(57)【要約】【課題】  腰を曲げた中腰支援用の装着型支援ロボット装置を、少ない駆動源で実現する。【解決手段】  装着者１０に装着される保持装置に設けられるアシスト駆動機構３の左右一対の駆動源６０は、装着者の体幹下部の両側方で、体幹と各大腿との間に支持力モーメントを与える。一対の角度センサ６７（図１２）は、体幹と各大腿との相対的な角度を検出する。駆動制御手段は、計時手段を備え、角度センサ６７によって検出される左右の角度θ４０ｉが中腰の予め定める範囲（θ４０≦θ４０ｉ、図５５のステップｕ４４）内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した中腰の継続時間が予め定める第１の時間Ｗ４２以上経過すると、駆動源６０によって、第１の時間Ｗ４２内に角度センサ６７で計測された角度を保つように、中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）を与える。【選択図】    図１
2020196129.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
駆動制御手段とを含み、
駆動制御手段は、計時手段を備え、左右の角度センサの出力に応答し、検出される左右の角度θ４０ｉが中腰の予め定める範囲内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める第１の時間Ｗ４２以上経過すると、左右の駆動源によって、前記第１の時間Ｗ４２内に角度センサで計測された角度を保つように、中腰支援力モーメントＴ４２ｊを与えることを特徴とする装着型支援ロボット装置。
【請求項２】
駆動制御手段は、
前記第１の時間Ｗ４２以上で前記中腰の予め定める範囲で腰が曲げられる方向に曲げているときの角度θ４２ｊの平均の中腰角度θａｖｅを求め、その曲げているときの角度θ４２ｊと前記平均の中腰角度θａｖｅとの差である平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊを演算し、この平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊが大きくなるにつれて中腰支援力モーメントＴ４２ｊが大きくなるように求めることを特徴とする請求項１記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項３】
駆動制御手段は、中腰支援力モーメントＴ４２ｊを、前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊにばね定数ｋ４３を乗じて演算することを特徴とする請求項２記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項４】
駆動制御手段は、
前記曲げているときの角度θ４２ｊの前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊが、予め定める角度変化幅Δθ４３以上で予め定める第２の時間Ｗ４３だけ継続すると、中腰支援力モーメントＴ４２ｊのためのばね定数ｋ４４ｊを小さく演算することを特徴とする請求項２記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項５】
駆動制御手段は、
中腰支援力モーメントＴ４２ｊのためのばね定数ｋ４４ｊは、前記予め定める角度変化幅Δθ４３と前記平均との角度変化幅Δθ４２ｊとの差Δθ４２３に依存して前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊが大きくなるにつれて、ばね定数ｋ４４ｊを小さくすることを特徴とする請求項４記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項６】
（ｊ）保持装置は、
装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具とを含み、
（ｋ）アシスト駆動機構は、
（ｋ１）その駆動源が、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有し、
（ｋ２）体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
（ｋ３）上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸と、
（ｋ４）体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
（ｋ５）各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸と、
（ｋ６）体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか１つを、取り付ける取り付け手段とを有することを特徴とする請求項１〜５のうちの１つに記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項７】
保持装置に設けられ、体幹の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、着地判断手段からの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする請求項１〜６の１つに記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項８】
角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記支持力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、前記角度センサが検出した角度に比例して減少し、
前記振り上げ力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする請求項１〜６の１つに記載の装着型支援ロボット装置。
【請求項９】
（Ｌ）体幹の加速度を検出する加速度センサと、
（ｍ）加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段とを含み、
（ｎ）駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
（ｏ）前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする請求項６に記載の装着型支援ロボット装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着者が行なう力作業などを支援するパワーアシストスーツ、パワーアシストロボット装置などと呼ばれる装着型支援ロボット装置に関する。
本件明細書中、用語「左右方向」、「前後方向」および「上下方向」、ならびに「正面」、「側面」、「平面」および「背面」は、支援される装着者が、上体ともいうことがある体幹とともに両下肢を揃えて直立した姿勢における方向をいう。
図面のハッチング、斜線は、断面でない部分にも、構成を明瞭に示すために描かれることがある。
【背景技術】
【０００２】
農業従事者の高齢化が進んでいる状況の中で、大型の農業機械化ではなく、狭い農地に適し、さらに山間部農業の活性化や地域再生化に役立つ農作業支援機器として、装着型支援ロボット装置が利用される。装着型支援ロボット装置は、農業の軽作業支援のために、果物、たとえば桃、柿、みかん、ぶどうおよびキュウイなどの受粉、摘花、摘果、袋掛けおよび収穫などの上向き作業、および、いちごなどの収穫時の中腰作業など、１０ｋｇ程度以下の軽量物の持ち上げ、持ち下ろしおよび運搬などの作業支援、さらに、平地や傾斜地および階段での歩行や走行支援に用いられる。装着型支援ロボット装置は、農業の重作業支援のために、大根やキャベツなど大型野菜の中腰姿勢での収穫作業、ならびに、米袋・収穫物コンテナなど３０ｋｇ程度の重量物の持ち上げ、積み込み、積み下ろしおよび運搬作業の支援に用いられる。
【０００３】
装着型支援ロボット装置はまた、農業用以外に工場用や物流用や建設用として、軽量物、重量物などの物の運搬作業や長時間継続する一定姿勢での作業などに使用され、さらに、介護用として、ベッドから車椅子への人体の移乗作業などに使用され、また、身体機能を回復するために歩行リハビリテーション支援用などにも使用することができる。さらに、降雪地帯では、雪かき作業に使用できる。災害時の緊急救助作業、およびがれきなどの災害ごみの搬出作業などにも使用できる。装着型支援ロボット装置は、このように物、人体などの物体の移動、取扱いなどのために使用される。
【０００４】
従来の装着型支援ロボット装置は、歩行支援などのために、体幹下部の左右に電動モータをそれぞれ備え、さらに左右の下肢の膝関節付近にも電動モータをそれぞれ備えて、支援力モーメントを発生する（特許文献１〜３）。したがって、電動モータの数が多く、重量が大きく、また消費電力が大きいという問題がある。
【０００５】
これらの従来の装着型支援ロボット装置はまた、歩行支援などのために、足の着地を圧力などによって検出する床反力センサを備える。床反力センサからの出力信号は、可撓性電線によって、または電池駆動で無線送信されて、体幹下部に配置される電動モータ用制御装置に与えられる。したがって、足の着地を検出する床反力センサとそれに関連する構成が煩雑である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４２００４９２号公報
【特許文献２】特許第４１７８１８５号公報
【特許文献３】特開２００６−７５４５６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、少ない駆動源を備え、構成を簡略化した装着型支援ロボット装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、
装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
駆動制御手段とを含み、
駆動制御手段は、計時手段を備え、左右の角度センサの出力に応答し、検出される左右の角度θ４０ｉが中腰の予め定める範囲（θ４０≦θ４０ｉ、図５５のステップｕ４４）内にあるとき、その中腰の継続時間を計時し、計時した前記中腰の継続時間が予め定める第１の時間Ｗ４２以上経過すると、左右の駆動源によって、前記第１の時間Ｗ４２内に角度センサで計測された角度を保つように、中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）を与えることを特徴とする装着型支援ロボット装置である。
【０００９】
本件明細書中、用語「支持」を「支援」と呼ぶことがあり、たとえば、図３９（４）における「支援力モーメント」は「支持力モーメント」を表わす。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、中腰の予め定める範囲内にある中腰姿勢が、予め定める第１の時間Ｗ４２以上継続すると、左右の駆動源によって、検出角度を保つように、中腰支援力モーメントが与えられる。したがって、装着者は、中腰姿勢を容易に継続でき、中腰姿勢で作業を容易に行なうことができる。
【００１１】
本発明は、
駆動制御手段は、
前記第１の時間Ｗ４２以上で前記中腰の予め定める範囲（θ４０≦θ４０ｉ、図５５のステップｕ４４）で腰が曲げられる方向に曲げているときの角度θ４２ｊの平均の中腰角度θａｖｅを求め（式３）、その曲げているときの角度θ４２ｊと前記平均の中腰角度θａｖｅとの差である平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊ（図５６のステップｕ６２）を演算し（式４）、この平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊが大きくなるにつれて中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）が大きくなるように（図５６のステップｕ６５）求めることを特徴とする。
【００１２】
本発明は、
駆動制御手段は、中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）を、前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊにばね定数ｋ４３（式５）を乗じて演算することを特徴とする。
【００１３】
本発明は、
駆動制御手段は、
前記曲げているときの角度θ４２ｊの前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊ（図５６のステップｕ６２）が、予め定める角度変化幅Δθ４３以上（図５６のステップｕ６６）で予め定める第２の時間Ｗ４３だけ継続すると、中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）のためのばね定数ｋ４４ｊ（式６）を小さく演算することを特徴とする。
【００１４】
本発明は、
駆動制御手段は、
中腰支援力モーメントＴ４２ｊ（式５）のためのばね定数ｋ４４ｊ（式６）は、前記予め定める角度変化幅Δθ４３と前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊ（図５６のステップｕ６２）との差Δθ４２３に依存して前記平均との差の角度変化幅Δθ４２ｊが大きくなるにつれて、ばね定数ｋ４４ｊ（式６）を小さくすることを特徴とする。
【００１５】
本発明は、
（ｊ）保持装置は、
装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具とを含み、
（ｋ）アシスト駆動機構は、
（ｋ１）その駆動源が、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有し、
（ｋ２）体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
（ｋ３）上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸と、
（ｋ４）体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
（ｋ５）各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸と、
（ｋ６）体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか１つを、取り付ける取り付け手段とを有することを特徴とする。
【００１６】
上アームは、細長い長尺の部材でもよいが、その他の実施の形態では、体幹上部を、少なくとも部分的に覆う曲面状に形成された部材である面状フレームでもよい。下アームもまた、細長い長尺の部材でもよいが、その他の実施の形態では、体幹下部から大腿を、少なくとも部分的に覆う曲面状に形成された部材である面状フレームでもよい。
【００１７】
本発明によれば、体幹上部保持具と体幹下部保持具と大腿保持具とが装着者に装着され、体幹上部保持具と左右方向の軸線まわりに角変位自在に第１受動回転軸を介して連結された上端部を有する上アームの下端部と、大腿保持具と左右方向の軸線まわりに角変位自在に第２受動回転軸を介して連結された下端部を有する下アームの上端部との間に、体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置される駆動源によって、左右において支援力モーメントを与え、体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか１つを、取り付け手段によって取り付けるので、各駆動源によって出力される左右方向の軸線まわりの支援力モーメントを、体幹と左右の各大腿との間に及ぼすことができる。
【００１８】
アシスト駆動機構において、上アームは、脊柱の腰椎を含む椎骨などによる椎間関節によって前後に弯曲しやすい体幹に、その上下の各位置で、体幹上部保持具と体幹下部保持具とに関連して取り付けられるので、駆動源が上アームと下アームとを相対的に角変位駆動して出力する支援力モーメントが、大腿に対して体幹に確実に与えられる。したがって、装着者は、この支援によって容易に作業できる。上下の各アームは、左右方向の軸線まわりに剛性であり、可撓性、弾発性を有さず、支援力モーメントを伝える。
【００１９】
本発明は、
保持装置に設けられ、体幹の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、着地判断手段からの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
本発明は、
角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段を含み、
駆動制御手段は、各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与え、
前記支持力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、前記角度センサが検出した角度に比例して減少し、
前記振り上げ力モーメントは、予め定める時間だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする。
【００２０】
本発明は、
（Ｌ）体幹の加速度を検出する加速度センサと、
（ｍ）加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
（ｎ）各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない
遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段と、を含み、
（ｏ）前記着地判断手段は、前記加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、前記加速度センサが前記加速度の極大値を検出する時刻において、前記各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図２】装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す側面図である。
【図３】装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す背面図である。
【図４】装着型支援ロボット装置１の一部の斜視図である。
【図５】体幹下部保持具３０の水平断面図である。
【図６】体幹下部保持具３０の分解斜視図である。
【図７】本発明の実施の他の形態における取り付け手段９４ａとその付近を示す一部の水平断面図である。
【図８】取り付け手段９４ａとその付近を簡略化して示す側面図である。
【図９】腰ベルト３３ａと保護具３６ａとを示す簡略化した水平断面図である。
【図１０】長さ調整機構５８の一部を装着者１０の後方から見た分解斜視図である。
【図１１】図１０は、大腿保持具４０を示す分解斜視図である。
【図１２】アシスト駆動機構３の一部を示す断面図である。
【図１３】第３受動回転軸７３を装着者１０の外側方から見た断面図である。
【図１４】装着者１０の後方から見た制御ボックス５３の簡略化した縦断面図である。
【図１５】装着者１０の左手１６Ｌに装着される手袋装置１９０Ｌの一部の断面図である。
【図１６】物体センサ１９１、１９２が設けられる左手１６Ｌの手背から見た骨格を示す平面図である。
【図１７】装着者１０の歩行支援動作を説明するためのスケルトン図である。
【図１８】装着者１０が歩行支援されている状態を示す遊脚側から見た側面図である。
【図１９】装着者１０の持ち上げ支援動作を説明するためのスケルトン図である。
【図２０】装着者１０の中腰支援動作を説明するためのスケルトン図である。
【図２１】体幹１１を左右に傾けた状態を示す簡略化した正面図である。
【図２２】下肢を外転して開脚した状態を示す簡略化した正面図である。
【図２３】体幹１１を回旋した状態を示す簡略化したスケルトン図である。
【図２４】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置２０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図２５】装着型支援ロボット装置２０１の装着状態を示す側面図である。
【図２６】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置３０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図２７】装着型支援ロボット装置３０１の装着状態を示す側面図である。
【図２８】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置４０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図２９】装着型支援ロボット装置４０１の装着状態を示す側面図である。
【図３０】駆動源６０付近の拡大側面図である。
【図３０Ａ】駆動源６０付近の正面から見た拡大正面図である。
【図３０Ｂ】駆動源６０付近の背後から見た拡大背面図である。
【図３０Ｃ】駆動源６０付近の拡大平面図である。
【図３０Ｄ】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置４０１ａを装着者１０に装着した状態を示す、駆動源６０付近の拡大側面図である。
【図３１】支援ロボット装置１およびその他の実施の形態の支援ロボット装置における電気的構成を示す電気回路図である。
【図３２】駆動源６０の駆動軸６２によって出力される駆動トルクを説明するための図である。
【図３３】支援ロボット装置１の処理回路１１３によって実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３４】処理回路１１３による姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３５】処理回路１１３によるアシスト制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３６】処理回路１１３による歩行アシスト制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３７】処理回路１１３による遊脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３８】処理回路１１３による支持脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図３９】支援ロボット装置１による歩行支援が継続されているときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４０】支援ロボット装置１による歩行支援が開始されるときの動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４１】支援ロボット装置１による歩行支援が継続されているときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４２】支援ロボット装置１による歩行支援が終了されるときの処理回路１１３の動作を説明するためのタイムチャートである。
【図４３】処理回路１１３の歩行支援の判断動作を説明するためのフローチャートである。
【図４４】処理回路１１３による歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４５】処理回路１１３による図４４に続いて実行される歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４６】処理回路１１３による図４５に続いて実行される歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４７】処理回路１１３による図４６に続いて実行される歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。
【図４８】処理回路１１３による持ち上げ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図４９】処理回路１１３による上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５０】処理回路１１３による持ち上げ支援動作を説明するためのフローチャートである。
【図５１】処理回路１１３による持ち下げブレーキ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５２】処理回路１１３による持ち下げブレーキ支援制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５３】処理回路１１３による中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５４】処理回路１１３による中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。
【図５５】処理回路１１３の中腰支援動作を示すフローチャートである。
【図５６】図５５のステップｕ４６において実行される処理回路１１３の中腰支援動作を示すフローチャートである。
【図５７】予め定める経過時間Ｗ４２（たとえば３秒間）内における装着者１０の各検出角度に対応する姿勢を示すスケルトン図である。
【図５８】平均値θａｖｅを示す一部のスケルトン図である。
【図５９】処理回路１１３による中腰支援動作におけるばね定数ｋ４４ｊの特性を示すグラフである。
【図６０】処理回路１１３によって、手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４を用いないで、持ち上げアシスト制御および持ち下げブレーキ制御を実現する動作を説明するためのフローチャートである。
【図６１】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置５０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図６２】装着型支援ロボット装置５０１の装着状態を示す側面図である。
【図６３】装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す正面図である。
【図６４】装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す側面図である。
【図６５】装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す平面図である。
【図６６】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置５５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図６７】装着型支援ロボット装置５５１の装着状態を示す側面図である。
【図６８】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図６９】装着型支援ロボット装置６０１の装着状態を示す側面図である。
【図７０】装着型支援ロボット装置６０１の装着状態を示す背面図である。
【図７１】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６３１の装着状態を示す背面図である。
【図７２】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図７３】装着型支援ロボット装置６５１の装着状態を示す側面図である。
【図７４】装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の正面図である。
【図７５】装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の左側面図である。
【図７６】装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の平面図である。
【図７７】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置７０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図７８】装着型支援ロボット装置７０１の装着状態を示す側面図である。
【図７９】装着型支援ロボット装置７０１の装着状態を示す背面図である。
【図８０】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置７５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図８１】装着型支援ロボット装置７５１の装着状態を示す側面図である。
【図８２】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置８０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図８３】装着型支援ロボット装置８０１の装着状態を示す側面図である。
【図８４】本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置８５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図である。
【図８５】装着型支援ロボット装置８５１の装着状態を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
図１は本発明の実施の一形態である装着型支援ロボット装置１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２は装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す側面図であり、図３は装着型支援ロボット装置１の装着状態を示す背面図であり、図４は装着型支援ロボット装置１の一部の斜視図である。これらの図面を参照して、装着型支援ロボット装置１は、装着者１０に装着されて保持される保持装置２と、保持装置に設けられ装着者１０の体幹１１と左右の各大腿１２との間に支援力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構３とを有する。図１〜３は、装着者１０が、体幹１１とともに左右の大腿１２を含む両下肢を揃えて直立した姿勢を示す。左右とは、前述のとおり、装着者１０における方向を言い、したがって、図１における右、左である。装着型支援ロボット装置１は、それを装着した装着者１０の正中矢状面１３に関して左右にほぼ面対称に構成され、本件明細書、図面中、左右の構成要素の参照符は、左右を個別的に示すために数字に添え字Ｌ、Ｒをそれぞれ付し、総括的に、または連結した構成を示すために、および左または右を記載
して数字だけで示す。
【００２３】
保持装置２は、装着者１０の胸郭、鎖骨、肩甲骨付近の体幹上部１４に装着されて保持される体幹上部保持具２０と、腹、腰の骨盤、股関節付近の体幹下部１５に装着されて保持される腰カフと呼ぶことができる体幹下部保持具３０と、大腿１２に装着されて保持される大腿保持具４０とを含む。
【００２４】
アシスト駆動機構３は、体幹下部１５の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線６１まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源６０と、体幹上部１４の左右両側方で上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アーム７０と、上アーム７０の上端部と体幹上部保持具２０とを左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸９１と、体幹下部１５から大腿１２にわたって左右両側方で上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アーム８０と、各下アーム８０の下端部と大腿保持具４０とを左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸９２と、体幹下部保持具３０に上アーム７０の長手方向途中位置を取り付ける取り付け手段９４とを有する。
【００２５】
体幹上部保持具２０は、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近に逆Ｕ字状に配置される左右一対の肩ベルト２１と、胸郭を囲んで腋窩から斜め下方に背に延びる胸カフと呼ぶことができる胸ベルト２２と、左右一対のほぼ上下に延びる背ベルト２３とを有する。肩ベルト２１の胸における一端部は、胸ベルト２２に、左右の間隔をあけて固定される。肩ベルト２１は、背において装着者１０に接触するために交差保持部材２４によってＸ字状に交差されて保持され、その各他端部は、固定位置２５で胸ベルト２２の背における各端部と、背ベルト２３の各上端部とに固定される。肩ベルト２１は、装着者１０が着脱し易いように、背において交差せずに平行に設けられてもよい。
【００２６】
胸ベルト２２は、胸郭の上部を囲み、胸骨体、みずおち付近で、連結具２６によって左右に参照符２２Ｌ、２２Ｒで示されるように分離、連結して着脱自在である。胸ベルト２２は、力学的には平板状の当て板でもよい。装着者１０に違和感を抱かせないため、および親和性を高めるため、装着者１０に或る程度の弾発力で接触して、柔らかく支援力モーメントを伝えるが、ばね定数が小さ過ぎると変形しすぎて支援力モーメントを伝えられないか、伝わるのに時間がかかり過ぎる。前記親和性を高めるとは、胸ベルト２２の装着時、装着者１０に違和感を与えないようにすることであり、胸ベルト２２の剛性が高すぎて、堅く感じることがないようにすることである。
【００２７】
また胸ベルト２２と装着者１０との接触面積を増やすと、装着者１０への支援力モーメントによる単位面積あたりの圧力が小さくなるが、装着者１０の前表面を覆う面積が増えるので、汗をかいたりし易くなる。胸ベルト２２は、これらの機能と快適性とを両立するように構成される。
【００２８】
体幹上部保持具２０は、装着し易いように、胸ベルト２２Ｌ、２２Ｒが連結具２６によって左右対称に分割される。一方の胸ベルト２２Ｌは、胸郭の上部の周囲を約１/４〜３/８を覆う範囲で、胸郭の側部の第１受動回転軸９１の取り付け位置から前部の１/４〜１/２程度までと、側部の第１受動回転軸９１の取り付け位置から後部の１/４とを覆い、円
筒の一部を成し、他方の胸ベルト２２Ｒも同様に構成される。各胸ベルト２２Ｌ、２２Ｒが胸郭の前部の約１/４〜３/８を覆うことによって、特に大きな支援力モーメントを要する重い荷物の持ち上げアシスト時の単位面積当たりの面圧力を下げることができ、押圧感が強くなりすぎるのを防ぎつつ、覆う面積が多すぎることによる体幹上部保持具２０の装着しにくくなるのを防ぐ。アシストを支援ともいうことがある。胸ベルト２２は、たとえば、上下の幅３０〜６０ｍｍであり、厚さ５ｍｍの合成樹脂製である。胸ベルト２２には、メッシュ状のカバーで覆われた弾発性のある緩衝のためのクッション材が胸に臨んで設
けられる。このメッシュ状のカバーは、発汗時の通気性を確保する。
【００２９】
胸ベルト２２は、支援力モーメントを柔らかく伝達するために、或る程度の剛性と柔軟性がある合成樹脂製とし、この樹脂材にメッシュ付のクッション材を付加した材料によって、装着性と支援力モーメントの伝達性を高めて低価格化にすることができる。胸部は、大腿１２より柔らかいので、胸部のカフである胸ベルト２２は、大腿１２のカフである保持片４３（図１０）の硬さでは、硬すぎ、したがって、前記或る程度の剛性と柔軟性とは、たとえば、幅３０〜６０ｍｍ程度で、厚さ０．５〜２ｍｍ程度のアルミニウム板と同程度の剛性と柔軟性である。胸ベルト２２は、この剛性と柔軟性があり、アルミニウム板単独より軽量で同程度の強度を有する複合樹脂材として、アルミニウムと合成樹脂との複合材料、または炭素繊維と合成樹脂との複合材料であってもよい。
【００３０】
鞣された革は、伸縮性が小さく、堅牢であるが、支援力モーメントの伝達性からは、まだ柔軟性がありすぎるので、変形しやすい。その結果、装着しにくくなり、また支援力モーメントの伝達性に遅れが生じる。この問題を解決するために、本発明の胸ベルト２２では、在来の皮革ソフトネス計測される値よりはもう少し剛性を高めた前述の合成樹脂材を用いる。
【００３１】
左右の肩ベルト２１は、装着者１０の肩に本件支援ロボット装置１の重量が作用しないようにするために、指が一本程度入る隙間がある程度がよく、したがって肩ベルト２１は、腰ベルト３３、腹ベルト３４が、骨盤の上から下方へずれたとき、落下することを防ぐ働きを果たす。肩ベルト２１は、省略されてもよい。
【００３２】
本発明の実施の他の形態では、通気性を確保して、装着者１０が腕を通す個所を判りやすくするために、また着脱しやすいようにするために、後述の図７７〜図７９に示すようなメッシュ付の袖なしの前開きベストを、体幹上部保持具２０の内面もしくは外面に取り付けるようにして用いる。すなわち、メッシュ状ベストには、肩ベルト２１、胸ベルト２２、背ベルト２３が、たとえば縫合などされて取り付けられる。ベストは、前開きとするために、前中心線に関して左右の前身頃（図７７の参照符７０３Ｌ、７０３Ｒ）を着脱可能な連結具７０５、７０６で装着者の前面で連結するように、構成される。上フレーム７０とともに、メッシュ状ベストを併用することによって、暑い夏場の使用が快適になる。
【００３３】
ベストは、チョッキ、ジレーとも呼ばれ、袖がなく、本発明の実施の各形態では、（１）胸、腹、背を覆う短い胴着であってもよく、（２）胸を覆い、腹部の少なくとも一部もしくは背部の少なくとも一部を覆い、または（３）胸を覆い、腹部の中腹部などの少なくとも一部および背部の腰寄りの部分などの少なくとも一部を覆う構成を有する。
【００３４】
図５は体幹下部保持具３０の水平断面図であり、図６は体幹下部保持具３０の分解斜視図である。体幹下部保持具３０は、体幹下部１５を背の後部３１から左右の側腹部付近の側部３２までたとえば約１／２周にわたって囲む腰ベルト３３と、腰ベルト３３の両端部に連なって固定される腹ベルト３４とを有し、全体が環状に形成される。腹ベルト３４は、臍部（さいぶ）付近で、連結具３５によって左右に参照符３４Ｌ、３４Ｒで示されるように分離、連結して着脱自在である。
【００３５】
体幹下部保持具３０には、腰ベルト３３の体幹下部１５に臨んで保護具３６が着脱自在に取り付けられる。保護具３６は、弾発性のある緩衝のためのクッション材３７をメッシュ状のカバー３８で覆って構成され、腰ベルト３３に沿って体幹下部１５の周方向に延び、その腰ベルト３３よりも上下に拡がった寸法形状を有する。クッション材３７は、芯材を覆って補強されてもよい。保護具３６は、腰ベルト３３と腹ベルト３４とが体幹下部１５に相互のずれが生じないように締め付けられて保持された状態で、腰における快適な装
着感を達成する。腰ベルト３３と装着者１０の腰との間に保護具３６が存在することによって、腰ベルト３３と腰とが直接接触することがなくなり、装着したときの違和感を軽減することができる。腰ベルト３３、腹ベルト３４はいずれも、支援力モーメント自体を伝達しないので、大きな剛性は必要ないが、腰ベルト３３には、後述の制御ボックス５３、電池ボックス５４が取り付けられるので、これらを支える程度の剛性を有する。
【００３６】
保護具３６は、装着者１０の腰と広い範囲で密着し、腰ベルト３３を腰部に確実に固定することができる。カバー３８は開口率の大きいメッシュ状であるので、通気性を向上し、暑さ対策が施され、発汗時も快適である。体幹下部保持具３０は、骨盤付近に配置され、したがって、その骨盤の腸骨翼における左右方向の横に出っ張った腸骨稜の上部付近に乗るように配置されるので、骨盤付近に確実に引っかかり、体幹下部１５から下方にずれることはなく、体幹下部１５に確実に装着される。そのため、肩ベルト２１が、装着者１０の鎖骨、肩甲骨付近を圧迫せず、装着時の作業が快適となる。
【００３７】
図７は本発明の実施の他の形態における取り付け手段９４ａとその付近を示す一部の水平断面図であり、図８は取り付け手段９４ａとその付近を簡略化して示す側面図であり、図９は腰ベルト３３ａと保護具３６ａとを示す簡略化した水平断面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には、同一の数字に添え字ａを付して示す。注目すべきは、取り付け手段９４ａは、第２上アーム片７２を挿通するボルト５６が、腰ベルト３３ａの側部３２ａに、いわば横形で螺着される。取り付け手段９４ａは、上下の各アーム７０、８０などと同様に金属などの剛性材料から成る。保護具３６ａは、腰ベルト３３ａの装着者１０に臨んで水平面内でＵ字状に形成された板であり、支持片５７によって固定され、たとえば合成樹脂などの弾発性を有する材料から成り、装着者１０の装着時の親和性が良好である。腰ベルト３３ａの後部３１ａは、左右に分離され、長さ調整機構５８の長孔によって左右方向に調整できる。
【００３８】
図１０は、長さ調整機構５８の一部を装着者１０の後方から見た分解斜視図である。腰ベルト３３ａの左右に分離された一方の後部３１ａには、左右方向に間隔をあけて一対のねじ孔５９が形成される。連結補助部材２７には、左右方向に延びる各長孔２８がねじ孔５９にそれぞれ対応して形成される。固定用ボルト２９は、長孔２８を挿通して、ねじ孔５９に螺着され、一方の後部３１ａと連結補助部材２７とを左右方向に調整自在に固定する。腰ベルト３３ａの左右に分離された他方の後部３１ａも、一方の後部３１ａと左右対称に構成されて、連結補助部材２７と左右方向に調整自在に固定用ボルトによって固定される。
【００３９】
図１１は、大腿保持具４０を示す分解斜視図である。左右の各大腿保持具４０は、大腿１２を全周にわたって囲む大腿カフと呼ぶことができるベルト本体４１と、ベルト本体４１の外周部に大腿１２の外側である腓側から前へ、周方向の一部にわたって延びて固定片４２によってベルト本体４１に固定される保持片４３とを有する。
【００４０】
ベルト本体４１には、大腿１２に臨んで、メッシュ状のカバーで覆われた弾発性のある緩衝のためのクッション材４４が大腿１２に臨んで設けられる。このメッシュ状のカバーは、発汗時の通気性を確保する。ベルト本体４１は、前大腿部の内側である脛側で、連結具４５によって左右に分離、連結して着脱自在である。大腿１２の第２受動回転軸９２は、大腿１２の前後方向中央付近の外側に設置され、大腿保持具４０は、大腿１２のできるだけ低い位置で、曲げた膝に接触しない位置に選ばれる。
【００４１】
ベルト本体４１および保持片４３は、胸ベルト２２より柔軟性は少なくて剛性が高くて支援力モーメントを瞬時に伝えられる剛性と、或る程度の柔軟性がある合成樹脂材によって、あるいはまた、この樹脂材にメッシュ付のクッション材を付加した材料によって、さ
らにまた前記アルミニウム板にメッシュ付のクッション材を付加した材料を、大腿１２の約１/４〜１/２程度の前方部分に用いることによって、装着性と親和性とを高め低価格化することができる。ベルト本体４１および保持片４３の前記剛性と柔軟性とは、幅３０〜６０ｍｍ程度で、厚さ２〜５ｍｍ程度のアルミニウム板と同程度の剛性と柔軟性である。これによってベルト本体４１および保持片４３の剛性を強くして、重い荷物を持ち上げるとき大腿１２の前部に、強い支援力モーメントをしっかりと伝えることができる。大腿１２の後部には、歩行時の遊脚を振り上げる支援力モーメントが与えられるが、この歩行時の支援力モーメントは前記重い荷物を持ち上げるときに比べて小さいので、それほどの剛性は必要ない。
【００４２】
ベルト本体４１は、環状でなくてもよく、大腿１２の前後２枚の板でもよいが、装着者１０との接触面積を或る程度大きくとるために、大腿１２の外形状に近似した弯曲した板に形成してもよい。
【００４３】
保持片４３は、大腿１２の周囲を約１/４〜１／２周にわたる範囲を覆い、たとえば、
上下の幅３０〜６０ｍｍであり、厚さ５ｍｍの合成樹脂製である。１／４〜１／２周にすることによって、下アーム８０から大腿１２へ支援力モーメントを伝わりやすくする。
【００４４】
この実施の形態において、保持片４３は、大腿１２の外側部の第２受動回転軸９２が取り付けられる位置付近から大腿１２の前部の半分〜前部の全てを覆い、円筒の一部分を成す。保持片４３は、大腿１２の前部を広い範囲にわたって覆うので、特に大きな支援力モーメントを要する重い荷物の持ち上げアシスト時の単位面積当たりの面圧力を下げることができ、押圧感が強くなりすぎるのを防ぎつつ、覆う面積が多すぎることによる大腿保持具４０の装着しにくくなるのを防ぐ。保持片４３の材料硬さ程度について、支援力モーメントを伝えるのには、力を伝えるための腰上方や腰下方や大腿部の上下のアーム７０、８０と同程度に、充分硬い樹脂材とする。装着者１０と接触する大腿１２の個所であるカフの保持片４３では、その内側には大腿１２に臨んで親和性や汗対策に、メッシュ状のカバーを備えるクッション材４４が取り付けられる。
【００４５】
連結具２６，３５、４５は、接続、離脱のための操作が容易な構成を有し、たとえばプラスチックバックル、ワンタッチコネクタなどとして商業的に入手可能である。
【００４６】
図１２は、アシスト駆動機構３の一部を示す断面図である。駆動源６０は、軸線６１まわりに回転する駆動軸６２と、駆動軸６２にその軸線６１まわりにトルクを発生する駆動源本体６３とを有する。駆動源本体６３は、たとえば交流サーボモータなどによって実現される電動モータ６４と、電動モータ６４の出力軸６５から駆動軸６２へ回転速度を減速する減速機６６とを有する。電動モータ６４は、そのハウジングであるモータ本体６８を有し、モータ本体６８には、出力軸６５に電磁力によってトルクを与える回転子などと、出力軸６５、したがって駆動軸６２の軸線６１まわりの角度を検出する角度センサ６７とが収納される。
【００４７】
減速機６６では、出力軸６５、駆動軸６２の各回転速度をＮ６５、Ｎ６２とするとき、減速比Ｎ６２／Ｎ６５を１〜１／１００程度に、好ましくは１/５０〜１/１００に選ぶ。これによって、摩擦が少なく伝達効率が良いので、装着者１０側からの大きな力を必要とせずに、駆動源６０を軽く回転させることができる。こうして、電動モータ６４が回転して減速機６６を介して駆動軸６２からトルクが出力されるのとは逆に、駆動軸６２側から、減速機６６および電動モータ６４を回転させることができる、いわゆるバックドライバブルな駆動系を実現できる。装着者１０側から駆動源６０を動かすことができ、駆動電源がなくなっても装着者１０は装着型支援ロボット装置１を自分の力で動かすことができる安全な装置が実現される。減速機６６は、たとえば波動歯車減速機、遊星減速機またはサ
イクロ減速機等であってもよい。
【００４８】
従来技術では、出力端にクラッチを用いたり、制御を行なうことによって、摩擦が大きい減速機でもバックドライバブルになるが、駆動電源がなくなるとバックドライバビリティを維持できないという問題がある。他の従来技術では、出力端に柔らかい回転ばねを付加することによって、バックドライバブルになるが、常時柔らかいままであり、瞬時に支援力モーメント、したがってアシスト力が必要なとき、支援力モーメントによる力をすぐに伝えられないという問題がある。本発明は、これらの従来技術の問題を解決する。
【００４９】
上アーム７０は、上下の第1および第２の上アーム片７１、７２が、前後方向の軸線ま
わりに角変位自在である第３受動回転軸７３を介して、連結されて構成される。第1上ア
ーム片７１の上端部は、第１受動回転軸９１を介して体幹上部保持具２０に連結される。第２上アーム片７２の下端部は、駆動軸６２に固定される。
【００５０】
上アーム７０の長手方向途中位置である第２上アーム片７２は、取り付け手段９４によって、体幹下部保持具３０における腰ベルト３３の側部３２に、少なくとも前後方向に相対的に変位しないように、連結、固定して取り付けられる。取り付け手段９４は、上下方向に細長い取り付け孔９３が形成されたベルト取り付け金具９５と、第２上アーム片７２とベルト取付け金具９５との間に介在される上下方向の軸線を有する受動回転軸９６と、取り付け孔９３に挿通される水平面内でＵ字状ベルトから成る取り付け片９７とを有する。取り付け片９７の両遊端部は、ベルト取付け金具９５の近傍で腰ベルト３３の側部３２に、接着、縫合などされて固定される。したがって、上下に延びる第２上アーム片７２と腰ベルト３３の前後方向に延びる側部３２との各長手方向は、駆動軸６２の軸線６１に平行である仮想軸線６１ａまわりに９０度ずれた配置で、第２上アーム片７２と腰ベルト３３の側部３２とが取り付けられる。
【００５１】
上アーム７０は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、体幹上部保持具２０に効率よく伝える働きをする。下アーム８０は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、大腿保持具４０に効率よく伝える働きをする。腰ベルト３３、腹ベルト３４は、駆動源６０の回転による駆動トルクを、体幹上部保持具２０と大腿保持具４０とに効率よく伝えるために副次的な働きをし、駆動源６０が変位するのを防ぎ、駆動軸６２の軸線６１が左右方向に傾いたり、前後方向に傾いたりするのを防ぐ。腰ベルト３３、腹ベルト３４はまた、駆動軸６２の軸線６１を、装着者１０の股関節中心を通る前記一直線にできるだけ一致させて、ずれないようにする働きをする。こうすることによって、体幹上部保持具２０と大腿保持具４０との各位置が上下に変位することを防ぐことができる。装着者は、腰を椎間関節によって曲げずに、体幹１１を直立した姿勢で、歩行、持ち上げ、持ち下げ、中腰の各動作を行なう。腰ベルト３３を腰骨の上に載せて固定し、すなわち、腰ベルト３３が骨盤の腸骨翼における左右方向の横に出っ張る腸骨稜の上部付近に確実に引っかかる状態で、駆動軸６２の軸線６１が、装着者１０の股関節中心を通る前記一直線に一致するように、下アーム８０の長さが選ばれる。したがって、体幹下部保持具３０は、体幹下部から下方にずれることはなく、体幹下部に確実に装着される。
【００５２】
体幹１１が直立した姿勢における体幹上部保持具２０と体幹１１との相対的な位置は、装着者１０が腰を曲げた姿勢になると、ずれることになり、また体幹１１の椎間関節による曲げ中心位置と股関節中心の前記一直線の位置とがずれる。このずれは、駆動源６０が回転すると、駆動軸６２の軸線６１の位置が体幹１１に対して上下に動くので、腰ベルト３３を含む体幹下部保持具３０が、駆動源６０の体幹１１との相対的な位置を元に戻す。したがって、支援力モーメントが体幹１１に効率よく与えられる装着状態に、自動的に戻る。
【００５３】
上アーム７０の長さは、装着者１０の寸法で決まり、力学的にはできるだけ長く選ばれる。第１受動回転軸９１は、腋窩の下方付近で、腋窩接触しない、できるだけ高い位置に選ばれる。胸ベルト２２は、胸骨体またはそれよりは上方で鎖骨より下方の範囲で胸郭を圧迫せずに、支援力モーメントを伝えやすい、あまり脂肪や筋肉がついていない部位に位置するように、肩ベルト２１、背ベルト２３などの寸法形状が選ばれる。
【００５４】
図１３は、第３受動回転軸７３を装着者１０の外側方から見た断面図である。第1上ア
ーム片７１の下端部と第２上アーム片７２の上端部は、フォーク状の突片７５、７６が相互に嵌め込まれ、無給油ブッシュ７６を介してヒンジピン７７のまわりに角変位自在に支承される。ヒンジピン７７は、装着者１０の前後方向の軸線を有し、その軸線方向に抜け止め用頭部８７と止め輪８８とによって、さらにヒンジピン７７の側部に係止する止めねじ８９によって、抜け止めされる。したがって、上アーム７０は、第３受動回転軸７３によって、前後方向の軸線まわりに角変位自在となり、体幹１１を、腰椎を含む椎骨などによる椎間関節の働きによって、左右方向に傾けて曲げることができ、装着者１０の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。第４受動回転軸８３は、第３受動回転軸７３と類似の構成を有する。
【００５５】
下アーム８０は、上下の第1および第２の下アーム片８１、８２が、前後方向の軸線ま
わりに角変位自在である第４受動回転軸８３を介して、連結されて構成される。第1下ア
ーム片８１の下端部は、第２受動回転軸９２を介して大腿保持具４０に連結される。第１下アーム片８１の上端部は、駆動源本体６３のモータ本体６８に固定される。第４受動回転軸８３は、図９の第３受動回転軸７３と類似の構成を有する。したがって、下アーム８０は、第４受動回転軸８３によって、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、股関節の働きによって、下肢を外転して開脚を円滑に行なうことができ、装着者の開脚の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。
【００５６】
再び図１１を参照して、第２受動回転軸９２は、第２下アーム片８２の下端部に形成された軸受孔９８に、保持片４３に外方に立設された左右方向の軸線を有するピン９９が挿通して構成される。ピン９９は、第２下アーム片８２のための抜け止め用頭部を有する。第１受動回転軸９１も、第２受動回転軸９２と類似の構成を有する。
【００５７】
第１〜第４受動回転軸９１，９２；７３、８３によって、体幹１１を前後、左右に傾けたとき、左右に開脚したときなどにおいて、大腿保持具４０の位置が元の位置からずれず、装着者１０の動きを束縛しなくて身体から離れもしないので、駆動源６０と大腿保持具４０間の長さ調整機構が不要となり、軽量化と低コスト化できる。すなわち、体幹１１を前後に傾けたとき体幹上部保持具２０は、胸ベルト２２の取り付け位置に配置した第１受動回転軸９１によって、また体幹１１を左右に傾けたときは、駆動源６０の上方に配置した第３受動回転軸７３によって、体幹１１の動作を妨げられない。左右に開脚したときは、駆動源６０の下方に配置した第４受動回転軸８３によって、また大腿１２を前後に振り上げたときは、大腿保持具４０の取り付け位置に配置した第２受動回転軸９２によって、体幹１１の動作を妨げられない。
【００５８】
図６を参照して、腰ベルト３３の後部３１には、縦断面がほぼＬ字状の取り付け部材５０が設けられる。取り付け部材５０は、後部３１に固定される縦取り付け片５１と、取り付け片５１に連なって後方になるにつれて下方に傾斜したもう１つの斜め取り付け片５２とを有する。縦取り付け片５１には、駆動源６０のための駆動制御手段１００を収納する制御ボックス５３が固定される。斜め取り付け片５２には、駆動源６０と駆動制御手段１００などとに電力を供給する電池ボックス５４が固定される。斜め取り付け片５２は、前述のように傾斜しており、下方に大きく突出しないので、装着者１０が椅子などに着座するときの支障にならない。
【００５９】
図１４は、装着者１０の後方から見た制御ボックス５３の簡略化した縦断面図である。制御ボックス５３には、駆動制御手段１００のいわゆるマイコンボードである配線基板１０１が固定され、この配線基板１０１には、マイクロコンピュータによって実現される駆動制御のための処理回路１１３と、処理回路１１３に接続される加速度・角速度センサ１０３などとが搭載されて固定される。加速度・角速度センサ１０３は、装着者１０の体幹１１の腰の３次元の加速度、すなわち上下方向の加速度α１および前後方向の加速度α２、さらに左右方向の加速度α３をそれぞれ検出する。加速度・角速度センサ１０３は、加速度を検出するために、ばねで支持された可動体の移動距離を静電容量、ピエゾ効果などの電気信号の変化によって検出する構成を有してもよく、ジャイロも含む。加速度・角速度センサ１０３はまた、装着者１０の体幹１１における大腿腰の上下方向の軸線まわりの角速度ω１、前後方向の軸線まわりの角速度ω２、左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出する。
【００６０】
加速度・角速度センサ１０としては、センサ素子の一方の電極である可動部と他方の電極である固定部との間の静電容量の変化を検出するセンサであってもよく、センサ素子の質量を有する可動部と固定部とをつなぐばね部に取り付けたピエゾ抵抗素子によって、ばね部の歪みの変化を検出するセンサなどであってもよい。
【００６１】
本発明の実施の他の形態では、取り付け手段９４は、上アーム７０の長手方向途中位置を取り付ける代りに、体幹下部保持具３０に、駆動軸６２、モータ本体６８などの駆動源本体６３、または下アーム８０の長手方向途中位置である第1もしくは第２の下アーム片
８１、８２のいずれか１つを、少なくとも前後方向に相対的に変位しないように、取り付けるようにしてもよい。
【００６２】
本発明の実施の他の形態では、上アーム７０および下アーム８０を、曲がらない剛性とし、上アーム７０の下端部または下アーム８０の上端部の一方を、駆動軸６２または駆動源本体６３の一方に、駆動軸６２の軸線に垂直なヒンジピンから成る受動回転軸によって連結し、上アーム７０の下端部または下アーム８０の上端部の他方を、駆動軸６２または駆動源本体６３の他方に、駆動軸６２の軸線に垂直なもう１つのヒンジピンから成る受動回転軸によって連結してもよい。これらのヒンジピンは、前後方向の軸線を有する。これによって、上アーム７０および下アーム８０の長手方向途中位置における前後方向の軸線まわりの受動回転軸７３，８３を省略してもよい。実施のさらに他の形態では、上アーム７０および下アーム８０を、体幹１１および大腿１２に沿う平板状として、左右方向の軸線まわりには曲がらない剛性で支援力モーメントを伝え、前後方向の軸線まわりには可撓性を有する構成とし、前後方向の軸線まわりの受動回転軸７３，８３を省略してもよい。
【００６３】
本発明の実施のさらに他の形態では、第１および第２受動回転軸９１、９２は、球面軸受によって実現されてもよい。この実施の形態において、上アーム７０および下アーム８０の長手方向途中位置には、第３および第４受動回転軸７３、８３が設けられる。
【００６４】
図１５は、装着者１０の左手１６Ｌに装着される手袋装置１９０Ｌの一部の断面図で
ある。手袋装置１９０の手袋の外面には、物体センサ１９１、１９２が設けられる。物体センサ１９１、１９２は、たとえば持ち上げ、持ち下げなどする対象である物体に接触したことを検出し、タッチスイッチと呼ばれる構成であってもよく、たとえば物体が接触することによる静電容量の変化を検出し、押された圧力による磁力片のばね力に抗する変位を検出し、または或る程度の荷重とストロークで接点がＯＮ／ＯＦＦして検出動作する構成などであってもよい。本発明の実施の他の形態では、物体センサ１９１、１９２は、たとえば歪センサなどのように、装着者１０が持ち上げ、持ち下げなどする物体の重量を表わす電気信号を出力する構成によって実現されてもよい。
【００６５】
図１６は、物体センサ１９１、１９２が設けられる左手１６Ｌの手背から見た骨格を示す平面図である。物体センサ１９１は、母指の末節骨１９５付近の内側である手掌に配置される。もう１つの物体センサ１９２は、母指のつけ根である中手指節関節１９６付近の手掌に配置される。本発明の実施の他の形態では、物体センサ１９３は、手袋装置１９０に、示指の末節骨１９７付近の手掌に配置される。本発明の実施のさらに他の形態では、物体センサ１９４は、手袋装置１９０に、示指の基節骨１９８付近の手掌に配置される。これらの物体センサ１９１〜１９４は、物体の取扱いに応じて、片手の手袋装置１９０だけに設けられてもよいが、左右両手の各手袋に設けられてもよい。
【００６６】
これらの物体センサ１９１〜１９４は、手袋装置１９０の内側に取り付けられてもよく、手袋装置１９０に設けられる代りに、粘着テープなどで装着者１０の手に貼り付けられてもよく、または指サックなどの帽状体に設けられてもよい。
【００６７】
駆動源６０の駆動軸６２によって出力される駆動トルク、および角度センサ６７が検出する角度θについては、図３２に関連して後述する。図１および図２において、装着者１０が直立している状態では、駆動軸６２の軸線６１と第１受動回転軸９１とを通る上アーム７０の長手方向、および駆動軸６２の軸線６１と第２受動回転軸９２とを通る下アーム８０の長手方向はいずれも、鉛直である。下アーム８０の長手方向は、鉛直線と角度θを成す。前へ歩行するために、装着者１０が遊脚の大腿１２を振り上げて屈曲する方向を正とし、足が着地している支持脚の大腿１２を伸長する方向を負とする。駆動軸６２の軸線６１を、装着者１０の骨盤の左右の股関節における寛骨臼に嵌まり込んでいる大腿骨の骨頭の臼状関節としての中心１７（図１）を通る左右方向の一直線上にほぼ一致して配置することによって、その一直線まわりに出力される駆動源６０の駆動トルク、すなわち装着者１０のための支援力モーメントは、装着者１０へ高い駆動伝達効率で与えられ、歩行支援、持ち上げ支援、持ち下げブレーキ支援、中腰支援などの各支援動作を、円滑に達成する。
【００６８】
左右一対の駆動源６０は、股関節に関する前記一直線上に軸線を有する駆動軸６２を有し、したがって、駆動軸６２の軸線は、持ち上げ、持ち下げブレーキ、中腰などの作業での腰関節、すなわち椎間関節の位置から、ずれている。しかし、駆動軸６２の軸線は、作用点（着力点）である装着者１０の胸ベルト２２と大腿保持具４０とから充分な距離だけ離れているので、駆動軸６２からの駆動トルクを体幹１１に支援力モーメントとして、支障なく充分に伝えることができる。
【００６９】
また後述のように、腰ベルトと腹ベルトとの対を成す各体幹下部保護具３０ａ，３０ｂが上下に間隔をあけて複数（たとえば２）設けられ、体幹１１と駆動源６０との位置ずれを確実に防ぐ。
【００７０】
図１７は、装着者１０の歩行支援動作を説明するためのスケルトン図である。駆動源６０は、上アーム７０と下アーム８０との間に駆動トルクＴを出力する。これによって、装着者１０の股関節の中心１７の左右の外側に配置された駆動源６０の軸線６１のまわりに、歩行支援時には、遊脚側の駆動源６０Ｌからの駆動トルクＴが大腿１２Ｌの大腿保持具４０Ｌに伝わり、大腿１２Ｌを振り上げる方向に振り上げ力モーメントＴ１が作用する。遊脚側の駆動源６０Ｌは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して振り上げた遊脚の大腿１２Ｌを支えるための反力モーメントＴ３を伝えている。
【００７１】
図１８は、装着者１０が歩行支援されている状態を示す遊脚側から見た側面図である。駆動源６０Ｌは、大腿１２Ｌに振り上げ力モーメントＴ１を与える。
【００７２】
歩行支援のために、図１５に示されるように、支持脚側の駆動源６０Ｒからの駆動トルクＴは、大腿１２Ｒの大腿保持具４０Ｒに伝わり、大腿１２Ｒを支持する方向に支持力モーメントＴ２が作用する。支持脚側の駆動源６０Ｒは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して足が着地している支持脚の大腿１２Ｒを支えるための反力モーメントＴ４を伝えている。
【００７３】
図１９は、装着者１０の持ち上げ支援動作を説明するためのスケルトン図である。装着者１０が物体を手１６で掴んで持ち上げようとするとき、駆動源６０Ｌ、６０Ｒからの駆動トルクＴ５、Ｔ６が大腿１２Ｌ、１２Ｒの大腿保持具４０Ｌ、４０Ｒに伝わり、大腿１２Ｌ、１２Ｒを支持する方向に持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８が作用する。駆動源６０Ｌ、６０Ｒは、体幹上部保持具２０から体幹の姿勢を維持して大腿１２Ｌ、１２Ｒを支えるための反力モーメントＴ９、Ｔ１０を与えている。このような左右両脚に与えられるモーメントは、持ち上げ支援のための持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８だけでなく、持ち下げブレーキ支援のための持ち下げブレーキ力モーメントなども同じである。
【００７４】
図２０は、装着者１０の中腰支援動作を説明するためのスケルトン図である。中腰状態では、体幹１１が直立し、大腿１２が鉛直から前方に角変位している。処理回路１１３は、左右の角度センサ６７によってそれぞれ検出される、体幹１１と左右の各大腿１２との相対的な角度θが減少している状態が続くことで、予め定める時間、たとえば３秒以上、予め定める角度、たとえば１０°以上曲げていることで、中腰状態を検出する。
【００７５】
中腰支援のための中腰支援力モーメントおよび立ち上がり支援のための立ち上がり支援力モーメントも、図１８の持ち上げ力モーメントＴ７、Ｔ８と同じである。
【００７６】
図２１は、体幹１１を左右に傾けた状態を示す簡略化した正面図である。上アーム７０の長手方向の途中位置に介在される第３受動回転軸７３は、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、体幹１１を椎間関節の働きによって左右方向７８、７９に傾けて曲げることができる。したがって、装着者の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。
【００７７】
図２２は、下肢を外転して開脚した状態を示す簡略化した正面図である。下アーム８０の長手方向の途中位置に介在される第４受動回転軸８３は、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、股関節の働きによって、下肢を外転して方向８４に開脚を円滑に行なうことができ、またその逆の内転方向に運動できる。したがって、装着者１０の開脚の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。
【００７８】
図２３は、体幹１１を回旋した状態を示す簡略化したスケルトン図である。体幹１１を、その直立した長軸まわりに回旋方向８５に捩る運動をしたとき、体幹１１とともに、駆動源６０が設けられた体幹下部保持具３０が、回旋方向８５ａ、８５ｂに角変位し、このとき下肢の大腿１２も回旋方向８５ｃに角変位する。駆動源６０は体幹１１の左右に配置され、駆動源６０には、体幹１１の長軸まわりに角変位しない剛性の上下のアーム７０、８０が設けられ、上下のアーム７０、８０は、体幹上部保持具２０および大腿保持具４０に連結されるので、装着者１０が回旋しても、体幹１１は、体幹上部保持具２０と、体幹下部保持具３０と、大腿保持具４０などと相対的に変位せず、位置ずれが生じない。したがって、支援ロボット装置１は、装着者１０の動きを束縛せず、身体から離れもしないので、体幹１１と駆動源６０との相対的な位置の変化を防ぐための追加的な構成は不要であり、構成の簡略化を図ることができる。体幹上部保持具２０において、回旋する体幹１１との位置ずれを防ぐ役目は、特にその胸ベルト２２であり、副次的に肩ベルト２１、背ベルト２３である。
【００７９】
図２４は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置２０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２５は装着型支援ロボット装置２０１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述の実施の形態に類似し、対応する部分には、同一の、および２００番台の同一の参照符を付し、説明を省略する。注目すべきは、この実施の形態では、体幹下部保護具２３０は、駆動源６０の位置で、体幹下部１５の骨盤の寛骨を背において囲む下腰ベルト２３３と、下腰ベルト２３３の両端部に連なる下腹ベルト２３４とを有し、全体が環状に形成される。下腹ベルト２３４は、臍部下方で、連結具２３５によって左右に分離、連結して着脱自在である。下腰ベルト２３３には、取り付け手段２９４（図８）によって、第２上アーム片２７２に連結、固定されて取り付けられる。下腰ベルト２３３は、装着者１０の殿部に引っ掛かり、下方にずれることはない。こうして、駆動源６０は、体幹１１と位置ずれを生じることが、さらに無くなる。下腰ベルト２３３と下腹ベルト２３４とを設ける上述の構成において、本発明の実施の他の形態では、腰ベルト３３と腹ベルト３４とを省略してもよい。その他の構成と動作は、前述の実施の形態と同一である。
【００８０】
図２６は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置３０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２７は装着型支援ロボット装置３０１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述の図２４、図２５の実施の形態に類似し、対応する部分には、同一の、および３００番台の同一の参照符を付し、説明を省略する。注目すべきは、この実施の形態では、前後方向の軸線まわりに角変位自在である第５受動回転軸３７４が、第２上アーム片７２における駆動源６０寄りの位置に介在される。これによって、体幹１１を、椎間関節の働きによって、左右方向に傾けて曲げることができ、装着者１０の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。
【００８１】
図２８は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置４０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図２９は装着型支援ロボット装置４０１の装着状態を示す側面図であり、図３０は駆動源６０付近の拡大側面図である。この実施の形態は、前述の図１〜２５の実施の形態に類似し、対応する部分には、同一の、および４００番台の同一の参照符を付し、説明を省略する。図３０Ａは駆動源６０付近の正面から見た拡大正面図であり、図３０Ｂは駆動源６０付近の背後から見た拡大背面図であり、図３０Ｃは駆動源６０付近の拡大平面図である。注目すべきは、この実施の形態のアシスト駆動機構４０３では、上アーム４７０は、第１上アーム片４７１と第２上アーム片４７２とが、駆動源６０寄りの位置で、前後方向の軸線まわりに角変位自在な第６受動回転軸４７３によって連結される。駆動源６０の駆動軸６２には、第２上アーム片４７２の下端部が固定されるとともに、支持アーム４５５の下端部が固定される。支持アーム４５５の上端部は、取り付け手段４９４ｂによって、腰ベルト４３３の側部４３２ｂに連結、固定され、したがって、上アーム４７０は、腰ベルト４３３に取り付けられる。取り付け手段４９４ｂは、縦形であり、前述の図７における取り付け手段９４ａに類似した構成を有する。腰ベルト４３３は、取り付け手段９４ａ、腰ベルト４３３は、上下の各アーム７０、８０などと同様に金属などの剛性材料から成り、水平面内でＵ字状に形成され、前述の腹ベルト３４が固定される。下腰ベルト２３３には、腰を外囲する長さを調整する調整機構４５８が、前述の実施の形態と同様に設けられる。
【００８２】
図３０Ｄは、本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置４０１ａを装着者１０に装着した状態を示す、駆動源６０付近の拡大側面図である。図３０Ｄは図２８〜図３０Ｃの実施の形態に類似する。支持アーム４５５の上端部は、取り付け手段４９４ｂによって、腰ベルト４３０ｂの側部４３２ｂに連結、固定され、腰ベルト４３０ｂの後部4
３１ｂに制御ボックス５３が取付けられる。腰ベルト４３０ｂには、図３０の腹ベルト３４は設けられない。
【００８３】
図３１は、支援ロボット装置１の電気的構成を示す電気回路図である。支援ロボット装置１に含まれる制御機器は、制御ボックス５３と、左右の類似の構成を有するモータドライバユニット１２０Ｌ、１２０Ｒと、ハンディ端末装置１５０と、電池ボックス５４と、左右の類似の構成を有する手袋装置１９０Ｌ，１９０Ｒとを含んで構成される。
【００８４】
ハンディ端末装置１５０は、携帯型であり、装着者１０の左右両手によって保持されて操作される。ハンディ端末装置１５０は、たとえばスマートフォンによって実現される送受信可能な通信装置である。ハンディ端末装置１５０は、装着者の左手または右手の一方のみに設けられてもよい。
【００８５】
制御ボックス５３は、第１無線通信部１１１と、第２無線通信部１１２と、処理回路１１３と、電源制御部１１４とを含んで構成される。第１無線通信部１１１は、無線による通信によって、手袋装置１９０と通信可能に構成され、これらのハンディ端末装置１５０、手袋装置１９０と処理回路１１３との情報の中継を行なっている。第２無線通信部１１２は、無線による通信によって、ハンディ端末装置１５０と通信可能に構成され、ハンディ端末装置１５０と処理回路１１３との情報の送受信中継を行なう。処理回路１１３は、有線による通信によって、各モータドライバユニット１２０と通信するように構成される。電源制御部１１４は、電池ボックス５４を制御する。電源制御部１１４は、マイクロコンピュータによって実現される。
【００８６】
左右の各モータドライバユニット１２０は、装着者１０の左側および右側にそれぞれ装着されるパワーアシスト用電動モータ６４を制御する右モータドライバ１２２を含んで構成される。各モータドライバ１２１は、有線による通信によって、処理回路１１３と通信し、処理回路１１３からアシストに必要な出力トルク指令などの指令を受けるとともに、モータ６４の角度センサ６７からの駆動軸６２の回転角度を表す位置情報などの情報を処理回路１１３へ送っている。加速度・角速度センサ１０３の出力は、処理回路１１３に与えられる。処理回路１１３には、送受信に関連する情報をストアするメモリ１１７と、計数のためのカウンタ１１８と、計時のためのタイマ１１９などとが接続される。
【００８７】
手袋装置１９０は、無線通信部１８６、電池１８７および物体センサ１９１、１９２を含んで構成される。電池１８７は、充電可能な蓄電池であり、無線通信部１８６および物体センサ１９１、１９２に電力を供給する。無線通信部１８６は、物体センサ１９１、１９２の状態、すなわち、物体センサ１９１、１９２によって検出された検出結果を、第１無線通信部１１１を介して処理回路１１３に送る。本発明の実施の他の形態では、手袋装置１９０は、物体センサ１９１、１９２に代えて、物体センサ１９３または１９４が設けられる。物体センサ１９１〜１９４は、装着者１０が装着する手袋の指の掌側の部分に作用する荷重の有無、さらにはその荷重の値を検出する。
【００８８】
ハンディ端末装置１５０は、本件支援ロボット装置１の動作に必要なパラメータを設定するために使用される。電池ボックス５４は、電池４６を含んで構成される。電池ボックス５４は、電池４６からの電力を制御ボックス５３および各モータドライバユニット１２０に供給する。
【００８９】
処理回路１１３は、第１無線通信部１１１から与えられる各物体センサ１９１〜１９４、加速度・角速度センサ１０３などの情報と、各モータドライバ１２１の角度センサ６７から与えられる電動モータ６４の位置情報とに基づいて、アシストに必要な駆動トルクを計算し、各モータドライバ１２１へ出力トルク指令を送る。
【００９０】
本実施の形態では、図３０に示すように、制御ボックス５３に、手袋装置１９０と通信を行なう第１無線通信部１１１と、ハンディ端末装置１５０と通信を行なう第２無線通信
部１１２とを備えることによって、通信速度が向上され、並列処理を行なうことができる。
【００９１】
図３２は、駆動源６０の駆動軸６２によって出力される駆動トルクを説明するための図である。角度センサ６７は、角度θを検出する。角度センサ６７は、体幹１１と左右の各大腿１２との相対的な角度を検出する。角度センサ６７は、駆動源６０の内部に設けられ、駆動源６０の電動モータ６４の出力軸６５に対応する駆動軸６２の角度を検出する。角度センサ６７は、相対角度の計測用である。装着者１０が支援ロボット装置１を装着して直立し、体幹１１と下肢である大腿１２を鉛直にした直立状態で、電源を入れることによって、角度センサ６７の原点位置、すなわち角度θが零に決められる。この直立した位置で角度θを零に設定し、それから大腿１２を鉛直にしたままで、体幹１１が前方に傾いた前かがみの姿勢になると、駆動軸６２の軸線６１まわりの鉛直の直上方向から前かがみの角度θを検出する。また体幹１１を鉛直にしたままで、歩行時に遊脚の大腿１２を振り上げると、駆動軸６２の軸線６１まわりの鉛直の直下方向に対する角度θを検出する。
【００９２】
本発明の実施の一形態では、駆動源６０の駆動トルクＴ、したがって支援力モーメントは、各支援動作に共通な予め定める値であってもよく、各支援動作毎に予め定める値であってもよい。これらの予め定める値であるパラメータは、ハンディ端末装置１５０を使用して設定することができる。
【００９３】
本発明の実施の他の形態では、下肢の質量をｍ［ｋｇ］、駆動軸６２の軸線６１から第２受動回転軸９２までの下アーム８０の長さをＬ［ｍ］、重力加速度をｇとすると、質量ｍの下肢を動作させるのに必要な駆動トルクＴ［Ｎ・ｍ］は、次の計算式（数１）、
Ｔ ＝ Ｌ・ｍ・ｇ・ｓｉｎ θ …（１）
によって計算することができる。
【００９４】
Ｌおよびｍは、比例定数であり、装着者１０によって決まる固定値である。処理回路１１３は、これらの値をパラメータとして予め設定しておくことによって、駆動トルクＴ、したがって支援力モーメントを算出する。パラメータは、ハンディ端末装置１５０を使用して設定することができ、メモリ１１８にストアされる。
【００９５】
このように、装着型支援ロボット装置１は、装着者１０を様々な作業姿勢で動かすために必要な駆動トルクＴを、角度センサ６７によって検出される角度θから力学的に解析することによって、算出するので、筋肉を動かそうとしたときに筋肉に流れる微弱な表面筋電位信号を用いることなく、表面筋電位センサを装着する煩わしさをなくすことができる。
【００９６】
また、支援ロボット装置１は、予め設定された動作パターンの再生方式ではなく、駆動トルクＴを力学的に算出するので、装着者１０の動作の切り替わり時に、不連続になることがない。
【００９７】
ここで、ハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータを下記の表１に示す。パラメータＮｏ「０１」〜「０７」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータＮｏ「１１」〜「１３」は、支持脚側の歩行制御パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、支持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。
【００９８】
パラメータＮｏ「２１」〜「２５」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするためのパラメータである。パラメータＮｏ「３１」〜「３５」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストす
るためのパラメータである。パラメータＮｏ「４１」〜「４５」は、ティーチングパラメータである。ハンディ端末装置１５０は、これらのパラメータを記憶する記憶領域を有している。ｓ、ｓｅｃは、秒を示す。表１の初期値とは、初期の設定値であり、その後ユーザが、ハンディ端末装置１５０によって、変更し設定しなおすことができる。（単位％）とは、モータ６４が出せる最大の支援力モーメント、すなわちアシスト力を１００％とした割合である。
【００９９】
【表１】
2020196129.tif 000003
【０１００】
ハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータに関して、本発明の実施の他の形態では、そのハンディ端末装置１５０を使用して設定されるパラメータを下記の表２に示す。パラメータＮｏ「０１」は、遊脚側の歩行制御パラメータであり、パラメータＮｏ「０２」は、支持脚側の歩行制御パラメータである。遊脚は、地に着いていない方の脚であり、支持脚は、地に着いている方の脚である。歩行制御パラメータは、歩行動作をアシストするためのパラメータである。
【０１０１】
パラメータＮｏ「０３」、「０４」は、上体制御パラメータである。上体制御パラメータは、上体の動作をアシストするための持ち上げアシスト制御と持ち下げアシスト制御のパラメータである。パラメータＮｏ「０５」は、中腰制御パラメータである。中腰制御パラメータは、中腰の動作をアシストするためのパラメータである。ハンディ端末装置１５０は、これらのパラメータを記憶する記憶領域を有している。初期の設定値がプログラムで設定されており、その後ユーザが、ハンデイ端末装置１５０によって、変更し設定しなおすことができる。
【０１０２】
【表２】
2020196129.tif 000004
【０１０３】
図３３は、支援ロボット装置１の処理回路１１３によって実行されるアシストスーツ制御処理の処理手順を示すフローチャートである。アシストスーツ制御処理は、電源起動シーケンス処理、パラメータ書換えシーケンス処理、姿勢情報入力シーケンス処理および股関節制御シーケンス処理の４つの処理で構成されている。処理回路１１３は、処理回路１１３の電源が投入されてパワーアシスト用電動モータ６４以外の構成要素への電力の供給が開始され、動作可能状態になると、ステップＡ１１に移る。
【０１０４】
ステップＡ１１では、処理回路１１３は、電源起動シーケンス処理を実行する。処理回路１１３は、ハンディ端末装置１５０から送信されるアシストに必要なパラメータの受信完了を待っている。処理回路１１３は、アシストに必要なパラメータの受信完了後、装着者１０が直立している直立状態での左右の各角度センサ６７による各大腿１２の回転角度θの初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ６４用の電源をオンする。
【０１０５】
アシストに必要なパラメータが既に受信されている実施の形態では、ハンディ端末装置１５０からの送信を待たずに、予め定める一定時間（たとえば３秒）経過後、受信済みのパラメータを使って装着者が直立している直立状態での各大腿１２の回転角度の初期化を行い、パワーアシスト用電動モータ６４用の電源をオンする。このことにより、ハンディ端末装置１５０が無くても電源起動を可能としている。
【０１０６】
ステップＡ１２では、処理回路１１３は、パラメータ書換えシーケンス処理を実行する。アシストに必要なパラメータは、装着者の持っているハンディ端末装置１５０から適宜送られてくる。アシストスーツ制御処理は、このパラメータの更新を常時実行できるようにするために、パラメータ書換えシーケンス処理をメインループ内で行なっている。メインループは、ステップＡ１２〜Ａ１４によって形成される処理手順のループである。
【０１０７】
ステップＡ１３では、処理回路１１３は、姿勢情報入力シーケンス処理を実行する。姿勢情報入力シーケンス処理は、装着者１０の姿勢に関するデータを取得する処理である。
【０１０８】
ステップＡ１４では、処理回路１１３は、股関節制御シーケンスなどのアシスト制御処
理を実行して、ステップＡ１２に戻る。アシスト制御処理は、ステップＡ１３で取得されたデータに基づいて、歩行動作、上体動作および中腰動作の各動作に対するパワーアシスト用電動モータ６４による駆動に必要なアシストトルクを計算して出力する処理である。
【０１０９】
処理回路１１３は、メインループを２０ｍ秒間隔で実行しており、支援ロボット装置１は、装着者へのスムーズなアシストを実現している。処理回路１１３は、アシストを開始する前、数秒間で装着者の動作を判断し、判断後アシストトルクを出力する。支援ロボット装置１は、健常者のアシストを目的としており、動作の開始時に数秒間アシストがなくても、実用上支障はない。
【０１１０】
図３４は、処理回路１１３による姿勢情報入力シーケンス処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３２に示したステップＡ１３が実行されると、ステップＣ１１に移る。
【０１１１】
ステップＣ１１では、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３からの出力を受信して、読込む。
【０１１２】
ステップＣ１２では、処理回路１１３は、モータエンコーダである各角度センサ６７の検出角度θ、および加速度・角速度センサ１０３の出力を読込む。処理回路１１３は、パワーアシスト用電動モータ６４に含まれる角度センサ６７から、パワーアシスト用電動モータ６４の出力軸６５に対応する駆動軸６２の回転角度、つまり股関節角度を、各モータドライバ１２１を介して読込む。ステップＣ１３では、処理回路１１３は、股関節角速度、つまりパワーアシスト用電動モータ６４による駆動軸６２の回転角度の角速度ωを計算して、姿勢情報入力シーケンス処理を終了する。
【０１１３】
図３５は、処理回路１１３によるアシスト制御処理の処理手順を示すフローチャート
である。処理回路１１３は、図３３に示したアシスト制御のステップＡ１４が実行されると、ステップＤ１１，Ｄ１３，Ｄ１５ステップＤ１１に移る。図３５のとおり、処理回路１１３は、歩行・持ち上げ・持ち下げ・中腰の各動作を判断して、歩行・持ち上げ・持ち下げ・中腰の各アシスト制御のいずれかを実行する。ステップＤ１１、Ｄ１２は、歩行動作に対する処理である。ステップＤ１３、Ｄ１４は、上体動作の持ち上げ、持ち下げに対する処理である。ステップＤ１５、Ｄ１６は、中腰動作に対する処理である。歩行動作に対する処理、上体動作に対する処理および中腰動作に対する処理は、並列に処理される。
【０１１４】
ステップＤ１１では、処理回路１１３は、歩行判断を行なう。処理回路１１３は、角度センサ６７による検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に応答して、歩行動作を行なっているか否かを判断する。ステップＤ１２では、処理回路１１３は、歩行アシスト制御を行なう。処理回路１１３は、歩行動作を行なっているとき、時々刻々変化する角度θおよび加速度・角速度センサ１０３に基づいて、歩行動作をアシストするための遊脚のアシストトルクおよび支持脚のアシストトルクを計算する。
【０１１５】
ステップＤ１３では、処理回路１１３は、上体判断を行なう。処理回路１１３は、角度センサ６７の検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に応答して、上体動作を行なっているか否かを判断する。上体動作は、持ち上げ、持ち下げのために、上体を曲げ、次に上体を起こす動作である。ステップＤ１４では、処理回路１１３は、上体制御を行なう。処理回路１１３は、上体動作を行なっているとき、上体動作をアシストする持ち上げアシスト制御、持ち下げアシスト制御のためのアシストトルクを計算する。処理回路１１３は、たとえば、両脚に必要な角度θに比例したアシストトルクを算出する。
【０１１６】
ステップＤ１５では、処理回路１１３は、中腰判断を行なう。処理回路１１３は、角度
センサ６７の検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に応答して、中腰アシスト動作を行なっているか否かを判断する。中腰アシスト動作は、中腰姿勢での動作である。ステップＤ１６では、処理回路１１３は、中腰アシスト制御を行なう。処理回路１１３は、中腰アシスト動作を行なっているとき、中腰動作をアシストするためのアシストトルクを計算する。処理回路１１３は、両脚に必要な、たとえば、両脚に必要な角度θに比例したアシストトルクを算出する。ステップＤ１１〜Ｄ１６は、算出演算動作をするステップである。
【０１１７】
ステップＤ１７では、処理回路１１３は、歩行アシスト制御、上体アシスト制御および中腰アシスト制御に関して、ステップＤ１１、Ｄ１３、Ｄ１５の各判断に従って重複することなく各アシスト制御出力を調整し、予め設定された優先順位に従って判定を行い、駆動ステップＤ１８で、処理回路１１３は、前記優先順位に従って、算出したアシストトルクを出力するように、各モータドライバ１２１を制御して、パワーアシスト用電動モータ６４を駆動させて、アシスト制御シーケンス処理を終了する。
【０１１８】
本実施形態の処理回路１１３では、上体アシスト制御である持ち上げアシスト制御、持ち下げアシスト制御の優先度が最も高く、中腰アシスト制御の優先度がそれに続き、歩行アシスト制御の優先度が最も低くなるように予め設定されている。この優先順位は、特に農作業をアシストするために定められたものであり、歩行アシスト制御、上体アシスト制御および中腰アシスト制御の優先順位は、必要に応じて、適宜設定変更することができる。
【０１１９】
このように、本実施形態では、歩行アシスト制御、上体アシスト制御および中腰アシスト制御に関して優先順位を予め設定しておくことによって、処理回路１１３において装着者１０の動作を推定して、歩行アシスト制御、上体アシスト制御および中腰アシスト制御が混ざらないように明確に切り分ける。
【０１２０】
処理回路１１３による図３４のステップＤ１１における歩行判断処理の処理手順は、図３９〜図４７に関連して後述する。
【０１２１】
図３６は、処理回路１１３による歩行アシスト制御処理の処理手順を示すフローチャートである。歩行制御処理では、装着者の姿勢情報の内、時々刻々変化する角度センサ６７による検出角度θおよび加速度・角速度センサ１０３の出力に基づいて、歩行時に必要とされる遊脚側トルクと支持脚側トルクを計算する。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１２が実行されると、ステップＦ１１に移る。
【０１２２】
ステップＦ１１では、処理回路１１３は、歩行アシスト開始を検出する。処理回路１１３は、遊脚側の脚が歩行判断ポイントに位置付いたことを検出する。ステップＦ１２では、処理回路１１３は、遊脚側のアシストトルクを計算する。ステップＦ１３では、処理回路１１３は、支持脚側のアシストトルクを計算する。ステップＦ１４では、処理回路１１３は、歩行が繰り返されているかの度合いである歩行割合による補正を行なうことで、歩行アシストトルクを算出する。後述の図４０（２）のグラフは、の図４０（１）のグラフに示される歩行開始時の左右の角度θと、予め定める歩行度合（すなわち歩行割合）を掛けて算出された支援力モーメントの出力結果を示す。
【０１２３】
図３７は、処理回路１１３による遊脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３６に示したステップＦ１２が実行されると、ステップＦ２１に移る。
【０１２４】
ステップＦ２１では、処理回路１１３は、遊脚であるか否かを判断し、遊脚であると判
断された場合には、ステップＦ２２に進み、股関節角度θを読み込む。遊脚でないと判断された場合には、当該計算処理を終了する。遊脚であると判断された場合には、遊脚アシスト制御が順次実行される。本発明の実施の他の形態では、遊脚であると判断された場合には、歩行シーケンスが、「振上開始」→「振上中」→「振下開始」→「振下中」と順次実行され、振り下げ完了で終了する。
【０１２５】
ステップＦ２２では、角度センサ６７から検出した股関節角度θを読み込む。ステップＦ２３では、加速時間経過まで予め定められたトルクを維持する。ステップＦ２４では、加速時間経過では、遊脚の角度θが予め定める角度（たとえば２０°）になるまでの間、予め定める一定速度で遊脚のアシストトルクを減少する。
【０１２６】
図３８は、処理回路１１３による支持脚側のアシストトルクの計算処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３６に示したステップＦ１３が実行されると、ステップＦ３１に移る。
【０１２７】
ステップＦ３１では、処理回路１１３は、支持脚であるか否かを判断し、支持脚であると判断された場合には、ステップＦ３２に進み、支持脚でないと判断された場合には、当該計算処理を終了する。支持脚であると判断された場合には、直立姿勢を保つためのトルクを出力する。
【０１２８】
ステップＦ３２で、処理回路１１３は、角度センサ６７による股関節角度θを読み込み、ステップＦ３３で、処理回路１１３は、加速時間経過まで予め定めるトルクを維持する。ステップＦ３４で、加速時間経過後は、支持脚の角度θが予め定める角度（たとえば零）になるまで、または他脚である遊脚が着地するまでの間、支持脚の角度に比例して、支持脚のアシストトルクを零まで減少させる。
【０１２９】
図３９は、支援ロボット装置１による歩行支援が継続されているときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。図３９（１）は装着者１０が歩行する動作を示し、図３９（２）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形のライン１２６、１２７を示し、図３９（３）は加速度・角速度センサ１０３によって検出される装着者１０の上下方向の加速度α１の波形を示し、図３９（４）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支持力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。図３９に示される第１歩〜第３歩の各歩行期間Ｗ１〜Ｗ３において、対となる期間Ｗ１、Ｗ２の全体に期間を１００％とすると、各期間Ｗ１、Ｗ２は５０％ずつである。期間Ｗ３以降、期間Ｗ１、Ｗ２と同様な動作が繰り返される。
【０１３０】
先ず、期間Ｗ１の時刻ｔ１０で、右足が着地して支持脚となる。歩行時に着地するときの下肢、したがって大腿の角度θは、０°付近ではなく、２０〜３０°付近である。左右のいずれか一方の足が着地したとき、加速度・角速度センサ１０３の上下方向の加速度α１の出力は、図３９（３）のとおり、最大値となり、このことは処理回路１１３によって検出される。右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３９（２）のライン１２７に示され、着地時刻ｔ１０では、最大値に近似する大きい値、たとえば２５°であり、これに対して、左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３９（２）のライン１２６に示され、着地時刻ｔ１０では、最小値に近似する小さい値、たとえば０°である。したがって、処理回路１１３は、着地時刻ｔ１０で、これらの角度θＲ、θＬの大小を比較して、大きいほうの角度θＲ（θＬ＜θＲ）が得られた足が着地した支持脚であり、または小さいほうの角度θＬが得られた足が遊脚であると判断する。
【０１３１】
着地時刻ｔ１０から時刻ｔ１３までの支持期間Ｗａだけ、支持脚に振り下げて支持する方向１２４の振り下げ支持力モーメント１２９ａ（図３９（４））が、駆動源６０Ｒによって与えられる。支持力モーメント１２９ａは、予め定める時間Ｗｃだけ予め定める一定値（たとえば６０〜１０Ｎｍ）を維持し、その後、支持力モーメントを弱めていくのに応じて時間経過に伴って減少するように、または角度センサ６７Ｒで検出した角度θＲに比例して減少するように、駆動源６０Ｒによって与えられる。右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３９（２）のライン１２７に示され、時刻ｔ１０で、であり、時刻ｔ１０から時間経過に伴なって減少してゆき、予め定める振り下げ支援終了設定角度θ０（たとえば０°）になった時刻ｔ１３で、振り下げ支援を終了する。すなわち支持脚のアシストは、予め定める時間Ｗｃは、予め定める振り下げアシスト力、すなわち振り下げ力モーメント（前述のように、たとえば６０Ｎｍ）を出力する。この時間を過ぎたら、角度センサ６７Ｒで検出した支持脚の角度θＲが予め定める角度、たとえば０°までで、遅くても他の足が着地するまでは、角度センサ６７Ｒで検出した角度θＲに比例して、支持アシスト力、すなわち支持力モーメント１２９ａを出力する。こうして。右足が着地したとき、右の股関節角度は、２５°程度で着地して、その後、減少する。そのとき、既に着地している左の股関節角度が、真下の付近の最小値となっている。その後すぐに、遊脚である左足を振り上げるので、左の股関節角度が上昇してゆく。
【０１３２】
この期間Ｗ１において、遊脚である左足には、着地時刻ｔ１０から時刻ｔ１１までの振り上げ期間Ｗｂにおいて、振り上げ力モーメントの加速度を、振り上げる力を出して振り上げを加速している時間である予め定める時間Ｗｄ（Ｗｄ＜Ｗｂ）だけ、振り上げる方向１２５の振り上げ力モーメント１２８ｂ（図３９（４））が、予め定める一定値（たとえば８０〜２０Ｎｍの範囲内の値）で、駆動源６０Ｌによって与えられる。期間Ｗ１における遊脚である左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３９（２）のライン１２６に示され、時刻ｔ１０で最小値、たとえば０°であり、時刻ｔ１０から時間経過に伴なって増加してゆき、この時間Ｗｄ経過後の時刻ｔ１１では、予め定める振り上げ支援終了設定角度θ２０（たとえば２０°）となり、振り上げ支援を終了する。その後、遊脚の角度θＬは、時刻ｔ１２で最大値になる。すなわち遊脚のアシストは、予め定める時間Ｗｄ、予め定める振り上げアシスト力１２８ｂを出力する。この時間Ｗｄを過ぎたら、角度センサ６７Ｌで検出した遊脚の角度θＬが予め定める角度、前述のように、たとえば２０°までは、予め定める速度で減算して、振り上げアシスト力１２８ｂを出力する。こうして、右足が着地すると、左足は振り上げて、遊脚となり、股関節角度が増加して屈曲し、大きくなる。右足は支持脚となり、後方へ蹴り、股関節角度は減少し小さくなって伸展する。屈曲と伸展は、図３１における直下方向の０°を境目に表示し、時計まわりのプラス側を屈曲といい、反時計まわりのマイナス側が伸展という。
【０１３３】
次に、期間Ｗ２では、時刻ｔ２０以降、処理回路１１３による駆動源６０の左右の制御動作が、期間Ｗ１とは逆に行なわれる。左足が着地して支持脚となり、この着地時刻ｔ２０から時刻ｔ２３までの支持期間Ｗａだけ、支持脚に振り下げて支持する方向１２４の支持力モーメント１２８ａが、駆動源６０Ｌによって与えられる。左足の角度センサ６７Ｌの検出角度θＬは、図３９（２）のライン１２６のとおり、時刻ｔ２０で、たとえば２５°であり、時刻ｔ２０から時間経過に伴なって減少してゆき、予め定める振り下げ支援終了設定角度θ０になった時刻ｔ２３で、振り下げ支援を終了する。
【０１３４】
この期間Ｗ２において、遊脚である右足には、着地時刻ｔ２０から時刻ｔ２１までの振り上げ期間Ｗｂだけ、振り上げる方向１２５の振り上げ力モーメント１２９ｂが、駆動源６０Ｒによって与えられる。期間Ｗ２における遊脚である右足の角度センサ６７Ｒの検出角度θＲは、図３９（２）のライン１２７のとおり、時刻ｔ２０で最小値であり、時刻ｔ２０から時間経過に伴なって増加してゆき、時刻ｔ２１では、予め定める振り上げ支援終了設定角度θ２０となり、振り上げ支援を終了する。遊脚の角度θＲは、時刻ｔ２２で最
大値になる。
【０１３５】
歩行支援は、右足が着地する時刻ｔ３０から始まる期間Ｗ３以降、期間Ｗ１、Ｗ２と同様な動作が繰り返されて継続される。
【０１３６】
本発明の実施の他の形態では、期間Ｗ１において、振り下げ支持力モーメント１２９ａを出力する支持期間Ｗａは、予め定める時間であってもよく、この時間Ｗａを過ぎたら、角度センサ６７で検出した支持脚の角度θが予め定める角度、たとえば０°までで、遅くても他の足、すなわち遊脚が着地する時刻ｔ２０までは、角度センサ６７で検出した角度θに比例して、支持力モーメント１２９ａを出力する。
【０１３７】
本発明の実施の他の形態では、処理回路１１３は、支持脚と遊脚との判断を、着地時刻ｔ１０における角度θＲ、θＬを予め定めるレベルでレベル弁別することによって、実現してもよい。振り下げ支援の終了は、期間Ｗ１の遊脚が着地する時刻ｔ２０に定めてもよい。
【０１３８】
処理回路１１３は、電動モータ６４に取り付けた左右の各角度センサ６７の振り角度θＲ、θＬが真下方向付近の最小値、たとえば零となったとき、その角度θＲまたはθＬに対応する足が着地したと判断してもよい。角度センサ６７で検出した着地した支持脚には、支持する方向にアシストする。
【０１３９】
左右いずれかの着地した支持脚は、角度センサ６７によって上述のように検出してもよいが、実施の他の形態では、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３で検出した３次元の加速度α１、α２、α３によって支持脚を検出してもよい。
【０１４０】
図４０は、支援ロボット装置１による歩行支援が開始されるときの処理回路１１３の動作を説明するためのタイムチャートである。図４０（１）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図４０（２）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支持力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。期間Ｗ１１〜Ｗ３１は図３９の期間Ｗ１〜Ｗ３にそれぞれ対応し、時刻ｔ１０１〜ｔ３０１は図３９の時刻ｔ１０〜ｔ３０にそれぞれ対応し、添え字ａは支持力モーメントを示し、添え字ｂは振り上げ力モーメントを示す。
【０１４１】
処理回路１１３は、各期間Ｗ１１〜Ｗ３１の時刻ｔ１０１〜ｔ３０１で加速度・角速度センサ１０３の上下方向の加速度α１の出力が最大値となることによって、足が着地したことを検出する。さらに左右の各角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、図４０（１）のライン１２６、１２７のとおり、左右逆方向に、予め定める第１の回数（たとえば２回）だけ、振れていることを検出することによって、歩行開始が開始されたことを検出する。その後、予め定める第２の回数（たとえば３回）だけ、歩行が繰り返されているかの度合（すなわち、繰り返された回数）に従って、上昇させ、この度合に応じて左右の支援力モーメント１２８、１２９を図４０（２）のとおり、増加させることによって、毎回の歩行開始のタイミングに遅れることなく、左右股関節付近に配置した駆動源６０によって、歩行支援する。すなわち、処理回路１１３は、カウンタを有し、このカウンタによって、歩行アシストについて、左右の角度センサ６７で検出した角度θが、左右逆方向に２〜３回振れていることを計数、検出して、歩行開始を検出し、その後の２〜３回の間で歩行アシスト力を増加させる。こうして、処理回路１１３は、歩行アシストについては、先ず、左右の角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、左右逆方向に２〜３回振れていることで歩行開始を検出し、その後、２〜３回の間で歩行アシスト力を増加させる。
【０１４２】
図４１は、支援ロボット装置１による歩行支援が終了されるときにおける動作を説明するためのタイムチャートである。図４１（１）は装着者１０が歩行する動作を示し、図４１（２）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図４１（３）は加速度・角速度センサ１０３によって検出される装着者１０の上下方向の加速度α１の波形を示す。図４１（１）〜（３）は、図３９（１）〜（３）にそれぞれ対応する。図４１に示される歩行支援が終了される第１歩〜第３歩の各歩行期間Ｗ４１〜Ｗ６１において、対となる期間Ｗ４１、Ｗ５１の全体に期間を１００％とすると、各期間Ｗ４１、Ｗ５１は５０％ずつである。期間Ｗ４１では、右足の着地の時刻ｔ４０１の後、左足の着地まで左右の角度θＬ、θＲがライン１２６，１２７のとおり、得られている。次の期間Ｗ５１では、左足の着地の時刻ｔ５０１の後、右足が着地することによって、両足が着地が時刻ｔ６０１までの間に、時刻ｔ５０２以降、左右の角度θＬ、θＲの角度差Δθ１が予め定める値Δθ１０未満である時間Ｗ５０２が、予め定める時間Ｗ７０以上（Ｗ４１＜Ｗ７０≦Ｗ５０２）であることが、処理回路１１３によって検出されると、歩行が繰り返されていないと判断する。
【０１４３】
図４２は、支援ロボット装置１による歩行支援が終了されるときの処理回路１１３の動作を説明するためのタイムチャートである。図４２（１）は左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲの各波形１２６、１２７を示し、図４２（２）は左右の駆動源６０Ｌ、６０Ｒによって大腿１２Ｌ、１２Ｒにそれぞれ与えられる左右の支援力モーメント１２８、１２９である振り下げ支持力モーメントに添え字ａを付して、および振り上げ力モーメントに添え字ｂを付して、それらの波形を示す。時刻ｔ７０１で左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒによる検出角度θＬ、θＲが減少してゆき、それに応じて、処理回路１１３は、たとえば振り下げ支持力モーメント１２９ａ１のように減少する。時刻ｔ８０１以降では、検出角度θＬ、θＲが最小値のままになり、支援力モーメントを零とする。こうして、処理回路１１３は、左右の角度センサ６７Ｌ、６７Ｒで検出した振れ角度θＬ、θＲが小さくて歩行が終了したことを検出すると、歩行アシストを直ちに終了する。持ち上げアシスト用手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が押されたままで物体を検出しており、持ち上げ終了角度に達していない状態で、持ち上げアシストが継続されている場合は、歩行を検出しても、物体センサ１９１〜１９４がＯＦＦになるまで、物体を持ち上げて運搬歩行している状態で、持ち上げアシストを選択している判断して、歩行支援の動作には入らない。
【０１４４】
図４３は、処理回路１１３の歩行支援の判断動作を説明するためのフローチャートである。歩行判断については、ステップｓ０からステップｓ１に移り、持ち上げアシストが継続されているとき、ステップｓ２で歩行の角度θＬ、θＲを検出し、ステップｓ４で予め定める最小値θＬ０１、θＲ０１以上であって（θＬ０１≦θＬ、θＲ０１≦θＲ）、ステップｓ５で角度θＬ、θＲが交互に逆方向であって、すなわち、左右が逆位相になって繰り返されるとき、ステップｓ３、ｓ６、ｓ７でステップｓ４、ステップｓ５を予め定める回数（たとえばｒは複数の３回）繰り返して、歩行が繰り返されていると判断しても、ステップｓ８で、手袋スイッチがＯＦＦになるまで、すなわち手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が物体を検出しているならば、運搬歩行で持ち上げアシストを選択していると判断して、歩行支援の動作には入らず、そうでなければステップｓ９で歩行支援の動作を行なう。さらにまた、歩行時の角度センサ６７の波形が、前述のように、左右の大腿１２で逆位相になって繰り返され、たとえば、足を振り上げた角度θが最大になったことを、前回値と比較して増加から減少に転じたことで歩行を判定する。このようにして最大になったことの回数をカウンタで積算し、予め定める回数である２〜３回繰り返されたことをカウンタの積算値で判断して、歩行が繰り返されていると判断する。その後、後述の図４５に示されるように、カウンタの積算値の増加に従って、歩行のアシスト力を増加させることができる。
【０１４５】
ステップｓ１０で左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θＬ、θＲが小さいなら（θＬ＜θＬ０１、θＲ＜θＲ０１）、ステップｓ１４で左右角度が小さいことを表わすフラグをＯＮとし、左右角度が小さい時間を計時するタイマをカウントアップし、その時間が予め定める時間Ｗ１１ａより長いと、ステップｓ１６で歩行終了であり、歩行アシストを終了する。すなわち、左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θの差Δθ１（図４１（２））が小さくて歩行が終了したことを検出すると、歩行支援を直ちに終了する。ステップｓ１０で左右の角度センサ６７で検出した振れ角度θＬ、θＲが大きいなら（θＬ０１≦θＬ、θＲ０１≦θＲ）、ステップｓ１１でステップｓ１４で左右角度が小さいことを表わすフラグをＯＦＦとし、ステップｓ１２で左右角度が小さい時間を計時するタイマを零にリセットして、ステップｓ９へ戻る。
【０１４６】
図４４〜図４７は、処理回路１１３による歩行支援の動作を説明するためのフローチャートである。図４４のステップｓ２０からステップｓ２１に移り、加速度・角速度センサ１０３によって検出される上下方向の加速度α１が最大になったことが判断されると、ステップｓ２２へ進む。足が着地すると、上下方向の加速度α１は、その着地の衝撃で最大となる。これから着地しようとする遊脚の角度は、最大に振られてから振り戻されて、たとえば２０°程度になっている。既に着地している支持脚は、振り下げられていて角度θが真下方向付近の０付近であり、最小値になっている。たとえば左足の角度θＬがほぼ零であれば、ステップｓ２３で左足が着地すれば、その左足が支持脚となり、右足が振り上げられて遊脚になる。ステップｓ２４で右足が着地すれば、右足の角度θＲがほぼ零であれば、ステップｓ２５で右足が着地によって支持脚となる。
【０１４７】
ステップｓ２２、ｓ２４で、角度θＬ、θＲがいずれも大きい値であれば、ステップｓ２６では、装着者１０は歩行していなくて、両足が浮いており、走っていると判断し、安全のために歩行支援動作を停止する。
【０１４８】
図４４のステップｓ２３、ｓ２５の着地検出後、図４５のステップｓ２７以降に移り、ステップｓ２、ｓ２９で角度θＬ、θＲの最大値が交互に検出されれば、ステップｓ２７で零にリセットされていたカウンタの計数値ｑについて、ステップｓ３０で１歩ずつ計数し、ステップｓ３１で左右の支援力モーメントＴＬｑ、ＴＲｑを増加分ΔＴずつ漸増してゆく。このような動作をステップｓ３２で予め定める回数（たとえばｑは複数の３回）だけ繰り返す。
【０１４９】
図４５のステップｓ２３から、図４６のステップｓ３３以降に移り、支持脚に支持力モーメントを与える。ステップｓ３３で、着地を図３９の時刻ｔ１０またはｔ２０で検出後、支持脚の経過時間Ｗ７１と遊脚の経過時間Ｗ８１との計時を開始する。ステップｓ３４で支持脚に、予め定める一定値の支持力モーメント（図３９（４）のライン１２９ａ，１２８ａ）を与える。ステップｓ３５では、支持脚の経過時間Ｗ７１が支持力モーメントを出して支持している時間である予め定める時間Ｗｃ経過したかが判断され、そうであれば、予め定める時間Ｗｃ経過後、次のステップｓ３６で支持力モーメントを支持脚の角度θに比例した値で、ステップｓ３７で支持脚の角度θが０°になるまで、またはステップｓ３８で遊脚が着地するまで、出力する。
【０１５０】
図４６のステップｓ３７またはステップｓ３８から、図４７のステップｓ３９に移り、遊脚に、予め定める一定値の振り上げ力モーメント（図３９（４）のライン１２８ｂ、１２９ｂ）を与える。ステップｓ４０では、遊脚の経過時間Ｗ８１が予め定める時間Ｗｄ経過したかが判断され、そうであれば、予め定める時間Ｗｄ経過後、次のステップｓ４１で振り上げ力モーメントを予め定める一定速度で減少させる。ステップｓ４２で遊脚の角度θが予め定める角度（たとえば２０°）になるまで、振り上げ力モーメントを出力する。
【０１５１】
図４８は、処理回路１１３による持ち上げ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。上体判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って、股関節を曲げ、次に上体を起こそうとしているかどうかを判断している。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１３が実行されると、ステップＧ１１に移る。
【０１５２】
ステップＧ１１で、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＧ１２で、処理回路１１３は、持ち上げアシスト動作開始ポイントを検出する。ステップＧ１１で計算した股関節角速度ωがパラメータＮｏ「４１」の「屈曲側」を越えた位置を検出し、その位置を上体曲げ動作開始ポイントとする。ステップＧ１３で、処理回路１１３は、持ち上げ動作開始のための開始スイッチとして働く物体センサ１９１〜１９４の出力による検出を待ち、その開始スイッチのＯＮが検出されると、上体制御出力を開始し、予め定める持ち上げ終了角度に減少して到達した段階で、持ち上げアシストの上体制御を終了する（ステップＧ１４〜Ｇ１６）。
【０１５３】
持ち上げのタイミングは、加速度、および角速度の検出信号によって、作成する。持ち上げのタイミングは、後述の図５０に示される加速度、および角加速度の検出信号によって、作成する。
【０１５４】
図４９は、処理回路１１３による上体制御処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３５に示したステップＤ１４が実行されると、ステップＨ１１に移る。ステップＨ１１では、処理回路１１３は、両脚に必要な、角度センサ６７による股関節角度θに比例したアシストトルクを算出する。ステップＨ１２では、その算出したアシストトルクを維持する。角度θが０になるとき、すなわち真上に起き上がったとき、大きな持ち上げアシストが作用すると、装着者１０はバランスを崩しやすく、この状態を避けなければならない。そこで、前述のとおり、本発明に従えば、股関節角度θに比例したアシストトルクを算出するが、実施の他の形態では、１次関数でもよく、２次関数でもよい。
【０１５５】
図５０は、処理回路１１３による持ち上げ支援動作を説明するためのフローチャートである。装着者１０が持ち上げようとする物体を掴むことによって、ステップｕ３において持ち上げアシスト用手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が押されたままで、持ち上げ終了角度に達していない状態で、持ち上げアシストが継続されている場合は、ステップｕ１において歩行を検出しても、物体センサ１９１〜１９４がＯＦＦになるまで、物体を持ち上げて運搬歩行している状態で、持ち上げアシストを選択しているとして、ステップｕ４の歩行のアシストには入らない。持ち上げ判断については、左右の角度センサ６７でそれぞれ検出した角度θＬ、θＲが、左右ほぼ同じであっても（θＬ＝θＲ）、そうでなくて開脚して持ち上げるときであっても、ステップｕ２のように、腰が曲げられる方向に振れていて（前かがみの姿勢、θＬ０２≦θＬ、θＲ０２≦θＲ、ここで、θＬ０２、θＲ０２は、予め定める値である）、歩行アシストされてなくて、ステップｕ３で手袋スイッチＳＷがＯＮである物体センサ１９１〜１９４が押されたことによって、ステップｕ４において、持ち上げアシストを開始する。ステップｕ５、ステップｕ６において、角度θＬ、θＲが予め定める持ち上げ終了角度θＬ０２、θＲ０２未満になるか（θＬ＜θＬ０２、θＲ＜θＲ０２）、物体センサ１９１〜１９４がＯＦＦで、ステップｕ８で持ち上げアシストを終了する。ステップｕ７において、検出角度θＬ、θＲが、予め定める持ち上げ終了角度θＬ０２、θＲ０２以上であれば（θＬ０２≦θＬ、θＲ０２≦θＲ）、物体センサ１９１〜１９４がＯＮの持ち上げ開始のトリガを保持してラッチする。
【０１５６】
すなわち、持ち上げアシストについては、左右の角度センサ６７で検出した角度θＬ、θＲが、腰が曲げられる方向に振れていて、歩行アシストしていない場合で、手袋装置１
９０の物体センサ１９１〜１９４が押されたことによって、持ち上げアシストを開始する。なお持ち上げアシストでは、予め定める持ち上げ力モーメントを出力する。予め定める持ち上げ終了角度になるか、物体センサ１９１〜１９４がＯＦＦになると、持ち上げアシストを終了する。検出角度θＬ、θＲが、たとえば零では、まっすぐ直立した角度であり、持ち上げるときには勢いがつくので、角度θＬ、θＲが、０°では手前で切れる感じになる。したがって、持ち上げ終了角度θＬ０２、θＲ０２は、０°よりは少しのけぞった予め定める値、たとえば―２０°を設定値とする。角度θは図３１の右回りに正とし、―２０°とは、１８０°を超える値となったときであり、真上を超えてのけぞる角度である。
【０１５７】
前述の本発明の実施の形態では、図５０のステップｕ３における手袋スイッチがＯＮ、すなわち手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が物体を検出しているＯＮ信号で、持ち上げ開始を検出し、ステップｕ７における物体を検出しないＯＦＦ信号で持ち上げ終了を検出する。
【０１５８】
これに対して、実施の他の形態では、手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４を用いないで、持ち上げアシスト制御を実現し、できるだけシンプルなシステムにして、手袋装置１９０を使うのが煩わしいとか、物体センサ１９１〜１９４が故障するなどの問題を解決する。手袋装置１９０を使用しない実施の第１の形態では、処理回路１１３は、図５０のステップｕ３に代えて、図６０のフローチャートを実行する。ステップｕ７５から次のステップｕ７６において、歩行の着地を検出した同じ加速度・角速度センサ１０３の出力に応答し、上下方向の加速度α１が予め定める第１の閾値（たとえば１．１５Ｇ）を超えたら、また、予め定める第２の閾値（たとえば０．８５Ｇ）以下になったら、持ち上げ時の上下方向の動き開始とする。ステップｕ７７では、歩行時の着地においても、加速度・角速度センサ１０３からは、上下方向の加速度α１が得られるので、歩行していない状態を検出した後、持ち上げアシストのための検出と判断する。また、物にぶつかったりしたときにも上下方向の加速度α１が得られるので、前後方向の加速度α２や左右方向の加速度α３が検出されていない第３の閾値（たとえば０．１５Ｇ）以下の条件下の範囲（たとえば−０．１５Ｇ〜０．１５Ｇ）内で、持ち上げアシストのための検出とする。
【０１５９】
手袋装置１９０を使用しない実施の形態では、ステップｕ７６、ｕ７７に、さらにＡＮＤ条件で、ステップｕ７８において、加速度・角速度センサ１０３によって検出した左右方向の軸線まわりの角速度ω３が、予め定める第１の角速度閾値（たとえば３００°／ｓ）を超えたら、また第２の角速度閾値（たとえば−３００°／ｓ）以下になったら、すなわち負の絶対値が大きくなったら、持ち上げ時の腰の回転の動きが生じたものと検出する。このように、持ち上げる場合の図３１における時計回り以外に、反時計回りの逆モーションになることもあるので、反時計回りである負の絶対値が大きいときも検出して、負である第２の角速度閾値による構成をも実現する。
【０１６０】
ステップｕ７９では、歩行時にも角速度ωが得られるので、歩行していない状態での検出とする。また、物にぶつかったりしたときにも角速度ωが得られるので、上下軸線まわりの角速度ω２や前後軸線まわりの角速度ω３が、予め定める第３の角速度閾値（たとえば３００°／ｓ）を超えないで、また予め定める第４の角速度閾値（たとえば−３００°／ｓ）以下にならない条件下での検出とする。
【０１６１】
ステップｕ７６〜ｕ７９に、さらにＡＮＤ条件で、ステップｕ８０では、さらにＡＮＤ条件で、左右の角度センサ６７で検出した角度が予め定める閾値である体幹１１が前かがみになっている角度（たとえば１０度〜９０度）の範囲内であれば、ステップｕ８２で、手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が物体を検出しているＯＮ信号と等価である持ち上げ開始のトリガ信号を出力し、図５０のステップｕ４へ移る。前述のステップｕ７
６〜ｕ８０の判断が否定であれば、ステップｕ８１で、前記ＯＮ信号のトリガ信号をＯＦＦとし、ステップｕ７６へ戻る。
【０１６２】
図５０のステップｕ７ａでは、手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４がＯＦＦ信号が出力され、手袋装置１９０がない実施の形態では、このＯＦＦ信号と等価である持ち上げ終了のトリガ信号は、左右の電動モータ６４の角度θが、予め定める持ち上げ終了角度（たとえば、−２０°）を超えたとき、得られ、持ち上げ終了とする。
【０１６３】
本発明の実施のさらに他の形態では、持ち上げのタイミングを、加速度の検出信号に代えて、電動モータ６４の電流(トルク)を電流検出器で検出し、その検出信号によって、作成する構成であってもよい。特に電動モータ６４の定格容量が小さく、出力トルクが小さい構成では、負荷電流の変動が大きく、検出が確実となり、有利である。
【０１６４】
図５１は、処理回路１１３による持ち下げブレーキ動作のための上体判断処理の処理手順を示すフローチャートである。上体判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って、股関節を曲げ、次に上体を前へ倒そうとしているかどうかを判断している。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１３が実行されると、ステップＧ１１ａに移る。
【０１６５】
ステップＧ１１ａで、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＧ１２ａで、処理回路１１３は、持ち下げアシスト動作開始ポイントを検出する。ステップＧ１３ａで、処理回路１１３は、予め定める値以上に、持ち下げ速度が出ていることを検出する。ステップＧ１４ａで、持ち下げ時間終了か、持ち上げアシスト開始か、歩行アシスト開始かを判断する。ステップＧ１４ａで持ち下げ時間終了であれば、ステップＧ１５ａで、ブレーキ力を零として、持ち下げアシストの上体制御を終了する。ステップＧ１４ａで持ち下げ時間終了でなければ、ステップＧ１６ａで、持ち下げアシストのために、予め定めるブレーキ力を出す。
【０１６６】
図５２は、処理回路１１３による持ち下げブレーキ支援制御処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１４が実行されると、ステップｕ２０に移る。持ち下げブレーキアシストについては、ステップｕ２２において左右の角度センサ６７で検出した角度が、腰が曲げられる方向に振れていて、ステップｕ２１において歩行アシストしていなくて、ステップｕ２３において手袋装置１９０の物体センサ１９１〜１９４が押されていなくて、ステップｕ２４、ステップｕ２５において左右の角度センサ６７で検出した角度より算出した角速度ωＬ、ωＲが持ち下げ方向に予め定める角速度ωＬ０１、ωＲ０１より出ていることよって（ωＬ０１≦ωＬ、ωＲ０１≦ωＲ）、持ち下げブレーキアシストを開始する。
【０１６７】
当初は予め定めるブレーキ力を出して、計時した時間Ｗ１が予め定める持ち下げ時間Ｗ０１後には（Ｗ０１≦Ｗ１）、ブレーキ力を０として終了する。ステップｕ２８、ｕ２９における持ち上げアシストや歩行アシストが開始されると、持ち下げブレーキアシストは、すぐに終了する。
【０１６８】
実施の他の形態では、手袋装置１９０を使用せず、加速度・角速度センサ１０３の出力によって、装着者の体幹の加速度、角速度を検出し、処理回路１１３は、加速度・角速度センサ１０３からの出力に応答し、検出された加速度または角速度が、物体の持ち下げブレーキ支援の開始に対応する値であるとき、左右の駆動源６０によって、持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、持ち下げブレーキ力モーメントを与える。したがって、手袋装置１９０、物体センサ１９１〜１９４を使用せず、装着者の体幹１１の加速度、角速度を検出して、装着者１０の体幹１１のたとえば上下方向の加速度α１を検出し、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出し、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの速度を検出する。加速度α１、角速度ω３または角度の値の範囲によって、持ち下げ時のたとえば上下方向の動きの開始を判断することができ、またさらに、それらの終了を判断することができる。体幹１１の角度を角度センサで検出して、持ち下げブレーキ力モーメントを与えるように構成することもできる。このように、持ち下げブレーキ支援でも、手袋装置１９０を用いなくても、持ち下げ速度が予め設定された速度が出ていることで持ち下げブレーキ支援ができる。
【０１６９】
手袋装置１９０を使用せずに持ち下げブレーキ力モーメントを与える、この実施の形態では、処理回路１１３は、図５２のステップｕ２３において、前述の図６０のフローチャートの動作を、前述と同様に実行する。図５２のステップｕ２９ａでは、図５０のステップｕ７ａと同様な前述の動作が実行される。
【０１７０】
図５３は、処理回路１１３による中腰判断処理の処理手順を示すフローチャートである。中腰判断処理では、装着者１０の姿勢情報を使って中腰姿勢を判断する。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１５が実行されると、ステップＫ１１に移る。
【０１７１】
ステップＫ１１で、処理回路１１３は、股関節の検出角度θを演算して、股関節角速度ωを読込む。ステップＫ１２で、処理回路１１３は、予め定める中腰角度になり、予め定める経過時間を過ぎたことを検出する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了か、歩行アシストが開始か、持ち上げアシストが開始か、持ち下げブレーキアシストが開始かを判断する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了、歩行アシストが開始、持ち上げアシストが開始、持ち下げブレーキアシストが開始のいずれでもなければ、中腰アシスト制御を維持する。ステップＫ１３で、中腰角度が終了、歩行アシストが開始、持ち上げアシストが開始、持ち下げブレーキアシストが開始のいずれかであれば、中腰アシスト制御を終了する。
【０１７２】
図５４は、処理回路１１３による中腰制御処理の処理手順を示すフローチャートである。処理回路１１３は、図３４に示したステップＤ１６が実行されると、ステップＬ１１に移る。ステップＬ１１では、中腰保持角度を、それまでの角度センサ６７で検出した角度の平均値を算出する。
【０１７３】
処理回路１１３によるステップＬ１１では、中腰開始後、中腰保持トルクは、中腰保持角度より深くなった角度に比例した予め定めるばね力で、出力される。このばね力のばね定数は、予め定める経過時間内で、中腰角度の変化幅が予め定める角度変化幅より大きい場合は、ばね定数は予め定める値から比例して小さくして零とし、中腰アシストを効かないようにできる。
【０１７４】
図５５は、処理回路１１３の中腰支援動作を示すフローチャートである。処理回路１１３は、ステップｕ４０からステップｕ４１〜ｕ４３において、持ち上げ支援、持ち下げブレーキ支援、歩行支援がなされていない場合、ステップｕ４４において、下肢、したがって大腿１２を直立した状態で、左右の各角度センサ６７で検出した角度θ４０ｉがいずれも、腰が曲げられる方向に振れていて（θ４０ｉ≦０）、かつ予め定める中腰角度θ４０以上になり（θ４０≦θ４０ｉ）、ステップｕ４５において、予め定める経過時間Ｗ４０（たとえば３秒間）を過ぎて継続されると、ステップｕ４６において、予め定める中腰支援を開始する。こうして、中腰アシスト動作については、左右の角度センサ６７で検出した角度が、腰が曲げられる方向に振れていて、持ち上げアシストや持ち下げブレーキアシストや歩行アシストがなされていない場合で、予め定める中腰角度になり、予め定める経過時間を過ぎると、予め定める中腰アシストを開始する。
【０１７５】
図５６は図５５のステップｕ４６において実行される処理回路１１３の中腰支援動作を
示すフローチャートであり、図５７は予め定める経過時間Ｗ４２（たとえば３秒間）内における装着者１０の各検出角度に対応する姿勢を示すスケルトン図であり、その期間Ｗ４２においてθｍａｘは最大値を、θｍｉｎは最小値をそれぞれ示し、図５８は平均値θａｖｅを示す一部のスケルトン図である。中腰支援動作中、ステップｕ６１において、中腰保持角度を、経過時間Ｗ４２内で、それまでの角度センサ６７で計測された角度θ４２ｊの平均値θａｖｅとする。ｉは、時間Ｗ４２内のサンプリング角度検出回数であり、１〜ｐの自然数である。
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【０１７６】
中腰支援動作は、それを説明するための図５８に示される角度θ、およびそれに関連する図５７、図５８の各角度θｍａｘ、 θｍｉｎ、 θａｖｅなどが、前述のとおり、体幹１１が直立した状態で、または前述のとおり、大腿１２が直立した状態で、角度センサ６７によって検出されて処理回路１１３に与えられて、実行される。
たとえば、この中腰保持角度は、予め定める時間Ｗ４２である３秒以上で予め定める角度θ４２ｊである１０°以上曲げていたとすると、その時間Ｗ４２の平均の中腰角度θａｖｅとする。中腰支援動作は、ステップｕ６２において、角度変化幅Δθ４２ｊを演算する。
Δθ４２ｊ ＝ θ４２ｊ ― θａｖｅ …（４）
【０１７７】
ステップｕ６３において、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅ以下の角度（θａｖｅ≦θ４０ｊ）になったとき、ステップｕ６４では、予め定めるばね定数ｋ４３を設定して、ステップｄ２５において、中腰支援力モーメントＴ４２ｊが、次のとおり、演算される。
Ｔ４２ｊ ＝ ｋ４３・Δθ４２ｊ …（５）
【０１７８】
ステップｕ６３において、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅより深い角度（θａｖｅ≦θ４０ｊ）になったとき、ステップｕ６６に移り、角度変化幅Δθ４２ｊが予め定める角度変化幅Δθ４３以上（Δθ４３≦Δθ４２ｊ）であることが判断される。ステップｕ６７で、角度変化幅Δθ４２ｊが予め定める角度変化幅Δθ４３以上である状態が予め定める経過時間Ｗ４３だけ継続すると、ステップｕ６８では、中腰支援力モーメントのためのばね定数ｋ４４ｊが演算される。
【０１７９】
図５９は、処理回路１１３による中腰支援動作におけるばね定数ｋ４４ｊの特性を示すグラフである。このばね力のばね定数ｋ４４ｊは、予め定める経過時間Ｗ４３内で、中腰角度θ４２ｊの変化幅Δθ４２ｊが予め定める角度変化幅Δθ４３以上であるとき（Δθ４２ｊ ≦ Δθ４３）、その差Δ４２３（＝Δθ４２ｊ―Δθ４３）に依存して、図５９のように、予め定める値ｋ４３から１次関数１１６（図５９）で小さくして零とし、中腰支援動作を効かないようにする。
ｋ４４ｊ ＝ ｋ４３（１−Δθ４２ｊ／Δθ４３） …（６）
中腰支援力モーメントＴ４２ｊは、次のとおり、演算される。
Ｔ４２ｊ ＝ ｋ４４ｊ・Δθ４２ｊ …（７）
【０１８０】
こうして、中腰支援力モーメントＴ４２ｊは、式（７）のとおり、変化幅Δθ４２ｊに比例して起き上がる力を発生する。この比例する力の定数をばね定数ｋ４４ｊとし、たとえば、変化幅Δθ４２ｊが９０°のときにフルにアシストするとして、中腰支援力モーメントＴ４２ｊによって、１０ｋｇの物体を持ち上げる力を発生するように構成する。
【０１８１】
このばね定数ｋ４４ｊは、予め定める３秒間での中腰角度の変化幅Δθ４２ｊ、すなわち、図５７における（θｍａｘ−θｍｉｎ）とするとき、この値Δθ４２ｊが小さくて姿勢変化が小さいと、ばね定数ｋ４４ｊが大きくなり、硬く感じる支援にする。またこの値ｋ４４ｊが大きくて姿勢変化が大きいと、柔らかい支援にする。
【０１８２】
前述のステップｕ６４、ｕ６５のとおり、検出角度θ４２ｊがその平均角度θａｖｅ以下の角度では、ばね定数ｋ４４ｊは、図５９のように、ライン１１６ａで示される一定値である。
【０１８３】
図５５を参照して、ステップｕ４７において、左右の各角度センサ６７で検出した角度θ４０ｉがいずれも、予め定める中腰角度θ４０未満になり、予め定める中腰終了角度になるか、ステップｕ４８〜ステップｕ５０において、歩行アシストが開始されるか、持ち上げアシストが開始されるか、持ち下げブレーキアシストが開始されると、中腰アシストを終了する。予め定める各値は、ハンディ端末装置１５０のキー入力によって設定される。
【０１８４】
図６１は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置５０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図６２は装着型支援ロボット装置５０１の装着状態を示す側面図である。図６３は装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す正面図であり、図６４は装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す側面図であり、図６５は装着型支援ロボット装置５０１の駆動源６０付近を示す平面図である。図６１〜６５に示される装着型支援ロボット装置５０１は、前述の図１、図２などの実施の形態に類似するが、特に、上アーム７０ａのように、前後方向の軸線まわりの角変位自在である受動回転軸７３（図１、図２）をなくして剛性とした構成とする。下アーム８０にある前後方向の軸まわりの受動回転軸８３によって、上肢を左右方向に側屈することができるので、前後方向の軸線まわりの角変位自在である受動回転軸７３（図１、図２）を省略して、図６１、図６２に示される装着型支援ロボット装置５０１の上アーム７０ａのように、剛性とした構成であってもよい。
【０１８５】
上アーム７０ａは、直線形状でなく、装着者１０の体型に沿うように、装着者１０側に凸に弯曲した形状でもよい。
【０１８６】
体幹下部保持具３０の側部３２である腰後方フレームは、アルミニウムなどの金属製の板形状でもよいが、合成樹脂製のパイプ構造などで実現されてもよい。パイプ構造とすることによって、軽量化と強度の向上を図ることができる。
【０１８７】
図６６は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置５５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図６７は装着型支援ロボット装置５５１の装着状態を示す側面図である。図６６、図６７に示される装着型支援ロボット装置５５１は、前述の図３０Ｄの実施の形態に類似し、さらに、前述の図６１〜図６５の実施の形態と同様に構成される。上アーム４７０には、前述の受動回転軸７３が省略される。
【０１８８】
図６８は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図６９は装着型支援ロボット装置６０１の装着状態を示す側面図であり、図７０は装着型支援ロボット装置６０１の装着状態を示す背面図である。この実施の形態は、前述の図６１、図６２およびその他の実施の各形態に類似するが、注目すべきは、上アーム７０に代えて、斜線を施して示す面状フレーム６０２が使用される。面状フレーム６０２は、体幹上部を少なくとも部分的に覆い、たとえば体幹上部の左右の腋窩（わきのした）の下方の側部から背部にわたって覆う曲面状に形成された部材である。面状フレーム６０２には、第１受動回転軸９１が設けられ、体幹下部保持具２３
０に連結される構成は、図６１、図６２およびその他の実施の形態と同様である。面状フレーム６０２は、図７０に示されるとおり、肩ベルト２１、胸ベルト２２に連結され、前述の背ベルト２３、保護具３６の働きを果たし、腰ベルト３３に連結され、また駆動源６０に連結されることは、前述の上アーム７０に関連する構成と同様である。面状フレーム６０２は、たとえば、繊維強化プラスチックなどの合成樹脂製であってもよく、剛性である。
【０１８９】
図７１は、本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６３１を装着者１０に装着した状態を示す背面図である。この実施の形態は、前述の図６８〜図７０の実施の形態に類似するが、注目すべきは、斜線を施して示す面状フレーム６３３は、装着者の体幹１１の腹部に対応した背部までを、図７０の実施の形態に比べて、広く覆う。これによって、駆動源６０の力モーメントを体幹１１と大腿１２との間に、確実に伝達でき、支援される装着者１０の動作をさらに円滑にできる。
【０１９０】
図７２は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置６５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図７３は装着型支援ロボット装置６５１の装着状態を示す側面図である。図７４は装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の左側部を示す正面図であり、図７５は装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の左側面図であり、図７６は装着型支援ロボット装置６５１の面状フレーム６５３の平面図である。図７４、図７６は、左右対称に構成される面状フレーム６５３のほぼ左半分を示す。図７２〜７６に示される装着型支援ロボット装置６５１は、前述の図３０、図３０Ｄ，図６６、図６７の実施の形態に類似し、さらに、前述の図６８〜７１の実施の形態と同様に構成される。面状フレーム６５３は、上フレーム６５４と下フレーム６５５とが背後でたとえば背板と呼ぶことができる連結部材６５６によって連結される。上フレーム６５４と下フレーム６５５とは、装着者の側部に配置された上アーム７０ｂによって連結されてもよいが、上アーム７０ｂは省略されてもよい。上フレーム６５４は、肩ベルト２１（図７４）に連結され、また前述の上アーム７０と同様に、第１受動回転軸９１によって胸ベルト２２（図７５）に連結される。下フレーム６５５は、駆動源６０の駆動軸または駆動源本体のいずれか一方に連結され、いずれか他方は下腹ベルト２３４（図７５）に連結される。支持アーム４５５は、下フレーム６５５に固定されてもよいが、省略されてもよい。連結部材６５６は、前述の図１０に関連して説明した調整機構５８と同様に構成されてもよい。図７２〜７６のその他の構成は、前述の実施の形態に類似する。
【０１９１】
図７７は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置７０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図７８は装着型支援ロボット装置７０１の装着状態を示す側面図であり、図７９は装着型支援ロボット装置７０１の装着状態を示す背面図である。この実施の形態は、前述の図６１、図６２などの実施の形態に類似するが、注目すべきは、通気性を確保して、装着者１０が腕を通す個所を判りやすくするために、また着脱しやすいようにするために、メッシュ（網）付きの袖なしの前開きベスト７０３を、斜線を施して示すように、体幹上部保持具２０の内面もしくは外面に取り付けて、上フレーム７０、面状フレーム６３３などとともに、メッシュ状ベストを併用して、用いる。すなわち、メッシュ状ベスト７０３には、肩ベルト２１、胸ベルト２２、背ベルト２３、およびこれらのベルト２１、２２、２３を背後で連結する背連結ベルト７０４が、たとえば縫合などされて取り付けられる。
【０１９２】
ベスト７０３は、前開きとするために、前中心線に関して左右の前身頃（図７１の７０３Ｌ、７０３Ｒ）を着脱可能な連結具７０５、７０６（ファスナ、ジッパ、メカニカルファスナ、面ファスナ（たとえば、マジックテープ（登録商標）、ベルクロ（登録商標））など）で装着者の前方で連結するように、構成される。
【０１９３】
ベスト７０３には、内ポケットを両脇および背中に取り付け、その中に保冷材や冷却材または空調のための通気用ファンもしくはカイロを入れることができるようにする。
【０１９４】
図８０は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置７５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図８１は装着型支援ロボット装置７５１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述の図１、図２などの実施の形態に類似する。好ましくは、保持片４３ａは、帯状ベルトの部分から図８０、図８１に斜線を施して示すように上方に延びて大腿１２の外側方で立ち上がって拡がったほぼ筒状の形状を有し、大腿１２の周囲を約１/４〜３／４周にわたる範囲を覆い、たとえば、上下の幅３０〜１０
０ｍｍであり、厚さ５ｍｍの合成樹脂製である。保持片４３ａが大腿１２を１／４〜３／４周にすることによって、下アーム８０から大腿１２へ支援力モーメントを伝わりやすくする。
【０１９５】
図８２は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置８０１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図８３は装着型支援ロボット装置８０１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述の図１、図２の実施の形態に類似する。注目すべきは、図１、図２の連結具２６，３５、４５として、接続、離脱のための操作が容易な構成を有する前述のプラスチックバックル、ワンタッチコネクタの代りに、図８２、図８２に参照符８２６、８３５、８４５で斜線を施して示すファスナや面ファスナ（たとえば前述のマジックテープ（登録商標）やベルクロ（登録商標）など）として商業的に入手可能な構成によって、実現される。
【０１９６】
図８４は本発明の実施の他の形態である装着型支援ロボット装置８５１を装着者１０に装着した状態を示す正面図であり、図８５は装着型支援ロボット装置８５１の装着状態を示す側面図である。この実施の形態は、前述の図１、図２などの実施の形態に類似する。注目すべきは、加速度・角速度センサ１０３ａは、前述の図１４のように装着者１０の体幹１１の腰部に設けられてもよいが、図８４、図８５の実施の形態では、加速度・角速度センサ１０３ａは、装着者１０の正面位置で胸ベルト２２Ｌまたは２２Ｒに設けられる。加速度・角速度センサ１０３ａは、胸部の３次元の加速度、すなわち上下方向の加速度α１および前後方向の加速度α２、さらに左右方向の加速度α３をそれぞれ検出する。物体の持ち上げ時には、装着者１０における加速度・角速度センサ１０３ａが設けられる胸部の動作は、図１４の実施の形態における腰部の動作に比べて、大きいので、検出し易くなり、加速度・角速度を高精度で検出できる。加速度・角速度センサ１０３ａからの検出信号は、胸ベルト２２、上アーム７０、腰ベルト３３に沿って設けられた可撓性ライン８５３を介して、制御ボックス５３内の処理回路１１３に与えられる。
【０１９７】
本発明は、次の実施の形態が可能である。
（１）（ａ）装着者の体幹上部に装着されて保持される体幹上部保持具と、
（ｂ）装着者の体幹下部に装着されて保持される体幹下部保持具と、
（ｃ）装着者の大腿に装着されて保持される大腿保持具と、
（ｄ）体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置される駆動源であって、
股関節付近で、左右方向の軸線まわりに回転する駆動軸と、
駆動軸にその軸線まわりにトルクを発生する駆動源本体とを有する駆動源と、
（ｅ）体幹上部の左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の上アームであって、各上アームの下端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか一方とが、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる上アームと、
（ｆ）上アームの上端部と、体幹上部保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第１受動回転軸と、
（ｇ）体幹下部から大腿にわたって左右両側方で、上下に延びてそれぞれ配置される一対の下アームであって、各下アームの上端部と、駆動軸または駆動源本体のいずれか他方と
が、左右方向の軸線まわりの相対的な回転を阻止されて取付けられる下アームと、
（ｈ）各下アームの下端部と、大腿保持具とを、左右方向の軸線まわりに角変位自在にそれぞれ連結する第２受動回転軸と、
（ｉ）体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体または下アームの長手方向途中位置のいずれか１つを、取り付ける取り付け手段とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置。
【０１９８】
本発明によれば、体幹上部保持具と体幹下部保持具と大腿保持具とが装着者に装着され、体幹上部保持具と左右方向の軸線まわりに角変位自在に第１受動回転軸を介して連結された上端部を有する上アームの下端部と、大腿保持具と左右方向の軸線まわりに角変位自在に第２受動回転軸を介して連結された下端部を有する下アームの上端部との間に、体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置される駆動源によって、左右において支援力モーメントを与え、体幹下部保持具に、上アームの長手方向途中位置、駆動軸、駆動源本体、または下アームの長手方向途中位置のいずれか１つを、取り付け手段によって取り付けるので、各駆動源によって出力される左右方向の軸線まわりの支援力モーメントを、体幹と左右の各大腿との間に及ぼすことができる。
【０１９９】
体幹は、腰椎を含む椎骨などによる椎間関節によって前後に弯曲しやすいが、体幹の上下の各位置で、前述のとおり、上アームが体幹上部保持具と体幹下部保持具とに関連して取り付けられるので、駆動源が上アームと下アームとを相対的に角変位駆動して出力する支援力モーメントが、大腿に対して体幹に確実に与えられる。したがって、装着者は、この支援によって容易に作業できる。
【０２００】
（２）体幹下部保持具は、装着者の骨盤付近に配置され、
体幹下部保持具に上アームの長手方向途中位置が、取り付け手段によって取り付けられ、
前記駆動軸の軸線は、装着者の左右の股関節の臼状関節としての中心を通る左右方向の直線の付近にあることを特徴とする。
【０２０１】
本発明によれば、体幹下部保持具は、骨盤付近に配置され、したがって、その骨盤の腸骨翼における左右方向の横に出っ張る腸骨稜の上部付近に配置されるので、骨盤付近に確実に引っかかり、体幹下部から下方にずれることはなく、体幹下部に確実に装着される。上アームの長手方向途中位置は、この体幹下部保持具に取り付けられるので、上アームの下端部が取付けられる駆動軸または駆動源本体を、装着者の股関節付近に配置することが確実になる。その結果、駆動源の駆動軸の軸線が、左右の股関節の臼状関節としての中心、したがって、寛骨臼に嵌まり込む半球状の大腿骨頭の中心を通る左右方向の一直線上に、またはその付近にある状態を、安定して保つことが確実に可能になる。こうして、前記一直線まわりの支援力モーメントを、上アームと下アームとの間に、したがって、体幹と左右の各大腿との間に、及ぼして、歩行支援、持ち上げ支援、持ち下げブレーキ支援、中腰支援などを、円滑に達成することができる。
【０２０２】
（３）上アームは、第１受動回転軸と駆動軸の軸線との間で、前後方向の軸線まわりに角変位自在であることを特徴とする。
【０２０３】
本発明によれば、上アームは、その長手方向の上端部における第１受動回転軸と、長手方向の下端部における駆動軸の軸線との間で、たとえば受動回転軸７３、８３によって、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、体幹を、腰椎を含む椎骨などによる椎間関節の働きによって、左右方向に傾けて曲げることができる。したがって、装着者の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。上アーム７０の受動回転軸７３は、省略できる。
【０２０４】
図６１、図６２などの上アーム７０は、長尺の、たとえば棒状や板状アームでもよいが、本発明の実施の他の形態では、それ以外に、図６５〜図６７、図６８、および図６９、図７０に示すような面状フレーム６３３、６５３によって実現されてもよい。上アーム７０の代りに、面状フレーム６３３、６５３を、強度があり軽い素材で実現して、用いてもよい。
【０２０５】
さらに上アームは、棒状や板状アームの装着者とは反対側の外方に、面状フレームを配置した構成であってもよい。上アームは、体幹を左右方向に曲げることができる可撓性または弾発性を有する合成樹脂または金属などの材料から成ってもよい。さらに面状フレームには通気用の多くの小さな穴を開けておき、内側（すなわち装着者側）にメッシュ素材を貼り付けて通気性を良くしておく。
【０２０６】
このように、上アーム７０とともに、面状フレーム６３３、６５３を、合体して併用する合体タイプでは、上アーム７０を大きな強度を有する金属、たとえばアルミニウム製とすることによって、面状フレーム６３３、６５３を低強度材料製にすることができ、本件装着型支援ロボット装置の実現が容易である。
【０２０７】
面状フレームに開ける通気用の穴径については、強度を損なわない範囲内でできるだけ大きいパンチング穴径としてたとえば３〜２０ｍｍ程度の直径を有する円形にすることが望ましい。
【０２０８】
内側に貼り付けるメッシュ素材とは、網目に編まれた素材のことである。網目に編まれた素材については、布地や樹脂および金属などが用いられる。網目については、たとえば、１００メッシュは、網１インチ当りの網目の数が１００であることを表す。なお同じ１００メッシュでも、開口率や線径により異なる。金網の場合は、ＪＩＳ（日本工業規格）規格に規定されているが、布地などでは、同じ１００メッシュでも開口率や線径が異なることがある。線径または開口率を選別する必要がある。たとえば、素材がポリエステルで交点止めでは、線径が３５ミクロンで１００メッシュであれば、メッシュ数は１００メッシュと混んでいるのに、糸が細いので開口率が約７４％と高くなり、空気を通し易く、かつ網目の開口面積は小さいので強度を保つことができるので、本用途に向いている。
【０２０９】
（４）下アームは、駆動軸の軸線と第２受動回転軸との間で、前後方向の軸線まわりに角変位自在であることを特徴とする。
【０２１０】
本発明によれば、下アームは、その長手方向の上端部における駆動軸の軸線と、下アームの下端部における第２受動回転軸との間で、前後方向の軸線まわりに角変位自在であるので、股関節の働きによって、下肢を外転して開脚を円滑に行なうことができる。したがって、装着者の開脚の姿勢に応じて円滑に支援力モーメントを作用することができる。下アームは、体幹を左右方向に曲げることができる可撓性または弾発性を有する合成樹脂または金属などの材料から成ってもよい。
【０２１１】
（５）上アームおよび下アームの長手方向途中位置には、前後方向の軸線まわりに角変位自在な第３および第４受動回転軸がそれぞれ介在されることを特徴とする。
【０２１２】
本発明によれば、複数の剛性アーム片を、前後方向の軸線まわりに角変位自在な受動回転軸を介して連結して上アームおよび下アームを、上アームおよび下アームを構成することができ、本発明の実現が容易である。
【０２１３】
（６）上アームは、体幹上部の少なくとも左右両側方を周方向に覆う面状フレームから
成ることを特徴とする。
（７）装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支持力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの、体幹に沿った直線のうちの腰から地面までの線分と腰から大腿までの線分が成す相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
保持装置に設けられ、体幹の上下方向の加速度を検出する加速度センサと、
加速度センサおよび角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
着地判断手段からの出力に応答し、歩行支援のために、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段とを含み、
着地判断手段は、加速度センサが加速度の極大値を検出する時刻において、角度センサが検出する角度に基づいて、足の着地状態を判断し、
支持力モーメントは、予め定める時間Ｗｃ（図３９（４））だけ予め定める一定値を維持した後、角度センサで検出した角度に比例して減少し、
振り上げ力モーメントは、予め定める時間Ｗｄ（図３９（４））だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少することを特徴とする装着型支援ロボット。
前述のとおり、角度センサ６７は、装着者の前記左右方向の軸線まわりの、体幹に沿った直線のうちの腰から地面までの線分と腰から大腿までの線分が成す、したがって、体幹と大腿を鉛直にした直立状態で零に決められる相対的な角度を検出し、歩行支援時、体幹を鉛直、すなわち、直立にしたままで大腿を振り上げると、図３２の角度θが検出される。
【０２１４】
本発明によれば、装着者に装着される保持装置にアシスト駆動機構が設けられ、アシスト駆動機構の一対の駆動源が、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて、左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する。各駆動源は、体幹と左右の各大腿との間に、左右方向の軸線まわりの支援力モーメントを与える。本発明による支援力モーメントは、たとえば歩行支援のための後述の支持脚の支持力モーメントおよび遊脚の振り上げ力モーメントがあり、左右両脚に与えられるモーメントは、たとえば、持ち上げ支援のための持ち上げ力モーメント、持ち下げブレーキ支援のための持ち下げブレーキ力モーメント、中腰支援のための中腰支援力モーメントなどがある。
【０２１５】
各駆動源の駆動トルクは、たとえば本発明の実施の一形態では、装着者の骨盤の左右の股関節における寛骨臼に嵌まり込んでいる大腿骨の骨頭の臼状関節としての中心を通る左右方向の一直線上にある軸線まわりに角変位する。駆動源の駆動軸が前記一直線上に軸線を有する構成は、正確に前記一直線上である構成だけでなく、本発明の考え方に従って支援力モーメントを装着者に円滑に与えることができる構成を含む。
【０２１６】
左右一対の各角度センサは、エンコーダとも呼ぶことができ、体幹と左右の各大腿との間の相対的な角度をそれぞれ検出し、たとえば歩行開始判断手段は、検出された左右の検出角度が交互に逆方向に変化したとき、装着者の歩行が開始したと判断する。着地判断手段は、加速度センサによって検出される装着者の体幹の加速度から、足の着地状態を判断する。
【０２１７】
本件発明者によれば、体幹の上下方向の加速度は、左右いずれか一方の足が床に着地した時点から他方の足が床に着地する時点までの１歩を進む各期間において、足が床に着地した時点で最大値となることが判った。したがって、着地判断手段は、前記期間における加速度の最大値を検出することによって、足の着地状態を判断することができる。本発明
の実施の他の形態では、加速度センサは、体幹の前後方向または左右方向の加速度を検出する構成であってもよく、あるいはこれらの上下方向、前後方向、左右方向の１または複数の成分を有する加速度を検出する構成であってもよく、着地判断手段は、加速度センサからの出力波形の前記期間における最大値だけでなく、その他の特徴、たとえば極大値、時間変化率、その特徴の演算値、計数値などの物理量によって、足の着地状態を判断してもよく、本発明は、このようなおよびその他の体幹の加速度によって足の着地状態を判断する考え方を含む。
【０２１８】
駆動制御手段は、左右の駆動源を個別的に駆動し、着地判断手段による着地状態の支持脚に、たとえば着地状態が終了するまで、支持する方向の支持力モーメントを与え、遊脚に、たとえば振り上げが終了するまで、振り上げる方向の振り上げ力モーメントを与える。支持力モーメントは、着地状態の開始から終了の期間のうち、全期間にわたり、またはそれよりも短い期間だけ与えられるように構成されてもよく、振り上げ力モーメントは、振り上げの開始から終了の期間のうち、全期間にわたり、またはそれよりも短い期間だけ与えられるように構成されてもよい。
【０２１９】
角度センサは、体幹と左右の各大腿との相対的な角度を直接に検出してもよいが、演算などによって、いわば間接的に検出してもよく、本発明は、これらの構成を含む。
【０２２０】
（８）装着者に装着されて保持される保持装置と、
保持装置に設けられるアシスト駆動機構であって、装着者の体幹下部の左右両側方にそれぞれ配置されて左右方向の軸線まわりに駆動トルクを発生する一対の駆動源を有し、各駆動源の駆動トルクによって、体幹と左右の各大腿との間に支援力モーメントをそれぞれ与えるアシスト駆動機構と、
装着者の前記左右方向の軸線まわりの体幹と左右の各大腿との相対的な角度をそれぞれ検出する一対の角度センサと、
角度センサからの出力に応答し、足の着地状態を判断する着地判断手段と、
各角度センサと着地判断手段とからの出力に応答し、着地状態にある支持脚に、その支持脚側の駆動源によって、支持する方向に支持力モーメントを与え、着地していない遊脚に、その遊脚側の駆動源によって、振り上げる方向に振り上げ力モーメントを与える駆動制御手段とを含むことを特徴とする装着型支援ロボット装置である。
装着者の歩行が開始したことを判断する歩行開始判断手段をさらに含み、
着地判断手段は、歩行開始判断手段からの出力に応答し、歩行の開始が判断された後、各角度センサからの出力にそれぞれ応答し、各足の着地状態をそれぞれ判断することを特徴とする。
【０２２１】
本発明は、前述の加速度センサを備える装着型支援ロボット装置に類似するが、注目すべきは、着地判断手段は、歩行の開始が判断された後、足の着地状態を角度センサからの出力によって、判断する。これによって足の着地状態を判断するための加速度センサが備えられないので、構成が簡略化される。
【０２２２】
着地判断手段は、たとえば、左右のいずれか一方の角度センサで検出された振れ角度が下肢の大腿の真下方向付近になったときの値となることを検出して、その検出した角度センサが配置されている側の下肢の足が着地状態になったものと判断する。着地判断手段は、本発明の実施の他の形態では、左右いずれか一方の足が床に着地した時点から他方の足が床に着地する時点までの１歩を進む各期間において、前記真下方向付近になったときの値以外に、その他の特徴、たとえば最小値、最大値からの予め定める時間経過した時点、時間変化率、その特徴の演算値、計数値などの物理量によって、足の着地状態を判断してもよく、本発明は、このようなおよびその他の角度センサからの出力によって足の着地状態を判断する考え方を含む。
【０２２３】
本発明では、支持力モーメント１２９ａ（図３９（４））は、予め定める時間Ｗｃ（図３９（４））だけ予め定める一定値を維持した後、角度センサが検出した角度に比例して減少し、すなわち、歩行時、支持力モーメント１２９ａ（図３９（４））は、時間Ｗｃ後、角度センサによって検出される図３２の検出角度θが図３９（２）のライン１２７のとおり減少するにつれて、減少し、振り上げ力モーメント１２８ｂは、予め定める時間Ｗｄ（図３９（４））だけ予め定める一定値を維持した後、予め定める速度で減少し、装着者の体幹と左右の大腿との間に駆動源によって得られる支持力モーメントおよび振り上げ力モーメントが、歩行の開始後から歩行の進行に伴って徐々に増加するので、図３９などに関して後述するとおり、いきなり大きな値で与えられず、急変しないので、装着者が支援状態を確認でき、安全な歩行ができる。
（９）着地判断手段は、加速度センサが検出する体幹の上下方向における加速度の極大値によって足が着地していると判断し、加速度センサが加速度の極大値を検出する時刻において、各角度センサが検出する体幹と左右の各大腿との相対的な角度を比較して、大きい方の角度が得られた足が着地した支持脚であり、小さい方の角度が得られた足が遊脚であると判断することを特徴とする。
（１０）駆動制御手段は、歩行開始判断手段からの出力に応答し、歩行の開始が判断されたとき、左右の検出角度が交互に逆方向に検出される各回毎に、支持力モーメントと振り上げ力モーメントとを順次的に増加することを特徴とする。
【０２２４】
本発明によれば、装着者の体幹と左右の大腿との間に駆動源によって与えられる支持力モーメントと振り上げ力モーメントとである支援力モーメントが、歩行の開始後から歩行の進行に伴って徐々に増加し、したがって、いきなり大きな値で与えられないので、装着者が支援状態を確認でき、安全な歩行ができる。
【０２２５】
（１１）装着者の体幹に装着され、体幹の加速度、角速度または角度を検出する検出手段をさらに含み、
駆動制御手段は、検出手段からの出力に応答し、検出された加速度、角速度または角度が、物体の持ち上げ支援または持ち下げブレーキ支援の開始に対応する値であるとき、左右の駆動源によって、持ち上げる方向に持ち上げ力モーメントを与え、または持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、持ち下げブレーキ力モーメントを与えることを特徴とする。
【０２２６】
本発明によれば、後述の手袋装置１９０、物体センサ１９１〜１９４を使用せず、装着者の体幹１１の加速度、角速度または角度を検出する検出手段を設け、これによって、装着者１０の体幹１１のたとえば上下方向の加速度α１を検出し、体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの角速度ω３を検出し、または体幹１１のたとえば左右方向の軸線まわりの角度を検出する。加速度α１、角速度ω３または角度の値の範囲によって、持ち上げ時のたとえば上下方向の動きの開始または持ち下げ時のたとえば上下方向の動きの開始を判断することができ、またさらに、それらの終了を判断することができる。
【０２２７】
（１２）装着者の手に装着され、手に物体が作用することを検出する物体センサをさらに含み、駆動制御手段は、左右の角度センサと物体センサとからの出力に応答し、物体が検出されているとき、左右の駆動源によって、持ち上げる方向に持ち上げ力モーメントを与えることを特徴とする。
【０２２８】
本発明によれば、装着者が両手でまたは片手で物体を持ち上げるために、手に作用する物体が物体センサによって検出されるとき、駆動制御手段は、左右の各駆動源によって、持ち上げ力モーメントを与える。したがって、装着者は、物体を持ち上げる作業を容易に行なえる。
【０２２９】
（１３）左右の各角度センサからの出力に応答し、角速度をそれぞれ演算する角速度演算手段と、
装着者の手に装着され、手に物体が作用することを検出する物体センサとをさらに含み、
駆動制御手段は、左右の角度センサと角速度演算手段と物体センサとからの出力に応答し、角速度が持ち下げる方向にあり、かつ物体が検出されているとき、左右の駆動源によって、持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、持ち下げブレーキ力モーメントを与えることを特徴とする。
【０２３０】
本発明によれば、装着者が両手でまたは片手で物体を持ち下げるために、体幹を前方に傾けて前かがみの姿勢になると、左右の角度センサによってそれぞれ検出される体幹と左右の各大腿との相対的な角度が変化し、かつ角速度演算手段によって演算される左右の角速度が持ち下げる方向にあり、すなわち相対的な角度が変化してゆき、かつ手に作用する物体が物体センサによって検出されるとき、駆動制御手段は、左右の各駆動源によって、持ち下げる方向に作用しているモーメントを制限するように、すなわち、持ち上げる方向に、その作用しているモーメント未満である持ち下げブレーキ力モーメントを与える。したがって、装着者は、物体を持ち下げる作業を容易に行なえる。
【０２３１】
前述の持ち上げ力モーメントを出力する装着型支援ロボット装置、および前述の持ち下げブレーキ力モーメントを出力する装着型支援ロボット装置において、手に物体が作用することを検出する物体センサは、装着者の少なくとも左右いずれか一方の手に設けられる。物体センサは、たとえば、装着者が両手でまたは片手で物体を持ち上げるとき、物体によって手に作用する下向きの力を検出する力センサであり、たとえばＯＮ／ＯＦＦスイッチまたは力に対応した抵抗などの電気的特性が変化する歪ゲージなどで実現されてもよい。物体センサはまた、物体の接触または近接を、たとえば静電容量の変化によって、検出する構成を有してもよい。
【０２３２】
駆動制御手段は、左右の各駆動源によって、予め定める持ち上げ力モーメントまたは予め定める持ち下げブレーキ力モーメントを出力するように構成してもよい。
【０２３３】
本発明の実施の他の形態では、物体センサが、装着者によって持ち上げまたは持ち下げる物体の質量を表わす電気信号を出力する構成によって実現され、駆動制御手段は、物体センサの出力に応答し、左右の各駆動源によって、物体の質量が大きいほど、持ち上げ力モーメントまたは持ち下げブレーキ力モーメントを大きく設定して出力するように構成してもよい。これによって、装着者は、物体を持ち上げまたは持ち下げる作業を、物体の質量の大小に拘らず、容易に行なうことができる。さらに、たとえば装着者は、予め定める一定の質量の持ち上げる方向の負担だけですむように構成することができる。物体センサによって持ち上げる物体の質量を検出して、物体の質量が大きいほど、持ち上げ支援力モーメントを大きく調整するように、構成する。これによって、装着者は、物体の質量の大小に拘らず、予め定める一定の質量の持ち上げる方向の負担だけですむ。
【産業上の利用可能性】
【０２３４】
装着型支援ロボット装置は、物、人体などの物体の移動、取扱いなどのために使用される。たとえば農業の作業支援のために用いられ、農業用以外に工場用や物流用や建設用として、介護用として、身体機能を回復するために歩行リハビリテーション支援用として、使用することができる。さらに、前述のように、降雪地帯では、雪かき作業に使用できる。災害時の緊急救助作業、およびがれきなどの災害ごみの搬出作業などにも使用できる。
【符号の説明】
【０２３５】
１，２０１、３０１、４０１、５０１、５５１、６０１、６３１、６５１、７０１、７５１、８０１、８５１           装着型支援ロボット装置
２  保持装置
３  アシスト駆動機構
１０  装着者
１１  体幹  
１２  大腿
１７  股関節の中心
２０  体幹上部保持具
２１  肩ベルト
２２  胸ベルト
２３  背ベルト
３０  体幹下部保持具
３１  後部
３２  側部
３３  腰ベルト
３４  腹ベルト
３６ａ  保護具
３７  クッション材
４０  大腿保持具
４１  ベルト本体
４２  固定片
４３  保持片
４４  クッション材
５０  取り付け部材
５３  制御ボックス
５４  電池ボックス
６０  駆動源
６１  軸線
６２  駆動軸
６３  駆動源本体
６４  電動モータ
６５  出力軸
６６  減速機
６７  角度センサ
６８  モータ本体
７０  上アーム
７１  第１上アーム片
７２  第２上アーム片
７３  第３受動回転軸
８０  下アーム
８１  第１下アーム片
８２  第２下アーム片
８３  第４受動回転軸
９１  第１受動回転軸
９２  第２受動回転軸
９４  取り付け手段
９５  ベルト取り付け金具
９６  受動回転軸
【図１】
2020196129.tif 000006
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2020196129.tif 000018
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３０Ａ】
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【図３０Ｂ】
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【図３０Ｃ】
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【図３０Ｄ】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【図７２】
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【図７３】
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【図７４】
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【図７５】
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【図７６】
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【図７７】
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【図７８】
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【図７９】
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【図８０】
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【図８１】
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【図８２】
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【図８３】
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【図８４】
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【図８５】
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