JP2021074789A - アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】利用者の姿勢に応じて、適切な強さのアシスト力をその利用者に付与することが可能となるアシスト装置を提供する。
【解決手段】アシスト装置１０は、利用者の肩部に装着される第一装着具１１と、左右の脚部それぞれに装着される第二装着具１２と、第一装着具１１と第二装着具１２とにわたって利用者の背面側に沿って設けられるベルト体１３と、第一装着具１１に設けられ、前記ベルト体１３の一部の巻き取り及び送り出しを可能とすると供に、巻き取り方向の力を前記ベルト体１３に付与することで前記利用者にアシスト力を付与するアクチュエータ１４と、利用者の姿勢を示す姿勢パラメータを求める姿勢検出部２６と、前記姿勢パラメータに基づいて前記アクチュエータ１４による前記ベルト体１３の巻き取り方向の必要出力を求めると共に当該アクチュエータ１４の動作制御を行う制御部１５とを備える。
【選択図】 図１

Description

本開示の発明は、アシスト装置に関する。

利用者（人）の身体に装着され、その利用者の作業を補助するアシスト装置が様々提案されている。アシスト装置によれば、利用者は、例えば重量物を持ち上げる場合であっても、小さな力（小さな負担）で作業を行うことが可能となる。このようなアシスト装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

特開２０１８−１９９２０５号公報

特許文献１に開示されているアシスト装置は、利用者に装着する金属製等のフレームを有する。そのフレームに搭載されているアクチュエータの出力が、リンク機構を通じて、利用者の上半身と下半身とに伝達される。これにより、例えば重量物を持ち上げる動作が補助される。

利用者が補助を要する動作としては、重量物を持ち上げる等の負荷が大きい動作の他に、例えば、病人又は高齢者等の人に対して日常生活行動の援助（介助）を行う動作がある。利用者が負荷の大きい作業を行う場合、特許文献１に開示されているような高出力のアシスト装置が効果的である。

しかし、利用者が、病人又は高齢者等の人に対する援助を行う場合、高出力のアシスト装置は過剰性能となる場合がある。また、高出力のアシスト装置では、リンク機構及び金属製等のフレームのような剛体部材が多く用いられていて、高出力を得るために、重厚な構成となっている。そのため、アシスト装置の重量が重くなり、剛体部材によって利用者の動きが制限される。

そこで、本発明の発明者は、軽量であり装着感の良いアシスト装置を既に提案している（例えば、特願２０１９−０４３４６２）。そのアシスト装置は、利用者の肩部に装着される第一装着具と、利用者の左右の脚部に装着される第二装着具と、第一装着具と第二装着具とにわたって利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、アクチュエータとを備える。アクチュエータは、第一装着具に設けられていて、前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。

アクチュエータがベルト体の一部を巻き取ることで、ベルト体に張力が作用する。この張力がアシスト力となって利用者に作用する。これにより、利用者が例えば前記のとおり人に対する援助を行う際に、負担が軽減される。

前記のようなベルト体を備えるアシスト装置では、利用者に作用させるアシスト力を常に一定とするのではなく、例えば、利用者の姿勢に応じた強さのアシスト力を作用させるのが好ましい。
そこで、本開示の目的は、利用者の姿勢に応じて、適切な強さのアシスト力をその利用者に付与することが可能となるアシスト装置を提供することにある。

本開示のアシスト装置は、利用者の肩部及び胸部の少なくとも一方に装着される第一装着具と、前記利用者の左右の脚部それぞれ又は腰部に装着される第二装着具と、前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ、前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とすると供に、巻き取り方向の力を前記ベルト体に付与することで前記利用者にアシスト力を付与するアクチュエータと、前記利用者の姿勢を示す姿勢パラメータを求める姿勢検出部と、前記姿勢パラメータに基づいて前記アクチュエータによる前記ベルト体の巻き取り方向の必要出力を求めると共に当該アクチュエータの動作制御を行う制御部と、を備える。

前記構成を備えるアシスト装置によれば、利用者の姿勢に関わらず一定の出力でアクチュエータが動作するのではなく、利用者の姿勢（姿勢パラメータ）に応じた出力でアクチュエータが動作する。このため、アシスト装置は、利用者の姿勢に応じて、適切な強さのアシスト力をその利用者に付与することが可能となる。

また、好ましくは、前記制御部は、前記利用者に前記アシスト力を付与しない待機状態で、前記ベルト体を巻き取る方向の出力であって前記利用者にアシスト力を付与する場合よりも弱い出力で前記アクチュエータを動作させる制御を行う。
前記構成によれば、利用者に第一装着具及び第二装着具が装着されているが、アシスト力を付与しない待機状態で、ベルト体は緩まない。このため、利用者が姿勢を変化した際に、アクチュエータがベルト体を巻き取れば、迅速にアシスト力を利用者に付与することができる。

例えば、利用者が直立姿勢から前傾姿勢へと早い動作で姿勢変化する場合、その姿勢変化を阻害しないように、アクチュエータによるベルト体の巻き取り方向の出力を小さくするのが好ましい。これに対して、例えば、荷物を持ち下げる場合のように、利用者が直立姿勢から前傾姿勢へとゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、アクチュエータの前記出力を大きくするのが好ましい。

そこで、好ましくは、前記姿勢検出部は、前記利用者が直立姿勢から前傾姿勢になる際の姿勢の変化率を求め、前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求める。
この構成によれば、例えば、利用者が直立姿勢から前傾姿勢に、早い動作で姿勢変化する場合と、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合とでアクチュエータの必要出力を異ならせることができる。直立姿勢と前傾姿勢との間の同じ中間姿勢であっても、動作の速さ、つまり、姿勢の変化率に応じてアクチュエータの必要出力が求められる。

前記変化率に応じて必要出力を求めた結果、アクチュエータによるベルト体の巻き取り方向の出力が小さくなりすぎると、ベルト体が緩んでしまい、その後、アシスト力が必要となった場合に、適切にアシスト力を発生させることができなくなる可能性がある。そこで、好ましくは、前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求めた結果、当該必要出力が下限設定値を下回る場合、前記アクチュエータの必要出力を前記下限設定値又は前記下限設定値を超える値として求める。
この構成によれば、ベルト体が緩んでしまうのを防ぐことが可能となる。

例えば、荷物を持ち上げる場合のように、利用者が前傾姿勢から直立姿勢へとゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、早い動作で姿勢変化する場合よりも、アクチュエータの前記出力を大きくするのが好ましい時がある。

そこで、好ましくは、前記姿勢検出部は、前記利用者が前傾姿勢から直立姿勢になる際の姿勢の変化率を求め、前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求める。
この構成によれば、例えば、利用者が前傾姿勢から直立姿勢に、早い動作で姿勢変化する場合と、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合とでアクチュエータの必要出力を異ならせることができる。このように、直立姿勢と前傾姿勢との間の同じ中間姿勢であっても、動作の速さ、つまり、姿勢の変化率に応じてアクチュエータの必要出力が求められる。

前記変化率に応じて必要出力を求めた結果、アクチュエータによるベルト体の巻き取り方向の出力が大きくなりすぎると、アクチュエータに過負荷が作用し、アクチュエータにとって好ましくない。そこで、前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求めた結果、当該必要出力が上限設定値を超える場合、前記アクチュエータの必要出力を前記上限設定値又は前記上限設定値未満の値として求めるのが好ましい。この構成によれば、アクチュエータに過負荷が作用するのを防ぐことが可能となる。

前記姿勢検出部は、次のように構成してもよい。
前記姿勢検出部は、前記利用者の姿勢変更による前記ベルト体の巻き取り又は送り出しの際の前記アクチュエータの動作量を検出する検出器と、前記動作量と前記姿勢パラメータとの関係を示す対応情報に基づいて、前記姿勢パラメータを求める姿勢推定部と、を有するように構成してもよい。利用者の姿勢変更によるベルト体の巻き取り又は送り出しの際のアクチュエータの動作量と、利用者の姿勢（姿勢パラメータ）とは相関がある。このため、前記構成により、利用者の姿勢パラメータを求めることが可能となる。

または、前記姿勢検出部は、前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ前記利用者の姿勢に応じた信号を出力するセンサと、前記センサの出力に基づいて前記姿勢パラメータを求める姿勢推定部と、を有するように構成してもよい。この場合、利用者の姿勢変更によってセンサが出力する信号が変化することから、利用者の姿勢パラメータを求めることが可能となる。

本開示のアシスト装置によれば、利用者の姿勢に応じて、適切な強さのアシスト力をその利用者に付与することが可能となる。

アシスト装置の一例を示す背面図である。 利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の背面図である。 利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の側面図である。 アシスト装置が装着された利用者が前傾姿勢となった状態を示す説明図である。 コントロールボックス及びベルト体の説明図である。 アシスト装置が備える制御構成を示すブロック図である。 アシスト装置を装着した利用者が姿勢を変化する場合の説明図である。 対応情報の説明図である。 換算情報の説明図である。 係数情報の説明図である。 利用者の姿勢変化の角速度と必要出力との関係の説明図である。 利用者の姿勢変化の角速度と必要出力との関係の説明図である。 他の形態のアシスト装置を示す側面図である。

〔アシスト装置１０の全体構成〕
図１は、アシスト装置の一例を示す背面図である。図２は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の背面図である。図３は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の側面図である。図４は、アシスト装置が装着された利用者が前傾姿勢（前屈姿勢）となった状態を示す説明図である。

図１に示すアシスト装置１０は、利用者（人）の身体の一部である左右の肩部ＢＳに装着される一つの第一装着具１１と、その利用者の身体の他部である左右の脚部ＢＬに装着される二つの第二装着具１２とを備える。第一装着具１１は、利用者の肩部ＢＳ及び胸部ＢＢの少なくとも一方に装着されればよく、また、図示する形態以外であってもよい。本開示では、第二装着具１２は、脚部ＢＬの内の膝部ＢＮに装着される。第二装着具１２も、図示する形態以外であってもよい。

本開示のアシスト装置１０において、左右は、アシスト装置１０を装着した直立姿勢にある利用者にとっての左右であり、前後は、その利用者にとっての前後であり、上下はその利用者にとっての上下である。上が利用者の頭側であり、下が利用者の足側である。

アシスト装置１０は、第一装着具１１、及び左右の第二装着具１２の他に、ベルト体１３、アクチュエータ１４、制御部１５、バッテリ３７、及び、センサ３８を備える。

第一装着具１１は、利用者の肩部ＢＳに装着される。一方の第二装着具１２は、利用者の左の膝部ＢＮに装着される。他方の第二装着具１２は、利用者の右の膝部ＢＮに装着される。左側の第二装着具１２と右側の第二装着具１２とは左右対称であるが、構成は同じである。第一装着具１１と二つの第二装着具１２とは、利用者の関節である腰椎（腰部ＢＷ）を挟んで離れる二箇所、つまり肩部ＢＳ及び脚部ＢＬに装着される。

第一装着具１１は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第一装着具１１は、利用者の背中に装着される背本体部２１と、背本体部２１と繋がる肩ベルト２２及び腋ベルト２３とを有する。肩ベルト２２及び腋ベルト２３により、背本体部２１が利用者に背負われた状態となる。腋ベルト２３は背本体部２１と肩ベルト２２とを繋いでいて、その長さが調整可能である。腋ベルト２３の長さ調整により、背本体部２１が利用者の背中に密着した状態となる。第一装着具１１は肩部ＢＳに対して前後、左右、及び上下方向に移動不能となって装着される。

第二装着具１２は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第二装着具１２は、利用者の膝部ＢＮの後面側に装着される膝本体部２４と、膝本体部２４から延びて設けられている膝ベルト２５とを有する。膝ベルト２５は、膝部ＢＮの上下位置それぞれにおいて膝部ＢＮを周回し、その先端側が膝本体部２４に固定される。膝ベルト２５は、ベルトとバックル、又は、面ファスナー等の係止部材により、膝部ＢＮに対する巻き付き長さの調整が可能である。この調整により、膝本体部２４が膝部ＢＮの後面側に密着した状態となる。第二装着具１２は膝部ＢＮに対して前後、左右、及び上下方向に移動不能となって装着される。

ベルト体１３は、第一装着具１１と第二装着具１２とを結ぶようにして、利用者の背面側に沿って設けられている。ベルト体１３は、上半身側に設けられている第一ベルト１６と、下半身に設けられている第二ベルト１７と、第一ベルト１６と第二ベルト１７とを連結している連結部材１８とを有する。第一ベルト１６及び第二ベルト１７それぞれは、長尺であり、可撓性を有する。連結部材１８は、金属製であり、「平カン」と称される矩形の環状体により構成されている。

第一ベルト１６及び第二ベルト１７それぞれは、布製又は革製の帯状の部材であり、身体の形状に沿って湾曲可能である。なお、第一ベルト１６及び第二ベルト１７それぞれは、紐状のベルト（ワイヤーのような部材）であってもよい。本開示の第一ベルト１６及び第二ベルト１７それぞれは、非伸縮性の部材である、つまり、その長手方向に伸縮し難い特性又は伸縮しない特性を有する。

本開示のアシスト装置１０は、コントロールボックス３０を備える。コントロールボックス３０は、第一装着具１１の背本体部２１に設けられている。図５は、コントロールボックス３０及びベルト体１３の説明図である。コントロールボックス３０は、板状であるベース３１と、ベース３１を覆うカバー３２とを有する。コントロールボックス３０の内部構造を説明するために、図５ではカバー３２が仮想線（二点鎖線）で示されている。ベース３１が、第一装着具１１の背本体部２１であってもよい。

ベース３１とカバー３２との間に形成される空間に、アクチュエータ１４、制御部１５、バッテリ３７、及びセンサ３８等が設けられている。カバー３２には、開口（切り欠き）３２ａが形成されていて、この開口３２ａを第一ベルト１６が通過している。

アクチュエータ１４は、コントロールボックス３０内に設けられている。つまり、アクチュエータ１４は第一装着具１１に設けられている。アクチュエータ１４はベルト体１３の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。そのために、アクチュエータ１４は、モータ３３、減速機部３４、及び駆動プーリ３５を有する。モータ３３は、ブラシレスＤＣモータである。モータ３３は、制御部１５から出力される駆動信号に基づいて、所定のトルク、所定の回転数で回転することができる。

モータ３３の回転角度、回転速度、又は回転数等の回転に関するパラメータは、モータ３３に取り付けられている回転検出器３６によって検出される。本開示の回転検出器３６は、ロータリエンコーダであるが、ホールセンサ又はレゾルバであってもよい。回転検出器３６の検出結果は、制御部１５に入力される。制御部１５は、前記検出結果に基づいてモータ３３の動作を制御することで、アシスト装置１０は適切なアシスト力を生じさせることができる。

減速機部３４は、複数の歯車により構成されていて、モータ３３の回転数を減速して、減速機部３４の出力軸３４ａを回転させる。出力軸３４ａに駆動プーリ３５が連結されていて、これらは一体回転する。駆動プーリ３５には、第一ベルト１６の一端部１６ａ側が取り付けられている。モータ３３の正回転により、駆動プーリ３５が一方向に回転すると、第一ベルト１６が駆動プーリ３５に巻き取られる。駆動プーリ３５が他方向に回転すると、駆動プーリ３５から第一ベルト１６が送り出される。

このように、アクチュエータ１４は、ベルト体１３を巻き取り可能である駆動プーリ３５、及び、駆動プーリ３５にベルト体１３の巻き取り動作をさせるためのモータ３３を有する。第一ベルト１６が、アクチュエータ１４により巻き取り及び送り出しされる。アクチュエータ１４は、巻き取り方向の力をベルト体１３（第一ベルト１６）に付与することで利用者にアシスト力を付与することができる。

制御部１５は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットにより構成されている。制御部１５は、後にも説明するが、アクチュエータ１４（モータ３３）の動作を制御する。前記センサ３８として、加速度センサが設けられている。センサ３８の信号は制御部１５に入力される。後にも説明するが、制御部１５はセンサ３８からの信号に基づいて利用者の姿勢を推定することが可能となる。バッテリ３７は、制御部１５、モータ３３、回転検出器３６、及びセンサ３８に電力を供給する。センサ３８は、コントロールボックス３０の外部に設けられていてもよい。センサ３８は、加速度センサ以外として、傾斜センサ、ジャイロセンサ、又は、地磁気センサなどであってもよく、また、センサ３８は、これらのうちの複数を組み合わせた構成であってもよい。

〔ベルト体１３について〕
ベルト体１３は、前記のとおり、第一ベルト１６と第二ベルト１７と連結部材１８とを有する。第一ベルト１６の一端部１６ａ側が、駆動プーリ３５に巻かれて固定されている。第一ベルト１６の他端部１６ｂ側が、連結部材１８に固定されている。モータ３３が正回転し、駆動プーリ３５に第一ベルト１６が巻き取られると、連結部材１８は引き上げられる。連結部材１８が強制的に引き下げられると、駆動プーリ３５から第一ベルト１６が巻き出される（引き出される）。この際、モータ３３は逆回転する。駆動プーリ３５における第一ベルト１６の巻き取り量又は巻き出し量（引き出し量）と、モータ３３の出力軸の回転量との間には相関がある。ベルト体１３の巻き取り又は巻き出しに伴うモータ３３の回転に関するパラメータが、回転検出器３６によって検出される。

第二ベルト１７は、その途中で連結部材１８の一部に折り返された状態で掛けられている。この構成により、第二ベルト１７は、連結部材１８に固定されておらず、折り返しされた状態であるが、その長手方向の両方向（図５の矢印Ｘ方向）に移動自在となって連結部材１８に支持される。

図２において、第二ベルト１７は、第二装着具１２に取り付けられている。具体的に説明すると、第二ベルト１７は一本の帯状部材により構成されている。第二ベルト１７の一端部１７ａ側が、左の第二装着具１２に取り付けられている。第二ベルト１７の他端部１７ｄ側が、右の第二装着具１２に取り付けられている。前記のとおり、第二ベルト１７の途中部１７ｃが、連結部材１８に掛けられている。

前記のような第二ベルト１７の構成によれば、その第二ベルト１７は、連結部材１８から左の第二装着具１２までの左第二ベルト部１９と、連結部材１８から右の第二装着具１２までの右第二ベルト部２０とを有する。第二ベルト１７は、連結部材１８に掛けられていて、固定されていないことから、左第二ベルト部１９の長さと右第二ベルト部２０の長さとは、自由に変更可能となる。ただし、左第二ベルト部１９の長さと右第二ベルト部２０の長さとの合計は一定である。この構成により、利用者の例えば歩行が第二ベルト１７によって制限されず、利用者は楽に歩行できる。

〔アシスト装置１０によるアシスト力について〕
図７は、前記アシスト装置１０を装着した利用者が姿勢を変化する場合の説明図である。この姿勢の変化に対して、アシスト装置１０は、利用者にアシスト力を付与することができる。

アシスト装置１０が利用者に装着された状態で、制御部１５の制御により、常時、モータ３３は、弱い出力でベルト体１３を巻き取る方向に動作していて（トルクを発生させていて）、ベルト体１３に弱い張力を生じさせている。つまり、利用者にアシスト力を付与しない待機状態で、アクチュエータ１４は、ベルト体１３を巻き取る方向の弱い出力で動作を継続している。前記「弱い出力」とは、利用者にアシスト力を付与する場合よりも弱い出力である。アクチュエータ１４による前記弱い出力に基づいて、ベルト体１３には弱い張力が作用した状態にある。これにより、アシスト装置１０が利用者に装着されアシスト力を付与しない待機状態で、ベルト体１３が緩まない。そして、利用者が、特に人や物等を持ち下げるのではなく、アシスト力を不要として単に直立姿勢から前傾姿勢となる場合、利用者は、ベルト体１３の弱い前記張力に抗して前傾姿勢となることができる。この際、その姿勢の変化量に応じて、ベルト体１３は駆動プーリ３５から所定量について巻き出される。

利用者が例えば人や物を持ち上げるために、前傾姿勢から直立姿勢に姿勢変化する場合、アシスト力を発生させるために、アクチュエータ１４は、必要出力でベルト体１３を巻き取る方向に動作する。つまり、モータ３３によって第一ベルト１６が駆動プーリ３５に巻き取られる。第一ベルト１６が駆動プーリ３５に巻き取られると、連結部材１８は第二ベルト１７をアクチュエータ１４側、つまり、上側に引き上げる。第二ベルト１７は、その両端部１７ａ，１７ｄが左右の第二装着具１２に取り付けられている。第二装着具１２は膝部ＢＮに固定されている。このため、第一ベルト１６が駆動プーリ３５に巻き取られると、第一ベルト１６及び第二ベルト１７に張力が作用する。この張力が、利用者に対するアシスト力（補助力）として作用する。

第一ベルト１６及び第二ベルト１７に作用する張力により、第一装着具１１には、後方へ向かう作用力Ｆ１が生じる。つまり、前傾姿勢の利用者の上半身を起き上がらせる方向の作用力Ｆ１が生じる。また、これと同時に、第二ベルト１７は、その張力により、利用者の左臀部及び右臀部を前方に押し出す作用力Ｆ２が生じる。これにより、利用者は前傾姿勢から直立姿勢に楽に復帰することが可能となる。

反対に、利用者が荷物を持ち下げるために、直立姿勢から前傾姿勢に姿勢変化する場合、ベルト体１３の第一ベルト１６は駆動プーリ３５から巻き出されるが、アシスト力を発生させるために、アクチュエータ１４は、ベルト体１３の送り出しにブレーキ力を作用させながら、そのベルト体１３を送り出す。つまり、第一ベルト１６は駆動プーリ３５から巻き出されるが、アクチュエータ１４は、必要出力でベルト体１３を巻き取る方向にトルクを発生させる。

このように、人や荷物を持ち上げたり持ち下げたりする等のためにアシスト力が必要になると、利用者が、前傾姿勢から直立姿勢となる場合であっても、直立姿勢から前傾姿勢となる場合であっても、アクチュエータ１４は、ベルト体１３を巻き取る方向に所定の出力で動作する。アクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の前記必要出力を求める手段については、後に説明する。

〔制御部１５について〕
図６は、アシスト装置１０が備える制御構成を示すブロック図である。制御部１５は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットにより構成されていて、演算処理ユニット（ＣＰＵ）１５ａ及びメモリ等の記憶装置（記憶部）１５ｂを備える。演算処理ユニット１５ａは、記憶装置１５ｂに記憶されている各種プログラム及び各種パラメータ等に基づいて、種々の演算処理を実行する。本開示の制御部１５は、演算処理ユニット１５ａによる演算処理によって実現される機能部として、姿勢推定部４２ａと、処理部４２ｂとを有する。制御部１５は、更に、モータ３３の動作制御を行う駆動回路（モータドライバ）１５ｃを含む。前記の各機能部と駆動回路１５ｃとが協働することでモータ３３は所定の動作を実行する。

〔姿勢検出部２６について〕
アシスト装置１０は、利用者の姿勢を示す姿勢パラメータを求める姿勢検出部２６を備える。姿勢パラメータは、図７に示すように、鉛直線に対する利用者の上半身の傾斜角度θＬである。この傾斜角度θＬは姿勢角θＬと称される。以下において、姿勢パラメータを利用者の姿勢角θＬとして説明する。利用者が直立姿勢にある場合、θＬ＝０となる。姿勢検出部２６は、姿勢角θＬを、センサ３８の検出値に基づいて求めてもよく、または、アクチュエータ１４の動作量、つまり、ベルト体１３の巻き取り量又は送り出し量に基づいても求めてもよい。それぞれの場合について、以下説明する。

〔姿勢検出部２６（その１）〕
本開示のセンサ３８は、加速度センサにより構成されている。センサ３８は、利用者の姿勢に応じた信号を出力する。そして、制御部１５の機能部としての前記姿勢推定部４２ａが、センサ３８の出力に基づいて利用者の姿勢角θＬを求める。姿勢推定部４２ａは、求めた姿勢角θＬを時間微分することで、利用者の姿勢の変化率として、姿勢角θＬが変化する方向の角速度を求めることができる。姿勢角θＬは刻々と求められることから、刻々と求めた姿勢角θＬの変化量に基づいて角速度が求められてもよい。以上より、センサ３８と、姿勢推定部４２ａとによって姿勢検出部２６が構成される。

〔姿勢検出部２６（その２）について〕
姿勢検出部２６は、前記回転検出器３６を含む構成であってもよい。この場合、制御部１５が有する記憶装置１５ｂに対応情報ｉ１が記憶されている。対応情報ｉ１について説明する。前記のとおりアシスト力が不要の状態でも、ベルト体１３には弱い力（張力）が作用している。その状態で、利用者が姿勢変更すると、ベルト体１３の巻き取り又は送り出しがされる。その際のアクチュエータ１４の動作量としてモータ３３の回転角θＭが、回転検出器３６によって検出される。利用者の姿勢変更によるベルト体１３の巻き取り又は送り出しの際のモータ３３の回転角θＭと、姿勢角θＬとの間には、相関がある。そこで、図８に示すように、利用者の姿勢変更によるベルト体１３の巻き取り又は送り出しの際のモータ３３の回転角θＭと、姿勢角θＬとの関係を示す対応情報ｉ１が、記憶装置１５ｂに記憶されている。

なお、対応情報ｉ１は、図８に示すようにグラフによる形式ではなく、回転角θＭと姿勢角θＬとの関数であってもよく、又は、回転角θＭと姿勢角θＬとが対応付けられたテーブル（データベース）であってもよい。

図８に示す実線は、利用者が標準身長である場合の対応情報ｉ１であり、図８に示す破線は、身長が標準身長よりも低い場合の対応情報ｉ１であり、図８に示す一点鎖線は、身長が標準身長よりも高い場合の対応情報ｉ１である。このように、本開示では、対応情報ｉ１は、更に利用者の身長毎に設定される情報である。身長毎の対応情報ｉ１は、グラフによる形式又はテーブルによる形式以外として、標準身長の場合の対応情報を示す関数に、係数等を用いて換算して得た関数であってもよい。

対応情報ｉ１は、予め生成された情報である。つまり、対応情報ｉ１は、様々な身長の利用者にアシスト装置１０を装着し、姿勢角θＬを様々変化させ、姿勢角θＬ毎に回転角θＭを取得することで生成される。

前記のとおり、回転検出器３６は、利用者の姿勢変更によるベルト体１３の巻き取り又は送り出しの際のモータ３３の回転角θＭを検出する。回転角θＭが検出されると、姿勢推定部４２ａは、前記対応情報ｉ１に基づいて、姿勢角θＬを求める。姿勢推定部４２ａは、求めた姿勢角θＬを時間微分することで、利用者の姿勢の変化率として、姿勢角θＬが変化する方向の角速度を求めることができる。姿勢角θＬは刻々と求められることから、刻々と求めた姿勢角θＬの変化量に基づいて角速度が求められてもよい。以上のように、姿勢検出部２６は、回転検出器３６と、姿勢推定部４２ａとを有して構成される。

〔前記必要出力を求める手段について〕
アクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の前記必要出力は、制御部１５が有する処理部４２ｂによって求められる。処理部４２ｂは、必要出力を、姿勢検出部２６が求めた姿勢パラメータ（姿勢角θＬ）に基づいて求める。以下、具体例について説明する。

必要出力を求めるために、姿勢パラメータ（姿勢角θＬ）と、必要出力との関係を示す換算情報ｉ２（図９参照）が用いられる。換算情報ｉ２は、制御部１５の記憶装置１５ｂに記憶されている。換算情報ｉ２は、予め生成された情報である。つまり、換算情報ｉ２は、姿勢角θＬ毎に適切であると想定されるアクチュエータ１４の必要出力を予め設定し、姿勢角θＬと、その姿勢角θＬに対応する必要出力とが対応付けられて生成される。換算情報ｉ２についても、対応情報ｉ１と同様に、グラフによる形式、テーブルによる形式、又は、関数であってもよい。図９では、説明を容易とするために、換算情報ｉ２はテーブルによる形式である。図９中の必要出力を示す「Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ，Ｐｄ」はそれぞれ、所定の値である。姿勢角を示す「θＬ−１，θＬ−２・・・」等もそれぞれ、所定の値である。必要出力は、必要とされるアクチュエータ１４によるアシスト力と言い換えることができる。なお、換算情報ｉ２は、他の手段によって取得されてもよく、又は、他のアルゴリズムによる演算プログラムであってもよい。

〔利用者が直立姿勢から前傾姿勢へと姿勢変化する場合〕
利用者が姿勢を変化すると、姿勢検出部２６は、姿勢角θＬを刻々と求めると供に、直立姿勢から前傾姿勢になる際の姿勢の変化率として、角速度ωを求める。この角速度ωは、姿勢角θＬが変化する方向の値である。姿勢角θＬ及び角速度ωは、センサ３８による前記（その１）の姿勢検出部２６によって求められた値であってもよく、回転検出器３６による前記（その２）の姿勢検出部２６によって求められた値であってもよい。

姿勢角θＬが求められると、その姿勢角θＬに対応する必要出力が、前記換算情報ｉ２に基づいて求められる。例えば、姿勢検出部２６によって求められた姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合、必要出力は「Ｐｃ」である。

そして、角速度ωが求められると、その角速度ωに応じた係数で、換算情報ｉ２により求められる必要出力を補正する。その補正について説明する。
角速度ωに応じた係数Ｆが、予め設定されている係数情報ｉ３（図１０参照）として制御部１５の記憶装置１５ｂに記憶されている。図１０において、角速度ωを示す「ω１０，ω２０・・・」等はそれぞれ、所定の値である。
例えば姿勢角θＬが「θＬ−３０」として求められた際の角速度が「ω３０」である場合、対応する係数Ｆは「０．７」である。そこで、姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合の必要出力「Ｐｃ」に、角速度が「ω３０」である場合の係数「０．７」を作用させる（乗算する）。つまり、角速度が「ω３０」の場合のアクチュエータ１４の必要出力は「０．７×Ｐｃ」となる。

これに対して、姿勢角θＬが「θＬ−３０」として求められた際の求められた角速度が「ω３０」よりも小さい「ω１０」であったとする。この場合、前記係数情報ｉ３によれば「ω１０」に対応する係数Ｆは「１．３」である。そこで、姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合の必要出力「Ｐｃ」に、角速度が「ω１０」である場合の係数「１．３」を作用させる。つまり、角速度が（「ω３０」よりも）小さい「ω１０」の場合のアクチュエータ１４の必要出力は「１．３×Ｐｃ」となる。

ここで、利用者が直立姿勢から前傾姿勢へと早い動作で姿勢変化する場合、その姿勢変化を阻害しないように、アクチュエータ１４の出力を小さくするのが好ましい。そこで、早い動作で姿勢変化する場合、つまり、前記の例のように、姿勢変化の際に求められた角速度が比較的大きい「ω３０」となる場合、アクチュエータ１４の必要出力が「０．７×Ｐｃ」となり、比較的小さい値となる。

これに対して、例えば、人や物を持ち下げる場合のように、利用者が直立姿勢から前傾姿勢へとゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、アクチュエータ１４の出力を大きくするのが好ましい。そこで、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、つまり、前記の例のように、姿勢変化の際に求められた角速度が比較的小さい「ω１０」となる場合、アクチュエータ１４の必要出力が「１．３×Ｐｃ」となり、比較的大きい値となる。

このように、処理部４２ｂは、利用者の姿勢の変化率を示す角速度ωに応じて、アクチュエータ１４の必要出力を求める。つまり、アクチュエータ１４の必要出力が、角速度ωに対応する係数Ｆによって補正されて求められる。利用者が直立姿勢から前傾姿勢に、早い動作で姿勢変化する場合と、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合とで、アクチュエータ１４の必要出力を「０．７×Ｐｃ」と「１．３×Ｐｃ」とするように、異ならせることができる。

しかし、角速度ωに応じて必要出力を求めた結果、アクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の出力が小さくなりすぎると、ベルト体１３が緩んでしまう。この場合、その後、アシスト力が必要となった場合に、適切にアシスト力を発生させることができなくなる。そこで、本開示では、処理部４２ｂは、角速度ωに応じて必要出力を求めた結果、その必要出力が下限設定値Ｑｂを下回る場合、アクチュエータ１４の必要出力を下限設定値Ｑｂ又は下限設定値Ｑｂを超える値として求める。

下限設定値Ｑｂは、例えば、次の値に設定される。
前記のとおり、利用者に装着されたアシスト装置１０がアシスト力を発生させない場合、アクチュエータ１４は、ベルト体１３を巻き取る方向の弱い出力で動作を継続している。この「弱い出力」は、利用者にアシスト力を付与する場合よりも弱い出力である。下限設定値Ｑは、前記「弱い出力」に相当する値に設定される。

図１１は、角速度ωと、必要出力との関係の説明図である。前記係数情報ｉ３（図１０参照）は、角速度ωが大きくなるにしたがって必要出力は小さくなるように、係数Ｆが設定されている。このため、図１１に示すように、角速度ωが大きくなるにしたがって必要出力は小さくなる。しかし、必要出力が下限設定値Ｑｂを下回る場合、必要出力は、下限設定値Ｑｂとして求められる。または、必要出力が下限設定値Ｑｂを下回る場合、必要出力は、下限設定値Ｑｂを超える値として求められてもよい。

このように必要出力が設定されることで、ベルト体１３が緩んでしまうのを防ぐことが可能となる。なお、図１１では、角速度ωと必要出力との関係が（下限設定値Ｑｂまでは）線形で変化するように説明しているが、非線形で変化する関係であってもよく、段階的に変化する関係となってもよい。

〔利用者が前傾姿勢から直立姿勢へと姿勢変化する場合〕
利用者が姿勢を変化すると、姿勢検出部２６は、姿勢角θＬを刻々と求めると供に、前傾姿勢から直立姿勢になる際の姿勢の変化率として、角速度ωを求める。この角速度ωは、姿勢角θＬが変化する方向の値である。姿勢角θＬ及び角速度ωは、センサ３８による前記（その１）の姿勢検出部２６によって求められた値であってもよく、回転検出器３６による前記（その２）の姿勢検出部２６によって求められた値であってもよい。

姿勢角θＬが求められると、その姿勢角θＬに対応する必要出力が、前記換算情報ｉ２（図９参照）に基づいて求められる。例えば姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合、必要出力は「Ｐｃ」である。なお、換算情報ｉ２は、利用者が直立姿勢（図７の左側）から前傾姿勢（図７の右側）へと姿勢変化する場合と、その反対である利用者が前傾姿勢から直立姿勢へと姿勢変化する場合とで、共通に用いられる情報であってもよいが、前者と後者とで別の情報であってもよい。本開示では、換算情報ｉ２は、共通に用いられる情報である。

そして、角速度ωが求められると、その角速度ωに応じた係数で、換算情報ｉ２により求められる必要出力を補正する。その補正について説明する。
角速度ωに応じた係数Ｆは、予め設定されている係数情報ｉ３（図１０参照）として制御部１５の記憶装置１５ｂに記憶されている。係数情報ｉ３は、利用者が直立姿勢（図７の左側）から前傾姿勢（図７の右側）へと姿勢変化する場合と、その反対である利用者が前傾姿勢から直立姿勢へと姿勢変化する場合とで、共通に用いられる情報であってもよいが、前者と後者とで別の情報であってもよい。本開示では、換算情報ｉ２は、共通に用いられる情報である。

例えば、姿勢角θＬが「θＬ−３０」として求められた際の角速度が「ω３０」である場合、対応する係数Ｆは「０．７」である。そこで、姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合の必要出力「Ｐｃ」に、角速度が「ω３０」である場合の係数「０．７」を作用させる（乗算する）。つまり、角速度が「ω３０」の場合のアクチュエータ１４の必要出力は「０．７×Ｐｃ」となる。

これに対して、姿勢角θＬが「θＬ−３０」として求められた際の求められた角速度が「ω３０」よりも小さい「ω１０」であったとする。この場合、前記係数情報ｉ３によれば「ω１０」に対応する係数Ｆは「１．３」である。そこで、姿勢角θＬが「θＬ−３０」の場合の必要出力「Ｐｃ」に、角速度が「ω１０」である場合の係数「１．３」を作用させる。つまり、角速度が（「ω３０」よりも）小さい「ω１０」の場合のアクチュエータ１４の必要出力は「１．３×Ｐｃ」となる。

ここで、利用者が前傾姿勢から直立姿勢へと早い動作で姿勢変化する場合、その姿勢変化を阻害しないように、アクチュエータ１４の出力を小さくするのが好ましい。そこで、早い動作で姿勢変化する場合、つまり、前記の例のように、姿勢変化の際に求められた角速度が比較的大きい「ω３０」となる場合、アクチュエータ１４の必要出力が「０．７×Ｐｃ」となり、比較的小さい値となる。

これに対して、例えば、人や物を持ち上げる場合のように、利用者が前傾姿勢から直立姿勢へとゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、アクチュエータ１４の出力を大きくするのが好ましい。そこで、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合、つまり、前記の例のように、姿勢変化の際に求められた角速度が比較的小さい「ω１０」となる場合、アクチュエータ１４の必要出力が「１．３×Ｐｃ」となり、比較的大きい値となる。

このように、処理部４２ｂは、利用者の姿勢の変化率を示す角速度ωに応じて、アクチュエータ１４の必要出力を求める。つまり、アクチュエータ１４の必要出力が、角速度ωに対応する係数Ｆによって補正されて求められる。利用者が前傾姿勢から直立姿勢に、早い動作で姿勢変化する場合と、ゆっくりとした動作で姿勢変化する場合とで、アクチュエータ１４の必要出力を「０．７×Ｐｃ」と「１．３×Ｐｃ」とするように、異ならせることができる。

しかし、角速度ωに応じて必要出力を求めた結果、アクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の出力が大きくなりすぎると、アクチュエータ１４（モータ３３）に過負荷が作用し、アクチュエータ１４（モータ３３）にとって好ましくない。そこで、本開示では、処理部４２ｂは、角速度ωに応じて必要出力を求めた結果、その必要出力が上限設定値Ｑｔを超える場合、アクチュエータ１４の必要出力を上限設定値Ｑｔ又は上限設定値Ｑｔ未満の値として求める。

図１２は、角速度ωと、必要出力との関係の説明図である。前記係数情報ｉ３（図１０参照）は、角速度ωが小さくなるにしたがって必要出力は大きくなるように、係数Ｆが設定されている。このため、図１２に示すように、角速度ωが小さくなるにしたがって必要出力は大きくなる。しかし、必要出力が上限設定値Ｑｔを超える場合、必要出力は、上限設定値Ｑｔとして求められる。または、必要出力が上限設定値Ｑｔを超える場合、必要出力は、上限設定値Ｑｂ未満の値として求められてもよい。この構成によれば、アクチュエータ１４（モータ３３）に過負荷が作用するのを防ぐことが可能となる。なお、図１２では、角速度ωと必要出力との関係が（上限設定値Ｑｔまでは）線形で変化するように説明しているが、非線形で変化する関係であってもよく、段階的に変化する関係となってもよい。

以上のようにして、アクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の必要出力が処理部４２ｂによって求められる。必要出力が求められると、更に処理部４２ｂによって、その必要出力に応じたモータ電流が求められる。そのモータ電流が指令信号として、モータ３３に与えられる。これにより、アクチュエータ１４は、必要出力で動作する。なお、必要出力とモータ電流との関係は、例えば、予め設定されていて、その関係の情報が記憶装置１５ｂに記憶されていてもよい。処理部４２ｂは、その情報に基づいて、モータ電流を決定する。なお、必要出力に応じたモータ電流は、他の手段によって求められてもよい。

アクチュエータ１４による前記必要出力は、アクチュエータ１４が発生させるアシスト力の目標値である。なお、その目標値は、姿勢の変化率（角速度ω）によって補正した値（つまり、補正後の目標値）となったり、更には、補正しても、それが下限設定値を下回る場合、別の値（下限設定値又はそれを超える値）として求められたり、また、補正しても、それが上限設定値を超える場合、更に別の値（上限設定値又はそれ未満の値）として求められたりする。

〔本開示のアシスト装置１０について〕
以上のように、本開示のアシスト装置１０は（図２参照）、利用者の肩部ＢＳに装着される第一装着具１１と、その利用者の左右の脚部ＢＬそれぞれに装着される第二装着具１２と、ベルト体１３と、アクチュエータ１４とを備える。ベルト体１３は、第一装着具１１と第二装着具１２とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ１４は、第一装着具１１に設けられていて、ベルト体１３の一部の巻き取り及び送り出しを可能とするように構成されている。

このアシスト装置１０によれば、ベルト体１３が第一装着具１１と第二装着具１２とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ１４がベルト体１３（第一ベルト１６）を巻き取ることで、第一ベルト１６及び第二ベルト１７に張力が作用する。その張力により利用者の作業を補助するアシスト力が生まれ、利用者の身体の負担が軽減される。

例えば、利用者（介助者）が、荷重（被介助者）を手で支えながら前傾姿勢から直立姿勢になる際（図７参照）、アクチュエータ１４がベルト体１３を巻き取ることで、そのベルト体１３に張力が作用する。その張力により利用者が前傾姿勢から直立姿勢になりやすく、利用者の身体の負担が軽減される。つまり、アクチュエータ１４によりベルト体１３に作用する張力がアシスト力として発生する。

本開示のアシスト装置１０は、利用者の姿勢を示す姿勢パラメータとして姿勢角θＬを求める姿勢検出部２６を有する。そして、アシスト装置１０の制御部１５は、その姿勢角θＬに基づいてアクチュエータ１４によるベルト体１３の巻き取り方向の必要出力を求め、アクチュエータ１４の動作制御を行う。この構成によれば、利用者の姿勢に関わらず一定の出力でアクチュエータ１４が動作するのではなく、利用者の姿勢（姿勢角θＬ）に応じた出力でアクチュエータ１４が動作する。このため、アシスト装置１０は、利用者の姿勢に応じて、適切な強さのアシスト力をその利用者に付与することが可能となる。

〔他のアシスト装置１０〕
前記開示のアシスト装置１０は、第二装着具１２が利用者の脚部ＢＬに装着されている。図１３に示すように、第二装着具１２は、利用者の腰部ＢＷに装着されていてもよい。この場合、第二装着具１２は、腰ベルト形であってもよく、パンツ形であってもよい。第二装着具１２が腰部ＢＷに装着される場合、アクチュエータ１４は、第一装着具１１に取り付けられていてもよいが、第二装着具１２に取り付けられていてもよい。この場合、利用者の姿勢を検出するためのセンサ３８は、第二装着具１２に設けられていてもよい。図１３では、アクチュエータ１４は、第一装着具１１に取り付けられている。

図１３に示すアシスト装置１０の場合においても、ベルト体１３は第一装着具１１と第二装着具１２とにわたって利用者の背面側に沿って設けられる。アクチュエータ１４がベルト体１３を巻き取ることで、ベルト体１３に張力が作用する。その張力により利用者の作業を補助するアシスト力が生まれ、利用者の身体の負担が軽減される。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

１０：アシスト装置 １１：第一装着具 １２：第二装着具
１３：ベルト体 １４：アクチュエータ １５：制御部
２６：姿勢検出部 ３６：回転検出器（検出器） ３８：センサ
４２ａ：姿勢推定部

Claims (8)

1. 利用者の肩部及び胸部の少なくとも一方に装着される第一装着具と、
   前記利用者の左右の脚部それぞれ又は腰部に装着される第二装着具と、
   前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、
   前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ、前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とすると供に、巻き取り方向の力を前記ベルト体に付与することで前記利用者にアシスト力を付与するアクチュエータと、
   前記利用者の姿勢を示す姿勢パラメータを求める姿勢検出部と、
   前記姿勢パラメータに基づいて前記アクチュエータによる前記ベルト体の巻き取り方向の必要出力を求めると共に当該アクチュエータの動作制御を行う制御部と、
   を備える、アシスト装置。
2. 前記制御部は、前記利用者に前記アシスト力を付与しない待機状態で、前記ベルト体を巻き取る方向の出力であって前記利用者にアシスト力を付与する場合よりも弱い出力で前記アクチュエータを動作させる制御を行う、請求項１に記載のアシスト装置。
3. 前記姿勢検出部は、前記利用者が直立姿勢から前傾姿勢になる際の姿勢の変化率を求め、
   前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求める、請求項１又は２に記載のアシスト装置。
4. 前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求めた結果、当該必要出力が下限設定値を下回る場合、前記アクチュエータの必要出力を前記下限設定値又は前記下限設定値を超える値として求める、請求項３に記載のアシスト装置。
5. 前記姿勢検出部は、前記利用者が前傾姿勢から直立姿勢になる際の姿勢の変化率を求め、
   前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求める、請求項１〜４のいずれか一項に記載のアシスト装置。
6. 前記制御部は、前記変化率に応じて前記必要出力を求めた結果、当該必要出力が上限設定値を超える場合、前記アクチュエータの必要出力を前記上限設定値又は前記上限設定値未満の値として求める、請求項５に記載のアシスト装置。
7. 前記姿勢検出部は、
   前記利用者の姿勢変更による前記ベルト体の巻き取り又は送り出しの際の前記アクチュエータの動作量を検出する検出器と、
   前記動作量と前記姿勢パラメータとの関係を示す対応情報に基づいて、前記姿勢パラメータを求める姿勢推定部と、を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアシスト装置。
8. 前記姿勢検出部は、
   前記第一装着具又は前記第二装着具に設けられ前記利用者の姿勢に応じた信号を出力するセンサと、
   前記センサの出力に基づいて前記姿勢パラメータを求める姿勢推定部と、を有する、請求項１〜６のいずれか一項に記載のアシスト装置。

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