JP6490455B2 - 筋力補助装置 - Google Patents
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Description
なお、上記内容における「上半身に取り付けられる」という記載は、上半身に直接的に取り付けられること、または、上半身に間接的に取り付けられることを意味する。具体的には、上半身に直接的に取り付けられるとは、例えば、第1アクチュエータの第1身体側配置部が、人の骨格に取り付けられること等を意味する。また、上半身に間接的に取り付けられるとは、例えば、第1アクチュエータの第1身体側配置部が、人の上半身の一部に装着される装着具を介して上半身の一部に取り付けられることや、上半身の一部に装着される装着具およびこれに接続されるワイヤ等を介して上半身の一部に取り付けられることを意味する。
なお、上記内容における「腰部に取り付けられる」や「下半身に取り付けられる」という記載も、上述と同様に、腰部または下半身に直接的に取り付けられること、または、腰部または下半身に間接的に取り付けられることを意味する。
また、第2補助手段の第2アクチュエータの第2身体側配置部および第2外側配置部間を結ぶ方向が第3補助手段の第3アクチュエータの第3身体側配置部および第3外側配置部間を結ぶ方向と非平行となるように、身体の背部側において、第3補助手段が下半身に取り付けられる。この状態において、第3アクチュエータが、その第3身体側配置部および第3外側配置部間の距離を変化させた際に、第3アクチュエータで生じる力が作用点となって、下半身と腰部とを相対移動させる動作を補助するためのモーメントを生じさせることができる。これにより、人が屈曲姿勢から復帰する際の動作を補助することができる。そして、この際に、第2アクチュエータが、その第2身体側配置部および第2外側配置部間の距離を長くなるように増大させることで、モーメントのモーメントアームを増大させることができる。これにより、モーメントアームを増大させた後の状態においては、第3補助手段の第3アクチュエータの出力を、モーメントアームを増大させる前の状態で所望のモーメントを得るために必要となる第3アクチュエータの出力よりも小さく抑えた場合であっても、上述の所望のモーメントと同等のモーメントを確保することができる。これにより、本発明によれば、下半身と腰部を相対移動させる動作を補助するための所望のモーメントを、当該モーメントの作用点における力を生じさせるアクチュエータの出力を小さく抑えながらも確保できることにより、装置全体の大型化及び重量増加を抑制することができる。
しかも、制御装置は、状態監視手段によって第2アクチュエータの第2外側配置部が腰部から離れて所定の状態となったことを検出したときに、第1アクチュエータを、第1身体側配置部および第1外側配置部間の距離が短くなるように動作させ、その後、第3アクチュエータを、第3身体側配置部および第3外側配置部間の距離が短くまたは長くなるように動作させるため、第1アクチュエータおよび第3アクチュエータを動作させる際に、確実に増大されたモーメントアームを確保できる。さらには、第3アクチュエータの動作よりも先に、第1アクチュエータを動作させることにより、人の腰部への負担を効果的に軽減することができる。
第1補助ユニット10は、身体の一部(本実施の形態では肩部S)に取り付けられる第1身体側配置部11Aとこの第1身体側配置部11Aに対して離接可能な第1外側配置部11Bとを含み、これら第1身体側配置部11Aおよび第1外側配置部11B間の距離を変化させることが可能な第1アクチュエータ11、を有する。本実施の形態における第1アクチュエータ11は、第1身体側配置部11Aと、第1外側配置部11Bと、これら第1身体側配置部11Aと第1外側配置部11Bとを連結する弾性体からなる筒状部11Cと、を有している。
第2補助ユニット20は、身体の一部(本実施の形態では腰部W)に取り付けられる第2身体側配置部21Aとこの第2身体側配置部21Aに対して離接可能な第2外側配置部21Bとを含み、これら第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間の距離を変化させることが可能な第2アクチュエータ21、を有する。本実施の形態における第2アクチュエータ21は、第2身体側配置部21Aと、第2外側配置部21Bと、これら第2身体側配置部21Aと第2外側配置部21Bとを連結する弾性体からなるベローズ部21Cと、を有している。
第3補助ユニット30は、身体の一部(本実施の形態では大腿部TL,TR)に取り付けられる第3身体側配置部31Aとこの第3身体側配置部31Aに対して離接可能な第3外側配置部31Bとを含み、これら第3身体側配置部31Aおよび第3外側配置部31B間の距離を変化させることが可能な第3アクチュエータ31、を有する。本実施の形態においては、筋力補助装置1が、左右に配置される2つの第3補助ユニット30を有しており、左右の第3補助ユニット30の各々が、第3アクチュエータ31を有している。第3アクチュエータ31の各々は、第3身体側配置部31Aと、第3外側配置部31Bと、これら第3身体側配置部31Aと第3外側配置部31Bとを連結する弾性体からなる筒状部31Cと、を有している。
次に、図1には、制御ユニット40が示されている。なお、説明の便宜上、図2乃至図4においては、制御ユニット40の図示が省略されている。また、図5は、制御ユニット40と、各補助ユニット10,20,30との電気的または機械的な接続態様を示すシステム構成の概略図である。図1および図5に示すように、本実施の形態の制御ユニット40は、上述した空気供給部41と、コントローラ50と、を有している。
次に、以上のような構成を備える本実施の形態の筋力補助装置1の動作の一例を説明する。
以上に説明した本実施の形態にかかる筋力補助装置1では、第2補助ユニット20の第2アクチュエータ21の第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間を結ぶ方向が第1補助ユニット10の第1アクチュエータ11の第1身体側配置部11Aおよび第1外側配置部11B間を結ぶ方向と非平行となるように、身体の背部B側において、第1補助ユニット10が上半身(肩部S)に取り付けられ、且つ第2補助ユニット20が腰部Wに取り付けられる。この状態において、第1アクチュエータ11が、第1身体側配置部11Aおよび第1外側配置部11B間の距離を変化させた際に、第1アクチュエータ11で生じる力が作用点となって、肩部Sと腰部Wとを相対移動させる動作を補助するためのモーメントを生じさせることができる。これにより、人が前屈姿勢から復帰する際の動作を補助することができる。そして、この際に、第2アクチュエータ21が、その第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間の距離を長くなるように増大させることで、モーメントのモーメントアームを増大させることができる。これにより、モーメントアームを増大させた後の状態においては、第1補助ユニット10の第1アクチュエータ11の出力を、モーメントアームを増大させる前の状態で所望のモーメントを得るために必要となる第1アクチュエータ11の出力よりも小さく抑えた場合であっても、上述の所望のモーメントと同等のモーメントを確保することができる。これにより、本実施の形態の筋力補助装置1によれば、肩部Sと腰部Wを相対移動させる動作を補助するための所望のモーメントを、当該モーメントの作用点における力を生じさせる第1アクチュエータ11の出力を小さく抑えながらも確保できることにより、装置全体の大型化及び重量増加を抑制することができる。
また、第2補助ユニット20の第2アクチュエータ21の第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間を結ぶ方向が第3補助ユニット30の第3アクチュエータ31の第3身体側配置部31Aおよび第3外側配置部31B間を結ぶ方向と非平行となるように、身体の背部B側において、第3補助ユニット30が下半身(大腿部TL,TR)に取り付けられる。この状態において、第3アクチュエータ31が、第3身体側配置部31Aおよび第3外側配置部31B間の距離を変化させた際に、第3アクチュエータ31で生じる力が作用点となって、大腿部TL,TRと腰部Wとを相対移動させる動作を補助するためのモーメントを生じさせることができる。これにより、人が屈曲姿勢から復帰する際の動作を補助することができる。そして、この際に、第2アクチュエータ31が、その第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間の距離を長くなるように増大させることで、モーメントのモーメントアームを増大させることができる。これにより、モーメントアームを増大させた後の状態においては、第3補助ユニット30の第3アクチュエータ31の出力を、モーメントアームを増大させる前の状態で所望のモーメントを得るために必要となる第3アクチュエータ31の出力よりも小さく抑えた場合であっても、上述の所望のモーメントと同等のモーメントを確保することができる。これにより、本実施の形態の筋力補助装置1によれば、大腿部TL,TRと腰部Wを相対移動させる動作を補助するための所望のモーメントを、当該モーメントの作用点における力を生じさせる第3アクチュエータ31の出力を小さく抑えながらも確保できることにより、装置全体の大型化及び重量増加を抑制することができる。
しかも、本実施の形態では、制御装置であるコントローラ50が、状態監視部52によって第2アクチュエータ21の第2外側配置部21Bが腰部Wから離れて所定の状態となったことを検出したときに、第1アクチュエータ11を、第1身体側配置部11Aおよび第1外側配置部11B間の距離が短くなるように動作させ、その後、第3アクチュエータ31を、第3身体側配置部31Aおよび第3外側配置部31B間の距離が短くなるように動作させるため、第1アクチュエータ11および第3アクチュエータ31を動作させる際に、確実に増大されたモーメントアームを確保できる。さらには、第3アクチュエータ31の動作よりも先に、第1アクチュエータ11を動作させることにより、人の腰部Wへの負担を効果的に軽減することができる。
上述の実施の形態においては、第2アクチュエータ21が、第2身体側配置部21Aと、第2外側配置部21Bと、これら第2身体側配置部21Aと第2外側配置部21Bとを連結する弾性体からなるベローズ部21Cと、を有し、ベローズ部21Cの内部に対する流体の流入および排出を切り換えてベローズ部21Cを伸縮させることにより、第2身体側配置部21Aおよび第2外側配置部21B間の距離を変化させる構成を説明した。図12乃至図22には、第2アクチュエータ21の各種変形例が示されている。
上述の実施の形態では、図6に示したステップS103において、コントローラ50が第2アクチュエータ21の動作の開始から所定時間が経過したか否かを状態監視部52によって監視し、所定時間が経過した場合に、ステップS104において、第1アクチュエータ11が動かされる。これに代えて、図23のフローチャートに示すように、第2アクチュエータ21の第2身体側配置部21Aと第2外側配置部21Bとの間の距離が、所定の長さになったか否かを状態監視部52によって監視してもよい。この場合、状態監視部52は、第2アクチュエータ21に設けられた位置センサに電気的に接続して、長さ(距離)を検出するようにしてもよい。
10 第1補助ユニット
11 第1アクチュエータ
11A 第1身体側配置部
11B 第1外側配置部
14 胴体姿勢検出センサ
20 第2補助ユニット
21 第2アクチュエータ
21A 第2身体側配置部
21B 第2外側配置部
30 第3補助ユニット
31 第3アクチュエータ
31A 第3身体側配置部
31B 第3外側配置部
34 脚部姿勢検出センサ
40 制御ユニット
50 コントローラ
Claims (6)
- 上半身に取り付けられる第1身体側配置部と前記第1身体側配置部に対して離接可能な第1外側配置部とを含み、前記第1身体側配置部および前記第1外側配置部間の距離を変化させることが可能な第1アクチュエータ、を有する第1補助手段と、
腰部に取り付けられる第2身体側配置部と前記第2身体側配置部に対して離接可能な第2外側配置部とを含み、前記第2身体側配置部および前記第2外側配置部間の距離を変化させることが可能な第2アクチュエータ、を有し、且つ前記第2外側配置部を前記第1外側配置部に取り付けられる第2補助手段と、
下半身に取り付けられる第3身体側配置部と前記第3身体側配置部に対して離接可能な第3外側配置部とを含み、前記第3身体側配置部および前記第3外側配置部間の距離を変化させることが可能な第3アクチュエータ、を有し、且つ前記第3外側配置部を前記第2外側配置部に取り付けられる第3補助手段と、
前記第1アクチュエータおよび第3アクチュエータの動作前に、前記第2アクチュエータの前記第2外側配置部が前記腰部から離れるように前記第2アクチュエータを動作させる制御装置と、を備え、
前記第2アクチュエータの前記第2身体側配置部および前記第2外側配置部間を結ぶ方向が前記第1アクチュエータの前記第1身体側配置部および前記第1外側配置部間を結ぶ方向と非平行となるように、身体の背部側において、前記第1補助手段が上半身に取り付けられ、且つ前記第2補助手段が腰部に取り付けられ、
前記第2アクチュエータの前記第2身体側配置部および前記第2外側配置部間を結ぶ方向が前記第3アクチュエータの前記第3身体側配置部および前記第3外側配置部間を結ぶ方向と非平行となるように、身体の背部側において、前記第3補助手段が下半身に取り付けられ、
前記制御装置は、状態監視手段を有し、当該状態監視手段によって前記第2アクチュエータの前記第2外側配置部が前記腰部から離れて所定の状態となったことを検出したときに、前記第1アクチュエータを、前記第1身体側配置部および前記第1外側配置部間の距離が短くなるように動作させ、その後、前記第3アクチュエータを、前記第3身体側配置部および前記第3外側配置部間の距離が短くまたは長くなるように動作させる、筋力補助装置。 - 前記第3補助手段の前記第3アクチュエータの前記第3身体側配置部は、下半身のうちの大腿部に取り付けられ、
前記制御装置は、前記第3アクチュエータを、前記第3身体側配置部および前記第3外側配置部間の距離が短くなるように動作させる、請求項1に記載の筋力補助装置。 - 前記第1補助手段の前記第1アクチュエータの前記第1身体側配置部は、上半身のうちの肩部に取り付けられる、請求項1または2に記載の筋力補助装置。
- 前記状態監視手段は、計時手段であり、前記第2アクチュエータの動作の開始から所定時間が経過したか否かを監視し、
前記制御装置は、前記状態監視手段によって前記所定時間の経過を検出したときに、前記第1アクチュエータを動作させ、その後、前記第3アクチュエータを動作させる、請求項1乃至3のいずれかに記載の筋力補助装置。 - 前記状態監視手段は、前記第2アクチュエータの前記第2身体側配置部および前記第2外側配置部間の距離が所定の長さとなったか否かを監視し、
前記制御装置は、前記状態監視手段によって前記所定の長さとなったことを検出したときに、前記第1アクチュエータを動作させ、その後、前記第3アクチュエータを動作させる、請求項1乃至3のいずれかに記載の筋力補助装置。 - 前記第2アクチュエータは、前記第2身体側配置部と、前記第2外側配置部と、前記第2身体側配置部と前記第2外側配置部とを連結し、内部に流体の流入空間が形成された弾性体と、を有し、前記弾性体の内部に対する流体の注入および排出を切り換えて前記第2身体側配置部および前記第2外側配置部間の距離を変化させることが可能となっており、
前記状態監視手段は、前記第2アクチュエータの前記弾性体の内部の圧力が所定の圧力となったか否かを監視し、
前記制御装置は、前記状態監視手段によって前記所定の圧力となったことを検出したときに、前記第1アクチュエータを動作させ、その後、前記第3アクチュエータを動作させる、請求項1乃至3のいずれかに記載の筋力補助装置。
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