JP6761107B2 - 動作アシスト装置 - Google Patents
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- B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
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Description
また、脚部が屈伸動作する際における膝関節の描く軌跡は一定ではなく、個人差、或いは体の体勢によっても異なるものである。しかし、上記アシスト装置にあっては、回転機構の描く軌跡が一定であり、更にその位置が膝関節と常に対応関係にあるため、屈伸動作時における膝関節及び回転機構双方の描く軌跡のズレによって円滑な動作が阻害され、ひいてはアシスト装置として要求されるべき違和感のない装着性を阻害する要因となる。
本構成によれば、アクチュエータを収縮させることにより、部材とアクチュエータとの接続部(接続点)を力点として2つの部位が伸展状態になる方向に部材にモーメントが作用するため、アクチュエータの固定端と部材の接続部との間の距離を変化させることで、屈曲状態から伸展するときのアシスト力を得ることができる。さらに、2つの部位と動作アシスト装置は、それぞれの運動における相対関係が固定されていないので、アシスト時の拘束感を低減できる。
本構成によれば、距離変動手段を短縮させることにより、部材とワイヤとの接続部となるワイヤガイドを力点として2つの部位が伸展状態になる方向に部材にモーメントが作用するため、ワイヤの固定端とワイヤガイドとの間の距離を変化させることで、屈曲状態から伸展するときのアシスト力を得ることができる。さらに、2つの部位と動作アシスト装置は、それぞれの運動における相対関係が固定されていないので、アシスト時の拘束感を低減できる。
距離変動手段として、全長を可変な部材、言い換えると両端間の距離を可変な部材を用いることができる。距離変動手段の具体例として、伸縮体を例示することができる。
本構成によれば、アクチュエータとして非剛体の部材を用いることにより、2つの部位間における拘束をより低減させることができ、関節におけるねじり運動を行う際にも有効である。
本構成によれば、伸展や屈曲する際のワイヤのたるみを防止できる。
本構成によれば、ワイヤに常にテンションをかけることができるので、ワイヤのたるみを防止できる。
距離変動手段として、全長を可変な部材、言い換えると両端間の距離を可変な部材を用いることができる。距離変動手段の具体例として、伸縮体を例示することができる。
別の構成として、アクチュエータは、全長を可変に構成された距離変動手段と、距離変動手段に接続したワイヤと、を有し、距離変動手段と接続部との間や距離変動手段と固定端との間に滑車機構が設けられ、ワイヤが滑車機構に架け渡されている構成としてもよい。
これらの構成によれば、距離変動手段の変化量に対してアクチュエータ全体の伸縮量を大きくできる。
なお、滑車機構として、ワイヤの移動量を、距離変動手段の全長変動量から変換する機構、より具体的には、ワイヤの移動量を、距離変動手段の全長変動量よりも増大(例えば二倍)又は減少(例えば半減)させる機構を採用することができる。滑車機構の具体例として、接続部を構成する滑車(プーリー)、固定端を構成する滑車(プーリー)、装具に支持された又は装具の一部分をなす滑車(プーリー)、部材に支持された又は部材の一部分をなす滑車(プーリー)、距離変動手段に支持された又は距離変動手段の一部分をなす滑車(プーリー)を例示することができる。
延長距離調整手段として、距離変動手段(伸縮体)の全長変化速度を調整する手段や、距離変動手段(伸縮体)の全長変化速度を規制する手段を採用することができる。
本構成によれば、伸展状態から屈曲状態へのしゃがむ動作を補助することができる。
ここで、一方の部位を大腿部とし、他方の部位の第1の部位を下腿部とし、他方の部位の第2の部位を足部とすることができる。
本構成によれば、より効率良くアシストすることができる。
本構成において、アクチュエータの固定端は、屈曲状態において第1の部位(例えば下腿部の軸線方向p2)及び第2の部位(例えば足部の軸線方向p4)のなす角の対角内に位置することが好ましい。この場合、第1の部位及び第2部位を屈曲状態から伸展させるためのアシスト力を得ることもできる。
本構成によれば、人の動作において負荷の大きいしゃがんだ状態から立ち上がるときの立ち上がり動作を補助できる。
本構成によれば、関節の伸展運動の妨げにならない。
本構成によれば、慣性力が低減されるので、動作アシスト装置を装着した状態での歩行をしやすくできる。
本構成によれば、慣性力が低減されるので、動作アシスト装置を装着した状態での歩行をしやすくできる。
本構成によれば、アシスト力をさらに強くすることができる。
本構成によれば、アシスト力をさらに強くすることができる。
機構取付部材2Aは、後述のアクチュエータ5の一端側を固定可能とする大腿側固定部11と、突出部13とを備える。
このような経路を有するワイヤ8としては、金属製に限らず有機繊維を撚り合わせた化繊のものであっても良い。また、ワイヤ8は張力が付加されたときに伸長性の少ない素材のものが好ましい。また、耐久性を考慮した場合、金属製や非金属性の無機繊維のもが好ましく、重量の観点からは、有機繊維を撚り合わせた化繊のものが好ましい。
まず、大腿装具2、下腿装具4を脚の各部に装着する。次に、膝の折り曲げ状態が最大となるように、しゃがんだ姿勢で下腿部側の下腿側固定部16においてワイヤ8の張り調整を行う。本実施形態では、人工筋肉18に可撓性を有する部材により構成された人工筋肉18を適用しているため、遊びがゼロとなるようにワイヤ8の張り調整を行うことにより、アクチュエータ5によるアシスト力を遅滞なく得ることができる。
即ち、伸縮体9を収縮させることにより、棒状部材17とアクチュエータ5との接続点(ワイヤガイド15)を力点として、下腿部及び大腿部の2つの部位がそれぞれ伸展状態になる方向に棒状部材17にモーメントがかかる。そして、下腿装具4に固定されたワイヤ8の一端(アクチュエータ5の固定端5e)と、棒状部材17のワイヤガイド15(接続部)間の距離を変化させることができ、大腿部及び下腿部の2つの部位と、大腿装具2及び下腿装具4の相対関係が固定されていないため拘束感を低減できる。
また、ワイヤ8が可撓性を有しているため、膝を任意の広さで開いた状態で立ち上がるようなねじり運動をともなう動作についても好適にアシストできる。
例えば、伸展状態から屈曲状態に動作する場合に、伸展状態において、人工筋肉18を軸方向に最も収縮させておき、コントロールユニット43が、排気弁47から空気を排出する速度を制御することにより、立ち上がった状態からしゃがむときのしゃがむ動作をアシストすることができる。即ち、コントロールユニット43に排気弁47から空気を排出する速度を制御させる、コントロールユニット43をアクチュエータ5の全体の長さを延伸する際の単位時間当りの延長距離を調整するための延長距離調整手段として機能させることができる。
なお、本例においては、ワイヤ8の固定端を膝関節部側、即ち、大腿装具2上に設定したが、ワイヤ8の経路を反転させ得る位置であればこれに限られるものではなく、例えば各装具とは別の部位を固定端として設定しても良い。
ワイヤ固定部35は、しゃがんだ姿勢(膝関節の屈曲時)における下腿部の延長線p2と足部の延長線p3とのなす角θの対角θ´内に位置するように機構取付部材3Aに設けられる。
テンショナ―62は、ボディ64に設けられたガイド穴64Aに、スライド部材66のガイド軸66Aを挿入することでスライド部材66をボディ64に対してスライド自在に組み付けられている。そして、このスライド部材66のガイド軸66Aをボディ64の内部に設けられた図外のスプリングによりボディ64からスライド部材66が突出するように付勢される。
したがって、制動力発生部84は、ワイヤ88を引くことにより、摩擦材86が制動板78を挟み込んで固定することができる。
図10Cに示すように、例えば、ワイヤ8に張力が作用すると、ヘッド部66Bに設けられたワイヤガイド90がボディ64側に引かれることにより、スライド部材66がボディ64内に押し込まれる。そして、ワイヤ8の張力が除荷されることにより、図10Aに示すように、スプリングの付勢力によりスライド部材66がボディ64から突出する。これにより、余剰のワイヤ8を巻き取ることにより、ワイヤ8に緊張力を付与することができる。
そのため、より大きなアシストトルクを得ることができる。
また、スライド部材66の移動を規制したい場合には、ワイヤ88を引いてスライド部材66に取り付けられた制動部材72の制動板78を摩擦材86;86で挟むことによりスライド部材66の移動を制御することができる。
また、伸縮体9を人工筋肉18により構成するとして説明したが、駆動源として空気を用いる場合には、エアシリンダ等であっても良い。
また、伸縮体9の駆動源として電力を用いる場合には、伸縮体9をボールねじ機構やリニアモータを組み合わせて、ワイヤ8を牽引するようにしても良く、ワイヤ8を直接巻き取り機により巻き取るようにしても良い。
また、上記実施形態では、アクチュエータ5を伸縮体9及びワイヤ8で構成するものとして説明したが、接続部(例えばワイヤガイド15)をアクチュエータ5の固定端5e(例えば下腿側固定部16に固定されたワイヤの端部)に向けて牽引可能であればゴムであっても良い。つまり、ワイヤ8を牽引し得る伸縮動作可能なアクチュエータであればその種別は問わない。
また、上記実施形態では、ワイヤガイド15及び棒状部材17を脚部における側部に設けるものとして説明したが、ワイヤガイド15が、屈曲状態における大腿部や下腿部等の2つの部位のなす角の対角内に位置すれば、関節の側部に限らず前方などワイヤガイド15及び棒状部材17の位置は問わない。
Claims (14)
- 関節により接続された2つの部位が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする動作アシスト装置であって、
一方の部位に固定される部材と、
前記部材と一体的に設けられた接続部を介して前記部材と接続し、且つ、他方の部位に固定された固定端を有するアクチュエータと、を備え、
前記接続部は、前記屈曲状態において前記2つの部位のなす角の対角内に位置し、
前記アクチュエータは、前記固定端と前記接続部との間の距離を短縮可能であり、
前記接続部は、前記アクチュエータを介してのみ前記固定端に接続している、動作アシスト装置。 - 前記アクチュエータは、ゴム、ワイヤのいずれかを含む、請求項1記載の動作アシスト装置。
- 前記アクチュエータは、ワイヤを含み、
前記2つの部位の伸展状態又は屈曲状態への変動における前記ワイヤの長さを調整可能な長さ調整機構を、更に備える、請求項1又は2に記載の動作アシスト装置。 - 前記長さ調整機構は、前記ワイヤに緊張力を付与するテンショナーを含む、請求項3に記載の動作アシスト装置。
- 前記アクチュエータは、距離変動手段とワイヤとを含み、
前記ワイヤは滑車機構に架け渡されている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。 - 前記2つの部位が伸展状態から屈曲状態へと変動する際の前記固定端と前記接続部との間の単位時間当りの延長距離を調整する延長距離調整手段が設けられている、請求項1乃至5のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。
- 前記他方の部位は、第1の部位と、第2の部位と、前記第1の部位及び前記第2の部位とを接続する関節とを備え、
前記アクチュエータの前記固定端を、前記第1の部位又は前記第2の部位に固定した、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。 - 前記動作アシスト装置は、膝関節により接続された大腿部及び下腿部が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする、請求項1乃至7のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。
- 前記部材と前記アクチュエータとの前記接続部を前記膝関節の側部に配置した、請求項8に記載の動作アシスト装置。
- 前記アクチュエータは、距離変動手段とワイヤとを含み、
前記距離変動手段を前記大腿部側に配置した、請求項8又は9に記載の動作アシスト装置。 - 前記アクチュエータは、距離変動手段とワイヤとを含み、
前記距離変動手段を前記大腿部側及び前記下腿部側に配置した、請求項8又は9に記載の動作アシスト装置。 - 前記部材と固定され、前記一方の部位に取り付けられる一方の装具と、
前記アクチュエータの前記固定端を固定され、前記他方の部位に取り付けられる他方の装具と、を備える、請求項1〜11のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。 - 膝関節により接続された大腿部及び下腿部が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする動作アシスト装置であって、
前記大腿部に固定される部材と、
前記部材に固定された距離変動手段と、
前記大腿部と前記下腿部とのなす角の対角内に位置し、前記部材と一体的に設けられたワイヤガイドと、
前記下腿部に固定されるとともに、前記ワイヤガイドを介して前記距離変動手段に架け渡されるワイヤと、を備え、
前記ワイヤを介してのみ前記大腿部及び前記下腿部が接続している、動作アシスト装置。 - 前記部材と固定され、前記大腿部に取り付けられる大腿装具と、
前記ワイヤを固定され、前記下腿部に取り付けられる下腿装具と、を備える、請求項13に記載の動作アシスト装置。
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