JP2018030183A - 動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アクチュエータの質量によるユーザへの負荷を軽減可能な動作補助装置を提供する。【解決手段】動作補助装置は、ユーザの人体に装着され、第１の部材及び第２の部材を相対回転可能に連結する関節部を有する装着具と、第１の部材及び第２の部材を相対回転させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御装置と、アクチュエータに供給される電力を蓄電するバッテリ装置と、を備え、少なくともアクチュエータが装着具に対して脱着可能であり、装着具は、アクチュエータを保持する保持部を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、人体に装着して用いられる動作補助装置に関する。

近年、健常者あるいは障害者の動作を支援あるいは補助する動作補助装置としての人体装着型ロボットが知られている。人体装着型ロボットは、例えば、ユーザに装着される関節部と、ユーザの意図又は状態あるいは周囲の状況を検知するためのセンサと、関節部に対して回転トルクを付与するアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御装置とを備えて構成される。一般的に、アクチュエータは、モータと、モータの高速回転を人体の動作に適した低速回転に変換する変速機とを備える。変速機は、例えば、１／５０〜１／２００の変速比で、モータの回転を関節部に伝達する。アクチュエータは、例えば、ハーモニックドライブ（登録商標）又はウォームギヤとＤＣモータとを組み合わせて構成される。

現存する多くの人体装着型ロボットでは、アクチュエータは、人体の関節に直接的に、あるいは、人体の関節に近い位置に装着される。そのような構成では、ユーザは、アクチュエータの質量や慣性力に抗するようにして動作を行う必要がある。これに対して、一般的に、質量の大きい物や嵩張る物は、ユーザの胴体の前側、あるいは、身体から離れた手押し車等の特別な装置等に設置されると、アクチュエータの質量等がユーザに負荷となることを避けることができる。

例えば、特許文献１には、チューブを備えた空気圧式のアクチュエータが用いられ、エアタンクやバッテリ等のいくつかの電気機器がバックパックユニット内に保持された動作補助装置が開示されている。かかる動作補助装置によれば、ユーザの下脚の周りの構成部品が嵩張ることなく、フラットかつ軽量な設計とされている。

米国特許出願公開第２０１５／１７３９９３号明細書

しかしながら、重く、嵩張るバックパックが背中にあると、例えば、椅子に腰かける動作等の日常生活が不便になる場合がある。さらに、ユーザは、重いバックパックを常に持ち運ばなければならず、動作補助装置を使用している間、バックパックをユーザの身体から離すことができない。特に、高齢の人にとって、重いバックパックを背負い続けると、すぐに疲れが出てしまうことになる。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、アクチュエータの質量によるユーザへの負荷を軽減可能な、新規かつ改良された動作補助装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ユーザの人体に装着され、第１の部材及び第２の部材を相対回転可能に連結する関節部を有する装着具と、第１の部材及び第２の部材を相対回転させるアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御装置と、アクチュエータに供給される電力を蓄電するバッテリ装置と、を備え、少なくともアクチュエータが装着具に対して脱着可能であり、装着具は、アクチュエータを保持する保持部を有する、動作補助装置が提供される。

本発明の動作補助装置によれば、アクチュエータが装着具に対して脱着可能に構成されるため、ユーザは使用状況に応じて、場合によっては使用時においてもアクチュエータを身体から外しておくことができる。したがって、アクチュエータの質量によるユーザへの負荷が軽減される。

バッテリ装置が、装着具のうちのユーザの背面に配置される背面部に設けられ、アクチュエータを保持する保持部が、装着具のうちのユーザの前面に配置される前面部に設けられてもよい。

保持部は、装着具の腰部装着部の前面に設けられてもよい。

保持部は、装着具のベストの前面に設けられてもよい。

保持部が、面ファスナー又はポケットであってもよい。

アクチュエータと関節部が可撓性の力伝達部材で接続されてもよい。

以上説明したように本発明によれば、アクチュエータの質量によるユーザへの負荷を軽減することができる。

本発明の実施の形態に係る動作補助装置の正面図である。 同実施形態に係る動作補助装置の背面図である。 同実施形態に係る動作補助装置の側面図である。 同実施形態に係る動作補助装置のシステム構成図である。 アクチュエータを装着具に保持させる様子を示す説明図である。 変形例に係る動作補助装置の正面図である。 変形例に係る動作補助装置の背面図である。 変形例に係る動作補助装置の側面図である。 アクチュエータを装着具に保持させる様子を示す説明図である。 アクチュエータが装着具に保持された様子を示す説明図である。 応用例に係る動作補助装置の使用態様を示す説明図である。 応用例に係る動作補助装置の別の使用態様を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．動作補助装置の基本構成）
図１〜図３を参照して、本実施形態に係る動作補助装置１の全体構成例について説明する。図１〜図３は、それぞれ、動作補助装置１をユーザが装着している様子を示す正面図、背面図、及び側面図である。

本実施形態に係る動作補助装置１は、ユーザの腰関節の動きを補助することで、歩行動作又は階段昇降動作等の左右の脚の運動を補助するための装置であり、いわゆる外骨格ロボットとも呼ばれる。動作補助装置１は、装着具と、アクチュエータ２０ａ，２０ｂと、バッテリユニット（バッテリ装置）２３と、制御ユニット（制御装置）２５とを備える。

本実施形態に係る動作補助装置１において、装着具は、腰部装着部１５と、腰部固定ベルト１３と、第１のアーム部３１ａ，３１ｂと、第２のアーム部３３ａ，３３ｂと、大腿部装着部３７ａ，３７ｂと、大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂとを備える。装着具のうち、第１のアーム部３１ａ，３１ｂ及び第２のアーム部３３ａ，３３ｂは、例えば、樹脂材料により成形された成形体により構成することができ、所定程度の剛性及び軽量化が実現される。したがって、第１のアーム部３１ａ，３１ｂ及び第２のアーム部３３ａ，３３ｂは、曲げや割れに対する耐性を有する。一方、腰部装着部１５、腰部固定ベルト１３、大腿部装着部３７ａ，３７ｂ、及び大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂは、ユーザごとの体格の違いに対応できるように、例えば、織物や編物等により構成することができる。

腰部装着部１５は、ユーザの腰部に巻き付けられ、腰部固定ベルト１３を用いて腰部に固定される。腰部固定ベルト１３は、例えば、バックル又は面ファスナー等の連結具１１を有し、連結具１１を連結させることにより左右の腰部固定ベルト１３が連結され、腰部装着部１５が腰部に固定される。連結具１１あるいは腰部固定ベルト１３は、ベルトを折り返す等により長さを調節可能な長さ調節部を備えていてもよい。

腰部装着部１５のうち、身体の側部に位置する部分には、第１のアーム部３１ａ，３１ｂが固定されている。第１のアーム部３１ａ，３１ｂは、腰部装着部１５から下方に延びて設けられている。第１のアーム部３１ａ，３１ｂには、関節部３０ａ，３０ｂを介して第２のアーム部３３ａ，３３ｂが連結されている。関節部３０ａ，３０ｂは、ユーザの腰関節の位置に対応するように設けられる。関節部３０ａ，３０ｂでは、第１のアーム部３１ａ，３１ｂの下部と第２のアーム部３３ａ，３３ｂの上部とが相対的に回転可能に連結されている。例えば、関節部３０ａ，３０ｂに設けられた図示しない回転軸部に対して、第１のアーム部３１ａ，３１ｂ及び第２のアーム部３３ａ，３３ｂが相対回転可能に支持されていてもよい。

第２のアーム部３３ａ，３３ｂは、関節部３０ａ，３０ｂから下方に延び、第２のアーム部３３ａ，３３ｂの下部には、支持フレーム３５ａ，３５ｂが設けられている。かかる支持フレーム３５ａ，３５ｂは大腿部装着部３７ａ，３７ｂに固定されている。第２のアーム部３３ａ，３３ｂと大腿部装着部３７ａ，３７ｂとは一体的に形成されていてもよい。大腿部装着部３７ａ，３７ｂは、ユーザの脚のうちの大腿部の下方に巻き付けられ、大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂを用いて大腿部に固定される。大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂは、バックル又は面ファスナー等の図示しない連結具を有し、連結具を連結させることにより大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂが大腿部に固定される。大腿部固定ベルト３９ａ，３９ｂは、ベルトを折り返す等により長さを調節可能な長さ調節部を備えていてもよい。

関節部３０ａ，３０ｂを中心とする、第１のアーム部３１ａ，３１ｂと第２のアーム部３３ａ，３３ｂとの相対回転動作は、アクチュエータ２０ａ，２０ｂにより駆動される。アクチュエータ２０ａ，２０ｂは、可撓性の力伝達部材としてのワイヤ２１ａ，２１ｂを巻取り、あるいは、送出することで、第１のアーム部３１ａ，３１ｂと第２のアーム部３３ａ，３３ｂとを相対回転させる。

また、動作補助装置１は、ユーザの筋電位信号を検出するための図示しない筋電位センサを有してもよい。筋電位センサは、例えば、ユーザの大腿部の表面に配置された表面筋電位検出電極（表面電極）を含み得る。筋電位センサは、動作補助装置１により補助される動作を行わせる筋力に対応する運動単位（筋肉）に応じてあらかじめ位置が決定されて配置される。なお、表面電極の数は１個であってもよいし、複数個であってもよい。

例えば、本実施形態に係る動作補助装置１は、ユーザの脚の前後運動を補助する装置であるため、これらの筋電位センサの表面電極は、装着時においてユーザの大腿四頭筋の筋電位を検出可能な位置に配置される。このとき、筋電位センサの電極は、近接して配置された２つの電極を含んでもよい。さらには、筋電位センサの電極は、運動単位の筋線維の方向に沿って配列されてもよい。これにより、同じ筋線維の筋電位が検出されやすくなり、２つの検出値の差分を求めてノイズを低減させることができる。

筋電位センサとしては、例えば、静電容量型のセンサが用いられる。静電容量型の筋電位センサでは、検出される筋電位に応じて静電容量が変化し、当該静電容量の変化が電気信号に変換されて出力される。静電容量型の筋電位センサであれば、皮膚の表面に直接接触させることなく、所望の筋肉の筋電位を検出することができる。静電容量型の筋電位センサが用いられる場合、筋電位センサは、例えば、電極部、発振回路及び出力回路を備える。また、筋電位センサは、ＡＤ変換器及び増幅器を備えてもよい。また、筋電位センサは、ＡＤ変換器及び増幅器を備えてもよい。筋電位センサの電極部は、例えば、単極型、双極型又は三極型の電極であってよく、さらに、アレイ型又はマトリックス型の電極であってもよい。

（２．システム構成）
図４は、動作補助装置１のシステム構成例を示している。かかるシステム構成例は、左右の脚の一方側の第１のアーム部３１と第２のアーム部３３とを相対回転させるためのシステム構成を示したものである。図４においては、関節部３０ａ，３０ｂを相対回転させる回転機構の一構成例と併せて、アクチュエータ２０、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５のブロック図が示されている。また、図４において、第１のアーム部３１及び第２のアーム部３３を裏側から見た回転機構の構成例が示されている。

本実施形態に係る動作補助装置１において、第１のアーム部３１ａ，３１ｂと第２のアーム部３３ａ，３３ｂとを回転可能に連結する関節部３０ａ，３０ｂは、ワイヤ等の可撓性の力伝達部材を介してアクチュエータ２０により駆動される。図示した回転機構においては、ワイヤ２１の周囲をカバー６１，６３で被覆したボーデンケーブルが力伝達部材として用いられている。ボーデンケーブルは、固定部材６５，６７により第１のアーム部３１に固定されている。ただし、ボーデンケーブルのワイヤ２１は、カバー６１，６３内を移動可能になっている。なお、可撓性の力伝達部材は、ワイヤあるいはボーデンケーブルに限られず、ベルトやチェーンであってもよい。

関節部３０において、第２のアーム部３３の裏面側には回転軸部７３と同軸を有するプーリ７１が設けられている。プーリ７１の外周面には、ワイヤ２１が配設される溝が周方向に沿って設けられている。例えば、第１のアーム部３１に回転軸部７３が固定される一方、第２のアーム部３３のプーリ７１は、回転軸部７３に回転自在に支持される。プーリ７１にはワイヤ２１が巻き付けられており、ワイヤ２１のそれぞれの端部がアクチュエータ２０から導出されている。アクチュエータ２０は、プーリ７１に巻き付けられたワイヤ２１の両端のうち、いずれか一端側を巻取り、他端側を送出する。これにより、プーリ７１が回転軸部７３を中心に回転させられ、第２のアーム部３３が回動する。

アクチュエータ２０は、例えば、モータと減速機構とを備える。モータは、例えば、ステッピングモータ又はブラシレスモータを用いることができる。アクチュエータ２０は、回転式のロータリーモータを用いたアクチュエータに限らず、リニアモータと回転機構とを備えたアクチュエータであってもよい。かかるアクチュエータ２０を駆動させることにより、関節部３０に設けられたプーリ７１が回転し、関節部３０を中心に第２のアーム部３３が回動する。これにより、大腿部装着部３７が巻き付けられたユーザの大腿部の前後方向の動きが補助される。

アクチュエータ２０には、バッテリユニット２３が接続されている。バッテリユニット２３は、アクチュエータ２０に対して電力を供給する。アクチュエータ２０は、制御ユニット２５により駆動制御が行われる。制御ユニット２５は、アクチュエータ２０に対して供給される電力を制御することでアクチュエータ２０を駆動し、第２のアーム部３３を双方向に回転させる。かかる制御ユニット２５は、例えば、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のマイクロコンピュータや、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）又はＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の記憶素子、駆動回路等を備えて構成される。

マイクロコンピュータは、例えば、あらかじめＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、ユーザの意図に応じて第２のアーム部３３を回動させる。例えば、マイクロコンピュータは、ユーザの動作意思を検出し得る筋電位センサ等のセンサ信号に基づいて要求補助力を算出し、アクチュエータ２０をフィードフォワード制御してもよい。あるいは、ユーザの動作に伴って第１のアーム部３１と第２のアーム部３３とが相対回転する際の回転速度又は回転トルクを検出し、当該回転速度又は回転トルクに基づいて、アクチュエータ２０をフィードバック制御してもよい。制御ユニット２５によるアクチュエータ２０の制御方法は、これらの例に限定されない。

本実施形態に係る動作補助装置１は、左右の脚の動作を補助するために、ユーザの腰関節の両側部に配置される左右１つずつの関節部３０ａ，３０ｂを中心に、第１のアーム部３１ａ，３１ｂと第２のアーム部３３ａ，３３ｂとを相対回転させる装置として構成されている。したがって、少なくともアクチュエータ２０は、左右の関節部３０ａ，３０ｂのそれぞれに対応して２つのアクチュエータ２０ａ，２０ｂを含む。また、本実施形態に係る動作補助装置１は、２つのアクチュエータ２０ａ，２０ｂに対して電力を供給する１つのバッテリユニット２３を備える。また、２つのアクチュエータ２０ａ，２０ｂは、１つの制御ユニット２５によって駆動制御が行われる。

（３．ユーザへの負荷軽減のための構成）
ここで、本実施形態に係る動作補助装置１において、アクチュエータ２０ａ，２０ｂは、装着具のうちの腰部装着部１５に対して脱着可能に構成されている。図５は、アクチュエータ２０ｂの脱着機構を示す説明図であって、ユーザの左脚の動作を補助する第１のアーム部３１ｂと第２のアーム部３３ｂとを相対回転させるアクチュエータ２０ｂの脱着機構を示している。図５に示した脱着機構は、面ファスナー１９ａ，１９ｂを用いた脱着機構である。

具体的に、アクチュエータ２０ｂあるいはアクチュエータ２０ｂを収容するケースの一部の面には、一対の面ファスナー１９ａ，１９ｂの雄雌のいずれか一方が設けられ、腰部装着部１５のうちユーザの前面に配置される前面部１５Ｆには、一対の面ファスナー１９ａ，１９ｂの雄雌の他方が設けられる。これにより、アクチュエータ２０ｂは、腰部装着部１５に対して容易に脱着可能になっている。腰部装着部１５に設けられる面ファスナー１９ｂが、アクチュエータ２０ｂを保持する保持部に相当する。

したがって、ユーザは、動作補助装置１の装着時あるいは脱着時に、比較的質量の大きいアクチュエータ２０ａ，２０ｂを腰部装着部１５から外した状態で、腰部装着部１５を装着又は脱着することができる。その結果、動作補助装置１の装着時又は脱着時におけるユーザの負荷を軽減することができる。また、アクチュエータ２０ａ，２０ｂが脱着可能であれば、ユーザが動作補助装置１を継続使用している間に疲れが出てきた場合に、ユーザが椅子等に腰掛けつつ、比較的質量の大きいアクチュエータ２０ａ，２０ｂを腰部装着部１５から外しておくことで、ユーザの負荷を軽減することができる。あるいは、アクチュエータ２０ａ，２０ｂが脱着可能であれば、ユーザが動作補助装置１を使用している間にアクチュエータ２０ａ，２０ｂが邪魔になる場合にはアクチュエータ２０ａ，２０ｂを取り外すことで、アクチュエータ２０ａ，２０ｂによってユーザの動作が妨げられることを防ぐことができる。

また、本実施形態に係る動作補助装置１において、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５は、厚さが比較的薄い外形を有し、腰部装着部１５のうちユーザの背面に配置される背面部１５Ｒに並列配置されている。例えば、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５は、あらかじめ保持部材１７に梱包されて腰部装着部１５の背面部１５Ｒに固定されている。バッテリユニット２３及び制御ユニット２５には、電力あるいは電気信号をアクチュエータ２０ａ，２０ｂに伝送する図示しないケーブルが接続され、当該ケーブルの他端側がアクチュエータ２０ａ，２０ｂに接続され、あるいは、接続可能になっている。制御ユニット２５とアクチュエータ２０，２０ｂとは、無線の通信手段によって接続されてもよい。

例えば、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５に接続されたケーブルが、あらかじめアクチュエータ２０ａ，２０ｂに固定的に接続された状態になっていてもよいし、当該ケーブルが、アクチュエータ２０ａ，２０ｂから脱着可能になっていてもよい。

動作補助装置１が、このような薄型のバッテリユニット２３及び制御ユニット２５を備えることにより、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５が嵩張ることがない。そのため、例えば、ユーザが動作補助装置１を装着した状態で椅子等に腰掛ける場合であっても、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５が邪魔にならないようになっている。また、動作補助装置１が、かかる薄型のバッテリユニット２３及び制御ユニット２５を備えることにより、すっきりとした外観の動作補助装置１となっている。

さらに、本実施形態に係る動作補助装置１では、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５が腰部装着部１５の背面部１５Ｒに配置され、２つのアクチュエータ２０ａ，２０ｂが腰部装着部１５の前面部１５Ｆに配置されている。これらのアクチュエータ２０ａ，２０ｂ、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５は、いずれも比較的質量が大きいため、ユーザの前面側又は背面側にまとめて配置されると、動作補助装置１を装着したユーザの重心の前後方向の位置が、身体の重心の前後方向の位置からずれてしまい、ユーザの負荷が大きくなり得る。しかしながら、本実施形態に係る動作補助装置１では、２つのアクチュエータ２０ａ，２０ｂと、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５とが前面側と背面側とに分けて配置されているため、動作補助装置１の装着時においてユーザの重心の前後方向の位置を身体の重心の前後方向の位置に近い位置に維持させることができる。これにより、ユーザの負荷を軽減することができる。

なお、バッテリユニット２３及び制御ユニット２５のうちの少なくとも一方についても、腰部装着部１５から脱着可能になっていてもよい。この場合、アクチュエータ２０ａ，２０ｂと同様に、面ファスナーを用いて、バッテリユニット２３又は制御ユニット２５と、腰部装着部１５とが脱着可能になっていてもよい。

（４．変形例）
ここまで、本実施形態に係る動作補助装置１の一例を説明した。本実施形態に係る動作補助装置１は、上記の例に限られず、種々の変形が可能である。以下、動作補助装置１の一変形例について、上記の実施形態に係る動作補助装置１と異なる点を説明する。

図６〜図８は、それぞれ、変形例に係る動作補助装置１０１をユーザが装着している様子を示す正面図、背面図、及び側面図である。変形例に係る動作補助装置１０１は、左右の脚に対応してそれぞれ２つの関節部を有する点で、上記の実施形態に係る動作補助装置１と異なっている。

変形例に係る動作補助装置１０１は、装着具と、アクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂと、バッテリユニット１２３と、制御ユニット２５とを備える。装着具は、ベスト１１５と、ベスト固定ベルト１０９，１１３と、第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂと、第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂと、第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂと、大腿部装着部１３７ａ，１３７ｂと、大腿部固定ベルト１３９ａ，１３９ｂと、下腿部装着部１４７ａ，１４７ｂと、下腿部固定ベルト１４９ａ，１４９ｂとを備える。

装着具のうち、第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂ、第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂ及び第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂは、例えば、樹脂材料により成形された成形体により構成することができる。一方、ベスト１１５、ベスト固定ベルト１０９，１１３、大腿部装着部１３７ａ，１３７ｂ、大腿部固定ベルト１３９ａ，１３９ｂ、下腿部装着部１４７ａ，１４７ｂ及び下腿部固定ベルト１４９ａ，１４９ｂは、例えば、織物や編物等により構成することができる。

ベスト１１５は、ユーザの上半身に装着され、ベスト固定ベルト１０９，１１３を用いて腰部に固定される。ベスト固定ベルト１０９，１１３は、例えば、バックル又は面ファスナー等の連結具１０７，１１１を有し、連結具１０７，１１１を連結させることにより左右のベスト固定ベルト１０９，１１１が連結され、ベスト１１５が上半身に固定される。ベスト１１５のうち、身体の腰部の側部に位置する部分には、第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂが固定されている。第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂには、第１の関節部１３０ａ，１３０ｂを介して第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂが連結されている。第１の関節部１３０ａ，１３０ｂは、ユーザの腰関節の位置に対応するように設けられる。

第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂの長さ方向の中間部は、大腿部装着部１３７ａ，１３７ｂに固定されている。大腿部装着部１３７ａ，１３７ｂは、ユーザの脚のうちの大腿部の下方に巻き付けられ、大腿部固定ベルト１３９ａ，１３９ｂを用いて大腿部に固定される。第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂには、第２の関節部１４０ａ，１４０ｂを介して第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂが連結されている。第２の関節部１４０ａ，１４０ｂは、ユーザの膝関節の位置に対応するように設けられる。

第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂの下部には、支持フレーム１４５ａ，１４５ｂが設けられている。かかる支持フレーム１４５ａ，１４５ｂは下腿部装着部１４７ａ，１４７ｂに固定されている。第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂと下腿部装着部１４７ａ，１４７ｂとは一体的に形成されていてもよい。下腿部装着部１４７ａ，１４７ｂは、ユーザの脚のうちの下腿部に巻き付けられ、下腿部固定ベルト１４９ａ，１４９ｂを用いて下腿部に固定される。

第１の関節部１３０ａ，１３０ｂを中心とする、第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂと第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂとの相対回転動作は、アクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂに備えられた第１のアクチュエータにより駆動される。また、第２の関節部１４０ａ，１４０ｂを中心とする、第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂと第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂとの相対回転動作は、アクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂに備えられた第２のアクチュエータにより駆動される。第１のアクチュエータは、力伝達部材としてのワイヤ１２１ａ，１２１ｂを巻取り、あるいは、送出することで、第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂと第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂとを相対回転させる。また、第２のアクチュエータは、力伝達部材としてのワイヤ１２２ａ，１２２ｂを巻取り、あるいは、送出することで、第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂと第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂとを相対回転させる。

また、動作補助装置１０１は、ユーザの筋電位信号を検出するための図示しない筋電位センサを有してもよい。筋電位センサは、例えば、ユーザの大腿部及び下腿部の表面に配置された表面筋電位検出電極（表面電極）を含み得る。

第１のアクチュエータにより第１のアーム部１３１ａ，１３１ｂと第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂとを相対回転させるための構成、及び、第２のアクチュエータにより第２のアーム部１３３ａ，１３３ｂと第３のアーム部１４３ａ，１４３ｂとを相対回転させるための構成は、それぞれ、上記の実施形態に係る回転機構を用いた構成と同様とすることができる。第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータには、それぞれ、共通のバッテリユニット１２３から電力が供給されるようになっている。また、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータは、それぞれ、共通の制御ユニット１２５により駆動制御が行われるようになっている。ただし、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータのそれぞれに対して、個別のバッテリユニット及び制御ユニットが接続されていてもよい。

変形例に係る動作補助装置１０１において、第１のアクチュエータ及び第２のアクチュエータを備えるアクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂは、ベスト１１５に対して脱着可能に構成されている。図９及び図１０は、アクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂの脱着機構を示す説明図であって、ユーザの左脚の動作を補助する第１のアーム部１３１ｂと第２のアーム部１３３ｂとの相対回転動作、及び、第２のアーム部１３３ｂ及び第３のアーム部１４３ｂとの相対回転動作を行うアクチュエータユニット１２０ｂの脱着機構を示している。図９及び図１０に示した脱着機構は、ポケット１０５を用いた脱着機構である。ポケット１０５が、アクチュータを保持する保持部に相当する。

具体的に、ベスト１１５の前面側には、アクチュエータユニット１２０ｂが収納されるポケット１０５が設けられている。ポケット１０５には、上下２つに分割されたフラップ１０６が設けられ、フラップ１０６の自由端は、図示しない面ファスナー等によってポケット１０５に固定可能になっている。アクチュエータユニット１２０ｂをベスト１１５に装着する際には、図９に示すように、アクチュエータユニット１２０ｂがポケット１０５内に収納され、フラップ１０６がポケット１０５に固定される。アクチュエータユニット１２０ｂがポケット１０５内に収納された状態で、アクチュエータユニット１２０ｂから導出されるワイヤ１２１ｂ，１２２ｂの接続部分は、フラップ１０６の隙間からポケット１０５の外部に導出される。

したがって、動作補助装置１０１が、左右の脚のそれぞれに対応して複数の関節部１３０ａ，１３０ｂ，１４０ａ，１４０ｂを有し、複数の関節部１３０ａ，１３０ｂ，１４０ａ，１４０ｂに対応する複数のアクチュエータを備える場合であっても、動作補助装置１０１の使用状況に応じてユーザの負荷を軽減することができる。特に、変形例に係る動作補助装置１０１に備えられたアクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂは、２つのアクチュエータを有し、質量が大きいものとなっているため、脱着可能であることによってユーザの負荷の軽減への影響は大きくなる。

また、アクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂが、ベスト１１５の前面側に装着されるようになっているために、ユーザは、質量の大きいアクチュエータユニット１２０ａ，１２０ｂを身体の重心の前後方向の位置の近くで保持しやすくなる。さらに、バッテリユニット１２３及び制御ユニット１２５は、厚さが比較的薄い外形を有し、ベスト１１５のうちユーザの背面に配置される背面部１１５Ｒに並列配置されている。したがって、動作補助装置１０１の装着時においてユーザの重心の前後方向の位置を身体の重心の前後方向の位置に近い位置に維持させることができる。これにより、ユーザの負荷を軽減することができる。

（５．応用例）
次に、本実施形態に係る動作補助装置１又は動作補助装置１０１の応用例を説明する。図１１及び図１２は、動作補助装置の応用例の使用態様を示す説明図である。

図１１は、動作補助装置のうちのアクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３及び制御ユニット２２５をすべて装着具から脱着可能に構成した動作補助装置の使用態様を示している。第１の応用例に係る動作補助装置では、装着具は、第１のアーム部２３１、第２のアーム部２３３及び第３のアーム部２４３を備え、第１のアーム部２３１と第２のアーム部２３３とは第１の関節部２３０を中心に相対回転し、第２のアーム部２３３と第３のアーム部２４３とは第２の関節部２３０を中心に相対回転する。

図示した使用態様では、アクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３及び制御ユニット２２５が、手押し車２５０に備えられた収納ケース２５２内に収容されている。図示しないものの、アクチュエータ２２０とバッテリユニット２２３とは電力を伝送するためのケーブルで接続され、アクチュエータ２２０と制御ユニット２２５とは電気信号を伝送するためのケーブルで接続されている。また、アクチュエータ２２０と第１の関節部２３０及び第２の関節部２４０とは、力伝達部材としてのワイヤ２２１で接続されている。

第１の応用例に係る動作補助装置では、ユーザは、比較的質量の大きいアクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３及び制御ユニット２２５を、身体から離れた手押し車２５０上に置いた状態で使用することができる。したがって、ユーザの負荷を軽減することができる。また、図示しないものの、装着具に、アクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３、及び制御ユニット２２５の脱着機構を有することにより、ユーザは、使用状況に応じて、アクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３、及び制御ユニット２２５を身体に装着したり、手押し車２５０上に置いたりすることができる。例えば、ユーザは、アクチュエータ２２０、バッテリユニット２２３、及び制御ユニット２２５を、外出時には手押し車２５０上に置き、室内では身体に装着するような使い分けが可能になる。

図１２は、ユーザの膝関節の動作を補助するための動作補助装置の使用態様を示している。第１の応用例に係る動作補助装置は、図示しない第１のアーム部が大腿部装着部３３７により大腿部に固定され、図示しない第２のアーム部が下腿部装着部３４７により下腿部に固定されている。これらの第１のアーム部及び第２のアーム部は、膝関節の側方に配置された関節部を中心に相対回転可能になっている。第１のアーム部と第２のアーム部との相対回転動作を行うアクチュエータ３２０、アクチュエータ３２０に電力を供給するバッテリユニット３２３、及びアクチュエータ３２０の制御を行う図示しない制御ユニットは装着具から脱着可能に構成されている。

図示した使用態様では、アクチュエータ３２０、バッテリユニット３２３及び制御ユニットが、ラック９０等の棚や台上に載置されている。アクチュエータ３２０とバッテリユニット３２３とは電力を伝送するためのケーブルで接続されている。また、アクチュエータ３２０と関節部とは、力伝達部材としてのワイヤ３２１で接続されている。

第２の応用例に係る動作補助装置では、ユーザは、比較的質量の大きいアクチュエータ３２０、バッテリユニット３２３及び制御ユニットを、身体から離れたラック９０等の上に置いた状態で使用することができる。したがって、ユーザの負荷を軽減することができる。例えば、膝の屈伸動作のリハビリテーション運動を行う際に、ユーザは、椅子に腰かけつつ、アクチュエータ３２０やバッテリユニット３２３等の負荷を受けずにリハビリテーション運動を行うことができる。また、図示しないものの、装着具に、アクチュエータ３２０、バッテリユニット３２３、及び制御ユニットの脱着機構を有することにより、ユーザは、使用状況に応じて、アクチュエータ３２０、バッテリユニット３２３、及び制御ユニットを身体に装着したり、取り外したりすることができる。

以上説明したように、本実施形態に係る動作補助装置１では、少なくともアクチュエータ２０が装着具から脱着可能になっている。このため、動作補助装置１の装着時又は取外し時等、使用状況に応じてアクチュエータ２０を脱着させることができる。したがって、アクチュエータ等の質量によるユーザの負荷を軽減することができる。

また、本実施形態に係る動作補助装置１では、ユーザの前面側にアクチュエータ２０が配置され、ユーザの背面側にバッテリユニット２３及び制御ユニット２５が配置されている。したがって、比較的質量の大きい構成部品が、ユーザの身体の前後方向に分けて設けられるため、動作補助装置１を装着したユーザの重心の前後方向の位置を、身体の重心の前後方向の位置に近い位置に維持させることができる。これにより、ユーザの負荷が軽減される。

さらに、本実施形態に係る動作補助装置１では、ユーザの背面側に配置されるバッテリユニット２３及び制御ユニット２５が、薄型で嵩張らない外形を有している。したがって、ユーザが椅子等に腰掛ける場合に、バッテリユニット２３や制御ユニット２５が邪魔になりにくくなっている。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、動作補助装置１が、ユーザの両脚の運動を補助する装置として構成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、動作補助装置は、ユーザの片脚の運動を補助する装置であってもよい。この場合、第１のアーム部、第２のアーム部又は第３のアームは、左右のいずれか一方にのみ設けられる。また、動作補助装置１は、腕の動作を補助する装置であってもよい。

また、上記実施形態では、動作補助装置１が、筋電位センサを備え、筋電位センサによりユーザの筋電位信号を検出してアクチュエータ２０の駆動制御を行っていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、筋電位センサの代わりに、筋電位信号以外の生体信号を検出するセンサであってよい。生体信号としては、例えば、脳波、皮膚脳波、電気皮膚反応、又は神経電位などが挙げられるが、これに限定されない。

１ 動作補助装置
１５ 腰部装着部
１９ａ，１９ｂ 面ファスナー
２０，２０ａ，２０ｂ アクチュエータ
２１，２１ａ，２１ｂ ワイヤ
２３ バッテリユニット
２５ 制御ユニット
３０，３０ａ，３０ｂ 関節部
３１，３１ａ，３１ｂ 第１のアーム部
３３，３３ａ，３３ｂ 第２のアーム部
３７，３７ａ，３７ｂ 大腿部装着部
６１，６３ カバー

Claims (6)

1. ユーザの人体に装着され、第１の部材及び第２の部材を相対回転可能に連結する関節部を有する装着具と、
   前記第１の部材及び前記第２の部材を相対回転させるアクチュエータと、
   前記アクチュエータの駆動制御を行う制御装置と、
   前記アクチュエータに供給される電力を蓄電するバッテリ装置と、を備え、
   少なくとも前記アクチュエータが前記装着具に対して脱着可能であり、前記装着具は、前記アクチュエータを保持する保持部を有する、動作補助装置。
2. 前記バッテリ装置が、前記装着具のうちの前記ユーザの背面に配置される背面部に設けられ、前記アクチュエータを保持する保持部が、前記装着具のうちの前記ユーザの前面に配置される前面部に設けられる、請求項１に記載の動作補助装置。
3. 前記保持部は、前記装着具の腰部装着部の前面に設けられる、請求項１又は２に記載の動作補助装置。
4. 前記保持部は、前記装着具のベストの前面に設けられる、請求項１又は２に記載の動作補助装置。
5. 前記保持部が、面ファスナー又はポケットである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の動作補助装置。
6. 前記アクチュエータと前記関節部が可撓性の力伝達部材で接続されている、請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作補助装置。
   

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