JPWO2018168817A1 - Operation assist device - Google Patents
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Abstract
関節により接続された2つの部位が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする動作アシスト装置(1)であって、一方の部位に固定される剛体(2)と、屈曲状態における2つの部位のなす角の対角内に位置し、剛体(2)と一体的に設けられた接続点(15)を介して剛体(2)と接続され、一端が他方の部位に固定され、固定端(5e)と接続点(15)との間の距離を短縮可能なアクチュエータ(5)とを備えるようにした。An operation assist device (1) for assisting an operation when two parts connected by a joint change from a bent state to an extended state, and a rigid body (2) fixed to one part, It is located within the diagonal of the angle formed by the two parts, and is connected to the rigid body (2) through a connection point (15) provided integrally with the rigid body (2), and one end is fixed to the other part, An actuator (5) capable of shortening the distance between the fixed end (5e) and the connection point (15) is provided.
Description
本発明は、動作アシスト装置に関し、特に屈曲状態から伸展状態に至る動作をアシストする動作アシスト装置に関する。 The present invention relates to a motion assist device, and more particularly to a motion assist device that assists a motion from a bent state to an extended state.
特許文献1に示すように、人の脚部にアシスト装置を装着し、脚部の屈伸動作をアシストする装置が提案されている。当該アシスト装置は、人の脚部の大腿部及び下腿部に対応してそれぞれ固定された各リンク片を脚部の膝関節と対応する位置にて回転機構を介して接続し、当該回転機構をモータ等の駆動源によって回転させることにより、脚部を半ば強制的に屈伸動作させるものである。当該アシスト装置によれば、モータ等の駆動力が回転自在なリンクとして構成された各リンク片を介して脚部に伝達されるため、例えば屈曲状態にある脚部を伸展状態とするためのアシスト力を得ることができる。 As shown in
しかしながら、上記アシスト装置にあっては、各リンク片が剛体として形成され、大腿部及び下腿部を一体的に拘束する構成であるため、脚部を肩幅方向に開く動作や、脚部を捻転させる動作等、脚部として本来備わる動作が制限され、動作の自由度が低い。
また、脚部が屈伸動作する際における膝関節の描く軌跡は一定ではなく、個人差、或いは体の体勢によっても異なるものである。しかし、上記アシスト装置にあっては、回転機構の描く軌跡が一定であり、更にその位置が膝関節と常に対応関係にあるため、屈伸動作時における膝関節及び回転機構双方の描く軌跡のズレによって円滑な動作が阻害され、ひいてはアシスト装置として要求されるべき違和感のない装着性を阻害する要因となる。However, in the assist device described above, each link piece is formed as a rigid body and is configured to integrally restrain the thigh and lower leg, so that the operation of opening the leg in the shoulder width direction or the leg The movements inherent to the legs, such as the twisting movement, are limited, and the degree of freedom of movement is low.
In addition, the trajectory drawn by the knee joint when the leg is bent and extended is not constant, and varies depending on individual differences or body posture. However, in the above assist device, the locus drawn by the rotation mechanism is constant, and the position is always in a corresponding relationship with the knee joint. Smooth operation is hindered, and as a result, it becomes a factor that hinders wearing comfort that should be required as an assist device.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたもので、脚部の伸展動作時におけるアシスト力を担保しつつ、動作の自由度及び装着性を向上可能なアシスト装置を提供する。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and provides an assist device capable of improving the degree of freedom of operation and the mountability while ensuring the assist force during the extension operation of the leg.
上記課題を解決するための構成として、関節により接続された2つの部位が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする動作アシスト装置であって、一方の部位に固定される部材と、部材と一体的に設けられた接続部を介して部材と接続し且つ他方の部位に固定された固定端を有するアクチュエータと、を備え、接続部は、屈曲状態において2つの部位のなす角の対角内に位置し、アクチュエータは、固定端と接続部との間の距離を短縮可能である構成とした。
本構成によれば、アクチュエータを収縮させることにより、部材とアクチュエータとの接続部(接続点)を力点として2つの部位が伸展状態になる方向に部材にモーメントが作用するため、アクチュエータの固定端と部材の接続部との間の距離を変化させることで、屈曲状態から伸展するときのアシスト力を得ることができる。さらに、2つの部位と動作アシスト装置は、それぞれの運動における相対関係が固定されていないので、アシスト時の拘束感を低減できる。As a configuration for solving the above problem, an operation assist device that assists an operation when two parts connected by a joint are changed from a bent state to an extended state, and a member fixed to one part; And an actuator having a fixed end connected to the member via a connecting portion provided integrally with the member and fixed to the other portion, and the connecting portion has an angle formed by the two portions in the bent state. Located in the diagonal, the actuator is configured to be able to shorten the distance between the fixed end and the connecting portion.
According to this configuration, when the actuator is contracted, a moment acts on the member in a direction in which the two portions are extended with the connection portion (connection point) between the member and the actuator as a force point. By changing the distance from the connecting portion of the member, it is possible to obtain an assist force when extending from the bent state. Further, since the relative relationship between the two parts and the motion assisting device is not fixed, the sense of restraint during assisting can be reduced.
上記課題を解決するための他の構成として、膝関節により接続された大腿部及び下腿部が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする動作アシスト装置であって、前記大腿部に固定される部材と、前記部材に固定された距離変動手段と、前記大腿部と前記下腿部とのなす角の対角内に位置し、前記部材と一体的に設けられたワイヤガイドと、前記下腿部に固定されるとともに、前記ワイヤガイドを介して前記距離変動手段に架け渡されたワイヤと、を備える構成とした。
本構成によれば、距離変動手段を短縮させることにより、部材とワイヤとの接続部となるワイヤガイドを力点として2つの部位が伸展状態になる方向に部材にモーメントが作用するため、ワイヤの固定端とワイヤガイドとの間の距離を変化させることで、屈曲状態から伸展するときのアシスト力を得ることができる。さらに、2つの部位と動作アシスト装置は、それぞれの運動における相対関係が固定されていないので、アシスト時の拘束感を低減できる。
距離変動手段として、全長を可変な部材、言い換えると両端間の距離を可変な部材を用いることができる。距離変動手段の具体例として、伸縮体を例示することができる。As another configuration for solving the above-described problem, there is provided an operation assist device that assists an operation when a thigh and a lower leg connected by a knee joint change from a bent state to an extended state. The member fixed to the thigh, the distance changing means fixed to the member, and located within the diagonal of the angle formed by the thigh and the crus, and provided integrally with the member A wire guide and a wire fixed to the crus and spanned over the distance varying means via the wire guide are provided.
According to this configuration, by shortening the distance variation means, the moment acts on the member in the direction in which the two parts are extended with the wire guide serving as the connecting portion between the member and the wire as the force point, so that the wire is fixed. By changing the distance between the end and the wire guide, it is possible to obtain an assist force when extending from the bent state. Further, since the relative relationship between the two parts and the motion assisting device is not fixed, the sense of restraint during assisting can be reduced.
As the distance changing means, a member whose total length is variable, in other words, a member whose distance between both ends is variable can be used. A stretchable body can be exemplified as a specific example of the distance changing means.
また、望ましい他の構成として、アクチュエータは、ゴム、ワイヤのいずれかを含む構成とした。
本構成によれば、アクチュエータとして非剛体の部材を用いることにより、2つの部位間における拘束をより低減させることができ、関節におけるねじり運動を行う際にも有効である。Further, as another desirable configuration, the actuator includes a rubber or a wire.
According to this configuration, by using a non-rigid member as the actuator, the constraint between the two parts can be further reduced, which is also effective when performing a torsional motion at the joint.
また、望ましい他の構成として、アクチュエータは、ワイヤを含み、動作アシスト装置が、2つの部位の伸展状態又は屈曲状態への変動におけるワイヤの長さを調整可能な長さ調整機構を備える構成とした。
本構成によれば、伸展や屈曲する際のワイヤのたるみを防止できる。Further, as another desirable configuration, the actuator includes a wire, and the motion assist device includes a length adjustment mechanism that can adjust the length of the wire in the variation of the two portions to the extended state or the bent state. .
According to this structure, the slack of the wire at the time of extension and bending can be prevented.
また、望ましい他の構成として、長さ調整機構は、ワイヤに緊張力を付与するテンショナーを含む構成とした。
本構成によれば、ワイヤに常にテンションをかけることができるので、ワイヤのたるみを防止できる。As another desirable configuration, the length adjusting mechanism includes a tensioner that applies tension to the wire.
According to this configuration, it is possible to always apply tension to the wire, thereby preventing the wire from sagging.
また、望ましい他の構成として、アクチュエータは、距離変動手段とワイヤとを含み、ワイヤは滑車機構に架け渡される構成とした。
距離変動手段として、全長を可変な部材、言い換えると両端間の距離を可変な部材を用いることができる。距離変動手段の具体例として、伸縮体を例示することができる。
別の構成として、アクチュエータは、全長を可変に構成された距離変動手段と、距離変動手段に接続したワイヤと、を有し、距離変動手段と接続部との間や距離変動手段と固定端との間に滑車機構が設けられ、ワイヤが滑車機構に架け渡されている構成としてもよい。
これらの構成によれば、距離変動手段の変化量に対してアクチュエータ全体の伸縮量を大きくできる。
なお、滑車機構として、ワイヤの移動量を、距離変動手段の全長変動量から変換する機構、より具体的には、ワイヤの移動量を、距離変動手段の全長変動量よりも増大(例えば二倍)又は減少(例えば半減)させる機構を採用することができる。滑車機構の具体例として、接続部を構成する滑車(プーリー)、固定端を構成する滑車(プーリー)、装具に支持された又は装具の一部分をなす滑車(プーリー)、部材に支持された又は部材の一部分をなす滑車(プーリー)、距離変動手段に支持された又は距離変動手段の一部分をなす滑車(プーリー)を例示することができる。Further, as another desirable configuration, the actuator includes a distance varying means and a wire, and the wire is stretched over the pulley mechanism.
As the distance changing means, a member whose total length is variable, in other words, a member whose distance between both ends is variable can be used. A stretchable body can be exemplified as a specific example of the distance changing means.
As another configuration, the actuator includes a distance varying means having a variable overall length, and a wire connected to the distance varying means. Between the distance varying means and the connecting portion, the distance varying means, and the fixed end. It is good also as a structure by which a pulley mechanism is provided between these and a wire is spanned over the pulley mechanism.
According to these configurations, the expansion / contraction amount of the entire actuator can be increased with respect to the change amount of the distance changing means.
As a pulley mechanism, a mechanism for converting the amount of movement of the wire from the total amount of fluctuation of the distance variation means, more specifically, the amount of movement of the wire is increased (for example, twice the total amount of variation of the distance variation means). ) Or a reduction (eg, halved) mechanism can be employed. Specific examples of the pulley mechanism include a pulley (pulley) constituting the connecting portion, a pulley (pulley) constituting the fixed end, a pulley (pulley) supported by the device or part of the device, supported by the member, or a member. A pulley (pulley) that forms a part of the pulley, and a pulley that is supported by the distance varying means or that forms a part of the distance varying means can be exemplified.
また、望ましい他の構成として、2つの部位が伸展状態から屈曲状態へと変動する際の固定端と接続部との間の単位時間当りの延長距離を調整する延長距離調整手段が設けられる構成とした。
延長距離調整手段として、距離変動手段(伸縮体)の全長変化速度を調整する手段や、距離変動手段(伸縮体)の全長変化速度を規制する手段を採用することができる。
本構成によれば、伸展状態から屈曲状態へのしゃがむ動作を補助することができる。As another desirable configuration, an extension distance adjusting means for adjusting an extension distance per unit time between the fixed end and the connecting portion when the two portions change from the extended state to the bent state; and did.
As the extension distance adjusting means, means for adjusting the full length change speed of the distance changing means (expandable body) or means for regulating the full length changing speed of the distance changing means (extensible body) can be adopted.
According to this configuration, it is possible to assist the operation of squatting from the extended state to the bent state.
また、望ましい他の構成として、他方の部位は、第1の部位と、第2の部位と、前記第1の部位及び前記第2の部位とを接続する関節とを備え、前記アクチュエータの固定端を、前記第1の部位又は前記第2の部位に固定した。
ここで、一方の部位を大腿部とし、他方の部位の第1の部位を下腿部とし、他方の部位の第2の部位を足部とすることができる。
本構成によれば、より効率良くアシストすることができる。
本構成において、アクチュエータの固定端は、屈曲状態において第1の部位(例えば下腿部の軸線方向p2)及び第2の部位(例えば足部の軸線方向p4)のなす角の対角内に位置することが好ましい。この場合、第1の部位及び第2部位を屈曲状態から伸展させるためのアシスト力を得ることもできる。Further, as another desirable configuration, the other part includes a first part, a second part, and a joint connecting the first part and the second part, and the fixed end of the actuator Was fixed to the first part or the second part.
Here, one part can be a thigh, the first part of the other part can be a crus, and the second part of the other part can be a foot.
According to this configuration, it is possible to assist more efficiently.
In this configuration, the fixed end of the actuator is positioned within the diagonal of the angle formed by the first part (for example, the axial direction p2 of the lower leg) and the second part (for example, the axial direction p4 of the foot) in the bent state. It is preferable to do. In this case, an assist force for extending the first part and the second part from the bent state can also be obtained.
また、望ましい他の構成として、動作アシスト装置は、膝関節により接続された大腿部及び下腿部が屈曲状態から伸展状態へと変動する際の動作をアシストする構成とした。
本構成によれば、人の動作において負荷の大きいしゃがんだ状態から立ち上がるときの立ち上がり動作を補助できる。Further, as another desirable configuration, the motion assist device is configured to assist the motion when the thigh and the lower leg connected by the knee joint change from the bent state to the extended state.
According to this configuration, it is possible to assist the start-up operation when the user starts up from a squatting state with a large load.
また、望ましい他の構成として、部材とアクチュエータとの接続部を膝関節の側部に配置する構成とした。
本構成によれば、関節の伸展運動の妨げにならない。Further, as another desirable configuration, a connection portion between the member and the actuator is disposed on the side portion of the knee joint.
According to this configuration, the extension movement of the joint is not hindered.
また、望ましい他の構成として、距離変動手段を大腿部側に配置する構成とした。
本構成によれば、慣性力が低減されるので、動作アシスト装置を装着した状態での歩行をしやすくできる。Further, as another desirable configuration, the distance varying means is disposed on the thigh side.
According to this configuration, since the inertial force is reduced, it is possible to easily walk while wearing the motion assist device.
また、望ましい他の構成として、アクチュエータは、前記大腿部側に位置する距離変動手段と、前記下腿部側に位置し前記距離変動手段と接続したワイヤと、を有する構成とした。
本構成によれば、慣性力が低減されるので、動作アシスト装置を装着した状態での歩行をしやすくできる。As another desirable configuration, the actuator includes a distance varying means located on the thigh side and a wire located on the crus side and connected to the distance varying means.
According to this configuration, since the inertial force is reduced, it is possible to easily walk while wearing the motion assist device.
また、望ましい他の構成として、距離変動手段を大腿部側及び下腿部側に配置する構成とした。
本構成によれば、アシスト力をさらに強くすることができる。As another desirable configuration, the distance varying means is disposed on the thigh side and the crus side.
According to this configuration, the assist force can be further increased.
また、望ましい他の構成として、アクチュエータは、前記大腿部側に位置する第1の距離変動手段と、前記下腿部側に位置する第2の距離変動手段と、二つの距離変動手段を連結するワイヤと、を有する構成とした。
本構成によれば、アシスト力をさらに強くすることができる。As another desirable configuration, the actuator includes a first distance varying means located on the thigh side, a second distance varying means located on the crus side, and two distance varying means. And a wire to be configured.
According to this configuration, the assist force can be further increased.
図1,図2A,図2Bに示す動作アシスト装置1は、例えば、人が荷物を持ち上げるときの立ち上り動作を補助する装具である。以下の実施形態では、動作アシスト装置1を人体の脚部に適用した例を示すが、動作アシスト装置1は、肘関節を中心とする腕部や腰椎を中心とする腰部等、屈曲した状態と伸展した状態とを取り得る部位であればいかなる部位にも適用可能である。また、動作アシスト装置1の適用は人体に限られず、関節を介して接続され、屈曲状態と伸展状態とを取り得る2つの部位を備えていれば他の機械的構造等にも適用できる。 The
各図に示すように、動作アシスト装置1は、膝関節を介して接続される2つの部位の一方の部位としての大腿部に取り付けられる大腿装具2と、他方の部位としての下腿部に取り付けられる下腿装具4と、大腿装具2及び下腿装具4に駆動力を付与するアクチュエータ5とを備える。即ち、動作アシスト装置1は、大腿部における大腿骨と下腿部における下腿骨とを一対の節(リンク)とし、これらの節を回転可能に連結する膝関節を1つのリンク機構と見なし、膝の曲げ伸ばし、特に屈曲状態から伸展状態へと動作するときの脚部の動作をアシスト(補助)する。 As shown in each figure, the motion assist
大腿装具2及び下腿装具4は、それぞれ、アクチュエータ5を取り付けるための機構取付部材2A;4Aと、これら機構取付部材2A;4Aを大腿部、下腿部に固定する固定ベルト2B;4Bと、を備える。なお、機構取付部材2A;4Aの裏面には、図外のクッション材等が設けられ、人体との緩衝が図られる。機構取付部材2A;4Aは、例えば、可撓性を有する硬質の樹脂で構成される。固定ベルト2B;4Bには、例えば、非伸縮性の帯からなり、端部に固定手段として機能する面ファスナーが適用される。 The
機構取付部材2Aは、例えば、大腿部の外周に沿った湾曲を有して形成され、固定ベルト2Bにより、大腿部に対して固定される。例えば、機構取付部材2Aは、大腿部の前部から外側側部を経て後部へと巻付くように装着されるものとして説明する。
機構取付部材2Aは、後述のアクチュエータ5の一端側を固定可能とする大腿側固定部11と、突出部13とを備える。The
The
突出部13は、例えば、機構取付部材2Aに固定された棒状部材17の一部として形成され、大腿装具2を大腿部に装着してしゃがんだ姿勢(膝関節の屈曲時)において、膝関節よりも前方に所定長さ突き出すように延長する。棒状部材17は、大腿部における外骨格をなすように、大腿部の外側側部に沿って機構取付部材2Aと一体的に固定される。図2Bに示すように、棒状部材17は先端17Aが膝関節よりも前方に突き出るとともに大腿部の全体にわたる長さを有する。棒状部材17の素材には、アシスト動作において撓み変形が少ないものであれば良く、人体に装着することを考慮すれば、軽量、かつ、アシスト動作時の力に負けない剛性を有するアルミ等の軽量な非鉄金属や、繊維補強された樹脂などのパイプ等を適用できる。つまり、棒状部材17は、アシスト動作時の力に抗する剛体として見なせる剛性を有するものであれば良い。 The
突出部13の先端(棒状部材17の先端17A)側には、後述のアクチュエータ5の一部を構成するワイヤ8をガイドするワイヤガイド(接続部)15が設けられる。すなわち、ワイヤガイド(接続部)15は、突出部13(棒状部材17)と一体的に設けられ、言い換えると突出部13(棒状部材17)と一定の相対位置に維持される。図2Bに示すように、ワイヤガイド(接続部)15の回転軸部にはワイヤ8の端部を固定するワイヤ固定部15Aが設けられる。図2Bに示すように、ワイヤガイド15は、しゃがんだ姿勢(膝関節の屈曲時)における大腿部(大腿骨)の延長線p1と下腿部(下腿脛骨)の延長線p2とのなす角φの対角φ´内に位置するように設定される。換言すれば、棒状部材17の長さは、ワイヤガイド15が膝関節により接続された大腿部及び下腿部の2つの部位のなす角の対角内に位置するように設定される。 A wire guide (connecting portion) 15 for guiding a
ワイヤガイド15としては、滑車やピン或いは溝等、後述の伸縮体9により牽引されるワイヤ8の移動方向を規定するとともに移動を阻害しない部材であれば良く、当該ワイヤガイド15によってワイヤ8の延長方向が転換される。なお、図1〜図5Fに示された例では、ワイヤガイド(接続部)15として滑車を用いた例を示している。この場合、滑車の回転軸が、膝関節における回転軸Cと平行となるように棒状部材17に設けられる。 The
機構取付部材4Aは、下腿部の側部に沿って装着可能に形成され、固定ベルト4Bにより足首側に固定される。機構取付部材4Aには、アクチュエータ5の他端側を固定可能な下腿側固定部16が設けられる。下腿側固定部16には、アクチュエータ5を構成するワイヤ8の端部5e、言い換えると図示された例におけるアクチュエータ5の固定端5eが、固定される。下腿側固定部16は、例えば、板状部材12により構成され、機構取付部材4Aにねじ止めされることにより、ワイヤ8の端部(アクチュエータ5の固定端)5eを機構取付部材4Aとの間で固定する。 The
アクチュエータ5は、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部を介して棒状部材17(突出部13)と接続し、且つ、他方の部位(下腿部)に固定された固定端5eを有している。アクチュエータ5は、固定端5eと接続部との間の距離を短縮可能であり、短縮することで二つの部位の動作をアシストするアシスト力を出力する。図1〜図5Fに示された例において、接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。アクチュエータ5のワイヤ8は、ワイヤガイド15に架け渡され、これにより、ワイヤガイド(接続部)15を介して棒状部材17(突出部13)と接続している。図1〜図5Fに示された例において、固定端5eは、伸縮体9に接続する側とは逆側となるワイヤ8の端部によって構成されている。 The
図1〜図5Fに示されたアクチュエータ5は、概略、伸縮体9とワイヤ8とを含んで構成され、伸縮体9は、アクチュエータ5の全長を変動させる距離変動手段として機能する。伸縮体9は、その全長を変動させることができる。言い換えると、伸縮体9は、その両端間の長さを変動させることができる。図3A及び図3Bに示すように、伸縮体9は、流体の供給により軸方向に伸縮する複数(本実施形態では2つ)の軸方向繊維強化型人工筋肉(以下、単に人工筋肉という)18;18で構成される。図4A及び図4Bに示すように、人工筋肉18は、例えば天然のラテックスゴムからなる円筒体19にカーボン繊維シート22を内挿した構成である。カーボン繊維シート22は、複数のカーボン繊維21が円筒体19の軸方向に沿って配向されており、円筒体19の軸方向への伸長を拘束する。円筒体19の両端は、端子部材23A;23Bにより閉塞される。これにより、円筒体19の内周側には気室26が形成される。一方の端子部材23Aには、後述のチューブ45が接続され、気室26に連通する空気取入口25が設けられる。円筒体19の外周には、複数のリング24が軸方向に均等な間隔で設けられる。上記構成からなる人工筋肉18の気室26内に流体の一例としての空気を供給した場合、円筒体19は、リング24に区画された複数の瘤を有するように半径方向に膨張するとともに、カーボン繊維シート22の拘束力によって軸方向に収縮する。また、気室26内の空気を排気することによって、自然長に復帰(伸長)する。このような構成の人工筋肉18を用いることにより伸縮体9を軽量化することができると共に、立上り動作に応じたアシスト力の変化を得ることができる。人工筋肉18には、収縮ストロークに対する出力特性(牽引力)が、収縮初期に大きく、収縮末期向けて徐々に小さくなるという特性を有している。この特性は、人の立上り動作において動作初期には大きな力が必要とされ、立上り動作の進行にともない必要とされる力が徐々に小さくなるという人の特性に対応しており、アシスト力を得るための動力源として好ましい。なお、人工筋肉18としては、上述のものに限定されず、他のマッキベン型の人工筋肉等であっても良い。 The
図3A及び図3Bに示すように、伸縮体9は、一対の人工筋肉18;18の伸縮軸が互いに平行となるように並列配置されてなる。人工筋肉18;18の各端部は、それぞれ上側連結材30及び下側連結材31により連結されて一体に構成される。上側連結材30は、例えば、金属製の平板部材からなり、人工筋肉18;18の端子部材23Aがボルト等の固定手段により固定されることにより、人工筋肉18;18同士が一定間隔で位置決めされる。また、上側連結材30には、大腿装具2と接続されるL字状の接続部32が設けられる。接続部32は、一方が上側連結材30に固定されるとともに、他方が貫通孔33を介して大腿装具2と接続される。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the
下側連結材31は、例えば、金属製のアングル部材からなり、人工筋肉18;18の端子部材23Bがボルト等の固定手段により固定されることにより、人工筋肉18;18同士が一定間隔で位置決めされる。また、下側連結材31の中心部には、ワイヤ8の他端側(他端側部分)が接続されるワイヤガイド14が設けられる。ワイヤガイド14は、滑車やピン或いは溝等、後述の伸縮体9により牽引されるワイヤ8の移動方向を規制するとともに移動を阻害しない部材であれば良く、当該ワイヤガイド14によってワイヤ8の延長方向が転換される。すなわち、ワイヤ8は、ワイヤガイド14に架け渡されることで、ワイヤガイド14を介して伸縮体(距離変動手段)9と接続している。なお、図示の例では、ワイヤガイド14として滑車を用いた例を示している。この場合、滑車の回転軸が、下側連結材31に直交するように設けると良い。 The lower connecting
上記構成からなる伸縮体9は、上側連結材30の接続部32に形成された貫通孔33(図3A参照)を介して大腿装具2に設けられた大腿側固定部11にねじ止めされ(図2A及び図2B参照)、大腿装具2に対して回転自在に取り付けられる。なお、本実施形態では、大腿側固定部11は、棒状部材17に設けられる。大腿側固定部11への伸縮体9の取り付けは、ねじ止めに限らず、ピンの挿通等によって回転自在としても良い。 The
次に、図2A及び図2Bを参照してワイヤ8の経路について説明する。上述のとおり、ワイヤ8は、大腿装具2に接続された伸縮体9、ワイヤガイド15を経由して延長する。より詳細には、下腿装具4側を起点として見た場合、ワイヤ8は、アクチュエータ5の固定端5eをなす一端が下腿装具4の下腿側固定部16に固定され、棒状部材17の先端17Aに設けられたワイヤガイド15を経由して伸縮体9のワイヤガイド14に架け渡されて延長方向が転換し、ワイヤガイド15に向けて延長する。すなわち、ワイヤ8は、ワイヤガイド14に架け渡されることで、ワイヤガイド14を介して伸縮体(距離変動手段)9と接続している。ワイヤガイド15に達するワイヤ8の他端は、ワイヤガイド15に設けられたワイヤ固定部15Aに固定される。
このような経路を有するワイヤ8としては、金属製に限らず有機繊維を撚り合わせた化繊のものであっても良い。また、ワイヤ8は張力が付加されたときに伸長性の少ない素材のものが好ましい。また、耐久性を考慮した場合、金属製や非金属性の無機繊維のもが好ましく、重量の観点からは、有機繊維を撚り合わせた化繊のものが好ましい。Next, the path of the
The
ワイヤ8の長さは、例えば、膝関節の屈曲状態が最大のときに、遊びがない長さに調整される。屈曲状態が最大である場合とは、図2Bに示すように、大腿部の延長線p1と下腿部の延長線p2との交差角度(関節角度)φが最小となるときの角度を意味し、例えば膝を最大限折り曲げたときの大腿骨と下腿(脛)骨との関節角度をいう。即ち、関節角度φは、例えば、下腿部に対する大腿部の傾斜角度でもある。 For example, the length of the
上記伸縮体9は、駆動装置40により制御される。駆動装置40は、伸縮体9を構成する人工筋肉18に圧縮空気を供給する空気供給手段41と、圧縮空気の圧力を制御する制御弁42と、空気供給手段41から人工筋肉18に供給する圧縮空気を制御するコントロールユニット43とを備える。空気供給手段41は、例えば、エアコンプレッサやエアタンクにより構成される。 The
制御弁42は、人工筋肉18に供給する空気の流量を調整する。制御弁42には、例えば、比例電磁弁が適用される。比例電磁弁は、コントロールユニット43から出力される信号に基づいて、空気供給手段41に蓄圧された圧縮空気を人工筋肉18に供給するときの空気の流量を調整する。比例電磁弁は、信号の入力が無いときには人工筋肉18への空気の供給を遮断するノーマルクローズ型である。制御弁42は、空気供給手段41とチューブ44により接続され、人工筋肉18とチューブ45により接続される。チューブ44及びチューブ45は、耐圧性かつ可撓性を有するものが好ましい。 The
また、例えば、制御弁42と人工筋肉18とを接続するチューブ45の途中には、分岐管46が設けられ、人工筋肉18に供給された空気を排気する排気弁47が設けられる。排気弁47は、コントロールユニット43から出力される信号に基づいて、排気弁47を開閉することにより、人工筋肉18の気室26に供給された空気を排気する。 Further, for example, a
コントロールユニット43は、演算手段としてのCPU、アシスト力を制御するためのプログラム及びパラメータを記憶するROM、及び、動作検出センサ50及び荷重検出センサ51からの入力値や演算結果を一時的に記憶するRAMやROM等の記憶手段を含むマイクロコンピュータと、外部と接続できるI/Oを備える。コントロールユニット43は、動作検出センサ50及び荷重検出センサ51から出力される出力値に応じて、制御弁42や排気弁47に出力する信号を制御する。コントロールユニット43は、例えば、記憶手段に、荷重値と気室26に供給する空気の圧力との対応関係を紐付けしたデータや、圧力算定式等を、予め記憶させておき、各センサ50,51により検出された荷重値や動作値に基づいて、制御弁42や排気弁47に出力する信号を制御する。 The
動作検出センサ50は、人体の動作を検出するためのセンサであって、人がしゃがんだ状態から立ち上がる動作(立上り動作)を検出する。例えば、ワイヤ8の張力の変化や加速度センサ等を用いることができる。荷重検出センサ51は、立上り動作におけるアシスト力を設定するためのセンサであって、例えば、足裏に係る荷重値を検出する。荷重検出センサ51は、例えば、圧力センサ等を用いることができる。 The
動作検出センサ50により検出された動作の検出値、及び荷重検出センサ51により検出された荷重値は、それぞれコントロールユニット43に出力される。コントロールユニット43では、入力された検出値及び荷重値に基づいて人工筋肉18に供給する空気の流量、つまり圧力を演算処理する。 The motion detection value detected by the
動作アシスト装置1の人体への装着方法について説明する。なお、以下の説明では、伸縮体9が伸長した状態から収縮した時のアクチュエータ5の全長の変化が屈曲状態から伸展状態への動作を許容するものとして説明する。
まず、大腿装具2、下腿装具4を脚の各部に装着する。次に、膝の折り曲げ状態が最大となるように、しゃがんだ姿勢で下腿部側の下腿側固定部16においてワイヤ8の張り調整を行う。本実施形態では、人工筋肉18に可撓性を有する部材により構成された人工筋肉18を適用しているため、遊びがゼロとなるようにワイヤ8の張り調整を行うことにより、アクチュエータ5によるアシスト力を遅滞なく得ることができる。A method for mounting the motion assist
First, the
図5A〜図5Fは、動作アシスト装置1によるアシスト状態を示す図である。なお、図5A〜図5Cは、人の姿勢も含めて動作アシスト装置1を示す模式図である。図5D〜図5Dは、アクチュエータ5の動作状態を示す模式図である。図5Dは、図5Aと同一の状態であり、図5Eは、図5Bと同一の状態であり、図5Fは、図5Cと同一の状態である。以下、動作アシスト装置1の動作について説明する。 5A to 5F are diagrams illustrating an assist state by the motion assist
図5A及び図Dに示すように、例えば床に置かれた荷物を持ち上げようとしてしゃがみ、手に荷物を持つと、足裏に配置された荷重検出センサ51により、荷物の重量と人の体重との合計値が荷重値としてコントロールユニット43に出力される。次に、荷物を手に持った状態から、人の意思によりしゃがんだ状態から立ち上がろうとする動作を動作検出センサ50が検出することにより、信号がコントロールユニット43に出力される。コントロールユニット43は、入力された荷重値を立上がり動作マップに照らし合わせ、所定のアシスト力が得られるように制御弁42に出力する信号を決定する。この場合、制御弁42にのみ信号を出力し、排気弁47は閉じたままとする。 As shown in FIG. 5A and FIG. D, for example, when squatting to lift a load placed on the floor and holding the load in the hand, the
図5B、図5C、図5E及び図5Fに示すように、制御弁42の動作による空気の供給により、人工筋肉18が軸方向に収縮し、ワイヤ8を牽引する。ワイヤ8が牽引されると、ワイヤ8の張力がワイヤガイド(接続部)15に作用する。つまり、ワイヤガイド(接続部)15は、人工筋肉18の収縮による力の作用点であり、換言すれば、力の接続点として機能する。そして、ワイヤ8の牽引にともなって力の接続点であるワイヤガイド(接続部)15を支点とする回転モーメントF(図5E中矢印)が大腿装具2に生じることで、脚部における屈曲状態から伸展状態へと動作立ち上がるのに十分なアシスト力を得ることができる。 As shown in FIGS. 5B, 5C, 5E, and 5F, the
即ち、図5A及び図5Bに示すように、しゃがんだ状態において、伸縮体9が収縮してワイヤ8に牽引力することにより、ワイヤガイド(接続部)15が下腿側固定部16(アクチュエータ5の固定端5e)に向けて牽引されるため、棒状部材17の他端側には、下腿側固定部16とワイヤガイド15とを結ぶ延長上に並ぶ方向に回転モーメントF(図5E参照)が作用する。これにより、大腿部には、膝関節の回転軸Cを中心とする回転力が作用し、伸展状態へのアシスト力が作用する。 That is, as shown in FIGS. 5A and 5B, in a crouched state, the
そして、図5B、図5C、図5E及び図5Fに示すように、伸展状態に至る過程において、ワイヤガイド(接続部)15の位置、即ち、力の接続点が、大腿部の延長線p1と下腿部の延長線p2とのなす角φの対角φ´内に維持されることにより、棒状部材17が取り付けられた大腿部には、立ち上がりに必要なアシスト力が継続的に得られることになる。 5B, FIG. 5C, FIG. 5E, and FIG. 5F, in the process of reaching the extended state, the position of the wire guide (connection portion) 15, that is, the connection point of the force is the extension line p1 of the thigh. Is maintained within the diagonal φ ′ of the angle φ formed by the extension line p2 of the lower leg and the thigh where the rod-
特に、大腿部と下腿部とが接続される膝関節では、屈曲状態から伸展状態へと動作する過程において回転軸Cの位置が移動するため、膝関節の回転軸Cとワイヤガイド(接続部)15の位置が重ならないように、ワイヤガイド15の位置を大腿部の延長線p1と下腿部の延長線p2とのなす角φの対角φ´内に維持されるように設定しておくことにより、アシスト動作時の違和感をなくすことができる。
即ち、伸縮体9を収縮させることにより、棒状部材17とアクチュエータ5との接続点(ワイヤガイド15)を力点として、下腿部及び大腿部の2つの部位がそれぞれ伸展状態になる方向に棒状部材17にモーメントがかかる。そして、下腿装具4に固定されたワイヤ8の一端(アクチュエータ5の固定端5e)と、棒状部材17のワイヤガイド15(接続部)間の距離を変化させることができ、大腿部及び下腿部の2つの部位と、大腿装具2及び下腿装具4の相対関係が固定されていないため拘束感を低減できる。In particular, in the knee joint where the thigh and crus are connected, the position of the rotation axis C moves in the process of moving from the bent state to the extended state, and therefore the rotation axis C of the knee joint and the wire guide (connection) Part) 15 is set so that the position of the
That is, by contracting the expansion and
また、本例に係る動作アシスト装置1にあっては、比較的重量のある伸縮体9が大腿部側に設けられているため、重量物が人体における重心位置に近く、装着時の重量感を小さくできる。つまり、動作アシスト装置1の非動作時における歩行等の他の動作時の違和感を小さくすることができる。 Further, in the motion assist
また、アクチュエータ5の一部に、ワイヤ8等の可撓性を有する非伸縮性の部材を用いることにより、大腿部及び下腿部の2つの部位間の拘束をより低減させることができる。
また、ワイヤ8が可撓性を有しているため、膝を任意の広さで開いた状態で立ち上がるようなねじり運動をともなう動作についても好適にアシストできる。Further, by using a flexible non-stretchable member such as the
Moreover, since the
なお、上記実施形態では、屈曲状態から伸展状態への動作のアシストについて説明したが、伸展状態から屈曲状態への動作のアシストをすることもできる。
例えば、伸展状態から屈曲状態に動作する場合に、伸展状態において、人工筋肉18を軸方向に最も収縮させておき、コントロールユニット43が、排気弁47から空気を排出する速度を制御することにより、立ち上がった状態からしゃがむときのしゃがむ動作をアシストすることができる。即ち、コントロールユニット43に排気弁47から空気を排出する速度を制御させる、コントロールユニット43をアクチュエータ5の全体の長さを延伸する際の単位時間当りの延長距離を調整するための延長距離調整手段として機能させることができる。In the above-described embodiment, the operation assist from the bent state to the extended state has been described. However, the operation assist from the extended state to the bent state can also be performed.
For example, when operating from the extended state to the bent state, the
また、本例に係る動作アシスト装置1では、伸縮体9のワイヤガイド14に滑車を適用することにより、ワイヤガイド14が滑車機構として作用し、伸縮体9の収縮量の2倍の牽引量でワイヤ8が牽引されるため、膝関節などの屈曲から伸展までの関節角度の変化が大きい部位であってもストローク量の小さいアクチュエータを採用することができる。
なお、本例においては、ワイヤ8の固定端を膝関節部側、即ち、大腿装具2上に設定したが、ワイヤ8の経路を反転させ得る位置であればこれに限られるものではなく、例えば各装具とは別の部位を固定端として設定しても良い。Further, in the motion assist
In this example, the fixed end of the
以下、図6A〜図6Cを参照して、動作アシスト装置1の他の実施形態について説明する。図6Aは、伸縮体9の位置を大腿側から下腿側に変更した例を示す。本例において伸縮体9は、下腿装具4と接続されており、ワイヤ8の一端が伸縮体9に設けられたワイヤガイド14の回転中心軸に形成されたワイヤ固定部14Aに固定されるとともに、他端が大腿装具2のワイヤガイド15を経由して、ワイヤガイド14に向けて延長し、該ワイヤガイド14を経由して大腿装具2のワイヤガイド15に設けられたワイヤ固定部15Aに固定されている。 Hereinafter, another embodiment of the motion assist
図6Aに示された例において、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、ワイヤガイド15は、一方の部位(大腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、アクチュエータ5は、ワイヤガイド(接続部)15を介して、一方の部位(大腿部)に固定された棒状部材17(突出部13)と接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、下腿側固定部16において他方の部位(下腿部)に固定されている。アクチュエータ5は、他方の部位(下腿部)側に位置する伸縮体(距離変動手段)9と、一方の部位(大腿部)側に位置し伸縮体9と接続したワイヤ8と、を有している。ワイヤ8がワイヤガイド15に架け渡されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。また、アクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9と接続し且つ下腿装具4に固定される接続部32(図3A参照)によって構成される。この接続部32は、貫通孔33を貫通するボルト等の締結具によって下腿装具4の機構取付部材4Aに固定される。 In the example shown in FIG. 6A, the connecting portion provided integrally with one portion (thigh) is constituted by a
図6Bは、伸縮体9を大腿部及び下腿部それぞれに設けた例を示す。すなわち、アクチュエータ5は、大腿部側に位置する第1の距離変動手段9Bと、下腿部側に位置する第2の距離変動手段9Aと、二つの距離変動手段を連結するワイヤ8と、を有している。本例において第2の距離変動手段をなす伸縮体9Aは下腿装具4、第1の距離変動手段をなす伸縮体9Bは大腿装具2と接続されており、ワイヤ8の一端部側が伸縮体9Aに設けられたワイヤ固定部14Aに固定されるとともに、他端部側が大腿装具2のワイヤガイド15を経由し、伸縮体9Bに設けられたワイヤ固定部14Bと接続されている。このように、2つの部位側のそれぞれに伸縮体9A;9Bを設けることにより、アシスト力を大きくできる。 FIG. 6B shows an example in which the
図6Bに示された例において、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、ワイヤガイド15は、一方の部位(大腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、ワイヤ8がワイヤガイド15に架け渡されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、下腿側固定部16において他方の部位(下腿部)に固定されている。図6Aに示された例と同様に、図6Bに示された例におけるアクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9と接続し且つ下腿装具4に固定される接続部32(図3A参照)によって構成される。 In the example shown in FIG. 6B, the connection portion provided integrally with one portion (thigh) is constituted by a
図6Cは、棒状部材17の位置を大腿装具2から下腿装具4に変更した例を示す。本例において、本例において伸縮体9は、大腿装具2と接続されており、ワイヤ8の一端が伸縮体9に設けられたワイヤガイド14の回転中心軸に形成されたワイヤ固定部14Aに固定されるとともに、他端部側が下腿装具4から延長する棒状部材17のワイヤガイド15を経由して、伸縮体9のワイヤガイド14に向けて延長するとともに該ワイヤガイド14を経由して大腿装具2のワイヤガイド15に設けられたワイヤ固定部15Aに固定されている。 FIG. 6C shows an example in which the position of the rod-shaped
図6Cに示された例において、一方の部位(下腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、ワイヤガイド15は、一方の部位(下腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、アクチュエータ5は、ワイヤガイド(接続部)15を介して、一方の部位(下腿部)に固定された棒状部材17(突出部13)と接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、大腿側固定部11において他方の部位(大腿部)に固定されている。アクチュエータ5は、他方の部位(大腿部)側に位置する伸縮体(距離変動手段)9と、一方の部位(下腿部)側に位置し伸縮体9と接続したワイヤ8と、を有している。ワイヤ8がワイヤガイド15に架け渡されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。また、アクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9と接続し且つ大腿装具2に固定される接続部32(図3A参照)によって構成される。この接続部32は、貫通孔33を貫通するボルト等の締結具によって大腿装具2の機構取付部材2Aに固定される。 In the example shown in FIG. 6C, the connecting portion provided integrally with one portion (crus) is constituted by a
また、図7A及び図7Bを参照して、動作アシスト装置1の他の実施形態について説明する。図7A及び図7Bは、下腿装具4の位置を足部に変更した例を示す。即ち、下腿装具4を踵装具3として構成した例である。本例に係る動作アシスト装置1は、大腿部に取り付けられる大腿装具2と、踵に取り付けられる踵装具3と、大腿装具2及び踵装具3に駆動力を付与するアクチュエータ5とを備える。図7Bに示す大腿装具2及びアクチュエータ5については、図2に示したものと同一構成であるので説明を省略する。また、図7Aに示す大腿装具2は、図2に示したものと同一構成であるので説明を省略する。図7Aに示すアクチュエータ5は、ワイヤ8の伸縮体9側の端部が、伸縮体9に設けられるワイヤガイドで折り返すことなく、伸縮体9にそのまま固定されている点を除き、図2に示したものと同一構成となっている。 Further, another embodiment of the motion assist
図7A及び図7Bに示された例において、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、図7A及び図7Bに示された例において、ワイヤガイド15は、一方の部位(大腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、ワイヤ8がワイヤガイド15に架け渡されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9に接続する側とは逆側となるワイヤ8の端部によって構成されている。 In the example shown in FIGS. 7A and 7B, the connecting portion provided integrally with one portion (thigh) is constituted by a
踵装具3は、機構取付部材3Aと、大腿部側から延長するワイヤ8の一端を取り付けるワイヤ固定部35とを備える。機構取付部材3Aは、例えば、足部の踵を包むように形成され、固定ベルト3Bにより踵に固定される。機構取付部材3Aには、アクチュエータ5の他端側であるワイヤ8の一端(アクチュエータ5の固定端5e)を固定可能なワイヤ固定部35が設けられる。ワイヤ固定部35は、例えば、円孔やねじ穴等、ワイヤ8の折り返しによる接続や、止めねじ等の固定手段による接続が可能に構成される。即ち、ワイヤ8は、膝関節により大腿部と接続される他方の部位を構成する第1の部位としての下腿部に足首関節により接続された第2の部位としての足部に固定される。
ワイヤ固定部35は、しゃがんだ姿勢(膝関節の屈曲時)における下腿部の延長線p2と足部の延長線p3とのなす角θの対角θ´内に位置するように機構取付部材3Aに設けられる。The
The mechanism fixing member is positioned so that the wire fixing portion 35 is located within a diagonal θ ′ of the angle θ formed by the extension line p2 of the crus and the extension line p3 of the foot in a squatting posture (when the knee joint is bent). 3A.
そして伸縮体9を収縮させることにより、ワイヤガイド15とワイヤ固定部35とが近接することにより、大腿部には棒状部材17を介してワイヤガイド15を中心とする伸展方向の回転モーメント(図7B中矢印F1)が作用し、下腿部には足首関節の回転軸Dを中心とする伸展方向の回転モーメント(図7B中矢印F2)が作用するため、伸展動作を効率良くアシストすることができる。 By contracting the
図8は、図7A及び7Bに示した例において伸縮体9をワイヤガイド15とワイヤ固定部35との間に配置した例である。本例において伸縮体9は、ワイヤ8Aの一端部が踵装具3のワイヤ固定部35に固定され、他端部が伸縮体9の貫通孔33にねじ止め等により固定される。また、ワイヤ8Bの一端部がワイヤガイド15のワイヤ固定部15Aに固定され、他端部がワイヤガイド14に設けられたワイヤ固定部14Aに固定される。このように構成しても、大腿部及び下腿部に伸展方向の回転モーメントを作用させることができる。 FIG. 8 is an example in which the
図8に示された例において、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、図8に示された例において、ワイヤガイド15は、一方の部位(大腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、ワイヤ8がワイヤガイド15のワイヤ固定部15Aに固定されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9に接続する側とは逆側となるワイヤ8Bの端部、すなわち固定部35において踵装具3の機構取付部材3Aに固定されたワイヤ8Bの端部によって構成されている。 In the example shown in FIG. 8, the connecting portion provided integrally with one portion (thigh) is constituted by a
また、図示しないが、伸縮体9の一端側を足部に接続し、他端側に大腿装具2からワイヤガイド15を経由して延長するワイヤ8の端部を接続するようにしても良い。この例では、アクチュエータ5の固定端5eが、足部に固定される伸縮体9の一端によって構成される。 Although not shown, one end side of the
また、図9を参照して、動作アシスト装置1の他の実施形態について説明する。図9は、伸縮体9の位置を背中に変更した例を示す。本例に係る動作アシスト装置1は、大腿部に取り付けられる大腿装具2に取り付けられた棒状部材17が膝関節と腰関節の両方から突出し、両端にワイヤガイド15;37を備える。ワイヤガイド37は、大腿部の延長線p1と胴部の延長線p4とのなす角ηの対角η’内に位置するように棒状部材17に設けられる。伸縮体9は、一端側が図外の背面装具に接続され他端側にワイヤ8の一端が固定される。一端が伸縮体9に固定されたワイヤ8は腰側に位置するワイヤガイド37を経由してワイヤガイド15に向けて延長し、さらにワイヤガイド15を経由して他端側がワイヤ固定部35に固定される。 Moreover, with reference to FIG. 9, other embodiment of the
そして伸縮体9を収縮させることにより、棒状部材17のワイヤガイド37を上方に持ち上げるとともに、ワイヤガイド15を下向きに回転させることにより、下腿部に足首関節の回転軸D周りの伸展方向への回転モーメントが作用し、大腿部に膝関節の回転軸C周りの伸展方向への回転モーメントが作用し、胴部に腰関節の回転軸E周りの伸展方向への回転モーメントが作用するため、伸展動作をより効率良くアシストすることができる。 By contracting the
図9に示された例では、図7A〜図8に示された例と同様に、一方の部位(大腿部)と一体的に設けられた接続部は、ワイヤガイド15によって構成されている。すなわち、図9に示された例において、ワイヤガイド15は、一方の部位(大腿部)に対して一定の相対位置に保持されている。この例において、ワイヤ8がワイヤガイド15に架け渡されることで、アクチュエータ5が接続部15に接続している。アクチュエータ5の固定端5eは、伸縮体9に接続する側とは逆側となるワイヤ8の端部、すなわち固定部35において踵装具3の機構取付部材3Aに固定されたワイヤ8の端部によって構成されている。 In the example shown in FIG. 9, similarly to the examples shown in FIGS. 7A to 8, the connection portion provided integrally with one portion (thigh) is configured by the
上述のように、アシスト装置1のアクチュエータ5を伸縮体9とワイヤ8とで構成した場合に、伸展状態に達したのちに、伸縮体9を構成する人工筋肉18の緊張を解放するように伸縮体9を伸長するとワイヤ8に余剰が生じることになり、例えば、ワイヤガイド15やワイヤガイド14からワイヤ8が外れる虞がある。そこで、アシスト装置1にワイヤ8の余剰を調整を可能とする長さ調整機構60を設けると良い。 As described above, when the
図10A〜図10Cは、長さ調整機構60の一実施形態を示す概略図である。長さ調整機構60は、テンショナー62と、テンショナー固定機構70とを備える。
テンショナ―62は、ボディ64に設けられたガイド穴64Aに、スライド部材66のガイド軸66Aを挿入することでスライド部材66をボディ64に対してスライド自在に組み付けられている。そして、このスライド部材66のガイド軸66Aをボディ64の内部に設けられた図外のスプリングによりボディ64からスライド部材66が突出するように付勢される。10A to 10C are schematic views showing an embodiment of the
The
テンショナー固定機構70は、例えば、制動部材72と、制動力発生装置80とを備える。制動部材72は、キャップ部76と、制動板78とを備える。キャップ部76は、スライド部材66のヘッド部66Bの外周に沿って被覆可能に形成されている。制動板78は、キャップ部76をヘッド部66Bに装着したときに、スライド部材66の移動方向に沿いボディ74の一側面と平行に延長する平板からなる。 The
制動力発生装置80は、取付板82と、制動力発生部84と、摩擦材86とを備える。取付板82は、テンショナー62のボディ64の一側面に固定される板状部材であって、制動板78の延長方向に沿って延長する延長部82Aを備える。制動力発生部84は、延長部82Aの両面それぞれから制動板78を挟むように、制動板78の表面に向けて延長する。制動力発生部84は、基端84A側にワイヤ88が取り付けられ、ワイヤ88を引くことにより、先端84Bが制動板78に向けて移動するように構成される。制動力発生部84の先端84B側には摩擦材86が取り付けられる。
したがって、制動力発生部84は、ワイヤ88を引くことにより、摩擦材86が制動板78を挟み込んで固定することができる。The
Therefore, the
長さ調整機構60は、複数のワイヤガイド90を備える。具体的には、図10Aに示すように、ワイヤガイド90は、テンショナー62のボディ64に2か所、スライド部材66のヘッド部66Bに2か所及び取付板82に2か所設けられる。テンショナー62のボディ64及び取付板82に設けられたワイヤガイド90は、スライド部材66の移動方向と直交方向に一列に配置される。ヘッド部66Bに設けられたワイヤガイド90は、 テンショナー62のボディ64及び取付板82に設けられたワイヤガイド90に対して千鳥状となるように配置される。そして、取付板82に設けられたワイヤ固定部82Bにワイヤ8の一端側を固定し、取付板82のワイヤガイド90からヘッド部66Bのワイヤガイド90を経由してボディ64のワイヤガイド90に掛け、ボディ64のワイヤガイド90からヘッド部66Bのワイヤガイド90を経由して取付板82のワイヤガイド90に掛けた後に、他端側がワイヤガイド15に向けて延長する。ワイヤガイド90は、例えばプーリーにより構成される。 The
以下、長さ調整機構60の動作について説明する。
図10Cに示すように、例えば、ワイヤ8に張力が作用すると、ヘッド部66Bに設けられたワイヤガイド90がボディ64側に引かれることにより、スライド部材66がボディ64内に押し込まれる。そして、ワイヤ8の張力が除荷されることにより、図10Aに示すように、スプリングの付勢力によりスライド部材66がボディ64から突出する。これにより、余剰のワイヤ8を巻き取ることにより、ワイヤ8に緊張力を付与することができる。
そのため、より大きなアシストトルクを得ることができる。
また、スライド部材66の移動を規制したい場合には、ワイヤ88を引いてスライド部材66に取り付けられた制動部材72の制動板78を摩擦材86;86で挟むことによりスライド部材66の移動を制御することができる。Hereinafter, the operation of the
As shown in FIG. 10C, for example, when tension is applied to the
Therefore, a larger assist torque can be obtained.
When it is desired to restrict the movement of the
長さ調整機構60は、例えば、下腿装具4や踵装具3に取り付け、例えば、膝関節が完全な伸展状態にあるときに、テンショナー62のスライド部材66が最も突出した状態となるようにワイヤ8の長さを調節すると良い。 The
このように長さ調整機構60を設けることにより、伸縮体9のワイヤガイド15にプーリーを用いてワイヤ8の牽引量を倍化する必要をなくすことができる。即ち、プーリーによりワイヤ8の牽引量を倍加することにより、アシスト力が半減してしまうが、プーリーを廃止することで、伸縮体9の収縮力をアシスト力に作用させることができる。 By providing the
また、長さ調整機構60は、テンショナー62のスライド部材66の移動を規制するテンショナー固定機構70を備えているため、アシスト力の発揮のために伸縮体9を収縮させたときに、テンショナー固定機構70を動作させることにより、テンショナー62のスライド部材66がボディ64に押し込まれてワイヤ8の牽引ストロークの吸収を防ぐことができる。即ち、アシスト力を発生する際には、スライド部材66を固定することにより、ワイヤ8に付与された張力の吸収を抑制することができる。即ち、長さ調整機構60により、伸展状態又は屈曲状態のワイヤ8のたるみを防止することができる。 In addition, since the
なお、本実施形態では、伸縮体9を2つの人工筋肉18;18により構成したが、必要とされるアシスト力に応じて1つ、若しくは3つ以上を並列に設けても良い。
また、伸縮体9を人工筋肉18により構成するとして説明したが、駆動源として空気を用いる場合には、エアシリンダ等であっても良い。
また、伸縮体9の駆動源として電力を用いる場合には、伸縮体9をボールねじ機構やリニアモータを組み合わせて、ワイヤ8を牽引するようにしても良く、ワイヤ8を直接巻き取り機により巻き取るようにしても良い。
また、上記実施形態では、アクチュエータ5を伸縮体9及びワイヤ8で構成するものとして説明したが、接続部(例えばワイヤガイド15)をアクチュエータ5の固定端5e(例えば下腿側固定部16に固定されたワイヤの端部)に向けて牽引可能であればゴムであっても良い。つまり、ワイヤ8を牽引し得る伸縮動作可能なアクチュエータであればその種別は問わない。
また、上記実施形態では、ワイヤガイド15及び棒状部材17を脚部における側部に設けるものとして説明したが、ワイヤガイド15が、屈曲状態における大腿部や下腿部等の2つの部位のなす角の対角内に位置すれば、関節の側部に限らず前方などワイヤガイド15及び棒状部材17の位置は問わない。In the present embodiment, the
In addition, although it has been described that the
When electric power is used as a drive source for the expansion /
Further, in the above-described embodiment, the
In the above embodiment, the
Claims (12)
一方の部位に固定される部材と、
前記部材と一体的に設けられた接続部を介して前記部材と接続し、且つ、他方の部位に固定された固定端を有するアクチュエータと、を備え、
前記接続部は、前記屈曲状態において前記2つの部位のなす角の対角内に位置し、
前記アクチュエータは、前記固定端と前記接続部との間の距離を短縮可能である、動作アシスト装置。An operation assist device that assists an operation when two parts connected by a joint change from a bent state to an extended state,
A member fixed to one part;
An actuator having a fixed end connected to the member via a connecting portion provided integrally with the member and fixed to the other part;
The connecting portion is located within a diagonal angle formed by the two portions in the bent state,
The actuator is an operation assist device capable of shortening a distance between the fixed end and the connection portion.
前記2つの部位の伸展状態又は屈曲状態への変動における前記ワイヤの長さを調整可能な長さ調整機構を、更に備える、請求項1又は2に記載の動作アシスト装置。The actuator includes a wire;
The motion assist device according to claim 1, further comprising a length adjusting mechanism capable of adjusting a length of the wire in a change of the two portions to an extended state or a bent state.
前記ワイヤは滑車機構に架け渡されている、請求項1乃至4のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。The actuator includes a distance varying means and a wire,
The operation assist device according to any one of claims 1 to 4, wherein the wire is stretched over a pulley mechanism.
前記アクチュエータの前記固定端を、前記第1の部位又は前記第2の部位に固定した、請求項1乃至6のいずれか一項に記載の動作アシスト装置。The other part includes a first part, a second part, and a joint connecting the first part and the second part,
The motion assist device according to any one of claims 1 to 6, wherein the fixed end of the actuator is fixed to the first part or the second part.
前記距離変動手段を前記大腿部側に配置した、請求項8又は9に記載の動作アシスト装置。The actuator includes a distance varying means and a wire,
The motion assist device according to claim 8 or 9, wherein the distance varying means is arranged on the thigh side.
前記距離変動手段を前記大腿部側及び前記下腿部側に配置した、請求項8又は9に記載の動作アシスト装置。The actuator includes a distance varying means and a wire,
The motion assist device according to claim 8 or 9, wherein the distance varying means is arranged on the thigh side and the crus side.
前記大腿部に固定される部材と、
前記部材に固定された距離変動手段と、
前記大腿部と前記下腿部とのなす角の対角内に位置し、前記部材と一体的に設けられたワイヤガイドと、
前記下腿部に固定されるとともに、前記ワイヤガイドを介して前記距離変動手段に架け渡されるワイヤと、を備える、動作アシスト装置。An operation assist device for assisting an operation when a thigh and a lower leg connected by a knee joint change from a bent state to an extended state;
A member fixed to the thigh;
Distance varying means fixed to the member;
A wire guide that is located within a diagonal of the angle between the thigh and the lower leg, and is provided integrally with the member;
An operation assisting device comprising: a wire fixed to the lower leg and spanned over the distance changing means via the wire guide.
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