特開 2025-15943 上肢アシスト装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2025015943

(43)【公開日】2025-01-31

(54)【発明の名称】上肢アシスト装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20250124BHJP

【ＦＩ】

B25J11/00 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】10

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023118867

(22)【出願日】2023-07-21

(71)【出願人】

【識別番号】522317693

【氏名又は名称】株式会社ＳＨＩＮ‐ＪＩＧＥＮ

(74)【代理人】

【識別番号】100147647

【弁理士】

【氏名又は名称】岡本 直樹

(72)【発明者】

【氏名】桂 典史

(72)【発明者】

【氏名】森川 史崇

【テーマコード（参考）】

3C707

【Ｆターム（参考）】

3C707AS38

3C707HT04

3C707MT08

3C707XK02

3C707XK06

3C707XK16

3C707XK24

3C707XK42

(57)【要約】

【課題】 荷物の持ち上げ動作の段階に応じた出力でアクチュエータが駆動されることにより、引張力を効率良くアシスト力として利用することが可能な上肢アシスト装置を提供する。
【解決手段】 本発明の上肢アシスト装置１は、使用者による荷物の持ち上げを支援するものであって、一端部が使用者の腕部に接続されたワイヤ３と、ワイヤ３の他端部に接続されて任意の出力でワイヤ３に引張力を伝達可能なアクチュエータ２と、荷物が使用者によって把持された把持状態か把持されていない解放状態かを検知可能な把持検知センサ１０と、把持検知センサ１０の検知結果に基づいてアクチュエータ２の出力を段階的に増加又は減少させる制御部１５と、を備えている。
【選択図】 図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

使用者による荷物の持ち上げを支援する上肢アシスト装置であって、
一端部が使用者の腕部に接続されたワイヤと、
前記ワイヤの他端部に接続されて、任意の出力で前記ワイヤに引張力を伝達可能なアクチュエータと、
荷物が使用者によって把持された把持状態か把持されていない解放状態かを検知可能な把持検知センサと、
前記把持検知センサの検知結果に基づいて、前記アクチュエータの出力を段階的に増加又は減少させる制御部と、
を備えることを特徴とする上肢アシスト装置。

【請求項2】

前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、第一出力から第二出力へ増加させ、その後に第二出力から第三出力へ更に増加させることを特徴とする請求項１に記載の上肢アシスト装置。

【請求項3】

使用者の体の傾きを検知可能な姿勢検知センサを更に備え、
前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時に、使用者の体が鉛直方向よりも第一角度を超えて前傾していることが前記姿勢検知センサにより検知されると、床からの荷物の持ち上げとして床上荷物モードを選択する一方、使用者の体が鉛直方向よりも第一角度を超えて前傾していないことが前記姿勢検知センサにより検知されると、台上からの荷物の持ち上げとして台上荷物モードを選択することを特徴とする請求項２に記載の上肢アシスト装置。

【請求項4】

前記制御部は、前記床上荷物モードを選択した場合、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時から使用者の体が第二角度だけ後傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を前記第二出力から前記第三出力へ増加させることを特徴とする請求項３に記載の上肢アシスト装置。

【請求項5】

経過時間を計測可能なタイマーを更に備え、
前記制御部は、前記台上荷物モードを選択した場合、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時から第一時間だけ経過したことが前記タイマーにより検知されると、前記アクチュエータの出力を前記第二出力から前記第三出力へ増加させることを特徴とする請求項３に記載の上肢アシスト装置。

【請求項6】

前記把持検知センサが、使用者の左腕側と右腕側にそれぞれ設けられ、
前記制御部は、使用者の左腕側と右腕側の両側の前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、前記第一出力から前記第二出力へ増加させることを特徴とする請求項２から５の何れか一項に記載の上肢アシスト装置。

【請求項7】

使用者の体の傾きを検知可能な姿勢検知センサを更に備え、
前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が把持状態であることが検知されている間に、使用者の体が第三角度だけ前傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を、第四出力から第五出力へ減少させ、その後に前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、第六出力へ更に減少させることを特徴とする請求項１に記載の上肢アシスト装置。

【請求項8】

前記制御部は、使用者の体が第三角度だけ前傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されてから、前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されるまでの間に、前記アクチュエータの出力を、前記第五出力から徐々に減少させて前記第六出力より大きい第七出力とすることを特徴とする請求項７に記載の上肢アシスト装置。

【請求項9】

前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が把持状態であることが検知されている間に、使用者の体が第三角度だけ前傾した後に、第四角度だけ後傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を、第八出力へ増加させることを特徴とする請求項７又は８に記載の上肢アシスト装置。

【請求項10】

前記把持検知センサが、使用者の左腕側と右腕側にそれぞれ設けられ、
前記制御部は、使用者の左腕側と右腕側の両側の前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、前記第六出力へ減少させることを特徴とする請求項７又は８に記載の上肢アシスト装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、使用者による荷物の持ち上げを支援する上肢アシスト装置に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、使用者による荷物の持ち上げ動作を支援する上肢アシスト装置が広く開発されている。この上肢アシスト装置にはワイヤが接続され、このワイヤの先端部に設けられたエンドエフェクタと呼ばれる部材が使用者の腕に装着される。これにより、上肢アシスト装置で発生したアクチュエータの駆動力が、ワイヤ及びエンドエフェクタを介して使用者の腕に引張力として伝達される（例えば、特許文献１を参照）。

【0003】

ここで、使用者の腕に引張力を伝達するタイミングを図るため、荷物が使用者によって把持された把持状態か把持されていない解放状態かを検知可能な把持検知センサが、例えばエンドエフェクタに装備されている。そして、荷物が解放状態から把持状態になったことが把持検知センサによって検知されると、アクチュエータの動作を制御する制御部が、アクチュエータを最大出力で駆動する。一方、荷物が把持状態から解放状態になったことが把持検知センサによって検知されると、制御部がアクチュエータの駆動を停止する。これにより、使用者が荷物を把持している間だけ、その腕に引張力が伝達されるようになっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－０９４６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

しかし、従来の上肢アシスト装置では、使用者の腕に伝達される引張力が、荷物の持ち上げ動作を支援するアシスト力として効率良く利用されないという問題があった。すなわち、使用者が必要とするアシスト力の大きさは、荷物の持ち上げ動作の段階によって異なっている。しかし、従来の上肢アシスト装置では、制御部がアクチュエータを最大出力で駆動するか停止するかの何れかであるため、使用者が荷物を持ち上げてから降ろすまでの段階によっては、不必要に大きい引張力が使用者の腕に作用し、使用者がその引張力の全てをアシスト力として利用することができないという問題があった。

【0006】

そこで本発明は、かかる事情に鑑みて創案され、その目的は、荷物の持ち上げ動作の段階に応じた出力でアクチュエータが駆動されることにより、引張力を効率良くアシスト力として利用することが可能な上肢アシスト装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置は、使用者による荷物の持ち上げを支援する上肢アシスト装置であって、一端部が使用者の腕部に接続されたワイヤと、前記ワイヤの他端部に接続されて、任意の出力で前記ワイヤに引張力を伝達可能なアクチュエータと、荷物が使用者によって把持された把持状態か把持されていない解放状態かを検知可能な把持検知センサと、前記把持検知センサの検知結果に基づいて、前記アクチュエータの出力を段階的に増加又は減少させる制御部と、を備えることを特徴としている。

【0008】

なお、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、第一出力から第二出力へ増加させ、その後に第二出力から第三出力へ更に増加させてもよい。

【0009】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、使用者の体の傾きを検知可能な姿勢検知センサを更に備え、前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時に、使用者の体が鉛直方向よりも第一角度を超えて前傾していることが前記姿勢検知センサにより検知されると、床からの荷物の持ち上げとして床上荷物モードを選択する一方、使用者の体が鉛直方向よりも第一角度を超えて前傾していないことが前記姿勢検知センサにより検知されると、台上からの荷物の持ち上げとして台上荷物モードを選択してもよい。

【0010】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記制御部は、前記床上荷物モードを選択した場合、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時から使用者の体が第二角度だけ後傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を前記第二出力から前記第三出力へ増加させてもよい。

【0011】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、経過時間を計測可能なタイマーを更に備え、前記制御部は、前記台上荷物モードを選択した場合、前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知された時から第一時間だけ経過したことが前記タイマーにより検知されると、前記アクチュエータの出力を前記第二出力から前記第三出力へ増加させてもよい。

【0012】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記把持検知センサが、使用者の左腕側と右腕側にそれぞれ設けられ、前記制御部は、使用者の左腕側と右腕側の両側の前記把持検知センサにより荷物が解放状態から把持状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、前記第一出力から前記第二出力へ増加させてもよい。

【0013】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、使用者の体の傾きを検知可能な姿勢検知センサを更に備え、前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が把持状態であることが検知されている間に、使用者の体が第三角度だけ前傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を、第四出力から第五出力へ減少させ、その後に前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、第六出力へ更に減少させてもよい。

【0014】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記制御部は、使用者の体が第三角度だけ前傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されてから、前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されるまでの間に、前記アクチュエータの出力を、前記第五出力から徐々に減少させて前記第六出力より大きい第七出力としてもよい。

【0015】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記制御部は、前記把持検知センサにより荷物が把持状態であることが検知されている間に、使用者の体が第三角度だけ前傾した後に、第四角度だけ後傾したことが前記姿勢検知センサにより検知されると、前記アクチュエータの出力を、第八出力へ増加させてもよい。

【0016】

また、本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置においては、前記把持検知センサが、使用者の左腕側と右腕側にそれぞれ設けられ、前記制御部は、使用者の左腕側と右腕側の両側の前記把持検知センサにより荷物が把持状態から解放状態になったことが検知されると、前記アクチュエータの出力を、前記第六出力へ減少させてもよい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の一の態様に係る上肢アシスト装置によれば、荷物の持ち上げ動作の段階に応じた出力でアクチュエータが駆動されることにより、引張力を効率良くアシスト力として利用することができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第一実施形態に係る上肢アシスト装置１を正面側から見た概略斜視図である。

【図2】本発明の第一実施形態に係る上肢アシスト装置１の概略背面図である。

【図3】本発明の第一実施形態に係る上肢アシスト装置１の機能的な構成を示すブロック図である。

【図4】右側アクチュエータ２Ｒの二段階出力増加制御ついて処理の流れを示すフローチャートである。

【図5】二段階出力増加制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。

【図6】第一段階増加処理ＳＡの処理の流れを示すフローチャートである。

【図7】動作モード選択処理ＳＢの処理の流れを示すフローチャートである。

【図8】床上荷物モードが選択された場合の第二段階増加処理ＳＣの処理の流れを示すフローチャートである。

【図9】台上荷物モードが選択された場合の第二段階増加処理ＳＣの処理の流れを示すフローチャートである。

【図10】左右同期制御モードを採用した場合の、第一段階増加処理ＳＤの処理の流れを示すフローチャートである。

【図11】本発明の第二実施形態に係る上肢アシスト装置２０に関し、右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御ついて処理の流れを示すフローチャートである。

【図12】三段階出力減少制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。

【図13】第一段階減少処理ＳＥの処理の流れを示すフローチャートである。

【図14】第二段階減少処理ＳＦの処理の流れを示すフローチャートである。

【図15】第三段階減少処理ＳＧの処理の流れを示すフローチャートである。

【図16】右側アクチュエータ２Ｒの出力復帰制御について処理の流れを示すフローチャートである。

【図17】出力復帰制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。

【図18】再増加処理ＳＨの処理の流れを示すフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の実施の形態に係る上肢アシスト装置について、図面を参照しつつ説明する。

【0020】

（第一実施形態に係る上肢アシスト装置の構成）
まず、本発明の第一実施形態に係る上肢アシスト装置の構成について説明する。本実施形態に係る上肢アシスト装置は、使用者による荷物の持ち上げ動作時にアクチュエータの出力を段階的に増加させる点を特徴とするものである。図１及び図２は、第一実施形態に係る上肢アシスト装置１の構成を示す図であり、図１は正面側から見た概略斜視図、図２は概略背面図である。上肢アシスト装置１は、アクチュエータ２と、ワイヤ３と、エンドエフェクタ４と、を備えている。

【0021】

アクチュエータ２は、使用者の腕に伝達すべき引張力を発生させる。このアクチュエータ２は、図２に破線で示すように、電動モータ５と、プーリ６と、を有している。電動モータ５は、使用者による荷物の持ち上げ動作の段階に応じて、任意の出力で回転するように駆動制御される。プーリ６は、電動モータ５の回転軸に固定して設けられることにより、電動モータ５の回転に連動して回転する。このように構成されるアクチュエータ２は、背負い具７の内部に収容された状態で、使用者の背部に保持されている。なお、背負い具７の内部には、使用者の左腕に伝達する引張力を発生させる左側アクチュエータ２Ｌと、右腕に伝達する引張力を発生させる右側アクチュエータ２Ｒとが設けられている。

【0022】

ワイヤ３は、アクチュエータ２が発生させた引張力を、エンドエフェクタ４に伝達する。このワイヤ３は、化学繊維等からなる紐状の部材で形成されている。このように構成されるワイヤ３は、図２に破線で示すように、その一端部が、アクチュエータ２を構成するプーリ６の周面に巻き掛けられている。そして、このワイヤ３は、使用者の背部から肩部を越えて正面側へ引き回され、図１に示すように、その他端部が、後述するエンドエフェクタ４に接続されている。なお、このワイヤ３は、使用者の左腕側と右腕側に対応して、左右一対のワイヤ３がそれぞれ設けられている。

【0023】

エンドエフェクタ４は、使用者の腕に装着されてアクチュエータ２の引張力を使用者の腕に伝達する。このエンドエフェクタ４は、図１に示すように、指装着部７と、手首装着部８と、を有している。指装着部７は、使用者の指に装着されて、アクチュエータ２の引張力を使用者の指に伝達する役割を果たす。この指装着部７には、後述する把持検知センサ１０が取り付けられている。一方、手首装着部８は、使用者の手首に装着されて、アクチュエータ２の引張力を使用者の腕に伝達する役割を果たす。このように構成されるエンドエフェクタ４は、使用者の左腕側と右腕側に対応して、左右一対のエンドエフェクタ４がそれぞれ設けられている。なお、エンドエフェクタ４の構成は、本実施形態に限定されず、使用者の腕に引張力を伝達可能な範囲で適宜設計変更が可能である。

【0024】

次に、上肢アシスト装置１の機能的な構成について説明する。図３は、第一実施形態に係る上肢アシスト装置１の機能的な構成を示すブロック図である。上肢アシスト装置１は、アクチュエータ２と、把持検知センサ１０と、姿勢検知センサ１１と、タイマー１２と、記憶部１３と、通信バス１４と、制御部１５と、を備えている。

【0025】

アクチュエータ２は、その役割や構成は上述の通りであり、図３に示すように、左側アクチュエータ２Ｌと、右側アクチュエータ２Ｒと、を有している。

【0026】

把持検知センサ１０は、荷物が使用者によって把持された把持状態か把持されていない解放状態かを検知する役割を果たす。この把持検知センサ１０は、いわゆる圧力センサであって、図１に示すように、エンドエフェクタ４の指装着部７に装着されている。そして、この把持検知センサ１０が、使用者の指と荷物との間に挟まれ又は解放された際の流体の圧力変化に基づいて、荷物が把持状態か解放状態かを検知し、その検知結果を制御部１５へ出力する。この把持検知センサ１０は、図３に示すように、使用者の左手に装着される左側把持検知センサ１０Ｌと、右手に装着される右側把持検知センサ１０Ｒと、を有している。

【0027】

姿勢検知センサ１１は、使用者が荷物の持ち上げ動作又は持ち下げ動作に入る体勢を整えたことを検知する役割を果たす。この姿勢検知センサ１１は、例えば慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）である。この姿勢検知センサ１１は、図２に破線で示すように、使用者の背部に保持された背負い具７の内部に設置されている。これにより、姿勢検知センサ１１が、使用者の上体の傾きを検知し、その検知結果を制御部１５へ出力する。

【0028】

タイマー１２は、任意の基準時からの経過時間を計測し、その計測結果を制御部１５へ出力する。記憶部１３は、各種プログラムや一時的な情報を記憶すると共に、アクチュエータ２の制御に使用する各種の閾値や設定値を記憶している。通信バス１４は、上肢アシスト装置１を構成する各部を互いに電気的に接続する。制御部１５は、通信バス１４を介して、把持検知センサ１０及び姿勢検知センサ１１の検知結果やタイマー１２の計測結果がそれぞれ入力され、それに基づいてアクチュエータ２を含む各部の動作を制御する。

【0029】

（アクチュエータの出力増加制御及びその作用効果）
次に、本発明の第一実施形態に係る上肢アシスト装置１に関し、荷物の持ち上げ動作時における右側アクチュエータ２の二段階出力増加制御及びその作用効果について説明する。図４は、右側アクチュエータ２Ｒの二段階出力増加制御ついて処理の流れを示すフローチャートである。また、図５は、二段階出力増加制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。なお、本実施形態では、左側アクチュエータ２Ｌと右側アクチュエータ２Ｒについて、それぞれ独立した制御を行う「左右独立制御モード」を採用し、ここでは右側アクチュエータ２Ｒについて説明する。ここでは説明を省略するが、左側アクチュエータ２Ｌについても、右側アクチュエータ２Ｒと同様の処理が実行される。

【0030】

図４に示すように、右側アクチュエータ２Ｒの二段階出力増加制御が開始されると、制御部１５は、まず「第一段階増加処理ＳＡ」を実行し、次に「動作モード選択処理ＳＢ」を実行し、最後に「第二段階増加処理ＳＣ」を実行し、これによりアクチュエータ２の二段階出力増加制御が終了する。以下、各処理ごとに詳述する。

【0031】

まず、図４に示す「第一段階増加処理ＳＡ」は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を一定程度だけ増加させる処理である。図６は、第一段階増加処理ＳＡの処理の流れを示すフローチャートである。第一段階増加処理ＳＡが開始されると、まず制御部１５は、使用者が解放状態の荷物を右腕で把持したこと、換言すれば荷物の右側が解放状態から把持状態になったことを検知する。具体的には、制御部１５は、右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得し（ステップＳ１）、その検知結果に基づいて、荷物の右側が解放状態か否かを判定する（ステップＳ２）。その結果、解放状態ではないと判断した場合（Ｓ２：Ｎｏ）、制御部１５は、ステップＳ１へ戻って解放状態になるまで待機する。一方、解放状態であると判断した場合（Ｓ２：Ｙｅｓ）、制御部１５は、続けて右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得し（ステップＳ３）、その検知結果に基づいて、荷物の右側が把持状態になったか否かを判定する（ステップＳ４）。その結果、把持状態になっていないと判断した場合（Ｓ４：Ｎｏ）、ステップＳ３へ戻って把持状態になるまで待機する。

【0032】

その後、ステップＳ４において荷物の右側が把持状態になったと判断した場合（Ｓ４：Ｙｅｓ）、制御部１５は、図５に時刻Ｔ１として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を、０％（本発明に係る「 第一出力」に相当）から３０％（本発明に係る「第二出力」に相当）へ増加させる（ステップＳ５）。これにより、第一段階増加処理ＳＡが終了する。なお、本明細書において出力として使用する「％」とは、右側アクチュエータ２Ｒの最大出力を１００％とした時のそれと比較した比率を意味している。

【0033】

次に、図４に示す「動作モード選択処理ＳＢ」は、荷物の持ち上げ動作が、床上に載置された荷物の持ち上げ動作であるのか、台上に載置された荷物の持ち上げ動作であるのかを判別して動作モードを選択する処理である。図７は、動作モード選択処理ＳＢの処理の流れを示すフローチャートである。なお、本明細書における「台上」とは、床面より高い荷物載置面を有する台の上を意味し、ここでの「台」とは、机や椅子やテーブルや作業台や階段等を広く含む主旨である。

【0034】

動作モード選択処理ＳＢが開始されると、図７に示すように、まず制御部１５は、姿勢検知センサ１１の出力を取得する（ステップＳ６）。そして、その検知結果に基づいて、制御部１５は、使用者の上体が鉛直方向よりも３０°（本発明に係る「第一角度」に相当）を超えて前傾しているか否かを判定する（ステップＳ７）。その結果、３０°を超えて前傾していると判断した場合（Ｓ７：Ｙｅｓ）、制御部１５は、床からの荷物の持ち上げ動作であると判断し、「床上荷物モード」を選択する（ステップＳ８）。一方、３０°を超えて前傾していない、すなわち前傾角が３０°以下であると判断した場合（Ｓ７：Ｎｏ）、制御部１５は、台上からの荷物の持ち上げ動作であると判断し、「台上荷物モード」を選択する（ステップＳ９）。これにより、動作モード選択処理ＳＢが終了する。なお、本明細書における「前傾」とは、使用者の上体がその正面側を床面に近付ける方向へ傾斜した状態、或いは使用者が当該方向へ体を回動させる動作を意味している。

【0035】

最後に、図４に示す「第二段階増加処理ＳＣ」は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を更に増加させる処理である。図８は、床上荷物モードが選択された場合の第二段階増加処理ＳＣの処理の流れを示すフローチャートである。第二段階増加処理ＳＣが開始されると、制御部１５は、まず右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得し（ステップＳ１０）、続いて姿勢検知センサ１１の出力を取得する（ステップＳ１１）。そして、制御部１５は、それらの検知結果に基づいて、使用者が荷物の右側を把持しつつ持ち上げるための体勢を整えたか否かを判定する。具体的には、制御部１５は、荷物の右側が把持状態であり、且つ、ステップＳ５で姿勢検知センサ１１の出力を前回取得した時から使用者の上体が５°（本発明に係る「第二角度」に相当）以上後傾したか否かを判定する（ステップＳ１２）。その結果、荷物の右側が解放状態であるか、或いは使用者の上体が５°以上後傾していないと判断した場合（Ｓ１２：Ｎｏ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を持ち上げるのを止めたか、或いは荷物を持ち上げるための体勢を十分に整えていないと判断し、ステップＳ１０へ戻って、使用者の上体が５°以上後傾するまで待機する。一方、ステップＳ１２における判定の結果、荷物の右側が把持状態であって、且つ、使用者の上体が５°以上後傾したと判断した場合（Ｓ１２：Ｙｅｓ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を把持しつつ、腰を据えるようにして持ち上げ体勢を十分に整えたと判断し、図５に時刻Ｔ２として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を３０％（本発明に係る「第二出力」に相当）から１００％（本発明に係る「第三出力」に相当）へ増加させる（ステップＳ１３）。これにより、床上荷物モードの第二段階増加処理ＳＣが終了する。なお、本明細書における「後傾」とは、使用者の上体がその正面側を床面から遠ざける方向へ体を回動させる動作を意味している。

【0036】

一方、図９は、台上荷物モードが選択された場合の第二段階増加処理ＳＣの処理の流れを示すフローチャートである。第二段階増加処理ＳＣが開始されると、制御部１５は、まず右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得し（ステップＳ１４）、続いてタイマー１２の計測結果を取得する（ステップＳ１５）。そして、制御部１５は、使用者が荷物の右側を把持した状態で一定時間が経過したか否かを判定する。具体的には、制御部１５は、荷物の右側が把持状態であり、且つ、ステップＳ４で荷物の右側が解放状態から把持状態になったことが検知された時から０．２秒（本発明に係る「第一時間」に相当）が経過したか否かを判定する（ステップＳ１６）。その結果、荷物の右側が解放状態であるか、或いは０．２秒が経過していないと判断した場合（Ｓ１６：Ｎｏ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を持ち上げるのを止めたか、或いは荷物を持ち上げるための体勢を十分に整えていないと判断し、ステップＳ１４へ戻って、０．２秒が経過するまで待機する。一方、ステップＳ１６における判定の結果、荷物の右側が把持状態であって、且つ、０．２秒が経過したと判断した場合（Ｓ１６：Ｙｅｓ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を把持しつつ、持ち上げ体勢を十分に整えたと判断し、図５に時刻Ｔ３として二点鎖線で示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を３０％から１００％へ増加させる（ステップＳ１７）。これにより、台上荷物モードの第二段階増加処理ＳＣが終了する。

【0037】

このような第一実施形態に係る上肢アシスト装置１におけるアクチュエータ２の二段階出力増加制御によれば、荷物の持ち上げ動作時に使用者が前方へ倒れそうになる、いわゆる「つんのめり」の問題を防止することができるという利点がある。すなわち、従来の上肢アシスト装置では、荷物が解放状態から把持状態になったことが把持検知センサにより検知されると、制御部がアクチュエータを最大出力で駆動する、すなわちアクチュエータの出力を０％から１００％へ一気に増加させる。このような出力増加制御によれば、使用者が上体を前方へ若干倒して荷物を把持した後、腰を据えるようにして持ち上げ体勢を十分に整える前に、アクチュエータの最大出力が引張力として使用者の腕に作用する。そうすると、使用者が引張力の反力に負けて前方へつんのめる問題が生じる。この点、本発明の第一実施形態に係るアクチュエータ２の二段階出力増加制御によれば、制御部１５は、荷物が解放状態から把持状態になったことが検知されると、まずはアクチュエータ２の出力を０％から３０％へ増加させ、その後に床上荷物モードでは使用者の上体が５°以上後傾した時に、台上荷物モードでは０．２秒が経過した時に、アクチュエータ２の出力を３０％から１００％へ更に増加させる。このように、アクチュエータ２の出力を二段階に分けて増加させる制御が行われるため、使用者が荷物の持ち上げ体勢を十分に整えるまでは、使用者の腕に対して不必要に大きな引張力が作用しない。従って、使用者が引張力の反力に負けて前方へつんのめる問題の発生を、未然に防止することができる。更に、荷物の持ち上げ動作の段階に応じた出力でアクチュエータ２が駆動されることにより、引張力を効率良くアシスト力として利用することができるという利点もある。

【0038】

（第一実施形態の変形例）
なお、本発明の技術範囲は上記の第一実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって規定される本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々の変更を加えることが可能である。例えば、本発明の第一実施形態としては、以下に示すような変形例が考えられる。

【0039】

本実施形態では、図２に示すように、電動モータ５とプーリ６とによりアクチュエータ２を構成した。しかし、本発明に係るアクチュエータ２としては、本実施形態に限られず、ワイヤ３に引張力を付与可能であれば、油圧式や空気圧式や電磁式や圧電素子式等、従来公知の任意の方式で動力を生み出すアクチュエータ２を用いることが可能である。

【0040】

本実施形態では、把持検知センサ１０として、流体の圧力変化を検知する圧力センサを用いた。しかし、本発明に係る把持検知センサ１０としては、本実施形態に限られず、ピエゾ抵抗効果を利用して圧力変化を検知する圧力センサ等、使用者による荷物の把持を検知可能な従来公知の任意の方式のセンサを用いることが可能である。また、本実施形態では、図１に示すように、把持検知センサ１０をエンドエフェクタ４の指装着部７に装着して設けた。しかし、把持検知センサ１０を設ける位置は、エンドエフェクタ４における指装着部７以外の部位であってもよい。また、荷物が解放状態か把持状態かを検知可能であれば、把持検知センサ１０を、エンドエフェクタ４とは別部材として使用者の腕に取り付けることや、或いは使用者の腕ではなく荷物の側に取り付けることも可能である。

【0041】

本実施形態では、姿勢検知センサ１１として慣性計測装置を用いた。しかし、本発明に係る姿勢検知センサ１１としては、本実施形態に限られず、使用者の体の傾きを検知可能な従来公知の任意の方式のセンサを用いることができる。また、本実施形態では、図２に示すように、姿勢検知センサ１１を背負い具７の内部に設置することにより、使用者の上体の傾きを検知した。しかし、姿勢検知センサ１１の設置位置は、本実施形態に限定されず、傾きを検知すべき使用者の体の任意の箇所に変更が可能である。

【0042】

本実施形態では、本発明に係る第一出力を０％、第二出力を３０％、第三出力を１００％にそれぞれ設定した。また、本発明に係る第一角度を３０°、第二角度を５°にそれぞれ設定した。また、本発明に係る第一時間を０．２秒に設定した。しかし、これら各設定値は本実施形態に限定されず、使用者の年齢や性別や個性等やその他の事情に応じて、適宜設定変更が可能である。例えば、第一出力、すなわち荷物が解放状態である時のアクチュエータ２の出力を０％より僅かに大きい値に設定することも可能である。このように、荷物が解放状態の時に、プーリ６の周面に巻き掛けられたワイヤ３に弱いテンションを掛けておけば、ワイヤ３に弛みが生じることが低減されるので、アクチュエータ２の出力を増加させた際に、ワイヤ３が絡まりにくいという利点がある。

【0043】

本実施形態では、図４に示すように、アクチュエータ２の出力を第一段階増加処理ＳＡと第二段階増加処理ＳＢの二段階に分けて増加させる二段階出力増加制御を行った。しかし、本発明は、アクチュエータ２の出力を段階的に増加させることを特徴とし、その態様は本実施形態に限られず、三段階以上の複数段階に分けて増加させることも可能である。

【0044】

本実施形態では、左側アクチュエータ２Ｌの出力増加制御と右側アクチュエータ２Ｒの出力増加制御とをそれぞれ独立して行う「左右独立制御モード」を採用した。この左右独立制御モードによれば、使用者の右腕側と左腕側とで荷物の把持に時間差が生じた場合に、未だ荷物を把持していない側の腕へ不必要な引張力が付与されないという利点がある。しかし、左右のアクチュエータ２の出力増加制御の態様としては、本実施形態に代えて、右側アクチュエータ２Ｒの出力増加制御と左側アクチュエータ２Ｌの出力増加制御とを同期させる、「左右同期制御モード」を採用することも可能である。

【0045】

図１０は、左右同期制御モードを採用した場合の、第一段階増加処理ＳＤの処理の流れを示すフローチャートである。第一段階増加処理ＳＤが開始されると、まず制御部１５は、荷物の左右両側が解放状態から把持状態になったことを検知する。具体的には、制御部１５は、まず右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得すると共に（ステップＳ１８）、左側把持検知センサ１０Ｌの出力も取得する（ステップＳ１９）。そして、荷物の左右両側が解放状態か否かを判定する（ステップＳ２０）。その結果、左右何れか又は左右両側が解放状態ではないと判断した場合（Ｓ２０：Ｎｏ）、制御部１５は、ステップＳ１８へ戻って左右両側が解放状態になるまで待機する。一方、左右両側が解放状態であると判断した場合（Ｓ２０：Ｙｅｓ）、制御部１５は、右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得すると共に（ステップＳ２１）、左側把持検知センサ１０Ｌの出力も取得する（ステップＳ２２）。そして、制御部１５は、荷物の左右両側が把持状態になったか否かを判定する（ステップＳ２３）。その結果、左右何れか又は左右両側が把持状態になっていないと判断した場合（Ｓ２３：Ｎｏ）、ステップＳ２１へ戻って左右両側が把持状態になるまで待機する。その後、ステップＳ２３において荷物の左右両側が把持状態になったと判断した場合（Ｓ２３：Ｙｅｓ）、すなわち、荷物の左側が把持状態になり、且つ、右側も把持状態になったと判断した場合、制御部１５は、右側アクチュエータ２Ｒ及び左側アクチュエータ２Ｌの両方の出力を、０％から３０％へそれぞれ増加させる（ステップＳ２４）。これにより、第一段階増加処理ＳＤが終了する。この左右同期制御モードによれば、使用者の右腕と左腕に対して等しい大きさの引張力が同時に付与されるため、使用者が左右のバランスを保ちやすいという利点がある。

【0046】

（第二実施形態に係る上肢アシスト装置の構成）
次に、本発明の第二実施形態に係る上肢アシスト装置の構成について説明する。本実施形態に係る上肢アシスト装置は、使用者による荷物の持ち下げ動作時（換言すれば、荷物の降ろし動作時）にアクチュエータ２の出力を段階的に減少させる点を特徴とするものである。本実施形態の上肢アシスト装置２０は、図１及び図２に示される第一実施形態の上肢アシスト装置１と同じ構成を有するため、ここでは各部の説明を省略し、第一実施形態と同じ符号を用いる。

【0047】

（アクチュエータの出力減少制御及びその作用効果）
次に、本発明の第二実施形態に係る上肢アシスト装置２０に関し、荷物の持ち下げ動作時における右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御及びその作用効果について説明する。図１１は、右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御ついて処理の流れを示すフローチャートである。また、図１２は、三段階出力減少制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。なお、本実施形態でも、左側アクチュエータ２Ｌと右側アクチュエータ２Ｒについて、それぞれ独立した制御を行う「左右独立制御モード」を採用し、ここでは右側アクチュエータ２Ｒについて説明する。

【0048】

図１１に示すように、右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御が開始されると、制御部１５は、まず「第一段階減少処理ＳＥ」を実行し、次に「第二段階減少処理ＳＦ」を実行し、最後に「第三段階減少処理ＳＧ」を実行し、これにより右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御が終了する。以下、各処理ごとに詳述するが、第一段階減少処理ＳＥについては第二実施形態と同じであるため、第二実施形態と同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。なお、本実施形態でも、「左右独立制御モード」を採用した場合の右側アクチュエータ２Ｒについて説明する。

【0049】

図１１に示す「第一段階減少処理ＳＥ」は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を一定程度だけ減少させる処理である。図１３は、第一段階減少処理ＳＥの処理の流れを示すフローチャートである。第一段階減少処理ＳＥが開始されると、まず制御部１５は、初期状態における使用者の上体の傾きを検知する。すなわち、制御部１５は、姿勢検知センサ１１の出力を取得し（ステップＳ３０）、その検知結果を初期傾き値として図３に示す記憶部１３に記憶する（ステップＳ３１）。次に、制御部１５は、使用者が荷物の右側を把持しつつ、それを持ち下げるための体勢を整えたことを検知する。具体的には、制御部１５は、まず右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得し（ステップＳ３２）、続いて姿勢検知センサ１１の出力を取得する（ステップＳ３３）。そして、制御部１５は、荷物の右側が把持状態であり、且つ、使用者の上体が初期傾き値から３０°（本発明に係る「第三角度」に相当）以上前傾したか否かを判定する（ステップＳ３４）。その結果、荷物の右側が解放状態であるか、或いは使用者の上体が初期傾き値から３０°以上前傾していないと判断した場合（Ｓ３４：Ｎｏ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を持ち下げるのを止めたか、或いは荷物を持ち下げるための体勢を十分に整えていないと判断し、ステップＳ３２へ戻って、使用者の上体が初期傾き値から３０°以上前傾するまで待機する。一方、ステップＳ３４における判定の結果、荷物の右側が把持状態であって、且つ、使用者の上体が初期傾き値から３０°以上前傾したと判断した場合（Ｓ３４：Ｙｅｓ）、制御部１５は、使用者が荷物の右側を把持しつつ、持ち下げ体勢を十分に整えたと判断し、図１２に時刻Ｔ４として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を１００％（本発明に係る「第四出力」に相当）から４０％（本発明に係る「第五出力」に相当）へ減少させる（ステップＳ３５）。これにより、第一段階減少処理ＳＥが終了する。

【0050】

図１１に示す「第二段階減少処理ＳＦ」は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を時間経過に伴って徐々に減少させる処理である。図１４は、第二段階減少処理ＳＦの処理の流れを示すフローチャートである。第二段階減少処理ＳＦが開始されると、まず制御部１５は、タイマー１２による時間計測を開始すると共に（ステップＳ４０）、右側アクチュエータ２Ｒの出力を５０％／秒の速度で減少させ始める（ステップＳ４１）。その後、制御部１５は、タイマー１２の計測結果を取得し（ステップＳ４２）、計測開始から０．５秒が経過したか否かを判定する（ステップＳ４３）。その結果、０．５秒が経過したと判断した場合（Ｓ４３：Ｎｏ）、制御部１５は、ステップＳ４１へ戻って、右側アクチュエータ２Ｒの出力を５０％／秒の速度で更に減少させ続ける。一方、ステップＳ４２における判定の結果、計測開始から０．５秒が経過したと判断した場合（Ｓ４３：Ｙｅｓ）、図１２に時刻Ｔ５として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力はこの時１５％（本発明に係る「第七出力」に相当）まで低下しているが、制御部１５は、右側アクチュエータ２Ｒの出力減少を停止する（ステップＳ４４）。これにより、第二段階減少処理ＳＦが終了する。なお、第七出力の設定値が、本実施形態に限定されず適宜変更が可能である点は、第一実施形態の変形例と同様である。また、この第二段階減少処理ＳＦにおいては、一定時間の経過を検知すること等により、右側アクチュエータ２Ｒの出力を４０％から１５％へ一気に減少させることも可能である。

【0051】

図１１に示す「第三段階減少処理ＳＧ」は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を更に減少させる処理である。図１５は、第三段階減少処理ＳＧの処理の流れを示すフローチャートである。第三段階増加処理ＳＧが開始されると、まず制御部１５は、右側把持検知センサ１０Ｒの出力を取得する（ステップＳ５０）。そして、制御部１５は、その検知結果に基づいて、荷物の右側が解放状態になったか否かを判定する（ステップＳ５１）。その結果、荷物の右側が解放状態にならず把持状態のままであると判断した場合（Ｓ５１：Ｎｏ）、制御部１５は、右側アクチュエータ２Ｒの出力を１５％に保持したまま、ステップＳ５０へ戻り、荷物の右側が解放状態になるまで待機する。一方、制御部１５は、ステップＳ５１における判定の結果、荷物の右側が解放状態になったと判断した場合（Ｓ５１：Ｙｅｓ）、制御部１５は、図１２に時刻Ｔ６として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を１５％から０％（本発明に係る「第六出力」に相当）へ減少させる（ステップＳ５２）。これにより、第三段階減少処理ＳＧが終了する。

【0052】

このような第二実施形態に係る上肢アシスト装置２０におけるアクチュエータ２の三段階出力減少制御によれば、荷物の持ち下げ動作時に使用者の腕に不必要に大きな引張力が作用する問題を防止することができるという利点がある。すなわち、従来の上肢アシスト装置では、荷物が把持状態から解放状態になったことが把持検知センサにより検知されると、制御部がアクチュエータを停止させる、すなわちアクチュエータの出力を１００％から０％へ一気に減少させる。このような出力減少制御によれば、使用者が上体を前傾させて持ち下げ体勢を整えた後においても、使用者の腕にはアクチュエータの最大出力が引張力として作用する。従って、使用者は、このアクチュエータの最大出力に抗しながら荷物も持ち下げる必要がある。この点、本発明の第二実施形態に係るアクチュエータ２０の三段階出力減少制御によれば、アクチュエータ２の出力を三段階に分けて減少させる制御が行われるため、使用者が荷物の持ち下げ体勢を整えた後は、使用者の腕には不必要に大きな引張力が作用しない。従って、使用者は、比較的小さい引張力に抗するだけで荷物を持ち下げることができる。このように、荷物の持ち下げ動作の段階に応じた出力でアクチュエータ２が駆動されることにより、引張力を効率良くアシスト力として利用することができるという利点がある。

【0053】

（第二実施形態の変形例）
本実施形態のアクチュエータ２、把持検知センサ１０、及び姿勢検知センサ１１について種々の設計変更が可能である点は、第一実施形態の変形例と同様である。また、本発明に係る第三角度、第四出力、第五出力、及び第六出力の各設定値が、本実施形態に限定されず適宜変更が可能である点も、第一実施形態の変形例と同様である。

【0054】

本実施形態では、図１２に示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を三段階に分けて減少させる制御を行った。しかし、本発明は、アクチュエータ２の出力を段階的に減少させることを特徴とし、その態様は本実施形態に限られず、二段階或いは四段階以上の複数段階に分けて減少させることも可能である。例えば、図１１に示す第二段階減少処理ＳＦの実行を省略し、第一段階減少処理ＳＥの実行後に、第三段階減少処理ＳＧを実行することにより、二段階に分けて右側アクチュエータ２Ｒの出力を減少させることも可能である。この場合、第三段階減少処理ＳＧにおいては、図１２に二点鎖線で示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を４０％から０％へ減少させればよい。

【0055】

本実施形態では、図１１及び図１２に示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を減少させる処理のみを実行した。しかし、使用者が荷物の持ち下げ動作を途中で止めた場合には、右側アクチュエータ２Ｒの出力を復帰させる制御を行うことも可能である。図１６は、右側アクチュエータ２Ｒの出力復帰制御について処理の流れを示すフローチャートである。また、図１７は、出力復帰制御時における経過時間と右側アクチュエータ２Ｒの出力との関係を示すグラフである。

【0056】

図１６に示すように、右側アクチュエータ２Ｒの三段階出力減少制御が開始されると、制御部１５は、まず「第一段階減少処理ＳＥ」を実行し、次に「第二段階減少処理ＳＦ」を実行し、最後に「再増加処理ＳＨ」を実行し、これにより右側アクチュエータ２Ｒの出力復帰制御が終了する。なお、第一段階減少処理ＳＥと第二段階減少処理ＳＦは、第二実施形態と同じであるため、第二実施形態と同じ符号を用い、ここでは説明を省略する。なお、本変形例でも、「左右独立制御モード」を採用した場合の右側アクチュエータ２Ｒについて説明する。

【0057】

図１６に示す「再増加処理ＳＨ」は、使用者が床面等に降ろしかけた荷物を持ち上げ直した場合に、右側アクチュエータ２Ｒの出力を再度増加させる処理である。図１８は、再増加処理ＳＨの処理の流れを示すフローチャートである。再増加処理ＳＨが開始されると、まず制御部１５は、初期状態における使用者の上体の傾きを検知する。すなわち、制御部１５は、姿勢検知センサ１１の出力を取得し（ステップＳ６０）、その検知結果を初期傾き値として図３に示す記憶部１３に記憶する（ステップＳ６１）。本変形例では、第一段階減少処理ＳＥで説明したように、この初期傾き値として鉛直方向より３０°前傾状態が記憶される。次に、制御部１５は、使用者が荷物を再度持ち上げるための体勢を整えたことを検知する。具体的には、制御部１５は、姿勢検知センサ１１の出力を再度取得する（ステップＳ６２）。そして、制御部１５は、使用者の上体が初期傾き値から５°（本発明に係る「第四角度」に相当）以上後傾したか否か、換言すれば、使用者の上体が鉛直方向より２５°前傾状態に復帰したか否かを判定する（ステップＳ６３）。

【0058】

ステップＳ６３における判定の結果、使用者の上体が初期傾き値から５°以上後傾していないと判断した場合（Ｓ６３：Ｎｏ）、制御部１５は、荷物を再度持ち上げるための体勢を十分に整えていないと判断し、ステップＳ６２へ戻って、使用者の上体が初期傾き値から５°以上後傾するまで待機する。一方、ステップＳ６３における判定の結果、使用者の上体が初期傾き値から５°以上後傾したと判断した場合（Ｓ６３：Ｙｅｓ）、制御部１５は、再度持ち上げるための体勢を十分に整えたと判断し、図１７に時刻Ｔ７として示すように、右側アクチュエータ２Ｒの出力を１５％から１００％（本発明に係る「第八出力」に相当）へ増加させる（ステップＳ６４）。これにより、再増加処理ＳＨが終了する。なお、第四角度及び第八出力の設定値が、本実施形態に限定されず適宜変更が可能である点は、第一実施形態の変形例と同様である。

【産業上の利用可能性】

【0059】

本発明に係る上肢アシスト装置は、使用者の歩行等を支援する下肢アシスト装置にも適用が可能である。

【符号の説明】

【0060】

１ 上肢アシスト装置
２ アクチュエータ
３ ワイヤ
１０ 把持検知センサ
１１ 姿勢検知センサ
１２ タイマー
１５ 制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】