(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
前記モータ制御部は、前記ワイヤの巻き上げ開始時は徐々に巻き上げ速度を速めつつ予め設定された巻き上げ速度に達するように制御し、前記ワイヤの巻き上げ停止時は前記予め設定された巻き上げ速度から徐々に減じながら停止させる請求項1から3のいずれか一項に記載のアシストスーツ。
前記巻き上げ量検出部は、前記荷物作用部と前記アーム部の先端部との距離が前記予め設定された距離以下になって前記巻上用モータが停止された場合に、前記ワイヤの巻き上げ量の検出値をキャリブレーションする請求項5に記載のアシストスーツ。
前記モータ制御部は、前記巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱し、且つ、前記巻上用モータの出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合に、前記巻上用モータを停止する請求項1から6のいずれか一項に記載のアシストスーツ。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献1及び2に記載の技術は、荷物を動力により吊り上げて作業者の荷物の持ち上げ動作をアシストする。しかしながら、アシスト力を状況に応じて調節することまで想定されていない。このため、例えば荷物を持ち上げている作業者や周囲の状況に合わせてアシスト力を調整することが容易ではない。
【0007】
本発明の目的は、上記問題に鑑み、作業者の作業を状況に合わせて補助することが可能なアシストスーツを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0008】
上記目的を達成するための本発明に係るアシストスーツの特徴構成は、作業者が背負う位置に配置される本体部と、前記本体部から前記作業者の頭部を超え、前記作業者の前方の位置まで延出するアーム部と、前記アーム部の先端部からワイヤで吊り下げられ、前記作業者が手で荷物を保持する際に前記荷物を支持する荷物作用部と、前記本体部に設けられ、前記作業者の指示に応じて前記ワイヤを巻き上げる巻上用モータと、前記巻上用モータによる前記ワイヤの巻き上げ量を検出する巻き上げ量検出部と、前記本体部に設けられ、前記巻き上げ量に基づいて前記巻上用モータの巻き上げ速度を制御するモータ制御部と、を備え、前記モータ制御部は、前記荷物作用部が前記作業者の少なくとも顔の前を通過する時は、前記巻き上げ速度を前記荷物作用部が前記顔に到達するまでの巻き上げ速度よりも低減する点にある。
【0009】
このような特徴構成とすれば、アシストスーツを用いて荷物を持ち上げる際に、荷物の高さに応じて当該荷物を持ち上げる速度を変更することが可能となる。したがって、例えば作業者が荷物を十分に監視できる場合には巻き上げ速度を速めて作業の効率化を図ることができる。このように本アシストスーツによれば、状況に合わせてアシスト力を調整し、作業者の作業を補助することが可能となる。また、このような構成とすれば、作業者の顔の前を荷物が通過する際には、荷物の移動速度を低減することができるので、作業者が受ける恐怖感を軽減することが可能となる。
【0010】
また、
前記アシストスーツ
は、
前記巻上用モータの回転数を検出する回転数検出部
を備え、前記巻き上げ量検出部は、前記巻上用モータの回転数に基づいて前記巻き上げ量を検出する
と好適である。
【0011】
このような構成とすれば、巻き上げ量を検出する回転数検出部を、巻上用モータの回転制御を行うために用いられる回転数検出部と併用することができる
。
【0012】
したがって、低コスト、且つ、コンパクトにアシストスーツを構成することが可能となる。
【0013】
また、前記アシストスーツは、前記モータ制御部が、前記荷物の重量に拘らず、前記巻き上げ量に基づく前記巻き上げ速度を維持すると好適である。
【0014】
このような構成とすれば、荷物の重量に拘らず荷物の持ち上げ速度を所期の速度とすることができるので、作業者に違和感を持たさなくすることができる。
【0015】
また、荷物の重量に拘らず、効率良く作業を行うことが可能となる。
【0016】
また、前記モータ制御部は、前記ワイヤの巻き上げ開始時は徐々に巻き上げ速度を速めつつ予め設定された巻き上げ速度に達するように制御し、前記ワイヤの巻き上げ停止時は前記予め設定された巻き上げ速度から徐々に減じながら停止させると好適である。
【0017】
このような構成とすれば、ワイヤの巻き上げ当初や巻上終了時に、作業者が受ける荷物からの反動を低減することができる。したがって、作業者の負担を軽減することができる。
【0018】
また、前記モータ制御部は、前記荷物作用部と前記アーム部の先端部との距離が予め設定された距離以下になった場合に、前記巻上用モータを停止させると好適である。
【0019】
このような構成とすれば、巻上用モータによるワイヤの過剰な巻き上げを防止できる。したがって、アシストスーツの故障を未然に防止することが可能となる。
【0020】
また、前記巻き上げ量検出部は、前記荷物作用部と前記アーム部の先端部との距離が前記予め設定された距離以下になって前記巻上用モータが停止された場合に、前記ワイヤの巻き上げ量の検出値をキャリブレーションすると好適である。
【0021】
このような構成とすれば、荷物作用部とアーム部の先端部との距離が予め設定された距離となった時を基準に、巻き上げ量検出部をキャリブレーションすることが可能となる。したがって、巻き上げ量検出部が、ワイヤの巻き上げ量を精度良く検出することが可能となる。
【0022】
また、前記モータ制御部は、前記巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱し、且つ、前記巻上用モータの出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合に、前記巻上用モータを停止すると好適である。
【0023】
このような構成とすれば、ワイヤの巻き上げ時に、例えば何らかの異物がアシストスーツの可動部に噛み込まれたり、巻き込まれたりする等して巻き上げ速度が急低下すると同時に巻上用モータの出力トルクが急上昇した場合は、巻上用モータを停止することができる。したがって、その状態で異物を取り除いたり、巻上用モータを逆回転させて異物を取り除いたりすることが可能となる。
【0024】
また、前記本体部から前記作業者の側方を通って大腿部まで延出し、当該延出した位置から前記大腿部の前側部に当接可能に設けられる脚作用部と、前記作業者の指示に応じて前記脚作用部が前記前側部に作用する荷重を調節する脚部用モータと、を備え、前記脚作用部は、前記作業者が曲げた状態の膝部を延ばす際に前記前側部を押圧すると好適である。
【0025】
このような構成とすれば、作業者が荷物を持ち上げる際に、大腿部の前側部を押圧して、曲げた膝部を伸ばし易くすることができる。したがって、作業者の膝部に対する負担を軽減することが可能となる。
【発明を実施するための形態】
【0027】
本発明に係るアシストスーツは、作業者による荷物の積み上げ作業や積み下ろし作業の補助を行う機能を備えて構成される。以下、本実施形態のアシストスーツ1について説明する。
【0028】
図1には、作業者100に装着された本実施形態のアシストスーツ1の側面図が示される。
図2には、作業者100に装着された本実施形態のアシストスーツ1の背面図が示される。
図1に及び
図2に示されるように、アシストスーツ1は、本体部10、アーム部11、荷物作用部12、巻上用モータ13、巻き上げ量検出部14、回転数検出部15、巻上用モータ制御部16、脚作用部17、脚部用モータ18、検出部20、脚用モータ制御部21を備えて構成される。特に、巻き上げ量検出部14、回転数検出部15、巻上用モータ制御部16、検出部20、脚用モータ制御部21は、アシストスーツ1の駆動制御に係る種々の処理を行うために、CPUを中核部材としてハードウェア又はソフトウェア或いはその両方で構築されている。
【0029】
本体部10は、作業者100が背負う位置に配置される。本体部10には腰ベルト2と肩ベルト3とが付設される。本実施形態では、アシストスーツ1は腰ベルト2により作業者100の腰に固定され、補助的に肩ベルト3で作業者100が背負う形態で装着される。
【0030】
アーム部11は、本体部10から作業者100の頭部を超え、作業者100の前方の位置まで延出して設けられる。アーム部11は本体部10を挟むように2本の中空パイプを用いて構成される。本体部10から延出し、作業者100の頭部近傍に達した位置で、頭部との接触を防止するように2本のアーム部11の間隔を徐々に広くしながら、作業者100の頭部よりも前側に向って延出される。
【0031】
荷物作用部12は、アーム部11の先端部11Aからワイヤ31で吊り下げられ、作業者100が手で荷物を保持する際に当該荷物を支持する。アーム部11の先端部11Aにはプーリ32が設けられる。ワイヤ31は、アーム部11の径方向内側の中空部分を通され、本体部10に内蔵されるウインチ41から延ばされる。このため、ワイヤ31はプーリ32を介して下方に向って引き出され、ワイヤ31の先端側に荷物作用部12が設けられる。荷物作用部12は2本のアーム部11の夫々から吊り下げられるので、一対で構成される。荷物作用部12は作業者100が積み上げ作業や積み下ろし作業を行う荷物の持ち手部分に引っ掛けて支持できるように構成されている。
【0032】
巻上用モータ13は、本体部10に設けられ、作業者100の指示に応じてワイヤ31を巻き上げる。巻上用モータ13は本体部10に内蔵されている。作業者100の指示は、荷物作用部12に設けられたボタン33の押下により行われる。例えば、作業者100が右手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで巻上用モータ13がワイヤ31を巻き上げ、左手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで巻上用モータ13がワイヤ31を繰り出すように構成することが可能である。もちろん、右手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで巻上用モータ13がワイヤ31を繰り出し、左手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで巻上用モータ13がワイヤ31を巻き上げるように構成することも可能である。巻上用モータ13は、本体部10に設けられるバッテリ40から出力される電力を動力源として駆動される。
【0033】
巻き上げ量検出部14は、巻上用モータ13によるワイヤ31の巻き上げ量を検出する。ワイヤ31の巻き上げ量とは、巻上用モータ13によりワイヤ31を巻き上げた長さ及び繰り出した長さである。上述したようにワイヤ31に先端側には荷物作用部12が設けられているので、この巻き上げ量により荷物作用部12の移動距離を検出することができる。
【0034】
本実施形態では、本体部10に巻上用モータ13の回転数を検出する回転数検出部15が設けられ、巻き上げ量検出部14は回転数検出部15により検出された巻上用モータ13の回転数に基づいてワイヤ31の巻き上げ量を検出している。このため、例えば回転数検出部15は、公知のホール素子等を用いて構成すると好適である。
【0035】
本発明のモータ制御部に相当する巻上用モータ制御部16は、本体部10に設けられ、巻き上げ量に基づいて巻上用モータ13の巻き上げ速度を制御する。巻上用モータ制御部16は、上述したバッテリ40から出力される電力を巻上用モータ13に供給する。この際、巻き上げ量検出部14により検出されたワイヤ31の巻き上げ量に応じて巻上用モータ13に供給する電力を調整し、巻上用モータ13の回転数を制御する。巻上用モータ制御部16による巻上用モータ13の回転数の制御については後述する。
【0036】
脚作用部17は、本体部10から作業者100の側方を通って大腿部まで延出し、当該延出した位置から大腿部の前側部に当接可能に設けられる。「本体部10から作業者100の側方を通る」とは、右脚用の脚作用部17は、本体部10から右の大腿部の右側を通り、左脚用の脚作用部17は、本体部10から左の大腿部の左側を通ることを意味する。左右の脚作用部17は大腿部まで延出され、その位置から大腿部の前側部における膝部よりやや上の位置に当接可能に屈曲して設けられる。なお、特に脚作用部17が当接する位置は、大腿部を上下方向に見て、上下方向中央部よりも下側の位置であれば良い。
【0037】
脚部用モータ18は、作業者100の指示に応じて脚作用部17が大腿部の前側部に作用する荷重を調節する。本実施形態では、脚部用モータ18は腰ベルト2に左右の脚作用部17の夫々を駆動可能に2つ設けられる。作業者100の指示は、上述した巻上用モータ13と同様に、荷物作用部12に設けられたボタン33の押下により行われる。例えば、作業者100が右手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで、脚作用部17が大腿部の前側部を押圧するように脚部用モータ18を駆動すると良い。もちろん、左手で持つ荷物作用部12に設けられたボタン33を押下することで脚部用モータ18を駆動するように構成することも可能である。脚部用モータ18も、本体部10に設けられるバッテリ40から出力される電力を動力源として駆動される。なお、左右の脚作用部17は、夫々、独立して駆動可能に構成することも可能である。
【0038】
脚作用部17は、作業者100が曲げた状態の膝部を延ばす際に前側部を押圧するように使われる。これにより、作業者100がしゃがんだ状態から立ち上がり易くなる。
【0039】
検出部20は、作業者100の胴体と大腿部とのなす角の角度を検出する。作業者100がしゃがむ際には、作業者100の大腿部の前側部が脚作用部17を押し、脚作用部17は本体部10に対して所定の回転軸を中心として回動する。そこで、検出部20として、本体部10に対して脚作用部17が回転する回転軸にポテンショメータを設けておくと良い。これにより、ポテンショメータが回転軸の回転角を検出することができ、この検出結果に基づき作業者100の胴体と大腿部とのなす角の角度を適切に検出することが可能となる。検出部20の検出結果は後述する脚用モータ制御部21に伝達される。
【0040】
脚用モータ制御部21は、本体部10に設けられ、検出された角度に基づいて脚部用モータ18の出力トルクを制御する。脚用モータ制御部21は、上述したバッテリ40から出力される電力を脚部用モータ18に供給する。この際、検出部20により検出された作業者100の胴体と大腿部とのなす角の角度に応じて脚部用モータ18に供給する電力を調整し、脚部用モータ18の回転数を制御する。脚用モータ制御部21による脚部用モータ18の回転数の制御については後述する。
【0041】
次に、アシストスーツ1の動作について
図3及び
図4を用いて説明する。まず、作業者100の足元に配置されている荷物を持ち上げるにあたり、
図3の#101に示されるように、作業者100が荷物作用部12に設けられたボタン33を押下して荷物作用部12が荷物の持ち手部分に引っ掛かる程度までワイヤ31を繰り出し、荷物作用部12を荷物の持ち手部分に引っ掛ける。
【0042】
図3の#102に示されるように、作業者100は背筋を伸ばす。この状態で作業者100は荷物作用部12に設けられたボタン33を押下し、脚部用モータ18が駆動される。これにより、作業者100は脚作用部17で大腿部が押下され、アシストスーツ1が作業者100の膝を伸ばす動作をアシストすることが可能となる。この時、脚用モータ制御部21は、膝を折り曲げて体が低い位置にある場合には
図5に示されるように押圧力が強くなるように制御し、膝が伸びて胴体と膝との間のなす角の角度が大きくなるにつれて押圧力を低減するように制御すると良い。
図3の#103に示されるように、作業者100の膝が伸びると、作業者100は荷物作用部12に設けられたボタン33の押下を中止し、脚部用モータ18の駆動を停止させる。なお、
図3では、脚作用部17による膝部の前側部を押圧する押圧力の大小を、矢印の長さで示している。つまり、
図3の#103よりも
図3の#102の方が矢印の長さが長いので、押圧力は
図3の#103よりも
図3の#102の方が大きいことを示している。
【0043】
次に、作業者100は、この状態で荷物作用部12に設けられたボタン33を押下して巻上用モータ13を駆動し、
図4の#104に示されるようにワイヤ31を巻き上げる。この場合、巻上用モータ制御部16は、
図6に示されるようにワイヤ31の巻き上げ開始時は徐々に巻き上げ速度を速めつつ予め設定された巻き上げ速度に達するように制御すると良い。また、この時、巻き上げ量が巻き上げ量検出部14により検出される。巻き上げ量検出部14の検出結果に基づき、巻上用モータ制御部16は、荷物作用部12が作業者100の顔の前を通過する時は、
図4の#105に示されるように巻き上げ速度を荷物作用部12が顔に到達するまでの巻き上げ速度よりも低減すると良い。なお、
図4では、巻き上げ速度の大小を、矢印の長さで示している。つまり、
図4の#104よりも
図4の#105の方が矢印の長さが短いので、巻き上げ速度は
図4の#104よりも
図4の#105の方が遅いことを示している。
【0044】
更に、巻上用モータ13がワイヤ31を巻き上げ、
図4の#106に示されるように、荷物作用部12とアーム部11の先端部11Aとの距離が予め設定された距離以下になると、巻上用モータ制御部16は、作業者100が荷物作用部12に設けられたボタン33を押下しているか否かに拘らず、巻上用モータ13を停止させる。この時、巻上用モータ制御部16は、
図6に示されるようにワイヤ31の巻き上げ停止時は予め設定された巻き上げ速度から徐々に減じながら停止させる。これにより、荷物の重量に応じて作業者100に作用する反動を低減することができ、作業者100の身体的負担を軽減することが可能となる。また、この時、巻き上げ量検出部14は、ワイヤ31の巻き上げ量の検出値をキャリブレーションすると好適である。これにより、巻き上げ量検出部14が、ワイヤ31の巻き上げ量を継続して精度良く検出することが可能となる。
【0045】
また、この場合、巻上用モータ制御部16は、荷物の重量に拘らず、巻上用モータ13の巻き上げ速度を、巻き上げ量検出部14により検出された巻き上げ量に基づく巻き上げ速度に維持し、脚用モータ制御部21は、荷物の重量に拘らず、脚部用モータ18の出力トルクを、検出部20により検出された作業者100の胴体と大腿部とのなす角の角度に基づく出力トルクに維持すると好適である。これにより、荷物の重量が種々に亘る場合であっても、作業効率が悪化することなく作業者100が作業を行うことが可能となる。
【0046】
また、巻上用モータ制御部16は、巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱し、且つ、巻上用モータ13の出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合に、巻上用モータ13を停止すると良い。これにより、ワイヤ31の巻き上げ時に、巻き上げ速度が急低下すると同時に巻上用モータ13の出力トルクが急上昇した場合は、アシストスーツ1の可動部に何らかの異物が噛み込まれたり、巻き込まれたりする等したと判断し、巻上用モータ13を停止することができる。したがって、その状態で異物を取り除いたり、巻上用モータ13を逆回転させて異物を取り除いたりすることが可能となる。
【0047】
また、脚用モータ制御部21は、脚部用モータ18の出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合に、脚部用モータ18を停止すると良い。これにより、作業者100の膝部の前側部を押圧している時に、脚部用モータ18の出力トルクが急上昇した場合は、アシストスーツ1の可動部に何らかの異物が噛み込まれたり、巻き込まれたりする等したと判断し、脚部用モータ18を停止することができる。したがって、その状態で異物を取り除いたり、脚部用モータ18を逆回転させて異物を取り除いたりすることが可能となる。
【0048】
〔その他の実施形態〕
上記実施形態では、巻上用モータ13の回転数を検出する回転数検出部15を備え、巻き上げ量検出部14は、回転数検出部15により検出された巻上用モータ13の回転数に基づいて巻き上げ量を検出するとして説明したが、巻き上げ量検出部14がワイヤ31の巻き上げ量を検出する構成とすることも可能であるし、ワイヤ31の巻き上げ量を検出する別の機能部を備え、その検出結果に基づきワイヤ31の巻き上げ量を検出する構成とすることも可能である。
【0049】
上記実施形態では、巻上用モータ制御部16は、ワイヤ31の巻き上げ開始時は徐々に巻き上げ速度を速めつつ予め設定された巻き上げ速度に達するように制御し、ワイヤ31の巻き上げ停止時は予め設定された巻き上げ速度から徐々に減じながら停止させるとして説明したが、巻上用モータ制御部16はワイヤ31の巻き上げ時期に拘らず、常に一定の巻き上げ速度になるように制御する構成とすることも可能である。
【0050】
上記実施形態では、巻上用モータ制御部16は、荷物作用部12が作業者100の顔の前を通過する時は、巻き上げ速度を荷物作用部12が顔に到達するまでの巻き上げ速度よりも低減するとして説明したが、荷物作用部12が顔の前を通過する時も、それまでの巻き上げ速度で制御することも可能であるし、顔から離間した位置であっても巻き上げ速度を変更するよう構成することも可能である。
【0051】
上記実施形態では、巻上用モータ制御部16は、荷物作用部12とアーム部11の先端部11Aとの距離が予め設定された距離以下になった場合に、巻上用モータ13を停止させるとして説明したが、荷物作用部12とアーム部11の先端部11Aとの距離に拘らず、機械的に荷物作用部12がアーム部11の先端部11Aに達したと判定された時に、巻上用モータ制御部16は、巻上用モータ13を停止させるよう構成することも可能である。
【0052】
上記実施形態では、巻き上げ量検出部14は、荷物作用部12とアーム部11の先端部11Aとの距離が予め設定された距離以下になって巻上用モータ13が停止された場合に、ワイヤ31の巻き上げ量の検出値をキャリブレーションするとして説明したが、巻き上げ量検出部14は、荷物作用部12とアーム部11の先端部11Aとの距離に拘らずキャリブレーションしないよう構成することも可能であるし、例えば作業者100の操作に応じてキャリブレーションするよう構成することも可能である。
【0053】
上記実施形態では、巻上用モータ制御部16は、荷物の重量に拘らず、巻き上げ量に基づく巻き上げ速度を維持するとして説明したが、巻上用モータ制御部16は荷物の重量に応じて巻き上げ速度を変更するよう構成することも可能である。
【0054】
上記実施形態では、巻上用モータ制御部16は、巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱し、且つ、巻上用モータ13の出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合に、巻上用モータ13を停止すると良いとして説明したが、巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱した場合、及び、巻上用モータ13の出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合の少なくとも一方が成立した際に、巻上用モータ13を停止するよう構成することも可能である。もちろん、巻き上げ速度が予め設定された許容速度から逸脱し、且つ、巻上用モータ13の出力トルクが予め設定された許容トルクから逸脱した場合でも、巻上用モータ制御部16は巻上用モータ13を停止しないように構成することも可能である。
【0055】
上記実施形態では、アシストスーツ1が脚作用部17、脚部用モータ18、検出部20、及び脚用モータ制御部21を備えているとして説明したが、これらの機能部を備えずにアシストスーツ1を構成することも可能である。