JP2015163180A - Lumbar burden alleviation tool - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、体幹前屈時は腰の負担を20〜30%程度軽減する基本機能を有し且つ装着したまま自然歩行可能な腰部負担軽減具に関する。 The present invention relates to a lower back burden reducing device that has a basic function of reducing the burden on the waist by about 20 to 30% when the trunk is bent forward and can be naturally walked while wearing.
高齢社会では介護が大きな問題となっており、老人介護施設等では腰痛問題のため、離職率の高いことが知られている。そこでリフトやスライドボ−ド等の福祉機器も利用されているものの、それらだけで腰痛問題の解決に十分でないことは、腰痛が依然として医療・福祉現場の問題となっていることからも明らかである。看護・介護者の殆どは腰痛対策としてバックベルトを利用しているが、腰痛を訴える人の割合は依然として高い水準にある。腰への負担の大きい作業は医療福祉現場に限らず、工業、農業、水産業、流通等のあらゆる業種にも存在する。単純な作業はロボットに代替可能でも、通常仕事には複数の動作が含まれるため、簡単には機械化できない作業は極めて多い。介護のように複雑な動作が可能なロボットは、現在のロボット技術を持ってしても極めて難しく、それらの作業が可能なロボットは、たとえできたとしても高価・複雑となり、医療・福祉現場における複雑な作業は、しばらくは人手に頼らざるを得ないもの思われる。 Nursing care is a big problem in an aging society, and it is known that the turnover rate is high in elderly care facilities because of back pain problems. Therefore, although welfare devices such as lifts and slide boards are also used, it is clear that these alone are not sufficient for solving the back pain problem because back pain is still a problem in the medical and welfare field. Most nursing and caregivers use back belts as a countermeasure for back pain, but the percentage of people who complain of back pain remains at a high level. Work with a heavy burden on the waist is not limited to medical welfare sites, but also exists in all industries such as industry, agriculture, fisheries, and distribution. Even though simple tasks can be replaced by robots, there are many tasks that cannot be easily mechanized because normal operations include multiple operations. Robots capable of complex movements such as nursing care are extremely difficult even with the current robot technology, and robots that can perform such operations are expensive and complicated even if they can be done. Complex work seems to have to rely on human hands for a while.
このように腰への負担の大きい作業は非常に多く、腰部負担軽減具に関するアイデアは多く提案されている。しかしながら実際に広く使われているのは、腰に巻きつける前記バックベルトしかない。しかも、その腰部負担軽減効果についての科学的根拠は殆どない。 As described above, there are a lot of work with a large burden on the waist, and many ideas on a waist burden reducing tool have been proposed. However, the only widely used belt belt is the back belt that wraps around the waist. Moreover, there is almost no scientific basis for the effect of reducing the lumbar burden.
近年、体幹前屈時の腰の負担を簡単に軽減する発明として、本発明者等が開発した特許文献1から特許文献4に紹介の発明がある。これ等の発明の骨子は、背中に装着した背当てフレ−ムと、背当てフレ−ムの腰当て部の左右と両下肢とをゴムベルト等の弾性体で連結装着した腰部負担軽減具であり、体幹の前屈とともに弾性体に変位を与え、その弾性力を利用して腰への補助モ−メントを得ることである。これにより前屈時に腰に作用するモ−メントが20〜30%軽減される。 In recent years, there are inventions introduced in Patent Documents 1 to 4 developed by the present inventors as an invention for easily reducing the burden on the waist during trunk trunk bending. The essence of these inventions is a lumbar burden reducing device in which a back support frame attached to the back, the left and right sides of the back support portion of the back support frame, and both lower limbs are connected and attached by elastic bodies such as rubber belts. The elastic body is displaced along with the forward bending of the trunk, and the elastic force is used to obtain the auxiliary moment to the waist. This reduces the moment acting on the hip when bent forward by 20-30%.
しかしながらそれを実用化するには、装具を着用したままでは歩き難いためこの問題を解決する必要があった。つまり、前記弾性体は、左右一対を備え各弾性体の一端を下肢に固定すると、歩行の際にも弾性体が伸ばされるために歩き難くなる欠点がある。 However, in order to put it to practical use, it was difficult to walk while wearing the brace, so it was necessary to solve this problem. In other words, the elastic body has a pair of left and right, and if one end of each elastic body is fixed to the lower limb, the elastic body is stretched even during walking, which makes it difficult to walk.
そのため従来の腰部負担軽減具は、歩き易くするために弾性体の長さを予め「遊び」としてある程度長くしておく必要がある。一方、その「遊び」の大きい程、体幹前屈時の弾性体の変位は小さくなるため腰部負担軽減効果は減少する。即ち、「遊び」の大きさと腰部負担軽減効果とはトレ−ドオフの関係があり、両者を両立させることはこれまで提案された腰部負担軽減具には不可能であった。そのことが簡易的な腰部負担軽減具の実用化を妨げる最も大きな原因である。そこでロボット技術を利用して「遊び」の大きさを制御しようとすると、機構が複雑・高価となり、実用化からは遠ざかることになる。 Therefore, it is necessary for the conventional lower back burden reducing tool to make the length of the elastic body “play” longer to some extent in order to make walking easier. On the other hand, the greater the “play”, the smaller the displacement of the elastic body during trunk trunk bending, and the lower the burden on the lower back. That is, there is a trade-off relationship between the magnitude of “play” and the lower back burden reduction effect, and it has been impossible for the lower back load reduction devices proposed so far to achieve both. This is the biggest cause that hinders the practical use of simple lumbar burden reducing tools. Therefore, when trying to control the size of “play” using robot technology, the mechanism becomes complicated and expensive, and it is not practical.
この為、これまでに前記弾性体の張力をバックルでON/OFFする方法、歩行では振出し側の足につけたゴム張力が引張り側、立脚側の下肢のゴム張力は弛緩側になること利用し、両下肢に取り付けた張力伝達用の紐やベルトを連結して歩行に伴いスライドさせる方法などを提案し、歩き易い腰部負担軽減具の開発を目指してきた。しかしながら何れの方法にも長所短所があり、十分満足できるものには至らなかった。 For this reason, using the method of turning ON / OFF the tension of the elastic body with a buckle so far, the rubber tension applied to the foot on the swinging side is the pulling side in walking, and the rubber tension of the lower leg on the standing leg side is the relaxation side, We have proposed a method of connecting a string and belt for tension transmission attached to both lower limbs and sliding them with walking, aiming at the development of an easy-to-walk waist load reducing device. However, each method has advantages and disadvantages, and has not been fully satisfactory.
本発明は、簡単な原理により上記の不具合の全てを払拭して、腰部負担軽減効果と歩き易さを両立させることに成功した世界初の技術である。
即ち、本発明は前屈作業時の腰の負担を、張力伝達紐に介設した弾性体の復元力により20〜30%軽減して腰痛を防止する基本機能を備えると共に、直立状態での歩行時は、張力伝達紐の弾性体の張力を自動的に解除して自然歩行を可能にし、自然歩行を一旦やめて両足を左右に開脚して或いは両足を前後に開脚して、再び前屈作業を開始すると腰部への補助モーメントを自動的に発生させる機能を備えた腰部負担軽減具を提供する。
The present invention is the first technology in the world that has succeeded in wiping out all of the above-mentioned problems by a simple principle and achieving both a lower back burden reduction effect and ease of walking.
That is, the present invention has a basic function of preventing back pain by reducing the load on the waist during forward bending work by 20 to 30% by the restoring force of an elastic body interposed in the tension transmission string, and walking in an upright state. At that time, the tension of the elastic body of the tension transmission string is automatically released to enable natural walking, and the natural walking is temporarily stopped and both legs are opened to the left or right, or both legs are opened to the front and back and then bent forward again. Provided is a lower back burden reducing device having a function of automatically generating an auxiliary moment to the lower back when work is started.
本発明は前記課題を満足するものであり、その特徴とする技術構成は次の(1)、(2)の通りである。
(1)、背当てフレーム(甲羅)の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記一端部を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、各揺動アームの対向接近側に付設され左右両足を左右に開脚して体幹を前屈の際に、各揺動アームの相対逆方向の先端部を当接して対峙阻止し、体幹を直立状態にしての歩行は、前記対峙阻止状態を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とする突起状のストッパー部とを備えてなる腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。
The present invention satisfies the above-mentioned problems, and technical features characterized by the following are (1) and (2).
(1) In a lower back burden reducing device in which the left and right sides of the back support frame (shell) and both lower limbs are connected and attached by a tension transmission cord with an elastic body interposed therebetween, the waist support portion and the tension transmission cord As a connecting and mounting mechanism, one end portion is pivotally attached to the center side of the waist pad portion so as to be rotatable by a rotation shaft, and the other end portion is coupled to the tension transmission cord and is used for back and forth movement of both lower limbs. A pair of left and right swing arms positioned so as to be reciprocally rotatable around the one end, and the other end of each swing arm and the upper portion of the waist pad are connected to A spring that enables downward rotation by pulling the transmission string and restoration upward rotation by relaxation, and attached to the opposite approaching side of each swinging arm, open the left and right legs to the left and right, Walking with the trunk arm in an upright position by contacting the opposite end of the swing arm in the opposite direction to prevent confrontation A mechanism for automatically generating and releasing a lumbar moment is provided, which includes a protrusion-like stopper portion that cancels the anti-blocking state and allows each swing arm to rotate forward and backward in the same direction. Lumbar burden reducing device.
(2)、背当てフレーム(甲羅)の腰当て部の左右と両下肢とを弾性体を介設した張力伝達紐で連結装着する腰部負担軽減具において、前記腰当て部と前記張力伝達紐との連結装着機構として、前記腰当て部の左右に対照的に設けられ各一端部を前記腰当て部の中央部側に回転軸で回転可能に軸着し、他端部を前記張力伝達紐に連結して両下肢の前後動作用により腰当て部の左右で前記回転軸芯を中心に往復回転自在に位置させた左右一対の揺動アームと、各揺動アームの他端部と腰当て部の上部とを連結して当該揺動アームを前記張力伝達紐の牽引による下降回転と弛緩による復元上昇回転を可能にしたばねと、前記両揺動アームの対向接近側に円弧形成されその円周面が当接の際両円心間を結ぶ直線と前記両揺動アームの回転軸の軸芯間を結ぶ直線とは同一長さにし且つ平行関係にした一対の円弧状の又は円形状のストッパー部とを備え、前記一対の円弧状の又は円形状のストッパー部は、両揺動アームの相対的逆方向回転で外周面を当接して両揺動アームの相対的逆方向回転を対峙阻止し、両揺動アームの相対的同一方向回転で前記対峙阻止状態を解除する腰部モーメントの自動発生・解除機構を設置したことを特徴とする腰部負担軽減具。 (2) In the lower back burden reducing device for connecting and mounting the left and right legs of the back support frame (shell) and both lower limbs with a tension transmission cord interposed with an elastic body, the waist support portion and the tension transmission cord As a connecting and mounting mechanism, each end portion is provided on the left and right sides of the waist rest portion, and one end portion is rotatably attached to the center portion side of the waist rest portion by a rotating shaft, and the other end portion is attached to the tension transmission string. A pair of left and right oscillating arms connected to each other for back and forth movement of both lower limbs so as to be reciprocally rotatable around the rotation axis, and the other end of each oscillating arm and the lumbar rest A spring that connects the upper part of the swinging arm to allow the swinging arm to move downward by pulling the tension transmission string and to restore and rotate by loosening, and an arc is formed on the opposite approaching side of the swinging arms. When the surface abuts, the straight line connecting the two circle centers is connected to the axis of the rotary shaft of both swing arms. A pair of arc-shaped or circular stopper portions that have the same length as the straight line and are in parallel relation, and the pair of arc-shaped or circular stopper portions are in the opposite directions of the two swing arms. A mechanism for automatically generating and releasing a lumbar moment that abuts the outer peripheral surface by rotation to prevent relative reverse rotation of both oscillating arms and releases the anti-collision state by rotation of both oscillating arms in the same relative direction. Lumbar burden reducing device characterized by being installed.
次に本発明の腰部負担軽減具の作用効果を詳述する。
<突起状のストッパー部の場合>
腰部負担軽減具を使用者の体幹に装着する前は、張力伝達紐の弾性体の張力が0の状態である。この腰部負担軽減具を直立状態の体幹に装着する。体幹への装着は、背当てフレームの上部左右の肩掛けを当該両肩に掛け、ウエスト部のベルトをウエストに巻き、弾性体を介設した一対の張力伝達紐を取り付け、張力伝達紐を軽く引っ張り直線状にして張力伝達紐に連結した下肢装着具を両下肢に装着する。
Next, the effect of the waist | hip | lumbar part burden reduction tool of this invention is explained in full detail.
<In case of protruding stopper>
Before the lumbar burden reducing tool is attached to the trunk of the user, the tension of the elastic body of the tension transmission string is zero. The lumbar burden reducing tool is attached to an upright trunk. To attach to the trunk, hang the shoulder straps on the upper and left sides of the back frame on the shoulders, wrap the waist belt around the waist, attach a pair of tension transmission cords with an elastic body, and lighten the tension transmission cords. A lower limb wearing tool connected to a tension transmission string in a straight line is attached to both lower limbs.
その状態から左右の両下肢を左右に開脚して体幹を前屈すると左右の揺動アームは互いに逆回転し、突起状のストッパー部が対峙衝突して揺動アームの下降回転を阻止するため、張力伝達紐の弾性体が伸長することで発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。 If the left and right lower limbs are opened to the left and right in this state and the trunk is bent forward, the left and right swinging arms rotate reversely, and the protruding stoppers collide against each other to prevent the swinging arm from rotating downward. Therefore, the burden on the waist is reduced by the auxiliary moment due to the tension generated when the elastic body of the tension transmission string extends.
この前屈状態から直立状態に戻すと、揺動アームは再び元の状態になる。これから自然歩行に入ると例えば左足から前に出すと左ばねと左張力伝達紐が伸びて左揺動アームが左回転する。これと併行して右側の揺動アームは右張力伝達紐が緩み右ばねの復元力で引き上げられて左回転する。 When returning from the forward bent state to the upright state, the swing arm returns to its original state. When entering a natural walk from now on, for example, when moving forward from the left foot, the left spring and the left tension transmission string extend, and the left swing arm rotates counterclockwise. At the same time, the right swing arm loosens the right tension transmission string and is pulled up by the restoring force of the right spring to rotate counterclockwise.
このため左右の突起状のストッパー部は前記対峙衝突の状態が解除された状態で当該アームと共に左回転する。この状態から次に右足を前に出すと右ばねと右張力伝達紐が伸びて右側の揺動アームが右回転する。これと併行して左揺動アームは左張力伝達紐が緩み左ばねの復元力で引き上げられて右回転する。左右の突起状のストッパー部は対峙衝突状態が解除された状態で当該アームと共に右回転する。これにより腰部への補助モーメントの自動発生及びその自動解除による自然歩行が可能になる。 For this reason, the left and right projecting stopper portions rotate counterclockwise together with the arm in a state in which the state of the collision of the opposite side is released. When the right foot is then moved forward from this state, the right spring and the right tension transmission string are extended, and the right swing arm is rotated to the right. At the same time, the left swing arm loosens the left tension transmission string and is pulled up by the restoring force of the left spring to rotate right. The left and right projecting stopper portions rotate clockwise together with the arm in a state where the facing collision state is released. As a result, the automatic generation of the auxiliary moment to the lumbar region and the natural walking by the automatic cancellation thereof become possible.
<円弧状又は円形状のストッパー部の場合>
腰部負担軽減具を前例の突起状のストッパー部の場合と同様の状態に使用者の体幹に装着する。
この装着後、左右の両下肢を左右に開脚して体幹を前屈すると左右の揺動アームが面対象的に互いに逆回転し回転直後に両円弧状ストッパー部又は円形状ストッパー部の円周面の最接近点は当接し所謂対峙衝突して両揺動アームの下降回転を阻止するためそれ以降は両張力伝達紐の両弾性体が伸長することで発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。
<In the case of an arc or circular stopper>
Attach the lumbar burden mitigating tool to the trunk of the user in the same state as in the case of the protruding stopper portion of the previous example.
After this attachment, when the left and right lower limbs are opened to the left and right and the trunk is bent forward, the left and right swinging arms rotate reversely to each other in a plane and immediately after rotation, the circular arc stopper part or the circular stopper part circles. Since the closest point of the peripheral surface comes into contact and collides with the other so as to prevent the swinging arm from descending and rotating, the elastic moments of both tension transmission strings are extended by the auxiliary moment due to the tension generated by the extension of both elastic bodies of the waist. Reduce the burden.
また左右の両下肢を前後に開脚しての前屈の際は、この前後開脚の程度により、左右の揺動アームは傾斜した状態であっても、体幹の前屈に伴い、両円弧状ストッパー部又は円形状ストッパー部がその円周面の最接近点を当接し所謂対峙衝突して両揺動アームの下降回転を阻止するため、それ以降は両張力伝達紐の両弾性体が伸長することで、左右の下肢ベルトの張力バランスが釣り合う角度まで揺動アームは自然に回転しながら発生する張力による補助モーメントで腰の負担を軽減する。 Also, when the left and right lower limbs are bent forward and backward, depending on the degree of the front and rear legs, both the left and right swing arms are tilted, Since the arc-shaped stopper part or the circular stopper part abuts the closest point of the circumferential surface and collides so-called against each other and prevents the swinging arms from rotating downward, both elastic bodies of both tension transmission strings are thereafter By extending, the swinging arm reduces the burden on the waist with an auxiliary moment generated by the tension generated while the natural swinging of the swing arm to an angle that balances the tension balance between the left and right lower limb belts.
この前屈状態から直立状態に戻すと、揺動アームは再び元の前屈前の状態になる。この状態から歩行のために右下肢から歩行を開始すると、または左下肢から歩行を開始すると、或いは左右下肢から同時に歩行を開始すると、前記両円弧状ストッパー部又は円形状のストッパー部の各円周面の最接近点の対峙衝突の状態が解除されて自然歩行が自由に可能になるのである。 When returning from the forward bent state to the upright state, the swing arm is again brought into the original forward bent state. When walking is started from the right lower limb for walking from this state, when walking is started from the left lower limb, or when walking is started simultaneously from the left and right lower limbs, each of the circular arc stopper parts or the circular stopper parts The face-to-face collision state at the closest point of the surface is released and natural walking is freely possible.
即ち、両円弧状ストッパー部又は円形状のストッパー部は、当該揺動アームによる回転が相対的に逆回転関係に無い場合は円周面の当接の有無にかかわらず、前記対峙衝突の状態が解除され、逆回転関係にある場合にのみ円周面が当接の際、前記対峙衝突の状態が維持されるのである。 That is, both the arc-shaped stopper part or the circular stopper part, when the rotation by the oscillating arm is not in the reverse rotation relation, the state of the opposite collision is irrespective of whether the circumferential surface is in contact or not. When the circumferential surface comes into contact only when it is released and in a reverse rotation relationship, the state of the opposite collision is maintained.
なお、ストッパー部を円形状のストッパー部にする場合は、円形状のストッパー部を例えば円周面部が回転するカムフォロアー等の回転体にすることにより、外周面同士が当接した状態での歩行時は、円周面部同士が相対的に逆回転するため揺動アームのより円滑な回転が可能になる。 In addition, when making the stopper part into a circular stopper part, walking with the outer peripheral surfaces in contact with each other by making the circular stopper part into a rotating body such as a cam follower that rotates the circumferential surface part. At this time, since the circumferential surface portions relatively rotate reversely, the swinging arm can be rotated more smoothly.
以下、発明を実施するための形態を説明する。
図1において、本実施形態による腰部負担軽減具10は、背当てフレーム(甲羅)12と、背当てフレーム12の上部から延びる肩掛けバンド14、16と、張力伝達紐18、20と、背当てフレーム12と張力伝達紐18、20との間の連結装着機構22と、下肢装着具24、26とを具備する。
Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described.
In FIG. 1, a lower back
前記背当てフレーム12は、装着者の体幹の背中側脊椎に沿って当接する強化樹脂製の本体部分12aと、腰椎から澱部に沿って当接する強化樹脂製の腰当て部12bとを具備する。本体部分12aと腰当て部12bは一体成型タイプに成形したもの或いは組み合わせ着脱可能にした分割タイプに成形したもの等で良い。本体部分12aと腰当て部12bは、また、特に形状については限定されないが、本体部分12aは図1に示すように甲羅状に成形して広幅部は中抜きにし、そこに樹脂製のメッシュ板12cを一体的に配設した堅牢軽量タイプとすることが好ましい。腰当て部12bは、若干後方に反っていて張力伝達紐18、20との連結装着機構22の設置が可能な形状であればよい。尚、腰当て部12bへの連結装着機構22の設置は、連結装着機構22が可動部を有するため、腰当て部12bに連結装着機構22の全体を覆うカバー(図示せず)を開閉可能に付設することが安全上好ましい。
The
背当てフレーム12と張力伝達紐18、20との連結装着機構22は、腰部への補助モーメントの自動発生・解除機構であり、各左右一対の金属製または樹脂製の揺動アーム22a、22bと、揺動アーム22a、22bの基端部近傍に形成された金属製または樹脂製のストッパー部22c、22dと、ばね22e、22fとからなる簡易な構成である。
The
揺動アーム22a、22bは、腰当て部12bの背面に左右に一対設け、それぞれ一端を腰当て部12bの中央部側に回転(揺動)可能に回転軸22g、22hで装着し、他端部を張力伝達紐18、20に連結し所定の回転角度で往復揺動(旋回)可能自在に配置したものである。回転軸22g、22hは一本にして左右両方の揺動アーム22a、22bに共用してもよい。
A pair of
前記ストッパー部22c、22dは、各揺動アームの回転軸22g、22h近傍の下部に付設され、体幹を前屈する際に、各揺動アームの相対逆回転を面接触で対峙阻止し、体幹を直立状態で歩行する際は前記対峙を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とするものであり、面接触部は互いに相対滑り運動を行うため、滑り易く摩耗し難く出来れば緩衝材を配設しておくことが好ましい。
The
揺動アーム22a、22bに連結するばね22e、22fは、一端を腰当て部12bの中央部の上部側に軸止めし他端を当該揺動アームの他端側に連結するもので、ばね力を当該揺動アーム22a、22bの戻り回転力と共に歩行の際の張力伝達紐18、20の遊び量を自動的に吸収できるばね力と収縮量を有するものであればよく、棒状、平ベルト状、角状などの天然ゴム樹脂、合成ゴム樹脂、或いは、金属製コイルスプリング、湾曲板状スプリング等で揺動アームの回転範囲内で塑性変形することなく弾性変形するものであればよい。
The
揺動アーム22a、22bに連結する張力伝達紐18、20は、弾性体を中間部に介設した棒紐、平紐、角紐などの牽引紐で良い。張力伝達紐18、20の前記弾性体は、棒状、平ベルト状、角状などの天然ゴム樹脂、合成ゴム樹脂、コイルスプリング、湾曲板状スプリング等、前屈時に塑性変形することなく弾性変形して所定の補助モーメントを腰部に与えるものであり、直立の際、或いは未使用の際は元の形状に復元するものであればよい。本例では、揺動アーム22a、22bの他端に上端部を接続した丸紐18a、20aと、この丸紐18a、20aの下端部を接続したバックル18b、20bと、バックル18b、20bに上端部を長さ調節可能に接続した第一の平ベルト18c、20cと、第一の平ベルト18c、20cの下端部を上リング装着部18d、20dに緊締接続した丸ゴム弾性体18e、20eと、丸ゴム弾性体18e、20eの下リング装着部18f、20fに緊締接続した第二の平ベルト18g、20gとからなる。
The
張力伝達紐18、20に連結する前記下肢装着具24、26は、下肢の膝、ふくらはぎ、足首などに直接或いは衣服や靴を介して装着連結するものであり、ずれないように巻き締めるタイプが好ましく、靴との装着連結はフックタイプのものでも良い。本例は、第二の平ベルト18g、20gに連結したふくらはぎ部巻き装着タイプであり、巻き装着本体は化学繊維のメッシュ布であり、その巻き付けと解除は、面ファスナーで行う。このメッシュ布に第二の平ベルト18g、20gに連結する補強片をふくらはぎ上部当て側つまり膝の裏側に縫いつけ、補強片にはふくらはぎ上部から両サイドを巻回経由してメッシュ布の両サイド下端に亘る補助バンドを縫いつけ、メッシュ布の両サイド下端には足裏当てバンドを付設したものである。
The lower
前記のように張力伝達紐18、20の第二の平ベルト18g、20gに連結する補強片をふくらはぎ上部当て側つまり膝の裏側に縫いつけると、膝から下の状態が屈伸しても、張力伝達紐18、20の遊び長さを僅少に保持できるため、前屈の際の補助モーメントの確保、及び歩行の際の揺動アームの同一方向回転を円滑に保持する。
As described above, when the reinforcing pieces connected to the second
次に、本実施形態による腰部負担軽減具10の着用例を図1〜図5と共に詳述する。
図1の(a)は腰部負担軽減具10を体幹に装着する前で、平面に静置した状態であり、背当てフレーム12と張力伝達紐18、20との連結装着機構22は、張力伝達紐18、20の弾性体の張力が0の状態で、揺動ア−ムは逆ハの字状態を示している。図1の(b)は(a)に示す腰部負担軽減具10を縦状態にしたものであり、揺動ア−ムは張力伝達紐18、20と前記下肢装着具24、26の重みで若干下降回動した状態で安定する。図3には図1の(b)の状態と同様な状態にした実装モデルを示す。
Next, a wearing example of the lower back
FIG. 1 (a) shows a state in which the lumbar
この腰部負担軽減具10を図4に示すように直立状態の体幹に装着する。体幹への装着は、図1の(c)にも示すように、背当てフレーム12の上部左右の肩掛ベルトを体幹の両肩に掛け、ウエスト部のベルトを体幹のウエストに巻き、下肢装着具24、26を両下肢に装着し、この後弾性体を介設した一対の張力伝達紐18、20のバックル18b、20bにより第一の平ベルト18c、20cとの長さを調節して張力伝達紐18、20を軽く引っ張り直線状にして揺動ア−ムのストッパー部22c、22dの先端同士を対峙衝突させておく。
As shown in FIG. 4, the lower back
これで揺動ア−ムの下降回転は阻止された状態となる。その状態から体幹を前屈すると張力伝達紐18、20の弾性体が伸長してその張力により腰部に補助モーメントが発生して腰の負担を軽減するのである。
As a result, the downward rotation of the swing arm is prevented. When the trunk is bent forward from this state, the elastic bodies of the
次に、図4及び図1の(c)に示す状態から自然歩行に入ると、例えば右足から前に出すと図2の(a)に示すように、右ばね22fと右張力伝達紐20が伸びて右側の揺動アーム22bは背面から見て時計回りの方向に回転する。これと併行して左張力伝達紐18が緩み左ばね22eの復元力で引き上げられて左揺動アーム22aも背面から見て時計回りに回転する。このため左右ストッパー部22c、22dは衝突状態が解除された状態で当該アームと共に右回転する。図5には図4の実装モデル着用状態から右足からの歩進した際の状態を示し、図2の(a)と同じ状態になっている。
Next, when natural walking is started from the state shown in FIG. 4 and FIG. 1 (c), for example, when the front is taken out from the right foot, as shown in FIG. 2 (a), the
次にこの状態から左足を前に出すと図2の(b)に示すように、左ばね22eと左張力伝達紐18が伸びて左揺動アーム22a、22bは背面から見て反時計回りに左回転する。これと併行して右張力伝達紐20が緩み右ばね22fの復元力で引き上げられて右側の揺動アーム22bも背面から見て反時計回りに左回転する。左右ストッパー部22c、22dは衝突状態が解除された状態で当該アームと共に左回転する。
Next, when the left foot is moved forward from this state, as shown in FIG. 2 (b), the
このようにして本例の腰部負担軽減具10は、腰部への補助モーメントの自動発生及びその自動解除による自然歩行を自由に可能にしたものである。
In this way, the lower back
次に、図6〜図9を参照して、本発明の第2の実施形態を説明する。
第2の実施形態による腰部負担軽減具100は、背当てフレーム(甲羅)102と、背当てフレーム102の上部から延びる肩掛けバンド104、106と、第1の実施形態と同様に構成された張力伝達紐18、20と、背当てフレーム102と張力伝達紐18、20との間の連結装着機構120と、第1の実施形態と同様の下肢装着具(図示せず)とを具備する。
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
The lower back
前記背当てフレーム102は、第1の実施形態と概ね同様に形成されており、装着者の体幹の背中側脊椎に沿って当接する本体部分102aと、腰椎から澱部に沿って当接する強化樹脂製の腰当て部102bとを具備する。腰当て部102bには、連結装着機構120が取付けられている。
The
連結装着機構120は、左右一対の揺動アーム122、124と、揺動アーム122、124の基端部近傍に形成された金属製または樹脂製のストッパー部126、128と、揺動アーム122、124に連結するばね134、136とを具備している。揺動アーム122、124は、腰当て部102bの背面に左右に一対設けられており、腰当て部102bの中央部側において、回転軸130、132によって、所定の回転角度範囲で往復揺動(旋回)可能に取付けられている。揺動アーム122、124の先端部は張力伝達紐18、20に連結されている。ばね134、136は第1の実施形態のばね22e、22fと同様のばねである。上述したように、回転軸130、132は一本にして左右両方の揺動アーム122、124で共用してもよい。
The
ストッパー部126、128は、本例では円弧状ストッパー部となっているが、円周面無が回転する不図示のカムフォロアー等の円形状ストッパー部としてもよい。ストッパー部126、128は回転軸130、132に関して、揺動アーム122、124の各々の張力伝達紐18、20を連結する端部とは反対側に、揺動アーム122、124と一体的に形成されている。本実施形態において、ストッパー部126、128は、その外周面が少なくとも部分的に円弧に沿って延設されており、かつ、このストッパー部126、128の円弧は同じ直径を有し、かつ、揺動アーム122、124が傾斜しない状態では、円弧の中心O1、O2は回転軸130、132の中心の真下に位置している。こうして、ストッパー部126、128は、腰部負担軽減具100の使用中常に接触点Cにおいて互いに接触しており、回転軸130、132の中心およびストッパー部126、128の円弧の中心O1、O2が形成する四角形は揺動アーム122、124の回転角度によらず常に平行四辺形となる。
The
ストッパー部126、128は、第1の実施形態と同様に、体幹を前屈する際に、各揺動アーム122、124の相対逆回転を面接触で対峙阻止し、体幹を直立状態で歩行する際は前記対峙を解除して各揺動アームの同一方向の正転・逆転を可能とするものであり、面接触部は互いに相対滑り運動を行うため、滑り易く摩耗し難い材質であることが好ましい。
When the trunk is bent forward, the
第2の実施形態による腰部負担軽減具100もまた図4に示すように直立状態の体幹に装着される。体幹への装着は、図1の(c)に示すように、背当てフレーム102の上部左右の肩掛ベルト104、106を体幹の両肩に掛け、ウエスト部のベルト110を体幹のウエストに巻き、下肢装着具を両下肢に装着する。そのとき、ストッパー部126、128は、接触点Cにおいて、互いに対峙衝突する。これによって、揺動ア−ム122、124の先端が下降する方向に、揺動ア−ム122、124が回転軸130、132を中心として回転することが阻止された状態となる。その状態から体幹を前屈すると張力伝達紐18、20の弾性体が伸長してその張力により腰部に補助モーメントが発生して腰の負担が軽減される。
The lower back
次に、図4及び図1の(c)に示す状態から自然歩行に入ると、例えば左足を前に出すと、図8、9に示すように、左側の張力伝達紐18が伸びて、左側の揺動アーム122が背面から見て反時計回りの方向に回転し、右張力伝達紐20が緩む。その際、ストッパー部126、128が接触点Cにおいて互いに当接しているため、左側の揺動アーム122が反時計回りに回転することによって、図8、9に示すように、左側のストッパー部126が右側のストッパー部128を右方へ押圧し、右側の揺動アーム124が背面から見て反時計回りの方向に回転する。
Next, when natural walking is started from the state shown in FIG. 4 and FIG. 1 (c), for example, when the left foot is moved forward, the left
右足を前方へ出す場合には、右側の張力伝達紐20が伸びて、右側の揺動アーム124が背面から見て時計回りの方向に回転し、左張力伝達紐18が緩む。そのとき、左右のストッパー部126、128が接触点Cにおいて互いに当接した状態で、右側の揺動アーム124の回転によって、右側のストッパー部128が左側のストッパー部126左方へ押圧し、これによって左側の揺動アーム122が反時計回りの方向に回転する。こうして、左右のストッパー部126、128は互いに当接した状態で当該アームと共に回転する。
When the right foot is extended forward, the right
揺動アーム122、124は、図6〜図9に示す形態のみならず、図10、11に示すような左右の先端部222a、224aの位置を下方に移動させた形態の揺動アーム222、224とすることができる。図11は、図10の状態から反時計回りにθ=30°回転した状態を示している。
The
図6〜図9に示すように揺動ア−ム122、124の左右端を上げ、さらに揺動ア−ム122、124の回転軸130、132の下側を抉ることで揺動ア−ム122、124の揺動範囲を大きくすることができる。図10、11の例では、揺動アーム222、224の揺動範囲は小さくなるが、歩行に伴う先端部222a、224aにおけるy方向(鉛直方向)変位が、利用者の歩幅に適した大きさであれば、歩行する際の抵抗になることはない。
As shown in FIGS. 6 to 9, the left and right ends of the swinging
また、図10、11の揺動アーム222、224は初期形状の変化に伴い揺動可能範囲が異なるが、その機構学的作用は回転軸230、232を中心として同じ角速度で同方向に回転する場合、接触点Cを介して中心O1、O2を繋ぐ線を仮想的に一つのリンクとする平行クランク機構を構成すると考えられるので、揺動アーム122、124と本質的な相違はない。
以下、図10、11に示す揺動アーム222、224の例に従い、連結装着機構220の作用を更に詳細に説明する。
Further, the
Hereinafter, according to the example of the
歩行に伴い揺動アーム222、224が回転軸230、232を中心として揺動すると、ストッパ−同志の接触点Cは揺動ア−ムの回転軸230、232の中心(回転中心)を結ぶ直線の中間点Dを中心に半径hの円弧を描く。即ち、接触点Cは常にストッパー部226、228の縁となる円弧の中心点O1、O2同志を結ぶ直線上にある。揺動アーム222、224に張力伝達紐18、20が連結される連結点222a、224aに鉛直力PA、PBが作用する場合、回転軸230、232と接触点Cに作用する力を求める。簡単のため摩擦は無視する。全体座標系Σのx軸は回転中心230、232を通過するようにとる。連結点222a、224a間の水平距離を2Lとする。図11のように揺動アーム222、224を角度θ傾けた場合の接触点Cの座標は、(hsinθ、-hcosθ)である。回転軸232の座標は(R、0)であるので、回転軸232から接触点Cへの位置ベクトルrAは、
図10に示すθ=0の場合、回転軸232から連結点224aへの位置ベクトルrEは、
回転軸232を中心する座標系をΣ1とする。角度θだけ傾いた状態での座標系Σ1での連結点224aの座標E1は、
全体座標系Σでの連結点224aの座標Eは、
図11に示すように角度θ傾いた状態での回転軸232から連結点224aへの位置ベクトルrEは、
連結点224aに作用する力PAによるモ−メントMPAは、
一方、接点点Cにおける反力RCによるモ−メントMCは(1)より、
回転軸232に関するモ−メントの釣合式は、MPA+MC=0であるので式(6)、(7)より反力RCは、
式(8)よりθ=0では、
回転軸232に作用する力をRAとすると、xy方向の力の釣合式より、
式(8)、(10)より、
式(11)よりRAを小さくするには、hを大きくすれば良いことが分かる。
From equations (8) and (10),
From equation (11), it can be seen that h can be increased to reduce R A.
同様の計算を揺動アーム222についても行う。揺動アーム222も角度θ傾いているので、接触点Cの座標は、(hsinθ、-hcosθ)であり、回転軸230の座標は(−R、0)であるので回転軸230から接触点Cへの位置ベクトルrCAは、
回転軸230を中心する座標系をΣ4とする。図11に示すように揺動アーム222が角度θだけ傾いている場合、座標系Σ4での連結点222aの座標F4は、
角度θ傾いた状態での回転軸230から連結点222aへの位置ベクトルrFは、
力PBによるモ−メントMPBは、
一方、接点反力RCによるモ−メントMCは(12)より、
回転軸230に関するモ−メントの釣合式は、MPB+MC=0であるので式(17)、(18)より
式(19)よりθ=0では、
回転軸230に作用する力をRBとすると、xy方向の力の釣合式より、
When the force acting on the
式(19)、(21)より、
その理由はPBのモーメントアームが回転に伴い小さくなるためである。釣り合うためには接触点Cにおける反力RCは等しい必要があるので式(8)、(19)より、
θ≠0では、
式(2)から式(23)までの計算は、図10において、揺動アーム222及び224が回転する前の状態、すなわちθ=0の状態において、下肢ベルトと揺動アームとの連結点222a、224aが、揺動アームの回転中心230、232を結ぶ直線より距離Hだけ下にある場合についての計算である。連結点222a、224aが回転軸(回転中心)230、232を結ぶ直線より距離Hだけ上にある場合は、式(2)から式(23)の中にあるHの符号を形式的に逆にするだけで計算式はすべて有効である。
The calculation from Equation (2) to Equation (23) is shown in FIG. 10 in the state before the
つぎに接触点Cでの板同士の滑り速度を計算する。揺動ア−ム224に着目すると、回転軸232から接触点Cへの位置ベクトルrCは(1)であるので、角速度をωとすると、接触点Cの速度VCは、
次に、揺動アーム222の板に着目すると、回転軸230から接触点Cへの位置ベクトルrCAは(12)であるので、角速度をωとすると、接触点Cの速度VCAは、
滑り面の接触点Cでの単位接線ベクトルはjであるので、速度ベクトルvC、vCAの接線方向の成分の差が滑り速度sとなる。つまり、滑り速度sは、
本発明は、以上の目的、構成及び作用効果により、腰への負担の多い農業、水産業、各種製造業、流通業、看護・介護医療分野等の産業界において、従事する作業者の腰痛、腰の疲労を予防する画期的で実用的な装具として期待できる腰部負担軽減具であり、労働人口減少の抑止、医療費抑制への連動が期待できる。 The present invention, due to the above objects, configuration and effects, back pain of workers engaged in agriculture, fisheries industry, various manufacturing industries, distribution industry, nursing / nursing care medical field, etc., which have a heavy burden on the waist, It is a lumbar burden reducing device that can be expected as a revolutionary and practical device to prevent lower back fatigue, and it can be expected to be linked to the reduction of the working population and medical costs.
10 腰部負担軽減具
12 フレーム
12a 本体部分
12b 腰当て部
12c メッシュ板
14 肩掛けバンド
16 肩掛けバンド
18 張力伝達紐
18a 丸紐
18b バックル
18c 第一の平ベルト
18d 上リング装着部
18e 丸ゴム弾性体
18f 下リング装着部
18g 第二の平ベルト
20 張力伝達紐
20a 丸紐
20b バックル
20c 第一の平ベルト
20d 上リング装着部
20e 丸ゴム弾性体
20f 下リング装着部
20g 第二の平ベルト
22 連結装着機構
22a 左揺動アーム
22b 右側の揺動アーム
22c 左ストッパー部
22d 右ストッパー部
22e 左ばね
22f 右ばね
22g 回転軸
22h 回転軸
24 下肢装着具
26 下肢装着具
100 腰部負担軽減具
102 フレーム
102a 本体部分
102b 腰当て部
104 肩掛バンド
106 肩掛ベルト
110 ベルト
120 連結装着機構
122 揺動アーム
124 揺動アーム
126 ストッパー部
128 ストッパー部
130 回転軸
132 回転軸
134 ばね
136 ばね
220 連結装着機構
222 揺動アーム
224 揺動アーム
222a 連結点
224 揺動アーム
224a 連結点
226 ストッパー部
228 ストッパー部
230 回転軸
232 回転軸
DESCRIPTION OF
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