JP2014054273A

JP2014054273A - 駆動ユニット及びその駆動ユニットを備えた装着式動作補助装置

Info

Publication number: JP2014054273A
Application number: JP2012199111A
Authority: JP
Inventors: Yoshiyuki Sankai; 嘉之山海; Masahiro Shingu; 正弘新宮
Original assignee: Cyberdyne Inc; University of Tsukuba NUC
Current assignee: Cyberdyne Inc; University of Tsukuba NUC
Priority date: 2012-09-11
Filing date: 2012-09-11
Publication date: 2014-03-27

Abstract

【課題】本発明は装着者への装着作業を容易に行えることを課題とする。
【解決手段】装着式動作補助装置１０は、例えば装着者１２の腰に装着された腰ベルト６０の支持部６２に連結されることで左脚の膝関節に駆動ユニット２０を有する。駆動ユニット２０は、モータ３０と、第１の伝達部材４０と、第２の伝達部材５０とを有する。モータ３０は、装着者１２の左膝関節の側方に配置される。第１の伝達部材４０は、装着者１２の左大腿部に締結部材８０、８２を介して締結され、第２の伝達部材５０は装着者１２の左脛に締結部材９０、９２を介して締結される。生体信号検出センサ１１０，１１２によって検出された検出信号に基づいて、モータ３０を制御する制御信号が生成される。モータ３０のトルクは、アシスト力として伝達部材４０、５０を介して装着者１２の左膝関節に伝達される。
【選択図】図１

Description

本発明は駆動ユニット及びその駆動ユニットを備えた装着式動作補助装置に関する。

例えば下肢の動作がスムーズに行えない障害者が歩行動作をする場合に歩行を補助する装置として、歩行する際に発生される生体電位（筋電位等）による生体信号を検出し、この検出信号に基づいて駆動制御されるモータのトルクを当該装着者に伝達して歩行動作を補助する装着式動作補助装置がある（例えば、特許文献１参照）。この装着式動作補助装置では、腰及び膝の各関節に対応する位置のそれぞれに駆動用モータが取り付けられており、各関節の動きに応じたトルクを発生させるように各モータを駆動し、制御装置によってトルクの大きさ及びトルク伝達タイミングが制御される。

特開２００４−０４５３５４号公報

例えば、膝の手術を行った場合の患者が、歩行訓練を行う前にベッドに寝た状態のまま膝の動作訓練を行うことで膝の機能回復が速まることが期待されている。ところが、従来の装着式動作補助装置は、装着者の下肢全体の動作を補助するように構成されているため、装着者がベッドの上で膝あるいは腰の機能回復訓練（リハビリテーション）を行う場合でも、歩行訓練用の装置を装着することになり、訓練開始前の装着作業に手間と時間がかかり、膝あるいは腰の関節のみの動作訓練を速やかに行うことが難しかった。

そこで、本発明は上記事情に鑑み、上記課題を解決した駆動ユニット及びその駆動ユニットを備えた装着式動作補助装置の提供を目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は以下のような手段を有する。

本発明は、装着者の第１の身体部位と第２の身体部位との間を連結する関節の側方に配置されるモータと、
前記モータの固定子又は回転子の何れか一方を収納する第１のモータハウジングと、
前記モータの固定子又は回転子の何れか他方を収納する第２のモータハウジングと、
前記第１のモータハウジングと一体に形成され、前記第１の身体部位に前記モータのトルクを伝達するための第１の結合部と、
前記第２モータハウジングと一体に形成され、前記第２の身体部位に前記モータのトルクを伝達するための第２の結合部と、
を有することを特徴とする。

本発明によれば、装着者が補助を必要とする任意の関節に駆動ユニットを取り付けて当該関節の機能回復訓練（リハビリテーション）を適宜行うことができるので、駆動ユニットの装着作業が容易に行えることになり、例えば、訓練開始前の装着時間を短縮して、膝あるいは腰の関節の動作訓練を速やかに行うことも可能になる。また、装着者が病院のベッドで寝た状態でも任意の関節に対応するように駆動ユニットを適宜装着できるので、当該装着者が希望する関節の動作を補助しながら機能回復訓練を効率良く行うことができる。

本発明による装着式動作補助装置の一実施例を示す斜視図である。本発明による駆動ユニットの一実施例の構成を示す側面図である。本発明による駆動ユニットの一実施例の構成を示す背面図である。モータの外観形状を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。モータの駆動範囲を示す側面図である。装着者の大腿部に装着される伝達部材及びカフを示す側面図である。装着者の脛に装着される伝達部材を示す側面図である。モータハウジングに取り付けられる結合部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。結合部に伝達部材を結合させる際の動作手順を示す図である。装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す側面図である。装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す背面図である。制御部のシステム構成を示すブロック図である。変形例１の装着状態を示す斜視図である。変形例１の駆動ユニット及び伝達部材を示す側面図である。変形例１の伝達部材を示す側面図である。変形例２の装着状態を示す斜視図である。

以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。

〔装着式動作補助装置の構成〕
図１は本発明による装着式動作補助装置の一実施例を示す斜視図である。図１に示されるように、装着式動作補助装置１０（以下「動作補助装置」と言う）は、例えば装着者１２の腰に装着された腰ベルト６０の支持部６２に連結されることで左脚の膝関節に駆動ユニット２０が装着される場合について説明する。また、腰ベルト６０の後側には、駆動ユニット２０を制御する制御装置１００及びバッテリ１０２が装着されている。

駆動ユニット２０は、モータ３０と、第１の伝達部材４０と、第２の伝達部材５０とを有する。モータ３０は、装着者１２の左膝関節の側方に配置される。第１の伝達部材４０は、装着者１２の左大腿部に締結部材８０、８２を介して締結され、第２の伝達部材５０は装着者１２の左脛に締結部材９０、９２を介して締結される。尚、締結部材８０、８２及び９０、９２は、夫々布製のベルト等からなり、各伝達部材４０、５０が挿通される挿通部８１、８３及び９１、９３を有する。

尚、駆動ユニット２０は、腕及び脚の各関節のうち任意の関節の動作を補助するように選択的の装着することが可能である。また、駆動ユニット２０は、同一の装着者１２の複数の関節を補助するように組み合わせることも可能であり、腕及び脚の各関節のうち装着者１２が希望する任意の関節を適宜補助するように装着することができる。

動作補助装置１０は、装着者１２の左膝関節のみでも装着することが可能であるので、例えば、左膝関節の治療または手術を受けた後の機能回復訓練（リハビリテーション）を行うことができる。また、装着者１２がベッドで寝た状態、あるいは装着者１２が椅子に座った状態でも動作補助装置１０を用いた機能回復訓練を行うことができるので、装着者１２に無理な負担を掛けずに機能回復訓練を適宜行うことが可能である。

図２は本発明による駆動ユニットの一実施例の構成を示す側面図である。図３は本発明による駆動ユニットの一実施例の構成を示す背面図である。図２及び図３に示されるように、駆動ユニット２０は、モータ３０の駆動力により、第１の伝達部材４０と第２の伝達部材５０とを相対的に回動させるように構成されている。モータ３０は、装着者１２の膝関節の側方に位置するように設けられ、回転子（マグネット）又は固定子（コイル）の何れか一方が収納される第１のモータハウジング３２と、回転子（マグネット）又は固定子（コイル）の何れか他方が収納される第２のモータハウジング３４とを有する。

第１のモータハウジング３２は、装着者１２の大腿部（第１の身体部位）に装着される第１の伝達部材４０が結合される第１の結合部３６が設けられている。また、第２のモータハウジング３４は、脛部（第２の身体部位）に装着される第２の伝達部材５０が結合される第２の結合部３８が設けられている。

さらに、第１の伝達部材４０は、装着者１２の大腿部（第１の身体部位）に嵌合される一対のカフ７２、７４が固定部材７６により固定されている。カフ７２、７４は、夫々樹脂材により横断面形状がＣ字形状に成型されており、当該装着者１２の大腿部の太さ（又は周方向の寸法）に応じた形状に形成されている。

図４はモータ３０の外観形状を示す図であり、（Ａ）は側面図、（Ｂ）は正面図である。図４（Ａ）（Ｂ）に示されるように、モータ３０は、第１のモータハウジング３２と、第２のモータハウジング３４とを同軸上に重ね合わせた構成であり、第１のモータハウジング３２の裏面と、第２のモータハウジング３４の裏面とが互いに対向している。また、第１のモータハウジング３２の回転中心と、第２のモータハウジング３４の回転中心との間は、ハウジング間に装架されたモータ軸（図４中隠れて見えない）によって連結されている。

さらに、第１のモータハウジング３２は、円形ドーム状に形成された円形カバー３２ａと、円形カバー３２ａの外周から半径方向に延在形成された延在部３２ｂとを有する。延在部３２ｂの端部は、第１の結合部３６を支持すると共に、第１の伝達部材４０の挿脱操作をガイドするように形成されている。また、第２のモータハウジング３４も同様に、円形ドーム状に形成された円形カバー３４ａと、円形カバー３４ａの外周から半径方向に延在形成された延在部３４ｂとを有する。延在部３４ｂの端部は、第２の結合部３８を支持すると共に、第２の伝達部材５０の挿脱操作をガイドするように形成されている。

図５はモータ３０の駆動範囲を示す側面図である。図５に示されるように、第１のモータハウジング３２と第２のモータハウジング３４との間の相対回動角θは、例えば膝関節の動作範囲に応じたθ＝６５度〜１８０度に設定されている。また、相対回動角θが最小角度θｍｉｎ＝６５度、及び最大角度θｍａｘ＝１８０度に達すると、第１のモータハウジング３２と第２のモータハウジング３４との間のストッパが当接して相対的な回動が規制される。

さらに、モータ３０は、第１のモータハウジング３２と第２のモータハウジング３４との間の相対回動角θを検出する角度センサを有する。尚、この角度センサは、第１のモータハウジング３２又は第２のモータハウジング３４の何れか内部に収納されている。

図６は装着者の大腿部に装着される伝達部材及びカフを示す側面図である。図６に示されるように、第１の伝達部材４０は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ（炭素繊維）などにより細長い板状に形成された本体４２を有しており、全長が大腿部の長さ（装着者１２の身長により異なる）に応じた寸法のものが選択される。

また、第１の伝達部材４０は、本体４２の下端に第１の結合部３６に結合される被結合部材４４が固定されている。被結合部材４４は、第１の結合部３６に挿入しやすい面取り形状に形成されており、横幅方向のほぼ中央に長方形状の係合穴４６が貫通している。

また、第１の伝達部材４０は、本体４１の上端に装着者１２の腰に装着される腰ベルト６０に連結される連結部材４８が取り付けられている。尚、連結部材４８は、腰ベルト６０に連結されるように構成されているが、腰以外の箇所（例えば、肩に掛ける構成など）に装着されたベルトなどの締結部材に連結する構成としても良い。

さらに、本体４２及びカフ７２、７４は、図１に示すように装着者１２の大腿部外周に巻き付けられる締結部材８０、８２と一体化されると共に、締結部材８０の外側に配されたベルト８４、８６により装着者１２の脛の側方に拘束される。

図７は装着者の脛に装着される伝達部材５０を示す側面図である。図７に示されるように、第２の伝達部材５０は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ（炭素繊維）などにより細長い板状に形成された本体５２を有する。また、第２の伝達部材５０は、本体５２の上端にモータ３０の第２の結合部３８に結合される被結合部材５４が固定されている。被結合部材５４は、第２の結合部３６に挿入しやすい面取り形状に形成されており、横幅方向のほぼ中央に長方形状の係合穴５６が貫通している。

さらに、本体５２は、装着者１２の脛外周に巻き付けられる締結部材９０及び装着者１２の足首に巻き付けられる締結部材９２の挿入部に挿入されると共に、装着者１２の脛及び足首の側方に拘束される。

また、第２の伝達部材５０は、本体５２の下端に装着者１２の足首に締結される足首締結部材７０に保持される被保持部５８を有する。被保持部５８は、先端が締結部材９２の挿入部に挿入しやすい台形形に形成され、且つ締結部材９２の挿入部に係合されるように幅広形状に形成されている。

ここで、第１の結合部３６及び第２の結合部３８の構成について説明する。尚、第１、第２の結合部３６、３８は、同一構成であるので、以下では第１の結合部３６の構成について説明する。

図８はモータハウジング３２、３４に取り付けられる結合部を示す図であり、（Ａ）は平面図、（Ｂ）は側面図、（Ｃ）は正面図である。図９（Ａ）〜（Ｃ）は結合部に伝達部材を結合させる際の動作手順を示す図である。

図８（Ａ）〜（Ｃ）に示されるように、第１の結合部３６は、第１のモータハウジング３２の延在部３２ｂの内側に形成された挿入口３３と、挿入口３３を開閉するように設けられた係止部３５と、係止部３５を閉方向（係止方向）に付勢する付勢部材３７とを有する。挿入口３３は、第１の伝達部材４０の被結合部材４４が挿入されるように横幅寸法を有すると共に、被結合部材４４の平面が摺動可能な凹部形状に形成されている。

また、係止部３５は、挿入口３３の両側壁部３３ａ、３３ｂに設けられた軸３３ｃにより回動可能に支持されている。さらに、係止部３５は、軸３３ｃに巻装されたトーションバネからなる付勢部材３７により閉方向に付勢されている。また、係止部３５は、挿入口３３側に突出する突出部３５ａを有する。この突出部３５ａは、第１の伝達部材４０の係合穴４６に嵌合して第１の伝達部材４０を係止する。

また、突出部３５ａは、挿入口３３の開口側に面取りされた傾斜部３５ｂが形成されている。そのため、図９（Ａ）に示されるように、第１の伝達部材４０の被結合部材４４の先端部が傾斜部３５ｂに当接することにより、傾斜部３５ｂがＥ方向に押し上げられる。従って、被結合部材４４の先端部が挿入口３３に挿入されて傾斜部３５ｂを挿入方向（Ｈ方向）に押圧すると共に、係止部３５は軸３３ｃを中心として開方向（Ｅ方向）に回動して挿入口３３を開放する。

図９（Ｂ）に示されるように、さらに、被結合部材４４が挿入方向（Ｈ方向）に挿入されると、被結合部材４４の係合穴４６が突出部３５ａに嵌合する位置に達するため、係止部３５が付勢部材３７の付勢力によって閉方向（Ｆ方向）に回動する。これにより、係止部３５の突出部３５ａが被結合部材４４の係合穴４６に嵌合し、第１のモータハウジング３２に対して第１の伝達部材４０が挿脱不可状態に係止される。

また、第１の伝達部材４０を第１のモータハウジング３２から分離させる際は、図９（Ｃ）に示されるように、係止部３５の先端に設けられたツマミ３９を挿入口３３から離間するＥ方向に押圧して係止部３５をＥ方向に回動させる。これにより、突出部３５ａが第１の伝達部材４０の係合穴４６から離間し、第１の伝達部材４０に対する係止が解除される。

従って、第１の伝達部材４０を第１のモータハウジング３２と一体化させる際は、第１の伝達部材４０の被結合部材４４を第１のモータハウジング３２の第１の結合部３６の挿入することで、第１の伝達部材４０を第１のモータハウジング３２に簡単に結合させて一体化させることができる。また、第１の伝達部材４０を第１のモータハウジング３２から分離させる際は、係止部３５のツマミ３９をＥ方向に引き上げることで第１の伝達部材４０を第１のモータハウジング３２から簡単に引き抜くことが可能になる。

また、第２の伝達部材５０を第２のモータハウジング３４と一体化させる際は、あるいは第２の伝達部材５０を第２のモータハウジング３４から分離させる際は、上記第１のモータハウジング３２の第１の結合部３６と同様に第２の結合部３８を操作することにより簡単に結合、分離させることができる。

〔動作補助装置１０を用いた機能回復訓練〕
図１０は装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す側面図である。図１１は装着式動作補助装置が装着者の左脚に装着された場合の動作状態を示す背面図である。

図１０及び図１１に示されるように、装着者１２の左膝関節の機能回復訓練を行う場合、動作補助装置１０を左脚の膝関節に装着する。また、モータ３０の第１の結合部３６に結合された第１の伝達部材４０は、締結部材８０、８２によりカフ７２、７４を密着させた状態で装着者１２の左脚大腿部に締結され、装着者１２の左脚大腿部と一体化される。さらに、第１の伝達部材４０は、ベルト８４、８６（図１参照）により締結部材８０、８２と共に強固に保持される。

また、第２の伝達部材５０は、締結部材９０を介して装着者１２の脛外周と一体化され、締結部材９２を介して装着者１２の足首にも一体化される。

この装着状態において、装着者１２が椅子に座った姿勢で大腿部及び第１の伝達部材４０が動かないように固定して膝から下を前方又は後方に曲げようとすると、そのときの生体電位（生体信号）に応じた検出信号が生体信号検出センサ１１０、１１２から出力される。そして、生体信号検出センサ１１０、１１２により検出された検出信号に基づいて制御されたモータ３０のトルク（駆動力）が第２の伝達部材５０に伝達されて膝関節の角度を１８０度から１２０度に曲げることが可能になる。

このとき、モータ３０の制御は、図１に示す制御装置１００によって生成された制御信号に基づいて行われる。また、制御装置１００は、左脚の大腿部の前側と後側に貼り付けられた生体信号検出センサ１１０、１１２によって検出された生体電位（生体信号）の検出信号に基づいてモータ制御処理（制御プログラム）を実行する。

従って、装着者１２は、膝関節の状態を自分自身で感じ取りながら、大腿部の生体電位を加減することによりモータ３０のトルク及び回動角を調整することが可能になり、膝関節に無理な力を掛けないように機能回復訓練を行うことができる。

このように、装着者１２が補助を必要とする任意の関節に駆動ユニット２０を取り付けて当該関節の機能回復訓練（リハビリテーション）を適宜行うことができるので、駆動ユニット２０の装着作業が容易に行えることになり、例えば、訓練開始前の装着時間を短縮して、膝あるいは腰の関節の動作訓練を速やかに行うことも可能になる。また、装着者１２が例えば病院のベッドで寝た状態でも任意の関節に対応するように駆動ユニット２０を適宜装着できるので、当該装着者１２が希望する関節の動作を補助しながら機能回復訓練を効率良く行うことができる。

また、装着者１２が立ち上がった姿勢になれば、動作補助装置１０を用いて歩行訓練を行うことも可能である。その場合、装着者１２の右脚は、健常であるので、右脚を支えにして左脚に装着された駆動ユニット２０の駆動力によるアシストで左膝関節の機能回復訓練を行うことができる。

また、装着者１２の左右両脚に動作補助装置１０を装着して両脚の機能回復訓練を行うことも可能である。

〔制御システムの構成〕
図１２は制御部のシステム構成を示すブロック図である。図１２に示されるように、動作補助装置１０の制御系システムは、装着者１２に対してアシスト力を付与する駆動部１４０と、装着者１２の動作に応じた関節角度（物理現象）を検出する物理現象検出部１４２と、装着者１２の生体電位等を含む信号（生体信号）を検出する生体信号検出部１４４とを備えている。尚、上記駆動部１４０は、駆動ユニット２０のモータ３０からなり、複数の駆動ユニット２０が装着された場合には、複数のモータ３０が含まれる。物理現象検出部１４２は、上記関節回動角度を検出する角度センサ、および足底又は靴底の床反力センサ２６０（図１３（Ａ）（Ｂ）参照）からなる。生体信号検出部１４４は、生体信号検出センサ１１０，１１２からなる。

データ格納部１４６には、基準パラメータデータベース１４８と、指令信号データベース１５０とが格納されている。

随意的制御部１５４は、生体信号検出部１４４の検出信号に応じた指令信号を電力増幅部１５８に供給する。随意的制御部１５４は、生体信号検出部１４４に所定の指令関数ｆ（ｔ）またはゲインＰを適用して指令信号を生成する。このゲインＰは予め設定された値又は関数でも良く、ゲイン変更部１５６を介して調整することができる。

また、装着者１２の皮膚が汗で濡れることが予想される場合には、生体信号検出部１４４からの生体信号の入力が得られない可能性があり、その場合、物理現象検出部１４２の角度センサにより検出された膝関節の角度データに基づいてモータ３０の駆動トルク（トルクの大きさ及び回動角度）を制御する方法を選択することも可能である。

物理現象検出部１４２の角度センサによって検出された関節角度（θｋｎｅｅ，θｈｉｐ）および床反力センサ２６０によって検出された荷重のデータは、基準パラメータデータベース１４８に入力される。フェーズ特定部１５２では、物理現象検出部１４２の角度センサにより検出された関節角度ならびに床反力センサ２６０により検出された荷重を基準パラメータデータベース１４８に格納された基準パラメータの関節角度と荷重と比較することにより、装着者１２の動作のフェーズを特定する。

そして、自律的制御部１６０では、フェーズ特定部１５２により特定されたフェーズの制御データを得ると、このフェーズの制御データに応じた指令信号を生成し、この動力を駆動部１４０に発生させるための指令信号を電力増幅部１５８に供給する。また、自律的制御部１６０は、前述したゲイン変更部１５６により調整されたゲインが入力されており、このゲインに応じた指令信号を生成し、電力増幅部１５８に出力する。電力増幅部１５８は、駆動部１４０のモータ３０を駆動する電流を制御してモータ３０のトルクの大きさ及び回動角度を制御して当該装着者１２の左膝関節にモータ３０によるアシスト力を付与する。

このように、動作補助装置１０は、装着者１２の左大腿部に貼り付けられた生体信号検出センサ１１０，１１２によって検出された検出信号に基づいて、モータ３０を制御する制御信号が電力増幅部１５８によって増幅されて駆動部１４０を構成する駆動ユニット２０のモータ３０に供給され、装着者１２の左膝関節にモータ３０のトルクがアシスト力として伝達部材４０、５０を介して伝達される。

〔変形例１〕
図１３は変形例１の装着状態を示す斜視図である。図１４は変形例１の駆動ユニット及び伝達部材を示す側面図である。図１５は変形例１の伝達部材を示す側面図である。

図１３（Ａ）に示されるように、変形例１の動作補助装置２００は、第１の駆動ユニット２０と、第２の駆動ユニット２２０とを組み合わせた構成である。第１の駆動ユニット２０は、前述した実施例の場合と同様に左膝関節駆動用であり、第２の駆動ユニット２２０は、左股関節駆動用である。

図１４に示されるように、第２の駆動ユニット２２０は、左股関節の側方に配されたモータ３０Ａと、腰ベルト６０の左側に設けられた挿通部６４に挿通される第３の伝達部材２３０と、第１の伝達部材４０に連結された第４の伝達部材２４０とを有する。第２の駆動ユニット２２０のモータ３０Ａは、第１の駆動ユニット２０のモータ３０と共通であり、コストダウンが図られている。

第３の伝達部材２３０は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ（炭素繊維）などにより細長い板状に形成された本体２３２を有しており、全長が当該装着者１２の股関節の高さ位置に応じた寸法のものが選択される。また、第３の伝達部材２３０は、本体２３２の下端にモータ３０Ａの第１の結合部３６に結合される被結合部材２３４を有しており、上端に腰ベルト６０の挿通部６４に保持される被保持部２３６を有する。従って、第３の伝達部材２３０は、装着者１２の腰（第１の身体部位）にモータ３０Ａのトルクを伝達するように取り付けられている。

図１５に示されるように、第４の伝達部材２４０は、例えばステンレス等の金属またはカーボンファイバ（炭素繊維）などにより細長い板状に形成された本体２４２を有する。また、本体２４２の上端にはモータ３０Ａの第２の結合部３８に結合される被結合部材２４４が設けられ、本体２４２の下端には第１の伝達部材４０の連結部材４８に連結されて一体化される被連結部２４８が設けられている。被結合部材２４４には、モータ３０Ａの第２の結合部３８に挿入されると共に、係止部３５に突出部３５ａが係合される係合穴２４６が設けられている。従って、第４の伝達部材２４０は、装着者１２の左大腿部（第２の身体部位）にモータ３０Ａのトルクを伝達するように取り付けられている。

変形例１の動作補助装置２００は、左膝関節駆動用の第１の駆動ユニット２０と、左股関節駆動用の第２の駆動ユニット２２０とを第１の伝達部材４０及び第４の伝達部材２４０により結合した構成であり、複数のモータ３０、３０Ａが各関節をアシストするように駆動制御することが可能になる。尚、変形例１の場合、左膝関節の動作をアシストするための生体信号検出センサ１１０，１１２を装着者１２の左大腿部に貼り付けると共に、左股関節の動作をアシストするための生体信号検出センサ１１４、１１６を左股関節の前後の部位にも貼り付ける。

これにより、第１の駆動ユニット２０のモータ３０は、生体信号検出センサ１１０，１１２により検出された生体電位（生体信号）の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。また、第２の駆動ユニット２２０のモータ３０Ａは、左股関節の前後に貼り付けられた生体信号検出センサ１１４、１１６により検出された生体電位（生体信号）の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。

このように、動作補助装置２００は、装着者１２の意思に応じて複数の駆動ユニット２０、２２０を連結する構成とすることで、モータ３０、３０Ａのトルク（アシスト力）による左膝関節と左股関節の機能回復訓練を行うことが可能となる。

さらに、機能回復訓練に用いる制御情報として足の裏に作用する荷重及び重心位置を用いることもできる。図１３（Ａ）に示されるように、足首に装着される締結部材９２の床面に接する足の裏側（足底側）に設けられた床反力センサ２６０、又は図１３（Ｂ）に示されるように、専用靴２５０の靴底に設けられた一対の床反力センサ２６０により検出された荷重検出信号、及び各荷重検出信号に基づく重心位置のデータがデータ格納部１４６の基準パラメータデータベース１４８に格納される。そして、フェーズ特定部１５２では、基準パラメータデータベース１４８から取得した基準パラメータの関節角度と荷重とを比較することにより、装着者１２の動作のフェーズを特定する。

また、専用靴２５０を用いて歩行訓練を行う場合、第２の伝達部材５０は下端に形成された被保持部５８が専用靴２５０の側面連結部２５２に上方から挿入されて専用靴２５０に連結させる。そして、床反力センサ２６０により検出された床反力検出信号は、有線あるいは無線にて制御装置１００に送信する。

〔変形例２〕
図１６は変形例２の装着状態を示す斜視図である。図１６に示されるように、変形例２の動作補助装置３００は、装着者１２の右腕の肘関節をアシストする駆動ユニット３１０を有する。駆動ユニット３１０は、右肘関節の側方に配置されたモータ３０と、右肘関節より上方の上腕に沿うように配された第１の伝達部材４０と、右肘関節より下方の下腕に沿うように配された第２の伝達部材５０とを有する。モータ３０は、前述した実施例及び変形例１のモータと同じ構成であり、共通化が図られている。

第１の伝達部材４０は、装着者１２の右上腕（第１の身体部位）に締結部材８０、８２を介して締結され、第２の伝達部材５０は装着者１２の右下腕（第２の身体部位）に締結部材９０、９２を介して締結される。また、第１の伝達部材４０及び第２の伝達部材５０は、前述した実施例と同じ構成のものであり、全長が当該装着者１２の腕の長さに応じた寸法に形成されている。

装着者１２の上腕の前側及び後側には、生体信号検出センサ１１８、１１９が貼り付けられている。そのため、装着者１２が右肘関節を回動させようとすると、生体信号検出センサ１１８，１１９が上腕の生体電位（生体信号）の検出信号を出力する。そして、駆動ユニット３１０のモータ３０は、前述した駆動ユニット２０と同様に、制御装置１００により生体信号検出センサ１１８，１１９により検出された上腕の生体電位（生体信号）の検出信号に基づいてトルクの大きさ及び回動角度を制御される。

このように、動作補助装置３００は、装着者１２の意思に応じて駆動ユニット３１０のモータ３０のトルク（アシスト力）による右腕の肘関節の機能回復訓練を行うことが可能となる。駆動ユニット３１０は、前述した他の駆動ユニット２０、２２０と基本的に同じ構成であり、モータ３０が共通化されている。そのため、当該装着者１２の腕の長さに合わせて第１の伝達部材４０及び第２の伝達部材５０の全長を適宜選択すれば良い。

また、変形例２の動作補助装置３００は、肘関節を駆動する駆動ユニット３１０を有する構成であるが、さらに装着者１２の肩関節を駆動する駆動ユニットを連結することも可能である。また、装着者１２の左右両腕に動作補助装置３００を装着して両腕の機能回復訓練を行うことも可能である。

１０、２００、３００装着式動作補助装置
１２装着者
２０、２２０、３１０駆動ユニット
３０、３０Ａモータ
３２第１のモータハウジング
３３挿入口
３４第２のモータハウジング
３５係止部
３５ａ突出部
３６第１の結合部
３７付勢部材
３８第２の結合部
４０第１の伝達部材
４２、５２本体
４４、５４被結合部材
４６、５６係合穴
４８連結部材
５０第２の伝達部材
６０腰ベルト
７２、７４カフ
８０、８２、９０、９２締結部材
５８被保持部
１００制御装置
１１０、１１２、１１４、１１６、１１８、１１９生体信号検出センサ
１４０駆動部
１４４生体信号検出部
１４２物理現象検出部
１５４随意的制御部
１４６データ格納部
１４８基準パラメータデータベース
１５０指令信号データベース
１５４随意的制御部
１５６ゲイン変更部
１５８電力増幅部
１６０自律的制御部
２３０第３の伝達部材
２４０第４の伝達部材
２５０専用靴
２６０床反力センサ

Claims

装着者の第１の身体部位と第２の身体部位との間を連結する関節の側方に配置されるモータと、
前記モータの固定子又は回転子の何れか一方を収納する第１のモータハウジングと、
前記モータの固定子又は回転子の何れか他方を収納する第２のモータハウジングと、
前記第１のモータハウジングと一体に形成され、前記第１の身体部位に前記モータのトルクを伝達するための第１の結合部と、
前記第２モータハウジングと一体に形成され、前記第２の身体部位に前記モータのトルクを伝達するための第２の結合部と、
を有することを特徴とする駆動ユニット。
請求項１に記載の駆動ユニットであって、
前記第１のモータハウジングの前記第１の結合部に分離可能に結合され、前記第１の身体部位に前記モータのトルクを伝達する第１の伝達部材と、
前記第２のモータハウジングの前記第２の結合部に分離可能に結合され、前記第２の身体部位に前記モータのトルクを伝達する第２の伝達部材と、
前記第１の伝達部材に設けられ、前記第１の身体部位に締結される第１の締結部材と、
前記第２の伝達部材に設けられ、前記第２の身体部位に締結される第２の締結部材と、
を有することを特徴とする駆動ユニット。
請求項１又は２の何れかに記載の駆動ユニットであって、
前記第１の伝達部材は、前記第１の締結部材の締結により前記第１の身体部位と一体化され、
前記第２の伝達部材は、前記第２の締結部材の締結により前記第２の身体部位と一体化され、
前記第１の締結部材及び前記第２の締結部材が締結されることで、前記モータのトルクを前記第１の身体部位及び前記第２の身体部位に伝達することを特徴とする駆動ユニット。
請求項１〜３の何れかに記載の駆動ユニットを備えた装着式動作補助装置であって、
装着者の関節の動きに応じた生体信号を検出する生体信号検出センサと、
前記生体信号検出センサにより検出された検出信号に基づいて前記駆動ユニットのモータのトルクを制御する制御手段と、
を有することを特徴とする装着式動作補助装置。
請求項４に記載の装着式動作補助装置であって、
前記生体信号検出センサは、前記第１の身体部位または前記第２の身体部位の皮膚表面に密着され、前記第１の身体部位または前記第２の身体部位の生体電位に応じた検出信号を出力することを特徴とする装着式動作補助装置。
請求項４に記載の装着式動作補助装置であって、
前記制御手段は、前記生体信号検出センサから出力された検出信号に応じたトルクが発生されるように前記駆動ユニットのモータを制御する制御信号を生成することを特徴とする装着式動作補助装置。
請求項４〜６の何れかに記載の装着式動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、前記装着者の任意の関節に装着され、当該装着者の関節の動作を前記モータのトルクによりアシストすることを特徴とする装着式動作補助装置。
請求項４〜７の何れかに記載の装着式動作補助装置であって、
前記駆動ユニットは、第１の身体部位あるいは第２の身体部位に前記モータのトルクを伝達する第１の伝達部材あるいは第２の伝達部材と結合することで互いに連結され、
前記第１の伝達部材あるいは第２の伝達部材は、重心位置を検出する床反力センサを内蔵した専用靴と連結可能であることを特徴とする装着式動作補助装置。