JP7353762B2 - 運動補助装置 - Google Patents

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Description

本発明は、運動補助装置に関する。
昨今、関節に問題が生じ、これに対する痛みや不便を訴える人が高齢化社会の進展に伴って増加している。そのため、関節に不具合のある老人や患者の運動を補助する運動補助装置に対する関心が高まっている。
本発明の目的は、運動補助装置を提供することにある。
一実施形態によれば、運動補助装置は、ユーザーの向こう脛を支持するための向こう脛フレームと、前記向こう脛フレームに対して相対的に回転自在であり、ユーザーの太ももを支持するための太ももフレームと、前記向こう脛フレームに動力を伝達することによって、ユーザーの股関節の動きを補助するための駆動フレームを含む。
前記太ももフレームは、前記駆動フレームに対して相対的な動きが可能である。
前記太ももフレームは、ユーザーの太ももの背面を支持するための太もも支持部を含み得る。
前記運動補助装置は、一端が前記駆動フレームに連結され、他端が前記向こう脛フレームに連結され、前記駆動フレームの動力を前記向こう脛フレームへ直接的に伝達するための連結部をさらに含み得る。
前記太ももフレームの長さは、前記駆動フレームの長さよりも小さくてもよい。
前記駆動フレームまたは前記太ももフレームのいずれか１つのフレームは、突出部を含み、前記駆動フレーム及び前記太ももフレームのうち他の１つのフレームは、前記突出部を収容するガイドを含み得る。
前記ガイドは、前記太ももフレームの回転軸を中心に円弧状を有するスロットを含み得る。
前記連結部は、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームそれぞれが互いに平行する平面上で回転運動するよう、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームを連結し得る。
前記連結部は、弾性を有し得る。
前記運動補助装置は、一端が前記駆動フレームに連結され、他端が前記太ももフレームに連結され、前記駆動フレームの動力を前記太ももフレームを介して前記向こう脛フレームへ間接的に伝達するための連結部をさらに含み得る。
前記連結部は、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームそれぞれが互いに平行する平面上で回転運動するよう、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームを連結し得る。
前記連結部は、弾性を有し得る。
前記連結部は、前記太ももフレームの一側に配置される１自由度回転ジョイントであり得る。
前記運動補助装置は、前記駆動フレームに対して前記太ももフレームの相対的な動きを固定させ得る固定部をさらに含み得る。
前記固定部は、前記駆動フレームに回転自在に連結され、前記太ももフレームにかかるヘッドを備えた固定ボディを含み得る。
前記固定部は、前記固定ボディに外力が印加されないとき、前記駆動フレームに対する前記固定ボディの角度を保持させる固定ばねをさらに含み得る。
前記駆動フレームが前記股関節の動きを補助する間、前記駆動フレームに対する前記太ももフレームの角度は変化可能であり得る。
前記運動補助装置は、ユーザーが座っている状態から直立する過程で、前記向こう脛フレームに対して前記太ももフレームが伸張する方向に前記太ももフレームを駆動させるための膝関節駆動部をさらに含み、前記膝関節駆動部は、前記駆動フレームに直接的に動力を伝達しなくてもよい。
一実施形態に係る運動補助装置は、ユーザーの向こう脛を支持するための向こう脛フレームと、前記向こう脛フレームに対して相対的に回転自在であり、ユーザーの太ももを支持するための太ももフレームと、ユーザーの股関節軸と並んでいる回転軸を中心に回転自在な駆動端部と、それぞれの一端が前記太ももフレームにヒンジ連結され、他端が前記駆動端部にヒンジ連結される第１駆動リンク及び第２駆動リンクを含む駆動部とを含む。
前記第１駆動リンク及び第２駆動リンクは、弾性を有し得る。
本発明によれば、運動補助装置を提供することができる。
一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーを概略的に示す側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーの膝関節が伸長（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）運動した形状を概略的に示す側面図である。 一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。 一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。 一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る固定部が太ももフレームから分離した状態を示す運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る固定部が太ももフレームに固定された状態を示す運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置の側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーが座った状態から直立する動作の初期の形状を概略的に示す側面図である。 一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーが直立状態にある形状を概略的に示す側面図である。
以下、例示的な図面を参照して実施形態を詳細に説明する。各図面の構成要素に参照符号を付すことにおいて、同一の構成要素に対してはたとえ他の図面上に表示されたとしても可能な限り同じ符号を付してあるという点に留意しなければならない。また、実施形態の説明において、関連する公知構成又は機能に対する具体的な説明が実施形態に対する理解を妨害するものと判断される場合は、その詳細な説明は省略する。
また、実施形態における構成要素の説明において、第１、第２、Ａ、Ｂ、（ａ）、（ｂ）等の用語を用いることができる。これらの用語は、ある構成要素を他の構成要素と区別するためのものであり、その用語によって当該の構成要素の本質や順番又は順序等が限定されることはない。いずれかの構成要素が他の構成要素に「連結」、「結合」、又は「接続」されると記載されている場合、その構成要素はその他の構成要素に直接的に連結されたり接続され得るが、各構成要素の間に更なる構成要素が「連結」、「結合」、又は「接続」されてもよいことを理解すべきである。
いずれか１つの実施形態に含まれる構成要素と共通の機能を含む構成要素は、他の実施形態で同一の名称を用いて説明することにする。反対とされる記載がない限り、いずれか１つの実施形態に記載した説明は他の実施形態にも適用でき、重複する範囲で具体的な説明は省略する。
図１は、一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーを概略的に示す側面図であり、図２は、一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーの膝関節が伸長運動した形状を概略的に示す側面図であり、図３は、一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図である。
図１～図３を参照すると、運動補助装置１は、ユーザーＵの下半身に着用され、ユーザーＵの運動を補助する。運動補助装置１は、例えば、ユーザーＵの股関節の運動を補助したり、膝関節の曲げ（ｆｌｅｘｉｏｎ）又は伸長（ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ）運動を補助する。運動補助装置１は、ユーザーＵの必要に応じて、股関節及び／又は膝関節を補助する。運動補助装置１は、着用部１０、駆動フレーム１１、太ももフレーム１２、向こう脛フレーム１３、及び膝ジョイント１５を含む。膝ジョイント１５は、太ももフレーム１２と向こう脛フレーム１３とが連結される部分を意味し、駆動フレーム１１の端部が連結され得ることは明らかである。
着用部１０は、ユーザーＵの体の一部に取り付けられる。例えば、着用部１０は、ユーザーＵの腰を取り囲んでもよい。着用部１０は、ユーザーＵの股関節運動を補助するために、駆動フレーム１１に動力を伝達する。着用部１０は、前方フレーム１０１、後方フレーム１０２、延長フレーム１０３、及び股関節駆動部１０４を含む。
前方フレーム１０１及び後方フレーム１０２は、それぞれユーザーＵの前方及び後方を取り囲んでもよい。前方フレーム１０１及び後方フレーム１０２の間の間隔は、ユーザーＵの体の大きさに応じて調整されてもよい。例えば、前方フレーム１０１及び後方フレーム１０２の間には、長さ調整可能なバンド（図示せず）が備えられてもよい。前方フレーム１０１及び後方フレーム１０２は、ユーザーＵに対向する個所に配置される緩衝部材（図示せず）を含んでもよい。
延長フレーム１０３は、前方フレーム１０１または後方フレーム１０２のいずれか１つのフレームから突出形成され得る。例えば、延長フレーム１０３は、駆動フレーム１１の回転軸をユーザーＵの股関節の回転軸と一致させるために、前方フレーム１０１または後方フレーム１０２のいずれか１つのフレームから下方に突出形成されてもよい。
股関節駆動部１０４は、駆動フレーム１１を回転させる。股関節駆動部１０４は、延長フレーム１０３上に配置され得る。
一方、前方フレーム１０１、後方フレーム１０２、及び延長フレーム１０３は一体に形成されてもよい。
駆動フレーム１１は、ユーザーＵの股関節の動きを補助する。図１を基準にして、駆動フレーム１１は、着用部１０に対して時計回り又は反時計回りに回転する。駆動フレーム１１は、向こう脛フレーム１３に直接的又は間接的に動力を伝達する。同様に、向こう脛フレーム１３で発生した動力は、駆動フレーム１１に直接的又は間接的に伝達される。駆動フレーム１１は、第１駆動フレーム端部１１１、駆動フレームボディ１１２、及び第２駆動フレーム端部１１３を含む。
第１駆動フレーム端部１１１は、股関節駆動部１０４に連結される。第２駆動フレーム端部１１３は、太ももフレーム１２及び／又は向こう脛フレーム１３それぞれの端部に連結される。駆動フレームボディ１１２は、第１駆動フレーム端部１１１及び第２駆動フレーム端部１１３を連結する長手方向の部材であり得る。駆動フレームボディ１１２は、長さ調整手段（図示せず）を含んでもよい。ユーザーＵは、長さ調整手段（図示せず）を用いて自身の太ももの長さに適するよう、駆動フレームボディ１１２の長さを調整し得る。
太ももフレーム１２は、ユーザーの太ももを支持する。太ももフレーム１２は、駆動フレーム１１に対して相対的に動作自在である。太ももフレーム１２は、駆動フレーム１１及び／又は向こう脛フレーム１３に対して相対的に回転自在である。例えば、太ももフレーム１２は、駆動フレーム１１及び／又は向こう脛フレーム１３にヒンジ連結されてもよい。言い換えれば、太ももフレーム１２と向こう脛フレーム１３との間の角度だけではなく、太ももフレーム１２と駆動フレーム１１との間の角度が、変化し得る。
太ももフレーム１２の長さは、駆動フレーム１１の長さよりも小さくてもよく、そのため、太ももフレーム１２が駆動フレーム１１に対して相対的に回転運動する間に、太ももフレーム１２とユーザーＵとの体の間の干渉を減らし得る。太ももフレーム１２は、太ももフレームボディ１２２、太ももフレーム端部１２３、及び太もも支持部１２８，１２９を含む。
太ももフレーム端部１２３は、向こう脛フレーム１３に回転自在に連結される。太ももフレームボディ１２２は、太ももフレーム端部１２３から着用部に向かって突出形成される長手方向の部材である得る。太もも支持部１２８，１２９は、太ももフレームボディ１２２に連結され、それぞれユーザーの太ももの背面を支持する。例えば、太もも支持部１２８，１２９は、弾性バンドであり得る。各太もも支持部１２８，１２９は、ユーザーの太ももの大きさに応じて周縁を調整するための長さ調整手段（図示せず）を含んでもよい。太もも支持部１２８，１２９は、ユーザーの太ももを安定的に支持するため、離隔して複数備えられる。例えば、太もも支持部１２８，１２９は、ユーザーの膝関節に相対的に近く配置される第１太もも支持部１２８と、膝関節から相対的に遠く配置される第２太もも支持部１２９とを含む。
向こう脛フレーム１３は、ユーザーの向こう脛を支持する。向こう脛フレーム１３は、太ももフレーム１２に回転自在に連結される。向こう脛フレーム１３は、太ももフレーム１２に対して相対的に回転し、ユーザーＵの膝関節の曲げ及び／又は伸長運動を補助する。向こう脛フレーム１３の回転軸は、ユーザーＵの膝関節の回転軸とほとんど同一である。向こう脛フレーム１３は、向こう脛フレームボディ１３２と向こう脛フレーム端部１３３（図４参照）とを含む。
向こう脛フレーム端部１３３（図４参照）は、太ももフレーム１２に回転自在に連結される。向こう脛フレームボディ１３２は、向こう脛フレーム端部１３３から、着用部から遠い方向に突出形成される長手方向の部材であり得る。向こう脛支持部１３８，１３９は、向こう脛フレームボディ１３２に連結され、それぞれユーザーの向こう脛及びふくらはぎを支持する。例えば、向こう脛支持部１３８，１３９は弾性バンドであり得る。それぞれの向こう脛支持部１３８，１３９は、ユーザーの向こう脛の大きさに応じて周縁を調整するための長さ調整手段（図示せず）を含んでもよい。向こう脛支持部１３８，１３９は、ユーザーの向こう脛を安定的に支持するため、離隔して複数備えられる。例えば、向こう脛支持部１３８，１３９は、ユーザーの膝関節から相対的に遠く離れて配置される第１向こう脛支持部１３８と、膝関節に相対的に近く配置される第２向こう脛支持部１３９とを含む。
太ももフレーム１２または向こう脛フレーム１３のいずれか１つのフレームは、膝関節駆動部１５（図４参照）を備える。膝関節駆動部１５は、太ももフレーム１２と向こう脛フレーム１３との間の角度を調整することで、ユーザーＵの膝関節運動を補助し得る。
ジョイント１４は、太ももフレーム１２及び向こう脛フレーム１３が連結される部分である。例えば、ジョイント１４には、駆動フレーム１１が追加的に回転自在に連結されてもよい。勿論、ジョイント１４には、太ももフレーム１２及び向こう脛フレーム１３のみが回転自在に連結され得ることは明らかである。
以下、運動補助装置１が股関節運動補助及び膝関節運動補助を分離させる（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）メカニズムについて具体的に説明することにする。
運動補助装置１は、着用部１０と駆動フレーム１１との間の角度調整により股関節運動を補助する。また、運動補助装置１は、太ももフレーム１２と向こう脛フレーム１３との間の角度調整によって膝の関節運動を補助する。運動補助装置１は、ユーザーＵの太ももの近くに配置し、互いに相対的な回転運動できる駆動フレーム１１及び太ももフレーム１２を介して股関節運動補助及び膝関節運動補助を分離させ得る。
例えば、ユーザーが座っている状態から直立状態に立ち上がるとき、ユーザーが歩行するときよりも訳２倍ないし３倍の力が膝関節を補助するために用いられる。言い換えれば、ユーザーが座った状態から直立する間に、太ももフレーム１２と向こう脛フレーム１３との間に印加されるトルクは、ユーザーが歩行する間に、着用部１０と駆動フレーム１１との間に印加されるトルクよりも遥かに大きい力が印加される。一方、実施形態によれば、太ももフレーム１２は、駆動フレーム１１と強く（ｒｉｇｉｄ）連結されず、相対的に回転自在に連結されているため、太ももフレーム１２に印加される力は駆動フレーム１１にそのまま伝えられない。言い換えれば、太ももフレーム１２に印加される力は、太ももを加圧するためにほとんど活用され、太ももフレーム１２から駆動フレーム１１を介して着用部１０に伝達される力は大きく減少する。
一方、太ももフレーム及び駆動フレームが強く連結されている構造を採用した運動補助装置の場合、ユーザーが座った状態から直立する間に太ももフレームから着用部まで伝達される力を考慮し、駆動フレーム及び着用部の剛性を十分に高く設計する必要があった。しかし、実施形態によれば、ユーザーの歩行過程で駆動フレーム１１と着用部１０との間に伝達される力のみを考慮して、駆動フレーム１１及び着用部１０を相対的に低い剛性及び荷重で設計することが可能である。したがって、運動補助装置１の全体的な重さを減少することができる。
また、膝関節を補助するとき、運動補助装置１の太ももフレーム１２に印加される力が着用部１０に伝達されることを減少することで、ユーザーが座った状態から直立する過程において、着用部１０がユーザーＵから上方に離脱することを防止し、ユーザーＵが感じる着用感を向上させ得る。
一方、運動補助装置１が座っている状態のユーザーＵを起こすとき、運動補助装置１は、次のようなメカニズムによりユーザーＵに動力を伝達する。まず、太ももフレーム１２が伸張する方向に回転される。ここで、伸張方向とは、図３を基準にして、太ももフレーム１２がジョイント１４を中心に反時計回りに回転する方向を意味する。言い換えれば、太ももフレーム１２は、ユーザーＵの太ももの背面を加圧する。この場合、ユーザーの上体は上方に移動され、ユーザーの上体に着用された着用部１０もユーザーの上体と共に上方に移動される。その結果、着用部１０に連結された駆動フレーム１１が太ももフレーム１２に応じて回転される。言い換えれば、太ももフレーム１２は、駆動フレーム１１に強く連結されていないため、ユーザーＵの上体が上方に移動する前に駆動フレーム１１及び着用部１０が先に上方に移動することで、着用部１０がユーザーＵの上体から離脱する問題を防止できる。
図４は、一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。
図４を参照すると、第２駆動フレーム端部１１３、太ももフレーム端部１２３、及び向こう脛フレーム端部１３３は、隣接して配置されている。第２駆動フレーム端部１１３、太ももフレーム端部１２３、及び向こう脛フレーム端部１３３は、運動補助装置１のジョイント１４を構成する。
運動補助装置は、駆動フレーム１１と、向こう脛フレーム１３とを連結して、駆動フレーム１１の動力を向こう脛フレーム１３へ直接的に伝達するための連結部を含む。一実施形態において、当該連結部は、太ももフレーム端部１２３において構成され得る。
太もも支持部１２９（図３参照）は、向こう脛フレーム１３の回転軸を基準にして、連結部１２３よりも遠くに位置してもよい。このような構造により、太もも支持部１２９（図３参照）のモーメントアームの長さは増加し、運動補助装置１（図３参照）がユーザーが座った状態から直立する動作を補助するとき、太もも支持部１２９に印加される力が減少し得る。
連結部１２３は、第１連結ホール１２３１及び第２連結ホール１２３２を含む。
第１連結ホール１２３１は、駆動フレーム１１が太ももフレーム１２に対して回転する経路をガイドする。例えば、第１連結ホール１２３１は、太ももフレーム１２の回転軸を中心に円周方向に形成される。第１連結ホール１２３１の幅は、駆動フレームボディ１１２の幅とほとんど同一であり得る。第１連結ホール１２３１は、駆動フレーム１１が揺れることなく、太ももフレーム１２に対して回転するように補助し得る。
第２連結ホール１２３２は、駆動フレーム１１が太ももフレーム１２からの離脱を防止する。例えば、第２駆動フレーム端部１１３は、駆動フレームボディ１１２から上方に突出形成され、第２連結ホール１２３２は、第２駆動フレーム端部１１３を取り囲む構造である。例えば、第２連結ホール１２３２の直径は、第２駆動フレーム端部１１３の直径とほとんど同一であり得る。第２連結ホール１２３２は、駆動フレーム１１が揺れることなく、太ももフレーム１２に対して回転するように補助し得る。
第１連結ホール１２３１及び第２連結ホール１２３２の内側には、駆動フレーム１１と太ももフレーム１２との間の摩擦を減少させるベアリング（図示せず）が備えられてもよい。
膝関節駆動部１５は、ユーザーが座っている状態から直立する過程において、向こう脛フレーム１３に対して太ももフレーム１２が伸張する方向に太ももフレーム１２を駆動させる。一方、膝関節駆動部１５は、駆動フレーム１１に直接的に動力を伝達しなくてもよい。
膝関節駆動部１５は、太ももフレーム１２または向こう脛フレーム１３のいずれか１つのフレームに備えられる。例えば、膝関節駆動部１５は、太ももフレーム端部１２３に備えられてもよい。膝関節駆動部１５は、例えば、モータであり得る。
図５は、一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。
図５を参照すると、運動補助装置は、駆動フレーム２１、太ももフレーム２２、及び向こう脛フレーム２３を含む。駆動フレーム端部２１３、太ももフレーム端部２２３、及び向こう脛フレーム端部２３３は、運動補助装置のジョイント２４を構成する。
運動補助装置は、一端が駆動フレーム２１に連結され、他端が向こう脛フレーム２３に連結され、駆動フレーム２１の動力を向こう脛フレーム２３へ直接的に伝達するための連結部を含む。一実施形態において、連結部は太ももフレーム端部２２３である。連結部２２３の一端は駆動フレーム２１に連結され、他端は向こう脛フレーム２３に連結される。連結部２２３は連結ホール２２３１を含む。
連結ホール２２３１は、駆動フレーム２１の一部を固定させ得る。例えば、駆動フレーム２１の駆動フレーム端部２１３は、駆動ボディ２１２から下方に突出形成され、太ももフレーム２２を貫通し、向こう脛フレーム２３へ直接的に連結される。連結ホール２２３１は、駆動フレーム端部２１３を取り囲む構造である。例えば、連結ホール２２３１の直径は、駆動フレーム端部２１３の直径とほとんど同一であり得る。
図６は、一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図であり、図７は、一実施形態に係る運動補助装置の断面図である。
図６及び図７を参照すると、運動補助装置３は、股関節駆動部３０４、駆動フレーム３１、太ももフレーム３２、向こう脛フレーム３３、ジョイント３４、及び膝関節駆動部３５を含む。駆動フレーム３１は、第１駆動フレーム端部３１１、駆動フレームボディ３１２、第２駆動フレーム端部３１３、及び突出部３１４を含む。太ももフレーム３２は、ガイド３２１、太ももフレームボディ３２２、及び太ももフレーム端部３２３を含む。向こう脛フレーム３３は、向こう脛フレームボディ３３２及び向こう脛フレーム端部３３３を含む。ジョイント３４は、駆動フレーム３１、太ももフレーム３２、及び向こう脛フレーム３３が連結される部分である。
駆動フレーム３１または太ももフレーム３２のいずれか１つのフレームは突出部を含み、他の１つのフレームは突出部を収容するガイドを含む。以下、説明の便宜のために、駆動フレーム３１が突出部３１４を含み、太ももフレーム３２がガイド３２１を含むことを基準にして説明するが、これらに制限されないことは明らかである。
突出部３１４は、駆動フレームボディ３１２の一面から突出形成される。突出部３１４は、例えば、円柱状であり得る。
ガイド３２１は、突出部３１４を収容する。ガイド３２１は、駆動フレーム１１または太ももフレーム１２のいずれか１つのフレームが他の１つのフレームに対して設定経路に沿って回転するように補助する。例えば、ガイド３２１は、太ももフレーム１２が駆動フレーム１１からの離脱を防止する。例えば、ガイド３２１は、太ももフレーム１２の回転軸を中心に円弧状を有するスロット３２４を含む。スロット３２４の幅は、突出部３１４の直径とほとんど同一であり得る。例えば、突出部３１４の両端部はスロット３２４にそれぞれ接触する。
突出部３１４及びガイド３２１は、駆動フレーム３１と太ももフレーム３２との間の接触面積を増加させ、力を分散させ得る。突出部３１４及びガイド３２１は、運動補助装置３の耐久性を向上させることができる。
運動補助装置３は、一端が駆動フレーム３１に連結され、他端が向こう脛フレーム３３に連結され、駆動フレーム３１の動力を向こう脛フレーム３３へ直接的に伝達するための連結部を含む。一実施形態において、連結部が膝関節駆動部３５であってもよい。連結部３５は、駆動フレーム３１または向こう脛フレーム３３のいずれか１つのフレームに備えられる。
太もも支持部３２９は、向こう脛フレーム３３の回転軸を基準にして、連結部３５よりも遠くに位置する。
第２駆動フレーム端部３１３は、第１連結ホール３１３１及び第２連結ホール３１３２を含む。
第１連結ホール３１３１は、太ももフレーム３２が駆動フレーム３１に対して回転する経路をガイドする。例えば、第１連結ホール３１３１は、駆動フレーム１１の回転軸を中心に円周方向に形成され、太ももフレームボディ３２２の幅とほとんど同じ幅を有する。
第２連結ホール３１３２は、太ももフレーム３２が駆動フレーム３１からの離脱を防止する。例えば、太ももフレーム端部３２３は太ももフレームボディ３２２から上方に突出形成され、第２連結ホール３１３２は太ももフレーム端部３２３を取り囲んでいる構造である。例えば、第２連結ホール３１３２の直径は、太ももフレーム端部３２３の直径とほとんど同一であり得る。
図８は、一実施形態に係る太ももフレームが駆動フレームに対して相対的に回転する形状を概略的に示す運動補助装置の側面図である。
図８を参照すると、運動補助装置４は、駆動フレーム４１、太ももフレーム４２、向こう脛フレーム４３、ジョイント４４、及び連結部４６を含む。ジョイント４４は、太ももフレーム４２及び向こう脛フレーム４３が回転自在に連結される部分である。
連結部４６は、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２を連結する。連結部４６は、駆動フレーム４１または太ももフレーム４２のいずれか１つのフレームが他の１つのフレームに対して相対的に回転するよう補助し得る。連結部４６は、弾性を有する。図８を基準にして、駆動フレーム４１と太ももフレーム４２との間の角度が増加するとき連結部４６は伸張し、駆動フレーム４１と太ももフレーム４２との間の角度が減少するとき連結部４６は収縮する。連結部４６は、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２が互いに平行する平面上でそれぞれ回転運動するように補助し得る。例えば、連結部４６は、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２を連結する板ばねであってもよい。
連結部４６は、ユーザーの着用状態及び／又は姿勢による体の変形に応じて、駆動フレーム４１に対して太ももフレーム４２がある程度柔軟に動けるようにコンプライアンス（ｃｏｍｐｌｉａｎｃｅ）を提供することで、ユーザーの着用感を向上させ得る。また、連結部４６に外力が作用しないとき、駆動フレーム４１に対して太ももフレーム４２が密着するように弾性の復原力を提供できる。
一方、連結部４６に伝達される力の大きさに応じて、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２の間の相対的な動きの程度が変化する。例えば、小さいトルクを必要とする歩行補助の際、連結部４６には、相対的に小さい力が作用するため駆動フレーム４１と太ももフレーム４２との間で相対的に小さな動きが発生する。一方、大きいトルクを必要とする座った状態から直立する動作補助の際、連結部４６には相対的に大きい力が作用するため、駆動フレーム４１と太ももフレーム４２との間で相対的に大きな動きが発生する。したがって、連結部４６の弾性係数を適切に調整することで、座った状態から直立する動作補助のとき、太ももフレーム４２に印加される力が駆動フレーム４１に伝達されることを十分に減少しつつ、歩行補助のときには、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２の間の相対的な動きを十分に小さくすることで、２つのフレーム４１，４２の間に発生する相対的な動きに伴ったユーザーの不便さを減少し得る。
連結部４６は、一端が駆動フレーム４１に連結され、他端が太ももフレーム４２に連結され、駆動フレーム４１の動力を太ももフレーム４２を介して向こう脛フレーム４３へ間接的に伝達する。例えば、駆動フレーム４１と太ももフレーム４２との間に動力が伝達される場合、連結部４６によって動力の大きさが減少し得る。このような構造により、膝関節を補助するために大きい力が印加されても、即ち、太ももフレーム４２に大きい力が印加されても、駆動フレーム４１に伝達される力の大きさは減少される。
太もも支持部４２９は、向こう脛フレーム４３の回転軸を基準にして、連結部４６よりも遠くに位置する。このような構造により、駆動フレーム４１及び向こう脛フレーム４３の間の動力伝達は、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２の間の動力伝達よりも相対的に効率よく実行される。言い換えれば、駆動フレーム４１及び太ももフレーム４２の分離（ｄｅｃｏｕｐｌｉｎｇ）が発生し、太ももフレーム４２に印加される力が駆動フレーム４１に伝達される間に、力の大きさが減少し得る。その逆も同様である。
図９は、一実施形態に係る運動補助装置の側面図である。
図９を参照すると、運動補助装置５は、駆動フレーム５１、太ももフレーム５２、向こう脛フレーム５３、ジョイント５４、及び連結部５６を含む。ジョイント５４は、太ももフレーム５２及び向こう脛フレーム５３が回転自在に連結される部分である。太もも支持部５２９は、向こう脛フレーム５３の回転軸を基準にして連結部５６より遠くに位置してもよい。
連結部５６は、太ももフレーム４２の一側に配置される１自由度回転ジョイントである。例えば、連結部５６はヒンジであってもよい。連結部５６は、駆動フレーム５１及び太ももフレーム５２の相対的な回転を具現する。例えば、連結部５６は、駆動フレーム５１が太ももフレーム５２に対して１自由度の回転運動するように、駆動フレーム５１及び太ももフレーム５２を連結し、駆動フレーム５１及び太ももフレーム５２のそれぞれが平行な平面上で回転するようにする。例えば、連結部５６は、駆動フレーム５１及び太ももフレーム５２のそれぞれがユーザーＵ（図１参照）のサジタル面に平行な平面上で回転運動するように補助する。
このような構造によれば、ユーザーの太もも及びふくらはぎが同じ方向に回転することができるため、運動補助装置１は、ユーザーの下半身に動力を効率よく伝達できる。
図１０は、一実施形態に係る運動補助装置の側面図である。
図１０を参照すると、運動補助装置６は、駆動フレーム６１、太ももフレーム６２、向こう脛フレーム６３、ジョイント６４、及び連結部６６を含む。ジョイント６４は、太ももフレーム６２及び向こう脛フレーム６３が回転自在に連結される部分である。太もも支持部６２９は、向こう脛フレーム６３の回転軸を基準にして連結部６６よりも遠くに位置する。
連結部６６は、一端が駆動フレーム６１に連結され、他端がジョイント６４に連結され、駆動フレーム６１の動力を向こう脛フレーム６３に伝達する。例えば、連結部６６の他端は、ジョイント６４のうち向こう脛フレーム６３に連結され、駆動フレーム６１の動力を直接的に向こう脛フレーム６３へ伝達する。異なる例として、連結部６６の他端は、ジョイント６４のうち太ももフレーム６２に連結され、駆動フレーム６１の動力を間接的に向こう脛フレーム６３へ伝達する。
連結部６６は、弾性を有し得る。連結部６６は、線形ばね６６１及び板ばね６６２を含む。
線形ばね６６１は、駆動フレーム６１と太ももフレーム６２との間に配置され、着用状態及び姿勢に応じて、股関節に連結された駆動フレーム６１と太ももフレーム６２の間に長手方向に位置変化を吸収する。
板ばね６６２は、駆動フレーム６１及び太ももフレーム６２の相対的な回転を具現する。板ばね６６２は、線形ばね６６１の一端に連結される。
図１１は、一実施形態に係る固定部が太ももフレームから分離した状態を示す運動補助装置の側面図であり、図１２は、一実施形態に係る固定部が太ももフレームに固定された状態を示す運動補助装置の側面図である。
図１１及び図１２を参照すると、運動補助装置７は、駆動フレーム７１、太ももフレーム７２、向こう脛フレーム７３、ジョイント７４、及び連結部７６を含む。ジョイント７４は、太ももフレーム７２及び向こう脛フレーム７３が回転自在に連結される部分である。太もも支持部７２９は、向こう脛フレーム７３の回転軸を基準にして、連結部７６よりも遠くに位置する。
連結部７６は、一端が駆動フレーム７１に連結され、他端がジョイント７４に連結され、駆動フレーム７１の動力を向こう脛フレーム７３へ伝達する。例えば、連結部７６の他端は、太ももフレーム７２または向こう脛フレーム７３のいずれか１つのフレームに連結される。
運動補助装置７は、駆動フレーム７１に対して太ももフレーム７２の相対的な動きを拘束できる固定部をさらに含んでもよい。例えば、固定部は、駆動フレーム７１または太ももフレーム７２のいずれか１つのフレームに配置される。以下、説明の便宜のために、固定部が駆動フレーム７１に配置されることを基準にして説明するが、これに制限されないことは明らかである。
固定部は、固定回転軸７１５、固定ボディ７１６、及び固定ばね７１７を含む。
固定回転軸７１５は、駆動フレームボディ７１２の一側に形成される。
固定ボディ７１６は、固定回転軸７１５を中心に時計回り又は反時計回りに回転する。固定ボディ７１６は、太ももフレーム７２を駆動フレーム７１に固定させる形状を有する。例えば、固定ボディ７１６は下方に突出形成され、太ももフレーム７２にかかるヘッドを含む。太ももフレーム７２は、前記ヘッドを収容する形状をヘッド収容部７２６を含む。
固定ばね７１７は、固定ボディ７１６に外力が印加されないとき、駆動フレーム７１に対する固定ボディ７１６の角度を保持させ得る。例えば、固定ばね７１７は、固定ボディ７１６の端部と駆動フレームボディ７１２を連結してもよい。固定ばね７１７は、固定回転軸７１５を中心に前記固定ヘッドと反対側に連結されてもよい。固定ばね７１７は複数配置されてもよい。
運動補助装置７は、膝関節に負荷の大きい動作、例えば、座った状態から直立する動作を補助するとき、駆動フレーム７１及び太ももフレーム７２を分離し（ｄｅｃｏｕｐｌｅ）、太ももフレーム７２から駆動フレーム７１に伝達される動力の大きさを減少し得る。また、運動補助装置７は、膝関節に負荷の小さい動作、例えば、平地歩行などの運動動作を補助するとき、駆動フレーム７１及び太ももフレーム７２を互いに拘束して自由度を減らすことで、ユーザーに動力を効率よく伝達できる。
固定部は、図１１及び図１２に基づいて説明されたが、他の実施形態、例えば、図１ないし図１０に示された運動補助装置にも全て適用され得ることは明らかである。
図１３は、一実施形態に係る運動補助装置の側面図であり、図１４は、一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーが座った状態から直立する動作の初期形状を概略的に示す側面図であり、図１５は、一実施形態に係る運動補助装置を着用したユーザーが直立状態にある形状を概略的に示す側面図である。
図１３～図１５を参照すると、運動補助装置８は、着用部８０、駆動部８１、太ももフレーム８２、向こう脛フレーム８３、及びジョイント８４を含む。太ももフレーム８２は太もも支持部８２９を含む。
駆動部８１は、ユーザーの股関節の動きを補助する。駆動部８１は、着用部８０に連結される。例えば、駆動部８１は、着用部８０の一側に形成される股関節駆動部１０４（図１参照）から動力の伝達を受ける。駆動部８１は、駆動端部８１１、第１駆動リンク８１２、及び第２駆動リンク８１３を含む。
駆動端部８１１は、股関節駆動部１０４（図１参照）から動力が伝達され回転する。例えば、駆動端部８１１は、ユーザーの股関節の回転軸と並んでいる回転軸を中心に回転し得る。
第１駆動リンク８１２及び第２駆動リンク８１３のそれぞれは、一端が太ももフレーム８２にヒンジ連結され、他端が駆動端部８１１にヒンジ連結される。言い換えれば、第１駆動リンク８１２及び第２駆動リンク８１３のそれぞれは、太ももフレーム８２及び駆動端部８１１に対して１自由度の回転運動を行う。第１駆動リンク８１２及び第２駆動リンク８１３は、一定の間隔で離隔して配置される。第１駆動リンク８１２及び第２駆動リンク８１３は弾性を有し得る。
このような構造によると、図１４に示すように、ユーザーが座った状態から直立する過程の初期状態において、太ももフレーム８２は、向こう脛フレーム８３に対してジョイント８４を中心に回転される。この場合、太ももフレーム８２は、駆動端部８１１には弾性を有する複数の駆動リンク８１２，８１３によって連結されているため、図１４に示すように、膝関節補助のためのトルクが着用部８０に伝達されることを減少させ得る。
例えば、小さい力を必要とする平地歩行補助の際、太ももフレーム８２には相対的に小さいトルクが印加されるため、太ももフレーム８２と駆動リンク８１２，８１３との間に相対的な動きがほとんど発生しない。平地歩行補助のように、股関節運動を補助する間には、太ももフレーム８２には大きいトルクが印加されず、太ももフレーム８２及び駆動リンク８１２，８１３の相対的な動きはほとんど制限され得る。股関節運動を補助する間に、駆動リンク８１２，８１３は、ジョイント８４の位置をほとんど変化させない。一方、大きいトルクを必要とする、座った状態から直立する動作補助の際には、太ももフレーム８２に相対的に大きいトルクが印加されるため、太ももフレーム８２及び駆動リンク８１２，８１３の間に相対的な動きが大きく発生する可能性がある。このようなメカニズムにより、ユーザーが感じる着用感は向上し得る。
上述のように、限定された実施形態と図面によって本発明を説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形を加えることができる。従って、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけでなく特許請求の範囲と均等なもの等によって定められるものである。
１０ 着用部
１１ 駆動フレーム
１２ 太ももフレーム
１３ 向こう脛フレーム
１４ ジョイント

Claims (13)

  1. ユーザーの向こう脛を支持するように構成されている向こう脛フレームと、
    駆動フレームであり、股関節駆動部からの回転駆動力を前記駆動フレームの回転を介して前記向こう脛フレームに伝達することによって、前記ユーザーの股関節の動きを補助するように構成されており、突出部を含む、駆動フレームと、
    前記向こう脛フレームに対して相対的に回転自在であり、かつ、前記ユーザーの太ももを支持するように構成されており、前記突出部を収容するガイドを含む、太ももフレームと、
    前記向こう脛フレームと前記太ももフレームとを連結し、前記太ももフレームを駆動するように構成されている膝関節駆動部と、
    を含み、
    前記膝関節駆動部は、
    前記ユーザーが座っている状態から直立する過程で、前記突出部が前記ガイドに沿って移動して、前記向こう脛フレームに対して前記太ももフレームが伸張する方向に回転するように前記太ももフレームを駆動させ、かつ、
    前記駆動フレームに対しては、前記膝関節駆動部からの回転駆動力を伝達しない、
    ように構成されている、
    運動補助装置。
  2. 前記太ももフレームは、前記駆動フレームに対して相対的な動きが可能である、
    請求項１に記載の運動補助装置。
  3. 前記太ももフレームは、ユーザーの太ももの背面を支持するための太もも支持部を含む、
    請求項１または２に記載の運動補助装置。
  4. 前記運動補助装置は、さらに、
    前記駆動フレームと、前記向こう脛フレームとを連結して、前記駆動フレームの動力を前記向こう脛フレームへ伝達するための連結部、を含む、
    請求項１乃至３いずれか一項に記載の運動補助装置。
  5. 前記太ももフレームの長さは、前記駆動フレームの長さよりも小さい、
    請求項４に記載の運動補助装置。
  6. 前記ガイドは、前記太ももフレームの回転軸を中心に円弧状を有するスロットを含む、
    請求項１に記載の運動補助装置。
  7. 前記連結部は、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームそれぞれが互いに平行する平面上で回転運動するように、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームを連結する、
    請求項４に記載の運動補助装置。
  8. 前記連結部は、弾性を有する、
    請求項４または７に記載の運動補助装置。
  9. 前記運動補助装置は、さらに、
    前記駆動フレームと、前記太ももフレームとを連結して、前記駆動フレームの動力を前記太ももフレームを介して前記向こう脛フレームへ間接的に伝達するための連結部、を含む、
    請求項３に記載の運動補助装置。
  10. 前記連結部は、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームそれぞれが互いに平行する平面上で回転運動するように、前記太ももフレーム及び前記駆動フレームを連結する、
    請求項９に記載の運動補助装置。
  11. 前記連結部は、弾性を有する、
    請求項９または１０に記載の運動補助装置。
  12. 前記連結部は、前記太ももフレームの一側に配置される１自由度回転ジョイントである、
    請求項９乃至１１いずれか一項に記載の運動補助装置。
  13. 前記駆動フレームが前記股関節の動きを補助する間、前記駆動フレームに対する前記太ももフレームの角度は変化可能である、
    請求項１に記載の運動補助装置。
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