CN109937122A - 肌力辅助装置 - Google Patents

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CN109937122A
CN109937122A CN201780070249.1A CN201780070249A CN109937122A CN 109937122 A CN109937122 A CN 109937122A CN 201780070249 A CN201780070249 A CN 201780070249A CN 109937122 A CN109937122 A CN 109937122A
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浜崎充良
横山和也
佐佐木大辅
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Kagawa University NUC
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Nabtesco Corp
Kagawa University NUC
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Abstract

肌力辅助装置具有:第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;第2安装器具,其能够以辅助轴线为中心相对于第1安装器具相对旋转,并安装于所述两个部位中的另一者;以及制动机构,其用于限制第2安装器具相对于第1安装器具的以辅助轴线为中心的向至少一方向的相对旋转。制动机构具有:制动旋转体,其与第2安装器具联动而相对于第1安装器具相对旋转;和接触构件,其沿着与垂直于辅助轴线的方向不平行的方向移动而相对于制动旋转体接触、分离。接触构件与制动旋转体接触而限制以辅助轴线为中心的、第2安装器具相对于第1安装器具的自由的旋转。

Description

肌力辅助装置
技术领域
本发明涉及一种被穿着者穿着而用于对穿着者的肌力进行辅助的肌力辅助装置。
背景技术
像例如专利文献1(JP2014-33780A)所公开那样,以使从事农业、建筑业、护理等的作业者的肌力的负担减轻为目的,肌力辅助装置备受关注。肌力辅助装置具有分别安装于使关节位于其间的人体的两个部位的一对安装器具,能够将一对安装器具保持在预定的相对位置。特别是在专利文献1的肌力辅助装置中,使用棘轮机构而对将上臂维持在抬起来的状态进行辅助。
然而,在专利文献1所公开的肌力辅助装置中,仅能够在棘轮机构的卡合爪部与被卡合部卡合的位置保持一对安装器具的相对位置。即使设有多个被卡合部,上臂能被保持的位置也阶段性地成为离散的位置中的任一个。即,在以往的肌力辅助装置中,难以以所期望的身体姿势接受肌力辅助力。
发明内容
本发明是考虑以上的点而做成的,其目的在于提供能够以所期望的身体姿势恰当地接受肌力辅助力的肌力辅助装置。
本发明的第1肌力辅助装置具备:
第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;
第2安装器具,其能够以辅助轴线为中心相对于所述第1安装器具相对旋转,并安装于所述两个部位中的另一者;以及
制动机构,其用于限制所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的以所述辅助轴线为中心的向至少一方向的相对旋转,
所述制动机构具有:
制动旋转体,其与所述第2安装器具联动而相对于所述第1安装器具相对旋转;和
接触构件,其沿着与垂直于所述辅助轴线的方向不平行的方向移动而相对于所述制动旋转体接触、分离,
所述接触构件与所述制动旋转体接触而限制以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的自由的旋转。
本发明的第2肌力辅助装置具备:
第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;
第2安装器具,其安装于所述人体的两个部位中的另一者;以及
制动机构,其用于限制所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的以辅助轴线为中心的向至少一方向的相对旋转,
所述制动机构具有:
制动旋转体,其与所述第2安装器具联动而相对于所述第1安装器具相对旋转;和
接触构件,其沿着与垂直于所述辅助轴线的方向不平行的方向移动而与所述制动旋转体接触和与所述制动旋转体分离。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,
也可以是,所述制动机构还具有设置于旋转构件与所述制动旋转体之间的单向离合器,该旋转构件被支承为能够相对于所述第1安装器具以所述辅助轴线为中心旋转,且该旋转构件与所述第2安装器具连接起来。在该肌力辅助装置中,也可以是,所述单向离合器限制所述旋转构件相对于所述制动旋转体的以所述辅助轴线为中心的向所述一方向的相对旋转且容许所述旋转构件相对于所述制动旋转体的以所述辅助轴线为中心的向与所述一方向相反的另一方向的相对旋转,并保持所述旋转构件。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,所述接触构件由气压或液压驱动。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,所述制动旋转体被所述接触构件按压而移动,并与支承到所述第1安装器具的受压面接触。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,所述受压面由用于收纳所述制动旋转体的壳体形成。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,所述制动旋转体在与所述辅助轴线平行的方向上位于所述接触构件与所述受压面之间。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动旋转体以如下方式支承于所述第1安装器具:在以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,所述制动旋转体与所述接触构件一起相对于所述第1安装器具动作,
所述制动机构还具有同与所述接触构件一起相对于所述第1安装器具动作了的所述制动旋转体相接触的辅助接触构件。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动旋转体和所述接触构件由于所述外力而沿着与所述辅助轴线不平行的方向相对于所述第1安装器具移动,
所述辅助接触构件从以所述辅助轴线为中心的径向与所述制动旋转体接触。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动机构还具有以所述辅助轴线为中心与所述制动旋转体同步地旋转的辅助制动旋转体,
所述制动旋转体以如下方式支承于所述第1安装器具:在以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,所述制动旋转体与所述接触构件以及所述辅助制动旋转体一起相对于所述第1安装器具动作,
所述制动机构还具有同与所述制动旋转体一起相对于所述第1安装器具动作的所述辅助制动旋转体相接触的辅助接触构件。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动旋转体、所述接触构件以及所述辅助制动旋转体利用所述外力而沿着与所述辅助轴线不平行的方向相对于所述第1安装器具移动,
所述辅助接触构件从以所述辅助轴线为中心的径向与所述辅助制动旋转体接触。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述接触构件与所述制动旋转体接触而限制以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具向一方向的相对旋转,
所述制动旋转体以如下方式支承于所述第1安装器具:由于要使所述第2安装器相对于所述第1安装器具以所述辅助轴线为中心向一方向相对旋转的外力,所述制动旋转体与所述接触构件一起相对于所述第1安装器具动作。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动机构还具有用于支承所述制动旋转体和所述接触构件的壳体,
所述壳体以能够动作的方式支承于所述第1安装器具。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,
所述制动机构还具有用于对所述壳体施力的施力部件,
所述外力克服所述施力部件的作用力而使所述壳体与所述制动旋转体以及所述接触构件一起相对于第1安装器具移动。
在本发明的第1或第2肌力辅助装置中,也可以是,所述壳体能够以偏离所述辅助轴线的位置的轴线为中心相对于所述第1安装器具相对旋转。
本发明的第3肌力辅助装置具备:
第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;
第2安装器具,其安装于所述人体的两个部位中的另一者;以及
旋转构件,其被支承成能够相对于所述第1安装器具以辅助轴线为中心进行旋转控制,且该旋转构件与所述第2安装器具连接起来,
所述第2安装器具具有:安装部,其安装于所述人体的两个部位中的所述另一者;和连结臂部,其从所述旋转构件延伸出来并用于将所述旋转构件和所述安装部连结,
所述连结臂部和所述安装部以能够相对旋转的方式连接。
在本发明的第3肌力辅助装置中,也可以是,在向与所述辅助轴线平行的方向的投影中,所述连结臂部与所述安装部之间的能够相对旋转的连接位置位于所述安装部的与人体接触的区域内。
在本发明的第3肌力辅助装置中,也可以是,所述连结臂部与所述安装部之间的相对旋转轴线不与连结所述连结臂部的两端的方向平行。
在本发明的第3肌力辅助装置中,也可以是,所述连结臂部与所述安装部之间的相对旋转轴线相对于连结所述连结臂部的两端的方向所成的角度比45°大且比135°小。
在本发明的第3肌力辅助装置中,也可以是,所述连结臂部与所述安装部之间的相对旋转轴线相对于所述辅助轴线所成的角度小于45°。
本发明的第4肌力辅助装置具备:
第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;
第2安装器具,其安装于所述人体的两个部位中的另一者;以及
旋转构件,其被支承成能够相对于所述第1安装器具以所述辅助轴线为中心进行旋转控制,且该旋转构件与所述第2安装器具连接起来,
所述第2安装器具具有:安装部,其安装于所述人体的两个部位中的所述另一者;和连结臂部,其从所述旋转构件延伸出来并用于将所述旋转构件和所述安装部连结,
在向与所述辅助轴线平行的方向的投影中,所述安装部能够调节其相对于所述连结臂部的朝向。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,肩关节位于供所述第1安装器具安装的人体的部位与供所述第2安装器具安装的人体的部位之间,所述第2安装器具安装于上臂。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,在与所述辅助轴线正交且包括将所述安装部和所述连结臂部连接的连接位置的面中,所述辅助轴线与将所述连结臂部相对于所述安装部连接的连接位置之间的距离变化。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,所述旋转构件、所述连结臂部以及所述安装部构成四自由度的机构。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,所述连结臂部具有:第1构件,其能够相对于所述旋转构件动作;第2构件,其以能够动作的方式与所述第1构件连接起来;以及第3构件,其以能够动作的方式与所述第2构件连接且以能够动作的方式与所述安装部连接起来。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,所述旋转构件和所述连结臂部的所述第1构件的组合、所述连结臂部的所述第1构件和所述连结臂部的所述第2构件的组合、以及所述连结臂部的所述第2构件和所述连结臂部的所述第3构件的组合中任一个组合的两个构件都能够以与所述辅助轴线不平行的轴线为中心相对旋转。
在本发明的第3或第4肌力辅助装置中,也可以是,
利用以所述辅助轴线为中心的所述第1安装器具和所述第2安装器具的相对旋转,能够进行位于供所述第1安装器具安装的人体的部位与供所述第2安装器具安装的人体的部位之间的关节的弯曲运动或伸展运动,
利用以与所述辅助轴线不平行的轴线为中心的所述任一个组合的相对旋转,能够进行所述关节的内摆运动或外摆运动。
根据本发明,能够使肌力辅助装置的穿着者以所期望的身体姿势恰当地接受肌力辅助力。
附图说明
图1是用于说明本发明的一实施方式的图,且是将肌力辅助装置与穿着者一起表示的立体图。
图2是从前方表示图1的肌力辅助装置的一部分的图。
图3是从前方内侧表示图1的肌力辅助装置的辅助机构和第2安装器具的立体图。
图4是从后方外侧表示图3的辅助机构和第2安装器具的立体图。
图5是表示图3的辅助机构所包含的制动机构的剖视立体图。
图6是表示图5的制动机构的侧视图。
图7是为了说明图5的制动机构的动作而在侧剖面中表示制动机构的要素的示意图。
图8是从侧外方表示图3的第2安装器具的图。
图9是在从图8所示的状态起使手臂弯曲了的状态下从侧外方表示第2安装器具的图。
图10是在图8所示的状态下从正面表示第2安装器具的图。
图11是在图9所示的状态下从上方表示第2安装器具的图。
图12是在从图8所示的状态起使手臂外摆了的状态下从正面表示第2安装器具的图。
图13是与图7相对应的图,且是表示制动机构的又一变形例的示意图。
图14是与图7相对应的图,且是表示制动机构的又一变形例的示意图。
图15是与图7相对应的图,且是表示制动机构的又一变形例的示意图。
图16是与图7相对应的图,且是表示制动机构的又一变形例的示意图。
图17是用于说明制动机构的一变形例的图,且是表示制动机构的主要部分的立体图。
图18是与图17相对应的图,且是在与图17不同的状态下表示图17的制动机构的主要部分的图。
图19是与图17相对应的图,且是在与图17不同的状态下表示图17的制动机构的主要部分的图。
图20是用于说明制动机构的另一变形例的图,且是表示制动机构的主要部分的侧视图。
图21是与图20相对应的图,且是在与图20不同的状态下表示图20的制动机构的主要部分的图。
图22是用于说明辅助机构的一变形例的图,且是表示辅助机构的立体图。
图23是从与图22不同的方向表示图22的辅助机构的立体图。
图24是表示图22和图23的辅助机构的局部剖视立体图。
图25是与图24相对应的图,且是以与图24不同的状态表示辅助机构的局部剖视立体图。
图26是表示图24的辅助机构所包含的制动机构的主要部分的俯视图。
图27是与图26相对应的图,且是表示图25的辅助机构所包含的制动机构的主要部分的俯视图。
图28是表示图24的辅助机构的侧视图。
图29是与图28相对应的图,且是表示图25的辅助机构的侧视图。
图30是与图28以及图29相对应的图,且是以与图28和图29不同的状态表示辅助机构的侧视图。
具体实施方式
以下,参照附图而对本发明的一实施方式进行说明。图1~图24是用于说明本发明的一实施方式及其变形例的图。其中,图1是表示肌力辅助装置10的整体的立体图,特别是,图1以穿着到人体的状态表示肌力辅助装置。
肌力辅助装置10具有:第1安装器具20和第2安装器具30,其以可相对动作的方式连结起来;和辅助机构(位置控制装置)15,其用于对第1安装器具20和第2安装器具30的相对位置进行控制。第1安装器具20和第2安装器具30分别安装于由关节连接起来的人体的两个部位。在以下说明的例子中,第1安装器具20和第2安装器具30能以成为辅助轴线的第1旋转轴线d1为中心相对旋转。辅助机构15用于对第2安装器具30相对于第1安装器具20的以辅助轴线(第1旋转轴线d1)为中心的旋转位置进行控制,而对隔着关节的两个部位的肌力进行辅助。即,辅助轴线是指利用为了肌力辅助而从肌力辅助装置10输出的辅助力而对第1安装器具20和第2安装器具30的相对旋转进行控制的第1安装器具20和第2安装器具30的旋转轴线。来自辅助机构15的肌力辅助力的供给和供给停止由安装到肌力辅助装置10的传感器、来自肌力辅助装置10的穿着者的操作而控制。
此外,从辅助机构15供给的肌力辅助力既可以是用于保持人体的两个部位的相对位置的力,也可以是用于使人体的两个部位积极地相对动作的力。即,从辅助机构15供给的肌力辅助力既可以是用于保持以辅助轴线为中心的第1安装器具20和第2安装器具30的相对旋转位置的力,也可以是用于使第1安装器具20和第2安装器具30以辅助轴线为中心相对旋转的力。
特别对在此说明的肌力辅助装置10进行用于减轻给穿着者带来的约束感的研究。另外,对在此说明的肌力辅助装置10进行用于能以所期望的身体姿势恰当地接受肌力辅助力的研究。
以下,基于附图所示的例子进行说明。在图示的例子中,如图1和图2所示,第1安装器具20借助安装板21和安装带22安装于穿着者的躯体。第2安装器具30借助安装部37安装于上臂。并且,肌力辅助装置10用于对肩的动作进行辅助。在此,一个关节可进行以互不相同的轴线为中心的多种相对旋转运动。如图1所示,肩关节可进行如下运动:使上臂相对于躯体以屈伸轴线da为中心相对旋转的弯曲伸展运动;使上臂相对于躯体以内外旋轴线db为中心相对旋转的内旋外旋运动;以及使上臂相对于躯体以内外摆轴线dc为中心相对旋转的内摆外摆运动。
在图示的例子中,辅助机构15具有制动机构40和驱动机构70。制动机构40包括作为肌肉辅助力(辅助力)的输出部的旋转构件(输出轴)41。旋转构件41与第2安装器具30连接。成为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线d1与肩的屈伸轴线da相对应地设置。由于第2安装器具30相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心相对旋转,可进行以肩关节为中心的、上臂的弯曲运动和伸展运动。制动机构40被驱动机构70驱动,从而切换成限制旋转构件41的自由的旋转的状态以及容许旋转构件41的自由的旋转的状态。旋转构件41的自由的旋转被限制,从而以第1旋转轴线(辅助轴线)d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20的相对位置被控制,特别是在以下的例子中,上臂以不降低的方式被保持在预定的位置。
此外,本发明的肌力辅助装置并不限于图示的例子,也可以用于对弯曲运动、伸展运动、内摆运动、外摆运动、内旋运动、外旋运动中任一者以上进行辅助。另外,本发明的肌力辅助装置并不限于图示的例子,也可以用于对肘、颈、腰、大腿、手腕等处的人体的动作进行辅助。另外,图示的肌力辅助装置10构成为作用于两侧的肩,但并不限于该例子,肌力辅助装置10也可以作用于单侧的肩、单侧的手腕、单侧的膝、单侧的肘等。
以下,一边参照图示的具体例,一边依次对各构成要素进行说明。此外,以下,在所参照的图1~图24中,为了谋求容易理解,有时也将在一附图中所示的构成要素在其他附图中省略。
首先,对第1安装器具20进行说明。如图1和图2所示,第1安装器具20具有安装于身体的安装板21和安装带22。在图示的例子中,安装板21由树脂制或金属制的板状材构成。不过,既可以使用构成为缝制品的安装构件来替代安装板21,也可以使用构成为缝制品和板状材(板)的组合的安装构件来替代安装板21。安装带22包括体侧部带和一对肩带。安装带22将安装板21固定于穿着者的躯体,特别是与脊背面对的位置。
另外,如图1所示,第1安装器具20还具有中央框架23、侧方框架24以及支承臂25。中央框架23、侧方框架24以及支承臂25由比较轻量且刚性比较高的金属制,例如铝合金制的框架材构成。中央框架23被固定于安装板21。侧方框架24从中央框架23向横向外侧延伸出来。
如图3和图4所示,侧方框架24具有:后方框架部24a,其与中央框架23连接起来;和前方延伸框架部24b,其从后方框架部24a的横向外侧端向前方延伸出来。后方框架部24a配置于从后方与肩面对的位置。前方延伸框架部24b配置于从横向上的外侧与肩面对的位置。侧方框架24以能够相对于中央框架23以第2旋转轴线d2为中心相对旋转的方式与中央框架23连接。该第2旋转轴线d2与肩的内外旋轴线db相对应地设置。通过使侧方框架24相对于中央框架23以第2旋转轴线d2为中心相对旋转,可进行以肩关节为中心的,上臂的内旋运动和外旋运动。支承臂25设置于前方延伸框架部24b的前方端。支承臂25作为用于支承随后论述的制动机构40的壳体50的支架发挥功能。
用于对肩的动作进行辅助的图示的肌力辅助装置10构成为作用于两个肩。具体而言,在中央框架23的两侧方分别设置有侧方框架24。在各侧方框架24支承有辅助机构15的制动机构40等。另外,与各侧方框架24相对应地分别设置有第2安装器具30。以中央框架23为中心设置到两侧方的一对构成要素具有对称性,能同样地构成。因而,对于以下的说明和在以下的说明中所参照的图,对作用于一侧的肩的结构,具体而言作用于右肩的结构进行记载。
另外,在本说明书中所使用的“前”、“后”、“上”、“下”以及“横向”等用语是指以穿着有肌力辅助装置10的穿着者为基准的“前”、“后”、“上”、“下”以及“横向”。
接着,对第2安装器具30进行说明。如图10所示,第2安装器具30详细而言与构成随后论述的辅助机构15的输出轴的旋转构件41(参照图5和图10)连接。第2安装器具30随着旋转构件41的旋转而以作为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线d1为中心旋转。如图10所示,第2安装器具30具有:安装于人体的安装部37以及用于将旋转构件41和安装部37连结的连结臂部31。安装部37从旋转构件41沿着与作为辅助轴线的第1旋转轴线d1不平行的方向延伸出来。连结臂部31用于从处于辅助机构15的最下游侧(最输出侧)的旋转构件41输入肌力辅助力。连结臂部31以安装部37随着旋转构件41相对于第1安装器具20的旋转而相对于第1安装器具20旋转的方式将旋转构件41和安装部37连结。
首先,对安装部37进行说明。在图示的例子中,如图8和图9所示,安装部37安装于人体的上臂。对于安装部37,为了使从辅助机构15供给的力向上臂高效地传递而优选对随着绕第1旋转轴线d1的旋转的相对于上臂的向移动方向的相对移动进行限制。特别是在肌力辅助装置10用于对上臂的抬起进行辅助的情况下,优选对上臂相对于安装部37的向下方或后方的相对移动有效地进行限制。如在图3和图4中清楚地表示的那样,图示的安装部37具有形成供上臂插入的筒状部的安装体38和辅助带39。安装体38由例如高刚性的树脂成形物等构成。在图示的例子中,安装体38在其外表面具有隆起38a。安装体38借助隆起38a与连结臂部31连接。如图1和图8所示,安装体38配置于从后方与位于降低后的位置的上臂面对的位置,并如图9所示,配置于从下方与抬起来的上臂面对的位置。另一方面,如图2所示,辅助带39由具有柔性的带材构成,配置于主要从前方与上臂面对的位置。通过调节辅助带39的长度,安装部37可稳定地保持上臂。
接着,对连结臂部31进行说明。对于连结臂部31,为了使从辅助机构15供给的力向安装部37高效地传递而优选将安装部37和旋转构件41以安装部37和旋转构件41不以第1旋转轴线d1为中心相对旋转的方式连结。即,对于第2安装器具30,由于从辅助机构15作用有以第1旋转轴线d1为中心的旋转力,因此优选设为:在去除了间隙、构成要素自身的弹性变形时,从辅助机构15输入旋转力的连结臂部31和向人体输出辅助力的安装部37不沿着从辅助机构15输入的力的方向,也就是说不沿着以第1旋转轴线d1为中心的圆周方向相对动作。
如图2、图8、图10所示,作为具体的结构,图示的连结臂部31从旋转构件41那一侧向安装部37那一侧依次具有基构件32、第1构件33、第2构件34以及第3构件35。如图10所示,基构件32固定于旋转构件41,并沿着与第1旋转轴线d1不平行的方向从旋转构件41延伸出来。基构件32与旋转构件41同步地以第1旋转轴线d1为中心旋转。如图2所示,第1构件33以能够将第3旋转轴线d3作为中心与基构件32相对旋转的方式与基构件32连接。第2构件34以能够将第4旋转轴线d4作为中心与第1构件33相对旋转的方式与第1构件33连接。第3构件35以能够将第5旋转轴线d5作为中心与第2构件34相对旋转的方式与第2构件34连接。另外,第3构件35以能够将第6旋转轴线d6作为中心与安装部37的安装体38相对旋转的方式与安装体38的隆起38a连接。
此外,所谓的连结臂部31从旋转构件41延伸出来,也包括连结臂部31与旋转构件41一体地形成的情况。即,也可以是连结臂部31的一部分或全部与旋转构件41一体地形成。例如也可以是基构件32与旋转构件41一体地形成。
不过,出于使穿着者的约束感减轻的目的考虑,在向与作为辅助轴线的第1旋转轴线d1平行的方向的投影中,即在向图8和图9的纸面的投影中,优选安装部37可调节相对于连结臂部31的朝向。在图示的例子中,连结臂部31和安装部37连接成能以第6旋转轴线d6为中心相对旋转。如图8和图9所示,在第1旋转轴线d1与屈伸轴线da不一致的情况下,随着上臂的屈伸运动,由方向dx与方向dα所成的角度θx变化,方向dx是连结屈伸轴线da和安装有安装部37的上臂的部位的方向(上臂的长度方向),方向dα是连结连结臂部31的两端的方向(更严格来说,将使连结臂部31相对于旋转构件41连接的连接位置ce1与使连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置ce2连结的方向)。因而,随着该屈伸运动,安装部37以相对于上臂使朝向变化的方式起作用。此时,穿着者感到约束感,进而在上臂感到疼痛。然而,在此说明的安装部37通过相对于连结臂部31以第6旋转轴线d6为中心旋转,能够根据上臂的长度方向自动地调节安装部37相对于连结臂部31的朝向。
鉴于该安装部37的朝向调整功能,如图2所示,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线(第6旋转轴线d6)不与将连结臂部31的两端连结的方向(更严格来说,将使连结臂部31相对于旋转构件41连接的连接位置ce1与使连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置ce2连结的方向)dα平行。出于利用安装部37的相对于连结臂部31的以第6旋转轴线d6为中心的旋转来高效地实现安装部37相对于上臂的朝向调整的观点考虑,如图2所示,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线(第6旋转轴线d6)相对于将连结臂部31的两端连结的方向(更严格来说,将使连结臂部31相对于旋转构件41连接的连接位置ce1与使连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置ce2连结的方向)dα所成的角度θα优选被设定成比45°大且比135°小,更优选被设定成比60°大且比120°小,最优选的是,该角度θα被设定成90°。
同样地,出于利用安装部37的相对于连结臂部31的以第6旋转轴线d6为中心的旋转来高效地实现安装部37相对于上臂的朝向调整的观点考虑,如图10所示,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线(第3旋转轴线d3)相对于构成辅助轴线的第1旋转轴线d1所成的角度θβ优选被设定成小于45°,更优选被设定成小于30°,最优选的是,该角度θβ被设定成0°。
另一方面,安装部37的朝向调整功能需要设为不妨碍肌力辅助力从旋转构件41向安装部37的高效的传递。即,优选的是,随着安装部37的以第6旋转轴线d6为中心的相对于连结臂部31的旋转,安装部37不沿着以第1旋转轴线d1为中心的圆周相对于旋转构件41相对移动。出于该点考虑,如图8和图9所示,在向与作为辅助轴线的第1旋转轴线d1平行的方向的投影中,连结臂部31与安装部37之间的可相对旋转的连接位置ce2大幅度远离第1旋转轴线d1,而位于安装部37与人体接触着的区域内。
而且,出于使穿着者的约束感减轻的目的考虑,对于连结臂部31,在与作为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线d1正交且包括使安装部37和连结臂部31连接的连接位置(以下,也称为“顶端侧连接位置”)ce2的面内,使旋转构件41和连结臂部31连接的连接位置(以下,也称为“基端侧连接位置”)ce1与顶端侧连接位置ce2之间的距离la变化。在此,与第1旋转轴线d1正交且包括顶端侧连接位置ce2的面是指成为与图8和图9所示的面平行的面。并且,在与图8和图9所示的面平行的面内的从基端侧连接位置ce1到顶端侧连接位置ce2的距离la也相当于在包括第1旋转轴线d1和顶端侧连接位置ce2的面内的、第1旋转轴线d1与顶端侧连接位置ce2之间沿着与第1旋转轴线d1正交的方向的分开间隔。
另外,出于使穿着者的约束感减轻的目的考虑,优选从旋转构件41经由连结臂部31到安装部37的部分形成四自由度的机构。如在图3和图4中清楚地表示的那样,图示的连结臂部31具有:基构件32,其固定到旋转构件41;第1构件33,其以相对于基构件32可动作的方式与基构件32连接起来;第2构件34,其以相对于第1构件33可动作的方式与第1构件33连接起来;以及第3构件35,其以可动作的方式与第2构件34连接且以可动作的方式与安装部37连接起来。根据该连结臂部31,能够利用从旋转构件41到安装部37的结构进行四自由度的动作。换言之,安装部37能够相对于旋转构件41进行四自由度的相对动作。
而且,优选旋转构件41和连结臂部31的第1构件33、连结臂部31的第1构件33和连结臂部31的第2构件34、以及连结臂部31的第2构件34和连结臂部31的第3构件35中任一个组合能够以与作为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线d1不平行的轴线为中心相对旋转。能够以不与第1旋转轴线d1平行的轴线为中心旋转的连接不会阻碍安装部37随着旋转构件41的旋转而以第1旋转轴线d1为中心的旋转。即,不会阻碍肌力辅助力从旋转构件41向安装部37的传递。另一方面,在图示的例子中,能够使安装部37追随以与第1旋转轴线d1不平行的轴线为中心的肩关节处的动作而与上臂一起移动。
在图示的例子中,连结臂部31的第1构件33可相对于旋转构件41以第3旋转轴线d3为中心相对旋转。第3旋转轴线d3不与第1旋转轴线d1平行。特别是在图示的例子中,第3旋转轴线d3与第1旋转轴线d1垂直。另外,第3旋转轴线d3也与第2旋转轴线d2垂直。
同样地,作为连结臂部31的第1构件33与连结臂部31的第2构件34之间的相对旋转轴线的第4旋转轴线d4不与第1旋转轴线d1平行,特别是在图示的例子中与第1旋转轴线d1垂直。另外,第4旋转轴线d4也与第2旋转轴线d2垂直。
同样地,作为连结臂部31的第2构件34与连结臂部31的第3构件35之间的相对旋转轴线的第5旋转轴线d5不与第1旋转轴线d1平行,特别是在图示的例子中与第1旋转轴线d1垂直。另外,第5旋转轴线d5也与第2旋转轴线d2垂直。
在图示的例子中,第3旋转轴线d3、第4旋转轴线d4以及第5旋转轴线d5相互平行。第3旋转轴线d3、第4旋转轴线d4以及第5旋转轴线d5与肩的内外摆轴线dc相对应地设置。通过使构成要素以第3旋转轴线~第5旋转轴线d3、d4、d5为中心相对旋转,可进行以肩关节为中心的、上臂的内摆运动和外摆运动。而且,在这样的结构的连结臂部31中,在与对应于内外摆运动而设置的第3旋转轴线d3正交且包括顶端侧连接位置ce2的面(图10和图12)中,第3旋转轴线d3与顶端侧连接位置ce2之间的距离lb变化。
接着,对辅助机构15进行说明。如上述这样,辅助机构15具有制动机构40和驱动机构70。制动机构40包括作为肌肉辅助力(辅助力)的输出部的旋转构件(输出轴)41。制动机构40被驱动机构70驱动,从而切换成限制旋转构件41的自由的旋转的状态和容许旋转构件41的自由的旋转的状态。制动机构40通过限制旋转构件41的旋转,而限制第2安装器具30相对于第1安装器具20以作为辅助轴线的第1旋转轴线d1为中心的向至少一方向的相对旋转。
如在图7中示意性地表示的那样,制动机构40除了具有旋转构件41之外,还具有制动旋转体60和接触构件65。旋转构件41能够与第2安装器具30联动而以第1旋转轴线d1为中心相对于第1安装器具20相对旋转。接触构件65能够沿着与垂直于辅助轴线的方向不平行的方向移动。即,接触构件65可沿着与辅助轴线(第1旋转轴线d1)平行的方向或相对于辅助轴线(第1旋转轴线d1)倾斜的方向移动。并且,接触构件65能够通过沿着预定的方向移动而相对于制动旋转体60接触、分离。即,接触构件65可沿着预定的方向移动而接近制动旋转体60、沿着预定的方向移动而远离制动旋转体60。该制动机构40是也被称为所谓的盘式制动器的机构。通过使接触构件65与制动旋转体60接触而产生摩擦,从而使制动旋转体60的以第1旋转轴线d1为中心的自由的旋转被限制。由此,对与制动旋转体60联动而能够以第1旋转轴线d1为中心旋转的第2安装器具30相对于第1安装器具20的相对旋转施加限制。
主要参照图5~图7而具体地说明图示的制动机构40。如图5~图7所示,该制动机构40具有用于支承制动旋转体60和接触构件65的壳体50。如图3和图4所示,壳体50借助支承臂25固定于第1安装器具20。如图5所示,壳体50包括第1壳体部51和第2壳体部52。在第1壳体部51和第2壳体部52分别设置有轴承42。旋转构件41以可旋转的方式被该轴承42支承于壳体50。即,壳体50划分形成作为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线(辅助轴线)d1。在图示的例子中,旋转构件41贯穿壳体50。
在划分形成于第1壳体部51与第2壳体部52之间的空间收纳有制动旋转体60。在第1壳体部51形成有向该空间开口的孔51a。在孔51a内收纳有接触构件65。该孔51a作为使接触构件65动作的缸54发挥功能。在图示的例子中,在第1壳体部51形成有八个缸54,支承有合计八个接触构件65。八个接触构件65以等间隔配置于以第1旋转轴线d1为中心的圆周上。即,八个接触构件65配置于旋转构件41的周围。
缸54与第1旋转轴线d1平行地延伸。因而,在图示的例子中,接触构件65沿着与第1旋转轴线d1平行的方向移动。在第1壳体部51形成有通向八个缸54的流路55。通过从流路55注入流体,接触构件65向接近制动旋转体60的朝向移动。制动旋转体60能够在第1壳体部51与第2壳体部52之间的空间向第1旋转轴线d1移动若干。第2壳体部52的与制动旋转体60面对的面作为受压面53发挥功能。被接触构件65按压着的制动旋转体60与第2壳体部52的受压面53接触,从而不仅在制动旋转体60与接触构件65之间,而且也在制动旋转体60与受压面53之间产生摩擦力。也就是说,除了产生用于对制动旋转体60与接触构件65之间的相对旋转进行限制的制动力之外,也产生用于对制动旋转体60与受压面53之间的相对旋转进行限制的制动力。
不过,在图示的例子中,制动机构40还具有设置到旋转构件41与制动旋转体60之间的单向离合器45。单向离合器是指仅向一个方向传递旋转力的机构,作为具体例,包含单向轴承。在图示的例子中,单向离合器构成为单向轴承。
如图5所示,单向离合器45的外圈被固定于制动旋转体60,单向离合器45的内圈保持着旋转构件41。该单向离合器45限制旋转构件41相对于制动旋转体60的以第1旋转轴线(辅助轴线)d1为中心向一方向的相对旋转。另一方面,单向离合器45容许旋转构件41相对于制动旋转体60的以第1旋转轴线(辅助轴线)d1为中心的向与一方向相反的另一方向的相对旋转。因而,在图示的例子中,在接触构件65动作而制动旋转体60的以第1旋转轴线d1为中心的旋转被制动了的状态下,由于单向离合器45处的旋转,旋转构件41能够以第1旋转轴线d1为中心向另一方向旋转,但无法以第1旋转轴线d1为中心向一方向旋转。即,在制动机构40产生了制动力的状态下,第2安装器具30能够相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心向另一方向旋转,但无法以第1旋转轴线d1为中心向一方向旋转。如随后论述那样,在图示的例子中,在制动机构40产生了制动力的情况下,使上臂抬起的朝向的动作被容许,但使上臂降低的朝向的动作被限制。即,一边以上臂不降低的方式进行肌力辅助,一边容许上臂的抬起动作。此外,在制动旋转体60的以第1旋转轴线d1为中心的旋转未被制动的状态下,单向离合器45成为未发挥功能的状态,因此,第2安装器具30可相对于第1安装器具20自由旋转。
接着,对用于驱动制动机构40的驱动机构70进行说明。在图示的例子中,制动机构40被流体压力驱动。因而,如图1所示,驱动机构70具有:流体压源71以及使流体压源71和制动机构40的流路55连通的流路形成构件72。流体压源71由压力罐、泵构成。从流体压源71供给的流体可根据制动机构40适当选择,能够采用例如空气、氮气、非活性气体等气体、水、油等液体。流路形成构件72根据从流体压源71供给的流体选择,能够使用例如橡胶管等。
来自制动机构40的流体的供给和供给停止由控制部13控制。控制部13基于安装到肌力辅助装置10的传感器、来自肌力辅助装置10的穿着者的操作而使制动机构40工作。
接着,对由以上那样的结构构成的肌力辅助装置10的动作进行说明。
如图1所示,首先,穿着者穿着肌力辅助装置10。具体而言,使用安装板21和安装带22来将第1安装器具20安装于躯体。另外,使用安装部37的安装体38和辅助带39来将安装部37安装于上臂。此外,对肌力辅助装置10进行了用于使穿着者所受的约束感减轻的研究。因而,也可以使肌力辅助装置10的构成要素间的旋转轴线d1、d2、d3未必与肩关节的各旋转轴线da、db、dc一致。因而,能够排除精确的对位的必要性,因此,穿着者可容易且以短时间穿着肌力辅助装置10。
在穿着有肌力辅助装置10的穿着者以屈伸轴线da为中心进行屈伸运动或伸展运动之际,第2安装器具30相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心旋转。此时,穿着者的上臂以屈伸轴线da为中心相对于躯体相对旋转。另一方面,安装到上臂的安装部37以第1旋转轴线d1为中心相对于安装到躯体的第1安装器具20相对旋转。在此,在第1旋转轴线d1与屈伸轴线da未一致的情况下,如图8和图9所示,随着上臂的屈伸运动,由方向dx与方向dα所成的角度θx变化,方向dx是将屈伸轴线da和安装有安装部37的上臂的部位连结的方向(上臂的长度方向),方向dα是将第1旋转轴线d1和安装部37连结的方向。因而,随着该屈伸运动,安装部37以相对于上臂使朝向变化的方式起作用。此时,穿着者感到约束感,进而在上臂感到疼痛。穿着者由于该约束感而尝试例如一边使肩的位置运动一边使手臂弯曲或伸展。
另一方面,在图示的肌力辅助装置10中,作为用于减轻约束感的第1研究,是在向与作为辅助轴线的第1旋转轴线d1平行的方向的投影中,即向图8和图9的纸面的投影中,安装部37可调节相对于连结臂部31的朝向。作为具体的结构,连结臂部31的第3构件35和安装部37连接成能够以第6旋转轴线d6为中心相对旋转。因而,在此说明的安装部37能够通过相对于连结臂部31以第6旋转轴线d6为中心旋转,而根据上臂的长度方向自动地调节安装部37相对于连结臂部31的朝向。
另外,在图示的肌力辅助装置10中,如图2所示,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线(第6旋转轴线)d6不与将连结臂部31的两端连结的方向(更严格来说,将使连结臂部31相对于旋转构件41连接的连接位置ce1与使连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置ce2连结的方向)dα平行。特别是,第6旋转轴线d6相对于方向dα所成的角度θα被设定成比45°大且比135°小,更优选被设定成比60°大且比120°小,最优选被设定成90°。根据该结构,以第6旋转轴线d6为中心的连结臂部31与安装部37之间的相对旋转在用于应对在此作为问题的约束感的朝向调整的旋转中被有效地使用。
而且,如图10所示,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线(第3旋转轴线d3)相对于构成辅助轴线的第1旋转轴线d1所成的角度θβ被设定成小于45°,更优选被设定成小于30°,最优选的是,该角度θβ被设定成0°。根据该结构,以第6旋转轴线d6为中心的连结臂部31与安装部37之间的相对旋转在用于应对在此作为问题的约束感的朝向调整的旋转中被有效地使用。
另一方面,如图8和图9所示,在向与作为辅助轴线的第1旋转轴线d1平行的方向的投影中,连结臂部31与安装部37之间的可相对旋转的连接位置ce2位于安装部37与人体接触着的区域内。即,在安装部37以第6旋转轴线d6为中心相对于连结臂部31旋转了的情况下,能够有效地防止安装部37沿着以第1旋转轴线d1为中心的圆周相对于旋转构件41相对移动。即,用于使约束感有效地消失的安装部37的朝向调整功能能够高效地维持肌力辅助力从旋转构件41向安装部37的传递。
此外,在第1旋转轴线d1与屈伸轴线da不一致的情况下,上臂中的安装有安装部37的部位的以屈伸轴线da为中心的移动轨迹与安装部37的以第1旋转轴线d1为中心的移动轨迹不一致。即,除了产生与安装部37的朝向和安装有安装部37的上臂的朝向的不同相关联的约束感,还产生与安装部37的位置和安装有安装部37的上臂的位置的不同相关联的约束感。
针对该点,在图示的肌力辅助装置10中,作为用于减轻约束感的第2研究,是在与作为旋转构件41的旋转轴线的第1旋转轴线d1正交且包括作为将第2安装器具30的安装部37和连结臂部31连接的连接位置的顶端侧连接位置ce2的面内,即,在与图8和图9所示的面平行的面中,作为将连结臂部31相对于旋转构件41连接的连接位置的基端侧连接位置ce1与作为将连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置的顶端侧连接位置ce2之间的距离la变化。换言之,在包括第1旋转轴线d1和顶端侧连接位置ce2的图10和图11的面内,基端侧连接位置ce1与顶端侧连接位置ce2之间的沿着与第1旋转轴线d1正交的方向的分开间隔la变化。在图示的例子中,该分开间隔(距离)la在图10所示的状态下比在图11所示的状态下长。由于该基端侧连接位置ce1与顶端侧连接位置ce2之间的距离la的变动,在屈伸·伸展运动中,能够使安装部37的移动轨迹与上臂的安装有安装部37的部位的移动轨迹一致。因而,能够有效地减轻在屈伸·伸展运动中的、穿着有肌力辅助装置10的穿着者的约束感。
而且,在本实施方式中,旋转构件41、连结臂部31以及安装部37构成了四自由度的机构。根据这样的连结臂部31,能够设为可进行如下两者的调整:在包括第1旋转轴线d1的面内,一边对安装部37的朝向进行调整,一边在与第1旋转轴线d1平行的方向和与第1旋转轴线d1正交的方向这两个方向上对将安装部37和连结臂部31连接的连接位置ce2进行调节;以及在与第1旋转轴线d1正交的面内对安装部37的朝向进行调整。因而,即使第1旋转轴线d1相对于要对肌力进行辅助的关节的动作的旋转轴线倾斜了,也能够减轻约束感并可实现该关节的动作。而且,对于除了要对肌力进行辅助的关节的动作以外的动作(在上述的例子中,除了屈伸运动以外的、内外摆运动、内外旋运动),也能够减轻约束感。
另外,人体的关节可进行以相互正交的多个轴线为中心的旋转运动。如上所述,肩关节是一个关节,能够将弯曲·伸展运动、内摆·外摆运动、内旋·外旋运动作为以相互正交的三个轴线da、db、dc为中心的相对旋转动作。为了不约束这样的多样的运动,在日本特开2009-268839号公报所公开的肌力辅助装置中,设有三个相对旋转轴线且使三个相对旋转轴线相交在一处。并且,穿着者以该三个相对旋转轴线相交的位置位于穿着者的关节上的方式穿着肌力辅助装置。然而,在肌力辅助装置中,使三个旋转轴线相交于一处这点成为肌力辅助装置的复杂大型化的原因。而且,难以将肌力辅助装置的三个旋转轴线相交的位置持续地配置于穿着者的关节上。
另一方面,根据图示的肌力辅助装置10,能够在内外摆运动和内外旋运动之际也同样有效地减轻穿着者所受的约束感。
首先,在穿着有肌力辅助装置10的穿着者以内外摆轴线dc为中心进行内摆运动或外摆运动之际,如图12所示,第2安装器具30相对于第1安装器具20以第3旋转轴线d3为中心旋转。此时,穿着者的上臂以内外摆轴线dc为中心相对于躯体相对旋转。另一方面,安装到上臂的安装部37以第3旋转轴线d3为中心相对于安装到躯体的第1安装器具20相对旋转。在此,在第3旋转轴线d3未与内外摆轴线dc一致的情况下,上臂的安装有安装部37的部位的以内外摆轴线dc为中心的移动轨迹与安装部37的以第3旋转轴线d3为中心的移动轨迹不一致。因而,穿着者感到约束感而一边使肩的位置运动,一边使手臂内摆或外摆。
然而,在图示的肌力辅助装置10中,在与第3旋转轴线d3正交且包括顶端侧连接位置ce2的面内,即,在图10和图12所示的面中,第3旋转轴线d3与顶端侧连接位置ce2之间的距离lb变化。换言之,在包括第3旋转轴线d3和顶端侧连接位置ce2的面内,第3旋转轴线d3与顶端侧连接位置ce2之间的沿着与第3旋转轴线d3正交的方向的分开间隔变化。由于该第3旋转轴线d3与顶端侧连接位置ce2之间的距离的变动,在内摆·外摆运动中,能够使安装部37的移动轨迹与上臂的安装有安装部37的部位的移动轨迹一致。因而,能够有效地减轻在内摆·外摆运动中的、穿着有肌力辅助装置10的穿着者的约束感。
接着,在穿着有肌力辅助装置10的穿着者以内外旋轴线db为中心进行内旋运动或外旋运动之际,第2安装器具30相对于第1安装器具20以第2旋转轴线d2为中心旋转。此时,穿着者的上臂以内外旋轴线dc为中心相对于躯体相对旋转。另一方面,安装到上臂的安装部37以第2旋转轴线d2为中心相对于安装到躯体的第1安装器具20的中央框架23相对旋转。在此,在第2旋转轴线d2未与内外旋轴线db一致的情况下,上臂的安装有安装部37部位的以内外旋轴线db为中心的移动轨迹与安装部37的以第2旋转轴线d2为中心的移动轨迹不一致。因而,穿着者感到约束感而一边使肩的位置运动,一边使手臂内旋或外旋。
然而,在图示的肌力辅助装置10中,在与第2旋转轴线d2正交且包含顶端侧连接位置ce2的面内,第2旋转轴线d2与顶端侧连接位置ce2之间的距离变化。换言之,在包含第2旋转轴线d2和顶端侧连接位置ce2的面内,第2旋转轴线d2与顶端侧连接位置ce2之间的沿着与第2旋转轴线d2正交的方向的分开间隔变化。由于该第2旋转轴线d2与顶端侧连接位置ce2之间的距离的变动,在内旋·外旋运动中,能够使安装部37的移动轨迹与上臂的安装有安装部37的部位的移动轨迹一致。因而,能够有效地减轻在内旋·外旋运动中的、穿着有肌力辅助装置10的穿着者的约束感。
接着,对辅助机构15的动作进行说明。
在图示的肌力辅助装置10中,基于穿着者的操作、未图示的传感器处的检测结果,控制部13对是否供给肌力辅助力进行控制。在未供给肌力辅助力的情况下,第2安装器具30能够相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心自由地旋转。另外,此时,肌力辅助装置10的穿着者不会感到较大的约束感就能够使上臂动作。
在供给肌力辅助力的情况下,根据来自控制部13的控制信号,流体例如压缩气体被从驱动机构70的流体压源71经由流路形成构件72向壳体50的流路55供给。若流体向流路55内供给,则接触构件65在缸54内以接近制动旋转体60的方式移动。接触构件65与制动旋转体60接触,而且,使制动旋转体60与受压面53接触。由此,使制动旋转体60以第1旋转轴线d1为中心的相对于壳体50以及第1安装器具20的相对旋转被制动。
借助单向离合器45保持于制动旋转体60的旋转构件41用于限制相对于制动旋转体60以及第1安装器具20的以第1旋转轴线d1为中心的向一方向的旋转。其结果,第2安装器具30相对于第1安装器具20的以第1旋转轴线d1为中心的向一方向的旋转被限制。另一方面,旋转构件41由于单向离合器45中的内圈与外圈之间的相对旋转而容许相对于制动旋转体60以及第1安装器具20的以第1旋转轴线d1为中心的向另一方向的旋转。其结果,第2安装器具30相对于第1安装器具20的以第1旋转轴线d1为中心的向另一方向的旋转被容许。在图示的例子中,限制肌力辅助装置10的穿着者降低其上臂。即,对穿着者将上臂保持在抬起来的状态进行肌力辅助。另一方面,容许肌力辅助装置10的穿着者将其上臂进一步抬起。即,穿着者一边被从下方支承,一边也能够进一步以自身的力量抬起。根据这点,也能够减轻穿着者所受的约束力。
不过,由制动机构40进行的第2安装器具30相对于第1安装器具20的相对旋转的限制起因于制动旋转体60与接触构件65以及制动旋转体60与受压面53之间的摩擦。而且,接触构件65沿着与第1旋转轴线d1正交的方向,即与制动旋转体60的板面方向不平行的方向移动而与制动旋转体60的主面接触。同样地,受压面53与制动旋转体60的相反侧的主面接触。因而,在该制动机构40中,能够使制动旋转体60静止在任意的位置。由此,能够将第2安装器具30相对于第1安装器具20保持在所期望的相对位置。因而,肌力辅助装置10的穿着者能够以所期望的身体姿势接受肌力辅助。例如,能够一边受到肌力辅助,一边以恰当的身体姿势实施在把持焊接工具等设备并使手臂抬起后的状态下的作业。
在停止肌力辅助力的供给的情况下,控制部13使流体从流体压源71向流路55的供给停止。此时,流体从第1壳体部51与第2壳体部52之间的空间漏出,或者被强制性地排出。由此,制动旋转体60与接触构件65或制动旋转体60与受压面53之间的摩擦力消失,肌力辅助力的供给停止。穿着者可使第2安装器具30以第1旋转轴线d1为中心相对于第1安装器具20自由地旋转,而能够使上臂放下。
此外,如图1所示,肌力辅助装置10具有沿着横向(宽度方向)分开地设置的一对制动机构40。优选右侧的制动机构40和左侧的制动机构40相对于横向上的肌力辅助装置10的中心进行对称的动作。具体而言,在图5所示的例子中,对于右肩用的制动机构40,接触构件65和制动旋转体60由于来自驱动机构70的流体供给而向横向上的左侧移动。此时,对于左肩用的制动机构40,优选的是,接触构件65和制动旋转体60由于来自驱动机构70的流体供给而向横向上的右侧移动。在右肩用的制动机构40的动作和左肩用的制动机构40的动作对称的情况下,随着制动机构40的动作而向肌力辅助装置10传递的反作用力相互抵消。由此,能够使对穿着者的冲击显著降低,作为结果,可进一步减少不协调感和约束感。
在以上进行了说明的一实施方式中,肌力辅助装置10具备:第1安装器具20,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;第2安装器具30,其能够以辅助轴线d1为中心相对于第1安装器具20相对旋转,并安装于两个部位中的另一者;以及制动机构40,其用于限制第2安装器具30相对于第1安装器具20的以辅助轴线d1为中心的向至少一方向的相对旋转。制动机构40具有:制动旋转体60,其与第2安装器具30联动而相对于第1安装器具20相对旋转;和接触构件65,其沿着与垂直于辅助轴线d1的方向不平行的方向(也就是说,不与辅助轴线d1垂直的方向)移动而相对于制动旋转体60接触、分离。并且,接触构件65与制动旋转体60接触来限制第2安装器具30以辅助轴线d1为中心的相对于第1安装器具20的自由的旋转。根据这样的肌力辅助装置10,通过使接触构件65与制动旋转体60接触来限制制动旋转体60的自由的相对旋转,由此,能够限制可与制动旋转体60联动的第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的相对旋转。即,在本实施方式中,利用接触构件65与制动旋转体60接触之际的制动旋转体60与其他构件(例如、接触构件65、受压面53)之间的摩擦,能够限制第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的相对旋转。因而,可将第2安装器具30相对于第1安装器具20保持于任意的相对位置。由此,肌力辅助装置10的穿着者能够以适于作业的所期望的身体姿势接受肌力辅助力。
另外,在上述的一实施方式中,对于肌力辅助装置10,制动机构40还具有单向离合器45,该单向离合器45设置于旋转构件(轴)41与制动旋转体60之间,该旋转构件(轴)41被支承为可相对于第1安装器具20以辅助轴线d1为中心旋转,且该旋转构件(轴)41与第2安装器具30连接起来。单向离合器45限制旋转构件41相对于制动旋转体60的以辅助轴线d1为中心的向一方向的相对旋转且容许旋转构件41相对于制动旋转体60的以辅助轴线d1为中心的向与一方向相反的另一方向的相对旋转,并保持着旋转构件41。利用这样的肌力辅助装置10,第2安装器具30相对于第1安装器具20的向一方向的相对旋转被限制,而另一方面第2安装器具30相对于第1安装器具20的向另一方向的相对旋转被容许。例如,能够对使抬起来的手臂保持于其抬起来的位置的情况进行肌力辅助,并且根据作业内容使手臂进一步抬起。因而,能够对接受肌力辅助力的身体姿势进行微调。另外,能够使穿着有肌力辅助装置10的穿着者的操作性提高,而且,能够减少在穿着有肌力辅助装置10之际所受到的约束感。
而且,在上述的一实施方式中,接触构件65由气压或液压驱动。这样的肌力辅助装置10可简易小型化,并且能够确保用于对制动旋转体60的旋转进行限制的较大的制动力。
而且,在上述的一实施方式中,制动旋转体60被接触构件65按压而移动,并与支承到第1安装器具20的受压面接触。根据这样的肌力辅助装置10,能够将受压面53与制动旋转体60之间的接触面积确保得较大而确保用于对制动旋转体60的旋转进行限制的较大的制动力。
而且,在上述的一实施方式中,受压面53由用于收纳制动旋转体60的壳体50形成。根据这样的肌力辅助装置10,通过使壳体50形成受压面53,能够使肌力辅助装置10小型化。
而且,在上述的一实施方式中,制动旋转体60在与辅助轴线d1平行的方向上位于接触构件65与受压面53之间。根据这样的肌力辅助装置10,制动旋转体60在接触构件65与受压面53之间与这两者接触。因而,在使接触构件65动作的情况下生成较大的摩擦力,能够确保用于对制动旋转体60的旋转进行限制的较大的制动力。
在以上进行了说明的一实施方式中,肌力辅助装置10具备:第1安装器具20,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;第2安装器具30,其能够以辅助轴线d1为中心相对于第1安装器具20相对旋转,并安装于两个部位中的另一者;以及旋转构件(旋转轴)41,其被支承成能够相对于第1安装器具20以辅助轴线d1为中心旋转,且该旋转构件(旋转轴)41与第2安装器具30连接起来。第2安装器具30具有:安装部37,其安装于人体的两个部位中的另一者;和连结臂部31,其从旋转构件41沿着与辅助轴线d1不平行的方向延伸出来并用于将旋转构件41和安装部37连结。连结臂部31和安装部37以可相对旋转的方式连接。根据这样的肌力辅助装置10,能够对从与辅助轴线平行的方向观察时的安装部37相对于连结臂部31的朝向进行调节。因而,即使辅助轴线d1相对于要对肌力进行辅助的关节的动作的旋转轴线da偏离了,也能够减轻约束感并可实现该关节的动作。另外,无需使辅助轴线d1与关节的旋转轴线da精确地一致,因此,可使肌力辅助装置10的结构简易小型化,另外,能够使肌力辅助装置10相对于人体的定位容易化。
另外,在上述的一实施方式中,在向与辅助轴线d1平行的方向的投影中,连结臂部31与安装部37之间的可相对旋转的连接位置ce2位于安装部37与人体接触的区域内。根据这样的肌力辅助装置10,能够更灵活地调节从与辅助轴线d1平行的方向观察时的安装部37相对于连结臂部31的朝向,由此,能够使安装有肌力辅助装置10之际的约束感有效地减轻。
而且,在上述的一实施方式中,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线d6不与将连结臂部31的两端连结的方向dα平行。根据这样的肌力辅助装置10,能够有效地进行从与辅助轴线d1平行的方向观察时的安装部37相对于连结臂部31的朝向调整,可使安装有肌力辅助装置10之际的约束感减轻。
而且,在上述的一实施方式中,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线d6相对于将连结臂部31的两端连结的方向dα所成的角度θα比45°大且比135°小。在这样的肌力辅助装置10中,通过使连结臂部31和安装部37相对旋转,能够使从与辅助轴线d1平行的方向观察时的安装部37相对于连结臂部31的朝向有效地变化。由此,能够使安装有肌力辅助装置10之际的约束感有效地减轻。
而且,在上述的一实施方式中,连结臂部31与安装部37之间的相对旋转轴线d6相对于辅助轴线d1所成的角度θβ小于45°。在这样的肌力辅助装置10中,通过使连结臂部31和安装部37相对旋转,能够使从与辅助轴线d1平行的方向观察时的安装部37相对于连结臂部31的朝向有效地变化。由此,能够使安装有肌力辅助装置10之际的约束感有效地减轻。
而且,在上述的一实施方式中,关节是肩关节,第2安装器具30安装于上臂。上臂具有长度方向,而且,出于对肌力高效地进行辅助的观点考虑,优选第2安装器具30的安装部37安装于与肩关节分开的位置。若辅助轴线d1相对于肩关节的旋转轴线da偏离,则如此安装到上臂的安装部37相对于连结臂部31的朝向随着上臂相对于躯体的动作而大幅度变化。因而,在此进行了说明的肌力辅助装置10极其适于上臂相对于躯体的位置或动作的肌力辅助。
而且,在上述的一实施方式中,在与辅助轴线d1正交且包括将安装部37和连结臂部31连接的连接位置ce2的面中,辅助轴线d1与将连结臂部31相对于安装部37连接的连接位置ce2之间的距离la变化。即,能够对从与辅助轴线d1平行的方向观察时的安装部37的位置进行调节。因而,即使辅助轴线d1相对于要对肌力进行辅助的关节的动作的旋转轴线da偏离了,也能够减轻约束感并可实现该关节的动作。另外,无需使辅助轴线d1与关节的旋转轴线da精确地一致,因此,可使肌力辅助装置10的结构简易小型化,另外,能够使肌力辅助装置10相对于人体的定位容易化。
而且,在上述的一实施方式中,旋转构件41、连结臂部31以及安装部37构成四自由度的机构。根据这样的连结臂部31,能够设为可进行如下两者的调整:在包含辅助轴线d1的面内,一边对安装部37的朝向进行调整,一边在与辅助轴线d1平行的方向和与辅助轴线d1正交的方向这两个方向上对将安装部37和连结臂部31连接的连接位置ce2进行调节;以及在与辅助轴线d1正交的面内对安装部37的朝向进行调整。因而,即使辅助轴线d1相对于要对肌力进行辅助的关节的动作的旋转轴线da倾斜了,也能够减轻约束感并可实现该关节的动作。而且,对于除了要对肌力进行辅助的关节的动作以外的动作(在上述的例子中,除了屈伸运动以外的、内外摆运动、内外旋运动),也能够减轻约束感。
而且,在上述的一实施方式中,连结臂部31具有:第1构件33,其能够相对于旋转构件41动作;第2构件34,其以可动作的方式与第1构件33连接起来;以及第3构件35,其以可动作的方式与第2构件34连接且以可动作的方式与安装部37连接起来。根据这样的连结臂部31,能够利用简易且廉价的结构来实现四自由度的连杆机构。
而且,在上述的一实施方式中,旋转构件41和连结臂部31的第1构件33、连结臂部31的第1构件33和连结臂部31的第2构件34、以及连结臂部31的第2构件34和连结臂部31的第3构件35中任一个组合能够以与辅助轴线d1不平行的轴线d3、d4、d5为中心相对旋转。根据这样的连结臂部31,对于除了要对肌力进行辅助的关节的动作以外的动作,也能够减轻约束感。即,连结臂部31不仅作为使针对要对肌力进行辅助的关节的动作的约束感减轻的部件,也作为用于可进行与该关节的动作不同的其他动作的部件发挥功能。而且,对于其他动作,也能够有效地减轻约束感。
而且,在上述的一实施方式中,利用以辅助轴线d1为中心的、第1安装器具20和第2安装器具30的相对旋转,可进行关节的弯曲运动或伸展运动,利用以与辅助轴线d1不平行的轴线d3、d4、d5为中心的任一个组合的相对旋转,可进行关节的内摆运动或外摆运动。因而,不带来过度的约束感,就能够一边对关节的弯曲运动和伸展运动进行辅助,同时一边使约束感减轻并且可实现该关节的内摆运动和外摆运动。
此外,可对上述的一实施方式施加各种变更。以下,一边参照附图,一边对变形的一个例子进行说明。对于以下的说明和在以下的说明中所使用的附图,对于能与上述的一实施方式同样地构成的部分,使用与针对上述的一实施方式中的相对应的部分所使用的附图标记相同的附图标记,并且省略重复的说明。
在上述的一实施方式中,对制动机构40的一个例子进行了说明。在该例子中,通过使接触构件65移动而按压制动旋转体60,从而制动旋转体60移动而与受压面53接触。在该例子中,也可以是,例如,如图13所示,在接触构件65的与制动旋转体60接触的面、制动旋转体60的与接触构件65接触的面、制动旋转体60的与受压面53接触的面、以及第1壳体部51的与制动旋转体60接触的面中的至少一者以上层叠有摩擦材料56。
另外,如图14所示的例子那样,也可以是,在制动旋转体60的两侧配置有一个以上的接触构件65,接触构件65从制动旋转体60的两侧接触、分离。即,在图14所示的例子中,第2壳体部52具有与第1壳体部51对称的结构。第1壳体部51具有由孔51a形成的缸54。在图14所示的例子中,未设置受压面53。另外,在图14所示的例子中,制动旋转体60也可以相对于旋转构件41沿着第1旋转轴线d1静止。在图14所示的例子中,能够获得基于制动旋转体60与设置到该制动旋转体60的两侧的接触构件65之间的摩擦而产生的制动力。
而且,如图15所示的例子那样,也可以设置有两个制动旋转体60。在图15所示的例子,壳体50的第2壳体部52也具有与上述的一实施方式中的第1壳体部51对称的结构。在图15所示的例子中,在旋转构件41上设置有一对制动旋转体60。在一对旋转构件41之间设置有受压构件57。受压构件57固定于壳体50、或构成壳体50的一部分。受压构件57沿着第1旋转轴线d1具有朝向两侧的一对受压面53。在图15所示的例子中,能够利用由第1制动旋转体60同与该第1制动旋转体60相对应地设置的接触构件65之间以及第1制动旋转体60同受压构件57的受压面53之间的摩擦产生的制动力,以及,由第2制动旋转体60同与该第2制动旋转体60相对应地设置的接触构件65之间以及第2制动旋转体60同受压构件57的受压面53之间的摩擦产生的制动力来更稳定地限制旋转构件41的自由的旋转。
而且,在图16所示的例子中,壳体50具有中央壳体部58和设置到中央壳体部58的沿着第1旋转轴线d1的两侧的一对侧壳体部59。在中央壳体部58内,沿着与第1旋转轴线d1平行的方向排列配置有两个接触构件65。另外,在第1旋转轴线d1的周围配置有许多对接触构件65,例如与上述的一实施方式同样地配置有八对接触构件65。在排列于第1旋转轴线d1上的两个接触构件65之间形成有流路55。两个接触构件65被驱动机构70驱动而以沿着第1旋转轴线d1相互远离的方式移动。在接触构件65同与该接触构件65相对应的侧壳体部59之间配置有制动旋转体60。在图16所示的例子中,各制动旋转体60与在上述的一实施方式中进行了说明的制动旋转体同样地,利用接触构件65与侧壳体部59的受压面53之间的摩擦力来产生制动力。
而且,在上述的一实施方式中,示出有设置有单向离合器45的例子,但并不限于该例子,也可以省略单向离合器45。另外,受压面53也不是必须的,也可以仅利用接触构件65与制动旋转体60之间的摩擦力来产生制动力。
而且,如图17~图19所示的例子那样,也可以是,制动机构40包括以不同于接触构件65与制动旋转体60接触的条件的条件与制动旋转体60接触的辅助接触构件66。在图17~图19所示的例子中,在以作为辅助轴线的第1旋转轴线d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的旋转被限制了的状态下,制动旋转体60利用克服该限制的外力而与接触构件65一起相对于第1安装器具20动作。随着该制动旋转体60的动作,制动旋转体60与辅助接触构件66接触而产生进一步的制动力。以下,进一步详细地说明图17~图19所示的例子。
在图17~图19所示的例子中,壳体50被支承于固定到第1安装器具20的支承台75。在图17~图19所示的例子中,壳体50具有第2壳体部52和被省略图示了的第1壳体部。未图示的第1壳体部与上述的一实施方式同样地具有由孔51a形成的缸54和流路55,并将接触构件65保持成可动作。第2壳体部52用于收纳制动旋转体60,并沿着第1旋转轴线d1在与制动旋转体60面对的位置具有未图示的受压面。制动机构40还具有用于对壳体50施力的施力部件76。通过克服来自该施力部件76的作用力,第2壳体部52相对于支承台75动作。在图示的例子中,施力部件76由压缩弹簧构成。另外,第2壳体部52能够沿着上下方向移动。在第2壳体部52的下方设置有缺口52a。制动旋转体60经由该缺口52a沿着以第1旋转轴线d1为中心的径向从第2壳体部52暴露。并且,在支承台75设置有辅助接触构件66。辅助接触构件66向第2壳体部52的缺口52a内伸入。
在此,图17表示连结臂部31能够相对于旋转构件41以第1旋转轴线d1为中心自由地旋转的状态。另一方面,在图18所示的状态下,接触构件65按压制动旋转体60,制动旋转体60与第2壳体部52接触。此时,限制了制动旋转体60和旋转构件41以第1旋转轴线d1为中心的相对于壳体50和第1安装器具20的自由的旋转。在图18所示的状态下,连结臂部31抬起,而上臂与第2安装器具30一起被抬起。并且,限制了第2安装器具30的与旋转构件41一起以第1旋转轴线d1为中心向一方向(图17~图19中的顺时针方向)的旋转。在此,在要使第2安装器具30与旋转构件41一起以第1旋转轴线d1为中心向一方向(图17~图19中的顺时针方向)旋转的力起作用的情况下,例如,在向使上臂降低的方向的力起作用的情况下,壳体50克服来自施力部件76的作用力而向下方移动,并接近支承台75。此时,辅助接触构件66与第2壳体部52的缺口52a卡合,从而引导壳体50相对于第1安装器具20的动作。由于该动作,支承到壳体50的制动旋转体60、接触构件65以及旋转构件41等也与壳体50一起相对于支承台75动作。其结果,如图19所示,辅助接触构件66与同接触构件65一起相对于第1安装器具20动作了的制动旋转体60接触。由于辅助接触构件66和制动旋转体60之间的摩擦,制动力被进一步增强。
如以上那样在图17~图19所示的例子中,制动旋转体60以如下方式支承于第1安装器具20:在以辅助轴线d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,制动旋转体60与接触构件65一起相对于第1安装器具20动作。特别是在图示的例子中,接触构件65与制动旋转体60接触而限制以辅助轴线d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20向一方向的相对旋转。并且,由于要使第2安装器具30相对于第1安装器具20以辅助轴线d1为中心向一方向相对旋转的外力,制动旋转体60与接触构件65一起相对于第1安装器具20动作。而且,制动机构40还具有同与接触构件65一起相对于第1安装器具20动作了的制动旋转体60接触的辅助接触构件66。根据这样的肌力辅助装置10,在施加了克服通过使接触构件65与制动旋转体60接触而生成的制动力的外力之际,制动旋转体60和辅助接触构件66进一步接触而产生进一步的摩擦力。由此,用于限制制动旋转体60的旋转的更大的制动力被确保,可使第2安装器具30相对于第1安装器具20稳定地保持在所期望的位置。
另外,在图17~图19所示的例子中,制动旋转体60和接触构件65由于外力而沿着与辅助轴线d1不平行的方向相对于第1安装器具20移动,辅助接触构件66从以辅助轴线d1为中心的径向与制动旋转体60接触。根据这样的肌力辅助装置10,能够将辅助接触构件66配置于不与接触构件65干涉的位置。因而,能够一边有效地防止肌力辅助装置10的复杂大型化,一边有效地增强用于限制制动旋转体60的旋转的制动力。
而且,在图17~图19所示的例子中,制动机构40还具有用于支承制动旋转体60和接触构件65的壳体50,壳体50以能够动作的方式支承于第1安装器具20。根据这样的肌力辅助装置10,由壳体50支承着的接触构件65和制动旋转体60能够维持着接触状态不变地相对于第1安装器具20移动。由此,能够稳定地获得用于限制制动旋转体60的旋转的制动力的阶段性的增强。
而且,在图17~图19所示的例子中,制动机构40还具有用于对壳体50施力的施力部件76。外力克服施力部件76的作用力而使壳体50与制动旋转体60以及接触构件65一起相对于第1安装器具20移动。这样的肌力辅助装置10可简易小型化,并且能够确保较大的制动力。
此外,在图17~图19所示的例子中,示出有如下例子:在以辅助轴线d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的旋转被限制了的状态下,制动旋转体60利用克服该限制的外力而能与接触构件65一起相对于第1安装器具20向下方移动,但并不限于该例子。也可以是,例如,利用克服该限制的外力,制动旋转体60可与接触构件65、壳体50一起以位于偏离辅助轴线d1的位置的轴线为中心相对于第1安装器具20相对旋转。
另外,在图17~图19所示的例子中,示出有如下例子:辅助接触构件66与制动旋转体60接触并由于与制动旋转体60之间的摩擦而增强制动力,但并不限于该例子。也可以是,例如,如图20和图21所示,制动机构40还具有以辅助轴线d1为中心与制动旋转体60同步地旋转的辅助制动旋转体61,辅助接触构件66与辅助制动旋转体61接触。在图20和图21所示的例子中,制动机构40也具有收纳有接触构件65和制动旋转体60的壳体50。辅助制动旋转体61被固定于从壳体50延伸出来的旋转构件41,并能够与制动旋转体60同步地旋转。
壳体50由第1安装器具20的支承臂25支承。支承臂25以能够将第7旋转轴线d7作为中心旋转(摆动)的方式与侧方框架24连接。即,壳体50能以位于偏离作为辅助轴线的第1旋转轴线d1的位置的第7旋转轴线d7为中心相对于第1安装器具20相对旋转。
在图20和图21所示的状态下,连结臂部31抬起,而上臂被与第2安装器具30一起被抬起。并且,第2安装器具30与旋转构件41一起以第1旋转轴线d1为中心向一方向(图20~图21中的顺时针方向)旋转的情况被限制。在此,在要使第2安装器具30与旋转构件41一起以第1旋转轴线d1为中心向一方向旋转的力起作用的情况下,例如,在向使上臂降低的方向的力起作用的情况下,支承臂25克服来自未图示的施力部件的作用力而向下方摆动,壳体50也随着移动。此时,支承到第1壳体部51的制动旋转体60、接触构件65、旋转构件41、还有支承到旋转构件41的辅助制动旋转体61均与壳体50一起相对于第1安装器具的侧方框架24动作。其结果,如图21所示,固定到侧方框架24的辅助接触构件66与辅助制动旋转体61接触。利用辅助制动旋转体61和辅助接触构件66之间的摩擦,用于对旋转构件41的旋转进行制动的制动力被进一步增强。
在图20和图21所示的例子中,制动机构40还具有以辅助轴线d1为中心与制动旋转体60同步地旋转的辅助接触构件66。制动旋转体60以如下方式支承于第1安装器具20:在以辅助轴线d1为中心的、第2安装器具30相对于第1安装器具20的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,制动旋转体60与接触构件65以及辅助制动旋转体61一起相对于第1安装器具20动作。并且,制动机构40还具备同与制动旋转体60一起相对于第1安装器具20动作的辅助制动旋转体61相接触的辅助接触构件66。根据这样的肌力辅助装置10,在被施加了克服因接触构件65与制动旋转体60接触而生成的制动力的外力之际,辅助制动旋转体61与辅助接触构件66进一步接触,而产生进一步的摩擦力。由此,用于限制制动旋转体60的旋转的更大的制动力被确保,能够使第2安装器具30相对于第1安装器具20稳定地保持在所期望的位置。
另外,在图20和图21所示的例子中,制动旋转体60、接触构件65以及辅助制动旋转体61利用克服限制的外力而沿着与辅助轴线d1不平行的方向相对于第1安装器具20移动。辅助接触构件66从以辅助轴线d1为中心的径向与辅助制动旋转体61接触。根据这样的肌力辅助装置10,能够将辅助接触构件66配置于不与接触构件65干涉的位置。因而,能够一边有效地防止肌力辅助装置10的复杂大型化,一边有效地增强用于限制制动旋转体60的旋转的制动力。
而且,在上述的一实施方式中,示出有肌力辅助装置10具有用于保持人体的两个部位的相对位置的辅助力的例子,但并不限于该例子,肌力辅助装置10也可以用于供给使人体的两个部位相对动作的肌力辅助力。在图22~图30所示的例子中,制动机构40具有:旋转构件41,其以能够将第1旋转轴线d1作为中心旋转的方式支承到第1安装器具20;制动旋转体(盘)60,其固定到旋转构件41上;以及一对接触构件65(参照图26和图27),其以可动作的方式支承于设置到旋转构件41上的辅助框架80。一对接触构件65能够沿着以随后论述的保持臂84的旋转轴线d9(参照图26和图27)为中心的圆弧状的轨道而相对于制动旋转体60接触、分离。
在图22~图30所示的例子中,制动机构40除了具有旋转构件41、制动旋转体60以及接触构件65之外,还具有辅助框架80、输入杆81、被动销82、移动体83、保持臂84以及定位构件85。如图28~图30所示,辅助框架80设置于旋转构件41上,可相对于旋转构件41以第1旋转轴线d1为中心旋转。如在图22中清楚地表示的那样,该辅助框架80借助定位构件85与第1安装器具20连结。辅助框架80被定位构件85定位于预定的位置。不过,定位构件85是可弹性变形的构件,例如是压缩弹簧。因而,通过使该定位构件85弹性变形,能够使辅助框架80以第1旋转轴线d1为中心相对于第1安装器具20旋转。
输入杆81、被动销82、移动体83以及保持臂84被支承于辅助框架80。如图24和图25所示,输入杆81能够相对于辅助框架80以第8旋转轴线d8为中心旋转(摆动)。被动销82和移动体83能沿着以第1旋转轴线d1为中心的径向相对于辅助框架80相对移动。被动销82随着输入杆81的动作而沿着径向移动。另外,由于被动销82的沿着径向的移动,移动体83沿着径向移动。如图28和图29所示,以能将第9旋转轴线d9作为中心摆动的方式配置有一对保持臂84。各保持臂84保持着接触构件65。一对保持臂84配置为使接触构件65从互不相同的侧与制动旋转体60的主面接触。保持臂84通过被移动体83沿着径向按压而动作。为了使从移动体83向保持臂84的力传递顺利化,保持臂84具有辊84a,并借助该辊84a与移动体83接触。
在图22~图30所示的例子中,输入杆81与驱动机构70连接。驱动机构70通过拉动输入杆81而驱动输入杆81。驱动机构70例如能够使用由于流体压而可膨胀和收缩的构件作为伸缩构件73。作为一具体例,能够使用公知为流体压式驱动器的McKibben人工肌肉作为伸缩构件73。如图28~图30所示,由McKibben人工肌肉构成的伸缩构件73通过向内部供给流体(典型而言,气体),而扩径并且缩短。伸缩构件73随着该缩短而产生收缩力来拉拽输入杆81。
如图6和图27所示,若输入杆81被驱动机构70拉拽,则保持臂84动作,并利用一对接触构件65夹持制动旋转体60。由此,制动旋转体60和旋转构件41,还有与旋转构件41连接起来的第2安装器具30以第1旋转轴线d1为中心相对于第1安装器具20自由地旋转的情况均被限制。此外,图24、图26、图28示出了输入杆81未被拉拽的状态,而图25、图27、图29示出了输入杆81被拉拽着的状态。
不过,从图29所示的状态起,穿着者克服定位构件85的弹性力,从而能够使旋转构件41以及制动旋转体60与辅助框架80一起以第1旋转轴线d1为中心而相对于第1安装器具20旋转。即,与上述的一实施方式同样地,第2安装器具30相对于第1安装器具20的以第1旋转轴线d1为中心的向一方向的旋转被限制。另一方面,通过克服定位构件85的弹性力,第2安装器具30能够相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心向另一方向旋转。
接着,在一对接触构件65与制动旋转体60接触而产生有制动力的状态下,如图30所示,若进一步使驱动机构70拉拽输入杆81,则辅助框架80克服定位构件85的弹性力而以第1旋转轴线d1为中心旋转。此时,一对接触构件65夹持着制动旋转体60,因此,制动旋转体60以及旋转构件41也与辅助框架80一起以第1旋转轴线d1为中心旋转。由此,与旋转构件41连接起来的第2安装器具30能够相对于第1安装器具20以第1旋转轴线d1为中心向另一方向旋转。即,驱动机构70能够对随着该第2安装器具30相对于第1安装器具20的相对旋转的人体的动作,例如使上臂抬起的动作进行肌力辅助。
而且,在图22~图30所示的例子等中,示出有制动旋转体60能以辅助轴线为中心旋转的例子,但并不限于该例子,也可以是,在制动旋转体60与旋转构件41之间适当配置齿轮等,而使制动旋转体60能以与辅助轴线不同的轴线为中心旋转。根据该例子,不仅能够将制动机构40配置于穿着者的侧方,也能够配置于穿着者的背面侧,并能够谋求肌力辅助装置10的小型轻量化。
此外,以上,说明了针对上述的实施方式的几个变形例,当然也能够将多个变形例适当组合而适用。

Claims (13)

1.一种肌力辅助装置,其具备:
第1安装器具,其安装于使关节位于其间的人体的两个部位中的一者;
第2安装器具,其安装于所述人体的两个部位中的另一者;以及
制动机构,其用于限制所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的以辅助轴线为中心的向至少一方向的相对旋转,
所述制动机构具有:
制动旋转体,其与所述第2安装器具联动而相对于所述第1安装器具相对旋转;和
接触构件,其沿着与垂直于所述辅助轴线的方向不平行的方向移动而与所述制动旋转体接触和与所述制动旋转体分离。
2.根据权利要求1所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动机构还具有设置于旋转构件与所述制动旋转体之间的单向离合器,该旋转构件被支承为能够相对于所述第1安装器具以所述辅助轴线为中心旋转,且该旋转构件与所述第2安装器具连接起来。
3.根据权利要求1或2所述的肌力辅助装置,其中,
所述接触构件由气压或液压驱动。
4.根据权利要求1~3中任一项所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动旋转体被所述接触构件按压而移动,并与支承到所述第1安装器具的受压面接触。
5.根据权利要求4所述的肌力辅助装置,其中,
所述受压面由用于收纳所述制动旋转体的壳体形成。
6.根据权利要求4或5所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动旋转体在与所述辅助轴线平行的方向上位于所述接触构件与所述受压面之间。
7.根据权利要求1~6中任一项所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动旋转体以如下方式支承于所述第1安装器具:在以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,所述制动旋转体与所述接触构件一起相对于所述第1安装器具动作,
所述制动机构还具有同与所述接触构件一起相对于所述第1安装器具动作了的所述制动旋转体相接触的辅助接触构件。
8.根据权利要求7所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动旋转体和所述接触构件由于所述外力而沿着与所述辅助轴线不平行的方向相对于所述第1安装器具移动,
所述辅助接触构件从以所述辅助轴线为中心的径向与所述制动旋转体接触。
9.根据权利要求1~8中任一项所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动机构还具有以所述辅助轴线为中心与所述制动旋转体同步地旋转的辅助制动旋转体,
所述制动旋转体以如下方式支承于所述第1安装器具:在以所述辅助轴线为中心的、所述第2安装器具相对于所述第1安装器具的自由的旋转被限制了的状态下,利用克服该限制的外力,所述制动旋转体与所述接触构件以及所述辅助制动旋转体一起相对于所述第1安装器具动作,
所述制动机构还具有同与所述制动旋转体一起相对于所述第1安装器具动作的所述辅助制动旋转体相接触的辅助接触构件。
10.根据权利要求9所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动旋转体、所述接触构件以及所述辅助制动旋转体利用所述外力而沿着与所述辅助轴线不平行的方向相对于所述第1安装器具移动,
所述辅助接触构件从以所述辅助轴线为中心的径向与所述辅助制动旋转体接触。
11.根据权利要求7~10中任一项所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动机构还具有用于支承所述制动旋转体和所述接触构件的壳体,
所述壳体以能够动作的方式支承于所述第1安装器具。
12.根据权利要求11所述的肌力辅助装置,其中,
所述制动机构还具有用于对所述壳体施力的施力部件,
所述外力克服所述施力部件的作用力而使所述壳体与所述制动旋转体以及所述接触构件一起相对于第1安装器具移动。
13.根据权利要求11或12所述的肌力辅助装置,其中,
所述壳体能够以偏离所述辅助轴线的位置的轴线为中心相对于所述第1安装器具相对旋转。
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