JP6838341B2 - Assist device - Google Patents
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Description
本発明は、対象者のアシスト対象身体部に装着されて当該アシスト対象身体部の動作をアシストするアシスト装置に関する。 The present invention relates to an assist device that is attached to a body part to be assisted by a subject and assists the movement of the body part to be assisted.
例えば特許文献1には、対象者が、腰の屈伸で重量物を持ち上げる際や、通常の歩行の際に、腰に対する大腿部の動作をアシストする装着式動作補助装置が記載されている。装着式動作補助装置は、対象者の腰に装着される腰フレーム、背当て部、腹当て部、背当て部と腹当て部を結合する結合部材、大腿部に固定される大腿固定部、腰フレームに対して大腿固定部を駆動する駆動機構を備えている。さらに装着式動作補助装置は、対象者の皮膚に貼り付けられる生体信号検出センサ、生体信号検出センサから出力された生体信号に基づいて駆動機構を制御する制御部、を備えている。生体信号検出センサは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号を皮膚から検出するために、微弱電位を検出するだめの電極を有している。そして生体信号検出センサは、装着者の腰の近傍における左右の大腿部の前側、腰の近傍における左右の大腿部の内側、左右の臀部、腰のやや上方の背中の左右等に、電極の周囲を覆う粘着シールにより、装着者の皮膚に貼り付けられる。
For example,
特許文献1に記載の装着式動作補助装置では、多数の生体信号検出センサが必要であり、装着者の左右の大腿部前側、左右の大腿部内側、左右の臀部、左右の背中、という具合に非常に多くの個所に生体信号検出センサを貼り付けなければならない。従って、利用する際の装着時に、非常に手間がかかる。また生体信号検出センサを貼り付ける前に、貼り付ける位置、及び貼り付ける個数(計測個所の1個所に対して、近接させた3個のセンサを貼り付ける等)を決めるのにも手間がかかる。また、多数の生体信号検出センサのそれぞれからの微弱な生体信号からノイズを除去する処理、各生体信号検出センサからの生体信号に基づいて、どのような動作を行っているのか(重量物の持ち上げをしているのか歩行をしているのか等)推測してアシストする処理が、非常に複雑になる可能性がある。
The wearable motion assist device described in
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付ける必要が無く装着が容易であり、よりシンプルな構成及びよりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができるアシスト装置を提供することを課題とする。 The present invention was devised in view of these points, and it is easy to wear without having to attach a large number of sensors to the skin of the subject, and assists with a simpler configuration and simpler control. An object of the present invention is to provide an assist device capable of assisting the movement of the target body part.
上記課題を解決するため、本発明の第1の発明は、対象者のアシスト対象身体部の周囲に装着される身体装着具と、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動して前記アシスト対象身体部に装着される出力リンクと、前記出力リンクを介して前記アシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクを発生する出力軸を有するアクチュエータと、前記出力リンクと前記出力軸との間に設けられて、前記出力軸からの前記アシストトルクを蓄えることが可能であるとともに蓄えた前記アシストトルクを前記出力リンクの回動力として放出する弾性体と、前記出力リンクの回動角度である出力リンク回動角度を検出する回動角度検出手段と、前記出力リンクから前記出力軸に至るいずれかの位置に設けられ、対象者が前記アシスト対象身体部を自身の力で回動させることで前記出力リンクから入力された対象者トルクと、前記出力軸からの前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを検出するトルク検出手段と、前記トルク検出手段を用いて検出した前記合成トルクと、前記回動角度検出手段を用いて検出した前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸の回動角度である出力軸回動角度を制御する制御装置と、を有する、アシスト装置である。 In order to solve the above problems, the first invention of the present invention is a body wearing tool worn around the assist target body portion of the subject and the assist target by rotating around the joints of the assist target body portion. Between the output link attached to the body portion, an actuator having an output shaft that generates an assist torque that assists the rotation of the assisted body portion via the output link, and the output link and the output shaft. An elastic body provided so that the assist torque from the output shaft can be stored and the stored assist torque is released as the rotational power of the output link, and the output link which is the rotation angle of the output link. The output is provided by a rotation angle detecting means for detecting the rotation angle and a rotation angle detecting means provided at any position from the output link to the output shaft, and the target person rotates the assist target body portion by his / her own force. The torque detecting means for detecting the combined torque of the target person torque input from the link and the assist torque from the output shaft, the combined torque detected by using the torque detecting means, and the rotation. It is an assist device having the output link rotation angle detected by using the angle detecting means and a control device for controlling the output shaft rotation angle which is the rotation angle of the output shaft based on the output link rotation angle.
次に、本発明の第2の発明は、上記第1の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、求めた前記対象者トルク関連量に応じた前記アシストトルクを求め、求めた前記アシストトルクに基づいて前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御する、アシスト装置である。 Next, the second invention of the present invention is the assist device according to the first invention, and the control device obtains a target torque-related amount related to the target torque from the detected combined torque. The assist torque corresponding to the obtained target torque-related amount was obtained, the output shaft rotation angle was obtained based on the obtained assist torque, and the actuator was set so as to have the obtained output shaft rotation angle. It is an assist device that controls.
次に、本発明の第3の発明は、上記第2の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段を有している、アシスト装置である。 Next, the third invention of the present invention is the assist device according to the second invention, and the control device obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the target person torque-related amount. It is an assist device having an assist magnification variable means for making the predetermined magnification variable.
次に、本発明の第4の発明は、上記第1の発明〜第3の発明のいずれか1つに係るアシスト装置であって、前記弾性体は渦巻バネであり、前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、前記渦巻バネの他方端には、前記出力リンクあるいは所定部材を介して前記出力リンクが接続されている、アシスト装置である。 Next, the fourth invention of the present invention is an assist device according to any one of the first to third inventions, wherein the elastic body is a spiral spring, and one end of the spiral spring. Is an assist device to which the output shaft is connected and the output link is connected to the other end of the spiral spring via the output link or a predetermined member.
次に、本発明の第5の発明は、上記第4の発明に係るアシスト装置であって、前記所定部材は、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機であり、前記トルク検出手段は、前記出力リンクと前記減速機との間のトルクを検出する、アシスト装置である。 Next, the fifth invention of the present invention is the assist device according to the fourth invention, wherein the predetermined member is a speed reducer that reduces the rotation from the spiral spring and transmits the rotation to the output link. The torque detecting means is an assist device that detects the torque between the output link and the speed reducer.
次に、本発明の第6の発明は、上記第4の発明に係るアシスト装置であって、前記出力リンクは、長尺状の形状を有し、一方端の側の回動支持部が、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持され、他方端の側の身体固定部が、前記アシスト対象身体部に固定されており、前記トルク検出手段は、前記出力リンクにおける前記回動支持部と前記身体固定部との間に設けられて前記回動支持部回りのトルクを検出する、アシスト装置である。 Next, the sixth invention of the present invention is the assist device according to the fourth invention, the output link has a long shape, and the rotation support portion on one end side has a long shape. The body part to be assisted is supported so as to rotate around the joint, and the body fixing part on the other end side is fixed to the body part to be assisted, and the torque detecting means is the rotation of the output link. It is an assist device provided between the dynamic support portion and the body fixing portion to detect the torque around the rotation support portion.
次に、本発明の第7の発明は、上記第3の発明に係るアシスト装置であって、前記制御装置は、予め設定された所定時間間隔の演算タイミングにて、前記合成トルクを検出して前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、今回の演算タイミングにて、今回の演算タイミングにて検出した合成トルクである今回合成トルクと、前回の演算タイミングにて検出した合成トルクである前回合成トルクとの偏差と、前回の演算タイミングにて求めたアシストトルクである前回アシストトルクと、前記所定倍率と、に基づいて今回の演算タイミングのアシストトルクである今回アシストトルクを求める、アシスト装置である。 Next, the seventh invention of the present invention is the assist device according to the third invention, in which the control device detects the combined torque at a preset calculation timing of a predetermined time interval. The output shaft rotation angle is obtained, the actuator is controlled so as to be the obtained output shaft rotation angle, and at the current calculation timing, the combined torque detected at the current calculation timing is combined with the current combined torque. , The current calculation timing is based on the deviation from the previous combined torque, which is the combined torque detected at the previous calculation timing, the previous assist torque, which is the assist torque obtained at the previous calculation timing, and the predetermined magnification. This is an assist device that obtains the assist torque this time, which is the assist torque of.
次に、本発明の第8の発明は、上記第7の発明に係るアシスト装置であって、前記弾性体は、渦巻バネであり、前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、前記渦巻バネの他方端には、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機が接続され、前記制御装置は、前記今回アシストトルクと、前記減速機の減速比と、前記渦巻バネのバネ定数と、前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸回動角度を求める、アシスト装置である。 Next, the eighth invention of the present invention is the assist device according to the seventh invention, the elastic body is a spiral spring, and the output shaft is connected to one end of the spiral spring. A speed reducer that decelerates the rotation from the spiral spring and transmits it to the output link is connected to the other end of the spiral spring, and the control device uses the assist torque this time and the reduction ratio of the speed reducer. This is an assist device that obtains the output shaft rotation angle based on the spring constant of the spiral spring and the output link rotation angle.
第1の発明によれば、制御装置は、出力リンクと出力軸の間のいずれかの位置に設けられたトルク検出手段にて、対象者トルクとアシストトルクが合成された合成トルクを検出し、回動角度検出手段にて出力リンク回動角度を検出する。そして制御装置は、合成トルクと出力リンク回動角度とに基づいて出力軸回動角度を制御する。この場合、トルク検出手段も回動角度検出手段も対象者の皮膚に貼り付ける必要が無いので、アシスト装置の装着は、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付けるものと比較して、装着が非常に容易である。また多数のセンサを必要とせず、トルク検出手段と回動角度検出手段にて、対象者の動作を適切に検出することが可能であり、よりシンプルな構成とすることができる。また、検出した対象者の動作をアシストすることで、よりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができる。 According to the first invention, the control device detects the combined torque of the subject torque and the assist torque by the torque detecting means provided at any position between the output link and the output shaft. The output link rotation angle is detected by the rotation angle detecting means. Then, the control device controls the output shaft rotation angle based on the combined torque and the output link rotation angle. In this case, neither the torque detecting means nor the rotation angle detecting means need to be attached to the subject's skin. Therefore, the assist device is attached to the subject's skin as compared with the case where a large number of sensors are attached to the subject's skin. It's very easy. Further, it is possible to appropriately detect the movement of the target person by the torque detecting means and the rotation angle detecting means without requiring a large number of sensors, and the configuration can be made simpler. Further, by assisting the movement of the detected target person, it is possible to assist the movement of the assisted body part with simpler control.
第2の発明によれば、対象者トルクとアシストトルクが合成された合成トルクから対象者トルク関連量を求め、対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無いので、トルク検出手段は1個で済み、よりシンプルな構成とすることができる。 According to the second invention, the target torque-related amount is obtained from the combined torque of the target torque and the assist torque, and it is not necessary to detect the target torque and the assist torque separately. Therefore, the torque detecting means is 1. Only one piece is required, and the configuration can be made simpler.
第3の発明によれば、アシスト倍率可変手段を有し、対象者の身体状態等に応じて適切なアシスト力を調整することができるので、リハビリ等において非常に便利である。 According to the third invention, it is very convenient in rehabilitation and the like because it has the assist magnification variable means and can adjust an appropriate assist force according to the physical condition of the subject and the like.
第4の発明によれば、渦巻バネを用いることで、モータの出力トルクを電流で調整する場合と比較して、渦巻バネの伸縮量(すなわち、モータ出力軸の回転角度)を調整するだけでよいので、より容易にアシストトルクを調整することができる。 According to the fourth invention, by using the spiral spring, it is only necessary to adjust the expansion / contraction amount of the spiral spring (that is, the rotation angle of the motor output shaft) as compared with the case where the output torque of the motor is adjusted by the electric current. Since it is good, the assist torque can be adjusted more easily.
第5の発明によれば、渦巻バネから出力リンクに出力する回転を減速する減速機を設けることで、減速機が無い場合と比較して、バネ定数のより小さな渦巻バネを利用することが可能となる。これにより、小型で軽量の渦巻バネを使用可能であり、アシストトルクの微調整も容易となる(バネ定数が大きいと、小さな伸縮誤差であっても大きなアシストトルク誤差として出力される)。そして、出力リンクと減速機の間にトルク検出手段を配置すれば、出力リンクと減速機の間のトルク(対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク)を適切に検出することができる。 According to the fifth invention, by providing a speed reducer that reduces the rotation output from the spiral spring to the output link, it is possible to use a spiral spring having a smaller spring constant as compared with the case without the speed reducer. It becomes. As a result, a small and lightweight spiral spring can be used, and fine adjustment of the assist torque becomes easy (when the spring constant is large, even a small expansion / contraction error is output as a large assist torque error). Then, if the torque detecting means is arranged between the output link and the speed reducer, the torque between the output link and the speed reducer (combined torque obtained by combining the target person torque and the assist torque) can be appropriately detected.
第6の発明によれば、出力リンクの回動支持部回りに働くトルク(対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク)を適切に検出することができる。 According to the sixth invention, the torque acting around the rotation support portion of the output link (combined torque obtained by combining the subject torque and the assist torque) can be appropriately detected.
第7の発明では、前回の演算タイミングにて出力したアシストトルクであって今回の演算タイミングにて新たなアシストトルクを出力するまでのアシストトルクは一定であるものとみなしている。従って、前回の演算タイミングでの合成トルクと今回の演算タイミングでの合成トルクとの偏差は、対象者から入力された対象者トルクの変化量であるとみなすことができる。従って、トルク偏差に所定倍率を乗算した値を、前回アシストトルクに加算することで、適切かつ容易に今回アシストトルクを求めることができる。従って、よりシンプルな制御とすることができる。また、対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無いので、トルク検出手段は1個で済み、よりシンプルな構成とすることができる。 In the seventh invention, it is considered that the assist torque output at the previous calculation timing and the assist torque until a new assist torque is output at the current calculation timing is constant. Therefore, the deviation between the combined torque at the previous calculation timing and the combined torque at the current calculation timing can be regarded as the amount of change in the target person torque input from the target person. Therefore, the assist torque can be obtained appropriately and easily this time by adding the value obtained by multiplying the torque deviation by a predetermined magnification to the previous assist torque. Therefore, the control can be simpler. Further, since it is not necessary to detect the target person torque and the assist torque separately, only one torque detecting means is required, and a simpler configuration can be achieved.
第8の発明によれば、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいてどのような動作を行っているのか推定する場合と比較して、よりシンプルな構成にてアシスト装置を実現することができる。また、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいてどのような動作を行っているのか推定する場合と比較して、微弱な生体信号を検出するのでなくトルク検出手段からの信号を検出しており、微弱な信号を検出していないので、ノイズの除去等の処理が容易である。また、対象者から入力された対象者トルクを検出して対象者トルクをアシストするので、対象者の動作が腰の屈伸であるか、歩行であるか等を区別する必要が無い。従って、多数の生体信号検出センサからの生体信号に基づいて制御する場合と比較して、よりシンプルな制御にてアシスト対象身体部の動作をアシストすることができる。 According to the eighth invention, the assist device is realized with a simpler configuration as compared with the case of estimating what kind of operation is performed based on the biological signals from a large number of biological signal detection sensors. Can be done. In addition, compared to the case of estimating what kind of operation is performed based on the biological signals from many biological signal detection sensors, the signal from the torque detecting means is detected instead of detecting the weak biological signal. Since no weak signal is detected, processing such as noise removal is easy. Further, since the target person torque input from the target person is detected and the target person torque is assisted, it is not necessary to distinguish whether the target person's movement is bending or stretching of the waist or walking. Therefore, the movement of the body part to be assisted can be assisted by simpler control as compared with the case of controlling based on the biological signals from a large number of biological signal detection sensors.
以下、図1から図8に基づいて第1の実施の形態に係るアシスト装置10について説明する。第1の実施の形態に係るアシスト装置10は、人が荷物Wを持ち上げる際に、上腕部の上回動をアシストする装置である。ここで、図中に示すx方向、y方向、及びz方向は互いに直交しており、アシスト装置10を装着した人の前方向、上方向、及び左方向に対応している。
Hereinafter, the
●●[第1の実施の形態のアシスト装置10(図1〜図8)]
●[アシスト装置10の構成(図1〜図4)]
第1の実施の形態のアシスト装置10は、図1及び図2に示すように、人の上体に装着される上体装着具12と、前記上体装着具12の背面上部に設けられた支持架台部14とを備えている。支持架台部14は、上体装着具12の背面上部で左右に延びるように設けられた横梁部14zと、その横梁部14zの左右両側で前記横梁部14zに対してほぼ直角に設けられた側板部14xとを備えている。そして、支持架台部14の側板部14xには、図3に示すように、人の肩関節に対応する位置、即ち、人の肩関節とxy方向においてほぼ同位置に軸受孔14jが形成されている。図1に示す例では、対象者の上腕部がアシスト対象身体部に相当する。
●● [Assist
● [Configuration of assist device 10 (FIGS. 1 to 4)]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
前記支持架台部14の横梁部14zと側板部14xとの左右の角部内側には、図3に示すように、左右一対のアシスト機構20(後記する)が設けられている。前記アシスト機構20は、z方向に沿って設けられており、そのアシスト機構20の入力軸22eが支持架台部14の側板部14xの軸受孔14jに挿通されている。アシスト機構20の入力軸22eには、支持架台部14の側板部14xの外側に固定されたモータ40(アクチュエータに相当)の回転軸41(出力軸に相当)が同軸に連結されている。即ち、アシスト機構20は、入力軸22eの回転軸線20Jを中心に回動可能な状態で支持架台部14に支持されている。
As shown in FIG. 3, a pair of left and right assist mechanisms 20 (described later) are provided inside the left and right corners of the
また、アシスト機構20の出力回転部材26pには、図3及び図4に示すように、棒状の出力リンク30の基端部(回動中心部)が相対回転不能な状態で連結されている。即ち、出力リンク30の回動中心部は、人の肩関節に対応する支持架台部14の軸受孔14jの位置にアシスト機構20を介して上下回動可能な状態で連結されている。出力リンク30は、人の上腕部の外側面に沿って配置されるリンクであり、その出力リンク30の先端側(回動自由端側)が身体装着具35によって人の上腕部に装着されるように構成されている。即ち、上記した上体装着具12と支持架台部14とが本発明における身体装着具に相当する。
Further, as shown in FIGS. 3 and 4, the base end portion (rotation center portion) of the rod-shaped
出力リンク30の回動中心部には、図3、図4等に示すように、出力リンク30の回動角度を検出する回動角度検出手段43が取付けられている。また、アシスト装置10は、図1、図2等に示すように、支持架台部14の背面に取付けられる制御ボックス50を備えている。
As shown in FIGS. 3 and 4, a rotation angle detecting means 43 for detecting the rotation angle of the
●[アシスト機構20の構成(図3、図4)]
アシスト機構20は、図3及び図4に示すように、入力部材22と、渦巻バネ24と、減速機26とを備えている。入力部材22は、前記モータ40の回転を渦巻バネ24に伝達するための部材である。入力部材22は、モータ40の回転軸41が相対回転不能な状態で連結される入力軸22eと、その入力軸22eと同軸に設けられた円板部22rと、入力軸22eの反対側で円板部22rの周縁に設けられたトルク伝達軸22pとを備えている。そして、入力部材22のトルク伝達軸22pが渦巻バネ24の外周側バネ端部24eに連結されている。また対象者から手が届く位置(この場合、側板部14x)には、アシスト倍率を可変とするためのアシスト倍率可変手段47が設けられている。
● [Structure of assist mechanism 20 (FIGS. 3 and 4)]
As shown in FIGS. 3 and 4, the
アシスト機構20の渦巻バネ24は、モータ40から伝達された回転量をアシストトルクに変換する部材である。渦巻バネ24は、図4に示すように、帯状の板バネを渦巻状に成形したバネであり、中心側と外周側にバネ端部24y,24eを備えている。渦巻バネ24は、中心側バネ端部24yに対する外周側バネ端部24eの回動角度を変えることでバネ力(アシストトルク)を調整できるように構成されている。ここで、前記渦巻バネ24のバネ定数は、例えば、Kに設定されている。上記したように、渦巻バネ24の外周側バネ端部24eは、入力部材22のトルク伝達軸22pに相対回転不能な状態で連結されている。また、渦巻バネ24の中心側バネ端部24yは、減速機26の入力回転部材26eに相対回転不能な状態で連結されている。ここで、入力部材22と減速機26の入力回転部材26eとは回転軸線20Jに沿って同軸に保持されている。前記渦巻バネ24が本発明の弾性体に相当する。そして渦巻バネ24は、モータ40の回転軸41からのアシストトルクを蓄えることが可能であるとともに、蓄えたアシストトルクを出力リンク30の回動力として放出することができる。
The
減速機26は、渦巻バネ24から伝達されたアシストトルクによる回転量を減量して出力リンク30に伝達する部材である。減速機26を設けることで、より小さなバネ定数の渦巻バネ24を用いることが可能となり、渦巻バネ24を小型化、軽量化することができる。減速機26は、入力回転部材26eと、出力回転部材26pと、入力回転部材26eと出力回転部材26p間に設けられたギヤ機構(図示省略)等とを備えている。減速機26の入力回転部材26eと出力回転部材26pとは同軸に保持されており、入力回転部材26eがnb回転することで、出力回転部材26pがna回転するように構成されている(na<nb)。
The
減速機26の出力回転部材26pの中心には、図4に示すように、出力リンク30の回転中心ピン(図示省略)が嵌合される位置決め孔26uが形成されている。さらに、出力回転部材26pの位置決め孔26uの周囲には、出力リンク30の回り止めピン31が挿入される回り止め孔26kが形成されている。これにより、出力リンク30は、減速機26の出力回転部材26pと一体で回転できるようになる。
As shown in FIG. 4, a
モータ回転角度検出手段42は、例えばモータエンコーダであり、モータ40の回転軸41の回転角度に応じた検出信号を制御装置に出力する。制御装置は、モータ回転角度検出手段42からの検出信号に基づいて、モータ40の回転軸41の回転角度である実モータ軸角度θM_fb(図6参照)を検出することができる。
The motor rotation
回動角度検出手段43は、例えばエンコーダやポテンショメータであり、出力リンク30の回動角度に応じた検出信号を制御装置に出力する。制御装置は、回動角度検出手段43からの検出信号に基づいて、出力リンク30の回動角度である実リンク角度θL(図6参照)を検出することができる。
The rotation
トルク検出手段45は、例えばリング状の形状を有する回転トルクメータ方式のトルクセンサであり、減速機26の出力回転部材26pと出力リンク30との間に設けられ、出力回転部材26pと出力リンク30との間のトルクを検出し、検出信号を制御装置に出力する。なお、トルク検出手段45にて検出されるトルクは、入力部材22、渦巻バネ24、減速機26を介してモータ40の回転軸41から出力されたアシストトルクと、対象者がアシスト対象身体部を自身の力で回動させることで出力リンク30を介して対象者から入力された対象者トルクと、を合成した合成トルクである。
The
なお、上記の回転トルクメータ方式のトルクセンサの代わりに、歪ゲージ(2クロスゲージ)方式のトルクセンサを用いてもよい。歪ゲージ式のトルクセンサを用いる場合、図4中に実線にて示すトルク検出手段45に代えて、図4中に点線にて示すトルク検出手段45Sを用いる。すなわち、歪ゲージ方式のトルクセンサを用いた場合では、トルク検出手段の取り付け位置を変更する。出力リンク30は、長尺状の形状を有しており、一方端の側の回動支持部(減速機26に支持された回動支持部)が、アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持されている。また出力リンク30は、他方端の側の身体固定部(身体装着具35が取り付けられている個所)が、アシスト対象身体部に固定されている。そして歪ゲージ方式のトルク検出手段45Sは、出力リンク30における回動支持部と身体固定部との間(回動支持部の近傍が、より好ましい)に設けられて回動支持部回りの歪に基づいたトルク(対象者トルクとアシストトルクを合成した合成トルク)を検出する。なお、本実施の形態の説明では、回転トルクメータ方式のトルク検出手段45を用いた例で説明する。
A strain gauge (2 cross gauge) type torque sensor may be used instead of the above-mentioned rotary torque meter type torque sensor. When a strain gauge type torque sensor is used, the torque detecting means 45S shown by the dotted line in FIG. 4 is used instead of the torque detecting means 45 shown by the solid line in FIG. That is, when a strain gauge type torque sensor is used, the mounting position of the torque detecting means is changed. The
アシスト倍率可変手段47は、可変抵抗等で構成されて対象者から操作可能な倍率調整ダイヤルであり、調整位置(調整角度)に応じた設定信号を制御装置に出力する。制御装置は、設定信号に応じて調整位置(調整角度)を検出し、調整位置(調整角度)に応じて、後述するアシスト倍率αの値(0<α<1の範囲内の値)を決定する。 The assist magnification variable means 47 is a magnification adjustment dial composed of a variable resistor or the like and can be operated by the target person, and outputs a setting signal according to the adjustment position (adjustment angle) to the control device. The control device detects the adjustment position (adjustment angle) according to the set signal, and determines the value of the assist magnification α (value within the range of 0 <α <1) described later according to the adjustment position (adjustment angle). To do.
●[制御ボックス50の構成(図5)]
制御ボックス50は、図1及び図2に示すように、上体装着具12の背面に取付けられるボックスである。制御ボックス50には、図5に示すように、制御装置52とモータドライバ54と電源ユニット56とが収納されている。電源ユニット56は、例えばリチウム電池であり、制御装置52とモータドライバ54に電力を供給する。
● [Configuration of control box 50 (FIG. 5)]
As shown in FIGS. 1 and 2, the
制御装置52は、電源ユニット56から電力が供給され、モータ40の回転軸41の回転角度を制御するための制御信号52outを求め、モータドライバ54を介して回転軸41の回転角度を制御する。制御装置52は、アシスト倍率αと、実リンク角度θLと、実合成トルクτと、実モータ軸角度θM_fbと、実モータ電流IM_fbと、に基づいて、制御信号52outを求める。アシスト倍率αは、アシスト倍率可変手段47から制御装置52に入力される設定信号に基づいて制御装置52にて決定される。実リンク角度θLは、回動角度検出手段43から制御装置52に入力される検出信号に基づいて制御装置52にて検出される。実合成トルクτは、トルク検出手段45から制御装置52に入力される検出信号に基づいて制御装置52にて検出される。実モータ軸角度θM_fbは、モータ回転角度検出手段42から制御装置52に入力される検出信号に基づいて制御装置52にて検出される。実モータ電流IM_fbは、モータドライバ54から制御装置52に入力される検出信号に基づいて制御装置52にて検出される。
The
モータドライバ54は、電源ユニット56から電力が供給され、制御装置52からの制御信号52outを、モータ40を駆動する駆動電流IMに変換するドライバ回路である。またモータドライバ54は、駆動電流IMに相当する実モータ電流IM_fbの値を制御装置52に出力する。
The
●[制御ブロック(図7)と、制御装置52の処理手順(図8)]
次に、図8に示すフローチャートと図7に示す制御ブロック図を用いて、制御装置52の処理手順について説明する。なお、図7に示す制御ブロック図における符号B10は、モータ40からのアシストトルクを算出するアシストトルク決定部B10であり、図5に示す制御装置52が当該アシストトルク決定部B10に相当する。また図7に示す制御ブロック図における符号B20は、モータ40を駆動する電流を決定するモータ制御部B20であり、図5に示す制御装置52が当該モータ制御部B20に相当する。また図7に示す制御ブロック図における符号B30は、モータドライバ54、モータ40(及びモータ回転角度検出手段42)、入力部材22、渦巻バネ24、減速機26、出力リンク30、回動角度検出手段43、トルク検出手段45を含むトルク付与部B30であり、図5に示す符号B30の部分が当該トルク付与部B30に相当する。
● [Control block (FIG. 7) and processing procedure of control device 52 (FIG. 8)]
Next, the processing procedure of the
次に、図8に示すフローチャートについて説明する。図8に示す処理は、所定時間間隔(例えば数ms間隔)にて起動され、起動されると制御装置52はステップSB100へと処理を進める。
Next, the flowchart shown in FIG. 8 will be described. The process shown in FIG. 8 is activated at predetermined time intervals (for example, at intervals of several ms), and when activated, the
ステップSB100は、図7に示す制御ブロック図のブロックB11、ブロックB14、ブロックB24に相当する処理、及び入力信号の処理である。ステップSB100にて制御装置52は、前回の処理タイミング時に検出して記憶している実合成トルクτ(t)を、前回の実合成トルクτ(t−1)に記憶する(ブロックB11に相当する処理)。そして制御装置52は、トルク検出手段45からの検出信号に基づいて今回の実合成トルクτ(t)を検出して記憶する(入力信号の処理)。また制御装置52は、前回の処理タイミング時に求めて記憶している目標アシストトルクτa_ref(t)を、前回の目標アシストトルクτa_ref(t−1)に記憶する(ブロックB14に相当する処理)。また制御装置52は、回動角度検出手段43からの検出信号に基づいて今回の実リンク角度θLを検出して記憶する(入力信号の処理)。
Step SB100 is a process corresponding to blocks B11, block B14, and block B24 in the control block diagram shown in FIG. 7, and an input signal process. In step SB100, the
また制御装置52は、前回の処理タイミング時に検出して記憶している実モータ軸角度θM_fb(t)を、前回の実モータ軸角度θM_fb(t−1)に記憶する。そして制御装置52は、モータ回転角度検出手段42からの検出信号に基づいて今回の実モータ軸角度θM_fb(t)を検出して記憶する。さらに制御装置52は、今回の実モータ軸角度θM_fb(t)と、前回の実モータ軸角度θM_fb(t−1)から、実モータ角速度ωM_fbを求めて記憶する(ブロックB24に相当する処理)。また制御装置52は、モータドライバ54から入力された検出信号に基づいて実モータ電流IM_fbを求めて記憶する。また制御装置52は、アシスト倍率可変手段47からの設定信号に基づいてアシスト倍率αを決定して記憶する(入力信号の処理)。
Further, the
ステップSN12は、図7に示す制御ブロック図のノードN12における処理に相当している。ステップSN12にて制御装置52は、今回の実合成トルクτ(t)と、ブロックB11から入力された前回の実合成トルクτ(t−1)との差を求め、求めたトルク変化量ΔτhをブロックB13に出力し、ステップSB13に進む。また、トルク変化量Δτhは、合成トルクτから抽出された、対象者トルクに関連する対象者トルク関連量に相当しており、以下の(式1)にて求められる。なお、前回の演算タイミングにて出力したアシストトルクであって今回の演算タイミングにて新たなアシストトルクを出力するまでのアシストトルクは一定であるものとみなすことができる。従って、今回の演算タイミングでの実合成トルクτ(t)と、前回の演算タイミングでの実合成トルクτ(t−1)との変化量(偏差)は、対象者から入力された対象者トルクの変化量(偏差)であるとみなすことができる。つまり、対象者トルクとアシストトルクが合成された今回の実合成トルクτ(t)と、前回の実合成トルクτ(t−1)との差を求めることで、アシストトルクの影響を排除して対象者トルクの変化量を求めることができる。
Δτh=τ(t)−τ(t−1) (式1)
Step SN12 corresponds to the processing at the node N12 in the control block diagram shown in FIG. In step SN12, the
Δτ h = τ (t) −τ (t-1) (Equation 1)
ステップSB13は、図7に示す制御ブロック図のブロックB13における処理に相当する。ステップSB13にて制御装置52は、決定したアシスト倍率αと、ノードN12から入力されたトルク変化量Δτhとを乗算してアシスト増減量Δτa_refを求め、求めたアシスト増減量Δτa_refをノードN15に出力し、ステップSN15に進む。なお、アシスト倍率αは、0<α<1の範囲内の値である。また、アシスト増減量Δτa_refは、以下の(式2)にて求められる。
Δτa_ref=α*Δτh (式2)
Step SB13 corresponds to the processing in block B13 of the control block diagram shown in FIG. 7. The
Δτ a_ref = α * Δτ h (Equation 2)
ステップSN15は、図7に示す制御ブロック図のノードN15における処理に相当する。ステップSN15にて制御装置52は、ブロックB13から入力されたアシスト増減量Δτa_refと、ブロックB14から入力された前回目標アシストトルクτa_ref(t−1)との和を求め、求めた目標アシストトルクτa_refをブロックB21に出力し、ステップSB21に進む。目標アシストトルクτa_ref(τa_ref(t))は、以下の(式3)にて求められる。すなわち、今回の目標アシストトルクτa_refは、対象者トルク関連量(Δτh)の所定倍率(アシスト倍率(α))のトルクと、前回の目標アシストトルクτa_ref(t−1)に基づいて求められる。
τa_ref(t)=τa_ref(t−1)+α*Δτh (式3)
Step SN15 corresponds to the processing at the node N15 in the control block diagram shown in FIG. In step SN15, the
τ a_ref (t) = τ a_ref (t-1) + α * Δτ h (Equation 3)
ステップSB21は、図7に示す制御ブロック図のブロックB21における処理に相当する。ステップSB21にて制御装置52は、実リンク角度θLと、ノードN15から入力された目標アシストトルクτa_refとに基づいて、モータ40の回転軸41の指令回転角度θM_refを求める。そして制御装置52は、求めた指令回転角度θM_refをノードN22に出力し、ステップSN22に進む。ここで、以下のように定義すると、指令回転角度θM_refは、以下の(式4)にて表すことができる。そして(式4)を整理して(式5)を得ることができる。この指令回転角度θM_refは、出力軸回動角度に相当している。
θM_ref:指令回転角度
τa_ref:目標アシストトルク
K:渦巻バネ24のバネ定数
θL:実リンク角度
na、nb:減速機26の入力回転部材26eをnb回転させた場合、出力回転部材26pがna回転する(na<nb)という減速比に相当する値
τa_ref=na*K[na*θL−(θM_ref/nb)] (式4)
θM_ref=[(na2*K*θL−τa_ref)*nb/(na*K)] (式5)
Step SB21 corresponds to the processing in block B21 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB21, the
θ M_ref : Command rotation angle τ a_ref : Target assist torque K: Spring constant of
θ M_ref = [(na 2 * K * θ L −τ a_ref ) * nb / (na * K)] (Equation 5)
ステップSN22は、図7に示す制御ブロック図のノードN22における処理に相当する。ステップSN22にて制御装置52は、ブロックB21から入力された指令回転角度θM_refと、実モータ軸角度θM_fbとの差である回転角度偏差Δθを求める。そして制御装置52は、求めた回転角度偏差ΔθをブロックB23に出力し、ステップSB23に進む。なお、回転角度偏差Δθは、以下の(式6)から求められる。
Δθ=θM_ref−θM_fb (式6)
Step SN22 corresponds to the processing at the node N22 in the control block diagram shown in FIG. In step SN22, the control device 52 obtains a rotation angle deviation Δθ which is a difference between the command rotation angle θ M_ref input from the block B21 and the actual motor shaft angle θ M_fb. Then, the
Δθ = θ M_ref −θ M_fb (Equation 6)
ステップSB23は、図7に示す制御ブロック図のブロックB23における処理に相当する。ステップSB23にて制御装置52は、ノードN22から入力された回転角度偏差Δθに基づいて、既存のPID制御等を利用して、指令角速度ωM_refを求める。そして制御装置52は、求めた指令角速度ωM_refをノードN25に出力し、ステップSN25に進む。なお、回転角度偏差Δθから指令角速度ωM_refを算出する手順、方法については特に限定は無く、どのように指令角速度ωM_refを算出してもよい。
Step SB23 corresponds to the processing in block B23 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB23, the
ステップSN25は、図7に示す制御ブロック図のノードN25における処理に相当する。ステップSN25にて制御装置52は、ブロックB23から入力された指令角速度ωM_refと、ブロックB24から入力された実モータ角速度ωM_fbとの差である角速度偏差Δωを求める。そして制御装置52は、求めた角速度偏差ΔωをブロックB26に出力し、ステップSB26に進む。なお、角速度偏差Δωは、以下の(式7)から求められる。
Δω=ωM_ref−ωM_fb (式7)
The step SN25 corresponds to the processing at the node N25 in the control block diagram shown in FIG. 7. In step SN25, the
Δω = ω M_ref −ω M_fb (Equation 7)
ステップSB26は、図7に示す制御ブロック図のブロックB26における処理に相当する。ステップSB26にて制御装置52は、ノードN25から入力された角速度偏差Δωに基づいて、既存のPID制御等を利用して、指令電流IM_refを求める。そして制御装置52は、求めた指令電流IM_refをノードN27に出力し、ステップSN27に進む。なお、角速度偏差Δωから指令電流IM_refを算出する手順、方法については特に限定は無く、どのように指令電流IM_refを算出してもよい。
Step SB26 corresponds to the processing in block B26 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB26, the
ステップSN27は、図7に示す制御ブロック図のノードN27における処理に相当する。ステップSN27にて制御装置52は、ブロックB26から入力された指令電流IM_refと、実モータ電流IM_fbとの差である電流偏差ΔIを求める。そして制御装置52は、求めた電流偏差ΔIをブロックB28に出力し、ステップSB28に進む。なお、電流偏差ΔIは、以下の(式8)から求められる。
ΔI=IM_ref−IM_fb (式8)
Step SN27 corresponds to the processing at node N27 in the control block diagram shown in FIG. In step SN27, the
ΔI = I M_ref −I M_fb (Equation 8)
ステップSB28は、図7に示す制御ブロック図のブロックB28における処理に相当する。ステップSB28にて制御装置52は、ノードN27から入力された電流偏差ΔIに基づいて、既存のPID制御等を利用して、制御信号52outを求める。例えば制御信号52outは、電流偏差ΔIに相当するDutyに設定されたPWM信号等、モータドライバ54に応じた制御信号である。そして制御装置52は、求めた制御信号52outをモータドライバ54に出力し、処理を終了する。なお、電流偏差ΔIから制御信号52outを求める手順、方法については特に限定は無く、どのように制御信号52outを求めてもよい。
Step SB28 corresponds to the processing in block B28 of the control block diagram shown in FIG. 7. In step SB28, the
●●[第2の実施の形態のアシスト装置60(図9)]
次に、第2の実施の形態のアシスト装置60について、図9に基づいて説明する。第2の実施の形態のアシスト装置60は、出力リンク30の回動中心が人の股関節に対応する位置に保持され、出力リンク30の回動自由端側が大腿部に装着される構成である。ここで、第2の実施の形態のアシスト装置60におけるアシスト機構(20)、制御ボックス50、モータ40、モータ回転角度検出手段42、回動角度検出手段(43)、トルク検出手段(45)、アシスト倍率可変手段47等は、第1の実施の形態のアシスト装置10で使用されたものと同様であるため、同一番号を付して説明を省略する。第2の実施の形態のアシスト装置60は、第1の実施の形態の上体装着具12の代わりに上体装着具62を備えており、その上体装着具62の腰周りの位置に支持架台部64が設けられている。そして、支持架台部64における股関節に対応する位置にアシスト機構(20)が設けられている。また、アシスト機構(20)の出力回転部材(26p)に出力リンク30が連結されている。そして第2の実施の形態のアシスト装置60の制御装置は、図7及び図8を用いて説明した第1の実施の形態の制御装置と同じ処理を行う。
●● [Assist
Next, the
以上、第1、第2の実施の形態にて説明したアシスト装置10、60は、トルク検出手段45で検出した合成トルクに基づいて対象者から入力された対象者トルクをアシストするように働くので、対象者の皮膚に多数のセンサを貼り付ける必要が無く、装着が容易である。また、対象者の複数個所に貼り付けた多数のセンサからの信号処理を行う必要が無く、図7のブロック図に示すように、制御装置52及びモータドライバ54の外部から入力される入力信号は、出力リンク30の回動角度である実リンク角度θLと、モータ40の回転軸41の回転角度である実モータ軸角度θM_fbと、合成トルクであるτと、であり、非常に少なくて済む。従って、従来の装着式動作補助装置と比較して、アシスト装置10の構成がシンプルであり、制御も非常にシンプルである。また、対象者から入力された対象者トルクをアシストする、という非常にシンプルな動作であるので、対象者の上腕の運動による重量物の持ち上げ動作や、対象者の腰及び大腿の屈伸による重量物の持ち上げ動作や、対象者の大腿の周期的な揺動運動による歩行の動作等の、各動作を区別する必要が無く、シンプルな制御で実現することができる。また対象者トルクとアシストトルクを別々に検出する必要が無く、合成トルクを検出するだけでよいので、トルク検出手段の数を削減してよりシンプルな構成を実現することができる。さらに、アシスト倍率αを適宜調整できるので、リハビリ等の際、非常に便利である。また減速機を設けることで、比較的小さなバネ定数の渦巻バネを使用することが可能となり、アシスト装置をより小型・軽量化することができる。また、エネルギーを蓄えたり放出する渦巻バネ(弾性体)24と、アシストするモータ(アクチュエータ)40と、アシスト対象者自身とからの複数の力(トルク)が生じており、アシスト対象者自身の意図しない不快な力(トルク)が発生する場合でも、トルク検出手段45と出力リンク30の回転角度などから、的確にそれぞれの力(トルク)を考慮して的確に制御するので、アシスト対象者自身への不快な力の発生を抑制することができる。
As described above, the
本発明のアシスト装置の構造、構成、形状、外観、処理手順、演算式等は、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。 The structure, configuration, shape, appearance, processing procedure, calculation formula, etc. of the assist device of the present invention can be variously changed, added, or deleted without changing the gist of the present invention.
本実施の形態にて説明したアシスト装置の用途は、対象者の上腕の運動、下肢の運動のアシストに限定されず、種々の対象物に適用可能である。 The application of the assist device described in the present embodiment is not limited to assisting the movement of the upper arm and the movement of the lower limb of the subject, and can be applied to various objects.
また本実施の形態の説明では、出力リンク30と渦巻バネ24との間に減速機26を設けて、出力リンク30に渦巻バネ24を間接的に接続した例を説明したが、減速機26を省略して、出力リンク30と渦巻バネ24とを直接的に接続してもよい。また、渦巻バネ24の代わりに種々の弾性体を用いることができる。例えば、本実施の形態では、螺旋状に巻いたバネとしているが、板状バネやウェーブスプリングなど別のバネでもよい。また、ゴム、樹脂などのエラストマや、オイルのような液体、気体を利用した弾性体でもよい。エネルギーを保存する対象物(動作)の運動量や保存するエネルギー量に合わせて弾性体を変更可能である。保存するエネルギー量が比較的少ない場合では、エラストマを使用することが効果的である。また、人が荷物を持ち上げる動作などに対して、比較的大きなエネルギーの保存量、バネ定数(剛性)等の大きさ、調整の容易性(螺旋状のバネの場合、バネの巻き数や線の太さ等の調整の容易性)等から、伸縮バネを使用することが効果的である。また、伸縮バネは、コストの面からも優位である。
Further, in the description of the present embodiment, an example in which the
第1の実施の形態にて説明したアシスト装置10は、左右にアシスト機構及び出力リンク30を有する例を説明したが、左右のいずれか一方のみにアシスト機構及び出力リンク30を設けるようにしてもよい。また第2の実施の形態にて説明したアシスト装置60は、左右にアシスト機構及び出力リンク30を有する例を説明しているが、左右のいずれか一方のみにアシスト機構及び出力リンク30を設けるようにしてもよい。また制御ボックス50などの中に制御装置52に接続された通信装置(無線または有線)を備えても良く、所定の工程で作業する対象者(作業者)の負荷状態(トルク、モータ電流等)を、通信装置が接続されたネットワーク経由で、別の解析装置や操作機器へ送信することも可能である。解析装置や操作機器は、取得したデータ(負荷状態など)を解析することができる。そして解析装置や操作機器は、解析した結果から、対象者(作業者)の作業者能力(経験、体力など)、機械状態、作業工程に合わせて、アシスト量を調整するためのアシスト倍率αの値を決めて、この値をネットワーク経由で制御ボックス50の制御装置52に送信することもできる。つまり、ネットワーク上の解析装置や操作機器等を用いて、対象者に適切なアシスト倍率αを自動的に求め、求めたアシスト倍率αを自動的に対象者に設定可能ということであり、この場合、アシスト倍率可変手段47は、ネットワーク上の解析装置や操作機器に相当する。よって、対象者(作業者)の状態に合わせて自動的かつリアルタイムにアシスト倍率αを適切な値に変更することが可能となり、対象者(作業者)の作業効率をより向上させることができる。
Although the
10 アシスト装置
12 上体装着具(身体装着具)
14 支持架台部(身体装着具)
20 アシスト機構
20J 回転軸線
22 入力部材
24 渦巻バネ(弾性体)
24e (外周側)バネ端部
24y (中心側)バネ端部
26 減速機
30 出力リンク
35 身体装着具
40 モータ(アクチュエータ)
41 回転軸(出力軸)
42 モータ回転角度検出手段
43 回動角度検出手段
45 トルク検出手段
47 アシスト倍率可変手段
50 制御ボックス
52 制御装置
54 モータドライバ
56 電源ユニット
60 アシスト装置
62 上体装着具(身体装着具)
64 支持架台部(身体装着具)
B10 アシストトルク決定部
B20 モータ制御部
B30 トルク付与部
θM_ref 指令回転角度(出力軸回動角度)
τ 合成トルク
Δτh トルク変化量(対象者トルク関連量)
α アシスト倍率(0<α<1)
10
14 Support stand (body attachment)
20
24e (outer circumference side)
41 Rotation axis (output axis)
42 Motor rotation angle detection means 43 Rotation angle detection means 45 Torque detection means 47 Assist magnification variable means 50
64 Support stand (body attachment)
B10 Assist torque determination unit B20 Motor control unit B30 Torque application unit θ M_ref command rotation angle (output shaft rotation angle)
τ Combined torque Δτ h Torque change amount (target person torque related amount)
α Assist magnification (0 <α <1)
Claims (8)
前記アシスト対象身体部の関節回りに回動して前記アシスト対象身体部に装着される出力リンクと、
前記出力リンクを介して前記アシスト対象身体部の回動をアシストするアシストトルクを発生する出力軸を有するアクチュエータと、
前記出力リンクと前記出力軸との間に設けられて、前記出力軸からの前記アシストトルクを蓄えることが可能であるとともに蓄えた前記アシストトルクを前記出力リンクの回動力として放出する弾性体と、
前記出力リンクの回動角度である出力リンク回動角度を検出する回動角度検出手段と、
前記出力リンクから前記出力軸に至るいずれかの位置に設けられ、対象者が前記アシスト対象身体部を自身の力で回動させることで前記出力リンクから入力された対象者トルクと、前記出力軸からの前記アシストトルクと、を合成した合成トルクを検出するトルク検出手段と、
前記トルク検出手段を用いて検出した前記合成トルクと、前記回動角度検出手段を用いて検出した前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸の回動角度である出力軸回動角度を制御する制御装置と、を有し、
前記制御装置は、
検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、
求めた前記対象者トルク関連量に応じた前記アシストトルクを求め、
求めた前記アシストトルクに基づいて前記出力軸回動角度を求め、
求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、
前記制御装置は、前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、
前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段を有し、
前記制御装置は、
予め設定された所定時間間隔の演算タイミングにて、前記合成トルクを検出して前記出力軸回動角度を求め、求めた前記出力軸回動角度となるように前記アクチュエータを制御し、
今回の演算タイミングにて、今回の演算タイミングにて検出した合成トルクである今回合成トルクと、前回の演算タイミングにて検出した合成トルクである前回合成トルクとの偏差と、前回の演算タイミングにて求めたアシストトルクである前回アシストトルクと、前記所定倍率と、に基づいて今回の演算タイミングのアシストトルクである今回アシストトルクを求める、
アシスト装置。 Assistance of the subject Body fittings worn around the target body and
An output link that rotates around the joint of the body part to be assisted and is attached to the body part to be assisted.
An actuator having an output shaft that generates an assist torque that assists the rotation of the assisted body portion via the output link, and an actuator.
An elastic body provided between the output link and the output shaft, capable of storing the assist torque from the output shaft and releasing the stored assist torque as rotational power of the output link.
A rotation angle detecting means for detecting the output link rotation angle, which is the rotation angle of the output link,
The target person torque input from the output link and the output shaft are provided at any position from the output link to the output shaft, and the target person rotates the assist target body part by his / her own force. A torque detecting means for detecting the combined torque of the assist torque from
The output shaft rotation angle, which is the rotation angle of the output shaft, based on the combined torque detected by the torque detecting means and the output link rotation angle detected by using the rotation angle detecting means. have a, a control device for controlling the,
The control device is
From the detected combined torque, the target torque-related amount related to the target torque is obtained.
The assist torque corresponding to the obtained target torque-related amount was obtained, and
The output shaft rotation angle is obtained based on the obtained assist torque, and the output shaft rotation angle is obtained.
The actuator is controlled so as to obtain the obtained output shaft rotation angle, and the actuator is controlled.
The control device obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the target torque-related amount.
It has an assist magnification variable means for making the predetermined magnification variable, and has
The control device is
At the calculation timing of a predetermined time interval set in advance, the combined torque is detected to obtain the output shaft rotation angle, and the actuator is controlled so as to obtain the obtained output shaft rotation angle.
At the current calculation timing, the deviation between the current combined torque, which is the combined torque detected at the current calculation timing, and the previous combined torque, which is the combined torque detected at the previous calculation timing, and the previous calculation timing. Based on the previous assist torque, which is the obtained assist torque, and the predetermined magnification, the current assist torque, which is the assist torque of the current calculation timing, is obtained.
Assist device.
前記アシスト装置は、さらに、ネットワークを介して接続された解析装置や操作機器と通信可能な通信装置を備え、
前記通信装置は、前記制御装置に接続されており、
前記制御装置は、所定の作業工程で作業する前記対象者の負荷状態を、前記通信装置と前記ネットワークを介して前記解析装置や前記操作機器に送信し、
前記解析装置や前記操作機器は、受信した前記負荷状態を解析してアシスト倍率を決定し、決定した前記アシスト倍率を、前記ネットワークと前記通信装置を介して前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記アシスト倍率を前記所定倍率として前記アシスト倍率可変手段に設定する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 1.
The assist device further includes a communication device capable of communicating with an analysis device and an operation device connected via a network.
The communication device is connected to the control device and
The control device transmits the load state of the target person who works in a predetermined work process to the analysis device and the operation device via the communication device and the network.
The analysis device and the operation device analyze the received load state to determine the assist magnification, and transmit the determined assist magnification to the control device via the network and the communication device.
The control device sets the received assist magnification as the predetermined magnification in the assist magnification variable means.
Assist device.
前記解析装置や前記操作機器は、前記アシスト倍率を決定する際、前記対象者の作業者能力、前記アシスト装置の機械状態、前記対象者が行う前記作業工程、の少なくとも1つに基づいて前記アシスト倍率を決定する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 2.
When determining the assist magnification, the analysis device and the operation device assist the target person based on at least one of the worker ability of the target person, the mechanical state of the assist device, and the work process performed by the target person. Determine the magnification,
Assist device.
前記弾性体は渦巻バネであり、
前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、
前記渦巻バネの他方端には、前記出力リンクあるいは所定部材を介して前記出力リンクが接続されている、
アシスト装置。 The assist device according to any one of claims 1 to 3.
The elastic body is a spiral spring and
The output shaft is connected to one end of the spiral spring.
The output link is connected to the other end of the spiral spring via the output link or a predetermined member.
Assist device.
前記所定部材は、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機であり、
前記トルク検出手段は、前記出力リンクと前記減速機との間のトルクを検出する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 4.
The predetermined member is a speed reducer that reduces the rotation from the spiral spring and transmits the rotation to the output link.
The torque detecting means detects the torque between the output link and the speed reducer.
Assist device.
前記出力リンクは、長尺状の形状を有し、一方端の側の回動支持部が、前記アシスト対象身体部の関節回りに回動するように支持され、他方端の側の身体固定部が、前記アシスト対象身体部に固定されており、
前記トルク検出手段は、前記出力リンクにおける前記回動支持部と前記身体固定部との間に設けられて前記回動支持部回りのトルクを検出する、
アシスト装置。 The assist device according to claim 4.
The output link has an elongated shape, and a rotation support portion on one end side is supported so as to rotate around a joint of the body portion to be assisted, and a body fixing portion on the other end side. Is fixed to the body part to be assisted,
The torque detecting means is provided between the rotation support portion and the body fixing portion in the output link to detect the torque around the rotation support portion.
Assist device.
前記弾性体は、渦巻バネであり、
前記渦巻バネの一方端には、前記出力軸が接続され、
前記渦巻バネの他方端には、前記渦巻バネからの回転を減速して前記出力リンクに伝達する減速機が接続され、
前記制御装置は、
前記今回アシストトルクと、前記減速機の減速比と、前記渦巻バネのバネ定数と、前記出力リンク回動角度と、に基づいて前記出力軸回動角度を求める、
アシスト装置。 The assist device according to any one of claims 1 to 3.
The elastic body is a spiral spring and
The output shaft is connected to one end of the spiral spring.
A speed reducer that decelerates the rotation from the spiral spring and transmits it to the output link is connected to the other end of the spiral spring.
The control device is
The output shaft rotation angle is obtained based on the assist torque this time, the reduction ratio of the reduction gear, the spring constant of the spiral spring, and the output link rotation angle.
Assist device.
前記制御装置は、検出した前記合成トルクから前記対象者トルクに関連する対象者トルク関連量を求め、求めた前記対象者トルク関連量に対する所定倍率のトルクに基づいて前記アシストトルクを求め、
前記アシスト装置は、前記所定倍率を可変とするアシスト倍率可変手段と、ネットワークを介して接続された解析装置や操作機器と通信可能な通信装置と、を備えており、
前記通信装置は、前記制御装置に接続されており、
前記制御装置は、所定の作業工程で作業する前記対象者の負荷状態を、前記通信装置と前記ネットワークを介して前記解析装置や前記操作機器に送信し、
前記解析装置や前記操作機器は、受信した前記負荷状態を解析してアシスト倍率を決定し、決定した前記アシスト倍率を、前記ネットワークと前記通信装置を介して前記制御装置に送信し、
前記制御装置は、受信した前記アシスト倍率を前記所定倍率として前記アシスト倍率可変手段に設定する、
アシスト装置。
The assist device according to claim 1.
The control device obtains a target torque-related amount related to the target torque from the detected combined torque, and obtains the assist torque based on a torque having a predetermined magnification with respect to the obtained target torque-related amount.
The assist device includes an assist magnification variable means for varying the predetermined magnification, and a communication device capable of communicating with an analysis device and an operation device connected via a network.
The communication device is connected to the control device and
The control device transmits the load state of the target person who works in a predetermined work process to the analysis device and the operation device via the communication device and the network.
The analysis device and the operation device analyze the received load state to determine the assist magnification, and transmit the determined assist magnification to the control device via the network and the communication device.
The control device sets the received assist magnification as the predetermined magnification in the assist magnification variable means.
Assist device.
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