JP2015089386A - 関節運動アシスト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】腰関節の屈曲時において構造をコンパクトにするとともに、腰関節の関節運動を適切にアシストする。【解決手段】ベローズ１３０が収縮すると、第４外歯歯車部材２５４が、第３外歯歯車部材２４３の周りを自公転し、内歯形成部材２４１も回転する。内歯形成部材２４１が回転すると、第２外歯歯車部材２２２が回転し、第１外歯歯車部材２１２が第２外歯歯車部材２２２と逆方向に回転する。この結果、腰外骨格部材２２１と大腿外骨格部材２１１とが交差する角度が狭まり、腰関節は屈曲状態になる。また、腰関節が屈曲状態になるときには、内歯形成部材２４１に接続されている第１接続用部材２５１及び第４外歯歯車部材２５４に接続されている第２接続用部材２５２が、同一方向に回転する。この結果、ベローズ１３０も、屈曲する腰部に追従して収縮する。【選択図】 図９

Description

本発明は、関節運動アシスト装置に係り、より詳しくは、所定対象物の関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置に関する。

従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の外骨格型の筋力補助装置がある。

かかる筋力補助装置の一つとして、内部に供給される空気により膨張する袋体（以下、当該袋体を、「エアバック」とも記す）をアクチュエータとして用いたものがある（特許文献１参照：以下、「従来例」と呼ぶ）。こうしたエアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、空気圧シリンダ型アクチュエータやマッキベン型空気圧アクチュエータを用いる方式の装置よりも軽量であるため、実用性が高い。また、エアバック等の伸縮可能なアクチュエータは、低圧での駆動が可能であるため、ダイヤフラム式ポンプやベーン式ポンプなどの低振動、低騒音のポンプを使用することができる。こうした点からも、エアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、実用性が高いといえる。

この従来例の技術では、一端部を中心に相互に揺動自在に連結された２つの板材、及び、当該２つの板材の間に配置され内部に供給される空気により膨張する袋体からなるアクチュエータ要素を重ねた空気圧アクチュエータを人体における所定箇所に装着した装着部に取り付ける。そして、空気圧アクチュエータにおける袋体を膨張させて、肘関節、腰関節及び膝関節の運動を補助するようになっている。ここで、従来例の技術では、腰関節の運動を補助する腰部装着ユニットは、腰関節の伸展時及び屈曲時の双方において、背部における臀部から大きく突出する構造となっている。

特開２０００−０５１２８９号公報

ところで、介護者が、被介護者をベッド等から抱き起したり、あるいは抱き下ろしたりする際には、腰関節を屈曲させるため、腰関節を屈曲させた姿勢を確保するための空間が必要となる。

しかしながら、上述した従来例の技術では、腰関節の屈曲時において、腰部装着ユニットが、背部における臀部から大きく突出する。この結果、被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたりするときには、従来例の腰部装着ユニットを装着しない場合に比べて、腰部装着ユニットの装着者の前後方向に、さらに広い空間が必要となる。したがって、介護のための作業空間が制限される一般住宅等では、介護者を抱き起したり、抱き下ろしたりしようとするときに、当該装置を利用することが困難になることがある。

このため、膨縮可能な空気圧式のアクチュエータを用いた外骨格型の関節運動アシスト装置を利用する際に、腰関節の屈曲姿勢（屈曲状態）時において、腰部装着ユニットが臀部から大きく突出することを防止することができる技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、構造をコンパクトにするとともに、関節運動を適切にアシストすることができる関節運動アシスト装置を提供することを目的とする。

本発明は、骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に装着される第１外骨格部材と；前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に装着される第２外骨格部材と；前記第１外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第１外骨格部材が前記一方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部に歯部が形成された第１外歯歯車部材と；前記第２外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第２外骨格部材が前記他方側部位に装着されている時において、前記第１外歯歯車部材と噛合する歯部が、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部に形成された第２外歯歯車部材と；前記第２外歯歯車部材が内接噛合し、前記第１外歯歯車部材の中心軸を中心とする内周部に内歯歯車が形成されている内歯形成部材と；前記第１外歯歯車部材の軸位置を中心とする第３外歯歯車部材と；前記第１外歯歯車部材の軸と平行な軸を軸方向として前記内歯形成部材に成形された軸穴に中心軸が挿入され、前記第３外歯歯車部材と噛合する第４外歯歯車部材と；前記関節運動をアシストする力を発生させる膨縮部材と；前記内歯形成部材に成形された前記軸穴に近接して前記内歯形成部材に固定され、前記膨縮部材の一方側端部と接続される長形状の第１接続用部材と；前記第４外歯歯車部材に固定され、前記膨縮部材の他方側端部と接続される長形状の第２接続用部材と；を備え、前記第４外歯歯車部材、前記第１接続用部材及び前記第２接続用部材は、前記関節の伸展側に配置され、前記膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が変化し、前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３外歯歯車部材の周りを公転することにより、前記内歯歯車が回動し、前記第１外歯歯車部材に固定的に接続されている第１外骨格部材と、前記第２外歯歯車部材に固定的に接続されている第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節の運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。

この関節運動アシスト装置では、所定対象物に当該装置が装着された場合に、第１外骨格部材に固定的に接続された第１外歯歯車部材の中心軸、及び、当該第１外歯歯車部材と噛合する第２外骨格部材に固定的に接続された第２外歯歯車部材の中心軸が、アシスト対象関節の回動運動の回動軸と略平行となっている。そして、膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第１接続用部材と第２接続用部材との交差する角度が変化すると、第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、第２接続用部材に固定されている第４外歯歯車部材が、第３外歯歯車部材の周りを自転しつつ公転する。

このようにして第４外歯歯車部材が第３外歯歯車部材の周りを公転すると、第４外歯歯車部材の軸が挿入されている内歯形成部材が、第１外歯歯車部材の中心軸を中心にして回動する。こうして内歯形成部材が回動すると、内歯形成部材の内歯歯車に内接噛合している第２外歯歯車部材が内歯歯車と同方向に回動し、当該第２外歯歯車部材に噛合している第１外歯歯車部材が第２外歯歯車部材の回転と逆方向に回動する。この結果、所定対象物の一方側部位が固定された第１外骨格部材と、他方側部位が固定された第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、一方側部位と他方側部位とを接続している関節の運動がアシストされる。

したがって、本発明の関節運動アシスト装置によれば、構造をコンパクトにするとともに、膨縮部材の膨張行程及び収縮行程を制御して、関節運動を適切にアシストすることができる。

ここで、「所定対処物」は、人体であってもよいし、骨格構造を有する人体以外の対象物であってもよい。

本発明の関節運動アシスト装置では、前記第２外歯歯車部材は、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が狭くなるときに、前記関節の屈曲側からみて、前記第１外歯歯車部材の歯部が移動していく方向側に配置される、ようにすることができる。

このように、関節の屈曲側からみて、第２外歯歯車部材が、第１外歯歯車部材の歯部との噛み合いが開始される方向側に配置される場合には、第１接続用部材と第２接続用部材との交差する角度が狭くなるときに、第１外歯歯車部材に固定されている第１外骨格部材と、第２外歯歯車部材に固定されている第２外骨格部材とが交差する角度が狭くなり、関節は屈曲状態になる。また、この場合には、第１接続用部材と第２接続用部材との交差する角度が広くなるときに、第１外歯歯車部材に固定されている第１外骨格部材と、第２外歯歯車部材に固定されている第２外骨格部材とが交差する角度が広くなり、関節は伸展状態になる。このため、関節の屈曲状態では、膨縮部材は収縮しているため、関節の屈曲状態時における構造をコンパクトにすることができる。

ここで、前記膨縮部材の膨張行程により、前記第４外歯歯車部材を略中心にして、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が広がり、前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３外歯歯車部材の周りを、前記第２接続用部材が前記第１接続用部材から遠ざかる方向に公転することにより、前記内歯歯車が前記遠ざかる方向に回転し、前記内歯歯車の前記遠ざかる方向の回転により、前記内歯歯車に噛合している前記第２外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と同方向に回転し、前記第２外歯歯車部材に噛合している前記第１外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と逆方向に回転することで、前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１接続用部材と第２接続用部材との間に挟まれた膨縮部材を収縮させた状態から膨張させることで、関節を屈曲状態から伸展状態にすることができる。

また、前記膨縮部材の収縮行程により、前記第４外歯歯車部材を略中心にして、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が狭まり、前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３歯車部材の周りを、前記第２接続用部材が前記第１接続用部材に近づく方向に公転することにより、前記内歯歯車が前記近づく方向に回転し、前記内歯歯車の前記近づく方向の回転により、前記内歯歯車に噛合している前記第２外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と同方向に回転し、前記第２外歯歯車部材に噛合している前記第１外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と逆方向に回転することで、前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１接続用部材と第２接続用部材との間に挟まれた膨縮部材を膨張させた状態から収縮させることで、関節を伸展状態から屈曲状態にすることができる。

本発明の関節運動アシスト装置では、前記関節が伸展状態のときには、前記第２外骨格部材の長さ方向と前記第１接続用部材の長さ方向とが略平行になる、ようにすることができる。

この場合には、関節が伸展状態のときに、第４外歯歯車部材を略中心（交点）にして、第１接続用部材と第２接続用部材との交差する角度が広がるが、第１接続用部材の長さ方向と他方側部位に固定される第２外骨格部材の長さ方向とが略平行になるため、関節の伸展状態時において、関節運動アシスト装置の構造をコンパクトにすることができる。また、こうした構造を採用した場合には、関節の屈曲状態時において、関節運動アシスト装置の構造をコンパクトにすることができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第２外歯歯車部材の径は、前記第１外歯歯車部材の径と同一である、ようにすることができる。この場合には、第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、第１外骨格部材と第２外骨格部材とが交差の角度が変化するときに、第１外骨格部材が変化する角度の絶対値と第２外骨格部材が変化する角度の絶対値とが等しくなる。ここで、上記のように第１外骨格部材が変化する角度の絶対値と第２外骨格部材が変化する角度の絶対値とが等しくなる構造は、人体の腰関節及び膝関節が連動した当該２つの関節の屈伸運動の動きに適していることが、本発明者の研究の結果から得られている。このため、人体の腰関節の運動を適切にアシストすることができる。

本発明の関節運動アシスト装置では、前記第２外歯歯車部材と同一の径であり、前記第１外歯歯車部材に噛合するとともに、前記内歯歯車に内接噛合する第５外歯歯車部材を更に備える、構成とすることができる。この場合には、第１外歯歯車部材、第２外歯歯車部材及び内場形成部材の内歯歯車にかかる力を分散させて、関節運動アシスト装置の耐久性を高めることができる。また、第１外歯歯車部材、第２外歯歯車部材及び第５外歯歯車部材の中心が直線上となるように配置したときには、内歯歯車の中心位置を第１外歯歯車部材の中心位置に配置することができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置では、第２外歯歯車部材と同一径の第５外歯歯車部材を更に備える構成とした場合に、前記第２外歯歯車部材と同一の径であり、前記第１外歯歯車部材に噛合するとともに、前記内歯歯車に内接噛合する第６外歯歯車部材及び第７外歯歯車部材を更に備える、構成とすることができる。この場合には、第１外歯歯車部材、第２外歯歯車部材及び内歯形成部材の内歯歯車にかかる力を更に分散させ、関節運動アシスト装置の耐久性を一層、高めることができる。また、例えは、第１外歯歯車部材、第２外歯歯車部材及び第５外歯歯車部材の中心を直線上に配置したときには、内歯歯車の中心位置を第１外歯歯車部材の中心位置に配置することができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、構成とすることができる。この場合には、調整部が膨縮部材内の作動流体圧を調整するため、膨縮部材は、屈曲及び伸展の少なくとも一方についての関節運動をアシストする力を発生することができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記所定対象物の関節は、人体の腰関節であり、前記第１外骨格部材は大腿部に装着され、前記第２外骨格部材は腰部に装着される、ようにすることができる。この場合には、人体の腰関節の運動をアシストすることができる。

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置によれば、構造がコンパクトであるとともに、関節運動を適切にアシストすることができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る関節運動アシスト装置の外観図（ＸＺ平面視図）である。 図１の腰部装着ユニットの構成を説明するための斜視図である。 図１の腰部装着ユニットの構成を説明するための平面視図（ＹＺ平面視図）である。 図１の腰部装着ユニットの構成を説明するための分解斜視図である。 図２、図３の個別腰部装着ユニットの構成を説明するための図である。 図２、図３の個別腰部装着ユニットの構成を説明するための斜視図である。 図１の調整部の構成を説明するための図である。 ベローズの膨張時及び収縮時の図１の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。 ベローズの膨張時及び収縮時の図５の個別腰部装着ユニットの状態を説明するための図である。 個別腰部装着ユニットの変形例を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜図９を参照して説明する。なお、本実施形態においては、所定対象物としての人体の腰関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

ここで、本発明の関節運動アシスト装置は、人体の左側及び右側に装着されるが、人体の左側に装着される関節運動アシスト装置を例示して説明する。なお、人体の右側に装着される関節運動アシスト装置については、人体の左側に装着される関節運動アシスト装置と同様に構成されている。

［構成］
図１には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置１００の外観図が示されている。この図１は、人体の腰部及び左大腿部に装着される関節運動アシスト装置１００を、腰関節が伸展状態にあるときの人体の左側から眺めた外観図（ＸＺ平面視図）である。

ここで、図１における座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、人体の正面方向を＋Ｘ方向、人体の右側から左側へと向かう方向を＋Ｙ方向、鉛直上方方向を＋Ｚ方向とする座標系である。このため、当該座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、Ｙ軸方向と腰関節の回動運動の回動軸方向とが略平行となっている。

図１に示されるように、関節運動アシスト装置１００は、腰部装着ユニット１１０と、調整部１８０と、配管１９０とを備えている。なお、図１では、調整部１８０及び配管１９０は外観ではなく、腰部装着ユニット１１０との関係が概念的に示されている。本実施形態では、関節運動アシスト装置１００は、ベルト部材５１１及びベルト部材５１２により、左大腿部及び腰部に装着される。

＜腰部装着ユニット１１０の構成＞
上記の腰部装着ユニット１１０の構成について説明する。腰部装着ユニット１１０は、図１〜図４により総合的に示されるように、本実施形態では、個別腰部装着ユニット１２０₁，１２０₂と、軸部材ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸＡと、ベローズ１３０（図２〜図４においては不図示）とを備えている。

ここで、図２は、ベローズ１３０を除いた腰部装着ユニット１１０を、図２に示した座標系で視た斜視図である。また、図３は、ベローズ１３０を除いた腰部装着ユニット１１０を、−Ｘ方向側から視た平面視図である。さらに、図４は、ベローズ１３０を除いた腰部装着ユニット１１０を、個別腰部装着ユニット１２０₁及び個別腰部装着ユニット１２０₂、並びに、軸部材ＡＸ１、軸部材ＡＸ２及び軸部材ＡＸＡに分離したときの分解斜視図である。

本実施形態では、ベローズ１３０を除いた腰部装着ユニット１１０は、図２〜図４に示されるように、腰部装着ユニットの強度を確保する観点から、個別腰部装着ユニット１２０₁の＋Ｙ方向側の部材（後述する大腿外骨格部材及び腰外骨格部材）と、個別腰部装着ユニット１２０₂の−Ｙ方向側の部材（後述する大腿外骨格部材及び腰外骨格部材）とを固着している。そして、個別腰部装着ユニット１２０₁及び個別腰部装着ユニット１２０₂に成形された軸穴に、軸部材ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸＡを挿入し、ベローズ１３０を除いた腰部装着ユニット１１０が構成されている。

《個別腰部装着ユニット１２０₁，１２０₂の構成》
次に、上記の個別腰部装着ユニット１２０₁の構成について説明する。個別腰部装着ユニット１２０₁は、図５、図６（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、第１外骨格部材としての大腿外骨格部材２１１と、第１外歯歯車部材２１２と、第２外骨格部材としての腰外骨格部材２２１と、第２外歯歯車部材２２２とを備えている。また、個別腰部装着ユニット１２０₁は、第５外歯歯車部材としての補強用外歯歯車部材２３１と、内歯形成部材２４１と、第３外歯歯車部材２４３とを備えている。さらに、個別腰部装着ユニット１２０₁は、第１接続用部材２５１と、第２接続用部材２５２と、第４外歯歯車部材２５４とを備えている。

ここで、図５は、軸部材ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸＡが挿入された状態の個別腰部装着ユニット１２０₁を、＋Ｙ方向側から視た平面視図である。また、図６（Ａ）は、個別腰部装着ユニット１２０₁を、図６（Ａ）に示した座標系で視た斜視図であり、図６（Ｂ）は、個別腰部装着ユニット１２０₁を、図６（Ｂ）に示した座標系で視た斜視図である。なお、図６（Ａ），（Ｂ）では、個別腰部装着ユニット１２０₁における軸部材ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸＡが挿入される軸穴については、該当する軸部材の符号に括弧を付して示すようにしている。

上記の大腿外骨格部材２１１は、例えば、長形状の鋼鉄製の部材である。この大腿外骨格部材２１１は、左大腿部が腰関節から延びる方向に沿って、左大腿部の左側（＋Ｙ方向側）に配置され、金属製のベルト部材５１１（図１参照）に取り付けられて、左大腿部に固定される。

上記の第１外歯歯車部材２１２は、軸部材ＡＸ１を中心軸とし、当該軸部材ＡＸ１が挿入される円柱形状の鋼鉄製の部材である。第１外歯歯車部材２１２は、大腿外骨格部材２１１の腰関節側端部に固定的に接続されている。そして、第１外歯歯車部材２１２の外周部には、歯すじが軸に平行な歯部が形成されている。ここで、軸部材ＡＸ１の軸方向は、腰関節の回動運動の回動軸と略平行となるＹ軸方向と平行になっている。

なお、本実施形態では、第１外歯歯車部材２１２は、大腿外骨格部材２１１の腰関節側端部から−Ｙ方向側に迫り出すようにして接続されている（図６（Ａ）参照）。

上記の腰外骨格部材２２１は、例えば、長形状の鋼鉄製の部材である。この腰外骨格部材２２１は、腰部が腰関節から背部へと延びる方向に沿って、腰部の左側（＋Ｙ方向側）に配置され、金属製のベルト部材５１２（図１参照）に取り付けられて、腰部左側に固定される。

上記の第２外歯歯車部材２２２は、軸部材ＡＸ２を中心軸とし、当該軸部材ＡＸ２が挿入される円柱形状の鋼鉄製の部材である。第２外歯歯車部材２２２は、腰外骨格部材２２１の腰関節側端部に固定的に接続されている。そして、第２外側歯車部材２２２の外周部には、歯すじが軸に平行な歯部が形成され、当該歯部は、第１外歯歯車部材２１２の歯部に噛合するとともに、内歯形成部材２４１の歯部に内接噛合するようになっている。ここで、本実施形態では、軸部材ＡＸ２の軸方向は、軸部材ＡＸ１の軸方向と平行になっている。また、第２外歯歯車部材２２２の径は、第１外歯歯車部材２１２の径と同一となっている。

なお、本実施形態では、第２外歯歯車部材２２２は、腰外骨格部材２２１の腰関節側端部から−Ｙ方向側に迫り出すようにして接続されている（図６（Ａ）参照）。

上記の補強用外歯歯車部材２３１は、Ｙ軸方向と平行な軸部材ＡＸＢを中心軸とする円柱形状の鋼鉄製の部材である。そして、補強用外歯歯車部材２３１の外周部には、歯すじが軸に平行な歯部が形成され、当該歯部は、第１外歯歯車部材２１２の歯部に噛合するとともに、内歯形成部材２４１の歯部に内接噛合するようになっている。

ここで、補強用外歯歯車部材２３１の径は、第２外歯歯車部材２２２の径と同一となっている。また、補強用外歯歯車部材２３１は、内歯形成部材２４１の円筒内で、当該補強用外歯歯車部材２３１の中心が、第１外歯歯車部材２１２の中心及び第２外歯歯車部材２２２の中心を通る線上になるように、配置されている。

上記の内歯形成部材２４１は、本実施形態では、円筒形状の鋼鉄製の部材であり、内周部に歯部（内歯歯車）が形成されている。そして、内歯歯車が形成された内歯形成部材２４１の円筒内には、第２外歯歯車部材２２２、第１外歯歯車部材２１２及び補強用外歯歯車部材２３１が、各歯車部材の中心を通る線がＺ軸方向と略平行になるように配置され、当該内周部に形成された内歯歯車には、第２外歯歯車部材２２２の歯部及び補強用外歯歯車部材２３１の歯部が内接噛合している。このため、内歯形成部材２４１は、当該内歯形成部材２４１の円筒の中心が、第１外歯歯車部材２１２の中心に一致するようなっている。

また、内歯形成部材２４１の−Ｘ方向側（関節の伸展側：図１、図５参照）には、Ｙ軸と平行な軸部材ＡＸＡが挿入される軸穴が成形加工されている。

上記の第３外歯歯車部材２４３は、円盤状の鋼鉄製に部材であり、円盤の中心が、第１外歯歯車部材２１２の中心と一致するように配置される。そして、第３外歯歯車部材２４３の円周部には、歯すじがＹ軸に平行な歯部が形成されている。また、第３外歯歯車部材２４３には、軸部材ＡＸ１，ＡＸ２及びＡＸＢを挿入する３つの軸穴が、Ｙ軸と平行に直線上に成形加工されている。

なお、本実施形態では、第３外歯歯車部材２４３は、内歯形成部材２４１の−Ｙ方向側に配置されている（図６（Ｂ）参照）。また、第３外歯歯車部材２４３の径は、内歯形成部材２４１の円筒の径より大きくなっている。

上記の第１接続用部材２５１は、例えば、長形状の鋼鉄製の部材である。第１接続用部材２５１の端部は、内歯形成部材２４１に成形加工された軸部材ＡＸＡを挿入する軸穴に近接して、内歯形成部材２４１に固定されている。そして、第１接続用部材２５１には、ベローズ１３０の一方側端部が接続される（図１参照）。ここで、第１接続用部材２５１は、腰関節の伸展状態時において、当該第１接続用部材２５１の長さ方向が、腰外骨格部材２２１の長さ方向と略平行になるように、内歯形成部材２４１に固定されている（図５参照）。

上記の第２接続用部材２５２は、例えば、長形状の鋼鉄製の部材である。第２接続用部材２５２の端部は、第４外歯歯車部材２５４に固定されている。そして、第２接続用部材２５２には、ベローズ１３０の他方側端部が接続される（図１参照）。

上記の第４外歯歯車部材２５４は、軸部材ＡＸＡを中心軸とする円柱形状の鋼鉄製の部材である。第４外歯歯車部材２５４は、第２接続用部材２５２の端部に固定されている。そして、第４外歯歯車部材２５４の外周部には、歯すじが軸に平行な歯部が形成され、当該歯部は、第３外歯歯車部材２４３の歯部に噛合するようになっている。

以上、個別腰部装着ユニット１２０₁の構成について説明した。なお、本実施形態では、第１外歯歯車部材２１２、第２外歯歯車部材２２２、補強用外歯歯車部材２３１、第３外歯歯車部材２４３、第４外歯歯車部材２５４、及び内歯形成部材２４１の内歯歯車の噛み合い長さは、同一となっている。

上記の個別腰部装着ユニット１２０₂は、ＸＺ面を対称面として、個別腰部装着ユニット１２０₁に対して面対称となるように構成されている（図２〜図４参照）。

次いで、上記のベローズ１３０について説明する。ベローズ１３０は、図１に示されるように、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材であり、腰関節の伸展側（−Ｘ方向側）に配置される。ベローズ１３０の一方側端部は、個別腰部装着ユニット１２０₁及び個別腰部装着ユニット１２０₂の第１接続用部材２５１に接続されるとともに、ベローズ１３０の他方側端部は、個別腰部装着ユニット１２０₁及び個別腰部装着ユニット１２０₂の第２接続用部材２５２に接続される。

そして、ベローズ１３０と調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９０を通じて、ベローズ１３０内の空気圧が変化すると、ベローズ１３０が膨縮する。この結果、ベローズ１３０が腰関節の関節運動をアシストする力を発生させる。

＜調整部１８０の構成＞
次いで、上記の調整部１８０の構成について説明する。調整部１８０は、配管１９０を介して腰部装着ユニット１１０のベローズ１３０と連通している。そして、調整部１８０は、配管１９０を介して、ベローズ１３０からの空気の強制的排出、及び、ベローズ１３０への空気の強制的供給を行い、ベローズ１３０内の空気圧を調整する。

かかる機能を有する調整部１８０は、図７に示されるように、加圧ポンプ１８１と、減圧ポンプ１８２と、電気−空気圧制御弁１８３と、制御部１８４と、配管１８５，１８６とを備えている。

上記の加圧ポンプ１８１は、配管１８５を介して、電気−空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の一方と接続されている。この加圧ポンプ１８１は、ベローズ１３０への空気の強制的供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ１８２は、配管１８６を介して、電気−空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の他方と接続されている。この減圧ポンプ１８２は、ベローズ１３０からの空気の強制的排出を行う際に、利用される。

上記の電気−空気圧制御弁１８３は、流路切換弁と、圧力制御弁（比例ソレノイドバルブ）とを備えて構成されている。この流路切換弁の入口側の一方が加圧ポンプ１８１に接続されているとともに、入口側の他方が減圧ポンプ１８２に接続されている。

そして、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズ１３０への空気の強制的供給を行う際には、加圧ポンプ１８１に接続されている配管１８５とベローズ１３０と連通している配管１９０とを接続して流路を形成する。また、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズ１３０からの空気の強制的排出を行う際には、減圧ポンプ１８２に接続されている配管１８６とベローズ１３０と連通している配管１９０とを接続して流路を形成する。また、圧力制御弁は、制御部１８４による制御のもとで、空気圧力を制御して、ベローズ１３０内の空気圧を変化させる。

上記の制御部１８４は、ベローズ１３０からの空気の強制的排出、及び、ベローズ１３０への空気の強制的供給の切り換え、並びに、ベローズ１３０内の空気圧の制御を行う。かかる制御に際して、制御部１８４は、ベローズ１３０への空気の強制的供給を行う場合には、加圧ポンプ１８１とベローズ１３０とを接続する流路を形成するように、電気−空気圧制御弁１８３を制御する。また、制御部１８４は、ベローズ１３０からの空気の強制的排出を行う場合には、減圧ポンプ１８２とベローズ１３０とを接続する流路を形成するように、電気−空気圧制御弁１８３を制御する。

こうした制御は、実験、シミュレーション、経験等を加味した関節を駆動する筋力に関する生体情報に基づいて行われるようになっている。ここで、関節を駆動する筋力に関する生体情報は、不図示の検出部が、筋電図、筋肉の硬さ等を検出することで、取得するようにすることができる。

以上、人体の左側の腰部及び左大腿部に装着される関節運動アシスト装置１００について説明したが、当該人体の右側の腰部及び右大腿部に装着される関節運動アシスト装置についても、人体の左側に装着される関節運動アシスト装置と同様に構成されている。

［動作］
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置１００の動作、すなわち、腰関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作を説明する。

なお、関節運動アシスト装置１００では、当初においては、調整部１８０によるベローズ１３０内の空気圧調整は行われておらず、ベローズ１３０の内圧は大気圧になっているものとする。また、当初においては、図１及び図８（Ａ）に示されるように、腰関節は、伸展状態にあるものとする。そして、第２外歯歯車部材２２２の中心、第１外歯歯車部材２１２の中心、及び、補強用外歯歯車部材２３１の中心を通る線方向は、Ｚ軸方向とほぼ平行になっているものとする。ここで、図８（Ａ），（Ｂ）に示される関節運動アシスト装置１００では、調整部１８０及び配管１９０の図示を省略している。

また、図９（Ａ）には、図８（Ａ）の関節運動アシスト装置１００に対応する「腰関節が伸展状態のとき」の個別腰部装着ユニット１２０₁が示されている。以下では、個別腰部装着ユニット１２０₁を構成する要素の動きに主に着目して、腰関節のアシスト動作を説明する。

＜腰関節の伸展状態から屈曲状態へのアシスト動作＞
この関節運動のアシスト動作は、腰関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部１８０が、ベローズ１３０からの空気の強制的排出を行うための制御を行う。調整部１８０により、ベローズ１３０からの空気の強制的排出が行われると、ベローズ１３０内の空気圧が下降する。こうしてベローズ１３０内の空気圧が下降すると、ベローズ１３０が収縮する。

ベローズ１３０が収縮する収縮行程において、ベローズ１３０が収縮したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図８（Ｂ）に示され、個別腰部装着ユニット１２０₁の状態が図９（Ｂ）に示されている。図９（Ａ）の状態から図９（Ｂ）の状態に遷移するベローズ１３０の収縮行程により、第４外歯歯車部材２５４を略中心（交点）にして、ベローズ１３０の他方側端部が接続されている第２接続用部材２５２と、当該ベローズ１３０の一方側端部が接続されている第１接続用部材２５１との交差する角度が狭くなる。そして、当該交差する角度が狭くなるのに伴い、第４外歯歯車部材２５４における第３外歯歯車部材２４３との噛み合わせ位置が変化し、第３外歯歯車部材２４３を相対静止させた系において、第４外歯歯車部材２５４が、−Ｙ方向を視線方向としたＸＺ平面視で反時計回り（以下、単に「反時計回り」とも記す）に自転しつつ、第３外歯歯車部材２４３の中心軸（軸部材ＡＸ１）を中心にして当該第３外歯歯車部材２４３の周りを、反時計回りに公転する。

こうして第４外歯歯車部材２５４が反時計回りに自公転すると、第４外歯歯車部材２５４の軸部材ＡＸＡが挿入された内歯形成部材２４１が、軸部材ＡＸ１を中心にして、反時計回りに回転する。このようにして内歯形成部材２４１が、反時計回りに回転すると、当該内歯形成部材２４１の内歯歯車に噛合している第２外歯歯車部材２２２が、内歯歯車の回転と同方向である反時計回りに回転し、第２外歯歯車部材２２２に噛合している第１外歯歯車部材２１２が内歯歯車の回転と逆方向である時計回りに回転する。

そして、第２外歯歯車部材２２２が反時計回りに回転すると、当該第２外歯歯車部材２２２に固定的に接続されている腰外骨格部材２２１が反時計回りに回転する。また、第１外歯歯車部材２１２が時計回りに回転すると、当該第１外歯歯車部材２１２に固定的に接続されている大腿外骨格部材２１１が時計回りに回転する。この結果、腰部左側に固定されている腰外骨格部材２２１と、左大腿部に固定されている大腿外骨格部材２１１とが交差する角度が狭まり、腰関節は伸展状態から屈曲状態になる（図８（Ｂ）参照）。

ここで、腰関節が伸展状態から屈曲状態になるときには、内歯形成部材２４１に接続されている第１接続用部材２５１、及び、第４外歯歯車部材２５４に接続されている第２接続用部材２５２が、ともに反時計回りに回転する（図９（Ａ），（Ｂ）参照）。かかる接続用部材の回転に際して、第４外歯歯車部材２５４の直径が内歯形成部材の２４１の直径に比べて短いため、第２接続用部材２５２の移動量は、第１接続用部材２５１の移動量より大きくなっている。この結果、腰関節が伸展状態から屈曲状態になるときには、第１接続用部材２５１及び第２接続用部材２５２に挟み込まれたベローズ１３０も、屈曲する腰部に追従して、反時計回りに回転しながら収縮するようになっている（図８（Ａ），（Ｂ）参照）。

また、腰関節が屈曲した姿勢時においても、第２外歯歯車部材２２２の中心、第１外歯歯車部材２１２の中心、及び、補強用外歯歯車部材２３１の中心を通る線方向は、Ｚ軸方向とほぼ平行になっている。そして、大腿外骨格部材２１１の長さ方向とＸ軸方向とのなす角の絶対値、及び、腰外骨格部材２２１の長さ方向とＸ軸方向とのなす角の絶対値は、ほぼ等しくなっている（図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）参照）。

＜腰関節の屈曲状態から伸展状態へのアシスト動作＞
腰関節が屈曲状態であるとき（図８（Ｂ）及び図９（Ｂ）参照）に、腰関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部１８０が、ベローズ１３０への空気の強制的供給を行うための制御を行う。調整部１８０により、ベローズ１３０への空気の強制的供給が行われると、ベローズ１３０内の空気圧が上昇する。こうしてベローズ１３０内の空気圧が上昇すると、ベローズ１３０が膨張する。

ベローズ１３０が膨張する膨張行程において、ベローズ１３０が膨張したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図８（Ａ）に示され、個別腰部装着ユニット１２０₁の状態が図９（Ａ）に示されている。図９（Ｂ）の状態から図９（Ａ）の状態に遷移するベローズ１３０の膨張行程により、第４外歯歯車部材２５４を略中心（交点）にして、ベローズ１３０の他方側端部が接続されている第２接続用部材２５２と、当該ベローズ１３０の一方側端部が接続されている第１接続用部材２５１との交差する角度が広くなる。そして、当該交差する角度が広くなるのに伴い、第４外歯歯車部材２５４における第３外歯歯車部材２４３との噛み合わせ位置が変化し、第３外歯歯車部材２４３を相対静止させた系において、第４外歯歯車部材２５４が、−Ｙ方向を視線方向としたＸＺ平面視で時計回り（以下、単に「時計回り」とも記す）に自転しつつ、第３外歯歯車部材２４３の中心軸（軸部材ＡＸ１）を中心にして当該第３外歯歯車部材２４３の周りを、時計回りに公転する。

こうして第４外歯歯車部材２５４が時計回りに自公転すると、第４外歯歯車部材２５４の軸部材ＡＸＡが挿入された内歯形成部材２４１が、軸部材ＡＸ１を中心にして、時計回りに回転する。このようにして内歯形成部材２４１が、時計回りに回転すると、当該内歯形成部材２４１の内歯歯車に噛合している第２外歯歯車部材２２２が、内歯歯車の回転と同方向である時計回りに回転し、第２外歯歯車部材２２２に噛合している第１外歯歯車部材２１２が内歯歯車の回転と逆方向である反時計回りに回転する。

そして、第２外歯歯車部材２２２が時計回りに回転すると、当該第２外歯歯車部材２２２に固定的に接続されている腰外骨格部材２２１が時計回りに回転する。また、第１外歯歯車部材２１２が反時計回りに回転すると、当該第１外歯歯車部材２１２に固定的に接続されている大腿外骨格部材２１１が反時計回りに回転する。この結果、腰部左側に固定されている腰外骨格部材２２１と、左大腿部に固定されている大腿外骨格部材２１１とが交差する角度が広がり、腰関節は屈曲状態から伸展状態になる（図８（Ａ）参照）。

以上説明したように、本実施形態では、調整部１８０により、ベローズ１３０からの空気の強制的排出が行われるとベローズ１３０が収縮する。当該ベローズ１３０の収縮により、第４外歯歯車部材２５４の位置を略交点にして、第２接続用部材２５２と第１接続用部材２５１との交差する角度が狭まると、第３外歯歯車部材２４３を相対静止させた系において、第４外歯歯車部材２５４が、反時計回りに自転しつつ、第３外歯歯車部材２４３の中心軸を中心にして当該第３外歯歯車部材２４３の周りを、反時計回りに公転する。

こうして第４外歯歯車部材２５４が反時計回りに自公転すると、第４外歯歯車部材２５４の軸部材ＡＸＡが挿入された内歯形成部材２４１も、反時計回りに回転する。そして、内歯形成部材２４１が反時計回りに回転すると、当該内歯形成部材２４１の内歯歯車に噛合している第２外歯歯車部材２２２が反時計回りに回転し、第２外歯歯車部材２２２に噛合している第１外歯歯車部材２１２が時計回りに回転する。

そして、第２外歯歯車部材２２２が反時計回りに回転すると、当該第２外歯歯車部材２２２に固定的に接続されている腰外骨格部材２２１が反時計回りに回転する。また、第１外歯歯車部材２１２が時計回りに回転すると、当該第１外歯歯車部材２１２に固定的に接続されている大腿外骨格部材２１１が時計回りに回転する。この結果、腰部左側に固定されている腰外骨格部材２２１と、左大腿部に固定されている大腿外骨格部材２１１とが交差する角度が狭まり、腰関節は伸展状態から屈曲状態になる。

このため、膨縮部材であるベローズ１３０を収縮させる収縮行程を制御して、腰関節を伸展状態から屈曲状態に移行する運動をアシストすることができる。

ここで、腰関節が伸展状態から屈曲状態になるときには、内歯形成部材２４１に接続されている第１接続用部材２５１、及び、第４外歯歯車部材２５４に接続されている第２接続用部材２５２が、ともに反時計回りに回転する。この結果、腰関節が伸展状態から屈曲状態になるときには、第１接続用部材２５１及び第２接続用部材２５２に挟み込まれたベローズ１３０も、屈曲する腰部に追従して、反時計回りに回転しながら収縮する。

このため、腰関節の屈曲姿勢時において、腰部装着ユニットが臀部から大きく突出することを防止することができる。

また、調整部１８０により、ベローズ１３０への空気の強制的供給が行われるとベローズ１３０が膨張する。当該ベローズ１３０の膨張により、第４外歯歯車部材２５４の位置を略交点にして、第２接続用部材２５２と第１接続用部材２５１との交差する角度が広がると、第３外歯歯車部材２４３を相対静止させた系において、第４外歯歯車部材２５４が、時計回りに自転しつつ、第３外歯歯車部材２４３の中心軸を中心にして当該第３外歯歯車部材２４３の周りを、時計回りに公転する。

こうして第４外歯歯車部材２５４が時計回りに自公転すると、第４外歯歯車部材２５４の軸部材ＡＸＡが挿入された内歯形成部材２４１も、時計回りに回転する。そして、内歯形成部材２４１が時計回りに回転すると、当該内歯形成部材２４１の内歯歯車に噛合している第２外歯歯車部材２２２が時計回りに回転し、第２外歯歯車部材２２２に噛合している第１外歯歯車部材２１２が反時計回りに回転する。

そして、第２外歯歯車部材２２２が時計回りに回転すると、当該第２外歯歯車部材２２２に固定的に接続されている腰外骨格部材２２１が時計回りに回転する。また、第１外歯歯車部材２１２が反時計回りに回転すると、当該第１外歯歯車部材２１２に固定的に接続されている大腿外骨格部材２１１が反時計回りに回転する。この結果、腰部左側に固定されている腰外骨格部材２２１と、左大腿部に固定されている大腿外骨格部材２１１とが交差する角度が広がり、腰関節は屈曲状態から伸展状態になる。

このため、膨縮部材であるベローズ１３０を収縮させる収縮行程を制御して、腰関節を伸展状態から屈曲状態に移行する運動をアシストすることができる。

また、本実施形態では、第２外歯歯車部材２２２の径は、第１外歯歯車部材２１２の径と同一となっている。この結果、腰関節及び膝関節が屈曲した姿勢時において、大腿外骨格部材２１１の長さ方向とＸ軸方向とのなす角の絶対値、及び、腰外骨格部材２２１の長さ方向とＸ軸方向とのなす角の絶対値は、ほぼ等しくなる。このため、人体の腰関節及び膝関節が連動した当該２つの関節の屈伸運動の動きに適したスムーズな腰関節及び膝関節の動きを実現することができる。

したがって、本実施形態によれば、腰関節の屈曲姿勢時において構造をコンパクトにするとともに、人体の腰関節の関節運動を適切にアシストすることができる。

［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、腰部装着ユニットは、面対称となるように構成された個別腰部装着ユニット１２０₁及び個別腰部装着ユニット１２０₂を備えるようにしたが、腰部装着ユニットの要素は、個別腰部装着ユニット１２０₁又は個別腰部装着ユニット１２０₂のみであってもよい。

また、上記の実施形態では、個別腰部装着ユニットは、補強用の外歯歯車部材として１個の補強用外歯歯車部材２３１を備えるようにした。これに対して、個別腰部装着ユニットは、図１０に示されるように、第６外歯歯車部材としての補強用外歯歯車部材２３２と、第７外歯歯車部材としての補強用外歯歯車部材２３３とを更に備える構成としてもよい。こうした構成を採用した場合には、第１外歯歯車部材、第２外歯歯車部材及び内歯形成部材の歯部にかかる力をさらに分散させて、関節運動アシスト装置の耐久性をより高めることができる。

また、上記の実施形態では、第２外歯歯車部材の径を、第１外歯歯車部材の径と同一にしたが、第１外歯歯車部材の径と異なるようにしてもよい。なお、こうした構成を採用し、かつ、第６外歯歯車部材及び第７外歯歯車部材として機能する歯車部材を更に備える構成とする場合に、当該第６外歯歯車部材及び第７外歯歯車部材として機能する歯車部材の径は、第２外歯歯車部材の径と同一にすることとなる。

また、上記の実施形態では、第１外歯歯車部材は、大腿外骨格部材の股関節側端部に接続され、第２外歯歯車部材は、腰外骨格部材の腰関節側端部に接続されるようにした。これに対して、第１外歯歯車部材が、腰外骨格部材の腰関節側端部に接続され、第２外歯歯車部材が、大腿外骨格部材の股関節側端部に接続されるようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、大腿外骨格部材は第１外歯歯車部材の歯すじに固定的に接続されるとともに、腰外骨格部材は第２外歯歯車部材の歯すじに固定的に接続されるようにした。これに対して、大腿外骨格部材を、第１外歯歯車部材の円柱底面や、第１外歯歯車部材の中心に軸部が形成された場合には当該軸部に固定するようにしてもよい。また、腰外骨格部材を、第２外歯歯車部材の円柱底面や、第２外歯歯車部材の中心に軸部が形成された場合には当該軸部に固定するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、内歯形成部材の形状を円筒形状としたが、内周部に歯部が形成されているならば、内周部の形状は他の形状であってもよいし、また、内歯形成部材自体の形状も円筒形状以外の形状であってもよい。

また、内歯形成部材の形状を、軸部材が中心に固定された有底円筒形状にするようにしてもよい。この場合には、当該軸部材の軸方向と軸部材ＡＸ１の軸方向とを一致させるようにすればよい。かかる構造を採用することにより、内歯形成部材の円筒中心を第１外歯歯車部材の中心に一致させるための補強用外歯歯車部材を省略することができる。

また、上記の実施形態では、膨縮部材としてベローズを採用したが、膨縮部材として空気の強制的供給により膨張するエアバック等を採用するようにしてもよい。なお、この場合には、エアバックの膨張行程のときに、関節運動のアシストを行うことになる。

また、上記の実施形態では、外骨格部材に接続される第２外歯歯車部材を、第１接続用部材と第２接続用部材との交差する角度が狭くなるときに、腰関節の屈曲側からみて、第１外歯歯車部材の歯部が移動していく方向側に配置するようにした（図５等参照）。これに対して、第２外歯歯車部材に接続される外骨格部材を、実施形態における補強用外歯歯車部材２３１に接続するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、関節を駆動する筋肉に関する生体情報を、筋電図、筋肉の硬さ等の生体信号としたが、利用者の脳波を当該生体情報として採用するようにしてもよい。

また、実施形態においては、樹脂製のベローズを採用したが、伸縮自在であり、人体に装着される装置の重さ等の負担をかけることがない素材であれば、他の素材であってもよい。

また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、水や油等の液体であってもよい。

また、上記の実施形態では、関節運動アシスト装置を人体に装着するベルト部材の素材を金属製としてが、ベルト部材の素材としては布製等の他の素材であってもよい。

本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、介護者がパワーアシスト用の装置として装着するだけでなく、力が弱っている被介護者がパワーアシスト用又はリハビリテーション用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で重量物を持ち上げる等の場合のパワーアシスト装置としても利用することができる。

また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の外骨格形の哺乳類、外骨格形のロボット等の所定対象物の関節運動アシスト装置にも本発明を適用することができる。

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置は、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用することができる。

１００…関節運動アシスト装置、１１０…腰部装着ユニット、１２０₁，１２０₂…個別腰部装着ユニット、１３０…ベローズ、１８０…調整部、１８１…加圧ポンプ、１８２…減圧ポンプ、１８３…電気−空気圧制御弁、１８４…制御部、１８５，１８６…配管、１９０…配管、２１１…大腿外骨格部材（第１外骨格部材）、２１２…第１外歯歯車部材、２２１…腰外骨格部材（第２外骨格部材）、２２２…第２外歯歯車部材、２３１…補強用外歯歯車部材（第５外歯歯車部材）、２３２…補強用外歯歯車部材（第６外歯歯車部材）、２３３…補強用外歯歯車部材（第７外歯歯車部材）、２４１…内歯形成部材、２４３…第３外歯歯車部材、２５１…第１接続用部材、２５２…第２接続用部材、２５４…第４外歯歯車部材、軸部材…ＡＸ１，ＡＸ２，ＡＸＡ，ＡＸＢ、ベルト部材…５１１，５１２

Claims (10)

1. 骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
   前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に装着される第１外骨格部材と；
   前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に装着される第２外骨格部材と；
   前記第１外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第１外骨格部材が前記一方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部に歯部が形成された第１外歯歯車部材と；
   前記第２外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第２外骨格部材が前記他方側部位に装着されている時において、前記第１外歯歯車部材と噛合する歯部が、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部に形成された第２外歯歯車部材と；
   前記第２外歯歯車部材が内接噛合し、前記第１外歯歯車部材の中心軸を中心とする内周部に内歯歯車が形成されている内歯形成部材と；
   前記第１外歯歯車部材の軸位置を中心とする第３外歯歯車部材と；
   前記第１外歯歯車部材の軸と平行な軸を軸方向として前記内歯形成部材に成形された軸穴に中心軸が挿入され、前記第３外歯歯車部材と噛合する第４外歯歯車部材と；
   前記関節運動をアシストする力を発生させる膨縮部材と；
   前記内歯形成部材に成形された前記軸穴に近接して前記内歯形成部材に固定され、前記膨縮部材の一方側端部と接続される長形状の第１接続用部材と；
   前記第４外歯歯車部材に固定され、前記膨縮部材の他方側端部と接続される長形状の第２接続用部材と；を備え、
   前記第４外歯歯車部材、前記第１接続用部材及び前記第２接続用部材は、前記関節の伸展側に配置され、
   前記膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が変化し、
   前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３外歯歯車部材の周りを公転することにより、前記内歯歯車が回動し、前記第１外歯歯車部材に固定的に接続されている第１外骨格部材と、前記第２外歯歯車部材に固定的に接続されている第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節の運動をアシストする、
   ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
2. 前記第２外歯歯車部材は、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が狭くなるときに、前記関節の屈曲側からみて、前記第１外歯歯車部材の歯部が移動していく方向側に配置される、ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置。
3. 前記膨縮部材の膨張行程により、前記第４外歯歯車部材を略中心にして、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が広がり、
   前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３外歯歯車部材の周りを、前記第２接続用部材が前記第１接続用部材から遠ざかる方向に公転することにより、前記内歯歯車が前記遠ざかる方向に回転し、
   前記内歯歯車の前記遠ざかる方向の回転により、前記内歯歯車に噛合している前記第２外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と同方向に回転し、前記第２外歯歯車部材に噛合している前記第１外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と逆方向に回転することで、
   前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にする、
   ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシスト装置。
4. 前記膨縮部材の収縮行程により、前記第４外歯歯車部材を略中心にして、前記第１接続用部材と前記第２接続用部材との交差する角度が狭まり、
   前記第３外歯歯車部材を相対静止させた系において、前記第４外歯歯車部材が、前記第３外歯歯車部材の中心軸を中心にして前記第３歯車部材の周りを、前記第２接続用部材が前記第１接続用部材に近づく方向に公転することにより、前記内歯歯車が前記近づく方向に回転し、
   前記内歯歯車の前記近づく方向の回転により、前記内歯歯車に噛合している前記第２外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と同方向に回転し、前記第２外歯歯車部材に噛合している前記第１外歯歯車部材が前記内歯歯車の回転と逆方向に回転することで、
   前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にする、
   ことを特徴とする請求項２又は３に記載の関節運動アシスト装置。
5. 前記関節が伸展状態のときには、前記第２外骨格部材の長さ方向と前記第１接続用部材の長さ方向とは略平行になる、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
6. 前記第２外歯歯車部材の径は、前記第１外歯歯車部材の径と同一である、ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
7. 前記第２外歯歯車部材と同一の径であり、前記第１外歯歯車部材に噛合するとともに、前記内歯歯車に内接噛合する第５外歯歯車部材を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
8. 前記第２外歯歯車部材と同一の径であり、前記第１外歯歯車部材に噛合するとともに、前記内歯歯車に内接噛合する第６外歯歯車部材及び第７外歯歯車部材を更に備える、ことを特徴とする請求項７に記載の関節運動アシスト装置。
9. 前記膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
10. 前記所定対象物の関節は、人体の腰関節であり、
    前記第１外骨格部材は大腿部に装着され、前記第２外骨格部材は腰部に装着される、
    ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。

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