JP2021049601A - アシスト装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】軽量であり、装着感が良く、アシスト力を高めたとしても利用者の身体への負荷を軽減することができるアシスト装置を提供する。【解決手段】アシスト装置10は、利用者の肩部、背部、及び胸部の少なくとも一つに装着される第一装着具11と、利用者の左右の脚部に装着される第二装着具12と、第一装着具11と第二装着具12とにわたって利用者の背面側に沿って設けられるベルト体13と、第一装着具11と第二装着具12との間におけるベルト体13の長さを伸縮させる伸縮機構14と、利用者の身体を支持する支持装置51と、を備えており、支持装置は、利用者の腰部に固定される腰部接続体55と、利用者の背部に固定される背部接続体30と、腰部接続体55と背部接続体30とを連結し両者の間隔を保持する保持体54と、を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、アシスト装置に関する。
利用者(人)の身体に装着され、その利用者の作業を補助するアシスト装置が様々提案されている。アシスト装置によれば、利用者は、例えば重量物を持ち上げる場合であっても、小さな力(小さな負担)で作業を行うことが可能となる。このようなアシスト装置は、例えば、特許文献1に開示されている。
特許文献1に開示されているアシスト装置は、利用者に装着する金属製等のフレームを有する。そのフレームに搭載されているアクチュエータの出力が、リンク機構を通じて、利用者の上半身と下半身とに伝達される。これにより、例えば重量物を持ち上げる動作が補助される。
利用者が補助を要する動作としては、重量物を持ち上げる等の負荷が大きい動作の他に、例えば、病人又は高齢者等の人に対して日常生活行動の援助(介助)を行う動作がある。利用者が負荷の大きい作業を行う場合、特許文献1に開示されているような高出力のアシスト装置が効果的である。
しかし、利用者が、前記のような人に対する援助を行う場合、高出力のアシスト装置は過剰性能となる場合がある。また、高出力のアシスト装置では、リンク機構及び金属製等のフレームのような剛体部材が多く用いられていて、高出力を得るために、重厚な構成となっている。そのため、アシスト装置の重量が重くなり、剛体部材によって利用者の動きが制限される。
そこで、本発明の発明者は、軽量であり装着感の良いアシスト装置を既に提案している(例えば、特願2019−043462号)。そのアシスト装置は、利用者の肩部に装着される第一装着具と、利用者の左右の脚部に装着される第二装着具と、第一装着具と第二装着具とにわたって利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、アクチュエータとを備える。アクチュエータは、第一装着具に設けられていて、前記ベルト体の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。
アクチュエータがベルト体の一部を巻き取ることで、ベルト体に張力が作用する。この張力がアシスト力となって利用者に作用する。これにより、利用者が例えば前記のとおり人に対する援助を行う際に、負担が軽減される。
しかし、ベルト体の巻き取りにより、そのベルト体に作用する張力は、利用者の上半身(脊椎)をその身長方向に引き下げようとする力成分を有する。このような力成分が、利用者の上半身にそのまま付与されると、脊椎(特に、腰椎)が圧縮される。このような状態で、アシスト力を少し大きく設定したり、アシスト装置を長期にわたって使用したりすると、疲労による利用者の腰痛の原因となる可能性がある。
そこで、本開示の目的は、軽量であり装着感が良く、更に、アシスト力を高めたとしても、利用者の身体への負荷を軽減することができるアシスト装置を提供することにある。
(1) 本開示のアシスト装置は、利用者の肩部、背部、及び胸部の少なくとも一つに装着される第一装着具と、前記利用者の左右の脚部に装着される第二装着具と、前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、前記第一装着具と前記第二装着具との間における前記ベルト体の長さを伸縮させる伸縮機構と、前記利用者の身体を支持する支持装置と、を備えており、前記支持装置は、前記利用者の腰部に固定される腰部接続体と、前記利用者の背部に固定される背部接続体と、前記腰部接続体と前記背部接続体とを連結し両者の間隔を保持する保持体と、を有する。
以上のような構成によって、例えば利用者が前傾姿勢から直立姿勢に上半身を起こす動作や直立姿勢から前傾姿勢に上半身を倒す動作を行う場合に、前記伸縮機構によりベルト体に張力を与えながら長さを収縮又は伸長させることによって、前記動作をアシストすることができる。
アシスト装置は、利用者の腰部に固定される腰部接続体と、背部に固定される背部接続体と、腰部接続体と背部接続体との間隔を保持する保持体とを有する支持装置を備えているので、ベルト体を収縮することによって利用者の上半身をその身長方向に引き下げるような力が利用者に作用したとしても、その力によって利用者の脊椎(特に、腰椎)が圧縮されるのを抑制することができ、利用者の身体への負担を軽減することができる。
ベルト体は、軽量に構成することができる。ベルト体は、利用者が姿勢を変えても背面に沿って追従することができる。したがって、装着感のよいアシスト装置を得ることができる。
(2)好ましくは、前記保持体の下端部が、左右方向の軸心回りに揺動可能に前記腰部接続体に設けられている。このような構成によって、利用者の上半身の姿勢変化に保持体を容易に追従させることができる。
(3)好ましくは、前記背部接続体が、前記第一装着具に設けられている。このような構成によって、利用者が第一装着具を装着することによって背部接続体を背部に固定することができる。
(4)好ましくは、前記背部接続体が、前記伸縮機構を収容するケーシングである。このような構成によって、伸縮機構を収容するケーシングを利用して、保持体の上端部を接続することができる。
(5)好ましくは、前記保持体及び前記腰部接続体が、前記利用者の身体の左右両側に設けられている。このような構成により、利用者の身体を左右両側においてバランスよく支持することができる。
本開示のアシスト装置によれば、軽量であり、装着感が良く、アシスト力を高めたとしても利用者の身体への負荷を軽減することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図1は、アシスト装置の一例を示す背面図である。図2は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の背面図である。図3は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の側面図である。図4は、アシスト装置が装着された利用者が前傾姿勢(前屈姿勢)となった状態を示す説明図である。以下の説明において、左右は、アシスト装置を装着した直立姿勢にある利用者にとっての左右であり、前後は、その利用者にとっての前後であり、上下はその利用者にとっての上下である。上が利用者の頭側であり、下が利用者の足側である。
図1は、アシスト装置の一例を示す背面図である。図2は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の背面図である。図3は、利用者の身体に取り付けられたアシスト装置の側面図である。図4は、アシスト装置が装着された利用者が前傾姿勢(前屈姿勢)となった状態を示す説明図である。以下の説明において、左右は、アシスト装置を装着した直立姿勢にある利用者にとっての左右であり、前後は、その利用者にとっての前後であり、上下はその利用者にとっての上下である。上が利用者の頭側であり、下が利用者の足側である。
図1に示すアシスト装置10は、一つの第一装着具11と、二つの第二装着具12とを備える。第一装着具11及び第二装着具12は、アシスト装置10を利用者の身体に装着するための部品である。
第一装着具11は、利用者(人)の身体の一部である左右の肩部BS、背部、及び胸部BBの少なくとも一つに装着される。本実施形態の第一装着具11は、左右の肩部BSに装着される。第一装着具11は、背本体部21と、肩ベルト22と、腋ベルト23とを有する。肩ベルト22、腋ベルト23は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。
背本体部21は、利用者の背中に配置される。肩ベルト22の一端は、背本体部21の上部側に接続される。腋ベルト23の一端は、背本体部21の下部側に接続される。肩ベルト22の他端と腋ベルト23の他端とは、互いに接続される。
肩ベルト22及び腋ベルト23を肩部BSに装着することによって、背本体部21が利用者に背負われた状態となり、背本体部21が利用者の背中に配置される。この背本体部21は、後述するケーシング30の一部を構成する。また、このケーシング30は、後述する背部接続体を構成する。
腋ベルト23は、長さが調整可能である。腋ベルト23の長さを調整することにより、背本体部21を利用者の背中に密着させることができる。そのため、背本体部21は、利用者の背中に対して前後、左右、及び上下方向に移動不能な状態で装着される。
第二装着具12は、利用者の身体の他部である左右の脚部BLに装着される。具体的に、第二装着具12は、脚部BLの内の膝部BNに装着される。左側の第二装着具12と右側の第二装着具12とは左右対称であるが、構成は同じである。
第二装着具12は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第二装着具12は、利用者の膝部BNの後面側に装着される膝本体部24と、膝本体部24から延びている膝ベルト25とを有する。膝ベルト25は、膝部BNの上下位置それぞれにおいて膝部BNを周回し、その先端側が膝本体部24に固定される。膝ベルト25は、ベルトとバックル、又は、面ファスナー等の係止部材により、膝部BNに対する巻き付き長さの調整が可能である。この調整により、膝本体部24が膝部BNの後面側に密着した状態となる。第二装着具12は膝部BNに対して前後、左右、及び上下方向に移動不能となって装着される。
第一装着具11と二つの第二装着具12とは、利用者の関節である股関節を挟んで離れる二箇所、つまり肩部BS及び脚部BLに装着される。なお、本実施形態において、脚部BLとは、股関節よりも下側の部分をいい、腰部BWとは、股関節よりも上側の骨盤、及び腰椎の一部又は全部を含む部分をいう。胸部BBとは、利用者の胸椎の前方部分をいい、背部とは、利用者の胸椎の後方部分をいう。肩部BSとは、利用者の首の付け根から肩関節までの間の左右方向の領域に配置される部分をいう。
第一装着具11及び第二装着具12は、上述した構成以外の構成を有していてもよい。第一装着具11には、例えば、肩部BSに掛ける部分として、硬質の部材が含まれていてもよい。第一装着具11は、利用者の肩部BSに限らず、胸部及び/又は背部に装着されるものであってもよい。例えば、第一装着具11は、利用者の胸部BB及び背部の周囲に巻き付けられるベルトの形態であってもよい。また、第一装着具11は、ベストのように利用者の上衣として上半身に着用する形態であってもよい。
アシスト装置10は、第一装着具11、及び左右の第二装着具12の他に、ベルト体13、駆動装置50、及び支持装置51を備える。
ベルト体13は、第一装着具11と第二装着具12とを結ぶようにして、利用者の背面側に沿って設けられている。ベルト体13は、第一ベルト16と、第二ベルト17と、連結部材18とを有する。
ベルト体13は、第一装着具11と第二装着具12とを結ぶようにして、利用者の背面側に沿って設けられている。ベルト体13は、第一ベルト16と、第二ベルト17と、連結部材18とを有する。
第一ベルト16は、上半身側に設けられている。第二ベルト17は、下半身側に設けられている。連結部材18は、第一ベルト16と第二ベルト17とを連結している。
第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、長尺であり、可撓性を有する。連結部材18は、金属製であり、「平カン」と称される矩形の環状体により構成されている。
第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、長尺であり、可撓性を有する。連結部材18は、金属製であり、「平カン」と称される矩形の環状体により構成されている。
第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、布製又は革製の帯状の部材であり、身体の形状に沿って湾曲可能である。なお、第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、紐状のベルト(ワイヤーのような部材)であってもよい。本実施形態の第一ベルト16及び第二ベルト17それぞれは、非伸縮性の部材である。つまり、第一ベルト16及び第二ベルト17は、その長手方向に伸縮し難い特性又は伸縮しない特性を有する。
駆動装置50は、第一装着具11に設けられている。図5は、駆動装置50及びベルト体13の説明図である。駆動装置50は、ケーシング(コントロールボックス)30を有する。ケーシング30は、板状であるベース31と、ベース31を覆うカバー32とを有する。図5においては、ケーシング30の内部構造を説明するために、カバー32が仮想線(二点鎖線)で示されている。
ケーシング30は、ベルト体13よりも硬質な部材、例えばアルミニウム合金又は硬質合成樹脂により形成されている。ケーシング30は、後述する支持装置51の保持体54が接続される背部接続体を構成している。
本実施形態のベース31は、第一装着具11の背本体部21を構成している。ただし、ベース31は、背本体部21とは別体で構成され背本体部21に取り付けられていてもよい。背本体部21とベース31とが別体である場合、背本体部21は、肩ベルト22及び腋ベルト23と同様に柔軟性を有する布地等によって構成されていてもよい。
ベース31とカバー32との間には空間が形成されている。この空間には、駆動装置50の構成要素であるアクチュエータ(伸縮機構)14、制御部15、バッテリ37、及びセンサ38等が設けられている。したがって、ケーシング30は、アクチュエータ14、制御部15、バッテリ37、及びセンサ38等を収容している。カバー32には、開口(切り欠き)32aが形成されている。第一ベルト16は、開口32aを通過している。
アクチュエータ14は、第一装着具11と第二装着具12との間において、ベルト体13を伸縮させる。具体的に、アクチュエータ14は、ベルト体13の一部の巻き取り及び送り出しを可能とする。アクチュエータ14は、モータ33、減速機34、及び駆動プーリ35を有する。
モータ33は、ブラシレスDCモータである。モータ33は、制御部15から出力される駆動信号に基づいて、所定のトルク、所定の回転数で回転することができる。モータ33は、制御部15から出力される駆動信号に基づいて、正逆回転可能である。モータ33の回転角度、回転速度、又は回転数等の回転に関するパラメータは、モータ33に取り付けられている回転検出器36によって検出される。
本実施形態の回転検出器36は、ロータリエンコーダであるが、ホールセンサ又はレゾルバであってもよい。回転検出器36の検出結果は、制御部15に入力される。制御部15は、前記検出結果に基づいてモータ33の動作を制御することで、アシスト装置10は適切なアシスト力を生じさせることができる。
減速機34は、複数の歯車により構成されていて、モータ33の回転数を減速して、減速機34の出力軸34aを回転させる。出力軸34aに駆動プーリ35が連結され、これらは一体回転する。駆動プーリ35には、第一ベルト16の一端部16a側が取り付けられている。モータ33の正回転により、駆動プーリ35が一方向に回転すると、第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られる。モータ33の逆回転により、駆動プーリ35が他方向に回転すると、駆動プーリ35から第一ベルト16が送り出される。
このように、アクチュエータ14は、ベルト体13を巻き取り可能である駆動プーリ35、及び、駆動プーリ35にベルト体13の巻き取り動作をさせるためのモータ33を有する。第一ベルト16が、アクチュエータ14により巻き取り及び送り出しがされる。
制御部15は、マイクロコンピュータを含む制御ユニットにより構成されている。制御部15は、アクチュエータ14(モータ33)の動作を制御する。センサ38の信号は制御部15に入力される。制御部15はセンサ38からの信号に基づいて利用者の姿勢を推定することが可能となる。バッテリ37は、制御部15、モータ33、回転検出器36、及びセンサ38に電力を供給する。センサ38は、ケーシング30の外部に設けられていてもよい。
[ベルト体13について]
ベルト体13は、前記のとおり、第一ベルト16と第二ベルト17と連結部材18とを有する。第一ベルト16の一端部16a側が、駆動プーリ35に巻かれて固定されている。したがって、ベルト体13の上端は、第一装着具11に設けられた駆動装置50に接続される。第一ベルト16の他端部16b側は、連結部材18に固定されている。駆動プーリ35に第一ベルト16が巻き取られると、連結部材18が引き上げられる。連結部材18が強制的に引き下げられると、駆動プーリ35から第一ベルト16が巻き出される(引き出される)。駆動プーリ35における第一ベルト16の巻き取り量又は巻き出し量(引き出し量)と、モータ33の出力軸の回転量との間には相関がある。ベルト体13の巻き取り又は巻き出しに伴うモータ33の回転に関するパラメータが、回転検出器36によって検出される。
ベルト体13は、前記のとおり、第一ベルト16と第二ベルト17と連結部材18とを有する。第一ベルト16の一端部16a側が、駆動プーリ35に巻かれて固定されている。したがって、ベルト体13の上端は、第一装着具11に設けられた駆動装置50に接続される。第一ベルト16の他端部16b側は、連結部材18に固定されている。駆動プーリ35に第一ベルト16が巻き取られると、連結部材18が引き上げられる。連結部材18が強制的に引き下げられると、駆動プーリ35から第一ベルト16が巻き出される(引き出される)。駆動プーリ35における第一ベルト16の巻き取り量又は巻き出し量(引き出し量)と、モータ33の出力軸の回転量との間には相関がある。ベルト体13の巻き取り又は巻き出しに伴うモータ33の回転に関するパラメータが、回転検出器36によって検出される。
前記のとおり、連結部材18は、矩形の環状体により構成されている。その環状体の一辺側(上辺側)の軸部27aが第一取り付け部27であり、第一取り付け部27に第一ベルト16の端部16bが取り付けられている。本実施形態では、第一ベルト16が第一取り付け部27に対して取り外し不能となっているが、バックル等によって取り外し可能となっていてもよい。
連結部材18を構成する前記矩形の環状体の他辺側(下辺側)が、第二ベルト17を取り付けるための第二取り付け部28である。このように、連結部材18は、第一ベルト16を取り付けるための第一取り付け部27と、第二ベルト17を取り付けるための第二取り付け部28とを有する。
第二取り付け部28は、第二ベルト17を、その途中(途中部17c)で折り返した状態で支持している。本実施形態の第二取り付け部28は、第一取り付け部27と一体である軸部28aと、軸部28aに回転自在となって支持されている回転プーリ29とを有する。回転プーリ29に、第二ベルト17が、その途中で折り返された状態で掛けられている。この構成により、第二取り付け部28に、第二ベルト17は固定されておらず、第二ベルト17を、折り返した状態であるが、その長手方向の両方向(図5の矢印X方向)に移動自在として支持する構成が得られる。
図2において、第二ベルト17は、第二装着具12に取り付けられている。具体的に説明すると、第二ベルト17は一本の帯状部材により構成されている。第二ベルト17の一端部側が、左の第二装着具12に取り付けられている。第二ベルト17の他端部17d側が、右の第二装着具12に取り付けられている。第二ベルト17の途中部17cが、連結部材18に掛けられている。
前記のような第二ベルト17の構成によれば、その第二ベルト17は、連結部材18から左の第二装着具12までの左第二ベルト部19と、連結部材18から右の第二装着具12までの右第二ベルト部20とを有する。前記のとおり(図5参照)、第二ベルト17は、第二取り付け部28(回転プーリ29)に掛けられていて、固定されていないことから、左第二ベルト部19の長さと右第二ベルト部20の長さとは、自由に変更可能となる。ただし、左第二ベルト部19の長さと右第二ベルト部20の長さとの合計は一定である。この構成により、利用者の例えば歩行が第二ベルト17によって制限されず、利用者は楽に歩行できる。
[センサ38及び制御部15について]
図5において、センサ38は、加速度センサにより構成されている。制御部15は、各種の演算処理を実行可能である。センサ38からの信号を制御部15が演算処理することで、利用者の動作及び姿勢を検出することができる。センサ38は、利用者の姿勢に応じた信号を出力する構成を有し、利用者の姿勢を検出するための姿勢検出器として機能する。例えば、利用者の上半身の姿勢が前傾姿勢にあるのか直立姿勢にあるのかの状態を検出したり、しゃがんだ状態となったことを検出したりできる。
図5において、センサ38は、加速度センサにより構成されている。制御部15は、各種の演算処理を実行可能である。センサ38からの信号を制御部15が演算処理することで、利用者の動作及び姿勢を検出することができる。センサ38は、利用者の姿勢に応じた信号を出力する構成を有し、利用者の姿勢を検出するための姿勢検出器として機能する。例えば、利用者の上半身の姿勢が前傾姿勢にあるのか直立姿勢にあるのかの状態を検出したり、しゃがんだ状態となったことを検出したりできる。
また、モータ33による駆動プーリ35でのベルト体13の巻き取り量及び送り出し量と、利用者の姿勢とは相関がある。このため、前記回転検出器36が検出するモータ33の回転角に基づいて、制御部15は利用者の姿勢を推定することができる。回転検出器36が、利用者の姿勢を検出するための姿勢検出器として機能する。
制御部15は、センサ38及び回転検出器36の一方又は双方からの信号を処理し、その処理の結果、つまり、利用者の姿勢に応じて、アクチュエータ14(モータ33)へ駆動信号を出力する。駆動信号に基づいて、アクチュエータ14(モータ33)は動作し、ベルト体13の巻き取り及び送り出し、並びに、その一時停止等が行われる。
アシスト装置10が利用者に装着された状態で、制御部15の制御により、常時、モータ33は、アシスト力を発生させる場合と比べて弱い力でベルト体13を巻き取る方向に動作していて(トルクを発生させていて)、ベルト体13に弱い張力を生じさせている。これにより、ベルト体13が緩まない。
利用者が姿勢を変化させると、例えば、直立姿勢から前傾姿勢になると、ベルト体13にはその姿勢の変化に起因して張力が生じる。そこで、この場合、前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14の動力によらず、ベルト体13の張力によりモータ33を強制的に回転させて(モータ33は空転して)、ベルト体13は巻き出される。又は、前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14は動作して、つまり、モータ33を回転駆動して、ベルト体13を送り出す。
反対に、利用者が前傾姿勢から直立姿勢になると、ベルト体13はその姿勢の変化に起因して緩もうとする。そこで、この場合、直立姿勢となるように姿勢変化を開始すると、ベルト体13に作用する張力を維持するために、アクチュエータ14は動作して、つまり、モータ33を回転駆動して、ベルト体13を巻き取る。
このように、利用者の姿勢変更により、ベルト体13の巻き取り又は送り出しがされる。この巻き取り又は送り出しでは、能動的に又は受動的にモータ33が所定の回転角について回転する。この際の回転角が、回転検出器36によって検出される。このように、利用者の姿勢変更によるベルト体13の巻き取り又は送り出しの際のアクチュエータ14(モータ33)の動作量が、回転検出器36によって検出される。
そして、制御部15が、利用者の姿勢変更によるベルト体13の巻き取り又は送り出しの際のアクチュエータ14の動作量(モータ33の回転角)を取得し、その動作量に基づいて、利用者にアシスト力を付与するためにアクチュエータ14の動作の制御を行う。
[アシスト装置10によるアシスト力について]
図6は、前記アシスト装置10を装着した利用者が姿勢を変化させる場合の説明図である。この姿勢の変化に対して、アシスト装置10は、利用者にアシスト力を付与することができる。
図6は、前記アシスト装置10を装着した利用者が姿勢を変化させる場合の説明図である。この姿勢の変化に対して、アシスト装置10は、利用者にアシスト力を付与することができる。
アクチュエータ14のモータ33によって第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られると、連結部材18は第二ベルト17をアクチュエータ14側、つまり、上側に引き上げる。第二ベルト17は、その両端部が左右の第二装着具12に取り付けられている。第二装着具12は膝部BNに固定されている。このため、第一ベルト16が駆動プーリ35に巻き取られると、第一ベルト16及び第二ベルト17に張力が作用する。この張力が、利用者に対するアシスト力(補助力)として作用する。
利用者が直立姿勢から前傾姿勢となる場合について説明する。前傾姿勢となるように姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14はベルト体13を送り出す。又は、アクチュエータ14の動力によらず、ベルト体13は巻き出される。これにより、利用者は無理なく、前傾姿勢となることができる。鉛直線に対する利用者の上半身の前傾角度がθになり、利用者がその前傾角度θで停止すると、ベルト体13の送り出し(巻き出し)が停止される。なお、姿勢変化の開始及び終了は、回転検出器36又はセンサ38によって検出可能である。
利用者が前傾姿勢から直立姿勢になる方向に姿勢変化を開始すると、アクチュエータ14はベルト体13を巻き取る。これにより、ベルト体13には張力が生じる。この張力により、第一装着具11には、後方へ向かう作用力F1が生じる。つまり、前傾姿勢の利用者の上半身を起き上がらせる方向の作用力F1が生じる。また、これと同時に、第二ベルト17は、その張力により、利用者の左臀部及び右臀部を前方に押し出す作用力F2が生じる。これにより、利用者は前傾姿勢から直立姿勢に楽に復帰することが可能となる。
また、図4に示すように、利用者が、上半身を前傾させ、膝部を曲げた屈曲姿勢(屈んだ姿勢)となる場合にも、アシスト装置10は、利用者にアシスト力を付与することができる。利用者が、屈曲姿勢から、直立姿勢となる場合、例えば、物や被介助者の身体の一部を持ち上げる場合、アクチュエータ14はベルト体13を巻き取る。これにより、ベルト体13には張力が生じる。
この張力により、第一装着具11には、後方へ向かう作用力F1が生じる。つまり、前傾姿勢の利用者の上半身を起き上がらせる方向の作用力F1が生じる。また、これと同時に、第二ベルト17は、その張力により、利用者の左臀部及び右臀部を前方に押し出す作用力F2が生じる。更に、第二装着具12には、後方への作用力F3が生じる。前記のような作用力F1,F2,F3により、利用者の前屈姿勢における背筋及び大腿四頭筋等の筋力負荷を軽減して、荷物の持ち上げ動作を補助することができる。
利用者が、直立姿勢から、屈曲姿勢となる場合においても、アシスト装置10は機能する。例えば、利用者が、物や被介助者の身体の一部を持ち下げる場合である。この場合、アクチュエータ14は、ベルト体13の送り出しにブレーキ力を作用させながら、そのベルト体13を送り出す。つまり、モータ33は、ベルト体13を送り出す方向に回転するが、そのモータ33に、巻き取りの方向のトルクを発生させる。これにより、ベルト体13には張力が生じる。この場合においても、前記のような作用力F1,F2,F3により、アシスト装置10は、利用者の前屈姿勢における背筋及び大腿四頭筋等の筋力負荷を軽減して、持ち下げ動作を補助することができる。
以上のように、本実施形態のアシスト装置10によれば、前屈姿勢における腰部の筋負担を軽減し、腰痛を防ぐことが可能となる。
以上のように、本実施形態のアシスト装置10によれば、前屈姿勢における腰部の筋負担を軽減し、腰痛を防ぐことが可能となる。
また、本実施形態のアシスト装置10によれば、利用者が、左右の脚部BLの一方を前、他方を後ろとした状態(左右非対称の状態)で屈曲姿勢となっていても、第二ベルト17のうちの左第二ベルト部19と右第二ベルト部20とのうちの一方(前に脚部が出ている側)が、他方よりも自動的に長くなることができる。この状態でアクチュエータ14により第一ベルト16が巻き取られると、第二ベルト17にも張力が作用し、その張力が左第二ベルト部19と右第二ベルト部20との双方に作用し、張力が逃げない。よって、前記のように、利用者が左右非対称の姿勢となっていても、本実施形態のアシスト装置10によれば、適切なアシスト力を利用者に作用させることが可能となる。
利用者が前傾姿勢の状態を維持する場合にも、本実施形態のアシスト装置10によれば、その姿勢を容易に維持させることが可能となる。つまり、図6の右側の図に示すように、利用者が第一の前傾姿勢となった状態で、アクチュエータ14の動作は停止し、ベルト体13の送り出しを不能とする。利用者は更に前傾姿勢(第二の前傾姿勢)となろうとしても、第一装着具11と第二装着具12とを繋ぐベルト体13の張力によって、第二の前傾姿勢をとることができない。つまり、アシスト装置10は、利用者の第一の前傾姿勢を維持させようとする。利用者にとっては、第一の前傾姿勢を維持することが容易となる。この結果、例えば、長時間、利用者が作業のために第一の前傾姿勢を継続する場合に、身体の負担が小さくなる。
アシスト装置10のベルト体13は、軽量であり、また、利用者が姿勢を変えても身体に沿うことができ、利用者の動作に追従する。よって、装着感の良いアシスト装置10が得られる。
ベルト体13は、全長にわたって非伸縮性であるので、アクチュエータ14の出力とベルト体13に作用する張力との関係が明確となり、必要とするアシスト力の制御が容易となる。
[支持装置51の構成]
本実施形態のアシスト装置10は、支持装置51を備えている。支持装置51は、上述したように、利用者にアシスト力を作用させたとき、利用者の身体を支持することによって負担を軽減する。
本実施形態のアシスト装置10は、支持装置51を備えている。支持装置51は、上述したように、利用者にアシスト力を作用させたとき、利用者の身体を支持することによって負担を軽減する。
支持装置51は、第三装着具53を有する。第三装着具53は、利用者の腰部BWに装着される。第三装着具53は、柔軟性を有する布地等によって構成されている。第三装着具53は、帯状に形成されており、腰部BWに巻き付けられることによって装着される。第三装着具53の両端部には、図示しないバックルや面ファスナー等の係止部材が設けられている。第三装着具53を腰部BWに巻き付け、第三装着具53の両端部の係止部材を互いに係止することによって第三装着具53が腰部BWに固定される。
支持装置51は、一対の腰部接続体55と、一対の保持体54と、背部接続体30とをさらに備えている。一対の腰部接続体55は、第三装着具53に取り付けられている。一対の腰部接続体55は、第三装着具53を腰部BWに装着したときに、腰部BWの左右両側に配置される。各腰部接続体55は、軸部56と、環状部57とを有する。
腰部接続体55の軸部56は、円柱形状に形成され、その軸方向の一端が第三装着具53に固定されている。軸部56は、左右方向に沿った軸心を有する。環状部57は、円環状に形成されている。環状部57は、軸部56の外周面に回転自在に取り付けられている。したがって、環状部57は、左右方向に沿った軸心回りに回転可能である。
一対の保持体54は、利用者の身体の左右両側に配置されている。各保持体54は、細長い棒材により形成されている。各保持体54は、金属又は硬質合成樹脂等の硬質な材料により形成されている。各保持体54の下端部は、腰部接続体55に接続されている。具体的に、各保持体54の下端部は、腰部接続体55における環状部57の外周面に接続されている。したがって、保持体54は、軸部56の軸心回りに揺動可能に構成されている。
各保持体54の上端部は、背部接続体30に接続されている。本実施形態における背部接続体30は、第一装着具11における駆動装置50のケーシング30により構成されている。左右の保持体54の上端部は、それぞれケーシング30の左右の側面に固定されている。保持体54は、腰部接続体55と背部接続体30との間に設けられることによってこれらの間隔を保持している。そして、腰部接続体55と背部接続体30とがそれぞれ利用者の腰部BWと背部とに固定されることで、腰部接続体55と背部接続体30との間における利用者の身長方向の脊椎(背骨)の圧縮が抑制される。
保持体54の下端部は、腰部接続体55の環状部57に接続されているので、利用者が直立姿勢から前傾姿勢(図6参照)又は屈曲姿勢(図4参照)となる場合に、保持体54は利用者の上半身に追従して前側に揺動する。逆に、利用者が前傾姿勢又は屈曲姿勢から直立姿勢となる場合は、保持体54は利用者の上半身に追従して後側に揺動する。
図7は、支持装置の作用を示す説明図である。利用者が前傾姿勢又は屈曲姿勢から直立姿勢になるときに、アクチュエータ14がベルト体13を巻き取ることによって利用者にアシスト力を付与する。このとき、図7に示すように、利用者の背中に固定された駆動装置50(ケーシング30)には、ベルト体13によって下方へ引き下げようとする力F4が付与され、この力F4の分力として、後方へ向かう作用力F1と、下方へ向かう力F5とが発生する。下方へ向かう力F5は、そのまま利用者の身体に付与されると、利用者の脊椎を利用者の身長方向に圧縮し、利用者の負担を大きくする。特に、利用者に作用するアシスト力を高めたり、アシスト装置10を長期にわたって使用したりすると、力F5によって利用者の負担がより大きくなり、腰痛等の原因となる可能性がある。
本実施形態のアシスト装置10は、前述したような支持装置51を備えている。この支持装置51は、利用者の腰部BWに配置される腰部接続体55と、腰部接続体55と駆動装置50とを連結し両者の間隔を保持する保持体54とを備えている。そのため、図7に示す下方へ向かう力F5は、ケーシング(背部接続体)30から保持体54に作用する。また、力F5が保持体54に作用することによって、保持体54は、作用力F1によって腰部接続体55の軸部56を支点に後方へ揺動する。そのため、利用者の脊椎を身長方向に圧縮するような負荷が利用者の身体にかかり難くなり、利用者の負担を軽減することができる。
保持体54の上端部が接続される背部接続体(ケーシング)30は、金属又は硬質合成樹脂などの硬質な部材によって形成されているので、保持体54を強固に接続することができる。したがって、背部接続体30から保持体54へ下向きの力F5を確実に付与することができる。
支持装置51の保持体54及び腰部接続体55は、利用者の身体の左右両側に設けられている。そのため、利用者の身体を左右両側においてバランスよく支持することができる。
今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。
例えば、前記実施形態の支持装置51は、一対の腰部接続体55及び一対の保持体54を備え、それぞれが利用者の身体の左右両側に配置されていたが、一つの腰部接続体55と一つの保持体54とが利用者の身体の左右中央に配置されていてもよい。前記実施形態の保持体54は、棒状に形成されていたが、板状、ラダー状等に形成されていてもよい。
支持装置51の保持体54の上端部は、背部接続体30に固定されていたが、左右方向の軸心回りに回動自在に接続されていてもよい。また、保持体54の上端部は、球継手等を介して背部接続体30に揺動可能に接続されていてもよい。このような構成によって、利用者が腰部BWに対して上半身を左右に捻じったときに保持体54を追従させることができる。
第一装着具11の駆動装置50は、利用者の胸部BBに配置されていてもよい。この場合、ベルト体13は利用者の胸部BBから肩部BSを経由して利用者の背面に沿って設けられる。また、この場合、支持装置51の背部接続体は、ケーシング30とは別に第一装着具11に設けられる。支持装置51の背部接続体は、第一装着具11以外の他の装着具によって利用者の背部に固定されていてもよい。
駆動装置50のアクチュエータ(伸縮機構)14は、第一装着具11に設けられていたが、第二装着具12に設けられていてもよい。また、第一装着具11と第二装着具12との間のベルト体13に設けられていてもよい。アクチュエータ14は、例えば電動シリンダや流体圧シリンダのように伸縮するシリンダであってもよい。この場合、シリンダのピストンにベルト体13の端部を接続し、シリンダを伸縮させることで、第一装着具11と第二装着具12との間でベルト体13を伸縮させてもよい。
前記実施形態では、駆動装置50のアクチュエータ14、制御部15、バッテリ37、センサ38は、いずれも共通のケーシング30内に配置されていたが、第一装着具11、第二装着具12、及びベルト体13等の複数の場所に分散して配置され、個別にケーシングに収容されていてもよい。
10:アシスト装置、11:第一装着具、12:第二装着具、13:ベルト体、14:アクチュエータ(伸縮機構)、30:ケーシング(背部接続体)、51:支持装置、54:保持体、55:腰部接続体
Claims (5)
- 利用者の肩部、背部、及び胸部の少なくとも一つに装着される第一装着具と、
前記利用者の左右の脚部に装着される第二装着具と、
前記第一装着具と前記第二装着具とにわたって前記利用者の背面側に沿って設けられるベルト体と、
前記第一装着具と前記第二装着具との間における前記ベルト体の長さを伸縮させる伸縮機構と、
前記利用者の身体を支持する支持装置と、を備えており、
前記支持装置は、
前記利用者の腰部に固定される腰部接続体と、
前記利用者の背部に固定される背部接続体と、
前記腰部接続体と前記背部接続体とを連結し両者の間隔を保持する保持体と、を有する、アシスト装置。 - 前記保持体の下端部が、左右方向の軸心回りに揺動可能に前記腰部接続体に設けられている、請求項1に記載のアシスト装置。
- 前記背部接続体が、前記第一装着具に設けられている、請求項1又は2に記載のアシスト装置。
- 前記背部接続体が、前記伸縮機構を収容するケーシングである、請求項3に記載のアシスト装置。
- 前記保持体及び前記腰部接続体が、前記利用者の身体の左右両側に設けられている、請求項1〜4のいずれか1項に記載のアシスト装置。
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WO2023157292A1 (ja) * | 2022-02-21 | 2023-08-24 | 株式会社ジェイテクト | アシスト装置 |
JP7492293B1 (ja) | 2023-04-04 | 2024-05-29 | パワーアシストインターナショナル株式会社 | 装着型支援ロボット装置 |
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