JPWO2004087033A1 - 着用形関節駆動装置 - Google Patents

Abstract

着用形関節駆動装置においては、複数のフレーム体が、被着用体の外面に接触するように被着用体に装着される。フレーム体間には、流体圧式アクチュエータが取り付けられる。流体圧式アクチュエータは、膨張収縮体と、膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とを有している。流体圧式アクチュエータは、膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小されて駆動力を発生する。フレーム体は、所定の剛性を有している。

Description

この発明は、人体等に着用させて関節部に運動を行わせる着用形関節駆動装置に関するものである。

人体に着用させて関節部に運動を行わせる着用形関節駆動装置が特開２００２−１０３２７０号公報に開示されている。この従来の着用形関節駆動装置では、人体に着用する衣服に、空気を供給することにより長さが縮小されて駆動力を発生する複数の空気圧式アクチュエータが取り付けられている。即ち、前記装置は、空気圧式アクチュエータの長さを縮小することにより、衣服に形成されたリンク体間に収縮力を作用させ、これにより人体の関節部を駆動するものである。
しかし、前記従来の着用形関節駆動装置においては、布等のフレキシブルな材料で構成された衣服のリンク体に空気圧式アクチュエータからの力が作用するため、衣服に皺や弛みが生じたり、人体に対して衣服がずれてしまったりすることにより、空気圧式アクチュエータの動作量が適切に人体に伝達されず、実使用において十分な動作量及び駆動力が得られない可能性がある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、駆動力の伝達効率を向上させることができ、動作量及び駆動力を大きくすることができる着用形関節駆動装置を得ることを目的とする。
この発明による着用形関節駆動装置は、複数の被着用体と、これらの被着用体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有する被駆動体に着用し、関節部を駆動する着用形関節駆動装置であって、被着用体の外面に接触するように被着用体に装着される所定の剛性を有した複数のフレーム体、流体が供給・排出されることにより膨張・収縮する膨張収縮体と、膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とを有し、かつフレーム体間に取り付けられ、膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小して駆動力を発生する少なくとも１つの流体圧式アクチュエータ、及び流体圧式アクチュエータへの流体の給排を制御する制御ユニットを備えている。
また、この発明による着用形関節駆動装置は、第１及び第２被着用体と、第１及び第２被着用体間を回動可能に連結する関節部とを有する被駆動体に着用させ、関節部を駆動する着用形関節駆動装置であって、第１被着用体に装着される第１フレーム体、第２被着用体に装着される第２フレーム体、第１フレーム体に回動可能に接続されている回動補助部材、第１フレーム体及び回動補助部材の少なくともいずれか一方と第２フレーム体との間に設けられ、第１フレーム体に対して第２フレーム体を回動させる第２フレーム体用アクチュエータ、及び第１フレーム体と回動補助部材との間に設けられ、第１フレーム体に対して回動補助部材を回動させる補助部材用アクチュエータを備え、第２フレーム体用アクチュエータ及び補助部材用アクチュエータは、流体が供給・排出されることにより膨張・収縮する膨張収縮体と、膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とをそれぞれ有し、膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小されて駆動力を発生する流体圧式アクチュエータであり、第２フレーム体は、第２フレーム体用アクチュエータの駆動力により第１フレーム体に対して第１位置から第２位置まで回動され、第２フレーム体が第２位置にある状態で補助部材用アクチュエータを駆動することにより、第２フレーム体が回動補助部材とともに回動され、これにより第２フレーム体は、第１位置に対する角度が第２位置よりも大きい第３位置まで回動される。

図１はこの発明の実施の形態１による着用形関節駆動装置を示す正面図、
図２は図１のアクチュエータを示す側面図、
図３は図１のアクチュエータの膨張状態を示す側面図、
図４は図１の着用形関節駆動装置を示すブロック図、
図５は図１の上腕フレームを第２位置まで回動させた状態を示す正面図、
図６は図５の上腕フレームを第３位置まで回動させた状態を示す正面図、
図７ａはこの発明の実施の形態２による着用形関節駆動装置を示す側面図、
図７ｂは図７ａのＡ−Ａ断面図、
図７ｃは図７ｂのフレーム用チューブに空気が供給された状態を示す断面図、
図８は図７ａの着用形関節駆動装置を示すブロック図、
図９はこの発明の実施の形態３による着用形関節駆動装置を示す正面側右斜め方向からの斜視図、
図１０は図９の着用形関節駆動装置を示す正面側左斜め方向からの斜視図、
図１１は図９の着用形関節駆動装置を示す背面側左斜め方向からの斜視図
図１２は図９の着用形関節駆動装置の左腕側のフレーム構造を示す分解斜視図、
図１３は図９のジョイント部を示す斜視図、
図１４はこの発明の実施の形態４による着用形関節駆動装置の体幹フレームを示す斜視図である。

以下、この発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による着用形関節駆動装置を示す正面図である。この例では、人体の上体に着用させ、片腕の肩関節部及び肘関節部を駆動するタイプの装置を示している。また、この例における被駆動体は人体の一部であり、体幹（胴体）は第１被着用体、上腕は第２被着用体、前腕は第３被着用体である。胴体と上腕とは肩関節部で連結され、上腕と前腕とは肘関節部で連結されている。
図において、体幹には、第１フレーム体としての体幹フレーム１が着用される。体幹フレーム１には、腕を通すための袖口１ａが設けられている。また、体幹フレーム１内には、体幹に対する体幹フレーム１の動きを防止する固定ベルト（図示せず）が設けられている。
上腕には、第２フレーム体としての上腕フレーム２が着用される。即ち、筒状の上腕フレーム２に上腕が挿通される。上腕フレーム２は、接続部３で体幹フレーム１に回動可能に接続されている。体幹フレーム１には、回動補助部材としての肩フレーム４が接続部５を介して回動可能に接続されている。接続部３，５は、互いに間隔をおいて配置されている。即ち、上腕フレーム２及び肩フレーム４のそれぞれの回動中心の位置は、互いにずらされている。
前腕には、前腕フレーム６が着用されている。即ち、筒状の前腕フレーム６に前腕が挿通される。体幹フレーム１、上腕フレーム２及び前腕フレーム６は、それぞれ体幹、上腕及び前腕の外面に接触するように装着される。また、体幹フレーム１、上腕フレーム２、肩フレーム４及び前腕フレーム６は、人体に対して非装着状態でも装着状態と同様の動作が可能な所定の剛性を有している。具体的には、フレーム１，２，４，６として、硬質の樹脂又はスポンジを布で覆って構成された非金属製ソフトフレームが用いられている。
体幹フレーム１と上腕フレーム２との間には、体幹フレーム１に対して上腕フレーム２を回動させる第２フレーム体用アクチュエータとしてのチューブ状の第１アクチュエータ７が設けられている。第１アクチュエータ７の両端部は、体幹フレーム１の他の肩部と上腕フレーム２の肘関節近傍とにそれぞれ固定されている。
肩フレーム４と上腕フレーム２との間には、上腕フレーム２を肩フレーム４に引き付ける第２フレーム体用アクチュエータとしてのチューブ状の第２アクチュエータ８が設けられている。第２アクチュエータ８の両端部は、肩フレーム４の肩部近傍と上腕フレーム２の肘関節近傍とにそれぞれ固定されている。肩フレーム４には、第１及び第２アクチュエータ７，８が挿通されたガイド部（ガイド穴）４ａが設けられている。
体幹フレーム１と肩フレーム４との間には、体幹フレーム１に対して肩フレーム４を回動させる補助部材用アクチュエータとしてのチューブ状の第３アクチュエータ９が設けられている。第３アクチュエータ９の両端部は、体幹フレーム１の他の肩部と肩フレーム４の先端近傍とに固定されている。
上腕フレーム２と前腕フレーム６との間には、上腕フレーム２に対して前腕フレーム６を回動させるチューブ状の第４及び第５アクチュエータ１０，１１が設けられている。第４及び第５アクチュエータ１０，１１の両端部は、それぞれ上腕フレーム２の肘関節近傍と前腕フレーム６の肘関節近傍及び前腕フレーム６の先端近傍とに固定されている。
なお、フレーム１，２，４，６には、各関節部を動かしたい方向や必要とする駆動力に応じて、上記の他にも複数のアクチュエータを装着することができるが、ここでは簡単のため第１ないし第５アクチュエータ７〜１１のみを示している。
図２は図１のアクチュエータ７〜１１を示す側面図、図３は図１のアクチュエータ７〜１１の膨張状態を示す側面図である。図１では、第１ないし第５アクチュエータ７〜１１を単なる曲線として示したが、各アクチュエータ７〜１１はそれぞれ図２及び図３に示すような構成を有している。また、図２及び図３では、内部構造を示すために、メッシュスリーブの一部を破断して示している。
図において、第１ないし第５アクチュエータ７〜１１としては、流体圧式アクチュエータである空気圧式アクチュエータが用いられている。膨張収縮体としてのインナチューブ１２の長さ方向の一端部には、インナチューブ１２内に対して流体である空気を供給・排出するための給排管１５が接続されている。インナチューブ１２の長さ方向の他端部には、ブッシュ（図示せず）が挿入されて気密に閉じられている。インナチューブ１２は、例えばシリコンゴムやブチルゴム等の弾性体により構成されている。
インナチューブ１２の外周は、網状の被覆体であるメッシュスリーブ１３により覆われている。メッシュスリーブ１３は、例えば伸縮性を持たないナイロン又はポリエステル繊維等の高張力繊維等のフィラメント（線材）により構成されている。メッシュスリーブ１３の網目においては、メッシュスリーブ１３の長さ方向に対してクロスするように繊維が編み込まれている。メッシュスリーブ１３の長さ方向の両端部は、締め付け具１４ａ，１４ｂにより締め付けられており、これによりインナチューブ１２の両端部に対して固定されている。
インナチューブ１２は、内部に空気が供給されることにより膨張する。このとき、メッシュスリーブ１３を構成するフィラメントは伸縮性を持たないため、インナチューブ１２の膨張はアクチュエータ全体の長さの縮小に変換される。即ち、アクチュエータ７〜１１は、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、アクチュエータ７〜１１は駆動力（引張力）を発生する。
次に、図４は図１の着用形関節駆動装置の駆動制御部の構成を示すブロック図である。アクチュエータ７〜１１には、例えば小形エアコンプレッサからなる圧縮空気供給部１６から空気が供給される。圧縮空気供給部１６からアクチュエータ７〜１１へ供給される空気の圧力は、１台又は複数台の圧力制御器１７により調節される。また、アクチュエータ７〜１１への空気の供給は、出力選択器１８により選択的に又は並列的に行われる。圧縮空気供給部１６、圧力制御器１７及び出力選択器１８は、制御コンピュータ１９により制御される。制御ユニットは、圧力制御器１７及び出力選択器１８を有している。
次に、動作について説明する。第１及び第２アクチュエータ７，８に空気が供給されることにより、第１及び第２アクチュエータ７，８の長さが縮小され、図５に示すように、上腕フレーム２が持ち上げられる。この状態から、第３アクチュエータ９に空気が供給されることにより、図６に示すように、上腕フレーム２が肩フレーム４とともにさらに持ち上げられる。
即ち、上腕フレーム２は、第１及び第２アクチュエータ７，８の駆動力により体幹フレーム１に対して第１位置（図１）から第２位置（図５）まで回動される。そして、上腕フレーム２が第２位置（図５）にある状態で第３アクチュエータ９を駆動することにより、上腕フレーム２が肩フレーム４とともに回動される。これにより、上腕フレーム２は、第１位置（図１）に対する角度が第２位置（図５）よりも大きい第３位置（図６）まで回動される。
このような着用形関節駆動装置では、体幹フレーム１、上腕フレーム２、肩フレーム４及び前腕フレーム６が人体に対して非装着状態でも装着状態と同様の動作が可能な所定の剛性を有しているので、フレーム１，２，４，６に皺や撓みが生じるのが防止され、駆動力の伝達効率を向上させることができ、動作量及び駆動力を大きくすることができる。
即ち、フレーム１，２，４，６は、昆虫等の甲殻類における外骨格体のように、鎧状の骨格としても機能する。フレームの組み合わせや配置に関しては、人体における骨格、関節部及び筋の実際の配置を考慮し、種々の肢位において表皮や骨、関節への局所的な過負荷がなく、関節部の回転中心が人体の動作と同じ、又は同等となるように配慮されることが望ましい。
また、肩フレーム４及び肩フレーム４を回動させる第３アクチュエータ９を用いたので、上腕フレーム２の回動範囲を拡張することができる。即ち、第１アクチュエータ７のみでは、上腕フレーム２を７０°程度までしか外転させることができないが、第３アクチュエータ９により肩フレーム４とともに上腕フレーム２を回動させることにより、９０°以上の外転が可能となる。
このように、肩フレーム４及び第３アクチュエータ９を追加したことにより、肩及び周囲の関節部を１つの回転軸のみを持つ関節として扱うことなく、その動作に応じて回転中心が遷移していく人体と同等の動作を実現することが可能となった。
また、体幹フレーム１内には、体幹フレーム１を人体へ固定するためのベルトが設けられているので、体幹フレーム１の動きによりアクチュエータ７〜１１の駆動力が吸収されるのが防止され、駆動力の伝達効率をさらに向上させることができる。また、アクチュエータ７〜１１からの力は、体幹フレーム１により受けるものであり、ベルトで受けるわけではないので、装着した人間にはベルトからの負荷は掛からない。
なお、上記の例では、上腕フレーム２の回動範囲を拡張するために肩フレーム４及び第３アクチュエータ９を用いたが、他のフレーム体の回動範囲を拡張するための回動補助部材及び補助部材用アクチュエータを用いてもよい。
また、上記の例では、片腕を駆動する着用形関節駆動装置を示したが、人体の他の部位に着用して他の関節部を駆動するようにしてもよい。
実施の形態２．
次に、図７ａはこの発明の実施の形態２による着用形関節駆動装置を示す側面図、図７ｂは図７ａのＡ−Ａ断面図、図７ｃは図７ｂのフレーム用チューブに空気が供給された状態を示す断面図、図８は図７ａの着用形関節駆動装置の動作制御部の構成を示すブロック図である。この例では、人体の膝部分に着衣し、膝関節を屈伸動作させるタイプの装置を示している。また、被着用体である大腿部及び下腿部は、関節部である膝部で回動可能に連結されている。
図において、フレーム体２１は、大腿部及び下腿部が載置される支持体２２と、支持体２２に内蔵された第１及び第２フレーム用チューブ２３，２４を有している。第１及び第２フレーム用チューブ２３，２４には、給排管２５を介して空気が供給される。フレーム体２１は、フレーム用チューブ２３，２４に空気が供給されることにより所定の剛性となり、空気を排出した状態ではフレキシブルである。
支持体２２は、第１フレーム用チューブ２３を収納する第１収納部２２ａと、第２フレーム用チューブ２４を収納する第２収納部２２ｂと、第１アクチュエータ挿入部２２ｃと、第２アクチュエータ挿入部２２ｄとを有している。第１収納部２２ａと第２収納部２２ｂとは、図７ｂにその断面を示すように、並列配置された各チューブの上方を連結するように形成されている。
第１アクチュエータ挿入部２２ｃには、第１アクチュエータ２６が挿入されている。第１アクチュエータ２６の両端部は、支持体２２に固定されている。第２アクチュエータ挿入部２２ｄには、第２アクチュエータ２７が挿入されている。第２アクチュエータ２７の両端部は、支持体２２に固定されている。第１及び第２アクチュエータ２６，２７の構成は、図２及び図３に示したものと同様である。
このような着用形関節駆動装置では、第１及び第２フレーム用チューブ２３，２４へ空気を供給することにより、第１及び第２収納部２２ａ，２２ｂが図７ｃに示すように凹面状に形成され、載置された大腿部及び下腿部を包み込むようになる。そして、第１及び第２アクチュエータ２６，２７に対して空気を供給・排出することにより、フレーム体２１に引張力が作用し、膝関節の屈伸を行わせることができる。このとき、フレーム体２１は、フレーム用チューブ２３，２４に空気が供給されることにより所定の剛性（人体に対して非装着状態でも装着状態と同様の動作が可能な剛性）となるため、駆動力の伝達効率を向上させることができ、動作量及び駆動力を大きくすることができる。また、フレーム体２１は、空気を排出した状態ではフレキシブルであるため、使用時の快適性の向上を図ることができる。また、非使用時においても収納や搬送を容易にすることができる。また、全体の軽量化を図ることができ、さらに、人体に装着したときの着心地を向上させることができる。
なお、本実施の形態において、支持体２２は、図７ｂ中に鎖線で示すように、フレーム用チューブ２３，２４の前面又は背面に腕や脚を挿入する袋状体２８を形成してもよい。
実施の形態３．
次に、図９はこの発明の実施の形態３による着用形関節駆動装置を示す正面側右斜め方向からの斜視図、図１０は図９の着用形関節駆動装置を示す正面側左斜め方向からの斜視図、図１１は図９の着用形関節駆動装置を示す背面側左斜め方向からの斜視図、図１２は図９の着用形関節駆動装置の左腕側のフレーム構造を示す分解斜視図である。図９〜図１１では、簡単のため、左腕駆動用のアクチュエータのみを示したが、実際には右腕駆動用のアクチュエータが左側と対称に配置される。
図において、体幹には、第１フレーム体としての体幹フレーム３１が着用される。体幹フレーム３１には、頭部を通すための頭部挿入孔３１ａが設けられている。また、体幹フレーム３１は、肩により支持される体幹フレーム本体３２と、複数のヒンジ３４を介して体幹フレーム本体３２に回動可能に連結され、胸部に当接される胸フレーム３３と、体幹フレーム本体３２の背部から上方へ突出し、首又は後頭部に対向する突起部３５とを有している。
このように、体幹フレーム３１は、上体全体を覆うものではなく、胸部と背中の上部とのみを前後から挟むものである。胸フレーム３３は、着用者の体型に応じて体幹フレーム本体３２に対して回動される。
体幹フレーム本体３２の各肩部には、ジョイント部３６を介して回動補助部材としての肩フレーム３７が接続されている。肩フレーム３７は、ジョイント部３６に接続されたリング状の肩フレーム本体３８と、肩フレーム本体３８内に回動可能に嵌合されたリング状の肩フレーム回動部３９とを有している。
肩フレーム本体３８には、外方へ延びる断面円弧状の延出部３８ａが設けられている。また、肩フレーム本体３８の内周面には、肩フレーム回動部３９の回動を案内する突起部３８ｂ（図１２）が設けられている。
肩フレーム回動部３９には、一対の上腕フレーム接続部３９ａが設けられている。また、肩フレーム回動部３９の外周面には、突起部３８ｂが挿入されるガイド溝３９ｂ（図１２）が設けられている。肩フレーム回動部３９が肩フレーム本体３８に対して回動されると、突起部３８ｂは、ガイド溝３９ｂ内を相対的に摺動される。
肩フレーム回動部３９には、一対の上腕フレーム接続ベルト４０を介して第２フレーム体としての筒状の上腕フレーム４１が接続されている。各上腕フレーム接続ベルト４０の上端部は、上腕フレーム接続部３９ａに固定されている。
上腕フレーム４１は、上腕フレーム接続ベルト４０に接続された筒状の上腕フレーム本体４２と、上腕フレーム本体４２の外周部に回転可能に嵌合されたリング状の上腕フレーム回動部４３とを有している。
上腕フレーム本体４２の外周面には、上腕フレーム回動部４３の回動を案内する一対の突起部４２ａ（図１２）が設けられている。上腕フレーム回動部４３には、突起部４２ａが挿入される一対のガイドスリット４３ａが設けられている。上腕フレーム回動部４３が上腕フレーム本体４２に対して回動されると、突起部４２ａは、ガイドスリット４３ａ内を相対的に摺動される。
上腕フレーム回動部４３には、一対のリンク体４４を介して筒状の前腕フレーム４５が接続されている。各リンク体４４は、上腕フレーム回動部４３に接続された第１リンク部材４４ａと、前腕フレーム４５に接続された第２リンク部材４４ｂとを有している。第１及び第２リンク部材４４ａ，４４ｂは、互いに回動可能に連結されている。
体幹フレーム３１、肩フレーム３７、上腕フレーム４１及び前腕フレーム４５は、例えばアルミニウム又はアルミニウム合金等の金属により構成されている。
突起部３５の上端部と延出部３８ａの先端部との間には、体幹フレーム３１に対して肩フレーム３７を回動させる補助部材用アクチュエータとしての第１アクチュエータ５１が設けられている。第１アクチュエータ５１の両端部は、突起部３５と延出部３８ａとにそれぞれ固定されている。
胸フレーム３３と延出部３８ａの先端部との間には、体幹フレーム３１に対して肩フレーム３７を回動させる補助部材用アクチュエータとしての第２アクチュエータ５２が設けられている。第２アクチュエータ５２の両端部は、胸フレーム３３と延出部３８ａとにそれぞれ固定されている。
体幹フレーム本体３２の背面と延出部３８ａの先端部との間には、体幹フレーム３１に対して肩フレーム３７を回動させる補助部材用アクチュエータとしての第３アクチュエータ５３（図１１のみに示す）が設けられている。第３アクチュエータ５３の両端部は、体幹フレーム本体３２と延出部３８ａとにそれぞれ固定されている。
肩フレーム本体３８の背面と上腕フレーム本体４２の前面との間には、肩フレーム本体３８に対して上腕フレーム４１及び肩フレーム回動部３９を回動させる第４アクチュエータ５４が設けられている。第４アクチュエータ５４は、肩フレーム本体３８の外周面に巻き付けるように配置されている。また、第４アクチュエータ５４の両端部は、肩フレーム本体３８と上腕フレーム本体４２とにそれぞれ固定されている。
肩フレーム本体３８の前面と上腕フレーム本体４２の背面との間には、肩フレーム本体３８に対して上腕フレーム４１及び肩フレーム回動部３９を回動させる第５アクチュエータ５５が設けられている。第５アクチュエータ５５は、肩フレーム本体３８の外周面に巻き付けるように配置されている。また、第５アクチュエータ５５の両端部は、肩フレーム本体３８と上腕フレーム本体４２とにそれぞれ固定されている。
第４及び第５アクチュエータ５４，５５が発生する駆動力の方向は、互いに逆方向である。
突起部３５の上端部と上腕フレーム本体４２の外側面（体幹とは反対側の側面）との間には、体幹フレーム３１に対して上腕フレーム４１を回動させる第２フレーム体用アクチュエータとしての第６アクチュエータ５６が設けられている。第６アクチュエータ５６の両端部は、突起部３５と上腕フレーム本体４２とにそれぞれ固定されている。
上腕フレーム本体４２と上腕フレーム回動部４３との間には、上腕フレーム本体４２に対して上腕フレーム回動部４３及び前腕フレーム４５を回動させる第７及び第８アクチュエータ５７，５８が設けられている。第７及び第８アクチュエータ５７，５８は、上腕フレーム４１の外周面に巻き付けるように配置されている。第７及び第８アクチュエータ５７，５８の両端部は、上腕フレーム本体４２と上腕フレーム回動部４３とにそれぞれ固定されている。
また、第７及び第８アクチュエータ５７，５８が発生する駆動力の方向は、互いに逆方向である。
第１リンク部材４４ａと前腕フレーム４５の先端部（下端部）との間には、上腕フレーム４１に対して前腕フレーム４５を回動させる第９〜第１２アクチュエータ５９〜６２が設けられている。第９〜第１２アクチュエータ５９〜６２の両端部は、第１リンク部材４４ａと前腕フレーム４５とにそれぞれ固定されている。
上腕フレーム回動部４３の背面と前腕フレーム４５の背面との間には、上腕フレーム４１に対して前腕フレーム４５を回動させる第１３アクチュエータ６３（図１１のみに示す）が設けられている。
次に、図１３は図９のジョイント部３６を示す斜視図である。図において、ベース６４は、体幹フレーム本体３２に固定される。ベース６４には、軸６５が設けられている。軸６５の軸線は、図のＸ軸に平行である。また、ベース６４には、軸６５を中心として３６０度回動可能な回動台６６が搭載されている。
回動台６６には、ヒンジ６７を介して肩フレーム接続部材６８が接続されている。肩フレーム接続部材６８は、回動台６６に対して１８０度回動可能になっている。また、肩フレーム接続部材６８の回動軸は、図のＹ軸に平行である。肩フレーム接続部材６８には、肩フレーム本体３８が固定される。
このようなジョイント部３６を介して体幹フレーム３１と肩フレーム３７とを接続することにより、体幹に対して上腕を上げ下げする方向、及び上腕を前後に動かす方向について、肩フレーム３７を動かすことができる。
なお、第１〜第１３アクチュエータ５１〜６３の基本的な構造は、図２及び図３と同様である。
また、第１〜第１３アクチュエータ５１〜６３の制御システムは、実施の形態１（図４）と同様である。
さらに、実際に着用する際に、衣服がフレームに引っかかったりアクチュエータが周囲の物にぶつかって破損したりするのを防止するため、装置全体の外周部及び内周部を覆うカバーを用いることも有効である。この場合、カバーは、例えば布により構成することができる。
次に、動作について説明する。図９〜図１１の状態から第６アクチュエータ５６に空気が供給されることにより、第６アクチュエータ５６の長さが縮小され、上腕フレーム４１が持ち上げられる。この状態から、第１〜第３アクチュエータ５１〜５３に空気が供給されることにより、上腕フレーム４１が肩フレーム３７とともにさらに持ち上げられる。
即ち、上腕フレーム４１は、第６アクチュエータ５６の駆動力により体幹フレーム３１に対して第１位置から第２位置まで回動される。そして、上腕フレーム４１が第２位置にある状態で第１〜第３アクチュエータ５１〜５３を駆動することにより、上腕フレーム４１が肩フレーム３７とともに回動される。これにより、上腕フレーム４１は、第１位置に対する角度が第２位置よりも大きい第３位置まで回動される。
また、図９〜図１１の状態から、第２又は第３アクチュエータ５２，５３に空気が供給されることにより、ジョイント部３６の軸６５を中心として肩を前後に動かす方向へ肩フレーム３７が回動される。
さらに、第４又は第５アクチュエータ５４，５５に空気が供給されることにより、腕を前後に振る方向へ肩フレーム回動部３９及び上腕フレーム４１が回動される。
さらにまた、第７又は第８アクチュエータ５７，５８に空気が供給されることにより、上腕に対して前腕を捻る方向へ上腕フレーム回動部４３及び前腕フレーム４５が回動される。
また、第９〜第１３アクチュエータ５９〜６３に選択的に空気が供給されることにより、上腕に対して前腕を曲げ伸ばしする方向へ前腕フレーム４５が回動される。
このような着用形関節駆動装置では、体幹フレーム３１、肩フレーム３７、上腕フレーム４１及び前腕フレーム４５が人体に対して非装着状態でも装着状態と同様の動作が可能な所定の剛性を有しているので、フレーム３１，３７，４１，４５に皺や撓みが生じるのが防止され、駆動力の伝達効率を向上させることができ、動作量及び駆動力を大きくすることができる。
また、肩フレーム３７及び肩フレーム３７を回動させる第１及び第２アクチュエータ５１，５２を用いたので、上腕フレーム４１の回動範囲を拡張することができる。
さらに、体幹フレーム３１は、体幹の肩部により支持される体幹フレーム本体３２と、体幹フレーム本体３２に回動可能に連結され、体幹の胸部に当接される胸フレーム３３とを有しているので、着用者の体型によらず、装置全体の着用を容易にすることができ、着脱時間を大幅に短縮することができる。
さらにまた、体幹フレーム３１には、体幹フレーム本体３２の背部から突出する突起部３５を設け、突起部３５に第１及び第６アクチュエータ５１，５６を接続したので、アクチュエータ５１，５６の配置を容易にできるとともに、アクチュエータ５１，５６の駆動力を有効に作用させることができる。
また、ジョイント部３６は、軸６５を中心として回動可能な回動台６６と、回動台６６にヒンジ６７を介して回動可能に接続された肩フレーム接続部材６８とを有しているので、肩フレーム３７の動作の自由度を向上させることができ、様々な動きを実現することができる。
さらに、肩フレーム３７には、外方へ延びる延出部３８ａが設けられており、体幹フレーム３１と延出部３８ａとの間に第１及び第２アクチュエータ５１，５２が設けられているので、アクチュエータ５１，５２の配置を容易にできるとともに、アクチュエータ５１，５２の駆動力を有効に作用させることができる。
さらにまた、肩フレーム３７は、肩フレーム本体３８と、肩フレーム本体３８に回動可能に嵌合された肩フレーム回動部３９とを有しているので、簡単な構造により、上腕を前後に動かす方向へ上腕フレームを回動させることができる。
また、上腕フレーム４１は、上腕フレーム本体４２と、上腕フレーム本体４２に回転可能に嵌合された上腕フレーム回動部４３とを有しているので、簡単な構造により、上腕に対して前腕を捻る方向へ前腕フレームを回動させることができる。
以上の肩フレーム３７、上腕フレーム４１及び前腕フレーム４５は、アクチュエータ５１〜６３のうちの所定のものを選択的に又は並列的に駆動することにより、単独で又は複合的に動作させることができる。
さらに、前腕フレーム４５は、第１及び第２リンク部材４４ａ，４４ｂを有するリンク体を介して上腕フレーム４１に接続されているので、上腕フレーム４１及び前腕フレーム４５を小形化することができ、全体の軽量化を図ることができる。
実施の形態４．
次に、図１４はこの発明の実施の形態４による着用形関節駆動装置の体幹フレームを示す斜視図である。図において、体幹フレーム７１は、体幹の前面を覆う前面部７２と、体幹の背面を覆う背面部７３とを有している。前面部７２と背面部７３とは、両肩部上に位置する連結部７１ａ，７１ｂでヒンジ（図示せず）を介して回動可能に連結されている。
また、体幹フレーム７１には、両腕を通すための袖口７１ｃ，７１ｄと、首を通すための襟口７１ｅとが設けられている。
体幹フレーム７１の両肩部上には、例えば実施の形態３で示したような肩フレーム３７が取り付けられる肩フレーム取付部７４，７５が固定されている。
実施の形態４の体幹フレーム７１を用いた着用形関節駆動装置を着用する場合、まず、前面部７２と背面部７３とを開いて、袖口７１ｃ，７１ｄに腕を通し、体幹フレーム７１を体幹に装着する。この後、肩フレーム取付部７２，７３に肩フレーム３７を取り付ける。
このとき、肩フレーム３７には、実施の形態３で示したような上腕フレーム４１及び前腕フレーム４５が予め接続され、腕装着用ユニットとして組み立てられている。また、アクチュエータ５１〜６３も腕装着用ユニットに予め取り付けられている。
従って、肩フレーム取付部７２，７３への肩フレーム３７の取付は、腕装着用ユニット内に腕を通してから行われる。この後、アクチュエータ５１，５２，５６が体幹フレーム７１に接続される。
このように、体幹フレーム７１と腕装着用ユニットとを着脱可能とし、別々に装着するようにしてもよい。
上記のように、この発明の着用形関節駆動装置は、身体機能に障害のある人が着用することにより、動作の補助を行うことができる。また、健常者が着用することにより、その着用者の持っている筋力以上の力を発生して作業を補助することができる。これにより、例えば介護・介助をする者の身体的負担を軽くすることができる。即ち、高齢者や女性であっても、抱き上げなどの重労働を行うことができる。また、健常者・障害者にかかわらず、肉体作業を行う際の力の補助、姿勢保持、姿勢保持補助、又は力の増幅を行うことが可能となる。
さらに、この発明の着用形関節駆動装置をロボットに着用することにより、ロボットの駆動源として使用することもできる。
さらにまた、例えばＸ線を透過する材料でフレーム体を構成することにより、外力を加えた状態でのＸ線検査に使用することができる。また、ＭＲＩ検査やＣＴ検査を行う際にも使用することができる。

Claims (14)

1. 複数の被着用体と、これらの被着用体間を回動可能に連結する少なくとも１つの関節部とを有する被駆動体に着用させ、上記関節部を駆動する着用形関節駆動装置であって、
   上記被着用体の外面に接触するように上記被着用体に装着される所定の剛性を有した複数のフレーム体、
   流体が供給・排出されることにより膨張・収縮する膨張収縮体と、上記膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とを有し、かつ上記フレーム体間に取り付けられ、上記膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小して駆動力を発生する少なくとも１つの流体圧式アクチュエータ、及び
   上記流体圧式アクチュエータへの流体の給排を制御する制御ユニット
   を備えている着用形関節駆動装置。
2. 上記フレーム体は、内部に流体が供給されることにより上記所定の剛性となり、上記流体を排出した状態ではフレキシブルである請求項１記載の着用形関節駆動装置。
3. 上記流体圧式アクチュエータを複数備え、上記制御ユニットによりそれらの流体圧式アクチュエータへ選択的に又は並列的に流体が給排される請求項１記載の着用形関節駆動装置。
4. 上記被駆動体は、上記被着用体である体幹及び上腕と、上記関節部である肩関節部とを有し、
   上記フレーム体は、上記体幹に装着される体幹フレームと、上記体幹フレームに回動可能に接続されている肩フレームと、上記肩フレームに回動可能に接続され、上記上腕に装着される上腕フレームとを含んでいる請求項１記載の着用形関節駆動装置。
5. 上記体幹フレームは、上記体幹の肩部により支持される体幹フレーム本体と、上記体幹フレーム本体に回動可能に連結され、上記体幹の胸部に当接される胸フレームとを有している請求項４記載の着用形関節駆動装置。
6. 上記体幹フレームは、上記体幹の肩部により支持される体幹フレーム本体と、上記体幹フレーム本体の背部から突出し、上記流体圧式アクチュエータが接続される突起部とを有している請求項４記載の着用形関節駆動装置。
7. 上記体幹フレームと上記肩フレームとは、ジョイント部を介して接続されており、
   上記ジョイント部は、上記体幹フレームに固定されるベースと、上記ベースに設けられている軸と、上記ベースに搭載され、上記軸を中心として回動可能な回動台と、上記回動台にヒンジを介して回動可能に接続され、上記肩フレームに固定される肩フレーム接続部材とを有している請求項４記載の着用形関節駆動装置。
8. 上記肩フレームには、外方へ延びる延出部が設けられており、上記体幹フレームと上記延出部との間に上記流体圧式アクチュエータが設けられている請求項４記載の着用形関節駆動装置。
9. 上記肩フレームは、上記体幹フレームに接続されたリング状の肩フレーム本体と、上記肩フレーム本体に回動可能に嵌合され、上記上腕フレームが接続されたリング状の肩フレーム回動部とを有している請求項４記載の着用形関節駆動装置。
10. 上記被駆動体は、上記被着用体である上腕及び前腕と、上記関節部である肘関節部とを有し、
    上記フレーム体は、上記上腕に装着される上腕フレームと、上記上腕フレームに回動可能に接続され、上記前腕に装着される前腕フレームとを含み、上記流体圧式アクチュエータは、隣接するフレーム間又は離間したフレーム間に接続される請求項１記載の着用形関節駆動装置。
11. 上記上腕フレームは、筒状の上腕フレーム本体と、上記上腕フレーム本体に回転可能に嵌合され、上記前腕フレームが接続されたリング状の上腕フレーム回動部とを有している請求項１０記載の着用形関節駆動装置。
12. 上記前腕フレームは、リンク体を介して上腕フレームに接続されており、
    上記リンク体は、上記上腕フレームに接続された第１リンク部材と、上記前腕フレームに接続された第２リンク部材とを有し、
    上記第１及び第２リンク部材は、互いに回動可能に連結されている請求項１０記載の着用形関節駆動装置。
13. 第１及び第２被着用体と、上記第１及び第２被着用体間を回動可能に連結する関節部とを有する被駆動体に着用し、上記関節部を駆動する着用形関節駆動装置であって、
    上記第１被着用体に装着される第１フレーム体、
    上記第２被着用体に装着される第２フレーム体、
    上記第１フレーム体に回動可能に接続されている回動補助部材、
    上記第１フレーム体及び上記回動補助部材の少なくともいずれか一方と上記第２フレーム体との間に設けられ、上記第１フレーム体に対して上記第２フレーム体を回動させる第２フレーム体用アクチュエータ、及び
    上記第１フレーム体と上記回動補助部材との間に設けられ、上記第１フレーム体に対して上記回動補助部材を回動させる補助部材用アクチュエータ
    を備え、
    上記第２フレーム体用アクチュエータ及び上記補助部材用アクチュエータは、流体が供給・排出されることにより膨張・収縮する膨張収縮体と、上記膨張収縮体の外周を覆う網状の被覆体とをそれぞれ有し、上記膨張収縮体が膨張することにより長さが縮小されて駆動力を発生する流体圧式アクチュエータであり、
    上記第２フレーム体は、上記第２フレーム体用アクチュエータの駆動力により上記第１フレーム体に対して第１位置から第２位置まで回動され、
    上記第２フレーム体が上記第２位置にある状態で上記補助部材用アクチュエータを駆動することにより、上記第２フレーム体が上記回動補助部材とともに回動され、これにより上記第２フレーム体は、上記第１位置に対する角度が上記第２位置よりも大きい第３位置まで回動される着用形関節駆動装置。
14. 上記第１被着用体は体幹、上記第２被着用体は上腕、上記関節部は肩関節部であり、
    上記第１フレーム体は、上記体幹に装着される体幹フレーム、上記第２フレーム体は、上記上腕に装着される上腕フレーム、上記回動補助部材は、上記体幹フレームに回動可能に接続された肩フレームである請求項１３記載の着用形関節駆動装置。

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