JP2009112448A - パワーアシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】身体に装着されるパワーアシスト装置の使用に際し、特に非常時における信頼性を的確に確保、維持することのできるパワーアシスト装置を提供する。
【解決手段】このパワーアシスト装置は、使用者の脚部の膝を挟んで装着される装着部１０と、電動モータによってこの装着部１０を所要に駆動する駆動部２０とを有して使用者の膝の運動を司る筋力をアシストする。ここでは、使用者の例えば右手に着用される手袋１３０の親指の爪及び小指の腹に各々対応する部分に電極１２０ａ及び１２０ｂを設け、それらの接触の有無に基づいて日常では起こり難い親指の爪を小指の腹に付ける運動が行われたか否かを検知する。そして、使用者によるこうした特定の運動が検知されることに基づいて駆動部２０による装着部１０の駆動を強制的に非能動とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、使用者の身体の特定の関節を挟むように装着されて使用者の特定の関節の運動を司る筋力をアシストする装着型のパワーアシスト装置に関する。

従来、この種のパワーアシスト装置としては、例えば特許文献１に記載の装置がある。この特許文献１に記載のパワーアシスト装置は、使用者の脚部に対し膝を挟むように装着されてその筋力を補うものであり、特に使用者が階段等を昇り歩行する際にその脚部の筋力を補助するように機能する。図５に、この特許文献１に記載のパワーアシスト装置についてその斜視構造を示す。

図５に示されるように、このパワーアシスト装置は、使用者の脚部に対し膝を挟むように装着される部分である装着部１０を電動モータを有する駆動部２０を通じて駆動することによって使用者の膝の伸長運動（軸足で体重等を支えたかたちで、一段下段にある体全体を上段へ引き上げる動作）をアシストする装置である。

ここで、装着部１０は、使用者の大腿部に装着される部分である大腿用装着部１１と、使用者の臑部に装着される部分である臑用装着部１２とからなり、これら大腿用装着部１１と臑用装着部１２とが動力伝達腕１３，１４を介して連結されている。この動力伝達腕１３，１４は、それらの基端側の部分が大腿用装着部１１あるいは臑用装着部１２にそれぞれ固定されるとともに、それらの先端側の部分が互いに回動可能に連結されている。すなわちこの装着部１０は、膝を挟むように装着される上記大腿用装着部１１及び臑用装着部１２が動力伝達腕１３，１４を介して回動可能に連結されている。

また、駆動部２０は、上記動力伝達腕１３，１４に動力を付与することによってこれら動力伝達腕１３，１４を互いに相対回動させるように駆動する部分であり、こうした動力伝達腕１３，１４の駆動を通じて大腿用装着部１１及び臑用装着部１２に上記伸長運動に対応する動きが与えられるようになる。

一方、上記装着部１０には、動力伝達腕１３，１４の屈伸角度、すなわち使用者の膝関節の角度を検出するための角度センサ４０をはじめ、使用者の筋肉の緊張度を検出するための筋電センサ４１、使用者の片足に全体重に相当する負荷が加えられているか否かを検出するための圧力センサ４２等の各種センサが設けられている。そして、これらセンサ４０〜４２による各出力信号は、マイクロコンピュータを中心に構成されて上記駆動部２０の駆動制御を司る制御装置３０に入力される。この制御装置３０は、上記各センサ４０〜４２の出力に基づいて使用者が昇り階段を歩行中であるか否かを判断し、昇り階段を歩行中である旨が判断される場合に、上記動力伝達腕１３，１４が所要とされる屈伸角度及び強さをもって広がるようにその駆動部２０による駆動態様を制御する部分である。

パワーアシスト装置としてのこのような構成により、使用者が昇り階段を歩行する際には、上記駆動部２０から上記装着部１０に付与される動力によって使用者の膝の伸長運動がアシストされるようになる。
特開平７−１６３６０７号公報

ところで、こうした特許文献１に記載のパワーアシスト装置も含め、従来一般のパワーアシスト装置には通常、同装置の稼働／停止を切り替えるためのスイッチ機構が設けられており、例えば同装置を停止させたいとの意思に基づき使用者がこのスイッチ機構を停止操作することによって、同装置の稼働が停止されるようになっている。

ただし、このようなスイッチ機構は通常、給電が必要とされる部分の近傍、すなわち上記特許文献１に記載のパワーアシスト装置であれば上記制御装置３０の近傍、あるいは上記駆動部２０の近傍といったような部分に設けられることが多い。このため、こうしたパワーアシスト装置に何らかの異常が生じたような場合に使用者が咄嗟にスイッチ機構を停止操作することが困難であるなど、その使用に際しての信頼性の確保に関し、いまだ改良の余地を残すものとなっている。

本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、身体に装着されるパワーアシスト装置の使用に際し、特に非常時における信頼性を的確に確保、維持することのできるパワーアシスト装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、使用者の身体の特定の関節を挟んで装着される装着部と、この装着部をアクチュエータによって所要に駆動する駆動部とを有して使用者の特定の関節の運動を司る筋力をアシストするパワーアシスト装置において、使用者の自由運動の可能な部位同士の日常では起こり難い特定の運動を検知する検知手段を備え、該検知手段により前記自由運動の可能な部位同士の前記特定の運動が検知されることに基づいて前記駆動部による前記装着部の駆動を強制的に非能動とすることを要旨としている。

同構成によれば、使用者の自由運動の可能な部位同士、例えば手とその他の部位同士あるいは手の指同士等の日常では起こり難い特定の運動が検知されることで駆動部による装着部の駆動が強制的に非能動とされる。すなわち、使用者が当該パワーアシスト装置の何らかの異常を認知したときに、これら自由運動の可能な部位同士を通じた特定の運動を行うだけで駆動部による装着部の以降の駆動が少なくとも停止されることとなり、ひいては非常時であれその信頼性を的確に確保、維持することができるようになる。しかも、パワーアシスト装置としての同構成によれば、例えば手指で物を掴むなど、使用者の日常的な行為に応動してパワーアシスト装置としての動作が誤って停止してしまうなどの懸念もなく、使用者が上記特定の運動を意図的に行わない限りパワーアシスト装置としての適正な稼働は維持される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のパワーアシスト装置において、前記検知手段は、使用者の自由運動の可能な部位間に装着されてそれら部位同士の前記特定の運動に伴い接触あるいは近接される電極を有し、それら電極の接触もしくは近接に応じた電気的特性の変化に基づいて前記使用者の自由運動の可能な部位同士の前記特定の運動を検知することを要旨としている。

同構成によるように、使用者の自由運動の可能な部位同士の特定の運動の検知をこれら部位間に装着される電極の接触もしくは近接に応じた電気的特性の変化に基づいて検出するようにすれば、装置としてのこうした特定の運動の検知も容易となる。すなわち、その実現が容易となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のパワーアシスト装置において、前記電極が使用者の手の親指の爪及び小指の腹にそれぞれ対応して装着されるものであることを要旨としている。

使用者の自由運動の可能な部位同士の日常では起こり難い特定の運動としては、その顕著な例の一つとして手の親指の爪を小指の腹に付ける、もしくは付けようとする運動がある。したがって、同構成によるように、上記検知手段に用いられる電極を使用者の手の親指の爪及び小指の腹にそれぞれ対応して装着するようにすれば、ここでの例のような日常では起こり難い特定の運動についてその的確な検知を行うことが可能となる。

本発明にかかるパワーアシスト装置によれば、身体に装着されるパワーアシスト装置の使用に際し、たとえ非常時であってもその信頼性を的確に確保、維持することができるようになる。

以下、本発明にかかるパワーアシスト装置の一実施形態について図１及び図２を参照して説明する。図１は、本実施形態にかかるパワーアシスト装置の概略構成をブロック図として示したものであり、はじめに、この図１を参照して、このパワーアシスト装置の構成を具体的に説明する。

同図１に先の図５と同一の符号をもって示すように、このパワーアシスト装置も、基本的には先の図５に例示したパワーアシスト装置と同様、使用者の脚部に対し膝を挟むように装着される部分である装着部１０をアクチュエータ（電動モータ）を有する駆動部２０を通じて所要に駆動することによって使用者の膝の伸長運動をアシストする装置である。すなわち、装着部１０には、実際には使用者の膝関節の角度等を検出するための各種センサが設けられており、これら各種センサによる出力信号が上記駆動部２０の駆動制御を司る制御装置３０に入力される。また、制御装置３０は、これら各種センサの出力に基づいて使用者が昇り階段を歩行中であるか否かを判断し、昇り階段を歩行中である旨が判断される場合に、駆動部２０による装着部１０の駆動態様を制御する。

ここで、制御装置３０には、その近傍に設けられる電源スイッチ１００を介してバッテリ等からなる電源１１０が接続されており、制御装置３０は、この電源１１０により印加される電源電圧Ｖｃｃに基づいてその必要とされる制御動作を行うとともに、内蔵するドライバ回路を通じて上記駆動部２０の駆動（給電）を制御する。また、電源スイッチ１００は、使用者によるオン／オフ操作を通じて当該パワーアシスト装置の稼働／停止を切り替える部分である。

このように、このパワーアシスト装置にあっては、使用者が上記電源スイッチ１００をオフ操作することでその稼働を停止させることはできる。ただし、この電源スイッチ１００の配置にもよるものの、当該パワーアシスト装置に何らかの異常が生じたような場合に使用者が咄嗟に同電源スイッチ１００を停止操作することは困難であることが多い。

そこで、本実施形態にかかるパワーアシスト装置では、通常、使用者の手、特にその指は自由運動が可能であることに着目して、使用者が自身の例えば右手の親指の爪を小指の腹に付けるといった特定の運動を行うことで、上記駆動部２０による装着部１０の駆動が強制的に非能動となるようにしている。ちなみに、このような右手の親指の爪を小指の腹に付けるといった運動は日常では起こり難い運動であるため、誤って装着部１０の駆動が非能動とされる可能性は低い。

以下、図２そして先の図１を参照して、その詳細を説明する。
まずは図２に示すように、このパワーアシスト装置では、使用者の右手に着用される右手用手袋１３０に緊急用スイッチ１２０（１２０ａ，１２０ｂ）を設けている。すなわち、この右手用手袋１３０の表面には、使用者がこの手袋１３０を着用したときに親指の爪が位置する部分に対応して電極１２０ａが、また小指の腹が位置する部分に対応して電極１２０ｂがそれぞれ設けられている。そして、使用者がこの右手用手袋１３０を着用して親指の爪を小指の腹に付ける運動を行うことにより、これら電極１２０ａ及び１２０ｂが互いに接触して緊急用スイッチ１２０がオン操作されるようにしている。

一方、図１に示されるように、上記緊急用スイッチ１２０は、その電極１２０ａが、上記電源スイッチ１００がオン操作されているときに抵抗１２１を介して電源１１０に電気的に接続され、またその電極１２０ｂが、グランド（ＧＮＤ）電位とされている。そして、上記制御装置３０には、適宜の配線を介して上記電極１２０ａに接続される端子Ｐが設けられており、制御装置３０では、電源スイッチ１００がオン操作されている期間、この端子Ｐの電位を監視し、
（ａ）端子Ｐの電位が論理ハイレベルに対応する電位となっている場合には、上記電極１２０ａ及び１２０ｂが互いに接触していない、すなわち上記緊急用スイッチ１２０がオン操作されていない旨を検知する。
（ｂ）端子Ｐの電位が論理ロウレベルに対応する電位（グランド電位）となった場合には、上記電極１２０ａ及び１２０ｂが互いに接触した、すなわち上記緊急用スイッチ１２０がオン操作された旨を検知する。
といった態様で上記緊急用スイッチ１２０のオン／オフ、すなわち使用者による上記運動（操作）の有無を検知する。そして制御装置３０は、同緊急用スイッチ１２０がオン操作さた旨を検知したときには上記駆動部２０への給電を遮断、もしくはその制御機能をリセットして、駆動部２０による装着部１０の駆動を強制的に非能動とする。

パワーアシスト装置としてのこのような構成によれば、使用者が当該装置の何らかの異常を認知し、咄嗟に電源スイッチ１００を操作することができなかった場合であっても、単に手の親指の爪を小指の腹に付けるといった運動を通じて装着部１０の駆動が非常停止されるようになる。このため、同装置としての非常時における信頼性も高く維持されるようになる。

以上説明したように、本実施形態にかかるパワーアシスト装置によれば、以下のような効果が得られるようになる。
（１）使用者の自由運動が可能な部位である手の親指及び小指について、日常では起こり難い運動、すなわち親指の爪を小指の腹に付けるといった運動が検知されることに基づいて駆動部２０による装着部１０の駆動が強制的に非能動とされるようにした。このため、こうしたパワーアシスト装置としての非常時における信頼性も的確に確保、維持されるようになる。しかも、例えば手指で物を掴むなど、使用者の日常的な行為に応動してパワーアシスト装置としての動作が誤って停止してしまうなどの懸念もなく、使用者が上記特定の運動を意図的に行わない限り、パワーアシスト装置としての適正な稼働は維持される。

（２）親指の爪を小指の腹に付ける運動の検知を緊急用スイッチ１２０を構成する電極１２０ａ及び１２０ｂの接触／非接触による電位の変化（論理レベルの変化）に基づいて行うこととした。これにより、こうした運動の検知も容易に、しかも的確に行われることとなる。

（３）上記電極１２０ａ及び１２０ｂについてはこれらを手袋１３０の表面の各対応する部位、すなわち親指の爪に対応する部位及び小指の腹に対応する部位に設けることとした。これにより、使用者がこの手袋１３０を着用するだけでパワーアシスト装置としての上記機能が実現可能となり、実用性も高く維持される。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・緊急用スイッチ１２０の電極１２０ａ及び１２０ｂの各々を手袋１３０に設けるといった構成に代えて、例えば図３に示すように、これら電極１２０ａ及び１２０ｂの各々を一組の指サック１４０に対して設けるようにしてもよい。また、図４に示すように、これら電極１２０ａ及び１２０ｂの各々を一組の指輪１５０に対して設けるようにしてもよい。これらの構成によっても、使用者は、電極１２０ａ及び１２０ｂを装着しようとする際に指サック１４０、あるいは指輪１５０を着用するだけでよいため、電極１２０ａ及び１２０ｂを容易に装着することができるようになる。また、これら指サック１４０あるいは指輪１５０によれば、手の左右を問わずに着用することもできる。なお、このような汎用性を求める場合には、上記手袋１３０についても左手用のもの、あるいは左右両手用のものを用意するようにしてもよい。

・上記実施形態では、使用者の自由運動の可能な部位同士の日常では起こり難い特定の運動として、手の親指の爪を小指の腹に付ける運動を採用するようにした。これに代えて、例えば手の親指の爪を薬指の腹、あるいは小指及び薬指のそれぞれの腹に付ける運動を採用するようにしてもよい。これらの場合には、各々対象となる指の爪あるいは腹にそれぞれ対応して上記電極１２０ａ及び１２０ｂ相当の電極を用意することとなる。また、この特定の運動としては、手の指以外、例えば右手の平もしくは甲を左脚の腿部もしくは膝に付ける運動、同様に左手の平もしくは甲を右脚の腿部もしくは膝に付ける運動なども適宜採用可能である。

・上記実施形態では、上記特定の運動に伴う上記電極１２０ａ及び１２０ｂもしくはそれらに相当する電極間の接触の有無による電位の変化に基づいて同特定の運動を検知するようにした。これに代えて、例えばそれら電極の近接に応じた静電容量の変化、あるいは磁界の変化に起因する電気的特性の変化に基づいて使用者による上記特定の運動を検知するようにしてもよい。こうした検知手段として要は、これら電極の接触もしくは近接に応じた電気的特性の変化に基づいて使用者による上記特定の運動を検知するものであればよい。

・上記実施形態では、使用者の脚部に対し膝を挟むように装着されてその筋力を補うパワーアシスト装置に本発明を適用する場合について例示したが、肘や腰、足首等、使用者の身体の特定の関節を挟んで装着されてそれら関節の運動を司る筋力をアシストするパワーアシスト装置であれば本発明を適用することはできる。
（付記）
次に、上記実施形態及びその変形例から把握できる技術的思想について追記する。

（イ）請求項３に記載のパワーアシスト装置において、前記電極の各々が手袋に対して設けられたものであることを特徴とするパワーアシスト装置。同構成によるように、電極の各々を手袋に対して設けるようにすれば、使用者は手袋を着用するだけでこれら電極を容易に装着することができるようになる。

（ロ）請求項３に記載のパワーアシスト装置において、前記電極の各々が指サックに対して設けられたものであることを特徴とするパワーアシスト装置。同構成によるように、電極の各々を指サックに対して設けるようにしても、使用者は指サックを着用するだけでこれら電極を容易に装着することができるようになる。

（ハ）請求項３に記載のパワーアシスト装置において、前記電極の各々が指輪に対して設けられたものであることを特徴とするパワーアシスト装置。同構成によるように、電極の各々を指輪に対して設けるようにしても、使用者は指輪を着用するだけでこれら電極を容易に装着することができるようになる。

本発明にかかるパワーアシスト装置の一実施形態についてその概略構成を模式的に示すブロック図。 同実施形態のパワーアシスト装置についてその緊急用スイッチを構成する手袋（右手用手袋）の斜視構造を示す斜視図。 同実施形態のパワーアシスト装置についてその緊急用スイッチを構成する部品の変形例を示す斜視図。 同実施形態のパワーアシスト装置についてその緊急用スイッチを構成する部品の他の変形例を示す斜視図。 従来のパワーアシスト装置についてその一例を示す斜視図。

符号の説明

１０…装着部、１１…大腿用装着部、１２…臑用装着部、１３，１４…動力伝達腕、２０…駆動部、３０…制御装置、４０…角度センサ、４１…筋電センサ、４２…圧力センサ、１００…電源スイッチ、１１０…電源、１２０…緊急用スイッチ、１２０ａ，１２０ｂ…電極、１２１…抵抗、１３０…手袋（右手用手袋）、１４０…指サック、１５０…指輪。

Claims (3)

1. 使用者の身体の特定の関節を挟んで装着される装着部と、この装着部をアクチュエータによって所要に駆動する駆動部とを有して使用者の特定の関節の運動を司る筋力をアシストするパワーアシスト装置において、
   使用者の自由運動の可能な部位同士の日常では起こり難い特定の運動を検知する検知手段を備え、該検知手段により前記自由運動の可能な部位同士の前記特定の運動が検知されることに基づいて前記駆動部による前記装着部の駆動を強制的に非能動とする
   ことを特徴とするパワーアシスト装置。
2. 前記検知手段は、使用者の自由運動の可能な部位間に装着されてそれら部位同士の前記特定の運動に伴い接触あるいは近接される電極を有し、それら電極の接触もしくは近接に応じた電気的特性の変化に基づいて使用者の前記自由運動の可能な部位同士の前記特定の運動を検知する
   請求項１に記載のパワーアシスト装置。
3. 前記電極が使用者の手の親指の爪及び小指の腹にそれぞれ対応して装着されるものである
   請求項２に記載のパワーアシスト装置。

Images