(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者の身体部分を載置可能な載置ユニットと、
少なくとも１つの関節を備え、前記載置ユニットを支持するアームユニットと、
前記関節の少なくとも一部における動作を制限可能なブレーキユニットと、
前記載置ユニットの移動速度を取得する速度取得ユニットと、
前記ブレーキユニットが作動していないときに、前記速度取得ユニットが取得した前記移動速度が閾値Ｔｖ以下である状態が、閾値Ｔｔ以上の時間継続することを条件として、前記ブレーキユニットを作動させるブレーキ制御ユニットと、
基準位置から前記載置ユニットの位置までの水平方向における距離を取得する距離取得ユニットと、
前記距離取得ユニットが取得した前記距離が大きいほど、前記閾値Ｔｖを大きく設定する閾値設定ユニットと、
を備える身体支持追従装置。
【請求項２】
作業者の身体部分を載置可能な載置ユニットと、
少なくとも１つの関節を備え、前記載置ユニットを支持するアームユニットと、
前記関節の少なくとも一部における動作を制限可能なブレーキユニットと、
前記載置ユニットの移動速度を取得する速度取得ユニットと、
前記ブレーキユニットが作動していないときに、前記速度取得ユニットが取得した前記移動速度が閾値Ｔｖ以下である状態が閾値Ｔｔ以上の時間継続することを条件として、前記ブレーキユニットを作動させるブレーキ制御ユニットと、
基準位置から前記載置ユニットの位置までの水平方向における距離を取得する距離取得ユニットと、
前記距離取得ユニットが取得した前記距離が大きいほど、前記閾値Ｔｔを小さく設定する閾値設定ユニットと、
を備える身体支持追従装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の身体支持追従装置であって、
前記身体支持追従装置を使用中の作業者の位置から、前記載置ユニットが遠いほど、前記距離が大きくなるように、前記基準位置が定められている身体支持追従装置。
【請求項４】
請求項１又は２に記載の身体支持追従装置であって、
作業者の入力に応じて前記基準位置を設定する基準位置設定ユニットをさらに備える身体支持追従装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の身体支持追従装置であって、
前記関節の角度を検出する角度検出ユニットをさらに備え、
前記距離取得ユニットは、前記角度検出ユニットが検出した前記角度を用いて前記距離を取得する身体支持追従装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載の身体支持追従装置であって、
前記載置ユニットに加えられた力を検出する力検出ユニットをさらに備え、
前記ブレーキ制御ユニットは、前記ブレーキユニットが作動しているときに、前記力検出ユニットが検出した前記力が閾値Ｔｆ以上である状態が閾値Ｔｔ’以上の時間継続することを条件として、前記ブレーキユニットの作動を解除するように構成された身体支持追従装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は身体支持追従装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、身体支持追従装置が知られている。身体支持追従装置は、例えば脳神経外科手術等のように緻密な手作業を要求される作業において、作業者の腕を支持する。身体支持追従装置は、作業者の腕を載置可能な載置ユニットと、その載置ユニットを支持するアームユニットとを備える。
【０００３】
アームユニットは複数の関節を備え、その関節を動作させることにより、形状を変化させることができる。また、アームユニットは、関節の動作をロック可能なブレーキユニットを備える。
【０００４】
身体支持追従装置のモードには、ブレーキユニットの作動を解除したフリーモードと、ブレーキユニットを作動させた制限ユニットとがある。身体支持追従装置は、フリーモードの状態にあるとき、載置ユニットの移動速度が閾値以下である状態が所定時間以上継続すると、制限モードに移行する（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−２０４７９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
身体支持追従装置がフリーモードの状態にあるとき、作業者は、載置ユニットに載置している腕の動きを停止し、身体支持追従装置の状態を制限モードに移行させようとする。
しかしながら、作業者は腕の動きを停止しているつもりでも、実際には、腕が動いてしまうことがある。載置ユニットが作業者の位置から遠いほど、その腕の動きは大きくなりやすい。その結果、載置ユニットが作業者から遠いほど、身体支持追従装置をフリーモードから制限モードに移行させることが困難になる。
【０００７】
本発明は、こうした問題に鑑みてなされたものであり、ブレーキユニットが作動した状態への移行が容易である身体支持追従装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示における第１の身体支持追従装置は、作業者の身体部分を載置可能な載置ユニットと、少なくとも１つの関節を備え、載置ユニットを支持するアームユニットと、関節の少なくとも一部における動作を制限可能なブレーキユニットと、載置ユニットの移動速度を取得する速度取得ユニットと、ブレーキユニットが作動していないときに、速度取得ユニットが取得した移動速度が閾値Ｔｖ以下である状態が、閾値Ｔｔ以上の時間継続することを条件として、ブレーキユニットを作動させるブレーキ制御ユニットと、基準位置から載置ユニットの位置までの水平方向における距離を取得する距離取得ユニットと、距離取得ユニットが取得した距離が大きいほど、閾値Ｔｖを大きく設定する閾値設定ユニットとを備える。
【０００９】
本開示における第１の身体支持追従装置は、基準位置から載置ユニットの位置までの水平方向における距離（以下、距離Ｒとする）が大きいほど、閾値Ｔｖを大きくする。閾値Ｔｖが大きいほど、ブレーキユニットを作動させる条件（以下では移行条件とする）は充足されやすくなる。よって、身体支持追従装置は、距離Ｒが大きいほど、移行条件を、充足されやすい条件にする。
【００１０】
作業者の位置が基準位置の近くにあれば、載置ユニットが作業者の位置から遠いほど、距離Ｒは大きくなる。よって、作業者の位置が基準位置の近くにある場合、身体支持追従装置は、載置ユニットが作業者の位置から遠いほど、移行条件を、充足されやすい条件にする。そのことにより、載置ユニットが作業者の位置から遠い場合でも、移行条件を充足することが容易になり、身体支持追従装置においてブレーキユニットを作動させることが容易になる。
【００１１】
本開示における第２の身体支持追従装置は、作業者の身体部分を載置可能な載置ユニットと、少なくとも１つの関節を備え、載置ユニットを支持するアームユニットと、関節の少なくとも一部における動作を制限可能なブレーキユニットと、載置ユニットの移動速度を取得する速度取得ユニットと、ブレーキユニットが作動していないときに、速度取得ユニットが取得した移動速度が閾値Ｔｖ以下である状態が閾値Ｔｔ以上の時間継続することを条件として、ブレーキユニットを作動させるブレーキ制御ユニットと、基準位置から載置ユニットの位置までの水平方向における距離を取得する距離取得ユニットと、距離取得ユニットが取得した距離が大きいほど、閾値Ｔｔを小さく設定する閾値設定ユニットと、を備える。
【００１２】
本開示における第２の身体支持追従装置は、距離Ｒが大きいほど、閾値Ｔｔを小さくする。閾値Ｔｔが小さいほど、移行条件は充足されやすくなる。よって、身体支持追従装置は、距離Ｒが大きいほど、移行条件を、充足されやすい条件にする。
【００１３】
作業者の位置が基準位置の近くにあれば、載置ユニットが作業者の位置から遠いほど、距離Ｒは大きくなる。よって、作業者の位置が基準位置の近くにある場合、身体支持追従装置は、載置ユニットが作業者の位置から遠いほど、移行条件を、充足されやすい条件にする。そのことにより、載置ユニットが作業者の位置から遠い場合でも、移行条件を充足することが容易になり、身体支持追従装置においてブレーキユニットを作動させることが容易になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】身体支持追従装置１の構成を表す斜視図である。
【図２】アームユニット５の構成を表す説明図である。
【図３】制御部９と、それに関連する構成を表すブロック図である。
【図４】制御部９の機能的構成を表すブロック図である。
【図５】身体支持追従装置１が実行するモード変更処理を表すフローチャートである。
【図６】位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｖの関係を表す説明図である。
【図７】位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｖの関係を表す説明図である。
【図８】距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係を表す説明図である。
【００１５】
【図９】位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｔの関係を表す説明図である。
【図１０】位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｔの関係を表す説明図である。
【図１１】距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係を表す説明図である。
【図１２】距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係を表す説明図である。
【図１３】距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本開示の実施形態を図面に基づき説明する。
１．身体支持追従装置１の構成
身体支持追従装置１の構成を図１〜図４に基づき説明する。身体支持追従装置１は、手術を行う医師の腕を支持することを用途とする装置である。医師は作業者に対応し、腕は身体部分に対応する。
【００１７】
図１に示すように、身体支持追従装置１は、医師の腕を載置可能な載置ユニット３と、アームユニット５と、支持台７と、制御部９と、入力ユニット１０と、を備える。
載置ユニット３は、その長手方向に直交する断面における形状が略Ｕ字型である台である。載置ユニット３は、その上面に医師の腕を載置することができる。
【００１８】
アームユニット５は、図２に示すように、根元部１９と、第１アーム部２１と、第２アーム部２３と、関節２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１と、エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１と、力センサ５２と、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１と、バネ６３、６５と、カウンタウエイト６７と、を備える。
【００１９】
根元部１９は棒状部材である。根元部１９の軸方向は鉛直方向である。根元部１９は、関節２５を介して支持台７に取り付けられている。関節２５は、鉛直軸を中心として回転する動作を実行可能である。そのため、根元部１９は、支持台７に対し、鉛直軸を中心として回転することができる。根元部１９の回転方向を図１にＤ１として示す。
【００２０】
エンコーダ４３は、関節２５の角度を検出する。関節２５の角度とは、支持台７に対し根元部１９が鉛直軸を中心としてＤ１方向に回転した角度である。すなわち、エンコーダ４３は、根元部１９がＤ１方向におけるどちらの方向に何度回転しているのかを検出する。
【００２１】
ブレーキユニット５３は、制御部９からの指示に応じて、関節２５をロックするか、ロックを解除する。関節２５をロックするとは、関節２５を、動作できない状態にすることを意味する。関節２５をロックすることは、関節２５の動作を制限することに対応する。また、ブレーキユニット５３が関節２５をロックすることは、ブレーキユニット５３が作動することに対応する。関節２５のロックを解除するとは、関節２５を、動作が制限されない状態にすることを意味する。また、ブレーキユニット５３が関節２５のロックを解除することは、ブレーキユニット５３の作動を解除することに対応する。
【００２２】
根元部１９は、関節２７、２９を備える。関節２７と関節２９との間には、上下方向において距離ｒがある。第１アーム部２１は、横棒２１Ａ、２１Ｂ、及び縦棒２１Ｃから構成される。横棒２１Ａは、その一端において関節２９を介して根元部１９に接続し、他端において関節３３を介して後述する横棒２３Ａに接続する。横棒２１Ｂは、その一端において関節２７を介して根元部１９に接続し、他端において関節３１を介して後述する横棒２３Ｂに接続する。縦棒２１Ｃは、その一端において関節３１に接続し、他端において関節３３に接続する。縦棒２１Ｃの長さはｒである。
【００２３】
関節２７、２９、３１、３３は、それぞれ、接続している一方の部材に対し接続している他方の部材を、水平軸を中心として回転させる動作を実行可能である。水平軸とは図２の紙面に直交する方向である。横棒２１Ａ、２１Ｂ、縦棒２１Ｃ、及び関節２７、２９、３１、３３は平行リンクを構成する。第１アーム部２１は、関節２７、２９、３１、３３の動作により、根元部１９に対し、水平軸を中心として回転することができる。第１アーム部２１の回転方向を図２にＤ２として示す。
【００２４】
エンコーダ４５は、関節２９の角度を検出する。関節２９の角度とは、根元部１９に対し横棒２１Ａが水平軸を中心としてＤ２方向に回転した角度である。すなわち、エンコーダ４５は、第１アーム部２１がＤ２方向におけるどちらの方向に何度回転しているのかを検出する。ブレーキユニット５５は、制御部９からの指示に応じて、関節２９をロックするか、ロックを解除する。
【００２５】
第２アーム部２３は、横棒２３Ａ、２３Ｂ、及び縦棒２３Ｃから構成される。横棒２３Ａは、その一端において関節３３を介して横棒２１Ａに接続し、他端において関節３７を介して縦棒２３Ｃに接続する。横棒２３Ｂは、その一端において関節３１を介して横棒２１Ｂに接続し、他端において関節３５を介して縦棒２３Ｃに接続する。縦棒２３Ｃは、その一端において関節３５に接続し、他端において関節３７に接続する。関節３５と関節３７との距離はｒである。縦棒２３Ｃの上端は、関節３７よりも上方に突出する。
【００２６】
関節３１、３３、３５、３７は、それぞれ、接続している一方の部材に対し接続している他方の部材を、水平軸を中心として回転させる動作を実行可能である。水平軸とは図２の紙面に直交する方向である。横棒２３Ａ、２３Ｂ、縦棒２３Ｃ、及び関節３１、３３、３５、３７は平行リンクを構成する。第２アーム部２３は、関節３１、３３、３５、３７の動作により、第１アーム部２１に対し、水平軸を中心として回転することができる。第２アーム部２３の回転方向を図２にＤ３として示す。
【００２７】
エンコーダ４７は、関節３３の角度を検出する。関節３３の角度とは、横棒２１Ａに対し横棒２３Ａが水平軸を中心としてＤ３方向に回転した角度である。すなわち、エンコーダ４７は、第１アーム部２１に対し、第２アーム部２３が、Ｄ３方向におけるどちらの方向に何度回転しているのかを検出する。ブレーキユニット５７は、制御部９からの指示に応じて、関節３３をロックするか、ロックを解除する。
【００２８】
縦棒２３Ｃは、関節３７よりも上方において、関節３９を介して、縦棒２４と接続している。縦棒２４は、関節４１を介して、載置ユニット３に接続している。ただし、載置ユニット３は、アームユニット５から取り外し可能である。
【００２９】
関節３９は、接続している一方の部材に対し接続している他方の部材を、水平軸を中心として回転させる動作を実行可能である。水平軸とは図２の紙面に直交する方向である。載置ユニット３は、関節３９の動作により、縦棒２３Ｃに対し、水平軸を中心として回転することができる。載置ユニット３が水平軸を中心として回転するときの回転方向を図２にＤ４として示す。
【００３０】
関節４１は、接続している一方の部材に対し接続している他方の部材を、１つの軸を中心として回転させる動作を実行可能である。その軸とは、縦棒２４の軸Ｊである。載置ユニット３は、関節４１の動作により、軸Ｊを中心として回転することができる。載置ユニット３が軸Ｊを中心として回転するときの回転方向を図２にＤ５として示す。
【００３１】
エンコーダ４９は、関節３９の角度を検出する。関節３９の角度とは、縦棒２３Ｃに対し載置ユニット３が水平軸を中心としてＤ４方向に回転した角度である。すなわち、エンコーダ４９は、縦棒２３Ｃに対し、載置ユニット３が、Ｄ４方向におけるどちら側に何度回転しているのかを検出する。ブレーキユニット５９は、制御部９からの指示に応じて、関節３９をロックするか、ロックを解除する。
【００３２】
エンコーダ５１は、関節４１の角度を検出する。関節４１の角度とは、縦棒２４に対し、載置ユニット３が軸Ｊを中心としてＤ５方向に回転した角度である。すなわち、エンコーダ５１は、載置ユニット３が、Ｄ５方向におけるどちら側に何度回転しているのかを検出する。ブレーキユニット６１は、制御部９からの指示に応じて、関節４１をロックするか、ロックを解除する。
【００３３】
力センサ５２は、載置ユニット３に加わる上下方向の力Ｆと、載置ユニット３をＤ４方向に回転させようとするトルクＴとを検出する。
バネ６３は、その一端において、横棒２１Ａのうち、関節３３側の部分と接続し、他端において、横棒２１Ｂのうち、関節２７側の部分と接続する。バネ６３は、関節２７、２９、３１、３３に対し、関節２７と関節３３との距離が小さくなる方向に動作するように付勢する。関節２７と関節３３との距離が小さくなる方向は、予め設定された方向に対応する。すなわち、バネ６３は、第１アーム部２１に対し、関節２７と関節３３との距離が最小となる位置に移動するように付勢する。
【００３４】
バネ６５は、その一端において、横棒２３Ａのうち、関節３３側の部分と接続し、他端において、横棒２３Ｂのうち、関節３５側の部分と接続する。バネ６５は、関節３１、３３、３５、３７に対し、関節３３と関節３５との距離が小さくなる方向に動作するように付勢する。関節３３と関節３５との距離が小さくなる方向は、予め設定された方向に対応する。すなわち、バネ６５は、第２アーム部２３に対し、関節３３と関節３５との距離が最小となる位置に移動するように付勢する。
【００３５】
カウンタウエイト６７は、横棒２１Ａと一体の部材であり、関節２９を基準として、横棒２１Ａとは反対方向に突出している。カウンタウエイト６７は、関節２９に対し、横棒２１Ａが上昇する方向に動作するように付勢する。すなわち、カウンタウエイト６７は、第１アーム部２１に対し、それが上昇するように付勢する。
【００３６】
アームユニット５は、上記のように、関節２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１のうちの少なくとも一部を動作させることにより、その形状を変化させることができる。アームユニット５の形状が変化すると、載置ユニット３の位置も変化する。
【００３７】
エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１は、上記のように、関節２５、２９、３３、３９、４１の角度を検出する。関節２５、２９、３３、３９、４１の角度は、アームユニット５の形状に対応する。よって、エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１の検出結果は、アームユニット５の形状を表す。また、エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１の検出結果における変化は、アームユニット５の形状変化を表す。
【００３８】
支持台７は床６９上に設置され、アームユニット５を支持する。図１に示すように、支持台７はキャスタ７１を備え、移動可能に構成されている。
制御部９は、図１に示すように、支持台７内に収容されている。制御部９は、図３に示すように、ＣＰＵ７３と、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ（以下、メモリ７５とする）と、を有する周知のマイクロコンピュータを中心に構成される。制御部９の各種機能は、ＣＰＵ７３が非遷移的実体的記録媒体に格納されたプログラムを実行することにより実現される。この例では、メモリ７５が、プログラムを格納した非遷移的実体的記録媒体に該当する。また、このプログラムの実行により、プログラムに対応する方法が実行される。なお、制御部９を構成するマイクロコンピュータの数は１つでも複数でもよい。
【００３９】
制御部９は、ＣＰＵ７３がプログラムを実行することで実現される機能の構成として、図４に示すように、モード判断ユニット７７と、速度取得ユニット７９と、力検出ユニット８１と、ブレーキ制御ユニット８３と、角度検出ユニット８５と、距離取得ユニット８６と、閾値設定ユニット８７と、基準位置設定ユニット８９と、を備える。制御部９を構成するこれらの要素を実現する手法はソフトウェアに限るものではなく、その一部又は全部の要素を、論理回路やアナログ回路等を組み合わせたハードウェアを用いて実現してもよい。
【００４０】
入力ユニット１０は、医師又はその他の作業者が操作可能なボタンである。医師又はその他の作業者は、入力ユニット１０を用いて、後述する基準位置Ｓを設定することができる。
【００４１】
２．身体支持追従装置１が実行するモード変更処理
身体支持追従装置１が実行するモード変更処理を図５〜図８に基づき説明する。まず、身体支持追従装置１におけるモードについて説明する。身体支持追従装置１は、ウエイトモード、フリーモード、及び制限モードのうち、いずれかのモードになることができる。ウエイトモード及び制限モードは、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１が作動し、関節２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１が動作しないモードである。フリーモードとは、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１が作動しておらず、関節２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１が動作可能なモードである。
【００４２】
身体支持追従装置１は、図５に示す処理を所定時間ごとに繰り返し実行し、ウエイトモード、フリーモード、及び制限モードのうちのいずれかを設定する。図５のステップ１では、その時点でのモードがウエイトモードであるか否かを、モード判断ユニット７７が判断する。ウエイトモードである場合はステップ２に進み、ウエイトモードではない場合はステップ６に進む。
【００４３】
ステップ２では、力検出ユニット８１が、力センサ５２を用いて、力Ｆ及びトルクＴを検出する。
ステップ３では、力検出ユニット８１が、前記ステップ２で検出した力Ｆ及びトルクＴをメモリ７５に記憶する。
【００４４】
ステップ４では、移行条件Ｊ１を充足するか否かをブレーキ制御ユニット８３が判断する。移行条件Ｊ１とは、力Ｆが１．５Ｋｇｆ以上であるか、トルクＴが１０Ｋｇｃｍ以上である状態が、その時点まで、１００ｍｓ以上の時間継続しているという条件である。移行条件Ｊ１における力Ｆの閾値である１．５Ｋｇｆ、及びトルクＴの閾値である１０Ｋｇｃｍは、閾値Ｔｆに対応する。また、移行条件Ｊ１における継続時間の閾値である１００ｍｓは、閾値Ｔｔ’に対応する。
【００４５】
なお、ブレーキ制御ユニット８３は、直前の前記ステップ２で検出した力Ｆ及びトルクＴと、過去の前記ステップ３でメモリ７５に記憶した力Ｆ及びトルクＴとを用いて、力Ｆ及びトルクＴの履歴を取得することができる。そして、ブレーキ制御ユニット８３は、力Ｆ及びトルクＴの履歴を用いて、移行条件Ｊ１を充足するか否かを判断することができる。
【００４６】
移行条件Ｊ１を充足する場合はステップ５に進む。移行条件Ｊ１を充足しない場合は、モードを変更することなく、本処理を終了する。
ステップ５では、ブレーキ制御ユニット８３が、身体支持追従装置１のモードを、ウエイトモードからフリーモードに移行させる。フリーモードに移行させることは、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１の作動を解除することに対応する。
【００４７】
前記ステップ１で否定判断された場合はステップ６に進む。ステップ６では、その時点でのモードがフリーモードであるか否かを、モード判断ユニット７７が判断する。フリーモードである場合はステップ７に進み、フリーモードではない場合はステップ１７に進む。なお、フリーモードであることは、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１が作動していないことに対応する。
【００４８】
ステップ７では、角度検出ユニット８５が、エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１を用いて、関節２５、２９、３３、３９、４１の角度を検出する。
ステップ８では、距離取得ユニット８６が、前記ステップ７で検出した関節２５、２９、３３、３９、４１の角度を用いて、載置ユニット３における先端３Ａの位置を取得する。先端３Ａの位置とは、３次元空間における位置である。また、先端３Ａの位置のうち、Ｘ軸方向及びＹ軸方向での位置を、位置Ｐとする。なお、図１に示すように、Ｘ軸、Ｙ軸は水平方向の軸であり、Ｚ軸は鉛直方向の軸である。Ｘ軸は支持台７の長手方向と平行である。
【００４９】
関節２５、２９、３３、３９、４１の角度が決まれば、先端３Ａの位置は一義的に決まる。距離取得ユニット８６は、予め、関節２５、２９、３３、３９、４１の角度と、先端３Ａの位置との関係を規定するマップを備えており、そのマップに、前記ステップ７で検出した関節２５、２９、３３、３９、４１の角度を入力することで、先端３Ａの位置及び位置Ｐを取得する。
【００５０】
ステップ９では、距離取得ユニット８６が、前記ステップ８で取得した先端３Ａの位置と、位置Ｐとを、その時点での時刻とともに、メモリ７５に記憶する。
ステップ１０では、距離取得ユニット８６が、その時点で設定されている基準位置Ｓを取得する。基準位置Ｓとは、後述するステップ１１で取得する距離Ｒにおける一方の基点となる位置である。図１に基準点Ｓの例として、Ｓ１とＳ２とを示す。基準点Ｓ１は、根元部１９の軸方向上にある。基準点Ｓ２は、先端３Ａよりも前方にある位置である。前方とは、Ｘ軸に沿って、図１における右下に進む方向を意味する。
【００５１】
なお、医師又は他の作業者は、予め、入力ユニット１０を用いて基準位置Ｓを入力しておくことができる。基準位置設定ユニット８９は、入力ユニット１０により入力された基準位置Ｓを保持する。
【００５２】
ステップ１１では、距離取得ユニット８６が、距離Ｒを取得する。距離Ｒとは、前記ステップ８で取得した位置Ｐと、前記ステップ１０で取得した基準位置Ｓとの、水平方向における距離である。図１に示すように、距離Ｒは、先端３Ａを通る鉛直線Ｌ１と、基準位置Ｓを通る鉛直線Ｌ２との最短距離である。
【００５３】
ステップ１２では、閾値設定ユニット８７が、前記ステップ１１で取得した距離Ｒを用いて、閾値Ｔｖを設定する。閾値設定ユニット８７は、予め、距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係を規定するマップを備えている。その関係とは、距離Ｒが大きいほど、閾値Ｔｖが大きいという関係である。閾値設定ユニット８７は、前記ステップ１１で取得した距離Ｒを上記のマップに入力することで、閾値Ｔｖを設定する。
【００５４】
図６に、位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｖの関係の例を示す。この例では、基準位置Ｓを、Ｓ１としている。図６における横軸は、根元部１９からの水平方向における距離であり、縦軸は閾値Ｔｖである。図６におけるＰ１は、載置ユニット３が根元部１９に最も接近したときの位置Ｐである。また、Ｐ２は、載置ユニット３が根元部１９から最も遠ざかったときの位置Ｐである。位置ＰがＰ１であるとき、距離Ｒは最小となり、閾値Ｔｖは最小値Ｔｖｍｉｎとなる。また、位置ＰがＰ２であるとき、距離Ｒは最大となり、閾値Ｔｖは最大値Ｔｖｍａｘとなる。
【００５５】
身体支持追従装置１を使用中である医師の位置を作業位置Ｗとする。作業位置Ｗは、さらに詳しくは、医師の頭部及び胴体の中心を通る鉛直線の、Ｘ軸方向及びＹ軸方向における位置である。図６に示す例において、作業位置Ｗが根元部１９の付近であったとすると、位置Ｐと作業位置Ｗとの距離が大きいほど、距離Ｒ及び閾値Ｔｖは大きくなる。
【００５６】
図７に、位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｖの関係の別の例を示す。この例では、基準位置Ｓを、Ｓ２としている。図７における横軸は、根元部１９からの水平方向における距離であり、縦軸は閾値Ｔｖである。図７におけるＰ１は、載置ユニット３が根元部１９に最も接近したときの位置Ｐである。また、Ｐ２は、載置ユニット３が根元部１９から最も遠ざかったときの位置Ｐである。位置ＰがＰ１であるとき、距離Ｒは最大となり、閾値Ｔｖは最大値Ｔｖｍａｘとなる。また、位置ＰがＰ２であるとき、距離Ｒは最小となり、閾値Ｔｖは最小値Ｔｖｍｉｎとなる。図７に示す例において、作業位置Ｗが基準位置Ｓ２の付近であったとすると、位置Ｐと作業位置Ｗとの距離が大きいほど、距離Ｒ及び閾値Ｔｖは大きくなる。
【００５７】
図６に示す例、及び図７に示す例のいずれにおいても、距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係は、図８に示すものとなる。距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係は、一次関数の関係である。図８における横軸は距離Ｒであり、図８における縦軸は閾値Ｔｖである。
【００５８】
ステップ１３では、速度取得ユニット７９が、直前の前記ステップ９で記憶した載置ユニット３の位置、及びそれよりも以前に記憶した載置ユニット３の位置に基づき、載置ユニット３の移動速度Ｖを取得する。移動速度Ｖは、載置ユニット３の位置における変化量を、位置変化に要した時間で割った値である。
【００５９】
ステップ１４では、速度取得ユニット７９が、前記ステップ１３で取得した移動速度Ｖをメモリ７５に記憶する。
ステップ１５では、移行条件Ｊ２を充足するか否かをブレーキ制御ユニット８３が判断する。移行条件Ｊ２とは、移動速度Ｖが閾値Ｔｖ以下である状態が、閾値Ｔｔ以上の時間継続するという条件である。閾値Ｔｖは、前記ステップ１２で設定した値である。閾値Ｔｔは固定値である。
【００６０】
ブレーキ制御ユニット８３は、直前の前記ステップ１４でメモリ７５に記憶した移動速度Ｖ、及びそれよりも以前にメモリ７５に記憶した移動速度Ｖを用いて、移行条件Ｊ２を充足するか否かを判断することができる。移行条件Ｊ２を充足する場合はステップ１６に進む。移行条件Ｊ２を充足しない場合は、モードを変更することなく、本処理を終了する。
【００６１】
ステップ１６では、ブレーキ制御ユニット８３が、身体支持追従装置１のモードを、フリーモードから制限モードに移行させる。
前記ステップ６で否定判断された場合はステップ１７に進む。前記ステップ６で否定判断された場合とは、その時点でのモードが制限モードである場合である。ステップ１７では、力検出ユニット８１が、力センサ５２を用いて、力Ｆ及びトルクＴを検出する。
【００６２】
ステップ１８では、力検出ユニット８１が、前記ステップ１７で検出した力Ｆ及びトルクＴをメモリ７５に記憶する。
ステップ１９では、移行条件Ｊ３を充足するか否かをブレーキ制御ユニット８３が判断する。移行条件Ｊ３とは、力Ｆが１．０Ｋｇｆ以上であるか、トルクＴが５Ｋｇｃｍ以上である状態が、その時点まで、２００ｍｓ以上の時間継続しているという条件である。
【００６３】
なお、ブレーキ制御ユニット８３は、直前の前記ステップ１７で検出した力Ｆ及びトルクＴと、過去の前記ステップ１８でメモリ７５に記憶した力Ｆ及びトルクＴとを用いて、力Ｆ及びトルクＴの履歴を取得することができる。そして、ブレーキ制御ユニット８３は、力Ｆ及びトルクＴの履歴を用いて、移行条件Ｊ３を充足するか否かを判断することができる。
【００６４】
移行条件Ｊ３を充足する場合はステップ２０に進む。移行条件Ｊ３を充足しない場合は、モードを変更することなく、本処理を終了する。
ステップ２０では、ブレーキ制御ユニット８３が、身体支持追従装置１のモードを、制限モードからウエイトモードに移行させる。
【００６５】
３．身体支持追従装置１の使用方法
身体支持追従装置１は、例えば、以下のように使用できる。身体支持追従装置１は、電源投入直後において、ウエイトモードの状態にある。医師は、自らの腕を載置ユニット３の上に載置する。医師が腕を動かし、移行条件Ｊ１が充足されると、身体支持追従装置１はフリーモードとなる。その後、医師が腕の動きを停止させ、移行条件Ｊ２が充足されると、身体支持追従装置１は制限モードになる。その後、医師が再び腕を動かし、移行条件Ｊ３が充足されると、身体支持追従装置１はウエイトモードになる。
【００６６】
４．身体支持追従装置１が奏する効果
（１Ａ）身体支持追従装置１がフリーモードの状態にあるとき、医師は、載置ユニット３に載置している腕の動きを停止し、移行条件Ｊ２を充足することで、身体支持追従装置１の状態を制限モードに移行させようとする。
【００６７】
しかしながら、医師は腕の動きを停止しているつもりでも、実際には、腕が動いてしまうことがある。載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、その腕の動きは大きくなりやすい。その結果、一般的には、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、身体支持追従装置１をフリーモードから制限モードに移行させることが困難になる。
【００６８】
身体支持追従装置１は、距離Ｒが大きいほど、閾値Ｔｖを大きくする。閾値Ｔｖが大きいほど、移行条件Ｊ２は充足されやすくなる。よって、身体支持追従装置１は、距離Ｒが大きいほど、移行条件Ｊ２を、充足されやすい条件にする。
【００６９】
作業位置Ｗが基準位置Ｓの近くにあれば、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、距離Ｒは大きくなる。よって、作業位置Ｗが基準位置Ｓの近くにある場合、身体支持追従装置１は、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、移行条件Ｊ２を、充足されやすい条件にする。そのことにより、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠い場合でも、移行条件Ｊ２を充足することが容易になり、身体支持追従装置１をフリーモードから制限モードに移行させることが容易になる。
【００７０】
（１Ｂ）身体支持追従装置１は、医師又は他の作業者の入力に応じて基準位置Ｓを設定することができる。そのため、作業位置Ｗに対して適切な基準位置Ｓを設定することが可能になる。例えば、作業位置Ｗのなるべく近くに基準位置Ｓを設定することができる。こうすることにより、作業位置Ｗから載置ユニット３が遠いほど、距離Ｒが大きくなるように、基準位置Ｓを設定することができる。
【００７１】
（１Ｃ）身体支持追従装置１は、関節２５、２９、３３、３９、４１の角度を検出し、それらの角度を用いて距離Ｒを取得することができる。そのことにより、容易且つ正確に距離Ｒを取得することができる。
【００７２】
（１Ｄ）身体支持追従装置１は、ウエイトモードの状態にあるとき、移行条件Ｊ１が充足されると、フリーモードに移行し、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１の作動を解除する。そのことにより、フリーモードへの移行を容易に行うことができる。
＜第２実施形態＞
１．第１実施形態との相違点
第２実施形態は、基本的な構成は第１実施形態と同様であるため、共通する構成については説明を省略し、相違点を中心に説明する。なお、第１実施形態と同じ符号は、同一の構成を示すものであって、先行する説明を参照する。
【００７３】
前述した第１実施形態では、前記ステップ１２において閾値Ｔｖを設定した。これに対し、第２実施形態では、前記ステップ１２において閾値Ｔｔを設定する点で、第１実施形態と相違する。第２実施形態では、閾値Ｔｖは固定値である。第２実施形態における前記ステップ１２の処理は以下のとおりである。
【００７４】
閾値設定ユニット８７が、前記ステップ１１で取得した距離Ｒを用いて、閾値Ｔｔを設定する。閾値設定ユニット８７は、予め、距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係を規定するマップを備えている。その関係とは、距離Ｒが大きいほど、閾値Ｔｔが小さいという関係である。閾値設定ユニット８７は、前記ステップ１１で取得した距離Ｒを上記のマップに入力することで、閾値Ｔｔを設定する。
【００７５】
図９に、位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｔの関係の例を示す。この例では、基準位置Ｓを、Ｓ１としている。図９における横軸は、根元部１９からの水平方向における距離であり、縦軸は閾値Ｔｔである。図９におけるＰ１は、載置ユニット３が根元部１９に最も接近したときの位置Ｐである。また、Ｐ２は、載置ユニット３が根元部１９から最も遠ざかったときの位置Ｐである。位置ＰがＰ１であるとき、距離Ｒは最小となり、閾値Ｔｔは最大値Ｔｔｍａｘとなる。また、位置ＰがＰ２であるとき、距離Ｒは最大となり、閾値Ｔｔは最小値Ｔｔｍｉｎとなる。図９に示す例において、作業位置Ｗが根元部１９の付近であったとすると、位置Ｐと作業位置Ｗとの距離が大きいほど、距離Ｒは大きくなり、閾値Ｔｔは小さくなる。
【００７６】
図１０に、位置Ｐ、距離Ｒ、及び閾値Ｔｔの関係の別の例を示す。この例では、基準位置Ｓを、Ｓ２としている。図１０における横軸は、根元部１９からの水平方向における距離であり、縦軸は閾値Ｔｔである。図１０におけるＰ１は、載置ユニット３が根元部１９に最も接近したときの位置Ｐである。また、Ｐ２は、載置ユニット３が根元部１９から最も遠ざかったときの位置Ｐである。位置ＰがＰ１であるとき、距離Ｒは最大となり、閾値Ｔｔは最小値Ｔｔｍｉｎとなる。また、位置ＰがＰ２であるとき、距離Ｒは最小となり、閾値Ｔｔは最大値Ｔｔｍａｘとなる。図１０に示す例において、作業位置Ｗが基準位置Ｓ２の付近であったとすると、位置Ｐと作業位置Ｗとの距離が大きいほど、距離Ｒは大きくなり、閾値Ｔｔは小さくなる。
【００７７】
図９に示す例、及び図１０に示す例のいずれにおいても、距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係は、図１１に示すものとなる。距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係は、一次関数の関係である。図１１における横軸は距離Ｒであり、縦軸は閾値Ｔｔである。
【００７８】
２．身体支持追従装置１が奏する効果
以上詳述した第２実施形態によれば、前述した第１実施形態の効果（１Ｂ）〜（１Ｄ）に加え、以下の効果が得られる。
【００７９】
（２Ａ）上述したように、一般的には、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、身体支持追従装置１をフリーモードから制限モードに移行させることが困難になる。
身体支持追従装置１は、距離Ｒが大きいほど、閾値Ｔｔを小さくする。閾値Ｔｔが小さいほど、移行条件Ｊ２は充足されやすくなる。よって、身体支持追従装置１は、距離Ｒが大きいほど、移行条件Ｊ２を、充足されやすい条件にする。
【００８０】
作業位置Ｗが基準位置Ｓの近くにあれば、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、距離Ｒは大きくなる。よって、作業位置Ｗが基準位置Ｓの近くにある場合、身体支持追従装置１は、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠いほど、移行条件Ｊ２を、充足されやすい条件にする。そのことにより、載置ユニット３が作業位置Ｗから遠い場合でも、移行条件Ｊ２を充足することが容易になり、身体支持追従装置１をフリーモードから制限モードに移行させることが容易になる。
＜他の実施形態＞
（１）第１実施形態において、距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係は、一次関数以外のものであってもよい。例えば、図１２に示すように、距離ＲがＲｍ以下の場合、閾値ＴｖはＴｖｍｉｎであり、距離ＲがＲｍを越えると、距離Ｒが大きくなるほど、閾値Ｔｖも大きくなるという関係であってもよい。また、距離Ｒと閾値Ｔｖとの関係は、二次関数、三次関数、指数関数、三角関数等の関係であってもよい。
【００８１】
（２）第２実施形態において、距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係は、一次関数以外のものであってもよい。例えば、図１３に示すように、距離ＲがＲｍ以下の場合、閾値ＴｔはＴｔｍａｘであり、距離ＲがＲｍを越えると、距離Ｒが大きくなるほど、閾値Ｔｔは小さくなるという関係であってもよい。また、距離Ｒと閾値Ｔｔとの関係は、二次関数、三次関数、指数関数、三角関数等の関係であってもよい。
【００８２】
（３）身体支持追従装置１の使用者は、医師以外の作業者であってもよい。また、載置ユニット３に腕以外の身体部位を載置してもよい。腕以外の身体部位として、例えば、指、頭、足等が挙げられる。
【００８３】
（４）ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１が関節の動作を制限する態様は、関節を完全にはロックしない態様であってもよい。例えば、ブレーキユニット５３、５５、５７、５９、６１が作動すると、作動していないときに比べて、関節の動作を重くなるようにしてもよい。
【００８４】
（５）身体支持追従装置１は、エンコーダ４３、４５、４７、４９、５１以外の手段により、位置Ｐ、移動速度Ｖを検出してもよい。
（６）身体支持追従装置１は、バネ６３、６５と、カウンタウエイト６７とのうち、一方を備えていなくてもよい。また、身体支持追従装置１は、バネ６３、６５、カウンタウエイト６７のうちのいずれかに代えて、あるいはそれらに加えて、他の付勢ユニットを備えていてもよい。
【００８５】
（７）基準位置Ｓは固定されていてもよい。この場合、基準位置Ｓは、作業位置Ｗから載置ユニット３が遠いほど、距離Ｒが大きくなるように、定められていることが好ましい。
【００８６】
（８）基準位置Ｓは適宜設定できる。基準位置Ｓは、Ｓ１、Ｓ２以外の位置であってもよい。
（９）身体支持追従装置１は、前記ステップ１２において、第１実施形態のように閾値Ｔｖを設定するとともに、第２実施形態のように、閾値Ｔｔを設定してもよい。
【００８７】
（１０）上記実施形態における１つの構成要素が有する複数の機能を、複数の構成要素によって実現したり、１つの構成要素が有する１つの機能を、複数の構成要素によって実現したりしてもよい。また、複数の構成要素が有する複数の機能を、１つの構成要素によって実現したり、複数の構成要素によって実現される１つの機能を、１つの構成要素によって実現したりしてもよい。また、上記実施形態の構成の一部を省略してもよい。また、上記実施形態の構成の少なくとも一部を、他の上記実施形態の構成に対して付加又は置換してもよい。なお、特許請求の範囲に記載した文言のみによって特定される技術思想に含まれるあらゆる態様が本発明の実施形態である。
【００８８】
（１１）上述した身体支持追従装置の他、当該身体支持追従装置を構成要素とするシステム、当該身体支持追従装置の制御部９としてコンピュータを機能させるためのプログラム、このプログラムを記録した半導体メモリ等の非遷移的実態的記録媒体、身体支持方法、閾値設定方法等、種々の形態で本発明を実現することもできる。
【符号の説明】
【００８９】
１…身体支持追従装置、３…載置ユニット、５…アームユニット、２５、２７、２９、３１、３３、３５、３７、３９、４１…関節、５３、５５、５７、５９、６１…ブレーキユニット、７９…速度取得ユニット、８３…ブレーキ制御ユニット、８６…距離取得ユニット、８７…閾値設定ユニット
【図１】
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【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】
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