JP7161743B2 - アシスト装置 - Google Patents

Description

本発明は、アシスト装置に関し、装着部の圧迫などの違和感を生じさせることなく、人の動作をアシスト可能なアシスト装置に関する。

近年、特許文献１に示すような、 作業時の人の動作を補助するアシストスーツ（アシスト装置）が知られている。

特開２００５－２３００９９号公報

しかしながら、人が荷物を持ち上げようとする動作を上述のようなアシスト装置がアシストする場合、動作に必要とされる関節の動作が補助されるため、荷物の重みが身体の骨格を通って地面へと伝わることになり、アシスト動作に伴なう反力により装着部分が圧迫され、人に違和感を生じさせてしまう。即ち、従来のアシスト装置では、荷重を支える人の動作に対してアシストを行うため、人への依存度が高くアシスト装置として好ましいとは言えない。

本発明は、上記課題を解決するため、人に違和感を生じさせることなく、人の動作をアシスト可能なアシスト装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためのアシスト装置の構成として、人が荷物を持ち上げるときの動作を補助するアシスト装置であって、一端側が接地され、他端側が上方に向けて設けられる長さが予め設定された棒状の支持体と、支持体の外周を延長方向に沿って移動可能とされた筒状の移動体と、支持体の両端部間に並列に設けられ、移動体を支持体に沿って両端部の間で移動させる駆動機構を有する機構部と、移動体に設けられ、人の手に装着可能な装着部とを備え、装着部は、移動体から支持体の側方に向けて延在するとともに、人の手に装着した状態で荷物を掴むことが可能な形状とされ、駆動機構は、装着部が人の手に装着され、当該人の手が荷物を掴んだ状態のままで、移動体を支持体に沿って移動させる構成とした。
本構成によれば、接地した支持体に沿って移動する移動体によって人の動作における負荷が補助されるので、従来のように負荷を人の骨格に伝達することを利用することなく人の動作をアシストすることができるため、人にアシスト装置の利用の違和感を生じさせることがない。
また、アシスト装置の他の構成として、機構部を複数備えたことにより、安定したアシスト動作を提供できる。
また、アシスト装置の他の構成として、機構部同士が連結手段により連結されたことにより、機構部の扱いを容易にできる。
また、アシスト装置の他の構成として、移動体が同期して移動することにより、人の動作に対してより安定したアシスト力を付与できる。
また、アシスト装置の他の構成として、駆動機構は、支持体に沿って延長し、空気の供給により膨張するチューブと、移動体に取り付けられ、チューブを挟む一対のローラとを備え、チューブへの空気の供給によりローラが押圧されて移動体を支持体に沿って移動させる構成としたことにより、重量を軽減することができる。

アシスト装置の構成例を示す図である。 移動体及びホルダーの構成を示す図である。 駆動機構の外観図である。 駆動機構の動作を示す図である。 アシスト装置によるアシスト動作を示す図である。 アシスト装置の他の形態を示す図である。

以下、発明の実施形態を通じて本発明を詳説するが、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また実施形態の中で説明される特徴の組み合わせのすべてが発明の解決手段に必須であるとは限らず、選択的に採用される構成を含むものである。

以下、本発明の実施の形態について、各図に基づき説明する。図１は、本実施形態に係るアシスト装置１の一実施形態を示す概略構成図である。図１に示すアシスト装置１は、人が荷物を持ち上げるときの動作をアシストするための装置であって、人の動作に直接的にアシスト力を提供する機構部２と、機構部２の動力源であるとともに駆動を制御する動力供給部４とを備える。

機構部２は、床面等に接地して設けられる支持体１０と、人の動作における負荷を受圧し、支持体１０の延長方向に沿って移動する移動体１２と、支持体１０と別体に設けられ、移動体１２を支持体１０に沿って移動させる駆動機構１４とを備える。なお、接地とは、地面や床面に直接的或は間接的に接触することをいう。

支持体１０は、本実施形態では軽量化を考慮し、中空棒状のカーボンパイプを適用した。なお、支持体１０の形態は、中空棒状に限定されず適宜変更可能である。また、素材についてもカーボンパイプに限定されず、人の動作をアシストする際に生じる負荷に耐え得る剛性を有するもの、即ち、剛体と見なすことができるものが好適である。

移動体１２は、支持体１０の外周を支持体１０の延長方向に沿って摺動するように移動する。支持体１０の各端部には、端部部材２０Ａ；２０Ｂが設けられる。端部部材２０Ａ；２０Ｂは、矩形状に形成された基部２１の一側面側に支持体１０の端部に挿入される第１の筒部２２と、後述のチューブ３４の端部が挿入される第２の筒部２３とを備える。第１の筒部２２は中実に、第２の筒部２３は中空に形成される。第１の筒部２２と第２の筒部２３は、互いの軸線が平行となるように所定距離離間して設けられる。一方の端部部材２０Ｂにおいて支持体１０が挿入される反対側には、床面などに接地する接地部２８が設けられる。接地部２８は、接地時の安定性を考慮し、床面との摩擦を大きくするゴム等が好適である。また、他方の端部部材２０Ｂには、一端が第２の筒部２３の中空部に連通し、他端が基部２１の側面に開口する孔２４が設けられる。この孔２４には、動力供給部４を構成する空気流通管４８が連結される。

図２は、移動体１２及びホルダー３０を示す図である。移動体１２には、手に装着可能なホルダー３０が取り付けられる。ホルダー３０は、人が荷物を持ち上げるときの手の動きを阻害しないように形成される。例えば、図１（ｂ）、図２に示すように、手のひらを下から包み、指先がホルダー３０から飛び出るように、Ｕ字状に形成される。そして、ベルト等の固定具３２を手に巻き付けることで、ホルダー３０に手が固定される。さらに、図１（ａ）に示すように、ホルダー３０には、アシスト装置１を動作させるための動力供給部４を構成するバルブ４４が取り付けられる。バルブ４４は、手にホルダー３０を装着し、荷物を支えた状態で指先や手のひらにより操作可能な位置に取り付けられる。

図３は、駆動機構１４の外観図である。駆動機構１４は、支持体１０に沿って延長する気室を形成するチューブ３４と、移動体１２に取り付けられる一対のローラ３６；３６とを備える。チューブ３４は、例えば、気密性を有するゴムチューブの外周を筒状に形成したメッシュ筒で覆うことで構成された管体である。チューブ３４は、支持体１０の端部に取り付けられた端部部材２０Ａ；２０Ｂの第２の筒部２３によって閉塞され、液密に固定される。チューブ３４の内部には、支持体１０の延長方向と平行に延長する気室Ｓが形成される。このように構成されたチューブ３４の気室Ｓ内に圧縮空気が供給されると、該気室Ｓを形成するゴムチューブの膨張がメッシュ筒内で所定寸法に規制される。

一対のローラ３６；３６は、移動体１２から延長する一対の支持片３８；３８によって回転自在に支持された断面円形の柱体からなる。図３（ｂ）に示すように、一対のローラ３６；３６は、回転軸が互いに平行に設けられ、チューブ３４を所定の力で挟むように互いの距離が設定される。具体的には、チューブ３４内に形成される気室Ｓを２つに分断する距離に設定される。

動力供給部４は、機構部２にアシスト力を生じさせるエネルギー源であって、例えば、圧縮空気を封入した蓄圧缶４２と、圧縮空気の給排を制御するバルブ４４と、蓄圧缶４２からバルブ４４まで圧縮空気を流通させる空気流通管４６と、バルブ４４からチューブ３４まで空気を流通させる空気流通管４８とを備える。

蓄圧缶４２は、所謂空気ボンベであって、例えば、人体に装着したり、人の動作の対象となる床面等に設けることができる。蓄圧缶４２には、封入した圧縮空気の放出後に、圧縮空気を再充填可能なものが好ましい。このように、駆動機構１４を空気圧により動作させることにより、重量を軽減することができるとともに、駆動力を供給する動力供給部４を機構部２とは離れた位置に配置でき、人に不快感を与えない位置に自由に配置することができる。

バルブ４４は、スイッチ４４Ａを備え、スイッチ４４Ａを操作することにより空気流通管４６から空気流通管４８への空気の流通の開閉が機械的に制御される。スイッチ４４Ａは、例えば、押すことで空気流通管４６から空気流通管４８への空気の流通を許容し、離すことで空気流通管４６から空気流通管４８への空気の流通を遮断する。また、スイッチ４４Ａを引くことで空気流通管４８が大気に開放される。スイッチ４４Ａは、図２に示すように、手にホルダー３０を装着した状態で荷物を持ち上げるための手を握る動作をしたときに、手のひらによって操作可能に配置される。

空気流通管４６；４８は、所定の空気圧に耐え得るポリウレタン製やナイロン製等の可撓性を有するチューブにより構成される。空気流通管４６；４８が接続されるバルブ４４は、アシスト動作により移動体１２とともに位置が変わるため、空気流通管４６；４８には、蓄圧缶４２からバルブ４４までの距離の変化、バルブ４４から端部部材２０Ｂまでの距離の変化を許容し得るスパイラル状のものを用いると良い。

図４は、駆動機構１４の動作を示す図である。移動体１２は、チューブ３４への圧縮空気の注入により膨張したチューブ３４が、膨張領域を軸方向に拡張しようとローラ３６；３６を押す。膨張するチューブ３４によって押されたローラ３６；３６は、チューブ３４を挟み込んだ状態を維持しつつ、チューブ３４の表面を回転することで、移動体１２を支持体１０に沿って端部部材２０Ａ側から端部部材２０Ｂ側へと移動させる。

図５は、本実施形態に係るアシスト装置１の動作を示す図である。同図では、床面Ｆに置かれた荷物Ｗを両手で持ち上げるときのアシスト動作を側面から示したものであり、図上では右側のみが記載されているが、機構部２は両手に装着されている。この場合、両手に装着された機構部２は、一方に取り付けられたスイッチ４４Ａにより左右の各チューブ３４に同期して圧縮空気が供給されるように構成される。

図５（ａ）に示すように、左右の手にホルダー３０を装着し、機構部２を手に取り付ける。このときホルダー３０が取り付けられた移動体１２は、空気流通管４８が接続される端部部材２０Ｂ側に配置され、端部部材２０Ｂは手先側に位置する。

次に、図５（ｂ）に示すように、床面Ｆに置かれた荷物Ｗを持ち上げるために、膝及び腰を曲げて前かがみの姿勢をとり、両手で荷物Ｗを挟み込むように掴み、左右の手に装着された機構部２の接地部２８を床面Ｆに接地させる。このとき、荷物Ｗを掴んだ状態において、接地部２８が床面Ｆに接地しない場合には、スイッチ４４Ａを押して、支持体１０に対する移動体１２の位置を調整する。

次に、図５（ｃ）に示すように、ホルダー３０に取り付けられたバルブ４４のスイッチ４４Ａを押すことにより、チューブ３４に圧縮空気が供給されてチューブ３４が膨らみ、移動体１２が端部部材２０Ａに達するまで支持体１０に沿って上向きに移動する。このとき手によって支えられた荷物Ｗの重さは、ホルダー３０、移動体１２、支持体１０、端部部材２０Ｂ、接地部２８から床面Ｆへと伝わるため、手以外の骨格には、荷物Ｗの重さが作用しない。即ち、荷物Ｗの荷重が直接機構部２の支持体１０を介して床面Ｆにより支持されることになる。加えて、荷物Ｗを持ち上げる動作において、前かがみとなった上体を引き起こすための力も、機構部２によって支えられることになり、従来の人の骨格を利用するアシスト装置のように荷物Ｗの重さ及び上体の重さを骨格が支える必要がない。その結果として、機構部２を人体に装着した部位への圧迫等の違和感をなくすことができる。
そして、図５（ｄ）に示すように、膝及び腰を完全に伸ばすことにより、機構部２とともに荷物Ｗを持ち上げた立ち上がり状態となる。

本実施形態では、図５（ｃ）に示すように、やや膝や腰に曲がりがある状態までアシスト力が得られるように支持体１０の長さを設定したが、これに限定されない。図５（ｄ）に示すような完全な立ち上がり状態までアシストするように支持体１０の長さを設定しても良い。アシスト力を発揮する機構部２が人体に装着されることを鑑みた場合、軽量であることが好ましいことは言うまでもなく、より好ましくは、アシスト動作において特に人が必要とする最低限のアシスト力が得られるように支持体１０の長さを設定すると良い。

なお、上述したように一組の機構部２；２を用いる場合、図６に示すように、各機構部２；２において接地しない端部部材２０Ａ側を紐等の連結部材４０により連結しておくことにより、機構部２；２における支持体１０；１０の互いの位置関係が規制されるため、互いの位置関係が安定し、機構部２；２の支持体１０；１０を接地させるとき等の扱いを容易にすることができる。

また、上述の動作の説明では、両手に機構部２を装着するものとして説明したが、これに限定されず、例えば、荷物Ｗに持ち手等が付いている場合には、片手のみに機構部２を装着して使用すれば良い。

また、上記実施形態では、駆動機構１４を空気圧を利用したチューブ３４及び一対のローラ３６；３６により構成したがこれに限定されず、移動体１２を支持体１０に沿って移動させるものであれば、ラックアンドピニオン機構、タイミングプーリー及びタイミングベルト機構、テレスコピックシリンダ、ボールねじ機構等、アシスト装置の適用形態に応じて適宜変更すれば良い。

また、上記実施形態では、人が荷物Ｗを持ち上げる動作を行うときのアシストをするものとして説明したが、これに限定されない。
例えば、椅子に腰かけた状態から立ち上がるときの人の立ち上がり動作をアシストすることもできる。この場合、接地部２８を床面に接地させて椅子の前側の２本の足のそれぞれに機構部２の支持体１０を固定する。さらに、各足に固定された機構部２の移動体１２に、上述のホルダー３０に代えて、ワイヤーやリンク機構等の結合機構の一端を固定し、人が着座する座面の左右の奥側に他端を固定する。そして、着座した状態から立ち上がる際に、左右の移動体１２；１２を上昇させることで、座面の後方が持ち上げられ、人が立ち上がる動作を意図的にすることなく、着座した状態から自然に立ち上がる動作をアシストすることができる。人の体重が、座面、結合機構、移動体１２、支持体１０、接地部２８を介して伝達される床面によって支持される。

以上説明したように、接地して設けられた支持体１０に支持体の延長方向に沿って移動する移動体１２を設け、移動体１２により人の動作における負荷を受圧し、駆動機構１４によりその動作をアシストすることにより、人に違和感を感じさせないアシスト力を提供することが可能となる。

なお、上記実施形態では、駆動機構１４を構成するチューブ３４に一方の端部部材２０Ｂから空気を供給するものとして説明したが、他方の端部部材２０Ａからも空気を供給可能に構成することにより、荷物Ｗを床面から持ち上げるアシスト動作に加え、荷物Ｗを床面に置くアシスト動作を行うように構成することができる。

また、上記例では、２つの機構部２を用いるものとして説明したが、２つに限定されず、適宜変更すれば良く、２つ以上の機構部２を用いることで、より安定したアシスト動作を提供することができる。

１ アシスト装置、１０ 支持体、１２ 移動体、１４ 駆動機構。

Claims (5)

1. 人が荷物を持ち上げるときの動作を補助するアシスト装置であって、
   一端側が接地され、他端側が上方に向けて設けられる長さが予め設定された棒状の支持体と、
   前記支持体の外周を延長方向に沿って移動可能とされた筒状の移動体と、
   前記支持体の両端部間に並列に設けられ、前記移動体を前記支持体に沿って前記両端部の間で移動させる駆動機構を有する機構部と、
   前記移動体に設けられ、人の手に装着可能な装着部と、
   を備え、
   前記装着部は、前記移動体から前記支持体の側方に向けて延在するとともに、人の手に装着した状態で荷物を掴むことが可能な形状とされ、
   前記駆動機構は、前記装着部が人の手に装着され、当該人の手が荷物を掴んだ状態のままで、前記移動体を支持体に沿って移動させることを特徴とするアシスト装置。
2. 前記機構部を複数備えたことを特徴とする請求項１に記載のアシスト装置。
3. 前記機構部同士が連結手段により連結されたことを特徴とする請求項２に記載のアシスト装置。
4. 前記移動体は、同期して移動することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のアシスト装置。
5. 前記駆動機構は、
   前記支持体に沿って延長し、空気の供給により膨張するチューブと、
   前記移動体に取り付けられ、前記チューブを挟む一対のローラとを備え、
   前記チューブへの空気の供給により前記ローラが押圧されて前記移動体を前記支持体に沿って移動させることを特徴とする請求項１乃至請求項４いずれかに記載のアシスト装置。

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