(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作支援装置であって、
人間に装着され、センサ値を検出する複数のセンサと、
前記人間に装着され、前記複数のセンサのそれぞれに対応付けられている複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの動作の制御を行う複数のコントローラとを備え、
前記複数のコントローラのそれぞれは、
前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータに対応付けられている一のセンサが検出した前記センサ値を取得し、取得した前記センサ値に基づいて前記一のアクチュエータを動作させる第一制御モードで前記制御を行い、
前記動作支援装置は、さらに、
前記複数のセンサのうちの１以上のセンサが検出した１以上の前記センサ値を取得し、取得した１以上の前記センサ値に基づいて、前記複数のアクチュエータのうちの１以上のアクチュエータを制御するための統合コントローラを備え、
前記複数のコントローラのそれぞれは、さらに、前記統合コントローラによる制御に基づいて、当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータを動作させる第二制御モードで前記制御を行い、
前記統合コントローラは、
前記動作支援装置の姿勢を検知する姿勢検知部と、
前記姿勢検知部が検知した前記姿勢に基づいて前記人間の姿勢を推定し、推定した前記人間の姿勢が、前記第一制御モードから前記第二制御モードへ切り替えるための条件を満たすか否かを判定する切替判定部とを備え、
前記複数のコントローラのそれぞれは、さらに、
前記人間の姿勢が前記条件を満たすと前記切替判定部が判定したときに、前記第一制御モードから前記第二制御モードへ切り替える切替部を備える
動作支援装置。
【請求項２】
前記複数のセンサのそれぞれは、前記人間の互いに異なる部位に装着され、前記センサが装着された前記人間の部位の動作を検知し、検知した動作を示す前記センサ値を検出し、
前記複数のアクチュエータのそれぞれは、前記複数のセンサのそれぞれが装着された前記部位に装着されていることによる前記対応付けがなされており、
前記複数のコントローラのそれぞれは、前記第一制御モードにおいて、
前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータが装着された前記部位に装着された一のセンサが検出した前記センサ値を取得し、取得した前記センサ値に基づいて前記部位の動作を支援するように前記一のアクチュエータを動作させる
請求項１に記載の動作支援装置。
【請求項３】
前記動作支援装置は、さらに、
前記複数のセンサうちの一のセンサと、当該一のセンサに対応付けられている、前記複数のアクチュエータのうちの一のアクチュエータとをそれぞれが備える複数の動作ユニットと、
前記複数の動作ユニット同士を機械的に接続する支持体とを備える
請求項１又は２に記載の動作支援装置。
【請求項４】
前記部位は、前記人間の関節を含む
請求項２に記載の動作支援装置。
【請求項５】
動作支援装置の制御方法であって、
前記動作支援装置は、
人間に装着され、センサ値を検出する複数のセンサと、
前記人間に装着され、前記複数のセンサのそれぞれに対応付けられている複数のアクチュエータと、
前記複数のアクチュエータのそれぞれの動作の制御を行う複数のコントローラと、
前記複数のセンサのうちの１以上のセンサが検出した１以上の前記センサ値を取得し、取得した１以上の前記センサ値に基づいて、前記複数のアクチュエータのうちの１以上のアクチュエータを制御するための統合コントローラとを備え、
前記動作支援装置の制御方法は、
前記複数のコントローラのそれぞれにより、前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータに対応付けられている一のセンサが検出した前記センサ値を取得する取得ステップと、
前記統合コントローラが、第一制御モードで前記制御が行われているときに前記動作支援装置の姿勢を検知する姿勢検知ステップと、
前記統合コントローラが、前記姿勢検知ステップで検知した前記姿勢に基づいて前記人間の姿勢を推定し、推定した前記人間の姿勢が、前記第一制御モードから第二制御モードへ切り替えるための条件を満たすか否かを判定する切替判定ステップと、
前記人間の姿勢が前記条件を満たすと前記切替判定ステップで判定したときに、前記第一制御モードから前記第二制御モードへ切り替える切替ステップとを含み、
前記第一制御モードは、前記取得ステップで取得した前記センサ値に基づいて前記一のアクチュエータを動作させる制御モードであり、
前記第二制御モードは、前記複数のコントローラのそれぞれが、前記統合コントローラによる制御に基づいて、当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータを動作させる制御モードである
動作支援装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作支援装置、及び、動作支援装置の制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間に装着され、装着した人間（装着者ともいう）の動作を支援する動作支援装置（パワーアシストスーツともいう）がある。動作支援装置は、複数のフレームと当該複数のフレームを接続する関節とを備えており、動力源により発生させる駆動力により関節を駆動することで装着者の動作を支援する。動作支援装置は、装着者の動作を複数のセンサにより取得し、取得した動作に連動するように、発生させる駆動力の大きさ又はタイミング等を調整することで、装着者の動作を支援する。
【０００３】
動作支援装置の動作の制御においては、プログラム等により予め定められた動作を行ういわゆるロボットと異なり、センサからの入力に応じて逐次にアクチュエータを駆動させることで応答を行う必要がある。この応答は、装着者の動作の後、なるべく短い時間後になされる必要がある。
【０００４】
特許文献１は、２種のアクチュエータ（エアマッスルとモータ）の駆動力を制御することで動作するパワーアシストロボットつまり動作支援装置を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−５７６２８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
１台の動作支援装置が備える複数のセンサが出力するセンサ値を取得して駆動力の大きさ及びタイミングを決定するための演算処理は、一般に１個のプロセッサ等による処理により行われる（この演算処理に基づく動作支援装置の制御を集中制御ともいう）。集中制御では、プロセッサ等は、動作支援装置が備える複数のセンサから入力されたセンサ値に基づいて所定のアルゴリズム等により、動作支援装置が備える複数のアクチュエータの駆動力を算出する。この処理には所定の時間を要し、また、センサ及びアクチュエータの数が増えるほど、処理に要する時間が長くなり、アクチュエータによる応答が遅くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、装着者の動作に機敏に応答することができる動作支援装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る動作支援装置は、人間に装着され、センサ値を検出する複数のセンサと、前記人間に装着され、前記複数のセンサのそれぞれに対応付けられている複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータのそれぞれの動作の制御を行う複数のコントローラとを備え、前記複数のコントローラのそれぞれは、前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータに対応付けられている一のセンサが検出した前記センサ値を取得し、取得した前記センサ値に基づいて前記一のアクチュエータを動作させる第一制御モードで前記制御を行う。
【０００９】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る動作支援装置は、装着者の動作に機敏に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態に係る動作支援装置の外観図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る動作支援装置の関節の一例を示す外観図である。
【図３】図３は、実施の形態に係る動作支援装置の機能ブロックを示すブロック図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る動作支援装置の集中制御モードにおける制御の流れを示す説明図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る動作支援装置の集中制御モードにおける制御に関わる処理の流れを示すフロー図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る動作支援装置の独立制御モードにおける制御の流れを示す説明図である。
【図７】図７は、実施の形態に係る動作支援装置の独立制御モードにおける制御に関わる処理の流れを示すフロー図である。
【図８】図８は、実施の形態に係る動作支援装置の制御モードの切り替え処理を示すフロー図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る動作支援装置の制御モードの切り替え処理に関連する、装着者の第一の姿勢を示す説明図である。
【図１０】図１０は、実施の形態に係る動作支援装置の制御モードの切り替え処理に関連する、装着者の第二の姿勢を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
上記動作支援装置の実現のため、本発明の一態様に係る動作支援装置は、人間に装着され、センサ値を検出する複数のセンサと、前記人間に装着され、前記複数のセンサのそれぞれに対応付けられている複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータのそれぞれの動作の制御を行う複数のコントローラとを備え、前記複数のコントローラのそれぞれは、前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータに対応付けられている一のセンサが検出した前記センサ値を取得し、取得した前記センサ値に基づいて前記一のアクチュエータを動作させる第一制御モードで前記制御を行う。
【００１３】
上記態様によれば、動作支援装置は、一のセンサが検出したセンサ値に基づいて、このセンサが対応付けられている一のアクチュエータを動作させる。このように、動作支援装置が備える複数のセンサが検出したセンサ値に基づいて複数のアクチュエータを制御する集中制御ではなく、一のセンサが検出したセンサ値に基づいて一のアクチュエータを制御する独立制御（第一制御モードによる制御）を行う。これにより、動作支援装置は、複数のセンサそれぞれからの入力に基づいて複数のアクチュエータそれぞれを制御することを、同時並行的に行うことができる。よって、動作支援装置は、装着者の動作に機敏に応答することができる。
【００１４】
一般に動作支援装置による制御においては、各アクチュエータによる応答が、他のアクチュエータによる応答と独立である、つまり関連をもたない場合もある。その理由の１つは、装着者の一の関節と他の関節との協調動作は、装着者が無意識下で行っているためである。このような場合には、動作支援装置は、装着者のこの無意識下の動作を妨げないようにすることが望ましい。上記のように制御することで、動作支援装置は、装着者のこの無意識下の動作を妨げないようにすることができる。
【００１５】
また、動作支援装置が備える複数のセンサが検出したセンサ値に基づいて複数のアクチュエータを制御するとすれば、その演算処理等のためにプロセッサ及びその周辺回路に十分な処理性能が要求され、装置の大型化及び重量化、並びに、製造コストの増加を招くという問題がある。上記のように制御することにすれば、動作支援装置に要求されるプロセッサ及びその周辺回路に要求される処理性能は比較的小さなものとなる。よって、装置の大型化及び重量化、製造コストの増加を回避することができる。
【００１６】
また、前記複数のセンサのそれぞれは、前記人間の互いに異なる部位に装着され、前記センサが装着された前記人間の部位の動作を検知し、検知した動作を示す前記センサ値を検出し、前記複数のアクチュエータのそれぞれは、前記複数のセンサのそれぞれが装着された前記部位に装着されていることによる前記対応付けがなされており、前記複数のコントローラのそれぞれは、前記第一制御モードにおいて、前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータが装着された前記部位に装着された一のセンサが検出した前記センサ値を取得し、取得した前記センサ値に基づいて前記部位の動作を支援するように前記一のアクチュエータを動作させてもよい。
【００１７】
上記態様によれば、動作支援装置は、人間の一の部位に装着されたセンサが検出したセンサ値に基づいて、当該部位に装着されたアクチュエータを制御する。これにより、各部位に装着されたセンサとアクチュエータとを組として、他の組とは独立に制御をすることができる。よって、動作支援装置は、上記の組を処理単位とした同時並行的な処理により、複数のアクチュエータを制御することができる。
【００１８】
また、前記動作支援装置は、さらに、前記複数のセンサのうちの１以上のセンサが検出した１以上の前記センサ値を取得し、取得した１以上の前記センサ値に基づいて、前記複数のアクチュエータのうちの１以上のアクチュエータを制御するための統合コントローラを備え、前記複数のコントローラのそれぞれは、さらに、前記統合コントローラによる制御に基づいて、当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータを動作させる第二制御モードで前記制御を行ってもよい。
【００１９】
上記態様によれば、動作支援装置は、さらに、動作支援装置が備える複数のセンサが検出したセンサ値に基づいて複数のアクチュエータを制御する集中制御（第二制御モードによる制御）を行う。このように動作支援装置は、独立制御と集中制御との両方を選択的に使い分けることで、適切に複数のアクチュエータを制御することができる。
【００２０】
また、前記複数のコントローラのそれぞれは、さらに、前記第一制御モードと前記第二制御モードとを選択的に切り替える切替部を備えてもよい。
【００２１】
上記態様によれば、動作支援装置は、さらに、独立制御と集中制御との両方を選択的に切り替えることで、適切に複数のアクチュエータを制御することができる。
【００２２】
また、前記統合コントローラは、前記動作支援装置の姿勢を検知する姿勢検知部と、前記姿勢検知部が検知した前記姿勢に基づいて前記人間の姿勢を推定し、推定した前記人間の姿勢が、前記第一制御モードから前記第二制御モードへ切り替えるための条件を満たすか否かを判定する切替判定部とを備え、前記切替部は、前記人間の姿勢が前記条件を満たすと前記切替判定部が判定したときに、前記第一制御モードから前記第二制御モードへ切り替えてもよい。
【００２３】
上記態様によれば、動作支援装置は、推定される装着者の姿勢に基づいて、独立制御と集中制御との両方を選択的に切り替え、適切に複数のアクチュエータを制御することができる。
【００２４】
また、前記動作支援装置は、さらに、前記複数のセンサうちの一のセンサと、当該一のセンサに対応付けられている、前記複数のアクチュエータのうちの一のアクチュエータとをそれぞれが備える複数の動作ユニットと、前記複数の動作ユニット同士を機械的に接続する支持体とを備えてもよい。
【００２５】
上記態様によれば、動作支援装置は、人間の一の部位に装着されたセンサとアクチュエータとの組である動作ユニットが支持体により接続された構成をとる。これにより人間の適切な部位に動作ユニットを装着させ、人間の動作を適切に支援することができる。
【００２６】
また、前記部位は、前記人間の関節を含んでもよい。
【００２７】
上記態様によれば、動作支援装置は、動作支援装置の関節が、人間の関節に装着されるように人間に装着され、人間の関節の動作を支援するように動作することができる。
【００２８】
また、本発明の一態様に係る動作支援装置の制御方法については、前記動作支援装置は、人間に装着され、センサ値を検出する複数のセンサと、前記人間に装着され、前記複数のセンサのそれぞれに対応付けられている複数のアクチュエータと、前記複数のアクチュエータのそれぞれの動作の制御を行う複数のコントローラとを備え、前記動作支援装置の制御方法は、前記複数のコントローラのそれぞれにより、前記複数のセンサのうちの一のセンサであって、前記複数のアクチュエータのうち当該コントローラが制御する対象である一のアクチュエータに対応付けられている一のセンサが検出した前記センサ値を取得する取得ステップと、前記取得ステップで取得した前記センサ値に基づいて前記一のアクチュエータを動作させる第一制御モードで前記制御を行う制御ステップとを含む。
【００２９】
これにより、上記動作支援装置と同様の効果を奏する。
【００３０】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００３１】
なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００３２】
（実施の形態）
本実施の形態において、装着者の動作に機敏に応答することができる動作支援装置について説明する。
【００３３】
図１は、本実施の形態に係る動作支援装置１の外観図である。図２は、本実施の形態に係る動作支援装置１の関節１３の一例を示す外観図である。
【００３４】
図１に示されるように、動作支援装置１は、人間に装着され、装着した人間（装着者Ｕともいう）の動作を支援する動作支援装置である。動作支援装置１は、フレーム１１及び１２と、関節１３と、動作ユニット１０と、統合コントローラ４０とを備える。
【００３５】
フレーム１１及び１２は、装着者Ｕの身体に沿って配置される剛性部材である。フレーム１１及び１２は、関節１３を介して回動可能に接続されている。フレームは支持体に相当する。なお、図１に示すフレーム１１及び１２は、動作支援装置１が備えるフレームのうちの代表的なものを示したものであり、動作支援装置１が備えるフレームは、図１におけるフレーム１１及び１２だけに限られない。
【００３６】
関節１３は、フレーム１１及び１２に接続され、フレーム１１に対してフレーム１２を回動させる（又は、フレーム１２に対してフレーム１１を回動させる）ことができる関節である。関節１３には、上記回動を制御するための動作ユニット１０が搭載される。なお、上記同様、動作支援装置１が備える関節は、図１における関節１３だけに限られない。
【００３７】
動作ユニット１０は、複数の関節１３それぞれに備えられ、複数の関節１３それぞれによるフレームの回動を制御するための制御装置である。動作支援装置１が備える複数の動作ユニット１０同士は、支持体により機械的に接続されている。なお、図１に示される動作ユニット１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれが、動作ユニット１０である。以降では、「動作ユニット１０」の語を用いて説明するが、以降の説明は、動作ユニット１０Ａ及び１０Ｂのそれぞれについて成立するものである。
【００３８】
動作ユニット１０は、関節１３に接続されている２つのフレームのなす角の角度θ及びその時間変化を検出し、装着者Ｕの動作を支援するために適切な関節１３の角度の目標値（目標角度ともいう）を演算により算出し、角度θを目標角度に一致させる（又は近づける）方向に関節１３を駆動させる。
【００３９】
動作ユニット１０は、２つの制御モードのうちから動的に選択される１つの制御モードで関節１３を駆動させる。２つの制御モードには、集中制御モードと独立制御モードとがある。集中制御モードでは、動作ユニット１０は、統合コントローラ４０から伝達された目標角度を用いて関節１３を駆動させる。また、独立制御モードでは、動作ユニット１０は、動作ユニット１０が搭載されている関節１３の角度θに基づいて算出した目標角度を用いて関節１３を駆動させる。動作ユニット１０は、コントローラ２０とセンサ２２とモータ２４とを備える。動作ユニット１０の詳細な構成については後で具体的に説明する。なお、独立制御モードを第一制御モードともいい、集中制御モードを第二制御モードともいう。
【００４０】
統合コントローラ４０は、動作ユニット１０等から取得する情報に基づいて動作支援装置１が有する関節１３等（図１の関節１３及び動作支援装置１が有する他の関節）の角度θを制御する制御装置である。統合コントローラ４０は、動作支援装置１が有する関節１３等を制御するために、各関節の角度及び動作支援装置１の姿勢等を取得し、取得したこれらの情報と所定のアルゴリズムとに基づいて、上記関節１３等それぞれの目標角度を演算により算出し、各関節１３に搭載された動作ユニット１０等に伝達する。
【００４１】
なお、動作支援装置１には、動作支援装置１の姿勢を示す仮想軸Ｊが設けられる。仮想軸Ｊは、動作支援装置１が装着者Ｕに装着された状態において装着者Ｕの背骨に実質的に平行となるように設けられる仮想的な軸であり、装着者Ｕが直立しているときには鉛直線に実質的に平行となるものである。
【００４２】
図３は、本実施の形態に係る動作支援装置１の機能ブロックを示すブロック図である。
【００４３】
図３に示されるように、動作支援装置１は、動作ユニット１０（具体的には動作ユニット１０Ａ及び１０Ｂ）と、統合コントローラ４０とを備える。なお、動作支援装置１は、関節１３の数と同数の動作ユニット１０を備えているが、図３では、動作ユニット１０として動作ユニット１０Ａ及び１０Ｂのみを示し、他を省略している。以降の図でも同様とする。
【００４４】
動作ユニット１０は、コントローラ２０と、センサ２２と、モータ２４とを備える。
【００４５】
コントローラ２０は、センサ２２が取得したセンサ値（より具体的には関節１３の角度）に基づいて、又は、統合コントローラ４０による制御に基づいてモータ２４を駆動させる制御装置である。具体的には、コントローラ２０は、動作支援装置１が備える複数のセンサ２２のうちの一のセンサ２２であって、複数のモータ２４のうち当該コントローラ２０が制御する対象である一のモータ２４に対応付けられている一のセンサ２２が検出したセンサ値を取得し、取得したセンサ値に基づいて一のモータ２４を動作させる独立制御モードで制御を行う。なお、コントローラ２０は、例えばマイコンにより実現される。
【００４６】
コントローラ２０は、演算部３０と、駆動部３２と、切替部３４とを備える。
【００４７】
演算部３０は、関節１３の目標角度を演算により算出する処理部である。演算部３０は、例えば、センサ２２が取得したセンサ値と、所定のアルゴリズムとにより関節１３の目標角度を算出する。
【００４８】
駆動部３２は、演算部３０又は統合演算部４４から提供された目標角度を取得し、モータ２４を駆動させることで関節１３の角度を目標角度にする（又は近づける）方向に関節１３を駆動させるモータドライバである。
【００４９】
切替部３４は、駆動部３２を独立制御モードで動作させるか、又は、集中制御モードで動作させるかを選択的に切り替えるスイッチ（切替装置）である。切替部３４は、集中制御モードにおいては、統合演算部４４から提供される関節１３の目標角度を駆動部３２に伝達する。また、切替部３４は、独立制御モードにおいては、統合演算部４４から提供される関節１３の目標角度を駆動部３２に伝達しない、つまり、伝達することを禁止することで、駆動部３２に、演算部３０により提供される関節１３の目標角度に基づいてモータ２４を駆動させる。切替部３４が制御モードを切り替える契機はさまざまあり得るが、例えば、統合コントローラ４０からの指示がある。つまり、切替部３４は、装着者Ｕの姿勢が所定の条件を満たすと統合コントローラ４０（切替判定部４６）が判定したときに送られてくる指示に基づいて制御モードを独立制御モードから集中制御モードへ切り替える。上記条件等については後で説明する。
【００５０】
センサ２２は、装着者Ｕに装着され、センサ値を検出するセンサである。センサ２２は、具体的には、関節１３に接続されているフレーム１１及び１２のなす角の角度（図２の角度θ）をセンサ値として検出するエンコーダである。センサ２２は、検出したセンサ値を演算部３０に提供する。センサ２２は、例えば、人間の関節に装着される。
【００５１】
モータ２４は、装着者Ｕに装着され、複数のセンサ２２のそれぞれに対応付けられているモータである。モータ２４は、関節１３に接続されているフレーム１１及び１２のなす角の角度を広げる又は狭めるように変化させる。モータ２４は、駆動部３２から供給される電流に基づいて上記角度を変化させることで、フレーム１１に対してフレーム１２を回動させる（又は、フレーム１２に対してフレーム１１を回動させる）。複数のセンサ２２のそれぞれと複数のモータ２４との対応付けは、例えば、複数のセンサ２２のそれぞれが装着された装着者Ｕの部位に装着されていることによる対応付けであり、つまり、装着者Ｕの同一部位（例えば、装着者Ｕの膝）に装着されたセンサとアクチュエータとが対応付けられているといえる。モータ２４は、アクチュエータに相当する。
【００５２】
統合コントローラ４０は、複数のセンサ２２のうちの１以上のセンサ２２が検出した１以上のセンサ値を取得し、取得した１以上のセンサ値に基づいて、複数のモータ２４のうちの１以上のモータ２４を制御するためのコントローラである。統合コントローラ４０は、姿勢検知部４２と、統合演算部４４とを備える。なお、統合コントローラ４０は、例えばマイコンで実現される。
【００５３】
姿勢検知部４２は、動作支援装置１の姿勢を検知する処理部である。姿勢検知部４２は、例えば、仮想軸Ｊの３次元的な方向と、鉛直線とを検出し、検出した仮想軸Ｊと鉛直線とのなす角の角度を算出し、算出した角度を動作支援装置１の姿勢として検出する。なお、仮想軸Ｊの３次元的な方向及び鉛直線は、加速度センサ（重力センサ）及びジャイロセンサ等を組み合わせることで取得される。なお、姿勢検知部４２が動作支援装置１の姿勢を検知する方法は上記に限られず、例えば、センサ２２から得られるセンサ値に基づいて検知することも可能である。
【００５４】
統合演算部４４は、複数の関節１３それぞれの目標角度を演算により算出する処理部である。統合演算部４４は、複数のセンサ２２それぞれからセンサ値を取得し、複数のモータ２４それぞれの目標角度を算出し、算出した目標角度を複数のモータ２４それぞれに提供する。統合演算部４４が提供する目標角度は、集中制御モードにおけるモータ２４の駆動に用いられる。
【００５５】
また、統合演算部４４は、切替判定部４６（後述）による、制御モードを切り替えるための条件を満たすか否かの判定の結果を取得し、制御モードを切り替えるための指示を各動作ユニット１０の切替部３４に送る。
【００５６】
切替判定部４６は、姿勢検知部４２が検知した動作支援装置１の姿勢に基づいて装着者Ｕの姿勢を推定し、推定した装着者Ｕの姿勢が、制御モードを切り替えるための条件を満たすか否かを判定する処理部である。具体的には、切替判定部４６は、姿勢検知部４２が検知した姿勢に基づいて装着者Ｕの姿勢を推定する。そして、推定した装着者Ｕの姿勢が、適正な姿勢として定められた姿勢であるか否かを判定し、適正な姿勢でないと判定した場合に、集中制御モードでの制御が必要であると判定する。装着者Ｕが適正な姿勢でない場合には、装着者Ｕの姿勢を強制的に変更する必要があるためである。上記における適正な姿勢とは、例えば装着者Ｕが上体を起こして起立している姿勢である「起立姿勢」であり、この場合、起立姿勢でない姿勢とは、例えば装着者Ｕが転倒しつつある、又は、転倒している姿勢である「転倒姿勢」である。
【００５７】
例えば、姿勢検知部４２が仮想軸Ｊと鉛直線とのなす角の角度を姿勢として検出する場合、切替判定部４６は、上記角度が所定の角度範囲（例えば、０度〜４５度）内である場合に、装着者Ｕが適正な姿勢であると判定する。よって、切替判定部４６は、上記角度が所定の角度範囲を逸脱した場合に、装着者Ｕが適正な姿勢でないと判定し、装着者Ｕの姿勢を強制的に変更する必要があると判定する。
【００５８】
図４は、本実施の形態に係る動作支援装置１の集中制御モードにおける制御の流れを示す説明図である。図５は、本実施の形態に係る動作支援装置１の集中制御モードにおける制御に関わる処理の流れを示すフロー図である。
【００５９】
図４に示されるように、集中制御モードでは、統合演算部４４が、センサ２２が取得したセンサ値を取得し、取得したセンサ値に基づいて各動作ユニット１０のモータ２４を制御する。処理の詳細について、図５を参照しながら説明する。なお、図５に示される一連の処理は、繰り返し行われるものである。
【００６０】
ステップＳ１０１において、動作ユニット１０のセンサ２２がセンサ値を取得する。
【００６１】
ステップＳ１０２において、センサ２２は、ステップＳ１０１で取得したセンサ値を統合コントローラ４０に提供する。なお、センサ２２がセンサ値を統合コントローラ４０に提供する態様は、さまざまあり得る。例えば、センサ２２が取得したセンサ値を情報として信号線を通じて送信するようにしてもよいし、センサ２２が備えるセンサ素子の出力信号（電流又は電圧）そのものを信号線により提供するようにしてもよい。
【００６２】
ステップＳ１１１において、統合コントローラ４０は、センサ２２からセンサ値を取得する。統合コントローラ４０がセンサ値を取得する方法は、センサ２２がセンサ値を提供する方法に応じてさまざまあり得る。センサ２２がセンサ値を情報として信号線を通じて送信する場合には、当該信号線から情報としてのセンサ値を受信することで取得する。また、センサ２２がセンサ素子の出力信号そのものを信号線により提供する場合には、当該信号線からセンサ素子の出力信号そのものを取得する。
【００６３】
ステップＳ１１２において、統合演算部４４は、ステップＳ１１１で複数のセンサ２２から取得したセンサ値を用いて、所定のアルゴリズムによる演算により、複数のモータ２４それぞれの目標角度を算出する。
【００６４】
ステップＳ１１３において、統合演算部４４は、ステップＳ１１２で算出した複数のモータ２４それぞれの目標角度を、複数のモータ２４それぞれを備える動作ユニット１０に提供する。
【００６５】
ステップＳ１０３において、動作ユニット１０は、ステップＳ１１３で統合演算部４４が提供した複数のモータ２４それぞれの目標角度を取得する。具体的には、動作ユニット１０において、切替部３４が上記目標角度を取得し、取得した目標角度を駆動部３２に伝達する。駆動部３２は、切替部３４により伝達される目標角度を取得する。
【００６６】
ステップＳ１０４において、駆動部３２は、ステップＳ１０３で取得した目標角度に基づいてモータ２４を駆動する。
【００６７】
以上の一連の処理により、動作支援装置１は、統合演算部４４による制御に基づくモータ２４の動作、つまり、集中制御モードでの制御を行う。
【００６８】
図６は、本実施の形態に係る動作支援装置１の独立制御モードにおける制御の流れを示す説明図である。図７は、本実施の形態に係る動作支援装置１の独立制御モードにおける制御に関わる処理の流れを示すフロー図である。なお、独立制御モードにおける制御は、各動作ユニット１０において同時並行的に行われ得るものである。
【００６９】
図６に示されるように、独立制御モードでは、各動作ユニット１０の演算部３０が、センサ２２が取得したセンサ値を取得し、取得したセンサ値に基づいて当該動作ユニット１０のモータ２４を制御する。処理の詳細について、図７を参照しながら説明する。なお、図７に示される一連の処理は、繰り返し行われるものである。
【００７０】
ステップＳ２０１において、センサ２２がセンサ値を取得する。センサ２２が取得したセンサ値は、演算部３０に提供される。
【００７１】
ステップＳ２０２において、演算部３０は、ステップＳ２０１でセンサ２２から取得したセンサ値を用いて、所定のアルゴリズムによる演算により、モータ２４それぞれの目標角度を算出する。
【００７２】
ステップＳ２０３において、駆動部３２は、ステップＳ２０２で取得した目標角度に基づいてモータ２４を駆動する。
【００７３】
以上の一連の処理により、動作支援装置１は、演算部３０による制御に基づくモータ２４の動作、つまり、独立制御モードでの制御を行う。
【００７４】
図８は、本実施の形態に係る動作支援装置１の制御モードの切り替え処理を示すフロー図である。図９は、本実施の形態に係る動作支援装置１の制御モードの切り替え処理に関連する、装着者Ｕの第一の姿勢を示す説明図である。図１０は、本実施の形態に係る動作支援装置１の制御モードの切り替え処理に関連する、装着者Ｕの第二の姿勢を示す説明図である。なお、図９及び図１０において、動作支援装置１のうち、装着者Ｕの右足に装着される部分の記載を省略している。
【００７５】
ステップＳ３０１において、姿勢検知部４２は、動作支援装置１の姿勢を検知する。
【００７６】
ステップＳ３０２において、切替判定部４６は、姿勢検知部４２が検知した姿勢に基づいて装着者Ｕの姿勢を推定する。
【００７７】
ステップＳ３０３において、切替判定部４６は、ステップＳ３０２で推定した装着者Ｕの姿勢に基づいて、集中制御モードでの制御が必要であるか否かを判定する。ステップＳ３０３で集中制御モードでの制御が必要であると判定した場合（ステップＳ３０３でＹｅｓ）、ステップＳ３０４に進む。一方、ステップＳ３０３で装着者Ｕの姿勢を変更する必要がないと判定した場合（ステップＳ３０３でＮｏ）、ステップＳ３１１に進む。
【００７８】
ステップＳ３０４において、切替判定部４６は、各動作ユニット１０の切替部３４に対して、制御モードを集中制御モードに変更するための通知を行う。各動作ユニット１０の切替部３４は、切替判定部４６から上記通知を受けたら集中制御モードによる制御を開始する。この後、動作支援装置１は、図４に示される処理により装着者Ｕの姿勢を適切な姿勢にするようにモータ２４を制御する。ステップＳ３０４を終えたら図８に示される一連の処理を終了する。
【００７９】
ステップＳ３１１において、切替判定部４６は、各動作ユニット１０の切替部３４に対して、制御モードを独立制御モードに変更するための通知を行う。各動作ユニット１０の切替部３４は、切替判定部４６から上記通知を受けたら独立制御モードによる制御を開始する。この後、動作支援装置１は、図６に示される処理によりモータ２４により関節１３の制御を行う。ステップＳ３１１を終えたら図８に示される一連の処理を終了する。
【００８０】
例えば、図９に示されるように装着者Ｕが起立姿勢をとっている場合、ステップＳ３０１で姿勢検知部４２が仮想軸Ｊと鉛直線Ｖとのなす角の角度φを姿勢として検知する。ステップＳ３０２で切替判定部４６が、角度φが適正範囲（つまり、０度〜４５度）内であることに基づいて装着者Ｕの姿勢が起立姿勢であると推定し、ステップＳ３０３で集中制御モードでの制御が必要ないと判定する。
【００８１】
一方、図１０に示されるように装着者Ｕが転倒姿勢をとっている場合、ステップＳ３０２で切替判定部４６が、角度φが適正範囲を逸脱している（つまり、４５度を超えている）ことに基づいて装着者Ｕの姿勢が転倒姿勢であると推定し、ステップＳ３０３で集中制御モードでの制御が必要であると判定する。この後、集中制御モードにおいて、動作支援装置１が備える複数の関節１３の角度等に基づいて統合コントローラ４０により複数のモータ２４が制御され、装着者Ｕの姿勢を強制的に変更することができる。
【００８２】
以上、本発明に係る動作支援装置について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明は、装着者の動作に機敏に応答することができる動作支援装置に利用可能である。より具体的には、装着者が重量物を持ち上げる又は持ち運ぶ動作を支援するパワーアシストスーツに利用可能である。
【符号の説明】
【００８４】
１    動作支援装置
１０、１０Ａ、１０Ｂ    動作ユニット
１１、１２    フレーム
１３    関節
２０    コントローラ
２２    センサ
２４    モータ
３０    演算部
３２    駆動部
３４    切替部
４０    統合コントローラ
４２    姿勢検知部
４４    統合演算部
４６    切替判定部
Ｊ    仮想軸
Ｕ    装着者
Ｖ    鉛直線
【図１】
0006746307.tif 000002
【図２】
0006746307.tif 000003
【図３】
0006746307.tif 000004
【図４】
0006746307.tif 000005
【図５】
0006746307.tif 000006
【図６】
0006746307.tif 000007
【図７】
0006746307.tif 000008
【図８】
0006746307.tif 000009
【図９】
0006746307.tif 000010
【図１０】
0006746307.tif 000011