JP7484799B2

JP7484799B2 - 動作補助装置

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Publication number: JP7484799B2
Application number: JP2021064643A
Authority: JP
Inventors: 正小田島; 精一田辺
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-04-06
Filing date: 2021-04-06
Publication date: 2024-05-16
Anticipated expiration: 2041-04-06
Also published as: US20220313528A1; DE102022106992A1; CN115192394A; JP2022160111A

Description

本開示は、動作補助装置に関し、例えば、ユーザの関節部に装着される動作補助装置に関する。

例えば、片麻痺患者などが歩行訓練を実施する場合、患脚の膝折れを防ぐために、動作補助装置が装着される。このような動作補助装置は、特許文献１に開示されているように、ユーザの患脚の大腿に固定される大腿リンク、大腿リンクと膝関節部を介して連結され、患脚の下腿に固定される下腿リンク、及び膝関節部を駆動するモータユニットなどを備えており、モータユニットの駆動力によってユーザの患脚の膝折れを防ぐための抗力を発生させる構成とされている。

特開２０１８－１１４１７５号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。一般的な動作補助装置は、モータユニットによって、ユーザの患脚の膝折れを防ぐための抗力を発生させる構成とされている。そのため、ユーザの関節部の回転運動への抗力を発生させるための機構が複雑になり高い抗力と小型化との両立が困難になるという課題を有する。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、動作補助装置の単純化と小型化との両立を実現する。

本開示の一態様に係る動作補助装置は、ユーザの関節部に装着される動作補助装置であって、
第１のリンクと、
前記第１のリンクと回転軸を介して回転可能に連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクに固定された管路と、
前記管路の少なくとも一部を覆うように配置された電磁石と、
前記管路と連通するように当該管路の一方の端部に接続され、磁性流体を収容する収容部を有する第１の可動部と、
前記管路と連通するように当該管路の他方の端部に接続され、前記磁性流体を収容する収容部を有する第２の可動部と、
前記管路と、前記第１の可動部と、前記第２の可動部と、で形成された密閉空間内に充填された前記磁性流体と、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの相対的な回転を前記第１の可動部と前記第２の可動部との相対位置の変化に変換して伝達する伝達部と、
前記電磁石を制御する制御部と、
を備える。

上述の動作補助装置において、前記管路における前記電磁石で覆われた部分は、透磁性材料で形成されていることが好ましい。

上述の動作補助装置において、前記管路は、クランク部を備え、
前記電磁石は、前記クランク部の少なくとも一部を覆うように配置されていることが好ましい。

上述の動作補助装置は、
前記管路と並列に接続されたバイパス路と、
前記バイパス路に設けられた逆止弁と、
を備えることが好ましい。

上述の動作補助装置において、前記伝達部は、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第１の収容部と、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第２の収容部と、
前記回転軸に固定されたピニオンと、
前記ピニオンと噛み合わされ、前記第１の収容部に固定された第１のラックと、
を備え、
前記第１の可動部が前記第１の収容部の内部に収容された状態で、前記第１の可動部の先端部が前記第１の収容部の底部に接続され、
前記第２の可動部が前記第２の収容部の内部に収容された状態で、前記第２の可動部の先端部が前記第２の収容部の底部に接続されていることが好ましい。

上述の動作補助装置は、前記ピニオンと噛み合わされ、前記第２の収容部に固定された第２のラックを備えることが好ましい。

上述の動作補助装置において、前記伝達部は、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第１の収容部と、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第２の収容部と、
前記第２のリンクに固定されたアーム部と、
前記アーム部の一方の端部と前記第１の収容部とを接続する第１のロッドと、
前記アーム部の他方の端部と前記第２の収容部とを接続する第２のロッドと、
を備え、
前記第１の可動部が前記第１の収容部の内部に収容された状態で、前記第１の可動部の先端部が前記第１の収容部の底部に接続され、
前記第２の可動部が前記第２の収容部の内部に収容された状態で、前記第２の可動部の先端部が前記第２の収容部の底部に接続されていることが好ましい。

上述の動作補助装置は、
前記第１の収容部と相対的に変位可能に当該第１の収容部の開口部に嵌め込まれ、前記管路の一方の端部と前記第１の可動部との間に配置された第１の蓋部と、
前記第２の収容部と相対的に変位可能に当該第２の収容部の開口部に嵌め込まれ、前記管路の他方の端部と前記第２の可動部との間に配置された第２の蓋部と、
を備え、
前記第１の蓋部は、前記管路と前記第１の可動部とを連通する貫通部を有し、
前記第２の蓋部は、前記管路と前記第２の可動部とを連通する貫通部を有することが好ましい。

本開示によれば、動作補助装置の単純化と小型化との両立を実現することができる。

実施の形態１の動作補助装置を示す図である。図１のII－II矢視断面図である。実施の形態１の動作補助装置の制御系を示すブロック図である。実施の形態１の動作補助装置をユーザの患脚に装着した状態を示す図である。実施の形態２の動作補助装置を示す図である。実施の形態３の動作補助装置における電磁石周辺を示す図である。実施の形態４の動作補助装置を示す図である。実施の形態５の動作補助装置を示す図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の動作補助装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の動作補助装置を示す図である。図２は、図１のII－II矢視断面図である。図３は、本実施の形態の動作補助装置の制御系を示すブロック図である。

なお、以下の説明では、説明を明確にするために、直交座標系（ＸＹＺ座標系）を用いて、図１に示すように、第１のリンク２と第２のリンク３とが真っ直ぐに配置された状態での動作補助装置１の構成を説明する。

動作補助装置１は、例えば、図１乃至図３に示すように、第１のリンク２、第２のリンク３、管路４、電磁石５、第１の可動部６、第２の可動部７、磁性流体８、伝達部９、及び制御部１０を備えている。第１のリンク２は、例えば、ＹＺ平面と略平行な平板形状であり、第１の部分２ａ及び第２の部分２ｂを備えている。

第１の部分２ａは、例えば、Ｘ軸方向から見て、Ｚ軸方向に長手を有する略矩形状である。第２の部分２ｂは、第１の部分２ａに対してＺ軸－側に配置されており、第２の部分２ｂのＹ軸方向の幅寸法が第１の部分２ａのＹ軸方向の幅寸法に対して広い。第２の部分２ｂは、例えば、Ｘ軸方向から見て略矩形状を基本形態としており、第２の部分２ｂのＺ軸＋側の両角部が切り欠かれているとよい。

第２のリンク３は、図１及び図２に示すように、第１のリンク２に対してＸ軸－側に配置されている。第２のリンク３は、例えば、ＹＺ平面と略平行な平板形状であり、Ｘ軸方向から見て、Ｚ軸方向に長手を有する略矩形状である。第２のリンク３のＺ軸＋側の端部は、第１のリンク２のＺ軸－側の端部に回転軸１１を介して相対的に回転可能に連結されている。

回転軸１１は、図２に示すように、第２のリンク３のＺ軸＋側の端部からＸ軸＋側に突出している。そして、回転軸１１は、第１のリンク２のＺ軸－側の端部に形成された貫通部２ｃに通されている。

これにより、第１のリンク２と第２のリンク３とは、相対的に回転可能な構成とされている。このとき、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転角度は、第１のリンク２に対する回転軸１１の回転角度を検出可能に当該第１のリンク２に設けられたエンコーダ１２（図３を参照）によって検出することができる。

管路４は、例えば、図１に示すように、Ｘ軸方向から見て略逆Ｕ字形状である。そして、管路４の両端部は、例えば、図２に示すように、固定治具１３を介して第１のリンク２の第２の部分２ｂのＸ軸＋側の面に固定されている。

ここで、管路４において、後述するように電磁石５で覆われる部分が金属などの透磁性材料で構成されているとよく、その他の部分の材質は問わず、金属や樹脂などによって構成することができる。

電磁石５は、図１及び図２に示すように、管路４の少なくとも一部を覆うように第１のリンク２の第２の部分２ｂのＸ軸＋側の面に固定されている。電磁石５は、鉄心５１及びコイル５２を備えている。

鉄心５１は、例えば、図２に示すように、Ｙ軸方向から見て略Ｃ字形状であり、鉄心５１のＸ軸＋側の開口部で管路４を挟み込んだ状態でＹ軸方向に延在している。コイル５２は、鉄心５１を囲むように配置されている。

但し、電磁石５は、後述するように管路４内を流れる磁性流体８に磁場を印加することができれば、電磁石５の構成や配置は限定されない。なお、図１などでは、コイル５２を簡略化して示している。

第１の可動部６は、図１に示すように、管路４と連通するように当該管路４のＹ軸＋側の端部に接続されている。第１の可動部６は、例えば、樹脂製のベローズで構成されており、第１の可動部６の内部に磁性流体８を収容する収容部を備えている。

つまり、第１の可動部６は、伸縮可能な有底筒形状である。第１の可動部６は、Ｚ軸方向に伸縮可能に配置されており、第１の可動部６のＺ軸＋側の開口端が管路４のＹ軸＋側の端部と接続されている。

第２の可動部７は、図１に示すように、管路４と連通するように当該管路４のＹ軸－側の端部に接続されている。第２の可動部７は、例えば、樹脂製のベローズで構成されており、第２の可動部７の内部に磁性流体８を収容する収容部を備えている。

つまり、第２の可動部７も、伸縮可能な有底筒形状である。第２の可動部７は、Ｚ軸方向に伸縮可能に配置されており、第２の可動部７のＺ軸＋側の開口端が管路４のＹ軸－側の端部と接続されている。

これにより、管路４と、第１の可動部６と、第２の可動部７と、で略密閉空間が形成されている。なお、第１の可動部６及び第２の可動部７は、Ｚ軸方向で変形又は変位することで、第１の可動部６及び第２の可動部７の内部の容積が相対的に変化する構成であればよく、例えば、袋体などで構成してもよい。

磁性流体８は、一般的なＭＲ（Magneto Rheological）流体と同様に、溶媒に磁性粒子を分散させた液体である。磁性流体８は、管路４と、第１の可動部６と、第２の可動部７と、で形成された略密閉空間に充填されている。

伝達部９は、第１のリンク２と第２のリンク３との相対的な回転を第１の可動部６と第２の可動部７とのＺ軸方向の相対位置の変化に変換して伝達する。伝達部９は、例えば、図１に示すように、第１の収容部９１、第２の収容部９２、ピニオン９３、第１のラック９４及び第２のラック９５を備えている。ここで、図１では、ピニオン９３、第１のラック９４及び第２のラック９５を簡略化して示している。

第１の収容部９１は、回転軸１１に対してＹ軸＋側に配置されている。第１の収容部９１は、有底筒形状であり、第１の収容部９１のＺ軸＋側の端部に開口部を備えている。つまり、第１の収容部９１は、Ｚ軸方向に貫通する筒状部９１ａ、及び筒状部９１ａのＺ軸－側の端部を塞ぐ底部９１ｂを備えている。

第１の収容部９１は、図２に示すように、スライダ９６を介してＺ軸方向に摺動可能に第１のリンク２の第２の部分２ｂのＸ軸＋側の面に接続されている。このような第１の収容部９１の内部には、第１の可動部６が収容されており、第１の可動部６のＺ軸－側の端部が第１の収容部９１の底部９１ｂに接続されている。

このとき、詳細な機能は後述するが、管路４のＹ軸＋側の端部と第１の可動部６との間に配置された第１の蓋部１４が第１の収容部９１に挿入されているとよい。詳細には、第１の蓋部１４は、第１の収容部９１の筒状部９１ａの内形と略等しい周形状を有する柱形状を基本形態としており、第１の蓋部１４をＺ軸方向に貫通する貫通部を備えている。

そして、第１の蓋部１４のＺ軸＋側の端部に管路４のＹ軸＋側の端部が接続され、第１の蓋部１４のＺ軸－側の端部に第１の可動部６のＺ軸＋側の開口端が接続された状態で、第１の蓋部１４が第１の収容部９１の筒状部９１ａに挿入されている。このとき、第１の蓋部１４は、固定治具１３を介して第１のリンク２の第２の部分２ｂに固定されている。

これにより、第１の蓋部１４が第１の収容部９１の開口部を塞いで略密閉空間を形成しつつ、第１の収容部９１が第１の蓋部１４に対して摺動可能に、第１の蓋部１４と第１の収容部９１とが嵌め合わされている。そして、第１の蓋部１４を介して管路４と第１の可動部６とが連通している。

第２の収容部９２は、回転軸１１に対してＹ軸－側に配置されている。第２の収容部９２は、有底筒形状であり、第２の収容部９２のＺ軸＋側の端部に開口部を備えている。つまり、第２の収容部９２は、Ｚ軸方向に貫通する筒状部９２ａ、及び筒状部９２ａのＺ軸－側の端部を塞ぐ底部９２ｂを備えている。

第２の収容部９２は、スライダ（図示を省略）を介してＺ軸方向に摺動可能に第１のリンク２の第２の部分２ｂのＸ軸＋側の面に接続されている。このような第２の収容部９２の内部には、図１に示すように、第２の可動部７が収容されており、第２の可動部７のＺ軸－側の端部が第２の収容部９２の底部９２ｂに接続されている。

このとき、詳細な機能は後述するが、管路４のＹ軸＋側の端部と第２の可動部７との間に配置された第２の蓋部１５が第２の収容部９２に挿入されているとよい。詳細には、第２の蓋部１５は、第２の収容部９２の筒状部９２ａの内形と略等しい周形状を有する柱形状を基本形態としており、第２の蓋部１５をＺ軸方向に貫通する貫通部を備えている。

そして、第２の蓋部１５のＺ軸＋側の端部に管路４のＹ軸－側の端部が接続され、第２の蓋部１５のＺ軸－側の端部に第２の可動部７のＺ軸＋側の開口端が接続された状態で、第２の蓋部１５が第２の収容部９２の筒状部９２ａに挿入されている。このとき、第２の蓋部１５は、固定治具１３を介して第１のリンク２の第２の部分２ｂに固定されている。

これにより、第２の蓋部１５が第２の収容部９２の開口部を塞いで略密閉空間を形成しつつ、第２の収容部９２が第２の蓋部１５に対して摺動可能に第２の蓋部１５と第２の収容部９２とが嵌め合わされている。そして、第２の蓋部１５を介して管路４と第２の可動部７とが連通している。

ピニオン９３は、図１及び図２に示すように、回転軸１１に固定されている。第１のラック９４は、第１の収容部９１の筒状部９１ａに固定されており、Ｚ軸方向に延在している。第１のラック９４は、ピニオン９３と噛み合わされている。第２のラック９５は、第２の収容部９２の筒状部９２ａに固定されており、Ｚ軸方向に延在している。第２のラック９５は、ピニオン９３と噛み合わされている。

このような伝達部９は、ユーザが患脚を伸展又は屈曲させた際に各要素が干渉すること無く、動作できるように配置されていればよい。

制御部１０は、電磁石５を制御する。詳細には、制御部１０は、例えば、エンコーダ１２の検出信号に基づいて、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転角度から求められる値が予め設定された閾値を超える（即ち、当該値が閾値より大きくなる、又は当該値が閾値より小さくなる）と、電磁石５のコイル５２に電源１６から電圧を印加する。一方、制御部１０は、例えば、後述するようにユーザの患脚に動作補助装置１が装着された状態で当該患脚の着地を検出するセンサの検出結果に基づいて、患脚が遊脚状態であることを検出すると、電磁石５のコイル５２への電圧の印加を停止するとよい。

次に、本実施の形態の動作補助装置１をユーザに装着した状態を説明する。図４は、本実施の形態の動作補助装置をユーザの患脚に装着した状態を示す図である。図４に示すように、例えば、片麻痺患者などのユーザが歩行訓練を実施する際に、ユーザの患脚Ｌに動作補助装置１を宛がって、第１のリンク２をベルトなどの第１の固定手段１７を介して患脚Ｌの大腿に固定し、第２のリンク３をベルトなどの第２の固定手段１８を介して患脚Ｌの下腿に固定する。

これにより、動作補助装置１をユーザの患脚Ｌに装着することができる。このとき、第１のリンク２と第２のリンク３とが真っ直ぐに配置された状態で、動作補助装置１のＺ軸＋側が患脚Ｌの付け根側であり、動作補助装置１のＺ軸－側が患脚Ｌの踵側である。

次に、本実施の形態の動作補助装置１の動作を説明する。制御部１０が電源１６を介して電磁石５のコイル５２に電圧を印加しない場合、図１及び図４に示すように、管路４と、第１の可動部６と、第２の可動部７と、で形成する略密閉空間内で磁性流体８の流れが規制されず、ユーザは抵抗なく患脚Ｌを屈曲することができる。

このとき、第１のリンク２に対して第２のリンク３が矢印Ａ方向に回転するのに伴って、ピニオン９３が回転して第２のラック９５を介して第２の収容部９２が患脚Ｌの付け根側に移動すると共に、第１のラック９４を介して第１の収容部９１が患脚Ｌの踵側に移動する。これにより、第２の可動部７が収縮すると共に、第１の可動部６が伸長し、磁性流体８が第２の可動部７から管路４を介して第１の可動部６に移動する。

逆に、第１のリンク２に対して第２のリンク３が矢印Ｂ方向に回転するのに伴って、ピニオン９３が回転して第２のラック９５を介して第２の収容部９２が患脚Ｌの踵側に移動すると共に、第１のラック９４を介して第１の収容部９１が患脚Ｌの付け根側に移動する。これにより、第１の可動部６が収縮すると共に、第２の可動部７が伸長し、磁性流体８が第１の可動部６から管路４を介して第２の可動部７に移動する。

一方、制御部１０が電源１６を介して電磁石５のコイル５２に電圧を印加した場合、管路４における電磁石５周辺の部分の磁性流体８の粘性が上昇し、管路４と、第１の可動部６と、第２の可動部７と、で形成する略密閉空間内での磁性流体８の流れが規制される。このとき、動作補助装置１は、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転に対して抗力を発生し、それに伴い、患脚Ｌの屈曲が規制される。

このように本実施の形態の動作補助装置１は、磁性流体８に磁場を印加して第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転に対して抗力を発生させる構成である。そのため、本実施の形態の動作補助装置１は、一般的な動作補助装置に比べて、簡易な構成であり、単純化と小型化との両立を実現することができる。

しかも、本実施の形態の動作補助装置１において、第１の可動部６が第１の蓋部１４と第１の収容部９１とで形成された略密閉空間に収容されていると共に、第２の可動部７が第２の蓋部１５と第２の収容部９２とで形成された略密閉空間に収容されているので、第１の可動部６又は第２の可動部７が損傷しても動作補助装置１の外部に磁性流体８が漏れ出すことを抑制できる。

また、本実施の形態の動作補助装置１において、管路４における電磁石５で覆われている部分の少なくとも一部が透磁性材料で形成されている場合、管路４が透磁性材料で形成されていない場合に比べて、電磁石５に電圧を印加した際の磁性流体８の磁性密度を高くすることができる。そのため、管路４が透磁性材料で形成されていない場合に比べて、電磁石５を小型化することができる。

＜実施の形態２＞
図５は、本実施の形態の動作補助装置を示す図である。本実施の形態の動作補助装置１０１は、実施の形態１の動作補助装置１と略同様の構成とされているが、図５に示すように、ピニオン９３の回転を第１の収容部９１のみに伝達する構成とされている。

これにより、図５に示すように、第１の収容部９１と第２の収容部９２とをＹ軸方向で回転軸１１を挟んで配置する必要がなく、動作補助装置１のＹ軸方向の幅寸法を小型化することができる。

なお、本実施の形態では、図５に示すように、ピニオン９３の回転を第１の収容部９１のみに伝達しているが、ピニオン９３の回転を第２の収容部９２のみに伝達してもよい。また、本実施の形態では、第２の可動部７や第２の収容部９２などを第１のリンク２に設けているが、第２の可動部７や第２の収容部９２などを第２のリンク３に設けてもよい。

＜実施の形態３＞
図６は、本実施の形態の動作補助装置における電磁石周辺を示す図である。本実施の形態の動作補助装置は、実施の形態１の動作補助装置１と略同様の構成とされているが、図６に示すように、管路４にクランク部４ａが形成されており、当該クランク部４ａの少なくとも一部が電磁石５で覆われている。

このように、管路４にクランク部４ａが形成されている場合、図６に示すように、磁性流体８の流れと略平行に磁束を作用させることができ、管路４にクランク部４ａが形成されていない場合に比べて、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転に対して大きな抗力を発生させることができる。ちなみに、図６の太い矢印は、電磁石５によって発生する磁束を示している。

＜実施の形態４＞
図７は、本実施の形態の動作補助装置を示す図である。なお、図７は、第１のリンク２、第２のリンク３、及び伝達部９の一部などを省略して簡略化している。本実施の形態の動作補助装置４０１は、実施の形態１の動作補助装置１と略等しい構成とされているが、図７に示すように、管路４と並列にバイパス路４０２が接続されている。

バイパス路４０２には、逆止弁４０３が設けられている。逆止弁４０３は、例えば、第１の可動部６から第２の可動部７への磁性流体８の流れを許容し、第２の可動部７から第１の可動部６への磁性流体８の流れを遮断するように、バイパス路４０２に設けられている。

これにより、電磁石５に電圧が印加されて管路４内での磁性流体８の流れが規制されている場合でも、バイパス路４０２を介して磁性流体８を第１の可動部６から第２の可動部７に流すことができる。そのため、患脚Ｌの膝折れを抑制しつつ、患脚Ｌの伸展を許容することができる。

但し、動作補助の内容に次第では本実施の形態の逆止弁４０３は、第１の可動部６から第２の可動部７への磁性流体８の流れを遮断し、第２の可動部７から第１の可動部６への磁性流体８の流れを許容するように、バイパス路４０２に設けられてもよい。

＜実施の形態５＞
図８は、本実施の形態の動作補助装置を示す図である。本実施の形態の動作補助装置５０１は、実施の形態１の動作補助装置１と略等しい構成とされているが、図８に示すように、伝達部５０２の構成が異なる。

なお、以下の説明では、説明を明確にするために、直交座標系（ＸＹＺ座標系）を用いて、図８に示すように、第１のリンク２と第２のリンク３とが真っ直ぐに配置された状態での動作補助装置５０１の構成を説明する。

本実施の形態の動作補助装置５０１では、実施の形態１の第１のリンク２の第２の部分２ｂに対して、第１のリンク２の第２の部分２ｂのＺ軸方向の長さが長く、第２のリンク３が第１のリンク２に対してＸ軸＋側に配置されている。

そして、第２のリンク３のＺ軸＋側の端部から回転軸１１がＸ軸－側に突出し、第１のリンク２のＺ軸－側の端部に形成された貫通部に通されている。このとき、回転軸１１は、第１の収容部９１及び第２の収容部９２に対してＺ軸－側に配置されている。

伝達部５０２は、アーム５０３、第１のロッド５０４及び第２のロッド５０５を備えている。アーム５０３は、ＹＺ平面と略平行な平板形状であり、Ｘ軸方向から見て、Ｙ軸方向に長手を有する略矩形状である。

アーム５０３は、第２のリンク３のＺ軸＋側の端部に固定されている。このとき、アーム５０３における回転軸１１からＹ軸＋側に突出する突出量と、アーム５０３における回転軸１１からＹ軸－側に突出する突出量と、は略等しい。

第１のロッド５０４は、例えば、棒形状であり、アーム５０３のＹ軸＋側の端部と第１の収容部９１の底部９１ｂとを接続する。つまり、第１のロッド５０４のＺ軸＋側の端部が第１の収容部９１の底部９１ｂに回転可能に接続され、第１のロッド５０４のＺ軸－側の端部がアーム５０３のＹ軸＋側の端部に回転可能に接続されている。

第２のロッド５０５は、例えば、第１のロッド５０４と略等しい長さを有する棒形状であり、アーム５０３のＹ軸－側の端部と第２の収容部９２の底部９２ｂとを接続する。つまり、第２のロッド５０５のＺ軸＋側の端部が第２の収容部９２の底部９２ｂに回転可能に接続され、第２のロッド５０５のＺ軸－側の端部がアーム５０３のＹ軸－側の端部に回転可能に接続されている。

このようなリンク構造の伝達部５０２を用いても、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転を第１の収容部９１及び第２の収容部９２を介して、第１の可動部６及び第２の可動部７のＺ軸方向の相対位置の変化に変換して、第１の可動部６及び第２の可動部７に伝達することができる。

なお、本実施の形態では、第１の収容部９１と第２の収容部９２とがＹ軸方向に並ぶように配置されているが、第１の収容部９１と第２の収容部９２とがＸ軸方向に並ぶように配置されても同様に実施することができる。このとき、回転軸１１をエンジンのクランク軸のように機能させ、第１のロッド５０４及び第２のロッド５０５をエンジンのコンロッドのように機能させるとよい。

本開示は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

例えば、第１の可動部を第１の収容部９１で構成し、第２の可動部を第２の収容部９２で構成してもよい。このとき、管路４と、第１の収容部９１と、第１の蓋部１４と、第２の収容部９２と、第２の蓋部１５と、で略密閉空間を形成し、当該略密閉空間に磁性流体８を充填するとよい。

例えば、伝達部は、第１のリンク２と第２のリンク３とが回転軸１１で連結された状態で、第１のリンク２と第２のリンク３との相対的な回転を第１の可動部と第２の可動部との相対位置の変化に変換して、第１の可動部及び第２の可動部に伝達可能な構成であればよい。

例えば、上記実施の形態では、第１の蓋部１４と第１の収容部９１とで略密閉空間を形成すると共に、第２の蓋部１５と第２の収容部９２とで略密閉空間を形成しているが、必ずしも略密閉空間を形成している必要はない。例えば、第１の蓋部１４及び第２の蓋部１５を省略してもよい。

例えば、上記実施の形態１などでは、管路４の全長に亘って太さが略等しいが、管路４の一部の内径を絞ってもよい。このとき、管路４の内径を絞った部分は、電磁石５で覆われる部分であるとよい。これにより、磁性流体８の磁束密度を高く保つことができる。

例えば、上記実施の形態では、ユーザの患脚Ｌに装着する例を説明したが、ユーザの腕に装着してもよい。

例えば、第１のリンク２に対する第２のリンク３の回転角度が予め設定された閾値を超えると、電磁石５のコイル５２に電圧を印加する場合に限らず、地面に対する第１のリンク２の傾き角度や患脚Ｌの着地を検出するセンサの検出結果などに基づいて、電磁石５のコイル５２に電圧を印加してもよい。つまり、ユーザに動作補助装置が装着された状態で、ユーザの関節部の所定の動作が規制されるように、電磁石５のコイル５２に電圧を印加できればよい。

例えば、ユーザの患脚の着地を検出するセンサの検出結果に基づいて、患脚が遊脚状態であることを検出すると、電磁石５のコイル５２への電圧の印加を停止する場合に限らず、ユーザの所望のタイミングで、電磁石５のコイル５２への電圧の印加を停止できればよい。例えば、電磁石５のコイル５２に電圧が印加されてから予め設定された時間が経過すると、電磁石５のコイル５２への電圧の印加を停止してもよい。

１動作補助装置
２第１のリンク、２ａ第１の部分、２ｂ第２の部分、２ｃ貫通部
３第２のリンク
４管路、４ａクランク部
５電磁石
５１鉄心、５２コイル
６第１の可動部
７第２の可動部
８磁性流体
９伝達部
９１第１の収容部、９１ａ筒状部、９１ｂ底部
９２第２の収容部、９２ａ筒状部、９２ｂ底部
９３ピニオン
９４第１のラック
９５第２のラック
９６スライダ
１０制御部
１１回転軸
１２エンコーダ
１３固定治具
１４第１の蓋部
１５第２の蓋部
１６電源
１７第１の固定手段
１８第２の固定手段
１０１動作補助装置
４０１動作補助装置
４０２バイパス路
４０３逆止弁
５０１動作補助装置
５０２伝達部
５０３アーム
５０４第１のロッド
５０５第２のロッド
Ｌ患脚

Claims

ユーザの関節部に装着される動作補助装置であって、
前記ユーザの脚の大腿に固定される第１のリンクと、
前記ユーザの脚の下腿に固定され、前記第１のリンクと回転軸を介して回転可能に連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクに固定された管路と、
前記管路の少なくとも一部を覆うように配置された電磁石と、
前記管路と連通するように当該管路の一方の端部に接続され、磁性流体を収容する収容部を有する第１の可動部と、
前記管路と連通するように当該管路の他方の端部に接続され、前記磁性流体を収容する収容部を有する第２の可動部と、
前記管路と、前記第１の可動部と、前記第２の可動部と、で形成された密閉空間内に充填された前記磁性流体と、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの相対的な回転を前記第１の可動部と前記第２の可動部との相対位置の変化に変換して伝達する伝達部と、
前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転角度を検出するエンコーダと、
前記エンコーダの検出信号に基づいて、前記電磁石を制御する制御部と、
を備え、
前記伝達部は、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第１の収容部と、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第２の収容部と、
前記回転軸に固定されたピニオンと、
前記ピニオンと噛み合わされ、前記第１の収容部に固定された第１のラックと、
を有し、
前記第１の可動部が前記第１の収容部の内部に収容された状態で、前記第１の可動部の先端部が前記第１の収容部の底部に接続され、
前記第２の可動部が前記第２の収容部の内部に収容された状態で、前記第２の可動部の先端部が前記第２の収容部の底部に接続され、
前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転角度から求められる値が予め設定された閾値を超える場合、前記制御部は、前記電磁石に電圧を印加して、前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転に対して抗力を発生させ、前記ユーザの脚の屈曲を規制する、動作補助装置。
前記管路における前記電磁石で覆われた部分は、透磁性材料で形成されている、請求項１に記載の動作補助装置。
前記管路は、クランク部を備え、
前記電磁石は、前記クランク部の少なくとも一部を覆うように配置されている、請求項１又は２に記載の動作補助装置。
前記管路と並列に接続されたバイパス路と、
前記バイパス路に設けられた逆止弁と、
を備える、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の動作補助装置。
前記ピニオンと噛み合わされ、前記第２の収容部に固定された第２のラックを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の動作補助装置。
前記第１の収容部と相対的に変位可能に当該第１の収容部の開口部に嵌め込まれ、前記管路の一方の端部と前記第１の可動部との間に配置された第１の蓋部と、
前記第２の収容部と相対的に変位可能に当該第２の収容部の開口部に嵌め込まれ、前記管路の他方の端部と前記第２の可動部との間に配置された第２の蓋部と、
を備え、
前記第１の蓋部は、前記管路と前記第１の可動部とを連通する貫通部を有し、
前記第２の蓋部は、前記管路と前記第２の可動部とを連通する貫通部を有する、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の動作補助装置。
ユーザの関節部に装着される動作補助装置であって、
前記ユーザの脚の大腿に固定される第１のリンクと、
前記ユーザの脚の下腿に固定され、前記第１のリンクと回転軸を介して回転可能に連結された第２のリンクと、
前記第１のリンクに固定された管路と、
前記管路の少なくとも一部を覆うように配置された電磁石と、
前記管路と連通するように当該管路の一方の端部に接続され、磁性流体を収容する収容部を有する第１の可動部と、
前記管路と連通するように当該管路の他方の端部に接続され、前記磁性流体を収容する収容部を有する第２の可動部と、
前記管路と、前記第１の可動部と、前記第２の可動部と、で形成された密閉空間内に充填された前記磁性流体と、
前記第１のリンクと前記第２のリンクとの相対的な回転を前記第１の可動部と前記第２の可動部との相対位置の変化に変換して伝達する伝達部と、
前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転角度を検出するエンコーダと、
前記エンコーダの検出信号に基づいて、前記電磁石を制御する制御部と、
を備え、
前記伝達部は、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第１の収容部と、
前記第１のリンクに摺動可能に接続された、有底筒形状の第２の収容部と、
前記第２のリンクに固定されたアーム部と、
前記アーム部の一方の端部と前記第１の収容部とを接続する第１のロッドと、
前記アーム部の他方の端部と前記第２の収容部とを接続する第２のロッドと、
を有し、
前記第１の可動部が前記第１の収容部の内部に収容された状態で、前記第１の可動部の先端部が前記第１の収容部の底部に接続され、
前記第２の可動部が前記第２の収容部の内部に収容された状態で、前記第２の可動部の先端部が前記第２の収容部の底部に接続され、
前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転角度から求められる値が予め設定された閾値を超える場合、前記制御部は、前記電磁石に電圧を印加して、前記第１のリンクに対する前記第２のリンクの回転に対して抗力を発生させ、前記ユーザの脚の屈曲を規制する、動作補助装置。