JP6820295B2 - 筋力補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、着用者に着用されて着用者の筋力を補助する筋力補助装置に関する。

農業、建設業、介護等に従事する作業者の筋力的な負担を軽減することを目的として、筋力補助装置が注目を集めている。本出願人は特許文献１により、関節が間に位置する人体の二つの部位にそれぞれ取り付けられる一対の装着具を有し、一対の装着具を所定の相対位置に保持することが可能な筋力補助装置を開示した。

国際公開第２０１８／０９７３０１号

装着者は筋力補助装置を着用して狭い空間内で作業することがある。装着者に筋力補助装置を取付けた状態で、装着者が腕を旋回させると、筋力補助装置のうち腕に連動する部分は、胴体に装着された部分に対して旋回方向に回転する。この場合、筋力補助装置の腕に連動する部分の回転軌跡の範囲が装着者の作業空間より大きいと、その連動部分の回転範囲が制限される。つまり、連動部分の回転軌跡の範囲が大きいと、狭い作業空間内では十分な作業を行うことが難しい場合がある。

これらから、本発明者らは、狭い作業空間での作業を容易にする観点から、従来の筋力補助装置には改良の余地があることを認識した。

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、狭い作業空間でも使用することが可能な筋力補助装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の筋力補助装置は、着用者の胴体に装着される装着本体部と、装着本体部から延出する延出部と、連結部を介して延出部に連結され、連結部の支点を中心に装着本体部に対して回動可能に設けられる第１連結アームと、を備える。連結部の支点は、延出部において、装着本体部から第１連結アーム側に離れた位置に設けられるとともに、延出部の延伸方向に沿って移動可能に構成される。

この態様によると、第１連結アームの回転半径を小さくしてその回転軌跡の範囲を小さくすることができる。

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的なまたは一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

本発明によれば、狭い作業空間でも使用することが可能な筋力補助装置を提供することができる。

実施形態に係る筋力補助装置を着用者とともに示す斜視図である。 図１の一部を拡大して示す拡大図である。 比較例の筋力補助装置の旋回動作を模式的に示す模式図である。 図１の筋力補助装置の旋回動作を模式的に示す模式図である。 第１変形例に係る筋力補助装置を着用者とともに示す斜視図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。
また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

また、本明細書で用いる「前」、「後」、「上」、「下」、「左」及び「右」等の用語は、筋力補助装置を着用した着用者を基準とする「前」、「後」、「上」、「下」、「左」及び「右」を意味することとする。なお、「左方向」及び「右方向」を「横方向」ということもある。

なお、以下の説明において、「平行」、「垂直」は、完全な平行、垂直だけではなく、誤差の範囲で平行、垂直からずれている場合も含むものとする。

［第１実施形態］
図１〜図４を参照して本発明の第１実施形態に係る筋力補助装置１００の構成を説明する。図１は、筋力補助装置１００の全体を示す斜視図である。この図は、着用者６に着用された状態の筋力補助装置を示している。図２は、筋力補助装置１００の一部を拡大して示す拡大図である。筋力補助装置１００は、胴装着部１０と、連結部１２と、第１連結アーム２０と、第２連結アーム３０と、ブレーキ機構４０と、駆動機構７０と、腕装着部材３７と、を主に備える。本実施形態では、胴装着部１０の左右両側に、連結部１２と、第１連結アーム２０と、第２連結アーム３０と、ブレーキ機構４０と、腕装着部材３７とからなる組が左右対称に設けられている。

（胴装着部）
胴装着部１０は、装着ベルト１６を介して着用者６の胴体７に取り付けられる装着本体部１１と、装着本体部１１から延出する２つの延出部１４と、を有する。装着本体部１１の形状は特に限定されないが、本実施形態の装着本体部１１は、前後に薄い略直方体形状または箱形状を呈する。装着本体部１１は、例えば金属製であってもよいし、一部または全部が樹脂製であってもよい。図１の装着本体部１１は、上下長が左右長よりやや長い略矩形の輪郭を有する。装着ベルト１６は、装着本体部１１の上部から伸び出し着用者６の肩を通り胴体７の前側に至る２本の肩ベルト１６と、装着本体部１１の側部から胴体７の側部を通り胴体７の前側に至る２本の体側部ベルト１６と、を含む。肩ベルト１６と体側部ベルト１６とは胴体７の前側で相互に連結されることによって、胴装着部１０は、胴体７の後側（背中）に固定的に支持される。

本実施形態の延出部１４は、装着本体部１１の横方向側部から左右両側に延出するアーム状またはレバー状の部材である。延出部１４は、アルミニウム合金などの軽金属またはその他の金属製又は樹脂であってもよい。延出部１４は、装着本体部１１に固定されている。延出部１４の延出端側は第１連結アーム２０に連結部１２を介して連結されている。連結部１２は支点を有し、第１連結アーム２０は、その支点の軸線ｄ２を中心に胴装着部１０の延出部１４に対して回動可能に設けられている。軸線ｄ２は、略上下方向に伸びる回転軸線であり、第１連結アーム２０は、軸線ｄ２に直交する面（略水平面）に沿って旋回することができる。

本実施形態の連結部１２は、延出部１４の延出端側に設けられた貫通孔と、貫通孔を上下に挿通するピン部材１２ｐと、を含んで構成されている。ピン部材１２ｐは、軸線ｄ２に沿って延在し、貫通孔内に回転可能に収容されており、支点として機能する。

（第１連結アーム）
第１連結アーム２０は、連結部１２から略水平方向に延出するアーム状またはレバーの部材である。第１連結アーム２０は、アルミニウム合金などの軽金属またはその他の金属製又は樹脂であってもよい。第１連結アーム２０の延伸端側に、後述するブレーキ機構４０が固定的に支持される。本実施形態の第１連結アーム２０は、後述するブレーキ機構４０のケーシング５０を支持するブラケットとして機能する。第１連結アーム２０の延伸端側にはブレーキ機構４０を介して第２連結アーム３０が支持される。

（ブレーキ機構）
ブレーキ機構４０は、第１連結アーム２０に対する第２連結アーム３０の回転を制御するためのものである。つまり、本実施形態では回転制御機構としてブレーキ機構４０を例示している。ブレーキ機構４０は、ケーシング５０と、ケーシング５０に対して回転可能に設けられる回転部材４１とを含む。この例のケーシング５０は、箱形状の筐体であり、この例の回転部材４１は、出力軸とも称されるスピンドルである。ケーシング５０には第１連結アーム２０が結合され、回転部材４１には、第２連結アーム３０が結合される。本実施形態では、回転部材４１の回転軸線（以下、「アシスト軸線ｄ１」という）は、略水平方向に伸びており、第２連結アーム３０はアシスト軸線ｄ１に直交する面（略鉛直面）に沿って回動することができる。つまり、本実施形態では回転軸線としてアシスト軸線ｄ１を例示している。

ブレーキ機構４０は、駆動機構７０から供給される駆動流体の圧力をオン・オフ制御することにより、回転部材４１の回転を制御することができる。ブレーキ機構４０の構成は特に限定されないが、本実施形態のブレーキ機構４０は、回転部材４１と一体に回転するディスク（不図示）と、駆動流体の圧力によりディスクに押付けられるピストン（不図示）とを含むディスクブレーキである。

駆動流体の圧力がオンになると、ピストンはディスクに押付けられ、ディスクおよび回転部材４１は、その自由な回転が規制される拘束状態になる。駆動流体の圧力がオフになると、ピストンはディスクから離れ、ディスクおよび回転部材４１は、その自由な回転が許容される非拘束状態になる。つまり、ブレーキ機構４０は、駆動流体の圧力を制御することにより、回転部材４１の回転を拘束状態と非拘束状態とに制御することができる。ブレーキ機構４０は、非拘束状態において、上肢８の運動に追従して第２連結アーム３０の回転を許容する。ブレーキ機構４０は、拘束状態において、第２連結アーム３０のアシスト軸線ｄ１周りの回転を拘束し、上肢８の重量による荷重を受止め、上肢８の位置を下から支持する筋力補助力（アシスト力ということがある）を発生する。

本実施形態のブレーキ機構４０は、ワンウエイクラッチ（不図示）を備えており、拘束状態でも上肢８が上昇する方向への回転部材４１および第２連結アーム３０の回転を許容する。ワンウエイクラッチは、ブレーキ機構４０が拘束状態でも、一方向のみの回転を許容する機構であり、この例では、腕を上げる方向の回転を許容し腕を下げる方向の回転を規制するように構成されている。ワンウエイクラッチを備えることにより、着用者６は、拘束状態で作業しやすい位置まで腕を徐々に上昇させ、その位置で腕を固定することができる。

駆動機構７０は、加圧された駆動流体を蓄えるタンク７０ｔと、タンク７０ｔの駆動流体の圧力を調整する減圧弁７０ｑと、駆動流体のブレーキ機構４０への流体の出／止を制御するバルブ機構７０ｐと、バルブ機構７０ｐを制御する制御部７０ｒと、バルブ機構７０ｐからブレーキ機構４０に駆動流体を供給するゴムチューブなどの流路部材７０ｓと、リモコン７０ｃと、を含む。駆動流体は、水、油等の液体であってもよいし、空気、窒素、不活性ガス等の気体であってもよい。リモコン７０ｃは、筋力補助装置１００の着用者６からの操作に基づき、制御部７０ｒへの入力を行い、制御部７０ｒはバルブ機構７０ｐを制御することにより、ブレーキ機構４０への駆動流体の供給および供給停止を制御する。本実施形態の駆動機構７０は、装着本体部１１内に設けられている。このように構成された、ブレーキ機構４０および駆動機構７０は、上肢８の筋力を補助するアシスト機構を構成している。駆動機構７０は、駆動流体を加圧するコンプレッサ（ポンプ）を有してもよい。尚、図４ではリモコン７０ｃと駆動機構７０とはワイヤを介して接続される例を示しているが、リモコン７０ｃと駆動機構７０とは無線で接続されてもよい。また、図４に示す制御部７０ｒはリモコン７０ｃと一体になっているが、これらは別体であっても構わない。

（第２連結アーム）
次に、第２連結アーム３０は、ブレーキ機構４０の回転部材４１に接続されている。
第２連結アーム３０は、回転部材４１の回転にともなって、回転部材４１のアシスト軸線ｄ１を中心として回転する。図１に示すように、第２連結アーム３０は、回転部材４１と、上肢８に取り付けられる腕装着部材３７とを連結する。第２連結アーム３０は、回転部材４１からアシスト軸線ｄ１と非平行な方向に延び出している。第２連結アーム３０には、回転部材４１から筋力補助力が入力される。腕装着部材３７は、第２連結アーム３０と共に第１連結アーム２０に対して回転する。

第２連結アーム３０は、回転部材４１から腕装着部材３７に向かって延びる１または複数の部材を有する。本実施形態の第２連結アーム３０は、回転部材４１の側から腕装着部材３７の側へ順に、それぞれアーム状またはレバー状の基部材３２と、第２部材３４とを有する。基部材３２および第２部材３４は、アルミニウム合金などの軽金属またはその他の金属製であってもよい。基部材３２および第２部材３４は、一部または全部が樹脂製であってもよい。

本実施形態の基部材３２は、回転部材４１に固定され、回転部材４１からアシスト軸線ｄ１と非平行な方向に延び出している。基部材３２は、回転部材４１と別々に形成され連結されてもよいし、基部材３２の一部または全部が回転部材４１と一体的に形成されてもよい。基部材３２は、回転部材４１と同期して、アシスト軸線ｄ１を中心として回転する。

本実施形態の第２部材３４は、アーム回転軸線ｄ３を中心として基部材３２と相対回転可能に、基部材３２に接続されている。第２部材３４は、装着体回転軸線ｄ４を中心として腕装着部材３７の装着体３８と相対回転可能に、後述する腕装着部材３７の装着体３８のボス３８ａに接続される。

（腕装着部材）
腕装着部材３７は、着用者６の上腕８ａに取り付けられ、ブレーキ機構４０から供給される力を上腕８ａに伝達するためのものである。本実施形態の腕装着部材３７は、ブレーキ機構４０が上腕８ａの持ち上げを補助する際に、上腕８ａの腕装着部材３７に対する下方又は後方への相対移動を規制するように構成されている。腕装着部材３７の構成は特に限定されないが、本実施形態の腕装着部材３７は、上腕８ａが挿入される筒状部を形成する装着体３８と、補助ベルト３９とを有する。

（装着体）
装着体３８は、例えば、所定の剛性を有する樹脂を成形して形成されてもよい。この所定の剛性は、装着体３８の自重によっては殆ど変形せず筒状を維持可能な程度の剛性であってもよい。本実施形態の装着体３８の外面には、第２連結アーム３０に接続されるためのボス３８ａが設けられている。装着体３８は、ボス３８ａを介して、第２部材３４に接続される。図１の装着体３８は、前方に伸ばした状態の上腕８ａに下方から対面するように構成されている。

（補助ベルト）
補助ベルト３９は、例えば、柔軟性を有する帯状の部材を含む。図１の補助ベルト３９は、前方に伸ばした状態の上腕８ａに主として上方から対面するように構成されている。補助ベルト３９は、その長さを調整可能に構成されている。補助ベルト３９の長さを調節することにより、腕装着部材３７が上腕８ａを安定して保持することが可能となる。

（動作）
図１を参照して筋力補助装置１００の動作を説明する。まず、筋力補助装置１００を着用者６が着用する。具体的には、装着本体部１１を胴体７の後面（背中）に背負い、装着ベルト１６を用いて、装着本体部１１を胴体７に装着する。また、腕装着部材３７の装着体３８及び補助ベルト３９を用いて、腕装着部材３７を上腕８ａに装着する。この状態で着用者６が、上肢８を屈伸または伸展運動させると、上腕８ａに取り付けられた腕装着部材３７および第２連結アーム３０は、アシスト軸線ｄ１を中心として、胴体７側の第１連結アーム２０に対して相対回転する。上述したように、アシスト軸線ｄ１回りの運動に対しては、ブレーキ機構４０による回転制御により、拘束状態と非拘束状態とを切り換えることができる。

本実施形態では、着用者６が操作可能なリモコン７０ｃ（図２も参照）により拘束状態と非拘束状態とを切り換えることができる。着用者６は、拘束状態においてワンウエイクラッチにより上肢８を作業用の位置に持上げ、その位置で作業を行う。このとき、ブレーキ機構４０は、筋力補助力を発生し上肢８の位置を下から支持する。着用者６は、リモコンで非拘束状態に切り換えることで、上肢８の位置を下げることができる。このように、拘束状態と非拘束状態とを切り換えて筋力補助力を受けながら作業することにより、着用者６は腕の筋肉の負担を軽減することができる。

また、着用者６が、上肢８を旋回運動させると、上腕８ａに取り付けられた腕装着部材３７、第２連結アーム３０および第１連結アーム２０は、軸線ｄ２を中心として、胴体７側の延出部１４に対して相対回転する。軸線ｄ２回りの運動は規制されていないので、着用者６は、延出部１４に対する第１連結アーム２０の可動範囲内において、上肢８を軸線ｄ２回りに旋回させることができる。

次に、図３、図４を参照して、筋力補助装置１００の旋回動作を説明する。図３は、比較例の筋力補助装置５００の旋回動作を模式的に示す上面視の模式図である。図４は、筋力補助装置１００の旋回動作を模式的に示す上面視の模式図である。これらの図において、左側は上肢８を内側に旋回した状態を示し、右側は上肢８を外側に旋回した状態を示している。右側の図は、左側の図に対して約５０度旋回した状態を示している。

（比較例）
先に比較例について説明する。比較例の筋力補助装置５００は、本実施形態を創作する過程で、比較のために案出されたものである。筋力補助装置５００は、本実施形態に対して、延出部１４を有せず、連結部５１２が装着本体部５１１の後面に設けられ、第１連結アーム５２０の形状が異なる点で相違し、他の構成は同様である。したがって、重複する説明を省き、相違する点を重点的に説明する。比較例では、連結部５１２が装着本体部５１１に設けられたことにより、連結部５１２の支点の軸線ｄ２も、装着本体部５１１の後面に配置される。この構成により、装着本体部５１１とブレーキ機構４０とを連結する第１連結アーム５２０は、本実施形態よりも長い。

連結部５１２の支点がブレーキ機構４０から離間しているので、第１連結アーム５２０の軸線ｄ２を中心とする回転半径が本実施形態よりも長くなる。このため、上肢８を外側に旋回した場合に、第１連結アーム５２０やブレーキ機構４０の回転軌跡が装着本体部５１１の後側へ大きく張り出す。この結果、図３に示すように、第１連結アーム５２０やブレーキ機構４０の装着本体部５１１の後側への突出量Ｙ１が大きくなる。突出量Ｙ１が大きい場合には、第１連結アーム５２０やブレーキ機構４０が周囲の壁等に干渉する可能性が高く、その旋回許容範囲が制限されるので、狭い空間では十分な作業を行うことが難しい。

比較例を踏まえ、本実施形態について説明する。狭い空間での作業を容易にするためには、第１連結アーム２０の回転半径は小さいことが望ましい。このため、図４に示すように、本実施形態では、装着本体部１１から延出する延出部１４を設け、連結部１２の支点は、延出部１４において、装着本体部１１から第１連結アーム２０側に離れた位置に設けられている。この結果、図４に示すように、第１連結アーム２０やブレーキ機構４０の装着本体部１１の後側への突出量Ｙ２を比較例より小さくすることができる。

図４に示すように、延出部１４は、装着本体部１１から左右に延出している。特に、延出部１４は、その延出端が第１連結アーム２０に接近するように構成されている。連結部１２の支点を延出部１４の延出端の近傍に設けたことにより、第１連結アーム２０を短くし、その回転半径を小さくすることができる。

連結部１２の支点が装着本体部１１に近すぎると、突出量Ｙ２の低減効果が小さくなり、連結部１２の支点がブレーキ機構４０に近すぎると、旋回時に上肢８が当接して肩の周辺が窮屈になる。この観点から、装着本体部１１から連結部１２の支点までの距離は、装着本体部１１とブレーキ機構４０との離間距離の２０％〜８０％の範囲が好ましく、３０％〜７０％の範囲がより好ましく、本実施形態では４０％〜６０％の範囲に設定されている。

突出量Ｙ２はより小さいことが望ましい。そこで、本実施形態では連結部１２の支点は、装着本体部１１より着用者６の前後方向で前側に位置している。この場合、連結部１２の支点が装着本体部１１より後側に位置している場合と比べて、突出量Ｙ２を小さくすることができる。本実施形態の延出部１４は、装着本体部１１から胴体７の湾曲面に対応し、この曲面に沿うように側方斜め前向きに延びている。

［第２実施形態］
次に、図５を参照して、本発明の第２実施形態に係る筋力補助装置２００の構成を説明する。図５は、筋力補助装置２００の全体を示す斜視図であり、図１に対応する。この図は、着用者６の胴体７に着用された状態の筋力補助装置２００を示している。第２実施形態の筋力補助装置２００は、第１実施形態に対して、連結部１２の構成が異なる点で相違し、他の構成は同様である。したがって、重複する説明を省略し、主に相違点を説明する。

連結部１２の支点の軸線ｄ２を着用者６の肩の回転軸線と一致させることは難しく、現実的には、軸線ｄ２は肩の回転軸線から離れた位置に設けられている。この場合、上肢８を旋回させると、肩周辺が窮屈になり着用者６に不快感を与えるおそれがある。そこで、本実施形態では、連結部１２の支点は、延出部１４の延伸方向に沿って移動可能に構成されている。この場合、図５に示すように、上肢８の旋回に応じて装着本体部１１とブレーキ機構４０との離間距離が柔軟に変化するので、着用者６に与える不快感を緩和することが可能になる。図５の例では、装着本体部１１とブレーキ機構４０との間の距離は、上肢８を内側に旋回させたときに大きくなり、上肢８を外側に旋回させたときに小さくなる。

連結部１２の支点を移動可能にするために、連結部１２は、延伸方向に長い長孔１２ｎを有する部材と、長孔１２ｎの中を相対移動可能に設けられたピン部材１２ｐと、を含んでいる。この場合、簡単な構成により移動可能な支点を実現することができる。図５の例では、長孔１２ｎを有する部材として延出部１４を例示しているが、長孔１２ｎが第１連結アーム２０に設けられ、ピン部材１２ｐが延出部１４に設けられてもよい。

第２実施形態は、第１実施形態と同様の作用・効果を奏する。加えて、第２実施形態では、上肢８の旋回に伴って連結部１２の支点の位置を移動させることができるので、装着の不快感を減らすことができる。

以上、本発明のいくつかの実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の説明では、実施の形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。

実施形態では、腕装着部材３７が上腕８ａに取り付けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、腕装着部材３７は前腕８ｂに取り付けられてもよい。

実施形態では、第２連結アーム３０が、基部材３２と第２部材３４の２つの部材がそれぞれ回動支点を介して連結されて構成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２連結アーム３０は、１または３以上の部材が、それぞれ回動支点を介して連結されて構成されてもよい。

実施形態では、装着本体部１１が略直方体形状または箱形状の部材である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、装着本体部１１は板状の部材であってもよい。

実施形態では、延出部１４が細長いレバー状の部材である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、延出部１４は前後に薄い板状または箱状の部材であってもよい。

実施形態では、ブレーキ機構４０への駆動流体の供給および供給停止が、着用者６からの操作に基づきリモコン７０ｃにより制御される例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、ブレーキ機構４０への駆動流体の供給および供給停止は、筋力補助装置１００に取り付けられたセンサの検知結果に基づいて制御されてもよい。

これらの各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

１０・・胴装着部、 １１・・装着本体部、 １２・・連結部、 １２ｎ・・長孔、 １２ｐ・・ピン部材、 １４・・延出部、 ２０・・第１連結アーム、 ３０・・第２連結アーム、 ３７・・腕装着部材、 ４０・・ブレーキ機構、 ４１・・回転部材、 ７０・・駆動機構、 １００、２００・・筋力補助装置。

Claims (3)

1. 着用者の胴体に装着される装着本体部と、
   前記装着本体部から延出する延出部と、
   連結部を介して前記延出部に連結され、前記連結部の支点を中心に前記装着本体部に対して回動可能に設けられる第１連結アームと、
   を備え、
   前記連結部の支点は、前記延出部において、前記装着本体部から前記第１連結アーム側に離れた位置に設けられるとともに、前記延出部の延伸方向に沿って移動可能に構成されることを特徴とする筋力補助装置。
2. 前記連結部の支点は、前記装着本体部より前記着用者の前後方向で前側に位置することを特徴とする請求項１に記載の筋力補助装置。
3. 前記連結部は、前記延伸方向に長い長孔を有する部材と、前記長孔の中を相対移動可能に設けられたピン部材と、を含むことを特徴とする請求項１または２に記載の筋力補助装置。

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