JP4987148B1 - Joint motion assist device - Google Patents

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Abstract

【課題】
構造がコンパクトであるとともに、関節運動を適切にアシストする。
【解決手段】
調整部によるシリンダ151内の空気圧調整により、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が伸長すると、ピストンロッド153及び第1及び第2アーム部材141,142を介して、第2歯車部材123に、肘関節が伸展状態から屈曲状態へ向かう回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与される。第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部位材123における第1歯車部材113との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材123が、自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として公転する。これにより、第2歯車部材123に固定的されている前腕外骨格部材121が回転し、上腕外骨格部材111と前腕外骨格部材121とが交差する角度が狭まり、肘関節は伸展状態から屈曲状態になる。
【選択図】 図6
【Task】
The structure is compact and assists the joint movement appropriately.
[Solution]
When the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 is extended by adjusting the air pressure in the cylinder 151 by the adjusting unit, the second gear member 123 is connected to the second gear member 123 via the piston rod 153 and the first and second arm members 141 and 142. A turning force is applied to turn the elbow joint in a direction substantially parallel to the turning direction from the extended state to the bent state. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the meshing position of the second gear member 123 with the first gear member 113 changes, and the second gear member 123 rotates while the first gear. Revolve around the central axis of the member 113. As a result, the forearm exoskeleton member 121 fixed to the second gear member 123 rotates, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 and the forearm exoskeleton member 121 intersect is narrowed, and the elbow joint is bent from the extended state. become.
[Selection] Figure 6

Description

本発明は、関節運動アシスト装置に係り、より詳しくは、人体の関節運動をアシストする外骨格形の関節運動アシスト装置に関する。 The present invention relates to a joint motion assist device, and more particularly to an exoskeleton joint motion assist device that assists joint motion of a human body .

従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の筋力補助装置がある。   Conventionally, various devices have been proposed for use in the care and nursing of care recipients and nurses. Among such devices, there is a muscular strength assist device for care for a caregiver to wake up, hold down, or move a care recipient such as a bedridden elderly person whose physical freedom does not work.

かかる筋力補助装置の一つとして、空気圧によって駆動するアクチュエータを用いたものがある(特許文献1参照:以下、「従来例」と呼ぶ)。この従来例の技術では、一端部を中心に相互に揺動自在に連結された2つの板材、及び、当該2つの板材の間に配置され内部に供給される空気により膨張する袋体からなるアクチュエータ要素を重ねた大型の空気圧アクチュエータを人体における所定箇所に装着した装着部に取り付ける。そして、空気圧アクチュエータにおける袋体を膨張させて、肘関節、股関節及び膝関節の運動を補助するようになっている。   One of such muscle force assisting devices uses an actuator driven by air pressure (see Patent Document 1: hereinafter referred to as “conventional example”). In this prior art technique, an actuator comprising two plate members that are pivotably connected to each other around one end portion, and a bag body that is disposed between the two plate members and expands by air supplied to the inside. A large pneumatic actuator with stacked elements is attached to a mounting portion that is mounted at a predetermined position on the human body. And the bag body in a pneumatic actuator is expanded, and the movement of an elbow joint, a hip joint, and a knee joint is assisted.

特開2000−51289号公報JP 2000-51289 A

上述した従来例の技術では、空気圧アクチュエータにおける袋体内への空気の供給を行う際には関節運動をアシストするが、袋体からの空気の吸引によっては関節運動をアシストする力を発生させていない。このように袋体内への空気の供給を行うときのみに当該力が発生するため、特に、股関節運動のアシストは、空気圧アクチュエータへの空気供給による袋体の膨張を、リンク機構によって股関節の伸展力に変換することによって行っている。その結果、装置自体は大規模なものとなっている。このため、装置の介護者への装着が容易ではなく、また、当該装置を装着した介護者の身体的自由を制限してしまう可能性がある。   In the conventional technology described above, the joint movement is assisted when air is supplied into the bag body by the pneumatic actuator, but the force for assisting the joint movement is not generated by the suction of air from the bag body. . Since the force is generated only when air is supplied to the bag body in this way, in particular, the hip joint motion assists the expansion of the bag body due to the air supply to the pneumatic actuator by the link mechanism. Is done by converting to As a result, the device itself is large-scale. For this reason, it is not easy to attach the apparatus to a caregiver, and there is a possibility that the physical freedom of the caregiver wearing the apparatus is limited.

このように、従来例の技術では、関節の屈曲運動又は伸展運動のいずれか一方のみしかアシストすることができず、筋力補助装置としての機能が限定的なものとなっている。また、従来例の技術では、装置が大規模なものとなっている。このため、関節運動をアシストするに際して、装着が容易であり、かつ、装着者の身体的自由を確保しつつ、所望する関節の屈曲運動及び伸展運動をアシストすることができる技術が待望されている。   As described above, in the technology of the conventional example, only one of the bending motion and the stretching motion of the joint can be assisted, and the function as the muscle strength assisting device is limited. Further, in the conventional technique, the apparatus is large-scale. For this reason, when assisting joint motion, there is a need for a technique that is easy to mount and can assist the desired joint flexion and extension motions while ensuring the physical freedom of the wearer. .

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、構造がコンパクトであるとともに、関節運動を適切にアシストすることができる関節運動アシスト装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a joint motion assist device that is compact in structure and can appropriately assist joint motion.

本発明は、骨格構造を有する人体に装着し、前記人体の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用し、前記人体が、物を持ち上げる又は物を持ち下ろす際に要する関節運動をアシストする外骨格形の関節運動アシスト装置であって、前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に装着される第1外骨格部材と;前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に装着される第2外骨格部材と;前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第1外骨格部材が前記一方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部及び内周部の一方の少なくとも一部に、歯部が形成され、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする第1歯車部材と;前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第1歯車部材と噛合可能な歯部が、前記第2外骨格部材が前記他方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部の少なくとも一部に形成され、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする第2歯車部材と;前記関節の回動方向と略平行な方向で、前記第1外骨格部材に回動可能に取り付けられたシリンダと;前記シリンダ内を往復運動する直動ピストンに一方の端部が連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通し、前記直動ピストンとともに往復直線運動するピストンロッドと;前記第1歯車部材と前記第2歯車部材との噛合を確保するとともに、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材とが、前記関節の回動運動の回動軸と略平行となる前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能となるように、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する連接部材と;を備え、前記直動ピストンの行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心に回転し、前記回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与され、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記回転と同一方向に公転して、前記第2歯車部材の歯部と前記第1歯車部材の歯部との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節の運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。 The present invention is mounted on a human body having a skeleton structure, using the mechanism of the joint that connects the one side portion and the other side portion of the human body, the human body, when the down has a lifting or objects objects An exoskeleton-type joint motion assisting device for assisting a required joint motion, wherein the first exoskeleton member is mounted on the one side portion along a direction in which the one side portion extends from the joint; A second exoskeleton member mounted on the other side part along a direction in which the part extends from the joint; and fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side; When the skeletal member is attached to the one side portion , a tooth portion is formed on at least a part of one of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion along the rotational movement direction of the joint. Centered on an axis approximately parallel to the rotational axis of the dynamic motion A first gear member and; the second is connected exoskeleton to an end portion of the joint side of the member fixedly, the first gear member capable of meshing toothing, wherein the second outer frame member the other When mounted on a side part, the central axis is formed on at least a part of the outer peripheral portion along the direction of rotational movement of the joint, and is substantially parallel to the rotational axis of the rotational movement of the joint. A second gear member that rotates ; a cylinder that is pivotally attached to the first exoskeleton member in a direction substantially parallel to the pivot direction of the joint ; and one linear piston that reciprocates in the cylinder. end is connected, through one end of said cylinder, a piston rod to reciprocate with said linear piston; while securing the engagement between the first gear member and said second gear member, the The other end of the piston rod and Serial and second gear members, around the central axis of said first gear member to be substantially parallel to the pivot axis of the pivoting movement of the joint so as to be rotatable, the other end of the piston rod Are attached to the central axis of the second gear member and the central axis of the first gear member, and the second gear member and the other end of the piston rod are substantially parallel to the rotational direction of the joint. A connecting member that is pivotably connected about a central axis of the first gear member in a direction, and the other of the piston rods is restrained by the connecting member by the stroke of the linear motion piston . An end portion rotates around the central axis of the first gear member, and the rotation causes the second gear member to be substantially parallel to the rotation direction of the joint via the piston rod and the connecting member. rotational force which rotates in the direction is applied, the The second gear member revolves around the central axis of the first gear member in the same direction as the rotation, and the meshing position of the tooth portion of the second gear member and the tooth portion of the first gear member changes. Accordingly, the second gear member rotates and the first exoskeleton member fixedly connected to the first gear member and the first gear member fixedly connected to the second gear member . The joint motion assisting device is characterized in that the angle at which the two exoskeleton members intersect changes to assist the motion of the joint.

この関節運動アシスト装置では、人体に当該装置が装着された場合に、第1外骨格部材に固定的に接続された第1歯車部材の中心軸、及び、当該第1歯車部材と噛合する第2外骨格部材に固定的に接続された第2歯車部材の中心軸が、アシスト対象関節の回動運動の回動軸と略平行となっている。そして、シリンダ内の直動ピストンの行程により、連接部材の拘束のもとで、ピストンロッドにおける他方の端部が、第1歯車部材の中心軸を中心として回転し、当該回転により、ピストンロッド及び連接部材を介して、第2歯車部材に、関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与される。第2歯車部材に当該回動力が付与されると、第2歯車部材が、第1歯車部材の中心軸を中心として当該回転と同一方向に公転して、第2歯車部材の歯部と第1歯車部材の歯部との噛み合い位置が変化し、第2歯車部材が、自転する。このようにして第2歯車部材が自公転すると、第2歯車部材に固定的に接続されている第2外骨格部材が、第1歯車部材の中心軸を中心として公転するとともに、第2歯車部材の中心軸を中心として自転する。この結果、第1及び第2歯車部材における歯部の歯数に応じて、人体の一方側部位が固定された第1外骨格部材と、他方側部位が固定された第2外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、一方側部位と他方側部位とを接続している関節の運動がアシストされる。 In this joint motion assist device, when the device is mounted on a human body , the central axis of the first gear member fixedly connected to the first exoskeleton member and the second gear meshing with the first gear member The central axis of the second gear member fixedly connected to the exoskeleton member is substantially parallel to the rotational axis of the rotational motion of the assist target joint. Then, due to the stroke of the linear motion piston in the cylinder, the other end of the piston rod rotates around the central axis of the first gear member under the restraint of the connecting member. A rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint is applied to the second gear member via the connecting member. When the rotational force is applied to the second gear member , the second gear member revolves in the same direction as the rotation around the central axis of the first gear member, and the tooth portion of the second gear member and the first gear member engagement position between the teeth of the gear member is changed, the second gear member, rotates. When the second gear member rotates and revolves in this manner, the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member revolves around the central axis of the first gear member, and the second gear member Rotate around the center axis. As a result, according to the number of teeth of the first and second gear members, the first exoskeleton member in which one side portion of the human body is fixed and the second exoskeleton member in which the other side portion is fixed The crossing angle changes, and the movement of the joint connecting the one side part and the other side part is assisted passively.

したがって、本発明の関節運動アシスト装置によれば、構造がコンパクトであるとともに、直動ピストンの行程を適切に制御することにより、関節運動を適切にアシストすることができる。   Therefore, according to the joint motion assist device of the present invention, the structure is compact and the joint motion can be assisted appropriately by appropriately controlling the stroke of the linear motion piston.

ここで、前記連接部材は、前記第1歯車部材と前記第2歯車部材との噛合を確保する第1連接部材と;前記第1連接部材に固定的に接続されるとともに、前記ピストンロッドにおける他方の端部を前記関節の回動方向と略平行な方向で回動可能に連接する第2連接部材と;を備える、構成とすることができる。 Here, the connecting member is a first connecting member that secures engagement between the first gear member and the second gear member; and the other member of the piston rod is fixedly connected to the first connecting member. And a second connecting member that connects the end portions of the joint members so as to be rotatable in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint.

このように、連接部材が第1連接部材と第2連接部材とを備える構成を採用する場合には、直動ピストンの行程により、ピストンロッドにおける他方の端部に連接されている第2連接部材に動力が伝達され、当該動力が第1連接部材に伝達される。そして、第2歯車部材が、第1歯車部材の中心軸の回りを回動する。この場合には、連接部材が第1及び第2連接部材の2つの部材から構成されるため、個々に第1及び第2連接部材を製作することができる。また、この場合には、第2連接部材の長さを変えることで、関節運動をアシストする際の回転角度の変化率やトルクを調整することができる。   As described above, when the connecting member includes the first connecting member and the second connecting member, the second connecting member connected to the other end of the piston rod by the stroke of the linear motion piston. The power is transmitted to the first connecting member. Then, the second gear member rotates around the central axis of the first gear member. In this case, since the connecting member is composed of two members of the first and second connecting members, the first and second connecting members can be individually manufactured. Further, in this case, by changing the length of the second connecting member, it is possible to adjust the rate of change of the rotation angle and the torque when assisting the joint motion.

本発明の関節運動アシスト装置では、前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、前記第1歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成され、前記第2歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成されており、前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材の歯部と前記第1歯車部材の歯部との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にし、前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向とは異なる他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。
ここで、前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向となっている。
In the joint motion assist device according to the present invention, the first gear member is substantially parallel to a pivot axis of the joint pivot movement, which is fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side. The second gear member is fixedly connected to the joint-side end of the second exoskeleton member, and is a pivot shaft for pivotal movement of the joint. The tooth portion of the first gear member is formed on the outer periphery of the cylinder, and the tooth portion of the second gear member is formed on the outer periphery of the column. The piston rod is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder , The other of the second gear member and the piston rod And the other end of the piston rod under the restraint of the connecting member that is connected to be rotatable about the central axis of the first gear member in a direction substantially parallel to the rotating direction of the joint. The portion rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and the rotation in the one direction causes the joint to the second gear member via the piston rod and the connecting member. The second gear member revolves around the central axis of the first gear member in the one direction, and the second gear member revolves around the central axis of the first gear member. When the meshing position of the tooth portion of the gear member and the tooth portion of the first gear member changes, the second gear member rotates in the one direction and is fixedly connected to the first gear member. and said first outer frame member are fixedly against the second gear member Has been with the second outer frame member has the narrow angle crossing, to flexion the joint from extended state, the contraction stroke of the projecting portion, under the constraint of the connecting member and the other of said piston rod Is rotated in another direction different from the one direction around the central axis of the first gear member, and by rotation in the other direction, via the piston rod and the connecting member, The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. Revolving in the direction and changing the meshing position of the second gear member with the first gear member, the second gear member rotates in the other direction and is fixed to the first gear member. Connected to the first The angle at which the exoskeleton member and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member cross each other is widened so that the joint is changed from the bent state to the extended state.
Here, the one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state. ing.

このように、第1歯車部材及び第2歯車部材が、円柱形状の外歯車である場合には、ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分の伸長行程及び収縮行程の際に、2つの歯車部材の中心軸間の距離が一定である。このため、第1歯車部材と第2歯車部材との噛合の確保に際して、簡単な構成の連接部材を採用することができる。なお、連接部材が第1連接部材と第2連接部材とを備える構成を採用する場合には、第1連接部材として、例えば、第1歯車部材及び第2歯車部材の中心軸を回動可能に挿入するアーム部材を採用することができる。   As described above, when the first gear member and the second gear member are cylindrical external gears, the center of the two gear members is used during the extension stroke and the contraction stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder. The distance between the axes is constant. For this reason, when securing the meshing between the first gear member and the second gear member, a connecting member having a simple configuration can be employed. In addition, when employ | adopting the structure provided with a 1st connection member and a 2nd connection member as a connection member, as a 1st connection member, for example, the center axis | shaft of a 1st gear member and a 2nd gear member can be rotated. An arm member to be inserted can be employed.

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする楕円柱形であり、前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする楕円柱形であり、前記第1歯車部材の歯部は、楕円柱の外周部に形成され、前記第2歯車部材の歯部は、楕円柱の外周部に形成されており、前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にし、前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向とは異なる他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。
ここで、前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向となっている。
In the joint motion assisting device of the present invention, the first gear member is fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side, and a pivot shaft for the pivot motion of the joint. The second gear member is fixedly connected to an end of the second exoskeleton member on the joint side, and is configured to rotate the joint. The first gear member is formed on the outer periphery of the elliptical column, and the second gear member is formed on the elliptical column. The other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member are formed by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder. And the second gear member and the piston rod The piston rod under the restraint of the connecting member that is connected to the other end of the first gear member so as to be rotatable about a central axis in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint. The other end of the second gear member rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and the second gear member is rotated by the rotation in the one direction via the piston rod and the connecting member. And the second gear member revolves in the one direction around the central axis of the first gear member. When the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, the second gear member rotates in the one direction and is fixedly connected to the first gear member. said first outer frame member, the solid in the second gear member Manner and the second outer frame member that is connected narrows the angle of intersecting, and the bent state the joint from extended state, the contraction stroke of the projecting portion, under the constraint of the connecting member, said piston The other end of the rod rotates in another direction different from the one direction around the central axis of the first gear member, and the piston rod and the connecting member are rotated by rotation in the other direction. Thus, the second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. The second gear member revolves in the other direction by revolving in the other direction and the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, and the first gear member. Fixedly connected to An angle at which the first exoskeleton member and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member intersect is widened so that the joint is changed from a bent state to an extended state. Can do.
Here, the one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state. ing.

このように、第1歯車部材及び第2歯車部材が、楕円柱形状の外歯車である場合には、ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分の伸長行程及び収縮行程の際に、2つの歯車部材の中心軸間の距離が変化する。このため、屈曲運動又は伸展運動に伴う関節の回動運動の回動軸の自由度に対応した関節運動をアシストすることができる。なお、第1歯車部材と第2歯車部材との噛合の確保に際しては、中心軸間の距離の変化に対応できる構成の連接部材を採用するようにすればよい。また、連接部材が第1連接部材と第2連接部材とを備える構成を採用する場合には、第1連接部材として、例えば、第1歯車部材の中心軸と第2歯車部材の中心軸とを弾性的に付勢し、当該中心軸間の距離の変化に対応した構成を採用することができる。   Thus, when the first gear member and the second gear member are elliptical columnar external gears, the two gear members of the piston rod are extended during the extension stroke and the contraction stroke of the protruding portion from the cylinder. The distance between the central axes changes. For this reason, it is possible to assist the joint motion corresponding to the degree of freedom of the rotational axis of the rotational motion of the joint accompanying the bending motion or the extension motion. When securing the engagement between the first gear member and the second gear member, a connecting member having a configuration that can cope with a change in the distance between the central axes may be employed. Moreover, when employ | adopting the structure with which a connection member is provided with a 1st connection member and a 2nd connection member, as a 1st connection member, for example, the center axis | shaft of a 1st gear member and the center axis | shaft of a 2nd gear member are used. It is possible to employ a configuration that is elastically biased and corresponds to a change in the distance between the central axes.

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円筒形であり、前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、前記第1歯車部材の歯部は、円筒の内周部に形成され、前記第2歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成されており、前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向とは異なる他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にし、前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にする、ようにすることができる。
ここで、前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向となっている。
In the joint motion assisting device of the present invention, the first gear member is fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side, and a pivot shaft for the pivot motion of the joint. The second gear member is fixedly connected to an end of the second exoskeleton member on the joint side, and has a rotational movement of the joint. The first gear member has a cylindrical shape centered on an axis substantially parallel to the dynamic axis, and the tooth portion of the second gear member is an outer peripheral portion of the cylinder. The piston rod is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder. In the second gear member and the piston rod The piston rod under the restraint of the connecting member that is connected in a direction substantially parallel to the rotational direction of the joint so as to be rotatable about the central axis of the first gear member. The other end of the second gear member rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and rotates in the one direction to the second gear member via the piston rod and the connecting member. , A rotational force is applied to rotate in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member revolves around the central axis of the first gear member in the one direction, When the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, the second gear member rotates in another direction different from the one direction and is fixed to the first gear member. said first outer frame member connected to the second tooth Spread angle between the second outer frame member which is fixedly connected to the members intersect, and in the extended state the joint from the bent state, the contraction stroke of the projecting portion, under the constraint of said connecting member The other end of the piston rod rotates in the other direction around the central axis of the first gear member, and the rotation in the other direction causes the piston rod and the connecting member to pass through. The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. Revolving in the direction and changing the meshing position of the second gear member with the first gear member, the second gear member rotates in the one direction and is fixed to the first gear member. Connected to the first The angle at which the exoskeleton member and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member intersect is narrowed , and the joint can be changed from the extended state to the bent state .
Here, the one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state. ing.

このように、第1歯車部材が円筒形状の内歯車であり、第2歯車部材が円柱形状の外歯車である場合には、ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分の収縮行程及び伸長行程の際に、2つの歯車部材の中心軸間の距離が一定である。このため、第1歯車が円柱形状の外歯車である場合と同様に、第1歯車部材と第2歯車部材との噛合の確保に際して、簡単な構成の連接部材を採用することができる。なお、連接部材が第1連接部材と第2連接部材とを備える構成を採用する場合には、第1連接部材として、例えば、第1歯車部材及び第2歯車部材の中心軸を回動可能に挿入するアーム部材を採用することができる。   Thus, when the first gear member is a cylindrical internal gear and the second gear member is a columnar external gear, during the contraction stroke and extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder. The distance between the central axes of the two gear members is constant. For this reason, similarly to the case where the first gear is a cylindrical external gear, a connecting member having a simple configuration can be employed when securing the engagement between the first gear member and the second gear member. In addition, when employ | adopting the structure provided with a 1st connection member and a 2nd connection member as a connection member, as a 1st connection member, for example, the center axis | shaft of a 1st gear member and a 2nd gear member can be rotated. An arm member to be inserted can be employed.

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記人体の関節は、肘関節であり、前記第1外骨格部材は上腕部に装着され、前記第2外骨格部材は前腕部に装着される、ようにすることができる。この場合には、人体の肘関節の運動をアシストすることができる。 In the joint motion assist device of the present invention, the joint of the human body is an elbow joint, the first exoskeleton member is attached to the upper arm, and the second exoskeleton member is attached to the forearm. Can be. In this case, the movement of the elbow joint of the human body can be assisted.

また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記人体の関節は、股関節であり、前記第1外骨格部材は腰部に装着され、前記第2外骨格部材は大腿部に装着される、ようにすることができる。この場合には、人体の股関節の運動をアシストすることができる。 In the joint motion assisting device of the present invention, the joint of the human body is a hip joint, the first exoskeleton member is attached to the waist, and the second exoskeleton member is attached to the thigh. can do. In this case, it is possible to assist the exercise of the human hip joint.

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置によれば、構造がコンパクトであるとともに、関節運動を適切にアシストすることができるという効果を奏する。   As described above, according to the joint motion assist device of the present invention, the structure is compact and the joint motion can be appropriately assisted.

本発明の一実施形態である肘関節の関節運動アシスト装置の外観図である。1 is an external view of a joint motion assist device for an elbow joint according to an embodiment of the present invention. 図1の接続部材の構造を説明するための平面視図である。It is a top view for demonstrating the structure of the connection member of FIG. 図1の前腕外骨格部材の構造を説明するための平面視図である。It is a top view for demonstrating the structure of the forearm exoskeleton member of FIG. 図1のアクチュエータの構造を説明するためのXZ断面図である。It is XZ sectional drawing for demonstrating the structure of the actuator of FIG. 図1の調整部の構成を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the adjustment part of FIG. ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分の収縮時及び伸長時の図1の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the joint motion assistance apparatus of FIG. 1 at the time of contraction and expansion | extension of the protrusion part from the cylinder in a piston rod. 第1変形例である股関節の関節運動アシスト装置の外観図である。It is an external view of the joint movement assist apparatus of the hip joint which is a 1st modification. ピストンロッドにおけるシリンダからの突出部分の収縮時及び伸長時の図7の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the state of the joint movement assistance apparatus of FIG. 7 at the time of contraction and expansion | extension of the protrusion part from the cylinder in a piston rod. 第2変形例である肘関節の関節運動アシスト装置において、シリンダからのピストンロッドの突出部分が収縮したとき及び伸長したときの状態を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a state when the protrusion part of the piston rod from a cylinder shrink | contracts and expands in the joint motion assistance apparatus of the elbow joint which is a 2nd modification. 歯車部材の変形例(その1)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification (the 1) of a gear member. 歯車部材の変形例(その2)を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the modification (the 2) of a gear member. 図11に対応するアクチュエータの構造を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the structure of the actuator corresponding to FIG.

以下、本発明の一実施形態を、図1〜図6を参照して説明する。なお、本実施形態においては、所定対象物としての人体の右腕の肘関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In the present embodiment, a joint motion assist device that assists a joint motion performed using a mechanism of an elbow joint of a right arm of a human body as a predetermined object will be described as an example. In the following description and drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.

[構成]
図1には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置100の外観図が示されている。この図1は、人体の腕に装着された関節運動アシスト装置100を、肘関節が伸展状態にあるときの人体の右側から眺めた外観図(XZ平面視図)である。
[Constitution]
FIG. 1 is an external view of a joint motion assist device 100 according to an embodiment. FIG. 1 is an external view (XZ plan view) of a joint motion assist device 100 mounted on a human arm as viewed from the right side of the human body when the elbow joint is in an extended state.

ここで、図1における座標系(X,Y,Z)は、関節運動アシスト装置100が人体に装着された場合に、人体の正面方向を+X方向、人体の右側から左側へと向かう方向を+Y方向、上腕部が肘関節から延びる方向を+Z方向とする座標系である。このため、当該座標系(X,Y,Z)では、Y軸方向と肘関節の回動運動の回動軸方向とが略平行となっている。   Here, the coordinate system (X, Y, Z) in FIG. 1 indicates that the front direction of the human body is + X direction and the direction from the right side to the left side of the human body is + Y when the joint motion assist device 100 is attached to the human body. This is a coordinate system in which the direction and the direction in which the upper arm extends from the elbow joint is the + Z direction. For this reason, in the coordinate system (X, Y, Z), the Y-axis direction and the rotation axis direction of the rotation motion of the elbow joint are substantially parallel.

図1に示されるように、関節運動アシスト装置100は、第1外骨格部材の一部としての上腕外骨格部材111と、第1外骨格部材の一部としての接続部材112と、第1歯車部材113と、ベルト部材117,118とを備えている。また、関節運動アシスト装置100は、第2外骨格部材としての前腕外骨格部材121と、第2歯車部材123と、ベルト部材127,128とを備えている。さらに、関節運動アシスト装置100は、第1連接部材としての第1アーム部材141と、第2連接部材としての第2アーム部材142と、アクチュエータ150と、調整部180と、配管191,192とを備えている。   As shown in FIG. 1, the joint motion assist device 100 includes an upper arm exoskeleton member 111 as a part of the first exoskeleton member, a connection member 112 as a part of the first exoskeleton member, and a first gear. A member 113 and belt members 117 and 118 are provided. In addition, the joint motion assist device 100 includes a forearm exoskeleton member 121 as a second exoskeleton member, a second gear member 123, and belt members 127 and 128. Further, the joint motion assist device 100 includes a first arm member 141 as a first connecting member, a second arm member 142 as a second connecting member, an actuator 150, an adjustment unit 180, and pipes 191 and 192. I have.

上記の上腕外骨格部材111は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。この上腕外骨格部材111は、右上腕部が肘関節から延びる方向に沿って、右上腕部の右側(−Y方向側)に配置され、布製のベルト部材117,118により右上腕部に固定される。   The upper arm exoskeleton member 111 is, for example, a long plate-shaped steel member. The upper arm exoskeleton member 111 is disposed on the right side (−Y direction side) of the upper right arm along the direction in which the upper right arm extends from the elbow joint, and is fixed to the upper right arm by cloth belt members 117 and 118. The

上記の接続部材112は、例えば、鋼鉄製の部材であり、図2に示されるように、XY平面視で、L字状に成形加工されたL字状部材112Lと、U字状に成形加工されたU字状部材112Uとから構成されている。そして、L字状部材112LとU字状部材112Uとを不図示のネジ止め等で固定することで、接続部材112が形成されるようになっている。ここで、図2では、アクチュエータ150のシリンダ軸がZ軸と平行となっている場合の状態が示されている。 The connecting member 112 is, for example, a steel member, and as shown in FIG. 2, an L-shaped member 112 L molded into an L shape and a U shape in an XY plan view. It is composed of a processed U-shaped member 112 U. Then, the connection member 112 is formed by fixing the L-shaped member 112 L and the U-shaped member 112 U with screws (not shown) or the like. Here, FIG. 2 shows a state where the cylinder axis of the actuator 150 is parallel to the Z axis.

上記のL字状部材112Lは、上腕外骨格部材111の−X方向側において、上腕外骨格部材111に固定的に接続されている。また、上記のU字状部材112UにおけるY方向に垂直な2つの平板部には、それぞれ、アクチュエータ150(より詳しくは、後述するシリンダ151)を係止するための挿入穴が成形加工されている。そして、U字状部材112Uは、アクチュエータ150をU字形に取り囲み、2つの挿入穴を利用して後述するシリンダ151に着脱可能に取り付けられる突起部JTS1,JTS2を挿入し、肘関節の回動方向と略平行な方向で、アクチュエータ150を回動可能に係止している。 The L-shaped member 112 L is fixedly connected to the brachial exoskeleton member 111 on the −X direction side of the brachial exoskeleton member 111. Furthermore, the two flat plate portions perpendicular to the Y direction in the U-shaped member 112 U, respectively, the actuator 150 (more specifically, the cylinder 151 to be described later) is inserted hole for locking the being molded Yes. The U-shaped member 112 U surrounds the actuator 150 in a U-shape, and inserts protrusions JTS 1 and JTS 2 that are detachably attached to a cylinder 151 (described later) using two insertion holes. The actuator 150 is rotatably locked in a direction substantially parallel to the rotation direction.

図1に戻り、上記の第1歯車部材113は、本実施形態では、軸部材AX1を中心軸とする円柱形状の鋼鉄製の部材である。第1歯車部材113は、上腕外骨格部材111の肘関節側端部の−Y方向側に固定的に接続されている。そして、第1歯車部材113の外周部には、歯すじが軸に平行な歯部が形成されている。ここで、軸部材AX1の軸方向は、肘関節の回動運動の回動軸と略平行となるY軸方向と平行になっている。   Returning to FIG. 1, the first gear member 113 is a columnar steel member having the shaft member AX1 as a central axis in the present embodiment. The first gear member 113 is fixedly connected to the −Y direction side of the elbow joint side end of the upper arm exoskeleton member 111. Further, a tooth portion having a tooth line parallel to the shaft is formed on the outer peripheral portion of the first gear member 113. Here, the axial direction of the shaft member AX1 is parallel to the Y-axis direction which is substantially parallel to the rotational axis of the rotational motion of the elbow joint.

上記の前腕外骨格部材121は、例えば、鋼鉄製の部材であり、図3(A),(B)により総合的に示されるように、長板状の長板状外骨格部材1211と、前腕保持部材1212とから構成されている。そして、長板状外骨格部材1211と前腕保持部材1212とを不図示のネジ止め等で固定することで、前腕外骨格部材121が形成されるようになっている。ここで、図3における座標系(U,Y,W)は、右前腕部が肘関節から延びる方向を+U方向、人体の右側から左側へと向かう方向を+Y方向、右前腕部の内側へ向かうU軸と垂直な方向を+W方向とする座標系である。そして、図3(A)には、前腕外骨格部材121のU方向視図が示され、図3(B)には、前腕外骨格部材121のW方向視図が示されている。 The forearm exoskeleton member 121 is, for example, a steel member, and as shown comprehensively in FIGS. 3A and 3B, a long plate-like long exoskeleton member 121 1 , And a forearm holding member 121 2 . Then, the forearm exoskeleton member 121 is formed by fixing the long plate-like exoskeleton member 121 1 and the forearm holding member 121 2 with screws (not shown) or the like. Here, in the coordinate system (U, Y, W) in FIG. 3, the direction in which the right forearm extends from the elbow joint is the + U direction, the direction from the right side to the left side of the human body is the + Y direction, and the direction toward the inside of the right forearm. This is a coordinate system in which the direction perpendicular to the U axis is the + W direction. 3A shows a U-direction view of the forearm exoskeleton member 121, and FIG. 3B shows a W-direction view of the forearm exoskeleton member 121.

上記の長板状外骨格部材1211は、右前腕部が肘関節から延びる方向に沿って、右前腕部の右側(−Y方向側)に配置される。また、上記の前腕保持部材1212は、右前腕部を下方側(−W方向側)から保持する。そして、前腕外骨格部材121は、布製のベルト部材127,128により右前腕部に固定される(図1参照)。 The long plate-like exoskeleton member 121 1 is disposed on the right side (−Y direction side) of the right forearm along the direction in which the right forearm extends from the elbow joint. Further, the forearm support member 121 2 above, holds the right forearm from the lower side (-W direction). The forearm exoskeleton member 121 is fixed to the right forearm portion by cloth belt members 127 and 128 (see FIG. 1).

図1に戻り、上記の第2歯車部材123は、本実施形態では、上述した第1歯車部材113と同様に、軸部材AX2を中心軸とする円柱形状の鋼鉄製の部材である。第2歯車部材123は、前腕外骨格部材121の肘関節側端部の−Y方向側に固定的に接続されている。そして、第2歯車部材123の外周部には、第1歯車部材113と噛合する歯すじが軸に平行な歯部が形成されている。   Returning to FIG. 1, in the present embodiment, the second gear member 123 is a columnar steel member having the shaft member AX2 as the central axis, similarly to the first gear member 113 described above. The second gear member 123 is fixedly connected to the −Y direction side of the elbow joint side end of the forearm exoskeleton member 121. And the tooth part which the tooth | gear which meshes with the 1st gear member 113 is parallel to an axis | shaft is formed in the outer peripheral part of the 2nd gear member 123. FIG.

ここで、軸部材AX2の軸方向は、軸部材AX1の軸方向と平行になっている。また、第1歯車部材113及び第2歯車部材123の歯数比は、後述するピストンロッド153の往復運動の行程距離、第2アーム部材142の長さ等に基づいて、上腕外骨格部材111と前腕外骨格部材121との交差角度が、肘関節の好適な可動範囲となるように設定されている。また、第1歯車部材113及び第2歯車部材123の歯数比は、関節運動をアシストするに際して、アシストされた結果として行われる関節運動が、関節運動アシスト装置100が装着された人にとって滑らかに感じられる関節運動となるようにも調整されている。   Here, the axial direction of the shaft member AX2 is parallel to the axial direction of the shaft member AX1. The gear ratio of the first gear member 113 and the second gear member 123 is based on the stroke distance of the reciprocating motion of the piston rod 153, which will be described later, the length of the second arm member 142, and the like. The crossing angle with the forearm exoskeleton member 121 is set to be within a suitable movable range of the elbow joint. Further, the gear ratio of the first gear member 113 and the second gear member 123 is such that when the joint motion is assisted, the joint motion performed as a result of the assist is smooth for the person wearing the joint motion assist device 100. It is also adjusted so that the joint movement can be felt.

上記の第1アーム部材141は、例えば、平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸に垂直となるように配設される。第1アーム部材141には、第1歯車部材113と第2歯車部材123との噛合を確保するための2つの挿入穴が成形加工されている。ここで、当該2つの挿入穴間の距離は、第1歯車部材113のピッチ円半径及び第2歯車部材123のピッチ円半径の和と等しくなっている。第1アーム部材141の一方の挿入穴には、第1歯車部材113の軸部材AX1が、第1アーム部材141が軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入され、他方の挿入穴には、第2歯車部材123の軸部材AX2が回動可能に挿入される。   The first arm member 141 is a flat steel member, for example, and is arranged to be perpendicular to the Y axis. The first arm member 141 is formed with two insertion holes for securing the engagement between the first gear member 113 and the second gear member 123. Here, the distance between the two insertion holes is equal to the sum of the pitch circle radius of the first gear member 113 and the pitch circle radius of the second gear member 123. The shaft member AX1 of the first gear member 113 is inserted into one insertion hole of the first arm member 141 so that the first arm member 141 can turn around the shaft member AX1, and the other insertion hole is inserted. The shaft member AX2 of the second gear member 123 is rotatably inserted.

上記の第2アーム部材142は、例えば、平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸に垂直となるように配設される。第2アーム部材142には、2つの挿入穴が成形加工されている。第2アーム部材142の一方の挿入穴には、第1歯車部材113の軸部材AX1が、第2アーム部材142が軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入される。また、第2アーム部材142の他方の挿入穴には、アクチュエータ150を構成する後述するピストンロッド153における下端部に設けられた突起部JTRが回動可能に挿入される。ここで、第2アーム部材142の長さは、肘関節運動のアシストをするに際して、肘関節にとって好適な回転角度及び好適なトルクとなるように設定されている。   The second arm member 142 is a flat steel member, for example, and is arranged to be perpendicular to the Y axis. Two insertion holes are formed in the second arm member 142. The shaft member AX1 of the first gear member 113 is inserted into one insertion hole of the second arm member 142 so that the second arm member 142 can rotate around the shaft member AX1. In addition, a projection JTR provided at the lower end of a piston rod 153, which will be described later, constituting the actuator 150, is rotatably inserted into the other insertion hole of the second arm member 142. Here, the length of the second arm member 142 is set so as to have a rotation angle and torque suitable for the elbow joint when assisting the elbow joint motion.

ここで、第1アーム部材141と第2アーム部材142とは固定されている。このため、第2歯車部材123とピストンロッド153における下端部とが、第1歯車部材113の中心軸の回りを回動可能となっている。   Here, the first arm member 141 and the second arm member 142 are fixed. For this reason, the second gear member 123 and the lower end portion of the piston rod 153 can rotate around the central axis of the first gear member 113.

上記のアクチュエータ150は、図1及び図4により総合的に示されるように、シリンダ151と、直動ピストン152と、ピストンロッド153とを備えている。ここで、図4には、シリンダ軸がZ軸と平行になっているときのアクチュエータ150のYZ断面図が示されている。   The actuator 150 includes a cylinder 151, a linear motion piston 152, and a piston rod 153 as comprehensively shown in FIGS. 1 and 4. Here, FIG. 4 shows a YZ sectional view of the actuator 150 when the cylinder axis is parallel to the Z axis.

上記のシリンダ151は、例えば、円筒状の部材であり、シリンダ151の長さ方向の両端部は閉塞されており、−Z方向側の一方の端部をピストンロッド153が貫通している。また、シリンダ151の−Z方向側の外側円筒面には、2つの突起部JTS1,JTS2が、Y軸と平行であり、かつ、円筒中心軸に対向する+Y方向側面、−Y方向側面に取り付けられている。そして、突起部JTS1,JTS2が、上述した接続部材112に形成加工された2つの挿入穴に挿入されることにより、シリンダ151が、肘関節の回動方向と略平行な方向で、上腕外骨格部材111に固定的に接続されている接続部材112に回動可能に取り付けられる。 The cylinder 151 is, for example, a cylindrical member. Both ends of the cylinder 151 in the length direction are closed, and the piston rod 153 passes through one end on the −Z direction side. In addition, on the outer cylindrical surface on the −Z direction side of the cylinder 151, the two protrusions JTS 1 and JTS 2 are parallel to the Y axis and face the + Y direction side surface and the −Y direction side surface facing the cylindrical center axis. Is attached. The protrusions JTS 1 and JTS 2 are inserted into the two insertion holes formed in the connecting member 112 described above, so that the cylinder 151 moves in the direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint. The connecting member 112 fixedly connected to the exoskeleton member 111 is rotatably attached.

また、シリンダ151には、シリンダ151内への空気の供給、及び、シリンダ151内からの空気の吸引を行うための第1給排気ポートPT1と第2給排気ポートPT2とが設けられている。ここで、第1給排気ポートPT1は配管191と接続され、第2給排気ポートPT2は、配管192と接続されている。また、シリンダ151内には、直動ピストン152の摺動範囲を規制するためのストッパST1,ST2が取り付けられる。このため、直動ピストン152は、ST1〜ST2の間で摺動可能となっている。   Further, the cylinder 151 is provided with a first air supply / exhaust port PT1 and a second air supply / exhaust port PT2 for supplying air into the cylinder 151 and sucking air from inside the cylinder 151. Here, the first air supply / exhaust port PT1 is connected to the pipe 191 and the second air supply / exhaust port PT2 is connected to the pipe 192. Further, stoppers ST1 and ST2 for restricting the sliding range of the direct acting piston 152 are attached in the cylinder 151. For this reason, the linear motion piston 152 is slidable between ST1 and ST2.

上記の直動ピストン152は、例えば、円柱形状の部材であり、直動ピストン152の外径は、シリンダ151の内径と略等しくなっている。直動ピストン152の外周部には、環状の弾性シール部材が取り付けられており、直動ピストン152は、シリンダ151内に対して往復摺動自在に嵌め込まれている。   The linear motion piston 152 is, for example, a cylindrical member, and the outer diameter of the linear motion piston 152 is substantially equal to the inner diameter of the cylinder 151. An annular elastic seal member is attached to the outer peripheral portion of the linear motion piston 152, and the linear motion piston 152 is fitted in the cylinder 151 so as to be slidable back and forth.

こうして直動ピストン152がシリンダ151内に嵌め込まれることで、シリンダ151の内部空間は、第1シリンダ室SR1と第2シリンダ室SR2とに仕切られている。ここで、第1シリンダ室SR1には、上述した第1給排気ポートPT1が設けられている。また、第2シリンダ室SR2には、上述した第2給排気ポートPT2が設けられている。   Thus, the linear piston 152 is fitted in the cylinder 151, whereby the internal space of the cylinder 151 is partitioned into a first cylinder chamber SR1 and a second cylinder chamber SR2. Here, the first cylinder chamber SR1 is provided with the first supply / exhaust port PT1 described above. The second cylinder chamber SR2 is provided with the above-described second supply / exhaust port PT2.

上記のピストンロッド153は、例えば、円柱形状の部材であり、ピストンロッド153の外径は、シリンダ151の外径より小さくなっている。ピストンロッド153における一方の端部は、直動ピストン152の往復運動方向の一端部に連結されており、ピストンロッド153は、シリンダ151を貫通している。また、ピストンロッド153における他方の端部の−Y方向側には、第2アーム部材142の他方の挿入穴に挿入される突起部JTRが、取り付けられている。   The piston rod 153 is, for example, a cylindrical member, and the outer diameter of the piston rod 153 is smaller than the outer diameter of the cylinder 151. One end of the piston rod 153 is connected to one end of the linear motion piston 152 in the reciprocating direction, and the piston rod 153 passes through the cylinder 151. In addition, a protrusion JTR to be inserted into the other insertion hole of the second arm member 142 is attached to the −Y direction side of the other end of the piston rod 153.

上記の調整部180は、配管191を介して、シリンダ151における第1シリンダ室SR1と連通している。また、調整部180は、配管192を介して第2シリンダ室SR2と連通している。そして、調整部180は、配管191を通じて、第1シリンダ室SR1への空気の供給、及び、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引を行うとともに、配管192を通じて、第2シリンダ室SR2への空気の供給、及び、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引を行うことで、シリンダ151内における直動ピストン152の行程を調整する。   The adjusting unit 180 communicates with the first cylinder chamber SR1 in the cylinder 151 through the pipe 191. The adjustment unit 180 is in communication with the second cylinder chamber SR2 through the pipe 192. The adjusting unit 180 supplies air to the first cylinder chamber SR1 through the pipe 191 and sucks air from the first cylinder chamber SR1, and also supplies air to the second cylinder chamber SR2 through the pipe 192. And the suction of the air from the second cylinder chamber SR2 adjust the stroke of the direct acting piston 152 in the cylinder 151.

かかる機能を有する調整部180は、図5に示されるように、加圧ポンプ181と、減圧ポンプ182と、電気−空気圧制御弁183と、制御部184と、配管185,186とを備えている。   As shown in FIG. 5, the adjustment unit 180 having such a function includes a pressurization pump 181, a decompression pump 182, an electro-pneumatic control valve 183, a control unit 184, and pipes 185 and 186. .

上記の加圧ポンプ181は、配管185を介して、電気−空気圧制御弁183の一方の入口側と接続されている。この加圧ポンプ181は、シリンダ151内への空気の供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ182は、配管186を介して、電気−空気圧制御弁183の他方の入口側と接続されている。この減圧ポンプ182は、シリンダ151内からの空気の吸引を行う際に、利用される。   The pressurizing pump 181 is connected to one inlet side of the electro-pneumatic control valve 183 via a pipe 185. The pressurizing pump 181 is used when air is supplied into the cylinder 151. The decompression pump 182 is connected to the other inlet side of the electro-pneumatic control valve 183 through a pipe 186. The decompression pump 182 is used when air is sucked from the cylinder 151.

上記の電気−空気圧制御弁183は、流路切換4方向弁と、圧力制御弁(比例ソレノイド)とを備えて構成されている。この流路切換4方向弁の入口側の一方が加圧ポンプ181に接続されているとともに、入口側の他方が減圧ポンプ182に接続されている。   The electro-pneumatic control valve 183 includes a flow path switching four-way valve and a pressure control valve (proportional solenoid). One side of the inlet side of the flow path switching four-way valve is connected to the pressurizing pump 181, and the other side of the inlet side is connected to the pressure reducing pump 182.

そして、流路切換4方向弁は、制御部184による制御のもとで、第1シリンダ室SR1への空気の供給を行うとともに、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引を行う際には、加圧ポンプ181と接続されている配管185と、配管191とを接続して流路を形成するとともに、減圧ポンプ182と接続されている配管186と、配管192とを接続して流路を形成する。また、流路切換4方向弁は、制御部184による制御のもとで、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引を行うとともに、第2シリンダ室SR2への空気の供給を行う際には、減圧ポンプ182と接続されている配管186と、配管191とを接続して流路を形成するとともに、加圧ポンプ181と接続されている配管185と、配管192とを接続して流路を形成する。   The flow path switching four-way valve supplies air to the first cylinder chamber SR1 and controls air suction from the second cylinder chamber SR2 under the control of the control unit 184. A pipe 185 connected to the pressure pump 181 and the pipe 191 are connected to form a flow path, and a pipe 186 connected to the decompression pump 182 and the pipe 192 are connected to form a flow path. To do. In addition, the flow path switching four-way valve sucks air from the first cylinder chamber SR1 and supplies air to the second cylinder chamber SR2 under the control of the control unit 184. A pipe 186 connected to the decompression pump 182 and the pipe 191 are connected to form a flow path, and a pipe 185 connected to the pressure pump 181 and the pipe 192 are connected to form a flow path. To do.

また、圧力制御弁は、制御部184による制御のもとで、配管191及び配管192の空気圧力を制御し、シリンダ151における第1シリンダ室SR1内の空気圧力と第2シリンダ室SR2内の空気圧力との差圧を変化させる。   The pressure control valve controls the air pressure in the pipe 191 and the pipe 192 under the control of the control unit 184, and the air pressure in the first cylinder chamber SR1 and the air in the second cylinder chamber SR2 in the cylinder 151 are controlled. Change the pressure difference from the pressure.

上記の制御部184は、第1及び第2シリンダ室SR1,SR2内の空気の供給/吸引の切り換え、及び、圧力調整を行うことで、直動ピストン152のプッシュ・プル制御を実行する。かかる制御は、実験、シミュレーション、経験等を加味した関節を駆動する筋力に関する生体情報に基づいて行われるようになっている。ここで、関節を駆動する筋力に関する生体情報は、不図示の検出部が、筋電図、筋肉の硬さ等を検出することで、取得するようにすることができる。   The control unit 184 performs push-pull control of the direct acting piston 152 by switching the supply / suction of air in the first and second cylinder chambers SR1, SR2 and adjusting the pressure. Such control is performed on the basis of biological information regarding muscle strength that drives a joint taking into account experiments, simulations, experiences, and the like. Here, the biological information related to the muscle force for driving the joint can be obtained by a detection unit (not shown) detecting an electromyogram, muscle hardness, and the like.

[動作]
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置100の動作、すなわち、肘関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作を説明する。
[Operation]
The operation of the joint motion assist device 100 configured as described above, that is, the joint motion assist operation using the elbow joint mechanism will be described.

なお、関節運動アシスト装置100では、当初においては、調整部180によるシリンダ151内の空気圧調整は行われていないものとする。また、当初においては、図1及び図6(A)に示されるように、肘関節は、伸展状態にあるものとする。   In the joint motion assist device 100, initially, the adjustment of the air pressure in the cylinder 151 by the adjustment unit 180 is not performed. Initially, as shown in FIGS. 1 and 6A, the elbow joint is assumed to be in the extended state.

ここで、図6(A),(B)に示される関節運動アシスト装置100では、調整部180、配管191,192、ベルト部材117,118,127,128、及び、人体の腕部位等の図示を省略している。   Here, in the joint motion assisting apparatus 100 shown in FIGS. 6A and 6B, the adjustment unit 180, the pipes 191, 192, the belt members 117, 118, 127, 128, the arm parts of the human body, and the like are illustrated. Is omitted.

この関節運動のアシスト動作は、肘関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、制御部184が、第1シリンダ室SR1への空気の供給を行うとともに、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引を行うための制御を行う。   In this joint motion assist operation, when the elbow joint is changed from the extended state to the bent state, the control unit 184 supplies air to the first cylinder chamber SR1 and also supplies air from the second cylinder chamber SR2. Control to perform suction.

調整部180により、配管191を通じて、第1シリンダ室SR1への空気の供給が行われるとともに、配管192を通じて、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引が行われると、シリンダ151内の直動ピストン152が、−Z方向へ摺動する(図4参照)。この直動ピストンの−Z方向への摺動に伴い、直動ピストン152に連結されているピストンロッド153が−Z方向へ移動し、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が伸長する行程となる(以下、単に「ピストンロッドの伸長行程」とも記す)。   When the adjustment unit 180 supplies air to the first cylinder chamber SR1 through the pipe 191 and sucks air from the second cylinder chamber SR2 through the pipe 192, the direct acting piston in the cylinder 151 is provided. 152 slides in the −Z direction (see FIG. 4). As the linear motion piston slides in the −Z direction, the piston rod 153 connected to the linear motion piston 152 moves in the −Z direction, and the projecting portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 extends. (Hereinafter, also simply referred to as “the extension stroke of the piston rod”).

ピストンロッド153の伸長行程において、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が伸長したときの関節運動アシスト装置100の状態が、図6(B)に示されている。図6(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド153の伸長行程により、ピストンロッド153の下端部が、第1歯車部材113の中心軸の回りを、+Y方向を視線方向としたXZ平面視で反時計回り(以下、単に「反時計回り」とも記す)に回転する。   FIG. 6B shows a state of the joint motion assisting device 100 when the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 is extended in the extension stroke of the piston rod 153. As shown in FIGS. 6A and 6B, due to the extension stroke of the piston rod 153, the lower end portion of the piston rod 153 moves around the central axis of the first gear member 113, and the + Y direction is the line-of-sight direction. Rotate counterclockwise (hereinafter also simply referred to as “counterclockwise”) in the XZ plan view.

このとき、接続部材112に肘関節の回動方向と略平行な方向で回動可能に取り付けられているシリンダ151は、突起部JTS1,JTS2を軸として、反時計回りに回転する。この結果、ピストンロッド153の伸長行程前と伸長行程後とにおいて、シリンダ軸SAXとZ軸とのなす角度が、例えば、角度θC(図6(A)参照)から角度θE(>θC) (図6(B)参照)に変化する。 At this time, the cylinder 151 attached to the connecting member 112 so as to be rotatable in a direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint rotates counterclockwise around the protrusions JTS 1 and JTS 2 . As a result, before and after the extension stroke of the piston rod 153, the angle formed between the cylinder axis SAX and the Z axis is, for example, from the angle θ C (see FIG. 6A) to the angle θ E (> θ C ) (See FIG. 6B).

ピストンロッド153の下端部が、反時計回りに回転すると、第1及び第2アーム部材141,142を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、反時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123における第1歯車部材113との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材123が、反時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として反時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、反時計回りに回転する。この結果、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が狭まり、肘関節は伸展状態から屈曲状態になる。   When the lower end portion of the piston rod 153 rotates counterclockwise, the second gear member 123 is counteracted to the second gear member 123 via the first and second arm members 141 and 142 in a direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint. A turning force for rotating clockwise is applied. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the meshing position of the second gear member 123 with the first gear member 113 changes, and the second gear member 123 rotates counterclockwise. However, it revolves counterclockwise about the central axis of the first gear member 113. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates counterclockwise. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm part and the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm part are narrowed, and the elbow joint is changed from the extended state to the bent state.

また、肘関節が屈曲状態であるとき(図6(B)参照)に、肘関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、制御部184が、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引を行うとともに、第2シリンダ室SR2への空気の供給を行うための制御を行う。   When the elbow joint is in the bent state (see FIG. 6B), the control unit 184 sucks air from the first cylinder chamber SR1 when the elbow joint is changed from the bent state to the extended state. And performing control for supplying air to the second cylinder chamber SR2.

かかる制御のもとで、配管191を通じて、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引が行われるとともに、配管192を通じて、第2シリンダ室SR2への空気の供給が行われると、シリンダ151内の直動ピストン152が、+Z方向へ摺動する(図4参照)。この直動ピストンの+Z方向への摺動に伴い、直動ピストン152に連結されているピストンロッド153が+Z方向へ移動し、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が収縮する行程となる(以下、単に「ピストンロッドの収縮行程」とも記す)。   Under such control, when air is sucked from the first cylinder chamber SR1 through the pipe 191 and air is supplied to the second cylinder chamber SR2 through the pipe 192, the air in the cylinder 151 is directly connected. The moving piston 152 slides in the + Z direction (see FIG. 4). As the linear motion piston slides in the + Z direction, the piston rod 153 connected to the linear motion piston 152 moves in the + Z direction, and the projecting portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 contracts (see FIG. Hereinafter, it is also simply referred to as “piston rod contraction process”).

ピストンロッド153の収縮行程において、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が収縮したときの関節運動アシスト装置100の状態が、図6(A)に示されている。図6(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド153の収縮行程により、ピストンロッド153の下端部が、第1歯車部材113の中心軸の回りを、+Y方向を視線方向としたXZ平面視で時計回り(以下、単に「時計回り」とも記す)に回転する。このとき、接続部材112に係止されているシリンダ151は、突起部JTS1,JTS2を軸として、時計回りに回転する。この結果、ピストンロッド153の収縮行程前と収縮行程後とにおいて、シリンダ軸SAXとZ軸とのなす角度が、例えば、角度θE(図6(B)参照)から角度θC(図6(A)参照)に変化する。 FIG. 6A shows a state of the joint motion assisting device 100 when the projecting portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 contracts during the contraction stroke of the piston rod 153. As shown in FIGS. 6A and 6B, due to the contraction stroke of the piston rod 153, the lower end portion of the piston rod 153 rotates around the central axis of the first gear member 113, and the + Y direction is the line-of-sight direction. Rotate clockwise in the XZ plan view (hereinafter also simply referred to as “clockwise”). At this time, the cylinder 151 locked to the connecting member 112 rotates clockwise around the protrusions JTS 1 and JTS 2 . As a result, before and after the contraction stroke of the piston rod 153, the angle formed between the cylinder axis SAX and the Z axis is, for example, from the angle θ E (see FIG. 6B) to the angle θ C (see FIG. A) see).

ピストンロッド153の下端部が、時計回りに回転すると、第1及び第2アーム部材141,142を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123における第1歯車部材113との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材123が、時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、時計回りに回転する。この結果、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が広がり、肘関節は屈曲状態から伸展状態になる。   When the lower end of the piston rod 153 rotates clockwise, the second gear member 123 is rotated clockwise through the first and second arm members 141 and 142 in a direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint. Rotation power for rotating is applied. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the meshing position of the second gear member 123 with the first gear member 113 changes, and the second gear member 123 rotates in the clockwise direction. The first gear member 113 revolves clockwise around the central axis of the first gear member 113. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates in the clockwise direction. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm part intersects the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm part widens, and the elbow joint changes from the bent state to the extended state.

以上説明したように、本実施形態では、調整部180により、第1シリンダ室SR1への空気の供給が行われるとともに、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引が行われると、シリンダ151内の直動ピストン152が、−Z方向へ摺動する。この直動ピストンの−Z方向への摺動に伴い、ピストンロッド153が−Z方向へ移動するピストンロッド153の伸長行程となる。   As described above, in the present embodiment, when the adjustment unit 180 supplies air to the first cylinder chamber SR1 and sucks air from the second cylinder chamber SR2, The linear motion piston 152 slides in the −Z direction. As the linear motion piston slides in the −Z direction, the piston rod 153 moves in the −Z direction, which is an extension stroke of the piston rod 153.

ピストンロッド153の伸長行程により、ピストンロッド153の下端部が、第1歯車部材113の中心軸の回りを、反時計回りに回転すると、第1及び第2アーム部材141,142を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、反時計回りの回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123における第1歯車部材113との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材123が、反時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として反時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、反時計回りに回転する。この結果、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が狭まり、肘関節は伸展状態から屈曲状態になる。   When the lower end of the piston rod 153 rotates counterclockwise around the central axis of the first gear member 113 by the extension stroke of the piston rod 153, the first and second arm members 141 and 142 are used to A counterclockwise turning force is applied to the two gear member 123 in a direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the meshing position of the second gear member 123 with the first gear member 113 changes, and the second gear member 123 rotates counterclockwise. However, it revolves counterclockwise about the central axis of the first gear member 113. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates counterclockwise. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm part and the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm part are narrowed, and the elbow joint is changed from the extended state to the bent state.

また、調整部180により、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引が行われるとともに、第2シリンダ室SR2への空気の供給が行われると、シリンダ151内の直動ピストン152が、+Z方向へ摺動する。この直動ピストンの+Z方向への摺動に伴い、ピストンロッド153が+Z方向へ移動するピストンロッド153の収縮行程となる。   Further, when air is sucked from the first cylinder chamber SR1 by the adjusting unit 180 and air is supplied to the second cylinder chamber SR2, the linear motion piston 152 in the cylinder 151 moves in the + Z direction. Slide. As the linear piston slides in the + Z direction, the piston rod 153 moves in the + Z direction, resulting in a contraction stroke of the piston rod 153.

ピストンロッド153の収縮行程により、ピストンロッド153の下端部が、第1歯車部材113の中心軸の回りを、時計回りに回転すると、第1及び第2アーム部材141,142を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、時計回りの回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123における第1歯車部材113との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材123が、時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、時計回りに回転する。この結果、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が広がり、肘関節は屈曲状態から伸展状態になる。   When the lower end of the piston rod 153 rotates clockwise around the central axis of the first gear member 113 due to the contraction stroke of the piston rod 153, the second end is provided via the first and second arm members 141 and 142. A clockwise turning force is applied to the gear member 123 in a direction substantially parallel to the rotation direction of the elbow joint. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the meshing position of the second gear member 123 with the first gear member 113 changes, and the second gear member 123 rotates in the clockwise direction. The first gear member 113 revolves clockwise around the central axis of the first gear member 113. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates in the clockwise direction. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm part intersects the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm part widens, and the elbow joint changes from the bent state to the extended state.

したがって、本実施形態によれば、構造がコンパクトであるとともに、肘関節の関節運動を適切にアシストすることができる。   Therefore, according to the present embodiment, the structure is compact and the joint motion of the elbow joint can be assisted appropriately.

[実施形態の変形]
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
[Modification of Embodiment]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications are possible.

例えば、上記の実施形態では、人体の肘関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置としたが、例えば、股関節の運動をアシストする装置であってもよい。   For example, in the above embodiment, the joint motion assist device that assists the joint motion performed using the mechanism of the elbow joint of the human body is used. However, for example, the device may assist the hip joint motion.

<第1変形例>
第1変形例に係る股関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置について、図7及び図8を主に参照して説明する。
<First Modification>
A joint motion assist device that assists joint motion performed using the hip joint mechanism according to the first modification will be described with reference mainly to FIGS. 7 and 8.

《構成》
図7には、第1変形例に係る関節運動アシスト装置200の外観図が示されている。この図7は、人体の腰部及び大腿部に装着される関節運動アシスト装置200を、股関節が伸展状態にあるときの人体の右側から眺めた外観図(XZ平面視図)である。
"Constitution"
FIG. 7 shows an external view of the joint motion assisting apparatus 200 according to the first modification. FIG. 7 is an external view (XZ plan view) of the joint motion assisting device 200 attached to the lumbar region and thigh of the human body as viewed from the right side of the human body when the hip joint is in the extended state.

ここで、図7における座標系(X,Y,Z)は、関節運動アシスト装置200が人体に装着された場合に、人体の正面方向を+X方向、人体の右側から左側へと向かう方向を+Y方向、腰部から背部へと向かう方向を+Z方向とする座標系である。このため、当該座標系(X,Y,Z)では、Y軸方向と股関節の回動運動の回動軸方向とが略平行となっている。   Here, the coordinate system (X, Y, Z) in FIG. 7 indicates that the front direction of the human body is + X direction and the direction from the right side to the left side of the human body is + Y when the joint motion assist device 200 is attached to the human body. This is a coordinate system in which the direction from the waist to the back is the + Z direction. For this reason, in the coordinate system (X, Y, Z), the Y-axis direction and the rotation axis direction of the rotation movement of the hip joint are substantially parallel.

図7に示されるように、関節運動アシスト装置200は、第1外骨格部材の一部としての腰外骨格部材211と、第1外骨格部材の一部としての接続部材212と、第1歯車部材213と、ベルト部材217とを備えている。また、関節運動アシスト装置200は、第2外骨格部材としての大腿外骨格部材221と、第2歯車部材223と、ベルト部材227,228とを備えている。さらに、関節運動アシスト装置200は、第1連接部材としての第1アーム部材241と、第2連接部材としての第2アーム部材242と、アクチュエータ250と、調整部280と、配管291,292とを備えている。   As shown in FIG. 7, the joint assist device 200 includes a lumbar exoskeleton member 211 as a part of the first exoskeleton member, a connection member 212 as a part of the first exoskeleton member, and a first gear. A member 213 and a belt member 217 are provided. The joint motion assist device 200 includes a thigh exoskeleton member 221 as a second exoskeleton member, a second gear member 223, and belt members 227 and 228. Further, the joint motion assist device 200 includes a first arm member 241 as a first connecting member, a second arm member 242 as a second connecting member, an actuator 250, an adjustment unit 280, and pipes 291 and 292. I have.

上記の腰外骨格部材211は、例えば、鋼鉄製の部材であり、XZ平面視で、クランク形状に成形加工されている。この腰外骨格部材211は、腰部が股関節から背部へと延びる方向に沿って、腰部の右側(−Y方向側)に配置され、布製のベルト部材217により腰部右側に固定される。   The lumbar exoskeleton member 211 is a steel member, for example, and is molded into a crank shape in the XZ plan view. The lumbar exoskeleton member 211 is disposed on the right side (−Y direction side) of the waist along the direction in which the waist extends from the hip joint to the back, and is fixed to the right side of the waist by a cloth belt member 217.

上記の接続部材212は、上述した実施形態の接続部材112と同様に、XY平面視で、L字状に成形加工されたL字状部材と、U字状に成形加工された2つの挿入穴を有するU字状部材とから構成されている(図2参照)。そして、接続部材212は、腰外骨格部材211の−X方向側において、腰外骨格部材211に固定的に接続されるとともに、アクチュエータ250をU字形に取り囲み、2つの挿入穴を利用して、股関節の回動方向と略平行な方向で、アクチュエータ250を回動可能に係止する。   Similarly to the connection member 112 of the above-described embodiment, the connection member 212 includes an L-shaped member formed into an L shape and two insertion holes formed into a U shape in an XY plan view. (See FIG. 2). The connection member 212 is fixedly connected to the lumbar exoskeleton member 211 on the −X direction side of the lumbar exoskeleton member 211, surrounds the actuator 250 in a U shape, and uses two insertion holes, The actuator 250 is rotatably locked in a direction substantially parallel to the rotation direction of the hip joint.

上記の第1歯車部材213は、上述した実施形態の第1歯車部材113と同様に構成され、腰外骨格部材211の股関節側端部の−Y方向側に固定的に接続されている。   Said 1st gear member 213 is comprised similarly to the 1st gear member 113 of embodiment mentioned above, and is fixedly connected to the -Y direction side of the hip joint side edge part of the waist exoskeleton member 211. FIG.

上記の大腿外骨格部材221は、例えば、長板状の鋼鉄製の部材である。この大腿外骨格部材221は、右大腿部が股関節から延びる方向に沿って、右大腿部の右側(−Y方向側)に配置され、布製のベルト部材227,228により右大腿部に固定される。   The thigh exoskeleton member 221 is, for example, a long plate-shaped steel member. The thigh exoskeleton member 221 is disposed on the right side (−Y direction side) of the right thigh along the direction in which the right thigh extends from the hip joint, and is attached to the right thigh by cloth belt members 227 and 228. Fixed.

上記の第2歯車部材223は、上述した実施形態の第2歯車部材123と同様に構成され、大腿外骨格部材221の股関節側端部の−Y方向側に固定的に接続されている。ここで、第1歯車部材213及び第2歯車部材223の歯数比は、後述するピストンロッド253の往復運動の行程距離、第2アーム部材242の長さ等に基づいて、腰外骨格部材211と大腿外骨格部材221との交差角度が、股関節の好適な可動範囲となるように設定されている。   The second gear member 223 is configured in the same manner as the second gear member 123 of the above-described embodiment, and is fixedly connected to the −Y direction side of the hip joint side end portion of the femoral exoskeleton member 221. Here, the ratio of the number of teeth of the first gear member 213 and the second gear member 223 is based on the stroke distance of the reciprocating motion of the piston rod 253 described later, the length of the second arm member 242, and the like. And the thigh exoskeleton member 221 are set so as to be within a suitable movable range of the hip joint.

上記の第1アーム部材241は、上述した実施形態の第1アーム部材141と同様に、2つの挿入穴が成形加工された平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸に垂直となるように配置される。この第1アーム部材241の一方の挿入穴には、第1歯車部材213の軸部材AX1が、第1アーム部材241が軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入され、他方の挿入穴には、第2歯車部材223の軸部材AX2が回動可能に挿入される。   The first arm member 241 is a plate-shaped steel member in which two insertion holes are formed, like the first arm member 141 of the embodiment described above, and is perpendicular to the Y axis. Be placed. The shaft member AX1 of the first gear member 213 is inserted into one insertion hole of the first arm member 241 so that the first arm member 241 can rotate around the shaft member AX1, and the other insertion The shaft member AX2 of the second gear member 223 is rotatably inserted into the hole.

上記の第2アーム部材242は、上述した実施形態の第2アーム部材142と同様に、2つの挿入穴が成形加工された平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸に垂直となるように配置される。この第2アーム部材242の一方の挿入穴には、第1歯車部材213の軸部材AX1が、第2アーム部材242が軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入される。また、第2アーム部材242の他方の挿入穴には、アクチュエータ250を構成するピストンロッド253における下端部に設けられた突起部JTRが回動可能に挿入される。ここで、第2アーム部材242の長さは、股関節運動のアシストをするに際して、股関節にとって好適な回転角度及び好適なトルクとなるように設定されている。   The second arm member 242 is a flat steel member formed with two insertion holes, like the second arm member 142 of the above-described embodiment, and is perpendicular to the Y axis. Be placed. The shaft member AX1 of the first gear member 213 is inserted into one insertion hole of the second arm member 242 so that the second arm member 242 can rotate around the shaft member AX1. In addition, a protrusion JTR provided at the lower end of the piston rod 253 constituting the actuator 250 is rotatably inserted into the other insertion hole of the second arm member 242. Here, the length of the second arm member 242 is set to have a rotation angle and torque suitable for the hip joint when assisting hip joint movement.

ここで、第1アーム部材241と第2アーム部材242とは固定されている。このため、第2歯車部材223とピストンロッド253における下端部とが、第1歯車部材213の中心軸の回りを回動可能となっている。   Here, the first arm member 241 and the second arm member 242 are fixed. Therefore, the second gear member 223 and the lower end portion of the piston rod 253 can rotate around the central axis of the first gear member 213.

上記のアクチュエータ250は、上述した実施形態のアクチュエータ150と同様に構成さている(図1、図4参照)。すなわち、アクチュエータ250は、シリンダ151と同様に構成されたシリンダ251と、直動ピストン152と同様に構成された直動ピストン252と、ピストンロッド153と同様に構成されたピストンロッド253とを備えている。なお、アクチュエータ250を接続部材212に回動可能に係止するための2つの突起部JTS1,JTS2は、本第1変形例では、シリンダ251の+Z方向側の外側円筒面に取り付けられている。 The actuator 250 is configured in the same manner as the actuator 150 of the above-described embodiment (see FIGS. 1 and 4). That is, the actuator 250 includes a cylinder 251 configured similarly to the cylinder 151, a linear motion piston 252 configured similar to the linear motion piston 152, and a piston rod 253 configured similar to the piston rod 153. Yes. Note that the two protrusions JTS 1 and JTS 2 for rotatably locking the actuator 250 to the connecting member 212 are attached to the outer cylindrical surface on the + Z direction side of the cylinder 251 in the first modification. Yes.

上記の調整部280は、上述した実施形態の調整部180と同様に構成さている(図1、図5参照)。すなわち、調整部280は、加圧ポンプ181と同様に構成された加圧ポンプ、減圧ポンプ182と同様に構成された減圧ポンプと、電気−空気圧制御弁183と同様に構成された電気−空気圧制御弁、制御部184と同様に構成された制御部と、配管185,186と同様に構成された配管とを備えている。   The adjusting unit 280 is configured in the same manner as the adjusting unit 180 of the above-described embodiment (see FIGS. 1 and 5). In other words, the adjustment unit 280 includes a pressurization pump configured similarly to the pressurization pump 181, a decompression pump configured similar to the decompression pump 182, and an electro-pneumatic control similar to the electro-pneumatic control valve 183. The control part comprised similarly to the valve and the control part 184, and the piping comprised similarly to the piping 185,186 are provided.

この調整部280は、配管291を介して、シリンダ251における第1シリンダ室SR1と連通している。また、調整部280は、配管292を介して第2シリンダ室SR2と連通している。そして、調整部280は、上述した実施形態の調整部180と同様に、第1及び第2シリンダ室SR1,SR2内の空気の供給/吸引の切り換え、及び、圧力調整を行うことで、直動ピストン252のプッシュ・プル制御を実行する。   The adjusting unit 280 communicates with the first cylinder chamber SR1 in the cylinder 251 through the pipe 291. In addition, the adjustment unit 280 communicates with the second cylinder chamber SR2 through the pipe 292. The adjustment unit 280 performs linear motion by switching the supply / suction of air in the first and second cylinder chambers SR1 and SR2 and adjusting the pressure, similarly to the adjustment unit 180 of the above-described embodiment. Push-pull control of the piston 252 is executed.

《動作》
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置200の動作、すなわち、股関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作に着目して説明する。
<Operation>
The operation of the joint motion assist apparatus 200 configured as described above, that is, the joint motion assist operation using the hip joint mechanism will be described.

なお、当初においては、図7及び図8(A)に示されるように、股関節は、伸展状態にあるものとする。また、図8(A),(B)に示される関節運動アシスト装置200では、調整部280、配管291,292、ベルト部材217,227,228、及び、人体の腰部、大腿部等の図示を省略している。   Initially, it is assumed that the hip joint is in an extended state, as shown in FIGS. 7 and 8A. 8A and 8B, the adjustment unit 280, the pipes 291 and 292, the belt members 217, 227, and 228, and the waist and thighs of the human body are illustrated. Is omitted.

股関節運動のアシスト動作は、股関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部280が、第1シリンダ室SR1への空気の供給を行うとともに、第2シリンダ室SR2からの空気の吸引を行う。この結果、シリンダ251内の直動ピストン252が、−Z方向へ摺動し(図4参照)、シリンダ251からのピストンロッド253の突出部分が伸長するピストンロッド253の伸長行程となる。   In the hip joint motion assist operation, when the hip joint is changed from the extended state to the bent state, the adjustment unit 280 supplies air to the first cylinder chamber SR1 and sucks air from the second cylinder chamber SR2. Do. As a result, the direct acting piston 252 in the cylinder 251 slides in the −Z direction (see FIG. 4), and an extension stroke of the piston rod 253 in which the protruding portion of the piston rod 253 from the cylinder 251 extends is obtained.

ピストンロッド253の伸長行程において、シリンダ251からのピストンロッド253の突出部分が伸長したときの関節運動アシスト装置200の状態が、図8(B)に示されている。図8(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド253の伸長行程により、ピストンロッド253の下端部が、第1歯車部材213の中心軸の回りを、+Y方向を視線方向としたXZ平面視で反時計回りに回転する。このとき、接続部材212に股関節の回動方向と略平行な方向で回動可能に取り付けられているシリンダ251は、突起部JTS1,JTS2を軸として、反時計回りに回転する。この結果、ピストンロッド253の伸長行程前と伸長行程後とにおいて、シリンダ軸SAXの方向が、例えば、Z軸に対して時計回り方向にある状態(図8(A)参照)から、Z軸に対して反時計回り方向(図8(B)参照)に変化する。 FIG. 8B shows a state of the joint motion assisting device 200 when the protruding portion of the piston rod 253 from the cylinder 251 is extended in the extension stroke of the piston rod 253. As shown in FIGS. 8A and 8B, due to the extension stroke of the piston rod 253, the lower end of the piston rod 253 moves around the central axis of the first gear member 213, and the + Y direction is the line-of-sight direction. Rotate counterclockwise in the XZ plan view. At this time, the cylinder 251 that is rotatably attached to the connecting member 212 in a direction substantially parallel to the rotational direction of the hip joint rotates counterclockwise around the protrusions JTS 1 and JTS 2 . As a result, before and after the extension stroke of the piston rod 253, the direction of the cylinder axis SAX is, for example, in the clockwise direction with respect to the Z axis (see FIG. 8 (A)), to the Z axis. On the other hand, it changes in the counterclockwise direction (see FIG. 8B).

ピストンロッド253の下端部が、反時計回りに回転すると、上述した実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、第1及び第2アーム部材241,242を介して、第2歯車部材223に、股関節の回動方向と略平行な方向で、反時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材223に当該回動力が付与されると、第2歯車部材223における第1歯車部材213との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材223が、反時計回りに自転しつつ、第1歯車部材213の中心軸を中心として反時計回りに公転する。こうして第2歯車部材223が自公転すると、第2歯車部材223に固定的に接続されている大腿外骨格部材221が、反時計回りに回転する。この結果、腰部に固定されている腰外骨格部材211と、大腿部に固定されている大腿外骨格部材221とが交差する角度が狭まり、股関節は伸展状態から屈曲状態になる。   When the lower end portion of the piston rod 253 rotates counterclockwise, the second gear member 223 is connected to the second gear member 223 via the first and second arm members 241 and 242 in the same manner as the elbow joint movement assist operation in the above-described embodiment. Rotational force for rotating counterclockwise in a direction substantially parallel to the rotation direction of the hip joint is applied. When the rotational force is applied to the second gear member 223, the meshing position of the second gear member 223 with the first gear member 213 changes, and the second gear member 223 rotates counterclockwise. However, it revolves counterclockwise around the central axis of the first gear member 213. When the second gear member 223 rotates and revolves in this way, the thigh exoskeleton member 221 fixedly connected to the second gear member 223 rotates counterclockwise. As a result, the angle at which the lumbar exoskeleton member 211 fixed to the waist and the thigh exoskeleton member 221 cross to each other narrows, and the hip joint changes from the extended state to the bent state.

また、股関節が屈曲状態であるとき(図8(B)参照)に、股関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部280が、第1シリンダ室SR1からの空気の吸引を行うとともに、第2シリンダ室SR2への空気の供給を行う。この結果、シリンダ251内の直動ピストン252が、+Z方向へ摺動し(図4参照)、シリンダ251からのピストンロッド253の突出部分が収縮するピストンロッド253の収縮行程となる。   When the hip joint is in a bent state (see FIG. 8B), when the hip joint is changed from the bent state to the extended state, the adjustment unit 280 sucks air from the first cylinder chamber SR1. Then, air is supplied to the second cylinder chamber SR2. As a result, the linear motion piston 252 in the cylinder 251 slides in the + Z direction (see FIG. 4), and the contraction stroke of the piston rod 253 in which the projecting portion of the piston rod 253 from the cylinder 251 contracts occurs.

ピストンロッド253の収縮行程において、シリンダ251からのピストンロッド253の突出部分が収縮したときの関節運動アシスト装置200の状態が、図8(A)に示されている。図8(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド253の収縮行程により、ピストンロッド253の下端部が、第1歯車部材213の中心軸の回りを、時計回りに回転する。このとき、接続部材212に股関節の回動方向と略平行な方向で回動可能に取り付けられているシリンダ251は、突起部JTS1,JTS2を軸として、時計回りに回転する。この結果、ピストンロッド253の収縮行程前と収縮行程後とにおいて、シリンダ軸SAXの方向が、例えば、Z軸に対して反時計回り方向にある状態(図8(B)参照)から、Z軸に対して時計回り方向(図(A)参照)に変化する。 FIG. 8 (A) shows a state of the joint motion assist device 200 when the protruding portion of the piston rod 253 from the cylinder 251 contracts during the contraction stroke of the piston rod 253. As shown in FIGS. 8A and 8B, the lower end portion of the piston rod 253 rotates around the central axis of the first gear member 213 in the clockwise direction by the contraction stroke of the piston rod 253. At this time, the cylinder 251 attached to the connection member 212 so as to be rotatable in a direction substantially parallel to the rotation direction of the hip joint rotates clockwise around the protrusions JTS 1 and JTS 2 . As a result, before and after the contraction stroke of the piston rod 253, the direction of the cylinder axis SAX is, for example, in a counterclockwise direction with respect to the Z axis (see FIG. 8B), from the Z axis In the clockwise direction (see FIG. 1A).

こうしてピストンロッド253の下端部が、時計回りに回転すると、上述した実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、第1及び第2アーム部材241,242を介して、第2歯車部材223に、股関節の回動方向と略平行な方向で、時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材223に当該回動力が付与されると、第2歯車部材223における第1歯車部材213との噛み合わせ位置が変化し、第2歯車部材223が、時計回りに自転しつつ、第1歯車部材213の中心軸を中心として時計回りに公転する。こうして第2歯車部材223が自公転すると、第2歯車部材223に固定的に接続されている大腿外骨格部材221が、時計回りに回転する。この結果、腰部に固定されている腰外骨格部材211と、大腿部に固定されている大腿外骨格部材221とが交差する角度が広がり、股関節は屈曲状態から伸展状態になる。   When the lower end portion of the piston rod 253 rotates clockwise in this way, the second gear member 223 is moved to the second gear member 223 via the first and second arm members 241 and 242 in the same manner as the elbow joint movement assist operation in the above-described embodiment. Rotational force for turning clockwise in a direction substantially parallel to the turning direction of the hip joint is applied. When the rotational force is applied to the second gear member 223, the meshing position of the second gear member 223 with the first gear member 213 changes, and the second gear member 223 rotates while rotating clockwise. The first gear member 213 revolves clockwise around the central axis. When the second gear member 223 rotates and revolves in this way, the thigh exoskeleton member 221 fixedly connected to the second gear member 223 rotates clockwise. As a result, the angle at which the lumbar exoskeleton member 211 fixed to the waist and the thigh exoskeleton member 221 cross to the thigh expands, and the hip joint changes from the bent state to the extended state.

したがって、股関節の運動をアシストする第1変形例によれば、構造がコンパクトであるとともに、股関節の関節運動を適切にアシストすることができる。   Therefore, according to the first modification that assists the hip joint motion, the structure is compact and the hip joint motion can be appropriately assisted.

<第2変形例>
次に、第2変形例に係る肘関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置について、図9を主に参照して説明する。
<Second Modification>
Next, a joint motion assist device for assisting joint motion performed using the elbow joint mechanism according to the second modification will be described with reference mainly to FIG.

《構成》
図9には、第2変形例に係る関節運動アシスト装置100Bの外観図が示されている。ここで、図9(A)には、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が収縮しているときの状態が示され、図9(B)には、当該突出部分が伸長しているときの状態が示されている。
"Constitution"
FIG. 9 shows an external view of a joint motion assist device 100B according to the second modification. Here, FIG. 9A shows a state when the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 is contracted, and FIG. 9B shows a state where the protruding portion is extended. The state of is shown.

図9(A),(B)に示されるように、関節運動アシスト装置100Bは、上述した実施形態の関節運動アシスト装置100(図1、図6(A),(B)参照)と比べて、シリンダ151が接続部材112に対して回動可能に取り付けられるのではなく、接続部材112に固定的に取り付けられている点、及び、第2アーム部材142に代えて第2アーム部材142Bを備える点が異なっている。以下、これらの相違点に主に着目して、説明を行う。   As shown in FIGS. 9A and 9B, the joint motion assist device 100B is compared with the joint motion assist device 100 (see FIGS. 1, 6A, and 6B) of the above-described embodiment. The cylinder 151 is not attached to the connection member 112 so as to be rotatable, but is fixedly attached to the connection member 112, and a second arm member 142B is provided instead of the second arm member 142. The point is different. Hereinafter, the description will be given mainly focusing on these differences.

なお、図9(A),(B)に示される関節運動アシスト装置100Bでは、図6(A),(B)と同様に、調整部180、配管191,192、ベルト部材117,118,127,128、及び、人体の腕部位等の図示を省略している。   In the joint motion assist device 100B shown in FIGS. 9A and 9B, the adjustment unit 180, the pipes 191 and 192, and the belt members 117, 118, and 127 are the same as in FIGS. 6A and 6B. , 128, and the arm parts of the human body are not shown.

関節運動アシスト装置100Bでは、シリンダ151の円筒中心軸に対向するシリンダ151の+Y方向側面、−Y方向側面それぞれに、ネジ穴が形成加工されている。そして、シリンダ151は、接続部材112によりU字形に取り囲まれ、接続部材112の2つの挿入穴を利用して、ネジ部材SRS1,SRS2(ネジ部材SRS2については不図示)が当該ネジ穴に挿入される。 In the joint motion assisting device 100B, screw holes are formed and processed on each of the + Y direction side surface and the −Y direction side surface of the cylinder 151 facing the cylindrical center axis of the cylinder 151. The cylinder 151 is surrounded by the connection member 112 in a U shape, and the screw members SRS 1 and SRS 2 (not shown for the screw member SRS 2 ) are screw holes using the two insertion holes of the connection member 112. Inserted into.

上記の第2アーム部材142Bは、上述した実施形態の第2アーム部材142と同様に、例えば、平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸と垂直となるように配設される。第2アーム部材142Bには、挿入穴及び収容部としての長穴LLが成形加工されている。第2アーム部材142Bの挿入穴には、第1歯車部材113の軸部材AX1が、第2アーム部材142Bが軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入される。また、第2アーム部材142の長穴LLには、ピストンロッド153における下端部に設けられた突起部JTRが長穴方向に沿って移動可能に挿入される。   The second arm member 142B is, for example, a flat steel member, and is disposed so as to be perpendicular to the Y axis, similarly to the second arm member 142 of the above-described embodiment. The second arm member 142B is formed with an insertion hole and a long hole LL as a housing portion. The shaft member AX1 of the first gear member 113 is inserted into the insertion hole of the second arm member 142B so that the second arm member 142B can rotate around the shaft member AX1. In addition, a protrusion JTR provided at the lower end of the piston rod 153 is inserted into the elongated hole LL of the second arm member 142 so as to be movable along the elongated hole direction.

《動作》
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置100Bの動作、すなわち、肘関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作に着目して説明する。
<Operation>
Description will be made by paying attention to the operation of the joint motion assisting apparatus 100B configured as described above, that is, the joint motion assist operation using the elbow joint mechanism.

なお、当初においては、図9(A)に示されるように、肘関節は、伸展状態にあるものとする。   Initially, it is assumed that the elbow joint is in an extended state as shown in FIG.

肘関節運動のアシスト動作は、肘関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部180によるシリンダ室内の空気圧調整により、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分を伸長させる。ピストンロッド153の伸長行程において、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が伸長したときの関節運動アシスト装置100Bの状態が、図9(B)に示されている。図9(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド153の伸長行程により、ピストンロッド153の下端部が、−Z方向に直線運動する。   When the elbow joint is changed from the extended state to the bent state, the elbow joint movement assist operation extends the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 by adjusting the air pressure in the cylinder chamber by the adjusting unit 180. FIG. 9B shows a state of the joint motion assisting device 100B when the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 is extended in the extension stroke of the piston rod 153. As shown in FIGS. 9A and 9B, the lower end portion of the piston rod 153 linearly moves in the −Z direction by the extension stroke of the piston rod 153.

こうしてピストンロッド153の下端部が、−Z方向に直線運動すると、当該下端部と第1歯車部材113との距離が変化しつつ、第2アーム部材142Bが、第1歯車部材113の中心軸の回りを、+Y方向を視線方向としたXZ平面視で反時計回りに回転する。このとき、第2アーム部材142Bの長穴に挿入されている突起部JTRの当該長穴における位置が変化するので、ピストンロッド153の下端部の−Z方向へ直線運動、及び、第2アーム部材142Bの回転を妨げることはない。   Thus, when the lower end portion of the piston rod 153 linearly moves in the −Z direction, the distance between the lower end portion and the first gear member 113 is changed, and the second arm member 142B is moved to the central axis of the first gear member 113. Rotate counterclockwise in the XZ plan view with the + Y direction as the viewing direction. At this time, the position of the protrusion JTR inserted in the elongated hole of the second arm member 142B in the elongated hole changes, so that the linear movement in the −Z direction of the lower end portion of the piston rod 153, and the second arm member The rotation of 142B is not hindered.

第2アーム部材142Bが、反時計回りに回転すると、上述した実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、第1アーム部材141を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、反時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123が、反時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として反時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、反時計回りに回転する。この結果、実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が狭まり、肘関節は伸展状態から屈曲状態になる。   When the second arm member 142B rotates counterclockwise, the elbow joint rotates to the second gear member 123 via the first arm member 141 in the same manner as the elbow joint motion assist operation in the above-described embodiment. A turning force for rotating counterclockwise in a direction substantially parallel to the direction is applied. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the second gear member 123 revolves counterclockwise about the central axis of the first gear member 113 while rotating counterclockwise. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates counterclockwise. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm portion and the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm portion intersect is narrowed, similar to the assist operation of the elbow joint motion in the embodiment, The elbow joint changes from the extended state to the bent state.

また、肘関節が屈曲状態であるとき(図9(B)参照)に、肘関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部180によるシリンダ室内の空気圧調整により、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分を収縮させる。   Further, when the elbow joint is in the bent state (see FIG. 9B), when the elbow joint is changed from the bent state to the extended state, the piston from the cylinder 151 is adjusted by adjusting the air pressure in the cylinder chamber by the adjusting unit 180. The protruding portion of the rod 153 is contracted.

ピストンロッド153の収縮行程において、シリンダ151からのピストンロッド153の突出部分が収縮したときの関節運動アシスト装置100Bの状態が、図9(A)に示されている。図9(A),(B)に示されるように、当該ピストンロッド153の収縮行程により、ピストンロッド153の下端部が、+Z方向に直線運動する。   FIG. 9A shows a state of the joint motion assisting device 100B when the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder 151 contracts during the contraction stroke of the piston rod 153. As shown in FIGS. 9A and 9B, the lower end portion of the piston rod 153 linearly moves in the + Z direction by the contraction stroke of the piston rod 153.

こうしてピストンロッド153の下端部が、+Z方向に直線運動すると、当該下端部と第1歯車部材113との距離が変化しつつ、第2アーム部材142Bが、第1歯車部材113の中心軸の回りを、時計回りに回転する。このとき、第2アーム部材142Bの長穴におけるピストンロッド153の下端部の位置が変化するので、ピストンロッド153の下端部の+Z方向へ直線運動、及び、第2アーム部材142Bの回転を妨げることはない。   When the lower end portion of the piston rod 153 moves linearly in the + Z direction in this way, the distance between the lower end portion and the first gear member 113 changes, and the second arm member 142B moves around the central axis of the first gear member 113. Rotate clockwise. At this time, since the position of the lower end portion of the piston rod 153 in the elongated hole of the second arm member 142B changes, linear movement in the + Z direction of the lower end portion of the piston rod 153 and rotation of the second arm member 142B are prevented. There is no.

第2アーム部材142Bが、時計回りに回転すると、上述した実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、第1アーム部材141を介して、第2歯車部材123に、肘関節の回動方向と略平行な方向で、時計回りに回動するための回動力が付与される。そして、第2歯車部材123に当該回動力が付与されると、第2歯車部材123が、時計回りに自転しつつ、第1歯車部材113の中心軸を中心として時計回りに公転する。こうして第2歯車部材123が自公転すると、第2歯車部材123に固定的に接続されている前腕外骨格部材121が、時計回りに回転する。この結果、実施形態における肘関節運動のアシスト動作と同様に、上腕部に固定されている上腕外骨格部材111と、前腕部に固定されている前腕外骨格部材121とが交差する角度が広がり、肘関節は屈曲状態から伸展状態になる。   When the second arm member 142B rotates clockwise, the rotation direction of the elbow joint is moved to the second gear member 123 via the first arm member 141 in the same manner as the assist operation of the elbow joint motion in the above-described embodiment. Is applied in order to rotate clockwise in a direction substantially parallel to the. When the rotational force is applied to the second gear member 123, the second gear member 123 revolves clockwise around the central axis of the first gear member 113 while rotating clockwise. When the second gear member 123 rotates and revolves in this way, the forearm exoskeleton member 121 fixedly connected to the second gear member 123 rotates in the clockwise direction. As a result, the angle at which the upper arm exoskeleton member 111 fixed to the upper arm portion and the forearm exoskeleton member 121 fixed to the forearm portion intersect, as in the elbow joint movement assist operation in the embodiment, The elbow joint changes from a bent state to an extended state.

したがって、肘関節の運動をアシストする第2変形例によれば、構造がコンパクトであるとともに、肘関節の関節運動を適切にアシストすることができる。   Therefore, according to the second modification for assisting the motion of the elbow joint, the structure is compact and the joint motion of the elbow joint can be appropriately assisted.

なお、上記の実施形態及び第2変形例では、人体の右肘関節の運動をアシストする関節運動アシスト装置を説明したが、左肘関節の運動をアシストする関節運動アシスト装置であってもよいことは勿論である。また、上記の第1変形例では、人体の右側股関節の運動をアシストする関節運動アシスト装置を説明したが、左側股関節の運動をアシストする関節運動アシスト装置であってもよいことも勿論である。   In the above embodiment and the second modification, the joint motion assist device that assists the motion of the right elbow joint of the human body has been described. However, the joint motion assist device that assists the motion of the left elbow joint may be used. Of course. In the first modified example, the joint motion assist device that assists the motion of the right hip joint of the human body has been described. However, it is needless to say that the joint motion assist device may assist the motion of the left hip joint.

また、実施形態に対する第1変形例への変形、すなわち、股関節の運動アシストへの採用を、第2変形例に適用することができるのは勿論である。   Of course, the modification to the first modification of the embodiment, that is, the adoption to the hip joint exercise assist can be applied to the second modification.

また、肘関節や股関節以外の例えば膝関節等の運動をアシストするに際して、本発明の関節運動アシスト装置を適用することができるのは勿論である。   Of course, the joint motion assist device of the present invention can be applied when assisting motions such as knee joints other than the elbow joint and hip joint.

上記の実施形態、第1及び第2変形例では、第1歯車部材及び第2歯車部材を、円柱形状の外周部に歯部が形成された外歯車とした。これに対して、図10(A)のY方向視図及び図10(B)のX方向視図により総合的に示されるように、軸部材AX1を中心軸とする有底円筒形状の部材の内周部に歯部が形成された内歯車を第1歯車部材113Cとし、軸部材AX2を中心軸とする円柱形状の部材の外周部に歯部が形成された外歯車を第2歯車部材123Cとするようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the first and second modified examples, the first gear member and the second gear member are external gears in which teeth are formed on a cylindrical outer peripheral portion. On the other hand, as shown in the Y direction view of FIG. 10A and the X direction view of FIG. 10B, the bottomed cylindrical member having the shaft member AX1 as the central axis is shown. An internal gear having teeth on the inner periphery is defined as the first gear member 113C, and an external gear having teeth formed on the outer periphery of the cylindrical member having the shaft member AX2 as the central axis is defined as the second gear member 123C. You may make it.

第1歯車部材113Cは、+Y方向側に底面を有しており、当該底面に軸部材AX1が取り付けられている。そして、第1歯車部材113Cは、上腕外骨格部材111の肘関節側端部の−Y方向側に固定的に接続されている。また、第2歯車部材123Cは、前腕外骨格部材121の肘関節側端部の+Y方向側に固定的に接続されている。   The first gear member 113C has a bottom surface on the + Y direction side, and the shaft member AX1 is attached to the bottom surface. The first gear member 113C is fixedly connected to the −Y direction side of the elbow joint side end of the upper arm exoskeleton member 111. The second gear member 123 </ b> C is fixedly connected to the + Y direction side of the elbow joint side end of the forearm exoskeleton member 121.

この場合には、第1歯車部材及び第2歯車部材が外歯車である場合と異なり、ピストンロッド153の収縮行程の際には、2つの外骨格部材が交差する角度が狭まり、関節は伸展状態から屈曲状態になる。また、ピストンロッド153の伸長行程の際には、2つの外骨格部材が交差する角度が広がり、関節は屈曲状態から伸展状態になる。   In this case, unlike the case where the first gear member and the second gear member are external gears, the angle at which the two exoskeleton members intersect is narrowed during the contraction stroke of the piston rod 153, and the joint is in the extended state. Will be bent. Further, during the extension stroke of the piston rod 153, the angle at which the two exoskeleton members intersect increases, and the joint changes from the bent state to the extended state.

また、第1歯車部材及び第2歯車部材として、図11(A),(B)に示されるように、軸部材AX1を中心軸とする楕円柱形状の部材の外周部に歯部が形成された外歯車を第1歯車部材113Dとし、軸部材AX2を中心軸とする楕円柱形状の部材の外周部に歯部が形成された外歯車を第2歯車部材123Dとするようにしてもよい。ここで、図11(A)には、シリンダからのピストンロッド153の突出部分が収縮しているときの状態が示され、図11(B)には、当該突出部分が伸長しているときの状態が示されている。   Further, as shown in FIGS. 11A and 11B, tooth portions are formed on the outer peripheral portion of the elliptical column-shaped member having the shaft member AX1 as the central axis as the first gear member and the second gear member. The external gear may be the first gear member 113D, and the external gear in which the tooth portion is formed on the outer periphery of the elliptical column member having the shaft member AX2 as the central axis may be the second gear member 123D. Here, FIG. 11A shows a state when the protruding portion of the piston rod 153 from the cylinder is contracted, and FIG. 11B shows a state when the protruding portion is extended. The state is shown.

この場合には、第2歯車部材123Dが、第1歯車部材113Dの回りを回転する際に、軸部材AX1,AX2間の距離が変化する。このため、当該距離の変化に対応した図11に示される構造のバネ部材SPを有する第1アーム部材141Dを採用するようにすることができる。第1アーム部材141Dは、例えば、平板状の鋼鉄製の部材であり、Y軸に垂直となるように第1及び第2歯車部材113D,123Dの−Y方向側に配置されている。この第1アーム部材141Dには、軸挿入穴と長穴LHとが形成加工されている。そして、軸挿入穴には、第1歯車部材113Dの軸部材AX1が、第1アーム部材141Dが軸部材AX1の回りを回動可能となるように挿入される。また、長穴LHには、第2歯車部材123Dの軸部材AX2が長穴方向に沿って移動可能に挿入される。   In this case, when the second gear member 123D rotates around the first gear member 113D, the distance between the shaft members AX1 and AX2 changes. For this reason, it is possible to employ the first arm member 141D having the spring member SP having the structure shown in FIG. 11 corresponding to the change in the distance. The first arm member 141D is, for example, a flat steel member, and is disposed on the −Y direction side of the first and second gear members 113D and 123D so as to be perpendicular to the Y axis. The first arm member 141D is formed with a shaft insertion hole and a long hole LH. Then, the shaft member AX1 of the first gear member 113D is inserted into the shaft insertion hole so that the first arm member 141D can rotate around the shaft member AX1. Further, the shaft member AX2 of the second gear member 123D is inserted into the elongated hole LH so as to be movable along the elongated hole direction.

そして、本変形例では、バネ部材SPの一方の端部にはリングが取り付けられ、当該リングには、軸部材AX1が回動可能に挿入される。また、バネ部材SPの他方の端部にもリングが取り付けられ、当該リングに軸部材AX2が回動可能に挿入される。この結果、軸部材AX1,AX2間の距離が変化した際にも、軸部材AX2が長穴LHの長さ方向に移動可能であるため、第1歯車部材113Dと第2歯車部材123Dとの噛合を確保することができる。   In this modification, a ring is attached to one end of the spring member SP, and the shaft member AX1 is rotatably inserted into the ring. A ring is also attached to the other end of the spring member SP, and the shaft member AX2 is rotatably inserted into the ring. As a result, even when the distance between the shaft members AX1 and AX2 changes, the shaft member AX2 can move in the length direction of the long hole LH, so that the first gear member 113D and the second gear member 123D are engaged. Can be secured.

ここで、本変形例では、第1アーム部材141Dは、第1及び第2歯車部材113D,123Dの−Y方向側に配置されるようにしたが、第1アーム部材141Dと同様に構成された第1アーム部材を、第1及び第2歯車部材113D,123Dの+Y方向側にも配置し、第1及び第2歯車部材113D,123Dそれぞれを貫く軸部材AX1及び軸部材AX2を、−Y方向側及び+Y方向側に配置された2つの第1アーム部材の軸挿入穴それぞれ及び長穴LHそれぞれに挿入するようにしてもよい。この場合には、第2アーム部材142と同様に構成された第2アーム部材を、第1歯車部材113Dの+Y方向側にも配置するとともに、ピストンロッド153における下端部の+Y方向側にも突起部JTR’を取り付ける(図12参照)。そして、第1歯車部材113Dを貫く軸部材AX1を、−Y方向側及び+Y方向側に配置された2つの第2アーム部材の一方の挿入穴それぞれに回動可能に挿入する。また、ピストンロッド153の−Y方向側に設けられた突起部JTR及び+Y方向側に設けられた突起部JTR’を、−Y方向側及び+Y方向側に配置された2つの第2アーム部材の他方の挿入穴それぞれに回動可能に挿入する。   Here, in this modification, the first arm member 141D is arranged on the −Y direction side of the first and second gear members 113D and 123D, but is configured in the same manner as the first arm member 141D. The first arm member is also arranged on the + Y direction side of the first and second gear members 113D and 123D, and the shaft member AX1 and the shaft member AX2 penetrating the first and second gear members 113D and 123D are respectively connected to the −Y direction. You may make it insert in each of the shaft insertion hole and long hole LH of two 1st arm members arrange | positioned at the side and + Y direction side. In this case, the second arm member configured in the same manner as the second arm member 142 is also arranged on the + Y direction side of the first gear member 113D, and also protrudes on the + Y direction side of the lower end portion of the piston rod 153. The part JTR ′ is attached (see FIG. 12). Then, the shaft member AX1 penetrating the first gear member 113D is rotatably inserted into each of the one insertion hole of the two second arm members arranged on the −Y direction side and the + Y direction side. Further, the protrusion JTR provided on the −Y direction side of the piston rod 153 and the protrusion JTR ′ provided on the + Y direction side are connected to the two second arm members disposed on the −Y direction side and the + Y direction side. The other insertion hole is rotatably inserted.

また、上述した第1及び第2アーム部材を、第1及び第2歯車部材の−Y方向側及び+Y方向側に配置する構成を、第2変形例に適用することもできる。   Moreover, the structure which arrange | positions the 1st and 2nd arm member mentioned above in the -Y direction side and + Y direction side of a 1st and 2nd gear member is also applicable to a 2nd modification.

なお、軸部材AX1,AX2間の距離の変化に対応するために、第1アーム部材と第2アーム部材とを一体にし、当該一体となった部材に、軸部材AX1を挿入するための軸挿入穴と、軸部材AX2を挿入するための長穴LHと、ピストンロッド153に設けられた突起部JTRを挿入するための挿入穴を形成加工する。そして、バネ部材SPにより、軸部材AX1と軸部材AX2とを、弾性的に付勢するようにしてもよい。また、軸部材AX1と軸部材AX2とを弾性的に付勢するには、バネ部材SPに代えて、ゴム部材等の他の弾性部材を採用してもよいことは勿論である。   In order to cope with the change in the distance between the shaft members AX1 and AX2, the first arm member and the second arm member are integrated, and the shaft insertion for inserting the shaft member AX1 into the integrated member is performed. A hole, a long hole LH for inserting the shaft member AX2, and an insertion hole for inserting the protrusion JTR provided in the piston rod 153 are formed and processed. Then, the shaft member AX1 and the shaft member AX2 may be elastically biased by the spring member SP. In addition, in order to elastically bias the shaft member AX1 and the shaft member AX2, other elastic members such as a rubber member may be employed instead of the spring member SP.

また、上記の実施形態及び変形例では、第1歯車部材及び第2歯車部材の外周部全体又は内周部全体に歯部が形成されることとしたが、関節の可動範囲に対応して、歯部を歯車部材の外周部の一部又は内周部の一部に形成するようにしてもよい。また、第1歯車部材のピッチ円半径と第2歯車部材のピッチ円半径とは、同一であってもよいし、異なっていてもよい。   In the above-described embodiment and modification, the tooth portion is formed on the entire outer peripheral portion or the entire inner peripheral portion of the first gear member and the second gear member. You may make it form a tooth | gear part in a part of outer peripheral part of a gear member, or a part of inner peripheral part. Further, the pitch circle radius of the first gear member and the pitch circle radius of the second gear member may be the same or different.

なお、第1歯車部材及び第2歯車部材の形状は、これらに限定されず、円柱形状、円筒形状、楕円柱形状以外の形状をした外歯車や内歯車であってもよい。また、第1歯車部材及び第2歯車部材の歯すじは、平歯車であってもよいし、例えば、歯すじが回動軸に対して斜めとなっているはすば歯車であってもよい。   The shapes of the first gear member and the second gear member are not limited to these, and may be an external gear or an internal gear having a shape other than a columnar shape, a cylindrical shape, or an elliptical column shape. Further, the spurs of the first gear member and the second gear member may be spur gears, for example, helical gears in which the tooth streaks are inclined with respect to the rotation axis. .

また、上記の実施形態及び変形例では、第1及び第2歯車部材を鋼鉄製としたが、当該部材の素材を、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を含む繊維強化プラスチック等の軽量かつ強度のある素材であってもよいことは勿論である。   Moreover, in said embodiment and modification, although the 1st and 2nd gear member was made from steel, the material of the said member is lightweight and strong, such as fiber reinforced plastics including glass fiber or carbon fiber, for example. Of course, it may be a material.

また、上記の実施形態及び変形例では、第1及び第2アーム部材、上腕外骨格部材、前腕外骨格部材、腰外骨格部材、大腿外骨格部材、並びに、接続部材を鋼鉄製としたが、当該部材の素材を、例えば、ガラス繊維や炭素繊維を含む繊維強化プラスチック、天然素材である竹等の軽量かつ強度のある素材であってもよいことは勿論である。   In the above-described embodiment and modification, the first and second arm members, the upper arm exoskeleton member, the forearm exoskeleton member, the lumbar exoskeleton member, the thigh exoskeleton member, and the connection member are made of steel. Of course, the material of the member may be a lightweight and strong material such as fiber reinforced plastic including glass fiber or carbon fiber, or bamboo which is a natural material.

また、上記の実施形態及び変形例では、連接部材として第1アーム部材と第2アーム部材とを備えることとしたが、当該第1アーム部材と第2アーム部材とを一体にした連接部材を採用するようにしてもよい。   In the embodiment and the modification described above, the first arm member and the second arm member are provided as the connecting members, but a connecting member in which the first arm member and the second arm member are integrated is adopted. You may make it do.

また、上記の実施形態及び変形例では、関節運動アシスト装置を人体の部位に装着するために、布製のベルト部材を利用したが、金属ベルト、プラスチックベルト、又は、針金を利用して、関節運動アシスト装置を人体の部位に装着するようにしてもよい。   Further, in the above-described embodiments and modifications, a cloth belt member is used to attach the joint motion assist device to a human body part. However, joint motion using a metal belt, a plastic belt, or a wire is used. The assist device may be attached to a part of the human body.

また、上記の実施形態及び変形例では、調整部は、加圧ポンプ、減圧ポンプ、電気−空気圧制御弁、制御部等を備える構成としたが(図4参照)、他の構成であってもよい。例えば、ロータリベーン型のエアポンプと、制御部等と備える構成とすることができる。この場合には、制御部による制御のもとで、エアポンプが、シリンダ室への空気の供給、及び、シリンダ室からの空気の吸引を行うことになる。   In the above-described embodiment and modification, the adjustment unit includes a pressurization pump, a decompression pump, an electro-pneumatic control valve, a control unit, and the like (see FIG. 4). Good. For example, it can be set as the structure provided with a rotary vane type air pump, a control part, etc. In this case, the air pump supplies air to the cylinder chamber and sucks air from the cylinder chamber under the control of the control unit.

また、調整部の構成としては、シリンダ室への空気の供給、及び、シリンダ室からの空気の吸引を行うことのできる手動式のものであってもよい。また、調整部は、直動ピストンにより仕切られた一方のシリンダ室への空気の供給を行い、他方のシリンダ室内の空気を外気に排出することにより、両シリンダ室の差圧を制御するものであってもよい。   Moreover, as a structure of an adjustment part, the manual type which can supply the air to a cylinder chamber and can attract | suck the air from a cylinder chamber may be used. The adjusting unit controls the differential pressure between the two cylinder chambers by supplying air to one cylinder chamber partitioned by the direct acting piston and discharging the air in the other cylinder chamber to the outside air. There may be.

また、上記の実施形態では、関節を駆動する筋肉に関する生体情報を、筋電図、筋肉の硬さ等の生体信号としたが、利用者の脳波を当該生体情報として採用するようにしてもよい。   In the above embodiment, the biological information related to the muscle that drives the joint is a biological signal such as an electromyogram or muscle hardness. However, the user's brain wave may be used as the biological information. .

また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、水や油等の液体であってもよい。   In the joint motion assist device of the present invention, the working fluid is air, but it may be liquid such as water or oil.

本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、介護者がパワーアシスト用の装置として装着するだけでなく、力が弱っている被介護者がパワーアシスト用又はリハビリテーション用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で重量物を持ち上げる等の場合のパワーアシスト装置としても利用することができる。   When used in the field of care and welfare, the joint motion assist device of the present invention is not only worn by a caregiver as a power assist device, but is also used by a care recipient who is weak in power assist or rehabilitation. It can also be used as a device for use. Further, the joint motion assist device of the present invention can also be used as a power assist device for lifting heavy objects outside the fields of care and welfare.

また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の外骨格形の哺乳類、外骨格形のロボット等の所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置にも本発明を適用することができる。   In the above-described embodiment, the present invention is applied to the joint motion assist device that assists the joint motion of the human body. However, a predetermined target such as an exoskeleton mammal other than the human body having a joint mechanism, an exoskeleton robot, or the like. The present invention can also be applied to a joint motion assist device that assists joint motion of an object.

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置は、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用することができる。

As described above, the joint motion assist device of the present invention can be applied to a joint motion assist device that assists joint motion of a human body .

100,100B,200…関節運動アシスト装置、111…上腕外骨格部材(第1外骨格部材の一部)、112…接続部材(第1外骨格部材の一部)、112L…L字状部材、112U…U字状部材、113,113C,113D…第1歯車部材、117,118…ベルト部材、121…前腕外骨格部材(第2外骨格部材)、1211…長板状外骨格部材、1212…前腕保持部材、123,123C,123D…第2歯車部材、127,128…ベルト部材、141,141D…第1アーム部材(第1連接部材)、142,142B…第2アーム部材(第2連接部材)、150…アクチュエータ、151…シリンダ、152…直動ピストン、153…ピストンロッド、180…調整部、181…加圧ポンプ、182…減圧ポンプ、183…電気−空気圧制御弁、184…制御部、185,186…配管、191,192…配管、211…腰外骨格部材(第1外骨格部材の一部)、212…接続部材(第1外骨格部材の一部)、213…第1歯車部材、217…ベルト部材、221…大腿外骨格部材(第2外骨格部材)、223…第2歯車部材、227,228…ベルト部材、241…第1アーム部材(第1連接部材)、242…第2アーム部材(第2連接部材)、250…アクチュエータ、251…シリンダ、252…直動ピストン、253…ピストンロッド、280…調整部、291,292…配管、AX1,AX2…軸部材、JTS1,JTS2,JTR,JTR’…突起部、LH…長穴、LL…長穴(収容部)、PT1…第1給排気ポート、PT2…第2給排気ポート、SP…バネ部材、SR1…第1シリンダ室、SR2…第2シリンダ室、SRS1…ネジ部材、ST1,ST2…ストッパ。 100 and 100B, 200 ... articulation assist device, 111 ... (a portion of the first outer frame member) upper arm exoskeleton member, 112 ... connecting member (a portion of the first outer frame member), 112 L ... L-shaped member , 112 U ... U-shaped member, 113, 113C, 113D ... first gear member, 117, 118 ... belt member, 121 ... forearm exoskeleton member (second exoskeleton member), 121 1 ... long plate-like exoskeleton member 121 2 ... forearm holding member, 123, 123C, 123D ... second gear member, 127, 128 ... belt member, 141, 141D ... first arm member (first connecting member), 142, 142B ... second arm member ( (Second connecting member), 150 ... actuator, 151 ... cylinder, 152 ... linear motion piston, 153 ... piston rod, 180 ... adjusting unit, 181 ... pressure pump, 182 ... pressure reduction pump, 183 Electro-pneumatic control valve, 184 ... control unit, 185, 186 ... piping, 191, 192 ... piping, 211 ... waist exoskeleton member (part of first exoskeleton member), 212 ... connecting member (first exoskeleton member) 213 ... first gear member, 217 ... belt member, 221 ... femoral exoskeleton member (second exoskeleton member), 223 ... second gear member, 227,228 ... belt member, 241 ... first arm Member (first connecting member), 242 ... second arm member (second connecting member), 250 ... actuator, 251 ... cylinder, 252 ... direct acting piston, 253 ... piston rod, 280 ... adjusting unit, 291,292 ... piping , AX1, AX2 ... shaft member, JTS 1, JTS 2, JTR , JTR '... protrusion, LH ... elongated hole, LL ... elongated hole (housing portion), PT1 ... first supply and exhaust port, PT2 ... second supply and exhaust Port, S ... spring member, SR1 ... first cylinder chamber, SR2 ... second cylinder chamber, SRS 1 ... screw member, ST1, ST2 ... stopper.

Claims (7)

骨格構造を有する人体に装着し、前記人体の一方側部位と他方側部位とを接続している関節の機構を利用し、前記人体が、物を持ち上げる又は物を持ち下ろす際に要する関節運動をアシストする外骨格形の関節運動アシスト装置であって、
前記一方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記一方側部位に装着される第1外骨格部材と;
前記他方側部位が前記関節から延びる方向に沿って、前記他方側部位に装着される第2外骨格部材と;
前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第1外骨格部材が前記一方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部及び内周部の一方の少なくとも一部に、歯部が形成され、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする第1歯車部材と;
前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続され、前記第1歯車部材と噛合可能な歯部が、前記第2外骨格部材が前記他方側部位に装着されている時において、前記関節の回動運動方向に沿って、外周部の少なくとも一部に形成され、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする第2歯車部材と;
前記関節の回動方向と略平行な方向で、前記第1外骨格部材に回動可能に取り付けられたシリンダと;
前記シリンダ内を往復運動する直動ピストンに一方の端部が連結され、前記シリンダの一方の端部を貫通し、前記直動ピストンとともに往復直線運動するピストンロッドと;
前記第1歯車部材と前記第2歯車部材との噛合を確保するとともに、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材とが、前記関節の回動運動の回動軸と略平行となる前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能となるように、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する連接部材と;を備え、
前記直動ピストンの行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心に回転し、前記回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与され、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記回転と同一方向に公転して、前記第2歯車部材の歯部と前記第1歯車部材の歯部との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節の運動をアシストする、
ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
A joint mechanism that is attached to a human body having a skeletal structure and uses a joint mechanism that connects one side part and the other side part of the human body to perform joint motion required when the human body lifts or lowers an object. An exoskeleton-type joint motion assist device to assist,
A first exoskeleton member attached to the one side portion along a direction in which the one side portion extends from the joint;
A second exoskeleton member attached to the other side portion along a direction in which the other side portion extends from the joint;
When the first exoskeleton member is fixedly connected to the joint-side end of the first exoskeleton member and the first exoskeleton member is attached to the one side portion , along the rotational movement direction of the joint, A first gear member having a tooth portion formed on at least a part of one of the outer peripheral portion and the inner peripheral portion and having an axis substantially parallel to the rotational axis of the rotational movement of the joint as a central axis ;
When the second exoskeleton member is attached to the other side portion of the second exoskeleton member, the tooth portion that is fixedly connected to the joint-side end portion and can mesh with the first gear member . And a second gear member formed on at least a part of the outer peripheral portion along the rotational movement direction of the joint and having an axis substantially parallel to the rotational axis of the rotational movement of the joint as a central axis ;
A cylinder rotatably attached to the first exoskeleton member in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint ;
A piston rod having one end connected to a linear piston that reciprocates in the cylinder, penetrates one end of the cylinder, and reciprocates linearly with the linear piston;
The meshing between the first gear member and the second gear member is ensured, and the other end portion of the piston rod and the second gear member are substantially parallel to the rotation axis of the rotation movement of the joint. It is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member so as to be rotatable around the central axis of the first gear member. A connecting member that connects the second gear member and the other end of the piston rod so as to be rotatable about a central axis of the first gear member in a direction substantially parallel to a rotating direction of the joint ; Comprising
Due to the stroke of the linear motion piston, the other end of the piston rod rotates around the central axis of the first gear member under the restraint of the connecting member, and the rotation causes the piston rod and The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint via the connecting member, and the second gear member is a central axis of the first gear member. Revolving in the same direction as the rotation around the center, and the meshing position of the tooth portion of the second gear member and the tooth portion of the first gear member changes, whereby the second gear member rotates , The angle at which the first exoskeleton member fixedly connected to the first gear member and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member intersect, Assisting joint movement,
An articulation assist device characterized by the above.
前記連接部材は、
前記第1歯車部材と前記第2歯車部材との噛合を確保する第1連接部材と;
前記第1連接部材に固定的に接続されるとともに、前記ピストンロッドにおける他方の端部を前記関節の回動方向と略平行な方向で回動可能に連接する第2連接部材と;を備える、
ことを特徴とする請求項1に記載の関節運動アシスト装置。
The connecting member is
A first connecting member that secures engagement between the first gear member and the second gear member;
A second connecting member fixedly connected to the first connecting member and connected to the other end of the piston rod so as to be rotatable in a direction substantially parallel to the rotating direction of the joint;
The joint motion assist device according to claim 1 .
前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、
前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、
前記第1歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成され、
前記第2歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成されており、
前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材の歯部と前記第1歯車部材の歯部との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にし、
前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向とは異なる他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にし、
前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の関節運動アシスト装置。
The first gear member is fixedly connected to the joint-side end portion of the first exoskeleton member, and has a cylindrical shape centering on an axis substantially parallel to a rotation axis of the rotation movement of the joint. And
The second gear member is fixedly connected to the joint-side end of the second exoskeleton member, and has a cylindrical shape centering on an axis substantially parallel to the rotation axis of the rotation of the joint. And
The tooth portion of the first gear member is formed on the outer periphery of the cylinder,
The tooth part of the second gear member is formed on the outer periphery of the cylinder,
The piston rod is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder , and the second gear The member and the other end of the piston rod are connected to each other in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint so as to be rotatable around the central axis of the first gear member. Then, the other end of the piston rod rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and the rotation in the one direction causes the piston rod and the connecting member to pass through. The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. In the direction And the second gear member rotates in the one direction by changing the meshing position of the tooth portion of the second gear member and the tooth portion of the first gear member. said first outer frame member which is fixedly connected to the member, said fixedly attached to said second outer frame member has the narrow angle intersecting the second gear member, said joint from extended state Bend,
Due to the contraction process of the projecting portion, the other end of the piston rod moves in a different direction from the one direction around the central axis of the first gear member under the restraint of the connecting member. By rotating in the other direction, rotational force is applied to the second gear member via the piston rod and the connecting member to rotate in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint. The second gear member revolves in the other direction around the central axis of the first gear member, and the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, The second gear member rotates in the other direction, the first exoskeleton member fixedly connected to the first gear member, and the second gear member fixedly connected to the second gear member the angle and the second outer frame member intersecting Rising, and in the extended state the joint from the bent state,
The one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state.
The joint motion assisting device according to claim 1 , wherein the joint motion assisting device is provided.
前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする楕円柱形であり、
前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする楕円柱形であり、
前記第1歯車部材の歯部は、楕円柱の外周部に形成され、
前記第2歯車部材の歯部は、楕円柱の外周部に形成されており、
前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態にし、
前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向とは異なる他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にし、
前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の関節運動アシスト装置。
The first gear member is an elliptical cylinder having a central axis that is fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side and that is substantially parallel to a rotation axis of the rotation of the joint. Is a shape,
The second gear member is an elliptical cylinder centered on an axis substantially parallel to the rotation axis of the rotation movement of the joint, which is fixedly connected to the end of the second exoskeleton member on the joint side. Is a shape,
The tooth portion of the first gear member is formed on the outer peripheral portion of the elliptic cylinder,
The tooth part of the second gear member is formed on the outer peripheral part of the elliptical column,
The piston rod is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder , and the second gear The member and the other end of the piston rod are connected to each other in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint so as to be rotatable around the central axis of the first gear member. Then, the other end of the piston rod rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and the rotation in the one direction causes the piston rod and the connecting member to pass through. The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. In the direction The second gear member rotates in the one direction and is fixedly connected to the first gear member by changing the meshing position of the second gear member with the first gear member. The angle at which the first exoskeleton member that is being connected to the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member is narrowed, and the joint is changed from an extended state to a bent state,
Due to the contraction process of the projecting portion, the other end of the piston rod moves in a different direction from the one direction around the central axis of the first gear member under the restraint of the connecting member. By rotating in the other direction, rotational force is applied to the second gear member via the piston rod and the connecting member to rotate in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint. The second gear member revolves in the other direction around the central axis of the first gear member, and the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, The second gear member rotates in the other direction, the first exoskeleton member fixedly connected to the first gear member, and the second gear member fixedly connected to the second gear member the angle and the second outer frame member intersecting Rising, and in the extended state the joint from the bent state,
The one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state.
The joint motion assisting device according to claim 1 , wherein the joint motion assisting device is provided.
前記第1歯車部材は、前記第1外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円筒形であり、
前記第2歯車部材は、前記第2外骨格部材における前記関節側の端部に固定的に接続された、前記関節の回動運動の回動軸と略平行な軸を中心軸とする円柱形であり、
前記第1歯車部材の歯部は、円筒の内周部に形成され、
前記第2歯車部材の歯部は、円柱の外周部に形成されており、
前記ピストンロッドにおける前記シリンダからの突出部分の伸長行程により、前記ピストンロッドにおける他方の端部と前記第2歯車部材の中心軸と前記第1歯車部材の中心軸とに取り付けられ、前記第2歯車部材と前記ピストンロッドにおける他方の端部とを、前記関節の回動方向と略平行な方向で前記第1歯車部材の中心軸の回りを回動可能に連接する前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として一の方向に回転し、前記一の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記一の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向とは異なる他の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が広がり、前記関節を屈曲状態から伸展状態にし、
前記突出部分の収縮行程により、前記連接部材の拘束のもとで、前記ピストンロッドにおける他方の端部が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に回転し、前記他の方向への回転により、前記ピストンロッド及び前記連接部材を介して、前記第2歯車部材に、前記関節の回動方向と略平行な方向で回動する回動力が付与されて、前記第2歯車部材が、前記第1歯車部材の中心軸を中心として前記他の方向に公転して、前記第2歯車部材における前記第1歯車部材との噛み合い位置が変化することにより、前記第2歯車部材が、前記一の方向に自転し、前記第1歯車部材に固定的に接続されている前記第1外骨格部材と、前記第2歯車部材に固定的に接続されている前記第2外骨格部材とが交差する角度が狭まり、前記関節を伸展状態から屈曲状態し、
前記一の方向は、前記関節を伸展状態から屈曲状態へ向かう関節運動の回転方向であり、前記他の方向は、前記関節を屈曲状態から伸展状態へ向かう関節運動の回転方向である、
ことを特徴とする請求項1又は2に記載の関節運動アシスト装置。
The first gear member is a cylinder having a central axis that is fixedly connected to an end of the first exoskeleton member on the joint side and that is substantially parallel to a rotation axis of the rotation movement of the joint. And
The second gear member is fixedly connected to the joint-side end of the second exoskeleton member, and has a cylindrical shape centering on an axis substantially parallel to the rotation axis of the rotation of the joint. And
The tooth portion of the first gear member is formed on the inner peripheral portion of the cylinder,
The tooth part of the second gear member is formed on the outer periphery of the cylinder,
The piston rod is attached to the other end of the piston rod, the central axis of the second gear member, and the central axis of the first gear member by the extension stroke of the protruding portion of the piston rod from the cylinder , and the second gear The member and the other end of the piston rod are connected to each other in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint so as to be rotatable around the central axis of the first gear member. Then, the other end of the piston rod rotates in one direction around the central axis of the first gear member, and the rotation in the one direction causes the piston rod and the connecting member to pass through. The second gear member is provided with a rotational force that rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is centered on the central axis of the first gear member. In the direction And the second gear member rotates in another direction different from the one direction by changing the meshing position of the second gear member with the first gear member, and the first gear The angle at which the first exoskeleton member fixedly connected to the member and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member intersect is widened , and the joint is bent from the bent state. In the extended state ,
Due to the contraction process of the protruding portion, the other end of the piston rod rotates in the other direction around the central axis of the first gear member under the restraint of the connecting member, Rotational power is applied to the second gear member via the piston rod and the connecting member, so that the second gear member rotates in a direction substantially parallel to the rotation direction of the joint, and the second gear member is rotated. When the member revolves in the other direction around the central axis of the first gear member, and the meshing position of the second gear member with the first gear member changes, the second gear member The first exoskeleton member rotating in the one direction and fixedly connected to the first gear member; and the second exoskeleton member fixedly connected to the second gear member; There narrowed angle crossing, the joint From exhibition state to bend state,
The one direction is a rotation direction of the joint movement from the extended state to the bent state, and the other direction is a rotation direction of the joint movement from the bent state to the extended state.
The joint motion assisting device according to claim 1 , wherein the joint motion assisting device is provided.
前記人体の関節は、肘関節であり、
前記第1外骨格部材は上腕部に装着され、前記第2外骨格部材は前腕部に装着される、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
The joint of the human body is an elbow joint;
The first exoskeleton member is attached to the upper arm, and the second exoskeleton member is attached to the forearm;
The joint motion assist device according to any one of claims 1 to 5 , wherein:
前記人体の関節は、股関節であり、
前記第1外骨格部材は腰部に装着され、前記第2外骨格部材は大腿部に装着される、
ことを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
The joint of the human body is a hip joint;
The first exoskeleton member is attached to the waist and the second exoskeleton member is attached to the thigh;
The joint motion assist device according to any one of claims 1 to 5 , wherein:
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