between the slip angle δ and the amount of change Δθs is prepared and stored in advance in memory, and the slip angle δ is calculated from the amount of change Δθs based on that correspondence.

本発明は、
すべり角度演算部73は、
半径Rの巻胴52からすべり発生直前のモータ角度θm1とすべり角度δの回転によって巻き出されたベルト40のベルト長さL(式1、図12~図14)が、すべり発生直後の前屈角度θs2における5個の腰椎LB1~LB5の全長LA(式5)と等しいことによって演算されるすべり角度δを求めることを特徴とする。
The present invention relates to
The slip angle calculation unit 73 calculates
The slip angle δ is calculated by determining that the belt length L (Equation 1, FIGS. 12 to 14) of the belt 40 unwound from the winding drum 52 of radius R by rotation at the motor angle θm1 and slip angle δ just before the occurrence of slippage is equal to the total length LA (Equation 5) of the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 at the forward bending angle θs2 just after the occurrence of slippage.

実施の他の形態における、すべり角度演算部73では、すべり角度δは、後述の図12~図14を参照して式(1)~(5)のとおり演算して求められる。 In another embodiment, the slip angle calculation unit 73 calculates the slip angle δ according to equations (1) to (5) with reference to Figures 12 to 14 described below.

本発明は、
姿勢検出部67はさらに、前屈角度θsが予め定める時間W1以上継続することによって中腰姿勢を検出し、
アシスト力設定部68はさらに、姿勢検出部67の出力に応答し、中腰姿勢が検出されたとき、駆動源54によって中腰姿勢のための装着者4に与えるアシスト力を発生させことを特徴とする請求項1に記載の装着型支援ロボット装置である。
The present invention relates to
The posture detection unit 67 further detects a half-squatting posture when the forward bending angle θs continues for a predetermined time W1 or more.
The wearable assistive robot device according to claim 1, further characterized in that the assist force setting unit 68 responds to the output of the posture detection unit 67, and when a squatting posture is detected, generates an assist force to be applied to the wearer 4 for the squatting posture by the drive source 54.

姿勢検出部67は、前屈角度θsが予め定める時間W1(たとえば、3秒)以上継続することによって中腰姿勢を検出する。アシスト力設定部68は、駆動源54によって、したがって、そのモータ55が巻胴52を駆動して、ベルト40を巻胴52に巻き取って牽引することによって、中腰姿勢のための装着者4に与える牽引力であるアシスト力をそれぞれ発生させる。 The posture detection unit 67 detects the squatting posture when the forward bending angle θs continues for a predetermined time W1 (e.g., 3 seconds) or more. The assist force setting unit 68 generates an assist force, which is a pulling force applied to the wearer 4 for the squatting posture, by the drive source 54, and therefore the motor 55, driving the hoisting drum 52 to wind and pull the belt 40 around the hoisting drum 52.

アシスト力設定部68によって、中腰姿勢のためのアシスト力は、持ち上げ姿勢のための各アシスト力の、たとえば、60%となるようにモータ55の出力を設定できる。 The assist force setting unit 68 can set the output of the motor 55 so that the assist force for the crouching position is, for example, 60% of the assist force for the lifting position .

本発明は、
処理回路65はさらに、アシスト力停止部69を有し、このアシスト力停止部69は、前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部68の駆動源54によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト40を、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴52によって巻き取るようにモータ55の出力トルクを設定することを特徴とする。
The present invention relates to
The processing circuit 65 further has an assist force stopping unit 69, which responds to the output of the forward bending angle detection unit 66 and stops the generation of the assist force by the drive source 54 of the assist force setting unit 68 when the forward bending angle θs becomes a predetermined initial setting value, and is characterized in that, in a state in which the generation of the assist force is stopped, the output torque of the motor 55 is set so that the belt 40 is wound up by the winding drum 52 with a winding force that eliminates slack in the belt 40.

本発明によれば、処理回路65はさらに、アシスト力停止部69を有する。このアシスト力停止部69は、前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsが予め定める初期設定値になったとき、たとえば、前屈角度θsが装着者4の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θsが、たとえば、10°未満の前屈状態における予め定める値になったとき、アシスト力設定部68の駆動源54によるアシスト力の発生を停止する。こうして、ベルト40を巻胴52に巻き取った後のモーションセンサ61で読み取った前屈角度θsを、初期設定してメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了する前屈角度としてもよい。さらに、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト40の弛みをなくすために、ベルト40を巻き上げ力、たとえば、0.5~1.0kgfで巻き取るようにモータ55の出力トルクが設定される。または、その初期設定される前屈角度θsに代えて、ベルト40を巻胴52に巻き取った後のモータ55のモータ角度θm0を、初期設定してメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了するモータ角度としてもよい。 According to the present invention, the processing circuit 65 further includes an assist force stop unit 69. This assist force stop unit 69 responds to the output of the forward bending angle detection unit 66, and when the forward bending angle θs becomes a predetermined initial setting value, for example, when the forward bending angle θs becomes a predetermined value in a forward bending state of less than 10°, in which the wearer 4 is in an upright state or a forward bending angle θs approximating the upright state becomes, for example, a predetermined value in the forward bending state of less than 10°, stops the generation of the assist force by the drive source 54 of the assist force setting unit 68. In this way, the forward bending angle θs read by the motion sensor 61 after the belt 40 is wound on the winding drum 52 may be initially set and stored in memory, and may be used as the forward bending angle at which lifting or half-sitting muscle assistance ends. Furthermore, in order to eliminate slack in the belt 40 while the generation of such an assist force is stopped, the output torque of the motor 55 is set so that the belt 40 is wound up with a winding force, for example, 0.5 to 1.0 kgf. Alternatively, instead of the initially set forward bending angle θs, the motor angle θm0 of the motor 55 after the belt 40 is wound around the winding drum 52 may be initially set and stored in memory as the motor angle at which muscle assistance for lifting or squatting ends.

本発明は、
ベルト40は、単1本から成り、その一端部40aが一対の大腿保持具30に連結され、
体幹保持具120(図15)は、背後部材121に設けられる腰支持体103を有し、この腰支持体103は、腰11の骨盤における寛骨の上部に配置されて腰11を外囲し、腰11で下向きの荷重を受けることを特徴とする。
The present invention relates to
The belt 40 is made of a single piece, and one end 40a of the belt 40 is connected to the pair of thigh holders 30.
The trunk support 120 (FIG. 15) has a waist support 103 provided on a back member 121, and this waist support 103 is placed on the upper part of the hip bone in the pelvis of the waist 11 to surround the waist 11, and is characterized in that it receives a downward load at the waist 11.

本発明によれば、一対の各大腿保持具30は、左右の大腿三角8をそれぞれ覆うので、相互にごく近接して配置される。したがって、単1本のベルト40の一端部40aが各大腿保持具30に共通に連結できる。これによって、各大腿保持具30毎にベルトをそれぞれ設ける必要がなく、構成が簡略化される。 According to the present invention, the pair of thigh holders 30 are arranged very close to each other, since they cover the left and right femoral triangles 8, respectively. Therefore, one end 40a of a single belt 40 can be commonly connected to each thigh holder 30. This simplifies the configuration, as there is no need to provide a belt for each thigh holder 30.

本発明によれば、図15に示される腰支持体103は、腰11の上部に配置されるので、腰11によって下向きの荷重を受けることができる。腰11の上部は、骨盤における寛骨の上部である。腰支持体103は、たとえば、体幹5の周囲に沿って環状に囲む、少なくとも一部分が扁平な帯状に構成されてもよい。 According to the present invention, the lumbar support 103 shown in Fig. 15 is disposed on the upper part of the waist 11, and is therefore capable of receiving a downward load from the waist 11. The upper part of the waist 11 is the upper part of the hip bone in the pelvis. The lumbar support 103 may be configured, for example, in the shape of a flattened belt having at least a portion that surrounds the circumference of the trunk 5 in a circular shape.

持ち上げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力は、腰支持体103による骨盤上部、したがって、大腿7を含む下肢に関連して作用する。本発明では、肩ベルト122を通して体幹5である上体を引張り上げて作用するものではない。したがって、装着者4は、体幹5が背側に凹に弯曲してえびぞりにならず、上体を引き起こすようにベルト40の牽引によるアシスト力が作用する。これによって、アシスト力がスムーズに体幹5である上体に伝わるので、疲れにくい。
体幹保持具120は、装着者4の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト122を有してもよいが、省略されてもよい。
The lifting assist force and squatting posture maintaining assist force act in relation to the upper part of the pelvis by the waist support 103, and therefore the lower limbs including the thighs 7. In the present invention, they do not act by pulling up the upper body, which is the trunk 5, through the shoulder belts 122. Therefore, the assist force by the pulling of the belts 40 acts on the wearer 4 so as to raise the upper body without causing the trunk 5 to bend concavely toward the back and arching backwards. As a result, the assist force is smoothly transmitted to the upper body, which is the trunk 5, so the wearer is less likely to get tired.
The torso support 120 may have a pair of left and right shoulder belts 122 that respectively cover the left and right shoulders of the wearer 4, but these may be omitted.

本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置1を、装着者4に装着した状態で背後から見た背面図である。FIG. 1 is a rear view of a wearable assistive robot device 1 according to an embodiment of the present invention, as viewed from behind in a state in which the wearer 4 wears the device. 装着型支援ロボット装置1の装着状態を示す正面図である。FIG. 2 is a front view showing the wearable assistive robot device 1 in a worn state. 装着型支援ロボット装置1の装着状態を示す側面図である。FIG. 2 is a side view showing the wearable assistive robot device 1 in a worn state. アシスト駆動機構50の基台58に設けられた巻胴52と駆動源54と制御部60と2次電池78とを示す後方から見た正面図である。5 is a front view seen from the rear showing the winding drum 52, the driving source 54, the control unit 60, and the secondary battery 78 mounted on the base 58 of the assist drive mechanism 50. FIG. 図4に示されるアシスト駆動機構50の側面図である。FIG. 5 is a side view of the assist drive mechanism 50 shown in FIG. 4 . 巻胴52とトルクリミタ80とを示す断面図である。4 is a cross-sectional view showing the winding drum 52 and the torque limiter 80. FIG. 巻胴52とトルクリミタ80とを示す分解斜視図である。2 is an exploded perspective view showing the winding drum 52 and the torque limiter 80. FIG. 装着者4の前屈角度θsを説明するための簡略化した側面図である。FIG. 11 is a simplified side view for explaining the forward bending angle θs of the wearer 4. 支援ロボット装置1の電気的構成を示す電気回路図である。FIG. 2 is an electric circuit diagram showing the electrical configuration of the support robot device 1. 装着型支援ロボット装置1の処理回路65によって実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。13 is a flowchart showing the procedure of an assist suit control process executed by the processing circuit 65 of the wearable assist robot device 1. 処理回路65によって実行される図10のステップs9におけるすべり発生と前屈角度θsの補正とに関連する具体的な動作を示すフローチャートである。11 is a flowchart showing specific operations related to the occurrence of slippage and the correction of the forward bending angle θs in step s9 of FIG. 10, which are executed by the processing circuit 65. 装着者4の直立位で脊柱における腰椎LB1~LB5とその付近を左外方から見た側面図である。This is a side view of the lumbar vertebrae LB1 to LB5 of the spine and their surrounding areas when the wearer 4 is in an upright position, as viewed from the left lateral side. 装着者4が前屈した姿勢で5個の腰椎LB1~LB5が屈曲した状態を簡略化して示す左側面図である。1 is a simplified left side view showing a state in which the wearer 4 is in a forward bending position with five lumbar vertebrae LB1 to LB5 bent. 装着者4が直立した姿勢で5個の腰椎LB1~LB5が屈曲していない状態を簡略化して示す左側面図である。1 is a simplified left side view showing a state in which the wearer 4 is in an upright position and the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 are not bent. 本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置101を、装着者4に装着した状態で背後から見た背面図である。FIG. 11 is a rear view of a wearable assistive robot device 101 according to another embodiment of the present invention, seen from behind in a state in which the wearer 4 wears the device.

図1は本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置1を、装着者4に装着した状態で背後から見た背面図であり、図2は装着型支援ロボット装置1の装着状態を示す正面図であり、図3は装着型支援ロボット装置1の装着状態を示す側面図である。装着型支援ロボット装置1は、それを装着した装着者4の正中矢状面に関して左右にほぼ面対称に構成され、本件明細書、図面中、左右の構成要素の参照符は、左右を個別的に示すために数字に添え字L、Rをそれぞれ付し、総括的に数字だけで示す。これらの図面を参照して、装着型支援ロボット装置1は、装着者4の体幹5に保持される体幹保持具20と、装着者4の左右の大腿7に装着される一対の大腿保持具30と、体幹5の背後に沿って上下に延びる単1本のベルト40と、ベルト40を牽引駆動して装着者4に持ち上げのアシスト力および中腰姿勢を保持するアシスト力を与えるアシスト駆動機構50とを備える。体幹保持具20は、体幹5の背後に配置される背後部材21を有する。背後部材21には、装着者4の左右の肩を覆う肩ベルト22が取り付けられる。背後部材21は、たとえば、肩甲上部から肩甲部の下部付近まで延び、比較的小形に形成される。大腿保持具30は、大腿7を環状に囲む一対の各保持ベルト31の両端部が連結具32で着脱可能に連結され、左右の大腿三角8をそれぞれ覆って装着される。大腿保持具30の保持ベルト31は、体幹5の内側寄りで近接した各連結片41によって、ベルト40の下方の一端部40aに連結される。左右の保持ベルト31は、大腿三角8をそれぞれ覆って、ごく近接して配置され、比較的短い各連結片41に個別的に連結できるので、保持ベルト31を、装着者4の体幹5および大腿7の大きさに対応した適切な左右の位置に保持することができる。そのため、ベルト40によって、保持ベルト31を引き上げるとき、各大腿保持具30の大腿7における保持位置が上方にずれることはない。したがって、前屈を伴う動作の筋力補助が確実である。ベルト40は、扁平であり、可撓性を有し、伸縮しない特性を有する。 1 is a rear view of a wearable assistive robot device 1 according to an embodiment of the present invention, seen from behind when worn by a wearer 4, FIG. 2 is a front view showing the wearable assistive robot device 1 being worn, and FIG. 3 is a side view showing the wearable assistive robot device 1 being worn. The wearable assistive robot device 1 is configured to be substantially symmetrical on the left and right sides with respect to the midsagittal plane of the wearer 4 wearing it, and in this specification and drawings, the reference numbers for the left and right components are generally indicated by numbers alone, with the suffixes L and R added to the numbers to indicate the left and right individually. With reference to these drawings, the wearable assistive robot device 1 comprises a trunk holder 20 held on the trunk 5 of the wearer 4, a pair of thigh holders 30 worn on the left and right thighs 7 of the wearer 4, a single belt 40 extending vertically along the back of the trunk 5, and an assist drive mechanism 50 that drives the belt 40 to provide the wearer 4 with an assist force for lifting and an assist force for maintaining a half-squat posture. The trunk holder 20 has a back member 21 arranged behind the trunk 5. To the back member 21, shoulder belts 22 are attached that cover the left and right shoulders of the wearer 4. The back member 21 extends from the upper part of the scapular region to the vicinity of the lower part of the scapular region, and is formed in a relatively small size. The thigh holder 30 is worn by covering the left and right femoral triangles 8, respectively, with both ends of a pair of holding belts 31 that surround the thighs 7 in a ring shape being detachably connected by a connecting member 32. The holding belts 31 of the thigh holder 30 are connected to one end 40a below the belt 40 by each connecting piece 41 that is close to the inner side of the trunk 5. The left and right holding belts 31 are arranged very close to each other, covering the femoral triangle 8, respectively, and can be connected individually to each relatively short connecting piece 41, so that the holding belts 31 can be held in appropriate left and right positions corresponding to the size of the trunk 5 and thighs 7 of the wearer 4. Therefore, when the belt 40 is used to pull up the holding belt 31, the holding position of each thigh holder 30 on the thigh 7 does not shift upward. Therefore, muscle assistance for movements involving forward bending is reliable. The belt 40 is flat, flexible, and does not stretch.

アシスト駆動機構50は、ベルト40を巻き取る巻胴52と、この巻胴52を駆動する駆動源54と、駆動源54のための制御部60とを有し、背後部材21に固定された基台58に設けられる。巻胴52には、ベルト40の上方の他端部40bが固定され、ベルト40は、巻胴52に巻かれて巻き取られる。制御部60は、駆動源54によってベルト40を牽引して装着者4に、装着者4の手9に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシスト力を与える。基台58には、駆動源54と制御部60などに電力を供給する2次電池78が設けられる。 The assist drive mechanism 50 has a reel 52 that reels the belt 40, a drive source 54 that drives the reel 52, and a control unit 60 for the drive source 54, and is provided on a base 58 fixed to the back member 21. The other upper end 40b of the belt 40 is fixed to the reel 52, and the belt 40 is wound around the reel 52 and taken up. The control unit 60 pulls the belt 40 with the drive source 54 to provide the wearer 4 with an assist force for lifting the load acting on the wearer's hands 9 in a lifting posture, and an assist force for supporting the mass of the upper body to maintain a half-squat posture in a half-squat posture. A secondary battery 78 that supplies power to the drive source 54 and the control unit 60 is provided on the base 58.

図4はアシスト駆動機構50の基台58に設けられた巻胴52と駆動源54と制御部60と2次電池78とを示す後方から見た正面図であり、図5は図4に示されるアシスト駆動機構50の側面図である。ベルト40は、図4および図5において仮想線で示される。駆動源54は、モータ55と、そのモータ角度θmを検出するモータ角度検出器57と、トルクリミタ80とを有する。 Figure 4 is a front view from the rear showing the reel 52, drive source 54, control unit 60, and secondary battery 78 mounted on the base 58 of the assist drive mechanism 50, and Figure 5 is a side view of the assist drive mechanism 50 shown in Figure 4. The belt 40 is shown in phantom lines in Figures 4 and 5. The drive source 54 has a motor 55, a motor angle detector 57 that detects the motor angle θm, and a torque limiter 80.

ベルト40は、図5の矢符43で示されるように、巻胴52の直円筒状巻き付け面に後方(図5の左方)の上方から前方(図5の右方)に巻かれて巻き取られる。これによって、移動するベルト40は、背後部材21、基台58、体幹5の衣服などと間隔があけられて、不所望に擦れることがない。基台58にはカバー59が開閉可能に設けられる。 As shown by arrow 43 in FIG. 5, the belt 40 is wound from the upper rear (left side in FIG. 5) to the front (right side in FIG. 5) on the straight cylindrical winding surface of the winding drum 52. This allows the moving belt 40 to be spaced apart from the backing member 21, the base 58, clothing on the torso 5, etc., and prevents unwanted rubbing. A cover 59 is provided on the base 58 so as to be able to be opened and closed.

図6は巻胴52とトルクリミタ80とを示す断面図であり、図7は巻胴52とトルクリミタ80とを示す分解斜視図である。駆動源54のモータ55は、基台58に固定される。巻胴52に固定される両端板44、45は、巻き取られるベルト40の幅方向の変位を規制する。一方の端板44は、ブッシュ46を介して出力軸56に支持される。他方の端板45には、トルクリミタ80のセンタメンバとし働く駆動板81が取付けられ、この駆動板81はハブ部材82の中空軸83にブッシュ47を介して支持される。端板45と駆動板81とは、それらの周方向に繰り返して形成された突部と凹部とが嵌合されることによって、周方向の相互の角変位が阻止される。 Figure 6 is a cross-sectional view showing the winding drum 52 and the torque limiter 80, and Figure 7 is an exploded perspective view showing the winding drum 52 and the torque limiter 80. The motor 55 of the drive source 54 is fixed to the base 58. Both end plates 44, 45 fixed to the winding drum 52 regulate the displacement of the belt 40 in the width direction being wound. One end plate 44 is supported by the output shaft 56 via a bush 46. The other end plate 45 is attached with a drive plate 81 that acts as a center member of the torque limiter 80, and this drive plate 81 is supported by a hollow shaft 83 of a hub member 82 via a bush 47. The end plate 45 and the drive plate 81 are prevented from angularly displacing each other in the circumferential direction by fitting together protrusions and recesses formed repeatedly in the circumferential direction.

駆動板81の一方端面とハブ部材82のハブ板84との間に、一方の摩擦板85が介在される。駆動板81他方端面には、他方の摩擦板86が押圧板87を介する皿ばねなどのばね88の弾発力によって押し付けられる。中空軸83は、摩擦板85、86を挿通し、沈みキー89によって出力軸56と一体に回転する。中空軸83と押圧板87とは、いわゆるDカットなどの構成で相互の角変位が阻止される。 One friction plate 85 is interposed between one end face of the drive plate 81 and the hub plate 84 of the hub member 82. The other friction plate 86 is pressed against the other end face of the drive plate 81 by the elastic force of a spring 88 such as a disc spring via a pressure plate 87. The hollow shaft 83 passes through the friction plates 85 and 86 and rotates integrally with the output shaft 56 by a sinking key 89. The hollow shaft 83 and the pressure plate 87 are prevented from angular displacement relative to each other by a configuration such as a so-called D-cut.

ばね88は、回り止めワッシャ91を介して、中空軸83に刻設された外ねじに螺合する調整ナット92によって、ハブ板84との間で押し付けられる。したがって、駆動板81とその両端面に圧接される摩擦板85、86との摩擦力が調製されて設定される。トルクリミタ80は、モータ55による巻胴52のベルト40を巻き取る一方向43(図5)の駆動時に、ベルト40に、巻胴52のベルト40を巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴52が出力軸56に対して前記他方向の回転のすべりを発生する。この摩擦力は、トルクリミタ80がすべりを発生する引張力に対応する。 The spring 88 is pressed between the hub plate 84 and the drive plate 81 by an adjustment nut 92 that screws onto an external thread engraved on the hollow shaft 83, via a rotation stopper washer 91. Therefore, the frictional force between the drive plate 81 and the friction plates 85, 86 that are pressed against both end faces of the drive plate 81 is adjusted and set. When an excessive tensile force of a predetermined value or more acts on the belt 40 in the other direction, that is, when the motor 55 drives the belt 40 of the winding drum 52 in one direction 43 (Figure 5) to wind the belt 40 of the winding drum 52, the torque limiter 80 causes the winding drum 52 to rotate in the other direction relative to the output shaft 56. This frictional force corresponds to the tensile force that causes the torque limiter 80 to slip.

出力軸56の遊端部は、軸受106を介して支持体107によって基台58に支持される。軸受106およびハブ部材82は、Eリング108によって出力軸56の遊端方向の変位が阻止される。 The free end of the output shaft 56 is supported on the base 58 by a support 107 via a bearing 106. The bearing 106 and the hub member 82 are prevented from displacing in the direction of the free end of the output shaft 56 by an E-ring 108.

図8は、装着者4の前屈角度θsを説明するための簡略化した側面図である。図8(1)のように、装着者4が、たとえば、荷物14を持って手9に荷重が作用したまま、直立した状態では、正中の鉛直線16から前方(図8(1)、(2)の右方)に前屈する前屈角度θsは零である。前屈角度θsが装着者4の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θsがたとえば、10°未満の前屈状態における予め定める値になったとき、駆動源54によるアシスト力の発生を停止し、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了し、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト40の弛みをなくすために、ベルト40を小さな巻き上げ力で巻き取るようにモータ55の出力トルクが設定される。図8(2)は、正中の鉛直線16から前方(図8(2)の右方)に前屈する前屈角度θsで、装着者4の手9に作用する荷重の持ち上げ姿勢および中腰姿勢を示す。アシスト駆動機構50は、図8(2)の状態において、ベルト40を牽引することによって、持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力、および中腰姿勢における中腰姿勢を保持するために上体の質量を支えるアシスト力を装着者4に与える。 8 is a simplified side view for explaining the forward bending angle θs of the wearer 4. As shown in FIG. 8(1), when the wearer 4 is in an upright position, for example, with a load acting on the hand 9 while holding a baggage 14, the forward bending angle θs from the vertical line 16 in the center to the front (to the right in FIG. 8(1) and (2)) is zero. When the forward bending angle θs is in the upright position of the wearer 4, or the forward bending angle θs approximating the upright position is, for example, a predetermined value in a forward bending state of less than 10°, the generation of the assist force by the drive source 54 is stopped, the muscle assistance for lifting or squatting is ended, and in the state in which the generation of such assist force is stopped, the output torque of the motor 55 is set so that the belt 40 is wound up with a small winding force to eliminate slack in the belt 40. FIG. 8(2) shows the lifting posture and the squatting posture of the load acting on the hand 9 of the wearer 4 at the forward bending angle θs from the vertical line 16 in the center to the front (to the right in FIG. 8(2)). In the state shown in FIG. 8 (2), the assist drive mechanism 50 pulls the belt 40 to provide the wearer 4 with a lifting assist force in the lifting position and an assist force to support the mass of the upper body in order to maintain the squatting position in the squatting position.

図9は、支援ロボット装置1の電気的構成を示す電気回路図である。支援ロボット装置1に含まれるアシスト駆動機構50は、基本的に、駆動源54と、制御部60と、2次電池78とを含む。制御部60は、モーションセンサ61と、マイクロコンピュータなどによって実現される処理回路65と、操作部76と、手袋装置94の物体センサ77などとを含む。 Figure 9 is an electrical circuit diagram showing the electrical configuration of the support robot device 1. The assist drive mechanism 50 included in the support robot device 1 basically includes a drive source 54, a control unit 60, and a secondary battery 78. The control unit 60 includes a motion sensor 61, a processing circuit 65 realized by a microcomputer or the like, an operation unit 76, an object sensor 77 of the glove device 94, and the like.

物体センサ77は、装着者4が装着する手袋の指の掌側の部分に作用する荷重の有無、さらにはその荷重の値を検出する。手袋装置94は、無線通信部95、2次電池96を含んで構成される。2次電池96は、物体センサ77および無線通信部95に電力を供給する。無線通信部95は、物体センサ77の状態、すなわち、物体センサ77によって検出された検出結果を、無線通信部95を介して処理回路65の無線通信部97に送る。 The object sensor 77 detects the presence or absence of a load acting on the palm side of the fingers of the glove worn by the wearer 4, and also the value of that load. The glove device 94 includes a wireless communication unit 95 and a secondary battery 96. The secondary battery 96 supplies power to the object sensor 77 and the wireless communication unit 95. The wireless communication unit 95 sends the state of the object sensor 77, i.e., the detection results detected by the object sensor 77, to the wireless communication unit 97 of the processing circuit 65 via the wireless communication unit 95.

モーションセンサ61は、体幹5の3次元の加速度α(すなわち個別的には、上下方向の加速度α1および前後方向の加速度α2、さらに左右方向の加速度α3)を検出する加速度センサ62と、体幹5の3次元の角速度ω(すなわち個別的には、上下方向の軸線まわりの角速度ω1、前後方向の軸線まわりの角速度ω2、左右方向の軸線まわりの角速度ω3)を検出する角速度センサ63とを有し、いわゆる6軸センサであってもよい。処理回路65は、上下、左右、前後の3軸方向の加速度αから、それらを積分して速度、位置などを算出し、上下、左右、前後の3軸まわりの角速度ωを積分して角度θsを算出する。たとえば、装着者4の体幹5の上下方向の加速度α1を検出し、体幹5の左右方向の軸線まわりの角速度ω3を検出して体幹5の左右方向の軸線まわりの前屈角度θsが検出される。 The motion sensor 61 may be a so-called six-axis sensor, having an acceleration sensor 62 that detects the three-dimensional acceleration α of the trunk 5 (i.e., individually, the acceleration α1 in the vertical direction, the acceleration α2 in the front-back direction, and the acceleration α3 in the left-right direction) and an angular velocity sensor 63 that detects the three-dimensional angular velocity ω of the trunk 5 (i.e., individually, the angular velocity ω1 around the vertical axis, the angular velocity ω2 around the front-back axis, and the angular velocity ω3 around the left-right axis). The processing circuit 65 calculates the velocity, position, etc. by integrating the acceleration α in the three axial directions of up-down, left-right, and front-back, and calculates the angle θs by integrating the angular velocity ω around the three axial directions of up-down, left-right, and front-back. For example, the acceleration α1 in the vertical direction of the trunk 5 of the wearer 4 is detected, and the angular velocity ω3 around the left-right axis of the trunk 5 is detected to detect the forward bending angle θs of the trunk 5 around the left-right axis.

処理回路65は、モーションセンサ61の出力に応答し、体幹5の前屈角度θsを演算して求める前屈角度検出部66と、前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsによって持ち上げ姿勢を検出し、前屈角度θsが予め定める時間W1以上継続することによって中腰姿勢を検出する姿勢検出部67と、姿勢検出部67の出力に応答し、持ち上げ姿勢または中腰姿勢が検出されたとき、駆動源54によって持ち上げ姿勢または中腰姿勢のための装着者4に与えるアシスト力をそれぞれ発生させるアシスト力設定部68とを有する。処理回路65はさらに、アシスト力停止部69を有し、このアシスト力停止部69は、前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部68の駆動源54によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルト40を、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴52によって巻き取るようにモータ55の出力トルクを設定する。処理回路65は、モータ角度検出器57の出力に応答し、前屈角度θsをモータ角度θmに基づいて補正する前屈角度補正部71を有する。 The processing circuit 65 has a forward bending angle detection unit 66 that responds to the output of the motion sensor 61 and calculates the forward bending angle θs of the trunk 5, a posture detection unit 67 that responds to the output of the forward bending angle detection unit 66 and detects a lifting posture based on the forward bending angle θs and detects a half-squatting posture when the forward bending angle θs continues for a predetermined time W1 or more, and an assist force setting unit 68 that responds to the output of the posture detection unit 67 and generates an assist force to be applied to the wearer 4 for the lifting posture or half-squatting posture by the drive source 54 when the lifting posture or half-squatting posture is detected. The processing circuit 65 further has an assist force stopping unit 69, which responds to the output of the forward bending angle detection unit 66 and stops the generation of the assist force by the drive source 54 of the assist force setting unit 68 when the forward bending angle θs becomes a predetermined initial setting value, and sets the output torque of the motor 55 so that the belt 40 is wound by the winding drum 52 with a winding force that eliminates slack in the belt 40 while the generation of the assist force is stopped. The processing circuit 65 has a forward bending angle correction unit 71 that responds to the output of the motor angle detector 57 and corrects the forward bending angle θs based on the motor angle θm.

処理回路65は、前屈角度検出部66の出力に応答し、前屈角度θsを常時監視し、前屈角度θsが急変したとき、トルクリミタ80のすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部72と、すべり発生検出部72の出力に応答し、巻胴52がモータ55の出力軸56に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部73と、すべり角度演算部73の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θm1をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θm2を、前屈角度補正部71に前屈角度θsの補正のために与えるモータ角度補正部74とを有する。 The processing circuit 65 has a slippage detection unit 72 that responds to the output of the forward bending angle detection unit 66, constantly monitors the forward bending angle θs, and detects the occurrence of slippage of the torque limiter 80 when the forward bending angle θs suddenly changes, a slippage angle calculation unit 73 that responds to the output of the slippage detection unit 72 and determines the slippage angle δ at which the winding drum 52 slips relative to the output shaft 56 of the motor 55, and a motor angle correction unit 74 that responds to the output of the slippage angle calculation unit 73 and corrects the motor angle θm1 immediately before the occurrence of slippage based on the slippage angle δ when it is detected that a slippage has occurred, and provides the corrected motor angle θm2 to the forward bending angle correction unit 71 for correction of the forward bending angle θs.

本発明の実施の他の形態では、すべり発生検出部72は、前屈角度検出部66とモータ角度検出器57との出力に応答し、前屈角度θsと、モータ角度検出器57によって検出されるモータ角度θmとの差Δθsmを常時監視し、その差Δθsmが急変したとき、すべりが発生したことを検出する構成で実現されてもよい。 In another embodiment of the present invention, the slip occurrence detection unit 72 may be realized in a configuration that responds to the outputs of the forward bending angle detection unit 66 and the motor angle detector 57, constantly monitors the difference Δθsm between the forward bending angle θs and the motor angle θm detected by the motor angle detector 57, and detects the occurrence of slip when the difference Δθsm suddenly changes.

操作部76は、装着者4の操作によって、アシスト力設定部68における持ち上げ姿勢のための強、中、弱などのアシスト力と、中腰姿勢のためのアシスト力とを選択調整して設定する。操作部76はまた、装着者4の操作によって、アシスト力停止部69におけるアシスト力の発生を停止している状態で、モータ55によるベルト40の弛み止めトルクを発生するかどうかを選択設定する。 The operation unit 76 is operated by the wearer 4 to select and adjust the assist force such as strong, medium, or weak for the lifting posture in the assist force setting unit 68, and the assist force for the squatting posture. The operation unit 76 also selects and sets whether or not the motor 55 generates a torque to prevent slack in the belt 40 when the generation of the assist force in the assist force stopping unit 69 is stopped, by the wearer 4.

図10は、装着型支援ロボット装置1の処理回路65によって実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路65は、図10に示されるメインループを、たとえば、20m秒間隔で実行しており、支援ロボット装置1は、装着者4へのスムーズなアシストを実現する。処理回路65は、処理回路65の電源が投入されてモータ55以外の構成要素への電力の供給が開始され、動作可能状態になると、ステップs1からs2に移り、モーションセンサ61の加速度センサ62と角速度センサ63とからの出力を受信して、読み込む。ステップs3では、モーションセンサ61の出力に応答して体幹5の前屈角度θsを演算して求める。ステップs2、s3は前屈角度検出部66として働く。処理回路65は、モータ55に備えられるモータ角度検出器57から、モータ55の出力軸56の回転角度であるモータ角度θmを読み込む。ステップs4では、前屈角度θsが装着者4の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θsが10°未満の前屈状態における予め定める値になったことを検出して、その前屈角度θsを初期設定値θs0として、処理回路65に備えられるメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了する前屈角度として用いる。 10 is a flowchart showing the procedure of the assist suit control process executed by the processing circuit 65 of the wearable assist robot device 1. The processing circuit 65 executes the main loop shown in FIG. 10 at intervals of, for example, 20 ms, and the assist robot device 1 realizes smooth assistance to the wearer 4. When the processing circuit 65 is turned on and power supply to components other than the motor 55 is started, and the processing circuit 65 becomes operable, the processing circuit 65 moves from step s1 to s2, and receives and reads the output from the acceleration sensor 62 and the angular velocity sensor 63 of the motion sensor 61. In step s3, the forward bending angle θs of the trunk 5 is calculated in response to the output of the motion sensor 61. Steps s2 and s3 function as the forward bending angle detection unit 66. The processing circuit 65 reads the motor angle θm, which is the rotation angle of the output shaft 56 of the motor 55, from the motor angle detector 57 provided in the motor 55. In step s4, it is detected that the forward bending angle θs has reached a predetermined value in a forward bending state where the wearer 4 is in an upright position, or a forward bending angle θs that is close to the upright position and is less than 10°, and this forward bending angle θs is stored in the memory of the processing circuit 65 as the initial setting value θs0, and is used as the forward bending angle at which lifting or squatting muscle assistance ends.

さらに、ステップs5では、操作部76において、このようなアシスト力の発生を停止している状態で、モータ55によるベルト40の弛み止めトルクを発生する動作が選択設定されているかが判断される。ステップs6では、ベルト40の弛みをなくす動作が選択されているとき、ベルト40を巻き上げ力、たとえば、0.5~1.0kgfで巻き取るようにモータ55の出力トルクがされる。ステップs5、s6は、アシスト力設定部68の一部として働く。本発明の実施の他の形態では、その初期設定される前屈角度θsに代えて、ベルト40を巻胴52に巻き取った後のモータ55のモータ角度θmを、初期設定して処理回路65に備えられるメモリにストアしておき、持ち上げまたは中腰の筋力補助を終了するモータ角度θm0としてもよい。 Furthermore, in step s5, it is determined whether the operation of generating torque to prevent slack in the belt 40 by the motor 55 has been selected in the operation unit 76 while the generation of such an assist force is stopped. In step s6, when the operation of removing slack in the belt 40 is selected, the output torque of the motor 55 is set so as to wind up the belt 40 with a winding force, for example, 0.5 to 1.0 kgf. Steps s5 and s6 function as part of the assist force setting unit 68. In another embodiment of the present invention, instead of the initially set forward bending angle θs, the motor angle θm of the motor 55 after the belt 40 is wound around the winding drum 52 may be initially set and stored in a memory provided in the processing circuit 65, and may be set as the motor angle θm0 at which muscle assistance for lifting or squatting ends.

ステップs7において、物体センサ77の出力に応答し、装着者4が手9で物体を掴んでいることが検出されると、物体の持ち上げ支援または中腰支援のために、ステップs8では、前屈角度θsを読み込む。 In step s7, in response to the output of the object sensor 77, if it is detected that the wearer 4 is grasping an object with the hand 9, in step s8, the forward bending angle θs is read in order to assist in lifting the object or assist in squatting.

ステップs9において、前屈角度θsに基づいてトルクリミタ80のすべりが発生したかどうかを検出し、すべりが発生したとき、巻胴52がモータ55の出力軸56に対してすべりを発生したすべり角度δを求め、すべり発生直後のモータ角度θm2を、モータ角度検出器57によって検出されるすべり発生直前のモータ角度θm1とすべり角度δとに基づいて演算して補正し(たとえば、θm2=θm1+δ)、この補正後のモータ角度θm2およびその後のモータ角度θmに基づいて、以後の前屈角度θsをドリフト誤差がなくなるように繰り返して補正する。すべりが発生していなければ、モータ角度検出器57によって検出されるモータ角度θmに基づいて、前屈角度θsをドリフト誤差がなくなるように繰り返して補正する。ステップs9の動作は、図11を参照して後述される。 In step s9, it is detected whether slippage of the torque limiter 80 has occurred based on the forward bending angle θs. When slippage has occurred, the slippage angle δ at which the winding drum 52 slipped relative to the output shaft 56 of the motor 55 is obtained. The motor angle θm2 immediately after the slippage is calculated and corrected based on the motor angle θm1 immediately before the slippage detected by the motor angle detector 57 and the slippage angle δ (for example, θm2 = θm1 + δ). Based on this corrected motor angle θm2 and the subsequent motor angle θm, the forward bending angle θs thereafter is repeatedly corrected so that the drift error is eliminated. If slippage has not occurred, the forward bending angle θs is repeatedly corrected based on the motor angle θm detected by the motor angle detector 57 so that the drift error is eliminated. The operation of step s9 will be described later with reference to FIG. 11.

ステップs10では、体幹5の前屈角度θsが、装着者4の直立状態、または直立状態に近似した前屈角度θsが10°未満の前屈状態における予め定める初期設定値θs0を超えて大きな値になると、持ち上げ姿勢であることを検出する。加速度および角速度を検出するモーションセンサ61からは、上下方向の加速度α1が得られるので、歩行していない状態を検出した後、持ち上げアシストのための検出と判断する。また、物にぶつかったりしたときにも上下方向の加速度α1が得られるので、前後方向の加速度α2や左右方向の加速度α3が検出されていない閾値(たとえば0.15G)以下の条件下の範囲(たとえば-0.15G~0.15G)内で、物体センサ77の検出時、持ち上げアシストのための検出とする。ステップs11において、前屈角度θsが予め定める時間W1以上継続することが検出されると、中腰姿勢であることを検出する。ステップs10、s11は姿勢検出部67として働く。姿勢検出部67は、計時手段を備え、前屈角度θsが中腰の予め定める範囲内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める時間W1以上経過すると、モータ55によって、前記時間W1内の前屈角度θsを保つように、ベルト40を巻胴52に巻き取って牽引し、装着者4に中腰支援力モーメントを与える。したがって、装着者4は、中腰姿勢を容易に継続でき、中腰姿勢で作業を容易に行なうことができる。 In step s10, if the forward bending angle θs of the trunk 5 exceeds a predetermined initial setting value θs0 in the upright state of the wearer 4 or in a forward bending state where the forward bending angle θs approximates the upright state and is less than 10°, the lifting posture is detected. The motion sensor 61 that detects acceleration and angular velocity provides vertical acceleration α1, so after detecting a state where the wearer is not walking, it is determined that the detection is for lifting assistance. In addition, since the vertical acceleration α1 is obtained even when the wearer hits an object, it is determined that the detection is for lifting assistance when the object sensor 77 detects the object within a range (for example, -0.15G to 0.15G) under conditions below a threshold value (for example, 0.15G) where the forward-backward acceleration α2 and the left-right acceleration α3 are not detected. In step s11, if it is detected that the forward bending angle θs continues for a predetermined time W1 or more, the squatting posture is detected. Steps s10 and s11 function as the posture detection unit 67. The posture detection unit 67 includes a timing device, and when the bending angle θs is within a predetermined range for the squatting position, it times the duration of the squatting position, and when the timed duration of the squatting position exceeds a predetermined time W1, the motor 55 winds and pulls the belt 40 around the reel 52 so as to maintain the bending angle θs within the time W1, providing the wearer 4 with a squatting support force moment. Therefore, the wearer 4 can easily maintain the squatting position and can easily perform work in the squatting position.

ステップs12では持ち上げ姿勢のためのアシスト力を、また、ステップs13では中腰姿勢のためのアシスト力を、駆動源54によってモータ55が巻胴52を駆動して、ベルト40を巻胴52に巻き取って牽引することによって、装着者4に与える。ステップs12、s13はアシスト力設定部68として働く。モーションセンサ61による前屈角度θsが、たとえば、0になるとき、すなわち真上に起き上がったとき、大きな持ち上げアシストが作用すると、装着者4はバランスを崩しやすく、この状態を避けなければならない。そこで、前屈角度θsが小さくなるにつれて、アシストトルクを小さくなるように算出し、たとえば、1次関数または2次関数によって小さく変化してもよい。 In step s12, an assist force for the lifting posture, and in step s13, an assist force for the half-squatting posture are applied to the wearer 4 by the motor 55 driving the reel drum 52 via the drive source 54, which reels the belt 40 onto the reel drum 52 and pulls it. Steps s12 and s13 function as an assist force setting unit 68. When the forward bending angle θs measured by the motion sensor 61 becomes, for example, 0, that is, when the wearer stands up straight, if a large lifting assist is applied, the wearer 4 is likely to lose balance, and this state must be avoided. Therefore, the assist torque is calculated to decrease as the forward bending angle θs decreases, and may change small by, for example, a linear or quadratic function.

ステップs14では、前屈角度θsが予め定める初期設定値θs0になったとき、ステップs15では、駆動源54によるアシスト力の発生を停止する。ステップs14、s15は、アシスト力停止部69として働く。 In step s14, when the forward bending angle θs becomes the predetermined initial setting value θs0, in step s15, the generation of the assist force by the drive source 54 is stopped. Steps s14 and s15 function as the assist force stopping unit 69.

図11は、処理回路65によって実行される図10のステップs9におけるすべり発生と前屈角度θsの補正とに関連する具体的な動作を示すフローチャートである。ステップr1からステップr2に移り、トルクリミタ80のすべりが発生したかどうかを検出する。ステップr2はすべり発生検出部72として働く。モータ55がトルクリミタ80を介して巻胴52によってベルト40を巻き取る一方向に駆動して装着者4にアシスト力を与えている状態で、装着者4が急に屈んだ前傾の姿勢をとったとき、ベルト40には、過大な引張力が作用する。この過大な引張力は、持ち上げ姿勢および中腰姿勢のためのアシスト力を超える値であって、巻胴52のベルト40を巻き出してほどく他方向の予め定める値であり、たとえば、15kgf以上の引張力である。前屈角度検出部66によって得られる前屈角度θsは、予め定める各短時間ΔW毎の前後でθs1からθs2に急変して、その変化量Δθs(=θs2-θs1)は、予め定める値Δθs0以上(Δθs0 ≦ Δθs)の大きな値になる。このとき、すべりの発生が検出される。これによって、巻胴52は出力軸56に対して、すべり角度δだけ、前記他方向の回転のすべりを発生し、モータ55が保護される。 Figure 11 is a flowchart showing specific operations related to the occurrence of slippage and the correction of the forward bending angle θs in step s9 of Figure 10, which are executed by the processing circuit 65. Step r1 is followed by step r2, which detects whether slippage of the torque limiter 80 has occurred. Step r2 functions as the slippage occurrence detection unit 72. When the motor 55 drives the winding drum 52 via the torque limiter 80 in one direction to wind up the belt 40 and provides an assist force to the wearer 4, and the wearer 4 suddenly assumes a bent forward-leaning posture, an excessive tensile force acts on the belt 40. This excessive tensile force is a value that exceeds the assist force for the lifting posture and the half-squat posture, and is a predetermined value in the other direction to unwind and unwind the belt 40 of the winding drum 52, for example, a tensile force of 15 kgf or more. The forward bending angle θs obtained by the forward bending angle detection unit 66 suddenly changes from θs1 to θs2 before and after each predetermined short time ΔW, and the amount of change Δθs (= θs2 - θs1) becomes a large value equal to or greater than the predetermined value Δθs0 (Δθs0 ≦ Δθs). At this time, the occurrence of slippage is detected. As a result, the winding drum 52 generates a slip in the rotation in the other direction by the slip angle δ with respect to the output shaft 56, and the motor 55 is protected.

ステップr3では、ステップr2で巻胴52がモータ55の出力軸56に対してすべりを発生したことが推測されて検出されると、巻胴52がモータ55の出力軸56に対してすべりを発生したすべり角度δを求める。ステップr3はすべり角度演算部73として働く。ステップr3はすべり角度演算部73として働く。前述のとおり、すべり角度δを演算して求めるために、すべり角度δと変化量Δθsとの対応関係を、メモリに予め準備してストアしておき、その対応関係に基づいて、変化量Δθsから得ることができる。あるいは、すべり角度δは、後述の図12~図14を参照して式(1)~(5)の演算をして求められる。 In step r3, when it is inferred and detected in step r2 that the winding drum 52 has slipped relative to the output shaft 56 of the motor 55, the slip angle δ at which the winding drum 52 has slipped relative to the output shaft 56 of the motor 55 is calculated. Step r3 functions as the slip angle calculation unit 73. Step r3 functions as the slip angle calculation unit 73. As described above, in order to calculate and calculate the slip angle δ, the correspondence between the slip angle δ and the amount of change Δθs is prepared and stored in advance in memory, and the slip angle δ can be obtained from the amount of change Δθs based on that correspondence. Alternatively, the slip angle δ can be calculated by the calculations of equations (1) to (5) with reference to Figures 12 to 14 described below.

巻胴52の半径R、モータ角度θmのすべり角度δ、定数eとすると、巻胴52から巻き出されたベルト長さLは、式(1)のとおりである。 If the radius of the winding drum 52 is R, the slip angle of the motor angle θm is δ, and the constant is e, the length L of the belt unwound from the winding drum 52 is given by equation (1).

L≒eR(θm+δ) …(1)
図12は、装着者4の直立位で脊柱における腰椎LB1~LB5とその付近を左外方から見た側面図である。体幹5は、正中の鉛直線16から前方(図12の左方)に前屈する。各腰椎5個を上から参照符LB1~LB5とすると、それぞれの間の前方への屈曲角度θB1~θB5の最大値は、解剖学によれば、たとえば、次のようになっている。すなわち、腰椎LB1とLB2の間の前方への屈曲角度θB1の最大値は12度となる。腰椎LB2とLB3の間の前方への屈曲角度θB2の最大値は14度となる。腰椎LB3とLB4の間の前方への屈曲角度θB3の最大値は15度となる。腰椎LB4とLB5の間の前方への屈曲角度θB4の最大値は16度となる。腰椎LB5とその下の仙椎の間の前方への屈曲角度θB5の最大値は17度となる。一例として、屈曲角度θB4を次の図13に図示しておく。
L ≒ eR (θm + δ) ... (1)
FIG. 12 is a side view of the lumbar vertebrae LB1 to LB5 and their vicinity in the spine of a wearer 4 in an upright position, viewed from the outside left side. The trunk 5 bends forward (to the left in FIG. 12) from the midline vertical line 16. If the five lumbar vertebrae are designated by reference symbols LB1 to LB5 from above, the maximum values of the forward bending angles θB1 to θB5 between them are, for example, as follows according to anatomy. That is, the maximum value of the forward bending angle θB1 between the lumbar vertebrae LB1 and LB2 is 12 degrees. The maximum value of the forward bending angle θB2 between the lumbar vertebrae LB2 and LB3 is 14 degrees. The maximum value of the forward bending angle θB3 between the lumbar vertebrae LB3 and LB4 is 15 degrees. The maximum value of the forward bending angle θB4 between the lumbar vertebrae LB4 and LB5 is 16 degrees. The maximum value of the forward bending angle θB5 between the lumbar vertebrae LB5 and the sacrum below it is 17 degrees. As an example, the bending angle θB4 is illustrated in the following FIG. 13.

図13は、装着者4が前屈した姿勢で5個の腰椎LB1~LB5が屈曲した状態を簡略化して示す左側面図である。背中全体の前方への前屈角度θsは、これらの屈曲角度θB1~θB5の合計値となる。 Figure 13 is a simplified left side view showing the state in which the wearer 4 is in a bent-forward posture with the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 bent. The forward bending angle θs of the entire back is the sum of these bending angles θB1 to θB5.

θs=θB1+θB2+θB3+θB4+θB5 …(2)
この図13では、前方への屈曲した前屈時の5個の腰椎の全長はLAで示され、5個の各腰椎の前後の長さはほぼ等しく、定数bで示される。
θs=θB1+θB2+θB3+θB4+θB5 ... (2)
In this FIG. 13, the overall length of the five lumbar vertebrae during forward bending is indicated by LA, and the anterior-posterior length of each of the five lumbar vertebrae is approximately equal and indicated by a constant b.

図14は、装着者4が直立した姿勢で5個の腰椎LB1~LB5が屈曲していない状態を簡略化して示す左側面図である。この直立時、前屈角度θsは0であり、5個の腰椎LB1~LB5の全長をL0とすると、背中に沿うベルト40のベルト長さLは、式(3)のとおりである。 Figure 14 is a simplified left side view showing the state in which the wearer 4 is standing upright with the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 not bending. When standing upright, the forward bending angle θs is 0, and if the total length of the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 is L0, the belt length L of the belt 40 along the back is given by formula (3).

L≒L0 …(3)
前方への屈曲時における5個の腰椎LB1~LB5の全長LAは、
LA=L0+b(θB1+θB2+θB3+θB4+θB5)
≒L0+bθs …(4)
したがって、前方への屈曲時の背中に沿うベルト40のベルト長さLは、前記LAとほぼ等しく、式(5)のとおりである。
L ≒ L0 ... (3)
The total length LA of the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 during forward bending is:
LA=L0+b(θB1+θB2+θB3+θB4+θB5)
≒ L0 + bθs ... (4)
Therefore, the belt length L of the belt 40 along the back when bending forward is approximately equal to the above-mentioned LA, as shown in formula (5).

L≒L0+bθs …(5)
トルクリミタ80のすべりが発生した直後では、前屈角度θsは直前のθs1からθs2に変化し、モータ角度θmはθm1のままである。装着者4の腰椎LB1~LB5の全長L0は定数として扱える。したがって、未知数であるすべり角度δは、これらの値θs2、θm1を式(1)、(5)の右辺のθs、θmに代入し、式(1)、(5)のベルト長さLが等しいものとしてLを消去して演算して求められる。
L ≒ L0 + bθs ... (5)
Immediately after slippage of the torque limiter 80 occurs, the forward bending angle θs changes from the previous value θs1 to θs2, and the motor angle θm remains at θm1. The total length L0 of the lumbar vertebrae LB1 to LB5 of the wearer 4 can be treated as a constant. Therefore, the unknown slip angle δ can be found by substituting these values θs2 and θm1 for θs and θm on the right-hand sides of equations (1) and (5), and by eliminating L assuming that the belt lengths L in equations (1) and (5) are equal.

ステップr4では、すべり角度δ基づいてすべりが発生する直前のモータ角度θm1をすべり角度δに基づいて補正し、すべり発生直後のモータ角度θm2を演算して求める。ステップr4はモータ角度補正部74として働く。 In step r4, the motor angle θm1 immediately before the slip occurs is corrected based on the slip angle δ, and the motor angle θm2 immediately after the slip occurs is calculated. Step r4 functions as the motor angle correction unit 74.

ステップr5では、この補正後のモータ角度θm2およびその後のモータ角度θmを、前屈角度θsのドリフト誤差をなくして前屈角度θsを補正するために用いる。ステップr5は前屈角度補正部71として働く。こうして繰り返して補正される前屈角度θsを用いて、図10のステップs10以降の動作が実行される。 In step r5, the corrected motor angle θm2 and the subsequent motor angle θm are used to correct the forward bending angle θs by eliminating the drift error of the forward bending angle θs. Step r5 functions as the forward bending angle correction unit 71. The forward bending angle θs that is repeatedly corrected in this manner is used to execute the operations from step s10 onward in FIG. 10.

図15は、本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置101を、装着者4に装着した状態で背後から見た背面図である。この実施の形態は、前述の図1~図14に示される実施の形態に類似し、対応する部分には同一の参照符を付し、また、100を加えた数字で示す。体幹保持具120は、背後部材121に設けられる腰支持体103を有する。背後部材121は、たとえば、肩甲上部から腰部付近まで、臀部の上部付近まで延び、比較的大形に形成される。背後部材121の下部には腰支持体103が設けられる。腰支持体103は、細長い扁平な帯状であり、腰11の上部に配置されて腰11を環状に外囲し、その両端端部は体幹5の前部で連結具104によって取り外し可能に連結される。腰支持体103は、腰11の上部に配置されるので、腰11によって下向きの荷重を受けることができる。腰11の上部は、骨盤における寛骨の上部であってもよい。腰支持体103は、たとえば、その一部分が背後部材121の下部を含んでもよい。 15 is a rear view of a wearable assistive robot device 101 according to another embodiment of the present invention, seen from behind when worn by a wearer 4. This embodiment is similar to the embodiment shown in the above-mentioned FIGS. 1 to 14, and corresponding parts are given the same reference numerals, and are indicated by numbers increased by 100. The trunk holder 120 has a waist support 103 provided on a back member 121. The back member 121 is formed to be relatively large, for example, extending from the upper part of the shoulder blades to the vicinity of the waist and to the vicinity of the upper part of the buttocks. The waist support 103 is provided on the lower part of the back member 121. The waist support 103 is an elongated flat belt-like member that is disposed on the upper part of the waist 11 to surround the waist 11 in a ring shape, and both end portions of the waist support 103 are removably connected by connectors 104 at the front part of the trunk 5. The waist support 103 is disposed on the upper part of the waist 11, and can receive a downward load from the waist 11. The upper part of the waist 11 may be the upper part of the hip bone in the pelvis. For example, a portion of the lumbar support 103 may include the lower part of the back member 121.

ベルト40の牽引によって上体を引き起こす持ち上げアシスト力、中腰姿勢保持アシスト力は、腰支持体103による骨盤上部、したがって、大腿7を含む下肢に関連して作用する。これによって、アシスト力がスムーズに体幹5である上体に伝わるので、疲れにくい。 The lifting assist force that raises the upper body by pulling the belt 40 and the assist force for maintaining a half-squat posture act in relation to the upper part of the pelvis by the waist support 103, and therefore the lower limbs including the thighs 7. This allows the assist force to be smoothly transmitted to the upper body, which is the trunk 5, so fatigue is reduced.

体幹保持具120は、装着者4の左右の肩をそれぞれ覆う左右の一対の肩ベルト122を有してもよく、肩ベルト122は背後部材121に取り付けられる。肩ベルト122とともに腰支持体103が備えられる構成では、肩ベルト122は、装着者4の肩12に本件装着型」支援ロボット装置101の重量が作用しないようにするために、指が1本または縦に2本程度入る隙間がある程度が好ましい。これによって、肩ベルト122は、腰支持体103が、骨盤の上から下方へずれたとき、落下することを防ぐ働きを果たすとともに、肩ベルト22から装着者4の肩12に荷重が作用しないことによって、装着者4の疲労を軽減できる。肩ベルト122は、省略されてもよい。 The trunk support 120 may have a pair of left and right shoulder belts 122 that cover the left and right shoulders of the wearer 4, respectively, and the shoulder belts 122 are attached to the back member 121. In a configuration in which the shoulder belts 122 and the waist support 103 are provided, it is preferable that the shoulder belts 122 have a gap large enough for one or two fingers to fit vertically so that the weight of the wearable assist robot device 101 does not act on the shoulders 12 of the wearer 4. This prevents the waist support 103 from falling when it shifts downward from above the pelvis, and reduces fatigue of the wearer 4 by preventing the load from acting on the shoulders 12 of the wearer 4 from the shoulder belts 122. The shoulder belts 122 may be omitted.

本発明は、次の実施の形態が可能である。 The present invention can be implemented in the following ways:

(1) ベルト40は、2本から成り、それらの各一端部40aが一対の各大腿保持具30にそれぞれ連結され、2本のベルト40の各他端部40bが共通の巻胴52によって巻き取られて駆動されてもよい。2本の各ベルト40は、個別的な巻胴52によってそれぞれ巻き取られてもよい。 (1) The belts 40 may consist of two belts, each of which has one end 40a connected to each of the pair of thigh holders 30, and the other end 40b of each of the two belts 40 may be wound and driven by a common winding drum 52. Each of the two belts 40 may also be wound by an individual winding drum 52.

(2) モーションセンサ61は、体幹5などの移動体が移動する加速度αまたは角速度ωを検出し、前屈角度検出部66は、この加速度αもしくは角速度ωまたは両者α、ωを、たとえば、積分などして演算し、ドリフト誤差を含む角度θsなどの第1物理値を演算して求める。移動体の移動によって、モータ55の出力軸56は、移動体の移動の角度θsに対応して回転し、出力軸56のモータ角度θmをモータ角度検出器57によって第2物理値として検出する。ドリフト誤差を含む角度θsなどの第1物理値θsを、ドリフト誤差を含まないモータ角度θmなどの第2物理値を用いて補正する。 (2) The motion sensor 61 detects the acceleration α or angular velocity ω of a moving body such as the trunk 5, and the forward bending angle detection unit 66 calculates the acceleration α or angular velocity ω, or both α and ω, for example by integration, to calculate and determine a first physical value such as an angle θs that includes a drift error. As the moving body moves, the output shaft 56 of the motor 55 rotates corresponding to the angle θs of the moving body, and the motor angle θm of the output shaft 56 is detected as a second physical value by the motor angle detector 57. The first physical value θs, such as an angle θs that includes a drift error, is corrected using a second physical value such as a motor angle θm that does not include a drift error.

(3) 前記実施の形態(2)において、第2物理値θmが急変して誤差を発生したとき、その急変前後の第1物理値θs1、θs2に基づいて第2物理値θm1を補正し、その補正した第2物理値θm2と、その後の検出される第2物理値θmとを用いて第1物理値θsを補正する。 (3) In the above embodiment (2), when the second physical value θm suddenly changes and an error occurs, the second physical value θm1 is corrected based on the first physical values θs1 and θs2 before and after the sudden change, and the first physical value θs is corrected using the corrected second physical value θm2 and the second physical value θm detected thereafter.

(4) 装着型支援ロボット装置は、物、人体などの物体の移動、取扱いなどのために使用される。たとえば農業の作業支援のために用いられ、農業用以外に工場用や物流用や建設用として、介護用として、身体機能を回復するために歩行リハビリテーション支援用として、使用することができる。さらに、降雪地帯では、雪かき作業に使用できる。災害時の緊急救助作業、およびがれきなどの災害ごみの搬出作業などにも使用できる。 (4) Wearable assistive robot devices are used to move and handle objects such as goods and human bodies. For example, they can be used to assist with agricultural work, and can also be used in factories, logistics, construction, nursing care, and walking rehabilitation to restore physical functions. Furthermore, they can be used for snow shoveling in snowy areas. They can also be used for emergency rescue operations during disasters, and for removing disaster waste such as rubble.

1、101 装着型支援ロボット装置
4 装着者
5 体幹
7 大腿
8 大腿三角
11 腰
20、120 体幹保持具
21、121 背後部材
30 大腿保持具
40 ベルト
50 アシスト駆動機構
52 巻胴
54 駆動源
55 モータ
56 出力軸
57 モータ角度検出器
60 制御部
61 モーションセンサ
65 処理回路
66 前屈角度検出部
67 姿勢検出部
68 アシスト力設定部
69 アシスト力停止部
71 前屈角度補正部
72 すべり発生検出部
73 すべり角度演算部
74 モータ角度補正部
80 トルクリミタ
103 腰支持体
LIST OF REFERENCE NUMERALS 1, 101 Wearable assistive robot device 4 Wearer 5 Trunk 7 Thigh 8 Femoral triangle 11 Waist 20, 120 Trunk holder 21, 121 Back member 30 Thigh holder 40 Belt 50 Assist drive mechanism 52 Winding drum 54 Drive source 55 Motor 56 Output shaft 57 Motor angle detector 60 Control unit 61 Motion sensor 65 Processing circuit 66 Forward bending angle detector 67 Posture detector 68 Assist force setting unit 69 Assist force stop unit 71 Forward bending angle corrector 72 Slip occurrence detector 73 Slip angle calculator 74 Motor angle corrector 80 Torque limiter 103 Waist support

Claims (9)

(a) 装着者の体幹の背後に配置される背後部材を有し、体幹に保持される体幹保持具と、
(b) 装着者の左右の大腿に、大腿三角をそれぞれ覆って装着される一対の大腿保持具と、
(c) 体幹の背後に沿って上下に延び、下方の一端部が、一対の大腿保持具に連結されるベルトと、
(d) 背後部材に設けられるアシスト駆動機構であって、
(d1) ベルトの上方の他端部が固定され、ベルトを巻き取る巻胴と、
(d2) 駆動源であって、
(d2-1) 巻胴を駆動するモータと、
(d2-2) このモータの出力軸の回転するモータ角度θmを検出するモータ角度検出器とを有する駆動源と、
(d3) 駆動源によってベルトを牽引して装着者に、装着者の手に作用する荷重の持ち上げ姿勢における持ち上げのアシスト力を与える制御部であって、
(d3-1) 背後部材に設けられ、体幹の加速度αまたは角速度ωを検出するモーションセンサと、
(d3-2) 処理回路であって、
(d3-2-1) モーションセンサの出力に応答し、体幹の前屈角度θsを、加速度αまたは角速度ωを積分演算して求める前屈角度検出部と、
(d3-2-2) 前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θsによって持ち上げ姿勢を検出する姿勢検出部と、
(d3-2-3) 姿勢検出部の出力に応答し、持ち上げ姿勢が検出されたとき、駆動源によって持ち上げ姿勢のための装着者に与えるアシスト力を発生させるアシスト力設定部と、
(d3-2-4) モータ角度検出器の出力に応答し、前屈角度検出部の前屈角度θsをモータ角度θmに基づいて補正する前屈角度補正部とを有する処理回路とを備える制御部を持つアシスト駆動機構とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置。
(a) a trunk support having a back member disposed behind the trunk of a wearer and supported by the trunk;
(b) a pair of thigh holders to be worn on the wearer's left and right thighs, respectively, covering the femoral triangle;
(c) a belt that extends vertically along the back of the torso and has a lower end connected to a pair of thigh holders;
(d) an assist drive mechanism provided on the rear member,
(d1) a winding drum to which the other upper end of the belt is fixed and which winds up the belt;
(d2) a drive source,
(d2-1) a motor that drives a winding drum;
(d2-2) a drive source having a motor angle detector that detects a motor angle θm at which the output shaft of the motor rotates;
(d3) a control unit that pulls the belt by a driving source to provide the wearer with a lifting assist force for lifting a load acting on the wearer's hand in a lifting posture,
(d3-1) a motion sensor provided on the back member for detecting the acceleration α or angular velocity ω of the trunk;
(d3-2) A processing circuit,
(d3-2-1) a forward bending angle detection unit that determines a forward bending angle θs of the trunk by integrating the acceleration α or the angular velocity ω in response to an output from a motion sensor;
(d3-2-2) a posture detection unit that detects a lifting posture based on a forward bending angle θs in response to an output of the forward bending angle detection unit;
(d3-2-3) an assist force setting unit that is responsive to an output of the posture detection unit, and that generates, when a lifting posture is detected, an assist force to be applied to the wearer for the lifting posture by a drive source;
(d3-2-4) A wearable assistive robot device including an assist drive mechanism having a control unit including a processing circuit having a forward bending angle correction unit that corrects the forward bending angle θs of the forward bending angle detection unit based on the motor angle θm in response to an output of the motor angle detector.
駆動源はさらに、
モータの出力軸の動力を巻胴に伝達するトルクリミタであって、モータによる巻胴のベルトを巻き取る一方向の駆動時に、ベルトに、巻胴のベルトを巻き出してほどく他方向の予め定める値以上の過大な引張力が作用したとき、巻胴が出力軸に対して前記他方向の回転のすべりを発生するトルクリミタを有し、
処理回路はさらに、
トルクリミタのすべりが発生したことを検出するすべり発生検出部と、
すべり発生検出部の出力に応答し、巻胴がモータの出力軸に対してすべりを発生したすべり角度δを求めるすべり角度演算部と、
すべり角度演算部の出力に応答し、すべりが発生したことが検出されたとき、すべりが発生する直前のモータ角度θm1をすべり角度δに基づいて補正し、この補正後のモータ角度θm2を、前屈角度補正部に前屈角度θsの補正のために与えるモータ角度補正部とを有することを特徴とする請求項1に記載の装着型支援ロボット装置。
The driving source further includes:
a torque limiter that transmits the power of an output shaft of a motor to a winding drum, and when an excessive tensile force equal to or greater than a predetermined value acts on the belt in the other direction, that is, when the motor drives the winding drum in one direction to wind up the belt, the torque limiter causes the winding drum to slip in the other direction relative to the output shaft;
The processing circuit further comprises:
a slippage occurrence detection unit that detects the occurrence of slippage in the torque limiter;
a slip angle calculation unit that determines a slip angle δ at which the winding drum slips relative to the output shaft of the motor in response to an output of the slip occurrence detection unit;
and a motor angle correction unit that, in response to an output of the slip angle calculation unit, corrects the motor angle θm1 immediately before the occurrence of the slip based on the slip angle δ when the occurrence of a slip is detected, and provides this corrected motor angle θm2 to the forward bending angle correction unit for correcting the forward bending angle θs.
すべり発生検出部は、
前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θsを常時監視し、前屈角度θsが予め定める短時間ΔWに大きく急変した前屈角度θsの前後の各値θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)が予め定める値Δθs0以上に大きくなったとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする請求項2に記載の装着型支援ロボット装置。
The slip occurrence detection unit is
The wearable assistive robot device according to claim 2, characterized in that the forward bending angle θs is constantly monitored in response to the output of the forward bending angle detection unit, and the occurrence of slippage is detected when the amount of change Δθs (= θs2 - θs1) of each of the values θs1, θs2 before and after the forward bending angle θs that has suddenly changed significantly within a predetermined short period of time ΔW becomes greater than or equal to a predetermined value Δθs0.
すべり発生検出部は、
前屈角度検出部とモータ角度検出器との出力に応答し、前屈角度検出部によって検出される前屈角度θsと、モータ角度検出器57によって検出されるモータ角度θmとの差Δθsmを常時監視し、
その差Δθsmが急変したとき、すべりが発生したことを検出することを特徴とする請求項2に記載の装着型支援ロボット装置。
The slip occurrence detection unit is
in response to the outputs of the forward bending angle detection unit and the motor angle detector, constantly monitoring a difference Δθsm between the forward bending angle θs detected by the forward bending angle detection unit and the motor angle θm detected by the motor angle detector 57;
3. The wearable assistive robot device according to claim 2, wherein the occurrence of slippage is detected when the difference Δθsm changes suddenly.
すべり角度演算部は、
すべり角度δと前屈角度θsの急変前後の前屈角度θs1、θs2の変化量Δθs(=θs2-θs1)との対応関係を予め準備してストアするメモリを有し、変化量Δθsからすべり角度δを演算して求めることを特徴とする請求項2に記載の装着型支援ロボット装置。
The slip angle calculation unit is
The wearable assistive robot device according to claim 2, further comprising a memory for storing a correspondence relationship between the slip angle δ and the amount of change Δθs (=θs2-θs1) of the forward bending angles θs1 and θs2 before and after a sudden change in the forward bending angle θs, and the slip angle δ is calculated from the amount of change Δθs.
すべり角度演算部は、
半径Rの巻胴からすべり発生直前のモータ角度θm1とすべり角度δの回転によって巻き出されたベルトのベルト長さLが、すべり発生直後の前屈角度θs2における5個の腰椎LB1~LB5の全長LAと等しいことによって演算されるすべり角度δを求めることを特徴とする請求項2に記載の装着型支援ロボット装置。
The slip angle calculation unit is
The wearable assistive robot device according to claim 2, characterized in that the slip angle δ is calculated by determining that the belt length L of the belt unwound from the winding drum of radius R by rotation at the motor angle θm1 and slip angle δ just before the occurrence of slippage is equal to the total length LA of the five lumbar vertebrae LB1 to LB5 at the forward bending angle θs2 just after the occurrence of slippage.
姿勢検出部はさらに、前屈角度θsが予め定める時間W1以上継続することによって中腰姿勢を検出し、
アシスト力設定部はさらに、姿勢検出部の出力に応答し、中腰姿勢が検出されたとき、駆動源によって中腰姿勢のための装着者に与えるアシスト力を発生させことを特徴とする請求項1に記載の装着型支援ロボット装置。
The posture detection unit further detects a half-squatting posture when the forward bending angle θs continues for a predetermined time W1 or more.
2. The wearable assistive robot device according to claim 1, wherein the assist force setting unit is further configured to respond to an output of the posture detection unit, and when a squatting posture is detected, generate an assist force to be applied to the wearer for the squatting posture by using the drive source.
処理回路はさらに、アシスト力停止部を有し、このアシスト力停止部は、前屈角度検出部の出力に応答し、前屈角度θsが予め定める初期設定値になったとき、アシスト力設定部の駆動源によるアシスト力の発生を停止し、このアシスト力の発生を停止している状態で、ベルトを、その弛みをなくす巻き上げ力で巻胴によって巻き取るようにモータの出力トルクを設定することを特徴とする請求項1に記載の装着型支援ロボット装置。 The wearable assistive robot device according to claim 1, characterized in that the processing circuit further has an assist force stopping unit, which responds to the output of the forward bending angle detection unit, stops the generation of the assist force by the drive source of the assist force setting unit when the forward bending angle θs becomes a predetermined initial setting value, and sets the output torque of the motor so that the belt is wound up by the winding drum with a winding force that eliminates slack in the belt while the generation of the assist force is stopped. ベルトは、単1本から成り、その一端部が一対の大腿保持具に連結され、
体幹保持具は、背後部材に設けられる腰支持体を有し、この腰支持体は、腰の骨盤における寛骨の上部に配置されて腰を外囲し、腰で下向きの荷重を受けることを特徴とする請求項1に記載の装着型支援ロボット装置。
The belt is a single piece, one end of which is connected to a pair of thigh holders,
2. The wearable assistive robot device according to claim 1, wherein the trunk support has a waist support provided on the back member, the waist support being placed on the upper part of the hip bone in the pelvis of the waist to surround the waist and to receive a downward load at the waist.
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