JP2018001391A - 腕動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供する。【解決手段】人体２に装着されて人体２の腕３の動作を補助する腕動作補助装置１を、胴体４に対して相対的に固定される支持部材１０と、腕３に装着される腕保持部材２０と、支持部材１０と腕保持部材２０とを連結する連結機構３０とを有し、連結機構３０が、少なくとも２つの回動軸４１、４３、４４を備え、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、回動軸４１、４３、４４まわりの回動により腕保持部材２０を支持部材１０に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部４０を有し、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、連結機構３０が胴体４の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置される構成とする。【選択図】図１

Description

本発明は、人体に装着されて人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置に関する。

従来から、腕を使って行われる各種の労働作業や日常作業を容易にするために、腕の動作を補助する人体着用型の補助装置が開発されている。

例えば特許文献１には、胸部に対して相対的に固定される背面スパンと、腕を背面スパンに対して回動運動させるための肩甲上腕関節部と、肩甲上腕関節部を背面スパンに対して上下運動又は／及び回転運動させるための背面スパンに連結された肩甲胸郭関節部とを有する上肢装着型運動補助装置が記載されている。

特開２００９−２６８８３９号公報

しかしながら、上記従来の補助装置では、当該補助装置が人体に装着された状態において、肩甲上腕関節部が人体の肩の上方に配置されるようになっているので、着用者の視野に入る顔に近い部分に肩甲上腕関節部が存在することになる。そのため、着用者の視野が肩甲上腕関節部によって狭められることになり、また、肩甲上腕関節部が顔に近い位置に配置されることによって着用者が心理的なストレスを感じるなど、その装着感が良くないという問題点があった。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供することにある。

本発明の腕動作補助装置は、人体に装着されて該人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置であって、胴体に対して相対的に固定される支持部材と、腕に装着される腕保持部材と、前記支持部材と前記腕保持部材とを連結する連結機構とを有し、前記連結機構が、少なくとも２つの回動軸を備え、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、該回動軸まわりの回動により前記腕保持部材を前記支持部材に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部を有し、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記連結機構が胴体の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置されることを特徴とする。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の後方に配置されるのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の前方に配置されるのも好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記連結機構が、前記腕保持部材を前記支持部材に対して上下方向に移動自在とする、上下動機構部をさらに有するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記水平動機構部が前記支持部材と前記上下動機構部との間に設けられ、前記上下動機構部が前記腕保持部材と前記水平動機構部との間に設けられており、前記水平動機構部が、第１の前記回動軸により前記支持部材に回動自在に連結された第１連結体と、第２の前記回動軸により前記上下動機構部に回動自在に連結されるとともに第３の前記回動軸により前記第１連結体に回動自在に連結された第２連結体と、を有するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する荷重負担機構を備えるのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記荷重負担機構が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重を、前記腕保持部材の上下方向位置に拘わらず、常に一定の割合で負担するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第２軸によって回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において前記第１軸に対して上方にずれて配置された第３軸によって前記支持体に回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記上下動機構部が、支持体と、一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、前記荷重負担機構が、前記第１軸に対して上方にずれて配置された第３軸によって前記支持体に回動自在に支持されたスライダと、前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第２軸によって回動自在に連結されたガイドロッドと、前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有するのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記コイルバネは、前記作動アームの前記第１軸を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から前記第２軸と前記第３軸との間の距離に等しい長さだけ圧縮された状態となるのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記第３軸が、前記第１軸の鉛直方向から、前記第２軸から離れる方向に向けて前記第１軸を中心として所定のずらし角度だけずれた位置に配置されるとともに、前記第２軸が、前記作動アームと前記腕保持部材との連結部と前記第１軸とを結ぶ直線から、前記第３軸の側に向けて前記第１軸を中心として前記ずらし角度だけずれた位置に配置されているのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕保持部材が、腕が挿通可能な円環状に形成され、前記連結機構に回動自在に連結されているのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記水平動機構部に、前記腕保持部材が前記支持部材に対して所定位置となるように、それぞれの前記回動軸の回動を補助するバネ部材が設けられているのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記回動軸が、軸体又は板バネで構成されているのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記支持部材の左右両側に、それぞれ人体の左右の腕に対応した一対の前記腕保持部材及び前記連結機構が設けられているのが好ましい。

本発明の腕動作補助装置は、上記構成において、前記腕保持部材が、人体の上腕に装着されるのが好ましい。

本発明によれば、着用者の視野を狭めることがなく、また、着用者が心理的なストレスを感じることがない装着感のよい腕動作補助装置を提供することができる。

本発明の一実施の形態である腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す平面図である。 図１に示す腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す背面図である。 図１に示す腕動作補助装置を人体に装着した状態で示す側面図である。 図１におけるＡ−Ａ線に沿う断面図である。 （ａ）、（ｂ）は、腕保持部材が肩関節の回動に追従する様子を模式的に示す説明図である。 図１〜５に示す腕動作補助装置の変形例であって、腕保持部材を上下動機構部に固定した場合を示す説明図である。 図１〜５に示す腕動作補助装置の変形例であって、水平動機構部にバネ部材を設けた場合を示す説明図である。 図１〜５に示す腕動作補助装置の変形例であって、支持部材と第１連結体との間の回動軸を板バネで構成した場合を示す説明図である。 図１〜５に示す腕動作補助装置の変形例であって、支持部材と水平動機構部とを、それぞれ胴体の前方に配置した場合を示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１〜５に示す腕動作補助装置の変形例であって、水平動機構部を２つの回動軸を有する構成とした場合を示す説明図である。

以下、図面を参照して、本発明をより具体的に例示説明する。

図１〜図５に本発明の一実施の形態である腕動作補助装置１を示す。図１〜図５においては、便宜上、腕動作補助装置１が装着される人体２を、人体を模した形状の３Ｄモデルとして示している。

本発明の一実施の形態である腕動作補助装置１は、例えば作業者等の着用者の人体２に装着されて該人体２の腕３の動作を補助するためのものである。本実施の形態では、腕動作補助装置１を、例えばブドウや桃等の作物を収穫する作業などの上向き作業の作業補助に適した構成とした場合を示す。ここで、上向き作業とは、例えば上腕３ａを略水平となるまで胴体４に対して前側に向けて持ち上げつつ前腕３ｂを略鉛直にした姿勢で行う作業など、作業対象が作業者の上方にあって作業者が腕３を長時間に亘り上げたままで行うこととなる作業のことである。なお、上向き作業は、上記したブドウや桃等の作物の収穫作業に限らず、例えば工場ラインにおける上向きでの組付け作業や上向きで行う溶接作業など、腕３を長時間に亘り上げたままで行う種々の作業を含む。

本明細書及び特許請求の範囲においては、起立した姿勢における人体２に対して、当該人体２の胸部ないし腹部が面する側（図１において上方側）を前方とし、背中が面する側（図１において下方側）を後方とし、人体２の左右側（図１において左右側）を側方とし、人体２の上側（図２において上方側）を上方とし、人体２の下側（図２において下方側）を下方とする。また、人体２を上下に貫く方向（図２において上下方向）を上下方向とし、人体２を左右に貫く方向（図２において左右方向）を左右方向とし、上下方向に垂直な方向を水平方向とする。

この腕動作補助装置１は、支持部材１０、腕保持部材２０及び連結機構３０を有し、支持部材１０と腕保持部材２０とが連結機構３０によって連結された構成となっている。本実施の形態においては、腕動作補助装置１は、支持部材１０の左右両側（両方の側方）に、それぞれ人体２の左右両側の腕３に対応した一対の腕保持部材２０及び連結機構３０が設けられ、着用者の左右両側の腕３の動作を補助できるようになっている。左右の腕保持部材２０及び連結機構３０は、互いに対称である以外は基本的に同一の構成であるので、以下では、左右の一方側の腕保持部材２０及び連結機構３０についてのみ説明し、重複した説明は省略する。なお、図５においては、便宜上、一方の腕保持部材２０及び連結機構３０のみを示している。

支持部材１０は、連結機構３０を介して腕保持部材２０を支持する部分である。支持部材１０は、例えばベルトや襷、ベスト等の装着部材（不図示）を用いて着用者の胴体４に装着され、当該胴体４に対して相対的に固定される。本実施の形態においては、支持部材１０は矩形の板状に形成され、胴体４の後方つまり背中の高い位置（両腕３の胴体４への付け根の間）に配置される。支持部材１０は、腕３の動作に伴って腕保持部材２０や連結機構３０が作動しても、胴体４に対して相対的に固定された状態に保持される。

なお、支持部材１０は、胴体４に対して完全に固定されるように胴体４に装着されるのが好ましいが、胴体４に対する装着位置がある程度変化するように装着されてもよい。また、支持部材１０は、胴体４の高い位置に限らず、例えば腰部の後方など、種々の位置に配置することができる。

腕保持部材２０は、内側に腕３を挿通可能な円環状（円筒状）に形成され、人体２の上腕３ａの先端側部分（前腕３ｂに近い部分）に装着される。上腕３ａに装着された腕保持部材２０は、上腕３ａの動作に伴って上腕３ａとともに移動することができる。

腕保持部材２０を上腕３ａに装着する構成とすることにより、この腕動作補助装置１をより小型軽量かつ安価なものとすることができる。また、腕保持部材２０を円環状に形成することにより、腕３を腕保持部材２０に通すだけの簡単な動作で、腕保持部材２０を容易かつ確実に上腕３ａに装着することができる。これにより、この腕動作補助装置１の人体２への着用を容易に行うことが可能となる。

なお、腕動作補助装置１は、腕保持部材２０を上腕３ａに装着する構成に限らず、腕保持部材２０を人体２の前腕（手首を含む）３ｂに装着する構成とすることもできる。また、腕保持部材２０は、円環状に限らず、腕３に装着されて当該腕３を保持することができれば、その形状は種々変更可能である。

本実施の形態においては、連結機構３０は、この腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、腕保持部材２０を支持部材１０に対して水平方向に移動自在に連結する水平動機構部４０と、腕保持部材２０を支持部材１０に対して上下方向に移動自在とする上下動機構部５０とを有している。水平動機構部４０は支持部材１０と上下動機構部５０との間に設けられ、上下動機構部５０は腕保持部材２０と水平動機構部４０との間に設けられている。

本実施の形態においては、水平動機構部４０は、図１に示すように、細長い板状に形成されてその長手方向の一端部において第１の回動軸４１により支持部材１０に回動自在に連結される第１連結体４２と、細長い板状に形成されてその長手方向の一端部において第２の回動軸４３により上下動機構部５０の支持体５１に回動自在に連結されるとともに長手方向の他端部において第３の回動軸４４により第１連結体４２の長手方向の他端部に回動自在に連結される第２連結体４５とを有した構成となっている。第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４は、何れも、連結対象となる部材を互いにピン結合する軸体で構成されている。また、第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４は、それぞれ腕動作補助装置１が着用者の人体２に装着された状態において、その軸方向が上下方向（鉛直方向）を向くように配置されている。このような構成により、水平動機構部４０は、それぞれの回動軸４１、４３、４４まわりの回動により腕保持部材２０を支持部材１０に対して水平方向に移動自在とすることができるとともに、腕保持部材２０及び上下動機構部５０から加えられる上下方向の荷重を、当該水平動機構部４０を介して支持部材１０に支持させることができる。

図１に示すように、水平動機構部４０は、この腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、支持部材１０とともに胴体４の後方すなわち背中側に配置されるようになっている。また、腕動作補助装置１を着用した着用者が肩関節を回動させない姿勢（図１に示す姿勢）でいるときには、第１連結体４２と第２連結体４５とを連結する第３の回動軸４４が第１の回動軸４１及び第２の回動軸４３を結ぶ直線よりも後方側に位置するように第１連結体４２と第２連結体４５とが互いに傾斜し、水平動機構部４０は後方に向けて山形に屈曲している。

上下動機構部５０は、腕３の側方つまり胴体４の側方に配置されており、腕保持部材２０を水平動機構部４０に対して上下動自在に連結し、当該腕保持部材２０を支持部材１０に対して上下方向に移動自在としている。

図４に示すように、本実施の形態においては、上下動機構部５０は、支持体５１と作動アーム５２とを有している。上記の通り、支持体５１は水平動機構部４０の第２連結体４５の端部に第２の回動軸４３によって水平方向に回動自在に連結されており、支持部材１０に対する上下方向位置が一定となるように水平動機構部４０を介して支持部材１０に支持されている。

作動アーム５２は、上腕３ａと同程度の長さを有するアーム形状に形成され、腕３の側方に配置される。作動アーム５２は、その一端側において第１軸５３によって支持体５１に回動自在に連結されている。第１軸５３は、その軸方向を水平方向、より具体的には左右方向に向けて設けられている。これにより、作動アーム５２は、第１軸５３を中心として、その他端側が支持体５１、ひいては支持部材１０に対して左右方向に垂直な面内で上下方向に移動するように第１軸５３を中心として上下方向に回動自在となっている。また、作動アーム５２は、その他端側において腕保持部材２０に連結されている。したがって、腕保持部材２０が装着された上腕３ａが肩関節の左右方向の回動軸を中心として回動すると、作動アーム５２が上腕３ａの回動に伴って第１軸５３を中心として回動し、腕保持部材２０は上腕３ａの移動に追従することができる。

本実施の形態においては、腕保持部材２０は作動アーム５２に対して、第１軸５３と平行、より具体的には左右方向を向く支軸５４によって回動自在に連結されている。このように、腕保持部材２０を作動アーム５２に対して回動自在に連結した構成とすることにより、上腕３ａが上下方向に動作して作動アーム５２が第１軸５３を中心として回動したときに、第１軸５３が肩関節の回動中心からずれていることにより腕保持部材２０と上腕３ａとの間に生じる角度変化ないし拗れを、腕保持部材２０の支軸５４を中心とした作動アーム５２に対する回動により吸収することができる。したがって、上腕３ａを上下に動作させたときに、腕保持部材２０を上腕３ａにさらに滑らかに追従させることができる。

本実施の形態においては、上下動機構部５０には、荷重負担機構６０が設けられている。この荷重負担機構６０は、腕３から腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重つまり腕３の重さの少なくとも一部を負担して、この腕動作補助装置１を装着した着用者の上向き作業時における腕３の負担を低減させることができる。

荷重負担機構６０は、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重を、腕保持部材２０の上下方向位置すなわち作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、常に一定の割合で負担する構成とすることができる。本実施の形態においては、腕保持部材２０の上下方向位置すなわち作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、荷重負担機構６０を、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重の全てを負担（補償）する構成としている。すなわち、荷重負担機構６０によって、作動アーム５２を介して腕保持部材２０に、当該腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えることで、腕３を上げた状態に保持するようにしている。このように、荷重負担機構６０を、いわゆる荷重補償機構に構成するようにしている。

荷重負担機構６０は、第１軸５３と腕３の重心（上腕３ａと前腕３ｂの合成重心）との距離が常に一定となるような腕３の動きに対して、当該腕３から腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えるように設定することができる。または、荷重負担機構６０は、前腕３ｂを常に鉛直姿勢としたまま腕３を上下に動かした場合において、当該腕３から腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加える設定とすることができる。このような構成とすることにより、荷重負担機構６０を、前腕３ｂを鉛直姿勢として行われることが多い上向き作業において、腕３の上下方向位置に拘わらず常に腕３の負担を一定の割合で負担する完全な荷重補償機構に構成して、当該腕３の負担を効果的に補助することができる。

図４に示すように、荷重負担機構６０は、スライダ６１、ガイドロッド６２及び圧縮コイルバネ６３を有している。

スライダ６１は円筒状に形成されており、作動アーム５２の一端側と他端側の間の部位つまり作動アーム５２の長手方向の中間部位に、第１軸５３と平行、より具体的には左右方向に向けて配置された第２軸６４によって回動自在に支持されている。

ガイドロッド６２は、スライダ６１の内径に対応した外径を有する細長い断面円形の棒状に形成されており、スライダ６１に挿通されて当該スライダ６１にその軸方向に沿って移動自在に保持されている。ガイドロッド６２のスライダ６１から突出する一端は、第１軸５３に対して上方にずれて配置された第３軸６５によって支持体５１に対して上下方向に、より具体的には、左右方向に垂直な面内で回動自在に連結されている。

一方、ガイドロッド６２の他端にはバネ受け部６２ａが設けられ、このバネ受け部６２ａとスライダ６１との間に圧縮コイルバネ６３が装着されている。圧縮コイルバネ６３は、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず常に、当該圧縮コイルバネ６３の無負荷時における自然長から、第２軸６４と第３軸６５との間の距離に等しい長さだけ圧縮されて、スライダ６１とバネ受け部６２ａとの間に装着された状態となっている。本実施の形態においては、圧縮コイルバネ６３は、無負荷時における自然長が、バネ受け部６２ａと第３軸６５との間の距離から、第２軸６４の軸心とスライダ６１の圧縮コイルバネ６３との当接面との間の距離を差し引いた長さに等しい長さのものとなっている。そして、圧縮コイルバネ６３は、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重と釣り合う上向きの荷重を生じるための付勢力を作動アーム５２に付与するようになっている。すなわち、腕保持部材２０を介して作動アーム５２に加えられる腕３の重さにより作動アーム５２に作用する第１軸５３まわりの負荷トルクの大きさは、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置によって変化することになるが、圧縮コイルバネ６３は、その付勢力が作動アーム５２の回動位置に応じて変化することにより、作動アーム５２の回動位置に拘わらず、常に、腕３の重さが作動アーム５２に加える下向きの負荷トルクと釣り合った上向きの補償トルクを作動アーム５２に加えるようになっている。したがって、肩関節の胴体４を左右方向に貫く方向の回動軸を中心として上腕３ａを前側上方に持ち上げるように腕３を動作させると、当該持ち上げられた腕３の重さが常に荷重負担機構６０によって負担ないし補償され、上腕３ａを支えるための筋肉によって当該位置に支えなくても、腕３は荷重負担機構６０によって当該位置つまり上げた状態に保持されることになる。

荷重負担機構６０は、スライダ６１を第１軸５３に対して上方にずれて配置された第３軸６５によって支持体５１に回動自在に支持させ、スライダ６１に移動自在に保持されるガイドロッド６２のスライダ６１から突出する一端側を第２軸６４によって作動アーム５２の中間部位に回動自在に連結し、ガイドロッド６２の他端側に設けられたバネ受け部６２ａとスライダ６１との間に圧縮コイルバネ６３を装着した構成とすることもできる。この場合、圧縮コイルバネ６３を、無負荷時における自然長が、第２軸６４とバネ受け部６２ａとの間の距離に等しい長さのものとし、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から、第２軸６４と第３軸６５との間の距離に等しい長さだけ圧縮されて、スライダ６１とバネ受け部６２ａとの間に装着された状態とすることで、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重と釣り合う上向きの荷重を生じるための付勢力を作動アーム５２に付与することができる。このような構成によっても、荷重負担機構６０は、腕３の上下方向位置に拘わらず、腕保持部材２０に当該腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重に釣り合う上向きの力を常に加えて、腕３を上げた状態に保持することができる。

このように、上下動機構部５０に荷重負担機構６０を設けたことにより、当該荷重負担機構６０によって、腕保持部材２０ないし上腕３ａの上下方向位置つまり作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、常に腕３の重さを荷重負担機構６０によって支持して、腕３を当該位置に保持することができる。すなわち、この腕動作補助装置１を着用した着用者が上向き作業を行う際に、その上げたままの腕３の重さを荷重負担機構６０によって支持して、腕３を上げた状態に楽に保持させることができる。したがって、この腕動作補助装置１を着用した作業者の上向き作業時における腕３の負担を低減させることができる。これにより、当該作業をより容易に行なわせることができるとともに、当該作業による腕３の疲労を低減させることができる。

また、上記実施形態においては、荷重負担機構６０として、スライダ６１、ガイドロッド６２及び圧縮コイルバネ６３で構成されるものを用いるようにしたので、荷重負担機構６０を簡素な構成として、この腕動作補助装置１のコストを低減することができるとともに、荷重負担機構６０の安全性と耐久性を優れたものとすることができる。

本実施の形態においては、荷重負担機構６０を、腕保持部材２０に加わる下向きの荷重つまり腕３の重さの全てを負担ないし支持する構成としているが、腕保持部材２０に加わる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する構成とすることもできる。この場合、例えば腕保持部材２０に加わる腕３の重さの２０％〜５０％を負担する構成とすることができる。このような設定とすることにより、この腕動作補助装置１を着用した着用者が、腕３を前側上方に持ち上げた位置から下方に向けて動かす際に、腕３に荷重負担機構６０から上向きの力が加えられて当該動作に違和感（拘束されている感覚）が生じることを抑制しつつ上向き作業時における腕３の負担を効果的に低減させることができる。また、荷重負担機構６０は、電動ドライバーやグラインダー等の大型の工具を常に手で把持した状態で上向き作業を行う場合において、腕３の重さに加えて工具の重さをも補助することができるようにするために、例えば、腕保持部材２０に加わる腕３の重さの２００％程度を負担する設定とすることもできる。なお、上記した荷重負担機構６０の設定変更は、例えば圧縮コイルバネ６３のバネ定数を変更し、あるいは、第１軸５３と第２軸６４との間の距離に対する第１軸５３と第３軸６５との間の距離の割合を変更すること等により行うことができる。

本実施の形態では、荷重負担機構６０は、その第３軸６５を、第１軸５３の鉛直方向から、第２軸６４から離れる方向に向けて第１軸５３を中心として所定のずらし角度αだけずらした位置に配置するようにしている。また、これに対応して、第２軸６４を、作動アーム５２と腕保持部材２０との連結部である支軸５４と第１軸５３とを結ぶ直線から、第３軸６５の側に向けて第１軸５３を中心としてずらし角度αだけずらした位置に配置するようにしている。第３軸６５の第１軸５３の鉛直上方位置からのずらし角度αと、第２軸６４の支軸５４と第１軸５３とを結ぶ直線からのずらし角度αは、同一の角度である。このような構成とすることにより、作動アーム５２の長手方向（第１軸５３と支軸５４とを結ぶ方向）に対してガイドロッド６２の長手方向が成す角度を小さくして、上下動機構部５０の寸法、特に作動アーム５２の長手方向に垂直かつ左右方向に垂直な方向の寸法を低減させることができる。したがって、上腕３ａに隣接して配置されることとなる上下動機構部５０を上腕３ａの側方の範囲に収まるコンパクトな構成とすることができる。

なお、作動アーム５２には、横断面形状がコの字となるカバー部６６によって収容空間６７が設けられ、上腕３ａが下方に向けられたときに、ガイドロッド６２の一部と圧縮コイルバネ６３が収容空間６７の内部に配置されるようになっている。また、カバー部６６には開口６６ａが設けられており、ガイドロッド６２の一端側はこの開口６６ａから第３軸６５に向けて突出している。

次に、このような構成の本実施の形態の腕動作補助装置１の作動について説明する。

連結機構３０は、水平動機構部４０と上下動機構部５０とを有することにより、腕保持部材２０を上腕３ａに追従させて当該上腕３ａとともに支持部材１０に対して水平方向及び上下方向に移動させることができる。例えば、腕動作補助装置１を着用した着用者が、図５（ａ）に示すように肩関節を回動させない姿勢から、図５（ｂ）に示すように、肩関節が人体２を上下方向に貫く回動軸を中心として回動し、腕３が胴体４の前方側に位置するように水平方向に回動させると、水平動機構部４０は、第１の回動軸４１を中心として第１連結体４２が支持部材１０に対して回動し、第２の回動軸４３を中心として第２連結体４５が支持体５１に対して回動し、第１連結体４２と第２連結体４５が第３の回動軸４４を中心として互いに相対的に回動することで、その屈曲度合いを増加させるように（第１の回動軸４１と第２の回動軸４３との間隔を増加させるように）作動する。これにより、上腕３ａとともに水平方向に移動する腕保持部材２０及びこれに連結された上下動機構部５０を、水平動機構部４０によって支持部材１０にその荷重を支持させた状態のまま、肩関節の回動に伴う腕３の動きに滑らかに追従させることができる。

一方、例えば、腕３が胴体４を左右方向に貫く回動軸を中心として上下方向に回動されたときには、腕保持部材２０を上下動機構部５０によって腕３の上下方向の動きに滑らかに追従させることができる。

このように、本実施の形態に係る腕動作補助装置１では、連結機構３０を、少なくとも２つの回動軸４１、４３、４４を備えた水平動機構部４０を有するものとしたので、水平動機構部４０の移動の瞬間中心位置を肩関節の回動中心位置に近似させて、腕保持部材２０を水平動機構部４０によって支持部材１０に対して水平方向に移動自在とすることができる。

また、本実施の形態に係る腕動作補助装置１では、この腕動作補助装置１が着用者の人体２に装着された状態において、連結機構３０が、胴体４の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置されるようにしている。すなわち、連結機構３０を、着用者の胴体４の肩の上方以外の部分に配置するようにしている。したがって、連結機構３０は、腕動作補助装置１を着用した着用者の視野の外にあり、着用者の視野が連結機構３０により狭められることがない。また、連結機構３０は着用者の視野の外にあるので、顔に近い位置に連結機構３０が配置されることによって着用者が心理的なストレスを感じることもない。このように、本実施の形態に係る腕動作補助装置１では、連結機構３０が、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、胴体４の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置されるようにしたので、腕動作補助装置１を装着した作業者等の着用者の視野が連結機構３０によって狭められることを防止するとともに、着用者が、その視野に入る顔に近い部分に連結機構３０が配置されることによる心理的なストレスを感じることを防止して、その装着感を高めることができる。

また、本実施の形態に係る腕動作補助装置１では、連結機構３０を、水平動機構部４０と上下動機構部５０とを有する構成としたことにより、腕保持部材２０を支持部材１０に対して水平方向及び上下方向に移動させて、腕３のあらゆる方向への動きに滑らかに追従させることができる。

さらに、本実施の形態においては、支持部材１０と水平動機構部４０とを胴体４の後方に配置するようにしたので、支持部材１０や水平動機構部４０が作業の邪魔になることを防止することができる。

さらに、本実施の形態においては、水平動機構部４０を支持部材１０と上下動機構部５０との間に設け、上下動機構部５０を腕保持部材２０と水平動機構部４０との間に設けるとともに、水平動機構部４０を、第１連結体４２と第２連結体４５を第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４によって支持部材１０と支持体５１との間に回動自在に連結する構成としたので、簡単な構成で確実かつ滑らかに腕保持部材２０を上腕３ａの動作に追従させることができる。

さらに、本実施の形態においては、上下動機構部５０に荷重負担機構６０を設けるようにしたので、上向き作業時に、腕３の重さを荷重負担機構６０により適度に相殺して、当該作業時における腕３の負担を低減することができる。これにより、当該上向き作業を容易にすることができるとともに、当該作業による腕３の疲労を低減させることができる。また、電動モータ等の駆動源を用いることなく作業による腕３の疲労を低減させることができるので、電池等の消費や電源確保等の問題を生じることがなく、また、当該腕動作補助装置１を雨や防爆雰囲気中など様々な場所で使用可能とすることができる。

図６は、図１〜５に示す腕動作補助装置１の変形例であって、腕保持部材２０を上下動機構部５０に固定した場合を示す説明図である。

図１〜５に示した本実施の形態においては、腕保持部材２０を作動アーム５２の一端側に支軸５４によって回動自在に連結するようにしていたが、図６に示すように、腕保持部材２０を作動アーム５２の一端側に固定した構成とすることもできる。この場合、腕保持部材２０を作動アーム５２と一体に形成する構成とすることもできる。このような構成とすることにより、腕保持部材２０と作動アーム５２との連結部の構成を簡素化して、この腕動作補助装置１のコストを低減することができる。また、腕保持部材２０を軽く、丈夫に形成することも可能となる。

図７は、図１〜５に示す腕動作補助装置１の変形例であって、水平動機構部４０にバネ部材７０を設けた場合を示す説明図である。

図７に示すように、腕保持部材２０が支持部材１０に対して所定位置となるように、第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４の回動を補助するバネ部材７０を水平動機構部４０に設けた構成とすることもできる。図７には、一対の第１連結体４２の間、第１連結体４２と第２連結体４５との間、第２連結体４５と上下動機構部５０との間に、それぞれ湾曲した板バネで形成されたバネ部材７０を配置した場合を示す。このような構成により、脱力時に腕３が適正な位置に保持されるようにして、腕３の負担ないし疲労を低減させることができる。なお、バネ部材７０は、図示する板状のものに限らず、例えば、回動軸４１、４３、４４の回りに当該回動軸４１、４３、４４と同軸に配置されるコイルバネ等で構成することもできる。

図８は、図１〜５に示す腕動作補助装置１の変形例であって、支持部材１０と第１連結体４２との間の回動軸を板バネ７１で構成した場合を示す説明図である。

図１〜５に示した本実施の形態においては、水平動機構部４０を構成する第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４を、それぞれ第１連結体４２や第２連結体４５を、その軸心を中心として回動自在に支持する軸体で構成するようにしているが、第１の回動軸４１、第２の回動軸４３及び第３の回動軸４４を、それぞれ軸体に替えて板バネで構成することもできる。図８には、左右一対の第１連結体４２を支持部材１０に回動自在に連結する左右一対の第１の回動軸４１として、軸体に替えて湾曲した板バネ７１を用いた場合を示す。この場合、第１連結体４２は、板バネ７１が弾性変形することにより、支持部材１０に対して仮想の回動軸を中心として回動することになる。図８に示す場合では、一対の第１の回動軸４１のみを板バネ７１に置き換えるようにしているが、第２の回動軸４３や第３の回動軸４４に替えて板バネを用いることもできる。このように、回動軸として板バネ７１を用いることにより、水平動機構部４０の構成を簡素化して、この腕動作補助装置１のコストを低減することができる。

図９は、図１〜５に示す腕動作補助装置１の変形例であって、支持部材１０と水平動機構部４０とを、それぞれ胴体４の前方に配置した場合を示す説明図である。なお、図９においては、便宜上、一方の腕保持部材２０及び連結機構３０のみを示す。

図１〜５に示した本実施の形態においては、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、支持部材１０と水平動機構部４０とが胴体４の後方に配置される構成としているが、これに限らず、図９に示すように、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、支持部材１０と水平動機構部４０とが胴体４の前方に配置される構成とすることもできる。この場合、支持部材１０は、胴体４の胸部の前方あるいは腰部の前方に配置することができる。また、上下動機構部５０は上腕３ａの内側に配置することができる。このような構成とすることにより、例えば、作業時に人体２の背中側にスペースを確保することができない場合などにおいて、支持部材１０や水平動機構部４０が邪魔になることを防止して、当該作業の作業性を高めることができる。

図１０（ａ）、（ｂ）は、それぞれ図１〜５に示す腕動作補助装置１の変形例であって、水平動機構部４０を２つの回動軸４１、４３を有する構成とした場合を示す説明図である。

図１〜５に示した本実施の形態においては、水平動機構部４０を、連結体４２、４５と３つの回動軸４１、４３、４４とを備えた構成としているが、少なくとも２つの回動軸を備えた構成であれば、例えば、図１０（ａ）、（ｂ）に示すように、１つの連結体４２と一対の回動軸４１、４３とを備えた構成とすることもできる。この場合、図１０（ａ）に示すように、支持体５１に第２連結体４５と同様の形状を有する支持アーム７２を固定し、この支持アーム７２に第１連結体４２の端部を第２の回動軸４３によって回動自在に連結した構成とすることができる。また、図１０（ｂ）に示すように、支持体５１を胴体４に対して後方に向けて突出する形状に形成し、この支持体５１の後方に突出した部分に第１連結体４２の端部を第２の回動軸４３によって回動自在に連結した構成とすることもできる。図１０（ａ）、（ｂ）に示す構成とすることにより、水平動機構部４０を、２つの回動軸４１、４３のみを有する簡素な構成として、この腕動作補助装置１のコストを低減することができる。また、図１０（ａ）、（ｂ）に示す構成とすることにより、肩関節の回動により腕３が人体２を上下方向に貫く回動軸を中心として胴体４の前方側に向けて水平方向に回動したときに、第１連結体４２が背中に当たることを防止して、当該水平動機構部４０により腕保持部材２０を確実に腕３の動きに追従させることができる。

本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、腕動作補助装置１が人体２に装着された状態において、連結機構３０が胴体４の後方及び側方に配置される場合（図１に示す場合）と、連結機構３０が胴体４の前方に配置される場合（図９に示す場合）とを示したが、連結機構３０は、胴体４の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置されていれば、その配置は種々変更可能である。

また、前記実施の形態では、上下動機構部５０に設ける荷重負担機構６０を、腕動作補助装置１を人体２に装着した状態において、第１軸５３に対して第３軸６５が上方に位置する構成としているが、第１軸５３に対して第３軸６５が下方に位置する構成とすることもできる。この場合、スライダ６１とバネ受け部６２ａとの間には、引っ張りコイルバネが装着される。引っ張りコイルバネとして、無負荷時において巻き線が軸方向に間隔を空けずに密着した形状のものを用いることにより、作動アーム５２の第１軸５３を中心とした回動位置に拘わらず、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担するための付勢力を作動アーム５２に付与することができる。

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部５０に設ける荷重負担機構６０を、スライダ６１、ガイドロッド６２及び圧縮コイルバネ６３を備えた機械的荷重補償装置に構成するようにしているが、これに限らず、圧縮コイルバネ６３に替えて他の弾性体を用いたものや、カウンターウエイト方式のものなど、腕保持部材２０に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担することができるものであれば、種々の構成のものを採用することができる。

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部５０に荷重負担機構６０を設けることにより、この腕動作補助装置１を上向き作業の作業補助に適した構成のものとしているが、これに限らず、人体２に装着されて該人体２の腕３の動作を補助することができれば、荷重負担機構６０を備えない構成とすることもできる。この場合、上下動機構部５０を、例えば、腕保持部材２０の上下方向位置を段階的に固定可能な構成とし、あるいは腕保持部材２０を電動モータ等の駆動源により駆動して上下方向に移動させる構成としてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部５０を、水平動機構部４０と腕保持部材２０との間に設けるようにしているが、これに限らず、支持部材１０と腕保持部材２０との間であれば、上下動機構部５０を、第１連結体４２と第２連結体４５との間に設け、あるいは、支持部材１０と水平動機構部４０との間に設けることもできる。これらの場合、上下動機構部５０は、作動アーム５２と平行な補助アームを備えた平行リンク機構に構成されるのが好ましい。上下動機構部５０を平行リンク機構に構成することにより、水平動機構部４０の回動軸４１、４３、４４を上下方向に対して傾斜させることなく腕保持部材２０を腕３の上下方向の動きに追従させることができる。また、この場合、水平動機構部４０は、着用者の胴体４の後方に限らず、胴体４の側方に配置されてもよい。

さらに、前記実施の形態においては、上下動機構部５０を上腕３ａの側方（外側）に配置するようにしているが、上下動機構部５０を上腕３ａの下方ないし後方に配置して上方に回動した上腕３ａを下方側から支える構成としてもよく、また、上下動機構部５０を上腕３ａの上方ないし前方に配置して上方に回動した上腕３ａを上方側から吊り下げ保持する構成としてもよい。

さらに、上下動機構部５０の先端部分に、当該上下動機構部５０と同様の構成を有する副上下動機構部をさらに接続し、この副上下動機構部の先端に連結された副腕保持部材を前腕３ｂに装着する構成とすることもできる。このような構成により、上腕３ａに加えて、上腕３ａに対する前腕３ｂの上下動作をも補助することができるようにして、腕３の動作をより確実に補助することができる。

さらに、前記実施の形態においては、腕動作補助装置１を、支持部材１０の左右両側に腕保持部材２０及び連結機構３０を設けた構成としているが、これに限らず、支持部材１０の左右の何れか一方側にのみ腕保持部材２０及び連結機構３０を設けた構成とすることもできる。

１ 腕動作補助装置
２ 人体
３ 腕
３ａ 上腕
３ｂ 前腕
４ 胴体
１０ 支持部材
２０ 腕保持部材
３０ 連結機構
４０ 水平動機構部
４１ 第１の回動軸
４２ 第１連結体
４３ 第２の回動軸
４４ 第３の回動軸
４５ 第２連結体
５０ 上下動機構部
５１ 支持体
５２ 作動アーム
５３ 第１軸
５４ 支軸
６０ 荷重負担機構
６１ スライダ
６２ ガイドロッド
６２ａ バネ受け部
６３ 圧縮コイルバネ
６４ 第２軸
６５ 第３軸
６６ カバー部
６６ａ 開口
６７ 収容空間
７０ バネ部材
７１ 板バネ（回動軸）
α ずらし角度

Claims (17)

1. 人体に装着されて該人体の腕の動作を補助する腕動作補助装置であって、
   胴体に対して相対的に固定される支持部材と、
   腕に装着される腕保持部材と、
   前記支持部材と前記腕保持部材とを連結する連結機構とを有し、
   前記連結機構が、
   少なくとも２つの回動軸を備え、前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、該回動軸まわりの回動により前記腕保持部材を前記支持部材に対して水平方向に移動自在とする、水平動機構部を有し、
   前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記連結機構が胴体の前方及び／又は後方及び／又は側方に配置されることを特徴とする腕動作補助装置。
2. 前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の後方に配置される、請求項１に記載の腕動作補助装置。
3. 前記腕動作補助装置が人体に装着された状態において、前記支持部材及び前記水平動機構部がそれぞれ胴体の前方に配置される、請求項１に記載の腕動作補助装置。
4. 前記連結機構が、前記腕保持部材を前記支持部材に対して上下方向に移動自在とする、上下動機構部をさらに有する、請求項１〜３の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
5. 前記水平動機構部が前記支持部材と前記上下動機構部との間に設けられ、前記上下動機構部が前記腕保持部材と前記水平動機構部との間に設けられており、
   前記水平動機構部が、第１の前記回動軸により前記支持部材に回動自在に連結された第１連結体と、第２の前記回動軸により前記上下動機構部に回動自在に連結されるとともに第３の前記回動軸により前記第１連結体に回動自在に連結された第２連結体と、を有する、請求項４に記載の腕動作補助装置。
6. 前記上下動機構部が、
   支持体と、
   一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有する、請求項４又は５に記載の腕動作補助装置。
7. 前記上下動機構部が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重の少なくとも一部を負担する荷重負担機構を備える、請求項４〜６の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
8. 前記荷重負担機構が、前記腕保持部材に加えられる下向きの荷重を、前記腕保持部材の上下方向位置に拘わらず、常に一定の割合で負担する、請求項７に記載の腕動作補助装置。
9. 前記上下動機構部が、
   支持体と、
   一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、
   前記荷重負担機構が、
   前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第２軸によって回動自在に支持されたスライダと、
   前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において前記第１軸に対して上方にずれて配置された第３軸によって前記支持体に回動自在に連結されたガイドロッドと、
   前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有する、請求項７又は８に記載の腕動作補助装置。
10. 前記上下動機構部が、
    支持体と、
    一端側において前記支持体に第１軸により上下方向に回動自在に連結されるとともに他端側において前記腕保持部材に連結された作動アームと、を有し、
    前記荷重負担機構が、
    前記第１軸に対して上方にずれて配置された第３軸によって前記支持体に回動自在に支持されたスライダと、
    前記スライダに移動自在に保持され、該スライダから突出する一端側において、前記作動アームの一端側と他端側との間の中間部位に第２軸によって回動自在に連結されたガイドロッドと、
    前記ガイドロッドの他端に設けられたバネ受け部と前記スライダとの間に装着された圧縮コイルバネと、を有する、請求項７又は８に記載の腕動作補助装置。
11. 前記コイルバネは、前記作動アームの前記第１軸を中心とした回動位置に拘わらず常に、無負荷時における自然長から前記第２軸と前記第３軸との間の距離に等しい長さだけ圧縮された状態となる、請求項９又は１０に記載の腕動作補助装置。
12. 前記第３軸が、前記第１軸の鉛直方向から、前記第２軸から離れる方向に向けて前記第１軸を中心として所定のずらし角度だけずれた位置に配置されるとともに、前記第２軸が、前記作動アームと前記腕保持部材との連結部と前記第１軸とを結ぶ直線から、前記第３軸の側に向けて前記第１軸を中心として前記ずらし角度だけずれた位置に配置されている、請求項９〜１１の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
13. 前記腕保持部材が、腕が挿通可能な円環状に形成され、前記連結機構に回動自在に連結されている、請求項１〜１２の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
14. 前記水平動機構部に、前記腕保持部材が前記支持部材に対して所定位置となるように、それぞれの前記回動軸の回動を補助するバネ部材が設けられている、請求項１〜１３の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
15. 前記回動軸が、軸体又は板バネで構成されている、請求項１〜１４の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
16. 前記支持部材の左右両側に、それぞれ人体の左右の腕に対応した一対の前記腕保持部材及び前記連結機構が設けられている、請求項１〜１５の何れか１項に記載の腕動作補助装置。
17. 前記腕保持部材が、人体の上腕に装着される、請求項１〜１６の何れか１項に記載の腕動作補助装置。

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