JP2019205634A - 動作支援装置、及び動作支援装置の固定具 - Google Patents

Abstract

【課題】フレームの支援者に対するずれ及び揺れを防止可能な動作支援装置を提供すること。【解決手段】 実施形態によれば、動作支援装置は、装着者の関節に連続する生体の、前記関節回りの回転方向の前面及び後面以外に配される装着具と、前記装着具を前記生体と一体に固定する外側固定具と、前記装着具を前記関節回りに回転する駆動部と、を備える。【選択図】 図１

Description

本発明の実施形態は、動作支援装置、及び動作支援装置の固定具に関する。

製造業の作業現場や、リハビリ現場等の様々な現場で使用される、作業者などの装着者の動作を支援する支援装置が知られている。動作を支援する支援装置として、支援力を発生する駆動部と、装着者の支援を要する部位、例えば腰回りの大腿部の回転動作を支援する場合では大腿部に装着され、支援力を当該部位に伝達する装着具と、を有する構成が知られている。装着具は、固定具により装着者に固定される。

特開２０１４−５４２７３号公報

本発明が解決しようとする課題は、装着具のずれ及び揺れを防止可能な動作支援装置を提供することである。

実施形態によれば、動作支援装置は、装着者の関節に連続する生体の、前記関節回りの回転方向の前面及び後面以外の面に固定される固定される装着具と、前記装着具を前記生体と一体に固定する外側固定具と、前記装着具を前記関節回りに回転する駆動部と、を備える。

一実施形態に係る動作支援装置が装着者に装着された状態を示す正面図。 同動作支援装置が装着者に装着された状態を示す側面図。 同動作支援装置が装着者に装着された状態を示す側面図。 同装着者に取り付けられた加速度センサの検出値を示すグラフ。 同動作支援装置に取り付けられた加速度センサの検出値を示すグラフ。 同動作支援装置の変形例が装着者に装着された状態の要部を示す正面図。 同動作支援装置の同変形例が装着者に装着された状態を示す側面図。 同動作支援装置の別の変形例の要部を示す正面図。 同動作支援装置の同変形例を示す側面図。 同動作支援装置の別の変形例を示す斜視図。 同動作支援装置の別の変形例が装着者に装着された状態を示す背面図。 同動作支援装置の同変形例を示す側面図。

一実施形態に係る動作支援装置１０を、図１乃至図５を用いて説明する。図１は、動作支援装置１０が装着者１に装着された状態を示す正面図である。図２は、動作支援装置１０が装着者１に装着された状態を示す側面図である。図３は、動作支援装置１０が装着者１に装着された状態を示す側面図であり、装着者１が膝２を屈曲した状態を示している。

図４は、装着者１に取り付けられた加速度センサ７０の検出値を示すグラフである。図５は、動作支援装置１０に取り付けられた加速度センサ７０の検出値を示すグラフである。

図１乃至図３に示すように、動作支援装置１０は、フレーム２０と、装着者１を支援する支援力を発生する駆動部３０と、フレーム２０を装着者１に固定する固定具４０と、装着者１の支援対象となる動作の開始及び停止を検出する検出部５０と、駆動部３０を制御する制御装置６０と、を有している。

動作支援装置１０は、装着者１の所定の動作を支援可能に構成されている。具体的には、動作支援装置１０は、装着者１のいずれかの関節に連続する生体の当該関節回りの回転を支援する。

より具体的に説明すると、動作支援装置１０は、装着者１の所定の動作時の所定の生体の関節回りの回転方向の前面及び後面以外に配される装着具を介して当該生体の関節回りの回転を支援する。なお、前面及び後面以外とは、前面以外であって、かつ、後面以外である。
ここでいう、生体の関節回りの回転方向の前面及び後面以外は、生体の当該回転方向に沿う部分である。例えば、生体が大腿部３である場合は、大腿部３の左側部、または、右側部となる。生体が下腿部５である場合は、下腿部５の左側部または右側部となる。
動作支援装置１０は、本実施形態では、装着者１の膝２の屈伸動作を支援する。換言すると、動作支援装置１０は、本実施形態では、大腿部３（生体）の股関節回りの回転を支援する。

フレーム２０は、大腿部３に配される装着具である大腿フレームを少なくとも有する。フレーム２０は、例えば、装着者１の腰４に配される腰フレーム２１と、装着者１の左脚に配される左フレーム２２と、装着者１の右脚に配される右フレーム２３と、を有している。

腰フレーム２１は、例えば、固定具４０の後述される腰固定具４１の一部を配置し、腰固定具４１を保持する保持部２１ａを有している。保持部２１ａは、例えば腰４の周方向に沿う孔である。

左フレーム２２は、大腿部３の左右方向で外側に配される大腿フレーム２４と、下腿部５の左右方向で外側に配される下腿フレーム２５と、足６が固定される足フレーム２６と、大腿フレーム２４を腰フレーム２１に連結する第１の連結機構２７と、を有している。

大腿フレーム２４は、支援対象となる生体である大腿部３の関節回りの前面及び後面以外に配される。大腿フレーム２４は、この一例として、大腿部３の左右方向の外側に配される。この為、大腿フレーム２４は、大腿部３の回転方向に沿う部分に配される。大腿フレーム２４は、例えば、大腿部３に沿って延びる一方向に長い箱状に構成されている。大腿フレーム２４の幅は、例えば大腿部３の幅よりも小さい。なお、大腿フレーム２４の幅は、大腿フレーム２４の大腿部３に対向する面の短手方向の幅である。

大腿フレーム２４は、内部に、駆動部３０を収容する。大腿フレーム２４の、装着者１に装着されたときの膝２側の端部には、固定具４０の後述する外側固定具４４の一部を配置し、当該外側固定具４４を保持する保持部２４ａが設けられている。保持部２４ａは、例えば、大腿フレーム２４から前方に突出し、且つ外側固定具４４を配置する孔が形成された板状の部材により構成されている。

下腿フレーム２５は、下腿部５の膝関節回りの回転の前面及び後面以外の部位に配されている。下腿フレーム２５は、この一例として、下腿部５の左右方向の外側に配される。この為、下端フレーム２５は、下腿部５の回転方向に沿う部分に配される。下腿フレーム２５は、例えば、下腿部５に沿って延びる一方向に長い形状に構成されている。下腿フレーム２５は、例えばアジャスタ２５ａを有している。アジャスタ２５ａは、下腿フレーム２５の長手方向の長さを装着者１に合わせて調整可能に構成されている。

足フレーム２６は、下腿フレーム２５の下端部に、下腿部５に対する足６の回動に追従可能に連結されている。足フレーム２６は、足６を載置可能に構成されている。さらに、足フレーム２６は、例えば足６を固定可能に構成されてもよい。

第１の連結機構２７は、大腿フレーム２４を、装着者１の股関節回りの大腿部３の回動に追従可能に、腰フレーム２１に連結する。第１の連結機構２７は、例えば、大腿フレーム２４に固定されるロッド２７ａと、このロッド２７ａを腰フレーム２１に回動可能に連結する連結部２７ｂと、を有している。

右フレーム２３は、左フレーム２２と左右対称の構成を有している。この為、右フレーム２３の左フレーム２２と同様の機能を有する構成は、左フレーム２２と同一の符号を付して説明を省略する。

駆動部３０は、本実施形態では、左フレーム２２の大腿フレーム２４に支援力を付与する左駆動部３１と、右フレーム２３の大腿フレーム２４に支援力を付与する右駆動部３２と、を有している。

左駆動部３１は、一例として、下腿フレーム２５に対して一軸回りに大腿フレーム２４を回転可能に構成されている。
左駆動部３１は、大腿フレーム２４内に収容されている。左駆動部３１は、大腿フレーム２４を、装着者１の膝関節回りの大腿部３の回動に追従可能に下腿フレーム２５に連結する第２の連結機構３３と、駆動力を発生する例えば駆動源として例えばモータ３４と、を有している。なお、駆動源はモータに限定されない。例えば、弾性体であってもよい。

第２の連結機構３３は、例えば複数の歯車を有しており、モータ３４の出力軸の回転を、下腿フレーム２５に対する大腿フレーム２４の回転に変換可能に構成されている。また、第２の連結機構３３は、減速機としての機能を有してもよい。
右駆動部３２は、左駆動部３１と左右対称に構成されている。右駆動部３２の、左駆動部３１と同様の機能を有する構成は、左駆動部３１と同一の符号を付して説明を省略する。

固定具４０は、腰フレーム２１を装着者１の腰４に固定する腰固定具４１と、左右のそれぞれの大腿フレーム２４を装着者１の左右のそれぞれの大腿部３に固定する大腿固定具４２と、を有している。

腰固定具４１は、例えばベルトである。腰固定具４１は、装着者１の例えば胴７に巻き付けられて固定されることで、腰フレーム２１を腰４に固定する。腰固定具４１の一部は、腰フレーム２１の保持部２１ａ内に配置される。腰固定具４１は、その一部が保持部２１ａ内に保持されることで、腰フレーム２１に取り付けられる。腰固定具４１は、例えば面ファスナ等の固定手段により、装着者１の胴７に巻きつけられた状態で固定される。

大腿固定具４２は、大腿フレーム２４の左右方向で大腿部３に対向する面に固定された内側固定具４３と、大腿フレーム２４及び大腿部３を一体に固定する外側固定具４４と、を有している。

内側固定具４３は、例えば、ベルトである。内側固定具４３は、外側固定具４４に対して、近位側に位置する。なお、近位側とは、正中側である。より具体的に説明すると、上肢においては、肩側が近位側となる。下肢においては、腰側が近位側となる。
内側固定具４３は、本実施形態では、大腿フレーム２４の近位側の端部、換言すると腰側の端部に固定されている。内側固定具４３は、面ファスナ等の固定手段により、大腿部３に巻き付けられた状態が固定される。すなわち、内側固定具４３は、大腿部３に固定された状態では、内側固定具４３が環状に構成される、または、内側固定具４３と大腿フレーム２４とが協同して環状に構成されるとともに、内側固定具４３の一部が大腿フレーム２４に固定されている状態となる。

外側固定具４４は、固定時に環状になることが可能であればよい。外側固定具４４は、例えばベルトである。外側固定具４４は、紐や、環状のゴムであってもよい。外側固定具４４は、内側固定具４３に対して遠位側に位置している。外側固定具４４は、本実施形態では、遠位側の端部、換言すると、下腿フレーム２５側の端部に位置している。外側固定具４４の一部は、保持部２４ａの孔内に位置している。外側固定具４４は、その一部が保持部２４ａの孔内に位置することで、大腿フレーム２４に取り付けられる。外側固定具４４は、面ファスナ等の固定手段により、大腿フレーム２４と大腿部３とに巻きつけられた状態で、固定される。このように、外側固定具４４による一体に固定とは、本実施形態では、大腿部３及び大腿フレーム２４の一体物の外周面に巻き付けられることにより、当該一体物を互いに固定することである。
なお、外側固定具４４は、装着具の生体側に面する面以外の面の少なくとも一部、及び生体に巻き付けられることにより、装着具と生体とを一体に固定することが可能となる。この例としては、例えば、大腿フレーム２４に、大腿フレーム２４の前面及び後面を貫通する孔が形成され、外側固定具４４がこの孔に挿通されてもよい。この場合であっても、外側固定具４４は、大腿フレーム２４及び生体を、一体に固定することが可能となる。

検出部５０は、動作支援装置１０による装着者１の支援対象となる動作が膝２の屈伸動作であることから、膝２の屈伸動作の開始及び終了を検出可能に構成されている。検出部５０は、例えば、下腿フレーム２５に対する大腿フレーム２４の回転位置を検出する角度センサである。検出部５０は、例えば、第２の連結機構３３に設けられている。

制御装置６０は、例えば、腰フレーム２１に固定されている。制御装置６０は、検出部５０の検出結果に基づいて駆動部３０のモータ３４を制御する。

次に、動作支援装置１０による装着者１の膝２の屈伸動作の支援について説明する。なお、図２及び図３は、装着者１が屈曲動作を行っている状態を示しており、図２は、屈曲動作の初期の状態を示し、図３は、屈曲動作の終了時を示している。

装着者１は、まず膝２の屈曲動作を行う。装着者１が膝２の屈曲動作を行うと、下腿部５に対して大腿部３が回転し、この回転に伴い上半身が下方に移動する。また、大腿部３の回転に追従して、大腿フレーム２４が回転する。

このように、装着者１の屈曲動作では、まず大腿部３が回転し、この回転に追従して、大腿フレーム２４が回転する。このとき、大腿部３が外側固定具４４により大腿フレーム２４に一体に固定されていることから、大腿部３に対して大腿フレーム２４の位置がずれることが防止される。

すなわち、大腿フレーム２４に対して大腿部３が先に回転するが、大腿フレーム２４はモータ３４が駆動しておらず回転フリーに支持されている状態であるので、大腿部３の回転にスムーズに追従する。そして、大腿部３と大腿フレーム２４とが外側固定具４４により一体に固定されていることで、互いに相対位置がずれることが防止される。

検出部５０は、屈曲動作の開始に伴う大腿フレーム２４の回転を検出する。制御装置６０は、大腿フレーム２４の回転を検出すると、左右の駆動部３１，３２のそれぞれのモータ３４を駆動して、大腿フレーム２４を下腿フレーム２５に対して、装着者１の膝２の屈曲動作に伴う回転方向に回転する。大腿フレーム２４がモータ３４により回転することで、装着者１の大腿部３の回転が支援されるので、屈曲動作が支援される。

この支援時では、大腿部３は、大腿フレーム２４に引っ張られることで回転が支援される。このとき、内側固定具４３により大腿部３が固定されていることで、大腿部３に対する大腿フレーム２４の位置ずれが防止される。

この作用について具体的に説明する。内側固定具４３は、上述のように、環状に構成され、または、大腿フレーム２４と協同して環状に構成される。そして、内側に大腿部３が固定される。この為、大腿フレーム２４が先行して回転し、大腿フレーム２４が大腿部３を引っ張ることで大腿部３の回転を支援しても、大腿部３は、内側固定具４３内から出ることがないので、大腿フレーム２４に対して位置がずれることが防止される。

制御装置６０は、検出部５０の検出結果に基づいて装着者１の膝２の屈曲動作の終了を判断すると、モータ３４の駆動を停止する。

次に、装着者１が、膝２の屈曲動作の終了後に膝２の伸展動作を開始すると、大腿部３の回転に追従して大腿フレーム２４が回転される。検出部５０は、大腿フレーム２４が回転すると、この回転を検出する。

制御装置６０は、検出部５０が膝２の伸展に伴う大腿フレーム２４の回転の開始を検出すると、モータ３４を駆動して、大腿フレーム２４を下腿フレーム２５に対して、膝２の伸展動作に伴う回転方向に回転する。大腿フレーム２４が回転されることで、装着者１の膝２の伸展動作が支援される。この伸展動作時においても、屈曲動作時と同様に、大腿部３に対する大腿フレーム２４のずれの発生は防止される。

このように構成された動作支援装置１０では、大腿フレーム２４が外側固定具４４により大腿部３に、一体に固定される。具体的には、外側固定具４４は、大腿フレーム２４と大腿部３との外周に巻き付けられることにより、大腿フレーム２４と大腿部３とを一体に固定する。換言すると、外側固定具４４は、固定時に環状に構成され、内側に大腿フレーム２４と大腿部３とを固定する。

この為、大腿部３に対する大腿フレーム２４の固定強度を高めることができるので、大腿部３に対する大腿フレーム２４の位置ずれ、及び大腿部３に対する大腿フレーム２４の揺れの発生を防止できる。

さらに、大腿部３に対する大腿フレーム２４のずれ及び揺れを防止できるので、大腿フレーム２４を介して大腿部３に伝達される支援力の伝達効率が低下することを防止できる。

さらに、動作支援装置１０では、大腿固定具４２は、内側固定具４３を有している。内側固定具４３により、動作支援装置１０による大腿部３の回転動作の支援時に、大腿部３に対する大腿フレーム２４のずれの発生を防止できる。

さらに、動作支援装置１０では、内側固定具４３が大腿フレーム２４の大腿部３側の面に固定されることから、大腿フレーム２４と大腿部３との間に、内側固定具４３の一部を配置する構成にすることが可能となる。

このように、内側固定具４３の一部を大腿フレーム２４と大腿部３との間に配置する構成の場合、この一部は、クッションとして機能する。このクッション機能が十分である場合には、別途にクッションを設ける必要がない。または、クッション機能が不十分である場合には別途にクッションを設けてもよい。別途にクッションを設ける場合であっても、内側固定具４３がクッションとして機能するので、別途に設けるクッションの数を少なくできる。

さらに、動作支援装置１０では、外側固定具４４が内側固定具４３に対して遠位側に位置する。この為、大腿フレーム２４において回転モーメントが大きくなる遠位側を、固定強度の高い外側固定具４４で固定するので、大腿部３に対する大腿フレーム２４の位置ずれの発生をより一層防止することが可能となる。

次に、大腿フレーム２４の大腿部３に対する固定性を評価する実験について、図４及び図５を用いて説明する。本実験は、動作支援装置１０を装着者１が装着した状態で屈伸動作を１回行うものである。本実験では、装着者１の大腿部３の前面に、加速度センサ７０が取り付けられている。また、左右のどちらか一方の大腿フレーム２４の前面にも加速度センサ７０が取り付けられている。これら加速度センサ７０は、３軸の加速度を検出可能に構成されており、具体的には、互いに直交する３方向である、第１の方向、第２の方向、及び第３の方向のそれぞれに作用する加速度を検出する。

第１の方向は、装着者１が直立の姿勢にあるときは、装着者１の前後方向に平行となる。第２の方向は、装着者１が直立の姿勢にあるときは、装着者１の上下方向に平行となる。第３の方向は、装着者１が直立の姿勢にあるときは、左右方向に平行となる。

図４は、装着者１に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果を示している。図４の横軸は、時間を示し、図中右側に進むにつれて時間が経過したことを示す。図４の縦軸は、加速度を示す。縦軸は、上側に進むにつれて加速度が大きいことを示す。なお、縦軸の中心は０（ゼロ）であり、０より上側を正とし、０より下側を負とする。図４中の実線は、第１の方向に作用する加速度を示す。図４中の１点鎖線は、第２の方向に作用する加速度を示す。図４中の２点鎖線は、第３の方向に作用する加速度を示す。

図５は、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果を示している。図５の横軸は、時間を示し、図中右側に進むにつれて時間が経過したことを示す。図５の縦軸は、加速度を示す。図５の縦軸は、加速度を示す。縦軸は、上側に進むにつれて加速度が大きいことを示す。なお、縦軸の中心は０（ゼロ）であり、０より上側を正とし、０より下側を負とする。図５中の実線は、第１の方向に作用する加速度を示す。図５中の１点鎖線は、第２の方向に作用する加速度を示す。図５中の２点鎖線は、第３の方向に作用する加速度を示す。

図４に示すように、装着者１が屈伸動作を開始する前の状態では、装着者１は、直立の姿勢にある。この為、前後左右方向となる第１の方向及び第３の方向となるには加速度は生じていない。上下方向となる第２の方向には、重力が作用することから重量加速度が作用している。この為、加速度センサ７０は、第２の方向に重力加速度を検出する。

装着者１が膝２の屈伸動作を開始すると、まず、屈曲動作に伴い、装着者１の姿勢が変化する。具体的には、大腿部３の前面が上下方向に対して傾斜する。この傾斜に伴い、大腿部３に取り付けられた加速度センサ７０の第１の方向が上下方向に近くなり、第２の方向が前後方向に近くなる。

装着者１が深い位置まで屈曲動作を行うと、換言すると、大腿部３の前面が前後方向に沿う姿勢となるまで屈曲動作を行うと、横軸の中央部に示すように、加速度センサ７０の第１の方向が上下方向に略平行となることから、加速度センサ７０は第１の方向に重力加速度を検出する。また、第２の方向は、前後方向に近くなることから、加速度がほぼゼロとなる。

なお、加速度センサ７０は、屈曲動作に伴う装着者１のゆれや傾きに合わせて姿勢が変化するので、第３の方向が左右方向に対してずれる。この為、この実験では、屈曲動作に伴い、第３の方向にも若干の加速度を検出している。

装着者１は、屈曲動作が完了すると、伸展動作を行う。伸展動作に伴い、加速度センサ７０の姿勢が、第１の方向が前後方向に平行となり、第２の方向が上下方向となる姿勢に戻る。この為、加速度センサ７０の検出結果も、屈曲前の検出結果に戻る。

図５に示すように、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果は、装着者１に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果と略同じ結果となっている。この為、装着者１が屈伸動作を行っても、大腿部３に対して大腿フレーム２４がずれたり、または、ゆれが生じていないことがわかる。

ずれ及びゆれが生じていないことについて、具体的に説明する、大腿部３に対して大腿フレーム２４の位置がずれると、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０は、このずれの発生時に発生する加速度を検出する。また、大腿部３に対する大腿フレーム２４の位置のずれにより、加速度センサ７０の姿勢が変化する。加速度センサ７０の姿勢が変化することにより、装着者１に取り付けられた加速度センサ７０の第１乃至第３の方向が、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の第１乃至第３の方向に対してずれる。このずれにより、装着者１に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果と、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果とにずれが生じる。

しかしながら、図４に示す、装着者１の大腿部３に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果と、図５に示す、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果が、略同じであることから、大腿部３に対する大腿フレーム２４のずれの発生が防止されていることがわかる。

大腿部３に対する大腿フレーム２４の揺れが生じると、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０は、この揺れを検出する。しかしながら、図４に示す、装着者１の大腿部３に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果と、図５に示す、大腿フレーム２４に取り付けられた加速度センサ７０の検出結果が、略同じであることから、大腿部３に対する大腿フレーム２４の揺れの発生が防止されていることがわかる。

なお、本実施形態では、支援対象となる生体に配される１つの装着具にのみ、内側固定具４３及び外側固定具４４が設けられたが、これに限定されない。他の例では、他の生体に配される装着具にも、外側固定具、または、外側固定具及び内側固定具が設けられてもよい。

この変形例１を、下腿フレーム２５を下腿部５に固定する外側固定具及び内側固定具を有する図６に示す固定具４０Ａを用いて説明する。なお、下腿フレーム２５は、駆動部３０によって、大腿フレーム２４に対して回転力が作用する。換言すると、下腿フレーム２５は、駆動部３０によって駆動される装着具の一例でもある。なお、変形例１に係る固定具４０Ａを用いた動作支援装置１０において、上述した一実施形態に係る動作支援装置１０と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。この変形例１に係る固定具４０Ａを有する動作支援装置１０の構成は、上述の一実施形態の動作支援装置１０と、フレーム２０が足フレーム２６を有していない点を除いて、同じである。

なお、図６において、説明の便宜上、各構成の形状を簡略化し、または、寸法を拡大若しくは縮小して示す。図６は、固定具４０Ａを有する動作支援装置１０のフレーム２０が固定された装着者１の要部を示す平正面図である。

固定具４０Ａは、腰固定具と、大腿固定具４２と、下腿フレーム２５を装着者１の下腿部５に固定する下腿固定具４５と、を有している。なお、下腿フレーム２５は、下腿部５の回転方向の前面及び後面以外の一例となる、下腿部５の左右方向の外側となる部分、換言すると、回転方向に沿う部分に配されている。

下腿固定具４５は、下腿フレーム２５の左右方向で下腿部５に対向する面に固定された下腿用内側固定具４６と、下腿フレーム２５及び下腿部５を一体に固定する下腿用外側固定具４７と、を有している。

下腿用内側固定具４６は、例えばベルトである。下腿用内側固定具４６は、下腿用外側固定具４７に対して、近位側に位置する。下腿用内側固定具４６は、本実施形態では、下腿フレーム２５の近位側の端部、換言すると大腿フレーム２４側の端部に位置している。

下腿用内側固定具４６は、面ファスナ等の固定手段により、下腿部５に巻き付けられた状態が固定される。すなわち、下腿用内側固定具４６は、下腿部５に固定された状態では、下腿用内側固定具４６のみ、または下腿フレーム２５と協同して環状に構成されるとともに、その一部が下腿フレーム２５に固定されている状態となる。

下腿用外側固定具４７は、下腿用内側固定具４６に対して遠位側に位置している。下腿用外側固定具４７は、本実施形態では、遠位外側の端部に位置している。下腿用外側固定具４７は、下腿部５及び下腿フレーム２５を一体に固定可能に構成されている。下腿用外側固定具４７は、例えばベルトである。下腿用外側固定具４７は、下腿部５及び下腿フレーム２５を一体に固定する際に、環状に構成される。下腿用外側固定具４７は、面ファスナ等の固定手段により、下腿フレーム２５と下腿部５とに巻きつけられた状態で、固定される。本変形例では、下腿用外側固定具４７は、下腿部５及び下腿フレーム２５の一体物の外周面に巻き付けられることにより、下腿部５及び下腿フレーム２５の一体物を互いに固定する。

この変形例１に係る固定具４０Ａを有する動作支援装置１０は、上述の一実施形態と同様の効果が得られる。

さらに、上述の一実施形態では、内側固定具４３、及び外側固定具４４は、伸縮率が例えば同じである。しかしながら、装着具を生体に固定する外側固定具、または外側固定具及び内側固定具は、生体に応じた伸縮率を有してもよい。

ここでいう、生体に応じた伸縮率とは、例えば、装着者１の動作に伴いの断面積の変化量が大きい生体に固定される固定具については、この断面積の増大に伴い生体が圧迫されることない程度の伸縮率である。

図６に示した変形例１に係る固定具４０Ａでは、大腿固定具４２の内側固定具４３は、例えば大腿部３の長手方向の中央の近傍に固定される。大腿部３の長手方向の中央の近傍は、膝２の屈曲時での、断面積の増大量が多い。この為、変形例１にかかる固定具４０Ａの更なる変形例２として、内側固定具４３は、この断面積の増大に追従して延び、装着者に圧迫感を与えない程度の伸縮率を有する材料で構成されてもよい。

また、図６に示した変形例２にかかる固定具４０Ａでは、外側固定具４４は、大腿部３の膝２の近傍に固定される。大腿部３の膝２の近傍の部位は、膝２の屈曲動作時での断面積の増大量が小さい。このため、外側固定具４４を構成する材料は、膝２の近傍の断面積の増大量に応じた、比較的小さい伸縮率を有する材料でよい。
下腿用内側固定具４６、及び下腿用外側固定具４７も同様である。

また、上述の一実施形態では、内側固定具４３、及び外側固定具４４は、伸縮率が例えば同じである。しかしながら、装着具を生体に固定する外側固定具、または外側固定具及び内側固定具は、異なる伸縮率を有する材料を接続することで構成されてもよい。

この例としては、動作支援装置１０により支援方向が一方向である場合、例えば、膝２の屈曲動作、または、膝２の伸展動作のみを支援する構成である場合では、生体に固定される固定具のうち、支援方向に生体に対向する部分の伸縮率を、他の部分に対して小さく構成してもよい。この変形例３について、図６及び図７に示された固定具４０Ａを用いて説明する。

例えば、変形例３に係る固定具４０Ａを有する動作支援装置１０が、膝２の伸展動作のみを支援する構成を有する場合では、外側固定具４４の大腿部３の後面に対向する部分の伸縮率を他の部分に対して小さくする。この場合、例えば、外側固定具４４を、２つの異なる伸縮率を有する部材を接続することで構成し、伸縮率の小さい方４４ａを大腿部３の後面に対向させ、伸縮率が大きい方４４ｂを前方に位置させる。

すなわち、伸展動作の支援時では、外側固定具４４の大腿部３の後面に対向する部分となる伸縮率が小さい方４４ａが、大腿部３を押すこととなる。この為、大腿フレーム２４からの支援力の大腿部３への伝達ロスを小さくできる。

内側固定具４３も同様であり、内側固定具４３の大腿部３の後面に対向する部分の伸縮率を、他の部分に比較して小さくすることで、大腿フレーム２４からの支援力の伝達ロスを小さくできる。

下腿用外側固定具４７は、膝２の伸展動作時では、下腿部５の前面を押す。この為、下腿用外側固定具の下腿部５の前面に対向する部分の伸縮を、他の部分に比較して小さくすることで、下腿フレーム２５から下腿部へ伝達される支援力の伝達ロスを小さくできる。下腿用外側固定具４７を、伸縮率が異なる２つの部材を接続して構成する場合、伸縮率が小さい方４７ａを下腿部５の前方に位置させ、伸縮率が大きい方４７ｂを下腿部５の後方に位置させる。

下腿用内側固定具４６も同様であり、下腿用内側固定具４６の下腿部５の前面に対向する部分の伸縮率を、他の部位の伸縮率に比較して小さくすることで、下腿フレーム２５からの支援力の伝達ロスを小さくできる。

また、上述の一実施形態では、動作支援装置１０の、内側固定具４３及び外側固定具４４は、大腿フレーム２４の長手方向にずれた位置に位置しているが、これに限定されない。例えば、外側固定具４４は、内側固定具４３を含めて、生体及び装着具を一体に固定してもよい。この変形例について、図８及び図９を用いて説明する。

図８は、この変形例４に係る固定具４０Ｂを有する動作支援装置１０の右フレーム２３を代表して示す正面図である。なお、変形例４に係る固定具４０Ｂを用いた動作支援装置１０において、上述した一実施形態に係る動作支援装置１０と同様の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。図９は、この右フレーム２３の側面図である。

図８及び図９に示すように、外側固定具４４は、大腿部３及び大腿フレーム２４の内側固定具４３により固定された部分を、内側固定具４３を含めて固定する。
ここで、内側固定具４３について、説明する。内側固定具４３は、大腿部３に巻き付けられる本体４３ａと、本体４３ａを大腿フレーム２４に固定するパッド４３ｂと、を有している。パッド４３ｂは、本体４３ａに固定されている。パッド４３ｂは、比較的柔らかい材料で形成されている。
本変形例の内側固定具４３のように、大腿部３と大腿フレーム２４との間に隙間がある場合は、内側固定具４３は、パッド４３ｂを有してもよい。

この変形例４では、大腿部３及び大腿フレーム２４の固定強度をより一層向上できる。さらに、このように、外側固定具４４が内側固定具４３を含めて大腿部３及び大腿フレーム２４を固定する場合、この、外側固定具４４及び内側固定具４３の組み合わせを複数設けてもよい。例えば、この組み合わせを２つ設けて、それぞれを、大腿フレーム２４の長手方向の両端に１つずつ配置してもよい。

また、このように、内側固定具４３を含めて固定する外側固定具４４を備える固定具４０Ｂは、例えば、内側固定具４３のみを有する動作支援装置に対して、別途に準備した外側固定具４４を適用することでも構成することが可能となる。

また、上述の一実施形態及び複数の変形例では、動作支援装置１０は、一例として、装着者１の右脚及び左脚に装着され、大腿部３を支援した。しかしながら、動作支援装置１０は、大腿部３の支援をすることに限定されない。動作支援装置１０は、装着者１の膝関節以外の関節に連続する生体の、当該関節回りの回転の支援を行うことが可能である。

この変形例５について、図１０に示す動作支援装置１０Ｂを用いて説明する。動作支援装置１０Ｂは、一例として、装着者１の上腕の肩回りの回動動作を支援する。この変形例５に係る動作支援装置１０は、装着者１の上腕に配される上腕フレーム２８を有している。
上腕フレーム２８は、一例として、装着者１の肩を中心とする左右方向に平行な回転軸回りの上腕の回転方向の前面及び後面以外に配される。すなわち、本実施形態では、上腕フレーム２８は、装着者１の上腕の、肩回りの前後方向に沿う回転支援する。上腕フレーム２８は、一例として、上腕の左右方向外側、換言すると、回転方向に沿う部分に配される。上腕フレーム２８は、駆動部３０により肩回りに回動可能に構成されている。この変形例では、駆動部３０は、上腕フレーム２８の肩側の端部に設けられたモータを有しており、このモータにより、上腕フレーム２８を、左右方向に平行な回転軸回りの両方向に回転する。上腕フレーム２８が回転されることで、装着者１の上腕の肩を回転中心とする左右方向に平行な回転軸回り回りの回転動作が支援される。

上腕フレーム２８は、内側固定具４３と、外側固定具４４とにより、上腕８に固定される。内側固定具４３は、上腕フレーム２８の上腕側の面に固定されており、上腕を固定可能に構成されている。内側固定具４３の、支援方向に上腕８に対向する部分、すなわち、上腕８の後面に対向する部分は、伝達ロスを小さくする為に、伸縮率が、他の部分に比較して小さく構成されている。

外側固定具４４は、上腕フレーム２８を装着者１の上腕と一体に固定可能に構成されている。外側固定具４４は、装着者１の肘の近傍に固定される。肘の近傍は、上腕８の回転に伴う断面積の増大が比較的小さい。この為、外側固定具４４は、上腕８の回転動作時に装着者が圧迫感を感じない程度の小さい伸縮率を有する材料から構成されてもよい。

このように、動作支援装置１０Ｂによれば、装着者１の上腕８の肩９回りの回動動作の支援が可能である。さらに、上腕フレーム２８の上腕８に対する位置のずれ、及びゆれの発生を防止できる。

また、更なる変形例としては、図１１及び図１２に示す変形例６に係る動作支援装置１０Ｃのように、装着者１の上肢及び下肢の動作の支援を可能に構成されてもよい。一例として、動作支援装置１０Ｃは、変形例１乃至変形例４のいずれか１つの動作支援装置１０の構成と、変形例５に係る動作支援装置１０Ｂの構成とを有する。

動作支援装置１０Ｃは、さらに、装着者１の左右のそれぞれの前腕に配される前腕フレーム２９を有している。前腕フレーム２９は、上腕フレーム２８に、肘回りの装着者１の前腕の回動に追従して回動可能に、連結されている。
前腕フレーム２９は、装着者１の前腕の肘関節の回転方向の前面及び後面以外の部分に配されている。前腕フレーム２９は、この一例として、装着者１の左右方向に外側となる部分、換言すると回転方向に沿う部分に配される。
前腕フレーム２９は、内側固定具４３、及び外側固定具４４が設けられている。外側固定具４４は、内側固定具４３よりも遠位側に位置している。前腕フレーム２９に設けられる内側固定具４３は、前腕フレーム２９の装着者１の前腕側の面に設けられており、前腕に固定可能に構成されている。前腕フレーム２９に設けられる外側固定具４４は、前腕フレーム２９及び前腕を一体に固定可能に構成されている。外側固定具４４は、例えば、固定時に環状に構成され、内側に前腕フレーム２９及び前腕を固定する。

また、変形例６に係る動作支援装置１０Ｃでは、例えば大腿フレーム２４の幅が、上述の一実施形態及び複数の変形例１乃至５の大腿フレーム２４の幅に対して、広い。装着者１の大腿部３は、曲面により構成されていることから、大腿部３が大腿フレーム２４に接触している状態であっても、大腿部３及び大腿フレーム２４の間に隙間が生じる。この隙間は、大腿フレーム２４の幅が広いほど大きくなる。
この隙間が大きいほど、位置ずれや揺れが発生しやすくなる。しかしながら、外側固定具４４を用いることにより、大腿部３と大腿フレーム２４とが一体に強固に固定されるので、上述の隙間が大きい場合であっても、大腿部３に対して大腿フレーム２４を、ずれ及びゆれの発生を防止できる。
また、上述の一実施形態、及び変形例１乃至変形例６では、動作支援装置１０は、生体に装着される装着具を駆動部により回転することで、生体の動作を支援した。しかしながら、動作支援装置１０による支援は、生体の関節回りの回転動作のみに限定されない。例えば、生体の関節回りの位置を保持する支援をおこなってもよい。この場合、駆動部は、装着具を回転することはなく、装着具を関節回りの所定位置に固定する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…装着者、２…膝、３…大腿部、４…腰、５…下腿部、６…足、７…胴、８…上腕、９…肩、１０…動作支援装置、１０Ｂ…動作支援装置、１０Ｃ…動作支援装置、２０…フレーム、２１…腰フレーム、２４…大腿フレーム、２５…下腿フレーム、２８…上腕フレーム、３０…駆動部、３１…左駆動部、３２…右駆動部、３４…モータ、４０…固定具、４０Ａ…固定具、４０Ｂ…固定具、４２…大腿固定具、４３…内側固定具、４４…外側固定具、４５…下腿固定具、４６…下腿用内側固定具、４７…下腿用外側固定具、５０…検出部、６０…制御装置、７０…加速度センサ。

Claims (6)

1. 装着者の関節に連続する生体の、前記関節回りの回転方向の前面及び後面以外に配される装着具と、
   前記装着具を前記生体と一体に固定する外側固定具と、
   前記装着具を前記関節回りに回転する駆動部と、
   を具備する動作支援装置。
2. 前記装着具の前記生体側の面に設けられ、前記生体を固定する内側固定具を具備する請求項１に記載の動作支援装置。
3. 前記外側固定具は、前記内側固定具に対して遠位側に位置する
   請求項２に記載の動作支援装置。
4. 前記駆動部は、前記装着具を前記関節回りの一方向のみ回転駆動し、
   前記装着具の、前記一方向に前記生体に対向する部分の伸縮性は、他の部分伸縮性に比較して小さい
   請求項１に記載の動作支援装置。
5. 前記駆動部は、前記装着具を前記関節回りの一方向のみ回転駆動し、
   前記外側固定具及び前記内側固定具の少なくとも一方の、前記一方向に前記生体に対向する部分の伸縮性は、他の部分伸縮性に比較して小さい
   請求項２に記載の動作支援装置。
6. 装着者の関節に連続する生体の、前記関節回りの回転方向の前面及び後面以外に、装着具を前記生体と一体に固定する、動作支援装置に用いられる固定具。