特許 7444720 身体支持追従装置

(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】

(24)【登録日】2024-02-27

(45)【発行日】2024-03-06

(54)【発明の名称】身体支持追従装置

(51)【国際特許分類】

   A61B 90/60 20160101AFI20240228BHJP

【ＦＩ】

A61B90/60

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2020119907

(22)【出願日】2020-07-13

(65)【公開番号】P2022016914

(43)【公開日】2022-01-25

【審査請求日】2023-05-19

(73)【特許権者】

【識別番号】594191434

【氏名又は名称】東朋テクノロジー株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000567

【氏名又は名称】弁理士法人サトー

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 喜光

(72)【発明者】

【氏名】市川 雅士

【審査官】鈴木 敏史

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－２９１３６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－２０４７９３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－１８５２２５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｂ ９０／６０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

作業者の身体の一部を載置するホルダと、
複数の関節を有し、前記ホルダを少なくとも上下方向に可動な状態で支持するアームユニットと、
前記アームユニットに接続され、前記ホルダに載置された前記作業者の身体の一部により作用する重力に対する反力を前記ホルダに作用させるカウンタウェイトを有するバランス機構と、
複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の動きを規制したロックモードと前記関節の動きの規制を解除したフリーモードとを切り替えるための複数のブレーキと、
複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の回転状態を検出するエンコーダと、
前記作業者の足による操作入力を受ける指示入力装置と、
前記指示入力装置に対する操作入力がされていない場合に前記ロックモードに切り替え前記指示入力装置に対する操作入力がされた場合に前記フリーモードに切り替える制御装置と、を備え、
前記制御装置は、前記エンコーダの検出結果に基づく前記アームユニットの回転速度が、前記フリーモード中に少なくとも前記アームユニットの前記ホルダ側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合に前記ロックモードに切り替える処理を行う、
身体支持追従装置。

【請求項2】

前記アームユニットの回転速度の所定値は、通常作業時において想定される作業者が腕を動かす速度を上回る速度に設定されている、
請求項１に記載の身体支持追従装置。

【請求項3】

作業者の身体の一部を載置するホルダと、
複数の関節を有し、前記ホルダを少なくとも上下方向に可動な状態で支持するアームユニットと、
前記アームユニットに接続され、前記ホルダに載置された前記作業者の身体の一部により作用する重力に対する反力を前記ホルダに作用させるカウンタウェイトを有するバランス機構と、
複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の動きを規制可能な複数のブレーキと、
前記作業者の足による操作入力を受ける指示入力装置と、
前記指示入力装置の入力に基づき前記ブレーキを動作及び解除する制御装置と、を備え、
前記制御装置は、
前記指示入力装置に対する入力の検出に基づき、前記ブレーキを動作させて前記関節の動きを規制した待機モードと、前記ブレーキを動作させて前記関節の動きを規制したロックモードと、前記ブレーキを解除して前記関節の動きを可能にするフリーモードと、を切替可能であって、
前記待機モード中に前記指示入力装置に対する操作入力及び操作解除を検出した場合に前記フリーモードに切り替えずに前記ロックモードに切り替える処理と、
前記ロックモード中に前記指示入力装置に対する操作入力を検出した場合に前記フリーモードに切り替える処理と、を実行可能である、
身体支持追従装置。

【請求項4】

前記制御装置は、前記ロックモード中に前記指示入力装置に対する操作がされないまま所定時間を経過した場合に前記待機モードに切り替える処理を更に行う、
請求項３に記載の身体支持追従装置。

【請求項5】

複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の回転状態を検出するエンコーダを更に備え、
前記制御装置は、前記エンコーダの検出結果に基づく前記アームユニットの回転速度が、前記フリーモード中に少なくとも前記アームユニットの前記ホルダ側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合に前記待機モードに切り替える処理を実行可能である、
請求項３又は４に記載の身体支持追従装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明の実施形態は、身体支持追従装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば脳神経外科手術等のように緻密な手作業が要求される作業において、作業者の腕を支持するための身体支持追従装置がある。身体支持追従装置は、作業者の腕を載置するホルダと、そのホルダを支持するアームユニットと、を備えている。アームユニットは、複数のアームがそれぞれ関節を介して連結されており、各アームが関節を支点に回転することで、ホルダに載置された作業者の腕の動きに追従して移動する。

【0003】

身体支持追従装置の動作モードは、ブレーキが動作した状態のロックモードと、ブレーキの動作が解除された状態のフリーモードがある。この動作モードの切り替えは、作業者がホルダを意図的に押圧する入力指示により行われる。しかしながら、作業者が腕をホルダに押圧する操作は、その操作に習熟度が必要であるため、より安全にかつ容易に動作モードの切り替えを行いたいとの要望がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１６－１８５２２５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、動作モードの切り替え操作をより安全にかつ容易に行うことができる身体支持追従装置を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0006】

実施形態の身体支持追従装置は、作業者の身体の一部を載置するホルダと、複数の関節を有し、前記ホルダを少なくとも上下方向に可動な状態で支持するアームユニットと、前記アームユニットに接続され、前記ホルダに載置された前記作業者の身体の一部により作用する重力に対する反力を前記ホルダに作用させるカウンタウェイトを有するバランス機構と、複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の動きを規制したロックモードと前記関節の動きの規制を解除したフリーモードとを切り替えるための複数のブレーキと、複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の回転状態を検出するエンコーダと、前記作業者の足による操作入力を受ける指示入力装置と、前記指示入力装置に対する操作入力がされていない場合に前記ロックモードに切り替え前記指示入力装置に対する操作入力がされた場合に前記フリーモードに切り替える制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記エンコーダの検出結果に基づく前記アームユニットの回転速度が、前記フリーモード中に少なくとも前記アームユニットの前記ホルダ側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合に前記ロックモードに切り替える処理を行う。

【0007】

また、実施形態の身体支持追従装置は、作業者の身体の一部を載置するホルダと、複数の関節を有し、前記ホルダを少なくとも上下方向に可動な状態で支持するアームユニットと、前記アームユニットに接続され、前記ホルダに載置された前記作業者の身体の一部により作用する重力に対する反力を前記ホルダに作用させるカウンタウェイトを有するバランス機構と、複数の前記関節に対応して設けられ、前記関節の動きを規制可能な複数のブレーキと、前記作業者の足による操作入力を受ける指示入力装置と、前記指示入力装置の入力に基づき前記ブレーキを動作及び解除する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記指示入力装置に対する入力の検出に基づき、前記ブレーキを動作させて前記関節の動きを規制した待機モードと、前記ブレーキを動作させて前記関節の動きを規制したロックモードと、前記ブレーキを解除して前記関節の動きを可能にするフリーモードと、を切替可能であって、前記待機モード中に前記指示入力装置に対する操作入力及び操作解除を検出した場合に前記フリーモードに切り替えずに前記ロックモードに切り替える処理と、前記ロックモード中に前記指示入力装置に対する操作入力を検出した場合に前記フリーモードに切り替える処理と、を実行可能である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】第１実施形態による身体支持追従装置の概略構成を表す斜視図

【図2】第１実施形態によるアームユニットの概略構成を示す図

【図3】第１実施形態による身体支持追従装置について、制御装置の概略構成の一例を示すブロック図

【図4】第１実施形態による身体支持追従装置について、動作モードの変化の一例を示す図

【図5】第１実施形態による身体支持追従装置について、アームユニットの形状変化の一例を示す図

【図6】第１実施形態による身体支持追従装置について、制御装置が実行する処理の一例を示すフローチャート

【図7】第２実施形態による身体支持追従装置について、動作モードの変化の一例を示す図

【図8】第２実施形態による身体支持追従装置について、制御装置が実行する処理の一例を示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の要素には同一の符号を付し、説明を省略する。

【0010】

（第１実施形態）
図１に示す身体支持追従装置１は、例えば脳神経外科手術等のように緻密な手作業が要求される作業において、医師等の作業者の腕を支持することで、負担を軽減して作業を支援するための装置である。なお、身体支持追従装置１の用途は、脳神経外科手術に限定されず、また、医療分野にも限定されない。本実施形態では、図１における紙面の左手前側が作業対象側であって身体支持追従装置１の前側となり、図１における紙面の右奥側が作業者側であって身体支持追従装置１の後側となる。

【0011】

身体支持追従装置１は、ホルダ１０、アームユニット２０、バランス機構３０、ベース部４０、指示入力装置５０、及び制御装置６０を備えている。ホルダ１０は、作業者の腕が載置されてその腕を支持するためのものであり、作業者側から作業対象者側へ向かって長尺状に形成されている。ホルダ１０は、長手方向に直交する断面が略Ｕ字形状であり、載置された腕を左右両側から挟み込んで保持する。また、ホルダ１０は、アームユニット２０に取り外し可能な方法により取り付けられている。

【0012】

アームユニット２０は、ホルダ１０を少なくとも上下方向に可動な状態で支持する機能を有する。アームユニット２０は、図２に示すように、複数この場合３つのアーム部２１１、２１２、２１３と、複数この場合５つの関節２２１、２２２、２２３、２２４、２２５を備え、５自由度に構成されている。各関節２２１～２２５は、２つ以上の部材を接合するものであり、関節に接続している一方の部材に対して、他方の部材を、いずれか一つの回転軸を中心に回転可能にする。

【0013】

アームユニット２０は、各関節２２１～２２５の相互作用によって各アーム部２１１～２１３を相互に連動して動作させることにより、ホルダ１０に載置された作業者の腕の移動に追従して形状を変化させることができる。なお、本実施形態において、各アーム部２１１～２１３を、ベース部４０から先端側つまりホルダ１０側へ向かって順に、第１アーム部２１１、第２アーム部２１２、及び第３アーム部２１３と称する。

【0014】

また、アームユニット２０は、複数この場合４つのエンコーダ２３１、２３２、２３３、２３４と、複数この場合４つのブレーキ２４１、２４２、２４３、２４４と、を備えている。なお、本実施形態において、各エンコーダ２３１～２３４を、ベース部４０から先端側へ向かって順に、第１エンコーダ２３１、第２エンコーダ２３２、第３エンコーダ２３３、及び第４エンコーダ２３４と称する。そして、ブレーキ２４１～２４４は、ベース部４０から先端側へ向かって順に、第１ブレーキ２４１、第２ブレーキ２４２、第３ブレーキ２４３、及び第４ブレーキ２４４と称する。

【0015】

各エンコーダ２３１～２３４及び各ブレーキ２４１～２４４は、第５関節２２５以外の各関節２２１～２２４に対応して設けられている。各エンコーダ２３１～２３４は、例えば光学式のロータリーエンコーダで構成されており、対応する各関節２２１～２２４の回転状態を検出する機能を有する。ここで、回転状態とは、回転方向、回転位置、及び回転速度等の物理量を示す。また、各ブレーキ２４１～２４４は、例えば電磁ブレーキで構成されており、制御装置６０からの指示を受けて、対応する各関節２２１～２２４の動きの規制及びその規制の解除を行う。

【0016】

第１アーム部２１１は、棒状部材であり、第１関節２２１と、第２関節２２２と、を含んで構成される。第１アーム部２１１は、第１関節２２１を介してベース部４０に鉛直軸を中心として回転可能に取り付けられている。

【0017】

また、第１関節２２１には、第１エンコーダ２３１と、第１ブレーキ２４１と、が設けられている。この場合、第１エンコーダ２３１は、第１関節２２１の回転状態を検出する。つまり、第１エンコーダ２３１は、第１アーム部２１１の回転方向と回転速度とを検出することができる。また、第１ブレーキ２４１は、制御装置６０からの指示に応じて、関節２２１の動きを規制する。

【0018】

第２アーム部２１２は、２本の横棒２７１、２７２が上下方向に一定間隔を保った状態で配置されており、第２関節２２２と、第３関節２２３と、を含んで構成された平行リンク機構である。また、第２アーム部２１２の横棒２７１の一端は、第２関節２２２を介して第１アーム部２１１と水平軸を中心として回転可能に接続されている。ここで、水平軸とは、図２における紙面に直交する方向である。

【0019】

第２関節２２２には、第１関節２２１と同様に、第２エンコーダ２３２と、第２ブレーキ２４２と、が設けられている。第２エンコーダ２３２は、第２関節２２２の回転状態を検出する。つまり、第２エンコーダ２３２は、第１アーム部２１１に対する第２アーム部２１２の回転方向と回転速度とを検出することができる。また、第２ブレーキ２４２は、制御装置６０からの指示に応じて、第２関節２２２の動きを規制する。

【0020】

第３アーム部２１３は、２本の横棒２８１、２８２が上下方向に一定間隔を保った状態で配置されており、第３関節２２３と、第４関節２２４と、を含んで構成された平行リンク機構である。第３アーム部２１３の横棒２８１の一端は、第２アーム部２１２の横棒２７１の他端と、第３関節２２３を介して水平軸を中心として回転可能に接続されている。

【0021】

第３関節２２３には、第１関節２２１と同様に、第３エンコーダ２３３と、第３ブレーキ２４３と、が設けられている。第３エンコーダ２３３は、第３関節２２３の回転状態を検出する。つまり、第３エンコーダ２３３は、第２アーム部２１２に対する第３アーム部２１３の回転方向と回転速度とを検出することができる。また、第３ブレーキ２４３は、制御装置６０からの指示に応じて、第３関節２２３の動きを規制する。第３アーム部２１３の横棒２８１の他端は、水平軸を中心として回転可能な第４関節２２４と、鉛直軸を中心として回転可能な第５関節２２５と、を介してホルダ１０に接続されている。

【0022】

第４関節２２４には、第１関節２２１と同様に、第４エンコーダ２３４と、第４ブレーキ２４４と、が設けられている。第４エンコーダ２３４は、第４関節２２４の回転状態を検出する。つまり、第４エンコーダ２３４は、第３アーム部２１３に対するホルダ１０の回転方向と回転速度とを検出することができる。また、第４ブレーキ２４４は、制御装置６０からの指示に応じて、第４関節２２４の動きを規制する。

【0023】

第５関節２２５には、ブレーキは設けられておらず、ホルダ１０を鉛直軸方向に対する回転を規制する構成は備えていない。そのため、各ブレーキ２４１、２４２、２４３、２４４が動作することによりアームユニット２０の動きが規制された状態であっても、作業者はホルダ１０の角度を自由に調整することができる。

【0024】

バランス機構３０は、バネ３１１、３１２と、カウンタウェイト３２と、を備えている。バネ３１１は、第２アーム部２１２における２本の横棒２７１、２７２間に設けられている。バネ３１２は、第３アーム部２１３における２本の横棒２８１、２８２間に設けられている。各バネ３１１、３１２のうちバネ３１１は、第２関節２２２を支点にして第２アーム部２１２を第１アーム部２１１側へ回動させる方向へ付勢する。また、バネ３１２は、第３関節２２３を支点にして第３アーム部２１３を第２アーム部２１２側へ回動させる方向へ付勢する。

【0025】

カウンタウェイト３２は、ホルダ１０に載置された作業者の腕により作用する重力に対する反力をホルダ１０に作用させる機能を有する。カウンタウェイト３２は、第２アーム部２１２と接続しており、第２アーム部２１２と一体的に動作可能に構成されている。この場合、カウンタウェイト３２は、第２関節２２２を基準として、第２アーム部２１２とは反対側つまり第２アーム部２１２の後側に突出している。そして、カウンタウェイト３２は、その自重によって、第２アーム部２１２に対して第２アーム部２１２が上昇する方向に付勢する。

【0026】

このようにして、バランス機構３０は、バネ３１１、３１２の弾性力及びカウンタウェイト３２によってアームユニット２０を上方へ持ち上げようとする力と、ホルダ１０に載置された作業者の腕の重量及びアームユニット２０の自重によってアームユニット２０を下方へ押し下げようとする力との均衡を図る。これにより、身体支持追従装置１は、アームユニット２０のホルダ１０に載置された作業者の腕を一定位置に支持することができる。

【0027】

このとき、バネ３１１、３１２とカウンタウェイト３２からアームユニット２０に加わる付勢力の方が、ホルダ１０と作業者の自重、及びアームユニット２０の自重との和からなる力よりも多少大きくなるように設定されている。これにより、作業者の腕とホルダ１０とが確実に接触した状態でホルダ１０は作業者の腕に追従移動することができる。さらに、ホルダ１０に載置した作業者の腕に対して反力を作用させた状態で腕を支持することで、作業者の腕に対する負荷を低減することができる。なお、バランス機構３０は、これに限らず、バネ３１１、３１２を有さない構成、すなわちカウンタウェイト３２によってバランスを保つように構成されていてもよい。これにより、アームユニット２０の構成をより簡易にすることができる。この場合、カウンタウェイト３２からアームユニット２０に加わる付勢力によって、ホルダ１０に載置された作業者の腕の重量及びアームユニット２０の自重によってアームユニット２０を下方へ押し下げようとする力との均衡が図られる。

【0028】

ベース部４０は、アームユニット２０を支持しており、キャスタ４１を備えていることにより、床上を移動可能としている。また、ベース部４０には、例えばＬＥＤ等の光源を有した表示灯７０が設けられている。表示灯７０は、制御装置６０の指示に応じて点灯及び消灯する。例えば各ブレーキ２４１～２４４が動作した場合、表示灯７０が点灯することによって各ブレーキ２４１～２４４が動作したことを作業者に報知する。

【0029】

指示入力装置５０は、作業者の足による操作入力を受ける機能を有する。指示入力装置５０は、例えばモーメンタリー型のフットスイッチで構成することができる。また、指示入力装置５０は、図１に示すように、作業者の踏み込みによる操作を受けるペダル５１を有している。指示入力装置５０は、作業者によってペダル５１が踏み込まれると、制御装置６０に対して操作信号を出力する。そして、制御装置６０は、指示入力装置５０から操作信号を受けると、各ブレーキ２４１～２４４の動作を解除し、各関節２２１～２２４の動きの規制を解除する。

【0030】

一方、作業者がペダル５１から足を離して指示入力装置５０に対する踏み込みによる操作を解除すると、制御装置６０は、各ブレーキ２４１～２４４を動作させて、各関節２２１～２２４の動きを規制して各アーム部２１１～２１３を制止させる。このようにして、作業者は指示入力装置５０を操作することで各アーム部２１１～２１３を作業者の腕の動きに追従して移動させることができる。なお、ペダル５１を足で押圧する力に応じて、つまりペダル５１の踏み込み量に応じて、各ブレーキ２４１～２４４の制動力の増減を制御する構成としてもよい。

【0031】

制御装置６０は、身体支持追従装置１全体の制御を司る。図３に示すように、制御装置６０は、例えばＣＰＵや、ＲＯＭ、ＲＡＭ、及び書き換え可能なフラッシュメモリ等の記憶領域を有するマイクロコンピュータを主体に構成されている。なお、制御装置６０を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。

【0032】

制御装置６０は、各エンコーダ２３１～２３４、各ブレーキ２４１～２４４、指示入力装置５０、表示灯７０、及びロックスイッチ７１と電気的に接続されている。制御装置６０は、各エンコーダ２３１～２３４による検出信号や指示入力装置５０からの操作信号を受信し、その信号に基づき、各ブレーキ２４１～２４４を制御する。

【0033】

制御装置６０は、例えば図示しないモード設定機能、速度取得機能、ブレーキ制御機能、力検出機能、角度検出機能、報知機能を備えている。制御装置６０の記憶領域に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、上記の各機能をソフトウェアにより仮想的に実現する。なお、各機能のうち少なくとも一部をハードウェアにより実現する構成としてもよい。

【0034】

本実施形態の場合、身体支持追従装置１の動作モードは、ロックモードとフリーモードと、がある。制御装置６０は、モード設定機能によって身体支持追従装置１をいずれかの動作モードに設定することができる。ロックモードは、ブレーキ２４１～２４４を動作させて、関節２２１～２２４の動きを規制するモードである。このロックモードは、作業者がホルダ１０上に腕を載置し、作業を行う場合を想定している。つまり、ロックモードが設定されていることにより、作業者は、ホルダ１０の位置が固定された状態で作業を行うことができる。

【0035】

フリーモードは、ブレーキ２４１～２４４の全部又は一部を動作させないことにより、関節２２１～２２４が動作可能となるモードである。このフリーモードは、作業者がホルダ１０を腕の動きに追従移動させることにより、作業位置を変更する場合を想定している。

【0036】

制御装置６０は、図４に示すように、作業者がペダル５１を足で踏み込むことによって指示入力装置５０が操作された場合、動作モードをフリーモードに切り替える。一方、制御装置６０は、作業者がペダル５１から足を離すことによって指示入力装置５０の操作が解除された場合、動作モードをロックモードに切り替える。このように、作業者は、足による指示入力装置５０の操作を介して身体支持追従装置１の動作モードの切り替えを行うことができる。

【0037】

ここで、従来構成において、アームユニットの動作を規制するためのブレーキは、アームユニットに対するクリック操作等、つまり内部の制御によって行われていた。そのため、従来構成は、作業者の意図しない操作が入力され難い構成となっていた。これに対し、本実施形態の場合、ブレーキ２４１～２４４の動作を指示するための指示入力装置５０は、上述したように作業者の足によって操作される。この場合、指示入力装置５０は作業者の足元付近に露出しているため、作業者が意図せず指示入力装置５０を誤操作してしまうおそれがある。さらに、例えばロックモードとフリーモードを頻繁に切り替えて作業を行う場合には、作業者は常に指示入力装置５０に足を乗せた状態で作業を行うことが想定される。つまり、作業者が指示入力装置５０への入力を常に行うことができる状態にあるため、作業者による指示入力装置５０への誤操作の可能性が高まる。

【0038】

ここで、指示入力装置５０が操作されると、動作モードがフリーモードに設定され、ブレーキ２４１～２４４による関節２２１～２２４の動きの規制が解除される。このとき、例えば作業者がホルダ１０に腕を載置していない、つまりホルダ１０に対して下方へ向かう外力が作用していないと、カウンタウェイト３２に対抗する力が作用しないため、アームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向へ移動する。本実施形態でホルダ１０側が跳ね上がる方向とは、図５に示すように、アームユニット２０のホルダ１０側が関節２２２を支点として上方へ向かって回動する方向を示す。そして、何ら対策を講じていない場合、アームユニット２０は上方の動作限界位置に至るまで回転移動して最終的に停止するが、この際アームユニット２０には過度な負荷が発生し身体支持追従装置１の故障を招く原因となり得る。さらに、アームユニット２０が跳ね上がる際に作業者や周辺装置に接触等する可能性があり極めて危険である。

【0039】

そこで、本実施形態の場合、制御装置６０は、各エンコーダ２３１～２３４の検出結果に基づくアームユニット２０の回転速度が、フリーモード中に少なくともアームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合にロックモードに切り替える処理を含めることができる。これにより、例えば作業者が腕をホルダ１０に載置していない状態で作業者が誤って指示入力装置５０を操作してしまった場合や作業者によって指示入力装置５０に対する入力が維持されている状態で作業者の腕がホルダ１０から離れてしまった場合に、ホルダ１０が上方へ向かって跳ね上がる動きを抑えることができる。この結果、身体支持追従装置１の安全性の向上を図ることができる。ここで、アームユニット２０の回転速度の所定値は、通常作業時において想定される作業者が腕を動かす速度を上回る速度に設定することが好ましい。これにより、作業者の作業時の安全性を向上しつつ、身体支持追従装置１の操作性を損なうことがない。ここで、通常作業とは身体支持追従装置１を用いて行う手術等の作業を意味する。

【0040】

なお、制御装置６０は、図３に示すように、ロックスイッチ７１と電気的に接続されている。ロックスイッチ７１が押下されると、通常の処理とは別の処理により、動作モードは強制的にロックモードに設定される。すなわち、ブレーキ２４１～２４４が動作し、各関節２２１～２２４の動きが規制された状態となる。

【0041】

以下では、図６も参照して制御装置６０による処理について説明する。
身体支持追従装置１の電源が入ると、図６に示すように、まずステップＳ１１にて、制御装置６０は、動作モードをロックモードに設定する。そして、制御装置６０は、処理をステップＳ１２に移行させる。なお、第５関節２２５にはブレーキがないため、ロックモード中であっても作業者はホルダ１０の角度を調整することが可能である。

【0042】

制御装置６０は、ステップＳ１２において、指示入力装置５０が操作されたか否かを判断する。この場合、制御装置６０は、例えば指示入力装置５０のペダル５１に対して所定量以上の力による踏み込みを行う操作が行われ、かつ、その操作が一定時間以上維持された場合に、指示入力装置５０に対して操作が入力されたと判断する。制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作を検出しない場合（ステップＳ１２でＮＯ）、ステップＳ１２を繰り返し待機する。一方、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作を検出した場合（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３に処理を移行させる。

【0043】

制御装置６０は、ステップＳ１３において、身体支持追従装置１の動作モードを、ロックモードからフリーモードに切り替える。その後、制御装置６０は、ステップＳ１４において、各エンコーダ２３１～２３４の検出結果に基づくアームユニット２０の回転速度が、アームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向において所定値未満であるか否かを判断する。アームユニット２０の回転速度は、全てのエンコーダ２３１～２３４の検出結果に基づいて算出する構成に限らない。すなわち、第２アーム部２１２は、他のアームに比べて長く、また、カウンタウェイト３２が設けられてカウンタウェイト３２の重量が直接作用するため、跳ね上がりの際にホルダ１０の移動速度に与える影響が大きい。そこで、制御装置６０は、複数の関節２２１、２２２、２２３、２２４、２２５のうち、跳ね上がりに最も影響を与える第２関節２２２の回転速度のみつまり第２エンコーダ２３２の検出結果のみに基づいて、ホルダ１０の跳ね上がりを判断する構成であってもよい。これにより、制御装置６０の処理負担を軽減することができ、身体支持追従装置１の低消費電力化を図ることができる。

【0044】

アームユニット２０の回転速度が所定値以上である場合（ステップＳ１４でＮＯ）、制御装置６０はステップＳ１５に処理を移行させる。そして、制御装置６０は、ステップＳ１５において指示入力装置５０に対して現在入力されている操作検出を解除する。すなわち、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する入力が維持されていても、当該入力を無効化する。その後、制御装置６０は、ステップＳ１１に処理を戻し、動作モードをロックモードに切り替える。そして、制御装置６０は、指示入力装置５０に入力操作が再度行われたこと、つまり、作業者が指示入力装置５０から足を離して入力を物理的に解除し、その後、再び指示入力装置５０に入力操作が行われたことを検出すると（ステップＳ１２でＹＥＳ）、ステップＳ１３へ処理を移行し動作モードをフリーモードに切り替える。

【0045】

つまり、制御装置６０は、フリーモード中においてアームユニット２０のホルダ１０側が上方へ跳ね上がったと判断した場合、指示入力装置５０に対する入力操作の有無にかかわらず動作モードをロックモードに設定する。このとき、制御装置６０は、指示入力装置５０に対して現在入力されている入力操作を無効化するため、仮に作業者が指示入力装置５０への押圧を継続していたとしても動作モードがロックモードに設定された後に、作業者が指示入力装置５０へ再度入力操作をしない限りフリーモードに切り替わることがない。すなわち、動作モードが作業者の意図していない状態でロックモードからフリーモードに移行されることを防ぐことができる。

【0046】

一方、アームユニット２０の回転速度が所定値未満である場合（ステップＳ１４でＹＥＳ）、制御装置６０はステップＳ１６に処理を移行させる。制御装置６０は、ステップＳ１６において、指示入力装置５０の操作が維持されているか否かを判断する。制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作解除を検出した場合（ステップＳ１６でＮＯ）、ステップＳ１１に処理を移行させる。つまり、作業者の足がペダル５１から離れた場合、動作モードはロックモードに設定される。その後、制御装置６０は、ステップＳ１１以降の処理を繰り返す。一方、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作が維持されている場合（ステップＳ１６でＹＥＳ）、ステップＳ１４に処理を移行させ、ステップＳ１４以降の処理を繰り返す。

【0047】

上記した実施形態によれば、身体支持追従装置１は、ホルダ１０、アームユニット２０、バランス機構３０、ブレーキ２４１、２４２、２４３、２４４、エンコーダ２３１、２３２、２３３、２３４、指示入力装置５０、及び制御装置６０を備えている。ホルダ１０は、作業者の身体の一部を載置する機能を有する。アームユニット２０は、複数の関節２２１、２２２、２２３、２２４、２２５を有し、ホルダ１０を少なくとも上下方向に可動な状態で支持する。バランス機構３０は、アームユニット２０に接続され、カウンタウェイト３２を有する。カウンタウェイト３２は、ホルダ１０に載置された作業者の体の一部により作用する重力に対する反力をホルダ１０に作用させる。

【0048】

ブレーキ２４１、２４２、２４３、２４４は、複数の関節２２１、２２２、２２３、２２４に対応して設けられ、関節２２１、２２２、２２３、２２４の動きを規制したロックモードと関節２２１、２２２、２２３、２２４の動きの規制を解除したフリーモードとを切り替える機能を有する。エンコーダ２３１、２３２、２３３、２３４は、複数の関節２２１、２２２、２２３、２２４に対応して設けられ、関節２２１、２２２、２２３、２２４の回転状態を検出する機能を有する。指示入力装置５０は、作業者の足による操作入力を受ける機能を有する。この場合、指示入力装置５０は、例えばフットスイッチによって構成される。

【0049】

制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作入力がされていない場合にロックモードに切り替えることができる。また、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作入力がされた場合にフリーモードに切り替えることができる。これによれば、作業者は、指示入力装置５０に対する作業者の足による操作によって身体支持追従装置１の動作モードの切り替えを行うことができる。これにより、作業者が腕をホルダ１０に対する押圧することで動作モードを切り替える操作に比べて動作モードの切り替え操作に習熟度を必要とせず、作業者は容易に身体支持追従装置１の動作モードを変更することができる。このとき、アームユニット２０の動きは、作業者による指示入力装置５０の操作に連動する。したがって、作業者はアームユニット２０の挙動を確実に認識できるため、より円滑に作業を行うことができる。

【0050】

さらに、制御装置６０は、エンコーダ２３１、２３２、２３３、２３４の検出結果に基づくアームユニット２０の回転速度が、フリーモード中に少なくともアームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合にロックモードに切り替える処理を行う。これによれば、例えば作業者がホルダ１０に腕を載置していない状態、つまりホルダ１０に対して下方へ向かうが外力が作用していない状態で作業者が指示入力装置５０を誤って操作してしまいアームユニット２０のホルダ１０側が上方に跳ね上がるように動作した場合に、アームユニット２０の動きを最小限に抑えることができる。これにより、アームユニット２０が跳ね上がることによって作業者や周辺装置に接触する等の不具合の発生を未然に防止することができる。したがって、身体支持追従装置１の安全性の向上を図ることができる。

【0051】

また、アームユニット２０の回転速度の所定値は、通常作業時において想定される作業者が腕を動かす速度を上回る速度に設定されている。通常作業とは、身体支持追従装置１を用いて行う手術等の作業を意味する。これによれば、通常作業時において、作業者が意図的に腕を動かしている際に、制御装置６０によってアームユニット２０が跳ね上がる動作をしたと誤って判断されることを回避することができるため、身体支持追従装置１の操作性を損なうことがなく、作業者は身体支持追従装置１を用いて円滑に作業を行うことができる。

【0052】

（第２実施形態）
第２実施形態の身体支持追従装置１は、構成は第１実施形態と同様であるが、身体支持追従装置１の動作モードが異なる。本実施形態の身体支持追従装置１の動作モードは、ロックモードとフリーモードとに加えて、待機モードが追加されている。待機モードは、ブレーキ２４１～２４４を動作させて、関節２２１～２２４の動きを規制するモードである。この場合、ロックモードと待機モードとの相違は、ロックモードの状態で指示入力装置５０に操作が入力されるとフリーモードに切り替わるが、待機モードの状態で指示入力装置５０に操作が入力されてもフリーモードに切り替わらない点にある。

【0053】

具体的には、制御装置６０は、図７に示すように、指示入力装置５０が操作されていない場合、動作モードを待機モードに設定する。制御装置６０は、作業者がペダル５１を足で踏み込みその後足を離すことによって、指示入力装置５０に対する操作入力とその後の操作解除とを検出すると、動作モードをロックモードに切り替える。そして、制御装置６０は、ロックモードにおいて指示入力装置５０が操作されない状態で所定時間Ｔ経過した場合、動作モードを待機モードに切り替える。

【0054】

所定時間Ｔは、例えば１秒～２５．５秒程度の範囲内で設定することができる。この場合、通常作業においては、操作性や安全性等を鑑みると約２秒で設定することが好ましい。なお、所定時間Ｔは、これに限らず、作業内容等に応じて適宜設定されれば良い。また、制御装置６０は、待機モード中に作業者がペダル５１を足で踏み込むことによって指示入力装置５０の操作が維持、つまり作業者がペダル５１を踏み続けている状態が所定時間Ｔ維持された場合、動作モードを待機モードに切り替える構成としても良い。この場合、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する現在の操作入力を無効化すなわちその操作入力の検出を解除する。

【0055】

ロックモードとフリーモードとの動作モードの遷移は、第１実施形態と同様である。すなわち、制御装置６０は、ロックモード中に作業者がペダル５１を足で踏み込むことによって指示入力装置５０が操作された場合、動作モードをロックモードからフリーモードに切り替える。一方、制御装置６０は、フリーモード中に作業者がペダル５１から足を離すことによって指示入力装置５０の操作が解除された場合、動作モードをフリーモードからロックモードに切り替える。そして、本実施形態において、制御装置６０は、フリーモード中にアームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる動作を検出した場合、動作モードを、フリーモードからロックモードを経由せずに直接待機モードに切り替える。

【0056】

このように、本実施形態の場合、身体支持追従装置１に電源が投入された直後又は指示入力装置５０が一定期間操作されていない初期の動作モードとして待機モードが設定されている。そして、フリーモードへの切り替えは、待機モードからロックモードを介して行われる。すなわち、作業者はフリーモードに設定する場合、待機モードにおいて指示入力装置５０を操作及び操作解除をしてロックモードに切り替えた後に、所定時間Ｔ内に再度指示入力装置５０を操作する必要がある。これにより、例えば作業者が意図せず指示入力装置５０を誤操作してしまい、作業者の意図に反してアームユニット２０の姿勢が変化してしまう可能性を極めて低減することができる。このような構成は、腕の位置を長時間同じ位置に保って行うような作業を行う場合により有効である。

【0057】

以下、第２実施形態における制御装置６０の処理について、図８のフローチャートを用いて説明する。なお、第１実施形態及び第２実施形態のいずれの処理形態を行うかについては、作業者が適宜選択可能であればよい。
身体支持追従装置１の電源が入ると、図８に示すように、まずステップＡ１１にて、制御装置６０は、動作モードを待機モードに設定する。そして、制御装置６０は、処理をステップＡ１２に移行させる。制御装置６０は、ステップＡ１２において、指示入力装置５０が操作及び操作解除されたか否かを判断する。すなわち、制御装置６０は、待機モードを基準として、指示入力装置５０に対して１回目の操作の入力及び操作解除がされたか否かを判断する。制御装置６０は、指示入力装置５０に対する１回目の操作入力及び操作解除を検出しない場合（ステップＡ１２でＮＯ）、ステップＡ１２を繰り返し待機する。一方、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作及び操作解除を検出した場合（ステップＡ１２でＹＥＳ）、ステップＡ１３に処理を移行させる。

【0058】

制御装置６０は、ステップＡ１３において、身体支持追従装置１の動作モードを、待機モードからロックモードに切り替える。その後、制御装置６０は、ステップＡ１４において、ロックモードに切り替わってから所定時間Ｔが経過したか否かを判断する。つまり、制御装置６０は、ロックモードが所定時間Ｔ維持された否かを判断する。

【0059】

ロックモードに切り替わってから所定時間Ｔが経過した場合（ステップＡ１４でＹＥＳ）、制御装置６０はステップＡ１５に処理を移行させる。そして、制御装置６０は、ステップＡ１５において指示入力装置５０に対して現在入力されている操作検出を解除する。すなわち、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する入力が維持されていても、当該入力を無効化する。その後、制御装置６０は、ステップＡ１１に処理を戻し、動作モードを待機モードに切り替える。この場合、制御装置６０は、指示入力装置５０に入力操作及び操作解除が再度行われたこと、つまり、作業者が指示入力装置５０から足を離して入力を物理的に解除し、その後、再び指示入力装置５０に入力操作及び操作解除が行われたことを検出すると（ステップＡ１２でＹＥＳ）、ステップＡ１３へ処理を移行し動作モードをロックモードに切り替える。

【0060】

一方、制御装置６０は、ロックモードに切り替わってから所定時間Ｔが経過していない場合（ステップＡ１４でＮＯ）、ステップＡ１６に処理を移行させる。そして、制御装置６０は、ステップＡ１６において、指示入力装置５０に対する再操作、この場合、待機モードを基準として指示入力装置５０に対する２回目の操作を検出したか否かを判断する。制御装置６０は、ステップＡ１６において、指示入力装置５０に対する入力操作を検出していない場合（ステップＡ１６でＮＯ）、ステップＡ１４へ処理を戻す。

【0061】

一方、制御装置６０は、ステップＡ１６において、指示入力装置５０に対する入力操作を検出した場合すなわち待機モードを基準として指示入力装置５０に対する２回目の操作を検出した場合（ステップＡ１６でＹＥＳ）、ステップＡ１７へ処理を移行し、動作モードを、ロックモードからフリーモードに切り替える。その後、制御装置６０は、ステップＡ１８において、各エンコーダ２３１～２３４の検出結果に基づくアームユニット２０の回転速度が、アームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向において所定値未満であるか否かを判断する。

【0062】

アームユニット２０の回転速度が所定値以上である場合（ステップＡ１８でＮＯ）、制御装置６０はステップＡ１５に処理を移行させる。そして、制御装置６０は、ステップＡ１５において指示入力装置５０に対して現在入力されている操作検出を解除する。すなわち、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する入力が維持されていても、当該入力を無効化する。その後、制御装置６０は、ステップＡ１１に処理を戻し、動作モードを待機モードに切り替える。そして、制御装置６０は、指示入力装置５０に入力操作及び操作解除が再度行われたこと、つまり、作業者が指示入力装置５０から足を離して入力を物理的に解除し、その後、再び指示入力装置５０に入力操作及び操作解除が行われたことを検出すると（ステップＡ１２でＹＥＳ）、ステップＡ１３へ処理を移行し動作モードをロックモードに切り替える。

【0063】

一方、アームユニット２０の回転速度が所定値未満である場合（ステップＡ１８でＹＥＳ）、制御装置６０はステップＡ１９に処理を移行させる。制御装置６０は、ステップＡ１９において、指示入力装置５０の操作が維持されているか否かを判断する。制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作解除を検出した場合（ステップＡ１９でＮＯ）、ステップＡ１３に処理を移行させる。つまり、作業者の足がペダル５１から離れた場合、動作モードはロックモードに設定される。その後、制御装置６０は、ステップＡ１３以降の処理を繰り返す。一方、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する操作が維持されている場合（ステップＡ１９でＹＥＳ）、ステップＡ１８に処理を移行させ、ステップＡ１８以降の処理を繰り返す。

【0064】

このように、本実施形態の場合において、制御装置６０は、待機モードを基準として、所定時間内に複数回連続して、この場合、２回連続して指示入力装置５０に対する入力操作を検出すると、ロックモードを経由してフリーモードに切り替える。また、制御装置６０は、フリーモード中にアームユニット２０の跳ね上がる動作を検出すると、ロックモードを経由せずに直接待機モードに切り替える。

【0065】

以上説明した第２実施形態によれば、制御装置６０は、指示入力装置５０に対する入力の検出に基づき、ブレーキ２４１～２４４を動作させて関節２２１～２２４の動きを規制した待機モードと、ブレーキ２４１～２４４を動作させて関節２２１～２２４の動きを規制したロックモードと、ブレーキ２４１～２４４を解除して関節２２１～２２４の動きを可能にするフリーモードと、を切替可能である。また、制御装置６０は、待機モード中に指示入力装置５０に対する操作入力及び操作解除を検出した場合にフリーモードに切り替えずにロックモードに切り替える処理を実行可能である。そして、制御装置６０は、ロックモード中に指示入力装置５０に対する操作入力を検出した場合にフリーモードに切り替える処理を実行可能である。

【0066】

これによれば、待機モードからフリーモードに直接的に動作モードが切り替わることがない。つまり、作業者が誤って指示入力装置５０を操作した場合に動作モードがロックモードに切り替わる可能性を極めて低減することができる。これにより、作業時において、作業者は指示入力装置５０の操作に対する意識をする必要がなくなるため、作業者はより効率的に作業に取り掛かることができる。

【0067】

また、制御装置６０は、ロックモード中に指示入力装置５０に対する操作がされないまま所定時間Ｔを経過した場合に待機モードに切り替える処理を更に行う。すなわち、動作モードが待機モードからロックモードに切り替わり、所定時間Ｔ内に再度指示入力装置５０に対する操作が行われない限りフリーモードに切り替わることがない。これによっても、作業者が誤って指示入力装置５０を操作した場合に動作モードがロックモードに切り替わる可能性を極めて低減することができる。よって、作業者が意図せず指示入力装置５０を誤操作してしまい、作業者の意図に反してアームユニット２０の姿勢が変化してしまう可能性を低減することができる。

【0068】

そして、制御装置６０は、エンコーダ２３１～２３４の検出結果に基づくアームユニット２０の回転速度が、フリーモード中に少なくともアームユニット２０のホルダ１０側が跳ね上がる方向において所定値以上となった場合に待機モードに切り替える処理を実行可能である。

【0069】

これによれば、上記した第１実施形態と同様の作用効果が得られる。更に、例えばアームユニット２０が跳ね上がった場合に、作業者が驚いて再度、誤ってペダル５１を踏み込んでしまった場合であっても、待機モードからロックモードに切り替わるだけなので、アームユニット２０が再び跳ね上がってしまうことを抑制できる。すなわち、待機モードからフリーモードに切り替えるためには、作業者は、所定時間内にペダル５１を複数回この場合２回踏み込むという通常とは異なった動作を行う必要がある。アームユニット２０が跳ね上がった場合であっても、作業者の更なる誤操作を抑制することができ、これにより安全性の向上を図ることができる。

【0070】

また、作業者は、フリーモード中にペダル５１の踏み込みを解除してロックモードに切り替え、その後、所定時間内に再度ペダル５１を踏み込むことで、再度フリーモードに切り替えることができる。これにより、作業者は、ロックモードとフリーモードとを頻繁に切り替えるような作業を行う場合であっても、指示入力装置５０に対する１回の操作毎にロックモードとフリーモードとの相互の切り替えを行うことができる。したがって、待機モードを追加したことにより操作性を損なうことを抑制できる。これらの結果、本実施形態によれば、操作性を維持しつつ安全性の向上を図ることができる。

【0071】

なお、本発明の実施形態は、上記し且つ図面に記載した各実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更することができる。

【符号の説明】

【0072】

図面中、１は身体支持追従装置、１０はホルダ、２０はアームユニット、２２１、２２２、２２３、２２４、２２５は関節、２３１、２３２、２３３、２３４はエンコーダ、２４１、２４２、２４３、２４４はブレーキ、３０はバランス機構、３２はカウンタウェイト、５０は指示入力装置、６０は制御装置、を示す。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】