JP7098117B2

JP7098117B2 - 腰部補助装置

Info

Publication number: JP7098117B2
Application number: JP2019050669A
Authority: JP
Inventors: 雄樹麻植; 宣年酒井; 聡子室内
Original assignee: Tokushima Prefecture
Current assignee: Tokushima Prefecture
Priority date: 2019-03-19
Filing date: 2019-03-19
Publication date: 2022-07-11
Anticipated expiration: 2039-03-19
Also published as: JP2020151791A

Description

特許法第３０条第２項適用ウェブサイト平成３０年６月１日に日本人間工学会第５９回大会のウェブサイトにて公開。発表平成３０年６月３日に日本人間工学会第５９回大会にて発表。

本発明は、腰部補助装置に関する技術分野に属する。

超高齢化社会の進行に伴い、介護分野の作業者の負担は増大している。このため、作業者の前屈動作や重量物の持ち上げ動作を補助し、作業者の負担、特に作業者の腰部の負担を軽減させる腰部補助装置が提案されている（例えば特許文献１）。

特許文献１には、装着者の腰部または股関節の左右方向両側近傍にそれぞれ配置され、装着者の上体及び大腿部の動きに追従する方向に、上体及び大腿部の動きを補助するための駆動トルクを発生する２つの電動モータと、装着者の胸部及び腰部に装着され、２つの電動モータの回転軸及び固定端側のうちのいずれか一方が固定される上体フレームと、一端部が回転駆動部の回転軸および固定端側のうちのいずれか他方に固定され、他端部が大腿部の側部に装着される２つの大腿部フレームとを含むパワーアシストロボット装置が開示されている。

特開２０１３－１３８８４８号公報

ところで、腰部補助装置は、利用者が装着して使用するものである以上、作動前の装着段階における利用者の負担を軽減するために、出来る限り部品点数を減らして、重量を軽くすることが求められる。特許文献１に記載のパワーアシストロボット装置は、アクチュエータに相当する電動モータを２つ設けなければならず、重量が大きくなりやすい。

また、電動モータにより補助力を生成する場合、電動モータの速度を人間の動きに適応させるために、減速機を設ける必要がある。電動モータが２つ必要な場合には、当然、減速機も２つ設けなければならず、このことからも重量が大きくなりやすい。

本発明の主な目的は、部品点数が少なく、重量が軽減された腰部補助装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明は、装着者の腰部を支点とする動作を補助する腰部補助装置を対象として、前記装着者の背部に装着される背部フレームと、前記装着者の腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる一対の腰部フレームと、前記一対の腰部フレームの前端側にそれぞれ取り付けられ、前記装着者の両脚にそれぞれ装着される一対の脚部フレームと、前記背部フレームと前記各腰部フレームとを連結させ、前記背部フレームを前記各腰部フレームに対して前後方向に相対回転可能にさせる一対の関節部と、前記背部フレームに取り付けられ、前記装着者の肩部に掛け回される一対の肩ベルトと、前記背部フレームに設けられるアクチュエータと、前記アクチュエータと第１線状部材により連結され、該アクチュエータにより上下動するスライド体と、前記背部フレームに設けられ、前記スライド体がスライドするスライドレールと、前記スライド体から左右方向に延びた後、前側に向かって延び、前記各腰部フレームにおける前記各関節部よりも前側の部分にそれぞれ固定される第２線状部材と、を備え、前記スライド体は、前記スライドレールをスライドするスライダ本体と、前記第１線状部材が結合される結合部と、前記スライダ本体に固定され、前記スライダ本体と結合部とを連結するスライダ連結部と、前記スライダ連結部に設けられ、前記スライド体の移動方向及び左右方向の両方に直交する方向に延びる回転軸を有するプーリーと、を有し、前記第２線状部材は、１本の部材でありかつ両端部が前記プーリーから左右に延びて、各腰部フレームにそれぞれ固定されており、前記第２線状部材の長手方向の中間部は、前記プーリーから左側に延びる部分の長さと前記プーリーから右側に延びる部分の長さとを変更可能に、前記プーリーに巻き掛けられていて、前記装着者が腰部を支点に上体を前傾させた状態で、前記アクチュエータを駆動させて、前記第１線状部材が巻き取られて、前記スライダ本体を前記スライドレールに沿って上側又は下側にスライドさせたときに、前記スライダ本体と共に前記中間プーリーが移動して、前記第２線状部材の張力が増加することで、前記装着者の背部を起き上がらせる補助力が生成される、という構成とした。

この構成によると、補助力の基となる線状部材の張力は、スライド体の上下動により増減される。このため、アクチュエータはスライド体を上下させるもののみ設ければよい。したがって、１つのアクチュエータで装着者に補助力を付与できるため、腰部補助装置の部品点数を少なくして、該腰部補助装置の重量を軽減することができる。

ここで、装着者が右足を左足に対して前側に出したときには、装着者の上体と右足との間のなす前側の角度は、直立状態よりも小さくなる。つまり、装着者の右半身は前傾姿勢になったような状態となる。一方で、装着者が右足を左足に対して前側に出したときには、装着者の上体と左足との間のなす前側の角度は、直立状態よりも大きくなる。つまり、装着者の左半身は後側に反ったような状態となる。このため、装着者が右足を左足に対して前側に出したときには、線状部材のうちプーリーから右側に延びる部分（以下、単に右側部分という）が引っ張られる一方で、線状部材のうちプーリーから左側に延びる部分（以下、単に左側部分という）は緩みそうになる。

前記構成によると、装着者が右足を左足に対して前側に出したときには、線状部材の右側部分の長さが長くし、左側部分の長さを短くすることができる。これにより、線状部材の右側部分の張り及び左側部分の緩みが抑制される。この結果、アクチュエータが駆動した際の、線状部材の右側部分の張力と左側部分の張力とが均等になる。したがって、アクチュエータが１つであっても、装着者の左側及び右側にかかる補助力を均等にすることができる。

また、プーリーの回転を利用して、線状部材の左側部分の長さと右側部分の長さとを容易に調整することができる。これにより、装着者の左側及び右側にかかる補助力をより効率的に均等にすることができる。

前記腰部補助装置において、前記各腰部フレームの前記背部フレームに対する左右方向の位置を、前記各脚部フレームを含めてそれぞれ調整する左右位置調整機構を更に備える、という構成でもよい。

この構成によると、装着者の腰幅に合わせて、前記各腰部フレーム及び各脚部フレームの左右方向の位置を変更することができる。これにより、腰部補助装置の装着性を向上させることができる。

前記腰部補助装置において、前記各腰部フレームは、前記各脚部フレームをそれぞれ左右方向に回動させる回転機構をそれぞれ有する、という構成でもよい。

この構成によると、例えば、装着者が股を開きながら膝を曲げたいときに、各脚部フレームを回転させることで、各脚部フレームの位置を装着者の脚の動きに合わせることができる。これにより、腰部補助装置の装着性をより向上させることができる。

本発明の他の態様は、装着者の腰部の動作を補助する腰部補助装置を対象として、前記装着者の背部に装着される背部フレームと、前記装着者の前記腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる一対の腰部フレームと、前記一対の腰部フレームの前端側にそれぞれ取り付けられ、前記装着者の両脚にそれぞれ装着される一対の脚部フレームと、前記背部フレームと前記各腰部フレームとを連結させ、前記背部フレームを前記各腰部フレームに対して前後方向に相対回転可能にさせる一対の関節部と、前記背部フレームに設けられる回転式アクチュエータと、一端部が前記各腰部フレームにおける前記各関節部よりも前側の部分にそれぞれ固定される一方、他端部が後側に向かって延びた後、前記回転式アクチュエータに向かってそれぞれ延びる一対の線状部材と、前記各線状部材の他端部がそれぞれ引っ掛けられ、前記回転式アクチュエータにより回転駆動して前記各線状部材をそれぞれ巻き取る一対の巻取部とを備え、前記装着者が腰部を支点に上体を前傾させた状態で、前記回転式アクチュエータを駆動させて、前記一対の巻取部に前記各線状部材を巻き取らせたときに、前記各線状部材の張力が増加して、前記装着者の背部を起き上がらせる補助力が生成される、という構成とした。

この構成でも、１つのアクチュエータで作業者の腰部の左右に補助力を付与できるため、腰部補助装置の部品点数を少なくして、該腰部補助装置の重量を軽減することができる。また、スライド体を設ける必要がなくなるため、スライド体が上下動するスペースを設ける必要がなくなり、腰部補助装置をコンパクトにすることができる。

本発明によると、１つのアクチュエータで作業者の腰部の左右に補助力を付与でき、腰部補助装置の部品点数を少なくして、該腰部補助装置の重量を軽減することができる。

実施形態１に係る腰部補助装置の背面図である。腰部補助装置の右側面図である。腰部補助装置の動作を示す図であって、装着者の上体が前傾姿勢となった状態を示す。腰部補助装置の動作を示す図であって、図３の状態から電動モータが駆動した状態を示す。左足に対して右足を前側に出したときのワイヤの動作を示す図であって、（ａ）は右側側面図、（ｂ）は背面図を示す。腰部補助装置を装着して重量物の持上動作及び載置動作を行ったときに作業者の腰部にかかるトルクを示すグラフである。実施形態２に係る腰部補助装置の背面図である。実施形態２に係る腰部補助装置の右側面図である。実施形態２に係る腰部補助装置の動作を示す図であって、装着者の上体が前傾姿勢となった状態を示す。実施形態２に係る腰部補助装置の動作を示す図であって、図３の状態から電動モータが駆動した状態を示す。実施形態３に係る腰部補助装置の背面図である。実施形態３に係る腰部補助装置の右側面図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る腰部補助装置について説明する。尚、本発明の範囲は、以下の実施の形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内で任意に変更可能である。また、以下の図面においては、各構成をわかりやすくするために、実際の構造と各構造における縮尺や数等を異ならせる場合がある。

また、特に断りのない限り、上下方向、前後方向、及び左右方向は、装着者が腰部補助装置を装着した状態を基準として、装着者から見て上側を「上」、下側を「下」、前側を「前」、後側を「後」と呼び、装着者の左手側を「左」、右手側を「右」と呼ぶ。

また、特に断りのない限り、装着者が腰部補助装置を装着した状態において、左右方向における装着者に近づく方向を内側、装着者から遠ざかる方向を外側という。

（実施形態１）
図１及び図２は、実施形態１に係る腰部補助装置１００を示す。この腰部補助装置１００は、所謂パワーアシストスーツであり、介護現場で介護者が被介護者を立ち上がらせたり、農作業現場で重量物を持ち上げたりする際に、装着者Ｐの腰部を支点とする動作を補助するものである。
腰部補助装置１００は、装着者Ｐの背部に装着される背部フレーム１０と、装着者Ｐの腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる左右一対の腰部フレーム２０と、左右一対の腰部フレーム２０の前端側にそれぞれ取り付けられ、装着者Ｐの両脚にそれぞれ装着される左右一対の脚部フレーム３０とを備える。尚、本実施形態１において、腰部フレーム２０等、左右に設けられるものは左右対称な構成となっている。

背部フレーム１０は、図１に示すように、上側から下側に向かって三つ叉に広がる形状をなしている。具体的には、左右方向の中央かつ上側の部分が上側に向かって突出し、左下側の端部、右下側の端部、及び左右方向の中央かつ下側の部分が下側に向かって突出した形状をなしている。以下の説明では、背部フレーム１０における上側に向かって突出した部分を上側突出部１０ａといい、背部フレーム１０における左右方向の中央かつ下側の部分で下側に向かって突出した部分を下側突出部１０ｂといい、背部フレーム１０における左下側の突出部分を左側突出部１０ｃといい、背部フレーム１０における右下側の突出部分を右側突出部１０ｄという。尚、本実施形態１では、背部フレーム１０は、例えば、アルミ鋼板を加工して形成されている。

上側突出部１０ａには、装着者Ｐの肩部に掛け回される左右一対の肩ベルト１０１の一端部が取り付けられている。各肩ベルト１０１の他端部は、装着者Ｐの肩部を巻くようにループした後、左右の肩ベルト締結部１４（図２参照）にそれぞれ締結されている。左右の肩ベルト締結部１４は、背部フレーム１０の左側突出部１０ｃ及び右側突出部１０ｄの上側の部分にそれぞれ設けられている。各肩ベルト締結部１４は、左右方向に延びるスリット状をなしている。各肩ベルト１０１の他端部は、ボルト等の締結部材を介して、各肩ベルト締結部１４にそれぞれ締結固定される。前記締結部材を緩めて、該締結部材ごと肩ベルト１０１をスリットに沿って左右方向に移動させれば、肩ベルト１０１の左右方向の位置を調整することができるようになっている。

また、図示は省略しているが、背部フレーム１０の前側の部分には、装着者Ｐの腰部に巻き付けられる腰ベルトが設けられている。

図１及び図２に示すように、左側突出部１０ｃ及び右側突出部１０ｄには、背部フレーム１０と左右の腰部フレーム２０とをそれぞれ連結する連結フレーム４０が締結される連結フレーム締結部１８がそれぞれ設けられている。左側の連結フレーム締結部１８は左側に向かって上側に傾斜したスリット状をなしており、右側の連結フレーム締結部１８は右側に向かって上側に傾斜したスリット状をなしている。各連結フレーム４０は、ボルト等の締結部材を介して各連結フレーム締結部１８にそれぞれ締結固定されている。前記締結部材を緩めて、該締結部材ごと連結フレーム４０をスリットに沿って左右方向に移動させれば、腰部フレーム２０の位置を調整することができるようになっている。つまり、連結フレーム締結部１８は、左右位置調整機構を構成する。

図１及び図２に示すように、連結フレーム４０は、連結フレーム締結部１８から斜め下側に延びる後端部４１と、後端部４１から前側に向かって延びる中間部４２と、中間部４２の前端から前側かつ下側に向かって斜めに延びる前端部４３とを有する。後端部４１には、回転軸が上下方向に延びる第１プーリー６１が設けられている。中間部４２内には、回転軸が左右方向に延びる第２プーリー６２が設けられている。前端部４３内には、回転軸が左右方向に延びる第３プーリー６３が設けられている。

図１及び図２に示すように、各腰部フレーム２０は、連結フレーム４０の前端から前側に向かって延び、連結フレーム４０の前端部４３に、該連結フレーム４０に対して相対回転可能に取り付けられる第１可動部２１と、該第１可動部２１に対して相対回転可能に取り付けられる第２可動部２２とをそれぞれ有する。

各第１可動部２１は、図１及び図２に示すように、左右方向に離間して配置されかつ逆三角形状をなす一対のプレート２１ａ（左右合わせて二対のプレート２１ａ）をそれぞれ有する。一対のプレート２１ａは、後側の端部が第３プーリー６３を支持する回転軸を介して、連結フレーム４０の前端部４３と連結されている。背部フレーム１０が前後に傾くときは、該背部フレーム１０は前記回転軸を中心に回動する。つまり、前記回転軸は関節部に相当する。以下の説明では、該回転軸を関節部５１という。

各第１可動部２１において、一対のプレート２１ａの間には、前記第３プーリー６３と、回転軸が左右方向に延びる第４プーリー６４と、回転軸が左右方向に延びる第５プーリー６５とが設けられている。第３～第５プーリー６３～６５は、図８に示すように、プレート２１ａを左右方向からみたときに、該プレート２１ａの各角部の位置にそれぞれ位置する。

各第２可動部２２は、図１に示すように、第１可動部２１を構成する一対のプレート２１ａの間に配置されている。各第２可動部２２は、図１に示すように、第５プーリー６５に取り付けられている。各第２可動部２２の前側端部には、後述の第２ワイヤ９２が固定されるワイヤ固定部２２ａがそれぞれ設けられている。

各脚部フレーム３０は、図１に示すように、連結部３１を介して第２可動部２２にそれぞれ支持されている。具体的には、連結部３１の下端部に設けられかつ左右方向に延びるシャフト３１ａに、脚部フレーム３０がそれぞれ支持されている。各連結部３１と各脚部フレーム３０との間には、捻りコイルバネ３３が設けられている。この捻りコイルバネ３３は、脚部フレーム３０に対して内側向きの力を付与する。

各脚部フレーム３０の下端部には、左右方向に延びる支軸３４を介して、大腿パット３５がそれぞれ取り付けられている。各大腿パット３５は、装着者の大腿部に適合できるように、半円筒状に構成されている。各大腿パット３５は、支軸３４周りにそれぞれ回動可能である。

背部フレーム１０には、アクチュエータとしての電動モータ７０と、電動モータ７０により上下動するスライダ８０とが設けられている。電動モータ７０は、スライダ８０の上側に配置されている。電動モータ７０とスライダ８０とは第１ワイヤ９１により接続されている。

電動モータ７０は、回転軸が前後方向を向くように配置されている。具体的には、電動モータ７０は、回転軸が該背部フレーム１０の厚み方向となるように、該背部フレーム１０に直接嵌め込まれている。電動モータ７０の詳細な構成は、前記実施形態１と同じである。

電動モータ７０の後側には、第１ワイヤ９１を巻き取る巻取部７１が設けられている。巻取部７１は、電動モータ７０の回転軸と同軸になるように配置されている、巻取部７０は、電動モータ７０が駆動したときに回転して第１ワイヤ９１を巻き取る。

スライダ８０は、背部フレーム１０に設けられかつ上下方向に延びるスライドレール１７に沿って上下方向にスライドする。スライダ８０は、図１及び図２に示すように、スライドレール１７をスライドするスライダ本体８１と、第１ワイヤ９１の巻取部７１とは反対側の端部が結合されるワイヤ結合部８２と、スライダ本体８１とワイヤ連結部８２とを連結するスライダ連結部８３とを有する。

図１及び図２に示すように、スライダ本体８１及びスライダ連結部８３はそれぞれブロック状をなしている。スライダ本体８１とスライダ連結部８３とは、複数のボルト（本実施形態では４つのボルト）により結合されている。ワイヤ結合部８２は、スライダ連結部８３の上端部にボルトにより固定されている。ワイヤ結合部８２には、実際に第１ワイヤ９１が結合されるワイヤ結合孔を有するピン８２ａが嵌め込まれている。該ピン８２ａは、ワイヤ結合孔が上側に位置するようにワイヤ結合部８２に嵌め込まれている。

電動モータ７０が駆動して巻取部７１が回転すると、第１ワイヤ９１が巻取部７１に巻き取られて、スライダ８０はスライドレール１７に沿って上側に移動する。一方で、第１ワイヤ９１が巻取部７１に巻き取られた状態から電動モータ７０が停止すると、スライダ８０の自重により、スライダ８０はスライドレール１７に沿って下側に移動する。このとき、第１ワイヤ９１は巻取部７１から送り出される。尚、スライドレール１７の上端部及び下端部には、スライド本体８１がスライドレール１７から外れないようにするためのストッパ１７ａがそれぞれ設けられている。

図１及び図２に示すように、スライダ８０、詳しくはスライダ連結部８３には、前後方向、より詳しくは、スライダ８０の移動方向及び左右方向の両方に直交する方向に延びる回転軸を有する中間プーリー８４が設けられている。中間プーリー８４には、第２ワイヤ９２が１周巻き掛けられている。第２ワイヤ９２は１本の長いワイヤであって、中間プーリー８４には、第２ワイヤ９２の長手方向の中間部が巻き掛けられている。中間プーリー８４が回転したときには、第２ワイヤ９２のうちスライダ８０から右側に延びる部分（以下、単に右側部分９２ａという）と、第２ワイヤ９２のうちスライダ８０から左側に延びる部分（以下、単に左側部分９２ｂという）との長さが変化する。つまり、第２ワイヤ９２の長手方向の中間部は、第２ワイヤの左側部分９２ｂの長さと右側部分９２ａの長さとを変更可能に、スライダ８０（厳密には中間プーリー８４）に掛けられている。

図１に示すように、第２ワイヤ９２は、中間プーリー８４から左右の第１プーリー２６１に向かって、それぞれ、斜め下側に延びている。第２ワイヤ９２は、図２に示すように、第１プーリー６１に後側から掛けられて前側に向かって延びた後、第２プーリー６２に上側から掛けられて、第３プーリー６３に後側から掛けられている。その後、第２ワイヤ９２は、第４プーリー６４に前側から掛けられた後、第５プーリー６５に後側から掛けられて、第２可動部２２のワイヤ固定部２２ａにそれぞれ固定されている。

次に、実施形態１に係る腰部補助装置１００の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。

まず、初期状態として、電動モータ７０が駆動しておらず、スライダ８０は、自重によって、スライドレール１７における最も下側の位置に位置しているとする。この初期状態から、図３に示すように、腰部補助装置１００を装着した装着者Ｐの上体が腰部を支点に前傾姿勢になったとする。このとき、背部フレーム１０は、関節部５１を支点に前側に回動した状態となる。

図３の状態から電動モータ７０を駆動させると、第１ワイヤ９１が巻き取られて、スライダ８０はスライドレール１７に沿って上側（電動モータ７０に近づく側）に移動する。これにより、第２ワイヤ９２が引っ張られて第２ワイヤ９２の張力が増加する。第２ワイヤ９２の張力が増加することにより、第３プーリー６３が前側に押される。第３プーリー６３が前側に押されることで、背部フレーム１０は、該腰部フレーム２０と背部フレーム１０とのなす前側の角度が大きくなるように、各関節部５１を支点に回転しようとする。この回動力が、図４に矢印で示すように、背部フレーム１０を起こし上げる補助力として該背部フレーム１０に伝達される。この補助力は、各肩ベルト１０１を介して装着者Ｐに伝達される。これにより、装着者Ｐは楽に上体を起き上がらせることができる。このように、実施形態１に係る腰部補助装置１００は、第２ワイヤ９２の張力が増加することで、装着者Ｐの背部を起き上がらせる補助力が生成される。

以上のように、本実施形態１に係る腰部補助装置１００は、補助力の基となる第２ワイヤ９２の張力は、スライダ８０の上下動により増減される。このため、電動モータ７０はスライダ８０を上下させるものを１つ設ければよい。したがって、１つの電動モータ７０で装着者Ｐに補助力を付与できるため、腰部補助装置１００の部品点数を少なくして、該腰部補助装置１００の重量を軽減することができる。

ここで、図５に示すように、装着者Ｐが右足を左足に対して前側に出したとする。このとき、装着者Ｐの上体と右足との間のなす前側の角度は、直立状態よりも小さくなるため、装着者Ｐの右半身は前傾姿勢になったような状態となる。一方で、装着者Ｐの上体と左足との間のなす前側の角度は、直立状態よりも大きくなるため、装着者Ｐの左半身は後側に反ったような状態となる。このため、仮に、第２ワイヤ９２が、右側部分９２ａの長さ及び左側部分９２ｂの長さを変更不能にスライダ８０に固定されていたとすると、右側部分９２ａは引っ張られる一方で、左側部分９２ｂは緩む。この状態で電動モータ７０が駆動すると、右側部分９２ａにかかる張力と左側部分９２ｂにかかる張力とに大きな差が生じて、左右の補助力にアンバランスが生じてしまう。

これに対して、本実施形態１の腰部補助装置１００は、装着者Ｐが右足を左足に対して前側に出したときには、中間プーリー８４が回転して、右側部分９２ａの長さが長くなる一方で、左側部分９２ｂの長さが短くなる。これにより、右側部分９２ａの張り及び左側部分９２ｂの緩みが抑制される。この結果、電動モータ７０が駆動した際の、第２ワイヤ９２の右側部分９２ａの張力と左側部分９２ｂの張力とが均等になる。したがって、電動モータ７０が１つであっても、装着者Ｐの左側及び右側にかかる補助力を均等にすることができる。

図６は、腰部補助装置１００を装着して重量物の持上動作及び載置動作を行ったときに作業者の腰部にかかるトルクを示すグラフである。より具体的には、図６は、作業者が、上体を前傾状態から直立状態にするように重量物の持上動作を行った後、上体を直立状態から前傾状態にするように該重量物の載置動作を行った場合に作業者の腰部にかかるトルクの変化を示している。このグラフの縦軸は、作業者の腰部にかかるトルクを示し、グラフの横軸は時間を示す。また、図６において、実線は腰部補助装置１００を装着した場合に作業者の腰部にかかるトルクを示し、破線は腰部補助装置１００を装着していない場合に作業者の腰部にかかるトルクを示す。

時間ｔ０から時間ｔ１は、作業者が重量物の持上動作を行っている期間である。図６に示すように、腰部補助装置１００を装着している方が腰部にかかるトルクが小さいことが分かる。これは、腰部補助装置１００により生成される補助力により、作業者の上体を起き上がらせる動作が補助されるためである。

時間ｔ１から時間ｔ２の間は、作業者が重量物を持ち上げたまま直立状態を維持している期間である。この期間中も電動モータ７０は駆動しており、作業者には補助力が付与されている。図６に示すように、この期間の間も僅かではあるが、腰部補助装置１００を装着した場合の方が、作業者の腰部にかかるトルクが低くなる。

時間ｔ２から時間ｔ３の間は、作業者が重量物の載置動作を行っている期間である。図６に示すように、腰部補助装置１００を装着している方が腰部にかかるトルクが小さいことが分かる。これは、腰部補助装置１００により生成される補助力により、作業者が重量物を持ったまま上体を前傾状態に維持する姿勢が補助されるためである。

以上のように、本実施形態１に係る腰部補助装置１００によると、装着者Ｐによる重量物の持上動作及び載置動作が適切に補助される。

また、本実施形態１の腰部補助装置１００は、各連結フレーム締結部１８により、各腰部フレーム２０の左右方向の位置を、各脚部フレーム３０を含めてそれぞれ調整することができる。これにより、装着者の腰幅に合わせて、前記各腰部フレーム２０及び各脚部フレーム３０の左右方向の位置を変更することができ、腰部補助装置１００の装着性を向上させることができる。

（実施形態２）
以下、実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

腰部補助装置２００は、装着者Ｐの背部に装着される背部フレーム２１０と、装着者Ｐの腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる左右一対の腰部フレーム２０と、左右一対の腰部フレーム２２０の前端側にそれぞれ取り付けられ、装着者Ｐの両脚にそれぞれ装着される左右一対の脚部フレーム２３０とを備える。尚、本実施形態２でも、前記実施形態１と同様に、腰部フレーム２２０等、左右に設けられるものは左右対称な構成となっている。

背部フレーム２１０は、上側から見て、左側の端部が右側に向かって開放されたＵ字状をなし、右側の端部が左側に向かって開放されたＵ字状をなしている。具体的には、背部フレーム２１０は、装着者Ｐの背部に接触する矩形状の本体部２１１を有する。本体部２１１の左右方向の端部には、後側に向かってそれぞれ延びかつ上下方向に延びる左右一対のサイド部２１２（図８参照）が設けられている。左側のサイド部２１２からは、上下方向に延びるバック部２１３が右側に突出する一方、右側のサイド部２１２からは、上下方向に延びるバック部２１３が左側に突出している。本実施形態２でも、前記実施形態１と同様に、背部フレーム２１０は、例えば、アルミ鋼板を加工して形成されている。背部フレーム２１０は、比較的コンパクトに形成されており、例えば、上下方向の幅は４００ｍｍ程度であり、左右方向の幅は１５０ｍｍ程度である。

背部フレーム２１０には、装着者Ｐの肩部に掛け回される左右一対の肩ベルト２０１が取り付けられている。具体的には、左右のサイド部２１２には、各肩ベルト２０１の一端部がそれぞれ取り付けられる左右一対の横側ベルト係止部２１４が設けられている。各肩ベルト２０１の他端部は、各横側ベルト係止部２１４から装着者Ｐの肩部に掛け回されるように上側に向かって延び、Ｙ字状の結合部材２０２で１つにまとめられている。結合部材４１の各肩ベルト２０１とは反対側の端部は、本体部２１１の上端部に設けられた上側ベルト係止部２１５に取り付けられている。

図７及び図８に示すように、各サイド部２１４の下端部からは、左右一対の第１シャフト２５１がそれぞれ左右方向に延びている。各第１シャフト２５１の外側の端部には、腰部フレーム２２０が、第１シャフト２５１周りに回転可能にそれぞれ取り付けられている。つまり、第１シャフト２５１により、背部フレーム２１０は各腰部フレーム２２０に対して前後方向に相対回転可能となっている。このことから、一対の第１シャフト２５１は、一対の関節部に相当する。

各第１シャフト２５１における背部フレーム２１０に近い側の端部には、各第１シャフト２５１を背部フレーム２１０側に向かって付勢するバネ２５３が設けられている。各バネ２５３は、各サイド部２１２にそれぞれ固定されたシャフト位置調整装置２５０に配設されている。

各シャフト位置調整装置２５０は、各サイド部２１２に固定されかつ第１シャフト２５１を支持する支持部２５２と、前記バネ２５３とをそれぞれ有する。各第１シャフト２５１を背部フレーム２１０から離れるように、バネ２５３の付勢力に抗して左右方向に引っ張ると、腰部フレーム２２０や脚部フレーム２３０ごと第１シャフト２５１が左右方向に移動する。そして、各第１シャフト２５１が左右方向にそれぞれ引っ張られた状態で、各第１シャフト２５１を離すと、各バネ２５３の付勢力により、腰部フレーム２２０等ごと各第１シャフト２５１が各支持部２５２に入り込むようにそれぞれ移動する。これにより、腰部フレーム２２０の背部フレーム２１０に対する左右方向の位置が、装着者Ｈの体格に合わせて調整される。このことから、第１シャフト２５１及びシャフト位置調整装置２５０は、左右位置調整機構に相当する。

図７及び図８に示すように、各腰部フレーム２２０は、第１シャフト２５１を介して背部フレーム２１０と連結された第１フレーム部２２１と、各脚部フレーム２３０が取り付けられた第２フレーム部２２２と、第１フレーム部２２１と第２フレーム部２２２との間に設けられた脚部回転機構２２３とそれぞれを有している。第１フレーム部２２１と脚部回転機構２２３とは第１アーム２２４を介して連結され、第２フレーム部２２２と脚部回転機構２２３とは第２アーム２２５を介して連結されている。

各第１フレーム部２２１は、左右方向に離間して配置された一対のプレート２２１ａ（左右合わせて二対のプレート２２１ａ）をそれぞれ有する。各第１フレーム部２２１において、一対のプレート２２１ａの間には、第１プーリー２６１、第２プーリー２６２、及び第３プーリー２６３がそれぞれ配置されている。第１～第３プーリー２６１～２６３は、一対のプレート２２１ａを左右方向に貫通する軸にそれぞれ支持されている。

図８に示すように、第１～第３プーリー２６１～２６３は、それぞれ、第１シャフト２５１よりも下側に位置する。第１プーリー２６１は、第１シャフト２５１の後側かつ下側に配置されている。第２プーリー２６２は、第１プーリー２６１の前側かつ下側に配置されている。第３プーリー２６３は、第２プーリー２６２の前側かつ下側であって、プレート２２１ａの前側かつ下側の端部に配置されている。第２プーリー２６２の径は、第１及び第３プーリー２６１，２６３の径よりも大きい。一方で、第２プーリー２６２の溝幅は、第１及び第３プーリー２６１，２６３の溝幅よりも小さい（図７参照）。

各第１アーム２２４は、図７及び図８に示すように、その一端部が対応する第１シャフト２５１を中心に前後方向に回転可能に取り付けられている。各第１アーム２２４の他端部は、第１シャフト２５１から前側かつ下側に斜めに延びた後、前側に向かって水平に延びている。各第１アーム２２４の他端部には、脚部回転機構２２３がそれぞれ設けられている。

各脚部回転機構２２３は、各脚部フレーム２３０を、第２プレート部２２２ごと左右方向に回動可能にする機構である。各脚部回転機構２２３は、第１アーム２２４から前側に延びる第２シャフト２２３ａをそれぞれ有する。第２シャフト２２３ａは、第１アーム２２４と単一部材でもよく、別体でもよい。

各第２アーム２２５は、図７及び図８に示すように、脚部回転機構２２３から下側に向かって延びている。各第２アーム２２５は一対のプレート部材により構成されている。各第２アーム２２５の下端部には、第４プーリー２６４がそれぞれ配置されている。第４プーリー２６４は左右方向に貫通する軸に支持されている。

各第２フレーム部２２２は、第２アーム２２５を構成する一対のプレート部材の間に配置されている。各第２フレーム部２２２は、図７に示すように、第４プーリー２６４に取り付けられている。各第２フレーム部２２２の前側端部には、後述する第２ワイヤ９２が固定されるワイヤ固定部２２２ａがそれぞれ設けられている。

各脚部フレーム２３０は、図７に示すように、連結部２３１を介して第２フレーム部２２２にそれぞれ支持されている。各脚部フレーム２３０の詳細な構成は、前記実施形態１と同じである。

背部フレーム２１０には、アクチュエータとしての電動モータ７０と、電動モータ７０により上下動するスライダ８０とが設けられている。電動モータ７０は、スライダ８０の上側に配置されている。電動モータ７０とスライダ８０とは第１ワイヤ９１により接続されている。

電動モータ７０は、回転軸が前後方向を向くように配置されている。具体的には、電動モータ７０は、回転軸が該背部フレーム２１０の厚み方向となるように、該背部フレーム２１０に直接嵌め込まれている。電動モータ７０の詳細な構成は、前記実施形態１と同じである。

スライダ８０は、前記実施形態１と同様に、背部フレーム２１０に設けられかつ上下方向に延びるスライドレール１７に沿って上下方向にスライドするように構成されている。スライダ８０の詳細な構成は、前記実施形態１と同じである。

図７及び図８に示すように、スライダ連結部８３には、前後方向、より詳しくは、スライダ８０の移動方向及び左右方向の両方に直交する方向に延びる回転軸を有する中間プーリー８４が設けられている。中間プーリー８４には、第２ワイヤ９２が１周巻き掛けられている。第２ワイヤ９２は１本の長いワイヤであって、中間プーリー８４には、第２ワイヤ９２の長手方向の中間部が巻き掛けられている。本実施形態２でも、前記実施形態１と同様に、第２ワイヤ９２の長手方向の中間部は、第２ワイヤ９２の左側部分９２ｂの長さと右側部分９２ａの長さとを変更可能に、スライダ８０（厳密には中間プーリー８４）に掛けられている。

図７に示すように、第２ワイヤ９２は、中間プーリー８４から左右の第１プーリー２６１に向かって、それぞれ、斜め下側に延びている。第２ワイヤ９２は、図８に示すように、第１プーリー２６１に後側から掛けられて前側に向かって延びた後、第２プーリー２６２に前側から掛けられて、第３プーリー２６３に後側から掛けられている。第２ワイヤ９２は、第３プーリー２６３に掛けられた後、第４プーリー２６４に下側から掛けられて、プレートのワイヤ固定部２２２ａにそれぞれ固定されている。各ワイヤ固定部２２２ａは、各第１シャフト２５１よりも前側に位置する。つまり、第２ワイヤ９２は、各腰部フレーム２２０における各第１シャフト２５１（各関節部）よりも前側の部分にそれぞれ固定される線状部材に相当する。

次に、実施形態２に係る腰部補助装置２００の動作について、図９及び図１０を参照しながら説明する。

まず、初期状態として、電動モータ７０が駆動しておらず、スライダ８０は、自重によって、スライドレール１７における最も下側の位置に位置しているとする。この初期状態から、図９に示すように、腰部補助装置２００を装着した装着者Ｐの上体が腰部を支点に前傾姿勢になったとする。このとき、背部フレーム２１０は、第１シャフト２５１を支点に前側に回動した状態となる。

図９の状態から電動モータ７０を駆動させると、第１ワイヤ９１が巻き取られて、スライダ８０はスライドレール１７に沿って上側（電動モータ７０に近づく側）に移動する。これにより、第２ワイヤ９２が引っ張られて第２ワイヤ９２の張力が増加する。第２ワイヤ９２の張力が増加することにより、腰部フレーム２２０は、該腰部フレーム２２０と背部フレーム２１０とのなす前側の角度が大きくなるように、第１シャフト２５１を支点に回転しようとする。この腰部フレーム２２０の回動力が、図１０に矢印で示すように、背部フレーム２１０を起こし上げる補助力として該背部フレーム２１０に伝達される。この補助力は、各肩ベルト２０１を介して装着者Ｐに伝達される。これにより、装着者Ｐは楽に上体を起き上がらせることができる。このように、実施形態２に係る腰部補助装置２００でも、前記実施形態１と同様に、第２ワイヤ９２の張力が増加することで、装着者Ｐの背部を起き上がらせる補助力が生成される。

以上のように、本実施形態２に係る腰部補助装置２００でも、前記実施形態１と同様に、補助力の基となる第２ワイヤ９２の張力は、スライダ８０の上下動により増減される。このため、電動モータ７０はスライダ８０を上下させるものを１つ設ければよい。したがって、１つの電動モータ７０で装着者Ｐに補助力を付与できるため、腰部補助装置２００の部品点数を少なくして、該腰部補助装置２００の重量を軽減することができる。

また、本実施形態２でも、前記実施形態１と同様に、スライダ８０に中間プーリー８４が設けられている。これにより、装着者Ｐが、一方の足を他方の足に対して前側に出した状態で電動モータ７０が駆動したとしても、第２ワイヤ９２の右側部分９２ａの張力と左側部分９２ｂの張力とは均等になる。したがって、電動モータ７０が１つであっても、装着者Ｐの左側及び右側にかかる補助力を均等にすることができる。

さらに、本実施形態２に係る腰部補助装置２００の各腰部フレーム２２０は、各脚部フレーム２３０をそれぞれ左右方向に回動させる脚部回転機構２２３をそれぞれ有する。装着者Ｐが股を開きながら膝を曲げたいときに、各脚部フレーム２３０を脚部回転機構２２３の第２シャフト２２３ａを中心に回転させることで、各脚部フレーム２３０の位置を装着者Ｐの脚の動きに合わせることができる。これにより、腰部補助装置２００の装着性をより向上させることができる。

（実施形態３）
以下、実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１及び２と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

本実施形態３に係る腰部補助装置３００は、背部フレーム３１０や腰部フレーム３２０等の構成は、実施形態１と同じであるが、スライダが設けられていない点、補助力の基となる張力を生成するワイヤ３９３が一対設けられている点、及び、電動モータ７０（回転式アクチュエータ）の巻取部３７１が一対設けられている点で、前記実施形態１及び２とは異なる。

具体的には、図１１及び図１２に示すように、本実施形態３では、各ワイヤ３９３は、一端部が前記各腰部フレーム２２０における各関節部２５１よりも前側の部分に設けられたワイヤ固定部２２３ａそれぞれ固定される一方、他端部が後側に向かって延びた後、電動モータ７０に向かってそれぞれ延びている。そして、各ワイヤ３９３の他端部は、電動モータ７０と背部プレート３１０との間に設けられた一対の巻取部３７１に引っ掛けられている。

各巻取部３７１は、電動モータ３７０の回転軸と同軸になるように配置されている、各巻取部３７０は、電動モータ３７０が駆動したときに回転して各ワイヤ３９３をそれぞれ巻き取る。一対の巻取部３７１のうちの一方の巻取部３７１と電動モータ３７０との間には、逆転ギヤが介在しており、前記一方の巻取部３７１は、電動モータ３７０とは逆方向に回転する。一方で、一対の巻取部３７１のうちの他方の巻取部３７１は、電動モータ３７０と同じ向きに回転する。つまり、一対の巻取部３７１は、互いに逆向きに回転する。

装着者Ｐが腰部補助装置３００を装着した状態で、電動モータ３７０を作動させると、一対のワイヤ３９３がそれぞれ巻取部３７１に巻き取られる。これにより、前記実施形態１及び２と同様に、ワイヤ３９３の張力が増加するため、装着者Ｐの背部を起き上がらせる補助力が生成される。したがって、本実施形態３に係る腰部補助装置３００であっても、１つの電動モータ７０で装着者Ｐに補助力を付与できるため、腰部補助装置３００の部品点数を少なくして、該腰部補助装置３００の重量を軽減することができる。

（その他の実施形態）
本発明は、前記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

例えば、前述の実施形態１及び２では、第２ワイヤ９２は中間プーリー８４に巻き掛けられていた。これに限らず、例えば、中間プーリー８４を設けずに、スライダ８０に爪部を設けて、第２ワイヤ９２の長手方向の中間部を該爪部に引っ掛けるような構成であってもよい。このとき、第２ワイヤ９２が爪部上を左右にスライドできるようにしておけば、第２ワイヤ９２の右側部分９２ａの長さと第２ワイヤ９２の左側部分９２ｂの長さとが変更可能になる。

また、前述の実施形態１及び２では、第２ワイヤ９２は１本であったが、実施形態３のように２本設けてもよい。このときは、中間プーリー８４を設ける必要はなく、各第２ワイヤ９２の一端はスライダ８０に固定される。

また、前述の実施形態１及び２では、アクチュエータは回転式（電動モータ７０）であった。これに限らず、前述の実施形態１及び２では、アクチュエータは、エアシリンダや電磁ソレノイドなどの直動式のものであってもよい。

前述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

本発明は、装着者の腰部の動作を補助する腰部補助装置として有用である。

１０，２１０背部フレーム
２０，２２０腰部フレーム
２３脚部回転機構
３０，２３０脚部フレーム
４０肩ベルト
５０シャフト位置調整装置（左右位置調整機構）
５１関節部
７０電動モータ（アクチュエータ、回転式アクチュエータ）
８０スライダ（スライド体）
８４中間プーリー
９２第２ワイヤ（線状部材）
１００，２００，３００腰部補助装置
２５１第１シャフト（関節部）
３７１巻取部
３９３ワイヤ（線状部材）

Claims

装着者の腰部を支点とする動作を補助する腰部補助装置であって、
前記装着者の背部に装着される背部フレームと、
前記装着者の腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる一対の腰部フレームと、
前記一対の腰部フレームの前端側にそれぞれ取り付けられ、前記装着者の両脚にそれぞれ装着される一対の脚部フレームと、
前記背部フレームと前記各腰部フレームとを連結させ、前記背部フレームを前記各腰部フレームに対して前後方向に相対回転可能にさせる一対の関節部と、
前記背部フレームに取り付けられ、前記装着者の肩部に掛け回される一対の肩ベルトと、
前記背部フレームに設けられるアクチュエータと、
前記アクチュエータと連結され、該アクチュエータにより上下動するスライド体と、
前記アクチュエータと第１線状部材により連結され、該アクチュエータにより上下動するスライド体と、
前記背部フレームに設けられ、前記スライド体がスライドするスライドレールと、
前記スライド体から左右方向に延びた後、前側に向かって延び、前記各腰部フレームにおける前記各関節部よりも前側の部分にそれぞれ固定される第２線状部材と、を備え、
前記スライド体は、
前記スライドレールをスライドするスライダ本体と、
前記第１線状部材が結合される結合部と、
前記スライダ本体に固定され、前記スライダ本体と結合部とを連結するスライダ連結部と、
前記スライダ連結部に設けられ、前記スライド体の移動方向及び左右方向の両方に直交する方向に延びる回転軸を有するプーリーと、
を有し、
前記第２線状部材は、１本の部材でありかつ両端部が前記プーリーから左右に延びて、各腰部フレームにそれぞれ固定されており、
前記第２線状部材の長手方向の中間部は、前記プーリーから左側に延びる部分の長さと前記プーリーから右側に延びる部分の長さとを変更可能に、前記プーリーに巻き掛けられていて、
前記装着者が腰部を支点に上体を前傾させた状態で、前記アクチュエータを駆動させて、前記第１線状部材が巻き取られて、前記スライダ本体を前記スライドレールに沿って上側又は下側にスライドさせたときに、前記スライダ本体と共に前記中間プーリーが移動して、前記第２線状部材の張力が増加することで、前記装着者の背部を起き上がらせる補助力が生成されることを特徴とする腰部補助装置。
請求項１に記載の腰部補助装置において、
前記各腰部フレームの前記背部フレームに対する左右方向の位置を、前記各脚部フレームを含めてそれぞれ調整する左右位置調整機構を更に備えることを特徴とする腰部補助装置。
請求項１又は２記載の腰部補助装置において、
前記各腰部フレームは、前記各脚部フレームをそれぞれ左右方向に回動させる回転機構をそれぞれ有することを特徴とする腰部補助装置。
装着者の腰部の動作を補助する腰部補助装置であって、
前記装着者の背部に装着される背部フレームと、
前記装着者の前記腰部の左側及び右側にそれぞれ位置し、前側に向かって延びる一対の腰部フレームと、
前記一対の腰部フレームの前端側にそれぞれ取り付けられ、前記装着者の両脚にそれぞれ装着される一対の脚部フレームと、
前記背部フレームと前記各腰部フレームとを連結させ、前記背部フレームを前記各腰部フレームに対して前後方向に相対回転可能にさせる一対の関節部と、
前記背部フレームに設けられる回転式アクチュエータと、
一端部が前記各腰部フレームにおける前記各関節部よりも前側の部分にそれぞれ固定される一方、他端部が後側に向かって延びた後、前記回転式アクチュエータに向かってそれぞれ延びる一対の線状部材と、
前記各線状部材の他端部がそれぞれ引っ掛けられ、前記回転式アクチュエータにより回転駆動して前記各線状部材をそれぞれ巻き取る一対の巻取部とを備え、
前記装着者が腰部を支点に上体を前傾させた状態で、前記回転式アクチュエータを駆動させて、前記一対の巻取部に前記各線状部材を巻き取らせたときに、前記各線状部材の張力が増加して、前記装着者の背部を起き上がらせる補助力が生成されることを特徴とする腰部補助装置。