JP3921916B2 - 身体装着型筋力補助装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用者の手首、腕、膝等の関節部に装着して補助筋力を発生する身体装着型筋力補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の身体装着型筋力補助装置として、例えば、特開平７−１６３６０７号公報（以下、第１の従来技術）、実開平５−３９５１８号公報（以下、第２の従来技術）に記載されている技術が知られている。
【０００３】
第１の従来技術は、使用者の大腿部に装着される大腿用装着部と、臑部に装着される臑用装着部と、一端部を大腿用装着部及び臑用装着部に固定され他端部は膝関節の部位で屈伸動作可能に連結された動力伝達腕と、動力伝達腕に屈伸動作の動力を付与する電気モータによる駆動部と、電気モータ及び駆動部の電源及び制御部とからなり、電源及び制御部は使用者の身体に装着されている。そして、前記駆動部は、動力伝達腕を連結した関節軸が一方の動力伝達腕と共回りする関係とされ、電気モータの出力軸に取り付けた歯車を前記関節軸に取り付けた歯車と噛み合わせるとともに、関節軸の歯車はクラッチを介して関節軸との間で動力の伝達又は遮断が行われるようにしている。
【０００４】
この第１の従来技術によると、足の筋肉の弱い人、老齢の人等の階段上り歩行を補助することができる。
【０００５】
また、第２の従来技術は、障害を有する腕側の型前部に支持される肩固定具と、上腕と、下腕とに夫々支持される上腕固定具及び下腕固定具とからなり、上腕固定具と下腕固定具は、肘部において連結されるとともに、肩固定具と下上で固定具間に内部の空気圧を変化することによって伸縮可能としたゴム製人工筋を懸架している。
【０００６】
この第２の従来術技術によると、特別な電子回路（コントローラ）等を必要とせず、ゴム製人工筋の特徴である空気圧とそれに伴う収縮率に応じたバネ特性を活用することで、動作の範囲を簡単に設定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来技術は、例えば冬場において身体に装着するときには、器具の低温度が皮膚に接触して冷たい感触となり、違和感を感じてしまう。
【０００８】
また、この第１の従来技術は、使用者の筋力を検査する方法として筋電センサを使用しているが、筋電センサの取り付けが面倒であったり、皮膚に取り付ける際に使用する粘着テープ等の刺激によって皮膚に炎症を起こす場合がある。
【０００９】
そして、第２の従来技術も、第１の従来技術と同様に、冬場において身体に装着するときには冷たい感触となって違和感を感じてしまう。
【００１０】
また、第２の従来技術の装置は、アクチュエータとしてのゴム製人工筋が身体に密着していないので、衣服（ワイシャツやコート）の一部がゴム製人工筋に絡まったりする等の支障を起こしたり、また、シャツの上に装置を装着すると、その上から上着を着ることが出来なかった。また、第２の従来技術の装置は、ゴム製人工筋肉が加圧されると硬くなって縮み、使用者の腕を曲げる動作をするものだが、縮んだゴム製人工筋肉が、使用者が腕を曲げる方向に存在してしまうため、使用者が腕を曲げる可動範囲が狭くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、使用者が装着した際の冷たい感触等の違和感を発生することがなく、アクチュエータが関節部から突出しておらず装着性が良好で、使用者の関節の可動範囲を狭めない身体装着型筋力補助装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の身体装着型筋力補助装置は、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を付与する人工筋力発生手段と、この人工筋力発生手段の駆動を制御する制御手段とを有する身体装着型筋力補助装置において、前記人工筋力発生手段は、可撓性を有する円筒状をなし、使用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化され、前記装着部を曲げながら前記関節部に補助筋力を付与する流体圧式のアクチュエータとを備えている。
【００１３】
この発明によると、装着部から突出している部材が存在しないので、身体に装着した状態で容易に衣服を着ることができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータの作動流体となる流体を所定温度に加温する加温装置を備えている。
【００１５】
この発明によると、加温装置で加温した流体がアクチュエータに流れ込むと、アクチュエータに一体化されている装着部の温度が上昇する。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の身体装着型筋力補助装置において、前記装着部に、使用者の皮膚に一時的に押し力を作用し、その押し力に基づいて筋力を測定する筋力検出手段を設け、前記制御手段は、前記筋力検出手段から得た筋力情報に基づいて前記アクチュエータが発生する補助筋力を制御するようにした。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の身体装着型筋力補助装置において、前記筋力検出手段は、駆動モータと、この駆動モータの回転力を直線運動として押し棒に伝達する伝達機構と、前記押し棒が前記皮膚を押圧したときの前記駆動モータのトルク値を計測し、このトルク値を前記押し力として前記制御手段に出力するトルク計測器とを備えている。
【００１８】
これら請求項３、４の発明によると、筋電センサ等のように皮膚に付着する動作が不要となるので、筋力の測定時間が短時間となるとともに、皮膚の炎症も防げる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記アクチュエータを、前記関節部の内側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する内側アクチュエータと、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータとで構成した。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の身体装着型筋力補助装置において、前記内側及び外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数凸部材の間の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力室に流体が出入することで膨張・収縮し、各凸部材は、前記弾性体の膨張により押圧されて前記装着部に曲げ力を作用するようにした。
【００２１】
これら請求項５、６記載の発明によると、内側アクチュエータの弾性体の圧力室に流体が流入することで、装着部に曲げ力を作用して使用者の関節部を曲げる補助筋力を付与し、外側アクチュエータの弾性体の圧力室に流体が流入することで、装着部に対する曲げ力を解除して使用者の関節部を伸ばす補助筋力を付与する。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段は、前記内側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室と、前記外側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室との間で、流体を移動させる制御を行うようにした。
【００２３】
この発明によると、内側アクチュエータの圧力室に流体を入れる際には、外側アクチュエータの圧力室がリザーバ室を兼ね、外側アクチュエータの圧力室に流体を入れる際には、内側アクチュエータの圧力室がリザーバ室を兼ねるため、リザーバ室が不要、または、動作流体の微小な漏れ量を補充するための容量の小さなもので済ませることが可能となる。したがって、その分、動作流体量を減らすことができ、小型軽量の装置構造となる。
【００２４】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記アクチュエータを、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータで構成し、当該外側アクチュエータは前記圧力室に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行い、前記装着部に曲げ力を作用する一方、前記圧力室から流体が流出することで縮み動作を行って前記装着部に対する曲げ力を解除する構造となっている。
【００２５】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の身体装着型筋力補助装置において、前記外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数の凸部材の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行って前記凸部材を押圧し、前記装着部に曲げ力を作用するようにした。
【００２６】
これら請求項８、９記載の発明によると、外側アクチュエータが伸び動作を行って装着部に曲げ力を作用することで使用者の関節部を曲げる補助筋力を付与し、外側アクチュエータが縮み動作を行って装着部に対する曲げ力を解除することで使用者の関節部を伸ばす補助筋力を付与する。そして、加圧されて硬くなった外側アクチュエータは関節部の外側に位置しているので、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めない。
【００２７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段に、破損による前記人工筋力発生手段の発生力の低下を抑制するための、発生力安定化手段を設けた。
【００２８】
この発明によると、使用者が重いものを持っている場合に、若し、人工筋力発生手段が破損しても、発生力安定化手段により急激に人工筋力発生手段の発生力が低下することがない。したがって、使用者が身体を痛めるようなことが無い。さらに、請求項１１記載の発明は、請求項６、７又は９に記載の身体装着型筋力補助装置において、前記複数の凸部材は、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接する凸部材どうしが当接して補助筋力の付与を停止させるストッパ部材として機能するようにした。
【００２９】
この発明によると、関節部の過度の曲げ動作をメカニカルな構造で防止することが可能となる。
【００３０】
さらにまた、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記流体を液体とし、前記装着部の外周を液体吸収機能を有する外周被覆部材で被覆した。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る身体装着型筋力補助装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、使用者の腕の関節部に補助筋力を付与する第１実施形態の筋力補助装置２であり、人工筋力発生部４と、人工筋力発生部４の駆動を制御する制御部６とを備えている。
【００３３】
人工筋力発生部４は、装着部８と、装着部８の外周に一体化された内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂとで構成されている。ここで、内側アクチュエータ１０Ａの「内側」とは、使用者の腕の関節部に装着したときに関節部の内角側に位置することを意味している。また、外側アクチュエータ１０Ｂの「外側」とは、使用者の腕の関節部に装着したときに関節部の外角側に位置することを意味している。
【００３４】
装着部８は、皮革や合成樹脂シート等で形成した可撓性を有する部材であり、円筒状をなして使用者の関節部を包み込んで密着している。そして、この装着部８の外周は、図２に示すように、液を吸収することができる高分子ポリマーにより形成された柔軟な性質の被覆部材１１で被覆されている。
【００３５】
内側アクチュエータ１０Ａは、流体圧で作動する装置であり、図２に示すように、装着部８の長手方向に所定の隙間を設けて延在し、被覆部材１１上に固定されている硬質材料からなる複数のブロック体１４ａと、これらブロック体１４ａの間の隙間に介在している複数の弾性体１６ａ1 、１６ａ2 とを備えている。装着部８に対して外周側に位置している複数の弾性体１６ａ1 は内部に圧力室を有しており、ブロック体１４ａに設けた油路を介して互いに直列に連通し、後述する制御部６に延在する油路２５ａ1 と接続している。装着部８の近くに位置している複数の弾性体１６ａ2 も、ブロック体１４ａに設けた油路を介して互いに直列に連通しており、制御部６に延在する油路２５ａ2 と接続している。
【００３６】
ここで、前述した複数のブロック体１４ａは、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接するブロック体１４ａどうしが当接して補助筋力の付与を停止させるように、前述した隙間や高さが設定されている。
【００３７】
外側アクチュエータ１０Ｂも流体圧で作動する装置であり、装着部８の長手方向に所定の隙間を設けて延在し、被覆部材１１上に固定されている複数のブロック体１４ｂと、これらブロック体１４ｂの間の隙間に介在している複数の弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 とを備えている。装着部８に対して外周側に位置している複数の弾性体１６ｂ1 は内部に圧力室を有しており、ブロック体１４ｂに設けた油路を介して互いに直列に連通し、制御部６に延在する油路２５ｂ1 と接続している。装着部８の近くに位置している複数の弾性体１６ｂ2 も、ブロック体１４ｂに設けた油路を介して互いに直列に連通しており、制御部６に延在する油路２５ｂ2 と接続している。
【００３８】
また、制御部６は、図３に示すように、本装置で使用する作動油を溜めておくリザーバ室２２と、リーザバ室２２内の作動油を所定温度に加温する加温装置２３と、リザーバ室２２の作動油を内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂに独立して供給する複数の油圧送装置２４ａ、２４ｂと油圧送装置２４ａ、２４ｂの駆動制御を行う圧送駆動制御装置２８と、油圧送装置２４ａ、２４ｂに電源を供給する電源供給部３０と、内側及び外側アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂの一部で故障が発生しても、急激にアクチュエータの発生力を低下させることがないようにする発生力安定化部３２とを備えている。
【００３９】
リザーバ室２２の作動油を内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂに供給した後、油圧送装置２４ａは、油路２５ａ1 、２５ｂ1 を介して内側アクチュエータ１０Ａの複数の弾性体１６ａ1 の圧力室と外側アクチュエータ１０Ｂの複数の弾性体１６ｂ1 の圧力室の間の作動油の移動制御を行う。油圧送装置２４ｂは、油路２５ａ2 、２５ｂ2 を介して内側アクチュエータ１０Ａの複数の弾性体１６ａ2 の圧力室と外側アクチュエータ１０Ｂの複数の弾性体１６ｂ2 の圧力室の間の作動油の移動制御を行う。
【００４０】
圧送駆動制御装置２８は、各油圧送装置２４ａ、２４ｂの作動を制御する装置である。そして、この装置には、筋力検出装置３４から使用者の筋力情報が入力する。
【００４１】
筋力検出装置３４は、図５に示すように、装着部８の内周面に向けて貫通した穴に回転軸を内部に向けて配設されている駆動モータ３４ａと、この駆動モータ３４ａ回転軸に固定した歯車３４ｂと、この歯車３４ｂに噛み合っているラック３４ｃと、ラック３４ｃと一体構造となって装着部８の内部に移動可能に配置されている押し棒３４ｄと、駆動モータ３４ａの上部に配設したトルク計測器３４ｅとを備えている。駆動モータ３４ａの回転運動を歯車３４ｂとラク３４ｃを介して押し棒３４ｄの直線運動に変換し、押し棒３４ｄにより使用者の皮膚に押し力を作用し、その押し力の作用により駆動モータ３４ａのトルクが変化することから、そのトルク値をトルク計測器３４ｅが検出して圧送駆動制御装置２８に出力している。
【００４２】
また、図３に戻って、発生力安定化部３２は、油路２５ａ1 、２５ｂ1 ２５ａ2 、２５ｂ2 の圧力を検知する複数の圧力センサ３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 と、油路２５ａ1 、２５ｂ1 ２５ａ2 、２５ｂ2 に介装した制御弁３２ｂ1 、３２ｂ2 、３２ｂ3 、３２ｂ4 と、各圧力センサ３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 から圧力情報を得るとともに、所定の弾性体の圧力室が基準以下の圧力となっているときに、その圧力室に対応している制御弁（例えば弾性体１６ａ1 の圧力室であれば制御弁３２ｂ1 ）に対して閉動作を行う発生力安定化制御部３２ｄとを備えている。
【００４３】
次に、上記構成の筋力補助装置２の使用方法について、図１から図４を参照して以下に簡単に説明する。
【００４４】
先ず、図１に示すように、使用者の腕に装着部８を装着する。
【００４５】
次いで、筋力検出装置３４を作動し、使用者の皮膚に一時的に押し棒３４ｄを押圧することで使用者の筋力情報を圧送駆動制御装置２８に出力する。そして、圧送駆動制御装置２８は、得られた使用者の筋力情報に基づいて各油圧送装置２４ａ、２４ｂの作動を開始する。
【００４６】
各油圧送装置２４ａ、２４ｂは、リザーバ室２２から加温された作動油を受け入れるとともに、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの間の作動油の移動制御を行う。
【００４７】
ここで、使用者の関節部に曲げ動作の力（補助筋力）を伝達する場合には、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室の作動油を、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室に移動する制御を行う。外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室に作動油が移動してくると、膨張した弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 でブロック体１４ｂが押圧されて装着部８に曲げ力を作用するアクチュエータ力が発生し、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を伝達する。
【００４８】
また、使用者の関節部に伸ばす力（補助筋力）を伝達する場合には、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室の作動油を、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室に移動する制御を行う。内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室に作動油が移動してくると、膨張した弾性体１６ａ1 、１６ａ2 でブロック体１４ａが押圧されて装着部８に伸ばし力を作用するアクチュエータ力が発生し、使用者の関節部に伸ばし動作の補助筋力を伝達する。
【００４９】
また、若し、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの一部が油漏れ等の故障を発生した場合、例えば、圧力センサ３２ａ1 が低い値を示しているときには、発生力安定化部３２の発生力安定化制御部３２ｄは、制御弁３２ｂ1 に閉動作の信号を出力する。これにより、作動油が流出して全てのアクチュエータが動作しなくなるのを防ぎ、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ2 の圧力室と、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 及び１６ｂ2 の圧力室と、リザーバ室２２との間の作動油の移動制御で、アクチュエータ力を発生させる。
【００５０】
次に、本実施形態の筋力補助装置２の効果について述べる。
【００５１】
内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂには、加温装置２３で加温されたリーザバ室２２の作動油が供給されているので、作動油から熱が伝導される装着部８は冷たくならず、冬場において使用者が装着しても違和感がない。
【００５２】
また、本装置２は、例えば第２の従来技術のように身体に密着しないアクチュエータ（ゴム製人工筋）が存在せず、装着部８の外周に内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂが沿って配置されているだけなので、装着性が良好な装置を提供することができる。
【００５３】
また、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂ一部が故障していても、発生力安定化部３２が油漏れのある圧力室を切り離す動作をし、作動油が流出しても全てのアクチュエータが動作しなくなるのを防ぐため、使用者が重いものを持っている場合に、もしもアクチュエータが破損しても、補助筋力が急激に無くなって関節部を痛める等の危険も回避することができる。
【００５４】
また、装着部８の外周は、液を吸収することができる高分子ポリマーにより形成した被覆部材１１で被覆されているので、若し、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂ内から作動油が漏れても被覆部材１１が吸収して外部に漏出することがない。
【００５５】
また、使用者の皮膚に一時的に押し棒３４ｄを押圧することで筋力検出装置３４を作動し、使用者の筋力情報を得ることができるので、筋電センサを使用している第１の従来技術のように、皮膚に炎症を起こすといった問題が発生しない。また、各油圧送装置２４ａ、２４ｂは、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの間で作動油の移動制御を行っており、内側アクチュエータ１０Ａの圧力室に作動油を入れる際には、外側アクチュエータ１０Ｂの圧力室がリザーバ室を兼ね、外側アクチュエータ１０Ｂの圧力室に作動油を入れる際には、内側アクチュエータ１０Ａの圧力室がリザーバ室を兼ねるため、リザーバ室が不要、または、作動油の微小な漏れ量を補充するための容量の小さなもので済ませることが可能となる。したがって、その分、作動油量を減らすことができ、小型軽量の装置構造とすることができる。
【００５６】
また、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を伝達する場合には、内側アクチュエータ１０Ａの複数のブロック体１４ａが、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接するブロック体１４ａどうしの当接によって補助筋力の付与を停止するので、安全性を高めた筋力補助装置を提供することができる。
【００５７】
次に、図６に示すものは、第１実施形態とアクチュエータの構造が異なる第２実施形態の筋力補助装置４０である。なお、第１実施形態で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の筋力補助装置４０は、装着部８の外周に、外側アクチュエータ４２が一体化されている。
【００５９】
外側アクチュエータ４２は、流体圧で作動する装置であり、装着部８の長手方向に所定間隔をあけて固定されている硬質材料からなる複数のブロック体４４と、これらブロック体４４の間の隙間に介在している複数の弾性体４６とを備えている。
【００６０】
各弾性体４６は、内部に圧力室を有しており、ブロック体４４に設けた油路を介して互いに直列に連通し、制御部６に延在する油路４８と接続している。
【００６１】
そして、各弾性体４６の圧力室に作動油が流入すると、弾性体４６は長手方向に伸び動作を行って前記ブロック体４４を押圧し、装着部８に曲げ力を作用する。これにより、使用者の関節部に伸ばし動作の補助筋力を伝達する。
【００６２】
また、各弾性体４６の圧力室から作動油が流出すると、弾性体４６は縮み動作を行って装着部８に対する曲げ力が解除されるようになっている。
【００６３】
上記構造の外側アクチュエータ４２を装着部８の外周に一体化することで、例えば第２の従来技術のように身体に密着しないアクチュエータ（ゴム製人工筋）が存在せず、装着性が良好な装置を提供することができる。
【００６４】
また、外側アクチュエータ４２が補助筋力を発生する際には、外側アクチュエータ４２の圧力室が加圧されるため、圧力室がある容積を占めて硬くなるが、本実施形態の場合、アクチュエータは外側にあるため、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めることがない。
【００６５】
なお、上述した第１及び第２実施形態は、使用者の腕の関節部に補助筋力を付与する装置として説明したが、手首の関節部、膝の関節部等、身体の各関節部に補助筋力を付与する装置に適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、装着部から突出している部材が存在しないので、装着性を大幅に向上させることができる。
【００６７】
また、請求項２記載の発明によると、冬場において使用者が装着しても、冷たい感触等の違和感がない。
【００６８】
また、請求項３、４記載の発明によると、筋電センサ等のように皮膚に付着する動作が不要となるので、筋力の測定時間を大幅に短縮することができるとともに、皮膚の炎症も防止することができる。
【００６９】
また、請求項５、６記載の発明によると、簡便な装置構成で使用者の関節部を曲げる補助筋力と、関節部を伸ばす補助筋力を発生することができる。
【００７０】
また、請求項７記載の発明によると、内側アクチュエータ及び外側アクチュエータがリザーバ室を兼ねるので、リザーバ室を無くす、若しくは、容量の小さなもので済ませることが可能となり、小型軽量の装置を提供することができる。
【００７１】
また、請求項８、９記載の発明によると、加圧されて硬くなる外側アクチュエータは関節部の外側に位置しているので、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めることがない。
【００７２】
また、請求項１０記載の発明によると、若し、使用者が重いものを持っている場合に人工筋力発生手段が破損しても、発生力安定化手段により急激に人工筋力発生手段の発生力が低下することがないので、使用者が身体を痛めるようなことがなく、安全性が高い装置を提供することができる。
【００７３】
また、請求項１１記載の発明によると、関節部の過度の曲げ動作をメカニカルな構造で防止することができる。
【００７４】
さらに、請求項１２記載の発明によると、アクチュエータから漏れた液体を使用者に付着させない効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る身体装着型筋力補助装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】身体装着型筋力補助装置の人工筋力発生手段を構成しているアクチュエータの構造を示す図である。
【図３】身体装着型筋力補助装置の制御部の詳細を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の動作を示す図である。
【図５】第１実施形態に備えられている筋力検出手段を示す図である。
【図６】本発明に係る身体装着型筋力補助装置の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２、４０ 身体装着型筋力補助装置
４ 人工筋力発生部（人工筋力発生手段）
６ 制御部（制御手段）
８ 装着部
１０Ａ 内側アクチュエータ
１０Ｂ、４２ 外側アクチュエータ
１１ 被覆部材（外周被覆部材）
１４ａ、１４ｂ、４４ ブロック体（凸部材）
１６ａ1 、１６ａ2 、１６ｂ1 、１６ｂ2 弾性体
２２ リザーバ室
２３ 加温装置
２４ａ、２４ｂ 油圧送装置（流体圧送装置）
２５ａ1 、２５ａ2 、２５ｂ1 、２５ｂ2 油路（流路）
２８ 圧送駆動制御装置
３２ 発生力安定化部（発生力安定化手段）
３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 圧力センサ
３２ｂ1 、３２ｂ2 、３２ｂ3 、３２ｂ4 制御弁
３２ｄ 発生力安定化制御部
３４ 筋力検出装置（筋力検出手段）
３４ａ 駆動モータ
３４ｂ 歯車
３４ｃ ラック
３４ｄ 押し棒
３４ｅ トルク計測器
【発明の属する技術分野】
この発明は、使用者の手首、腕、膝等の関節部に装着して補助筋力を発生する身体装着型筋力補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の身体装着型筋力補助装置として、例えば、特開平７−１６３６０７号公報（以下、第１の従来技術）、実開平５−３９５１８号公報（以下、第２の従来技術）に記載されている技術が知られている。
【０００３】
第１の従来技術は、使用者の大腿部に装着される大腿用装着部と、臑部に装着される臑用装着部と、一端部を大腿用装着部及び臑用装着部に固定され他端部は膝関節の部位で屈伸動作可能に連結された動力伝達腕と、動力伝達腕に屈伸動作の動力を付与する電気モータによる駆動部と、電気モータ及び駆動部の電源及び制御部とからなり、電源及び制御部は使用者の身体に装着されている。そして、前記駆動部は、動力伝達腕を連結した関節軸が一方の動力伝達腕と共回りする関係とされ、電気モータの出力軸に取り付けた歯車を前記関節軸に取り付けた歯車と噛み合わせるとともに、関節軸の歯車はクラッチを介して関節軸との間で動力の伝達又は遮断が行われるようにしている。
【０００４】
この第１の従来技術によると、足の筋肉の弱い人、老齢の人等の階段上り歩行を補助することができる。
【０００５】
また、第２の従来技術は、障害を有する腕側の型前部に支持される肩固定具と、上腕と、下腕とに夫々支持される上腕固定具及び下腕固定具とからなり、上腕固定具と下腕固定具は、肘部において連結されるとともに、肩固定具と下上で固定具間に内部の空気圧を変化することによって伸縮可能としたゴム製人工筋を懸架している。
【０００６】
この第２の従来術技術によると、特別な電子回路（コントローラ）等を必要とせず、ゴム製人工筋の特徴である空気圧とそれに伴う収縮率に応じたバネ特性を活用することで、動作の範囲を簡単に設定することができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、第１の従来技術は、例えば冬場において身体に装着するときには、器具の低温度が皮膚に接触して冷たい感触となり、違和感を感じてしまう。
【０００８】
また、この第１の従来技術は、使用者の筋力を検査する方法として筋電センサを使用しているが、筋電センサの取り付けが面倒であったり、皮膚に取り付ける際に使用する粘着テープ等の刺激によって皮膚に炎症を起こす場合がある。
【０００９】
そして、第２の従来技術も、第１の従来技術と同様に、冬場において身体に装着するときには冷たい感触となって違和感を感じてしまう。
【００１０】
また、第２の従来技術の装置は、アクチュエータとしてのゴム製人工筋が身体に密着していないので、衣服（ワイシャツやコート）の一部がゴム製人工筋に絡まったりする等の支障を起こしたり、また、シャツの上に装置を装着すると、その上から上着を着ることが出来なかった。また、第２の従来技術の装置は、ゴム製人工筋肉が加圧されると硬くなって縮み、使用者の腕を曲げる動作をするものだが、縮んだゴム製人工筋肉が、使用者が腕を曲げる方向に存在してしまうため、使用者が腕を曲げる可動範囲が狭くなるという問題があった。
【００１１】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、使用者が装着した際の冷たい感触等の違和感を発生することがなく、アクチュエータが関節部から突出しておらず装着性が良好で、使用者の関節の可動範囲を狭めない身体装着型筋力補助装置を提供することを目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、請求項１記載の身体装着型筋力補助装置は、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を付与する人工筋力発生手段と、この人工筋力発生手段の駆動を制御する制御手段とを有する身体装着型筋力補助装置において、前記人工筋力発生手段は、可撓性を有する円筒状をなし、使用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化され、前記装着部を曲げながら前記関節部に補助筋力を付与する流体圧式のアクチュエータとを備えている。
【００１３】
この発明によると、装着部から突出している部材が存在しないので、身体に装着した状態で容易に衣服を着ることができる。
【００１４】
また、請求項２記載の発明は、請求項１記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段は、前記アクチュエータの作動流体となる流体を所定温度に加温する加温装置を備えている。
【００１５】
この発明によると、加温装置で加温した流体がアクチュエータに流れ込むと、アクチュエータに一体化されている装着部の温度が上昇する。
【００１６】
また、請求項３記載の発明は、請求項１又は２記載の身体装着型筋力補助装置において、前記装着部に、使用者の皮膚に一時的に押し力を作用し、その押し力に基づいて筋力を測定する筋力検出手段を設け、前記制御手段は、前記筋力検出手段から得た筋力情報に基づいて前記アクチュエータが発生する補助筋力を制御するようにした。
【００１７】
また、請求項４記載の発明は、請求項３記載の身体装着型筋力補助装置において、前記筋力検出手段は、駆動モータと、この駆動モータの回転力を直線運動として押し棒に伝達する伝達機構と、前記押し棒が前記皮膚を押圧したときの前記駆動モータのトルク値を計測し、このトルク値を前記押し力として前記制御手段に出力するトルク計測器とを備えている。
【００１８】
これら請求項３、４の発明によると、筋電センサ等のように皮膚に付着する動作が不要となるので、筋力の測定時間が短時間となるとともに、皮膚の炎症も防げる。
【００１９】
また、請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記アクチュエータを、前記関節部の内側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する内側アクチュエータと、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータとで構成した。
【００２０】
また、請求項６記載の発明は、請求項５記載の身体装着型筋力補助装置において、前記内側及び外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数凸部材の間の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力室に流体が出入することで膨張・収縮し、各凸部材は、前記弾性体の膨張により押圧されて前記装着部に曲げ力を作用するようにした。
【００２１】
これら請求項５、６記載の発明によると、内側アクチュエータの弾性体の圧力室に流体が流入することで、装着部に曲げ力を作用して使用者の関節部を曲げる補助筋力を付与し、外側アクチュエータの弾性体の圧力室に流体が流入することで、装着部に対する曲げ力を解除して使用者の関節部を伸ばす補助筋力を付与する。
【００２２】
また、請求項７記載の発明は、請求項５又は６記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段は、前記内側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室と、前記外側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室との間で、流体を移動させる制御を行うようにした。
【００２３】
この発明によると、内側アクチュエータの圧力室に流体を入れる際には、外側アクチュエータの圧力室がリザーバ室を兼ね、外側アクチュエータの圧力室に流体を入れる際には、内側アクチュエータの圧力室がリザーバ室を兼ねるため、リザーバ室が不要、または、動作流体の微小な漏れ量を補充するための容量の小さなもので済ませることが可能となる。したがって、その分、動作流体量を減らすことができ、小型軽量の装置構造となる。
【００２４】
また、請求項８記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記アクチュエータを、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータで構成し、当該外側アクチュエータは前記圧力室に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行い、前記装着部に曲げ力を作用する一方、前記圧力室から流体が流出することで縮み動作を行って前記装着部に対する曲げ力を解除する構造となっている。
【００２５】
また、請求項９記載の発明は、請求項８記載の身体装着型筋力補助装置において、前記外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数の凸部材の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行って前記凸部材を押圧し、前記装着部に曲げ力を作用するようにした。
【００２６】
これら請求項８、９記載の発明によると、外側アクチュエータが伸び動作を行って装着部に曲げ力を作用することで使用者の関節部を曲げる補助筋力を付与し、外側アクチュエータが縮み動作を行って装着部に対する曲げ力を解除することで使用者の関節部を伸ばす補助筋力を付与する。そして、加圧されて硬くなった外側アクチュエータは関節部の外側に位置しているので、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めない。
【００２７】
また、請求項１０記載の発明は、請求項１乃至９の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記制御手段に、破損による前記人工筋力発生手段の発生力の低下を抑制するための、発生力安定化手段を設けた。
【００２８】
この発明によると、使用者が重いものを持っている場合に、若し、人工筋力発生手段が破損しても、発生力安定化手段により急激に人工筋力発生手段の発生力が低下することがない。したがって、使用者が身体を痛めるようなことが無い。さらに、請求項１１記載の発明は、請求項６、７又は９に記載の身体装着型筋力補助装置において、前記複数の凸部材は、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接する凸部材どうしが当接して補助筋力の付与を停止させるストッパ部材として機能するようにした。
【００２９】
この発明によると、関節部の過度の曲げ動作をメカニカルな構造で防止することが可能となる。
【００３０】
さらにまた、請求項１２記載の発明は、請求項１乃至１１の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置において、前記流体を液体とし、前記装着部の外周を液体吸収機能を有する外周被覆部材で被覆した。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る身体装着型筋力補助装置の実施形態を図面を参照して説明する。
【００３２】
図１は、使用者の腕の関節部に補助筋力を付与する第１実施形態の筋力補助装置２であり、人工筋力発生部４と、人工筋力発生部４の駆動を制御する制御部６とを備えている。
【００３３】
人工筋力発生部４は、装着部８と、装着部８の外周に一体化された内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂとで構成されている。ここで、内側アクチュエータ１０Ａの「内側」とは、使用者の腕の関節部に装着したときに関節部の内角側に位置することを意味している。また、外側アクチュエータ１０Ｂの「外側」とは、使用者の腕の関節部に装着したときに関節部の外角側に位置することを意味している。
【００３４】
装着部８は、皮革や合成樹脂シート等で形成した可撓性を有する部材であり、円筒状をなして使用者の関節部を包み込んで密着している。そして、この装着部８の外周は、図２に示すように、液を吸収することができる高分子ポリマーにより形成された柔軟な性質の被覆部材１１で被覆されている。
【００３５】
内側アクチュエータ１０Ａは、流体圧で作動する装置であり、図２に示すように、装着部８の長手方向に所定の隙間を設けて延在し、被覆部材１１上に固定されている硬質材料からなる複数のブロック体１４ａと、これらブロック体１４ａの間の隙間に介在している複数の弾性体１６ａ1 、１６ａ2 とを備えている。装着部８に対して外周側に位置している複数の弾性体１６ａ1 は内部に圧力室を有しており、ブロック体１４ａに設けた油路を介して互いに直列に連通し、後述する制御部６に延在する油路２５ａ1 と接続している。装着部８の近くに位置している複数の弾性体１６ａ2 も、ブロック体１４ａに設けた油路を介して互いに直列に連通しており、制御部６に延在する油路２５ａ2 と接続している。
【００３６】
ここで、前述した複数のブロック体１４ａは、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接するブロック体１４ａどうしが当接して補助筋力の付与を停止させるように、前述した隙間や高さが設定されている。
【００３７】
外側アクチュエータ１０Ｂも流体圧で作動する装置であり、装着部８の長手方向に所定の隙間を設けて延在し、被覆部材１１上に固定されている複数のブロック体１４ｂと、これらブロック体１４ｂの間の隙間に介在している複数の弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 とを備えている。装着部８に対して外周側に位置している複数の弾性体１６ｂ1 は内部に圧力室を有しており、ブロック体１４ｂに設けた油路を介して互いに直列に連通し、制御部６に延在する油路２５ｂ1 と接続している。装着部８の近くに位置している複数の弾性体１６ｂ2 も、ブロック体１４ｂに設けた油路を介して互いに直列に連通しており、制御部６に延在する油路２５ｂ2 と接続している。
【００３８】
また、制御部６は、図３に示すように、本装置で使用する作動油を溜めておくリザーバ室２２と、リーザバ室２２内の作動油を所定温度に加温する加温装置２３と、リザーバ室２２の作動油を内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂに独立して供給する複数の油圧送装置２４ａ、２４ｂと油圧送装置２４ａ、２４ｂの駆動制御を行う圧送駆動制御装置２８と、油圧送装置２４ａ、２４ｂに電源を供給する電源供給部３０と、内側及び外側アクチュエータ１０Ａ、１０Ｂの一部で故障が発生しても、急激にアクチュエータの発生力を低下させることがないようにする発生力安定化部３２とを備えている。
【００３９】
リザーバ室２２の作動油を内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂに供給した後、油圧送装置２４ａは、油路２５ａ1 、２５ｂ1 を介して内側アクチュエータ１０Ａの複数の弾性体１６ａ1 の圧力室と外側アクチュエータ１０Ｂの複数の弾性体１６ｂ1 の圧力室の間の作動油の移動制御を行う。油圧送装置２４ｂは、油路２５ａ2 、２５ｂ2 を介して内側アクチュエータ１０Ａの複数の弾性体１６ａ2 の圧力室と外側アクチュエータ１０Ｂの複数の弾性体１６ｂ2 の圧力室の間の作動油の移動制御を行う。
【００４０】
圧送駆動制御装置２８は、各油圧送装置２４ａ、２４ｂの作動を制御する装置である。そして、この装置には、筋力検出装置３４から使用者の筋力情報が入力する。
【００４１】
筋力検出装置３４は、図５に示すように、装着部８の内周面に向けて貫通した穴に回転軸を内部に向けて配設されている駆動モータ３４ａと、この駆動モータ３４ａ回転軸に固定した歯車３４ｂと、この歯車３４ｂに噛み合っているラック３４ｃと、ラック３４ｃと一体構造となって装着部８の内部に移動可能に配置されている押し棒３４ｄと、駆動モータ３４ａの上部に配設したトルク計測器３４ｅとを備えている。駆動モータ３４ａの回転運動を歯車３４ｂとラク３４ｃを介して押し棒３４ｄの直線運動に変換し、押し棒３４ｄにより使用者の皮膚に押し力を作用し、その押し力の作用により駆動モータ３４ａのトルクが変化することから、そのトルク値をトルク計測器３４ｅが検出して圧送駆動制御装置２８に出力している。
【００４２】
また、図３に戻って、発生力安定化部３２は、油路２５ａ1 、２５ｂ1 ２５ａ2 、２５ｂ2 の圧力を検知する複数の圧力センサ３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 と、油路２５ａ1 、２５ｂ1 ２５ａ2 、２５ｂ2 に介装した制御弁３２ｂ1 、３２ｂ2 、３２ｂ3 、３２ｂ4 と、各圧力センサ３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 から圧力情報を得るとともに、所定の弾性体の圧力室が基準以下の圧力となっているときに、その圧力室に対応している制御弁（例えば弾性体１６ａ1 の圧力室であれば制御弁３２ｂ1 ）に対して閉動作を行う発生力安定化制御部３２ｄとを備えている。
【００４３】
次に、上記構成の筋力補助装置２の使用方法について、図１から図４を参照して以下に簡単に説明する。
【００４４】
先ず、図１に示すように、使用者の腕に装着部８を装着する。
【００４５】
次いで、筋力検出装置３４を作動し、使用者の皮膚に一時的に押し棒３４ｄを押圧することで使用者の筋力情報を圧送駆動制御装置２８に出力する。そして、圧送駆動制御装置２８は、得られた使用者の筋力情報に基づいて各油圧送装置２４ａ、２４ｂの作動を開始する。
【００４６】
各油圧送装置２４ａ、２４ｂは、リザーバ室２２から加温された作動油を受け入れるとともに、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの間の作動油の移動制御を行う。
【００４７】
ここで、使用者の関節部に曲げ動作の力（補助筋力）を伝達する場合には、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室の作動油を、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室に移動する制御を行う。外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室に作動油が移動してくると、膨張した弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 でブロック体１４ｂが押圧されて装着部８に曲げ力を作用するアクチュエータ力が発生し、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を伝達する。
【００４８】
また、使用者の関節部に伸ばす力（補助筋力）を伝達する場合には、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 、１６ｂ2 の圧力室の作動油を、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室に移動する制御を行う。内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ1 、１６ａ2 の圧力室に作動油が移動してくると、膨張した弾性体１６ａ1 、１６ａ2 でブロック体１４ａが押圧されて装着部８に伸ばし力を作用するアクチュエータ力が発生し、使用者の関節部に伸ばし動作の補助筋力を伝達する。
【００４９】
また、若し、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの一部が油漏れ等の故障を発生した場合、例えば、圧力センサ３２ａ1 が低い値を示しているときには、発生力安定化部３２の発生力安定化制御部３２ｄは、制御弁３２ｂ1 に閉動作の信号を出力する。これにより、作動油が流出して全てのアクチュエータが動作しなくなるのを防ぎ、内側アクチュエータ１０Ａの弾性体１６ａ2 の圧力室と、外側アクチュエータ１０Ｂの弾性体１６ｂ1 及び１６ｂ2 の圧力室と、リザーバ室２２との間の作動油の移動制御で、アクチュエータ力を発生させる。
【００５０】
次に、本実施形態の筋力補助装置２の効果について述べる。
【００５１】
内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂには、加温装置２３で加温されたリーザバ室２２の作動油が供給されているので、作動油から熱が伝導される装着部８は冷たくならず、冬場において使用者が装着しても違和感がない。
【００５２】
また、本装置２は、例えば第２の従来技術のように身体に密着しないアクチュエータ（ゴム製人工筋）が存在せず、装着部８の外周に内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂが沿って配置されているだけなので、装着性が良好な装置を提供することができる。
【００５３】
また、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂ一部が故障していても、発生力安定化部３２が油漏れのある圧力室を切り離す動作をし、作動油が流出しても全てのアクチュエータが動作しなくなるのを防ぐため、使用者が重いものを持っている場合に、もしもアクチュエータが破損しても、補助筋力が急激に無くなって関節部を痛める等の危険も回避することができる。
【００５４】
また、装着部８の外周は、液を吸収することができる高分子ポリマーにより形成した被覆部材１１で被覆されているので、若し、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂ内から作動油が漏れても被覆部材１１が吸収して外部に漏出することがない。
【００５５】
また、使用者の皮膚に一時的に押し棒３４ｄを押圧することで筋力検出装置３４を作動し、使用者の筋力情報を得ることができるので、筋電センサを使用している第１の従来技術のように、皮膚に炎症を起こすといった問題が発生しない。また、各油圧送装置２４ａ、２４ｂは、内側アクチュエータ１０Ａ及び外側アクチュエータ１０Ｂの間で作動油の移動制御を行っており、内側アクチュエータ１０Ａの圧力室に作動油を入れる際には、外側アクチュエータ１０Ｂの圧力室がリザーバ室を兼ね、外側アクチュエータ１０Ｂの圧力室に作動油を入れる際には、内側アクチュエータ１０Ａの圧力室がリザーバ室を兼ねるため、リザーバ室が不要、または、作動油の微小な漏れ量を補充するための容量の小さなもので済ませることが可能となる。したがって、その分、作動油量を減らすことができ、小型軽量の装置構造とすることができる。
【００５６】
また、使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を伝達する場合には、内側アクチュエータ１０Ａの複数のブロック体１４ａが、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接するブロック体１４ａどうしの当接によって補助筋力の付与を停止するので、安全性を高めた筋力補助装置を提供することができる。
【００５７】
次に、図６に示すものは、第１実施形態とアクチュエータの構造が異なる第２実施形態の筋力補助装置４０である。なお、第１実施形態で示した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説明を省略する。
【００５８】
本実施形態の筋力補助装置４０は、装着部８の外周に、外側アクチュエータ４２が一体化されている。
【００５９】
外側アクチュエータ４２は、流体圧で作動する装置であり、装着部８の長手方向に所定間隔をあけて固定されている硬質材料からなる複数のブロック体４４と、これらブロック体４４の間の隙間に介在している複数の弾性体４６とを備えている。
【００６０】
各弾性体４６は、内部に圧力室を有しており、ブロック体４４に設けた油路を介して互いに直列に連通し、制御部６に延在する油路４８と接続している。
【００６１】
そして、各弾性体４６の圧力室に作動油が流入すると、弾性体４６は長手方向に伸び動作を行って前記ブロック体４４を押圧し、装着部８に曲げ力を作用する。これにより、使用者の関節部に伸ばし動作の補助筋力を伝達する。
【００６２】
また、各弾性体４６の圧力室から作動油が流出すると、弾性体４６は縮み動作を行って装着部８に対する曲げ力が解除されるようになっている。
【００６３】
上記構造の外側アクチュエータ４２を装着部８の外周に一体化することで、例えば第２の従来技術のように身体に密着しないアクチュエータ（ゴム製人工筋）が存在せず、装着性が良好な装置を提供することができる。
【００６４】
また、外側アクチュエータ４２が補助筋力を発生する際には、外側アクチュエータ４２の圧力室が加圧されるため、圧力室がある容積を占めて硬くなるが、本実施形態の場合、アクチュエータは外側にあるため、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めることがない。
【００６５】
なお、上述した第１及び第２実施形態は、使用者の腕の関節部に補助筋力を付与する装置として説明したが、手首の関節部、膝の関節部等、身体の各関節部に補助筋力を付与する装置に適用しても、同様の作用効果を得ることができる。
【００６６】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１記載の発明によると、装着部から突出している部材が存在しないので、装着性を大幅に向上させることができる。
【００６７】
また、請求項２記載の発明によると、冬場において使用者が装着しても、冷たい感触等の違和感がない。
【００６８】
また、請求項３、４記載の発明によると、筋電センサ等のように皮膚に付着する動作が不要となるので、筋力の測定時間を大幅に短縮することができるとともに、皮膚の炎症も防止することができる。
【００６９】
また、請求項５、６記載の発明によると、簡便な装置構成で使用者の関節部を曲げる補助筋力と、関節部を伸ばす補助筋力を発生することができる。
【００７０】
また、請求項７記載の発明によると、内側アクチュエータ及び外側アクチュエータがリザーバ室を兼ねるので、リザーバ室を無くす、若しくは、容量の小さなもので済ませることが可能となり、小型軽量の装置を提供することができる。
【００７１】
また、請求項８、９記載の発明によると、加圧されて硬くなる外側アクチュエータは関節部の外側に位置しているので、使用者が腕を曲げる際の妨げにならず、腕の可動範囲を狭めることがない。
【００７２】
また、請求項１０記載の発明によると、若し、使用者が重いものを持っている場合に人工筋力発生手段が破損しても、発生力安定化手段により急激に人工筋力発生手段の発生力が低下することがないので、使用者が身体を痛めるようなことがなく、安全性が高い装置を提供することができる。
【００７３】
また、請求項１１記載の発明によると、関節部の過度の曲げ動作をメカニカルな構造で防止することができる。
【００７４】
さらに、請求項１２記載の発明によると、アクチュエータから漏れた液体を使用者に付着させない効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る身体装着型筋力補助装置の第１実施形態を示す図である。
【図２】身体装着型筋力補助装置の人工筋力発生手段を構成しているアクチュエータの構造を示す図である。
【図３】身体装着型筋力補助装置の制御部の詳細を示すブロック図である。
【図４】第１実施形態の動作を示す図である。
【図５】第１実施形態に備えられている筋力検出手段を示す図である。
【図６】本発明に係る身体装着型筋力補助装置の第２実施形態を示す図である。
【符号の説明】
２、４０ 身体装着型筋力補助装置
４ 人工筋力発生部（人工筋力発生手段）
６ 制御部（制御手段）
８ 装着部
１０Ａ 内側アクチュエータ
１０Ｂ、４２ 外側アクチュエータ
１１ 被覆部材（外周被覆部材）
１４ａ、１４ｂ、４４ ブロック体（凸部材）
１６ａ1 、１６ａ2 、１６ｂ1 、１６ｂ2 弾性体
２２ リザーバ室
２３ 加温装置
２４ａ、２４ｂ 油圧送装置（流体圧送装置）
２５ａ1 、２５ａ2 、２５ｂ1 、２５ｂ2 油路（流路）
２８ 圧送駆動制御装置
３２ 発生力安定化部（発生力安定化手段）
３２ａ1 、３２ａ2 、３２ａ3 、３２ａ4 圧力センサ
３２ｂ1 、３２ｂ2 、３２ｂ3 、３２ｂ4 制御弁
３２ｄ 発生力安定化制御部
３４ 筋力検出装置（筋力検出手段）
３４ａ 駆動モータ
３４ｂ 歯車
３４ｃ ラック
３４ｄ 押し棒
３４ｅ トルク計測器
Claims (8)
- 使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を付与する人工筋力発生手段と、この人工筋力発生手段の駆動を制御する制御手段とを有する身体装着型筋力補助装置において、
前記人工筋力発生手段は、可撓性を有する円筒状をなし、使用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化され、前記装着部を曲げながら前記関節部に補助筋力を付与する流体圧式のアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータを、前記関節部の内側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する内側アクチュエータと、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータとで構成し、
前記内側及び外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数凸部材の間の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力室に流体が出入することで膨張・収縮し、各凸部材は、前記弾性体の膨張により押圧されて前記装着部に曲げ力を作用することを特徴とする身体装着型筋力補助装置。 - 使用者の関節部に曲げ動作の補助筋力を付与する人工筋力発生手段と、この人工筋力発生手段の駆動を制御する制御手段とを有する身体装着型筋力補助装置において、
前記人工筋力発生手段は、可撓性を有する円筒状をなし、使用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化され、前記装着部を曲げながら前記関節部に補助筋力を付与する流体圧式のアクチュエータとを備え、
前記アクチュエータを、前記関節部の外側に位置して前記装着部の外周の長手方向に延在し、弾性体で出来た圧力室を有する外側アクチュエータで構成し、当該外側アクチュエータは前記圧力室に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行い、前記装着部に曲げ力を作用する一方、前記圧力室から流体が流出することで縮み動作を行って前記装着部に対する曲げ力を解除する構造となっており、
前記外側アクチュエータは、前記長手方向に所定の隙間を設けて前記装着部の外周に固定されている複数の凸部材と、これら複数の凸部材の隙間に配置した複数の弾性体とを備え、各弾性体は内部に設けた圧力に流体が流入することで前記長手方向に伸び動作を行って前記凸部材を押圧し、前記装着部に曲げ力を作用することを特徴とする身体装着型筋力補助装置。 - 前記制御手段は、前記アクチュエータの作動流体となる流体を所定温度に加温する加温装置を備えていることを特徴とする請求項１又は２記載の身体装着型筋力補助装置。
- 前記装着部に、使用者の皮膚に一時的に押し力を作用し、その押し力に基づいて筋力を測定する筋力検出手段を設け、前記制御手段は、前記筋力検出手段から得た筋力情報に基づいて前記アクチュエータが発生する補助筋力を制御し、
前記筋力検出手段は、駆動モータと、この駆動モータの回転力を直線運動として押し棒に伝達する伝達機構と、前記押し棒が前記皮膚を押圧したときの前記駆動モータのトルク値を計測し、このトルク値を前記押し力として前記制御手段に出力するトルク計測器とを備えていることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置。 - 前記制御手段は、前記内側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室と、前記外側アクチュエータを構成している弾性体の圧力室との間で、流体を移動させる制御を行うことを特徴とする請求項１記載の身体装着型筋力補助装置。
- 前記制御手段に、破損による前記人工筋力発生手段の発生力の低下を抑制するための、発生力安定化手段を設けたことを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置。
- 前記複数の凸部材は、使用者の関節部に過度の補助筋力を与える前に、隣接する凸部材どうしが当接して補助筋力の付与を停止させるストッパ部材として機能することを特徴とする請求項１、２又は５に記載の身体装着型筋力補助装置。
- 前記流体を液体とし、前記装着部の外周を液体吸収機能を有する外周被覆部材で被覆したことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の身体装着型筋力補助装置。
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