JP2007167484A

JP2007167484A - 筋力補助装置

Info

Publication number: JP2007167484A
Application number: JP2005371447A
Authority: JP
Inventors: Keisuke Ueda; 慶輔植田; Hiromichi Fujimoto; 弘道藤本; Takeshi Shirogaichi; 剛城垣内
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2005-12-26
Filing date: 2005-12-26
Publication date: 2007-07-05
Anticipated expiration: 2025-12-26
Also published as: JP4407632B2

Abstract

【課題】小型かつ軽量であるので利用者の動作範囲を限定せず、かつ、リンク機構を用いずに力の伝達を行え、利用者の屈曲運動に対して可動範囲を邪魔せず、装着性、および、安全性の高い筋力補助装置を提供する。
【解決手段】上記課題を解決するため本発明の筋力補助装置は、利用者の人体を囲む外骨格と前記外骨格を利用者の人体に装着せしめる衣服部と前記外骨格を動作せしめるアクチュエータと前記アクチュエータを動作せしめる駆動源と前記駆動源を制御する機器を備えた筋力補助装置であるので、コンパクトに全身に装着することが可能な装具であり、装着性を向上させることが可能であり、利用者の屈曲運動に対して、その範囲に前記アクチュエータ等をはさまないので、可動範囲を邪魔しない。
【選択図】図１

Description

本発明は、筋力補助装置に関するもので、人間の動作に対して、筋力を補助するものである。

近年、高齢化社会となってきており、介護や福祉分野において、介助者、被介護者双方に筋力の補助が必要となってきている。また、労働作業や日常作業においても、重量物を持ち上げる作業は多く見られる。下記の特許文献１では、日常生活に必要な基本動作ができない被介護者を抱き起こしたりするなどの介護作業において、介護者の筋力を補助する装置が開示されている。特許文献１で開示されている筋力補助装置は、利用者が両腕、胴体、両足にバンドなどによって筋力補助装置を固定することによって装着し、空気圧アクチュエータとリンク機構により利用者の筋力を補助する。
特開２０００−５１２８９号公報

しかしながら、前記従来の筋力補助装置では、大型なため、利用者が容易に装着できるものとは推測しがたい。特に、前屈運動を伴う作業時に背筋と腹筋の筋力を補助するリンク機構と空気圧アクチュエータが利用者の後方に大きく張り出して設けられているため、利用者の作業に支障をきたすことも多いと考えられる。また、リンク機構であるため、利用者の関節の動きと異なる動作をした場合、利用者に被害を及ぼす可能性もある。また、肩の関節を動作させる筋力の補助については、考えられておらず、挙上や内旋、外旋といった動作の補助を出来ないと推測されるといった課題が存在する。

上記課題を解決するため本発明の筋力補助装置は、利用者の人体を囲む外骨格と前記外骨格を利用者の人体に装着せしめる衣服部と前記外骨格を動作せしめるアクチュエータと前記アクチュエータを動作せしめる駆動源と前記駆動源を制御する機器を備えた筋力補助装置であるので、コンパクトに全身に装着することが可能な装具であり、装着性を向上させることが可能である。

請求項２に記載の筋力補助装置は、フレームや軸を持たない樹脂製の外骨格を衣服に接続することにより、課題であった重量を軽減し、また、大きなはりだしがないので、行動範囲や利用範囲の制限を受けにくくし、装着性を向上させることが可能となる。また、外骨格は衣服に接続されているだけなので、アクチュエータ動作時に衣服の生地が伸びる範囲で自由度を持って動作することによって、利用者の各関節の動作を妨げることなく筋力の補助を行うことを可能とする。

請求項３に記載の筋力補助装置は、外骨格やアクチュエータが利用者の関節上の屈曲側に無いことで、利用者の屈曲の邪魔をせずに筋力を補助することが可能となる。

請求項４に記載の筋力補助装置は、前記アクチュエータが空気圧をかけると径方向に膨張し、軸方向に収縮して出力を得る空気圧式ゴム人工筋であり、前記駆動源が空気圧源であり、前記制御機器が前記空気圧源より、前記空気圧式ゴム人工筋に流入する空気圧を制御することにより、前記空気圧式ゴム人工筋を動作させる。前記空気圧式ゴム人工筋は、収縮限界を超えて関節を回動することが無いので、利用者の関節に負担が少なく、安全性を確保した筋力補助装置を実現する作用を有する。

この発明によると、一定位置において筋力補助装置を止めておく場合、回転機とは違い、エネルギーを消費しないという効果がある。

請求項５に記載の筋力補助装置は、前記衣服もしくは前記外骨格に人体の動きを検知するセンサを搭載することにより、利用者の動作意図を検知し、追従して動作する作用を有する。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施の形態１）
図１は、本発明に係る筋力補助装置を記したものである。

図１に示すように、本発明の筋力補助装置は、衣服（図示せず）に接続された外骨格と外骨格に接続された空気圧式ゴム人工筋からなる。外骨格の肩から腕にかけては、肩プレート１、上腕背面プレート２、上腕側面プレート３、４、肘プレート５、前腕背面プレート６、および、前腕側面プレート７、８よりなる。また、外骨格の肩から腰にかけては、肩プレート１に近接した鎖骨プレート９、胸プレート１０、背中プレート１１からなる。利用者の各関節の伸展側には、プレートを配置して関節可動域を超えないようにするとともに、屈曲側については、プレートを配置せずに利用者の関節可動域について低減させないようにする。

空気圧式ゴム人工筋は、各関節をまたいで外骨格同士をつなぐように配置される。その際、屈曲側には空気圧式ゴム人工筋を配置せずに利用者の関節可動域について低減させないようにする。外骨格は衣服に接続されているだけなので、空気圧式ゴム人工筋は動作時に衣服の生地が伸びる範囲で自由度を持って動作し、各関節周りに力を補助する。

利用者の肩の筋力補助について、図３を用いて説明する。利用者が肩の外転を行うときに、上腕背面プレート２、および、上腕側面プレート３，４に具備され利用者の上腕に装着するためのバンド１０１に内蔵されたセンサ２０１が、利用者の肩の動きを検知し、制御部に情報を伝達し、制御部より出された信号をもとに、空気圧式ゴム人工筋３０１、３０２、および、３０３を駆動することにより、鎖骨プレート９と上腕側面プレート３をつなぐ肩プレート１がそれぞれつきあい、上腕側面プレート３を引き上げることにより、利用者の肩の外転の筋力を補助する。このとき、空気圧式ゴム人工筋３０４が鎖骨プレート７同士を引っ張り、反対の肩を基点に力が発生するため上腕側に引っ張られない。さらに、利用者が挙上を行うに際して、バンド１０１に内蔵されたセンサ２０1が、利用者の動きを検知し、制御部に情報を伝達し、制御部より出された信号をもとに、前記が移転のために駆動する空気圧式ゴム人工筋３０１、３０２、３０３とともに空気圧式ゴム人工筋３０４、３０５、および、３０６を駆動することにより、利用者の挙上のための筋力を補助する。利用者の肩の前傾についても同様に、鎖骨プレート７と上腕側面プレート３を空気圧式ゴム人工筋３０４、３０５が引っ張ることにより、肩の前傾の筋力を補助する。

次に、利用者の上肢の筋力補助についてであるが、上腕背面プレート２、および、上腕側面プレート３、４に具備され利用者の上腕に装着するためのバンド１０１に内蔵されたセンサ２０２が、利用者の肘の屈曲による筋肉の動きを検知し、制御部に情報を伝達し、制御部より出された信号をもとに、空気圧式ゴム人工筋３０７を駆動することにより、上腕側面プレート３、４を力点とし、前腕側面プレート７、８を引き上げることにより、利用者の肘の屈曲するための筋力を補助する。また、利用者の屈曲した腕の伸展に際して、バンド１０１に内蔵されたセンサ２０３が、筋肉の動きを検知し、制御部に情報を伝達し、制御部より出された信号をもとに、肘プレート５につながる上腕背面プレート２、および、前腕背面プレート６に接続された空気圧式ゴム人工筋３０８を駆動することにより、上腕背面プレート２および、前腕背面プレート６が肘プレート５を介してつきあうことにより、空気圧式ゴム人工筋３０８の力を利用者の肘関節に伝達し、伸展するための筋力を補助する。

以上に本発明を用いた動作の一実施例を説明してきた。特に上肢および、肩の筋力の補助について説明してきたが、下肢に適用しても同様の効果が得られ、外骨格の下肢の終端を地面と接することにより、筋力補助装置の自重、および、アクチュエータの反作用力を地面に逃がすという作用を有する。また、外骨格を動作せしめるためのアクチュエータについて空気圧式ゴム人工筋を用いて説明してきたが、モータとギアなどのその他のアクチュエータを用いても同様の効果が得られる。また、簡単のために、各部について別々の動作およびセンサ検出について述べてきたが、それぞれ、個別もしくは、複数のセンサの情報を用いて個別もしくは、複数の空気圧式ゴム人工筋を動作せしめても、同様もしくは、それ以上の効果が得られる。また、全身について説明してきたが、各部位を切り離して、それぞれで動作し、筋力の補助をすることも可能である。

本発明にかかる筋力補助装置は、人体に装着し、全身の筋力を補助する装置であるので、重量物を持ち上げる作業に使用可能となる。工場での運搬や、引越し業者等の産業の用途にも同様に応用展開可能である。また、柔らかい空気圧式ゴム人工筋を使用すれば、患者を抱きかかえるなどの、医療や介護分野にも応用展開可能である。さらに、アクチュエータを補助だけではなく、負荷として作用させることにより、エクソサイズやトレーニングなどのスポーツ分野やリハビリテーション分野にも応用展開可能である。

本発明の実施の形態１における筋力補助装置を利用者が装着した正面側の斜視図本発明の実施の形態１における筋力補助装置を利用者が装着した背面側の斜視図

符号の説明

１肩プレート
２上腕背面プレート
３、４上腕側面プレート
５肘プレート
６前腕背面プレート
７、８前腕側面プレート
９鎖骨プレート
１０胸プレート
１１背中プレート
１０１、１０２装着用バンド
２０１肩動作検知センサ
２０２肘動作検知センサ
３０１〜３０８空気圧式ゴム人工筋

Claims

利用者の人体を囲む外骨格と前記外骨格を利用者の人体に装着せしめる衣服部と前記外骨格を動作せしめるアクチュエータと前記アクチュエータを動作せしめる駆動源と前記駆動源を制御する制御機器を備えた筋力補助装置。
前記外骨格が、前記衣服に設置された樹脂製のプレートで構成されて、フレーム及び軸を有さずに前記アクチュエータ動作時に関節をまたいで配置される前記プレート同士がつき合わされる、もしくは、利用者の関節をまたいで引きあうことで、利用者の筋力を補助することを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
前記外骨格、および、前記アクチュエータが、利用者の関節上において、屈曲側には配置されないことを特徴とする請求項１もしくは２に記載の筋力補助装置。
前記アクチュエータが空気圧をかけると径方向に膨張し、軸方向に収縮して出力を得る空気圧式ゴム人工筋であり、前記駆動源が空気圧源であり、前記制御機器が前記空気圧源より、前記空気圧式ゴム人工筋に流入する空気圧を制御することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の筋力補助装置。
前記衣服もしくは前記外骨格に人体の動きを検知するセンサを搭載することを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の筋力補助装置。
前記センサが位置センサ、力覚センサ、トルクセンサ、重力センサ、重力加速度センサ、速度センサ、加速度センサ、角度センサ、角速度センサ、音声センサ、筋電位センサ、変位センサ、圧力センサ、ひずみゲージ、流量センサ、温度センサ、湿度センサ、静電気センサ、赤外線センサ、光電センサ、振動センサ、衝撃センサ、電流センサ、電圧センサ、磁気センサ、超音波センサ、脳波センサのいずれかであることを特徴とする請求項５に記載の筋力補助装置。