JP2018202547A

JP2018202547A - 動作支援装具

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Publication number: JP2018202547A
Application number: JP2017110709A
Authority: JP
Inventors: 和真山口; Kazuma Yamaguchi; 聖矢松本; Seiya Matsumoto; 史崇森川; Fumitaka Morikawa
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2017-06-05
Filing date: 2017-06-05
Publication date: 2018-12-27

Abstract

【課題】股関節または肩関節を自由度高く動かすことができる動作支援装具を提供する。【解決手段】動作支援装具１００であって、装着者Ｕの胴体に装着される胴体部材１１０と、装着者Ｕの脚に装着される肢部材１３０、１５０と、胴体部材１１０および肢部材１３０、１５０を接続し、装着者Ｕの股関節の周囲に配置される関節部材１２０、１４０と、を備え、関節部材１２０、１４０は、胴体部材１１０に対して第１回転軸ＡＸ１で回転可能に接続される第１部材１２１と、第１部材１２１に対して第２回転軸ＡＸ２で回転可能に接続され、かつ、肢部材１３０、１５０に第３回転軸ＡＸ３で回転可能に接続される第２部材１２２と、を有し、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、それぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点の位置Ｐ１で交差する。【選択図】図３

Description

本発明は、動作支援装具に関する。

従来、人が装着するパワーアシストロボットにおいて、人の股関節に対応する箇所が３軸で回転する機構が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１５−２１２０１０号公報

しかしながら、特許文献１のパワーアシストロボットでは、人が股関節を動かそうとしたときに、股関節を自由度高く動かすことが難しいという課題があった。また、同様の課題は、肩関節にもあった。

そこで、本発明は、股関節または肩関節を自由度高く動かすことができる動作支援装具を提供する。

本発明の一態様に係る作業支援装具は、装着者の胴体に装着される胴体部材と、前記装着者の腕または脚に装着される肢部材と、前記胴体部材および前記肢部材を接続し、前記装着者の肩関節または股関節の周囲に配置される関節部材と、を備え、前記関節部材は、前記胴体部材に対して第１回転軸で回転可能に接続される第１部材と、前記第１部材に対して第２回転軸で回転可能に接続され、かつ、前記肢部材に第３回転軸で回転可能に接続される第２部材と、を有し、前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、それぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点で交差する。

本発明の動作支援装具は、股関節および肩関節を自由度高く動かすことができる。

装着者が装着している動作支援装具を後ろ斜め左側から見た斜視図である。装着者が装着している動作支援装具を後ろ斜め右側から見た斜視図である。装着者が装着している動作支援装具の関節部材を拡大した斜視図である。動作支援装具の動きについて説明するための図である。動作支援装具の動きについて説明するための図である。動作支援装具を装着した装着者の動作を支援している様子を示す図である。動作支援装具を装着した装着者の動作を支援している様子を示す図である。動作支援装具を装着した装着者の動作を支援している様子を示す図である。

上記動作支援装具の実現のため、本発明の一態様に係る動作支援装具は、装着者の胴体に装着される胴体部材と、前記装着者の腕または脚に装着される肢部材と、前記胴体部材および前記肢部材を接続し、前記装着者の肩関節または股関節の周囲に配置される関節部材と、を備え、前記関節部材は、前記胴体部材に対して第１回転軸で回転可能に接続される第１部材と、前記第１部材に対して第２回転軸で回転可能に接続され、かつ、前記肢部材に第３回転軸で回転可能に接続される第２部材と、を有し、前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、それぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点で交差する。

これによれば、関節部材は、それぞれ異なる方向に平行な第１回転軸、第２回転軸および第３回転軸で回転し、かつ、これらの回転軸は一点で交差するため、装着者は、肩関節または股関節において、肢部材を胴体部材に対して自由度高く動かすことができる。

また、前記装着者が前記動作支援装具を装着した状態において、前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、前記装着者の大結節または大転子が位置する一点で交差してもよい。

このため、装着者は、肩関節の大結節または股関節の大転子の位置で、肢部材を胴体部材に対して自由度高く動かすことができる。

また、前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、互いに、直交してもよい。

このため、装着者は、肩関節または股関節において、肢部材を胴体部材に対して自由度高く動かすことが容易にできる。

また、前記第１回転軸および前記第２回転軸は、前記第１部材において互いに離れた位置に配置され、前記第２回転軸および前記第３回転軸は、前記第２部材において互いに離れた位置に配置されてもよい。

また、前記第１部材および前記第２部材は、前記一点とは反対側に凸となる、湾曲または屈曲した形状を有してもよい。

このため、関節部材の大きさを極力小さくすることができる。

また、さらに前記第１部材および前記胴体部材に対して、互いに前記第１回転軸で回転させる方向に力を付与する第１アクチュエータを備えてもよい。

このため、装着者の肩関節または股関節への動作を効果的にアシストすることができる。

また、さらに、前記第２部材および前記肢部材に対して、互いに前記第３回転軸で回転させる方向に力を付与する第２アクチュエータを備えてもよい。

以下、本発明の一態様に係る動作支援装具１００について、図面を参照しながら具体的に説明する。

なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。

（実施の形態）
本実施の形態では、装着者に動作支援装具が装着された状態において、装着者の身体の左右方向をＸ軸方向とし、装着者の身体の前後方向をＹ軸方向とし、装着者の身体の上下方向をＺ軸方向とする。また、装着者の身体の左側をＸ軸方向プラス側とし、装着者の身体の右側をＸ軸方向マイナス側とする。また、装着者の身体の前側をＹ軸方向プラス側とし、装着者の身体の後ろ側をＹ軸方向マイナス側とする。また。装着者の身体の上側をＺ軸方向プラス側とし、装着者の身体の下側をＺ軸方向マイナス側とする。なお、各図において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれを示す矢印が示す方向を、それぞれの方向におけるプラス側とし、矢印とは反対側の方向を、それぞれの方向におけるマイナス側とする。なお、上記のことは、以降の実施の形態でも同様である。

［１．構成］
図１は、装着者が装着している動作支援装具を後ろ斜め左側から見た斜視図である。図２は、装着者が装着している動作支援装具を後ろ斜め右側から見た斜視図である。図３は、装着者が装着している動作支援装具の関節部材を拡大した斜視図である。

図１〜図３に示すように、動作支援装具１００は、胴体部材１１０と、関節部材１２０、１４０と、肢部材１３０、１５０とを備える。動作支援装具１００は、さらに、第１腕部材２２０と、第２腕部材２３０と、第１ワイヤ３１０と、第２ワイヤ３２０と、第３ワイヤ３３０と、第４ワイヤ３４０と、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４と、バッテリ２７１、２７２と、制御部２８０とを備えていてもよい。

胴体部材１１０は、装着者Ｕの胴体に配置され、当該胴体に装着される部材である。胴体部材１１０は、具体的には、装着者Ｕの背中に装着される。胴体部材１１０は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。胴体部材１１０には、装着者Ｕ側の面にクッションなどの緩衝材が配置されていてもよい。

胴体部材１１０には、胴体部材１１０を装着者Ｕの背中に配置するための腰ベルト１１１が接続されている。腰ベルト１１１は、装着者Ｕの腰部の周囲に、胴体部材１１０とともに巻かれることで、装着者Ｕが胴体部材１１０を腰部の背中側の位置に装着されることを維持するための部材である。腰ベルト１１１は、例えば、ナイロン、シリコーンなどの樹脂、金属、革（人工皮革を含む）などにより構成される。

胴体部材１１０には、さらに、胴体部材１１０を装着者の背中に配置するためのハーネス２９０が接続されていてもよい。ハーネス２９０は、装着者の肩に掛けられることで、装着者が胴体部材１１０を背中に背負った状態（胴体部材１１０が装着者の背中に配置された状態）を維持するための部材である。ハーネス２９０は、装着者の両肩に対応した位置に設けられ、例えば、ナイロン、シリコーンなどの樹脂、金属、革（人工皮革を含む）などにより構成される。

また、胴体部材１１０には、第１ワイヤ３１０の一端と他端との間の部位を、第１ワイヤ３１０がスライド可能な状態で支持する第１支持部材２１１が配置されている。第１支持部材２１１は、胴体部材１１０が装着者の胴体に装着された状態において、第１ワイヤ３１０の一端と他端との間の部位を、装着者の肩よりも装着者の頭部側の位置で支持する。

また、胴体部材１１０には、第２ワイヤ３２０の一端と他端との間の部位を、第２ワイヤ３２０がスライド可能な状態で支持する第２支持部材２１２が配置されている。第２支持部材２１２は、胴体部材１１０が装着者の胴体に装着された状態において、第２ワイヤ３２０の一端と他端との間の部位を、装着者の肩よりも装着者の頭部側の位置で支持する。

また、胴体部材１１０には、第３ワイヤ３３０の一端と他端との間の部位を、第３ワイヤ３３０がスライド可能な状態で支持する第３支持部材２１３と、第４ワイヤ３４０の一端と他端との間の部位を、第４ワイヤ３４０がスライド可能な状態で支持する第４支持部材２１４とが配置されていてもよい。

各支持部材２１１〜２１４は、例えば、金属、樹脂などにより構成される。

関節部材１２０、１４０は、胴体部材１１０および肢部材１３０、１５０を接続する部材である。関節部材１２０は、胴体部材１１０と、装着者Ｕの左脚に装着される肢部材１３０とを接続する部材である。関節部材１４０は、胴体部材１１０と、装着者Ｕの右脚に装着される肢部材１５０とを接続する部材である。関節部材１２０は、胴体部材１１０のＸ軸方向マイナス側の部位に接続され、関節部材１４０は、胴体部材１１０のＸ軸方向プラス側の部位に接続される。つまり、関節部材１２０、１４０は、Ｘ軸方向に並んで、胴体部材１１０の下部に接続される。

また、関節部材１２０は、装着者Ｕの左脚の股関節の周囲（つまり、装着者Ｕの左臀部の周囲）に配置される。関節部材１４０は、装着者Ｕの右脚の股関節の周囲（つまり、装着者Ｕの右臀部の周囲）に配置される。

関節部材１２０は、第１部材１２１と、第２部材１２２とを有する。

第１部材１２１は、第１接続部１２１ａにおいて、胴体部材１１０に対して第１回転軸ＡＸ１で回転可能に接続される。第１部材１２１は、装着者Ｕの股関節の位置とは反対側に凸となる方向に湾曲した形状を有する。第１部材１２１は、湾曲した形状の代わりに屈曲した形状を有していてもよい。第１部材１２１は、装着者Ｕの腰部の上部の位置から、臀部の下部の位置までに亘る形状を有する。

第１接続部１２１ａは、第１部材１２１の、装着者Ｕの腰部の上部の位置に対応する位置に配置されている。第１回転軸ＡＸ１は、Ｘ軸方向から見た場合、Ｚ軸方向マイナス側に向かうに従いＹ軸方向プラス側に向かう方向に傾いて配置されている。

第２部材１２２は、第２接続部１２１ｂにおいて、第１部材１２１に対して第２回転軸ＡＸ２で回転可能に接続される。また、第２部材１２２は、第３接続部１２２ａにおいて、肢部材１３０に第３回転軸ＡＸ３で回転可能に接続される。第２部材１２２は、装着者Ｕの股関節の位置とは反対側に凸となる方向に屈曲した形状を有する。第２部材１２２は、屈曲した形状の代わりに湾曲した形状を有していてもよい。第２部材１２２は、装着者Ｕの臀部の下部の位置から、股関節の左側の位置までに亘る形状を有する。

第２接続部１２１ｂは、第１部材１２１および第２部材１２２の、装着者Ｕの臀部の下部の位置に対応する位置に配置されている。第２回転軸ＡＸ２は、Ｘ軸方向から見た場合、Ｚ軸方向プラス側に向かうに従いＹ軸方向プラス側に向かう方向に傾いて配置されている。

第３接続部１２２ａは、第２部材１２２の、装着者Ｕの股関節の左側の位置に対応する位置に配置されている。第３回転軸ＡＸ３は、装着者Ｕが立位の状態において、Ｘ軸方向に平行な方向に配置されている。

このように、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、それぞれ異なる方向に平行である。また、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、一点の位置Ｐ１で交差する。例えば、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、装着者Ｕが動作支援装具１００を装着した状態において、装着者Ｕの大転子が位置する一点の位置Ｐ１で交差する。なお、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、厳密に一点の位置Ｐ１で交差していなくてもよく、装着者Ｕの股関節の自由度を許容する程度の三次元的な領域内で交差していればよい。三次元的な領域とは、例えば、装着者Ｕが股関節を動かしたときに大転子が移動する範囲である。

また、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、互いに直交していてもよい。

また、第１接続部１２１ａと、第２接続部１２１ｂとは、第１部材１２１において互いに離れた位置に配置される。また、第２接続部１２１ｂと、第３接続部１２２ａとは、第２部材１２２において互いに離れた位置に配置される。

肢部材１３０は、装着者Ｕの左脚に配置され、当該左脚に装着される部材である。肢部材１３０は、具体的には、装着者Ｕの左脚の左側方に装着される。肢部材１３０は、第１肢部材１３１、第２肢部材１３２、および第３肢部材１３３を有する。

第１肢部材１３１は、関節部材１２０の第２部材１２２に接続され、装着者Ｕの左大腿部の左側方に配置される部材である。第１肢部材１３１は、第２部材１２２の前方の端部から下方に延びている長尺棒状の部材である。

第１肢部材１３１には、装着者Ｕの左大腿部に第１肢部材１３１を装着するためのベルト１３４が設けられている。

第１肢部材１３１は、第２部材１２２に対してＸ軸方向に略平行な第３回転軸ＡＸ３で回転自在に接続されている。第１肢部材１３１は、関節部材１２０により胴体部材１１０に接続されているため、装着者Ｕの股関節の動きに追従して、胴体部材１１０に対して自由度高く動くことが可能に構成されている。つまり、装着者Ｕは、胴体部材１１０に対して肢部材１３０を自由度３で動かすことが容易にできる。

第２肢部材１３２は、第１肢部材１３１の下端に、Ｘ軸方向に平行な軸で回転自在に接続され、装着者Ｕの下腿部の左側方に配置される部材である。第２肢部材１３２は、第１肢部材１３１の下端から下方に延びている長尺棒状の部材である。第２肢部材１３２は、第１肢部材に対してＸ軸方向に略平行な軸で回転自在に接続されているため、装着者Ｕの膝関節の動きに追従して、第１肢部材１３１に対して動くことが可能に構成されている。

第３肢部材１３３は、第２肢部材３２の下端に、Ｘ軸方向に略平行な軸で回転自在に接続され、装着者Ｕの左足の左側方に配置される部材である。第３肢部材１３３は、第２肢部材１３２の下端から下方に延びている棒状の部材である。第３肢部材１３３は、第２肢部材１３２に対してＸ軸方向に略平行な軸で回転自在に接続されているため、装着者Ｕの足関節の動きに追従して、第２肢部材１３２に対して動くことが可能に構成されている。

第３肢部材１３３には、装着者Ｕの左足に第３肢部材１３３を装着するための靴１３５が設けられている。

関節部材１４０は、関節部材１２０の第１部材１２１および第２部材１２２に対応する、第１部材１４１および第２部材１４２を有する。関節部材１４０は、関節部材１２０を左右反転した右側の構成であり、関節部材１２０を左右反転した構成と同様であるため、詳細な説明を省略する。

また、肢部材１５０も同様に、肢部材１３０の第１肢部材１３１、第２肢部材１３２、および第３肢部材１３３に対応する、第１肢部材１５１、第２肢部材１５２、および第３肢部材１５３を有する。肢部材１５０は、肢部材１３０を左右反転した右側の構成であり、肢部材１３０を左右反転した構成と同様であるため、詳細な説明を省略する。

第１腕部材２２０は、装着者の右腕（一方の腕部）の側方に配置され、当該右腕に装着される部材である。第１腕部材２２０は、例えば、樹脂などにより構成される。

第２腕部材２３０は、装着者の左腕（他方の腕部）の側方に配置され、当該左腕に装着される部材である。第２腕部材２３０は、例えば、樹脂などにより構成される。

第１ワイヤ３１０は、一端が第１腕部材２２０に固定され、第１腕部材２２０をＺ軸方向プラス側から吊るすための金属製の紐状の部材である。第１ワイヤ３１０には、第１ワイヤ３１０の一端と第１支持部材２１１により支持されている部位との間に亘って、第１ワイヤ３１０の側方を覆い、かつ、第１ワイヤ３１０が延びる方向に可撓性を有する第１保護部材３１１が配置されていてもよい。第１保護部材３１１は、第１ワイヤ３１０の側方の全周を覆っていてもよいし、第１ワイヤ３１０のＹ軸方向マイナス側の側方のみを覆っていてもよい。第１保護部材３１１は、例えば、植物繊維および合成繊維を含む繊維で構成された、布、メッシュなどにより構成されている。

第２ワイヤ３２０は、一端が第２腕部材２３０に固定され、第２腕部材２３０をＺ軸方向プラス側から吊るすための金属製の紐状の部材である。第２ワイヤ３２０には、第２ワイヤ３２０の一端と第２支持部材２１２により支持されている部位との間に亘って、第２ワイヤ３２０の側方を覆い、かつ、第２ワイヤ３２０が延びる方向に可撓性を有する第２保護部材３２１が配置されていてもよい。第２保護部材３２１は、第２ワイヤ３２０の側方の全周を覆っていてもよいし、第２ワイヤ３２０のＹ軸方向マイナス側の側方のみを覆っていてもよい。第２保護部材３２１は、例えば、植物繊維および合成繊維を含む繊維で構成された、布、メッシュなどにより構成されている。

第３ワイヤ３３０は、一端が第１腕部材２２０に接続され、第１腕部材２２０を、装着者の肘に対応する部分で曲げるための金属製の紐状の部材である。第３ワイヤ３３０も、第１ワイヤ３１０および第２ワイヤ３２０と同様に、第１腕部材２２０に接続されている部位から第３支持部材２１３に支持されている部位までの間に亘って、第３ワイヤ３３０の側方を覆い、かつ、第３ワイヤ３３０が延びる方向に可撓性を有する第３保護部材が配置されていてもよい。

第４ワイヤ３４０は、一端が第２腕部材２３０に接続され、第２腕部材２３０を、装着者の肘に対応する部分で曲げるための金属製の紐状の部材である。第４ワイヤ３４０も、第１ワイヤ３１０、第２ワイヤ３２０および第３ワイヤ３３０と同様に、第２腕部材２３０に接続されている部位から第４支持部材２１４に支持されている部位までの間に亘って、第４ワイヤ３４０の側方を覆い、かつ、第４ワイヤ３４０が延びる方向に可撓性を有する第４保護部材が配置されていてもよい。

第３保護部材および第４保護部材は、例えば、第１保護部材３１１および第２保護部材３２１と同様の材料により構成されている。

また、第１ワイヤ３１０は、第１支持部材２１１から第１アクチュエータ２６１付近までの間が伸縮しにくいチューブで覆われていてもよい。また、第２ワイヤ３２０は、第２支持部材２１２から第２アクチュエータ２６２付近までの間が伸縮しにくいチューブで覆われていてもよい。また、第３ワイヤ３３０は、第３支持部材２１３から第３アクチュエータ２６３付近までの間が伸縮しにくいチューブで覆われていてもよい。また、第４ワイヤ３４０は、第４支持部材２１４から第４アクチュエータ２６４付近までの間が伸縮しにくいチューブで覆われていてもよい。

第１アクチュエータ２６１は、第１ワイヤ３１０の他端が固定され、駆動することで第１ワイヤ３１０の長さを調整する。第１アクチュエータ２６１は、例えば、胴体部材１１０の後側に配置され、第１ワイヤ３１０を、胴体部材１１０の後側で巻き取ったり、繰り出したりするモータである。第１アクチュエータ２６１は、図示しない切替部が第１状態になったとき、第１ワイヤ３１０の長さが短くなる回転方向に駆動してもよい。第１アクチュエータ２６１は、上記切替部が第２状態になったとき、駆動しなくてもよい。また、第１アクチュエータ２６１は、制御部２８０からの制御信号に応じて、第１ワイヤ３１０を巻き取る方向または繰り出す方向に回転してもよい。

第２アクチュエータ２６２は、第２ワイヤ３２０の他端が固定され、駆動することで第２ワイヤ３２０の長さを調整する。第２アクチュエータ２６２は、例えば、胴体部材１１０の後側に配置され、第２ワイヤ３２０を、胴体部材１１０の後側で巻き取ったり、繰り出したりするモータである。第２アクチュエータ２６２は、図示しない切替部が第１状態になったとき、第２ワイヤ３２０の長さが短くなる回転方向に駆動してもよい。第２アクチュエータ２６２は、上記切替部が第２状態になったとき、駆動しなくてもよい。また、第２アクチュエータ２６２は、制御部２８０からの制御信号に応じて、第２ワイヤ３２０を巻き取る方向または繰り出す方向に回転してもよい。

第３アクチュエータ２６３は、第３ワイヤ３３０の他端が固定され、駆動することで第３ワイヤ３３０の長さを調整する。第３アクチュエータ２６３は、例えば、胴体部材１１０の後側に配置され、第３ワイヤ３３０を、胴体部材１１０の後側で巻き取ったり、繰り出したりするモータである。第３アクチュエータ２６３は、図示しない切替部が第１状態になったとき、第３ワイヤ３３０の長さが短くなる回転方向に駆動してもよい。第３アクチュエータ２６３は、上記切替部が第２状態になったとき、駆動しなくてもよい。また、第３アクチュエータ２６３は、制御部２８０からの制御信号に応じて、第３ワイヤ３３０を巻き取る方向または繰り出す方向に回転してもよい。

第４アクチュエータ２６４は、第４ワイヤ３４０の他端が固定され、駆動することで第４ワイヤ３４０の長さを調整する。第４アクチュエータ２６４は、例えば、胴体部材１１０の後側に配置され、第４ワイヤ３４０を、胴体部材１１０の後側で巻き取ったり、繰り出したりするモータである。第４アクチュエータ２６４は、図示しない切替部が第１状態になったとき、第４ワイヤ３４０の長さが短くなる回転方向に駆動してもよい。第４アクチュエータ２６４は、上記切替部が第２状態になったとき、駆動しなくてもよい。また、第４アクチュエータ２６４は、制御部２８０からの制御信号に応じて、第４ワイヤ３４０を巻き取る方向または繰り出す方向に回転してもよい。

なお、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４は、モータであるとしたが、モータに限らずに、人工筋肉、油圧式アクチュエータ、ガス式アクチュエータなどであってもよい。

バッテリ２７１、２７２は、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４に、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４が駆動するための電力を供給する。また、バッテリ２７１、２７２は、制御部２８０を構成する制御回路に、当該制御回路が駆動するための電力を供給する。バッテリ２７１、２７２は、例えば、外部からの電力を蓄電し、かつ、蓄電した電力を、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４、制御部２８０を構成する制御回路に供給することのできるリチウムイオン二次電池により構成される。なお、バッテリ２７１、２７２は、鉛蓄電池などの他の二次電池で構成されてもよいし、一次電池で構成されてもよい。

［２．動作］
次に動作支援装具１００のうち、胴体部材１１０、関節部材１２０、１４０、および肢部材１３０、１５０の具体的な動きについて説明する。

図４および図５は、動作支援装具の動きについて説明するための図である。図４は、装着者Ｕが左脚を内旋させたときの動作支援装具１００の動きを説明する図である。図５は、装着者Ｕが左脚を外転させたときの動作支援装具１００の動きを説明する図である。

なお、以下では、図４および図５における向きで見ている場合の回転方向で説明する。

図４に示すように、装着者Ｕが左脚を内旋させたとき、動作支援装具１００の関節部材１２０では、第１部材１２１が胴体部材１１０に対して第１回転軸ＡＸ１周りの右回転方向に回転する。また、第２部材１２２は、第１部材１２１に対して第２回転軸ＡＸ２周りの左回転方向に回転する。これにより、肢部材１３０は、装着者Ｕの左脚の内旋の動きに追従して、胴体部材１１０に対して回転することとなる。このとき、肢部材１３０は、装着者Ｕの股関節の一点の位置Ｐ１を軸として胴体部材１１０に対して回転する。このため、装着者Ｕは、左脚に装着された肢部材１３０が左脚から位置ずれすることがほとんどない状態で、肢部材１３０を内旋させる方向に追従させることができる。なお、装着者Ｕは、反対の動きをすることで上記と同様に外旋も行うことができる。

また、図５に示すように、装着者Ｕが左脚を外転させたとき、動作支援装具１００の関節部材１２０では、第２部材１２２が第１部材１２１に対して第２回転軸ＡＸ２周りの右回転方向に回転すると共に、第１部材１２１が胴体部材１１０に対して第１回転軸ＡＸ１周りの右回転方向に回転する。これにより、肢部材１３０は、装着者Ｕの左脚の外転の動きに追従して、胴体部材１１０に対して回転することとなる。このとき、肢部材１３０は、装着者Ｕの股関節の位置Ｐ１を軸として胴体部材１１０に対して回転する。このため、装着者Ｕは、左脚に装着された肢部材１３０が左脚から位置ずれすることがほとんどない状態で、肢部材１３０を外転させる方向に追従させることができる。なお、装着者Ｕは、反対の動きをすることで上記と同様に内転も行うことができる。

また、装着者Ｕは、左脚を股関節で屈曲または伸展させたとき、動作支援装具１００の関節部材１２０では、肢部材１３０が第２部材１２２に対して第３回転軸ＡＸ３周りに回転する。このため、装着者Ｕは、左脚に装着された肢部材１３０が左脚から位置ずれすることがほとんどない状態で、装着者Ｕの左脚を屈曲または伸展させる方向に肢部材１３０を追従させることができる。

また、動作支援装具１００は、装着者に装着された状態において、装着者の腕により物体としての荷物を持ち上げる動きを支援することで、装着者の腕に係る負担を軽減することもできる。次に、装着者が荷物を持ち上げるときの動作支援装具１００の動きについて図６〜図８を用いて説明する。つまり、動作支援装具１００のうち、第１腕部材２２０、第２腕部材２３０、第１〜４ワイヤ３１０〜３４０、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４の具体的な動きについて説明する。

図６〜図８は、動作支援装置を装着した装着者の動作を支援している様子を示す図である。具体的には、図６は、地面に置かれている荷物を装着者がかがんで掴んでいる様子を示す図である。図７は、装着者が荷物を持ち上げる途中の様子を示す図である。図８は、装着者が荷物を持ち上げた様子を示す図である。

図６〜図７に示すように、装着者は、荷物５００を掴んだ状態において、図示しないスイッチなどの切替部を操作することで、制御部２８０により第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４に第１〜第４ワイヤ３１０〜３４０に対して張力を加えさせることができる。このため、動作支援装具１００は、装着者の両腕に、肘を曲げた状態を維持するための力と、前腕部が持ち上げられる力とをアシストすることができる。

また、図８に示すように、立ち上がった状態においても、荷物５００を持ち上げている状態を維持するアシスト力が加えられている。このため、装着者は、腕への負担を低減した状態で、荷物５００を運ぶことが容易にできる。

［３．効果など］
本実施の形態に係る動作支援装具１００は、胴体部材１１０と、肢部材１３０、１５０と、関節部材１２０、１４０と、を備える。胴体部材１１０は、装着者Ｕの胴体に装着される。肢部材１３０、１５０は、装着者Ｕの脚に装着される。関節部材１２０、１４０は、胴体部材１１０および肢部材１３０、１５０を接続し、装着者Ｕの股関節の周囲に配置される。関節部材１２０、１４０は、第１部材１２１、１４１と、第２部材１２２、１４２とを有する。第１部材１２１、１４１は、胴体部材１１０に対して第１回転軸ＡＸ１で回転可能に接続される。第２部材１２２、１４２は、第１部材１２１、１４１に対して第２回転軸ＡＸ２で回転可能に接続され、かつ、肢部材１３０、１５０に第３回転軸ＡＸ３で回転可能に接続される。第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、それぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点で交差する。

これによれば、関節部材１２０、１４０は、それぞれ異なる方向に平行な第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２および第３回転軸ＡＸ３で回転し、かつ、これらの回転軸ＡＸ１〜ＡＸ３は一点の位置Ｐ１で交差する。このため、装着者Ｕは、股関節において、肢部材１３０、１５０を胴体部材１１０に対して自由度高く動かすことができる。

また、動作支援装具１００は、さらに、第１腕部材２２０と、第２腕部材２３０と、第１ワイヤ３１０と、第２ワイヤ３２０と、第３ワイヤ３３０と、第４ワイヤ３４０と、第１〜第４アクチュエータ２６１〜２６４と、バッテリ２７１、２７２と、制御部２８０とを備える。そして、これらの構成は、胴体部材１１０と、関節部材１２０、１４０と、肢部材１３０、１５０とにより支持されている。このように、胴体部材１１０よりも上方において、装着者の上半身に装着される各部材を備える構成の動作支援装具１００であっても、胴体部材１１０と、関節部材１２０、１４０と、肢部材１３０、１５０とは、上半身に装着される各部材からの加重を効果的に支持することができる。つまり、関節部材１２０、１４０において、Ｚ軸方向での加重を各回転軸ＡＸ１〜ＡＸ３で回転することがほとんどなく支持することができる。

また、本実施の形態において、装着者Ｕが動作支援装具１００を装着した状態において、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、装着者Ｕの大転子が位置する一点で交差する。

このため、装着者Ｕは、股関節の大転子の位置で、肢部材１３０、１５０を胴体部材１１０に対して自由度高く動かすことができる。

また、本実施の形態において、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３は、互いに、直交する。

このため、装着者Ｕは、股関節において、肢部材１３０、１５０を胴体部材１１０に対して自由度高く動かすことが容易にできる。

また、本実施の形態において、第１回転軸ＡＸ１および第２回転軸ＡＸ２は、第１部材１２１、１４１において互いに離れた位置に配置される。第２回転軸ＡＸ２および第３回転軸ＡＸ３は、第２部材１２２、１４２において互いに離れた位置に配置される。

また、本実施の形態において、第１部材１２１、１４１および第２部材１２２、１４２は、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および、第３回転軸ＡＸ３が交差する一点とは反対側に凸となる、湾曲または屈曲した形状を有する。

［４．変形例］
［４−１．変形例１］
上記実施の形態では、肢部材１３０、１５０は、装着者Ｕの脚に装着される部材としたが、これに限らずに、装着者Ｕの腕に装着される部材としてもよい。この場合、胴体部材は、装着者Ｕの肩を含む背中の位置に配置され、関節部材は、装着者Ｕの肩関節の周囲に配置される。また、関節部材の第１回転軸、第２回転軸および第３回転軸は、装着者Ｕの肩関節の大結節が位置する一点で交差することが好ましい。これにより、装着者は、腕に装着された肢部材を自由度高く動かすことが容易にできる。

［４−２．変形例２］
上記実施の形態では、関節部材１２０において、第１接続部１２１ａが装着者Ｕの腰部の上部に配置され、第２接続部１２１ｂが装着者Ｕの臀部の下部に配置され、第３接続部１２２ａが装着者Ｕの股関節の左側に配置されるとしたが、これに限らない。関節部材は、装着者Ｕの股関節周りの位置に配置され、第１回転軸ＡＸ１、第２回転軸ＡＸ２、および第３回転軸ＡＸ３がそれぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点で交差することを満たせば、上記の位置に配置されることに限るものではない。

［４−３．変形例３］
上記実施の形態における動作支援装具１００は、さらに、関節部材１２０の第１部材１２１および胴体部材１１０に対して、互いに第１回転軸ＡＸ１で回転させる方向に力を付与する第１アクチュエータを備えていてもよい。第１アクチュエータは、例えば、モータ、ガス圧シリンダ、油圧シリンダなどにより実現される。このため、装着者の肩関節または股関節への動作を効果的にアシストすることができる。

また、上記実施の形態における動作支援装具１００は、さらに、関節部材１２０の第２部材１２２および肢部材１３０に対して、互いに第３回転軸ＡＸ３で回転させる方向に力を付与する第２アクチュエータを備えていてもよい。第２アクチュエータは、例えば、モータ、ガス圧シリンダ、油圧シリンダなどにより実現される。このため、装着者の肩関節または股関節への動作を効果的にアシストすることができる。

［４−４．変形例４］
上記実施の形態における動作支援装具１００は、装着者Ｕの両脚に対応して関節部材１２０、１４０および肢部材１３０、１５０を備える構成としたが、装着者Ｕの片足のみに対応する構成を備える構成であってもよい。つまり、装着者Ｕの左脚に対応する関節部材１２０および肢部材１３０のみを備える構成であってもよいし、装着者Ｕの右脚に対応する関節部材１４０および肢部材１５０のみを備える構成であってもよい。

以上、本発明の一つまたは複数の態様に係る動作支援装具について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。

本発明は、股関節または肩関節を自由度高く動かすことができる動作支援装具などとして有用である。

１００動作支援装具
１１０胴体部材
１１１腰ベルト
１２０、１４０関節部材
１２１、１４１第１部材
１２１ａ第１接続部
１２１ｂ第２接続部
１２２、１４２第２部材
１２２ａ第３接続部
１３０、１５０肢部材
１３１、１５１第１肢部材
１３２、１５２第２肢部材
１３３、１５３第３肢部材
１３４、１５４ベルト
１３５、１５５靴
２１１第１支持部材
２１２第２支持部材
２１３第３支持部材
２１４第４支持部材
２２０第１腕部材
２３０第２腕部材
２６１第１アクチュエータ
２６２第２アクチュエータ
２６３第３アクチュエータ
２６４第４アクチュエータ
２７１、２７２バッテリ
２８０制御部
２９０ハーネス
３１０第１ワイヤ
３１１第１保護部材
３２０第２ワイヤ
３２１第２保護部材
３３０第３ワイヤ
３４０第４ワイヤ
ＡＸ１第１回転軸
ＡＸ２第２回転軸
ＡＸ３第３回転軸

Claims

装着者の胴体に装着される胴体部材と、
前記装着者の腕または脚に装着される肢部材と、
前記胴体部材および前記肢部材を接続し、前記装着者の肩関節または股関節の周囲に配置される関節部材と、を備え、
前記関節部材は、
前記胴体部材に対して第１回転軸で回転可能に接続される第１部材と、
前記第１部材に対して第２回転軸で回転可能に接続され、かつ、前記肢部材に第３回転軸で回転可能に接続される第２部材と、を有し、
前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、それぞれ異なる方向に平行であり、かつ、一点で交差する
動作支援装具。
前記装着者が前記動作支援装具を装着した状態において、
前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、前記装着者の大結節または大転子が位置する一点で交差する
請求項１に記載の動作支援装具。
前記第１回転軸、前記第２回転軸、および、前記第３回転軸は、互いに、直交する
請求項１または２に記載の動作支援装具。
前記第１回転軸および前記第２回転軸は、前記第１部材において互いに離れた位置に配置され、
前記第２回転軸および前記第３回転軸は、前記第２部材において互いに離れた位置に配置される
請求項１から３のいずれか１項に記載の動作支援装具。
前記第１部材および前記第２部材は、前記一点とは反対側に凸となる、湾曲または屈曲した形状を有する
請求項１から４のいずれか１項に記載の動作支援装具。
さらに
前記第１部材および前記胴体部材に対して、互いに前記第１回転軸で回転させる方向に力を付与する第１アクチュエータを備える
請求項１から５のいずれか１項に記載の動作支援装具。
さらに、
前記第２部材および前記肢部材に対して、互いに前記第３回転軸で回転させる方向に力を付与する第２アクチュエータを備える
請求項１から６のいずれか１項に記載の動作支援装具。