特許 6382754 動作支援装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6382754

(24)【登録日】2018年8月10日

(45)【発行日】2018年8月29日

(54)【発明の名称】動作支援装置

(51)【国際特許分類】

   A61H 3/00 20060101AFI20180820BHJP

   A61H 1/02 20060101ALI20180820BHJP

   B25J 11/00 20060101ALI20180820BHJP

【ＦＩ】

   A61H3/00 B

   A61H1/02 N

   B25J11/00 Z

【請求項の数】8

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2015-48703(P2015-48703)

(22)【出願日】2015年3月11日

(65)【公開番号】特開2016-168122(P2016-168122A)

(43)【公開日】2016年9月23日

【審査請求日】2017年9月15日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】598076591

【氏名又は名称】東芝インフラシステムズ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100108855

【弁理士】

【氏名又は名称】蔵田 昌俊

(74)【代理人】

【識別番号】100103034

【弁理士】

【氏名又は名称】野河 信久

(74)【代理人】

【識別番号】100075672

【弁理士】

【氏名又は名称】峰 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100153051

【弁理士】

【氏名又は名称】河野 直樹

(74)【代理人】

【識別番号】100189913

【弁理士】

【氏名又は名称】鵜飼 健

(72)【発明者】

【氏名】三ツ谷 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】成岡 良彦

(72)【発明者】

【氏名】浅利 幸生

(72)【発明者】

【氏名】平光 功明

(72)【発明者】

【氏名】藤原 弘章

【審査官】 増山 慎也

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１４−１５５６６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２０６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−１１６８９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−１４７５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−３３０２９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０５６０４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ａ６１Ｈ ３／００

Ａ６１Ｈ １／０２

Ｂ２５Ｊ １１／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

動作を支援する動作支援装置であって、
腰部に固定される上装具と、
第１の脚の大腿部に固定され、上端を前記上装具に回動可能に連結された第１上フレームと、
第２の脚の大腿部に固定され、上端を前記上装具に回動可能に連結された第２上フレームと、
前記第１の脚の下腿部に固定され、前記第１上フレームの下端と回動可能に連結された第１下フレームと、
前記第２の脚の下腿部に固定され、前記第２上フレームの下端と回動可能に連結された第２下フレームと、
前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部にトルクを印加する第１駆動部と、
前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部にトルクを印加する第２駆動部と、
前記上装具と前記第１上フレームとの角度を検出する第１腰角度検出部と、
前記上装具と前記第２上フレームとの角度を検出する第２腰角度検出部と、
前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部の角度を検出する第１膝角度検出部と、
前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部の角度を検出する第２膝角度検出部と、
補助力を示す補助力ベクトルを設定する設定部と、
前記第１腰角度検出部が検出した角度、前記第１膝角度検出部が検出した角度、前記第１上フレームの長さ、及び、前記第１下フレームの長さに基づいて、前記補助力ベクトルが前記第１の脚の接地部に印加されるように、前記第１駆動部を用いて前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部にトルクを印加し、前記第２腰角度検出部が検出した角度、前記第２膝角度検出部が検出した角度、前記第２上フレームの長さ、及び、前記第２下フレームの長さに基づいて、前記補助力ベクトルが前記第２の脚の接地部に印加されるように、前記第２駆動部を用いて前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部にトルクを印加する駆動制御部と、
を備える動作支援装置。

【請求項2】

前記腰部の傾斜を検出する傾斜検出部を備え、
前記駆動制御部は、さらに前記傾斜に基づいて、前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部にトルクを印加し、さらに前記傾斜に基づいて、前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部にトルクを印加する、
前記請求項１に記載の動作支援装置。

【請求項3】

前記駆動制御部は、前記傾斜に基づいて前記上装具に固定された座標系に前記補助力ベクトルを座標変換し、座標変換された前記補助力ベクトルが前記第１の脚の接地部に印加されるように前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部にトルクを印加し、座標変換された前記補助力ベクトルが前記第２の脚の接地部に印加されるように前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部にトルクを印加する、
前記請求項２に記載の動作支援装置。

【請求項4】

前記傾斜検出部は、前記第１上フレームと前記上装具との連結部と前記第２上フレームと前記上装具との連結部との間の方向の軸の軸まわりの傾斜を検出する、
前記請求項２又は３に記載の動作支援装置。

【請求項5】

前記傾斜検出部は、前記第１上フレームと前記上装具との連結部と前記第２上フレームと前記上装具との連結部との間の方向の軸と、水平面上で直交する方向の軸の軸まわりの傾斜を検出する、
前記請求項２乃至４の何れか１項に記載の動作支援装置。

【請求項6】

前記設定部が設定する補助力ベクトルは、鉛直上向きである、
前記請求項１乃至５の何れか１項に記載の動作支援装置。

【請求項7】

前記設定部は、支援動作中において、一定の補助力ベクトルを設定する、
前記請求項１乃至６の何れか１項に記載の動作支援装置。

【請求項8】

前記駆動制御部は、立ち上がり動作を支援する場合、前記第１上フレームと前記第１下フレームとの連結部に印加するトルクと、前記第２上フレームと前記第２下フレームとの連結部に印加するトルクとを、前記腰部が上昇するにつれて減少させる、
前記請求項１乃至７の何れか１項に記載の動作支援装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、動作支援装置に関する。

【背景技術】

【0002】

動作支援装置には、立ち上がり動作などの脚の動作を支援するものがある。そのような動作支援装置において、右脚に印加される補助力と左脚に印加される補助力とは、互いに異なることがある。そのため、従来、動作支援装置は、左右の脚に印加される補助力が異なることによって装着者に違和感を生じるという課題がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】国際公開第２０１１／１６１７５０号

【特許文献2】特開２００７−３３０２９９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上記の課題を解決するために、適切に補助力を発生する動作支援装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0005】

実施形態によれば、動作支援装置は、上装具と、第１及び第２上フレームと、第１及び第２下フレームと、第１及び第２駆動部と、第１及び第２腰角度検出部と、第１及び第２膝角度検出部と、設定部と、駆動制御部とを備える。設定部は、補助力ベクトルを設定する。駆動制御部は、第１腰角度検出部の角度、第１膝角度検出部の角度、第１上フレームの長さ及び第１下フレームの長さに基づいて補助力ベクトルが第１の脚の接地部に印加されるように第１駆動部を用いて第１上フレームと第１下フレームとの連結部にトルクを印加し、第２腰角度検出部の角度、第２膝角度検出部の角度、第２上フレームの長さ及び第２下フレームの長さに基づいて前記補助力ベクトルが第２の脚の接地部に印加されるように第２駆動部を用いて第２上フレームと第２下フレームとの連結部にトルクを印加する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】図１は、実施形態に係る動作支援装置の正面図の例である。

【図2】図２は、実施形態に係る動作支援装置の側面図の例である。

【図3】図３は、実施形態に係る動作支援装置の構成例を示すブロックである。

【図4】図４は、実施形態に係る動作支援装置の装置座標系の例を示す。

【図5】図５は、実施形態に係る動作支援装置の装置座標系の他の例を示す。

【図6】図６は、実施形態に係る動作支援装置の座標系における構成例を示す図である。

【図7】図７は、実施形態に係る動作支援装置の動作例を示すフローチャートである。

【図8】図８は、実施形態に係る動作支援装置が発生するトルクの例を示す図である。

【図9】図９は、実施形態に係る動作支援装置が発生するトルクの他の例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。

【0008】

図１は、動作支援装置１００の正面図である。また、図２は、動作支援装置１００を装着者Ｐの右側から見た側面図である。

【0009】

動作支援装置１００は、左右対称の構成を有する。動作支援装置１００は、右脚側の構成として、上連結部３ａ、上フレーム４ａ、回動支持部５ａ、下フレーム６ａ、下連結部７ａ、下装具８ａ、駆動部１０ａ、腰角度センサ１５ａ、膝角度センサ１６ａ、及び、保持具１９ａなどを備える。また、動作支援装置１００は、左脚側の構成として、上連結部３ｂ、上フレーム４ｂ、回動支持部５ｂ、下フレーム６ｂ、下連結部７ｂ、下装具８ｂ、駆動部１０ｂ、腰角度センサ１５ｂ、膝角度センサ１６ｂ、及び、保持具１９ｂなどを備える。また、動作支援装置１００は、上連結部３ａ並びに３ｂ上に上装具２、及び、上装具２上に傾斜センサ１３を備える。

【0010】

動作支援装置１００の右脚側の各構成と左脚側の各構成とは、同様であるため、右脚側の各構成を説明し、左脚側の構成の説明を省略する。また、以下の説明では、真っ直ぐに立った状態の装着者Ｐから見て、前後方向をＸ軸方向、左右方向をＹ軸方向、上下方向をＺ軸方向とする。Ｘ軸は、上連結部３ａと上連結部３ｂとの間の方向の軸である。Ｙ軸は、水平面上でＸ軸と直交する方向の軸である。Ｚ軸は、水平面と鉛直な方向の軸である。

【0011】

上装具２は、装着者Ｐの腰部に固定される。上装具２は、装着者Ｐに動作支援装置１００を固定するために用いられる。上装具２は、装着者Ｐの腰に巻き付けて固定されるベルトなどを含む。上フレーム４ａは、装着者Ｐの大腿部の外側に沿ってＺ軸方向に延設される。上フレーム４ａは、装着者Ｐの大腿部に固定される。ここでは、上フレーム４ａの長さは、Ｌ１であるものとする。下フレーム６ａは、装着者Ｐの下腿部の外側に沿ってＺ方向に延設される。下フレーム６ａは、装着者Ｐの下腿部に固定される。ここでは、下フレーム６ａの長さは、Ｌ２であるものとする。

【0012】

上フレーム４ａおよび下フレーム６ａは、樹脂や軽金属などの軽量で十分な強度を有する材料で形成された棒状または板状の部材である。樹脂であれば、例えば、ＣＦＲＰやＧＦＲＰを用いることができる。また、軽金属であれば、例えば、Ａｌ合金やＭｇ合金、Ｔｉ合金などを用いることができる。本実施形態では、上フレーム４ａを１本の棒材により形成したが、その長さを伸縮自在にするスライド機構を設けても良い。

【0013】

上連結部３ａは、上フレーム４ａの上端を上装具２に対して３自由度の回動が可能な状態で連結する。ここで言う３自由度の回動とは、例えば、Ｘ軸を中心とした回動、Ｙ軸を中心とした回動、およびＺ軸を中心とした回動を含み、全ての方向に回動可能であることを指す。具体的には、上連結部３ａは、例えば、ボールジョイントや自在継手などのフリージョイントである。

【0014】

上連結部３ａには、腰角度センサ１５ａが設けられる。腰角度センサ１５ａは、上連結部３ａの角度を検出する。即ち、腰角度センサ１５ａは、上装具２と上フレーム４ａとがなす角度θ１（腰角度）を検出する。たとえば、腰角度センサ１５ａは、Ｙ軸まわりの角度を検出する。角度θ１は、装着者Ｐの股関節の角度である。腰角度センサ１５ａは、たとえば、ロータリーエンコーダ又はポテンショメータなどから構成される。下連結部７ａは、下フレーム６ａの下端を下装具８ａに対して３自由度の回動が可能な状態で連結する。下連結部７ａは、上連結部３ａと同様の構成である。

【0015】

回動支持部５ａは、上フレーム４ａの下端を下フレーム６ａの上端に対して１自由度の回動可能な状態で連結する。回動支持部５ａは、１自由度として、膝関節が動く方向、すなわちＹ軸を中心とした自由度の回動を許容する。即ち、回動支持部５ａは、膝関節が回動する方向以外（Ｘ軸を中心とした回動やＺ軸を中心とした回動）への下フレーム６ａの上フレーム４ａに対する回動を許容しない。つまり、動作支援装置１００は、全体として、７自由度の回動を許容する。

【0016】

装着者Ｐが膝関節を屈伸させる場合、回動支持部５ａが膝関節の動作に合わせて回動するとともに、上連結部３ａおよび下連結部７ａも僅かに回動する。つまり、屈伸動作時には、膝関節が僅かに外側に開くとともに、膝関節が単純な１軸を中心とした回動にはならないため、上連結部３ａおよび下連結部７ａがそれぞれ３自由度の回動を許容することで、膝関節の複雑な動きを可能にしている。

【0017】

回動支持部５ａには、駆動部１０ａが同軸に取り付けられている。駆動部１０ａは、当該動作支援装置１００を装着した装着者Ｐの屈伸動作をアシストする方向の駆動力を回動支持部５に与える。即ち、駆動部１０ａは、回動支持部５ａにトルクを印加する。たとえば、駆動部１０ａは、膝を伸ばす方向に回動支持部５ａに駆動力を与える。また、駆動部１０ａは、膝を曲げる方向に回動支持部５ａに駆動力を与える。

【0018】

駆動部１０ａは、たとえば、サーボモータ１２ａ、及び、電磁クラッチ１４ａなどを有する。
サーボモータ１２ａは、駆動力を回動支持部５ａに与える。サーボモータ１２ａは、図示しない電力供給部からの電力を受けて回転する。

【0019】

電磁クラッチ１４ａは、サーボモータ１２ａの回動力を回動支持部５ａに選択的に伝える。電磁クラッチ１４ａを切った状態では、サーボモータ１２の回動力は回動支持部５ａに伝えられない。本実施形態では、サーボモータ１２ａおよび電磁クラッチ１４ａを回動支持部５ａと同軸に配置したが、例えば、かさ歯車やタイミングベルト、チェーンを介して回動力を回動支持部５ａに伝える構成を採用しても良い。

【0020】

サーボモータ１２ａには、回動支持部５ａの回動角度を検出するための膝角度センサ１６ａが設けられている。膝角度センサ１６ａは、回動支持部５ａの角度を検出する。たとえば、膝角度センサ１６ａは、サーボモータ１２ａの回転角度を測定して、上フレーム４ａと下フレーム６ａがなす角度θ２（膝角度）を検出する。角度θ２は、装着者Ｐの膝関節の角度である。膝角度センサ１６ａは、たとえば、ロータリーエンコーダ又はポテンショメータなどから構成される。なお、膝角度センサ１６ａは、サーボモータ１２ａに内蔵されるエンコーダであってもよいし、別のセンサであってもよい。

【0021】

下装具８ａは、下フレーム６ａの下端近くで足に装着されて固定される。下装具８ａは、例えば、板金を形状加工して折り曲げて形成され、足の裏を乗せる部分を有する。
保持具１９ａは、上フレーム４ａの下端近くに設けられる。保持具１９ａは、動作時に動作支援装置１００が装着者Ｐから離れないように動作支援装置１００の一部を装着者Ｐ（大腿部）に拘束する。
傾斜センサ２０は、上装具２に取り付けられる。傾斜センサ２０は、上装具２の傾斜（たとえば、Ｙ軸まわり）を検出する。即ち、傾斜センサ２０は、装着者Ｐの腰部（胴体部）の傾斜を検出する。傾斜センサ２０は、たとえば、加速度センサ又はジャイロセンサなどから構成される。
なお、動作支援装置１００は、装着者Ｐの動作を検出するため加速度センサなどを備えてもよい。

【0022】

次に、動作支援装置１００の制御系について説明する。
図３は、動作支援装置１００の制御系の構成例を示すブロック図である。
図３が示すように、動作支援装置１００は、腰角度センサ１５ａ並びに１５ｂ、膝角度センサ１６ａ並びに１６ｂ、駆動部１０ａ並びに１０ｂ、傾斜センサ２０、及び、制御部３０などを備える。駆動部１０ａ及び１０ｂは、それぞれサーボモータ１２ａ並びに１２ｂ及び電磁クラッチ１４ａ並びに１４ｂなどを備える。動作支援装置１００は、通信バスなどを通じて、制御部３０と、腰角度センサ１５ａ並びに１５ｂ、膝角度センサ１６ａ並びに１６ｂ、駆動部１０ａ並びに１０ｂ、及び、傾斜センサ２０と電気的に接続する。

【0023】

腰角度センサ１５ａ並びに１５ｂ、膝角度センサ１６ａ並びに１６ｂ、駆動部１０ａ並びに１０ｂ、傾斜センサ２０は、前述したとおりである。以下の説明では、ａ又はｂの符号がないものは、ａ及びｂの両者を指すものとする。

【0024】

制御部３０は、動作支援装置１００全体の動作を制御する。たとえば、制御部３０は、腰角度センサ１５、膝角度センサ１６、及び、傾斜センサ２０から取得した情報に基づいて駆動部１０を作動させる。制御部３０は、たとえば、プロセッサ、ＲＡＭ、ＲＯＭ及びＮＶＭなどから構成される。

【0025】

プロセッサは、制御部３０全体の動作を制御する機能を有する。プロセッサは、内部キャッシュおよび各種のインターフェースなどを備えても良い。プロセッサは、内部メモリ、ＲＯＭあるいはＮＶＭに予め記憶したプログラムを実行することにより種々の処理を実現する。プロセッサは、たとえば、ＣＰＵなどである。

【0026】

なお、プロセッサがプログラムを実行することにより実現する各種の機能のうちの一部は、ハードウェア回路により実現されるものであっても良い。この場合、プロセッサは、ハードウェア回路により実行される機能を制御する。

【0027】

ＲＯＭは、予め制御用のプログラム及び制御データなどが記憶された不揮発性のメモリである。ＲＯＭに記憶される制御プログラム及び制御データは、予め動作支援装置１００の仕様に応じて組み込まれる。ＲＯＭは、たとえば、制御部３０の回路基板を制御するプログラム（例えば、ＢＩＯＳ）などを格納している。

【0028】

ＲＡＭは、揮発性のメモリである。ＲＡＭは、プロセッサの処理中のデータなどを一時的に格納する。ＲＡＭは、プロセッサからの命令に基づき種々のアプリケーションプログラムを格納している。また、ＲＡＭは、アプリケーションプログラムの実行に必要なデータ及びアプリケーションプログラムの実行結果などを格納してもよい。

【0029】

ＮＶＭは、データの書き込み及び書き換えが可能な不揮発性のメモリである。ＮＶＭは、例えばＥＥＰＲＯＭ（Electric Erasable Programmable Read-Only Memory）、ＨＤＤ（Hard Disc Drive）、あるいはＳＳＤ（Solid State Drive）などである。ＮＶＭは、動作支援装置１００の運用用途に応じて制御プログラム、アプリケーション、及び種々のデータを格納する。また、ＮＶＭは、プロセッサが種々の処理を実行することで生成したデータを保存する。

【0030】

次に、制御部３０が実現する機能について説明する。
制御部３０は、装着者Ｐを補助する補助力を示す補助力ベクトルを設定する機能を有する（設定部）。即ち、制御部３０は、装着者Ｐに対して印加する補助力の大きさと方向を設定する。また、制御部３０は、支援動作中において一定の補助力ベクトルを設定する。また、制御部３０は、空間に固定されたワールド座標系Ｃｗにおいて補助力ベクトルを設定する。ワールド座標系Ｃｗは、たとえば、動作支援装置１００の動作空間に固定される座標系である。即ち、ワールド座標系Ｃｗは、動作支援装置１００の傾きなどによって変化しない座標系である。

【0031】

たとえば、制御部３０は、立ち上がり動作を補助する場合などにおいて、鉛直上向き（Ｚ軸方向）の補助ベクトルを設定してもよい。また、制御部３０は、予め入力された装着者Ｐの体重などに基づいて補助力ベクトルの大きさを設定してもよい。なお、制御部３０が設定する補助力ベクトルの大きさ、方向及び設定方法は、特定の構成に限定されるものではない。

【0032】

また、制御部３０は、動作支援装置１００上に固定される装置座標系Ｃａを設定する機能を有する。たとえば、制御部３０は、上装具２に固定され上連結部３（３ａ又は３ｂ）を原点とする装置座標系Ｃａを設定する。即ち、制御部３０は、上装具２の傾斜に合わせて装置座標系Ｃａを傾斜させる。

【0033】

図４は、制御部３０が設定した装置座標系Ｃａの例を示す。図４が示す例において、上装具２は、地面に水平であるものとする。即ち、上装具２は、傾斜していないものとする。ここでは、制御部３０は、上連結部３に原点を設定するものとする。図４が示す例では、制御部３０は、ワールド座標系ＣｗのＸ軸（Ｘｗ軸）、Ｙ軸（Ｙｗ軸）及びＺ軸（Ｚｗ軸）とそれぞれ平行に装置座標系ＣａのＸ軸（Ｘａ軸）、Ｙ軸（Ｙａ軸）及びＺ軸（Ｚａ軸）を設定する。

【0034】

図５は、制御部３０が設定した装置座標系Ｃａの他の例を示す。図５が示す例において、上装具２は、Ｙ軸（Ｙｗ軸）を中心に所定の傾斜角で傾斜しているものとする。図５が示す例において、制御部３０は、ワールド座標系ＣｗのＹ軸（Ｙｗ軸）と平行に装置座標系ＣａのＹ軸（Ｙａ軸）を設定する。また、制御部３０は、ワールド座標系ＣｗのＸ軸（Ｘｗ軸）及びＺ軸（Ｚｗ軸）とそれぞれ当該所定の傾斜角となるように装置座標系ＣａのＸ軸（Ｘａ軸）及びＺ軸（Ｚａ軸）を設定する。なお、制御部３０は、上装具２がＸ軸（Ｘｗ軸）又はＺ軸（Ｚｗ軸）を中心に傾斜している場合、各軸の傾斜に応じて装置座標系Ｃａを設定してもよい。また、制御部３０は、上装具２がＸ軸（Ｘｗ軸）、Ｙ軸（Ｙｗ軸）又はＺ軸（Ｚｗ軸）の２軸以上の軸まわりに傾斜している場合、各軸の傾斜に応じて装置座標系Ｃａを設定してもよい。

【0035】

また、制御部３０は、ワールド座標系Ｃｗで設定した補助力ベクトルを装置座標系Ｃａに座標変換する機能を有する。即ち、制御部３０は、ワールド座標系Ｃｗで設定した補助力ベクトルを装置座標系Ｃａにおける補助力ベクトルに変換する。たとえば、制御部３０は、装置座標系Ｃａの傾斜に応じて変換行列を設定し、設定された変換行列に基づいて補助力ベクトルを座標変換してもよい。制御部３０が座標変換する方法は、特定の構成に限定されるものではない。ここでは、ワールド座標系Ｃｗでの補助力ベクトルを補助力ベクトルＦとし、装置座標系Ｃａでの補助力ベクトルを補助力ベクトルＦ’とする。

【0036】

また、制御部３０は、補助力ベクトルＦ’が下装具８（接地部）に印加されるように（即ち、補助力ベクトルＦ’が上装具２に印加されるように）駆動部１０を駆動する機能を有する（駆動制御部）。即ち、制御部３０は、補助力ベクトルＦ’で装着者Ｐの動作を支援するように、回動支持部５にトルクを印加する。たとえば、制御部３０は、腰角度センサ１５が検出する角度θ１、膝角度センサ１６が検出する角度θ２、上フレーム４の長さＬ１、下フレーム６の長さＬ２及び傾斜センサ２０が検出する傾斜などに基づいて、回動支持部５に印加するトルクを設定する。

【0037】

たとえば、制御部３０は、以下のようにトルクを設定する。ここでは、上装具２は、Ｙ軸（Ｙｗ軸）まわりに傾斜しているものとする。
図６は、装置座標系Ｃａ（Ｘａ−Ｙｚ平面）での動作支援装置１００の構成例を示す図である。ここでは、装置座標系Ｃａでの下装具８の位置をＰ（Ｐｘ，Ｐｚ）とする。また、補助力ベクトルＦ’をＦ’（ｆｘ’，ｆｚ’）とする。
図６が示すように、上フレーム４とＸａ軸との角度はθ１であり、上フレーム４の延長線と下フレーム６との間の角度はθ２である。

【0038】

Ｐ（Ｐｘ，Ｐｚ）は、以下の式で表される。

【0039】

【数1】

【0040】

式（１）を時間で微分して、仮想仕事の原理を用いると補助力ベクトルＦ’を生じるために必要なトルクは以下の式で表される。

【0041】

【数2】

【0042】

ここで、τ１は、上連結部３に必要なトルクを示し、τ２は、回動支持部５に必要なトルクを示す。
制御部３０は、τ２のトルクを回動支持部５に印加するトルクとして設定する。即ち、制御部３０は、駆動部１０を用いてτ２を回動支持部５に印加する。

【0043】

次に、動作支援装置１００装着者Ｐの動作を支援する動作例について説明する。
図７は、動作支援装置１００装着者Ｐの動作を支援する動作例について説明するためのフローチャートである。
まず、動作支援装置１００の制御部３０は、補助力ベクトルＦを設定する（Ｓ１１）。補助力ベクトルＦを設定すると、制御部３０は、腰角度センサ１５ａ及び膝角度センサ１６ａを用いて右脚側の腰関節の角度θ１ａ及び膝関節の角度θ２ａを検出する（Ｓ１２）。右脚側の腰関節の角度θ１ａ及び膝関節の角度θ２ａを検出すると、制御部３０は、腰角度センサ１５ｂ及び膝角度センサ１６ｂを用いて左脚側の腰関節の角度θ１ｂ及び膝関節の角度θ２ｂを検出する（Ｓ１３）。

【0044】

左脚側の腰関節の角度θ１ｂ及び膝関節の角度θ２ｂを検出すると、制御部３０は、傾斜センサ２０を用いて上装具２の傾斜を検出する（Ｓ１４）。上装具２の傾斜を検出すると、制御部３０は、検出した傾斜に基づいて補助力ベクトルＦを装置座標系Ｃａでの補助力ベクトルＦ’に座標変換する（Ｓ１５）。

【0045】

補助力ベクトルＦ’に座標変換すると、制御部３０は、式（２）に従って補助力ベクトルＦ’が下装具８ａに生じるように回動支持部５ａに印加するトルクτ２ａを算出する（Ｓ１６）。トルクτ２ａを算出すると、制御部３０は、式（２）に従って補助力ベクトルＦ’が下装具８ｂに生じるように回動支持部５ｂに印加するトルクτ２ｂを算出する（Ｓ１７）。

【0046】

トルクτ２ｂを算出すると、制御部３０は、駆動部１０ａを用いて、算出したトルクτ２ａを回動支持部５ａに印加する（Ｓ１８）。トルクτ２ａを回動支持部５ａに印加すると、制御部３０は、駆動部１０ｂを用いて、算出したトルクτ２ｂを回動支持部５ｂに印加する（Ｓ１９）。

【0047】

トルクτ２ｂを回動支持部５ｂに印加すると、制御部３０は、支援動作中であるか判定する（Ｓ２０）。たとえば、制御部３０は、支援動作をオフにするスイッチが押されていないか、又は、装着者Ｐが支援動作を終了する体勢になっているかを判定する。支援動作中であると判定すると（Ｓ２０、ＹＥＳ）、制御部３０は、Ｓ１２に戻る。支援動作中でないと判定すると（Ｓ２０、ＮＯ）、制御部３０は、動作を終了する。

【0048】

なお、制御部３０は、Ｓ１２並びにＳ１３、Ｓ１６並びにＳ１７、及び、Ｓ１８及びＳ１９の順序を入れ替えて実行してもよし、同時に実行してもよい。また、制御部３０は、Ｓ１６の後にＳ１８を実行してもよいし、Ｓ１７の後にＳ１９を実行してもよい。

【0049】

次に、トルクτと時間ｔとの関係について説明する。
図８は、トルクτの時間推移の例を示す図である。
図８が示す例は、装着者Ｐの右脚と左脚とが揃った状態である。また、動作支援装置１００の制御部３０は、鉛直上方向きの補助力ベクトルＦを設定するものとする。また、図８が示す例では、動作支援装置１００は、装着者Ｐがしゃがんだ状態から立ち上がるまでの動作を支援する。即ち、制御部３０は、立ち上がり動作において、一定の補助力ベクトルＦを設定する。

【0050】

図８が示すように、最初の時点（ｔ＝０）では、装着者Ｐは、しゃがんだ状態である。即ち、装着者Ｐの腰部は、低い位置にある。時間が経過するともに、装着者Ｐは、徐々に立ち上がる。即ち、装着者Ｐの腰部は、徐々に高くなる。

【0051】

図８では、τ１ａとτ１ｂとは、同じ値であるので、τ１が両者の値を示す。同様に、τ２ａとτ２ｂとは、同じ値であるので、τ２が両者の値を示す。実線がτ１を示し、破線がτ２を示す。図８に示すように、τ１は、ほぼ０である。また、τ２は、装着者Ｐの腰部が上昇するにつれて、減少する。

【0052】

図９は、トルクτの時間推移の他の例を示す図である。
図９が示す例では、装着者Ｐの右脚は、胴体よりも前にあり、高い場所に接地している。また、装着者Ｐの左脚は、胴体よりも後ろにあり、低い場所に接地している。また、動作支援装置１００は、鉛直上方向きの補助ベクトルＦを設定するものとする。また、図９が示す例では、動作支援装置１００は、装着者Ｐがしゃがんだ状態から立ち上がるまでの動作を支援する。

【0053】

図９が示すように、最初の時点（ｔ＝０）では、装着者Ｐは、しゃがんだ状態である。時間が経過するともに、装着者Ｐは、徐々に立ち上がる。図９では、実線がτ１ｂを示し、破線がτ２ｂを示す。また、一点鎖線がτ１ａを示し、二点鎖線がτ２ａを示す。図９に示すように、τ１ａ及びτ１ｂは、ほぼ同一で一定である。また、τ２ａ及びτ２ｂは、腰部が上昇するにつれて、減少する。

【0054】

なお、動作支援装置１００は、装着者Ｐの股関節の動作を支援するために、上連結部３などに駆動部を設けてもよい。この場合、動作支援装置１００は、股関節の動作を支援する駆動部を用いて、上連結部３などにトルクτ１を印加してもよい。また、動作支援装置１００は、股関節の動作を支援するものであってもよい。

【0055】

以上のように構成された動作支援装置は、右脚及び左脚の下装具にほぼ一定の補助力を印加することができる。また、動作支援装置は、右脚及び左脚の下装具にほぼ同じ補助力を印加する。その結果、動作支援装置は、装着者に生じる違和感を緩和することができる。そのため、動作支援装置は、補助力を適切に発生することができる。

【0056】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0057】

２…上装具、３ａ及び３ｂ…上連結部、４ａ及び４ｂ…上フレーム、５ａ及び５ｂ…回動支持部、６ａ及び６ｂ…下フレーム、７ａ及び７ｂ…下連結部、１０ａ及び１０ｂ…駆動部、１２ａ及び１２ｂ…サーボモータ、１５ａ及び１５ｂ…腰角度センサ（腰角度検出部）、１６ａ及び１６ｂ…膝角度センサ（膝角度検出部）、２０…傾斜センサ（傾斜検出部）、３０…制御部、１００…動作支援装置、Ｐ…装着者。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】