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CN101848687B - 转动调整装置及转动装置的控制方法 - Google Patents

转动调整装置及转动装置的控制方法 Download PDF

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CN101848687B CN2007801008189A CN200780100818A CN101848687B CN 101848687 B CN101848687 B CN 101848687B CN 2007801008189 A CN2007801008189 A CN 2007801008189A CN 200780100818 A CN200780100818 A CN 200780100818A CN 101848687 B CN101848687 B CN 101848687B
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Abstract

本发明提供了一种转动调整装置及转动装置的控制方法，在使用转动装置时减小功耗，同时抑制转动装置及用于驱动转动装置的驱动装置的磨损/损伤。该转动调整装置(1)包括：转动装置(10)，具有通过多个转动轴连接的多个部件，用于实现以转动轴为中心的其他部件相对于一个部件的相对转动运动；以及转动抑制单元(30、72)，用于抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少一个。

Description

转动调整装置及转动装置的控制方法
技术领域
本发明涉及转动调整装置及转动装置的控制方法。
背景技术
当前，一种用于对丧失肌肉力(muscle force)的身体障碍者或缺乏肌肉力的老龄人等(以下，称为“被辅助者”)的动作进行辅助或代替的助力(power assist，动力辅助)装置的开发在不断被推进。近年来，公开有如下的安装式动作辅助装置(例如，参照日本特开2005-253650号公报。)：可安装在被辅助者身上且可根据被辅助者的意思随时产生所需要的动力。
安装式动作辅助装置具备可安装在被辅助者的胳膊或脚上的动作辅助安装设备。作为动作辅助安装设备，例如公开有包括如下部件的工具：主体部件，被安装在肩附近；上臂部件，通过具有至少一个转动轴的肩关节机构连接于主体部件，且被安装在安装人(或穿用者)的上臂部；以及前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于上臂部件，且被安装在安装人的前臂部。上述动作辅助安装设备是用于实现上臂部件相对于主体部件转动、以及前臂部件相对于上臂部件转动的转动装置，该动作辅助安装设备通过由设置在关节机构上的驱动装置(驱动器)产生的动力来实现转动运动。因此，安装有动作辅助安装设备的人(安装人)可利用驱动装置的动力来承载重量较大的货物。
但是，为了利用上述现有的动作辅助安装设备来担持重量较大的货物，需要对驱动装置(驱动器)持续提供所需要的电力。因此，在担持时间较长的情况下，不仅导致大量地消耗电力，而且还存在用于驱动动作辅助安装设备的驱动装置由于疲劳(磨损/破损)而导致耐用期限缩短的可能。
此外，在利用上述现有的动作辅助安装设备来承载货物的状态下，在由于某些主要原因(例如，供电被切断)而导致不能调整用于驱动动作辅助安装设备的驱动装置的驱动特征的情况下，用于担持货物及部件的力量减弱或消失。当上述这样的情况发生时，部件由于重力而急剧转动，从而动作辅助安装设备可能会磨损或损伤。
发明内容
本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种转动调整装置及转动装置的控制方法，其在使用动作辅助安装设备等转动装置时减低消耗能量，同时抑制转动装置及用于驱动转动装置的驱动装置的磨损/损伤。
为了实现上述目的，本发明涉及的转动调整装置包括：转动装置，具有通过多个转动轴连接的多个部件，该转动装置用于实现以转动轴为中心的其他部件相对于一个部件的相对转动运动；以及转动抑制单元，用于抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。
并且，本发明涉及的控制方法是转动装置的控制方法，该转动装置具有通过多个转动轴连接的多个部件，其用于实现以转动轴为中心的其他部件相对于一个部件的相对转动运动，该转动装置的控制方法包括：转动抑制步骤，抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。
当采用上述结构及方法时，可以抑制由于转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。例如，在采用容许上臂部件相对于主体部件转动、和前臂部件相对于上臂部件转动的转动装置并通过前臂部件承载较重的货物的情况下，在使前臂部件相对于上臂部件转动例如90°的状态下，可以抑制前臂部件的转动运动。通过这样，可以使上臂部件和前臂部件宛如一个L形部件那样的发挥作用，所以可以不需要用于驱动前臂部件的动力。因此，可以减少驱动部件所需的能量(电力等)，同时可延长驱动转动装置的驱动装置(驱动器)的耐用期限。
此外，当采用上述结构及方法时，由于可以抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个，所以即使在由于某种其他主要原因导致不可调整驱动转动装置的驱动装置的驱动特征的情况下，也可以抑制部件由于重力而急剧地转动。因此，可以降低转动装置的磨损和损伤。
在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动装置，包括：主体部件，安装在安装人的肩附近；上臂部件，通过具有至少一个转动轴的肩关节机构连接于主体部件，上臂部件被安装在安装人的上臂部；以及前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于上臂部件，前臂部件被安装在安装人的前臂部，上述转动装置用于实现上臂部件相对于主体部件的转动运动、以及前臂部件相对于上臂部件的转动运动。在这种情况下，可以采用如下的转动抑制单元：抑制上臂部件的转动运动及前臂部件的转动运动中的至少任一个。
此外，在上述转动调整装置(上述转动装置的控制方法)中，可以采用如下的转动抑制单元(转动抑制步骤)：在检测出预定的控制信号(例如，超过来自安装人的预定电平的生物信号、或通过安装人或其他操作人操作操作部而发生的操作信号)的情况下，抑制上臂部件的转动运动及前臂部件的转动运动中的至少任一个。
并且，在上述转动调整装置(上述转动装置的控制方法)中，可以采用如下的转动装置，包括：机器人用主体部件；机器人用上臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肩关节机构连接于所述机器人用主体部件；以及机器人用前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于所述机器人用上臂部件，所述转动装置用于实现所述机器人用上臂部件相对于所述机器人用主体部件的转动运动、以及所述机器人用前臂部件相对于所述机器人用上臂部件的转动运动。在这种情况下，可以采用如下的转动抑制单元(转动抑制步骤)：抑制机器人用上臂部件的转动运动及机器人用前臂部件的转动运动中的至少任一个。
此外，在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动抑制单元：在其他部件相对于一个部件相对转动的角度超过规定临界值(Threshold)的情况下，抑制其他部件相对于一个部件的相对转动运动。
而且，在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动抑制单元：在作用于转动装置的负载超过规定临界值的情况下，抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。
而且，在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动抑制单元，包括：凹部，固定在至少一个转动轴上，设置在与转动轴一同转动的转动部件上；以及销，以相对于凹部自由插卸的方式构成，转动抑制单元通过将销插入凹部，从而阻止转动部件及转动轴的转动运动。
此外，在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动抑制单元，包括：多个凸部，固定在至少一个转动轴上，设置在与转动轴一同转动的转动部件的外周；以及抵接部件，配置在凸部的附近，以便抵接于转动部件的凸部，转动抑制单元在以按压的方式将抵接部件向转动的凸部施力的状态下，使抵接部件间歇地抵接于凸部，从而抑制转动部件及转动轴的转动运动。
此外，在上述转动调整装置中，可以采用如下的转动抑制单元，包括：摩擦式制动装置，摩擦式制动装置通过摩擦力作用，从而抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。作为摩擦式制动装置，可以采用盘式制动装置、鼓式制动装置、带式制动装置等。并且，也可以采用如下的摩擦式制动装置：通过由来自外部的物理作用而引起粘性变化的官能流体(functional fluid)(例如，由于从外部赋予电场而引起粘性变化的ER流体、或由于从外部赋予磁场而引起粘性变化的MR流体)的摩擦力，从而抑制由转动装置引起的多个转动运动中的至少任一个。
发明效果
根据本发明，可以使用动作辅助安装设备等转动装置减低消耗能量，同时也能抑制转动装置及用于驱动转动装置的驱动装置的磨损/损伤。
附图说明
图1是表示本发明实施方式涉及的安装式动作辅助装置的功能结构的框图。
图2是从斜前方观察如图1所示的安装了安装式动作辅助装置的动作辅助安装设备的安装人时的立体图。
图3是从斜后方观察如图1所示的安装了安装式动作辅助装置的动作辅助安装设备的安装人时的立体图。
图4A是表示安装式动作辅助装置的设置有锁定机构的动作辅助安装设备的肘部附近的立体图。
图4B是如图1所示的安装式动作辅助装置的锁定机构的截面图。
图5是用于对如图1所示的安装式动作辅助装置的转动抑制控制所涉及的方法进行说明的流程图。
图6是用于对如图1所示的安装式动作辅助装置的转动抑制控制所涉及的方法进行说明的流程图。
图7用于对如图1所示的安装式动作辅助装置的转动抑制控制所涉及的方法进行说明的流程图。
图8是表示采用了如图1所示的安装式动作辅助装置时的节电效果的曲线图。
图9是表示如图1所示的安装式动作辅助装置的其他转动抑制单元的结构的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，对将本发明适用于根据安装人(或穿用者)的意思随时产生所需的动力的“安装式动作辅助装置”的例子进行说明。
首先，使用图1～图4B，对本实施方式涉及的安装式动作辅助装置1的结构进行说明。
安装式动作辅助装置1用于检测安装人P产生肌肉力时产生的生物信号，并根据该检测出的生物信号产生所需的动力，其被称为机器外衣(robotsuits)或能量外衣(powered suits)。安装式动作辅助装置1包括：动作辅助安装设备10，安装在安装人P上；驱动器20，用于驱动动作辅助安装设备10；锁定机构30，用于抑制动作辅助安装设备10的转动运动；角度传感器40，用于检测构成动作辅助安装设备10的部件的转动角度；负载传感器50，用于检测作用于构成动作辅助安装设备10的部件的负载；生物信号传感器60，用于检测来自安装人P的生物信号；控制装置70，用于总体控制安装式动作辅助装置1的各种机器；以及未图示的蓄电池，用于向各种电子机器供给电力；等等。安装式动作辅助装置1作为本发明的转动调整装置的一个实施方式而发挥作用。
如图2及图3所示，动作辅助安装设备10包括：主体部件11，安装在安装人P的躯体上；上臂部件13，通过肩关节机构12连接于主体部件11，且安装在安装人P的上臂部上；以及前臂部件15，通过肘关节机构14连接于上臂部件13，且安装在安装人P的前臂部上；等等，动作辅助安装设备10用于实现上臂部件13相对于主体部件11的转动运动、及前臂部件15相对于上臂部件13的转动运动。也就是说，动作辅助安装设备10是本发明的转动装置的一个实施方式。
如图2及图3所示，主体部件11是从肩到腰覆盖安装人P的躯体的部件。本实施方式涉及的主体部件11为兼具强度及柔软性两者的结构，其中，该强度可使通过上臂部件13等向肩部传达的负载向下半身释放，该柔软性可使安装人P将躯体向左右扭转或向前后弯曲。
如图2及图3所示，肩关节机构12包括：L形部件12b，通过沿垂直方向延伸的转动轴12a可自由转动地连接于主体部件11；以及I形部件12d，通过沿水平方向延伸的转动轴12c可自由转动地连接于L形部件12b。肩关节机构12用于实现以相互正交的两个转动轴12a、12c为中心的两个转动运动(以垂直方向的转动轴12a为中心的L形部件12b相对于主体部件11的转动运动、以及以水平方向的转动轴12c为中心的I形部件12d相对于L形部件12b的转动运动)。并且，在肩关节机构12上设置有如后详述的肩部驱动电机21。
如图2及图3所示，上臂部件13包括：第一上臂U形部件13a，被固定在肩关节机构12的I形部件12d上，且被安装在安装人P的上臂部的肩附近部分上；第二上臂U字部件13b，被安装在安装人P的上臂部的肘附近的部分上；以及上臂棒状部件13c，用于连接第一上臂U形部件13a和第二上臂U形部件13b。并且，虽然在图2及图3中未示出，但是设置有用于将第一上臂U形部件13a和第二上臂U形部件13b安装在安装人P的上臂部上的带子。
上臂棒状部件13c构成为：通过使多个筒状部件嵌合，可进行伸缩和扭转(其他筒状部件相对于一个筒状部件转动)。因此，相对于安装在上臂棒状部件13c的一端的第一上臂U形部件13a，可实现安装在上臂棒状部件13c的另一端的第二上臂U形部件13b的扭转，且可以跟随安装人P的上臂部一起进行扭转动作。
如图2及图3所示，前臂部件15包括：前臂U形部件15a，自由转动地连接于上臂部件13的第二上臂U形部件13b，且前臂U形部件15a被安装在安装人P的前臂部的肘附近的部分上；手腕部件15b，安装在安装人P的手腕附近；以及前臂棒状部件15c，连接前臂U形部件15a及手腕部件15b。并且，虽然在图2及图3中未示出，但是设置有用于将前臂U形部件15a和手腕部件15b安装在安装人P的前臂部上的带子。
前臂棒状部件15c构成为：通过使多个筒状部件嵌合，可进行伸缩和扭转(其他筒状部件相对于一个筒状部件转动)运动。因此，相对于安装在前臂棒状部件15c的一端的前臂U形部件15a，可实现安装在前臂棒状部件15c的另一端的手腕部件15b的扭转，且可以跟随安装人P的前臂部一起进行扭转动作。并且，如图3所示，手腕部件15b具有一部分覆盖安装人P的手的覆甲这样的结构。因此，安装人P可以承担较大重量的货物。
并且，如图2及图3所示，肘关节机构14包括：转动轴14a，用于自由转动地连接上臂部件13的第二上臂U字部件13b和前臂部件15的第一前臂部件15a，肘关节机构14用于实现以该转动轴14a为中心的前臂部件15相对于上臂部件13的转动运动。并且，在肘关节机构14上设置有如后详述的肘部驱动电机22。
如图2及图3所示，驱动器20包括：肩部驱动电机21，设置在肩关节机构12上，以及肘部驱动电机22，设置在肘关节机构14上。该肩部驱动电机21及肘部驱动电机22是通过由未图示的蓄电池供给的电力而驱动，且根据来自控制装置70的控制信号产生驱动转矩的伺服电机。
肩部驱动电机21被固定在肩关节机构12的L字部件12b上，通过所需要的驱动转矩使沿水平方向延伸的转动轴12c转动。通过肩部驱动电机21使转动轴12c转动，从而固定在转动轴12c上的I形部件12d(以及连接于I字部件12d的上臂部件13)相对于L形部件12a(以及连接于L形部件12a的主体部件11)进行转动运动。通过上述肩部驱动电机21的驱动转矩，可以对安装人P的使上臂部相对于躯体上下工作时的运动(以沿水平方向延伸的假想转动轴为中心的上臂部的转动运动)进行辅助。此外，由于可以容许以肩关节机构12的沿竖直方向延伸的转动轴12b为中心的L形部件12a的转动，所以可以容许安装人P将上臂部绕躯体回转的运动(以沿竖直方向延伸的假象转动轴为中心的上臂部的转动运动)。
肘部驱动电机22被固定在上臂部件13的第二上臂U字部件13b上，通过所需要的驱动转矩使肘关节机构14的转动轴14a转动。通过肘部驱动电机22使转动轴14a转动，从而固定在转动轴14a上的前臂U字部件15a(以及包括前臂U形部件15a的前臂部件15)相对于第二上臂U形部件13b(以及包括第二上臂U形部件13b的上臂部件13)进行转动运动。通过上述肘部驱动电机22的驱动转矩，可以对安装人P的使前臂部相对于上臂部转动的运动(肘的弯曲伸展运动)进行辅助。
如图1所示，锁定机构30用于通过接收来自控制装置70的控制信号进行工作，从而抑制(阻止)前臂部件15相对于动作辅助安装设备10的上臂部件13的转动运动。如图4A、图4B所示，锁定机构30包括：转动板31，配置在肘部驱动电机22的外侧，固定在转动轴14a上，与转动轴14a一同转动；以及销32，构成为从肘部驱动电机22的内部向转动板31突出。转动板31是本发明的转动部件的一个实施方式。
如图4A、图4B所示，在转动板31的内侧面(肘部驱动电机22侧的一面)上沿转动板31的外周形成有多个凹部31a。当通过肘部驱动电机22产生驱动转矩以使转动轴14a转动时，固定在转动轴14a上的转动板31以及形成在转动板31内的凹部31a转动。如图4B所示，通过配置在肘部驱动电机22的内部的销驱动部32a来驱动销32。销驱动部32a接收来自控制装置70的控制信号而工作，其进行驱动以使销32从肘部驱动电机22的内部向外部突出。虽然销32通常被收容在肘部驱动电机22的内部，但当销驱动部32a接收来自控制装置70的控制信号而工作时，销32由于销驱动部32a的驱动从肘部驱动电机22的内部向外部突出，并插入形成在转动板31的凹部31a中。通过上述的动作，可以阻止转动板31的转动，随之可以阻止转动轴14a及连接于转动轴14a的前臂部件15的转动。
角度传感器40设置在肩部驱动电机21及肘部驱动电机22上，用于分别检测上臂部件13(I形部件12a)相对于主体部件11(L形部件12b)的转动角度、以及前臂部件15相对于上臂部件13的转动角度。通过角度传感器40检测出的转动角度的信息被用于动作辅助安装设备10的转动抑制控制。
负载传感器50被设置在构成动作辅助安装设备10的部件(主体部件11、上臂部件13、前臂部件15等)的适当位置上，用于检测作用于这些部件的负载。通过负载传感器50检测出的负载的信息被用于动作辅助安装设备10的转动抑制控制。
生物信号传感器60用于检测来自安装人P的生物信号。作为生物信号，除表示安装人P的意思的神经传达信号、和安装人P产生肌肉力时通过骨骼肌肉力产生的微弱电位(肌肉力电位信号)以外，还可以采用由安装人P的体温、脉搏、脑电波、心电位、发汗等而产生的各种信号。在本实施方式中，通过使用粘贴带将生物信号传感器60粘贴在安装人P的上臂部及前臂部，从而检测伴随上臂部及前臂部的移动而产生的肌肉力电位信号。通过生物信号传感器60检测出的生物信号被用于驱动器20的控制及动作辅助安装设备10的转动抑制控制。
控制装置70用于总体控制安装式动作辅助装置1的各种机器，其由用于进行各种运算的CPU、和存储有各种控制程序和控制数据的存储器等构成。如图1所示，控制装置70包括：动力控制部71，根据由生物信号传感器60检测出的生物信号进行驱动器20的控制，从而产生所需要的辅助动力；以及转动抑制部72，用于根据转动角度信息和负载信息等使锁定机构30工作。
动力控制部71根据由生物信号传感器60检测出的生物信号(神经传达信号或肌肉力电位信号)，生成用于通过驱动器20(肩部驱动电机21及肘部驱动电机22)产生的基于安装人P的意思的动力的控制信号。本实施方式中的动力控制部71生成控制信号，该控制信号用于生成与通过生物信号传感器60检测出的生物信号的电平(level)成比例的电流，并产生与该电流值成比例的驱动转矩。由此，可以驱动驱动器20而不延迟安装人P的动作意思，且安装人P可协调地进行基于自身意思的动作。
转动抑制部72在以下四个情况中的任一个情况下，生成用于使锁定机构30工作的控制信号，该四个情况为：(1)通过角度传感器40检测出的转动角度超过规定的临界值(Threshold)且通过生物信号传感器60检测出的生物信号超过规定的电平的情况；(2)通过角度传感器40检测出的转动角度超过规定的临界值且通过负载传感器50检测出的负载超过规定的临界值的情况；(3)通过负载传感器50检测出的负载超过规定的临界值且通过生物信号传感器60检测出的生物信号超过规定的电平的情况；(4)由于某些其他的主要原因(例如，切断电力供给)而导致不可进行驱动器20的驱动特征的调整的情况。
在本实施方式中，将用于使锁定机构工作的转动角度的临界值(前臂部件15相对于上臂部件13的转动角度的临界值)设定为“θc”，同时将负载的临界值(作用于前臂部件15的负载的临界值)设定为“Nc”。并且，在本实施方式中，将用于使锁定机构30工作的生物信号的电平(规定电平)设定为与规定的上限肌肉力相对应的电平。在满足上述(1)～(4)中的任一个条件的情况下，转动抑制部72使锁定机构30的销驱动部32a工作，并阻止前臂部件15相对于上臂部件13转动。
通过转动抑制部72和锁定机构30构成本发明的转动抑制单元的一个实施方式。并且，超过使锁定机构30工作时检测出的规定电平的生物信号相当于本发明的规定的控制信号。此外，转动抑制部72在使锁定机构30工作的同时，临时停止向肘部驱动电机22的通电，并使驱动转矩消失。由此，可以获得后述的节电效果。
下面，使用图5～图7的流程图，对本实施方式涉及的安装式动作辅助装置1的转动抑制控制涉及的方法(动作辅助装置10的控制方法)进行说明。
当安装人P举起较重的货物时，控制装置70的动力控制部71根据通过生物信号传感器60检测出的生物信号，生成用于通过驱动器20产生基于安装人P的意思的动力的控制信号。驱动器20由于可以接收该驱动信号并以不会延迟安装人P的动作意思的方式被驱动，所以安装人P可协调地进行基于自身意思的提货动作(弯曲前臂部的动作)。当实施这样的提货动作时，控制装置70的转动抑制部72实现如下这样的转动抑制控制。
<参照角度和生物信号的控制>
首先，使用图5的流程图，对参照了前臂部件15的转动角度、生物信号的转动抑制控制进行说明。控制装置70的转动抑制部72通过角度传感器40检测动作辅助安装设备10的前臂部件15相对于上臂部件13的转动角度(角度检测步骤：S1)。并且，转动控制部72通过生物信号传感器60检测来自安装人P的生物信号(生物信号检测步骤：S2)。并且，转动控制部72判断在角度检测步骤S1检测出的转动角度是否超过规定的临界值(θc)、在生物信号检测步骤S2中检测出的生物信号是否超过规定电平(判断步骤：S3)。
在判断步骤S3中，转动抑制部72在判断出转动角度超过规定的临界值且生物信号超过规定电平的情况下，生成用于使锁定机构30工作的控制信号，并通过该控制信号的输出使销驱动部32a工作，驱动销32，阻止前臂部件15的转动运动(转动抑制步骤：S4)。并且，转动抑制部72在转动抑制步骤S4中，临时停止向肘部驱动电机22通电，使驱动转矩消失。另一方面，转动抑制部72在判断步骤S3中，在判断出转动角度小于等于规定临界值的情况下、或者在判断出即使转动角度超过规定的临界值但生物信号小于等于规定电平的情况下，结束控制而不抑制前臂部件15的转动运动。
<参照角度和负载的控制>
接着，使用图6的流程图，对参照了前臂部件15的转动角度、作用于前臂部件15的负载的转动抑制控制进行说明。控制装置70的转动抑制部72通过角度传感器40检测动作辅助安装设备10的前臂部件15相对于上臂部件13的转动角度(角度检测步骤：S11)。并且，转动控制部72通过负载传感器50检测作用于前臂部件15的负载(负载检测步骤：S12)。此外，转动抑制部72判断在角度检测步骤S11中检测出的转动角度是否超过规定的临界值(θc)、在负载检测步骤S12中检测出的负载是否超过规定的临界值(Nc)(判断步骤：S13)。
在判断步骤S13中，转动抑制部72在判断出转动角度超过规定的临界值且负载超过规定临界值的情况下，生成用于使锁定机构30工作的控制信号，并通过该控制信号的输出使销驱动部32a工作，驱动销32，阻止前臂部件15的转动运动(转动抑制步骤：S14)。并且，转动抑制部72在转动抑制步骤S14中，临时停止向肘部驱动电机22的通电，使驱动转矩消失。另一方面，转动抑制部72在判断步骤S13中，在判断出转动角度小于等于规定临界值的情况下、或者在判断出即使转动角度超过规定的临界值但负载小于等于规定临界值的情况下，结束控制而不抑制前臂部件15的转动运动。
<参照负载和生物信号的控制>
接下来，使用图7的流程图，对参照了作用于前臂部件15的负载、和生物信号的转动抑制控制进行说明。控制装置70的转动抑制部72通过负载传感器40检测作用于动作辅助安装设备10的前臂部件15的负载(负载检测步骤：S21)。并且，转动控制部72通过生物信号传感器60检测来自安装人P的生物信号(生物信号检测步骤：S22)。此外，转动抑制部72判断在负载检测步骤S21中检测出的负载是否超过规定的临界值(Nc)、在生物信号检测步骤S22中检测出的生物信号是否超过规定的电平(判断步骤：S23)。
在判断步骤S23中，转动抑制部72在判断出负载超过规定的临界值且生物信号超过规定电平的情况下，生成用于使锁定机构30工作的控制信号，并通过该控制信号的输出使销驱动部32a工作，驱动销32，阻止前臂部件15的转动运动(转动抑制步骤：S24)。并且，转动抑制部72在转动抑制步骤S24中，临时停止向肘部驱动电机22的通电，使驱动转矩消失。另一方面，转动抑制部72在判断步骤S23中，在判断出负载小于等于规定临界值的情况下、或者在判断出即使负载超过规定的临界值但生物信号小于等于规定电平的情况下，结束控制而不抑制前臂部件15的转动运动。
在上述说明的实施方式涉及的安装式动作辅助装置1中，在使动作辅助安装设备10工作的同时承载较重的货物的情况下，在满足指定的转动抑制条件时(例如，在前臂部件15相对于上臂部件13的角度超过规定的临界值且作用于前臂部件15的负载超过规定的临界值的情况等)，控制装置70的转动抑制部72可使锁定机构30工作，从而阻止前臂部件15的转动运动。因此，由于上臂部件13和前臂部件15可以宛如一个部件那样的发挥作用，所以可以不需要用于驱动前臂部件15的动力。因此，可以减少驱动部件所需的电力消耗量，同时可抑制驱动动作辅助安装设备10的驱动器20的磨损或损伤，延长耐用期限。
并且，在上述说明的实施方式涉及的安装式动作辅助装置1中，在由于某种其他主要原因导致不可进行驱动器20的驱动特征的调整的情况下，控制装置70的转动抑制部72使锁定机构30工作，且可抑制动作辅助安装设备10的各部件的转动。因此，即使在驱动器20的驱动力突然降低或消失的情况下，也可以抑制部件由于重力而急剧地转动，所以可以降低动作辅助安装设备10的磨损和损伤。
在此，使用图8的曲线图，对采用本实施方式涉及的安装式动作辅助装置1时的节电效果进行说明。
如图8所示，以如下这一系列的动作的情况为例：从时刻T0开始，使动作辅助安装设备工作，开始承载货物，在承载货物的同时使前臂部件相对于上臂部件转动，在转动角度到达规定的临界值的时刻T1，停止转动。当使用不具有锁定机构的现有的安装式动作辅助装置来实施上述动作时，由于在转动停止后(时刻T1后)需要持续产生为了担持货物所需的驱动转矩，所以如图8的虚线所示，在转动停止后，电力消耗较大。与此相对，当使用本实施方式涉及的安装式动作辅助装置1时，在转动停止后，由于前臂部件15通过锁定机构30被固定于上臂部件13，同时停止向肘部驱动电机22的供电，所以如图8的实线所示，在转动停止后，可以显著降低电力消耗。
此外，本发明并不仅限于上述实施方式所限定的内容，在不脱离本发明主旨的范围内可以有各种变形。例如，虽然在上述实施方式中，示出了参照来自安装人P的生物信号抑制转动运动的例子，但是转动抑制条件并不仅限于此，还可以采用如下的结构：设置有安装人或监护人(其他操作人)可操作的操作部，在检测出通过安装人或监护人操作该操作部而生成的操作信号的情况下阻止转动运动。在上述情况下的操作信号相当于本发明的指定的控制信号。
并且，虽然在上述实施方式中，示出了在满足两个条件(例如，转动角度超过规定临界值且来自安装人P的生物信号超过规定电平)的情况下抑制转动运动的例子，但是也可以改变控制方法，以便在满足上述条件中的任一个条件的情况下抑制转动运动。并且，也可以采用如下的结构：由于某种其他的主要原因急剧的外力相对于动作辅助安装设备发挥作用的情况下，阻止转动运动。
并且，虽然在上述实施方式中，示出了通过在肘关节机构14上设置锁定机构30，从而抑制前臂部件15相对于上臂部件13转动运动的例子，但也可以在肩关节机构12上设置同样的锁定机构。如上所述，当在肩关节机构12上设置锁定机构时，可以抑制L形部件12b相对于主体部件11的转动运动、或者可抑制I形部件12d(以及连接于I形部件12d的上臂部件13)相对于L形部件12b的转动。
并且，虽然在上述实施方式中，示出了采用具有锁定机构的转动抑制单元的例子，但锁定机构的结构并不仅限于本实施方式中的如图4A、图4B所示的结构。并且，转动抑制单元的结构也并不仅限于本实施方式中的结构。也可以采用如下的转动抑制机构：例如，如图9所示，在转动板31的外周设置多个齿部(在与电机22相反的一侧设置的齿部31A及设置在电机22侧的齿部31B)，以轴32A、32B为中心，以分别靠近这些齿部31A、31B的方式自由转动地配置抵接部件33A、33B，并分别使抵接部件33A、33B间歇地抵接于齿部31A、31B，从而抑制转动板31的转动。
在采用上述转动抑制机构的情况下，控制装置70的转动抑制部72在满足指定的转动抑制条件的情况下，可以进行如下的控制：将抵接部件33A、33B分别对齿部31A、31B进行按压。由此，通过齿部31A和抵接部件33A之间间歇的抵接，从而可以抑制转动板31沿图9的R1方向的转动运动，另一方面，通过齿部31B和抵接部件33B之间间歇的抵接，从而可以抑制转动板31沿图9的R2方向的转动运动。上述转动抑制机构的齿部31A、31B在本发明中是凸部。并且，通过上述转动抑制机构、和转动抑制部72来构成本发明的转动抑制单元的一个实施方式。
此外，虽然在上述实施方式中，示出了采用具有锁定机构的转动抑制单元的例子，但也可以将锁定机构30取而代之地采用如下的摩擦式控制装置(盘式(disk)制动装置、鼓式(drum)制动装置、带式(band)制动装置等)：接收来自控制装置60的转动抑制部62的控制信号，产生用于抑制肘关节机构14的转动轴14a的转动的制动力。即使在采用具有上述摩擦式制动装置的转动抑制单元的情况下，由于可以通过摩擦力来抑制前臂部件15相对于上臂部件13的转动运动，所以可以降低驱动前臂部件15所需的电力消耗量。
并且，也可以采用如下的摩擦式制动装置：产生用于通过由于来自外部的物理作用而引起粘性变化的官能流体(例如，由于从外部赋予电场而引起粘性变化的ER流体、或由于从外部赋予磁场而引起粘性变化的MR流体)的摩擦力来抑制转动的制动力。当采用利用了上述官能流体的摩擦力的摩擦式制动装置时，即使在由于某种原因不能调整驱动器的驱动性能的情况下，也可以防止由于用于承载货物及部件的力突然消失而由重力引起该部件的快速转动(缓冲作用)。
此外，虽然在上述实施方式中，示出了将本发明适用于安装在人体臂部上的动作辅助安装设备(转动装置)的例子，但是也可以将本发明适用于安装在人体的脚部动作辅助安装设备(例如，包括如下部件的工具：腰部件，安装在安装人的腰部；腿部件，通过具有至少一个转动轴的股关节机构连接于腰部件，且被安装在安装人的腿部；以及胫部件，通过具有至少一个转动轴的膝关节机构连接于腿部件，且被安装在安装人的胫部)并进行转动抑制。在这种情况下，在股关节机构或膝关节机构上设置锁定机构，例如，在检测出指定的生物信号的情况下，通过控制装置使锁定机构等工作，从而可以抑制腿部件相对于腰部件的转动运动、或可以抑制胫部件相对于腿部件的转动运动。在这种情况下，可以通过控制装置及锁定机构等来构成本发明中的转动抑制单元。
此外，虽然在上述实施方式中，示出了将本发明适用于安装在人体的动作辅助装置(转动装置)的例子，但也可以在进行多次转动运动的其他转动装置中适用本发明。也可以在例如包括如下部件的机器人(robot)的上半身构造(转动装置)中适用本发明以进行转动抑制：机器人用主体部件；机器人用上臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肩关节机构连接于机器人用主体部件；以及机器人用前臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肘关节机构连接于机器人用上臂部件。在这种情况下，在机器人用肩关节机构或机器人用肘关节机构上设置锁定机构等，在检测出指定的控制信号的情况等下，通过控制装置使锁定机构等工作，从而可以抑制机器人用上臂部件相对于机器人用主体部件的转动运动、或可以抑制机器人用前臂部件相对于机器人用上臂部件的转动运动。在这种情况下，可以通过控制装置及锁定机构等来构成本发明中的转动抑制单元。
符号说明
1安装式动作辅助装置(转动调整装置)
10动作辅助安装设备(转动装置)
11主体部件
12肩关节机构
12c、12a转动轴
13上臂部件
14肘关节机构
14a转动轴
15前臂部件
30锁定机构(转动抑制单元的一部分)
31转动板(转动部件)
31a凹部
31A、31B齿部(凸部)
32销
33A、33B抵接部件
72转动抑制部(转动抑制单元的一部分)
P安装人

Claims (15)

1.一种转动调整装置，其特征在于，包括：
转动装置，具有通过多个转动轴连接的多个部件，所述转动装置提供以所述转动轴为中心的所述部件中的一个相对于所述部件中的另一个的相对转动运动；以及
转动抑制单元，用于抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个，
其中，所述转动抑制单元在作用于所述转动装置的负载超过预定临界值的情况下，抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个。
2.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动装置包括：主体部件，安装在安装人的肩附近；上臂部件，通过具有至少一个转动轴的肩关节机构连接于所述主体部件，所述上臂部件被安装在所述安装人的上臂部；以及前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于所述上臂部件，所述前臂部件被安装在所述安装人的前臂部，所述转动装置用于提供所述上臂部件相对于所述主体部件的转动运动、以及所述前臂部件相对于所述上臂部件的转动运动，所述转动抑制单元用于抑制所述上臂部件的转动运动及所述前臂部件的转动运动中的至少一个。
3.根据权利要求2所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动抑制单元在检测出预定的控制信号的情况下，抑制所述上臂部件的转动运动及所述前臂部件的转动运动中的至少一个。
4.根据权利要求3所述的转动调整装置，其特征在于，
所述控制信号是来自所述安装人的超过规定电平的生物信号。
5.根据权利要求3所述的转动调整装置，其特征在于，
所述控制信号是通过所述安装人或其他操作人操作操作部而产生的操作信号。
6.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动装置包括：机器人用主体部件；机器人用上臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肩关节机构连接于所述机器人用主体部件；以及机器人用前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于所述机器人用上臂部件，所述转动装置提供所述机器人用上臂部件相对于所述机器人用主体部件的转动运动以及所述机器人用前臂部件相对于所述机器人用上臂部件的转动运动，
所述转动抑制单元用于抑制所述机器人用上臂部件的转动运动及所述机器人用前臂部件的转动运动中的至少一个。
7.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动抑制单元在所述部件中的一个相对于所述部件中的另一个的相对转动角度超过预定临界值时，抑制所述部件中的一个相对于所述部件中的另一个的相对转动运动。
8.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动抑制单元包括：凹部，设置在转动部件上，所述转动部件固定在至少一个所述转动轴上，并且与至少一个所述转动轴一同转动；以及销，其被设置成被插入到所述凹部中并从所述凹部中去除，所述转动抑制单元通过将所述销插入到所述凹部中而阻止所述转动部件及所述转动轴的转动运动。
9.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动抑制单元包括：多个凸部，设置在转动部件的外圆周上，所述转动部件固定在至少一个所述转动轴上，并与至少一个所述转动轴一同转动；以及抵接部件，靠近所述凸部设置，以便抵接于所述转动部件的所述多个凸部，所述转动抑制单元在以按压的方式将所述抵接部件朝向转动的所述多个凸部按压的状态下，使所述抵接部件间歇地抵接于所述多个凸部，从而抑制所述转动部件及所述转动轴的转动运动。
10.根据权利要求1所述的转动调整装置，其特征在于，
所述转动抑制单元包括：摩擦式制动装置，通过施加摩擦力，从而抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个。
11.根据权利要求10所述的转动调整装置，其特征在于，
所述摩擦式制动装置通过由来自外部的物理作用而引起粘性变化的官能流体的摩擦力抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个。
12.根据权利要求11所述的转动调整装置，其特征在于，
所述官能流体是通过从外部施加电场来引起粘性变化的ER流体、
或通过从外部施加磁场来引起粘性变化的MR流体。
13.一种转动装置的控制方法，所述转动装置具有通过多个转动轴连接的多个部件，所述转动装置提供以转动轴为中心的所述部件中的一个相对于所述部件中的另一个的相对转动运动，所述方法包括：
转动抑制步骤，抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个，
其中，所述转动抑制单元在作用于所述转动装置的负载超过预定临界值的情况下，抑制由所述转动装置引起的多个转动运动中的至少一个。
14.根据权利要求13所述的转动装置的控制方法，其特征在于，
所述转动装置包括：主体部件，安装在安装人的肩附近；上臂部件，通过具有至少一个转动轴的肩关节机构连接于所述主体部件，被安装在所述安装人的上臂部；以及前臂部件，通过具有至少一个转动轴的肘关节机构连接于所述上臂部件，被安装在所述安装人的前臂部，所述转动装置提供所述上臂部件相对于所述主体部件的转动运动、以及所述前臂部件相对于所述上臂部件的转动运动，
在所述转动抑制步骤中，在检测出预定的控制信号的情况下，抑制所述上臂部件的转动运动及所述前臂部件的转动运动中的至少一个。
15.根据权利要求13所述的转动装置的控制方法，其特征在于，
所述转动装置包括：机器人用主体部件；机器人用上臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肩关节机构连接于所述机器人用主体部件；机器人用前臂部件，通过具有至少一个转动轴的机器人用肘关节机构连接于所述机器人用上臂部件，所述转动装置用于提供所述机器人用上臂部件相对于所述机器人用主体部件的转动运动、以及所述机器人用前臂部件相对于所述机器人用上臂部件的转动运动，
在所述转动抑制步骤中，抑制所述机器人用上臂部件的转动运动及所述机器人用前臂部件的转动运动中的至少一个。
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