JP2023070312A - 腰ベルト - Google Patents

Abstract

【課題】機器類を定位置に長時間保持する。
【解決手段】展開した平面視形状が帯状に形成されて装着者の腰部に装着可能に構成され、長さ方向の両端部Ｅが幅方向における一方の向きにそれぞれ湾曲する湾曲部Ａ１と、長さ方向の中央部が一方の向きとは逆向きに湾曲する湾曲部Ａ２とを有している。この構成により、腰ベルト１１を腰部に装着したときの立体的形状を、腰からのずれ落ち防止可能な形状とすることができるため、腰ベルト１１に取り付けた機器類を定位置に長時間保持することができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、装着者の腰部に装着可能に構成された腰ベルトに関するものである。

人体に機器類を装着する際には、一般的に腰ベルトが用いられる。例えば、下記特許文献１に開示されているアシストスーツでは、腰ベルトに機器類が取り付けられており、腰ベルトを作業者の腰部に巻き付けることによって機器類を装着するように構成されている。この場合、同文献の腰ベルトは、帯状に形成されて作業者の腰部に巻きつけて環状をなした状態で差し込み式バックルによって連結される。

特開２０１８－２３３３号公報

ところが、上述した従来の腰ベルトには、解決すべき以下の課題がある。具体的には、従来の腰ベルトは直線的な帯状に形成されている。一方、人の腰部は、一般的に、両側部において腰骨部が突出している。また、人の臀部は、腰骨の位置より下の位置で腰骨よりもさらに突出している。つまり、腰部は、複雑な立体形状をしている。このように複雑な立体形状の腰部に直線的な帯状の腰ベルトを装着したときには、腰ベルトに取り付けられている機器類の重量によって腰ベルトが下方に容易にずれてしまう。したがって、従来の腰ベルトには、機器類を定位置に長時間保持することが困難であるという課題が存在し、その改善が望まれている。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、機器類を定位置に長時間保持し得る腰ベルトを提供することを主目的とする。

上記目的を達成すべく請求項１記載の腰ベルトは、展開した平面視形状が帯状に形成されて装着者の腰部に装着可能に構成された腰ベルトであって、当該腰ベルトの長さ方向の両端部が当該腰ベルトの幅方向における一方の向きにそれぞれ湾曲する第１の湾曲部と、当該腰ベルトの長さ方向の中央部が前記一方の向きとは逆向きに湾曲する第２の湾曲部とを有している。

また、請求項２記載の腰ベルトは、請求項１記載の腰ベルトにおいて、前記第１の湾曲部の曲率半径と前記第２の湾曲部の曲率半径とが同等となるように形成されている。

また、請求項３記載の腰ベルトは、請求項１または２記載の腰ベルトにおいて、前記第１の湾曲部と前記第２の湾曲部との変曲点の位置が前記両端部に向かって当該腰ベルトの全長の２０％以上３０％以下の長さだけ前記中心部から離間する位置となるように形成されている。

また、請求項４記載のアシストウェアは、請求項１から３のいずれかに記載の腰ベルトと、前記腰ベルトに取り付けられた駆動部および制御装置とを備え、装着した前記装着者の動作をアシスト可能に構成されている。

請求項１記載の腰ベルトによれば、長さ方向の両端部が幅方向における一方の向きにそれぞれ湾曲する第１の湾曲部と、長さ方向の中央部が一方の向きとは逆向きに湾曲する第２の湾曲部とを有したことにより、両端部を連結したときに、幅方向の上部が下部よりも小径の立体的形状となり、第２の湾曲部が端部よりも上方に位置する。このため、この腰ベルトによれば、装着状態において、装着者の腰部に巻き付けて立体的形状としたときに、小径の部分が腰部の上部に位置して、腰骨部の曲面に沿って第１の湾曲部をフィットさせると共に、臀部の上方のくびれ部分に第２の湾曲部をフィットさせることがでる。したがって、腰ベルトに取り付けた機器類の重量が腰ベルトに作用しても、腰部の腰骨部、および臀部によって腰ベルトのずれ落ちを確実に規制することができる結果、腰ベルトに取り付けた機器類を定位置に長時間保持することができる。

また、請求項２記載の腰ベルトによれば、第１の湾曲部の曲率半径と第２の湾曲部の曲率半径とが同等となるように形成したことにより、第１の湾曲部および第２の湾曲部を腰骨部の曲面および臀部の上方のくびれ部分により確実にフィットさせることができるため、腰ベルトのずれ落ちをより確実に規制することができる。

また、請求項３記載の腰ベルトによれば、第１の湾曲部と第２の湾曲部との変曲点の位置が両端部に向かって腰ベルトの全長の２０％以上３０％以下の長さだけ中心部から離間する位置となるように形成したことにより、第１の湾曲部および第２の湾曲部を腰骨部の曲面および臀部の上方のくびれ部分にさらに確実にフィットさせることができるため、腰ベルトのずれ落ちをさらに確実に規制することができる。

また、請求項４記載のアシストウェアによれば、上記の腰ベルトを備えたことにより、腰ベルトに取り付けられた駆動部および制御装置を定位置に長時間保持することができる。

装着者２００がアシストウェア１を装着した状態の正面図である。 装着者２００がアシストウェア１を装着した状態の背面図である。 装着者２００がアシストウェア１を装着した状態の側面図である。 腰ベルト１１の平面図である。

以下、腰ベルトの実施の形態について、添付図面を参照して説明する。

最初に、本発明に係る腰ベルトを適用したアシストウェア１の構成について説明する。アシストウェア１は、装着者２００が装着して使用する装置であって、装着者２００の歩行動作をアシストする歩行動作アシスト機能を備えている。

具体的には、アシストウェア１は、図１～３に示すように、腰ベルト１１、一対の股関節ユニット１２、一対の膝関節ユニット１３、コントロールボックス５０を備えて構成されている。

腰ベルト１１は、本発明に係る腰ベルトの一例であって、樹脂で形成された心材の周囲を布帛で覆った構造により、全体として硬質に構成されている。また、腰ベルト１１は、図４に示すように、展開した平面視形状が帯状に形成されると共に、図１～３に示すように、装着者２００の腰部２０１（股関節の上部）に巻き付けて、両端部Ｅに配設された連結部材１１ａ（例えば、面ファスナー）によって両端部Ｅを連結することによって装着される。

また、腰ベルト１１は、図４に示すように、幅方向（同図における上下方向）における一方の向き（この例では、下向き）にそれぞれ湾曲する湾曲部Ａ１（第１の湾曲部）を長さ方向（同図における左右方向）の両端部に有し、一方の向きとは逆向きに（この例では上向き）に湾曲する湾曲部Ａ２（第２の湾曲部）を長さ方向の中央部に有している。

また、本実施例の腰ベルト１１では、図４に示すように、湾曲部Ａ１の曲率半径Ｒ１と湾曲部Ａ２の曲率半径Ｒ２とが同等となるように形成されている。また、本実施例の腰ベルト１１では、各湾曲部Ａ１と湾曲部Ａ２との変曲点Ｉの位置が腰ベルト１１の長さ方向の中心部Ｃから両端部Ｅに向かって腰ベルト１１の全長Ｌの２０％以上３０％以下の長さだけそれぞれ離間する位置となるように形成されている。

腰ベルト１１には、図１～図３に示すように、各股関節ユニット１２およびコントロールボックス５０が取り付けられている。この場合、股関節ユニット１２は、腰ベルト１１を装着者２００の腰部２０１に巻き付けた状体において股関節ユニット１２における股関節アクチュエータ２１の保持部２１ａが腰骨部２０１ａに対向する位置に取り付けられている。また、コントロールボックス５０は、腰ベルト１１の中心部Ｃに取り付けられている。

各股関節ユニット１２は、駆動部に相当し、図１～３に示すように、股関節アクチュエータ２１、アーム２２、固定バンド２３をそれぞれ備えて構成されている。股関節アクチュエータ２１は、回転軸を回転させて回転力（駆動力）を発生するモータと、モータの回転軸の回転数をアシストに適した回転数に減速する減速機と、モータおよび減速機を保持する保持部２１ａとを備えて構成されている。また、各股関節ユニット１２は、装着者２００の左右の側腰部における左右の股関節にそれぞれ対向する部位に減速機の回転軸が位置するように、保持部２１ａの先端部側（図１～３における上端部側）が腰ベルト１１に固定されている。

アーム２２は、第１のアームに相当し、図１～３に示すように、股関節アクチュエータ２１における減速機の回転軸に基端部（図１～３における上端部）が接続されている。また、アーム２２は、固定バンド２３によって先端部が大腿部２０３に固定され、股関節アクチュエータ２１が発生する回転力を、固定バンド２３を介して装着者２００の大腿部２０３に作用させる。

固定バンド２３は、アーム２２の先端部側に取り付けられている。この固定バンド２３は、図１～３に示すように、装着者２００の大腿部２０３（膝上部）に巻き付けるように装着されて、アーム２２の先端部側を大腿部２０３の先端部側に固定する機能を有している。

各膝関節ユニット１３は、図１～３に示すように、膝関節アクチュエータ３１、アーム３２、固定バンド３０および固定バンド３３をそれぞれ備えて構成されている。膝関節アクチュエータ３１は、回転軸を回転させて回転力（駆動力）を発生するモータと、モータの回転軸の回転数をアシストに適した回転数に減速する減速機と、モータおよび減速機を保持する保持部３１ａとを備えて構成されている。また、各膝関節ユニット１３は、装着者２００における左右の膝部２０５の外側にそれぞれ対向する部位に減速機の回転軸が位置するように、保持部３１ａの先端部側（図１～３における上端部側）が固定バンド３０に固定される。なお、以下の説明において、股関節アクチュエータ２１および膝関節アクチュエータ３１を合わせて「アクチュエータ２１，３１」ともいう。

固定バンド３０は、膝関節ユニット１３の膝関節アクチュエータ３１の保持部３１ａの先端部側（図１～３における上端部側）に取り付けられている。この固定バンド３０は、図１～３に示すように、装着者２００の大腿部２０３（膝上部）に巻き付けるように装着されて、膝関節アクチュエータ３１の保持部３１ａの先端部側を大腿部２０３の先端部側に固定する機能を有している。

アーム３２は、第２のアームに相当し、図１～３に示すように、膝関節アクチュエータ３１における減速機の回転軸に基端部（図１～３における上端部）が接続されている。また、アーム３２は、固定バンド３３によって先端部が下腿部２０４に固定され、膝関節アクチュエータ３１が発生する回転力を、固定バンド３３を介して装着者２００の下腿部２０４に作用させる。

固定バンド３３は、膝関節ユニット１３のアーム３２の先端部側（図１～３における下端部側）に取り付けられている。この固定バンド３３は、図１～３に示すように、装着者２００の下腿部２０４の先端部側に巻き付けるように装着されて、膝関節アクチュエータ３１のアーム３２の先端部側を下腿部２０４の先端部側に固定する機能を有している。

コントロールボックス５０は、制御装置に相当し、バッテリ１５および制御部１６を備えて構成されている。バッテリ１５は、股関節アクチュエータ２１、膝関節アクチュエータ３１および制御部１６の駆動用の電力を出力する。

制御部１６は、股関節アクチュエータ２１および膝関節アクチュエータ３１を制御する。具体的には、制御部１６は、装着者２００の動作に同調して、装着者２００の上体と大腿部２０３との角度が拡縮する向きの回転力を発生させるように股関節アクチュエータ２１を制御すると共に、大腿部２０３と下腿部２０４との角度が拡縮する向きの回転力を発生させるように膝関節アクチュエータ３１を制御して装着者２００の動作をアシストする同調制御を実行する。

また、制御部１６は、一例として、制御用ＰＣ、アンプ、ＡＤ変換器、Ｉ／Ｏインターフェース、Ｄ／Ａ変換器およびモータドライバを備えて構成されている。この制御部１６では、制御用ＰＣが、同調制御用プログラム（動作アシスト用プログラム）を実行することにより、同調制御のためのゲイン調整部、解析部およびＰＩＤ制御部として機能して、アシストウェア１のアクチュエータ２１，３１に対して神経振動子を用いた同調制御を行う。

具体的には、アクチュエータ２１，３１のトルクセンサによって検出される装着者２００とアクチュエータ２１，３１との間の相互作用トルクが、アンプを介して増幅され、ＡＤ変換器によってデジタル信号に変換された後に、Ｉ／Ｏインターフェースを介して制御用ＰＣに取り込まれる。取り込まれた相互作用トルクは、装着者２００とアシストウェア１との同調の度合いを調整するゲイン調整部を介して、解析部に入力される。解析部では、神経振動子モデルにより解析して、装着者２００の上体と大腿部２０３との角度の目標角、および大腿部２０３と下腿部２０４との角度の目標角度を求め、現在の各角度と目標角度との差をＰＩＤ制御部に出力する。

ＰＩＤ制御部は、モータを駆動した結果得られる相互作用トルクをトルクセンサによって再度検出し、解析部によって新たに目標角度を設定して、再度モータを駆動制御する。このようなモータの駆動を補正制御（ＰＩＤ制御）する操作を繰り返し行うことにより、同調制御が行われる。また、制御用ＰＣは、ＰＩＤ制御部から出力される指令電圧をＤ／Ａ変換器を介してモータドライバに供給し、指令電圧に基づきモータドライバによりアクチュエータ２１，３１のモータを駆動する。

次に、アシストウェア１の使用方法、およびアシストウェア１の動作について図面を参照して説明する。

最初に、アシストウェア１の装着方法について説明する。まず、装着者２００が起立した状態で、股関節アクチュエータ２１およびコントロールボックス５０が取り付けられている腰ベルト１１を装着者２００の腰部２０１に巻き付けて、連結部材１１ａによって両端部を連結する。

この場合、このアシストウェア１の腰ベルト１１は、幅方向における一方の向きに湾曲する湾曲部Ａ１を長さ方向の両端部Ｅに有し、一方の向きとは逆向きに湾曲する湾曲部Ａ２を長さ方向の中央部に有している。このように構成した腰ベルト１１では、図３に示すように、両端部Ｅを連結したときに、上部が下部よりも小径の（上部から下部に向かって広がる）立体的形状となる。また、この腰ベルト１１では、両端部Ｅを連結したときに、湾曲部Ａ２が端部Ｅよりも上方に位置する。このため、この腰ベルト１１では、装着者２００の腰部２０１に巻き付けて立体的形状としたときに、小径の部分が腰部２０１の上部に位置して、腰骨部２０１ａの曲面に沿って湾曲部Ａ１をフィットさせると共に、臀部２０２の上方のくびれ部分に湾曲部Ａ２（腰ベルト１１の中心部Ｃ）をフィットさせることがでる。したがって、股関節ユニット１２やコントロールボックス５０の重量が腰ベルト１１に作用しても、腰部２０１の腰骨部２０１ａ、および臀部２０２によって腰ベルト１１のずれ落ちが規制される結果、腰ベルト１１に取り付けた股関節ユニット１２やコントロールボックス５０を定位置に長時間保持することが可能となる。

続いて、装着者２００が椅子に腰掛けた状態で、左右両方の固定バンド２３を大腿部２０３に巻き付けて締め付ける。次いで、各膝関節ユニット１３を装着する。具体的には、左右の膝部２０５の外側に膝関節アクチュエータ３１が対向するようにして、固定バンド３０を大腿部２０３の下部に巻き付けて締め付け、続いて、固定バンド３３を下腿部２０４の先端側に巻き付けて締め付ける。以上により、アシストウェア１の装着が完了する。

次に、バッテリ１５の電源を投入する。この際に、制御部１６に電源が供給され制御部１６が作動する。次いで、制御部１６は、挙上動作アシスト用プログラムに従って第１の同調制御を開始する。

この状態において、装着者２００が歩行動作を開始したときには、アシストウェア１の制御部１６が、装着者２００の上体と大腿部２０３との角度θ１に対応する股関節アクチュエータ２１の保持部２１ａとアーム２２との角度を、モータのエンコーダからの出力信号に基づいて検出すると共に、装着者２００の大腿部２０３と下腿部２０４との角度θ２に対応する膝関節アクチュエータ３１の保持部３１ａとアーム３２との角度を、モータのエンコーダからの出力信号に基づいて検出する。また、制御部１６は、アクチュエータ２１，３１のトルクセンサからの出力信号に基づいてアクチュエータ２１，３１と装着者２００との間の相互作用トルクを検出する。

また、制御部１６は、上述した角度θ１，θ２の経時変化から装着者２００が歩行動作に移行したことを判別し、装着者２００の歩行動作をアシストする同調制御を実行する。この同調制御では、制御部１６は、角度θ１，θ２および相互作用トルクに基づいて補正制御（ＰＩＤ制御）を行いつつ指令電圧を供給することによってアクチュエータ２１，３１のモータを駆動制御する。これにより、装着者２００の歩行動作がアシストされる。

なお、上述したアシストウェア１の構成は、本願のアシストウェアの一例であって、適宜変更した構成を採用することができる。例えば、腰ベルト１１について、樹脂で形成された心材の周囲を布帛で覆った構造を採用した例について上記したが、他の材料を用いて腰ベルト１１を構成することもできる。この場合、腰ベルト１１を全体として硬質に構成することが好ましい。

また、上記した腰ベルト１１は、湾曲部Ａ１の曲率半径Ｒ１と湾曲部Ａ２の曲率半径Ｒ２とが同等となるように形成されているが、曲率半径Ｒ１，Ｒ２が異なるように形成することもできる。

また、上記した腰ベルト１１は、各湾曲部Ａ１と湾曲部Ａ２との変曲点Ｉの位置が中心部Ｃから両端部Ｅに向かって全長Ｌの２０％以上３０％以下の長さだけ離間する位置となるように形成されているが、この値がこの範囲外となるように形成することもできる。

また、歩行動作アシスト機能を備えたアシストウェア１に適用した例について上述したが、この機能に加えて（または、これらの機能に代えて）、装着者２００が荷物を持ち上げる挙上動作をアシストする挙上動作アシスト機能、装着者２００が起立した状態から着座する着座動作をアシストする着座アシスト機能、および装着者２００が着座した状態から起立（立ち上がる）する起立動作（立ち上がり動作）をアシストする起立アシスト機能（立ち上がりアシスト機能）等を備えたアシストウェアに適用することもできる。

１ アシストウェア
１１ 腰ベルト
１２ 股関節ユニット
５０ コントロールボックス
２００ 装着者
２０１ 腰部
Ａ１，Ａ２ 湾曲部
Ｃ 中心部
Ｅ 端部
Ｉ 変曲点
Ｌ 全長
Ｒ１，Ｒ２ 曲率半径

Claims (4)

1. 展開した平面視形状が帯状に形成されて装着者の腰部に装着可能に構成された腰ベルトであって、
   当該腰ベルトの長さ方向の両端部が当該腰ベルトの幅方向における一方の向きにそれぞれ湾曲する第１の湾曲部と、当該腰ベルトの長さ方向の中央部が前記一方の向きとは逆向きに湾曲する第２の湾曲部とを有している腰ベルト。
2. 前記第１の湾曲部の曲率半径と前記第２の湾曲部の曲率半径とが同等となるように形成されている請求項１記載の腰ベルト。
3. 前記第１の湾曲部と前記第２の湾曲部との変曲点の位置が前記両端部に向かって当該腰ベルトの全長の２０％以上３０％以下の長さだけ前記中心部から離間する位置となるように形成されている請求項１または２記載の腰ベルト。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の腰ベルトと、前記腰ベルトに取り付けられた駆動部および制御装置とを備え、装着した前記装着者の動作をアシスト可能に構成されているアシストウェア。

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