JP6560157B2 - Power assist device - Google Patents
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Description
本発明は、使用者が装着して使用者の上腕及び前腕の抗重力作業を少なくとも支援するパワーアシスト装置に関するものである。 The present invention relates to a power assist device that is worn by a user and supports at least the anti-gravity work of the upper arm and forearm of the user.
超高齢化社会をむかえる日本において、高齢者や障害者への介護負担は年々増加傾向にある。特に、寝たきりの高齢者や障害者を持ち上げて移動させるなどの作業は重労働であり、介護者が腰を痛める場合も多い。この問題点に関し、介護者の負担を軽減するための様々な支援機器の開発が行われている。例えば下記［特許文献１］には、使用者の上半身に装着して使用者の上腕の抗重力作業を支援するアシスト装置に関する発明が開示されている。そして、この［特許文献１］に記載の発明は支援動作を行わない使用者の他の腕の動作に対しては受動的に追従する構造を有している。 In Japan, which is facing a super-aging society, the burden of nursing care for the elderly and disabled is increasing year by year. In particular, operations such as lifting and moving bedridden elderly and disabled persons are heavy labor, and caregivers often hurt their backs. With respect to this problem, various support devices for reducing the burden on caregivers are being developed. For example, the following [Patent Document 1] discloses an invention relating to an assist device that is attached to the upper body of the user and supports the anti-gravity work of the upper arm of the user. The invention described in [Patent Document 1] has a structure that passively follows the movement of the other arm of the user who does not perform the support movement.
しかしながら、［特許文献１］に記載の発明は使用者の外転動作を単純な回動動作により対応している。ただし、人間の上腕の外転動作は図７（ａ）（ｂ）に示すように、肩が若干（概ね１ｃｍ〜１．５ｃｍ程度）上昇するとともに首側に移動するという複雑な挙動を示す。これに対し単純な回動動作では、装置の肩部全体が回動して使用者の実際の肩位置よりも高い位置となる。このため、使用者が違和感や抵抗感を覚えるという問題点がある。 However, the invention described in [Patent Document 1] corresponds to the user's abduction movement by a simple rotation movement. However, as shown in FIGS. 7A and 7B, the abduction motion of the upper arm of a human shows a complicated behavior in which the shoulder slightly rises (approximately 1 cm to 1.5 cm) and moves to the neck side. On the other hand, in a simple rotation operation, the entire shoulder portion of the apparatus is rotated to a position higher than the actual shoulder position of the user. For this reason, there is a problem that the user feels uncomfortable and resistant.
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単純な構造で使用者の外転動作を違和感なく行うことが可能なパワー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 of the present invention is to provide a power assist device that can perform a user's abduction motion without a sense of incongruity with a simple structure.
本発明は、
（１）使用者の上腕の屈曲動作を少なくとも支援する上腕アシストモータ７２ａと、使用者の前腕の屈曲動作を少なくとも支援する前腕アシストモータ７２ｂと、を有し、使用者が装着して使用者の抗重力作業を支援するパワーアシスト装置において、
使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレーム５０と、
前記メインフレーム５０の下方の使用者の腰位置近傍に固定した横バー５２と、
前記横バー５２の左右に設けられたフレーム回転軸５２ａと、
下端が前記フレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４と、
前記サブフレーム５４の上端に回動可能に設置された肩部６０と、
前記肩部６０と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部７０と、を有し、
使用者の腕の外転動作に応じて前記サブフレーム５４が前記フレーム回転軸５２ａを中心に回動することを特徴とするパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）肩部６０が、サブフレーム５４の上端に回動可能に接続した肩プレート６２と、
前記肩プレート６２に回動可能に接続した肩アーム６４と、
腕部７０と接続するとともに前記肩アーム６４とヒンジ接続した肩ステー６６と、を有することを特徴とする上記（１）記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）腕部７０が、上腕アシストモータ７２ａを保持するとともに使用者の上腕に固定される上腕部７６と、
前腕アシストモータ７２ｂを保持するとともに使用者の前腕に固定される前腕部７８と、
肩ステー６６と前記上腕部７６とを接続し前記上腕アシストモータ７２ａの回転駆動力が伝達する上腕アシスト回転部７４ａと、
前記前腕部７８と前記上腕部７６とを接続し前記前腕アシストモータ７２ｂの回転駆動力が伝達する前腕アシスト回転部７４ｂと、を有することを特徴とする上記（２）記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）上腕アシストモータ７２ａと前腕アシストモータ７２ｂとが、それぞれ１つの筋電センサ１８ａ、１８ｂからの信号に基づいて制御されることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）使用者の前腕及び上腕の屈曲・伸展を除く回内・回外、内旋・外旋、内転・外転動作に対応するフリー関節構造を有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
The present invention
(1) It has an upper arm assist motor 72a that supports at least the bending motion of the user's upper arm and a forearm assist motor 72b that supports at least the bending motion of the user's forearm, and the user wears the user's upper arm assist motor 72b. In the power assist device that supports anti-gravity work,
A main frame 50 positioned along the center line of the user's back;
A horizontal bar 52 fixed near the waist position of the user below the main frame 50;
Frame rotation shafts 52a provided on the left and right of the horizontal bar 52;
A sub-frame 54 whose lower end is pivotally supported by the frame rotation shaft 52a;
A shoulder 60 rotatably installed at the upper end of the sub-frame 54;
An arm 70 connected to the shoulder 60 and fixed to the upper arm and forearm of the user;
The above-described problem is solved by providing a power assist device 80 characterized in that the sub-frame 54 rotates around the frame rotation shaft 52a in accordance with the abduction motion of the user's arm.
(2) A shoulder plate 62 in which a shoulder portion 60 is rotatably connected to the upper end of the subframe 54;
A shoulder arm 64 pivotally connected to the shoulder plate 62;
By providing the shoulder stay 66 that is connected to the arm portion 70 and hinged to the shoulder arm 64, the power assist device 80 according to the above (1) is provided, thereby solving the above-mentioned problem.
(3) an upper arm portion 76 that holds the upper arm assist motor 72a and is fixed to the upper arm of the user;
A forearm portion 78 that holds the forearm assist motor 72b and is fixed to the user's forearm;
An upper arm assist rotating portion 74a that connects the shoulder stay 66 and the upper arm portion 76 to transmit the rotational driving force of the upper arm assist motor 72a;
The power assist device 80 according to (2) above, further comprising a forearm assist rotating portion 74b that connects the forearm portion 78 and the upper arm portion 76 and transmits a rotational driving force of the forearm assist motor 72b. By providing, the above-mentioned problems are solved.
(4) In any one of the above (1) to (3), the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b are controlled based on signals from one myoelectric sensor 18a and 18b, respectively. The problem is solved by providing the described power assist device 80.
(5) The above-mentioned (1), characterized by having a free joint structure corresponding to pronation / extraction, internal rotation / external rotation, adduction / extraction motion excluding flexion / extension of the user's forearm and upper arm The problem is solved by providing the power assist device 80 according to any one of (4) to (4).
本発明に係るパワーアシスト装置は、下端が回動可能に軸支されたサブフレームの上端に肩部を設置する。そして、使用者の外転動作及び水平外転動作に応じてサブフレームが回動し、肩部全体がメインフレーム側に移動する。また、サブフレームの回動により肩部が使用者の肩の上昇量と同レベル上昇する。これにより、使用者は違和感無く外転動作、水平外転動作を行うことができる。 In the power assist device according to the present invention, the shoulder portion is installed at the upper end of the subframe whose lower end is pivotally supported. Then, the subframe rotates in response to the user's abduction operation and horizontal abduction operation, and the entire shoulder portion moves to the main frame side. Further, the rotation of the subframe raises the shoulder to the same level as the amount of the user's shoulder. Thereby, the user can perform an abduction operation and a horizontal abduction operation without a sense of incongruity.
本発明に係るパワーアシスト装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は本発明に係るパワーアシスト装置８０の装着状態を背面側から見た図であり、図１（ｂ）は、正面側から見た図である。また、図２はパワーアシスト装置８０を背面側から見た斜視図である。尚、図２では装着用のベルト（肩ベルト１０ａ、腰ベルト１０ｂ、横ベルト１０ｃ、ベルト１１ａ、１１ｂ）及びアシストモータ７２ａ、７２ｂの動作に関わる各種ケーブルの記載を省略する。また、図３〜図５ではこれらに加えて制御部１４、筋電センサ１８ａ、１８ｂの記載を省略する。また、ここでは使用者の上半身に装着するタイプのパワーアシスト装置８０を例に説明を行うが、本発明は上半身装着型のパワーアシスト装置に限定される訳ではなく、全身装着型のパワーアシスト装置の他、少なくとも使用者の肩及び腕に装着するパワーアシスト装置に対して適用が可能である。 Embodiments of a power assist device according to the present invention will be described with reference to the drawings. Here, FIG. 1A is a view of the mounted state of the power assist device 80 according to the present invention as seen from the back side, and FIG. 1B is a view as seen from the front side. FIG. 2 is a perspective view of the power assist device 80 as seen from the back side. In FIG. 2, the description of various belts related to the operation of the belts for mounting (shoulder belt 10a, waist belt 10b, lateral belt 10c, belts 11a and 11b) and assist motors 72a and 72b is omitted. 3 to 5, the description of the control unit 14 and the myoelectric sensors 18a and 18b is omitted in addition to these. Although the power assist device 80 of the type that is worn on the upper body of the user will be described as an example here, the present invention is not limited to the power assist device of the upper body wearing type, and the power assist device of the whole body wearing type. In addition, it can be applied to at least a power assist device to be worn on the shoulder and arm of the user.
図１、図２に示す、本発明に係るパワーアシスト装置８０は、使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレーム５０と、このメインフレーム５０の下側（使用者の腰部近傍に相当する位置）に固定した横バー５２と、この横バー５２の左右に設けられたフレーム回転軸５２ａと、下端がフレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４と、サブフレーム５４の上端に回動可能に設置された肩部６０と、この肩部６０と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部７０と、を有している。 1 and 2, a power assist device 80 according to the present invention includes a main frame 50 positioned along the center line of the user's back and a lower side of the main frame 50 (corresponding to the vicinity of the user's waist). A horizontal bar 52 fixed to the horizontal bar 52, a frame rotation shaft 52a provided on the left and right of the horizontal bar 52, a subframe 54 whose lower end is pivotally supported by the frame rotation shaft 52a, and a subframe 54 A shoulder portion 60 that is rotatably installed at the upper end of the arm portion, and an arm portion 70 that is connected to the shoulder portion 60 and is fixed to the upper arm and the forearm of the user.
メインフレーム５０は平均的な人間の首の付け根位置から腰位置までの長さを有する金属フレームであり、軽量化のためにアルミ等の角パイプもしくは断面楕円のパイプを用いることが好ましい。そして、メインフレーム５０の下端と上端にはベルトステー１２ａ、１２ｂが固定され、上側のベルトステー１２ａの両側には肩ベルト１０ａが固定する。また、下側のベルトステー１２ｂには腰ベルト１０ｂが固定する。尚、ベルトステー１２ａ、１２ｂはある程度の弾性を備えたアクリル等の合成樹脂で構成することが好ましい。 The main frame 50 is a metal frame having an average length from the base position of the human neck to the waist position, and it is preferable to use a square pipe made of aluminum or the like or a pipe having an elliptical cross section for weight reduction. The belt stays 12a and 12b are fixed to the lower and upper ends of the main frame 50, and the shoulder belt 10a is fixed to both sides of the upper belt stay 12a. A waist belt 10b is fixed to the lower belt stay 12b. The belt stays 12a and 12b are preferably made of a synthetic resin such as acrylic having a certain degree of elasticity.
また、メインフレーム５０の下側には制御部１４が設置され、この制御部１４には筋電センサ１８ａ、１８ｂからの信号ケーブルと上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂ側への各種ケーブルが接続する。尚、筋電センサ１８ａは使用者の左右の三角筋の中部位置の皮膚にそれぞれ貼着され、各三角筋の筋電位を制御部１４に送信する。また、筋電センサ１８ｂは使用者の左右の二頭筋の位置の皮膚にそれぞれ貼着され、各二頭筋の筋電位を制御部１４に送信する。そして、制御部１４は筋電センサ１８ａからの信号に基づいて上腕アシストモータ７２ａの動作を制御し、筋電センサ１８ｂからの信号に基づいて前腕アシストモータ７２ｂの動作を制御する。 A control unit 14 is installed below the main frame 50, and signal cables from the myoelectric sensors 18a and 18b and various cables to the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b are connected to the control unit 14. To do. The myoelectric sensor 18 a is attached to the skin at the middle position of the left and right deltoid muscles of the user, and transmits the myoelectric potential of each deltoid muscle to the control unit 14. The myoelectric sensor 18 b is attached to the skin at the position of the left and right biceps of the user, and transmits the myoelectric potential of each biceps to the control unit 14. Then, the control unit 14 controls the operation of the upper arm assist motor 72a based on the signal from the myoelectric sensor 18a, and controls the operation of the forearm assist motor 72b based on the signal from the myoelectric sensor 18b.
また、メインフレーム５０に設置する横バー５２は、サブフレーム５４を回動可能に軸支できれば、如何なるものを用いても良い。本例では、２枚のプレートの所定の位置にフレーム回転軸５２ａを設け、サブフレーム５４の下端近傍に設けられた軸孔にこのフレーム回転軸５２ａを挿入した上でもう一枚のプレートで挟み込むことで、サブフレーム５４を回動可能に軸支している。この際、ねじりバネ等の弾性部材５３をフレーム回転軸５２ａとサブフレーム５４との間等の所定の位置に設置して、サブフレーム５４がメインフレーム５０側に戻るよう付勢することが好ましい。 As the horizontal bar 52 installed on the main frame 50, any bar may be used as long as the sub-frame 54 can be pivotally supported. In this example, a frame rotation shaft 52a is provided at a predetermined position of two plates, and the frame rotation shaft 52a is inserted into a shaft hole provided in the vicinity of the lower end of the subframe 54, and then sandwiched by another plate. Thus, the sub-frame 54 is pivotally supported. At this time, it is preferable that an elastic member 53 such as a torsion spring is installed at a predetermined position such as between the frame rotation shaft 52 a and the sub frame 54 and urged so that the sub frame 54 returns to the main frame 50 side.
サブフレーム５４は、フレーム回転軸５２ａの位置から平均的な人間の肩甲骨の中ほど程度までの長さを有する金属フレームであり、メインフレーム５０と同様にアルミ等の角パイプもしくは断面楕円のパイプを用いることが好ましい。尚、サブフレーム５４、メインフレーム５０にパイプ部材を用い、さらにメインフレーム５０に制御部１４を設けた場合、肩部６０側からの各種ケーブルをサブフレーム５４、メインフレーム５０内を通して制御部１４と接続することが好ましい。この構成では、各種ケーブルの露出部分が減少し美観上好ましいことに加え、各種ケーブルの障害物等への引っ掛かりを防止することができる。 The sub-frame 54 is a metal frame having a length from the position of the frame rotation shaft 52a to the middle of the average human scapula. Like the main frame 50, the sub-frame 54 is a square pipe made of aluminum or an elliptical pipe. Is preferably used. When pipe members are used for the subframe 54 and the main frame 50 and the control unit 14 is provided on the main frame 50, various cables from the shoulder 60 side pass through the subframe 54 and the main frame 50 and the control unit 14. It is preferable to connect. In this configuration, the exposed portions of the various cables are reduced, which is preferable from an aesthetic point of view, and the various cables can be prevented from being caught on an obstacle.
次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０に好適な肩部６０の例を図２を用いて説明する。パワーアシスト装置８０に好適な肩部６０は、サブフレーム５４の上端に回動可能に接続した肩プレート６２と、この肩プレート６２に回動可能に接続した肩アーム６４と、この肩アーム６４の先側とヒンジ接続した肩ステー６６と、を有している。そしてこの肩ステー６６と腕部７０とが後述の上腕アシスト回転部７４ａを介して接続する。 Next, an example of a shoulder 60 suitable for the power assist device 80 according to the present invention will be described with reference to FIG. A shoulder 60 suitable for the power assist device 80 includes a shoulder plate 62 that is pivotally connected to the upper end of the subframe 54, a shoulder arm 64 that is pivotally connected to the shoulder plate 62, and the shoulder arm 64. And a shoulder stay 66 hinged to the front side. And this shoulder stay 66 and the arm part 70 are connected via the upper arm assist rotation part 74a mentioned later.
肩プレート６２は、サブフレーム５４側が狭い略扇形状もしくは略台形形状の金属プレートであり、前述のようにサブフレーム５４に回動可能に接続する。そして、この肩プレート６２は概ね使用者の肩甲骨上部に位置する。尚、肩プレート６２は内側（メインフレーム５０側）を垂直としたものを用いることが好ましい。この構成によれば、後述のサブフレーム５４の回動時の可動範囲を多く確保することができる。また、肩アーム６４は所定の長さを有する弧状もしくはＬ字状の金属板であり、基側が肩プレート６２に回動可能に接続し先側にヒンジを有している。尚、この肩アーム６４のヒンジの回転軸は肩プレート６２の回転軸に対して垂直なねじれの位置にある。また、肩アーム６４は肩幅の異なる使用者に対応するため、肩プレート６２との接続位置を選択可能なことに加え、長さの異なる複数の肩アーム６４を適宜付け替えて使用することができる。 The shoulder plate 62 is a substantially fan-shaped or trapezoidal-shaped metal plate having a narrow side on the subframe 54 side, and is rotatably connected to the subframe 54 as described above. And this shoulder plate 62 is located in a user's upper part of a scapula substantially. The shoulder plate 62 preferably has a vertical inner side (main frame 50 side). According to this configuration, it is possible to secure a large movable range when the subframe 54 described later is rotated. The shoulder arm 64 is an arc-shaped or L-shaped metal plate having a predetermined length, and the base side is rotatably connected to the shoulder plate 62 and has a hinge on the front side. The rotation axis of the hinge of the shoulder arm 64 is in a position of twist perpendicular to the rotation axis of the shoulder plate 62. Further, since the shoulder arm 64 corresponds to users having different shoulder widths, in addition to being able to select a connection position with the shoulder plate 62, a plurality of shoulder arms 64 having different lengths can be used by being appropriately replaced.
また、肩ステー６６は基側がヒンジを介して肩アーム６４と接続するとともに、先側に腕部７０の上腕アシスト回転部７４ａが固定する。そしてこの上腕アシスト回転部７４ａを介して肩ステー６６と腕部７０とが接続する。尚、このときの上腕アシスト回転部７４ａの回転軸は、肩アーム６４の長さや接続位置を最適化することで、使用者が上腕の屈曲伸展動作を行うときの肩関節の回転軸とほぼ同軸な位置となる。 The shoulder stay 66 is connected to the shoulder arm 64 at the base side via a hinge, and the upper arm assist rotating part 74a of the arm part 70 is fixed to the front side. And the shoulder stay 66 and the arm part 70 are connected via this upper arm assist rotation part 74a. At this time, the rotation axis of the upper arm assist rotation unit 74a is substantially coaxial with the rotation axis of the shoulder joint when the user performs the flexion and extension operation of the upper arm by optimizing the length and connection position of the shoulder arm 64. It becomes a position.
次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０に好適な腕部７０の例を説明する。先ず、パワーアシスト装置８０の腕部７０は、上腕部７６と前腕部７８とを有しており、上腕部７６は基側（肩側）の上腕基部７６ａと前腕側の上腕先部７６ｂとで構成される。そして、上腕基部７６ａはベルト１１ａ等により使用者の上腕に固定される。また、前腕部７８はベルト１１ｂ等により使用者の前腕に固定される。また、上腕基部７６ａと上腕先部７６ｂとは同軸で回動するジョイント７７を介して接続する。このジョイント７７により、使用者の前腕部の回内・回外動作、内旋・外旋動作が可能となる。また、ジョイント７７は伸縮可能となっており、使用者の上腕の長さに応じて長さ調節をすることができる。 Next, an example of the arm portion 70 suitable for the power assist device 80 according to the present invention will be described. First, the arm part 70 of the power assist device 80 has an upper arm part 76 and a forearm part 78, and the upper arm part 76 is composed of an upper arm base part 76a on the base side (shoulder side) and an upper arm tip part 76b on the forearm side. Composed. The upper arm base portion 76a is fixed to the upper arm of the user by the belt 11a or the like. The forearm 78 is fixed to the user's forearm by a belt 11b or the like. The upper arm base portion 76a and the upper arm tip portion 76b are connected via a joint 77 that rotates coaxially. This joint 77 enables the user's forearm portion to perform a pronation / extraction operation and an internal / external rotation operation. Further, the joint 77 can be expanded and contracted, and the length can be adjusted according to the length of the user's upper arm.
また、上腕基部７６ａには上腕アシストモータ７２ａとこの上腕アシストモータ７２ａを制御するモータドライバ７３ａとが固定する。そして、上腕アシストモータ７２ａはベルトやチェーン等の動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａと接続する。尚、上腕アシスト回転部７４ａは内部に減速機を有し、この減速機の入力に上腕アシストモータ７２ａの回転力が伝達する。また、減速機の出力は上腕基部７６ａの本体と接続する。そして、上腕アシスト回転部７４ａは前述のように肩ステー６６に固定される。 An upper arm assist motor 72a and a motor driver 73a for controlling the upper arm assist motor 72a are fixed to the upper arm base portion 76a. The upper arm assist motor 72a is connected to the upper arm assist rotating portion 74a through power transmission means 72c such as a belt or a chain. The upper arm assist rotating unit 74a has a speed reducer inside, and the rotational force of the upper arm assist motor 72a is transmitted to the input of the speed reducer. Further, the output of the speed reducer is connected to the main body of the upper arm base 76a. The upper arm assist rotating portion 74a is fixed to the shoulder stay 66 as described above.
また、前腕部７８には前腕アシストモータ７２ｂと、この前腕アシストモータ７２ｂを制御するモータドライバ７３ｂと、使用者の前腕を支える支持プレート７９と、が固定する。そして、前腕アシストモータ７２ｂはベルトやチェーン等の動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂと接続する。尚、前腕アシスト回転部７４ｂは内部に減速機を有し、この減速機の入力に前腕アシストモータ７２ｂの回転力が伝達する。また、減速機の出力は前腕部７８の本体と接続する。そして、前腕アシスト回転部７４ｂは上腕先部７６ｂに固定される。 A forearm assist motor 72b, a motor driver 73b that controls the forearm assist motor 72b, and a support plate 79 that supports the user's forearm are fixed to the forearm portion 78. The forearm assist motor 72b is connected to the forearm assist rotating portion 74b through power transmission means 72c such as a belt or a chain. The forearm assist rotating portion 74b has a speed reducer inside, and the rotational force of the forearm assist motor 72b is transmitted to the input of the speed reducer. Further, the output of the speed reducer is connected to the main body of the forearm portion 78. The forearm assist rotating portion 74b is fixed to the upper arm tip portion 76b.
次に、パワーアシスト装置８０の動作を説明する。先ず、使用者に肩幅に合せて最適な肩アーム６４を選択する。また、最適な位置を選択して肩アーム６４と肩プレート６２とを接続する。次に、この肩アーム６４に腕部７０の接続した肩ステー６６を取付ける。これにより、肩部６０と腕部７０とが接続する。次に、パワーアシスト装置８０を使用者の背に配置し、ベルトステー１２ｂに固定した腰ベルト１０ｂを使用者の腰に巻いて締結する。次に、ベルトステー１２ａに固定した肩ベルト１０ａと腰ベルト１０ｂとを連結し、さらに両方の肩ベルト１０ａを横ベルト１０ｃで連結する。これにより、パワーアシスト装置８０は使用者が背負う形で装着される。 Next, the operation of the power assist device 80 will be described. First, the most suitable shoulder arm 64 is selected according to the shoulder width of the user. Further, the optimum position is selected and the shoulder arm 64 and the shoulder plate 62 are connected. Next, the shoulder stay 66 to which the arm portion 70 is connected is attached to the shoulder arm 64. Thereby, the shoulder part 60 and the arm part 70 connect. Next, the power assist device 80 is placed on the back of the user, and the waist belt 10b fixed to the belt stay 12b is wound around the user's waist and fastened. Next, the shoulder belt 10a and the waist belt 10b fixed to the belt stay 12a are coupled, and both the shoulder belts 10a are coupled by the lateral belt 10c. As a result, the power assist device 80 is mounted on the back of the user.
次に、サブフレーム５４を所定の角度に開き肩部６０を使用者の肩の適切な位置に配置する。次に、左右の上腕基部７６ａをベルト１１ａを用いて使用者の左右の上腕にそれぞれ固定する。これにより、パワーアシスト装置８０の肩部６０が、使用者の肩に装着される。このとき、上腕アシスト回転部７４ａの回転軸は、使用者の肩関節の上腕の屈曲伸展方向の回転軸とほぼ同軸な位置となる。次に、パワーアシスト装置８０の左右の前腕部７８をベルト１１ｂを用いて使用者の左右の前腕にそれぞれ固定する。このとき、前腕アシスト回転部７４ｂの回転軸が使用者の肘関節の屈曲伸展方向の回転軸とほぼ同軸となるようにジョイント７７の長さ調節を行う。これにより、使用者の前腕はパワーアシスト装置８０の前腕部７８に固定されるとともに、支持プレート７９によって支えられる。次に、筋電センサ１８ａを使用者の左右の三角筋の中部位置の皮膚表面にそれぞれ貼着する。また、筋電センサ１８ｂを使用者の左右の二頭筋の位置の皮膚表面にそれぞれ貼着する。そして、パワーアシスト装置８０を起動する。これにより、図示しないバッテリ等の電源からパワーアシスト装置８０の各部に電力が供給される。 Next, the subframe 54 is opened at a predetermined angle, and the shoulder portion 60 is disposed at an appropriate position on the shoulder of the user. Next, the left and right upper arm base portions 76a are respectively fixed to the left and right upper arms of the user using the belt 11a. Thereby, the shoulder 60 of the power assist device 80 is attached to the shoulder of the user. At this time, the rotation axis of the upper arm assist rotation unit 74a is substantially coaxial with the rotation axis of the upper arm of the user's shoulder joint in the bending and extending direction. Next, the left and right forearms 78 of the power assist device 80 are respectively fixed to the left and right forearms of the user using the belt 11b. At this time, the length of the joint 77 is adjusted so that the rotation axis of the forearm assist rotation unit 74b is substantially coaxial with the rotation axis of the user's elbow joint in the bending and extending direction. Accordingly, the user's forearm is fixed to the forearm portion 78 of the power assist device 80 and supported by the support plate 79. Next, the myoelectric sensor 18a is attached to the skin surface at the middle position of the left and right deltoid muscles of the user. The myoelectric sensor 18b is attached to the skin surface at the position of the user's left and right biceps. Then, the power assist device 80 is activated. Thereby, electric power is supplied to each part of the power assist apparatus 80 from power supplies, such as a battery which is not shown in figure.
次に、使用者が被介護者や重量物を前腕で持ち上げる抗重力動作を行う場合、使用者は手を被介護者や重量物に挿し入れて前腕を屈曲動作する。この屈曲動作により使用者の二頭筋の筋電位が変化する。筋電センサ１８ｂはこの二頭筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの二頭筋の筋電位の変化から使用者の前腕の屈曲動作を認識し、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを動作させる。これにより、前腕アシストモータ７２ｂが回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げた後、前腕部７８に伝達する。このとき、前腕アシスト回転部７４ｂは上腕先部７６ｂと固定しているから、前腕アシストモータ７２ｂからの回転力は、前腕部７８と使用者の前腕を支える支持プレート７９とを前腕アシスト回転部７４ｂを軸にして屈曲方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の前腕の屈曲動作は前腕アシストモータ７２ｂにより支援され、図３に示す屈曲状態となる。尚、図３及び図４、図５では右腕のみの動作を図示しているが、左腕も同様に動作する。 Next, when the user performs an anti-gravity operation of lifting a cared person or a heavy object with a forearm, the user flexes the forearm by inserting a hand into the cared person or the heavy object. This bending action changes the myoelectric potential of the user's biceps. The myoelectric sensor 18 b outputs the change in the myoelectric potential of the biceps muscle to the control unit 14. The control unit 14 recognizes the bending motion of the user's forearm from the change in myoelectric potential of the biceps and operates the forearm assist motor 72b via the motor driver 73b. As a result, the forearm assist motor 72b rotates, and this rotational force is input to the speed reducer of the forearm assist rotation unit 74b via the power transmission means 72c. The speed reducer increases the torque of this rotational force and then transmits it to the forearm portion 78. At this time, since the forearm assist rotating portion 74b is fixed to the upper arm tip portion 76b, the rotational force from the forearm assist motor 72b causes the forearm assist rotating portion 74b to support the forearm portion 78 and the support plate 79 that supports the user's forearm. Is slowly rotated with a predetermined torque in the bending direction. Thereby, the bending motion of the user's forearm is supported by the forearm assist motor 72b, and the bending state shown in FIG. 3 is obtained. 3, 4, and 5 illustrate the operation of only the right arm, the left arm operates similarly.
次に、使用者がこの状態で保持すると使用者の二頭筋の筋電位が変化する。制御部１４はこの筋電位の変化を筋電センサ１８ｂを介して受信し、使用者が前腕の屈曲動作を停止したことを認識する。そして、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを停止させる。これにより、前腕部７８の屈曲動作は停止する。尚、前腕アシストモータ７２ｂが停止した状態では、前腕アシスト回転部７４ｂの減速機と停止した前腕アシストモータ７２ｂが抵抗として作用するため、これらの抵抗は前腕の屈曲状態維持の支援となる。 Next, when the user holds in this state, the myoelectric potential of the user's biceps changes. The control unit 14 receives this change in myoelectric potential via the myoelectric sensor 18b, and recognizes that the user has stopped the bending motion of the forearm. Then, the forearm assist motor 72b is stopped via the motor driver 73b. Thereby, the bending operation of the forearm portion 78 is stopped. In the state where the forearm assist motor 72b is stopped, the speed reducer of the forearm assist rotating portion 74b and the stopped forearm assist motor 72b act as resistances, and these resistances assist in maintaining the bent state of the forearms.
次に、使用者が持ち上げた被介護者や重量物を下ろす抗重力動作を行う場合、使用者は前腕の屈曲状態を徐々に解除して前腕を下げる伸展動作を行う。筋電センサ１８ｂはこのときの使用者の二頭筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの二頭筋の筋電位の変化から使用者の前腕の伸展動作を認識し、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを逆動作させる。これにより、前腕アシストモータ７２ｂは逆回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げ前腕部７８に伝達する。そしてこの回転力は、前腕部７８と使用者の前腕を支える支持プレート７９とを前腕アシスト回転部７４ｂを軸にして伸展方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の前腕の伸展動作は前腕アシストモータ７２ｂにより支援され、使用者は被介護者や重量物をゆっくりと下ろすことができる。 Next, when performing an anti-gravity operation to lower a cared person or heavy object lifted by the user, the user performs an extension operation to gradually release the forearm flexion and lower the forearm. The myoelectric sensor 18 b outputs the change in the myoelectric potential of the user's biceps at this time to the control unit 14. The control unit 14 recognizes the extension operation of the user's forearm from the change in myoelectric potential of the biceps, and reversely operates the forearm assist motor 72b via the motor driver 73b. As a result, the forearm assist motor 72b rotates in the reverse direction, and this rotational force is input to the reduction gear of the forearm assist rotation unit 74b via the power transmission means 72c. The speed reducer increases the torque of this rotational force and transmits it to the forearm portion 78. The rotational force slowly rotates the forearm portion 78 and the support plate 79 supporting the user's forearm with a predetermined torque in the extending direction around the forearm assist rotating portion 74b. Accordingly, the user's forearm extension operation is supported by the forearm assist motor 72b, and the user can slowly lower the cared person and the heavy object.
次に、使用者が被介護者や重量物を上腕で持ち上げる抗重力動作を行う場合、使用者は手を被介護者や重量物に挿し入れて上腕を屈曲動作する。この屈曲動作により使用者の三角筋の筋電位が変化する。筋電センサ１８ａはこの三角筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの三角筋の筋電位の変化から使用者の上腕の屈曲動作を認識し、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを動作させる。これにより、上腕アシストモータ７２ａが回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げた後、上腕基部７６ａに伝達する。このとき、上腕アシスト回転部７４ａは肩ステー６６と固定しているから、上腕アシストモータ７２ａの回転力は、上腕部７６を上腕アシスト回転部７４ａを軸にして屈曲方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の上腕の屈曲動作は上腕アシストモータ７２ａにより支援され、図４に示す屈曲状態となる。 Next, when the user performs the anti-gravity operation of lifting the cared person or heavy object with the upper arm, the user flexes the upper arm by inserting the hand into the cared person or the heavy object. This bending action changes the myoelectric potential of the user's deltoid muscle. The myoelectric sensor 18 a outputs the change in myoelectric potential of the deltoid muscle to the control unit 14. The control unit 14 recognizes the bending action of the upper arm of the user from the change in myoelectric potential of the deltoid muscle, and operates the upper arm assist motor 72a through the motor driver 73a. As a result, the upper arm assist motor 72a rotates, and this rotational force is input to the reduction gear of the upper arm assist rotating portion 74a via the power transmission means 72c. The speed reducer increases the torque of this rotational force and then transmits it to the upper arm base 76a. At this time, since the upper arm assist rotating portion 74a is fixed to the shoulder stay 66, the rotational force of the upper arm assist motor 72a is slowly increased with a predetermined torque in the bending direction with the upper arm portion 76 as the axis and the upper arm assist rotating portion 74a as an axis. Rotate. Thereby, the bending operation of the upper arm of the user is supported by the upper arm assist motor 72a, and the bending state shown in FIG. 4 is obtained.
次に、使用者がこの状態で保持すると使用者の三角筋の筋電位が変化する。制御部１４はこの筋電位の変化を筋電センサ１８ａを介して受信し、使用者が上腕の屈曲動作を停止したことを認識する。そして、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを停止させる。これにより、上腕部７６の屈曲動作は停止する。尚、上腕アシストモータ７２ａの停止した状態では、上腕アシスト回転部７４ａの減速機と停止した上腕アシストモータ７２ａとが抵抗として作用するため、これらの抵抗は使用者の上腕の屈曲状態維持の支援となる。 Next, when the user holds in this state, the myoelectric potential of the user's deltoid muscle changes. The control unit 14 receives the change in the myoelectric potential via the myoelectric sensor 18a, and recognizes that the user has stopped the bending motion of the upper arm. Then, the upper arm assist motor 72a is stopped via the motor driver 73a. Thereby, the bending operation of the upper arm portion 76 is stopped. In the state where the upper arm assist motor 72a is stopped, the speed reducer of the upper arm assist rotating portion 74a and the stopped upper arm assist motor 72a act as resistances. Become.
次に、使用者が持ち上げた被介護者や重量物を下ろす抗重力動作を行う場合、使用者は上腕の屈曲状態を徐々に解除して上腕を下げる伸展動作を行う。筋電センサ１８ａはこのときの使用者の三角筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの三角筋の筋電位の変化から使用者の上腕の伸展動作を認識し、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを逆動作させる。これにより、上腕アシストモータ７２ａは逆回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げ上腕部７６に伝達する。そしてこの回転力は、上腕部７６を上腕アシスト回転部７４ａを軸にして伸展方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の上腕の伸展動作は上腕アシストモータ７２ａにより支援され、使用者は被介護者や重量物をゆっくりと下ろすことができる。 Next, when performing the anti-gravity operation of lowering the cared person or heavy object lifted by the user, the user performs the extension operation of gradually releasing the bent state of the upper arm and lowering the upper arm. The myoelectric sensor 18a outputs a change in myoelectric potential of the deltoid muscle of the user to the control unit 14 at this time. The control unit 14 recognizes the extension operation of the upper arm of the user from the change in myoelectric potential of the deltoid muscle, and reversely operates the upper arm assist motor 72a via the motor driver 73a. As a result, the upper arm assist motor 72a rotates in the reverse direction, and this rotational force is input to the speed reducer of the upper arm assist rotating portion 74a via the power transmission means 72c. The speed reducer increases the torque of this rotational force and transmits it to the upper arm portion 76. The rotational force slowly rotates the upper arm portion 76 with a predetermined torque in the extending direction around the upper arm assist rotating portion 74a. As a result, the extension operation of the upper arm of the user is supported by the upper arm assist motor 72a, and the user can slowly lower the cared person or the heavy object.
尚、本例に示すパワーアシスト装置８０は、支援動作を前腕と上腕の屈曲伸展動作（抗重力動作）のみに留め、他の動作、例えば回内・回外、内旋・外旋、内転・外転動作等はモータ等によるアシスト動作を行わず、基本的に使用者の動作で動くフリー関節構造としている。このフリー関節構造は、サブフレーム５４、肩プレート６２、肩アーム６４、肩ステー６６、ジョイント７７等の可動部分が、使用者の各動作と連携して動くことで構成される。さらに、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂによる動作支援の荷重を約２０ｋｇ程度に抑えることで、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂを軽量で安価なモータで構成可能としている。またさらに、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂの動作のオン、オフをそれぞれ一つの筋電センサ１８ａ、１８ｂで制御する。これらの構成により、本例に示すパワーアシスト装置８０は、従来のアシスト装置と比較して大幅な軽量化と低コスト化とを実現している。 Note that the power assist device 80 shown in the present example is limited to the forearm and upper arm flexion and extension operations (anti-gravity operation), and performs other operations such as pronation / extraction, internal rotation / external rotation, and internal rotation.・ Abduction motion is not performed by assisting motors, but basically has a free joint structure that moves by user's motion. This free joint structure is configured by moving movable parts such as the sub-frame 54, the shoulder plate 62, the shoulder arm 64, the shoulder stay 66, and the joint 77 in cooperation with each operation of the user. Furthermore, the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b can be configured with light and inexpensive motors by suppressing the load of operation support by the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b to about 20 kg. Furthermore, the on / off operation of the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b is controlled by one myoelectric sensor 18a and 18b, respectively. With these configurations, the power assist device 80 shown in this example achieves a significant reduction in weight and cost as compared to a conventional assist device.
次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０の大きな特徴である外転時の動作を説明する。尚、この外転動作では上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂは基本的に動作しない。 Next, the operation at the time of abduction which is a major feature of the power assist device 80 according to the present invention will be described. In this abduction operation, the upper arm assist motor 72a and the forearm assist motor 72b basically do not operate.
使用者が上腕を横に広げる外転動作もしくは、上腕を前方に屈曲した後に横方向に開く水平外転動作を行った場合、前述の図７（ｂ）に示すように使用者の肩は若干上昇するとともに首側に移動する。このとき、本発明に係るパワーアシスト装置８０は使用者の外転動作に伴ってサブフレーム５４が、図５、図６に示すように、横バー５２のフレーム回転軸５２ａを中心にメインフレーム５０の方向に回動する。そして、このサブフレーム５４の回動により肩部６０の全体が使用者の外転動作の分、首側（メインフレーム５０側）に移動する。また、サブフレーム５４の回動により肩部６０の位置が上昇する。ここで、例えばフレーム回転軸５２ａから肩プレート６２の上端までの長さを４４ｃｍとし、非外転時（通常時）のメインフレーム５０とサブフレーム５４とのなす角を１４°としたときに、サブフレーム５４の回動による肩部６０の上昇は１．３ｃｍであり、使用者の肩の上昇量と同レベルとなる。またこのことに加え、肩プレート６２、肩アーム６４が適宜回動して、使用者の肩の位置変動に対しフレキシブルに追従する。これらの動作により、使用者は外転動作、水平外転動作を極めて円滑かつ自然に違和感無く行うことができる。 When the user performs an abduction operation in which the upper arm is spread sideways or a horizontal abduction operation in which the upper arm is bent forward and then opened laterally, the user's shoulder is slightly as shown in FIG. Ascend and move to the neck side. At this time, in the power assist device 80 according to the present invention, the subframe 54 is moved to the main frame 50 around the frame rotation shaft 52a of the horizontal bar 52 as shown in FIGS. It rotates in the direction of. Then, the rotation of the sub-frame 54 causes the entire shoulder portion 60 to move toward the neck side (main frame 50 side) by the amount of the user's abduction movement. Further, the position of the shoulder 60 is raised by the rotation of the subframe 54. Here, for example, when the length from the frame rotation shaft 52a to the upper end of the shoulder plate 62 is 44 cm, and the angle formed between the main frame 50 and the sub frame 54 during non-abduction (normal time) is 14 °, The rise of the shoulder 60 due to the rotation of the subframe 54 is 1.3 cm, which is the same level as the amount of rise of the user's shoulder. In addition to this, the shoulder plate 62 and the shoulder arm 64 are appropriately rotated to flexibly follow the position change of the user's shoulder. By these operations, the user can perform an abduction operation and a horizontal abduction operation smoothly and naturally without any sense of incongruity.
以上のように、本発明に係るパワーアシスト装置８０は、下端がフレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４の上端に肩部６０を設置する。そして、使用者の外転動作及び水平外転動作に応じてサブフレーム５４が回動し、肩部６０全体がメインフレーム５０側に移動する。また、サブフレーム５４の回動により肩部６０が使用者の肩の上昇量と同レベル上昇する。これにより、使用者は違和感無く外転動作、水平外転動作を行うことができる。 As described above, in the power assist device 80 according to the present invention, the shoulder portion 60 is installed on the upper end of the subframe 54 whose lower end is pivotally supported by the frame rotation shaft 52a. Then, the sub-frame 54 rotates according to the user's abduction operation and horizontal abduction operation, and the entire shoulder portion 60 moves to the main frame 50 side. Further, the rotation of the sub-frame 54 raises the shoulder 60 at the same level as the amount of rise of the user's shoulder. Thereby, the user can perform an abduction operation and a horizontal abduction operation without a sense of incongruity.
尚、本例で示したパワーアシスト装置８０の構成は一例であり、各部の形状、寸法、構成、機構、制御動作等は上記の例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。 The configuration of the power assist device 80 shown in this example is an example, and the shape, dimensions, configuration, mechanism, control operation, and the like of each part are not limited to the above examples, and do not depart from the gist of the present invention. It is possible to carry out by changing the range.
１８ａ、１８ｂ 筋電センサ
５０ メインフレーム
５２ 横バー
５２ａ フレーム回転軸
５４ サブフレーム
６０ 肩部
６４ 肩アーム
６６ 肩ステー
６２ 肩プレート
７０ 腕部
７２ａ 上腕アシストモータ
７２ｂ 前腕アシストモータ
７４ａ 上腕アシスト回転部
７４ｂ 前腕アシスト回転部
７６ 上腕部
７８ 前腕部
８０ パワーアシスト装置
18a, 18b Myoelectric sensor
50 mainframe
52 Horizontal bar
52a Frame rotation axis
54 subframes
60 shoulder
64 shoulder arm
66 Shoulder stay
62 Shoulder plate
70 arms
72a Upper arm assist motor
72b Forearm assist motor
74a Upper arm assist rotating part
74b Forearm assist rotating part
76 upper arm
78 Forearm
80 Power assist device
Claims (5)
使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレームと、
前記メインフレームの下方の使用者の腰位置近傍に固定した横バーと、
前記横バーの左右に設けられたフレーム回転軸と、
下端が前記フレーム回転軸に回動可能に軸支されたサブフレームと、
前記サブフレームの上端に回動可能に設置された肩部と、
前記肩部と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部と、を有し、
使用者の腕の外転動作に応じて前記サブフレームが前記フレーム回転軸を中心に回動することを特徴とするパワーアシスト装置。 The upper arm assist motor that supports at least the bending motion of the user's upper arm and the forearm assist motor that supports at least the bending motion of the user's forearm. In the power assist device to
A main frame located along the center line of the user's back;
A horizontal bar fixed near the waist position of the user below the main frame;
Frame rotation shafts provided on the left and right of the horizontal bar;
A subframe whose lower end is pivotally supported by the frame rotation shaft;
A shoulder portion rotatably installed at the upper end of the sub-frame;
An arm portion connected to the shoulder portion and fixed to the upper arm and the forearm of the user,
The power assist device according to claim 1, wherein the sub-frame rotates about the frame rotation axis in accordance with an abduction operation of a user's arm.
前記肩プレートに回動可能に接続した肩アームと、
腕部と接続するとともに前記肩アームとヒンジ接続した肩ステーと、を有することを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト装置。 A shoulder plate rotatably connected to the upper end of the subframe;
A shoulder arm pivotably connected to the shoulder plate;
The power assist device according to claim 1, further comprising a shoulder stay connected to the arm portion and hinged to the shoulder arm.
前腕アシストモータを保持するとともに使用者の前腕に固定される前腕部と、
肩ステーと前記上腕部とを接続し前記上腕アシストモータの回転駆動力が伝達する上腕アシスト回転部と、
前記前腕部と前記上腕部とを接続し前記前腕アシストモータの回転駆動力が伝達する前腕アシスト回転部と、を有することを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト装置。 An upper arm that holds the upper arm assist motor and is fixed to the upper arm of the user;
A forearm that holds the forearm assist motor and is fixed to the user's forearm;
An upper arm assist rotating unit that connects a shoulder stay and the upper arm unit and transmits a rotational driving force of the upper arm assist motor;
The power assist device according to claim 2, further comprising: a forearm assist rotating portion that connects the forearm portion and the upper arm portion and transmits a rotational driving force of the forearm assist motor.
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