JP6564586B2

JP6564586B2 - 筋力補助装置

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Publication number: JP6564586B2
Application number: JP2015043926A
Authority: JP
Inventors: 谷功菊; 村洋弥今; 山和也横; 村太郎中; 瀬洸樹猪
Original assignee: Nabtesco Corp; Chuo University
Current assignee: Nabtesco Corp; Chuo University
Priority date: 2015-03-05
Filing date: 2015-03-05
Publication date: 2019-08-21
Anticipated expiration: 2035-03-05
Also published as: WO2016140362A1; JP2016159111A

Description

本発明は、筋力補助装置に関する。

筋力補助装置は、人体に装着され人間の動作を補助する。例えば、特許文献１には、一端部が肩部に装着されるとともに他端部が下半身に装着されることにより背部に沿って延在する弾性体と、この弾性体を長手方向に伸長させる電動式ワイヤ巻取装置（以下、巻取装置と略す。）と、を有する筋力補助装置が開示されている。

この特許文献１の筋力補助装置は、人が前屈姿勢をとった際に巻取装置によって弾性体を巻き取り、弾性体を伸長させる。これにより、弾性体に弾性力が生じ、この弾性力によって前屈姿勢維持のための腰部の筋負担を軽減させることができる。また、この筋力補助装置によれば、この際に生じた弾性力が、人が直立姿勢に戻る際の動作を補助するように作用することで、直立姿勢への復帰時の腰部への筋負担も軽減させることができる。さらに、人が前屈姿勢から直立姿勢に戻った際には、巻取装置によって弾性体が繰り出されることにより、弾性体の弾性力が消滅する。これにより、直立姿勢時に、弾性体の弾性力によって不所望に筋負担が生じることを防止することもできる。

特開２００８−６７７６２号公報

ところで、上述の特許文献１の筋力補助装置では、巻取装置が人の腰部に設けられ、弾性体の一端部が肩部に装着され、弾性体の他端部が腰部の後方で前記巻取装置に接続される。巻取装置は、人が前屈姿勢をとった際に弾性体を巻き取ることにより弾性体を伸長させ、この伸長による弾性体の弾性力が、人が直立姿勢に戻る際の動作を補助するように作用する。ここで、この弾性力は、腰部と背部との連結点を回転軸としたモーメントを生じさせることにより、人が直立姿勢に戻る際の動作を補助する。これにより、直立姿勢への復帰時の腰部への筋負担が軽減する。

しかしながら、特許文献１の筋力補助装置は、上半身を腰部に対して前下方に屈曲させた前屈姿勢からの直立姿勢への復帰の動作を補助するが、下半身（脚部）の屈曲姿勢を伸び姿勢に復帰させる動作を補助することは考慮していない。そのため、脚部の動作は補助されない。作業現場等においては、人が前屈姿勢をとる際に、脚部も屈曲させて重量物を持ち上げる等の動作が頻繁に行われるため、脚部の動作に関しても補助されることが望ましい。

本発明は、上記実情を考慮してなされたものであって、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢から復帰する際の動作を、効果的に補助することができる筋力補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、上半身に取り付けられる上半身側配置部と、前記上半身側配置部に対して離接可能であり、腰部に取り付けられる下側配置部とを含み、前記上半身側配置部および前記下側配置部間の距離を変化させることが可能なアクチュエータ、を有し、身体の背部側において、前記上半身側配置部を上半身に取り付けられ、且つ前記下側配置部を腰部に取り付けられる上半身側補助手段と、下半身に取り付けられる下半身側配置部と、前記下半身側配置部に対して離接可能であり、腰部に取り付けられる上側配置部とを含み、前記下半身側配置部および前記上側配置部間の距離を変化させることが可能なアクチュエータを有し、身体の背部側において、前記下半身側配置部を下半身に取り付けられ、且つ前記上側配置部を腰部に取り付けられる下半身側補助手段と、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったときに、前記上半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記上半身側配置部および前記下側配置部間の距離が短くなるように動作させ、且つ、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記下半身側配置部および前記上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制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータの動作よりも先に、前記上半身側補助手段の前記アクチュエータを動作させる、筋力補助装置、である。
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、アクチュエータの上半身側配置部が、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、アクチュエータの上半身側配置部が、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、本発明の筋力補助装置においては、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータの前記下半身側配置部は、下半身のうちの大腿部に取り付けられ、前記制御装置は、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記下半身側配置部および前記上側配置部間の距離が短くなるように動作させてもよい。

また、本発明の筋力補助装置においては、前記上半身側補助手段の前記アクチュエータの前記上半身側配置部は、上半身のうちの肩部に取り付けられてもよい。

本発明によれば、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢から復帰する際の動作を、効果的に補助することができる。とりわけ、下半身側補助手段のアクチュエータの動作よりも先に、上半身側補助手段の前記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。

本発明の一実施の形態による筋力補助装置が人の身体に装着された状態の側面図である。図１の筋力補助装置が人の身体に装着された状態の後面図である。図１の筋力補助装置が人の身体に装着された状態の前面図である。図１の筋力補助装置が人の身体に装着された状態の斜視図である。図１の筋力補助装置のシステム構成の概略図である。図１の筋力補助装置の動作の一例を説明するフローチャートである。図１の筋力補助装置の動作の一例を説明するタイミングチャートである。図６のフローチャートに従って動作する筋力補助装置の様子を示す図である。図６のフローチャートに従って動作する筋力補助装置の様子を示す図である。図６のフローチャートに従って動作する筋力補助装置の様子を示す図である。図６のフローチャートに従って動作する筋力補助装置の様子を示す図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。図１の筋力補助装置の変形例を説明する図である。

以下、図面を参照しながら本発明の一実施の形態について説明する。

図１乃至図４には、本発明の一実施の形態にかかる筋力補助装置１が人の体に装着された状態が示されている。この筋力補助装置１は、第１補助ユニット１０と、第２補助ユニット２０と、第３補助ユニット３０と、これら各補助ユニット１０，２０，３０の動作を制御する制御ユニット４０と、を備えている。

（第１補助ユニット）
第１補助ユニット１０は、上半身のうちの肩部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に対して離接可能であり、後述の第２補助ユニット２０を介して腰部Ｗに取り付けられる第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。なお、この第１補助ユニット１０は、本発明でいう上半身側補助手段に対応するものである。また、上述の第１身体側配置部１１Ａは、本発明でいう上半身側配置部に対応し、第１外側配置部１１Ｂは、本発明でいう下側配置部に対応する。

第１アクチュエータ１１は、流体注入型アクチュエータ（いわゆる人工筋肉型アクチュエータ）であり、筒状部１１Ｃの内部に対する流体の流入および排出を切り換えて筒状部１１Ｃを弾性変形させることにより、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となっている。上述の筒状部１１Ｃの内部に流入させる流体としては、本実施の形態では空気が用いられる。当該空気は、制御ユニット４０における空気供給部４１（図１参照）から供給される。

図示のように、第１身体側配置部１１Ａは、ワイヤ１２Ａを介して、人の上半身のうちの肩部Ｓに装着された肩部装着具１３に接続されている。これにより、第１補助ユニット１０では、第１アクチュエータ１１の第１身体側配置部１１Ａが、人の肩部Ｓに間接的に取り付けられている。ワイヤ１２Ａは、金属製のワイヤ等であり、弾性係数が高い材料からなる。肩部装着具１３は、例えば布製であり、人の肩部Ｓに巻き掛けられる肩掛け部１３Ａと、肩掛け部１３Ａに人の背部Ｂ側で連結される連結部１３Ｂと、を有している。このうち、連結部１３Ｂに、ワイヤ１２Ａが接続されている。本実施の形態においては、ワイヤ１２Ａの端部が、連結部１３Ｂに対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。このような接続態様を実現する手段としては、例えば、連結部１３Ｂに設けられたリング状の部材に、ワイヤ１２Ａの端部に設けられた開閉式のフック（カラビナ等）を取り付ける等の態様が挙げられる。なお、本実施の形態でいう上半身とは、人の身体のうちの腰部Ｗよりも上方の部分（肩部Ｓ、背部Ｂ等）を意味し、下半身とは、人の身体のうちの腰部Ｗよりも下方の部分（大腿部ＴＬ，ＴＲ、下腿部、足部等）を意味する。

本実施の形態においては、上述の連結部１３Ｂに、胴体姿勢検出センサ１４（図２または図４参照）が設けられ、この胴体姿勢検出センサ１４は、人が直立姿勢から前屈姿勢に移行する際の前屈姿勢の程度を示す信号を、制御ユニット４０に出力する。胴体姿勢検出センサ１４としては、例えば、筋電センサ、角度センサ、加速度センサ、歪みゲージ等が用いられ得る。なお、本実施の形態において、「直立姿勢」とは、腰部Ｗに対して背部Ｂが前方に屈曲しておらず、腰部Ｗの真っ直ぐ上方に肩部Ｓが位置する姿勢を意味する。

一方、第１外側配置部１１Ｂは、ワイヤ１２Ｂを介して、腰部Ｗに取り付けられた第２補助ユニット２０に取り付けられている。これにより、第１補助ユニット１０では、第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂが、第２補助ユニット２０に間接的に取り付けられ、且つ腰部Ｗに間接的に取り付けられている。ワイヤ１２Ｂは、ワイヤ１２Ａと同様に、金属製のワイヤ等であり、弾性係数が高い材料からなる。ワイヤ１２Ｂの端部も、第２補助ユニット２０に対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。この接続態様については、後述の第２補助ユニット２０の説明において、詳述する。

このような第１補助ユニット１０では、第１アクチュエータ１１における上述の筒状部１１Ｃに制御ユニット４０における空気供給部４１からの空気が流入される前の状態において、第１身体側配置部１１Ａと第１外側配置部１１Ｂとの間の距離が基準長さとなっている。この基準長さの状態から筒状部１１Ｃの内部に空気が流入された際に、筒状部１１Ｃが径方向に膨張するように弾性変形することにより筒状部１１Ｃの軸方向の長さが収縮する。これにより、第１身体側配置部１１Ａと第１外側配置部１１Ｂとの間の距離が基準長さに対して短くなることで、第１補助ユニット１０の全体の長さが、筒状部１１Ｃに空気を流入する前の全体の長さに対して短くなるようになっている。なお、第１補助ユニット１０の全体の長さとは、肩部装着具１３と、ワイヤ１２Ｂのうちの第２補助ユニット２０に接続される側の端部との間の長さを意味する。

一方、上述の筒状部１１Ｃの内部に流入された空気が排出された際には、筒状部１１Ｃの径方向に向けた膨張が解除されることにより筒状部１１Ｃの軸方向の長さが膨張前の状態に復元する。これにより、第１身体側配置部１１Ａと第１外側配置部１１Ｂとの間の距離が基準長さに復帰することで、第１補助ユニット１０の全体の長さが、筒状部１１Ｃに空気を流入する前の全体の長さに復帰するようになっている。

また、本実施の形態において、第１アクチュエータ１１は、上述の筒状部１１Ｃの内部に空気が流入されて筒状部１１Ｃの軸方向の長さが収縮された際に、例えば、筒状部１１Ｃに対する空気の流入および排出が制限されることにより、その動作を停止することが可能となっている。これにより、第１補助ユニット１０では、第１アクチュエータ１１の動作を停止した状態で、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。これにより、第１補助ユニット１０は、その全体の長さを、第１アクチュエータ１１の動作を停止した状態において一定に保持することが可能となっている。

また、図示省略するが、ワイヤ１２Ａと肩部装着具１３の連結部１３Ｂとの間には、ワイヤ１２Ａの長さ調整機構が設けられる。これにより、ワイヤ１２Ａの第１アクチュエータ１１の第１身体側配置部１１Ａと肩部装着具１３との間の長さを調整することが可能となっており、人の身体の大きさに応じて、ワイヤ１２Ａを適切な長さに調整することが可能となっている。この長さ調整機構によってワイヤ１２Ａの長さが調整された場合には、ワイヤ１２Ａは、調整された長さに維持されるようになっている。これにより、ワイヤ１２Ａは、第１アクチュエータ１１の第１身体側配置部１１Ａによって引っ張られた場合であっても、調整された長さから変化することが防止される。このような長さ調整機構は、ワイヤ１２Ｂにおいて設けられていてもよい。

（第２補助ユニット）
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２アクチュエータ２１は、内部に流体の流入空間が形成されたベローズ部２１Ｃ（蛇腹部）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ことが可能となっている。上述のベローズ部２１Ｃの内部に流入させる流体としては、本実施の形態では空気が用いられる。当該空気は、上述の筒状部１１Ｃの場合と同様に、制御ユニット４０における空気供給部４１（図１参照）から供給される。また、本実施の形態においては、第２身体側配置部２１Ａおよび第２外側配置部２１Ｂが板状に形成されており、第２身体側配置部２１Ａの外周部分に、ベローズ部２１Ｃの伸縮方向に沿って延びる棒状の複数のガイド部材２１Ｄが設けられている。これらガイド部材２１Ｄに、第２外側配置部２１Ｂの外周部分が摺動可能に挿入されることにより、第２身体側配置部２１Ａと第２外側配置部２１Ｂとの相対移動が安定する。

図示のように、第２身体側配置部２１Ａは、人の腰部Ｗに装着された腰部装着具２３に接続されている。これにより、第２補助ユニット２０では、第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａが、人の腰部Ｗに間接的に取り付けられている。腰部装着具２３は、例えば布製であり、人の腹部から腰部Ｗに巻き掛けられている。一方、第２外側配置部２１Ｂは、第１補助ユニット１０のワイヤ１２Ｂに接続されている。これにより、第２補助ユニット２０では、第２アクチュエータ２１の第２外側配置部２１Ｂが、第１補助ユニット１０の第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂに間接的に取り付けられている。上述したが、本実施の形態においては、第１補助ユニット１０のワイヤ１２Ｂの端部が、第２補助ユニット２０に対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。具体的には、ワイヤ１２Ｂの端部が、第２補助ユニット２０の第２外側配置部２１Ｂの上部に対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。このような接続態様を実現する手段としては、例えば、第２外側配置部２１Ｂに設けられたリング状の部材に、ワイヤ１２Ｂの端部に設けられた開閉式のフック（カラビナ等）を取り付ける等の態様が挙げられる。

また、図１に示すように、本実施の形態では、第２補助ユニット２０が、第２アクチュエータ２１の伸縮方向を前後方向に沿わせた状態で腰部Ｗから後方に突出するように、腰部装着具２３によって人の腰部Ｗに取り付けられている。この状態では、第１補助ユニット１０が、人の背部Ｂ側において、第２補助ユニット２０から人の背部Ｂに沿って肩部Ｓまで延びる状態となっている。すなわち、本実施の形態では、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、第１補助ユニット１０が肩部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。なお、この取付状態においては、筋力補助装置１を装着した人が直立姿勢である場合に、第１補助ユニット１０が弛んだ状態で第２補助ユニット２０から人の肩部Ｓまで延びるように調整されることが好ましい。この場合には、人が前屈姿勢を無理なくとることができる。

また、上述のように、第１補助ユニット１０のワイヤ１２Ｂの端部が、第２補助ユニット２０の第２外側配置部２１Ｂの上部に対し接続された状態においては、第１補助ユニット１０の第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂが、ワイヤ１２Ｂおよび腰部Ｗに取り付けられた第２補助ユニット２０を介して、人の腰部Ｗに間接的に取り付けられた状態ともいえる。すなわち、第２補助ユニット２０は、第１補助ユニット１０の第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂを間接的に腰部Ｗに取り付けるための取付部材として機能する。取付部材として機能する第２補助ユニット２０は、腰部Ｗの後方の位置で、その第２外側配置部２１Ｂと第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂとをワイヤ１２Ｂを介して接続して、第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂを腰部Ｗに間接的に取り付けている。

このような第２補助ユニット２０では、第２アクチュエータ２１における上述のベローズ部２１Ｃに制御ユニット４０における空気供給部４１からの空気が流入される前の状態において、第２身体側配置部２１Ａと第２外側配置部２１Ｂとの間の距離が基準長さとなっている。この基準長さの状態からベローズ部２１Ｃの内部に空気が流入された際に、ベローズ部２１Ｃが伸長する。これにより、第２身体側配置部２１Ａと第２外側配置部２１Ｂとの間の距離が基準長さに対して長くなるようになっている。一方、上述のベローズ部２１Ｃの内部に流入された空気が排出された際には、ベローズ部２１Ｃが伸長前の状態に収縮する。これにより、第２身体側配置部２１Ａと第２外側配置部２１Ｂとの間の距離が基準長さに復帰するようになっている。

また、本実施の形態において、第２アクチュエータ２１は、上述のベローズ部２１Ｃの内部に空気が流入されてベローズ部２１Ｃが伸長された際に、例えば、ベローズ部２１Ｃに対する空気の流入および排出が制限されることにより、その動作を停止することが可能となっている。これにより、第２補助ユニット２０は、第２アクチュエータ２１の動作を停止した状態において、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。

（第３補助ユニット）
第３補助ユニット３０は、下半身のうちの大腿部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に対して離接可能であり、上述の第２補助ユニット２０を介して腰部Ｗに取り付けられる第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。なお、この第３補助ユニット３０は、本発明でいう下半身側補助手段に対応するものである。また、上述の第３身体側配置部３１Ａは、本発明でいう下半身側配置部に対応し、第３外側配置部３１Ｂは、本発明でいう上側配置部に対応する。

第３アクチュエータ３１は、流体注入型アクチュエータ（いわゆる人工筋肉型アクチュエータ）であり、上述した第１アクチュエータ１１と同様の構成を有している。すなわち、第３アクチュエータ３１は、筒状部３１Ｃの内部に対する流体の流入および排出を切り換えて筒状部３１Ｃを弾性変形させることにより、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となっている。上述の筒状部３１Ｃの内部に流入させる流体としては、第１アクチュエータ１１および第２アクチュエータ２１の場合と同様に、空気が用いられ、当該空気は、制御ユニット４０における空気供給部４１から供給される。

図示のように、２つの第３アクチュエータ３１の各々の第３身体側配置部３１Ａは、大腿部装着具３３に接続されている。大腿部装着具３３は、人の左大腿部ＴＬに装着された左大腿部装着具３３Ｌと、人の右大腿部ＴＲに装着された右大腿部装着具３３Ｒ（図２等参照）と、を有している。左に配置された第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は、ワイヤ３２Ａ（図２参照）を介して左大腿部装着具３３Ｌに接続されている。右に配置された第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は、ワイヤ３２Ａ（図２参照）を介して右大腿部装着具３３Ｒに接続されている。これにより、第３補助ユニット３０では、第３アクチュエータ３１の各々の第３身体側配置部３１Ａが、人の下半身のうちの大腿部ＴＬ，ＴＲに間接的に取り付けられている。なお、ワイヤ３２Ａは、金属製のワイヤ等であり、弾性係数が高い材料からなる。また、左大腿部装着具３３Ｌおよび右大腿部装着具３３Ｒは、例えば布製であり、大腿部ＴＬ，ＴＲの各々に巻き掛けられている。

本実施の形態においては、左のワイヤ３２Ａの端部が左大腿部装着具３３Ｌに対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続され、右のワイヤ３２Ａの端部が右大腿部装着具３３Ｒに対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。このような接続態様を実現する手段としては、例えば、左大腿部装着具３３Ｌおよび右大腿部装着具３３Ｒの各々に設けられたリング状の部材に、左右のワイヤ３２Ａの端部に設けられた開閉式のフック（カラビナ等）の各々を取り付ける等の態様が挙げられる。

また、本実施の形態においては、上述の左大腿部装着具３３Ｌおよび右大腿部装着具３３Ｒの各々に、脚部姿勢検出センサ３４が設けられ、この脚部姿勢検出センサ３４は、人が脚部を伸ばした姿勢（伸び姿勢）から屈曲姿勢に移行する際の屈曲姿勢の程度を示す信号を、制御ユニット４０に出力する。脚部姿勢検出センサ３４としては、例えば、筋電センサ、角度センサ、加速度センサ、歪みゲージ等が用いられ得る。

一方、２つの第３アクチュエータ３１の各々の第３外側配置部３１Ｂは、ワイヤ３２Ｂ（図１または図２参照）を介して、第２補助ユニット２０に取り付けられている。詳しくは、第３外側配置部３１Ｂの各々は、ワイヤ３２Ｂを介して第２補助ユニット２０の第２アクチュエータ２１における第２外側配置部２１Ｂに接続されている。これにより、第３補助ユニット３０では、第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂの各々が、第２補助ユニット２０に間接的に取り付けられ、且つ腰部Ｗに間接的に取り付けられている。ワイヤ３２Ｂは、ワイヤ３２Ａと同様に、金属製のワイヤ等であり、弾性係数が高い材料からなる。また、本実施の形態においては、第３補助ユニット３０のワイヤ３２Ｂの端部の各々が、第２補助ユニット２０の第２外側配置部２１Ｂの下部に対し、上下方向および左右方向に揺動可能に接続されている。このような接続態様を実現する手段としては、例えば、第２外側配置部２１Ｂに設けられたリング状の部材に、ワイヤ３２Ｂの端部の各々に設けられた開閉式のフック（カラビナ等）を取り付ける等の態様が挙げられる。

また、本実施の形態において、左の第３アクチュエータ３１の第３身体側配置部３１Ａが左大腿部装着具３３Ｌを介して左大腿部ＴＬに接続され、右の第３アクチュエータ３１の第３身体側配置部３１Ａが右大腿部装着具３３Ｒを介して右大腿部ＴＲに接続された状態では、人の背部Ｂ側において、２つの第３補助ユニット３０が、第２補助ユニット２０から臀部の後方を通って人の左右の大腿部ＴＬ，ＴＲまで延びる状態となっている。すなわち、本実施の形態では、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、第３補助ユニット３０が左右の大腿部ＴＬ，ＴＲに取り付けられる。なお、この取付状態においては、筋力補助装置１を装着した人が脚部を伸ばした姿勢である場合に、第３補助ユニット３０が弛んだ状態で第２補助ユニット２０から人の左右の大腿部ＴＬ，ＴＲまで延びるように調整されることが好ましい。この場合には、人が屈曲姿勢を無理なくとることができる。

また、上述のように、第３補助ユニット３０のワイヤ３２Ｂの端部が、第２補助ユニット２０の第２外側配置部２１Ｂの下部に対し接続された状態においては、第３補助ユニット３０の第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ３２Ｂおよび腰部Ｗに取り付けられた第２補助ユニット２０を介して、人の腰部Ｗに間接的に取り付けられた状態ともいえる。すなわち、第２補助ユニット２０は、第３補助ユニット３０の第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂを間接的に腰部Ｗに取り付けるための取付部材として機能する。取付部材として機能する第２補助ユニット２０は、腰部Ｗの後方の位置で、その第２外側配置部２１Ｂと第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂとをワイヤ３２Ｂを介して接続して、第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂを腰部Ｗに間接的に取り付けている。

このような第３補助ユニット３０の各々では、第３アクチュエータ３１における上述の筒状部３１Ｃに制御ユニット４０における空気供給部４１からの空気が流入される前の状態において、第３身体側配置部３１Ａと第３外側配置部３１Ｂとの間の距離が基準長さとなっている。この基準長さの状態から筒状部３１Ｃの内部に空気が流入された際に、筒状部３１Ｃが径方向に膨張するように弾性変形することにより筒状部３１Ｃの軸方向の長さが収縮する。これにより、第３身体側配置部３１Ａと第３外側配置部３１Ｂとの間の距離が基準長さに対して短くなることで、第３補助ユニット３０の全体の長さが、筒状部３１Ｃに空気を流入する前の全体の長さに対して短くなるようになっている。なお、第３補助ユニット３０の全体の長さとは、左右大腿部装着具３３Ｌ，３３Ｒと、左右のワイヤ３２Ｂのうちの第２補助ユニット２０に接続される側の端部との間の長さを意味する。

一方、上述の筒状部３１Ｃの内部に流入された空気が排出された際には、筒状部３１Ｃの径方向に向けた膨張が解除されることにより筒状部３１Ｃの軸方向の長さが膨張前の状態に復元する。これにより、第３身体側配置部３１Ａと第３外側配置部３１Ｂとの間の距離が基準長さに復帰することで、第３補助ユニット３０の全体の長さが、筒状部３１Ｃに流体を流入する前の全体の長さに復帰するようになっている。

また、本実施の形態においても、第３アクチュエータ３１の各々は、上述の筒状部３１Ｃの内部に空気が流入されて筒状部３１Ｃの軸方向の長さが収縮された際に、例えば、筒状部３１Ｃに対する空気の流入および排出が制限されることにより、その動作を停止することが可能となっている。これにより、第３補助ユニット３０では、第３アクチュエータ３１の動作を停止した状態で、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。これにより、第３補助ユニット３０は、その全体の長さを、第３アクチュエータ３１の動作を停止した状態において一定に保持することが可能となっている。

また、図示省略するが、ワイヤ３２Ａと大腿部装着具３３との間には、ワイヤ３２Ａの長さ調整機構が設けられる。これにより、ワイヤ３２Ａの第３アクチュエータ３１の第３身体側配置部３１Ａと大腿部装着具３３との間の長さを調整することが可能となっており、人の身体の大きさに応じて、ワイヤ３２Ａを適切な長さに調整することが可能となっている。この長さ調整機構によってワイヤ３２Ａの長さが調整された場合には、ワイヤ３２Ａは、調整された長さに維持されるようになっている。これにより、ワイヤ３２Ａは、第３アクチュエータ３１の第３身体側配置部３１Ａによって引っ張られた場合であっても、調整された長さから変化することが防止される。このような長さ調整機構は、ワイヤ３２Ｂにおいて設けられていてもよい。

（制御ユニット）
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。

図１および図５に示すように、空気供給部４１は、空気源４２と、空気源４２に接続された減圧弁４３と、減圧弁４３および第１アクチュエータ１１の間を接続する第１配管４４と、減圧弁４３および第２アクチュエータ２１の間を接続する第２配管４５と、減圧弁４３および２つの第３アクチュエータ３１の間を接続する２つの第３配管４６と、を有している。第１配管４４には、第１供給排気切換弁４７が設けられている。第２配管４５には、第２供給排気切換弁４８が設けられている。２つの第３配管４６の各々には、第３供給排気切換弁４９が設けられている。２つの第３配管４６のうちの一方は、左の第３アクチュエータ３１に接続され、他方は、右の第３アクチュエータ３１に接続される。第３配管４６および第３供給排気切換弁４９の構成は左右で同一であるため、図１および図５には、２つの第３配管４６および第３供給排気切換弁４９の一方のみが示されている。

空気供給部４１では、圧縮空気を充填したタンク等からなる空気源４２の圧縮空気を、減圧弁４３が、所定の圧力に減圧して、第１配管４４、第２配管４５および第３配管４６に供給する。減圧弁４３では、空気源４２の圧力を所望の値に調整することが可能となっている。これにより、各配管４４〜４６を介して空気が供給される各アクチュエータ１１，２１，３１の動作速度を調整することが可能となっている。

第１配管４４は、可撓性を有するチューブ等からなり、第１供給排気切換弁４７は、コントローラ５０に電気的に接続されている。第１供給排気切換弁４７は、コントローラ５０の指令に応じて、減圧弁４３からの空気を第１アクチュエータ１１の筒状部１１Ｃの内部に流入させるか、筒状部１１Ｃの内部に流入させた空気を排出させるか等、を切り換える。

第１供給排気切換弁４７としては、例えば、減圧弁４３に第１配管４４の上流側を介して接続される接続ポートと、第１アクチュエータ１１に第１配管４４の下流側を介して接続される供給ポートと、大気に開放する排出ポートと、を有する３ポート弁が用いられる。この場合、第１供給排気切換弁４７において、接続ポートと供給ポートとが連通されることにより、減圧弁４３からの空気を第１アクチュエータ１１の筒状部１１Ｃの内部に流入させることができる。また、供給ポートと排出ポートとが連通されることにより、筒状部１１Ｃの内部に流入させた空気を排出させることができる。また、筒状部１１Ｃの内部に空気を流入させた後、全てのポートを遮断することにより、第１アクチュエータ１１の動作を停止させることができ、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間の距離を所定の長さに維持することもできる。

同様に、第２配管４５は、可撓性を有するチューブ等からなり、第２供給排気切換弁４８は、コントローラ５０に電気的に接続されている。第２供給排気切換弁４８は、コントローラ５０の指令に応じて、減圧弁４３からの空気を第２アクチュエータ２１のベローズ部２１Ｃの内部に流入させるか、ベローズ部２１Ｃの内部に流入させた空気を排出させるか等、を切り換える。

第２供給排気切換弁４８としては、例えば、減圧弁４３に第２配管４５の上流側を介して接続される接続ポートと、第２アクチュエータ２１に第２配管４５の下流側を介して接続される供給ポートと、大気に開放する排出ポートと、を有する３ポート弁が用いられる。この場合、第２供給排気切換弁４８において、接続ポートと供給ポートとが連通されることにより、減圧弁４３からの空気を第２アクチュエータ２１のベローズ部２１Ｃの内部に流入させることができる。また、供給ポートと排出ポートとが連通されることにより、ベローズ部２１Ｃの内部に流入させた空気を排出させることができる。また、ベローズ部２１Ｃの内部に空気を流入させた後、全てのポートを遮断することにより、第２アクチュエータ２１の動作を停止させることができ、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間の距離を所定の長さに維持することもできる。

同様に、第３配管４６は、可撓性を有するチューブ等からなり、第３供給排気切換弁４９は、コントローラ５０に電気的に接続されている。第３供給排気切換弁４９は、コントローラ５０の指令に応じて、減圧弁４３からの空気を第３アクチュエータ３１の筒状部３１Ｃの内部に流入させるか、筒状部３１Ｃの内部に流入させた空気を排出させるか等、を切り換える。

第３供給排気切換弁４８としては、例えば、減圧弁４３に第３配管４６の上流側を介して接続される接続ポートと、第３アクチュエータ３１に第３配管４６の下流側を介して接続される供給ポートと、大気に開放する排出ポートと、を有する３ポート弁が用いられる。この場合、第３供給排気切換弁４９において、接続ポートと供給ポートとが連通されることにより、減圧弁４３からの空気を第３アクチュエータ３１の筒状部３１Ｃの内部に流入させることができる。また、供給ポートと排出ポートとが連通されることにより、筒状部３１Ｃの内部に流入させた空気を排出させることができる。また、筒状部３１Ｃの内部に空気を流入させた後、全てのポートを遮断することにより、第３アクチュエータ３１の動作を停止させることができ、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間の距離を所定の長さに維持することもできる。

一方、コントローラ５０は、上述の供給排気切換弁４７〜４９に電気的に接続されるとともに、上述の胴体姿勢検出センサ１４および脚部姿勢検出センサ３４に電気的に接続されている。本実施の形態においては、コントローラ５０が、胴体姿勢検出センサ１４および脚部姿勢検出センサ３４からの信号に基づいて、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったことを検出した際に、供給排気切換弁４７〜４９に指令を出力することにより、各補助ユニット１０，２０，３０の動作を制御する。

図５に示すように、本実施の形態のコントローラ５０は、供給排気切換弁４７〜４９に指令を出力する指令出力部５１と、状態監視部５２と、を有している。本実施の形態の状態監視部５２は、計時手段であり、指令出力部５１の指令の出力からの時間の経過等を監視するものである。また、本実施の形態において、コントローラ５０は、左右の第３アクチュエータ３１に対応する２つの第３供給排気切換弁４９に対しては、同一のタイミングで同様の指令を出力する。このようなコントローラ５０は、ＣＰＵ，ＲＯＭおよびＲＡＭ等から構成されてもよいし、複数の論理回路を有して構成されてもよい。

（筋力補助装置の動作）
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。

図６には、本実施の形態における筋力補助装置１の動作の一例を説明するフローチャートが示されている。図７には、図６に説明される動作に対応するタイミングチャートが示されている。また、図８乃至図１１には、図６のフローチャートに従って動作する筋力補助装置１の各補助ユニット１０，２０，３０の様子が示されている。概略として、本実施の形態の筋力補助装置１は、図８に示すように、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとった後の直立姿勢および脚部の伸び姿勢に復帰する動作を補助するように、各補助ユニット１０，２０，３０を制御する。以下、図６乃至図１１を用いて、筋力補助装置１の動作の一例を説明する。

本実施の形態にかかる筋力補助装置１は、人に装着された後に、図示省略する起動スイッチが操作されることにより、起動状態となる。この際、まず、図６のステップＳ１０１に示すように、コントローラ５０が、胴体姿勢検出センサ１４および脚部姿勢検出センサ３４からの信号に基づいて、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったか否かを監視する。胴体姿勢検出センサ１４および脚部姿勢検出センサ３４に基づき、図８に示すような前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったことが判定された場合（ＹＥＳの場合）には、処理がステップＳ１０２に進められる。一方、前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったことが判定されない場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０１において、監視が継続される。

なお、図８に示すように、本実施の形態にかかる筋力補助装置１では、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとった際に、第１補助ユニット１０および第３補助ユニット３０が前方に引っ張られる。この場合、直立姿勢において、第１補助ユニット１０が弛んだ状態で第２補助ユニット２０から人の肩部Ｓまで延びるように調整されている際には、第１補助ユニット１０の弛みがとれる。このとき、第１補助ユニット１０が、第２補助ユニット２０と肩部Ｓとの間で完全に弛みがとられた場合には、第２アクチュエータ２１のベローズ部２１Ｃが圧縮される。また、脚部の伸び姿勢において、第３補助ユニット３０が弛んだ状態で第２補助ユニット２０から人の大腿部ＴＬ，ＴＲまで延びるように調整されている際には、第３補助ユニット３０の弛みがとれる。このとき、第３補助ユニット３０が、第２補助ユニット２０と大腿部ＴＬ，ＴＲとの間で完全に弛みがとられた場合には、第２アクチュエータ２１のベローズ部２１Ｃが圧縮される。図８に示すように、この例では、ベローズ部２１Ｃが圧縮された状態となっている。

前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢がとられたことが判定された後のステップＳ１０２においては、コントローラ５０が、所定のタイミング（例えば、判定から数秒後、または人からの入力のタイミング）で、指令出力部５１によって第２供給排気切換弁４８に指令を出力し、減圧弁４３からの空気を第２アクチュエータ２１のベローズ部２１Ｃの内部に流入させる状態にする。これにより、図９に示すように、第２アクチュエータ２１が動かされ、図中の矢印Ｘ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との距離が、ベローズ部２１Ｃに空気が流入される前の基準長さに対して長くなる。

図９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との距離が長くなった状態では、第１補助ユニット１０および第３補助ユニット３０が後方に引っ張られる。これにより、人は、当初の前屈姿勢から肩部Ｓが起き上がるとともに、当初の脚部の屈曲姿勢から大腿部ＴＬ，ＴＲが起き上がる。ここで、この例では、コントローラ５０が、ベローズ部２１Ｃの内部に空気を所定量だけ流入させた後に、第２アクチュエータ２１の動作を停止させ、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間の距離を所定の長さに維持するようになっている。

次に、ステップＳ１０３において、コントローラ５０は、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監視する。所定時間の経過を検出した場合（ＹＥＳの場合）には、ステップＳ１０４に処理が進められ、所定時間の経過前である場合（ＮＯの場合）には、ステップＳ１０３において、監視が継続される。

そして、ステップＳ１０４においては、コントローラ５０が、指令出力部５１によって第１供給排気切換弁４７に指令を出力し、減圧弁４３からの空気を第１アクチュエータ１１の筒状部１１Ｃの内部に流入させる状態にする。これにより、第１アクチュエータ１１が動かされ、第１アクチュエータ１１の第１身体側配置部１１Ａと第１外側配置部１１Ｂとの距離が、筒状部１１Ｃに空気が流入される前の基準長さに対して短くなることで、第１補助ユニット１０の全体の長さが、筒状部１１Ｃに流体を流入する前の全体の長さに対して短くなる。

このとき、筋力補助装置１では、第１アクチュエータ１１で生じる図９の矢印αで示す後斜め下方に向かう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Ｍ１が生じる。このモーメントＭ１は、正確には、腰部Ｗと、腰部Ｗおよび肩部Ｓの間に位置する背部Ｂとの連結点を回転軸Ｌ１としたモーメントである。このモーメントＭ１では、回転軸Ｌ１と、この回転軸Ｌ１から延びて第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間を結ぶ方向に直交する直線の第１アクチュエータ１１との交点Ｐ１と、の間に、モーメントアームＡ１が設定される。肩部Ｓは、背部Ｂを介して腰部Ｗに回動可能または屈曲可能に連結されているため、このようなモーメントＭ１が肩部Ｓに作用した場合には、人が前屈姿勢から直立姿勢に復帰する動作が補助される。これにより、この筋力補助装置１によれば、図１０に示すように、人の姿勢を、容易に、前屈姿勢から直立姿勢に復帰させることができる。

また、上述のモーメントアームＡ１は、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前の図８に示すモーメントアームＡ２よりも大きい。これにより、本実施の形態では、モーメントアームＡ２からモーメントアームＡ１に増大させた後の状態においては、第１アクチュエータ１１の出力を、モーメントアームＡ２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Ｍ１を確保することができる。これにより、本実施の形態によれば、第１アクチュエータ１１の小型化を図ることができる。

また、この例では、コントローラ５０が、筒状部１１Ｃの内部に空気を所定量だけ流入させた後に、第１アクチュエータ１１の動作を停止させ、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間の距離を所定の長さに維持するようになっている。この場合、人が、例えば、重量物を支えた状態で前屈姿勢から直立姿勢に復帰した際に、重量物の影響で前屈姿勢側に身体が動いてしまうことが防止され、人を安定した状態で直立姿勢に復帰させることができる。また、上述のステップＳ１０３における状態監視部５２による所定時間の監視は、第１アクチュエータ１１を動かすタイミングを決定する処理であるが、本実施の形態のように第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監視する構成である場合には、第１アクチュエータ１１を動かすタイミングを特別なセンサを用いずに決定することができるため、有益である。

また、次のステップＳ１０５においては、コントローラ５０が、指令出力部５１によって第３供給排気切換弁４９に指令を出力し、減圧弁４３からの空気を第３アクチュエータ３１の筒状部３１Ｃの内部に流入させる状態にする。これにより、第３アクチュエータ３１が動かされ、第３アクチュエータ３１の第３身体側配置部３１Ａと第３外側配置部３１Ｂとの距離が、筒状部３１Ｃに空気が流入される前の基準長さに対して短くなることで、第３補助ユニット３０の全体の長さが、筒状部３１Ｃに流体を流入する前の全体の長さに対して短くなる。

このとき、筋力補助装置１では、第３アクチュエータ３１で生じる図９の矢印βで示す後斜め上方に向かう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Ｍ２が生じる。このモーメントＭ２は、正確には、腰部Ｗと、大腿部ＴＬ，ＴＲとの連結点を回転軸Ｌ１としたモーメントである。このモーメントＭ２では、回転軸Ｌ１と、この回転軸Ｌ１から延びて第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間を結ぶ方向に直交する直線の第３アクチュエータ３１との交点Ｐ２と、の間に、モーメントアームＡ３が設定される。このようなモーメントＭ２が大腿部ＴＬ，ＴＲに作用した場合には、人が脚部の屈曲姿勢から伸び姿勢に復帰する動作が補助される。これにより、この筋力補助装置１によれば、図１０に示すように、人の姿勢を、容易に、屈曲姿勢から伸び姿勢に復帰させることができる。

また、上述のモーメントアームＡ３は、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前の図８に示すモーメントアームＡ４よりも大きい。これにより、本実施の形態では、モーメントアームＡ４からモーメントアームＡ３に増大させた後の状態においては、第３アクチュエータ３１の出力を、モーメントアームＡ４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Ｍ２を確保することができる。これにより、本実施の形態によれば、第３アクチュエータ３１の小型化を図ることができる。

また、この例では、コントローラ５０が、筒状部３１Ｃの内部に空気を所定量だけ流入させた後に、第３アクチュエータ３１の動作を停止させ、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間の距離を所定の長さに維持するようになっている。この場合、人が、例えば、重量物を支えた状態で屈曲姿勢から伸び姿勢に復帰した際に、重量物の影響で屈曲姿勢側に身体が動いてしまうことが防止され、人を安定した状態で伸び姿勢に復帰させることができる。

その後、本実施の形態では、図１０および図１１を対比して明らかなように、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との距離が、図１１の矢印Ｙに示すように、ベローズ部２１Ｃに空気が流入される前の基準長さに復帰される。すなわち、コントローラ５０は、第２供給排気切換弁４８に指令を出力し、ベローズ部２１Ｃの内部に流入させた空気を排出させる状態にする。これにより、第２アクチュエータ２１によって、人に不所望に負担がかかることが抑制される。また、この際には、第１補助ユニット１０および第３補助ユニット３０の全体の長さも、上述の筒状部１１Ｃまたは３１Ｃの内部に流入された空気が排出されて、伸びた状態となる。これにより、第１アクチュエータ１１および第３アクチュエータ３１によって、人に不所望に負担がかかることが抑制される。

上述のように、本実施の形態では、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとった際に、まず、第２アクチュエータ２１が動かされ、次に、第１アクチュエータ１１が動かされ、次に、第３アクチュエータ３１が動かされる。これにより、本実施の形態では、第１アクチュエータ１１および第３アクチュエータ３１を動かして身体の動作を補助するためのモーメントを生じさせる際に、確実に増大されたモーメントアームが確保される。また、第２アクチュエータ２１が動かされた後に、第３アクチュエータ３１よりも先に、第１アクチュエータ１１が動かされることにより、人の腰部Ｗへの負担を効果的に軽減することができる。すなわち、前屈姿勢の状態が長い場合には、腰部Ｗへの負担が大きくなる。また、図７に示すように、本実施の形態では、第２アクチュエータ２１が伸びている途中で、第１アクチュエータ１１が縮み始め、第１アクチュエータ１１が縮んでいる途中で、第３アクチュエータ３１が縮み始めている。本実施の形態では、このように動作のタイミングを重複させることにより、前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとった後の、直立姿勢および脚部の伸び姿勢への復帰の時間を、好適に短縮することができる。

（効果）
以上に説明した本実施の形態にかかる筋力補助装置１は、上半身（肩部Ｓ）に取り付けられる第１身体側配置部１１Ａ（上半身側配置部）と、これに対して離接可能であり、腰部Ｗに取り付けられる第１外側配置部１１Ｂ（下側配置部）とを含み、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、を有し、身体の背部Ｂ側において、第１身体側配置部１１Ａを肩部Ｓに取り付けられ、且つ第１外側配置部１１Ｂを腰部Ｗに取り付けられる上半身側補助手段に対応する第１補助ユニット１０と、下半身（大腿部ＴＬ，ＴＲ）に取り付けられる第３身体側配置部３１Ａ（下半身側配置部）と、これに対して離接可能であり、腰部Ｗに取り付けられる第３外側配置部３１Ｂ（上側配置部）とを含み、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を有し、身体の背部Ｂ側において、第３身体側配置部３１Ａを大腿部ＴＬ，ＴＲに取り付けられ、且つ第３外側配置部３１Ｂを腰部Ｗに取り付けられる下半身側補助手段に対応する第３補助ユニット３０と、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったときに、第１補助ユニット１０の第１アクチュエータ１１を、その第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、且つ、第３補助ユニット３０の第３アクチュエータ３１を、その第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制御装置に対応するコントローラ５０と、を備える。そして、このコントローラ５０は、第３補助ユニット３０の第３記アクチュエータ３１の動作よりも先に、第１補助ユニット１０の第１アクチュエータ１１を動作させる。これにより、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢から復帰する際の動作を、効果的に補助することができる。とりわけ、第３補助ユニット３０の第３アクチュエータ３１の動作よりも先に、第１補助ユニット１０の第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。

また、本実施の形態では、第２補助ユニット２０が、第２アクチュエータ２１の動作を停止した状態で、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。これにより、モーメントアームの確保のために、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た際に、モーメントアームが増大した状態を維持することが可能なため、安定した状態で人の動作を補助することができる。

また、本実施の形態では、第１補助ユニット１０が、第１アクチュエータ１１の動作を停止した状態で、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。これにより、モーメントを生じさせた後に、第１アクチュエータ１１の動作を停止させて第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間の距離を所定の長さに維持することができる。これにより、例えば、人が重量物を支えた状態で前屈姿勢から直立姿勢に復帰した際に、重量物の影響で前屈姿勢側に身体が動いてしまうことが防止され、人を安定した状態で直立姿勢に復帰させることができる。また、その後も、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間の距離が所定の長さに維持されることにより、直立姿勢維持のための補助が可能となる。また、重量物を人が床面等に置く際には、徐々に第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間の距離が長くなるように、筒状部１１Ｃから空気が排出されるように制御すれば、人の腰部Ｗへの負担を軽減できる。

また、第３補助ユニット３０が、第３アクチュエータ３１の動作を停止した状態で、当該第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間の距離を所定の長さに維持することが可能となっている。これにより、モーメントを生じさせた後に、第３アクチュエータ３１の動作を停止させ、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間の距離を所定の長さに維持することができる。これにより、例えば、人が重量物を支えた状態で屈曲姿勢から伸び姿勢に復帰した際に、重量物の影響で屈曲姿勢側に身体が動いてしまうことが防止され、人を安定した状態で伸び姿勢に復帰させることができる。また、その後も、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間の距離が所定の長さに維持されることにより、脚部の伸び姿勢維持のための補助が可能となる。また、重量物を人が床面等に置く際には、徐々に第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間の距離が長くなるように、筒状部３１Ｃから空気が排出されるように制御すれば、人の腰部Ｗへの負担を軽減できる。

以上、本発明の一実施の形態を説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではない。例えば、上述の実施の形態においては、第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、第２補助ユニット２０の第２アクチュエータ２１の第２外側配置部２１Ｂによって間接的に人の腰部Ｗに取り付けられ、第２アクチュエータ２１によって動かされる。しかしながら、第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂは、第２アクチュエータ２１のような部材を有さずに腰部Ｗに取り付けられる取付部材によって腰部Ｗに間接的に取り付けられてもよい。また、以下、上述の一実施の形態の変形例について、図１２乃至図２５を用いて説明する。以下に説明する変形例において、上述の実施の形態と共通する部分には、同一の符号が示されている。

（第２アクチュエータの変形例）
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。

図１２に示す変形例では、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とを連結するベローズ部１２０が、矩形の板状の状態から一辺を回転軸として周方向に展開する構成となっている。ベローズ部１２０に連結された第２外側配置部２１Ｂは、上記の回転軸を軸中心として周方向に移動して、第２身体側配置部２１Ａから離れるようになっている。なお、図１２においては、ベローズ部１２０の展開状態が示されている。ベローズ部１２０は、空気供給部４１の圧縮空気によって駆動されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。また、第３補助ユニット３０の図示は省略しているが、第２外側配置部２１Ｂの適所に取り付ければよい。

図１３に示す変形例では、第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａにネジ１３０が設けられ、ネジ１３０に第２外側配置部２１Ｂが螺合されている。この構成では、ネジ１３０が回転することで、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。ネジ１３０は、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で回転されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１４に示す変形例では、第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａにラック１４０が設けられ、第２外側配置部２１Ｂには、ラック１４０に噛み合うピ二オンギヤ１４１が設けられている。この構成では、ピ二オンギヤ１４１が回転することで、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。ピ二オンギヤ１４１は、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で回転されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１５に示す変形例では、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との間に、スプリング１５０が設けられている。第２身体側配置部２１Ａには、スプリング１５０を圧縮状態で保持するようにスプリング１５０を係止する爪体を有する電磁ロック１５１が設けられている。この構成では、電磁ロック１５１によって圧縮状態で保持されたスプリング１５０を保持状態から解除することにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１６に示す変形例では、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との間に、カム１６０が回転可能に設けられている。この構成では、カム１６０が回転してカム山が第２外側配置部２１Ｂを押すことにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。カム１６０は、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で回転されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１７に示す変形例では、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との間に、伸縮可能なリンク部材１７０が設けられている。この構成では、リンク部材１７０が伸縮することにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。リンク部材１７０は、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で駆動されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１８に示す変形例では、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との間に、エアシリンダ１８０が設けられている。この構成では、エアシリンダ１８０のロッドが伸縮することにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。エアシリンダ１８０は、空気供給部４１の圧縮空気によって駆動されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図１９に示す変形例では、第２身体側配置部２１Ａの外周部分に、棒状の複数のガイド部材２１Ｄが設けられ、これらガイド部材２１Ｄに、第２外側配置部２１Ｂの外周部分が摺動可能に挿入されている。第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａに第１プーリー１９０が設けられ、第２外側配置部２１Ｂに第２プーリー１９１が設けられ、プーリー１９０，１９１には、チェーン１９２が巻き掛けられている。この構成では、プーリー１９０，１９１のいずれか一方を選択的に回転させることで、いずれかのプーリーでチェーン１９２を巻き取ることにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。プーリー１９０，１９１は、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で回転されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図２０に示す変形例では、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との間に、流体注入型アクチュエータ部２００（いわゆる人工筋肉型アクチュエータ）が設けられている。この構成では、流体注入型アクチュエータ部２００に流体を流入させてその筒状部分を径方向に膨張させることにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。流体注入型アクチュエータ部２００は、空気供給部４１の圧縮空気によって駆動されてもよい。また、この例では、第１補助ユニット１０における第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂおよび第３補助ユニット３０における第３アクチュエータ３１の第３外側配置部３１Ｂが、ワイヤ等を介さずに第２外側配置部２１Ｂに取り付けられている。

図２１に示す変形例では、第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａに回転軸２１０が設けられ、この回転軸２１０に第２外側配置部２１Ｂが回転可能に支持されている。第２外側配置部２１Ｂは、第１辺部２１１Ａと第２辺部２１１Ｂとを有し、これら第１辺部２１１Ａと第２辺部２１１Ｂとは、Ｌ字型（クランク形状）をなすように結合されている。第２外側配置部２１Ｂは、第１辺部２１１Ａと第２辺部２１１Ｂとの結合部分を回転軸２１０に支持されている。この例では、第１辺部２１１Ａおよび第２辺部２１１Ｂのうちの第２辺部２１１Ｂの先端に、第１アクチュエータ１１の第１外側配置部１１Ｂが、ワイヤを介さずに取り付けられている。そして、この構成では、第１辺部２１１Ａが後方に向けて延び且つ第２辺部２１１Ｂが下方に延びる状態（二点鎖線で示す状態）から、第２外側配置部２１Ｂが回転軸２１０を中心に回転され、第２辺部２１１Ｂが上方に回転移動することにより、第２外側配置部２１Ｂのうちの第２辺部２１１Ｂの先端が第２身体側配置部２１Ａから離れるように移動する。第２外側配置部２１Ｂは、空気供給部４１の圧縮空気によって回転するエアモータ等で回転されてもよい。

図２２に示す変形例では、第２アクチュエータ２１の第２身体側配置部２１Ａに、後方に延びる案内部材２２０が設けられ、案内部材２２０に、後斜め上方に延びる案内溝２２１が形成されている。そして、第２外側配置部２１Ｂは、軸部材であり、案内溝２２１に挿入されている。この構成では、第２外側配置部２１Ｂが案内溝２２１に沿って後斜め上方に移動することにより、第２外側配置部２１Ｂが第２身体側配置部２１Ａに対して移動する。

（動作の変形例）
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。

このように第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監視し、第１アクチュエータ１１を動かすタイミングを決定する場合には、所望のモーメントアームを確実に確保することができる。

また、図２４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とを連結するベローズ部２１Ｃの内部の圧力が、所定の圧力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に設けられた圧力センサに電気的に接続して、圧力を検出するようにしてもよい。

このようにベローズ部２１Ｃの内部の圧力が、所定の圧力になったか否かを監視し、第１アクチュエータ１１を動かすタイミングを決定する場合には、ベローズ部２１Ｃの内部の圧力が過剰にならずにすむ。

なお、ステップＳ１０３においては、時間、長さ、圧力を全て監視して、全ての条件が充足された際に、ステップＳ１０４において、第１アクチュエータ１１が動かされてもよい。

また、上述の本実施の形態では、人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとった際に、第２アクチュエータ２１が動かされ、次に、第１アクチュエータ１１が動かされ、次に、第３アクチュエータ３１が動かされる。このタイミングは、例えば、図２５（Ａ）に示すように変更されてもよい。すなわち、図２５（Ａ）の例では、第１アクチュエータ１１および第２アクチュエータ２１が同じタイミングで動かされ、その後、第３アクチュエータ３１が動かされている。また、参考として、図２５（Ｂ）に示すように、第１アクチュエータ１１、第２アクチュエータ２１および第３アクチュエータ３１が全て同じタイミングで動かされてもよい。

また、上述の実施の形態においては、人の前屈姿勢を検出する胴体姿勢検出センサ１４および人の脚部の屈曲姿勢を検出する脚部姿勢検出センサ３４の例として、筋電センサ、角度センサ、加速度センサ、歪みゲージ等を説明した。しかしながら、これらの他にも、手袋に設ける圧力センサや、足の圧力を検出する圧力センサ等も、人の姿勢を検出するセンサとして用いられ得る。圧力センサを用いた場合には、検出された圧力値から、補助ユニット１０〜３０の補助のための力が十分であるか否かが検出され得るため、圧力値に基づき、各補助ユニット１０〜３０に供給する空気量等を追加で供給したりすることにより、効果的な補助が実行され得る。また、筋電センサや加速度センサ等によっても、補助ユニット１０〜３０の補助のための力が十分であるか否かが検出され得る。

１筋力補助装置
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

上半身に取り付けられる上半身側配置部と、前記上半身側配置部に対して離接可能であり、腰部に取り付けられる下側配置部とを含み、前記上半身側配置部および前記下側配置部間の距離を変化させることが可能なアクチュエータ、を有し、身体の背部側において、前記上半身側配置部を上半身に取り付けられ、且つ前記下側配置部を腰部に取り付けられる上半身側補助手段と、
下半身に取り付けられる下半身側配置部と、前記下半身側配置部に対して離接可能であり、腰部に取り付けられる上側配置部とを含み、前記下半身側配置部および前記上側配置部間の距離を変化させることが可能なアクチュエータを有し、身体の背部側において、前記下半身側配置部を下半身に取り付けられ、且つ前記上側配置部を腰部に取り付けられる下半身側補助手段と、
人が前屈姿勢および脚部の屈曲姿勢をとったときに、前記上半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記上半身側配置部および前記下側配置部間の距離が短くなるように動作させ、且つ、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記下半身側配置部および前記上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制御装置と、を備え、
前記下側配置部および前記上側配置部は、腰部の後方に配置されて腰部に取り付けられ、
前記上半身側補助手段の前記アクチュエータおよび前記下半身側補助手段の前記アクチュエータの少なくともいずれかは、前記上半身側配置部と前記下側配置部とを連結する部分、又は、前記下半身側配置部と前記上側配置部とを連結する部分を変形させることで、前記上半身側配置部および前記下側配置部間の距離、又は、前記下半身側配置部および前記上側配置部間の距離を変化させ、
前記制御装置は、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータの動作よりも先に、前記上半身側補助手段の前記アクチュエータを動作させる、筋力補助装置。
前記下半身側補助手段の前記アクチュエータの前記下半身側配置部は、下半身のうちの大腿部に取り付けられ、
前記制御装置は、前記下半身側補助手段の前記アクチュエータを、前記下半身側配置部および前記上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。
前記上半身側補助手段の前記アクチュエータの前記上半身側配置部は、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。