JP2021159260A - 装着式動作補助装置の性能評価装置 - Google Patents

Abstract

【課題】体幹リンクおよび大腿リンクを独立して回転させることで装着式動作補助装置の装着者の姿勢を厳密に再現することが可能な性能評価装置を提供する。【解決手段】装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価に用いられる性能評価装置であって、装着者の頭部、胴体部、腰部に相当する体幹リンクと、装着者の大腿部に相当する大腿リンクとが、装着者の股関節に相当する股関節軸を介してそれぞれ回転自在に設けられ、前記体幹リンクの回転を駆動する駆動源と、前記大腿リンクの回転を駆動する駆動源を備え、前記股関節軸は、前記股関節軸の地面からの高さが、前記体幹リンクおよび前記大腿リンクが地面に接しないような高さに支持されていることを特徴とする、装着式動作補助装置の性能評価装置を提供する。【選択図】図１

Description

本発明は、装着式動作補助装置の性能評価装置に関する。

近年、各種産業において人と協力して働く協働ロボットが導入され始めたように、介護ロボットや案内ロボット、ヒューマノイドロボット等、様々なロボット技術が人の生活の場に浸透しつつある。その中でも、製品の積み下ろしや運搬の現場では、作業者が腰や膝の屈伸を繰り返すことによる関節へのダメージを緩和するため、腰部に装着して作業者の動作を補助する、装着式動作補助装置が提供されている。

装着式動作補助装置の開発にあたり、装着式動作補助装置の性能を評価するため、各測定基準に合わせた測定環境が必要とされている。

具体的には、従来、性能評価の対象となる装着式動作補助装置を装着可能な、装着者の人体を模した人体モデル（性能評価装置）を用いて、装着者の腰の屈伸を再現している。上記人体モデルでは、装着式動作補助装置の装着者の頭部、胴体部、腰部を模した体幹リンクを、装着者の大腿部に模した大腿リンクと接続し、これらが装着者の股関節を模した股関節軸周りに、所定の角度となるように回転させることができるようになっている。

上記人体モデルでは、体幹リンクおよび大腿リンクを所定の角度に回転させることで装着者がとり得る姿勢を再現する。このとき体幹リンクの腰部には、圧縮力や体幹リンクの回転方向のモーメントなどの負荷が発生し、これによって装着者の腰部の負荷を再現している。

性能評価にあたっては、上記の人体モデル（性能評価装置）に装着式動作補助装置を装着し、それより上部の体幹リンクからの負荷がかかる点を腰部負荷計測点として、装着式動作補助装置の発生するアシスト力によって上記負荷がどの程度軽減されたかが計測される。

特許文献１に開示された技術では、装着式動作補助装置を大腿リンク及び体幹リンクに固定して装着した状態で、体幹リンクの姿勢と各股関節及び各膝関節の回転角度とを、装着者の腰部の動作に仮想的に合わせるように、第１及び第２の駆動源による駆動力を制御するようにしている。そして、各股関節における体幹リンクに対するＹ方向の軸線に作用するトルクを検出し、第１及び第２の駆動源の駆動制御に応じたトルクの検出結果に基づいて、当該装着式動作補助装置によるアシスト力の性能を評価するようになっている。

国際公開第ＷＯ２０１７／１１０９３０号

特許文献１には、複数の駆動源から、大腿リンク内に設けた従属ローラおよびベルトを介して股関節の回転軸に動力を伝達することで所望の体幹角度を得る手段が開示されている。しかしながら上記手段においては、従属ローラおよびベルトを複数設置する必要があり、かつ大腿リンクを基台に固定したうえで従属ローラおよびベルトを大腿リンク内に設けているため、大腿リンクを自由に回転させることができず、装着式動作補助装置の装着者の姿勢を厳密に再現しにくいなどの問題があった。

本発明は、体幹リンクおよび大腿リンクを独立して回転させることで装着式動作補助装置の装着者の姿勢を厳密に再現することが可能な性能評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の一態様は、装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価に用いられる性能評価装置であって、装着者の頭部、胴体部、腰部に相当する体幹リンクと、装着者の大腿部に相当する大腿リンクとが、装着者の股関節に相当する股関節軸を介してそれぞれ回転自在に設けられ、前記体幹リンクの回転を駆動する駆動源と、前記大腿リンクの回転を駆動する駆動源を備え、前記股関節軸は、前記股関節軸の地面からの高さが、前記体幹リンクおよび前記大腿リンクが地面に接しないような高さに支持されていることを特徴としている。

前記体幹リンクの回転を駆動する前記駆動源は、シリンダであって、前記シリンダはＺ軸方向に伸縮するピストンロッドを有し、前記体幹リンクには、前記体幹リンクと一体的に回転するリンク部材が接続され、前記リンク部材は、前記体幹リンクに接続されるリンク縦部と、前記ピストンロッドの先端に接続されるリンク横部とを有し、前記リンク横部と前記ピストンロッドの先端は、スライド自在に接続されるように構成されていてもよい。

前記ピストンロッドの先端と前記股関節軸とが、Ｘ軸方向に長さｘだけ離間した位置にあり、前記リンク部材は、前記リンク縦部の長さがｚであり、前記リンク縦部と前記リンク横部のなす角度がφであるとき、ｘ，ｚ，φが下記式（１）を満たすことようにしてもよい。
ｚ＝ｘ／ｓｉｎφ・・・（１）

前記大腿リンクは、左右一対に設けられ、それぞれが独立して回転するように構成されていてもよい。

本発明によれば、体幹リンクおよび大腿リンクを独立して回転させることで装着式動作補助装置の装着者の姿勢を厳密に再現することが可能な性能評価装置が提供される。

本発明の実施の形態に係る評価装置の側面図である。 本発明の実施の形態に係る評価装置の正面図である。 本発明の実施の形態に係る評価装置の駆動時の側面図である。 本発明の実施の形態に係る股関節軸、シリンダおよびリンク部材の位置関係を示す図である。 本発明の実施の形態に係る評価装置に装着式動作補助装置を装着した際の側面図である。 本発明の実施の形態に係る評価装置に装着式動作補助装置を装着した際の正面図である。 本発明の実施の形態に係るリンク部材の一例と、駆動時の機構を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリンク部材の他の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリンク部材の他の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係るリンク部材の他の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る大腿リンクの可動範囲の一例を示す図である。 本発明の実施の形態に係る他の駆動源の一例の側面図である。 本発明の実施の形態に係る他の駆動源の一例の正面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。各図において共通の構成要素には同じ符号を付することにより、重複した説明を省略する。なお、本発明の実施の形態に係る性能評価装置を、以下、単に評価装置と略記する。

図１、２に、本発明の実施の形態に係る評価装置１を示す。図１は本発明の実施の形態に係る評価装置１を、人体モデルの左手側から見た側面図であり、図２は本発明の実施の形態に係る評価装置１を、人体モデルの正面側から見た正面図である。なお、本明細書において、直線方向および回転方向の説明のために、図中に示す互いに直行するＸ軸、Ｙ軸およびＺ軸を用いる。Ｘ軸は評価装置１が模した装着者の正面方向を−Ｘ方向、背面方向を＋Ｘ方向、Ｙ軸は評価装置１が模した装着者の左手方向を−Ｙ方向、右手方向を＋Ｙ方向、Ｚ軸は評価装置１が模した装着者の足部方向を−Ｚ方向、頭部方向を＋Ｚ方向をそれぞれ指すものとする。

評価装置１は、装着者の体幹部を模した体幹リンク１０と、左右の大腿部を模した左右の大腿リンク１１を備える。体幹リンク１０は、装着者の頭部、胴体部および腰部をそれぞれ模した、頭部１０ａ、胴体部１０ｂおよび腰部１０ｃからなる。また、体幹リンク１０の腰部１０ｃと大腿リンク１１は、股関節軸１２でピッチ方向に回転自在に接続される。なお上記ピッチ方向の回転は、図中Ｙ軸周りの回転を指し、装着者の腰部の屈曲に相当する動作を再現するものである。

体幹リンク１０の腰部１０ｃにおいて、それより上部の体幹リンクからの負荷がかかる点である腰部負荷計測点１３には腰部負荷計測手段２０が設けられている。腰部負荷計測手段２０は、既存のものを用いてよい。例えば、任意の体幹角度θ（後述）において６分力計により腰部負荷計測点１３にかかるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の軸方向の圧縮力および、各軸周りのモーメントを計測するようにしてもよい。また、体幹リンク１０の胴体部１０ｂには、装着者の肩および上腕部を模した肩リンク１４を有している。肩リンク１４にはさらに、装着者の腕などを模した図示しない他のリンク部材が接続されていてもよい。

体幹リンク１０の腰部１０ｃの下部には、体幹リンク１０と一体的に回転するリンク部材３０が接続される。リンク部材３０は、図示の通り略Ｌ字型に構成され、リンク縦部３１およびリンク横部３２を有する。リンク部材３０はリンク縦部３１で体幹リンク１０に接続され、一体的にピッチ方向に回転する。またリンク部材３０はリンク横部３２の長さ方向にスライド溝３３を有する。ここでスライド溝３３は、長孔の開口として設けられており、スライド溝上面３３ａとスライド溝下面３３ｂが略平行に向かいあっている。

評価装置１は体幹リンク１０の駆動源であるシリンダ４０を有している。シリンダ４０は上記の体幹リンク１０や大腿リンク１１に対して、Ｘ軸の正方向（＋Ｘ方向）に離間して設けられる。このときの離間距離に関しては後述する。シリンダ４０はピストンロッド４１を、Ｚ軸方向に伸縮するように往復駆動する。ピストンロッド４１の先端は、上記のリンク部材３０のスライド溝３３に、スライド自在に接続される。具体的には、ピストンロッド４１の先端には、スライド溝３３の内側にはまり込むように設けられるスライド軸４２を有し、スライド軸４２は、ピストンロッド４１のＺ軸方向の伸縮に伴い、スライド溝３３の内側をスライドする。このようにスライド溝３３とスライド軸４２によって、リンク部材３０とピストンロッド４１はスライド自在に接続されている。

股関節軸１２は支柱５０によって一定の位置に固定され、支持されている。このような支柱５０は、体幹リンク１０および大腿リンク１１が図示しない地面や基台に接触しないような高さとなるように、股関節軸１２を固定する。これによって、体幹リンク１０および大腿リンク１１を、それぞれが独立して股関節軸１２の周りに回転するようにできる。なお、シリンダ４０および支柱５０の下部は省略するが、図示しない基台に固定される。

また、評価装置１は大腿リンク１１の駆動源である大腿駆動シリンダ５１を有している。大腿駆動シリンダ５１は大腿駆動ピストンロッド５２を、Ｚ軸方向に伸縮するように往復駆動する。大腿駆動ピストンロッド５２の先端は、大腿駆動リンク５３の一方の端部５３ａに回転自在に接続されている。大腿駆動リンク５３はさらに、他方の端部５３ｂで大腿リンク１１に回転自在に接続される。大腿駆動ピストンロッド５２の伸縮によって、大腿駆動リンク５３が押し上げられ、または引き下げられることで、大腿リンク１１を回転駆動する。大腿駆動シリンダ５１、大腿駆動ピストンロッド５２、大腿駆動リンク５３は、左右一対に設けられる大腿リンク１１に対してそれぞれ設けられている。また、大腿駆動シリンダ５１の下部は省略するが、図示しない基台に固定される。なお、上記において大腿リンク１１の駆動源として大腿駆動シリンダ５１を用いることとしたが、大腿駆動シリンダ５１に代えて、体幹リンク１０の駆動源であるシリンダ４０を、大腿リンク１１にも接続して、同時に大腿リンク１１の回転を駆動するようにしてもよい。この場合、大腿リンク１１とシリンダ４０の接続方法は、駆動時に大腿リンク１１が直立状態から−Ｘ方向に回転するような接続方法であればよく、特に限定されない。

シリンダ４０の下部は図示しない基台に固定されているため、ピストンロッド４１は図中Ｚ軸方向のみに伸縮することができる。図１、２に示す評価装置１は、ピストンロッド４１が最も短縮した状態であり、このようにピストンロッド４１が最も短縮すると、体幹リンク１０は直立した状態となる。

ここで、体幹角度θについて説明する。図３は、図１、２の評価装置１においてピストンロッド４１を伸長させ、体幹リンク１０を回転させた状態を示している。図３中において、図１、２に示すような直立状態の体幹リンク１０の中心軸の位置（基準位置）をαで示し、回転した状態の体幹リンク１０の中心軸の位置をα’で示している。体幹角度θは、股関節軸１２を中心にαとα’がなす角で示される。図１、２の状態の体幹リンク１０において体幹角度θはθ＝０であり、図３に示すように、ピストンロッド４１の伸縮に伴い体幹リンク１０が屈曲することで、体幹角度θはθ＞０に変動する。なお、本明細書においては角度の単位としてラジアン（ｒａｄ）を用いる。

ピストンロッド４１の伸縮により、スライド軸４２はスライド溝３３を滑りながらスライド溝上面３３ａを押すことでリンク部材３０のリンク横部３２を押し上げ、またはスライド溝下面３３ｂを押すことでリンク部材３０のリンク横部３２を引き下げ、リンク部材３０を股関節軸１２の周りに回転させる。リンク部材３０は体幹リンク１０と一体的に接続されているため、リンク部材３０の回転によって、体幹リンク１０が股関節軸１２の周りに回転する。これにより、ピストンロッド４１のＺ軸方向の伸縮によって所望の体幹角度θを得ることができる。

次に、本発明の実施の形態に係るリンク部材３０の構成と、股関節軸１２とシリンダ４０の位置関係について図４を用いて説明する。なお、図４は、図１、２の評価装置１に示す体幹リンク１０の頭部１０ａ、胴体部１０ｂと、大腿リンク１１の図示を省略した図である。

図４は図１、２に示す評価装置１と同様、体幹リンク１０が直立状態であり、ピストンロッド４１が最も短縮した状態にある。ピストンロッド４１の先端は、このように股関節軸１２からみてＸ軸方向に長さｘだけ離間した位置を保ちながら、Ｚ軸方向に伸縮移動する。

ここで、リンク部材３０のリンク縦部３１の長さをｚ、リンク縦部３１とリンク横部３２のなす角（屈折角度）をφとしたとき、本発明の実施の形態に係るリンク部材３０は、股関節軸１２とシリンダ４０を、式（１）を満たしながら離間するように接続する。
ｚ＝ｘ／ｓｉｎφ・・・（１）
なお、屈折角度φの値のとり得る範囲について、リンク部材３０の現実的にとり得る寸法や、実際の性能評価の条件に鑑みて、屈折角度φはπ／４から３π／４の範囲の値としてもよい。より好ましくは、屈折角度φはπ／４からπ／２の範囲の値としてもよい。また、ｘのとり得る範囲について、ｘが小さい方向ではｚも短くなり装置全体の高さは低くなり、体幹リンク１０の回転に必要なピストンロッド４１のストロークも減少するが、シリンダ４０の負荷は増大し、シリンダ４０の性能としての最大駆動力の制限を受ける。逆にｘが大きい方向ではｚも長くなり、装置全体の高さが高くなり、体幹リンク１０の回転に必要なピストンロッド４１のストロークも増大することから作業性の問題が生じるが、シリンダ４０の負荷は減少し、シリンダ４０に要求される最大駆動力は小さくなる。これらの条件の範囲からｘの長さが決められる。

なお、上記に示すほかに、本発明の実施の形態に係る評価装置１における体幹リンク１０、大腿リンク１１の寸法および重量や、腰部負荷計測点１３の位置などは、一般的な骨格形状のデータや、人体質量分布のデータに従い、性能評価の対象とする装着式動作補助装置の想定される装着者や用途に基づいて適宜決定してよい。

以上のように構成された本発明の実施の形態に係る評価装置１にあっては、図５、６に示すように、装着式動作補助装置６０を装着させ、性能を評価することができる。なお図５、６では見やすさのため、リンク部材３０、シリンダ４０、大腿駆動シリンダ５１、および装着式動作補助装置６０を実線で示し、他の構成要素については点線で示している。本発明の実施の形態において、装着式動作補助装置６０は、装着者の腰部の屈伸をアシストするアシスト力を発生する動力部６１を備え、動力部６１は体幹ベルト６２および大腿ベルト６３で、体幹リンク１０および大腿リンク１１に固定される。体幹ベルト６２および大腿ベルト６３には動力部６１によって駆動される動力リンク６４ａおよび動力リンク６４ｂがそれぞれ接続される。また、装着式動作補助装置６０は肩リンク１４や、肩リンク１４に接続される図示しない他のリンク部材に対して、図示しない他のベルトなどで固定するようにしてもよい。なお、上記の装着式動作補助装置６０はあくまで一例であって、性能評価の対象とする装着式動作補助装置６０としては、構成は特に限定されない。例えば上記以外に、装着式動作補助装置６０において、上記の動力部６１および動力リンク６４ａ、６４ｂに代えて、アシスト力を発生する部材(弾性部材など)が設けられ、直接体幹ベルト６２および大腿ベルト６３にアシスト力を発生するように構成される装着式動作補助装置６０を評価装置１に装着させ、性能を評価することができる。

そして、このように評価装置１に装着式動作補助装置６０を装着させた状態で、評価装置１は、シリンダ４０の駆動でピストンロッド４１をＺ軸方向に伸縮させ、所望の体幹角度θに体幹リンク１０を回転させることができる。また、大腿駆動シリンダ５１の駆動で大腿駆動ピストンロッド５２をＺ軸方向に伸縮させ、大腿リンク１１を所望の角度に回転させることができる。また、大腿駆動シリンダ５１、大腿駆動リンク５３は左右の大腿リンク１１のそれぞれについて設けてあるので、左右の大腿リンク１１はそれぞれ独立に回転させることができる。シリンダ４０の駆動で体幹リンク１０を回転させるに際し、評価装置１に装着した装着式動作補助装置６０の動力部６１からアシスト力を発生させることにより、装着式動作補助装置６０によって、大腿リンク１１に対する体幹リンク１０の屈曲動作（Ｙ軸周りの回転動作）をアシストする。こうして、装着式動作補助装置６０でアシストしつつ、体幹リンク１０を回転させながら、評価装置１の腰部負荷計測手段２０によって、腰部負荷計測点１３にかかる負荷を計測することにより、装着式動作補助装置６０によるアシスト力の性能を評価することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る評価装置１にあっては、シリンダ４０の駆動だけで所望の体幹角度θに体幹リンク１０をピッチ方向に回転動作させることができ、簡単な機構でありながら、任意の回転動作を容易に実現できる。また、本発明の実施の形態に係る評価装置１は機構が簡単なため、仮に故障等が生じた場合でも、メンテナンスや修理を容易に行うことができる。また、評価の対象とする装着式動作補助装置６０が、例えば農作業の従事者を装着者とするものである場合、このような装着式動作補助装置６０は、両足をそろえて前屈する動作のみを補助するとは限らない。これについて、本発明の実施の形態に係る評価装置１は、左右の大腿リンク１１それぞれが、体幹リンク１０に対して独立して回転できるため、このような場合の装着式動作補助装置６０の性能を評価できる。

また、評価装置１の体幹リンク１０の駆動源であるシリンダ４０は、股関節軸１２からＸ軸方向に離間して、体幹リンク１０や大腿リンク１１と干渉しない位置において、ピストンロッド４１をＺ軸方向に伸縮するように配置されている。このため、上記のように所望の体幹角度θに体幹リンク１０をピッチ方向に回転動作させるに際しては、シリンダ４０やリンク部材３０が邪魔とならず、操作しやすいといった利点がある。また、本発明の実施の形態に係るリンク部材３０は略Ｌ字型に構成されているため、図５、６に示すような体幹リンク１０が直立の状態にあっては、リンク縦部３１が股関節軸１２の下方に延びており、評価対象である装着式動作補助装置６０と干渉しない。駆動源であるシリンダ４０によって体幹リンク１０の回転を実現するにあたり、シリンダ４０の下部をＹ軸周りに回転可能に基台に固定したようなシリンダ４０を用いて、体幹リンク１０が直立の状態で＋Ｘ方向に延びるような直線状のリンク部材３０と、ピストンロッド４１の先端とを回転自在に接続したような一般的なリンク機構を用いた場合、該リンク部材３０は股関節軸１２から、股関節軸１２の下方以外の方向に延びるため、このようなリンク部材３０は装着式動作補助装置６０の動力部６１や動力リンク６４と接触・干渉し、装着式動作補助装置６０の評価装置１への装着そのものや、装着時の体幹リンク１０の正常な回転が妨げられるおそれがある。

本実施の形態に係るリンク部材３０は、上記の通りＬ字型であることにより装着式動作補助装置６０との干渉を回避できるが、さらに、リンク横部３２がスライド溝３３でピストンロッド４１の先端にスライド自在に接続されることで、体幹リンク１０を体幹角度θ＝φまで回転するときに必要なピストンロッド４１の伸長量を小さくすることができる。具体的には、シリンダ４０の下部をＹ軸周りに回転可能に基台に固定したようなシリンダ４０を用い、リンク部材３０がスライド溝３３を有さず、代わりに図１、２に示す位置でリンク横部３２とピストンロッド４１の先端とが回転自在に接続されるような構成の場合、体幹リンク１０を体幹角度θ＝φまで回転させるときのピストンロッド４１の伸長量は、スライド溝３３を有する場合の２倍となる。

一般的にシリンダは、伸長量が大きくなるほど駆動力が低下する。このためシリンダは、伸長量が大きい状態でより大きい駆動力を発揮できるものほど、高価である。したがって、上記のようにピストンロッド４１の伸長量が他の構成と比較して最も小さいことによって、より安価なシリンダ４０を評価装置１に適用することができる。

次に、本発明の実施の形態に係るリンク部材３０のリンク縦部の長さｚ、屈折角度φおよび、股関節軸１２とシリンダ４０の離間距離ｘ、が、式（１）を満たすように構成されることによる作用効果を、図７〜９を用いて説明する。なお図７〜９は、図１、２の評価装置１に示す体幹リンク１０の上部と、大腿リンク１１の図示を省略した図である。

図７に示す実施の形態では、リンク部材３０の屈折角度φはπ／２である。またこのとき、式（１）より、ｚ＝ｘである。ｚ、ｘ、φがこのようなとき、評価装置１は下記のように駆動することができる。

すなわち、体幹リンク１０が直立の状態のときを示す図７（ａ）において、ピストンロッド４１がＺ軸方向に伸長するとき、スライド軸４２がスライド溝上面３３ａを押すことで、股関節軸１２周りにリンク部材３０および体幹リンク１０が回転し、図７（ｂ）に示す状態となる。図７（ｂ）に示す状態からさらにピストンロッド４１が伸長し、図７（ｃ）に示すように体幹角度θがπ／２となったとき、スライド溝上面３３ａがＺ軸に平行となり、ピストンロッド４１がさらに伸長しても、スライド軸４２がスライド溝上面３３ａを押さなくなるため、ピストンロッド４１の伸長によるリンク部材３０の回転が停止する。

上記に示す機構により、シリンダ４０の離間距離を任意のｘで設定したとき、ｘ、ｚ、φが式（１）を満たすことで、体幹リンク１０の体幹角度θの上限を、屈折角度φと同一に（θ＝φ）することができる。このような効果は、上記（１）式を満たす限り、φがπ／２以外の場合でも同様に得られる。

例えば、図８はリンク部材３０の屈折角度φがπ／４の場合であり、このとき式（１）よりｚ＝√２ｘである。図８（ｄ）で体幹リンク１０は直立状態であり、ピストンロッド４１の伸長によりリンク部材３０と体幹リンク１０は回転しながら図８（ｅ）の状態となり、体幹角度θがπ／４となる。このとき、ｚ、ｘ、φが式（１）を満たすことで図８（ｅ）のようにスライド溝上面３３ａがＺ軸に平行となり、ピストンロッド４１がさらに伸長しても、スライド軸４２がスライド溝上面３３ａを押さなくなるため、ピストンロッド４１の伸長によるリンク部材３０の回転が停止する。またこの時、図７と同様の機構により、体幹角度θがπ／４を超えるように回転することができない。

また、図９はリンク部材３０の屈折角度φが３π／４の場合であり、このとき式（１）よりｚ＝√２ｘである。図９（ｆ）で体幹リンク１０は直立状態であり、ピストンロッド４１の伸長によりリンク部材３０と体幹リンク１０は回転しながら図９（ｇ）の状態となり、体幹角度θが３π／４となる。このとき、ｚ、ｘ、φが式（１）を満たすことで図９（ｇ）のようにスライド溝上面３３ａがＺ軸に平行となり、ピストンロッド４１がさらに伸長しても、スライド軸４２がスライド溝上面３３ａを押さなくなるため、ピストンロッド４１の伸長によるリンク部材３０の回転が停止する。またこの時、図７と同様の機構により、体幹角度θが３π／４を超えるように回転することができない。

上記の通り、本発明の実施の形態に係るリンク部材３０が式（１）を満たすように構成されることによって、体幹角度θの上限を機構的に設定することが可能となる。これにより、装着式動作補助装置６０の性能評価にあたり、装着式動作補助装置６０のアシスト力が急に失われたときなどに、体幹リンク１０が体幹角度θ＝φを超えて回転せず、停止するため、安全リミットを機構的に設けることができるという効果を奏する。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されない。当業者であれば、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うることは明らかであり、そ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。

上記において、リンク部材３０の屈折角度φおよび、股関節軸１２とシリンダ４０の離間距離ｘ、ｚが式（１）を満たすように構成されることとしたが、評価装置１において装着式動作補助装置６０と駆動機構が干渉を回避し、体幹角度θの制御が簡素である限りにおいて、本発明に係るリンク部材３０の形状は上記例に限定されない。

例えば、図１０に示すように、リンク部材３０のリンク横部３２が四分楕円弧形状であって、リンク縦部３１の長さがｈ１、リンク横部の四分楕円弧の中心Ｏからリンク縦部３１までの長さがｈ２となるようにしてもよい。このようにすることで、ピストンロッド４１の伸長量と体幹角度θが正比例に近い関係となるようにすることができる。

また、図１１に示すように、大腿リンク１１は、股関節軸１２の両端部に設けられたボールジョイント１２ａによってＹ軸方向に可動に設けられていても良い。さらに、大腿駆動シリンダ５１の図示しない基台の位置の調整が可能で、大腿駆動リンク５３も大腿リンク１１の可動に対応するようにしても良い。これによって、例えば装着式動作補助装置６０の装着者が膝を広げた様な動作についても再現することが出来る。

また、本発明に係るシリンダ４０は、電動シリンダ、油圧シリンダ、空気圧シリンダなどを用いることができる。これらの内、制御の簡易化の観点から、電動シリンダを用いることが好ましい。なお、本発明に係る駆動機構は、上記ではシリンダ４０を用いることとしたが、リンク部材３０とスライド自在に接続される部分がＺ軸方向に上下動するような駆動機構であればよく、シリンダ４０に限定されない。

また、リンク部材３０とシリンダ４０は、スライド溝３３とスライド軸４２で接続することとしたが、スライド自在な接続方法であれば、かかる例に限定されない。

また、大腿リンク１１の駆動源は上記に限定されず、他の方法を用いてもよい。例えば、大腿駆動リンク５３を有さず、大腿駆動ピストンロッド５２の先端を直接大腿リンク１１に回転自在に接続し、大腿駆動シリンダ５１が図示しない基台に、Ｙ軸周りに回転自在に固定されるようにしてもよい。

また、支柱５０は上記および図１〜１３においては、左右の大腿リンク１１の間にあり、リンク部材３０をはさむような２枚の板材としたが、支柱５０は、股関節軸１２の地面からの高さが、体幹リンク１０および左右の大腿リンク１１が地面に接しないような高さに支持するようなものであればよく、かかる例に限定されない。例えば、支柱５０は上下逆のＬ字形状で、−Ｘ位置の基台から延びた位置で股関節軸１２を固定してもよく、また例えば、支柱５０は傾斜した角柱形状で−Ｘ位置の基台から斜めに延びた位置で股関節軸１２を固定してもよい。

また、上記では体幹リンク１０および大腿リンク１１の駆動はリンク部材３０とシリンダ４０および、大腿駆動シリンダ５１と大腿駆動リンク５３によって回転を駆動するものとしたが、体幹リンク１０および大腿リンク１１の回転駆動の機構が単純であればよく、例えば、図１２、１３に示すように、モーター７０を駆動源とし、プーリー７１、ベルト７２を介して直接、体幹リンク１０または大腿リンク１１に回転の駆動を伝えるようにしてもよい。

本発明は装着式動作補助装置の性能評価装置に利用することができる。

Ｘ Ｘ軸
Ｙ Ｙ軸
Ｚ Ｚ軸
１ 評価装置
１０ 体幹リンク
１１ 大腿リンク
１２ 股関節軸
１３ 腰部負荷計測点
１４ 肩リンク
２０ 腰部負荷計測手段
３０ リンク部材
３１ リンク縦部
３２ リンク横部
３３ スライド溝
４０ シリンダ
４１ ピストンロッド
４２ スライド軸
５０ 支柱
５１ 大腿駆動シリンダ
５２ 大腿駆動ピストンロッド
５３ 大腿駆動リンク
６０ 装着式動作補助装置
６１ 動力部
６２ 体幹ベルト
６３ 大腿ベルト
６４ａ，６４ｂ 動力リンク
７０ モーター
７１ プーリー
７２ ベルト

Claims (4)

1. 装着者の腰部の動作をアシストする装着式動作補助装置の性能評価に用いられる性能評価装置であって、装着者の頭部、胴体部、腰部に相当する体幹リンクと、装着者の大腿部に相当する大腿リンクとが、装着者の股関節に相当する股関節軸を介してそれぞれ回転自在に設けられ、
   前記体幹リンクの回転を駆動する駆動源と、前記大腿リンクの回転を駆動する駆動源を備え、
   前記股関節軸は、前記股関節軸の地面からの高さが、前記体幹リンクおよび前記大腿リンクが地面に接しないような高さに支持されていることを特徴とする、装着式動作補助装置の性能評価装置。
2. 前記体幹リンクの回転を駆動する前記駆動源は、シリンダであって、前記シリンダはＺ軸方向に伸縮するピストンロッドを有し、
   前記体幹リンクには、前記体幹リンクと一体的に回転するリンク部材が接続され、
   前記リンク部材は、前記体幹リンクに接続されるリンク縦部と、前記ピストンロッドの先端に接続されるリンク横部とを有し、
   前記リンク横部と前記ピストンロッドの先端は、スライド自在に接続されることを特徴とする、請求項１に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
3. 前記ピストンロッドの先端と前記股関節軸とが、Ｘ軸方向に長さｘだけ離間した位置にあり、前記リンク部材は、前記リンク縦部の長さがｚであり、前記リンク縦部と前記リンク横部のなす角度がφであるとき、
   ｘ，ｚ，φが下記式（１）を満たすことを特徴とする、請求項２に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。
   ｚ＝ｘ／ｓｉｎφ・・・（１）
4. 前記大腿リンクは、左右一対に設けられ、それぞれが独立して回転するように構成されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の装着式動作補助装置の性能評価装置。

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