JP3999888B2

JP3999888B2 - Lifting assist device and control method thereof

Info

Publication number: JP3999888B2
Application number: JP27226798A
Authority: JP
Inventors: 司法上; 茂喜藤原; 崇進藤
Original assignee: Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 1998-02-24
Filing date: 1998-09-25
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2018-09-25
Also published as: JPH11309184A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は人を抱き上げたり物を持ち上げたりする動作を補助する抱き上げ補助装置とこの補助装置の制御方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
寝たきりとなっている患者を抱き上げてベッドから車椅子等に移すのはきわめて重労働であることから、このような動作を補助するためのものとして、特公平３−４１１８１号公報に示された患者用ホイストがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記ホイストは動作速度が遅いために作業時間が長く、体重の重い患者にのみ用いられているのが現状であり、また患者側からすれば、機械で吊り下げられるために不安感がつきまとうとともに、物と同等のものとして扱われるという不満が生じる。
【０００４】
本発明はこのような点に鑑み為されたものであり、その目的とするところは患者はあくまで操作者（介護者）が抱き抱えるものの操作者の肉体的負担をきわめて小さくすることができる抱き上げ補助装置及びその制御方法を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
しかして本発明に係る抱き上げ補助装置は、被抱き上げ物を抱き上げる操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部と、該支持部を上下に移動させる動力部と、操作者の両腕による被抱き上げ物の抱き上げ動作に伴って発生する力とその方向を上記支持部で検出される荷重の値と変化から検知する力センサと、該力センサで検出された操作者の力とその方向に応じて、前記操作者の両腕を支持する支持部の上下移動用の上記動力部を作動させて操作者の動きを補助する制御部とからなることに特徴を有している。被抱き上げ物を抱き上げる操作者の腕にかかる被抱き上げ物の荷重を支持部で支持するとともに該支持部を操作者の動きに伴って発生する力に応じて駆動部で上下動させることによって、操作者の肉体的負担を軽減させるものである。
【０００６】
そして本発明に係る抱き上げ補助装置の制御方法は、請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であり、支持部が受ける荷重をセンサで検出するとともに、操作者が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、検出した荷重と上記基準値との比較で操作者の挙動を判断し、該判断結果に基づいた方向に支持部を動かすことに特徴を有している。
【０００７】
この制御に際しては、抱き上げて降ろす一連の動作を複数作業に分割して各分割作業毎に制御ルーティンを設定し、各作業の終了をセンサ出力値やその変化から判断して各分割作業用制御ルーティンを順次実行させていくようにしておくのが好ましい。
【０００８】
また、上記制御にあたり、操作者の腕にかかる鉛直方向負荷が一定となるように制御するほか、操作者の腕にかかる負荷の検出値の増減に基づいて制御する負荷を増減させるようにしてもよい。
【０００９】
支持部の上下動範囲を操作者に合わせて可変とし、設定された上下動範囲内で支持部の上下動を行うものとするのも好ましい。
【００１０】
請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御にあたっては、支持部が受ける荷重をセンサで検出して該荷重の検出値から動力部のモータ位置、速度、トルクの指令値を発生させるとよく、この時、検出値の増減に関係なく一定の指令値を発生させたり、あるいは指令値の加減速をＳ字カーブを描く特性のものとしたり、検出値に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力するとよい。検出値に比例ゲインを乗じたものに制御物体の移動速度や移動量からの補正項を加えたものを指令値として出力したり、検出値を予め設定してある基準値と比較して、不足分に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令として出力したり、さらには力の検出値に基づく力指令値と、位置の検出値に基づく位置指令値とを合成してトルクの指令値として出力するようにしてもよい。
【００１１】
位置情報からトルク指令値を決定するのも好ましい。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態の一例について説明すると、図１に示す抱き上げ補助装置は、床面と平行な水平移動のためのキャスター４０を備えたベース４と、ベース４から立設された２本のガイド軸４１，４１及びねじ軸４２と、ガイド軸４１にスライド自在に嵌合しているとともにねじ軸４２と螺合するナット部３０を備えている昇降部３と、昇降部３に固定された２本のアーム２，２と、両アーム２に夫々設けられた支持部１，１とからなるもので、ベース４には上記ねじ軸４２を回転させるモータ４３が配設されて、モータ４３によるねじ軸４２の回転でアーム２を備えた昇降部３が上下動を行うものとなっている。
【００１３】
先端に支持部１を夫々備えている各アーム２は、その途中に関節部２０を備えたもので、該関節部２０により、昇降部３側と支持部１側とのなす角度が可変となっているが、通常時は関節部２０の角度可変機構が作動しないようにされている。なお、アーム２は図２に示すようにその長手方向に伸縮させることができるようにしていてもよく、この伸縮を動力で行えるようにしていてもよい。
【００１４】
アーム２における支持部１は、患者９を抱いた操作者（介護者）８の腕（手を含む）を支えるためのもので、患者９の体重は操作者８の腕を介して支持部１で支持されるために、操作者８は患者９を抱いているものの、患者９を支えることに力は要しない。
【００１５】
しかして該補助装置においては、ベッドに寝ている患者９を抱き上げる場合、昇降部３を下降させ、操作者８は支持部１に腕を載せた状態で腕とアーム２とを患者９の体の下方に差し込み、この状態で昇降部３をモータ４３の駆動で上昇させることで患者９を抱き上げるのである。この時の患者の下方に腕を指し込む動作は、ベース４が備えるキャスター４０による全体の水平移動で行うことができ、前述のようにアーム２が伸縮自在となっていれば、アーム２の伸縮によっても行うことができる。患者９をベッドに戻す場合は昇降部３を下降させる。ベース４にはキャスター４０を設けているために、患者９を別のベッドに移したり、車椅子に載せたりすることもできる。後述するようにベース４を動力で走行させることができるようにしておいてもよい。
【００１６】
上記の昇降部３の上下動が操作者８の指示入力に基づいて行うものについてまず説明すると、図１に示すものでは上記指示入力をアーム２における関節部２０付近に設けた検出部５で行う。この検出部５は、図３に示すようにアーム２から突設した撓み自在な可動部５１の先端に操作者８の腕８０に嵌める係合部５０を設けるとともに、上記可動部５１に歪みゲージ５２を取り付けたもので、患者９を抱いた操作者８が腕８０における自由に動かせる部分を上方へ動かせば、図３(b)に示すように可動部５１が上方側へ撓むことを歪みゲージ５２の出力から検出して昇降部３を上昇させ、操作者８が腕８０を下方へ動かせば、図３(c)に示すように可動部５１が下方側へ撓むことを歪みゲージ５２の出力から検出して昇降部３を下降させる。なお、撓み方向に応じて昇降部３を上下させるだけでなく、撓み量に応じて昇降部３の昇降速度も制御するようにしてもよい。
【００１７】
可動部５１の撓み方向及び撓み量は、歪みゲージ５２ではなく、図４に示すようにポテンショメータ５３を用いたり、図５に示すように、非接触式ギャップセンサ５４を用いて行ってもよい。また、上記検出部５に代えて、図６に示すような手動操作スイッチ５５、あるいは図７に示すような足踏み操作スイッチ５６で昇降部３の上下動を操作することができるほか、図８に示すように操作者８の声を検出することができる範囲内にマイク５７を設けて、該マイク５７で採取した操作者８の声を音声認識処理し、この処理結果に基づいて昇降部３を上下動させるようにすることができる。
【００１８】
また、患者９を抱き上げるという動作に追随させるために、昇降部３で一対のアーム２，２を同時に上下動させるものを示したが、次に述べる実施の形態で示すように、各アーム２毎に個別に昇降制御することができるようにしてもよく、更には前記関節部２０をモータ駆動のものとし、昇降部３を上昇させる時にアーム２先端が上方側へと回転し、昇降部３を下降させる時にアーム２先端が下方側へ回転するようにしたり、別途指示入力に伴ってアーム２の先端部の回転駆動がなされるようにしておいてもよい。
【００１９】
図９及び図１０に上記支持部１を上下動させることについての本発明に係る一例を示す。これはベース４から２本のガイド軸４１とねじ軸４２との対を２つ立設するとともに、これらガイド軸４１及びねじ軸４２に対応する２つの昇降部３，３を設けて、各ねじ軸４２毎にモータ４３を設けて、２つの昇降部３を個別に昇降させることができるようにしたものであり、また各昇降部３，３から夫々アーム２を突設するとともに、各アーム２の先端に支持部１を設け、さらに各支持部１，１に加えられた荷重を検出する力センサ６，６を設けて、これら力センサ６，６の出力をもとに制御回路ＣＰＵがモータドライバ４８を介して各モータ４３の動作制御を行うものである。
【００２０】
力センサ６としては、図１０に示すように、支持部１に取り付けた歪みセンサを使用することができる。そして、該力センサ６の出力に応じた昇降部３の昇降制御は、次のルーティンを基本に用いて行うが、力センサ６の検出値に基づく制御を行うことで、装置動作時に操作者に対して装置側から加わる力の負担を極力緩和することができる。
【００２１】
すなわち、患者９を抱いた操作者８の腕を支持部１に載せれば、患者９の体重にほぼ応じた荷重Ｆを力センサ６で検出することができ、この状態で操作者８が患者９を抱き上げるために図１０(b)に示すように上方へ力Ｆ１を加えれば、力センサ６が検出する荷重はＦ−Ｆ１となることから、変動をもとに昇降部３を上昇させる。逆に操作者８が患者９を降ろそうとして支持部１を腕８０で押し下げれば、この押し下げ力Ｆ２が上記荷重Ｆに加えられた値が力センサ６で検出されることから、昇降部３を下降させる。
【００２２】
つまり、図１２に示すように、操作者８が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、該基準値より大きな力（荷重）が検出されたならば下向きの力が加えられたとして昇降部３を下降させ、上記基準値より小さな力（荷重）が検出されたならば上向きの力が加えられたとして昇降部３を上昇させるという制御（ただし、図１２(b)に示すように、検出値と基準値との差が設定値内である場合には、昇降動作を行わないという不感帯を設けておくのが好ましい）を行うのである。検出される力（荷重）が常に一定となるようにフィードバック制御するわけであり、この場合、操作者８が患者を持ち上げようとしているのか、あるいは降ろそうとしているのかの意思に応じた昇降動作を行わせることができる。
【００２３】
この時、モータ４３に対する制御は、図１３及び図１４に示すように、力センサ６で検出された力（歪み）と基準値との差が大きくなるほど、モータ４３で発生させるトルクを所定のゲインで大きくするというトルク制御とするのが操作者８の意思に応じたものとなって好ましい結果を得ることができるが、力センサ６で検出される値が常に基準値となるように、腕８０の上げ下げによる基準値からの変動を相殺するトルクを発生させるものであってもよい。また、上記の差が大きくなるほどモータ４３の回転速度を速くするという制御を行ってもよい。
【００２４】
患者９を抱いていない場合には、力センサ６で下向きの力が検出されたならば下降させ、力が検出されない場合は上昇させることによって、操作者８の腕８０の上下の動きにアーム２を追従させることができる。
【００２５】
力センサ６として、図１１に示すように、操作者８の足に加わる鉛直方向の力を検出する第２の力センサ６０を併用するようにしてもよい。操作者８が患者９を抱き上げることで、力センサ６０で検出される荷重が増加する。すなわち、操作者８の体重分から抱き上げる人または物の重量分だけが増加する。この値を基準値として操作者８の腕の挙動を検知して支持部１に力が上記増加分となるように、つまりは力センサ６０で検出される荷重が常に操作者８の体重分となるように支持部１を昇降制御するわけである。
【００２６】
ところで、上述したところから明らかなように、操作者８が患者９を抱いていない状態と、抱き上げている状態とでは異なる制御を行うことになり、従って制御方法の切換が必要であるが、スイッチ操作による切り換えは操作者８の負担が増えて煩わしい。また、操作者８が該抱き上げ補助装置を装着したかどうかを抱き上げ補助装置側で検出することができるようにしておけば、操作者８の抱き上げ補助装置の着脱をスムーズに行うことができる。
【００２７】
このために、装置を装着してアーム２を追従させた状態で患者９を抱き起こし、さらに抱き上げて移動し、抱き降ろした後、装置を取り外すという一連の作業を複数の作業に分割して、分割した作業毎に制御ルーティン及び閾値を設定しておき、力センサ６で検出された値が設定閾値を越えると次の作業に移行したとして、次の作業のための制御ルーティンに移行するようにしておく。このようにすることで、各作業内容に応じた力検出値−モータトルク特性の制御ルーティンを自動で切り換えて実行するものを得ることができる。
【００２８】
図１５は力センサ６を歪みセンサで構成した場合において、操作者８が装置をセットしたことを検知するためのフローを示しており、図１６は操作者８が患者９や物を抱えたことを検知するためのフローを示している。
【００２９】
そして、図１７は操作者８が患者９や物を抱き上げる動作（抱き降ろす動作）を検知して昇降のためのトルクを発生させるためのフローを示しており、読み込んだデータが予め設定してある不感帯を越えなければ、操作者８が動く意思がないと判断して、アーム２の現位置を保つだけのトルクを発生させる。データが不感帯を越えていれば、操作者８が抱け上げまたは抱き降ろしの意思があると判断し、それに見合ったトルクを発生させる。また、データが一定時間以上不感帯を越えなければ、操作者８が抱き上げ又は抱き下げ動作を終了したがっていると判断し、フラッグを立てて本制御のルーティンを終了し、次の作業のための制御ルーティンに移行する。
【００３０】
図１８は操作者８が抱き上げた患者９を移送する場合の動作に応じてトルクを発生させるルーティンを示しており、この場合も読み込んだデータが予め設定してある不感帯を越えなければ、操作者８が動く意思がないと判断して、アーム２の現位置を保つだけのトルクを発生させる。データが不感帯を越えていれば、操作者８が抱け上げまたは抱き降ろしの意思があると判断し、それに見合ったトルクを発生させる。ただし、移送中は大きくアーム２を昇降させることは無いと思われることから、この時の不感帯は通常の抱き上げ抱き降ろし動作時よりも大きく設定しておくのが好ましい。。
【００３１】
図１９は操作者８が患者９（または物）から手を抜く動作を検知するためのルーティンを示しており、読み込まれたデータが操作者８が始めに装置をセットした際の基準値に戻れば、操作者８が患者９をベッドや椅子に降ろして手を抜き去ったと判断して、アーム２の動作を停止するとともに本ルーティンを終了して、次のルーティンに移行する。データが基準値に戻っていなければ、操作者８の手が患者９に接していると判断して、再度データを取得する。
【００３２】
操作者８が装置を外すことの検知は、読み込んだデータが操作者８が始めに装置をセットする以前の値に戻っていれば、操作者８が装置から離れたと判断してアーム２の動作を停止するとともに、非装着状態のフラッグを立てて該検知ルーティンを終了し、操作者８が該装置をセットしたかどうかの検知ルーティンに移行する。
【００３３】
ところで、不感帯の設定値は、操作者８が患者９を抱えるまでは図２０に示すように巾の広い不感帯Ｂを設定値としておき、抱え終わった後は巾の狭い不感帯Ａに移行してアシスト制御するようにしておくとよい。操作者８が患者９を抱える際に起こす微小な検出値の変化には応動しなくなるために誤動作を防止することができる。
【００３４】
また、前述のように操作者８が患者９を抱えた状態で移送する時は、図２１に示すように、患者９を昇降させている時の不感帯Ａよりも巾の広い不感帯Ｂとするのがよい。移送作業中に生じる揺れなどによる微小な検出値には反応しにくくなるために装置の誤動作を避けることができる。操作者８が抱えていた患者９から手を抜く時も、不感帯Ａから巾の広い不感帯Ｂに移行するようにしておく。
【００３５】
不感帯の設定に加えて、検出される歪データの変化率がきわめて大である時には、抱き上げている患者や物を落としたり、抱えたままつまずいたりした事態を想定することができることから、この時には図４６に示すように、異常事態と判断して動作させないようにしておくのが好ましい。
【００３６】
アーム２に関節部２０を備えたものを用いる場合、前述のように、関節部２０で上下に回転駆動されるようにしておいてもよく、この場合、図２２に示すように、関節部２０にトルクセンサ２２を配して、操作者８の腕の動きに伴う関節部２０の回転挙動をトルクセンサ２２で検知し、トルクセンサ２２の出力に応じて関節部２０の上下回転駆動を行うとよい。腕の回転（腕を曲げる動作）を楽に行うことができる。特に、トルクセンサ２２でアーム２の回転によるモーメントを検知し、モーメントの値がある閾値を越えると関節軸にて回転するモータが作動して、操作者８の腕の回転方向にアーム２を追従させ、この動作によって操作者の腕の回転動作の補助を行うようにすれば、装置の簡略化が可能であり、また起動の自動化が可能である。
【００３７】
アーム２としては、図２３及び図２４に示すように、多関節型のものを用いてもよい。図示例の多関節吊り下げ型のアーム２２は、鉛直軸回りの回転を許す軸受け部２３によって昇降部３の上面に取りつけられたものであるとともに、鉛直面内での回転を許す２つの関節部２０，２０を供えたもので、軸受け部２３における回転で図２４(a)に示すように支持部１の左右方向水平移動を、両関節部２０，２０の回転で図２４(b)に示すように支持部１の前後方向水平移動を行わせることができる。ベース４の水平移動がなくても床面に平行な搬送動作を行うことができる。もちろん、これら関節部２０における回転をモータ等の動力による駆動で行うようにしてもよい。
【００３８】
この場合の関節部２０の動力駆動による水平方向の動作は、図２５及び図２６に示すように、腕８０が装着される検出部５に腕の水平方向挙動を検知するセンサ５２を配して、このセンサ５２出力に応じて関節部２０の駆動を行えば良い。上記のセンサ５２による挙動検知は、力を検知するものとし、力の方向（正負）に応じて、支持部１を前進させる方向の関節部２０の回転駆動と支持部１を後退させる方向の関節部２０の回転駆動とを行わせるのが好ましい。
【００３９】
支持部１の前後動作は、前述のようにアーム２を伸縮自在なものとした場合にも行えるが、このアーム２の伸縮動作をたとえばエアシリンダーや電動シリンダー等で行えるようにしておく場合は、上記の多関節型アーム２の場合の制御と同様の手法で、アーム２の伸縮動作の制御を行うとよい。
【００４０】
図２７はベース４にモータ４５によって駆動される走行輪４６を、図２８はモータ４５によって駆動されるクローラ４７を設けて、患者を抱き上げた状態での床面と平行な搬送動作を動力の補助を得て行えるようにしたものを示している。この場合のモータ４５の制御は、スイッチ操作によるものであってもよいが、図２９及び図３０に示すように、ベース４に操作者８の足の前進の動きを検知するセンサ４ａと、足の後退の動きを検知するセンサ４ｂとを設けて、操作者８が足８５を前に出せばセンサ４ａがモータ４５を前進方向に作動させ、足８５を後ろに出せばセンサ４ｂがモータ４５を後退方向に作動させるようにすると、つまりは操作者８とベース４との前後方向位置関係が一定となるように制御すると、操作者８の足の動きに追従した装置全体の移動がなされることになる。
【００４１】
前進か後退かの動きだけでなく、操作者８の足の速度を検知して、検知した速度に応じた走行がなされるようにすると、さらに好ましいものとなる。図３１及び図３２はこの場合の一例を示しており、ベース４の左右には非接触光電型で反射検知タイプの速度センサ４ｃ，４ｃを配置し、各速度センサ４ｃ，４ｃで操作者８の足８５を出す方向と左右の足８５の速度Ｖを測定し、足を出す方向によって前進か後退かを決定し、測定した速度Ｖと同じ速度Ｖでベース４の走行が行われるようにモータ４５を制御する。操作者８に等速度で追従して動作するために、搬送動作をスムーズに行うことができる。
【００４２】
なお、このような動力による走行を行う場合は、図３３に示すように、非接触光電型の反射検知タイプ等の障害物検知センサ４ｄを設けて、障害物を検知した時にはモータ４５を停止させるようにしておくのが好ましい。図示例では前進時にのみ障害物検知動作がなされるようにしたものを示したが、後退時用の障害物センサも設けるのが好ましく、左右の動きについても障害物を検知した時にはブレーキをかけて装置を停止させるものとするのが好ましい。また、操作者８の前進と後退とを検知する上記センサ４ａ，４ｂあるいはセンサ４ｃによる出力で、前述の多関節型アーム２の前後動や、伸縮型アーム２の前後伸縮動作を制御するようにしてもよい。
【００４３】
操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部１は、操作者８の手先部分を受けるのではなく、図３４あるいは図３５に示すように、前腕部の肘近くの部分を受けるものとすれば、抱き上げ補助を行う際の肘のずれを心配することなく搬送作業を行うことができるものとなり、また、支持部１の断面形状を操作者の肘から前腕にかけての断面形状に合わせたものとしておくことで、操作者が抱き上げた時に痛みなどを感じることがなくなる。図３６に示すように、肘から手先にかけての前腕全体を保持することができる形状に支持部１を形成してもよい。さらに楽に抱き上げ動作を行うことができる。また、いずれの支持部１にしても、支持部１に腕を固定することができる手段を設けるとよい。
【００４４】
図３７に他例を示す。ここではアーム２として関節部２０を備えていないものを用いるとともに、支持部１として肘の部分を受けるものを用いている。そして、支持部１を受ける部分などに配した歪ゲージなどのセンサからなる検出部５において歪または変形量を検出して、この値をコントローラにフィードバックする。コントローラはフィードバックされたデータを基に次の駆動に最適な制御モード（位置，速度，力）を選択すると同時に、その指令値を算出し、モータドライバーに出力するものとしてある。操作者の意思に安定な系で、操作者に追従させることができる。
【００４５】
この時、図３８に示すように、検出値の増減に関係なく、検出値が設定した閾値以下であれば一定の負の指令値を出力し、閾値以上であれば一定の正指令値を出力するようにすると、検出値と閾値の大小を比較するだけで出力を決定することができるために制御を簡単に行うことができる。
【００４６】
コントローラが出力する指令値は、その加減速が図３９に示すＳ字カーブを描くようにしておくと、滑らかな加減速動作が得られるために、操作者が感じる不快感を低減することができる。
【００４７】
また、図４０に示すように、歪データＨｎをフィードバックして前回の値との差を取ったものにゲインＫｐを乗じてトルクまたは速度指令値として出力すると、つまりは検出値に比例ゲインを乗じたものを出力すると、パワーアシストの応答の立ち上がり速度を速くすることができる。
【００４８】
検出値に比例ゲインを乗じたものに、さらに制御物体の移動速度や移動量に応じた補正項を加えて指令値として出力するようにしてもよい。たとえば、図４１に示すように、フィードバックした歪データから作成したパワーアシストの指令値に対して、エンコーダなどにより計測した速度の補正分を付加したものを指令値として出力するのである。人の動きへの追従特性を改善することができる。
【００４９】
検出値と基準値とを比較し、不足分に比例ゲインを乗じたものを速度またはトルク指令値として出力してもよい。たとえば図４２に示すように、フィードバックした歪データＨｎを予め設定してある基準データＨｐと比較し、基準データＨｐよりも小さければ正の指令値を、大きければ負の指令値を出力する。この場合のパワーアシスト応答の立ち上がり速度を速くすることができる。
【００５０】
力検出値からの力指令値と位置からの位置情報値とを合成してトルク指令値として出力するのも好ましい。図４３に示すように、予め設定した移動量の間、アーム２の位置を監視しつつ操作者が感ずるトルクが一定となるようにトルク指令値を出力すれば、アーム２にかかっている負荷に合わせたトルク出力が可能となるために、目標位置を保つ制御が可能となる。
【００５１】
位置情報からトルク指令値を決定して、アーム２を一定位置に保つことも好ましい。図４４に示すように、位置データをコントローラにフィードバックし、基準位置よりもアーム２が下がればトルクを増大させ、基準位置よりもアーム２が上がればトルクを減少させる指令値を出力する。一定以上の時間の間、基準位置にアーム２が停滞すれば、その時点のトルクを初期トルクとする。操作者８が患者９を抱き上げた段階でスイッチ等の操作をしなくても、患者９の体重に合わせた初期アシストトルクを自動的に設定することができる。
【００５２】
ところで、昇降部３を昇降させたり、アーム２の関節部２０を回転駆動することで支持部１の上下位置を変える場合、操作者の身長によっては、装置そのものが持つ支持部１の上下動の上限位置が高すぎたり下限位置が低すぎたりすることがある。このために、支持部１の上下位置についての上限位置（さらには下限位置）を操作者に合わせて変更することができるようにしておくのが好ましい。たとえば図４５に示すように、操作者がアーム２を上昇させ、ある位置で設定時間以上静止させたならば、そのポイントを基準高さ位置Ｈとするとともに、上限位置ＨｍａｘをＨ＋Ｌ（Ｌは所定値）とするようにプログラムしておくのである。下限位置についても同様の処理を行う。このようにしておけば、支持部１の上下位置の変化量を操作者に合わせて調整することができる。
【００５３】
図４７は力センサ６として支持部１の上下に歪みセンサを配置したものを示している。
【００５４】
動力による補助は、患者９の全荷重に応じたものとしていなくてもよい。つまり、操作者８が患者９を抱き上げるの必要な力が、たとえば数ｋｇの重さのものを抱き上げるのと同じ力ですむように補助を行うのである。
【００５５】
また、支持部１を上下に動かすための構成は、図示例のねじ軸４２とナット３０とからなるものに限るものではなく、支持部１を上下に移動させることができるとともにその上下移動をコントロールすることができるものであれば、種類及び構成を問うものではない。
【００５６】
【発明の効果】
以上のように本発明の抱き上げ補助装置は、被抱き上げ物を抱き上げる操作者の両腕を支持して被抱き上げ物の荷重を受ける支持部と、該支持部を上下に移動させる動力部と、操作者の両腕による被抱き上げ物の抱き上げ動作に伴って発生する力とその方向を上記支持部で検出される荷重の値と変化から検知する力センサと、該力センサで検出された操作者の力とその方向に応じて、前記操作者の両腕を支持する支持部の上下移動用の上記動力部を作動させて操作者の動きを補助する制御部とからなるもので、被抱き上げ物を抱き上げるのはあくまで操作者であって、該操作者の腕にかかる被抱き上げ物の荷重を支持部で支持するとともに該支持部を駆動部で上下動させることによって、操作者の肉体的負担を軽減させるものであり、また抱き上げられるのが患者である場合、患者にしてみれば操作者に抱き抱えられるために安心感がある上に、物と同等のものとして扱われるという不満が生じることもない。また、操作者にしてみれば、自身の動きに伴って発生する力の方向に動力部が支持部を上下動させるために、操作者に対して装置側から加わる力の負担が殆どなく、このために操作者は思い通りに動かすことができる。
【００５７】
本発明に係る抱き上げ補助装置の制御方法は、上記請求項１に記載の抱き上げ補助装置の制御方法であって、支持部が受ける荷重をセンサで検出するとともに、操作者が持ち上げようとしている物体の重さを基準値とし、検出した荷重と上記基準値との比較で操作者の挙動を判断し、該判断結果に基づいた方向に支持部を動かすことから、操作者の意思に応じた動作を抱き上げ補助装置に確実に行わせることができる。
【００５８】
そして上記制御に際し、抱き上げて降ろす一連の動作を複数作業に分割して各分割作業毎に制御ルーティンを設定し、各作業の終了をセンサ出力値やその変化から判断して各分割作業用制御ルーティンを順次実行させていくようにしておくと、各作業に適したルーティンに操作者が手動で切り換えなくても、一連の動作における各作業を適切に補助することができ、支持部が受ける荷重をセンサで検出して該荷重の検出値から動力部のモータ位置、速度、トルクの指令値を発生させるものでは、操作者の意思に安定な系で、操作者に追従させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の一例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は使用状態を示す斜視図である。
【図２】同上のアームの他例を示す斜視図である。
【図３】同上の検出部の一例を示す説明図である。
【図４】同上の検出部の他例を示す説明図である。
【図５】同上の検出部の更に他例を示す説明図である。
【図６】同上の指示入力部の他例を示す斜視図である。
【図７】同上の指示入力部の更に他例を示す斜視図である。
【図８】同上の指示入力部の別の例を示す斜視図である。
【図９】他の実施の形態の一例を示す斜視図である。
【図１０】同上の力センサとその力検出についての説明図である。
【図１１】同上の他例の斜視図である。
【図１２】同上の動作説明図である。
【図１３】同上の動作説明図である。
【図１４】同上の不感帯についての説明図である。
【図１５】同上の一ルーティンのフローチャートである。
【図１６】同上の他のルーティンのフローチャートである。
【図１７】同上の更に他のルーティンのフローチャートである。
【図１８】同上の別のルーティンのフローチャートである。
【図１９】同上の更に別のルーティンのフローチャートである。
【図２０】同上の不感帯についての他の説明図である。
【図２１】同上の不感帯についての更に他の説明図である。
【図２２】アームの他例の斜視図である。
【図２３】アームの別の例の斜視図である。
【図２４】 (a)(b)は同上のアームの動作を示す斜視図である。
【図２５】同上の使用状態を示す斜視図である。
【図２６】 (a)(b)(c)は同上の検出部の斜視図である。
【図２７】別の例の斜視図である。
【図２８】同上の他例の斜視図である。
【図２９】同上の検出部の例の斜視図である。
【図３０】 (a)(b)は同上の動作を示す平面図である。
【図３１】同上の検出部の他例の斜視図である。
【図３２】 (a)は同上の動作を示す平面図、(b)は速度制御の説明図である。
【図３３】障害物検知センサを備えた例の斜視図である。
【図３４】支持部の他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は概略断面図である。
【図３５】支持部のさらに他例を示すもので、(a)は斜視図、(b)は概略断面図である。
【図３６】支持部の別の例の斜視図である。
【図３７】 (a)は別の例の斜視図、(b)は同上の制御系のブロック回路図である。
【図３８】同上の制御法についての説明図である。
【図３９】同上の制御法についての説明図である。
【図４０】同上の他の制御法についての説明である。
【図４１】同上の更に他の制御法についての説明図である。
【図４２】同上の別の制御法についての説明である。
【図４３】同上のさらに別の制御法についての説明図である。
【図４４】同上の異なる制御法を示すもので、(a)(b)は共に説明図である。
【図４５】上限設定に関する説明図である。
【図４６】異常検出に関する説明図である。
【図４７】支持部と力センサの説明図である。
【符号の説明】
１支持部
２アーム
３昇降部
５検出部
６力センサ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a lifting assist device that assists in the operation of lifting a person or lifting an object, and a control method of the assist device.
[0002]
[Prior art]
  Since it is extremely hard work to lift a patient who is bedridden and transfer it from a bed to a wheelchair or the like, a patient hoist disclosed in Japanese Patent Publication No. 3-41181 is provided as an aid for such movement. There is.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
  However, the hoist has a long working time due to its slow operation speed, and is currently used only for patients with heavy weight. From the patient's side, it is hung up by a machine, so it can cause anxiety. At the same time, dissatisfaction that it is treated as equivalent to a thing arises.
[0004]
  The present invention has been made in view of the above points, and the purpose of the present invention is to lift a patient who can hold the operator's physical burden to an extremely low level even though the patient holds the operator (caregiver). It is in providing an apparatus and its control method.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
  Thus, the lifting assist device according to the present invention includes a support unit that supports both arms of an operator who lifts the object to be lifted and receives a load of the object to be lifted, a power unit that moves the support part up and down, and an operator Generated by the lifting operation of the object to be lifted by both armsAnd the direction from the load value and change detected by the supportDetectionAccording to the force sensor and the direction and direction of the operator detected by the force sensor.Operate the power part for moving the support part up and down to support both arms of the operator.Assisting the movement of the operatorIt is characterized by comprising a control unit. By supporting the load of the object to be hung on the arm of the operator who lifts the object to be lifted by the support part and moving the support part up and down by the driving part according to the force generated by the movement of the operator, The physical burden on the person is reduced.
[0006]
  According to the present invention, there is provided a control method for a lifting assist device according to claim 1, wherein the load received by the support portion is detected by a sensor.The weight of the object that the operator is trying to lift is used as a reference value, and the detected load is compared with the above reference value.It is characterized in that the behavior of the operator is determined and the support portion is moved in the direction based on the determination result.
[0007]
  In this control, a series of actions to be lifted and lowered is divided into a plurality of work, a control routine is set for each divided work, and the end of each work is judged from the sensor output value and the change thereof, and each divided work control routine is set. Are preferably executed sequentially.
[0008]
  In the above control, in addition to controlling the vertical load on the operator's arm to be constant, the load to be controlled may be increased or decreased based on the increase or decrease in the detected value of the load on the operator's arm. Good.
[0009]
  It is also preferable that the vertical movement range of the support part is variable according to the operator, and the vertical movement of the support part is performed within the set vertical movement range.
[0010]
  In controlling the lifting assist device according to claim 1, it is preferable to detect the load received by the support portion with a sensor and generate a command value of the motor position, speed, and torque of the power portion from the detected value of the load. When generating a constant command value regardless of the increase or decrease of the detected value, or accelerating / decelerating the command valueWith the characteristic of drawingOr a value obtained by multiplying the detected value by a proportional gain may be output as a speed or torque command. The detected value multiplied by the proportional gain and the correction term from the moving speed or moving amount of the controlled object are output as the command value, or the detected value isPresetCompared with the reference value, the shortage multiplied by the proportional gain is output as a speed or torque command, or the force command value based on the detected force value and the position command value based on the detected position value It may be synthesized and output as a torque command value.
[0011]
  It is also preferable to determine the torque command value from the position information.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
  An example of the embodiment of the present invention will be described. The lifting assist device shown in FIG. 1 includes a base 4 provided with casters 40 for horizontal movement parallel to the floor surface, and two erected from the base 4. The guide shafts 41 and 41, the screw shaft 42, the lifting and lowering portion 3 that is slidably fitted to the guide shaft 41 and includes the nut portion 30 screwed to the screw shaft 42, and fixed to the lifting and lowering portion 3 A motor 43 for rotating the screw shaft 42 is disposed on the base 4, and includes two arms 2, 2 and support portions 1, 1 provided on both arms 2. The elevating part 3 provided with the arm 2 moves up and down by the rotation of the screw shaft 42.
[0013]
  Each arm 2 provided with the support part 1 at the tip is provided with a joint part 20 in the middle, and the angle formed between the elevating part 3 side and the support part 1 side is variable by the joint part 20. However, the angle varying mechanism of the joint portion 20 is not normally operated. As shown in FIG. 2, the arm 2 may be capable of being expanded and contracted in the longitudinal direction, and this expansion and contraction may be performed by power.
[0014]
  The support part 1 in the arm 2 is for supporting an arm (including a hand) of an operator (caregiver) 8 holding the patient 9, and the weight of the patient 9 is supported by the support part 1 via the arm of the operator 8. Therefore, although the operator 8 holds the patient 9, no force is required to support the patient 9.
[0015]
  Thus, in the auxiliary device, when lifting the patient 9 sleeping on the bed, the elevating unit 3 is lowered, and the operator 8 puts the arm and the arm 2 on the body of the patient 9 with the arm placed on the support unit 1. In this state, the elevating unit 3 is lifted by driving the motor 43 to lift the patient 9. At this time, the operation of pointing the arm below the patient can be performed by the entire horizontal movement by the caster 40 provided in the base 4. If the arm 2 is telescopic as described above, the arm 2 is telescopic. Can also be done. When returning the patient 9 to the bed, the elevating unit 3 is lowered. Since the base 4 is provided with casters 40, the patient 9 can be moved to another bed or placed on a wheelchair. As will be described later, the base 4 may be driven by power.
[0016]
  Up-and-down movement of the lifting unit 3First, what is performed based on the instruction input of the operator 8 will be described. In the case shown in FIG.The detection is performed by the detection unit 5 provided in the vicinity of the joint 20 in the arm 2. As shown in FIG. 3, the detection unit 5 is provided with an engagement unit 50 that fits on the arm 80 of the operator 8 at the distal end of a flexible movable unit 51 protruding from the arm 2, and a strain gauge is provided on the movable unit 51. 52, and if the operator 8 holding the patient 9 moves a portion of the arm 80 that can be freely moved upward, the movable portion 51 is warped upward as shown in FIG. 3 (b). As shown in FIG. 3 (c), when the operator 8 moves the arm 80 downward by detecting the output of the gauge 52 to raise the elevating part 3, the strain gauge 52 warps the movable part 51 to bend downward. The elevator unit 3 is lowered by detecting from the output of. In addition, you may make it control not only the raising / lowering part 3 according to a bending direction but the raising / lowering speed of the raising / lowering part 3 according to the amount of bending.
[0017]
  The bending direction and the amount of bending of the movable portion 51 may be performed using the potentiometer 53 as shown in FIG. 4 instead of the strain gauge 52, or using the non-contact type gap sensor 54 as shown in FIG. Further, instead of the detection unit 5, the vertical movement of the elevating unit 3 is operated by a manual operation switch 55 as shown in FIG. 6 or a stepping operation switch 56 as shown in FIG. 7.As shown in Figure 8A microphone 57 is provided within a range in which the voice of the operator 8 can be detected, the voice of the operator 8 collected by the microphone 57 is subjected to voice recognition processing, and the lifting unit 3 is moved up and down based on the processing result. likecan do.
[0018]
  Further, in order to follow the movement of lifting the patient 9, the lifting / lowering unit 3 simultaneously moves the pair of arms 2 and 2 up and down, but as shown in the embodiment described below, The joint 20 may be motor-driven, and when the lift 3 is lifted, the tip of the arm 2 rotates upward so that the lift 3 can be controlled. When lowering, the tip of arm 2 moves downwardrotationOr with the instruction input separately,rotationThe driving may be performed.
[0019]
  9 and 10According to the present invention about moving the support part 1 up and downAn example is shown. This is because two pairs of two guide shafts 41 and screw shafts 42 are erected from the base 4 and two lifting parts 3 and 3 corresponding to the guide shafts 41 and the screw shafts 42 are provided. A motor 43 is provided for each shaft 42 so that the two elevating units 3 can be individually moved up and down, and the arms 2 are projected from the elevating units 3 and 3, respectively. Is provided with a supporting portion 1 at the tip of each of them, and further provided with force sensors 6 and 6 for detecting a load applied to each of the supporting portions 1 and 1, and based on the outputs of these force sensors 6 and 6, the control circuit CPU executes a motor. The operation of each motor 43 is controlled via the driver 48.
[0020]
  As the force sensor 6, as shown in FIG. 10, a strain sensor attached to the support portion 1 can be used. The lifting / lowering control of the lifting / lowering unit 3 according to the output of the force sensor 6 is performed using the following routine as a basic rule. By performing control based on the detection value of the force sensor 6, the operator can be controlled during operation of the apparatus. On the other hand, the load of the force applied from the apparatus side can be reduced as much as possible.
[0021]
  That is, if the arm of the operator 8 holding the patient 9 is placed on the support portion 1, the load F almost corresponding to the weight of the patient 9 can be detected by the force sensor 6, and in this state, the operator 8 If a force F1 is applied upward as shown in FIG. 10 (b) in order to lift 9, the load detected by the force sensor 6 becomes F-F1, so that the lifting unit 3 is raised based on the fluctuation. Conversely, when the operator 8 pushes down the support unit 1 with the arm 80 in an attempt to lower the patient 9, the value applied to the load F is detected by the force sensor 6. Is lowered.
[0022]
  That is, as shown in FIG. 12, the weight of the object that the operator 8 is trying to lift is used as a reference value, and a force larger than the reference value is set.(load)If is detectedAs a downward force is appliedLowering the elevating part 3 and force smaller than the reference value(load)If is detectedAs an upward force is appliedControl to raise the elevating unit 3 (however, as shown in FIG. 12 (b), when the difference between the detected value and the reference value is within the set value, a dead zone in which the elevating operation is not performed is provided. Is preferable). Feedback control is performed so that the detected force (load) is always constant, and in this case, an elevating operation according to the intention of the operator 8 trying to lift or lower the patient is performed. Can be done.
[0023]
  At this time, as shown in FIG. 13 and FIG. 14, the control for the motor 43 is such that the torque generated by the motor 43 is increased by a predetermined gain as the difference between the force (distortion) detected by the force sensor 6 and the reference value increases. It is possible to obtain a favorable result by setting the torque control to be increased by the control according to the intention of the operator 8, but the arm 80 is set so that the value detected by the force sensor 6 always becomes the reference value. It is also possible to generate a torque that cancels the fluctuation from the reference value due to the increase / decrease in the value. Moreover, you may perform control that the rotational speed of the motor 43 is made faster, so that said difference becomes large.
[0024]
  When the patient 9 is not held, the arm 2 is moved downward when the force sensor 6 detects a downward force, and is raised when the force is not detected, so that the arm 2 moves up and down. Can be made to follow.
[0025]
  As the force sensor 6, as shown in FIG. 11, a second force sensor 60 that detects a vertical force applied to the foot of the operator 8 may be used in combination. When the operator 8 lifts the patient 9, the load detected by the force sensor 60 increases. That is, only the weight of the person or the object to be lifted from the weight of the operator 8 increases.This valueThe behavior of the arm of the operator 8 is detected as a reference value so that the force on the support portion 1 is increased, that is, the load detected by the force sensor 60 is always equal to the weight of the operator 8. The support part 1 is controlled to move up and down.
[0026]
  By the way, as apparent from the above description, the control is different between the state in which the operator 8 is not holding the patient 9 and the state in which the operator 9 is holding up, and therefore switching of the control method is necessary. Switching by operation increases the burden on the operator 8 and is troublesome. Further, if the operator 8 can detect whether the operator 8 has worn the lifting assisting device on the side of the lifting assisting device, the operator 8 can smoothly attach and detach the lifting assisting device.
[0027]
  For this purpose, a series of operations of detaching the device after the patient 9 is held up with the device attached and the arm 9 is held up, further lifted and moved, and then the device is removed is divided into a plurality of operations. A control routine and a threshold value are set for each work, and if the value detected by the force sensor 6 exceeds the set threshold value, it is determined that the next work is started, and the control routine for the next work is transferred. deep. By doing so, it is possible to obtain what automatically switches and executes the control routine of the force detection value-motor torque characteristic corresponding to each work content.
[0028]
  FIG. 15 shows a flow for detecting that the operator 8 has set the device when the force sensor 6 is a strain sensor. FIG. 16 shows that the operator 8 holds the patient 9 or an object. It shows the flow for detecting.
[0029]
  FIG. 17 shows a flow for the operator 8 to detect the operation of lifting the patient 9 or an object (the operation of holding it down) and generate torque for raising and lowering, and the read data is preset. If the dead zone is not exceeded, it is determined that the operator 8 does not intend to move, and torque is generated to keep the current position of the arm 2. If the data exceeds the dead zone, the operator 8 determines that he / she intends to hold up or down, and generates a torque corresponding to the intention. Further, if the data does not exceed the dead zone for a certain time or more, it is determined that the operator 8 wants to end the lifting or lowering operation, and a flag is set to end the routine of this control, and the control routine for the next work is completed. Migrate to
[0030]
  FIG. 18 shows a routine for generating a torque in accordance with an operation when the patient 9 lifted up by the operator 8 is transferred. In this case as well, if the read data does not exceed the preset dead zone, the operator Judging that there is no intention to move 8, torque is generated to keep the current position of arm 2. If the data exceeds the dead zone, the operator 8 determines that he / she intends to hold up or down, and generates a torque corresponding to the intention. However, since it is considered that the arm 2 is not lifted or lowered greatly during the transfer, it is preferable to set the dead zone at this time to be larger than that during the normal lifting / holding operation. .
[0031]
  FIG. 19 shows a routine for detecting the operation of the operator 8 pulling out the hand from the patient 9 (or an object), and the read data can be returned to the reference value when the operator 8 first sets the device. For example, the operator 8 determines that the patient 9 has been lowered onto the bed or chair and removed his / her hand, stops the operation of the arm 2, ends the routine, and shifts to the next routine. If the data does not return to the reference value, it is determined that the hand of the operator 8 is in contact with the patient 9, and the data is acquired again.
[0032]
  When the operator 8 detects that the device has been removed, if the read data returns to the value before the operator 8 initially set the device, it is determined that the operator 8 has left the device and the operation of the arm 2 is detected. Is stopped, the flag in the non-wearing state is raised, the detection routine is terminated, and the routine proceeds to a detection routine for determining whether the operator 8 has set the device.
[0033]
  By the way, as shown in FIG. 20, the setting range of the dead zone is set to a wide dead zone B as shown in FIG. 20 until the operator 8 holds the patient 9. It is good to control. Since the operator 8 does not respond to a minute change in the detected value that occurs when the patient 9 holds the patient 9, malfunction can be prevented.
[0034]
  When the operator 8 carries the patient 9 as described above, the dead zone B is wider than the dead zone A when the patient 9 is raised and lowered, as shown in FIG. Is good. Since it becomes difficult to react to a minute detection value due to shaking or the like generated during the transfer operation, malfunction of the apparatus can be avoided. Even when the operator 8 removes his / her hand from the patient 9, the dead zone A is shifted to the wider dead zone B.
[0035]
  In addition to setting the dead zone, when the rate of change of the detected strain data is extremely large, it is possible to assume that the patient or object being held is dropped or stumbled while holding it. As indicated by 46, it is preferable that the operation is determined to be an abnormal situation.
[0036]
  When the arm 2 having the joint portion 20 is used, as described above, the joint portion 20 may be rotationally driven up and down. In this case, as shown in FIG. If the torque sensor 22 is arranged, the rotational behavior of the joint portion 20 accompanying the movement of the arm of the operator 8 is detected by the torque sensor 22, and the joint portion 20 is driven to rotate up and down according to the output of the torque sensor 22. Good. The arm can be easily rotated (bending the arm). In particular, the moment due to the rotation of the arm 2 is detected by the torque sensor 22, and when the moment value exceeds a certain threshold value, the motor that rotates on the joint axis is activated to follow the arm 2 in the direction of rotation of the arm of the operator 8. If this operation assists the rotation of the operator's arm, the apparatus can be simplified and the activation can be automated.
[0037]
  As the arm 2, as shown in FIGS. 23 and 24, an articulated type may be used. The articulated hanging arm 22 in the illustrated example is attached to the upper surface of the elevating unit 3 by a bearing unit 23 that allows rotation around a vertical axis, and has two joint units that allow rotation in a vertical plane. As shown in FIG. 24 (a), the horizontal movement of the support portion 1 is shown in FIG. 24 (b), and the rotation of both joint portions 20, 20 is shown in FIG. 24 (b). As described above, the horizontal movement of the support portion 1 can be performed. Even if there is no horizontal movement of the base 4, a transport operation parallel to the floor surface can be performed. Of course, you may make it rotate in these joint parts 20 by the drive by motive power, such as a motor.
[0038]
  In this case, as shown in FIGS. 25 and 26, the horizontal movement by the power drive of the joint section 20 is performed by arranging a sensor 52 for detecting the horizontal movement of the arm in the detection section 5 to which the arm 80 is attached. The joint 20 may be driven according to the output of the sensor 52. The behavior detection by the sensor 52 is to detect a force, and according to the direction (positive or negative) of the force, the rotational drive of the joint portion 20 in the direction to advance the support portion 1 and the joint in the direction to retreat the support portion 1. It is preferable to drive the unit 20 to rotate.
[0039]
  The back-and-forth movement of the support portion 1 can be performed even when the arm 2 can be extended and retracted as described above. However, when the expansion and contraction operation of the arm 2 can be performed by, for example, an air cylinder or an electric cylinder, The expansion / contraction operation of the arm 2 may be controlled by the same method as the control in the case of the articulated arm 2 described above.
[0040]
  27 shows a traveling wheel 46 driven by a motor 45 on the base 4 and FIG. 28 provides a crawler 47 driven by the motor 45 to assist in the conveyance operation parallel to the floor surface while holding the patient. It shows what can be done by obtaining. The control of the motor 45 in this case may be based on a switch operation. However, as shown in FIGS. 29 and 30, a sensor 4a that detects the forward movement of the foot of the operator 8 on the base 4 and a foot And a sensor 4b for detecting the backward movement of the sensor. When the operator 8 moves the foot 85 forward, the sensor 4a activates the motor 45 in the forward direction, and when the operator 85 moves the foot 85 backward, the sensor 4b activates the motor 45. When operated in the backward direction, that is, when the positional relationship between the operator 8 and the base 4 is controlled to be constant, the entire apparatus moves following the movement of the operator 8's foot. become.
[0041]
  It is further preferable to detect not only the forward or backward movement but also the speed of the foot of the operator 8 so that the vehicle travels according to the detected speed. FIG. 31 and FIG. 32 show an example of this case. Non-contact photoelectric type reflection detection type speed sensors 4c, 4c are arranged on the left and right of the base 4, and the speed sensor 4c, 4c is used by the operator 8. The direction of extending the foot 85 and the speed V of the left and right feet 85 are measured, and it is determined whether to move forward or backward depending on the direction of extending the foot, and the motor 45 is driven so that the base 4 runs at the same speed V as the measured speed V. To control. Since the operation follows the operator 8 at a constant speed, the transport operation can be performed smoothly.
[0042]
  When traveling with such power, as shown in FIG. 33, an obstacle detection sensor 4d such as a non-contact photoelectric type reflection detection type is provided, and the motor 45 is stopped when an obstacle is detected. It is preferable to do so. In the example shown in the figure, the obstacle detection operation is performed only at the time of forward movement. However, it is preferable to provide an obstacle sensor for backward movement. The device is preferably stopped. Further, the above-described back-and-forth movement of the articulated arm 2 and the back-and-forth expansion and contraction operation of the telescopic arm 2 are controlled by the output of the sensor 4a, 4b or sensor 4c for detecting the forward and backward movement of the operator 8. May be.
[0043]
  The support portion 1 that supports both the arms of the operator and receives the load of the object to be lifted does not receive the hand portion of the operator 8, but a portion near the elbow of the forearm portion as shown in FIG. If it receives, it can carry out conveyance work without worrying about the elbow misalignment at the time of lifting support, and the cross-sectional shape of the support part 1 from the elbow of the operator to the forearm By making it suitable for the operator, there will be no pain when the operator lifts it. As shown in FIG. 36, you may form the support part 1 in the shape which can hold | maintain the whole forearm from an elbow to a hand. Furthermore, it can be lifted easily. In any of the support portions 1, it is preferable to provide means that can fix the arm to the support portion 1.
[0044]
  FIG. 37 shows another example. Here, the joint part 20 is used as the arm 2.prepare forWhile not using the thing which receives the part of an elbow as the support part 1, it uses. Then, the detection unit 5 including a sensor such as a strain gauge disposed in a portion that receives the support unit 1 detects the strain or deformation amount, and feeds back this value to the controller. The controller selects the optimal control mode (position, speed, force) for the next drive based on the fed back data, and simultaneously calculates the command value and outputs it to the motor driver. The system can be made to follow the operator in a system that is stable to the operator's intention.
[0045]
  At this time, as shown in FIG. 38, a constant negative command value is output if the detected value is less than or equal to the set threshold value, and a constant positive command value is output if the detected value is greater than or equal to the threshold value, regardless of increase or decrease of the detected value. As a result, the output can be determined simply by comparing the detected value with the threshold value, and therefore control can be easily performed.
[0046]
  If the command value output from the controller is such that the acceleration / deceleration draws an S-curve as shown in FIG. 39, a smooth acceleration / deceleration operation can be obtained, so that the discomfort felt by the operator can be reduced. .
[0047]
  As shown in FIG. 40, when the distortion data Hn is fed back and the difference from the previous value is multiplied by the gain Kp and output as a torque or speed command value, the detected value is multiplied by a proportional gain. When the output is output, the rising speed of the power assist response can be increased.
[0048]
  A correction term corresponding to the moving speed or moving amount of the control object may be added to the detection value multiplied by the proportional gain and output as a command value. For example, as shown in FIG. 41, the power assist command value created from the fed back strain data is added with the speed correction measured by an encoder or the like, and the command value is output. It is possible to improve the follow-up characteristics to human movement.
[0049]
  The detected value and the reference value may be compared, and the shortage multiplied by the proportional gain may be output as the speed or torque command value. For example, as shown in FIG. 42, the fed back strain data Hn is compared with preset reference data Hp, and if it is smaller than the reference data Hp, a positive command value is output, and if larger, a negative command value is output. In this case, the rising speed of the power assist response can be increased.
[0050]
  It is also preferable that the force command value from the force detection value and the position information value from the position are combined and output as a torque command value. As shown in FIG. 43, if a torque command value is output so that the torque felt by the operator is constant while monitoring the position of the arm 2 during a preset amount of movement, the load applied to the arm 2 can be reduced. Since the combined torque output is possible, it is possible to control to maintain the target position.
[0051]
  It is also preferable to determine the torque command value from the position information and keep the arm 2 at a fixed position. As shown in FIG. 44, position data is fed back to the controller, and a command value for increasing the torque when the arm 2 is lowered from the reference position and decreasing the torque when the arm 2 is raised from the reference position is output. If the arm 2 stays at the reference position for a certain time or longer, the torque at that time is set as the initial torque. Even if the operator 8 does not operate the switch or the like when the patient 9 is held up, the initial assist torque can be automatically set according to the weight of the patient 9.
[0052]
  By the way, when the vertical position of the support part 1 is changed by moving the lift part 3 up and down or by rotating the joint part 20 of the arm 2, depending on the height of the operator, the vertical movement of the support part 1 of the device itself can be changed. The upper limit position may be too high or the lower limit position may be too low. For this reason, it is preferable that the upper limit position (and further the lower limit position) for the vertical position of the support portion 1 can be changed according to the operator. For example, as shown in FIG. 45, when the operator raises the arm 2 and stops it at a certain position for a set time or longer, the point is set as the reference height position H and the upper limit position Hmax is set to H + L (L is a predetermined value). Value). Similar processing is performed for the lower limit position. In this way, the amount of change in the vertical position of the support portion 1 can be adjusted according to the operator.
[0053]
  FIG. 47 shows a force sensor 6 in which strain sensors are arranged above and below the support portion 1.
[0054]
  The power assistance may not correspond to the total load of the patient 9. That is, the operator 8 assists so that the force necessary for the operator 8 to lift the patient 9 is the same as that for lifting a patient weighing several kg, for example.
[0055]
  Further, the configuration for moving the support portion 1 up and down is not limited to the configuration including the screw shaft 42 and the nut 30 in the illustrated example, and the support portion 1 can be moved up and down and its vertical movement is controlled. If it can do, it does not ask a kind and composition.
[0056]
【The invention's effect】
  As described above, the lifting assist device of the present invention supports the arms of the operator who lifts the object to be lifted and receives the load of the object to be lifted, the power unit that moves the support part up and down, and the operation Generated by the lifting operation of the object to be lifted by both armsAnd the direction from the load value and change detected by the supportDetectionAccording to the force sensor and the direction and direction of the operator detected by the force sensor.Operate the power part for moving the support part up and down to support both arms of the operator.Assisting the movement of the operatorIt is composed of a control unit, and it is only the operator that lifts the object to be lifted, and the load of the object to be lifted on the operator's arm is supported by the support part and the support part is moved up and down by the drive part. This reduces the physical burden on the operator, and if it is a patient that is held up, the patient feels safe because it is held by the operator. There is no complaint of being treated as a Further, for the operator, since the power unit moves the support unit up and down in the direction of the force generated along with its own movement, there is almost no burden of the force applied to the operator from the device side. Therefore, the operator can move as desired.
[0057]
  A method for controlling a lifting assist device according to the present invention is a method for controlling a lifting assist device according to claim 1, wherein a load received by a support portion is detected by a sensor.The weight of the object that the operator is trying to lift is used as a reference value, and the detected load is compared with the above reference value.Since the behavior of the operator is determined and the support portion is moved in the direction based on the determination result, the assisting device can be surely lifted up according to the operator's intention.
[0058]
  In the above control, a series of operations to be lifted and lowered is divided into a plurality of operations, and a control routine is set for each divided operation, and the end of each operation is judged from the sensor output value and the change thereof, and the control routine for each divided operation is determined. If the operation is performed sequentially, each operation in a series of operations can be appropriately assisted without the operator having to manually switch to a routine suitable for each operation. In the case of generating the motor position, speed, and torque command values of the power section from the detected value of the load by the sensor, the operator can be made to follow in a system that is stable to the operator's intention.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of an embodiment of the present invention, where (a) is a perspective view and (b) is a perspective view showing a use state.
FIG. 2 is a perspective view showing another example of the above arm.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing an example of the detection unit.
FIG. 4 is an explanatory diagram showing another example of the detection unit of the above.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing still another example of the detection unit of the above.
FIG. 6 is a perspective view showing another example of the instruction input unit.
FIG. 7 is a perspective view showing still another example of the instruction input unit.
FIG. 8 is a perspective view showing another example of the instruction input unit.
FIG. 9 is a perspective view showing an example of another embodiment.
FIG. 10 is an explanatory diagram of the above-described force sensor and its force detection.
FIG. 11 is a perspective view of another example of the above.
FIG. 12 is an operation explanatory view of the above.
FIG. 13 is an operation explanatory diagram of the above.
FIG. 14 is an explanatory diagram of the dead zone according to the first embodiment.
FIG. 15 is a flowchart of the same routine as above.
FIG. 16 is a flowchart of another routine same as the above.
FIG. 17 is a flowchart of still another routine of the above.
FIG. 18 is a flowchart of another routine same as the above.
FIG. 19 is a flowchart of yet another routine of the above.
FIG. 20 is another explanatory diagram of the dead zone of the above.
FIG. 21 is still another explanatory diagram of the dead zone.
FIG. 22 is a perspective view of another example of an arm.
FIG. 23 is a perspective view of another example of an arm.
24 (a) and 24 (b) are perspective views showing the operation of the above arm.
FIG. 25 is a perspective view showing a use state of the above.
26 (a), (b), and (c) are perspective views of the detection unit.
FIG. 27 is a perspective view of another example.
FIG. 28 is a perspective view of another example of the above.
FIG. 29 is a perspective view of an example of the detection unit same as above.
30 (a) and 30 (b) are plan views showing the operation of the above.
FIG. 31 is a perspective view of another example of the detection unit of the above.
32A is a plan view showing the operation of the above, and FIG. 32B is an explanatory diagram of speed control.
FIG. 33 is a perspective view of an example provided with an obstacle detection sensor.
FIGS. 34A and 34B show another example of a support portion, in which FIG. 34A is a perspective view and FIG. 34B is a schematic cross-sectional view.
FIGS. 35A and 35B show still another example of the support portion, in which FIG. 35A is a perspective view and FIG. 35B is a schematic cross-sectional view.
FIG. 36 is a perspective view of another example of a support portion.
FIG. 37 (a) is a perspective view of another example, and FIG. 37 (b) is a block circuit diagram of the same control system.
FIG. 38 is an explanatory diagram of the above control method.
FIG. 39 is an explanatory diagram of the above control method.
FIG. 40 is a diagram illustrating another control method as described above.
FIG. 41 is an explanatory diagram of still another control method as described above.
FIG. 42 is a diagram illustrating another control method same as above.
FIG. 43 is an explanatory diagram of still another control method.
FIGS. 44A and 44B show different control methods as described above, and FIGS. 44A and 20B are explanatory diagrams.
FIG. 45 is an explanatory diagram regarding an upper limit setting.
FIG. 46 is an explanatory diagram relating to abnormality detection.
FIG. 47 is an explanatory diagram of a support portion and a force sensor.
[Explanation of symbols]
  1 Supporting part
  2 arms
  3 Lifting part
  5 detector
  6 Force sensor

Claims

Supporting both the arms of the operator who lifts the object to be lifted, receiving a load of the object to be lifted, a power part for moving the support part up and down, and lifting the object to be lifted by both arms of the operator A force sensor that detects the generated force and its direction from the value and change of the load detected by the support unit, and the operator's force and direction detected by the force sensor , A lifting support device comprising: a control unit that operates the power unit for vertically moving the support unit that supports both arms to assist the movement of the operator .

The method of controlling a lifting assist device according to claim 1, wherein the load received by the support portion is detected by a sensor, the weight of the object that the operator is trying to lift is used as a reference value, and the detected load and the reference A control method for a lifting assist device, wherein a behavior of an operator is determined by comparison with a value, and a support portion is moved in a direction based on the determination result.

A series of operations to be lifted and lowered is divided into multiple tasks, a control routine is set for each divided task, and the end of each task is judged from the sensor output value and its change, and each divided task control routine is executed sequentially The method for controlling a lifting assist device according to claim 2, wherein:

The control method for a lifting assist device according to claim 2, wherein the vertical load applied to the operator's arm is controlled to be constant.

3. The control method for a lifting assist device according to claim 2, wherein the load to be controlled is increased or decreased based on an increase or decrease in the detected value of the load applied to the arm of the operator.

3. The method of controlling a lifting assist device according to claim 2, wherein the vertical movement range of the support part is variable according to the operator, and the vertical movement of the support part is performed within the set vertical movement range.

It is a control method of the lifting assistance apparatus of Claim 1, Comprising: It detects the load which a support part receives with a sensor, and generates the command value of the motor position of a power part, speed, and torque from the detected value of this load. A control method for a lifting assist device.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein a constant command value is generated regardless of increase / decrease of the detected value.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein the acceleration / deceleration of the command value has a characteristic of drawing an S-shaped curve.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein a value obtained by multiplying the detected value by a proportional gain is output as a speed or torque command.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein a value obtained by multiplying the detected value by a proportional gain and a correction term from the moving speed or moving amount of the controlled object is output as a command value.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein the detection value is compared with a reference value set in advance, and a value obtained by multiplying the shortage by a proportional gain is output as a speed or torque command.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein a force command value based on the detected force value and a position command value based on the detected position value are combined and output as a torque command value.

8. The method of controlling a lifting assist device according to claim 7, wherein a torque command value is determined from the position information.