JP7170418B2 - 動作支援装置 - Google Patents

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Description

本開示は、アクチュエータを用いて人の動作を支援する動作支援装置に関する。
従来、人に装着されて、その人の動作を支援する動作支援装置(パワーアシストスーツともいう)が提案されている。動作支援装置は、アクチュエータと、関節によって接続される複数のフレームまたはリンクとを備え、アクチュエータにより発生する動力により関節を駆動することで人の動作を支援する(例えば特許文献1参照)。例えば、動作支援装置は、人の動作をスイッチまたはセンサにより検知し、その動作に連動するように、アクチュエータの動力の大きさまたはタイミング等を調整することで、人の動作を支援する。
特許第5526444号公報
しかしながら、上記特許文献1の動作支援装置では、複数の人のそれぞれ異なる体型には適していないという課題がある。また、動作支援装置を各人の体型に適合させるためには、ヒンジまたはヨー軸の関節をさらに付加する必要がある。その結果、装置全体が大型化および複雑化し、重量も増えてしまう可能性がある。
そこで、本開示は、大型化を抑えながらどのような人の体型にも適合し易い動作支援装置を提供する。
本開示の一態様に係る動作支援装置は、人の腰の動作を支援する動作支援装置であって、前記人の左側に装着される左リンク機構と、前記人の右側に装着される右リンク機構とを備え、前記人の腰回りに装着され、前記左リンク機構と前記右リンク機構とに締結される締結部材とを備え、前記左リンク機構は、前記人の左大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿部の前または後に配置される左大腿リンクと、前記人の上体左側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる左上体リンクと、前記左大腿リンクおよび前記左上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる左アクチュエータとを有し、前記右リンク機構は、前記人の右大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿部の前または後に配置される右大腿リンクと、前記人の上体右側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる右上体リンクと、前記右大腿リンクおよび前記右上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる右アクチュエータとを有し、前記締結部材の少なくとも一部は、柔軟性素材からなり、前記少なくとも一部によって、前記左リンク機構と前記右リンク機構との互いの相対位置が拘束され、前記左大腿リンクと前記左上体リンクとは、左関節部を介して互いに回動自在に連結され、前記左関節部は、前記締結部材に固定されている左固定部材に対して回動自在に取り付けられ、前記右大腿リンクと前記右上体リンクとは、右関節部を介して互いに回動自在に連結され、前記右関節部は、前記締結部材に固定されている右固定部材に対して回動自在に取り付けられ、前記動作支援装置は、さらに、前記左固定部材に対する前記左上体リンクの回動の範囲を規制する左規制機構と、前記右固定部材に対する前記右上体リンクの回動の範囲を規制する右規制機構とを備える
本開示の動作支援装置は、大型化を抑えながらどのような人の体型にも適合し易くすることができる。
図1Aは、実施の形態における動作支援装置の正面図である。 図1Bは、実施の形態における動作支援装置の側面斜視図である。 図2Aは、実施の形態における動作支援装置を装着した人の正面図である。 図2Bは、実施の形態における動作支援装置を装着した人の背面図である。 図3は、実施の形態における動作支援装置によって支援される人の動作の一例を示す図である。 図4は、実施の形態における左関節部に対する左上体リンク、左大腿リンク、および左固定部材の動きを模式的に示す図である。 図5は、実施の形態における左関節部が左固定部材に対して回動している状態の一例を示す図である。 図6は、実施の形態における左大腿リンクの形態の一例を示す図である。 図7Aは、実施の形態の変形例1に係る動作支援装置を装着した人の正面図である。 図7Bは、実施の形態の変形例1に係る動作支援装置を装着した人の背面図である。 図8は、実施の形態の変形例2に係る動作支援装置の左関節部および左固定部材を示す図である。 図9は、実施の形態の変形例2に係る左規制機構の一例を説明するための図である。 図10は、実施の形態の変形例2に係る左規制機構によって回動の範囲が規制されている状態の一例を示す図である。 図11は、実施の形態の変形例2に係る左規制機構の他の例を説明するための図である。
本開示の一態様に係る動作支援装置は、人の腰の動作を支援する動作支援装置であって、前記人の左側に装着される左リンク機構と、前記人の右側に装着される右リンク機構とを備え、前記人の腰回りに装着され、前記左リンク機構と前記右リンク機構とに締結される締結部材とを備え、前記左リンク機構は、前記人の左大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿部の前または後に配置される左大腿リンクと、前記人の上体左側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる左上体リンクと、前記左大腿リンクおよび前記左上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる左アクチュエータとを有し、前記右リンク機構は、前記人の右大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿部の前または後に配置される右大腿リンクと、前記人の上体右側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる右上体リンクと、前記右大腿リンクおよび前記右上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる右アクチュエータとを有し、前記締結部材の少なくとも一部は、柔軟性素材からなり、前記少なくとも一部によって、前記左リンク機構と前記右リンク機構との互いの相対位置が拘束される。
これにより、左リンク機構と右リンク機構との互いの相対位置は、剛性部材のみによって拘束されることなく、締結部材の少なくとも一部であって、軽量な柔軟性素材からなる部分によって拘束される。したがって、例えばヒンジまたはヨー軸の関節などの重い剛性部材を用いることなく、左リンク機構と右リンク機構との互いの相対位置を容易に可変にしながら拘束することができる。したがって、動作支援装置の大型化を抑えながらその動作支援装置をどのような人の体型にも適合し易くすることができる。
また、前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端は、前記人の前面または背面に配置されてもよい。例えば、前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端は、前記人の脇周辺に配置されてもよい。
これにより、左アクチュエータおよび右アクチュエータの動力を左上体リンクおよび右上体リンクを介して人の上体に効果的に伝えることができる。その結果、人の上体を起こしたり倒したりする動作を適切に支援することができる。
また、前記左大腿リンクと前記左上体リンクとは、左関節部を介して互いに回動自在に連結され、前記左関節部は、前記締結部材に固定されている左固定部材に対して回動自在に取り付けられ、前記右大腿リンクと前記右上体リンクとは、右関節部を介して互いに回動自在に連結され、前記右関節部は、前記締結部材に固定されている右固定部材に対して回動自在に取り付けられていてもよい。
これにより、左大腿リンクと左上体リンクとを互いに回動自在に連結するための左関節部が、さらに、人の腰回りに装着される締結部材に、左固定部材を介して回動自在に取り付けられる。
したがって、左関節部が締結部材に回動不可に固定されている場合に比べて、締結部材に対する左大腿リンクおよび左上体リンクの傾きの自由度を高めることができる。
仮に、左関節部が締結部材に回動不可に固定されていれば、左大腿リンクおよび左上体リンクの何れか一方は、その締結部材に対して固定される。そのため、例えば、締結部材を装着している人の腰が前に倒れれば、左上体リンクも前に倒れようとするが、人が腰を前に倒さずに背筋を曲げて前屈するような場合には、左上体リンクをその人の背筋の動きに追随させて前に倒すことが困難になる。
しかし、本開示の上記態様に係る動作支援装置では、左関節部が締結部材に回動自在に取り付けられているため、左大腿リンクおよび左上体リンクの何れもが締結部材に固定されてしまうことを抑えることができる。したがって、例えば、人が腰を前に倒さずに背筋を曲げて前屈するような場合でも、左上体リンクをその人の背筋の動きに無理なく追随させて、前に倒すことができる。
本開示の上記態様では、右リンク機構においても、左リンク機構と同様に、右大腿リンクと右上体リンクとを互いに回動自在に連結するための右関節部が、さらに、人の腰回りに装着される締結部材に、右固定部材を介して回動自在に取り付けられる。したがって、右関節部が締結部材に回動不可に固定されている場合に比べて、締結部材に対する右大腿リンクおよび右上体リンクの傾きの自由度を高めることができる。
また、前記動作支援装置は、さらに、前記左固定部材に対する前記左上体リンクの回動の範囲を規制する左規制機構と、前記右固定部材に対する前記右上体リンクの回動の範囲を規制する右規制機構とを備えてもよい。
これにより、左上体リンクおよび右上体リンクのそれぞれが左固定部材および右固定部材に対して大きく回動してしまうことを抑えることができる。したがって、例えば、左上体リンクおよび右上体リンクが大きく回動してしまうことによって人が動作支援装置を装着し難くなってしまうことを低減することができる。
また、前記動作支援装置は、さらに、前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端に接続され、前記人の左肩および右肩にかけられる、柔軟性素材からなる上体ハーネスを備えてもよい。
これにより、人の上体に装着される左上体リンクおよび右上体リンクの位置のずれ、つまり、人の上体に対するこれらのリンクの位置のずれを抑えることができる。また、上体ハーネスは柔軟性素材からなるため、どのような人の体型に対しても上述の位置のずれを抑えることができる。
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略T字状などの表現を用いている。例えば、略T字状は、完全にT字状であることを意味するだけでなく、実質的にT字状である、すなわち、例えば数%程度の誤差を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
(実施の形態)
図1Aおよび図1Bは、本実施の形態における動作支援装置の外観図である。具体的には、図1Aは、動作支援装置の正面図であり、図1Bは、動作支援装置の側面斜視図である。また、図2Aおよび図2Bは、本実施の形態における動作支援装置を装着した人の外観図である。具体的には、図2Aは、動作支援装置を装着した人の正面図であり、図2Bは、動作支援装置を装着した人の背面図である。
なお、本開示において、鉛直方向をZ軸方向とし、鉛直方向の上をプラス側、鉛直方向の下をマイナス側としている。また、鉛直方向に対して垂直な面における前後方向をY軸方向とし、その垂直な面においてX軸方向と垂直な方向である左右方向または横方向をX軸方向としている。つまり、本開示における「上」は、鉛直方向であるZ軸方向のプラス側であり、「下」は、鉛直方向であるZ軸方向のマイナス側である。本開示における「後」は、前後方向であるY軸方向のマイナス側であり、「前」は、前後方向であるY軸方向のプラス側である。本開示における「左」は、左右方向であるX軸方向のプラス側であり、「右」は、左右方向であるX軸方向のマイナス側である。
[装置の全体構成]
本実施の形態における動作支援装置100は、図2Aおよび図2Bに示すように、人Pに装着されて、人Pによる腰の前屈動作等を支援する。つまり、動作支援装置100は、人Pが起立姿勢から前屈姿勢に移る前屈動作、および、前屈姿勢から起立姿勢に戻る戻り動作などを支援する。このような動作支援装置100は、図1Aおよび図1Bに示すように、左リンク機構110Lと、右リンク機構110Rと、制御ユニット120と、上体ハーネス130と、締結部材140とを備える。
[締結部材]
締結部材140は、人Pの腰回りに装着されるベルトまたはハーネスであって、左リンク機構110Lおよび右リンク機構110Rに締結される。例えば、締結部材140は、合成繊維または革などからなる締結帯と、その締結帯の両端に固定されて互いに着脱自在に構成されている2つのバックルとを備える。なお、上述の合成繊維は、例えばポリエステルなどである。締結帯は柔軟性素材からなり、バックルは金属または合成樹脂などの剛性部材からなる。
[左リンク機構]
左リンク機構110Lは、人の左側(すなわち左半身)に装着される機構であって、左パッド111Lと、左上体リンク112Lと、左関節部113Lと、左大腿リンク114Lと、左大腿ハーネス115Lと、左固定部材116Lとを備える。
左大腿リンク114Lは、図2Aおよび図2Bに示すように、人Pの左大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が左大腿部の後に配置される。具体的には、左大腿リンク114Lは、図1Bおよび図2Bに示すように、左大腿部の長手方向に沿う長尺状の部分と、その部分の下端側から左大腿部の後側に回り込む部分とからなる。なお、上述の左大腿部の長手方向は、図1A~図2BにおけるZ軸方向である。また、左大腿リンク114Lの下端側は、例えば左大腿ハーネス115Lに埋設されるように固定されている。
左上体リンク112Lは、図2Aおよび図2Bに示すように、人Pの上体左側に装着されるリンクである。この左上体リンク112Lの下端側は、左大腿リンク114Lの上端側に対して、左関節部113Lを介して回動自在に取り付けられる。具体的には、左上体リンク112Lは、人Pの上体の上下方向に沿うように長尺状に形成された棒体からなる。なお、人Pの上体の上下方向は、図1A~図2BにおけるZ軸方向である。また、左上体リンク112Lの上端は、人Pの前面に配置される。より具体的には、左上体リンク112Lの上端は、人Pの脇周辺に配置される。また、左上体リンク112Lの上端は、人Pの胸周辺に配置されてもよい。
なお、左上体リンク112Lおよび左大腿リンク114Lはそれぞれ、剛性部材からなる。具体的には、これらのリンクは、アルミニウムなどの金属、または、硬化樹脂もしくはカーボンファイバなどの合成樹脂などからなる。
左パッド111Lは、弾力性および柔軟性を有する板状の部材からなり、左上体リンク112Lの上端部に取り付けられる。この左パッド111Lは、動作支援装置100が人Pに装着されたときには、左上体リンク112Lの上端部と人Pの上体との間に挟まれる。そして、この左パッド111Lによって、左上体リンク112Lの上端部が人Pの上体を押し付けるときの圧力が軽減され、人Pに与える痛みを和らげることができる。
左関節部113Lは、左上体リンク112Lの下端と、左大腿リンク114Lの上端とに接続されている。具体的には、左関節部113Lは、左上体リンク112Lと左大腿リンク114Lとを回動自在に連結している。また、左関節部113Lは、例えば合成樹脂製の筐体と、その筐体内に収められた左センサ(図示せず)および左アクチュエータ117Lとを備える。左センサは、左大腿リンク114Lを介して人Pの動作を検知するアシスト用のセンサであって、例えばエンコーダである。左アクチュエータ117Lは、左大腿リンク114Lおよび左上体リンク112Lの何れか一方を他方に対して回動させる。具体的には、左アクチュエータ117Lは、その左センサによって検知された動作に応じて、人Pの前屈動作または起立動作などを支援するための動力を、左大腿リンク114Lおよび左上体リンク112Lに付与する。
なお、本実施の形態では、左関節部113Lは、左上体リンク112Lに対して固定されている。つまり、左アクチュエータ117Lは、左関節部113Lおよび左上体リンク112Lに対して、左大腿リンク114Lを回動させる。
左固定部材116Lは、図1Aおよび図1Bに示すように、例えば合成樹脂などからなる板状の部材である。このような左固定部材116Lは、人Pの左側に配置される。具体的には、左固定部材116Lは、人Pの腰回りに装着された締結部材140の左端に固定される。
さらに、左固定部材116Lは、図1Aに示すように、軸部材Jを介して左関節部113Lに接続されている。軸部材Jは、中心軸がX軸方向に沿うように配置された円柱状の部材である。つまり、左関節部113Lは、軸部材Jを回転軸として回動するように、具体的には、軸部材Jの中心軸を回転軸として回動するように、左固定部材116Lに対して回動自在に取り付けられている。
左大腿ハーネス115Lは、合成繊維または革などの柔軟性素材からなる帯状の部材であって、人Pの左大腿部に巻き付けられる。
[右リンク機構]
右リンク機構110Rは、人の右側(すなわち右半身)に装着される機構である。本実施の形態では、右リンク機構110Rは、上述の左リンク機構110Lと同様の構成要素からなるが、左リンク機構110Lと左右対称の形態を有する。
具体的には、右リンク機構110Rは、右パッド111Rと、右上体リンク112Rと、右関節部113Rと、右大腿リンク114Rと、右大腿ハーネス115Rと、右固定部材116Rとを備える。
右大腿リンク114Rは、図2Aおよび図2Bに示すように、人Pの右大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が右大腿部の後に配置される。具体的には、右大腿リンク114Rは、図1Bおよび図2Bに示すように、右大腿部の長手方向に沿う長尺状の部分と、その部分の下端側から右大腿部の後側に回り込む部分とからなる。なお、上述の右大腿部の長手方向は、図1A~図2BにおけるZ軸方向である。また、右大腿リンク114Rの下端側は、例えば右大腿ハーネス115Rに埋設されるように固定されている。
右上体リンク112Rは、図2Aおよび図2Bに示すように、人Pの上体右側に装着されるリンクである。この右上体リンク112Rの下端側は、右大腿リンク114Rの上端側に対して、右関節部113Rを介して回動自在に取り付けられる。具体的には、右上体リンク112Rは、人Pの上体の上下方向に沿うように長尺状に形成された棒体からなる。また、右上体リンク112Rの上端は、人Pの前面に配置される。より具体的には、右上体リンク112Rの上端は、人Pの脇周辺に配置される。また、右上体リンク112Rの上端は、人Pの胸周辺に配置されてもよい。
なお、右上体リンク112Rおよび右大腿リンク114Rはそれぞれ、剛性部材からなる。具体的には、これらのリンクは、アルミニウムなどの金属、または、硬化樹脂もしくはカーボンファイバなどの合成樹脂などからなる。
右パッド111Rは、弾力性および柔軟性を有する板状の部材からなり、右上体リンク112Rの上端部に取り付けられる。この右パッド111Rは、動作支援装置100が人Pに装着されたときには、右上体リンク112Rの上端部と人Pの上体との間に挟まれる。そして、この右パッド111Rによって、右上体リンク112Rの上端部が人Pの上体を押し付けるときの圧力が軽減され、人Pに与える痛みを和らげることができる。
右関節部113Rは、右上体リンク112Rの下端と、右大腿リンク114Rの上端とに接続されている。具体的には、右関節部113Rは、右上体リンク112Rと右大腿リンク114Rとを回動自在に連結している。また、右関節部113Rは、例えば合成樹脂製の筐体と、その筐体内に収められた右センサ(図示せず)および右アクチュエータ117Rとを備える。右センサは、右大腿リンク114Rを介して人Pの動作を検知するアシスト用のセンサであって、例えばエンコーダである。右アクチュエータ117Rは、右大腿リンク114Rおよび右上体リンク112Rの何れか一方を他方に対して回動させる。具体的には、右アクチュエータ117Rは、その右センサによって検知された動作に応じて、人Pの前屈動作または起立動作などを支援するための動力を、右大腿リンク114Rおよび右上体リンク112Rに付与する。
なお、本実施の形態では、右関節部113Rは、右上体リンク112Rに対して固定されている。つまり、右アクチュエータ117Rは、右関節部113Rおよび右上体リンク112Rに対して、右大腿リンク114Rを回動させる。
右固定部材116Rは、図1Aおよび図1Bに示すように、例えば合成樹脂などからなる板状の部材である。このような右固定部材116Rは、人Pの右側に配置される。具体的には、右固定部材116Rは、人Pの腰回りに装着された締結部材140の右端に固定される。
さらに、右固定部材116Rは、図1Aに示すように、軸部材Jを介して右関節部113Rに接続されている。軸部材Jは、中心軸がX軸方向に沿うように配置された円柱状の部材である。つまり、右関節部113Rは、軸部材Jを回転軸として回動するように、具体的には、軸部材Jの中心軸を回転軸として回動するように、右固定部材116Rに対して回動自在に取り付けられている。
右大腿ハーネス115Rは、合成繊維または革などの柔軟性素材からなる帯状の部材であって、人Pの右大腿部に巻き付けられる。
[上体ハーネス]
上体ハーネス130は、合成繊維または革などの柔軟性素材からなる細い帯状の部材であって、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの位置を人Pに対して固定する。このような上体ハーネス130は、図2Aおよび図2Bに示すように、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端と、締結部材140とに接続され、人Pの左肩および右肩にかけられる。
具体的には、上体ハーネス130は、左肩ハーネス133Lと、右肩ハーネス133Rと、中央ハーネス132とを有する。
中央ハーネス132は、人Pの背面で背筋に沿うように配置される。この中央ハーネス132の下端は、制御ユニット120を介して締結部材140に接続される。
左肩ハーネス133Lは、人Pの左肩にかけられる。また、左肩ハーネス133Lの一端は、左パッド111Lに接続される。これにより、左肩ハーネス133Lの一端は、左パッド111Lを介して左上体リンク112Lの上端に接続される。左肩ハーネス133Lの他端は、中央ハーネス132の上端に接続される。
右肩ハーネス133Rは、人Pの右肩にかけられる。また、右肩ハーネス133Rの一端は、右パッド111Rに接続される。これにより、右肩ハーネス133Rの一端は、右パッド111Rを介して右上体リンク112Rの上端に接続される。右肩ハーネス133Rの他端は、中央ハーネス132の上端に接続される。
[制御ユニット]
制御ユニット120は、締結部材140の後側に取り付けられている。この制御ユニット120は、例えば合成樹脂製の筐体と、その筐体内に収められた制御回路およびバッテリーなどを備える。制御回路は、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rを駆動するため制御を行う。つまり、制御回路は、上述の左センサおよび右センサからの出力信号に応じて、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rを制御する。バッテリーは、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rに対して駆動電力を供給する。
[動作の一例]
図3は、動作支援装置100によって支援される人Pの動作の一例を示す図である。
例えば、動作支援装置100を装着した人Pは、図3の(a)に示すように前屈姿勢になる。そして、人Pは、例えば荷物などを両手で抱えながら起立しようとする。このとき、上述の左センサおよび右センサは、その人Pの起立動作を検知する。
制御ユニット120は、左センサおよび右センサによってその起立動作が検知されると、左関節部113Lの左アクチュエータ117Lおよび右関節部113Rの右アクチュエータ117Rを制御する。これにより、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rは、制御ユニット120による制御によって、その起立動作を支援するための動力を、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rと、左大腿リンク114Lおよび右大腿リンク114Rとに付与する。
つまり、左アクチュエータ117Lは、左上体リンク112Lと左大腿リンク114Lとの間の角度が大きくなるように、左関節部113Lを駆動する。これにより、左上体リンク112Lが人Pの上体を上方または後方に押し込み、左大腿リンク114Lが人Pの左大腿部を下方または後方に押し込む。同様に、右アクチュエータ117Rは、右上体リンク112Rと右大腿リンク114Rとの間の角度が大きくなるように、右関節部113Rを駆動する。これにより、右上体リンク112Rが人Pの上体を上方または後方に押し込み、右大腿リンク114Rが人Pの右大腿部を下方または後方に押し込む。
その結果、動作支援装置100を装着した人Pは、図3の(b)および(c)に示すように、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rによって付与される動力によって容易に起立することができる。動作支援装置100は、このような人Pの動作を支援する。
[締結部材の柔軟性]
このような本実施の形態における動作支援装置100では、上述のように、締結部材140は、柔軟性素材からなる締結帯と、剛性部材からなるバックルとからなる。つまり、締結部材140の少なくとも一部は、柔軟性素材からなる。さらに、本実施の形態では、柔軟性素材からなるその少なくとも一部によって、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置が拘束される。
ここで、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとは、それぞれ独立して自由に移動してしまうと、人Pの動作を適切に支援することが困難になる。したがって、これらの機構の互いの相対位置を拘束しておく必要がある。しかし、これらの機構の拘束に、剛性部材を用いると、複数の互いに異なる人の体型に適合し難くなる。また、各人の体型に適合するために、ヒンジまたはヨー軸の関節を付加すると、装置が大型化および複雑化し、重量も増えてしまう可能性がある。
したがって、本実施の形態では、上述のように、締結部材140の少なくとも一部は、柔軟性素材からなり、その少なくとも一部によって、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置が拘束される。
これにより、例えばヒンジまたはヨー軸の関節などの重い剛性部材を用いることなく、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置を容易に可変にしながら拘束することができる。したがって、動作支援装置100の大型化を抑えながらその動作支援装置100をどのような人の体型にも適合し易くすることができる。
以下、本実施の形態における動作支援装置100では、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとは、左右対称に構成されて、実質的に同一の構成を有するため、左リンク機構110Lの構成について、詳細に説明する。
[左固定部材の回動]
図4は、左関節部113Lに対する左上体リンク112L、左大腿リンク114L、および左固定部材116Lの動きを模式的に示す図である。つまり、図4では、左上体リンク112L、左関節部113L、左大腿リンク114L、および左固定部材116Lのそれぞれの動きをわかりやすくするため、それらの形状が簡略化して示されている。
上述のように、左関節部113Lは、軸部材Jの中心軸を回転軸として左固定部材116Lに対して回動自在に取り付けられている。言い換えれば、左固定部材116Lは、左関節部113Lに対して回動自在に取り付けられている。
また、左大腿リンク114Lは、左関節部113Lおよび左上体リンク112Lに対して回動自在に取り付けられている。例えば、左上体リンク112Lの回動の回転軸は、上述の軸部材Jの中心軸と一致している。
したがって、左固定部材116L、左上体リンク112L、および左大腿リンク114Lは、図4に示すように、軸部材Jの中心軸を回転軸にしてそれぞれ回動することができる。
これにより、本実施の形態における動作支援装置100では、人Pのより自由な動きに対応することができる。
図5は、左関節部113Lが左固定部材116Lに対して回動している状態の一例を示す図である。
例えば、人Pは、図5に示すように、起立姿勢から前屈姿勢になる場合には、腰から肩までの背筋を一直線状に伸ばすことなく、背筋を曲げることがある。このような場合、本実施の形態における動作支援装置100では、人Pの腰が前方に倒れていなくても、腰より上の上体が前方に倒れていれば、左関節部113Lは、左固定部材116Lに対して前方に回動する。
つまり、本実施の形態では、左大腿リンク114Lと左上体リンク112Lとは、左関節部113Lを介して互いに回動自在に連結され、左関節部113Lは、締結部材140に固定されている左固定部材116Lに対して回動自在に取り付けられている。
したがって、左関節部113Lが締結部材140に回動不可に固定されている場合に比べて、締結部材140に対する左大腿リンク114Lおよび左上体リンク112Lの傾きの自由度を高めることができる。
仮に、左関節部113Lが締結部材140に回動不可に固定されていれば、左大腿リンク114Lおよび左上体リンク112Lの何れか一方は、その締結部材140に対して固定される。そのため、例えば、締結部材140を装着している人Pの腰が前に倒れれば、左上体リンク112Lも前に倒れようとする。しかし、図5に示すように、人Pが腰を前に倒さずに背筋を曲げて前屈するような場合には、左上体リンク112Lをその人Pの背筋の動きに追随させて前に倒すことが困難になる。
しかし、本実施の形態における動作支援装置100では、左関節部113Lが締結部材140に回動自在に取り付けられているため、左大腿リンク114Lおよび左上体リンク112Lの何れもが締結部材140に固定されてしまうことを抑えることができる。したがって、図5に示すように、人Pが腰を前に倒さずに背筋を曲げて前屈するような場合でも、左上体リンク112Lをその人Pの背筋の動きに無理なく追随させて、前に倒すことができる。
本実施の形態では、左リンク機構110Lと同様に、右リンク機構110Rにおいても、右大腿リンク114Rと右上体リンク112Rとは、右関節部113Rを介して互いに回動自在に連結され、右関節部113Rは、締結部材140に固定されている右固定部材116Rに対して回動自在に取り付けられている。したがって、右関節部113Rが締結部材140に回動不可に固定されている場合に比べて、締結部材140に対する右大腿リンク114Rおよび右上体リンク112Rの傾きの自由度を高めることができる。
したがって、本実施の形態における動作支援装置100では、人Pのより自由な動きに対応することができる。
[左大腿リンクの形態]
図6は、左大腿リンク114Lの形態の一例を示す図である。
左大腿リンク114Lは、全体的に長尺の板状に形成されている。具体的には、左大腿リンク114Lは、左大腿部の長手方向(すなわちZ軸方向)に沿う長尺状の第1の部分114Laと、その第1の部分114Laの下端側から左大腿部の後側に回り込む第2の部分114Lbとからなる。また、第1の部分114Laおよび第2の部分114Lbのそれぞれの部分の幅広の面(表面または裏面)は、左大腿部側に向けられている。さらに、第2の部分114Lbの先端側は、例えば左大腿ハーネス115Lに埋設されるように固定されている。
このように、本実施の形態では、第1の部分114Laに一体に接続された、左大腿部の後に配置される第2の部分114Lbが、前後方向(すなわちY軸方向)の力を左大腿部に伝える。仮に、左大腿リンクが第2の部分を有さず、第1の部分の下端に、左大腿ハーネスが直接または間接的に接続されている場合には、前後方向の力を左大腿部に効率的に伝えることができない。しかし、本実施の形態では、左大腿リンク114Lは、左大腿部の後に配置される第2の部分114Lbを有するため、左アクチュエータ117Lからの動力を効率的に左大腿部に伝えることができる。
右大腿リンク114Rについても、左大腿リンク114Lと同様に構成されている。したがって、右大腿リンク114Rも、右アクチュエータ117Rからの動力を効率的に右大腿部に伝えることができる。
また、本実施の形態における左大腿リンク114Lは、上述のように板状に形成され、その幅広の面が左大腿部に向けられている。したがって、左大腿リンク114Lの第2の部分114LbにおけるY軸方向の厚みは薄い。仮に、第2の部分のY軸方向の厚みが厚ければ、人Pがしゃがんだときに、その第2の部分は邪魔になる。また、そのときに、その第2の部分が左脚(大腿部と下腿部)に挟まって、その左脚に第2の部分が押し付けられることがある。しかし、本実施の形態では、左大腿リンク114Lの第2の部分114LbにおけるY軸方向の厚みが薄いため、人Pがしゃがんだときにも、第2の部分114Lbは邪魔にならず、左脚への押し付けを抑えることができる。その結果、人Pの左脚に痛みを与えることを低減することができる。
右大腿リンク114Rについても、左大腿リンク114Lと同様に構成されている。したがって、右大腿リンク114Rも、右脚の邪魔にならず、人Pの右脚に痛みを与えることを低減することができる。
このように、本実施の形態では、左大腿部および右大腿部の動きを適切に支援することができる。
(実施の形態のまとめ)
以上、本実施の形態における動作支援装置100では、締結部材140の少なくとも一部は、柔軟性素材からなり、その少なくとも一部によって、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置が拘束される。これにより、例えばヒンジまたはヨー軸の関節などの重い剛性部材を用いることなく、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置を容易に可変にしながら拘束することができる。したがって、動作支援装置100の大型化を抑えながらその動作支援装置100をどのような人の体型にも適合し易くすることができる。さらに、動作支援装置100のコスト低減を図ることができる。また、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとの互いの相対位置を容易に可変にすることができるため、人Pがしゃがんだときに人Pの腰部が膨らんでも、その膨らみを吸収することができる。つまり、人Pが無理なくしゃがむことができる。
また、本実施の形態における動作支援装置100では、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端は、人Pの前面に配置され、具体的には、人Pの脇周辺に配置される。したがって、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rの動力を左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rを介して人Pの上体に効果的に伝えることができる。その結果、人Pの上体を起こしたり倒したりする動作を適切に支援することができる。
さらに、本実施の形態では、人Pの胸には、リンクなどの剛性を有する部材が配置されない。例えば、胸にリンクなどの剛性部材が配置される動作支援装置では、女性または大柄の人はその動作支援装置の装着に嫌悪感を抱くことがある。また、その動作支援装置を装着する人は暑さを感じやすくなる。しかし、本実施の形態では、上述のように、人Pの胸には剛性部材が配置されない。したがって、女性であっても、大柄の人であっても、動作支援装置100を快適に装着することができる。つまり、本実施の形態における動作支援装置100では、身体への束縛を限りなくなくして、装着者自身の動きの自由度も確保することができる。
さらに、本実施の形態における動作支援装置100は、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端に接続され、人Pの左肩および右肩にかけられる、柔軟性素材からなる上体ハーネス130を備える。したがって、人Pの上体に装着される左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rの位置のずれ、つまり、人Pの上体に対するこれらのリンクの位置のずれを抑えることができる。また、上体ハーネス130は柔軟性素材からなるため、どのような人の体型に対しても上述の位置のずれを抑えることができる。
(変形例1)
上記実施の形態では、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端は、人Pの前面に配置されているが、それらの上端が配置される位置は、人Pの前面に限らない。本変形例では、上記各リンクの上端は人Pの前面以外の位置に配置される。
図7Aおよび図7Bは、本変形例に係る動作支援装置100を装着した人Pの外観図である。具体的には、図7Aは、動作支援装置100を装着した人Pの正面図であり、図7Bは、動作支援装置100を装着した人Pの背面図である。
本変形例に係る動作支援装置100では、図7Aおよび図7Bに示すように、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端は、人Pの背面に配置される。より具体的には、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端は、人Pの脇周辺に配置される。
このように、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端は、人Pの背面にあっても、人Pの脇周辺に配置されるため、上記実施の形態1と同様の作用効果を奏することができる。つまり、左アクチュエータ117Lおよび右アクチュエータ117Rの動力を左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rを介して人Pの上体に効果的に伝えることができる。
(変形例2)
上記実施の形態では、左上体リンク112Lと左固定部材116Lとは左関節部113Lによって互いに回動自在に連結され、同様に、右上体リンク112Rと右固定部材116Rとは右関節部113Rによって互いに回動自在に連結されている。これらの回動の範囲には制限がない。本変形例では、その回動の範囲を制限または規制する。
図8は、本変形例に係る動作支援装置100の左関節部113Lおよび左固定部材116Lを示す図である。本変形例に係る左関節部113Lは、X軸方向に沿う中心軸を有する円柱状に形成されている。左上体リンク112Lの基端(下端)は、その左関節部113Lに固定されている。また、左固定部材116Lは、上記実施の形態と同様に、板状の部材からなる。しかし、本変形例では、左固定部材116Lは、X軸方向から見て略T字状に形成されている。この左固定部材116Lの上端側の部位は、締結部材140に固定され、その部位には、2つの貫通孔50が形成されている。
左関節部113Lは、このような左固定部材116Lに回動自在に取り付けられている。したがって、左上体リンク112Lおよび左関節部113Lは、左固定部材116Lに対して回動可能であり、左大腿リンク114Lは、左上体リンク112Lおよび左関節部113Lに対して回動可能である。
図9は、本変形例に係る左規制機構の一例を説明するための図である。
本変形例に係る動作支援装置100は、さらに、左固定部材116Lに対する左上体リンク112Lの回動の範囲を規制する左規制機構を備える。この左規制機構は、例えばゴム紐などの弾性紐52からなる。この弾性紐52は、左固定部材116Lの2つの貫通孔50に挿通され、左上体リンク112Lの基端側を左固定部材116Lとの間に挟むように、環状に配置される。したがって、左上体リンク112Lの回動の範囲が弾性紐52の内側に規制される。
図10は、左規制機構によって回動の範囲が規制されている状態の一例を示す図である。
左上体リンク112LがY軸方向プラス側に大きく回動すると、弾性紐52は、その左上体リンク112LによってY軸方向プラス側に引っ張られる。その結果、弾性紐52は、弾性力によって、その左上体リンク112Lを逆にY軸方向マイナス側に向かわせるように、左上体リンク112Lに対して力F3を付与する。力F3が、左上体リンク112LのY軸方向プラス側への回動の力よりも大きい場合、左上体リンク112Lは、左固定部材116Lに対してさらにY軸方向プラス側に回動することができず、Y軸方向マイナス側に反転する。その結果、例えば、左上体リンク112Lの左固定部材116Lに対する回動角はφに制限される。
このように、弾性紐52は、左上体リンク112Lの回動の範囲を規制する。
また、本変形例に係る動作支援装置100は、上述の左規制機構と同様の機構を有する右規制機構を備える。つまり、本変形例に係る動作支援装置100は、さらに、右固定部材116Rに対する右上体リンク112Rの回動の範囲を規制する右規制機構を備える。
したがって、本変形例では、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rが大きく回動してしまうことによって人Pが動作支援装置100を装着し難くなってしまうことを低減することができる。
ここで、左規制機構および右規制機構は、図9および図10に示す形態に限らず、他の形態であってもよい。
図11は、本変形例に係る左規制機構の他の例を説明するための図である。
例えば、左規制機構は、図11に示されるように、プレート60と2つの突起64とを有する。
プレート60は、合成樹脂または金属などからなる剛性部材であって、略矩形の板状に形成されている。また、プレート60は、例えば左固定部材116Lまたは締結部材140に取り付けられている。なお、図11では、左固定部材116Lおよび締結部材140を省略している。このようなプレート60には、2つのガイド孔62が形成されている。これらのガイド孔62はそれぞれ、X軸方向プラス側から見て、上述の軸部材Jを中心とする円弧状に形成され、Z軸方向に配列されている。
2つの突起64は、左上体リンク112Lの長手方向(図11の例ではZ軸方向)に沿って配列されている。そして、2つの突起64はそれぞれプレート60の互いに異なるガイド孔62に挿通されている。
したがって、左上体リンク112Lが回動すれば、2つの突起64はそれぞれプレート60のガイド孔62に沿って移動する。そして、左上体リンク112Lが大きく回動しようとすれば、2つの突起64のそれぞれは、プレート60におけるガイド孔62の内面に当接する。このガイド孔62の内面は、ガイド孔62の円弧に沿う方向の端に位置する面である。これにより、左上体リンク112Lは、2つのガイド孔62の円弧の長さに応じた角度θだけ、軸部材Jの中心軸を回転軸として回動することができる。一方、角度θ以上の角度の回動は規制される。
(その他の変形例)
以上、一つまたは複数の態様に係る動作支援装置について、実施の形態およびその変形例に基づいて説明したが、本開示は、この実施の形態および変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を実施の形態および変形例に施したものや、実施の形態および変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
例えば、上記実施の形態および変形例では、上体ハーネス130は、左上体リンク112Lおよび右上体リンク112Rのそれぞれの上端と、締結部材140とに接続されているが、締結部材140に接続されていなくてもよい。この場合、例えば、左肩ハーネス133Lが人Pの左肩に巻き付けられ、左肩ハーネス133Lの両端が左パッド111Lに接続される。同様に、右肩ハーネス133Rが人Pの右肩に巻き付けられ、右肩ハーネス133Rの両端が右パッド111Rに接続される。あるいは、左肩ハーネス133Lおよび右肩ハーネス133Rは、一本のハーネスとして構成され、人Pの首にかけられる。この場合、その一本のハーネスの一端が左パッド111Lに接続され、他端が右パッド111Rに接続される。
また、上記実施の形態および変形例では、左関節部113Lは左固定部材116Lに対して回動自在に取り付けられ、右関節部113Rは右固定部材116Rに対して回動自在に取り付けられている。しかし、左関節部113Lおよび右関節部113Rは、回動自在に取り付けられていなくてもよい。
また、上記実施の形態および変形例では、左大腿リンク114Lの下端側は、人Pの左大腿部の後ろに配置され、右大腿リンク114Rの下端側は、人Pの右大腿部の後ろに配置される。しかし、左大腿リンク114Lの下端側は、人Pの左大腿部の前に配置され、右大腿リンク114Rの下端側も、人Pの右大腿部の前に配置されてもよい。つまり、図6に示す、左大腿リンク114Lの第2の部分114Lbが、左大腿部の前に配置される。このような場合には、左大腿部および右大腿部の後には、何れのリンクも配置されていないため、人Pは、容易にしゃがむことができる。また、第2の部分114LbにおけるY軸方向の厚みが薄いため、人Pがしゃがんだときに荷物を手に取っても、左大腿リンク114Lにその荷物が当たってしまうことを抑えることができる。
また、上記実施の形態および変形例では、左リンク機構110Lと右リンク機構110Rとは、左右対称に構成されているが、左右非対称に構成されていてもよく、互いに異なる構成を有していてもよい。
本開示に係る動作支援装置は、大型化を抑えながらどのような人の体型にも適合し易くすることができるという効果を奏し、例えば、人の動作を支援するパワーアシストスーツなどに適用することができる。
100 動作支援装置
110L 左リンク機構
110R 右リンク機構
111L 左パッド
111R 右パッド
112L 左上体リンク
112R 右上体リンク
113L 左関節部
113R 右関節部
114L 左大腿リンク
114R 右大腿リンク
115L 左大腿ハーネス
115R 右大腿ハーネス
116L 左固定部材
116R 右固定部材
117L 左アクチュエータ
117R 右アクチュエータ
120 制御ユニット
130 上体ハーネス
132 中央ハーネス
133R 左肩ハーネス
133L 右肩ハーネス
140 締結部材
J 軸部材

Claims (5)

  1. 人の腰の動作を支援する動作支援装置であって、
    前記人の左側に装着される左リンク機構と、
    前記人の右側に装着される右リンク機構とを備え、
    前記人の腰回りに装着され、前記左リンク機構と前記右リンク機構とに締結される締結部材とを備え、
    前記左リンク機構は、
    前記人の左大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿部の前または後に配置される左大腿リンクと、
    前記人の上体左側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記左大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる左上体リンクと、
    前記左大腿リンクおよび前記左上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる左アクチュエータとを有し、
    前記右リンク機構は、
    前記人の右大腿部に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿部の前または後に配置される右大腿リンクと、
    前記人の上体右側に装着されるリンクであって、当該リンクの下端側が前記右大腿リンクの上端側に対して回動自在に取り付けられる右上体リンクと、
    前記右大腿リンクおよび前記右上体リンクの何れか一方を他方に対して回動させる右アクチュエータとを有し、
    前記締結部材の少なくとも一部は、柔軟性素材からなり、前記少なくとも一部によって、前記左リンク機構と前記右リンク機構との互いの相対位置が拘束され
    前記左大腿リンクと前記左上体リンクとは、
    左関節部を介して互いに回動自在に連結され、
    前記左関節部は、前記締結部材に固定されている左固定部材に対して回動自在に取り付けられ、
    前記右大腿リンクと前記右上体リンクとは、
    右関節部を介して互いに回動自在に連結され、
    前記右関節部は、前記締結部材に固定されている右固定部材に対して回動自在に取り付けられ、
    前記動作支援装置は、さらに、
    前記左固定部材に対する前記左上体リンクの回動の範囲を規制する左規制機構と、
    前記右固定部材に対する前記右上体リンクの回動の範囲を規制する右規制機構とを備える、
    動作支援装置。
  2. 前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端は、前記人の前面または背面に配置される
    請求項1に記載の動作支援装置。
  3. 前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端は、前記人の脇周辺に配置される
    請求項2に記載の動作支援装置。
  4. 前記動作支援装置は、さらに、
    前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端に接続され、前記人の左肩および右肩にかけられる、柔軟性素材からなる上体ハーネスを備える
    請求項1~の何れか1項に記載の動作支援装置。
  5. 前記左上体リンクおよび前記右上体リンクのそれぞれの上端は、前記人の胸周辺に配置される
    請求項2に記載の動作支援装置。
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