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CN107891415A - 辅助装置 - Google Patents

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CN107891415A
CN107891415A CN201710939327.9A CN201710939327A CN107891415A CN 107891415 A CN107891415 A CN 107891415A CN 201710939327 A CN201710939327 A CN 201710939327A CN 107891415 A CN107891415 A CN 107891415A
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Abstract

本发明涉及辅助装置。辅助装置(60)具有：身体佩戴件(62、64、35)；绕辅助对象身体部的关节转动并被佩戴在辅助对象身体部的输出连杆(30)；具有产生辅助转矩的输出轴的促动器(40)；被设置于从输出连杆(30)至促动器(40)的输出轴的任意位置的转矩检测部(24、42、43)；对合成了通过对象者利用自身的力使辅助对象身体部转动而从输出连杆输入的对象者转矩和来自输出轴的辅助转矩的合成转矩进行判定的转矩判定机构；以及基于合成转矩对输出轴的转动角度进行控制的控制装置(52)。

Description

辅助装置
技术领域
本发明涉及被佩戴于对象者的辅助对象身体部并辅助该辅助对象身体部的动作的辅助装置。
背景技术
例如日本特开2013-173190记载有对象者在利用腰部的屈伸抬起重物时、通常的步行时，对大腿部相对于腰部的动作进行辅助的穿戴式动作辅助装置。穿戴式动作辅助装置具备：佩戴于对象者的腰部的腰部框架、背垫部、腹垫部、对背垫部与腹垫部进行结合的结合部件、被固定于大腿部的大腿固定部、相对于腰部框架对大腿固定部进行驱动的驱动机构。并且穿戴式动作辅助装置具备被粘贴于对象者的皮肤的生物体信号检测传感器、基于从生物体信号检测传感器输出的生物体信号对驱动机构进行控制的控制部。生物体信号检测传感器为了从皮肤检测出肌肉电位信号、神经传递信号等生物体电位信号，具有用于对微弱电位进行检测的电极。而且生物体信号检测传感器在佩戴者的腰部的附近的左右的大腿部的前侧、腰部的附近的左右的大腿部的内侧、左右的臀部、腰部的稍许上方的背部的左右等，通过覆盖电极的周围的粘贴密封被粘贴在佩戴者的皮肤上。
在日本特开2013-173190记载的穿戴式动作辅助装置中，需要多个生物体信号检测传感器，必须在佩戴者的左右的大腿部前侧、左右的大腿部内侧、左右的臀部、左右的背部这样合适的非常多的位置粘贴生物体信号检测传感器。因此，在利用之际的佩戴时，非常地麻烦。而且在粘贴生物体信号检测传感器之前，决定粘贴的位置、以及粘贴的个数(相对于计测处位置的一处位置，粘贴接近的三个传感器等)也花费时间。另外，从来自多个生物体信号检测传感器的各个的微弱的生物体信号除去噪声的处理、基于来自各生物体信号检测传感器的生物体信号，推测进行什么样的动作(是抬起重物还是步行等)并进行辅助的处理，存在成为非常复杂的可能性。
发明内容
本发明提供一种不必将多个传感器粘贴在对象者的皮肤的佩戴容易、能够以更简单的构成以及更简单的控制对辅助对象身体部的动作进行辅助的辅助装置。
本发明的第1实施方式是一种辅助装置，其包括：身体佩戴件，被佩戴于对象者的辅助对象身体部的周围；输出连杆，绕上述辅助对象身体部的关节转动并被佩戴于上述辅助对象身体部；促动器，具有产生经由上述输出连杆对上述辅助对象身体部的转动进行辅助的辅助转矩的输出轴；转矩检测部，被设置于从上述输出连杆至上述输出轴的任意位置；转矩运算部，判定合成了通过对象者利用自身的力使上述辅助对象身体部转动而从上述输出连杆输入的对象者转矩、与来自上述输出轴的上述辅助转矩的合成转矩；以及控制装置，基于使用上述转矩运算部而判定的上述合成转矩对上述输出轴的转动角度进行控制。
根据上述构成，控制装置由对合成了对象者转矩与辅助转矩的合成转矩进行判定的转矩运算部对合成转矩进行判定，基于合成转矩对输出轴的转动角度进行控制。另外，转矩检测部被设置于从输出连杆至输出轴的任一个位置。该情况下，无需将转矩检测部粘贴在对象者的皮肤，因此对辅助装置的佩戴而言，与在对象者的皮肤上粘贴多个传感器的情况比较，佩戴非常容易。而且不需要多个传感器，能够由转矩运算部适当地检测对象者的动作，能够设为更简单的构成。另外，通过对已判定的对象者的动作进行辅助，能够以更简单的控制对辅助对象身体部的动作进行辅助。而且，能够分开取得来自对象者的转矩(对象者转矩)与来自促动器的转矩(辅助转矩)，因此能够基于来自对象者的转矩进行控制，能够使对象者的不协调感(对象者不希望的来自促动器的输出) 减少。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述转矩检测部，也可具有：输出轴转动角度传感器，对上述输出轴的转动角度亦即输出轴转动角度进行检测；弹性体；输出连杆转动角度传感器，对上述输出连杆的转动角度亦即输出连杆转动角度进行检测。而且，上述控制装置，可以基于使用上述转矩运算部而判定的上述合成转矩、使用上述输出连杆转动角度传感器而检测出的上述输出连杆转动角度，对上述输出轴转动角度进行控制。
根据上述构成，通过由输出轴转动角度传感器、弹性体、输出连杆转动角度传感器构成转矩检测部，能够具体地并且适当地实现转矩检测部。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述转矩检测部，可以具有对上述促动器的驱动电流进行检测的电流传感器、和对上述促动器的转速进行检测的转速传感器中的至少一个。而且，上述转矩运算部，也可基于使用上述电流传感器而检测出的上述驱动电流、和使用上述转速传感器而检测出的上述转速中的至少一个来检测上述辅助转矩，基于上述合成转矩和上述辅助转矩求出上述对象者转矩。
根据上述构成，转矩检测部，还具有电流传感器和转速传感器中的至少一个，转矩运算部基于驱动电流和转速的至少一个来对辅助转矩进行检测。因此，转矩运算部能够(直接地)检测合成转矩和辅助转矩，因此能够更高精度地求出对象者转矩。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述转矩运算部也可是上述控制装置的运算部，上述控制装置也可基于上述输出连杆转动角度、上述输出轴转动角度和上述弹性体的状态对上述合成转矩进行运算。
根据上述构成，能够以非常简单的构成实现转矩运算部，能够以非常简单的运算对合成转矩进行运算。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述控制装置可以根据已判定的上述合成转矩求出与上述对象者转矩相关的对象者转矩相关量，求出与已求出的上述对象者转矩相关量对应的上述辅助转矩，基于已求出的上述辅助转矩求出上述输出轴转动角度，以成为已求出的上述输出轴转动角度的方式对上述促动器进行控制。
根据上述构成，根据合成了对象者转矩和辅助转矩的合成转矩求出对象者转矩相关量，无需分别判定对象者转矩和辅助转矩，因此能够设为更简单的构成。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述控制装置也可基于相对于上述对象者转矩相关量的规定倍率的转矩求出上述辅助转矩，也可具有使上述规定倍率可变的辅助倍率可变机构。
根据上述构成，具有辅助倍率可变机构，能够根据对象者的身体状态等调整适当的辅助力，因此在复原等中是非常有便利的。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述弹性体也可是螺旋弹簧，上述螺旋弹簧的一端与上述输出轴连接，上述螺旋弹簧的另一端与上述输出连杆连接或经由规定部件与上述输出连杆连接。
根据上述构成，通过使用螺旋弹簧，与通过电流调整马达的输出转矩的情况比较，仅调整螺旋弹簧的伸缩量(即，马达输出轴的旋转角度) 即可，因此能够更容易地调整辅助转矩。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述规定部件也可是将来自上述螺旋弹簧的旋转减速并向上述输出连杆传递的减速机，上述转矩运算部也可对上述输出连杆与上述减速机之间的上述合成转矩、或者被蓄积在上述螺旋弹簧的上述合成转矩进行判定。
根据上述构成，通过设置将从螺旋弹簧向输出连杆输出的旋转减速的减速机，与没有减速机的情况比较，能够利用弹簧常数的更小的螺旋弹簧。由此，能够使用小型且轻型的螺旋弹簧，辅助转矩的微调变得容易(若弹簧常数大，则即使小的伸缩误差也作为大的辅助转矩误差而输出)。而且，若由转矩运算部52A运算输出连杆于减速机之间的合成转矩、或者被蓄积在螺旋弹簧的合成转矩，则能够适当地判定合成了对象者转矩与辅助转矩的合成转矩。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述控制装置也可以在被预先设定的规定时间间隔的运算定时，对上述合成转矩进行判定并求出上述输出轴转动角度，以成为已求出的上述输出轴转动角度的方式控制上述促动器，在本次的运算定时，基于以本次的运算定时已判定的合成转矩亦即本次合成转矩与以前次的运算定时已判定的合成转矩亦即前次合成转矩的偏差、以前次的运算定时已求出的辅助转矩亦即前次辅助转矩、上述规定倍率求出本次的运算定时的辅助转矩亦即本次辅助转矩。
在上述构成中，以前次的运算定时输出的辅助转矩亦即在以本次的运算定时输出新的辅助转矩之前的辅助转矩被视为恒定。因此，前次的运算定时的合成转矩与本次的运算定时的合成转矩的偏差能够被视为由对象者输入的对象者转矩的变化量。因此，通过将转矩偏差乘以规定倍率而得到的值与前次辅助转矩相加，能够适当并且容易地求出本次辅助转矩。因此，能够进行更简单的控制。另外，无需分别判定对象者转矩与辅助转矩，因此能够设为更简单的构成。
在上述第1实施方式的辅助装置中，上述弹性体可以是螺旋弹簧，上述螺旋弹簧的一端与上述输出轴连接，上述螺旋弹簧的另一端与将来自上述螺旋弹簧的旋转减速并向上述输出连杆传递的减速机连接，上述控制装置可以基于上述本次辅助转矩、上述减速机的减速比、上述螺旋弹簧的弹簧常数、上述输出连杆转动角度求出上述输出轴转动角度。
根据上述构成，与基于来自多个生物体信号检测传感器的生物体信号推断进行了怎样的动作的情况比较，能够以更简单的构成实现辅助装置。另外，对由对象者输入的对象者转矩进行判定并辅助对象者转矩，因此无需区分对象者的动作是腰部的屈伸还是步行或是臂的抬起放下等。因此，与基于来自多个生物体信号检测传感器的生物体信号进行控制的情况比较，能够以更简单的控制对辅助对象身体部的动作进行辅助。
附图说明
本发明的特点、优点、技术和示例性实施例的工业意义将从以下参照附图的实施方式的描述中变得清楚，附图中相同标号用来表示相同元件，其中：
图1是表示第1实施方式的辅助装置的使用状态的示意侧面图。
图2是表示图1所示的辅助装置的外观的立体图。
图3是图1的III-III向视图，是对图1所示的辅助装置的辅助机构的构成进行说明的图。
图4是对图3所示的辅助机构的各构成部件进行说明的分解立体图。
图5是对控制装置的输入输出进行说明的图。
图6是对由马达编码器检测的实际马达轴角度(θM_fb)、由输出连杆转动角度检测部检测的实际连杆角度(θL)进行说明的图。
图7是控制装置的控制框图。
图8是对基于图7所示的控制框图的处理顺序进行说明的流程图。
图9是表示第2实施方式的辅助装置的使用状态的示意侧面图。
图10是表示图2所示的辅助装置的外观的立体图。
图11是图9的XI-XI向视图，对图9所示的辅助装置的辅助机构的构成进行说明的图。
图12是对图11所示的辅助机构的各构成部件进行说明的分解立体图。
图13是对控制装置的输入输出进行说明的图。
图14是对由转矩检测部检测的实际合成转矩(τ)、由马达编码器检测的实际马达轴角度(θM_fb)、由转动角度检测部检测的实际连杆角度(θL)进行说明的图。
图15是控制装置的控制框图。
图16是对基于图15所示的控制框图的处理顺序进行说明的流程图。
图17是说明辅助装置的变形例中的控制装置的输入输出的图。
具体实施方式
下面基于图1至图8对第1实施方式的辅助装置60进行说明。如图1所示，第1实施方式的辅助装置60是在人抬起货物W时，对大腿部相对于腰部的转动进行辅助的装置。这里，图中所示的X方向、y方向以及z方向相互正交，与佩戴了辅助装置60的人的前方向、上方向以及左方向对应。
首先，参照图1～图4表示辅助装置60的构成。
如图1以及图2所示，第1实施方式的辅助装置60具备：从人的腰部跨至背部来佩戴的佩戴件62、被设置于上述佩戴件62的下部的支承架基部64。支承架基部64具备：在佩戴件62的下部以向左右延伸的方式设置的横梁部64z、在其横梁部64z的左右两侧相对于上述横梁部 64z几乎以直角设置的侧板部64x。而且，如图3所示，在支承架基部 64的侧板部64x上在与人的股关节对应的位置、即在与人的股关节在x 方向以及y方向上几乎同位置形成有轴承孔64j。在图1所示的例中，对象者的大腿部与辅助对象身体部相当。
如图3所示，在上述支承架基部64的横梁部64z与侧板部64x的左右的角部内侧设置有左右一对的辅助机构20(后述)。上述辅助机构20 被沿z方向设置，该辅助机构20的输入轴22e被插入到支承架基部64 的侧板部64x的轴承孔64j。辅助机构20的输入轴22e与被固定于支承架基部64的侧板部64x的外侧的马达40(与促动器相当)的旋转轴41 (与输出轴相当)同轴地连结。即、辅助机构20在能够以输入轴22e 的旋转轴线20J为中心转动的状态下被支承于支承架基部64。
另外，如图3以及图4所示，辅助机构20的输出旋转部件26p与棒状的输出连杆30的基端部(转动中心部)以相对不能旋转的状态连结。即，输出连杆30的转动中心部经由辅助机构20以能够转动的状态被连结在与人的股关节对应的支承架基部64的轴承孔64j的位置。输出连杆30是沿着人的大腿部的外侧面而配置的连杆，以其输出连杆30 的前端侧(转动自由端侧)通过连杆佩戴件35佩戴在人的大腿部的方式构成。即，上述的佩戴件62、62y、支承架基部64及连杆佩戴件35 作为本发明的身体佩戴件发挥功能。
而且在支承架基部64的前方设置有用于将支承架基部64保持于对象者的腰部的带64B。而且对于左右的各个支承架基部64而言，相对于横梁部64z在左右方向能够滑动，能够调整左右的支承架基部64的左右方向的间隔。而且在佩戴件62的上部设置有佩戴件62y，佩戴件 62y相对于佩戴件62能够在上下方向滑动。而且佩戴件62y的前侧设置有用于将辅助装置60保持在对象者的肩的带62B。
如图3、图4等所示，输出连杆30的转动中心部安装有对输出连杆 30的转动角度进行检测的输出连杆转动角度检测部43。另外，如图1、图2等所示，辅助装置60具备被安装于支承架基部64的背面的控制箱 50。另外关于控制箱50的详细内容将在后述。
对辅助机构30的构成进行说明。如图3以及图4所示，辅助机构 20具备输入部件22、弹簧(24)、减速机26。弹簧(24)也可是扭簧 (torsionbar：扭杆、torsionbarspring：扭杆弹簧)、螺旋弹簧等。在以下的本实施方式的例子中，将弹簧(24)作为螺旋弹簧24来进行说明。输入部件22是用于将上述马达40的旋转向螺旋弹簧24传递的部件。输入部件22具备：与马达40的旋转轴41以不能相对旋转的状态连结的输入轴22e、与该输入轴22e同轴地设置的圆板部22r、在输入轴22e 的相反侧被设置于圆板部22r的周边的转矩传递轴22p。而且，输入部件22的转矩传递轴22p与螺旋弹簧24的外圆周侧弹簧端部24e连结。而且在对象者手够到的位置(此时，侧板部64x)设置有用于改变辅助倍率的辅助倍率可变机构47。
辅助机构20的螺旋弹簧24与弹性体相当，是将从马达40传递来的旋转量变换为辅助转矩的部件。如图4所示，螺旋弹簧24是将带状的板弹簧形成为螺旋状的弹簧，在中心侧与外圆周侧具备弹簧端部24y、 24e。螺旋弹簧24构成为通过改变外圆周侧弹簧端部24e相对于中心侧弹簧端部24y的转动角度而能够调整弹簧力(辅助转矩)。这里，上述螺旋弹簧24的弹簧常数例如被设定为K。如上所述，螺旋弹簧24的外圆周侧弹簧端部24e与输入部件22的转矩传递轴22p以不能相对旋转的状态连结。另外，螺旋弹簧24的中心侧弹簧端部24y与减速机26的输入旋转部件26e以不能相对旋转的状态连结。这里，输入部件22与减速机26的输入旋转部件26e沿旋转轴线20J被同轴地保持。而且螺旋弹簧24能够蓄积来自马达40的旋转轴41的辅助转矩，并且能够将蓄积的辅助转矩作为输出连杆30的转动力而释放。
减速机26是将从螺旋弹簧24传递来的辅助转矩的旋转量减量并向输出连杆30传递的部件。通过设置减速机26，能够使用更小的弹簧常数的螺旋弹簧24，能够使螺旋弹簧24小型化、轻型化。减速机26具备输入旋转部件26e、输出旋转部件26p、设置于输入旋转部件26e与输出旋转部件26p之间的齿轮机构(省略图示)等。减速机26的输入旋转部件26e与输出旋转部件26p被保持为同轴，构成为通过输入旋转部件26e旋转n次而输出旋转部件26p旋转1次(n＞1)。
如图4所示，减速机26的输出旋转部件26p的中心形成有供输出连杆30的旋转中心销30p嵌合的定位孔26u。并且，输出旋转部件26p 的定位孔26u的周围形成有供输出连杆30的无法转动销31插入的无法转动孔26k。由此，输出连杆30能够与减速机26的输出旋转部件26p 一体地旋转。
马达旋转角度检测部42作为输出轴转动角度检测部发挥功能，例如是马达编码器，将与马达40的旋转轴41的旋转角度对应的检测信号向控制装置52输出。控制装置能够基于来自马达旋转角度检测部42的检测信号，对马达40的旋转轴41的旋转角度亦即实际马达轴角度θM_fb (参照图6)进行检测。
输出连杆转动角度检测部43例如是编码器、电位计，将与输出连杆30的转动角度对应的检测信号向控制装置52输出。控制装置52能够基于来自输出连杆转动角度检测部43的检测信号，对输出连杆30的转动角度亦即实际连杆角度θL(与输出连杆转动角度相当。参照图6) 进行检测。马达旋转角度检测部42、输出连杆转动角度检测部43虽作为旋转编码器、电位计等进行了说明，但也可是分解器(在2相线圈中流动交流电流，对从2相线圈输出的电压的相位变化进行检测)、霍尔元件、光电传感器(具有出射光的投光部、对接受的光进行检测的受光部)、开关等。而且，通过螺旋弹簧24、马达旋转角度检测部42和输出连杆转动角度检测部43，能够进行转矩运算(判定)，它们作为转矩检测部发挥功能。此外，转矩检测部除了上述说明的以外，作为转矩传感器能够设为磁磁致伸缩式转矩传感器；通过光学传感器、磁传感器等对扭杆的扭角进行测定的电动助力转向中所使用的转矩传感器。而且转矩检测部被设置于从输出连杆30至旋转轴41(马达40)的任意的位置上。在本实施方式的说明中，使用了通过马达旋转角度检测部42、螺旋弹簧 24(与弹性体相当)、输出连杆转动角度检测部43、构成了转矩检测部的例子来进行说明。
被收容于控制箱50的控制装置52(参照图5)具有作为转矩运算部发挥功能的(转矩)运算部52A(例如CPU与运算部相当)。而且该运算部52A对将从马达40的旋转轴41输出的经由输入部件22而向螺旋弹簧24输入的辅助转矩、与对象者通过自身的力使辅助对象身体部转动从而经由输出连杆30与减速机26从对象者向螺旋弹簧24输入的对象者转矩合成了的合成转矩进行运算。而且控制装置52若后述那样，基于合成转矩对旋转轴41的转动角度进行控制。
辅助倍率可变机构47例如是由可变电阻等构成的并能够由对象者操作的倍率调整拨盘，将与调整位置(调整角度)对应的设定信号向控制装置输出。控制装置根据设定信号对调整位置(调整角度)进行检测，根据调整位置(调整角度)决定后述的辅助倍率α的值(0＜α＜1的范围内的值)。
参照图5表示控制箱50的构成。如图1以及图2所示，控制箱50 是被安装于佩戴件62的背面的盒子。如图5所示，控制箱50收纳有控制装置52、马达驱动器54和电源单元56。电源单元56例如是锂离子电池，对控制装置52和马达驱动器54供给电力。
控制装置52被从电源单元56供给电力，求出用于控制马达40的旋转轴41的旋转角度的控制信号52out，经由马达驱动器54对旋转轴 41的旋转角度进行控制。控制装置52基于辅助倍率α、实际连杆角度θL、实际马达轴角度θM_fb、实际马达电流IM_fb求出实际合成转矩τ和控制信号52out。实际马达电流IM_fb通过位于马达驱动器54内等的电流传感器(分流电阻、磁传感器(对基于电流的磁束进行检测))变换为控制装置52能够识别的信号(电压值等)，被控制装置52测定。辅助倍率α基于从辅助倍率可变机构47向控制装置52输入的设定信号由控制装置52决定。实际连杆角度θL基于从输出连杆转动角度检测部43 向控制装置52输入的检测信号由控制装置52检测。实际马达轴角度θM_fb基于从马达旋转角度检测部42向控制装置52输入的检测信号由控制装置52检测。实际马达电流IM_fb基于从马达驱动器54向控制装置 52输入的检测信号由控制装置52检测。实际合成转矩τ基于实际连杆角度θL、实际马达轴角度θM_fb、螺旋弹簧24的伸缩状态以及螺旋弹簧 24的弹簧常数(与螺旋弹簧的状态相当)由控制装置52通过运算而求出。
马达驱动器54被从电源单元56供给电力，是将来自控制装置52 的控制信号52out变换为驱动马达40的驱动电流IM的驱动器电路。而且马达驱动器54将与驱动电流IM相当的实际马达电流IM_fb的值向控制装置52输出。
接下来，使用图8所示的流程图与图7所示的控制框图对控制装置 52的处理顺序进行说明。此外，图7所示的控制框图中的附图标记B10 是对来自马达40的辅助转矩进行计算的辅助转矩决定部B10，图5所示的控制装置52作为该辅助转矩决定部B10发挥功能。而且图7所示的控制框图中的附图标记B20是决定驱动马达40的电流的马达控制部 B20，图5所示的控制装置52作为该马达控制部B20发挥功能。而且图7所示的控制框图中的附图标记B30是包含马达驱动器54、马达40 (以及马达旋转角度检测部42)、输入部件22、螺旋弹簧24、减速机 26、输出连杆30、输出连杆转动角度检测部43的转矩赋予部B30，图 5所示的附图标记B30的部分作为该转矩赋予部B30发挥功能。
接下来，对图8所示的流程图进行说明。图8所示的处理以规定时间间隔(例如数ms间隔)被起动，若被起动则控制装置52使处理进入步骤SB100。
步骤SB100是与图7所示的控制框图的模块B01、模块B11、模块 B14、模块B24相当的处理，以及输入信号的处理。在步骤SB100中控制装置52将前次的处理定时时检测并存储的实际合成转矩τ(t)存储为前次的实际合成转矩τ(t-1)(与模块B11相当的处理)。而且控制装置52将前次的处理定时时求出并存储的目标辅助转矩τa_ref(t)存储为前次的目标辅助转矩τa_ref(t-1)(与模块B14相当的处理)。
而且控制装置52将前次的处理定时时检测并存储的实际马达轴角度θM_fb(t)存储为前次的实际马达轴角度θM_fb(t-1)。而且控制装置 52基于来自马达旋转角度检测部42的检测信号检测并存储本次的实际马达轴角度θM_fb(t)。并且控制装置52根据本次的实际马达轴角度θM_fb (t)与前次的实际马达轴角度θM_fb(t-1)求出并存储实际马达角速度ωM_fb(与模块B24相当的处理)。而且控制装置52基于来自输出连杆转动角度检测部43的检测信号检测并存储本次的实际连杆角度θL(输入信号的处理)。而且控制装置52基于从马达驱动器54输入的检测信号求出并存储实际马达电流IM_fb。而且控制装置52基于来自辅助倍率可变机构47的设定信号决定并存储辅助倍率α(输入信号的处理)。而且控制装置52使用本次的实际连杆角度θL(t)、减速机26的减速比(1 /n)、本次的实际马达轴角度θM_fb(t)、螺旋弹簧24的状态(弹簧常数K)，用以下的(式1)通过运算求出本次的实际合成转矩τ(t)(被蓄积在螺旋弹簧24的实际合成转矩)(与模块B01相当的处理)。
τ(t)＝K[θM_fb(t)-n＊θL(t)] (式1)
步骤SN12与图7所示的控制框图的节点N12中的处理相当。在步骤SN12中控制装置52求出本次的实际合成转矩τ(t)与从模块B11 输入的前次的实际合成转矩τ(t-1)之差，将求出的转矩变化量Δτh向模块B13输出，进入步骤SB13。另外，转矩变化量Δτh与从合成转矩τ提取的、与对象者转矩相关的对象者转矩相关量相当，用以下的(式2) 求出。此外，能够将在前次的运算定时输出的辅助转矩且在本次的运算定时输出新的辅助转矩之前的辅助转矩视为恒定。因此，本次的运算定时的实际合成转矩τ(t)与前次的运算定时的实际合成转矩τ(t-1)的变化量(偏差)能够视为是从对象者输入的对象者转矩的变化量(偏差)。换句话说，通过求出合成了对象者转矩与辅助转矩的本次的实际合成转矩τ(t)、与前次的实际合成转矩τ(t-1)之差，能够排除辅助转矩的影响而求出对象者转矩的变化量。此外，求出转矩变化量Δτh时，在与τ(t)对应的K[θM_fb(t-1)-n＊θL(t)]使用θM_fb(t-1)而不是θM_fb (t)这一点是重点。在步骤SN12的时刻，还没有更新实际马达轴角度 (在图8的处理的最后的步骤SB28中更新)，因此使用θM_fb(t-1)。另外，控制装置52基于对象者转矩的变化使马达40的指令电流IM_ref变化。指令电流IM_ref相对于对象者的动作，在没有不协调的运算定时(例如，运算间隔是100“ms”以下的运算定时，为了更顺利地动作，优选更短的时间间隔)利用控制装置52来运算。换句话说，控制装置52基于对象者转矩的变化，驱动马达40，基于对象者转矩的变化驱动马达40 后成为等待对象者转矩的变化(对象者动作)的状态，因此来自马达40的辅助转矩成为几乎恒定状态。另外，马达等的转矩能够通过该马达所特有的T-N特性(表示转矩“N/m”与转速“rpm”的关系的特性)、T-I特性(表示转矩“N/m”与电流“A”的关系的特性)等，根据马达的转速与马达的驱动电流中的至少一方求出。而且，考虑马达40的转矩(辅助转矩)的变化，能够根据实际合成转矩τ求出更高精度的对象者转矩。此时，只要设置对马达的转速进行检测的转速检测部(例如旋转传感器)、对马达的驱动电流进行检测的电流检测部(例如，上述的电流传感器(分流电阻、磁传感器)的至少一方即可。而且控制装置52(转矩运算部(52A))基于马达的转速与马达的驱动电流的至少一方对辅助转矩进行检测，基于合成转矩与辅助转矩求出对象者转矩。
Δτh＝τ(t)-τ(t-1)
＝K[θM_fb(t-1)-n＊θL(t)]-K[θM_fb(t-1)-n＊θL(t-1)]
＝n＊K[θL(t-1)-θL(t)] (式2)
步骤SB13与图7所示的控制框图的模块B13中的处理相当。在步骤SB13中控制装置52将决定的辅助倍率α与从节点N12输入的转矩变化量Δτh相乘而求出辅助增减量Δτa_ref，将求出的辅助增减量Δτa_ref向节点N15输出，进入步骤SN15。此外，辅助倍率α是0＜α＜1的范围内的值。另外，辅助增减量Δτa_ref通过以下的(式3)而求出。
Δτa_ref＝α＊Δτh (式3)
步骤SN15与图7所示的控制框图的节点N15中的处理相当。在步骤SN15中控制装置52求出从模块B13输入的辅助增减量Δτa_ref与从模块B14输入的前次目标辅助转矩τa_ref(t-1)的和，将求出的目标辅助转矩τa_ref向模块B21输出，进入步骤SB21。目标辅助转矩τa_ref(τa_ref (t))由以下的(式4)求出。即，本次的目标辅助转矩τa_ref基于对象者转矩相关量(Δτh)的规定倍率(辅助倍率(α))的转矩与前次的目标辅助转矩τa_ref(t-1)而被求出。
τa_ref(t)＝τa_ref(t-1)+α＊Δτh (式4)
步骤SB21与图7所示的控制框图的模块B21中的处理相当。在步骤SB21中控制装置52基于实际连杆角度θL与从节点N15输入的目标辅助转矩τa_ref，求出马达40的旋转轴41的指令旋转角度θM_ref。而且控制装置52将求出的指令旋转角度θM_ref向节点N22输出，进入步骤 SN22。这里，若以下那样地进行定义，则目标辅助转矩τa_ref能够利用以下的(式5)来表示。而且通过整理(式5)能够用(式6)来表示指令旋转角度θM_ref。该指令旋转角度θM_ref与输出轴转动角度相当。
θM_ref：指令旋转角度
τa_ref：目标辅助转矩
K：螺旋弹簧24的弹簧常数
θL：实际连杆角度
n：与使减速机26的输入旋转部件26e旋转n次时、输出旋转部件 26p旋转1次(n＞1)这样的减速比相当的值
τa_ref＝K[θL-(θM_ref/n)] (式5)
θM_ref＝[(K＊θL-τa_ref)＊n/K] (式6)
步骤SN22与图7所示的控制框图的节点N22中的处理相当。在步骤SN22中控制装置52求出从模块B21输入的指令旋转角度θM_ref与实际马达轴角度θM_fb之差亦即旋转角度偏差Δθ。而且控制装置52将求出的旋转角度偏差Δθ向模块B23输出，进入步骤SB23。此外，旋转角度偏差Δθ根据以下的(式7)求出。
Δθ＝θM_ref-θM_fb (式7)
步骤SB23与图7所示的控制框图的模块B23中的处理相当。在步骤SB23中控制装置52基于从节点N22输入的旋转角度偏差Δθ，利用现有的PID控制等求出指令角速度ωM_ref。而且控制装置52将求出的指令角速度ωM_ref向节点N25输出，进入步骤SN25。此外，根据旋转角度偏差Δθ计算指令角速度ωM_ref的顺序、方法没有特别的限定，怎样计算指令角速度ωM_ref均可。
步骤SN25与图7所示的控制框图的节点N25中的处理相当。在步骤SN25中控制装置52求出从模块B23输入的指令角速度ωM_ref与从模块B24输入的实际马达角速度ωM_fb之差亦即角速度偏差Δω。而且控制装置52将求出的角速度偏差Δω向模块B26输出，进入步骤SB26。此外，角速度偏差Δω根据以下的(式8)求出。
Δω＝ωM_ref-ωM_fb (式8)
步骤SB26与图7所示的控制框图的模块B26中的处理相当。在步骤SB26中控制装置52基于从节点N25输入的角速度偏差Δω，利用现有的PID控制等求出指令电流IM_ref。而且控制装置52将求出的指令电流IM_ref向节点N27输出，进入步骤SN27。此外，根据角速度偏差Δω计算指令电流IM_ref的顺序、方法没有特别的限定，怎样计算指令电流 IM_ref均可。
步骤SN27与图7所示的控制框图的节点N27中的处理相当。在步骤SN27中控制装置52求出从模块B26输入的指令电流IM_ref与实际马达电流IM_fb之差亦即电流偏差ΔI。而且控制装置52将求出的电流偏差ΔI向模块B28输出，进入步骤SB28。此外，电流偏差ΔI根据以下的 (式9)求出。
ΔI＝IM_ref-IM_fb (式9)
步骤SB28与图7所示的控制框图的模块B28中的处理相当。在步骤SB28中控制装置52基于从节点N27输入的电流偏差ΔI，利用现有的PID控制等求出控制信号52out。例如控制信号52out是与电流偏差ΔI相当的被设定为Duty的PWM信号等，与马达驱动器54对应的控制信号。而且控制装置52将求出的控制信号52out向马达驱动器54输出，结束处理。此外，根据电流偏差ΔI求出控制信号52out的顺序、方法没有特别的限定，怎样求出控制信号52out均可。
接下来，基于图9至图16对第2实施方式的辅助装置10进行说明。第2实施方式的辅助装置10是在人抬起货物W时对上臂部的上转动进行辅助的装置。这里，图中所示的X方向、y方向以及z方向相互正交，与佩戴了辅助装置10的人的前方向、上方向以及左方向对应。
参照图9～图12表示辅助装置10的构成。如图9以及图10所示，第2实施方式的辅助装置10具备：被佩戴于人的上体的上体佩戴件12、被设置于上述上体佩戴件12的背面上部的支承架基部14。支承架基部 14具备：在上体佩戴件12的背面上部以沿左右延伸的方式设置的横梁部14z、在该横梁部14z的左右两侧与上述横梁部14z几乎为直角地设置的侧板部14x。而且，如图11所示，在支承架基部14的侧板部14x，在与人的肩关节对应的位置、即与人的肩关节在xy方向几乎相同的位置形成有轴承孔14j。在图9所示的例子中，对象者的上臂部与辅助对象身体部相当。
如图11所示，在上述支承架基部14的横梁部14z与侧板部14x的左右的角部内侧设置有左右一对的辅助机构20(后述)。上述辅助机构 20被沿z方向设置，该辅助机构20的输入轴22e插入支承架基部14的侧板部14x的轴承孔14j。辅助机构20的输入轴22e与被固定于支承架基部14的侧板部14x的外侧的马达40(作为促动器发挥功能)的旋转轴41(与输出轴相当)被同轴地连结。即，辅助机构20在以输入轴22e 的旋转轴线20J为中心能够转动的状态被支承架基部14支承。
另外，如图11以及图12所示，辅助机构20的输出旋转部件26p 与棒状的输出连杆30的基端部(转动中心部)以不能相对旋转的状态连结。即，输出连杆30的转动中心部经由辅助机构20以能够上下转动的状态被连结在与人的肩关节对应的支承架基部14的轴承孔14j的位置。输出连杆30是沿人的上臂部的外侧面被配置的连杆，以该输出连杆30的前端侧(转动自由端侧)通过连杆佩戴件35佩戴于人的上臂部的方式构成。即，上述的上体佩戴件12与支承架基部14与本发明的身体佩戴件相当。
如图11、图12等所示，在输出连杆30的转动中心部安装有对输出连杆30的转动角度进行检测的输出连杆转动角度检测部43。另外，如图9、图10等所示，辅助装置10具备被安装于支承架基部14的背面的控制箱50。
●[辅助机构20的构成(图11、图12)]
如图11以及图12所示，辅助机构20具备输入部件22、螺旋弹簧 24、减速机26。输入部件22是用于将上述马达40的旋转向螺旋弹簧 24传递的部件。输入部件22具备：与马达40的旋转轴41以不能相对旋转的状态连结的输入轴22e、与该输入轴22e同轴地设置的圆板部22r、在输入轴22e的相反侧被设置于圆板部22r的周边的转矩传递轴 22p。而且，输入部件22的转矩传递轴22p与螺旋弹簧24的外圆周侧弹簧端部24e连结。而且在由对象者手够到的位置(此时，侧板部14x) 设置有用于改变辅助倍率的辅助倍率可变机构47。
辅助机构20的螺旋弹簧24是将从马达40传递来的旋转量变换为辅助转矩的部件。如图12所示，螺旋弹簧24是将带状的板弹簧形成为螺旋状的弹簧，在中心侧与外圆周侧具备弹簧端部24y、24e。螺旋弹簧 24构成为通过改变外圆周侧弹簧端部24e相对于中心侧弹簧端部24y 的转动角度能够调整弹簧力(辅助转矩)。这里，上述螺旋弹簧24的弹簧常数例如被设定为K。如上所述，螺旋弹簧24的外圆周侧弹簧端部 24e与输入部件22的转矩传递轴22p以不能相对旋转的状态连结。另外，螺旋弹簧24的中心侧弹簧端部24y与减速机26的输入旋转部件26e以不能相对旋转的状态连结。这里，输入部件22与减速机26的输入旋转部件26e沿旋转轴线20J被同轴地保持。上述螺旋弹簧24与本发明的弹性体相当。而且螺旋弹簧24能够积蓄来自马达40的旋转轴41的辅助转矩，并且能够将蓄积的辅助转矩作为输出连杆30的转动力而释放。
减速机26是将从螺旋弹簧24传递来的辅助转矩的旋转量减量并向输出连杆30传递的部件。通过设置减速机26，能够使用更小的弹簧常数的螺旋弹簧24，能够使螺旋弹簧24小型化、轻型化。减速机26具备输入旋转部件26e、输出旋转部件26p、被设置于输入旋转部件26e与输出旋转部件26p之间的齿轮机构(省略图示)等。减速机26的输入旋转部件26e与输出旋转部件26p被同轴地保持，构成为通过输入旋转部件26e旋转nb，而输出旋转部件26p旋转na(na＜nb)。
如图12所示，减速机26的输出旋转部件26p的中心形成有供输出连杆30的旋转中心销(省略图示)嵌合的定位孔26u。并且，在输出旋转部件26p的定位孔26u的周围形成有供输出连杆30的无法转动销 31插入的无法转动孔26k。由此，输出连杆30能够与减速机26的输出旋转部件26p一体旋转。
马达旋转角度检测部42例如是马达编码器，将与马达40的旋转轴 41的旋转角度对应的检测信号向控制装置输出。控制装置能够基于来自马达旋转角度检测部42的检测信号，检测马达40的旋转轴41的旋转角度亦即实际马达轴角度θM_fb(参照图14)。
输出连杆转动角度检测部43例如是编码器、电位计，将与输出连杆30的转动角度对应的检测信号向控制装置输出。控制装置能够基于来自输出连杆转动角度检测部43的检测信号，对输出连杆30的转动角度亦即实际连杆角度θL(参照图14)进行检测。
转矩检测部45例如是具有环状的形状的旋转转矩仪方式的转矩传感器，被设置于减速机26的输出旋转部件26p与输出连杆30之间，检测输出旋转部件26p与输出连杆30之间的转矩，将检测信号向控制装置输出。此外，由转矩检测部45检测的转矩是将经由输入部件22、螺旋弹簧24、减速机26从马达40的旋转轴41输出的辅助转矩、与对象者利用自身的力使辅助对象身体部转动从而经由输出连杆30从对象者输入的对象者转矩合成了的合成转矩。
此外，也可代替上述的旋转转矩仪方式的转矩传感器，使用应变仪 (2交叉计)方式的转矩传感器。在使用应变仪式的转矩传感器的情况下，代替图12中由实线表示的转矩检测部45，使用图12中由虚线表示的转矩检测部45S。即，在使用应变仪方式的转矩传感器的情况下，变更转矩检测部的安装位置。输出连杆30具有长条状的形状，一端的一侧的转动支承部(被减速机26支承的转动支承部)被支承为绕辅助对象身体部的关节转动。而且输出连杆30的另一端的一侧的身体固定部 (安装了连杆佩戴件35的位置)被固定于辅助对象身体部。而且应变仪方式的转矩检测部45S被设置于输出连杆30中的转动支承部与身体固定部之间(更优选是转动支承部的附近)并对基于绕转动支承部的扭曲的转矩(合成了对象者转矩与辅助转矩的合成转矩)进行检测。此外，在本实施方式的说明中，以使用了旋转转矩仪方式的转矩检测部45的例子进行说明。
辅助倍率可变机构47是由可变电阻等构成的并能够由对象者操作的倍率调整拨盘，将与调整位置(调整角度)对应的设定信号向控制装置输出。控制装置根据设定信号对调整位置(调整角度)进行检测，根据调整位置(调整角度)，决定后述的辅助倍率α的值(0＜α＜1的范围内的值)。
●[控制箱50的构成(图13)]
如图9以及图10所示，控制箱50是被安装于上体佩戴件12的背面的盒子。如图13所示，控制箱50收纳有控制装置52、马达驱动器 54和电源单元56。电源单元56例如是锂离子电池，向控制装置52与马达驱动器54供给电力。
控制装置52被从电源单元56供给电力，求出用于对马达40的旋转轴41的旋转角度进行控制的控制信号52out，经由马达驱动器54对旋转轴41的旋转角度进行控制。控制装置52基于辅助倍率α、实际连杆角度θL、实际合成转矩τ、实际马达轴角度θM_fb、实际马达电流IM_fb求出控制信号52out。辅助倍率α基于从辅助倍率可变机构47向控制装置52输入的设定信号由控制装置52决定。实际连杆角度θL基于从输出连杆转动角度检测部43向控制装置52输入的检测信号由控制装置52 检测。实际合成转矩τ基于从转矩检测部45向控制装置52输入的检测信号由控制装置52检测。实际马达轴角度θM_fb基于从马达旋转角度检测部42向控制装置52输入的检测信号由控制装置52检测。实际马达电流IM_fb基于从马达驱动器54向控制装置52输入的检测信号由控制装置52检测。
马达驱动器54被从电源单元56供给电力，是将来自控制装置52 的控制信号52out变换为驱动马达40的驱动电流IM的驱动器电路。而且马达驱动器54将与驱动电流IM相当的实际马达电流IM_fb的值向控制装置52输出。
●[控制模块(图15)、控制装置52的处理顺序(图16)]
接下来，使用图16所示的流程图与图15所示的控制框图，对控制装置52的处理顺序进行说明。此外，图15所示的控制框图中的附图标记B10是对来自马达40的辅助转矩进行计算的辅助转矩决定部B10，图13所示的控制装置52与该辅助转矩决定部B10相当。而且图15所示的控制框图中的附图标记B20是决定驱动马达40的电流的马达控制部B20，图13所示的控制装置52与该马达控制部B20相当。而且图 15所示的控制框图中的附图标记B30是包含马达驱动器54、马达40(以及马达旋转角度检测部42)、输入部件22、螺旋弹簧24、减速机26、输出连杆30、输出连杆转动角度检测部43、转矩检测部45的转矩赋予部B30，图13所示的附图标记B30的部分与该转矩赋予部B30相当。
接下来，对图16所示的流程图进行说明。图16所示的处理以规定时间间隔(例如数ms间隔)被起动，若被起动则控制装置52使处理进入步骤SB100。
步骤SB100是与图15所示的控制框图的模块B11、模块B14、模块 B24相当的处理，以及输入信号的处理。在步骤SB100中控制装置52 将前次的处理定时时检测并存储的实际合成转矩τ(t)存储为前次的实际合成转矩τ(t-1)(与模块B11相当的处理)。而且控制装置52基于来自转矩检测部45的检测信号检测并存储本次的实际合成转矩τ(t) (输入信号的处理)。而且控制装置52将前次的处理定时时求出并存储的目标辅助转矩τa_ref(t)存储为前次的目标辅助转矩τa_ref(t-1)(与模块B14相当的处理)。而且控制装置52基于来自输出连杆转动角度检测部43的检测信号检测并存储本次的实际连杆角度θL(输入信号的处理)。
而且控制装置52将前次的处理定时时检测并存储的实际马达轴角度θM_fb(t)存储为前次的实际马达轴角度θM_fb(t-1)。而且控制装置 52基于来自马达旋转角度检测部42的检测信号，检测并存储本次的实际马达轴角度θM_fb(t)。并且控制装置52根据本次的实际马达轴角度θM_fb(t)和前次的实际马达轴角度θM_fb(t-1)，求出并存储实际马达角速度ωM_fb(与模块B24相当的处理)。而且控制装置52基于从马达驱动器54输入的检测信号求出并存储实际马达电流IM_fb。而且控制装置52基于来自辅助倍率可变机构47的设定信号决定并存储辅助倍率α (输入信号的处理)。
步骤SN12与图15所示的控制框图的节点N12中的处理相当。在步骤SN12中控制装置52求出本次的实际合成转矩τ(t)与从模块B11 输入的前次的实际合成转矩τ(t-1)之差，将求出的转矩变化量Δτh向模块B13输出，进入步骤SB13。另外，转矩变化量Δτh与从合成转矩τ提取的、与对象者转矩相关的对象者转矩相关量相当，通过以下的(式 10)而被求出。此外，能够将在前次的运算定时输出的辅助转矩亦即本次的运算定时输出新的辅助转矩之前的辅助转矩视为恒定。因此，本次的运算定时的实际合成转矩τ(t)与前次的运算定时的实际合成转矩τ (t-1)的变化量(偏差)能够被视为由对象者输入的对象者转矩的变化量(偏差)。换句话说，能够通过求出合成了对象者转矩与辅助转矩的本次的实际合成转矩τ(t)、与前次的实际合成转矩τ(t-1)之差，排除辅助转矩的影响而求出对象者转矩的变化量。
Δτh＝τ(t)-τ(t-1) (式10)
步骤SB13与图15所示的控制框图的模块B13中的处理相当。在步骤SB13中控制装置52将决定的辅助倍率α与从节点N12输入的转矩变化量Δτh相乘而求出辅助增减量Δτa_ref，将求出的辅助增减量Δτa_ref向节点N15输出，进入步骤SN15。此外，辅助倍率α是0＜α＜1的范围内的值。另外，辅助增减量Δτa_ref通过以下的(式11)而求出。
Δτa_ref＝α＊Δτh (式11)
步骤SN15与图15所示的控制框图的节点N15中的处理相当。在步骤SN15中控制装置52求出从模块B13输入的辅助增减量Δτa_ref与从模块B14输入的前次目标辅助转矩τa_ref(t-1)的和，将求出的目标辅助转矩τa_ref向模块B21输出，进入步骤SB21。目标辅助转矩τa_ref (τa_ref(t))通过以下的(式12)而求出。即，本次的目标辅助转矩τa_ref基于对象者转矩相关量(Δτh)的规定倍率(辅助倍率(α))的转矩与前次的目标辅助转矩τa_ref(t-1)而被求出。
τa_ref(t)＝τa_ref(t-1)+α＊Δτh (式12)
步骤SB21与图15所示的控制框图的模块B21中的处理相当。在步骤SB21中控制装置52基于实际连杆角度θL、从节点N15输入的目标辅助转矩τa_ref，求出马达40的旋转轴41的指令旋转角度θM_ref。而且控制装置52将求出的指令旋转角度θM_ref向节点N22输出，进入步骤 SN22。这里，在如以下那样定义时，指令旋转角度θM_ref能够由以下的 (式13)来表示。而且能够整理(式13)而得到(式14)。该指令旋转角度θM_ref与输出轴转动角度相当。
θM_ref：指令旋转角度
τa_ref：目标辅助转矩
K：螺旋弹簧24的弹簧常数
θL：实际连杆角度
na、nb：与使减速机26的输入旋转部件26e旋转nb时，输出旋转部件26p旋转na(na＜nb)这样的减速比相当值
τa_ref＝na＊K[na＊θL-(θM_ref/nb)] (式13)
θM_ref＝[(na2＊K＊θL-τa_ref)＊nb/(na＊K)] (式14)
步骤SN22与图15所示的控制框图的节点N22中的处理相当。在步骤SN22中控制装置52求出从模块B21输入的指令旋转角度θM_ref、与实际马达轴角度θM_fb之差亦即旋转角度偏差Δθ。而且控制装置52 将求出的旋转角度偏差Δθ向模块B23输出，进入步骤SB23。此外，旋转角度偏差Δθ通过以下的(式15)而求出。
Δθ＝θM_ref-θM_fb (式15)
步骤SB23与图15所示的控制框图的模块B23中的处理相当。在步骤SB23中控制装置52基于从节点N22输入的旋转角度偏差Δθ，利用现有的PID控制等求出指令角速度ωM_ref。而且控制装置52将求出的指令角速度ωM_ref向节点N25输出，进入步骤SN25。此外，根据旋转角度偏差Δθ计算指令角速度ωM_ref的顺序、方法没有特别的限定，怎样计算指令角速度ωM_ref均可。
步骤SN25与图15所示的控制框图的节点N25中的处理相当。在步骤SN25中控制装置52求出从模块B23输入的指令角速度ωM_ref、与从模块B24输入的实际马达角速度ωM_fb之差亦即角速度偏差Δω。而且控制装置52将求出的角速度偏差Δω向模块B26输出，进入步骤 SB26。此外，角速度偏差Δω通过以下的(式16)求出。
Δω＝ωM_ref-ωM_fb (式16)
步骤SB26与图15所示的控制框图的模块B26中的处理相当。在步骤SB26中控制装置52基于从节点N25输入的角速度偏差Δω，利用现有的PID控制等求出指令电流IM_ref。而且控制装置52将求出的指令电流IM_ref向节点N27输出，进入步骤SN27。此外，根据角速度偏差Δω计算指令电流IM_ref的顺序、方法没有特别的限定，怎样计算指令电流IM_ref均可。
步骤SN27与图15所示的控制框图的节点N27中的处理相当。在步骤SN27中控制装置52求出从模块B26输入的指令电流IM_ref与实际马达电流IM_fb之差亦即电流偏差ΔI。而且控制装置52将求出的电流偏差ΔI向模块B28输出，进入步骤SB28。此外，电流偏差ΔI通过以下的(式17)求出。ΔI＝IM_ref-IM_fb (式17)
步骤SB28与图15所示的控制框图的模块B28中的处理相当。在步骤SB28中控制装置52基于从节点N27输入的电流偏差ΔI，利用现有的PID控制等求出控制信号52out。例如控制信号52out是与电流偏差ΔI相当的被设定为Duty的PWM信号等、与马达驱动器54对应的控制信号。而且控制装置52将求出的控制信号52out向马达驱动器54输出，结束处理。此外，根据电流偏差ΔI计算控制信号52out的顺序、方法没有特别的限定，这样计算控制信号52out均可。
以上，通过第1、第2实施方式说明的辅助装置60、10基于由控制装置52的运算部52A(与转矩运算部相当)通过运算求出的合成力以辅助由矩对象者输入的对象者转矩的方式进行动作，因此无需在对象者的皮肤上粘贴多个传感器，安装是容易的。另外，无需进行来自被粘贴于对象者的多处位置的多个传感器的信号处理，如图7的框图所示，从控制装置52以及马达驱动器54的外部输入的输入信号是输出连杆30 的转动角度亦即实际连杆角度θL、马达40的旋转轴41的旋转角度亦即实际马达轴角度θM_fb，是非常少的信号即可。因此，与以往的穿戴式动作辅助装置比较，辅助装置10的构成是简单的，控制也非常简单。
另外，由于是辅助由对象者输入的对象者转矩的、这样非常简单的动作，所以无需区分且能够以简单的控制实现由对象者的上臂的运动引发的重物的抬起动作、由对象者的腰部以及大腿的屈伸引发的重物的抬起动作、由对象者的大腿的周期性地摆动运动引起的步行的动作等的各动作。而且不必分别检测对象者转矩与辅助转矩，仅运算合成转矩即可，因此能够减少传感器数量，能够实现更简单的构成。并且，能够适当地调整辅助倍率α，因此在复原等时是非常方便的。而且通过设置减速机，能够使用比较小的弹簧常数的螺旋弹簧，能够使辅助装置进一步小型/ 轻型化。
另外，产生来自蓄积或释放能量的螺旋弹簧24(弹性体)、辅助的马达40(促动器)、辅助对象者自身的多个力(转矩)，即使在产生辅助对象者自身不希望、不舒服的力(转矩)的情况下，根据输出连杆30 的旋转角度等，恰当地考虑了各个力(转矩)来准确地进行控制，因此能够抑制针对辅助对象者自身的不舒服的力的产生。
本发明的辅助装置的构造、构成、形状、外观、处理顺序、运算式等在不改变本发明的要旨的范围内能够进行各种的变更、追加、削除。
通过本实施方式说明的辅助装置的用途不限定于对象者的上臂的运动、下肢的运动的辅助，能够用于各种的对象物。
而且在本实施方式的说明中，虽对在输出连杆30与螺旋弹簧24之间设置减速机26、将螺旋弹簧24间接地连接在输出连杆30的例子进行了说明，但也可省略减速机26，直接地连接输出连杆30与螺旋弹簧24。另外，能够代替螺旋弹簧24而使用各种弹性体。例如，在本实施方式中，虽设为卷成螺旋状的弹簧，但可以是板状弹簧、波形弹簧等其它的弹簧。另外，也可是橡胶、树脂等的弹性体、利用了油那样的液体、气体的弹性体。能够与保存能量的对象物(动作)的运动量、保存的能量值匹配地变更弹性体。在保存的能量值比较少的情况下，使用弹性体是有效的。另外，相对于人抬起货物的动作等，根据比较大的能量的保存量、弹簧常数(刚性)等的大小、调整的容易性(螺旋状的弹簧时，弹簧的卷数、线的粗细等的调整的容易性)等，使用伸缩弹簧是有效的。另外，伸缩弹簧从成本方面来看也是优选的。
对由第1实施方式说明的辅助装置60而言，虽对左右具有辅助机构以及输出连杆30的例子进行了说明，但也可仅在左右的任一方设置辅助机构以及输出连杆30。而且对于在第2实施方式中说明的辅助装置 10而言，虽对左右具有辅助机构以及输出连杆30的例子进行了说明，但也可仅在左右的任一方设置辅助机构以及输出连杆30。
而且也可在控制箱50等中设置与控制装置52连接的通信装置53 (无线或者有线)，能够将在规定的工序中作业的对象者(作业者)的负荷状态(转矩、马达电流等)经由连接了通信装置53的网络，向其它的解析装置、操作机器发送。解析装置、操作机器能够解析所取得的数据(负荷状态等)。而且解析装置、操作机器能够根据解析的结果，与对象者(作业者)的作业者能力(经验、体力等)、辅助装置60、10 的机械状态、上述对象者进行的作业的作业工序对应地决定用于调整辅助量的辅助倍率α的值，将该值(决定的辅助倍率α)经由网络向控制箱50的控制装置52发送。换句话说，能够使用网络上的解析装置、操作机器等，自动地求出适合于对象者的辅助倍率α，针对对象者自动地设定求出的辅助倍率α，此时，辅助倍率可变部47作为网络上的解析装置、操作机器发挥功能。因此，能够与对象者(作业者)的状态匹配地自动并且实时地将辅助倍率α变更为适当的值，能够进一步提高对象者(作业者)的作业效率。
另外，在本实施方式的说明中，着眼于螺旋弹簧24而对螺旋弹簧 24所蓄积的合成转矩进行了运算，但也可对输出连杆30与减速机26 之间的合成转矩进行运算。而且在本实施方式的说明中，虽将指令旋转角度θM_ref设为输出轴转动角度，但也可将实际马达轴角度θM_fb设为输出轴转动角度作为。
而且在本实施方式的说明中，作为转矩运算部虽使用了控制装置52 的运算部52A，但也可在输出连杆30与减速机26之间等、适当的位置设置转矩检测部(转矩传感器等)，基于来自该转矩检测部的检测信号来对转矩进行判定。

Claims (13)

1.一种辅助装置，其特征在于，包括：
身体佩戴件(62、62y、14；12、14)，被佩戴于对象者的辅助对象身体部的周围；
输出连杆(30)，以绕上述辅助对象身体部的关节转动的方式被佩戴于上述辅助对象身体部；
促动器(40)，具有产生经由上述输出连杆(30)对上述辅助对象身体部的转动进行辅助的辅助转矩的输出轴；
转矩检测部(24、42、43)，被设置于从上述输出连杆(30)至上述输出轴的任意位置；
转矩运算部(52A)，判定合成转矩，该合成转矩合成了通过对象者利用自身的力使上述辅助对象身体部转动而从上述输出连杆(30)输入的对象者转矩与来自上述输出轴的上述辅助转矩；以及
控制装置(52)，基于使用上述转矩运算部(52A)而判定的上述合成转矩对上述输出轴的转动角度进行控制。
2.根据权利要求1所述的辅助装置，其中，
上述转矩检测部(24、42、43)具有：
输出轴转动角度传感器(42)，对上述输出轴的转动角度亦即输出轴转动角度进行检测；
弹性体(24)；
输出连杆转动角度检测传感器(43)，对上述输出连杆的转动角度亦即输出连杆转动角度进行检测，
上述控制装置(52)基于使用上述转矩运算部(52A)而判定的上述合成转矩和使用上述输出连杆转动角度传感器(43)而检测出的上述输出连杆转动角度，对上述输出轴转动角度进行控制。
3.根据权利要求2所述的辅助装置，其中，
上述转矩检测部(24、42、43)具有对上述促动器(40)的驱动电流进行检测的电流传感器和对上述促动器(40)的转速进行检测的转速传感器中的至少一个，
上述转矩运算部(52A)基于使用上述电流传感器而检测出的上述驱动电流和使用上述转速传感器而检测出的上述转速中的至少一个来检测上述辅助转矩，
并基于上述合成转矩和上述辅助转矩求出上述对象者转矩。
4.根据权利要求2或者3所述的辅助装置，其中，
上述转矩运算部(52A)是上述控制装置(52)的运算部，上述控制装置(52)基于上述输出连杆转动角度、上述输出轴转动角度和上述弹性体的状态对上述合成转矩进行运算。
5.根据权利要求2～4中任一项所述的辅助装置，其中，
上述控制装置(52)根据所判定的上述合成转矩求出与上述对象者转矩相关的对象者转矩相关量，
并且求出与所求出的上述对象者转矩相关量对应的上述辅助转矩，
并且基于所求出的上述辅助转矩求出上述输出轴转动角度，
并且以成为所求出的上述输出轴转动角度的方式对上述促动器(40)进行控制。
6.根据权利要求5所述的辅助装置，其中，
上述控制装置(52)基于相对于上述对象者转矩相关量的规定倍率的转矩求出上述辅助转矩，
上述辅助装置具有使上述规定倍率可变的辅助倍率可变部(47)。
7.根据权利要求2～6中任一项所述的辅助装置，其中，
上述弹性体是螺旋弹簧，上述螺旋弹簧的一端与上述输出轴连接，上述螺旋弹簧的另一端与上述输出连杆(30)连接或经由规定部件与上述输出连杆(30)连接。
8.根据权利要求7所述的辅助装置，其中，
上述规定部件是将来自上述螺旋弹簧的旋转减速并向上述输出连杆(30)传递的减速机，
上述转矩运算部(52A)对上述输出连杆(30)与上述减速机之间的上述合成转矩或者被蓄积在上述螺旋弹簧的上述合成转矩进行判定。
9.根据权利要求6所述的辅助装置，其中，
上述控制装置(52)在被预先设定的规定时间间隔的运算定时，对上述合成转矩进行判定并求出上述输出轴转动角度，以成为所求出的上述输出轴转动角度的方式控制上述促动器(40)，
并且在本次的运算定时，基于在本次的运算定时所判定的合成转矩亦即本次合成转矩与在前次的运算定时所判定的合成转矩亦即前次合成转矩的偏差、在前次的运算定时所求出的辅助转矩亦即前次辅助转矩和上述规定倍率，求出本次的运算定时的辅助转矩亦即本次辅助转矩。
10.根据权利要求9所述的辅助装置，其中，
上述弹性体是螺旋弹簧，上述螺旋弹簧的一端与上述输出轴连接，上述螺旋弹簧的另一端与减速机(26)连接，其中，上述减速机(26)将来自上述螺旋弹簧的旋转减速并向上述输出连杆(30)传递，
上述控制装置(52)基于上述本次辅助转矩、上述减速机(26)的减速比、上述螺旋弹簧的弹簧常数、上述输出连杆转动角度来求出上述输出轴转动角度。
11.根据权利要求1～3中任意一项所述的辅助装置，其中，
具有：
通信装置(53)，与上述控制装置(52)连接，将在规定的工序中进行作业的上述对象者的负荷状态发送到网络上；以及
辅助倍率可变部(47)，经由上述网络与上述通信装置连接，
辅助倍率可变部(47)取得上述对象者的负荷状态的数据并进行解析。
12.根据权利要求11所述的辅助装置，其中，
上述辅助倍率可变部(47)基于上述解析的结果，根据上述对象者的作业能力、上述辅助装置的机械状态、上述对象者进行的作业的作业工序中的至少任意一个来求出辅助量。
13.根据权利要求12所述的辅助装置，其中，
上述控制装置基于上述辅助倍率可变部求出的上述辅助量来控制上述输出轴转动角度。
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