CN110876262A

CN110876262A - 腰臂辅助装置

Info

Publication number: CN110876262A
Application number: CN201880043106.6A
Authority: CN
Inventors: 小林宏; 中村荣太; 一濑浩辉
Original assignee: Innophys Co Ltd
Current assignee: Innophys Co Ltd
Priority date: 2017-05-02
Filing date: 2018-07-02
Publication date: 2020-03-10
Also published as: JP2018187709A; WO2018203318A1; EP3620274A4; EP3620274A1; US20200198121A1; CA3062117A1

Abstract

本发明得到了一种能够实现小型化、轻量化以及低成本化的腰臂辅助装置。腰臂辅助装置(10)具有：穿戴于使用者的背部的上身框架(18)；穿戴于使用者的下肢的大腿臂(16)；以及穿戴于使用者的上肢的手臂支承臂(20)。并且，腰臂辅助装置(10)具有人工肌肉(22)，该人工肌肉(22)通过相对于大腿臂(16)对上身框架(18)施力而赋予朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力，并且通过相对于上身框架(18)对手臂支承臂(20)施力而赋予朝向将使用者的上肢抬起的方向的支承力。

Description

腰臂辅助装置

技术领域

本发明涉及腰臂辅助装置。

背景技术

在下述日本特开2009-273711号公报以及日本特开2016-2123号公报中公开了通过穿戴于使用者的身体来对使用者的腰部和上肢进行辅助的腰臂辅助装置。

在日本特开2009-273711号公报所记载的腰臂辅助装置(上臂保持装置以及上臂辅助装置)中，通过使第1致动器工作，由此使用者的上臂的上升以及保持得到支承，通过使第2致动器工作，使用者的腰部得到支承。

在日本特开2016-2123号公报所记载的腰臂辅助装置(上臂保持装置以及上臂辅助装置)中，通过使与人体的各关节相对应的多个驱动马达分别工作，由此使用者的上肢得到支承，并且使用者的腰部得到支承。

发明内容

发明要解决的课题

但是，在日本特开2009-273711号公报以及日本特开2016-2123号公报所记载的腰臂辅助装置中，分别独立地设置有以下致动器：产生用于支承使用者的上肢的支承力的致动器；以及产生用于支承使用者的腰部的支承力的致动器。因此，结构部件的数量增加，从实现腰臂辅助装置的小型化、轻量化以及低成本化这一观点来看，存在改善的余地。

本发明考虑上述事实，目的在于得到能够实现小型化、轻量化以及低成本化的腰臂辅助装置。

用于解决课题的手段

第1方式的腰臂辅助装置具有：背部穿戴部，其被穿戴于使用者的背部；下肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的下肢；上肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的上肢；以及支承力赋予部，其通过相对于所述下肢穿戴部对所述背部穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力，并且通过相对于所述背部穿戴部对所述上肢穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

根据第1方式的腰臂辅助装置，背部穿戴部穿戴于使用者的背部，下肢穿戴部穿戴于使用者的下肢，上肢穿戴部穿戴于使用者的上肢，由此，该腰臂辅助装置被穿戴于使用者的身体。而且，支承力赋予部相对于下肢穿戴部对背部穿戴部施力，并且相对于背部穿戴部对上肢穿戴部施力，由此，赋予朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力，并且赋予朝向将使用者的上肢抬起的方向的支承力。在此，在第1方式的发明中，支承力赋予部产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的上肢抬起的方向的支承力这两个支承力。由此，与分别独立地设置有产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的上肢抬起的方向的支承力这两个支承力的致动器的情况相比，能够实现腰臂辅助装置的小型化、轻量化以及低成本化。

第2方式的腰臂辅助装置为，在第1方式的腰臂辅助装置中，所述支承力赋予部是通过被供给气体而收缩的人工肌肉，通过使所述人工肌肉收缩而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

根据第2方式的腰臂辅助装置，通过使产生支承力的支承力赋予部为人工肌肉，能够抑制支承力赋予部的重量的增加，并且能够得到更大的支承力。

第3方式的腰臂辅助装置为，在第1方式的腰臂辅助装置中，所述支承力赋予部是弹簧，所述弹簧随着所述使用者的姿势变化而变形，由此赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

根据第3方式的腰臂辅助装置，产生支承力的支承力赋予部为弹簧。而且，该弹簧变形而产生支承力。在该结构中，无需从外部供给电能和机械能就能够产生支承力。

第4方式的腰臂辅助装置为，在第1方式～第3方式中的任一方式的腰臂辅助装置中，所述上肢穿戴部能够相对于所述背部穿戴部在所述使用者的左右方向上倾动。

根据第4方式的腰臂辅助装置，上肢穿戴部能够相对于背部穿戴部在使用者的左右方向上倾动。由此，在使用者进行拿起货物的作业等时，能够应对各种尺寸的货物。

第5方式的腰臂辅助装置为，在第1方式～第4方式中的任一方式的腰臂辅助装置中，所述上肢穿戴部具有被穿戴于所述使用者的手腕的手腕穿戴部，朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力被从所述手腕穿戴部赋予给所述使用者的手腕。

根据第5方式的腰臂辅助装置，能够通过手腕穿戴部有效地对在使用者拿起货物时或保持成拿起货物的状态时被施加载荷的手腕进行支承。

第6方式的腰臂辅助装置为，在第1方式～第5方式中的任一方式的腰臂辅助装置中，所述上肢穿戴部借助上肢穿戴部侧带轮以能够倾动的方式支承于所述背部穿戴部，所述下肢穿戴部借助下肢穿戴部侧带轮以能够倾动的方式支承于所述背部穿戴部，所述上肢穿戴部侧带轮的外径与所述下肢穿戴部侧带轮的外径不同，与所述支承力赋予部连接的线材分别卡定于所述上肢穿戴部侧带轮和所述下肢穿戴部侧带轮。

根据第6方式的腰臂辅助装置，与支承力赋予部连接的线材分别卡定于外径彼此不同的上肢穿戴部侧带轮以及下肢穿戴部侧带轮，由此能够使上身穿戴部相对于下肢穿戴部的位移量、和上肢穿戴部相对于上身穿戴部的位移量不同。即，在第6方式的发明中，能够根据使用者的作业方式进一步优化上身穿戴部相对于下肢穿戴部的位移量、与上肢穿戴部相对于上身穿戴部的位移量的比例。

第7方式的腰臂辅助装置具有：背部穿戴部，其被穿戴于使用者的背部；下肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的下肢；上肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的上肢；以及支承力赋予部，其通过相对于所述下肢穿戴部对所述背部穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力，并且通过相对于所述背部穿戴部对所述上肢穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力，朝向将所述使用者的上肢抬起的方向作用的支承力与朝向将所述使用者的上身拉起的方向作用的支承力的分配比率根据使用者的动作而改变。

根据第7方式的腰臂辅助装置，能够根据使用者的动作、即使用者的姿势变化，来改变朝将使用者的上肢抬起的方向作用的支承力、与朝将上身拉起的方向作用的支承力的分配比率。

发明效果

本发明所涉及的腰臂辅助装置具有能够实现小型化、轻量化以及低成本化的优异效果。

附图说明

图1是示出第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置的立体图。

图2是示出第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置的侧视图。

图3是示出第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置的主视图。

图4是示出第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置的俯视图。

图5是示出支承件的侧视图。

图6是示意性地示出人工肌肉的示意图。

图7是示意性地示出向图6所示的人工肌肉供给空气后的状态的、与图5对应的示意图。

图8是示意性地示出配置在人工肌肉容纳部内的人工肌肉的示意图。

图9是示意性地示出供给空气之前的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图10是示意性地示出供给了空气的状态下的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图11是用于对腰臂辅助装置的各倾动轴进行说明的与图1对应的立体图。

图12是用于对肌肉使用量的评价方法进行说明的说明图。

图13A是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者从腰部未下蹲的姿势起开始拿起货物的状态的侧视图。

图13B是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者从图13A所示的姿势结束拿起货物的状态的侧视图。

图13C是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者以拿起货物的姿势保持该货物的状态的侧视图。

图14A是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者从腰部下蹲的姿势起开始拿起货物的状态的侧视图。

图14B是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者从图14A所示的姿势结束拿起货物的状态的侧视图。

图14C是示出穿戴有腰臂辅助装置的使用者以拿起货物的姿势保持该货物的状态的侧视图。

图15是用于对使用者的身体中的测量肌电的部位进行说明的说明图。

图16是示出从图13A所示的状态到图13B所示的状态为止的各实验对象的肌肉使用量的柱状图。

图17是示出以图13C所示的状态保持货物时的各实验对象的肌肉使用量的柱状图。

图18是示出从图14A所示的状态到图14B所示的状态为止的各实验对象的肌肉使用量的柱状图。

图19是示出以图14C所示的状态保持货物时的各实验对象的肌肉使用量的柱状图。

图20是示出使用者穿戴着第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置的状态的侧视图。

图21是用于对空气弹簧进行说明的说明图。

图22是示出穿戴有第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置的使用者下蹲腰部的状态的侧视图。

图23是示意性地示出第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图24是示出使用者穿戴着第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置的状态的侧视图。

图25是示出穿戴着第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置的使用者以腰部未下蹲的姿势抓住货物的状态的侧视图。

图26是示出穿戴着第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置并抓住货物的使用者下蹲腰部的状态的侧视图。

图27是示出穿戴有第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置并抓住货物的使用者从图26所示的状态使腰部抬起的状态的侧视图。

图28A是示意性地示出图25所示的状态的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图28B是示意性地示出图26所示的状态的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图28C是示意性地示出图27所示的状态的腰臂辅助装置的主要部分的侧视图。

图29是示出第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置的立体图。

图30是示出第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置的侧视图。

图31是示出第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置的主视图。

图32是示出第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置的俯视图。

具体实施方式

利用图1～图10对本发明的第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置进行说明。另外，用箭头FR表示从穿戴有腰臂辅助装置的状态且直立的状态的使用者观察的、前后方向的前方侧，分别用箭头RH以及箭头LH表示右侧以及左侧，用箭头UP表示上下方向的上侧。并且，在以下说明中，在只表示前后、左右、上下方向的情况下，表示从穿戴有腰臂辅助装置的状态并且直立的状态的使用者观察的前后、左右、上下。

如图1～图4所示，腰臂辅助装置10具有：配置于使用者的腰部的侧方侧的左右一对基部12；以及安装于基部12并且穿戴于使用者的腰部的腰部带14。并且，腰臂辅助装置10具有作为下肢穿戴部的左右一对大腿臂16，该左右一对大腿臂16沿着使用者的大腿部配置，并且以能够倾动的方式安装于基部12。而且，腰臂辅助装置10具有上身框架18，该上身框架18沿着使用者的上身(背部)配置，并且以能够倾动的方式安装于基部12，构成背部穿戴部的一部分。并且，腰臂辅助装置10具有作为上肢穿戴部的手臂支承臂20，该手臂支承臂20沿着使用者的上肢配置，并且以能够倾动的方式安装于上身框架18的上端部。而且，腰臂辅助装置10具有配置在上身框架18内的作为支承力赋予部的人工肌肉22(参照图6)。

基部12构成为包含形成为板状的外侧板24以及内侧板26。从侧面观察时(从右侧或左侧观察时)，外侧板24和内侧板26形成为大致相同的形状。并且，外侧板24与内侧板26借助多个连接销等而连接。由此，外侧板24和内侧板26在左右方向上隔开规定的间隔且彼此平行地配置。

并且，在外侧板24与内侧板26之间以能够旋转的方式设置有第1带轮28以及第2带轮30。作为下肢穿戴部侧带轮的第1带轮28以左右方向为旋转轴方向安装于外侧板24以及内侧板26的下部侧。该第1带轮28的旋转轴与使用者的髋关节对应。并且，在第1带轮28安装有后述的大腿臂16。在此，第1带轮28向一侧旋转(从左侧侧视观察时，向逆时针方向旋转)，第1带轮28与固定于外侧板24以及内侧板26等的被抵接部抵接，由此限制该第1带轮28向一侧旋转。其结果是，限制安装于第1带轮28的大腿臂16向后方侧倾动。

第2带轮30以左右方向为旋转轴方向安装于外侧板24以及内侧板26的上部侧并且安装于第1带轮28的后方侧。该第2带轮30的旋转轴与使用者的骶髂关节对应。并且，在第2带轮30安装有后述的上身框架18。

从使用者的上方侧观察时，腰部带14形成为环状，该腰部带14穿戴于使用者的腰部。另外，在腰部带14设置有用于调节该腰部带14的周长的未图示的长度调节机构。

大腿臂16构成为包含：沿着使用者的大腿部延伸的臂主体32；和安装于臂主体32的腿垫34。臂主体32是通过对板状的部件实施弯曲加工等而形成。该臂主体32借助铰链36而安装于第1带轮28，由此大腿臂16被安装成能够在前后方向上相对于基部12倾动。另外，在本实施方式中，铰链36构成为能够在左右方向上转动，由此大腿臂16还能够相对于基部12在左右方向上倾动。

腿垫34形成为沿着使用者的大腿部的前方侧的面的弯曲形状，该腿垫34安装于臂主体32的下端部。并且，腿垫34能够以左右方向为轴向而相对于臂主体32转动规定的角度。由此，能够将腿垫34与使用者的大腿部的前方侧的面的接触状态保持成所期望的接触状态。

从正面观察时(从使用者的正面侧观察时)，上身框架18形成为大致梯子状。该上身框架18构成为具有：在左右方向上隔开间隔地配置、且都在内部配置有人工肌肉22(参照图6)的左右一对人工肌肉安装部38；沿左右方向将左右一对人工肌肉安装部38的上方侧的部位连接起来的上侧连接部40；以及沿左右方向将左右一对人工肌肉安装部38的下方侧的部位连接起来的下侧连接部42。在左右一对人工肌肉安装部38的下端部以及上侧连接部40的左右方向的中央部，分别设置有上身穿戴带安装部38A、40A，在该上身穿戴带安装部38A、40A安装有上身穿戴带44，该上身穿戴带44被穿戴于使用者的上身。构成背部穿戴部的另一部分的上身穿戴带44构成为包含：穿戴于使用者的右肩的右侧穿戴带44R；和穿戴于使用者的左肩的左侧穿戴带44L，右侧穿戴带44R以及左侧穿戴带44L的长度能够分别调整。

并且，一对人工肌肉安装部38的下端部固定于第2带轮30。由此，上身框架18能够相对于基部12在前后方向上倾动。而且，在一对人工肌肉安装部38的上端部固定有彼此平行地配置的一对带轮支承板46。在该一对带轮支承板46之间设置有作为上肢穿戴部侧带轮的第3带轮48，在该第3带轮48上安装有后述的手臂支承臂20。该第3带轮48以能够转动的方式支承于一对带轮支承板46。

而且，在一对人工肌肉安装部38的上下方向的中间部，架设有背后垫50。

手臂支承臂20构成为包含第1臂部52、第2臂部54以及末端臂部56。

第1臂部52形成为棱柱状，该第1臂部52的一侧的端部被第3带轮48支承。由此，手臂支承臂20以能够倾动的方式支承于上身框架18的人工肌肉安装部38的上端部。并且，第1臂部52与第3带轮48为销接合。由此，第1臂部52能够相对于第3带轮48在左右方向上倾动。

第2臂部54由比第1臂部52细的尺寸的两个棱柱状的部件形成。该第2臂部54的一侧的端部与第1臂部52的另一侧的端部接合。并且，第2臂部54与第1臂部52为销接合。由此，第2臂部54能够相对于第1臂部52在左右方向上倾动。

末端臂部56是通过将圆棒状的材料弯曲成L字状等而形成的。该末端臂部56的一侧的端部固定于第2臂部54的另一侧的端部。并且，在末端臂部56的另一侧的端部借助支承件卡合线材60而安装有供使用者的手嵌入的作为手腕穿戴部的支承件58。

如图5所示，支承件58是使用具有伸缩性的材料形成的，该支承件58形成为从使用者的手腕覆盖手掌以及手背的筒状。在该支承件58形成有供手的拇指贯穿插入的拇指贯穿插入孔58A。并且，手的从食指至小指的部分从支承件58的末端侧突出。

如图6以及图7所示，人工肌肉22是所谓的McKibben型的人工肌肉。该人工肌肉22构成为包含：使用橡胶等弹性材料形成为管状的弹性管62；以及覆盖弹性管62的筒状的网套64，该人工肌肉22是利用网套64包覆弹性管62并将两端铆接的结构。

弹性管62在内部具有被供给气体(空气)的空间，空气经由积存有压缩空气的未图示的罐以及连接管而被供给到该弹性管62的内部。

网套64例如是通过编织伸缩性小的高张力纤维等线材等而形成。而且，当空气被供给到配置在网套64内的弹性管62内而使得弹性管62膨胀时，如图7所示，网套64的与长度方向垂直的方向上的尺寸增加，并且该网套64的长度方向上的尺寸减小。由此，人工肌肉22的长度变短(人工肌肉22收缩)，产生支承后述的腰以及手臂的力。另外，通过将气体(压缩空气)供给到内部的弹性管62，能够在人工肌肉22的长度方向上产生最大2000N的强收缩力。人工肌肉22的重量轻达130g左右，与马达等相比质量输出比非常大。

如图8所示，在本实施方式中，以上说明的人工肌肉22分别在右侧的人工肌肉安装部38的内部以及左侧的人工肌肉安装部38的内部各设有两个。并且，对于配置于各个人工肌肉安装部38的内部的人工肌肉22的弹性管62，分别左右同时供给空气。

并且，如图9中示意性地示出，配置于右侧的人工肌肉安装部38的内部的两个人工肌肉22的一侧的端部借助线材66而卡定于右侧的第3带轮48，并且两个人工肌肉22的另一侧的端部借助线材66而卡定于右侧的第1带轮28。另外，配置于左侧的人工肌肉安装部38的内部的两个人工肌肉22的一侧的端部借助线材66而卡定于左侧的第3带轮48，并且两个人工肌肉22的另一侧的端部借助线材66而卡定于左侧的第1带轮28。并且，在本实施方式中，第1带轮28以及第3带轮48的外径(供线材66卷绕的部分的外径)为50mm。

而且，如图10所示，通过人工肌肉22收缩，大腿臂16向后方侧倾动(被向倾动的方向施力)，并且手臂支承臂20向上方侧倾动(被向倾动的方向施力)。

(本实施方式的作用以及效果)

接着，对本实施方式的作用以及效果进行说明。

如图11所示，在以上说明的本实施方式的腰臂辅助装置10中，腰部带14、上身穿戴带44以及大腿臂16分别被穿戴于使用者的腰部、上身以及大腿部，并且支承件58分别被穿戴于使用者的两只手，由此腰臂辅助装置10被穿戴于使用者的身体。另外，在本实施方式中，通过设置背后垫50，避免使用者的背面与上身穿戴带安装部40A和一对人工肌肉安装部38接触。并且，为了在穿戴腰臂辅助装置10时确保充分的肩宽，测量了数名人员的肩宽，将装置的肩宽设为500mm。而且，能够利用约25秒进行本实施方式的腰臂辅助装置10的穿戴。

而且，如图10以及图11所示，当使用者进行开关操作等而向人工肌肉22供给气体时，人工肌肉22收缩。由此，大腿臂16被向朝后方侧倾动的方向施力(被向箭头Y1方向施力)，并且作为该反作用，上身框架18被向将使用者的上身拉起的方向施力(朝向箭头Y2方向对使用者的腰部输入支承力)。并且，当人工肌肉22收缩时，手臂支承臂20被向朝上方侧倾动的方向施力。由此，朝向将使用者的手抬起的方向(箭头Y3方向)的支承力被输入到该使用者的手(手腕)。其结果是，根据本实施方式的腰臂辅助装置10，在穿戴有该腰臂辅助装置10的使用者拿起货物时或保持成拿起货物的状态时，能够降低施加于使用者的腰部以及手臂(上肢)的负荷。

但是，机械技术的发展创造出了输送设备和工业用机器人，危险且简单的劳动实现了自动化，人们正在从极度的体力疲劳中解放出来。但是，在制造业、运输业、护理等广泛的领域中，依然大量存在难以实现机械化的重体力劳动。在欧洲职业安全健康局(EU-OSHA)的调査中，由于强体力劳动、货物的拿起等，仅在欧洲每年就有数百万劳动者出现肌肉骨骼疾病(Musculoskeletal disorders：MSD s)，整体劳动者的33％被要求处理重量物，17％申诉手臂或腿的肌肉痛。并且，因MS Ds产生的经济损失也巨大，2006年法国损失超过约7亿欧元，因上肢的MSDs产生的损失竟然高达GNP的2％。作为这些问题的解决对策，开发出了通过外骨架物理性地辅助人的动作的穿戴型肌力辅助装置：肌肉套装。体力劳动者的负荷不仅对腰产生负担，对肩部或上臂等上肢也形成较大的负担。因此，以减轻拿起货物的动作时的上肢以及腰的负担为目的，使用本实施方式的腰臂辅助装置10是有效的。

在此，在本实施方式中，人工肌肉22产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的手臂抬起的方向的支承力这两个支承力。由此，与如下情况相比，能够实现腰臂辅助装置10的小型化、轻量化以及低成本化：分别独立地设置用于产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的手臂抬起的方向的支承力这两个支承力的致动器。

并且，在本实施方式中，产生上述支承力的部件为人工肌肉22，由此能够抑制产生上述支承力的部件的重量增加，并且能够得到更大的支承力。

而且，在本实施方式中，手臂支承臂20构成为包含第1臂部52以及第2臂部54。而且，第1臂部52能够相对于第3带轮48在左右方向上倾动，并且第2臂部54能够相对于第1臂部52在左右方向上倾动。由此，在使用者进行拿起货物的作业等时，能够应对各种尺寸的货物。

并且，在本实施方式中，能够通过支承件58有效地支承当使用者拿起货物时或保持成拿起货物的状态时而被施加载荷的手腕。

(对腰臂辅助装置10所产生的辅助效果的定量评价)

接着，对本实施方式的腰臂辅助装置10的辅助效果的定量评价的结果进行说明。

为了对腰臂辅助装置10的辅助效果进行评价，如图12所示，测量表面肌电图(surface Electromyogram，以下称作“EMG”)。在测量中使用日本光电公司制造的WEB-7000，采样频率为250Hz，时间常数为0.1sec，截止频率在低通滤波器中为30H z，在高通滤波器中为500Hz。对测量出的EMG进行整流平滑化解析(Average Recti fied Value，以下称作“ARV解析”)。在此，将对得到的肌电位进行积分而得到的积分肌电值(IntegralElectroMyoGram，以下称作“IEMG”)作为肌肉使用量来进行评价。将ARV解析的时间常数设为τ，将计算区间设为(-T，T)，将t作为时间，根据以下算式1以及算式2而求出IEMG。

[算式1]

[算式2]

IEMG(t)＝∑ARV（t)Δt 式2

实验对象(使用者P)是3名健康的20岁男性，如图13A及图13B和图14A及图14B所示，将在3秒内拿起放置在地面上的10kg货物W的动作设为区间1，如图13B及图13C和图14B及图14C所示，将保持货物W三秒钟的动作设为区间2，在未穿戴腰臂辅助装置10时和穿戴腰臂辅助装置10时比较IEMG。此时，以如下两种方式实施货物W的拿起：如图13A所示那样使腰部抬起并拿起货物W(以下为拿起方式X)；以及如图14A所示那样下蹲腰部来拿起货物W(以下为拿起方式Y)。使用直接打开或关闭空气的阀，来向人工肌肉22注入压缩空气。

如图15所示，所测量的肌肉为如下7个部位：竖脊肌K1、背阔肌K2、斜方肌K3、三角肌前部K4、肱二头肌K5、桡侧腕屈肌K6、尺侧腕屈肌K7。

对于所测量的3名实验对象的在将非穿戴时的IEMG设为1时的、穿戴时的相对值，将拿起方式X且区间1的相对值示于图16，将拿起方式X且区间2的相对值示于图17，将拿起方式Y且区间1的相对值示于图18，将拿起方式Y且区间2的相对值示于图19。如这些图所示，在图15所示的所有肌肉K1～K7中，能够确认到肌肉使用量在穿戴腰臂辅助装置10时比未穿戴腰臂辅助装置10时下降。

(第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置68)

接着，利用图20～图23对本发明的第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置68进行说明。另外，关于本实施方式的腰臂辅助装置68中的与前述的第1实施方式的腰臂辅助装置10的各部分相对应的部件以及部分，标注和与该腰臂辅助装置10的各部分对应的部件及部分相同的符号，并省略其说明。

如图20所示，本实施方式的腰臂辅助装置68的基本结构与第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置10(参照图1)的结构相同，但是，在本实施方式的腰臂辅助装置68中，特征在于，使用作为支承力赋予部及弹簧的空气弹簧70，来代替人工肌肉22。

如图21所示，空气弹簧70为预先向McKibben型的人工肌肉22(参照图6)填充有一定量的空气的结构。然后，空气弹簧70被拉伸，空气弹簧70内的空气的体积减小，由此空气压力上升(查理定律)。由此，如图22所示那样成为如下构造：随着使用者P的姿势变化，空气弹簧70被拉伸，该空气弹簧70产生针对使用者P的腰以及手臂的支承力。

并且，在本实施方式中，如图23所示，第1带轮28以及第3带轮48的外径(供线材66卷绕的部分的外径)是彼此不同的外径、即50mm以及30mm。由此，手臂支承臂20以大腿臂16的倾动角度的变化量的约1.67倍进行倾动。

(本实施方式的作用以及效果)

接着，对本实施方式的作用以及效果进行说明。

如图24所示，本实施方式的腰臂辅助装置68按照与前述的第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置10(参照图1)相同的步骤穿戴。但是，本实施方式的腰臂辅助装置68的使用方法与前述的第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置10的使用方法不同。

如图25所示，在本实施方式的腰臂辅助装置68中，使用者P以腰部P2未下蹲的前倾姿势抓住货物W。此时，上身框架18相对于大腿臂16倾动(前倾)，由此如图28A所示，空气弹簧70被拉长。

接着，如图26所示，通过使用者P一边弯曲膝盖P1一边使腰P2下蹲，由此空气弹簧70的收缩力提高。由此，如图26以及图28B所示，手臂支承臂20向上方侧倾动。其结果是，在使用者P拿起货物W时，该使用者P的腰P2以及手臂P3得到支承。

并且，如图27以及图28C所示，使用者P调整手臂P3与腰P2的位置的平衡(姿势)，能够对腰P2的伸展(倾动)进行辅助。即，使用者P能够以自身容易活动的方式按照体感获得腰P2与手臂P3的辅助力的分配比率(辅助关系)，从而各使用者P能够得到适合于各自的动作的支承力。另外，在本实施方式中，若是20kg左右的货物W，则能够容易地拿起。

如以上说明，根据本实施方式的腰臂辅助装置68，空气弹簧70产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的手臂抬起的方向的支承力这两个支承力。由此，与分别独立地设置有如下两个致动器的情况相比，能够实现腰臂辅助装置68的小型化、轻量化以及低成本化：这两个致动器用于产生朝向将使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将使用者的手臂抬起的方向的支承力这两个支承力。

另外，在本实施方式中，对使用空气弹簧70的例进行了说明，但是也可以代替空气弹簧70而使用金属性的螺旋弹簧等。

并且，在本实施方式中，无需从外部供给电能或机械能，就能够产生支承力。

而且，在本实施方式中，第1带轮28以及第3带轮48的外径(供线材66卷绕的部分的外径)被设定为彼此不同的外径。由此，能够进一步优化手臂支承臂20的、相对于大腿臂16的倾动角度的变化量的倾动角度。另外，第1带轮28以及第3带轮48的外径(供线材66卷绕的部分的外径)只要考虑所要拿起的货物W的高度等来适当地设定即可。

并且，前述的第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置10以及第2实施方式所涉及的腰臂辅助装置68谋求小型化、轻量化以及低成本化，但是也可以如图29～图32所示的第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置72那样实现进一步的轻量化以及低成本化。在第3实施方式所涉及的腰臂辅助装置72中，使用由铝合金制成的板材形成上身框架18的上侧连接部40以及下侧连接部42，并且简化大腿臂16的臂主体32的形状，由此实现了腰臂辅助装置72的进一步的轻量化以及低成本化。另外，关于腰臂辅助装置72中的与前述的第1实施方式所涉及的腰臂辅助装置10的各部分对应的部件以及部分，标注和与该腰臂辅助装置10的各部分对应的部件以及部分相同的符号，并省略其说明。

以上，对本发明的一个实施方式进行了说明，但是本发明并不限定于上述说明，在不脱离其主旨的范围内，当然能够在上述方案以外来实施各种变形。

Claims

1.一种腰臂辅助装置，其中，

所述腰臂辅助装置具有：

背部穿戴部，其被穿戴于使用者的背部；

下肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的下肢；

上肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的上肢；以及

支承力赋予部，其通过相对于所述下肢穿戴部对所述背部穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力，并且通过相对于所述背部穿戴部对所述上肢穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

2.根据权利要求1所述的腰臂辅助装置，其中，

所述支承力赋予部是通过被供给气体而收缩的人工肌肉，

通过使所述人工肌肉收缩而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

3.根据权利要求1所述的腰臂辅助装置，其中，

所述支承力赋予部是弹簧，

所述弹簧随着所述使用者的姿势变化而变形，由此赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力、和朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的腰臂辅助装置，其中，

所述上肢穿戴部能够相对于所述背部穿戴部在所述使用者的左右方向上倾动。

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的腰臂辅助装置，其中，

所述上肢穿戴部具有被穿戴于所述使用者的手腕的手腕穿戴部，

朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力被从所述手腕穿戴部赋予给所述使用者的手腕。

6.根据权利要求1至5中的任意一项所述的腰臂辅助装置，其中，

所述上肢穿戴部借助上肢穿戴部侧带轮以能够倾动的方式支承于所述背部穿戴部，

所述下肢穿戴部借助下肢穿戴部侧带轮以能够倾动的方式支承于所述背部穿戴部，

所述上肢穿戴部侧带轮的外径与所述下肢穿戴部侧带轮的外径不同，

与所述支承力赋予部连接的线材分别卡定于所述上肢穿戴部侧带轮和所述下肢穿戴部侧带轮。

7.一种腰臂辅助装置，其中，

所述腰臂辅助装置具有：

背部穿戴部，其被穿戴于使用者的背部；

下肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的下肢；

上肢穿戴部，其被穿戴于所述使用者的上肢；以及

支承力赋予部，其通过相对于所述下肢穿戴部对所述背部穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上身拉起的方向的支承力，并且通过相对于所述背部穿戴部对所述上肢穿戴部施力而赋予朝向将所述使用者的上肢抬起的方向的支承力，

朝向将所述使用者的上肢抬起的方向作用的支承力与朝向将所述使用者的上身拉起的方向作用的支承力的分配比率根据使用者的动作而改变。