JP5298555B2 - テンセグリティ構造体および動作補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、テンセグリティ構造体および動作補助装置に係り、特に、使用者の身体に装着して使用者の動作を補助・補強するテンセグリティ構造体および動作補助装置に関する。

近年、使用者の動作を補助してより少ない筋力で動作を行ったり、人間の筋力では通常行えない動作を行ったりできるように、使用者が着用して使用する動作補助装置（強化服、パワーアシスト装置等とも呼ばれる。）の開発が進められている（例えば特許文献１、２等参照）。

これらの動作補助装置は、例えば、図１７に示すように使用者の上腕Ａ１から肘Ｅ、前腕Ａ２にかけて装着し、モータ１０１を回転駆動して支軸１０２を中心に支柱１０３を動かすことで肘Ｅを屈曲させたり伸展させたりしてその動作をアシストする。また、図示を省略するが大腿部から膝関節、脛にかけて装着し或いは腰周りに装着する等して着用して、使用者の動作を補助・補強するように構成されている。
特開２００７−２９１１３号公報 特開２００７−３１９１８７号公報

しかしながら、図１７に示したような動作補助装置１００では、肘Ｅの屈曲や伸展を行うことは可能であるが、例えば、図１８に示すような前腕Ａ２をねじる動作（手のひらの向きを変える動作）や、図１９に示すように上腕Ａ１を軸にして前腕Ａ２を旋回させる動作（腕相撲の際の動作）をアシストすることができない。

このように、従来の動作補助装置は、使用者の種々の動作のうちの１つの動作のみを補助、補強するものが多く、複雑な動作をアシストするためには、複数の動作補助装置を組み合わせて用いなければならなかった。しかし、使用者の身体に１つの動作補助装置を装着すると、同じ部位に他の動作補助装置を装着できない場合も多く、使用者の複雑な動作を十分にアシストすることができなかった。

本発明は、上記の点を鑑みてなされたものであり、使用者の身体の屈曲や伸展、ねじれ、収縮や伸長等の動作、およびより複雑な動作を補助することが可能なテンセグリティ構造体および動作補助装置を提供することを目的とする。

前記の問題を解決するために、請求項１に記載のテンセグリティ構造体は、
複数の剛体部材と、前記剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材とを組み合わせて構成され、前記複数のテンション材の全部または一部が収縮制御可能な部材で構成された本体部を備え、
前記本体部は、前記複数の剛体部材のうちの一定数の剛体部材が組み合わされて形成された層を１本の軸方向に積み重ねて構成され、かつ、前記層には前記一定数の剛体部材が組み合わされて前記軸の周囲に内部空間が形成されていることを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のテンセグリティ構造体において、前記剛体部材は、それぞれ、他の２つの剛体部材および当該他の２つの剛体部材の端点間を結ぶ前記テンション材の計３つの部材により当該剛体部材の周囲を取り巻かれないように構成されており、当該テンション材が前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載のテンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材で構成されたテンション材は、前記軸方向に対して、前記層ごとに特有の向きに傾斜して設けられていることを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材は、高分子型の人工筋肉で構成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体において、前記本体部の外表面側および前記内部空間側の内表面側に、それぞれ、前記各収縮制御可能な部材に通電するための筒状の電極構造を備えることを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のテンセグリティ構造体において、前記電極構造は、前記外表面側の電極構造に設けられた複数の配線がそれぞれ前記収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続され、前記内表面側の電極構造に設けられた複数の配線がそれぞれ前記収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続されていることを特徴とする。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載のテンセグリティ構造体において、前記収縮制御可能な部材を収縮させて前記層を前記軸方向に収縮させることで前記軸方向に収縮するように構成されていることを特徴とする。

請求項８に記載の発明は、請求項７に記載のテンセグリティ構造体において、前記外表面側の電極構造および前記内表面側の電極構造は、平行に配置された前記複数の配線をそれぞれ備え、かつ、前記外表面側の電極構造または前記内表面側の電極構造のいずれか一方の電極構造では前記複数の配線の方向が前記軸方向に略平行に配置され、他方の電極構造では前記複数の配線の方向が前記軸方向に略直交する方向に配置されていることを特徴とする。

請求項９に記載の発明は、動作補助装置において、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の一部を前記軸方向に収縮させることで前記軸を屈曲させる制御装置と、
を有することを特徴とする。

請求項１０に記載の発明は、動作補助装置において、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の全体を前記軸方向に収縮させることで前記軸周りにねじれを生じさせる制御装置と、
を有することを特徴とする。

請求項１１に記載の発明は、請求項９または請求項１０に記載の動作補助装置において、前記収縮制御可能な部材を収縮させて前記層を前記軸方向に収縮させることで前記軸方向に収縮するように構成されていることを特徴とする。

請求項１２に記載の発明は、動作補助装置において、
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
前記外表面側の電極構造または前記内表面側の電極構造のいずれか一方の電極構造における前記複数の配線に順次所定の電圧を印加し、収縮させるべき前記収縮制御可能な部材の片方の電極に前記電圧が印加されたタイミングで、他方の電極構造における当該収縮制御可能な部材のもう一方の電極に接続された前記配線に所定の電圧を印加することで、当該収縮制御可能な部材を収縮させる制御装置と、
を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、動作補助装置の本体部をテンセグリティ構造体として構成し、剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材の全部または一部を収縮制御可能な部材（人工筋肉）で構成したことにより本体部を可動式とした。そのため、収縮制御可能な部材を収縮させることで、動作補助装置の本体部に、屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作や、それらの動作を組み合わせたより複雑な動作を行わせることが可能となり、使用者の身体の複雑な動作を補助、補強することが可能となる。

また、層を形成する剛体部材等を細小に構成してその数を増加させ、層の軸方向の厚さを短縮して肉薄の筒状に形成することで、動作補助装置の本体部を、使用者の身体にフィットし、より滑らかでしなやかに屈曲やねじれ、収縮等の動作を行うように構成することが可能となる。

請求項２に記載の発明によれば、前記発明の効果に加え、剛体部材が他の２つの剛体部材とテンション材の計３つの部材でその周囲を取り巻かれないように構成した部分の当該テンション材を収縮制御可能な部材で構成することで、この剛体部材が他の２つの剛体部材の動きに対していわばてこの支点のように作用して、収縮制御可能な部材とされたテンション材が収縮する際に動作補助装置の本体部の他の部分も収縮してしまうことを回避することが可能となる。

そのため、収縮制御可能な部材とされた１つのテンション材の収縮により複数の部分が収縮する場合には、本体部を構成する可動式テンセグリティ構造体の動作の制御構成が複雑になってしまうが、上記のように、収縮制御可能な部材とされた１つのテンション材を収縮させた場合にそのテンション材の部分のみが収縮するように構成すれば、動作補助装置の本体部の動作を容易に制御することが可能となり、制御構成をより単純なものとすることが可能となる。

請求項３に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材で構成されたテンション材を本体部の軸方向に対して傾斜して設けることで、層を軸方向に積み重ねて形成される動作補助装置の本体部に、容易に屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を行わせることが可能となり、前記各発明が的確に発揮される。

請求項４に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材を高分子型の人工筋肉で構成することで、高分子型の人工筋肉に通電して容易に収縮を制御でき、迅速に収縮するため、前記各発明の効果が的確に発揮されるとともに、動作補助装置の本体部の屈曲やねじれ、収縮等の動作をより高速に行わせることが可能となる。

請求項５に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、動作補助装置の本体部の外表面側と内表面側に、それぞれ筒状の電極構造を設けたことで、収縮制御可能な部材に容易かつ的確に通電することが可能となる。また、電極構造を柔軟性を有する素材で構成すれば、電極構造を、本体部の屈曲等の動作を妨害せずに、収縮制御可能な部材に有効に電力を供給しつつ、かつ、その動作に追従して容易に変形させることが可能となる。

請求項６に記載の発明によれば、外表面側の電極構造の配線を動作補助装置の本体部の収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続し、内表面側の電極構造の配線を収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続することで、収縮制御可能な部材に有効に電力を供給して動作補助装置の本体部の屈曲等の動作を的確に行わせ、かつ、その動作を妨害しないようにでき、前記発明の効果をより的確に発揮させることが可能となる。

請求項７に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、外表面側や内表面側の各電極構造の各配線に複数の収縮制御可能な部材の電極を接続することで、動作補助装置の本体部の剛体部材等をより細小にしてその数を増加させた場合に膨大な数となる収縮制御可能な部材の１つ１つに配線と接続して配線が膨大な数になることを防止することができる。また、膨大な数の収縮制御可能な部材に対してより少数の本数の配線から電力を供給することが可能となり、電極構造に設ける配線の本数を減らすことが可能となる。

請求項８に記載の発明によれば、前記各発明の効果に加え、外表面側の電極構造と内表面側の電極構造とにそれぞれ設けられる複数の配線を相対的に略直交する方向に配置して、配線の交点等に位置する収縮制御可能な部材に電力を供給する等することで、動作補助装置の本体部の各収縮制御可能な部材にそれぞれ的確に電力を供給することが可能となる。
請求項９、請求項１０および請求項１１に記載の発明によれば、収縮制御可能な部材を収縮させて１つの層の一部または全体を軸方向に収縮させて屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を生じさせることで、層を軸方向に積み重ねて形成される動作補助装置の本体部を、容易にその軸を屈曲させ、軸周りにねじれを生じさせ、或いは軸方向に収縮させることが可能となり、前記各発明の効果が容易かつ的確に発揮されるとともに、それらの動作の制御構成をより単純なものとすることが可能となる。

請求項１２に記載の発明によれば、外表面側の電極構造または内表面側の電極構造の一方の電極構造の複数の配線に順次所定の電圧を印加し、収縮させるべき収縮制御可能な部材の片方の電極に電圧が印加されたタイミングで他方の電極構造の配線から所定の電圧を印加することで、動作補助装置の本体部の収縮制御可能な部材を的確に収縮させることが可能となり、前記各発明の効果が的確に発揮される。

以下、本発明に係る動作補助装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。

本実施形態に係る動作補助装置１は、図１に示すように、例えば、使用者の上腕Ａ１から肘Ｅ、前腕Ａ２にかけて装着するサポータ様のものであり、腕部だけでなく、使用者の脚部や頸部、胸部、腰部等に装着されたり、それらの複数の部位にまたがって、或いは全身を覆うように装着されて着用されるものである。

本実施形態では、動作補助装置１は、後述する図１５に示すように、本体部２と、電極構造３とで構成されている。

［１．動作補助装置の構成］
［１−１．本体部の構成］
以下、まず、動作補助装置１の本体部２の構成について説明する。

［１−１−１．本体部の構成の原理］
動作補助装置１の本体部２の構成は複雑であるため、まず、本体部２の構成を最も単純化した場合の構成について説明し、本体部２の構成の原理について説明する。

本体部２の最も単純化された構成を図２に示す。図２に示すように、本体部２は、複数の剛体部材４と、剛体部材４同士の端点Ｅ間を結ぶ複数のテンション材５とが組み合わされて構成されている。このように、動作補助装置１の本体部２は、Kenneth Snelsonが考案し、R.Buckminstar Fullerが命名したとされるテンセグリティ構造体として構成されている。

［１−１−２．剛体部材］
各剛体部材４同士はテンション材５を介して接続されるようになっており、各剛体部材４同士が直接には接続されないようになっている。また、図２や、図２における剛体部材４のみを示した図３に示すように、本実施形態では、各剛体部材４は、長さや径が等しい棒状の部材で構成されている。

また、図２や図３における構成では、３本の剛体部材４を１つの組として１つの層Ｌが形成されており、各層Ｌが、１本の軸Ｃに沿う方向に積み重ねられるようにして本体部２が構成されている。各剛体部材４は、それぞれいずれか１つの層Ｌに属するようになっており、自らが属する層Ｌを越えて他の層Ｌに属することはない。すなわち、１つの層Ｌを形成する剛体部材４が他の層Ｌを形成する剛体部材４となることがないようになっている。

なお、部材の配置等について簡潔に記載するため、本実施形態の動作補助装置１の各部材等についての上下関係や水平方向の位置関係を言う場合、図２や図３、後述する図１３、図１５等における上下関係や水平方向の位置関係を表すこととする。そのため、本明細書において例えばある部材が他の部材の上方に存在する旨が記載されていても、それは、本体部２の軸Ｃが例えば水平方向に延在するように動作補助装置１が配置されている状態では当該部材は当該他の部材に対して横方向に存在することを意味している。

互いに隣接する２層を層Ｌａ、Ｌｂとし、層Ｌａ、Ｌｂに属する剛体部材４をそれぞれ剛体部材４ａ、４ｂと表した場合の層Ｌａ、Ｌｂにおける各剛体部材４ａ、４ｂをそれぞれ図４（Ａ）、（Ｂ）の平面図に示す。図４（Ａ）、（Ｂ）に示すように、各層Ｌに属する３本の剛体部材４は、各剛体部材４がそれぞれ、他の２本の剛体部材４のうち、１本の剛体部材４に対してはその上方を、残りの１本の剛体部材４に対してはその下方を通過するように、いわばねじれた状態で組み合わされて配置されている。

また、層Ｌａに属する３本の剛体部材４ａの配置と、層Ｌｂに属する３本の剛体部材４ｂの配置とは互いに鏡像の関係とされている。すなわち、図４（Ａ）に示す層Ｌａでは、仮に各剛体部材４ａの下側の端点Ｅ4aの位置を固定した系で考えると、上側の端点Ｅ4aを図中矢印で示す回転方向に動かした場合には各剛体部材４ａはその回転方向に自由に移動するが、図中の矢印方向とは反対の回転方向に動かそうとしても、各剛体部材４ａは互いにぶつかりあって移動させることができなくなる。

それに対して、図４（Ｂ）に示す層Ｌｂでは、同様に、仮に各剛体部材４ｂの下側の端点Ｅ4bを固定した系で考えると、上側の端点Ｅ4bを図中矢印で示す回転方向に動かした場合には各剛体部材４ｂはその回転方向に自由に移動するが、図中の矢印方向とは反対の回転方向に動かそうとしても、各剛体部材４ｂは互いにぶつかりあって移動させることができなくなる。

このように、層Ｌａに属する３本の剛体部材４ａの配置と、層Ｌｂに属する３本の剛体部材４ｂの配置とが互いに鏡像の関係とされているため、各剛体部材４ａ、４ｂが束縛されずに回転し得る方向が、層Ｌａと層Ｌｂとでは相対的に逆向きになっている。

これを、図２に示した動作補助装置１の本体部２について示すと、図５に示すように、層Ｌａでは、各剛体部材４ａの上側の端点Ｅ4a側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに右向きに回転でき、下側の端点Ｅ4a側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに左向きに回転することができる。また、層Ｌｂでは、逆に、各剛体部材４ｂの上側の端点Ｅ4b側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに左向きに回転でき、下側の端点Ｅ4b側は図中の手前の位置で軸Ｃ周りに右向きに回転することができる。

このように、層Ｌａと層Ｌｂとでは、各剛体部材４ａ、４ｂの組み合わされ方によって各剛体部材４ａ、４ｂが回転し得る方向が異なるため、層Ｌａがねじれる方向と層Ｌｂがねじれる方向が相対的に逆向きになっている。

［１−１−３．テンション材および収縮制御可能な部材］
次に、テンション材５の配置について説明する。本実施形態では、テンション材５は、上記のように配置された各剛体部材４に対して、以下の３通りの手法でそれらの端点Ｅを結ぶようになっている。

第一に、同一の層Ｌに属する３本の剛体部材４のうち、任意の２本の剛体部材４について、１本の剛体部材４の上側の端点Ｅと、その剛体部材４の下方を通過するもう１本の剛体部材４の下側の端点Ｅとを結ぶテンション材５が存在する。このように、同一の層Ｌａ、Ｌｂに属する２本の剛体部材４ａ、４ｂ同士の端点Ｅ4a、Ｅ4b間を結ぶテンション材５を、以下、テンション材５ａ、５ｂという。

第二に、１つの層Ｌに属する剛体部材４の端点Ｅと、当該層Ｌに隣接する層Ｌにさらに隣接する層Ｌに属する剛体部材４の端点Ｅとの間を結ぶテンション材５が存在する。すなわち、例えば、１つの層Ｌａに属する剛体部材４ａの端点Ｅ4aと、層Ｌｂを介して隣接する層Ｌａに属する剛体部材４ａの端点Ｅ4aとの間がテンション材５で結ばれている。このようなテンション材５を、以下、テンション材５ｃという。また、層Ｌｂに属する剛体部材４ｂの端点Ｅ4bと、層Ｌａを介して隣接する層Ｌｂに属する剛体部材４ｂの端点Ｅ2bとの間を結ぶテンション材５を、以下、テンション材５ｄという。

第三に、隣接する２つの層Ｌａ、Ｌｂの境界部分に存し、これらの２つの層Ｌａ、Ｌｂにそれぞれ属する剛体部材４ａ、４ｂ同士の端点Ｅ4a、Ｅ4b間を結ぶテンション材５が存在する。このようなテンション材５を、以下、テンション材５ｅという。

本実施形態では、上記の３種類のテンション材５のうち、いわば上下の剛体部材４の端点Ｅ間を結ぶテンション材５ａ、５ｂおよびテンション材５ｃ、５ｄの２種類のテンション材５が収縮制御可能な部材で構成されている。本発明では、このように、テンション材５の全部または一部を収縮制御可能な部材で構成することにより、本体部２を構成するテンセグリティ構造体が可動式とされている。

収縮制御可能な部材としては、本実施形態では、通電により容易に収縮を制御することが可能で、迅速に収縮する導電性プラスチックを用いた高分子型の人工筋肉が用いられている。また、本実施形態では、人工筋肉は、２つ電極を有しており、一方の電極にプラス、他方の電極にマイナスの電圧を加えると収縮し、逆に電圧を加えると収縮が解けるようになっている。

なお、以下、収縮制御可能な部材を人工筋肉と略称し、上記のように収縮制御可能な部材で構成されるテンション材５ａ、５ｂやテンション材５ｃ、５ｄを人工筋肉５ａ、５ｂや人工筋肉５ｃ、５ｄという場合がある。また、収縮制御可能な部材としては、通電により収縮や収縮の解除を制御することが可能なものであれば、高分子型の人工筋肉に限定されない。

また、例えばテンション材５ａ、５ｂの組のみ、またはテンション材５ｃ、５ｄの組のみを人工筋肉で構成することも可能であるが、上記の２組のうち少なくとも１組は人工筋肉で構成される。また、テンション材５ｅを人工筋肉で構成してもよい。さらに、人工筋肉を用いないテンション材５は、例えばワイヤを用いて構成することが可能であり、また、ゴムやバネ等の弾性体としてもよい。

さらに、例えば同一の層Ｌａに属する２本の剛体部材４ａの端点Ｅ4a間を結ぶ人工筋肉５ａを収縮させた場合には、当該層Ｌａの人工筋肉５ａ部分がいわば潰れるように収縮する。しかし、例えば１つの層Ｌａに属する剛体部材４ａの端点Ｅ4aと、層Ｌｂを介して隣接する層Ｌａに属する剛体部材４ａの端点Ｅ4aとの間を結ぶ人工筋肉５ｃを収縮させた場合には、２つの層Ｌａ、Ｌａに挟まれた層Ｌｂの人工筋肉５ｃ部分が潰れるように収縮する。

ところで、前述したように、本実施形態では、層Ｌａに属する３本の剛体部材４ａの配置と層Ｌｂに属する３本の剛体部材４ｂの配置とが互いに鏡像とされているため、各層Ｌに属する３本の剛体部材４の組み合わせ方によって、図５に示したように各層Ｌで各剛体部材４の上側の端点Ｅ側と下側の端点Ｅ側の軸Ｃ周りに回転し得る方向が決まる。そして、層Ｌａと層Ｌｂとではねじれる方向が相対的に逆向きになっている。

そのため、上記の人工筋肉５ａ、５ｄや人工筋肉５ｂ、５ｃが各層Ｌに収縮力を及ぼす際に、各層Ｌが図５に示したねじれ方向にねじれ得るように、人工筋肉５ａ、５ｄや人工筋肉５ｂ、５ｃは、本体部２の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられている。

また、前述したように、層Ｌａと層Ｌｂとではねじれる方向が相対的に逆向きになっているため、層Ｌａを収縮させる人工筋肉５ａ、５ｄと、層Ｌｂを収縮させる人工筋肉５ｂ、５ｃとでは、軸Ｃに対する傾斜の向きが逆になるように構成されている。

［１−１−４．剛体部材と人工筋肉との関係］
次に、剛体部材４と人工筋肉（テンション材）５との関係について説明する。なお、下記の図６（Ａ）、（Ｂ）は図２における層Ｌａ内の３本の剛体部材４ａと人工筋肉５ａとを示す正面図であり、図７（Ａ）、（Ｂ）は図６（Ａ）、（Ｂ）の変形例を示す正面図である。

各層Ｌを形成する３本の剛体部材４を図３や図４（Ａ）、（Ｂ）に示したように組み合わせた際に、例えば層Ｌａを形成する剛体部材４ａにおいて、図７（Ａ）に示すように、２本の剛体部材４ａと、それらの端点Ｅ4aを結ぶ人工筋肉５ｆの計３本の部材で形成される三角形の内部を、もう１本の別の剛体部材４ａ^＊が通過するように構成したとする。より正確に言えば、層Ｌａを形成する３本の剛体部材４ａのうち、１本の剛体部材４ａ^＊が、他の２本の剛体部材４ａとそれらの端点Ｅ4a間を結ぶ人工筋肉５ｆの計３本の部材でその周囲を少なくとも１周取り巻かれる構成であるとする。

この場合、人工筋肉５ｆを収縮させると、他の２本の剛体部材４ａの端点Ｅ4a間の間隔が狭まり、剛体部材４ａ^＊を他の２本の剛体部材４ａが挟みつける形になる。すると、剛体部材４ａ^＊が他の２本の剛体部材４ａの動きに対していわばてこの支点のように作用するため、図７（Ｂ）に示すように、２本の剛体部材４ａの人工筋肉５ｆで結ばれた側の端点Ｅ4a間だけでなく、その反対側の端点Ｅ4a間の間隔も収縮する。すなわち、図７（Ａ）のような構成の場合、人工筋肉５ｆの収縮に連動して２本の剛体部材４ａの両側の端点Ｅ2a間の間隔が収縮するようになる。

一方、図６（Ａ）に示す本実施形態のように、例えば層Ｌａを形成する剛体部材４ａにおいて、２本の剛体部材４ａと、それらの端点Ｅ4aを結ぶ人工筋肉５ｆの計３本の部材で形成される三角形の外側を、もう１本の別の剛体部材４ａ^＊が通過するような構成であるとする。より正確に言えば、層Ｌａを形成する３本の剛体部材４ａのうち、１本の剛体部材４ａ^＊が、他の２本の剛体部材４ａとそれらの端点Ｅ4a間を結ぶ人工筋肉５ｆの計３本の部材によりその周囲を取り巻かれない構成であるとする。

この場合、人工筋肉５ａを収縮させると、他の２本の剛体部材４ａの端点Ｅ4a間の間隔が狭まっても、剛体部材４ａ^＊を他の２本の剛体部材４ａが挟みつけることはなく、寧ろ他の２本の剛体部材４ａは剛体部材４ａ^＊から遠ざかり、図６（Ｂ）に示すように、２本の剛体部材４ａの人工筋肉５ａで結ばれた側の端点Ｅ4a間の間隔だけが収縮する。すなわち、本実施形態のような構成の場合、人工筋肉５ａの収縮により、２本の剛体部材４ａの一方側の端点Ｅ4a間の間隔だけが収縮し、反対側の端点Ｅ4a間の間隔は維持される。

本実施形態では、このように、剛体部材４の人工筋肉５で結ばれていない端点Ｅ間の間隔が人工筋肉５の収縮に連動して収縮しないように、図６（Ａ）の構成が採用されている。なお、図２に示すように、層Ｌａにおいて、１本の剛体部材４ａ^＊が、２本の剛体部材４ａと２本のテンション材５ｅと１本の人工筋肉５ｃの計５本の部材でその周囲を取り巻かれている。

この場合、人工筋肉５ｃが収縮すると、２本の剛体部材４ａは各テンション材５ｅが人工筋肉５ｃの収縮に引き摺られることで剛体部材４ａ^＊を挟みつける方向に多少動くが、剛体部材４ａ^＊がこれら２本の剛体部材４ａの動きに対しててこの支点のように作用するまでには至らず、反対側の人工筋肉５ａ側は事実上収縮しない。

このように、図７（Ａ）に示したように１本の剛体部材４を他の２本の剛体部材４とそれらの端点Ｅ間を結ぶ人工筋肉５の計３本の部材でその周囲を取り巻く構成としない限り、人工筋肉５の収縮に連動して２本の剛体部材４の両側の端点Ｅ間の間隔が収縮することはない。

［１−２．本体部の動作の原理］
ここで、上記の動作補助装置１の本体部２の最も単純化された構成に基づいて、本体部２の動作の原理について説明する。

［１−２−１．本体部の屈曲動作］
前述した図６（Ａ）に示したように、上記の本体部２の各層Ｌでは、層Ｌを形成する３本の剛体部材４のうち、１本の剛体部材４（４ａ^＊）が他の２本の剛体部材４とそれらの端点Ｅ間を結ぶ人工筋肉５の計３本の部材によりその周囲を取り巻かれないように構成されている。

そのため、図２に示した本体部２において、層Ｌａの例えば図中最左端側に示された人工筋肉５ａを収縮させても、当該層Ｌａの図中右側の部分がそれに連動して収縮することはない。そのため、人工筋肉５ａの収縮により、層Ｌａの一部、すなわちこの場合は層Ｌａの図中左側の部分が軸Ｃ方向に収縮し、本体部２の軸Ｃを屈曲させることができる。

例えば、図２における当該層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、本体部２の軸Ｃは、当該層Ｌａより下側の部分に対して当該層Ｌａから上の部分が左側に屈曲し、本体部２が当該層Ｌａの部分で屈曲する。このようにして、例えば人工筋肉５を収縮させて１つの層Ｌの一部を軸Ｃ方向に収縮させることで、本体部２の軸Ｃを屈曲させることが可能となる。

上記の場合、層Ｌａの人工筋肉５ａのみを収縮させてもよいが、人工筋肉５ａだけでなく、当該人工筋肉５ａの近傍にある当該層Ｌａ中の人工筋肉５ｄ等も適度に収縮させれば、図８に示すように、本体部２の軸Ｃをより安定して屈曲させることができる。

また、当該層Ｌａの当該人工筋肉５ａ等をさらに収縮させたり、当該層Ｌａの上方または下方の単数または複数の層Ｌａ、Ｌｂの同一箇所、すなわち図８の例では層Ｌの図中最左端側の人工筋肉５等を屈曲させることで、動作補助装置１の本体部２の軸Ｃを同一方向にさらに大きく屈曲させることができる。

また、人工筋肉５ａ等の収縮を解除させれば、屈曲されていた本体部２の軸Ｃを伸展させることができる。

前述したように、人工筋肉５は、各層Ｌの各剛体部材４の上側の端点Ｅ側と下側の端点Ｅ側の軸Ｃ周りに回転し得る方向に収縮力が及ぶように本体部２の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられている。そのため、上記のように人工筋肉５ａを収縮させると、当該層Ｌａの人工筋肉５ａの部分、すなわち図８の例では当該層Ｌａの図中最左端側の部分で、人工筋肉５ａが結び付けられた上側の端点Ｅ4aや下側の端点Ｅ4aが図５に示した方向に若干ねじれを生じる。

そして、本体部２が当該層Ｌａの部分で軸Ｃ周りに僅かにねじれを生じ、本体部２の屈曲動作を、複数の層Ｌの人工筋肉５を収縮させて生じさせた場合には、屈曲と同時に軸Ｃ周りに比較的大きなねじれを生じる。

このようなねじれは、例えば屈曲を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して、層Ｌａ、Ｌｂで逆方向に生じるねじれを相殺することで、解消することができる。そして、このようにすれば、動作補助装置１の本体部２に屈曲のみを生じさせることが可能となる。

［１−２−２．本体部の収縮動作］
また、層Ｌａでは人工筋肉５ａ、５ｄを全部または一部を適宜収縮させると、図９に示すように、人工筋肉５ａ、５ｄの収縮により層Ｌａの上側と下側との間隔を狭めるように収縮力が働く。このように、層Ｌａでは人工筋肉５ａ、５ｄを、層Ｌｂでは人工筋肉５ｂ、５ｃをそれぞれ全部または一部を適宜収縮させることで、本体部２の軸Ｃを屈曲させることなく各層Ｌを軸Ｃ方向に収縮させることができる。

そして、例えば、図９において、収縮させる層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、本体部２は、当該層Ｌａより上側の部分全体が軸Ｃ方向に下がる。そのため、本体部２の一部または全部を軸Ｃ方向に収縮させることが可能となる。

その際、上記のように、人工筋肉５が本体部２の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられているため、各層Ｌごとに特有のねじれ方向にねじれが生じる。しかし、例えば収縮を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して層Ｌａ、Ｌｂで逆方向に生じるねじれを相殺することでねじれを解消することができ、軸Ｃ方向の収縮動作のみを生じさせることが可能となる。

また、上記のようにして一旦収縮させた本体部２を、各層Ｌの人工筋肉５の収縮を解除しまたは緩めて各層Ｌを軸Ｃ方向に伸長させることで、軸Ｃ方向に伸長させることも可能となる。

［１−２−３．本体部のねじれ動作］
また、上記のように、層Ｌａでは人工筋肉５ａ、５ｄをすべて収縮させると、図９に示したように、人工筋肉５は動作補助装置１の本体部２の軸Ｃに対してそれぞれ傾斜して設けられているため、人工筋肉５ａ、５ｄの収縮力により、本体部２の軸Ｃを屈曲させることなく、図５に示したねじれ方向に層Ｌａをねじれさせることができる。

例えば、図９において、収縮させる層Ｌａより下側の部分を動かないように固定すれば、本体部２は、当該層Ｌａより上側の部分全体が軸Ｃ周りにねじれる。そのため、本体部２の一部または全部を軸Ｃ方向に収縮させることが可能となる。これは、層Ｌｂについても同様であるが、人工筋肉５ｂ、５ｃの傾斜の向きが層Ｌａの場合と逆であるため、層Ｌａとは逆方向のねじれを生じる。そして、層Ｌａのみを複数選択し、或いは層Ｌｂのみを複数選択して、各層Ｌの人工筋肉５を収縮させて各層Ｌごとにねじれを生じさせることで、本体部２を、その軸Ｃ周りに、各層Ｌに特有のねじれ方向に大きくねじれさせることが可能となる。

なお、このねじれ動作においては、層Ｌａの人工筋肉５ａ、５ｄや、層Ｌｂの人工筋肉５ｂ、５ｃをそれぞれすべて収縮させるため、前述したように、必然的に収縮動作を伴う。しかし、例えば、予め各層Ｌの人工筋肉５をある程度収縮させておき、ねじれ動作を生じさせる層Ｌの収縮の度合に応じて、ねじれ動作を生じさせる層Ｌ以外の層Ｌを同時に伸長させることで、本体部２を、必要な箇所でねじれ動作を生じさせつつ、全体的には収縮しないようにすることが可能となる。

［１−３．層に属する剛体部材の本数を増加させた場合の構成］
次に、上記の本体部２の最も単純化された構成を、実際の動作補助装置１の本体部２の構成につなげるために、上記の本体部２の最も単純化された構成における層Ｌに属する剛体部材４の本数をさらに増加させた場合の本体部２の構成について説明する。

前記図４（Ａ）に人工筋肉５ａをあわせて記載すると、図１０に示す平面図のように表される。この基本的な構成を維持したまま、層Ｌに属する剛体部材４の本数を４本、６本と増やし、人工筋肉５をあわせて記載すると、本体部２は、図１１および図１２のように表すことができる。

なお、各層Ｌにおいては、前述したように、そのねじれ方向が図５に示したように決まっている。そのため、図１０に示した剛体部材４が３本の場合と同様に、図１１、図１２に示した剛体部材４が４本、６本の場合においても、人工筋肉５の軸Ｃに対する傾斜が図１０の場合と同じ傾斜の向きになるように剛体部材４の端点Ｅ間が結ばれるようになっている。

図１０〜図１２に示したように、層Ｌに属する剛体部材４の本数を増加させていくと、各層Ｌに属する一定数の剛体部材４によって本体部２の軸Ｃの周囲に形成される内部空間Ｓが拡大していくことが分かる。そして、このような層Ｌが軸Ｃに沿う方向に積み重ねられるようにして形成される動作補助装置１の本体部２は、層Ｌの内部空間Ｓが拡大していくと筒状になっていくことが理解される。

［１−４．動作補助装置の本体部の構成］
層Ｌを形成する剛体部材４等をより細小に構成してその数をさらに増加させ、層Ｌの軸Ｃ方向の厚さを短縮していくと、本実施形態に係る動作補助装置１の本体部２は、図１３（Ａ）の正面図に示すように、肉薄の円筒形状になる。

その際、図１３（Ａ）に円Ａで示す部分の拡大図である図１３（Ｂ）に示されるように、本体部２は、上記の基本的な構成に従って各層Ｌａ、Ｌｂが交互に積み重ねられ、剛体部材４ａ、４ｂ、人工筋肉５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、およびテンション材５ｅが組み合わされて構成される。

このようにして、本実施形態の動作補助装置１の本体部２は、細小の剛体部材４ａ、４ｂが短小の人工筋肉５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよびテンション材５ｅにより接続された、いわばサポータ状或いはストッキング状に構成されている。

なお、図１０〜図１２では本体部２の軸Ｃ周囲の内部空間Ｓが正多角形状に形成される場合を示し、図１３（Ａ）、（Ｂ）では本体部２が円筒形状に形成される場合を示したが、必ずしもこのように形成される必要はない。例えば図１３（Ａ）の本体部２を、断面が楕円形状やその他の形状の筒状に形成することも可能である。

［１−５．動作補助装置の電極構造の構成］
図示を省略するが、動作補助装置１の本体部２の各層Ｌの各人工筋肉５に通電するために、各人工筋肉５の２つの電極と電線とを電気的に接続するように構成することが可能である。この場合、人工筋肉５ごとに２本の電線が必要となる。

また、電線が動作補助装置１の本体部２の屈曲等の動作の妨げにならないように、例えば棒状の剛体部材４の内部に電線を通したり、図１０〜図１２等に示した軸Ｃ周囲の内部空間Ｓ内で電線を束ねたりして外部の電源装置や制御装置とつなぐように構成することが可能である。

しかし、図１３に示した動作補助装置１の本体部２のように、人工筋肉５の数が非常に多くなると、上記のような電線を用いる形態では電線の本数が非常に多くなってしまう。そこで、本実施形態では、電極構造３として、図１４に示すような２つの筒状の電極構造３ａ、３ｂを用いるようになっている。

そして、動作補助装置１は、図１５（Ａ）に示すように、２つの筒状の電極構造３ａ、３ｂをそれぞれ本体部２の外表面側と内部空間Ｓ側の内表面側とにそれぞれ設けて構成されるようになっている。このように構成することで、本体部２の人工筋肉５に通電するように構成すれば、本体部２の全人工筋肉５に通電することが可能となる。

なお、図１４や図１５（Ａ）では、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示した円筒形状に形成された本体部２に適用するために、電極構造３ａ、３ｂも円筒形状に形成される場合が示されているが、本体部２が円筒形状以外の場合には、電極構造３ａ、３ｂは、本体部２の外表面と内表面の形状にあわせた形状に構成することも可能であり、必ずしも円筒形状に形成されるとは限らない。

また、電極構造３は、図１３（Ａ）、（Ｂ）に示したような人工筋肉５の本数が非常に多い場合に限定されず、図２や図１０〜図１２等に示したような比較的数が少ない人工筋肉５に通電する場合にも用いることができる。

本実施形態では、電極構造３は、図１６の展開図に示すように、本体部２の外表面側の電極構造３ａと内表面側の電極構造３ｂでは、布やプラスチックフィルム等の柔軟性を有する素材上に複数の配線６ａ、６ｂがそれぞれ平行に配置されている。複数の配線６ａ、６ｂは、それぞれ一方の端部が電極構造３ａ、３ｂの端部７ａ、７ｂでそれぞれ束ねられて、図示しない外部の電源装置や制御装置とつながれるようになっている。

また、本体部２の外表面側の電極構造３ａでは複数の配線３ａの方向が本体部２の軸Ｃ方向に略直交する方向に配置されており、また、本体部２の内表面側の電極構造３ｂでは複数の配線３ｂの方向が軸Ｃ方向に略平行に配置されるようになっている。

本実施形態では、図１５（Ａ）に示したように２つの筒状の電極構造３ａ、３ｂが本体部２の外表面側と内表面側とにそれぞれ配置されると、図１５（Ｂ）に示すように、本体部２の軸Ｃ方向に略直交する方向に延在するテンション材５ｅに沿って、電極構造３ａの配線６ａが２本ずつ配置されるようになっている。すなわち、図２等に示したように、一列に連なって当該方向に本体部２を１周する複数のテンション材５ｅの一列につき、２本の配線６ａが配置されるようになっている。

また、本体部２の軸Ｃ方向に延在する人工筋肉５ａ、５ｄや人工筋肉５ｂ、５ｃに沿って、電極構造３ｂの配線６ｂが２本ずつ配置されるようになっている。すなわち、本体部２を略垂直方向に一列に連なる複数の人工筋肉５ａ、５ｄ或いは人工筋肉５ｂ、５ｃの一列につき、２本の配線６ｂが配置されるようになっている。

さらに、上記の２本の配線６ａには、一方の配線６ａにプラスの電圧、他方の配線６ａにマイナスの電圧が供給されるようになっており、２本の配線６ｂにおいても、一方の配線６ｂにプラスの電圧、他方の配線６ｂにマイナスの電圧が供給されるようになっている。なお、以下、プラスの電圧またはマイナスの電圧を供給する配線を配線６ａ（＋）、６ａ（−）等と表す。

図１５（Ｂ）に示すように、人工筋肉５ａ等は、その図中上側の電極が電極構造３ａの配線６ａ（＋）および配線６ａ（−）に電線８を介して電気的に接続されており、図中下側の電極が電極構造３ｂの配線６ｂ（＋）および配線６ｂ（−）に電線８を介して電気的に接続されている。すなわち、１本の配線６ａ（＋）、６ａ（−）には複数の人工筋肉５ａ等の上側の電極が電気的に接続されており、１本の配線６ｂ（＋）、６ｂ（−）には複数の人工筋肉５ａ等の下側の電極が電気的に接続されている。

前述したように、人工筋肉５ａ等は、一方の電極にプラス、他方の電極にマイナスの電圧を加えると収縮し、逆に電圧を加えると収縮が解けるようになっている。そのため、例えば、人工筋肉５ａ等の上側の電極に配線６ａ（＋）からプラスの電圧、下側の電極に配線６ｂ（−）からマイナスの電圧を加えて人工筋肉５ａ等を収縮させ、人工筋肉５ａ等の上側の電極に配線６ａ（−）からマイナスの電圧、下側の電極に配線６ｂ（＋）からプラスの電圧を加えて人工筋肉５ａ等の収縮を解くようにして、人工筋肉５ａ等の収縮を制御することができるようになっている。

このようにして、本実施形態の動作補助装置１は、本体部２の人工筋肉５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄに外表面側の電極構造３ａの各配線６ａ（＋）、６ａ（−）および内表面側の電極構造３ｂの各配線６ｂ（＋）、６ｂ（−）からプラスやマイナスの電圧が印加されて、人工筋肉５ａ等の収縮や収縮の解除が行われることで、上記の屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作が行われるようになっている。

なお、本実施形態では、上記のように人工筋肉５ａと配線６ａ、６ｂとを電気的に接続させた構成において、例えば、外表面側の電極構造３ａの配線６ａ（＋）または配線６ａ（―）に順次所定の電圧を印加していく。すなわち、電圧を印加する配線を順次変えながら所定の電圧を配線ごとに印加する。

そして、収縮させるべき或いは収縮を解除すべき人工筋肉５ａ等の上側の電極に配線６ａ（＋）または配線６ａ（−）から所定の電圧が印加されたタイミングで、内表面側の電極構造３ｂの配線６ｂ（＋）または配線６ｂ（−）から人工筋肉５ａ等の下側の電極に所定の電圧を印加する。

このようにして、人工筋肉５ａ等を特定した状態で所定の電圧を加えて人工筋肉５ａ等を収縮させ、或いは収縮を解除することで、動作補助装置１に所定の屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作を的確に行わせることが可能となる。また、印加する電圧を昇降させ、或いは電圧を印加する回数を増減することで、人工筋肉５ａ等の収縮やその解除の度合を強くしたり弱くしたりすることが可能となり、上記の動作をより的確に行わせることが可能となる。

［１−６．その他の構成］
人工筋肉５ａ等に所定の電圧を供給するための電源装置や制御装置等については、公知の装置を用いることが可能である。また、制御装置は、例えばコンピュータに対するプログラミングによって制御を行うことが可能であり、その他、直接手動ですなわちスイッチのオン、オフ等によって人工筋肉に電力を入力するように構成することも可能である。

［２．動作補助装置の作用］
前述したように、本実施形態の動作補助装置１では、本体部２の外表面側の電極構造３ａと内表面側の電極構造３ｂは、布やプラスチックフィルム等の柔軟性を有する素材で構成されているため、電極構造３ａ、３ｂは本体部２の動作に追従して変形し得る。

また、動作補助装置１の本体部２は、前述したように、屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作を行うことができる。そして、この屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作を組み合わせれば、より複雑な動作を動作補助装置１の本体部２に行わせることが可能となる。

例えば、上記の屈曲（伸展）動作や収縮（伸長）動作では、例えば屈曲（伸展）や収縮（伸長）を生じさせる層Ｌの数を層Ｌａと層Ｌｂとで同数になるように選択する等して、同時にねじれ動作が生じないようにする場合を示したが、屈曲（伸展）や収縮（伸長）の際に、各層Ｌごとのねじれを相殺させないように層Ｌａ、Ｌｂの数や場所を選択して、屈曲（伸展）動作や収縮（伸長）動作とねじれ動作とを同時に生じさせることも可能である。また、本体部２を、屈曲（伸展）させつつ収縮（伸長）させるようにその動作を制御することも可能である。

また、例えば、図１に示したように本実施形態の動作補助装置１を使用者の上腕Ａ１から肘Ｅ、前腕Ａ２にかけて装着した場合、上記の図１７に示したような肘Ｅの屈曲動作や伸展動作は、動作補助装置１の本体部２の肘Ｅの部分を屈曲または伸展させることにより行うことができる。

また、上記の図１８に示したような前腕Ａ２のねじり動作（手のひらの向きを変える動作）は、動作補助装置１の本体部２の前腕Ａ２の部分を所定の方向にねじることにより行うことができる。さらに、図１９に示したような上腕Ａ１を軸とした前腕Ａ２の旋回動作（腕相撲の際の動作）は、動作補助装置１の本体部２の上腕Ａ１の部分および肘Ｅの部分をねじりつつ、同時に肘Ｅの部分を屈曲または伸展させることにより行うことができる。

このようにして、本実施形態に係る動作補助装置１では、屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作により、また、それらの動作を組み合わせることにより、使用者の身体の複雑な動作であってもそれを補助、補強することが可能となる。

［３．動作補助装置の効果］
以上のように、本実施形態に係る動作補助装置１によれば、本体部２を構成する剛体部材４同士の端点Ｅ間を結ぶ複数のテンション材５の全部または一部を収縮制御可能な部材（人工筋肉５ａ等）で構成したことにより本体部２を可動式とした。そのため、人工筋肉５ａ等を収縮させることで、本体部２に、屈曲（伸展）動作やねじれ動作、収縮（伸長）動作や、それらの動作を組み合わせたより複雑な動作を行わせることが可能となり、使用者の身体の複雑な動作を補助、補強することが可能となる。

また、人工筋肉５ａ等を、本体部２の軸Ｃ方向に対して層Ｌごとに特有の向きに傾斜して設けたことで、本体部２に、屈曲動作やねじれ動作、収縮動作等を的確に行わせることが可能となる。

さらに、層Ｌを形成する剛体部材４等をより細小に構成してその数を増加させ、層Ｌの軸Ｃ方向の厚さを短縮して肉薄の筒状に形成することで、動作補助装置１を、使用者の身体にフィットし、より滑らかでしなやかに屈曲やねじれ、収縮等の動作を行うように構成することが可能となる。

特に、前述したように、動作補助装置１の本体部２を、細小の剛体部材４ａ、４ｂが短小の人工筋肉５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄおよびテンション材５ｅにより接続された、いわばサポータ状或いはストッキング状に構成することで、剛体部材４ａ、４ｂ等が例えば人体に刺さる等して人体を刺激することもなく、サポータやストッキングを着用する時のように滑らかな感触で動作補助装置１を着用することが可能となる。また、このようにサポータ等のように着用した状態で動作補助装置１を作動させることで、上記の効果が実現されて、着用者の身体に屈曲等の動作を生じさせたり、着用者の動作を補助、補強することが可能となる。

さらに、動作補助装置１の本体部２の外表面側と内表面側に、それぞれ筒状の電極構造３ａ、３ｂを設けたことで、人工筋肉５ａ等に容易かつ的確に通電することが可能となる。また、電極構造３ａ、３ｂを柔軟性を有する素材で構成すれば、電極構造３を、本体部２の屈曲等の動作を妨害せずに、人工筋肉５ａ等に有効に電力を供給しつつ、かつ、その動作に追従して容易に変形させることが可能となる。

なお、本実施形態では、剛体部材４を長さや径が等しい棒状の部材で構成する場合について説明したが、本発明の効果を奏し得るものであれば、剛体部材４の長さや径、形状等は必ずしもすべての剛体部材４で同一でなくてもよい。テンション材や人工筋肉についても同様である。

使用者の腕部に装着された本実施形態に係る動作補助装置を説明する図である。 本実施形態に係る動作補助装置の本体部の本体部の最も単純化された構成を示す正面図である。 図２の本体部の剛体部材のみを示した図である。 （Ａ）図２の層Ｌａに属する剛体部材の平面図であり、（Ｂ）図２の層Ｌｂに属する剛体部材の平面図である。 図２の本体部の各層のねじれ方向を示す図である。 （Ａ）図２の本体部の剛体部材と人工筋肉とを示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の人工筋肉を収縮させた状態を説明する図である。 （Ａ）図６（Ａ）の変形例を示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の人工筋肉を収縮させた状態を説明する図である。 屈曲させた図２の本体部を示す正面図である。 図２の本体部の層の人工筋肉に収縮力が働く状態を説明する図である。 図２の本体部における剛体部材、人工筋肉、軸および内部空間を説明する平面図である。 剛体部材の本数を４本とした場合の内部空間等を説明する平面図である。 剛体部材の本数を６本とした場合の内部空間等を説明する平面図である。 （Ａ）本実施形態に係る動作補助装置の円筒形状とされた本体部の構成を示す正面図であり、（Ｂ）（Ａ）の円Ａで示される部分の拡大図である。 ２つの筒状の電極構造とされた電極構造を示す正面図である。 （Ａ）本実施形態に係る動作補助装置の構成を示す図であり、（Ｂ）電極構造の配線と本体部の人工筋肉との接続を説明する拡大図である。 電極構造を形成する２つの筒状の各電極構造の展開図である。 使用者の腕部に装着された従来の動作補助装置、および肘の屈曲動作および伸展動作を説明する図である。 前腕をねじる動作を説明する図である。 上腕を軸にして前腕を旋回させる動作を説明する図である。

符号の説明

１ 動作補助装置
２ 本体部
３、３ａ、３ｂ 電極構造
４、４ａ、４ｂ 剛体部材
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ、５ｅ テンション材
５、５ａ、５ｂ、５ｃ、５ｄ 収縮制御可能な部材（人工筋肉）
６ａ、６ｂ 配線
Ｃ 軸
Ｅ、Ｅ4a、Ｅ4b 端点
Ｌ、Ｌａ、Ｌｂ 層
Ｓ 内部空間

Claims (12)

1. 複数の剛体部材と、前記剛体部材同士の端点間を結ぶ複数のテンション材とを組み合わせて構成され、前記複数のテンション材の全部または一部が収縮制御可能な部材で構成された本体部を備え、
   前記本体部は、前記複数の剛体部材のうちの一定数の剛体部材が組み合わされて形成された層を１本の軸方向に積み重ねて構成され、かつ、前記層には前記一定数の剛体部材が組み合わされて前記軸の周囲に内部空間が形成されていることを特徴とするテンセグリティ構造体。
2. 前記剛体部材は、それぞれ、他の２つの剛体部材および当該他の２つの剛体部材の端点間を結ぶ前記テンション材の計３つの部材により当該剛体部材の周囲を取り巻かれないように構成されており、当該テンション材が前記収縮制御可能な部材で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のテンセグリティ構造体。
3. 前記収縮制御可能な部材で構成されたテンション材は、前記軸方向に対して、前記層ごとに特有の向きに傾斜して設けられていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のテンセグリティ構造体。
4. 前記収縮制御可能な部材は、高分子型の人工筋肉で構成されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体。
5. 前記本体部の外表面側および前記内部空間側の内表面側に、それぞれ、前記各収縮制御可能な部材に通電するための筒状の電極構造を備えることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体。
6. 前記電極構造は、前記外表面側の電極構造に設けられた複数の配線がそれぞれ前記収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続され、前記内表面側の電極構造に設けられた複数の配線がそれぞれ前記収縮制御可能な部材の少なくとも一方の電極に接続されていることを特徴とする請求項５に記載のテンセグリティ構造体。
7. 前記外表面側の電極構造の前記各配線および前記内表面側の電極構造の前記各配線には、それぞれ複数の前記収縮制御可能な部材の電極が接続されていることを特徴とする請求項６に記載のテンセグリティ構造体。
8. 前記外表面側の電極構造および前記内表面側の電極構造は、平行に配置された前記複数の配線をそれぞれ備え、かつ、前記外表面側の電極構造または前記内表面側の電極構造のいずれか一方の電極構造では前記複数の配線の方向が前記軸方向に略平行に配置され、他方の電極構造では前記複数の配線の方向が前記軸方向に略直交する方向に配置されていることを特徴とする請求項７に記載のテンセグリティ構造体。
9. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
   前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
   前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の一部を前記軸方向に収縮させることで前記軸を屈曲させる制御装置と、
   を有することを特徴とする動作補助装置。
10. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
    前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
    前記収縮制御可能な部材を収縮させて１つの前記層の全体を前記軸方向に収縮させることで前記軸周りにねじれを生じさせる制御装置と、
    を有することを特徴とする動作補助装置。
11. 前記収縮制御可能な部材を収縮させて前記層を前記軸方向に収縮させることで前記軸方向に収縮するように構成されていることを特徴とする請求項９または請求項１０に記載の動作補助装置。
12. 請求項１から請求項８のいずれか一項に記載のテンセグリティ構造体と、
    前記収縮制御可能な部材に通電するための電源装置と、
    前記外表面側の電極構造または前記内表面側の電極構造のいずれか一方の電極構造における前記複数の配線に順次所定の電圧を印加し、収縮させるべき前記収縮制御可能な部材の片方の電極に前記電圧が印加されたタイミングで、他方の電極構造における当該収縮制御可能な部材のもう一方の電極に接続された前記配線に所定の電圧を印加することで、当該収縮制御可能な部材を収縮させる制御装置と、
    を有することを特徴とする動作補助装置。

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