JP2006087548A - Muscle trouser - Google Patents

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坂 政 典 杉
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that running and jumping is impossible and soft movement indispensable for assisting and restoring bipedal walking function are hardly made because both a walking function assisting instrument and a walking function restoring instrument are heavy. <P>SOLUTION: In a muscle trouser, a plurality of Mckibben type artificial muscles are expandably and contractably arranged on winding type supporters with magic bands which are detachable to at least the waist portion, thigh portions, shin portions, foot portions of the lower body of a human, a gas supplying and discharging unit for supplying gas to and discharging the gas from the respective Mckibben type artificial muscles to expand and contract the same is arranged in the muscle trouser. Alternatively, in the muscle trouser, a plurality of Mckibben type artificial muscles are extendably and contractably arranged in trouser pants integrally worn on the waist portion, thigh portions, shin portions and foot portions, a gas supplying and discharging unit for supplying gas to and discharging from the gas the respective Mckibben type artificial muscles to expand and contract the same is arranged in the muscle trouser. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、2足歩行用マッスルトラウザに関するものである。   The present invention relates to a bilateral walking muscle luther.

従来、2足歩行機能の補助や回復用の器具は、それぞれ別々のものとして取り扱われている。
歩行機能回復器具には、脚の側部に関節を装着しこれをモータ、ピストンで駆動する運動療法装置や2ベルト歩行訓練器なるものがあり、歩行機能補助器具には、体を支える手押しカート型歩行支援用具や、手を乗せ支えて可動する歩行器などがある。
Conventionally, the assisting device for bipedal walking function and the device for recovery are handled separately.
The walking function recovery equipment includes an exercise therapy device and a 2-belt walking training device in which a joint is attached to the side of the leg and is driven by a motor and a piston, and the walking function assisting device is a hand cart that supports the body. Type walking aids and pedestrians that can be moved with hands on.

しかし、歩行機能補助器具及び歩行機能回復器具は、その何れも重量体なため、走行や跳躍が不可能で、2足歩行機能補助や回復に必要不可欠な柔らかな動きを作り出すのが困難であった。 However, since both the walking function assisting device and the walking function recovery device are heavy, running and jumping are impossible, and it is difficult to create the soft movement that is indispensable for assisting and recovering the biped walking function. It was.

本発明は、上記問題を解決したものであり、その特徴とする技術手段は、次の(1)、(2)にある。
(1)、人の下半身の少なくとも腰部、大腿部、脛部、足部に着脱可能にしたマッジクバンドの付いた巻付式サポータに、複数本のマッキバン型人工筋肉を伸縮自在に配設し、前記マッキバン型人工筋肉の各々に気体を給排し伸縮運動させる気体給排装置を付設したマッスルトラウザ。
(2)、人の下半身の少なくとも腰部、大腿部、脛部、足部を一体的に履くトラウザズボンに、複数本のマッキバン型人工筋肉を伸縮自在に配設し、前記マッキバン型人工筋肉の各々に気体を給排し伸縮運動させる気体給排装置を付設したマッスルトラウザ。
気体給排装置の好ましい例は、小型コンピュータの下肢動作制御ソフトウエアにより制御されて前記マッキバン型人工筋肉を伸縮運動させる空気圧縮器と空気圧制御器から構成する。
The present invention solves the above-mentioned problems, and technical means characterized by the following are (1) and (2).
(1) A plurality of McKiban-type artificial muscles can be stretched and placed on a wrapping supporter with a magic band that can be attached to and removed from at least the waist, thigh, shin, and feet of the lower body of a person. A masstrouser provided with a gas supply / exhaust device for supplying / extracting gas to each of the McKibban artificial muscles to expand and contract.
(2) A plurality of macchivan-type artificial muscles are arranged in a trouser pants that integrally wear at least the lower back, thigh, shin, and feet of the lower body of a person, Masstruder equipped with a gas supply / exhaust device that expands and contracts by supplying and discharging gas.
A preferred example of the gas supply / exhaust device includes an air compressor and a pneumatic controller that are controlled by lower limb motion control software of a small computer to cause the Macchiban artificial muscle to expand and contract.

本発明のマッスルトラウザは、気体給排装置におけるコンピュータの制御アルゴリズムを用いた下肢動作制御ソフトウエアにより、足と一体になったズボン(トラウザ)内に埋め込んだ多数のマッキバン型人工筋肉を自由自在に伸縮することにより、人の下肢に関する色々な動作や歩行、走行、その他跳躍等人の筋肉が行う柔らかい複雑な動きを容易に可能にしたものである。
これによって人の2足の歩行機能を補助したり、歩行機能の回復に容易に活用できる。従って、超高齢化社会の高齢者の歩行機能補助や障害者の歩行機能回復に用いることが出来、又、健常人にも当然使用できるので利用可能性は極めて高いものであり発明の効果は非常に大きい。この新規発明の経済効果も今後益々増大するものと考えられる。
The muscle trouter of the present invention freely controls a large number of McKiban type artificial muscles embedded in trousers (trousers) integrated with a foot by a lower limb motion control software using a computer control algorithm in a gas supply / exhaust device. By expanding and contracting, various complicated movements related to the lower limbs of the person, walking, running, jumping and other soft and complex movements performed by human muscles can be easily performed.
As a result, it is possible to assist a person's biped walking function or to easily restore the walking function. Therefore, it can be used for assisting the walking function of the elderly in the super-aging society and restoring the walking function of the handicapped person, and since it can also be used for healthy people, the applicability is extremely high and the effect of the invention is very high Big. The economic effect of this new invention is also expected to increase in the future.

本発明において人の下肢部(足も含む)に一体的に履くトラウザズボンの好ましい形状と、装備品とその配置は、次の通りである。
1つの形態として、図2に示すように、下肢部(足も含む)、すなはち、足首、踵、脛、太腿、腰と臀部に巻きつけるタイプの各マジックバンドのついたサポータにマッキバン型人工筋肉を取り付けた装具の形態がある。又、別の形態として、図1のトラウザズボン100自体が色々な体形に合わせられ、かつズボンの形状を変えられ簡単に装着、取り外しが出来る装具の形態がある。その1例として、図1のトラウザズボン100自体がマッキバン型人工筋肉1〜10を取り付けた各サポータS1〜S9とその他の部分から構成され、色々な体形に合わせられるよう、そのトラウザズボン100を腰及び下肢部に巻きつけられるようにマジックバンドが埋め込まれており、切り開いた形状をしている装具がある。又別の例として、図2のサポータSa〜Sdからなる装具をトラウザズボンに埋め込み、取り付け、取り外しの容易な形態がある。いずれにしても、トラウザズボンはどのような体形にも合うよう且つ簡単に装着、取り外しができるような形態を持っている。人工筋肉の形状として大きな一本の円筒状もの以外にも数本の小さいエアマッスルから構成された筋状の扁平形をしていても良い。
気体給排装置の空気圧縮器は、好ましくは小型携帯用圧縮空気タンクを採用し、その材質は、FRP材或いは柔らかい新素材で形成する。空気圧制御器とそれを制御するコンピュータも小型化されたものがよい。小型携帯用圧縮空気タンクから供給された圧縮空気を、小型コンピュータと接続された小型空気圧制御器で制御し、トラウザズボンに取り付けられたセンサからのデータを基に、人工筋肉に供給される空気圧を変化させることよりそれを伸縮させ、2足歩行機能回復や補助支援を行うことができるようにトラウザには腰や肩バンドも配置されている。
携帯用小型コンピュータ、携帯用小型圧縮空気タンク、携帯用小型空気圧制御器をバンドに配置しても良いし、背中に背負うような形にしても良い。特に、高齢者の姿勢が出来るだけ曲がらないように背中に背負うような形が良い場合もある。
配置、形状に関しては姿勢の矯正による健康増進をもたらす背中に背負う形、又便利さや快適性或いは運動助長性を亢進する形状など、色々な形状が考えられる。
本発明において、トラウザズボンに埋め込むマッキバン型人工筋肉とは、次の通りである。
人工筋肉の種類として、現在、3種類ある。すなはち、導電性高分子アクチュエータ(ICPF)、高分子ゲル等は化学反応によりその長さを伸縮させるが小型で力が小さい。金属系人工筋肉(バイオメタルファイバー)は電流によりその長さを伸縮させるが小型で力が小さい。フレキシブルアクチュエータ(マッキバン型人工筋肉)は空気圧により長さを伸縮させるが、形状は任意であり、力が大きい。マッキバン型人工筋肉はゴムとメッシュ状の繊維等でできており圧縮空気を加えないとき、すなはち、空気圧が0の時の円筒の内径を1長さを1とすると、最大圧縮空気圧を加えた時その内径が大きくなり(例えば1.3)、長さが0.7となるような筋肉である。マッキバン型人工筋肉は他の2種類の人工筋肉と比べ、人の筋肉、関節を効率よく滑らかに動かすことが可能である。
本発明において、トラウザズボンへのマッキバン型人工筋肉配設形態は、次の通りである。
図1、図2に示すよう11本のマッキバン型人工筋肉1〜10が2足歩行機能回復・補助に必要であるが、ある部位の筋肉・骨の機能回復を目的としたリハビリなどの場合には、そのうち幾つかの人工筋肉を取り除くことが出来る。
次に、図6に示すように図1と図2に示す各マッキバン型人工筋肉に名称をつける。図6では直接骨材に取り付ける図になっているが、マッスルトラウザの場合には、骨材に代わる各サポータ即ち図1ではSP1〜SP9、図2ではSa〜Sdの各々にまたがって人工筋肉の両端部を接続固定すればよい。
各マッキバン型人工筋肉の配置は、人間の場合の筋肉の配置に準じている。以下に図6で付けた人工筋肉の名称を使って、1足で1〜10の11本の人工筋肉、2足で合計22本の人工筋肉の必須な理由について述べる。
アキレス腱に相当する人工筋肉1’は2足歩行で体のバランスを保ったり、走行したり、跳躍したりするために必須である。足首の外側に存在する(長、短)腓骨筋に相当する人工筋肉1と足首の内側に存在する(前、後)頸骨筋に相当する人工筋肉2は体のバランスを保つのに必要な足首を内側、外側に動かす動作に必須である。人工筋肉1と2は足首を中心に足を左右に回転させる運動を行わせるために対となっている。前脛骨筋に相当する人工筋肉3は上記目的のため足先を上下に動かすために必須である。下腿三頭筋(フクラハギの筋肉)に相当する人工筋肉4は上記目的のため踵から膝を伸縮するのに必須である。大腿四頭筋に相当する人工筋肉5は上記目的のため後ろに曲げた脛を前に伸ばすのに必須である。ハムストリングスに相当する人工筋肉6は上記目的のため脛を後ろに曲げるのに必須である。人工筋肉5と6は互いに腰を中心に対をなしている。大殿筋に相当する人工筋肉7は上記目的のため、太腿を後ろに曲げるのに必須である。腸腰筋に相当する人工筋肉8は上記目的のため後ろに曲げた太腿を前に伸ばし上に上げるのに必須である。人工筋肉7と8は互いに対をなし太腿を腰を中心に前に引き上げたり下ろしたり後ろに引き上げたり下ろしたりする円運動を行わせている。中殿筋(小殿筋を含む)に相当する人工筋肉9は上記目的のため、太腿を腰を中心に外側に曲げるのに必須である。内転筋(恥骨筋を含む)に相当する人工筋肉10は上記目的のため太腿を腰を中心に内側に曲げるのに必須である。人工筋肉9と10は互いに対をなし太腿を腰を中心に左右に引き上げたり下ろしたりする円運動を行わせている。図1に示すトラウザズボンや図2に示す装具に取り付けられている人工筋肉22本の配設形態は上記に示した配設形態と同じであり同一部分には同一符号を付す。
本発明のトラウザは、それを構成する素材が軽量で且つ携帯型であることを特徴とする装具であり、埋め込む人工筋肉の配設形態は2足がある場合は人と同じように2足歩行を行わせることによりその歩行機能回復及び補助が出来、1足又は2足がない場合は、その部分の義足に装具を装着すると2足歩行が出来るように人工筋肉を配設した構造になっており、人と同じようにスムーズな2足歩行や走行、立ったり座ったり、跳んだり跳ねたりする各種動作ができるような機能的特徴を有している。
特に、図2に示す下肢部(足も含む)に巻きつけるタイプで止具にマジックバンド(微細な弾性フック植込帯と引っかかりリング植込帯からなる)を取り付けたサポータSa〜Sdにマッキバン型人工筋肉1〜10を取り付けた装具の形態は寝たきりの人の足の骨と筋肉機能を回復保持するためのリハビリを行うのにも適している。
本発明において、下肢動作制御ソフトウエアの代表例は、次の通りである。
100Vの電源に接続された空気圧縮器により供給される圧縮空気を空気圧制御器に供給する。その供給された圧縮空気をマッスルトラウザに配設された片足11本、合計22本の各マッキバン型人工筋肉に取り付けられたチューブに供給するため、チューブ側を空気圧制器に接続する。下肢部の動作を制御するため、USBで空気圧制御器に接続されたコンピュータで22本のチューブから供給されるマッキバン型人工筋肉の圧縮空気の圧力をバルブの開閉角度を変え制御する。バルブの開閉角度は0V−5V(0−125の数値に相当)までの電圧で変えることが出来る。0Vは空気圧が0,5Vは安全な最大空気圧に相当する。
下肢の一部である右脛を伸縮する動作を行うためには、コンピュータよりハムストリングスに相当する人工筋肉6に任意圧の圧縮空気を加え人工筋肉を縮小し脛を後ろに曲げる。その状態から脛を元に戻すため人工筋肉6の空気圧を0にする。これを繰り返すと脛を曲げたり伸ばしたりする伸縮運動制御パターンを作り出すことが出来る。
他の複雑な動作、例えば、2足の屈伸、足踏み、歩行等の動作も上述のように全ての人工筋肉を同時に制御することにより、コンピュータでそれぞれの制御パターンを生成できる。
空気圧縮器と電源を小型携帯用圧縮空気タンク、空気圧制御器を携帯用空気圧制御器で置き換えればマッスルトラウザは携帯用になる。携帯用の人工筋肉制御の基本ロジックは、携帯用でない場合と全く同じである。
2足歩行を行うための各マッキバン型人工筋肉22本の伸縮運動パターンは上述の脛の伸縮パターンよりもさらに複雑になるが、その伸縮パターンについては、特願2004-198467ヒューマノイドロボット( 2004.7.15)に詳細に示している。
各22本の人工筋肉の伸縮プログラムを基にし、人の足の機能特性を取り込んで、2足歩行機能を回復したり、2足歩行機能補助を行う制御パターンを生成し実行することが出来る。又、上記特願2004-198467の人工筋肉伸縮パターンは、下肢がない人の2足歩行装具の制御法として用いることが出来る。
In the present invention, the preferred shape of the trouser trousers worn integrally with the lower limbs (including the legs), the equipment and the arrangement thereof are as follows.
As one form, as shown in FIG. 2, a supporter with a magic band that wraps around the lower limbs (including feet), that is, ankle, heel, shin, thigh, waist and buttocks. There is a form of orthosis with artificial muscle attached. Further, as another form, there is a form of a bra that can be easily attached and detached by changing the shape of the trousers, and the trouser trousers 100 itself of FIG. 1 can be adapted to various body shapes. As an example, the trouser trouser 100 of FIG. 1 itself is composed of each of the supporters S1 to S9 to which the Macchivan-type artificial muscles 1 to 10 are attached and other parts. In addition, a magic band is embedded so as to be wound around the lower limb portion, and there is an orthopedic appliance. As another example, there is a form in which an orthosis comprising the supporters Sa to Sd in FIG. In any case, the trouser trousers have a form that fits any body shape and can be easily attached and detached. The shape of the artificial muscle may be a muscle-like flat shape composed of several small air muscles other than one large cylindrical shape.
The air compressor of the gas supply / exhaust device preferably employs a small portable compressed air tank, which is made of FRP material or soft new material. The air pressure controller and the computer that controls the air pressure controller are preferably miniaturized. Compressed air supplied from a small portable compressed air tank is controlled by a small air pressure controller connected to a small computer, and the air pressure supplied to the artificial muscle is based on data from sensors attached to the trouser trousers. The trousers are also equipped with waist and shoulder bands so that it can be expanded and contracted by changing it so that bipedal walking function recovery and assistance can be performed.
A portable small computer, a portable small compressed air tank, and a portable small pneumatic controller may be arranged on the band, or may be carried on the back. In particular, it may be better to hold the elderly person's posture on his back so as not to bend as much as possible.
Regarding the arrangement and shape, various shapes are conceivable, such as a shape that bears on the back that brings about health improvement by correcting the posture, and a shape that enhances convenience, comfort, or exercise promotion.
In the present invention, the McKiban artificial muscle to be embedded in the trouser trousers is as follows.
There are currently three types of artificial muscles. In other words, conductive polymer actuators (ICPF), polymer gels, etc. are expanded and contracted by chemical reaction, but they are small and have little force. Metal-based artificial muscle (biometal fiber) expands and contracts its length with an electric current, but is small and small in force. A flexible actuator (Macchivan-type artificial muscle) expands and contracts its length by air pressure, but its shape is arbitrary and its force is large. Macchivan-type artificial muscle is made of rubber and mesh-like fibers. When compressed air is not applied, that is, if the inner diameter of the cylinder when the air pressure is 0 is 1 and the length is 1, the maximum compressed air pressure is applied. The muscle has an inner diameter that increases (eg, 1.3) and a length of 0.7. McKibban artificial muscles can move human muscles and joints efficiently and smoothly compared to the other two types of artificial muscles.
In the present invention, the McKiban type artificial muscle arrangement form on the trouser trousers is as follows.
As shown in Fig. 1 and Fig. 2, eleven McKiban artificial muscles 1-10 are necessary for bipedal function recovery and assistance, but in the case of rehabilitation for the purpose of functional recovery of muscles and bones in certain parts Can remove some of the artificial muscles.
Next, as shown in FIG. 6, names are given to the McKiban artificial muscles shown in FIGS. In FIG. 6, it is attached to the aggregate directly. However, in the case of the muscle luther, the artificial muscles straddle each of the supporters replacing the aggregate, that is, SP1 to SP9 in FIG. 1 and Sa to Sd in FIG. What is necessary is just to connect and fix both ends.
The arrangement of each McKivan type artificial muscle conforms to the arrangement of muscles in the case of humans. In the following, using the names of artificial muscles attached in FIG. 6, the essential reasons for 11 artificial muscles of 1 to 10 for one leg and 22 artificial muscles for two legs in total will be described.
Artificial muscle 1 ', corresponding to the Achilles tendon, is essential for maintaining body balance, running, and jumping on two legs. The artificial muscle 1 that corresponds to the peroneus muscle (long and short) on the outside of the ankle and the artificial muscle 2 that corresponds to the tibial muscle on the inside (front and back) of the ankle are necessary to maintain the balance of the body It is indispensable for the movement of moving inward and outward. Artificial muscles 1 and 2 are paired to perform a movement that rotates the foot left and right around the ankle. The artificial muscle 3 corresponding to the anterior tibial muscle is essential for moving the tip up and down for the above purpose. Artificial muscle 4 corresponding to the triceps surae muscle (Fukuhakugi muscle) is essential for expanding and contracting the knee from the heel for the above purpose. The artificial muscle 5 corresponding to the quadriceps muscle is essential for extending the shin bent backward for the above purpose. Artificial muscle 6 corresponding to hamstrings is essential for bending the shin back for the above purpose. Artificial muscles 5 and 6 are paired with each other around the waist. Artificial muscle 7 corresponding to the gluteal muscle is essential for bending the thigh back for the above purpose. The artificial muscle 8 corresponding to the iliopsoas muscle is indispensable for extending the thigh bent backward and raising it for the above purpose. Artificial muscles 7 and 8 are paired with each other and have a circular motion in which the thighs are lifted up and down around the waist, and are pulled up and down. For the above purpose, the artificial muscle 9 corresponding to the gluteus medius (including the gluteus medius) is indispensable for bending the thigh outward around the waist. The artificial muscle 10 corresponding to the adductor muscle (including the pubic muscle) is indispensable for bending the thigh inward about the waist for the above purpose. Artificial muscles 9 and 10 are paired with each other and have a circular motion in which the thighs are raised and lowered left and right around the waist. The arrangement form of 22 artificial muscles attached to the trouser trousers shown in FIG. 1 or the orthosis shown in FIG. 2 is the same as the arrangement form shown above, and the same parts are denoted by the same reference numerals.
The trouser according to the present invention is a device characterized in that the material constituting the trouser is lightweight and portable, and the arrangement form of the artificial muscle to be embedded is walking on two legs like a person when there are two legs. If you do not have one or two legs, you can restore the walking function and assist, and if you wear a brace on the prosthetic leg of that part, you will have a structure with artificial muscles so that you can walk on two legs In addition, it has a functional feature that enables various operations such as walking, running, standing, sitting, jumping and bouncing as smoothly as a person.
In particular, it is a type that wraps around the lower limbs (including feet) as shown in Fig. 2 and is equipped with a magic band (consisting of a fine elastic hook implantation band and a catching ring implantation band) on the stopper. The form of the orthosis to which artificial muscles 1 to 10 are attached is also suitable for rehabilitation for restoring and maintaining the bone and muscle functions of the bedridden person's legs.
In the present invention, typical examples of lower limb motion control software are as follows.
Compressed air supplied by an air compressor connected to a 100V power supply is supplied to the pneumatic controller. In order to supply the supplied compressed air to the tubes attached to each of the 22 macchivan-type artificial muscles, 11 on one leg arranged in the muscle luther, the tube side is connected to a pneumatic controller. In order to control the movement of the lower limbs, the pressure of the compressed air of the Macchivan-type artificial muscle supplied from 22 tubes is controlled by a computer connected to the pneumatic controller via USB by changing the opening / closing angle of the valve. The opening / closing angle of the valve can be changed by a voltage up to 0V-5V (corresponding to a value of 0-125). 0V corresponds to air pressure of 0.5V, and 5V corresponds to safe maximum air pressure.
In order to extend and contract the right shin, which is a part of the lower limb, the computer compresses the artificial muscle 6 with an arbitrary pressure to the artificial muscle 6 corresponding to the hamstrings, and the shin is bent backward. In order to return the shin from the state, the air pressure of the artificial muscle 6 is set to zero. By repeating this, it is possible to create a telescopic motion control pattern that bends and stretches the shin.
Other complicated operations, for example, bipedal stretching, stepping, walking, etc. can be generated by a computer by controlling all artificial muscles simultaneously as described above.
If the air compressor and power supply are replaced with a small portable compressed air tank, and the pneumatic controller is replaced with a portable pneumatic controller, then the mast rouser becomes portable. The basic logic of portable artificial muscle control is exactly the same as when it is not portable.
The extension movement pattern of each of the 22 Macchiban-type artificial muscles for biped walking is more complicated than the above-mentioned extension pattern of the shin. The extension pattern is described in Japanese Patent Application No. 2004-198467 Humanoid Robot (2004.7.15 ) In detail.
Based on the extension / contraction program for each of the 22 artificial muscles, it is possible to generate and execute a control pattern that takes in the functional characteristics of a human foot and restores the biped walking function or assists the biped walking function. The artificial muscle expansion / contraction pattern of the above-mentioned Japanese Patent Application No. 2004-198467 can be used as a control method for a biped walking orthosis of a person without a lower limb.

本発明の実施例を図1〜図5と共に詳述する。
図1に、人の下肢部を動かす複数の前記の人工筋肉1〜10を埋め込んだマッスルトラウザ100を示し、図3に人工筋肉を自由自在に伸縮するための空気圧縮器401、空気圧制御器402、電源403、圧力センサー等の各種センサー(図示せず)、上記人工筋肉の動作や運動を可能にする制御ソフトウエアを組み込んだコンピュータ404からなる制御システムを示す。
2足歩行機能補助用具と2足歩行機能回復用具のシステムは同じであるが、機能補助用具は人が用具を着用し移動可能にするため、空気圧縮器401と電源403と、小型軽量の携帯用圧縮空気タンク、空気圧制御器402を小型軽量の携帯用空気圧制御器、コンピュータ404を小型のワンボードマイコンまたはワンチップマイコンに取り替えることが好ましい。歩行機能回復ではどちらでも良い。
図1には、SAにズボン片S1〜S9を連結して構成したトラウザ100の正面を示し、Aにズボン片S1〜S9に複数の前記名称の人工筋肉1〜10を取り付けて埋め込んだマッスルトラウザ100の正面図を示し、Bにその背面図を示し、Cに着用時正背面図を示し、Dに複数の人工筋肉1〜10を埋め込んだマッスルトラウザ100の右側面外側図を示し、Eにその右側面内側図を示し、Fに着用時側面図を示す。
トラウザ100にはゴムまたは新素材などが埋め込まれている。
図2に前記した複数の人工筋肉1〜10を配置した装着用具を示す。この装着用具を図示していないトラウザの表面と裏面の間に埋め込んでも良いし、そのまま、通常のトラウザ風衣類或いは体に直接着用しても良い。図2には人工筋肉1〜10とそれらを接続保持する巻付式で止具にマジックバンド(微細な弾性フック植付帯とリング式引掛かりリング植付帯との組合体)を取り付けたサポータSa〜Sdと人工筋肉1〜10のみ示す。サポータSa〜Sdは腰部用Sa、大腿部用Sb、脛部用Sc、足首部用Sdからなり軽量柔軟で高強度な素材(金属等を含む)からなる。
図4にコンピュータ404に表示の制御ソフトウエア画面例を示す。
図4の制御ソフトウエアは、図1に示す複数の人工筋肉1〜10の11本の空気チューブを図3に示す空気圧制御器402に接続し、各種制御信号を空気圧制御器402に出し、装着用具そのもの、それを埋め込んだマッスルトラウザ100、該トラウザ100に埋め込んだ人工筋肉1〜10の各部を自由自在に伸縮操作して、各種動作や歩・走行、跳躍などの運動の補助を行わせる。
健常者の各種動作や歩走行、跳躍などの機能補助用具として用いる場合と高齢者・障害者の歩行機能回復用具としてもちいる場合の制御ソフトウエアは異なるがそれぞれの制御ソフトウエアが組み込まれている。
図1において、トラウザ100の正面の片方に3本合計6本の人工筋肉が膝関節、足首関節、股関節が動くように配置され、点線の部分にサポータが埋め込まれている。勿論サポータは長時間の2足歩行を行っても健康や不愉快感を与えず、快適感を与えるような物が用いられている。又図1に示されているように背面の片方に4本合計8本、側面の片方に4本合計8本の人工筋肉が膝関節、足首関節、股関節が動くように配置され、点線の部分は正面のサポータの部分である。トラウザの人工筋肉数は22本である。勿論、複雑な動きを実現する要求がある場合はさらに人工筋肉数を増やすことも可能である。なお、図1に示されている2本の支持バンドはトラウザを肩で支える為にある。当然他のタイプの支持バンドB1、B2を用いても良い。図2は複数の人工筋肉を配置した装着用具の形態をしめす。用いる素材は色々なものを用いてよい。機能は図1と本質的には同じであるが、用途は若干異なる。
<実験例>
実際に、人の代わりに、2足歩行ヒューマノイドロボットを用いて実験を行い、色々な動作を行わせた結果、マッスルトラウザの独創性、新規性があり、産業上の効果が非常に大であることが確認できた。又、人が着用し人工筋肉を伸縮させ足の動きを補助する簡単な実験を行った結果その有用性が確かめられた。
図5にコンピュータ404に表示した簡単な屈伸プログラムの1例の実行画面を示す。この実行画面で「ホームポジション実行」(ホームポジションも幾通りもあるがここでは1つのホームポジション)ボタン501をクリックするとヒューマノイドロボットに装着した図1及び図2に示す2足歩行の人工筋肉が伸縮し、立った状態になり、「屈の実行」ボタン502をクリックするとホームポジションの状態の人工筋肉の圧力から伸縮し屈、すなわち、しゃがんだ状態になる。再び、「ホームポジション実行」ボタン501をクリックすると、立った状態になる。それぞれのボタンを1回ごとにクリックすると屈伸を繰り返す。又図5には「圧(圧空)を抜く」のボタン503もあるが、このボタンをクリックすると人工筋肉の供給圧力が零となり、人工筋肉が伸びた状態になる。人の場合も同じである。
ここには示していないが各種動作や、足踏み、歩行、走行、跳躍運動も同様に制御プログラムで人工筋肉の圧をかえ伸縮することによりして行える。図5の屈伸プログラムや各種動作や運動の制御プログラムについての説明は省略する。
An embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
FIG. 1 shows a masstrouser 100 in which a plurality of artificial muscles 1 to 10 for moving a person's lower limbs are embedded. FIG. 3 shows an air compressor 401 and a pneumatic controller 402 for freely expanding and contracting the artificial muscles. , A power supply 403, various sensors (not shown) such as a pressure sensor, and a control system including a computer 404 incorporating control software that enables movement and exercise of the artificial muscle.
The biped walking function assist device and the biped walking function recovery device have the same system, but the function assisting device allows the person to wear and move the device. It is preferable to replace the compressed air tank, the pneumatic controller 402 with a small and lightweight portable pneumatic controller, and the computer 404 with a small one-board microcomputer or one-chip microcomputer. Either can be used to restore walking function.
FIG. 1 shows a front view of a trouser 100 configured by connecting SA to trouser pieces S1 to S9, and A shows a mustrouser with a plurality of artificial muscles 1 to 10 having the above-mentioned names embedded in trouser pieces S1 to S9. 100 shows a front view of B, B shows its rear view, C shows a front rear view when worn, D shows an outer view of the right side of the muscle trouter 100 in which a plurality of artificial muscles 1 to 10 are embedded, and E The right side inner side view is shown, and F is a side view when worn.
Rubber or new material is embedded in the trouser 100.
FIG. 2 shows a wearing tool in which the plurality of artificial muscles 1 to 10 are arranged. This wearing tool may be embedded between the front and back surfaces of a trouser (not shown), or may be directly worn on a normal trouser clothing or body. Fig. 2 shows supporters Sa to which artificial muscles 1 to 10 are attached and a magic band (a combination of a fine elastic hook planting ring and a ring-type hook ring planting band) is attached to the fastener. Only Sd and artificial muscle 1-10 are shown. The supporters Sa to Sd are made of lightweight, flexible, and high-strength materials (including metals), which include Sa for waist, Sb for thigh, Sc for shin, and Sd for ankle.
FIG. 4 shows an example of a control software screen displayed on the computer 404.
The control software shown in FIG. 4 connects 11 air tubes of the plurality of artificial muscles 1 to 10 shown in FIG. 1 to the pneumatic controller 402 shown in FIG. The tool itself, the masstrouser 100 in which it is embedded, and each part of the artificial muscles 1 to 10 embedded in the trouser 100 are freely expanded and contracted to assist various movements, exercises such as walking, running, and jumping.
The control software is different when using it as a function assisting tool for various movements, walking, jumping, etc. of healthy people, and when it is used as a walking function recovery tool for the elderly and disabled, but each control software is incorporated. .
In FIG. 1, a total of six artificial muscles are arranged on one side of the front of the trouser 100 so that the knee joint, ankle joint, and hip joint move, and a supporter is embedded in the dotted line portion. Of course, a supporter is used that does not give health or unpleasant feeling even when walking on two legs for a long time and gives comfort. In addition, as shown in FIG. 1, four artificial muscles, four on one side and four on one side, a total of eight artificial muscles are arranged so that the knee joint, ankle joint, and hip joint move. Is the part of the front supporter. Trouser has 22 artificial muscles. Of course, the number of artificial muscles can be further increased when there is a demand for realizing complex movements. The two support bands shown in FIG. 1 are for supporting the trousers with shoulders. Of course, other types of support bands B1 and B2 may be used. FIG. 2 shows a form of a wearing tool in which a plurality of artificial muscles are arranged. Various materials may be used. The function is essentially the same as in FIG. 1, but the application is slightly different.
<Experimental example>
In fact, instead of human beings, we conducted experiments using a biped walking humanoid robot, and as a result of performing various actions, the originality and novelty of the Mastrudra were great, and the industrial effect was very large. I was able to confirm. Moreover, as a result of a simple experiment in which a person wears and stretches an artificial muscle to assist the movement of the foot, its usefulness has been confirmed.
FIG. 5 shows an execution screen of an example of a simple bending / stretching program displayed on the computer 404. On this execution screen, click the “Home position execution” (Home position is one, but here is one home position) button 501 to expand and contract the biped artificial muscles shown in FIGS. 1 and 2 attached to the humanoid robot. When the “execute bending” button 502 is clicked, the body is stretched and bent from the pressure of the artificial muscle in the home position, that is, crouched. When the “execute home position” button 501 is clicked again, the user stands. Click each button once and it will bend and stretch. In FIG. 5, there is also a button 503 for “removing pressure (pressure air)”. When this button is clicked, the supply pressure of the artificial muscle becomes zero, and the artificial muscle is stretched. The same is true for people.
Although not shown here, various operations, stepping, walking, running, and jumping movements can be similarly performed by changing the pressure of the artificial muscle with a control program. A description of the bending / extending program, the various operation and motion control programs in FIG. 5 is omitted.

本発明は、複数の人工筋肉を埋め込んだ足と一体になったズボン(トラウザ)の人工筋肉を自由自在に伸縮することにより、従来の歩行補助やリハビリ用具では得られなかった柔らかく優しい歩行動作を可能にし、更に下肢行動範囲に制限がない点で広範に用いられ人の生活を快適にし、産業上の新しいブレークスルーをもたらすなど優れた効果を得ることが出来る。
本技術の産業上の利用分野としては、幾つかの例として次のような分野が考えられるが、これら以外にも利用分野は多数考えられる。
(1)2足歩行機能補助により人の生活を支援する分野や福祉分野
(2)疾病後の1足または2足の機能回復により運動機能を回復する分野
(3)ホームランドセキュリテイ分野、防衛分野
(4)サービス分野、案内業務分野、娯楽分野、その他色々な分野
The present invention freely expands and contracts the artificial muscles of the trousers (trousers) integrated with a foot embedded with a plurality of artificial muscles, thereby making it possible to perform a soft and gentle walking action that cannot be obtained with conventional walking aids and rehabilitation tools. In addition, it can be used extensively in that there is no restriction on the range of movement of the lower limbs, making it possible to obtain a superior effect such as making human life comfortable and bringing about a new industrial breakthrough.
As examples of industrial application fields of the present technology, the following fields are considered as some examples, but there are many other application fields.
(1) Fields that support human life with biped walking function assistance and welfare field (2) Fields that recover motor function by function recovery of one or two legs after illness (3) Homeland security field, defense field (4) Service, guidance, entertainment, and other fields

複数の人工筋肉を埋め込んだズボン(トラウザ)(各種センサー省略)Trousers with multiple artificial muscles (trousers) (various sensors omitted) 複数の人工筋肉を配置した装着用具Wearing device with multiple artificial muscles 人工筋肉伸縮制御システム構成図Configuration diagram of artificial muscle expansion and contraction control system コンピュータ404に表示の制御ソフトウエア画面例Example of control software screen displayed on computer 404 コンピュータ404に表示した屈伸プログラムの1例の実行画面例Example of execution screen of bending and stretching program displayed on computer 404 人工筋肉を直接骨材に取り付けた各面からの説明図である。It is explanatory drawing from each surface which attached the artificial muscle directly to the aggregate.

符号の説明Explanation of symbols

1〜10 チューブ式の人工筋肉
100 マッスルトラウザ
401 空気圧縮器
402 空気圧制御器
403 電源
404 コンピュータ
S1〜S9 サポータ
Sa〜Sd サポータ
B1、B2 支持バンド
1' アキレス腱
1 (長、短)腓骨筋
2 (前、後)頸骨筋
3 前脛骨筋
4 下腿三頭筋(フクラハギの筋肉)
5 大腿四頭筋
6 ハムストリングス
7 大殿筋
8 腸腰筋
9 中殿筋(小殿筋を含む)
10 内転筋(恥骨筋を含む)

1-10 Tube type artificial muscle
100 Masstrause
401 air compressor
402 Pneumatic controller
403 power supply
404 computer
S1-S9 supporter
Sa ~ Sd Supporter
B1, B2 support band
1 'Achilles tendon
1 (long, short) peroneus
2 (front and back) tibial muscle
3 Anterior tibial muscle
4 triceps surae muscle
5 quadriceps
6 Hamstrings
7
8 iliopsoas muscle
9 Middle gluteus (including gluteus medius)
10 adductor muscle (including pubic muscle)

Claims (2)

人の下半身の少なくとも腰部、大腿部、脛部、足部に着脱可能にしたマッジクバンドの付いた巻付式サポータに、複数本のマッキバン型人工筋肉を伸縮自在に配設し、前記マッキバン型人工筋肉の各々に気体を給排し伸縮運動させる気体給排装置を付設したことを特徴とするマッスルトラウザ。 A plurality of McKiban type artificial muscles are telescopically arranged on a wrapping type supporter with a magic band that can be attached to and detached from at least the waist, thighs, shins, and feet of the lower body of the human body. A mass-trouser characterized in that a gas supply / exhaust device for supplying / extracting gas to each of the artificial muscles to expand and contract is attached. 人の下半身の少なくとも腰部、大腿部、脛部、足部を一体的に履くトラウザズボンに、複数本のマッキバン型人工筋肉を伸縮自在に配設し、前記マッキバン型人工筋肉の各々に気体を給排し伸縮運動させる気体給排装置を付設したことを特徴とするマッスルトラウザ。
A plurality of macchivan-type artificial muscles are arranged to be stretchable on a trouser trouser that wears at least the waist, thigh, shin, and feet of the lower body of a person, and gas is supplied to each of the macchivan-type artificial muscles. A mass-trouser characterized in that a gas supply / exhaust device for supplying / discharging and extending / contracting movement is attached.
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