WO2007043308A1 - 動作支援装置および動作支援方法 - Google Patents

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WO2007043308A1
WO2007043308A1 PCT/JP2006/318824 JP2006318824W WO2007043308A1 WO 2007043308 A1 WO2007043308 A1 WO 2007043308A1 JP 2006318824 W JP2006318824 W JP 2006318824W WO 2007043308 A1 WO2007043308 A1 WO 2007043308A1
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sensor
muscle
actuator
movement
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PCT/JP2006/318824
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Keisuke Ueda
Hiromichi Fujimoto
Go Shirogauchi
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Matsushita Electric Industrial Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an operation support apparatus and an operation support method that support an operation of an elbow, a wrist, or a knee of a human body using an actuator.
  • an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-286519 includes an actuator that applies an assisting force in a bending direction to a joint portion of a user, a control unit that controls the movement of the actuator, and both sides of the actuator. And a pair of mounting portions attached to the. According to this technology, it was possible to support joint flexion and extension movements by operating the actuator.
  • the device described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2001-276101 has a flexible, cylindrical mounting portion that wraps and closely contacts a user's joint, and an outer periphery of the mounting portion. It has an integrated actuator. With this technology as well, by operating the actuator, it was possible to bend the mounting part and support the bending and extension of the joint.
  • the present invention has been made in view of these problems.
  • the operation support apparatus and operation support capable of supporting the operation with the direction and force desired by the user are provided.
  • a method is provided.
  • the motion support device of the present invention includes a plurality of mounting portions that are mounted across the user's joints, an actuator that is suspended between the plurality of mounting portions, and a user that is mounted to control the movement of muscles. It is characterized by comprising a sensor for detection and a control unit for controlling the actuator based on the movement of the muscle detected by the sensor.
  • control unit can control the actuator based on the movement of the muscle detected by the sensor, so that the user's motion intention is reflected in the motion support device and used.
  • the operation support can be performed in the direction and force desired by the person.
  • the movement can be supported without obstructing the movement of the user's joint.
  • control unit may be configured to cause the actuator to generate a force that assists the movement of the muscle based on the movement of the muscle detected by the sensor.
  • a pneumatic pressure source for supplying air to the actuator is provided, the actuator is a pneumatic rubber artificial muscle, and the controller is configured to operate the actuator by controlling the pneumatic pressure of the pneumatic rubber artificial muscle. May be.
  • the artificial rubber muscle is used as the actuator, it is possible to realize a configuration that is less likely to cause discomfort when hitting the human body.
  • the artificial rubber muscle which is the actuator, is light, so the moment applied to the base of the limb is reduced, reducing the burden on the human body.
  • the range of motion is determined by the contraction limit of the artificial rubber muscle, it does not exceed the range of motion of the user's joint. Do not give a heavy burden.
  • a plurality of the actuators may be suspended between a pair of mounting parts, and the plurality of actuators may be arranged at positions that antagonize each other with respect to the joint.
  • a pair of actuators may be arranged between the pair of mounting portions.
  • an elastic joint may be provided between the mounting portions.
  • the senor may be attached to a predetermined part of the user, and the actuator may be attached to support the operation of the predetermined part of the user.
  • the senor is attached to one part of the user, and the actuator is provided so as to support the operation of the other part of the user.
  • the one part and the other part are symmetrical. It may be a composition that is a part! /.
  • the senor is attached to the site on the healthy side of the user, and the actuator is attached to the site where the muscle strength of the user is weakened.
  • the actuator is attached to the site where the muscle strength of the user is weakened.
  • it may have a configuration in which a plurality of sensors are provided and some of the plurality of sensors are attached to other parts of the user. [0026] According to such a configuration, it is possible to detect the movement of the portion where the user's muscle strength is weak, and thus it is possible to know the degree of recovery of the user's muscle strength.
  • the senor may be attached to a predetermined part of the instructor who gives an instruction to the user, and the actuator may be attached to the predetermined part of the user.
  • the user can easily move according to the movement of the instructor, and effective rehabilitation can be performed.
  • a plurality of actuators may be provided, and a plurality of actuators can be attached to a predetermined portion of each of a plurality of users.
  • a plurality of users can further receive operation support by the movement of the instructor.
  • control unit may be configured to control the actuator so that a load is applied to the movement of the muscle based on the movement of the muscle detected by the sensor.
  • the motion support method of the present invention includes a plurality of mounting portions mounted across the user's joints, an actuator suspended between the plurality of mounting portions, and a muscle mounted on the user.
  • the actuator can be controlled based on the movement of the muscle detected by the sensor, so that the operation can be supported in the direction and force desired by the user.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state in which the motion support device according to the first embodiment of the present invention is mounted on an arm.
  • FIG. 2 is a perspective view of the operation support device in the state shown in FIG. 1 as viewed from the back, according to the first embodiment of the present invention.
  • Fig. 3 is an action tutor of the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is a perspective view of a knit part.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the operation support apparatus in the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram showing a state in which a user's elbow is bent by the motion support device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation steps when the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention supports the operation of the user.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining a function of a control unit of the operation support apparatus according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is a diagram showing a configuration of an operation support apparatus in the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing another example of the operation support apparatus according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of an operation support apparatus according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a perspective view showing a state where the motion support device 50 according to the first embodiment of the present invention is worn on the arm
  • FIG. 2 is a view of the motion support device 50 in the state shown in FIG. It is a perspective view.
  • FIG. 3 is a perspective view of the actuator unit 54 portion of the motion support device 50.
  • the motion support device 50 is a mounting portion that is placed across the elbow joint of the user and is mounted on the upper arm.
  • the rubber artificial muscle 6 and the rubber artificial muscle 7 are disposed in a pair at the “position to be performed”).
  • the motion support device 50 is disposed between the cuff 3, the cuff 2 and the cuff 3 which are attached to the position of the palm which covers the wrist joint with respect to the cuff 2 which is attached to the forearm.
  • the artificial muscle 8 and the rubber artificial muscle 9 which are the actuators for assisting the movement of the wrist in the palm flexion direction, and the position of the wrist dorsiflexion in the position that antagonizes the rubber artificial muscle 8 and the rubber artificial muscle 9
  • a rubber artificial muscle 10 and a rubber artificial muscle 11 are arranged to assist movement.
  • Rubber artificial muscle 4 ⁇ As L1, for example, a Macchiben type pneumatic actuator having a cylinder part having an air valve and a sleeve part, which is also called a McKibben type pneumatic rubber artificial muscle, is used. it can. When a McKibben type pneumatic actuator is used, the cylinder part is pressurized and expanded through the air valve, so that the actuator is contracted by the action of the sleeve part. The character will grow.
  • the motion support device 50 includes a joint 17 disposed between the cuff 1 and the cuff 2, and a joint 18 disposed between the cuff 2 and the cuff 3.
  • each of the joint 17 and the joint 18 is configured by using an elastic body, and thus supports a twisting (rotating) motion in addition to a bending and extending motion at each joint of the user. It can be done.
  • cutout unit 54 the artificial rubber muscles 4 to 11, the cuffs 1 to 3 and the joints 17 and 18 are collectively referred to as Cutout unit 54.
  • the motion support device 50 further detects the movement of the triceps on the upper arm, a sensor 12 arranged to detect the movement of the biceps on the upper arm of the user, and detects the movement of the triceps on the back of the upper arm.
  • Sensor 13 placed on the front side of the user's forearm, sensor 15 placed on the back side of the forearm, and outputs of sensors 12 to 15 Accordingly, a control unit 16 is provided for controlling the artificial rubber muscles 4 to 11 so as to support the user's operation.
  • sensors 12 to 15 various known sensors such as a strain gauge can be used as long as they can measure a user's muscle strength.
  • the sensors 12 to 15 are collectively referred to as a sensor unit 52.
  • control unit 16 may be realized by hardware of a dedicated circuit, or by writing a program that realizes control steps described later and causing the computer to execute the program. That function can be realized.
  • FIG. 4 is a functional block diagram of the operation support apparatus 50 according to the first embodiment of the present invention.
  • the sensors 12 to 15 of the sensor unit 52 are each connected to the control unit 16.
  • the control unit 16 detects the output of each of the sensors 12 to 15 to determine whether or not the user is trying to move properly, and based on the result, the rubber connected to the air pressure source 22 is determined.
  • the opening and closing of the air valves of the artificial muscles 4 to 11 to change the air pressure, the rubber artificial muscles 4 to 11 are operated, and the desired direction and the desired force are applied to the desired part of the user. Operation support can be performed with.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a state where the user's elbow is bent by the motion support device 50 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the operation steps when the operation support device 50 supports the operation of the user.
  • the control unit 16 of the motion support device 50 starts detecting outputs from the sensors 12 to 15 (S2).
  • control unit 16 detects the output from the sensors 12 to 15 in step S2, the control unit 16 uses the output to determine which joint the user operates in which direction. Then, it is determined whether or not (S4).
  • control unit 16 controls the opening and closing of the air valve of the artificial rubber muscle 4 ⁇ : L1, thereby causing each of the artificial rubber muscle 4 ⁇ : L1 to perform a desired operation ( S6). And the control part 16 returns to step S2, and starts the detection of the sensors 12-15 again.
  • step S4 when the control unit 16 detects the outputs of the sensors 12 to 15 and determines that the user is trying to "bend the elbow joint", As shown, the control unit 16 controls the air valve of the rubber artificial muscle 4 and the rubber artificial muscle 5 and pressurizes the inside of each cylinder, thereby making the rubber artificial muscle 4 and the rubber artificial muscle 5 to be paired. By contracting and applying an urging force in the pulling direction between the cuff 3 and the cuff 2, a force that assists the bending of the elbow joint of the user can be applied.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the function of the control unit 16 of the operation support apparatus 50 according to the first embodiment of the present invention.
  • a graph of the movement of the user's biceps detected from the sensor 12 on the upper side is shown, and the control unit 16 at that time has a rubber artificial muscle 4, 4 at the lower side.
  • 5 shows a graph of the force applied.
  • Each graph shows the magnitude of force P on the vertical axis and time t on the horizontal axis.
  • the control unit 16 determines that the detected force is a predetermined force.
  • the threshold value P1 is exceeded (time T1)
  • the rubber artificial muscle 4 and the rubber artificial muscle 5 are applied with an urging force P2 in the contraction direction as shown in the lower graph of FIG. 4 and rubber artificial muscle 5 Control each air valve.
  • the biasing force P2 in the contraction direction can be applied to the user's biceps.
  • the control unit 16 releases the urging force P2.
  • the user removes the force from the muscle, it is possible to prevent an unintended force from being applied from the motion support device 50.
  • the control unit 16 when the force detected by the sensor 12 exceeds the predetermined threshold value P1 (time T1), the control unit 16 does not necessarily need to apply the urging force P2 at the same time.
  • a force with a slight delay in applying the biasing force P2 may give a sense of security to the user, so it is desirable to be able to adjust this delay amount.
  • this delay amount specifically Is equipped with an adjustment section such as a switch or dial for adjusting the time Tl when the force detected by the sensor 12 exceeds the predetermined threshold PI and the amount of deviation between the time when the biasing force P2 is applied.
  • the urging force P2 used for the operation support may be changed with time. For example, at the start of rehabilitation, the energizing force P2 is increased, the energizing force P2 is decreased with time, and at the end of the rehabilitation, the energizing force P2 is increased again to perform warm-up and cool-down. Therefore, it is possible to realize a configuration with higher safety for the user.
  • the motion support device 50 simultaneously contracts the rubber artificial muscle 4 and the rubber artificial muscle 5 by the same length, thereby operating the motion axis of the user's joint and the operations of the rubber artificial muscle 4 and the rubber artificial muscle 5.
  • a vertical relationship with the axis can be maintained.
  • the output of the artificial rubber muscles can be transmitted to the user's muscles efficiently, and the user's joint motion axis and the rubber artificial muscle motion axis can be transferred to the user's joint due to the vertical force shift. Can be reduced.
  • control unit 16 determines that the artificial rubber muscle 6 in step S6. And by contracting the rubber artificial muscle 7, it is possible to support the movement of the elbow extension. Furthermore, with regard to wrist movement support, as in the case of the above-mentioned elbow movement support, by contracting the rubber artificial muscle 8 and the rubber artificial muscle 9, it becomes possible to support palm flexion movement. By contracting 10 and the artificial rubber muscle 11, it becomes possible to support the movement of dorsiflexion.
  • step S6 the control unit 16 performs the artificial rubber muscle 4 and the artificial rubber muscle 9.
  • the control unit 16 can support the external rotation of the forearm by contracting the rubber artificial muscle 5, the rubber artificial muscle 8, and the rubber artificial muscle 11.
  • the elastic joint 17 and joint 18 are used to connect the cuffs 1 to 3, so that the torsional motion at the joint can be facilitated. it can.
  • the control unit detects a signal output from the sensor force, and the control unit tries to perform any operation. Since the rubber artificial muscle is operated based on the determination result and the determination result, it is possible to appropriately support the operation of the direction and force desired by the user.
  • the motion support device 50 does not have any parts that can be sandwiched inside the joint, the joint can be bent deeply and a heavy work is carried out, that is, a load of luggage at a factory or a moving contractor, etc. It can also be applied for transportation.
  • the motion support device 50 uses soft and pneumatic rubber artificial muscles as an actuator, the user is less likely to feel pain and holds the patient. It can be applied to the medical and nursing care fields.
  • FIG. 8 is a diagram showing the configuration of the motion support device 60.
  • the operation support device 60 includes a sensor unit 62, an actuator unit 64, and a control unit 66.
  • the difference between the motion support device 60 and the motion support device 50 in the first embodiment is that the sensor unit 62 is mounted on the arm opposite to the arm on which the user's actuate tutu 64 is mounted. It is a point.
  • the motion support device 60 allows the control unit 66 to detect the movement of the arm to which the sensor unit 62 is attached and to support the movement. Can be operated by the artificial rubber of the actuator unit 64.
  • the motion support device 60 it is possible to perform effective rehabilitation for a user whose half is paralyzed.
  • the user's left arm is paralyzed If so, attach sensor unit 62 to the unparalyzed healthy arm (right arm) and attach actuator unit 64 to the paralyzed arm (left arm).
  • the sensor 22 is placed on the front side of the upper arm of the user's right arm
  • the sensor 23 is placed on the back side of the upper arm of the user's right arm
  • the sensor 24 is placed on the front side of the forearm of the user's right arm.
  • the sensor 25 is placed behind the forearm of the user's right arm.
  • the user moves the arm of his / her healthy person so that the control unit 16 detects the movement of the muscles of his / her healthy arm through the sensor unit 62. Based on the movement, the actuator unit 64 can assist the movement of the corresponding muscle of the paralyzed arm.
  • the user uses the motion support device 60, the user tries to move both arms in the same way while looking at the arm on the healthy side. You can rehabilitate by powering the paralyzed arm. Such rehabilitation can be carried out for a relatively long time by the user himself / herself without receiving instructions from occupational therapists, etc., so that the time required for recovery can be shortened.
  • muscle strength is generated unconsciously in the muscles on the paralyzed side, so that not only muscle strength but also balance sensation and neurology. You can reinforce your talent and work.
  • the force showing the example in which the sensor unit 62 is attached to the healthy arm and the actuator unit 64 is attached to the paralyzed arm is shown in this example. It is not limited to.
  • the sensor unit is also attached to the paralyzed arm, and the control unit 66 detects the movement of the muscle of the paralyzed arm, so that the user's It is also possible to measure the degree of muscle strength recovery.
  • the control unit 66 measures the degree of recovery of the muscular strength of the user, and changes the amount of motion support according to the result (for example, the amount of support decreases as the muscular strength recovers). Therefore, more effective rehabilitation is possible.
  • the grip strength of the user is detected and the change in the grip strength is detected. Therefore, if the configuration is such that the safety switch works (for example, if the grip strength is reduced, the safety switch is turned on and the device is turned off), a configuration with excellent safety can be realized.
  • the arm in the state of strength is more effective in rehabilitation because the sensing of muscle strength is more difficult.
  • the force showing an example of causing the actuator unit 64 to perform the same movement as that detected by the sensor unit 62 is not limited to this example.
  • the actuator unit 64 has an opposite phase to the motion detected by the sensor unit 62 (for example, if the sensor unit 62 detects bending of the elbow, the actuator unit 64 extends the elbow) It is also possible to make it move. When such a movement is made, it is as if the user is striking the drum (if you put it on your foot, please step on! /) You can feel it.
  • the sensor unit 82 is attached to one arm of the user, and control is performed. 86 detects the output, and based on the output, the actuator unit 84 mounted on the other arm of the user and the actuator unit mounted on one of the user's legs. It is also possible to support the operation of each 85.
  • control unit 86 causes the actuator units 84 and 85 to move in the opposite phase to the operation detected by the sensor unit 82.
  • FIG. 10 is a diagram showing a configuration of the operation support apparatus 70 according to the third embodiment of the present invention.
  • the operation support device 70 includes a sensor unit 72, an actuator tute 74, and a control unit 76 connected to the sensor unit 72 and the actuator unit 74.
  • the difference between the motion support device 70 and the motion support device 50 in the first embodiment and the motion support device 60 in the second embodiment is that the sensor unit 72 and the actuator unit 74 are different. It is attached to another person. Further, in the present embodiment, an example in which the operation support apparatus 70 includes a plurality of the actuator units 74 for one sensor unit 72 is shown.
  • the sensor unit 72 of the motion support device 70 is attached to an arbitrary part (for example, the right arm) of a person who instructs the user (hereinafter referred to as an instructor), such as an occupational therapist or an instructor.
  • the cutout unit 74 is attached to the same part of the user where the sensor unit 72 is attached to the instructor.
  • the control unit 76 detects the output from the sensor unit 72 attached to the instructor, determines which part of the instructor's muscle is going to move, and also the result. Based on this, the rubber artificial muscle of the actuator unit 74 attached to the user is operated. When a plurality of the actuator units 74 are provided, the control unit 76 controls the plurality of the actuator units 74.
  • the motion support device 70 by using the motion support device 70, the user can easily move in accordance with the movement of the instructor. This is because the motion assisting device 70 assists the user so that the muscle corresponding to the movement of the instructor moves in the same manner.
  • the motion support device 70 has a plurality of actuator units 74
  • the instructor can instruct a plurality of users to exercise at the same time.
  • Each person is supported by the movement of the muscle so that it moves in the same way as the movement of the instructor, so it is very useful as a device that supports rehabilitation in hospitals and rehabilitation facilities.
  • the user's motivation can be further enhanced.
  • the force that has been described with respect to the example using rubber artificial muscle as the actuator is not limited to this example.
  • the same effect can be obtained when the function of an actuator is realized by a combination of a motor and a wire.
  • the function of the operation support apparatus of the present invention can be realized by using a power source as the drive source and the control unit performing rotation control of the motor.
  • two artificial rubber muscles used for assisting each flexion and extension motion of each joint are arranged. It is not limited to. For example, a configuration in which one artificial rubber muscle is arranged or a configuration in which three or more artificial muscles are arranged in the direction in which the operation of each joint is supported may be employed.
  • the force showing a configuration using a strain gauge as a sensor is not limited to this configuration. Any sensor can be used as long as it can detect the movement of muscles, for example, a position sensor, a kake sensor, a torque sensor, a gravity sensor, a gravitational acceleration sensor, a velocity sensor, an acceleration sensor, and an angle sensor.
  • Angular velocity sensor voice sensor, myoelectric potential sensor, displacement sensor, pressure sensor, pneumatic sensor, electroencephalogram sensor, flow sensor, temperature sensor, humidity sensor, electrostatic sensor, infrared sensor, photoelectric sensor, vibration sensor, impact sensor, current
  • sensors such as a sensor, a voltage sensor, a magnetic sensor, or an ultrasonic sensor can be used.
  • the mounting unit is described as being a cuff, but the present invention is not limited to this configuration.
  • the user can wear the motion support device as if wearing the clothes as if wearing the clothes.
  • a configuration that can be mounted can be realized.
  • the clothes part can be freely washed, so that a configuration with excellent practicality can be realized.
  • a temperature sensor is provided. It is practical to turn the heater on and off according to the outside air temperature.
  • the control unit operates the actuator so as to assist the movement of the muscle detected by the sensor. It is not limited to this example. For example, if the control unit detects the movement of the muscle detected by the sensor, the direction in which the load is applied (for example, the direction in which the elbow is extended when the sensor detects bending of the elbow) will be updated. By applying the stamp to the car, it can be applied not only to rehabilitation but also to sports fields such as exercise and training.
  • the force described in the assumption that the part to be worn is an arm is not limited to this example. It can be worn on any part of the human body other than the arm as long as it has joints such as fingers and knees of the limbs, ankles, hip joints, hips, neck and shoulders.

Abstract

　動作支援装置であって、使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、複数の装着部の間に懸架されるアクチュエータと、使用者に装着され、筋肉の動きを検知するセンサと、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御する制御部とを備えた。

Description

明 細 書
動作支援装置および動作支援方法
技術分野
[0001] 本発明は、ァクチユエータを用いて、人体の肘、手首または膝等の動作を支援する 動作支援装置および動作支援方法に関する。
背景技術
[0002] 従来から、運動機能に障害を持つ患者に対して、手足、胴または首等の各部の筋 力を回復させるための、各種訓練装置が開発されている。
[0003] また、体力がなくなったお年寄りの日常動作を支援したり、介護者の肉体的負担を 軽減したりするために、歩行支援装置、階段昇降用リフト装置または抱きかかえ用リ フト装置等の各種装置が、筋力を補助する目的で各種開発されている。
[0004] これらの装置において、使用者が装着することによって、自らの筋力を補助するた めの技術が、例えば、特開 2001— 286519号公報、または、特開 2001— 276101 号公報に提案されている。
[0005] まず、特開 2001— 286519号公報に記載の装置は、使用者の関節部分に曲げ方 向の補助力を付与するァクチユエータと、このァクチユエータの動きを制御する制御 手段と、ァクチユエータの両側に取り付けられた一対の装着部とを有する。この技術 によれば、ァクチユエータを動作させることによって、関節の屈曲および伸展の動作 支援を行うことができた。
[0006] また、特開 2001— 276101号公報に記載の装置は、可撓性を有し、円筒状の、使 用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化された ァクチユエ一タとを有する。この技術によっても、ァクチユエータを動作させることによ り、装着部を曲げて、関節の屈曲および伸展の動作支援をすることができた。
[0007] し力しながら、これらの従来技術においては、使用者の関節の屈曲および伸展の 支援をする場合に、制御手段によって指示された、または、あらかじめ定められた方 向および力でしか動作支援ができな力つた。このため、使用者が望む方向と異なる 方向に動作支援してしまったような場合や、使用者が望む力とは異なる力、たとえば 強すぎる力で動作支援したような場合には、使用者の筋肉や関節を痛めてしまったり 、逆に力が弱すぎる場合には、筋力を補助する効果が低下してしまったりする可能性 かあつた。
発明の開示
[0008] 本発明は、これらの課題に鑑みてなされたもので、使用者の動作支援を行う場合に 、使用者の望む方向および力で動作支援することが可能な動作支援装置および動 作支援方法を提供するものである。
[0009] 本発明の動作支援装置は、使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、 複数の装着部の間に懸架されるァクチユエータと、使用者に装着され、筋肉の動きを 検知するセンサと、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、ァクチユエータを制御 する制御部とを備えたことを特徴として 、る。
[0010] このような構成により、制御部が、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、ァク チュエータを制御することができるので、使用者の動作意図が動作支援装置に反映 されて、使用者の望む方向および力で動作支援を行うことができる。また、関節にァ クチユエータゃ装着部がかからないため、使用者の関節の動作を邪魔せずに、動作 支援することができる。
[0011] また、制御部は、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きを補 助するような力を前記ァクチユエータに発生させる構成であってもよい。
[0012] このような構成によれば、さらに、筋力が弱った者に対するリハビリ用途に適した動 作支援装置を実現できる。
[0013] また、ァクチユエータに空気を供給する空気圧源を備え、ァクチユエータが空気圧 式ゴム人工筋であり、制御部は、空気圧式ゴム人工筋の空気圧を制御することにより 、ァクチユエータを動作させる構成であってもよい。
[0014] このような構成により、ァクチユエータとしてゴム人工筋を用いるので、人体に当たつ て不快感を与える可能性の低い構成を実現できる。また、四肢の先端部分に取り付 けた場合でも、ァクチユエータであるゴム人工筋が軽いことから、四肢の付根に力かる モーメントが小さくなり、人体への負担が低減する。さらに、動作範囲がゴム人工筋の 収縮限界によって決まっているので、使用者の関節の可動域を超えずに、関節に過 度な負担を与えない。
[0015] また、一対の装着部の間に、複数の前記ァクチユエータが懸架され、複数のァクチ ユエータは、関節に対して互いに拮抗する位置に配置される構成であってもよい。
[0016] このような構成によれば、さらに、一つの関節に対して、屈曲と伸展といった互いに 異なる動きの支援を行うことができる。
[0017] また、一対の装着部の間に、一対のァクチユエータが配置される構成であってもよ い。
[0018] このような構成によれば、さら〖こ、ノランスをとつてスムーズに動き支援を行うことが できる。また、関節の動作軸とァクチユエータの動作軸との垂直関係がずれることを 防止することができる。また、関節に対して、それぞれ拮抗する形で、 4本以上のァク チユエータが配置される場合には、関節の屈曲および伸展のみならず、回旋動作も 支援することが可能となる。
[0019] さらに、装着部の間に、弾性体のジョイントを有する構成であってもよい。
[0020] このような構成によれば、さらに、屈曲と伸展のみならず、回旋動作についても支援 することができる。
[0021] また、センサが、使用者の所定の部位に取り付けられ、ァクチユエータが、使用者の 所定の部位の動作を支援するように取り付けられる構成であってもよ 、。
[0022] このような構成によれば、さらに、使用者の筋肉の動きを検出して、その検出された 筋肉の動きを支援することができる。
[0023] また、センサが、使用者の一の部位に取り付けられ、ァクチユエータが、使用者の他 の部位の動作を支援するように設けられ、一の部位と他の部位とが、左右対称な部 位である構成であってもよ!/、。
[0024] このような構成によれば、さらに、センサを使用者の健常な側の部位に取り付け、ァ クチユエータを使用者の筋力の弱った部位に取り付けることで、健常な側と筋力の弱 つた側どちらをも動力して、体の半身の筋力が弱った使用者に対してより適切なリノ、 ピリを行うことができる。
[0025] さらに、複数のセンサを有し、複数のセンサのうち、一部のセンサが、使用者の他の 部位に取り付けられる構成であってもよ ヽ。 [0026] このような構成によれば、さらに、使用者の筋力が弱った部位の動きを検知すること ができるので、使用者の筋力の回復度合いを知ることができる。
[0027] また、センサが、使用者に対して指示を行う指示者の所定の部位に取り付けられ、 ァクチユエータは、使用者の所定の部位に取り付けられる構成であってもよ 、。
[0028] このような構成によれば、さらに、指示者の動きに従って、使用者が動きを行いやす くなり、効果的なリハビリを行うことができる。
[0029] さらに、ァクチユエータを複数有し、複数のァクチユエ一タカ 複数の使用者それぞ れの所定の部位に取り付けられる構成であってもよい。
[0030] このような構成によれば、さらに、指示者の動きによって、複数の使用者が動作支 援を受けることが可能となる。
[0031] また、制御部は、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きに対 して負荷となるように前記ァクチユエータを制御する構成であってもよ 、。
[0032] このような構成によれば、さらに、リハビリ用途のみならず、エクササイズ等のトレー ユング用途にも適応可能となる。
[0033] 次に、本発明の動作支援方法は、使用者の関節をまたいで装着される複数の装着 部と、複数の装着部の間に懸架されるァクチユエータと、使用者に装着され、筋肉の 動きを検知するセンサとを備えた動作支援装置を用いた動作支援方法であって、セ ンサが検知した筋肉の動きにもとづいて、ァクチユエータを制御することを特徴として いる。
[0034] このような方法により、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、ァクチユエータを 制御することができるので、使用者の望む方向および力で動作支援を行うことができ る。
図面の簡単な説明
[0035] [図 1]図 1は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置を腕に装着した状 態を示す斜視図である。
[図 2]図 2は、本発明の第 1の実施の形態における、図 1に示す状態の動作支援装置 を背面力 見た斜視図である。
[図 3]図 3は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置のァクチユエータュ ニット部分の斜視図である。
[図 4]図 4は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置の機能ブロック図で ある。
[図 5]図 5は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置によって、使用者の 肘を屈曲させた状態を示す図である。
[図 6]図 6は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置が使用者の動作支 援を行う際の動作ステップを示すフローチャートである。
[図 7]図 7は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置の制御部の機能に ついて説明するための図である。
[図 8]図 8は、本発明の第 2の実施の形態における動作支援装置の構成を示す図で ある。
[図 9]図 9は、本発明の第 2の実施の形態における動作支援装置の別の例を示す図 である。
[図 10]図 10は、本発明の第 3の実施の形態における動作支援装置の構成を示す図 である。
符号の説明
[0036] 1, 2, 3 カフ（装着部）
4〜11 ゴム人工筋（ァクチユエータ）
12〜15, 22〜25 センサ
16, 66, 76, 86 制御部
17, 18 ジョイント
22 空気圧源
50, 60, 70, 80 動作支援装置
52, 62, 72, 82 センサュ-ッ卜
54, 64, 74, 84, 85 ァクチユエータユニット
発明を実施するための最良の形態
[0037] 以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
[0038] (第 1の実施の形態） 図 1は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置 50を腕に装着した状態 を示す斜視図であり、図 2は、図 1に示す状態の動作支援装置 50を背面から見た斜 視図である。また、図 3は、動作支援装置 50のァクチユエータユニット 54部分の斜視 図である。
[0039] 図 1〜図 3に示したように、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置 50は 、使用者の肘関節をまたいで配置される、装着部であり、上腕に装着されるカフ 1お よび前腕に装着されるカフ 2、肘の屈曲方向の動きを補助するために、カフ 1および カフ 2の間に懸架された状態で、一対に配置された、ゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5、ならびに、肘の伸展方向の動きを補助するために、ゴム人工筋 4およびゴム人工 筋 5の生ずる力を打ち消すことができるような位置 (以下、このような位置を「拮抗する 位置」と記す）に一対に配置された、ゴム人工筋 6およびゴム人工筋 7を備える。
[0040] さらに、動作支援装置 50は、前腕部に装着されたカフ 2に対して、手首の関節をま たいだ掌の位置に装着されるカフ 3、カフ 2およびカフ 3の間に配置された、手首の掌 屈方向の動きを補助するためのァクチユエータであるゴム人工筋 8およびゴム人工筋 9、ならびに、ゴム人工筋 8およびゴム人工筋 9と拮抗する位置に、手首の背屈方向 の動きを補助するように配置された、ゴム人工筋 10およびゴム人工筋 11を備える。
[0041] ゴム人工筋 4〜： L 1としては、例えばマッキベン型の空気圧式ゴム人工筋とも呼ばれ る、空気弁を有するシリンダ部とスリーブ部とを有するマッキベン型の空気圧ァクチュ エータを用いることができる。マッキベン型の空気圧ァクチユエータを用いた場合に は、空気弁を通して、シリンダ部を加圧して膨張させることにより、スリーブ部の作用に よって、ァクチユエータが縮み、逆に、その状態カもシリンダ部を減圧するとァクチュ エータが伸びる。
[0042] また、動作支援装置 50は、カフ 1およびカフ 2の間に配置されるジョイント 17、なら びに、カフ 2およびカフ 3の間に配置されるジョイント 18を備える。動作支援装置 50に おいて、ジョイント 17およびジョイント 18は、それぞれ弾性体を用いて構成されている ので、使用者の各関節での屈曲、伸展動作に加えて、ねじり（回旋)動作をも支援す ることがでさる。
[0043] なお、ここで、ゴム人工筋 4〜11、カフ 1〜3およびジョイント 17, 18を総称して、ァ クチユエータユニット 54と記す。
[0044] 動作支援装置 50は、さらに、使用者の上腕の表側に、上腕二頭筋の動きを検知す るように配置されるセンサ 12、上腕の裏側に、上腕三頭筋の動きを検知するように配 置されるセンサ 13、使用者の前腕の表側に配置されるセンサ 14、前腕の裏側に配 置されるセンサ 15、および、センサ 12〜15の出力を検知して、その出力に応じて、 使用者の動作を支援するようにゴム人工筋 4〜11を制御する制御部 16を備える。
[0045] センサ 12〜15としては、使用者の筋力を測定できるセンサであれば、歪ゲージ等 の、様々な公知のセンサを用いることができる。
[0046] ここで、センサ 12〜 15を総称してセンサユニット 52と記す。
[0047] 制御部 16は、専用回路のハードウ アによって、その機能が実現されてもよいし、 後述する制御ステップを実現するようなプログラムを記述して、コンピュータに実行さ せることによつてもその機能を実現することができる。
[0048] ここで、動作支援装置 50の機能について、詳細に説明する。図 4は、本発明の第 1 の実施の形態における動作支援装置 50の機能ブロック図である。図 4に示したように 、動作支援装置 50において、センサユニット 52のセンサ 12〜15は、それぞれ制御 部 16に接続されている。また、制御部 16は、センサ 12〜 15それぞれの出力を検知 して、使用者力 ^、かなる動きをしょうとしているのかを判定し、その結果にもとづいて、 空気圧源 22の接続されたゴム人工筋 4〜11それぞれの空気弁を開閉制御して空気 圧を変化させることにより、ゴム人工筋 4〜11それぞれを動作させ、使用者の所望の 部位に対して、所望の方向および所望の力で動作支援を行うことができる。
[0049] 次に、動作支援装置 50による使用者の動作支援方法についてさらに詳細に説明 する。図 5は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置 50によって、使用 者の肘を屈曲させた状態を示す図である。また、図 6は、動作支援装置 50が使用者 の動作支援を行う際の動作ステップを示すフローチャートである。
[0050] まず、図 6に示したように、動作支援装置 50の制御部 16が、センサ 12〜15からの 出力検知を開始する (S2)。
[0051] ステップ S2において、制御部 16がセンサ 12〜15からの出力を検知した場合には 、制御部 16は、その出力から、使用者がどの関節を、どのような方向に動作させようと して 、るのかを判定する（S4)。
[0052] 次に、制御部 16は、前述のように、ゴム人工筋 4〜： L 1の空気弁を開閉制御すること によって、ゴム人工筋 4〜： L 1それぞれに所望の動作をさせる（S6)。そして、制御部 1 6は、ステップ S2に戻り、再度センサ 12〜15の検知を開始する。
[0053] 例えば、ステップ S4において、制御部 16が、センサ 12〜15の出力を検知して、使 用者が「肘関節の屈曲」をしょうとして 、ると判定した場合には、図 5に示したように、 制御部 16は、ゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5の空気弁を制御して、それぞれのシリ ンダ内部を加圧することにより、対となるゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5を収縮させ て、カフ 3およびカフ 2の間に引っ張り方向の付勢力を付与することにより、使用者の 肘関節の屈曲を補助する力を加えることができる。
[0054] 図 7は、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置 50の制御部 16の機能 について説明するための図である。図 7においては、一例として、上側にセンサ 12か ら検出された、使用者の上腕二頭筋の動きについてのグラフを示し、下側に、そのと きに制御部 16がゴム人工筋 4, 5に印加する力についてのグラフを示す。それぞれの グラフは、縦軸に力の大きさ Pを示し、横軸に時間 tをとつて示している。
[0055] 例えば、制御部 16が、センサ 12によって、図 7の上側のグラフに示したような上腕 二頭筋の屈曲の動きを検知した場合、制御部 16は、検出された力が所定の閾値 P1 を超えた場合（時刻 T1)に、ゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5に、図 7の下側のグラフ に示したような収縮方向の付勢力 P2を付与するように、ゴム人工筋 4およびゴム人工 筋 5それぞれの空気弁を制御する。これによつて、使用者の上腕二頭筋に対して、収 縮方向の付勢力 P2を付与することができる。その一方で、検出された力が所定の閾 値 P1を下回った場合（時刻 T2)には、制御部 16は、付勢力 P2を解除する。これによ つて、使用者が筋肉から力を抜いた場合に、動作支援装置 50から意図しない力が付 与されることを防止できる。
[0056] ここで、制御部 16は、センサ 12によって検出された力が所定の閾値 P1を超えた場 合 (時刻 T1)と、必ずしも同時に付勢力 P2を付与する必要はない。付勢力 P2を付与 するタイミングに、多少の遅れが生じた方力 使用者に安心感を与える場合もあるの で、この遅れ量を調整可能としておくことが望ましい。例えば、この遅れ量 (具体的に は、センサ 12によって検出された力が所定の閾値 PIを越えた時刻 Tlと付勢力 P2を 付与する時刻とのずれ量)を調整するためのスィッチやダイヤル等の調整部を設けて おき、調整部を使用者に操作させることによって、使用者をもっとも安心感をもった状 態で動作支援することが可能となる。
[0057] なお、実用的には、所定の閾値 P1と付勢力 P2との関係を、
P1 >P2
としておくことにより、使用者により意識させることなぐ動作支援を行うことができる。
[0058] また、動作支援に用いる付勢力 P2やゴム人工筋の可動範囲に上限を設けておくこ とにより、使用者への過度な負担を防止することができる。
[0059] また、動作支援に用いる付勢力 P2は、時間とともに変化させてもよい。例えば、リハ ピリ開始時は、付勢力 P2を大きくしておいて、時間とともに付勢力 P2を小さくし、リハ ピリ終了時には、再び付勢力 P2を大きくすることで、ウォーミングアップとクールダウ ンとを行って、より使用者に安全性の高 、構成を実現できる。
[0060] なお、動作支援装置 50は、ゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5を同時に同じ長さだけ 収縮させることにより、使用者の関節の動作軸とゴム人工筋 4およびゴム人工筋 5の 動作軸との垂直関係を保つことができる。これにより、効率よぐゴム人工筋の出力を 使用者の筋肉に伝達することができるとともに、使用者の関節の動作軸とゴム人工筋 の動作軸とが垂直力 ずれることによる使用者の関節への負担をも低減することがで きる。
[0061] また、例えば、図 6のステップ S4において、制御部 16が、使用者は肘を伸展させよ うとしていると判定した場合には、制御部 16は、ステップ S6において、ゴム人工筋 6 およびゴム人工筋 7を収縮させることによって、肘の伸展の動作支援を行うことができ る。さらに、手首の動作支援についても、前述の肘を動作支援する場合と同様に、ゴ ム人工筋 8およびゴム人工筋 9を収縮させることによって、掌屈の動作支援が可能と なり、ゴム人工筋 10およびゴム人工筋 11を収縮させることにより、背屈の動作支援が 可能となる。
[0062] さらに、ステップ S4において、制御部 16が、使用者が肘を回旋させようとしていると 判定した場合には、ステップ S6において、制御部 16が、ゴム人工筋 4、ゴム人工筋 9 およびゴム人工筋 10を収縮させるような制御を行うことにより、前腕の内旋を動作支 援することができる。また、制御部 16がゴム人工筋 5、ゴム人工筋 8およびゴム人工筋 11を収縮させることにより、前腕の外旋を動作支援することができる。なお、動作支援 装置 50においては、前述のように、カフ 1〜3を接続するために、弾性体のジョイント 17およびジョイント 18を用いているために、関節でのねじり動作を容易にすることが できる。
[0063] 以上述べたように、本発明の第 1の実施の形態における動作支援装置においては 、センサ力も出力される信号を検知して、制御部が、使用者がどのような動作をしょう としている力判定し、その判定結果にもとづいて、ゴム人工筋を動作させるので、使 用者が望む方向および力の動作を、適切に支援することができる。
[0064] 動作支援装置 50は、関節の内側に挟まるような部品を有しないため、関節を深く屈 曲させることができ、重量物を持つといった作業、すなわち、工場や引越し業者等で の荷物の運搬等にも応用展開可能である。
[0065] また、動作支援装置 50にお 、ては、ァクチユエータとして、柔らか 、空気圧式のゴ ム人工筋を使用しているので、使用者が痛みを感じにくいとともに、患者を抱きかか えるなどの、医療や介護分野にも応用展開することができる。
[0066] (第 2の実施の形態）
次に、本発明の第 2の実施の形態である動作支援装置 60について説明する。図 8 は、動作支援装置 60の構成を示す図である。
[0067] 図 8に示したように、動作支援装置 60は、センサユニット 62、ァクチユエータユニット 64および制御部 66を備える。動作支援装置 60と、第 1の実施の形態における動作 支援装置 50とが異なるところは、センサユニット 62が、使用者のァクチユエ一タュ- ット 64の装着された腕と逆の腕に装着されている点である。
[0068] このような構成とすることにより、動作支援装置 60は、制御部 66が、センサユニット 6 2の取り付けられた方の腕の動きを検知して、その動きを支援するように、他方の腕を ァクチユエータユニット 64のゴム人工筋によって動作させることができる。
[0069] このような構成とすることにより、動作支援装置 60を用いれば、半身が麻痺したよう な使用者にとって、有効なリハビリを行うことができる。例えば、使用者の左腕が麻痺 しているような場合、センサユニット 62を麻痺してない健常な側の腕 (右腕）に取り付 け、ァクチユエータユニット 64を麻痺している側の腕 (左腕）に取り付ける。このとき、 センサ 22を、使用者の右腕の上腕の表側に配置し、センサ 23を、使用者の右腕の 上腕の裏側に配置し、センサ 24を、使用者の右腕の前腕の表側に配置し、センサ 2 5を、使用者の右腕の前腕の裏側に配置する。
[0070] このような構成とすれば、使用者は、自らの健常な方の腕を動かすことで、制御部 1 6がセンサユニット 62を通して自らの健常な腕の筋肉の動きを検知し、その動きにもと づいて、ァクチユエータユニット 64によって、麻痺した側の腕の対応する筋肉の動作 を支援することができる。すなわち、使用者は、動作支援装置 60を用いて、健常な側 の腕を見ながら、自らの両腕を同じように動かそうとすることにより、回復のイメージを 持ちながら、意欲を持って自らの麻痺した側の腕を動力してリハビリすることができる 。このようなリハビリは、作業療法士等力 の指示を受けることなぐ使用者自らが、比 較的長時間リハビリを行うことができるので、回復に要する時間を短縮することができ 、半身麻痺の者に対して大変有効であることが、例えば、文献 1 (「脳にマラカスの雨 が降る」、栗本慎一郎著、光文社刊、 2000年 6月 26日発売）および文献 2 (「Constr ained- induced movement therapyにより上肢機能が改善した脳卒中方麻痺 の一 f列」、 Jpn J Rehabil Med, Vol40, Nol2, 2003)【こ示されて! /、る。
[0071] このように、本発明の第 2の実施の形態における動作支援装置 60を用いれば、麻 痺側の筋肉に無意識のうちに筋力を発生させて、筋力のみならずバランス感覚や神 経才、ッ卜ワークをち増強させることができる。
[0072] なお、動作支援装置 60においては、健常な側の腕にセンサユニット 62を装着し、 麻痺した側の腕にァクチユエータユニット 64を装着した例を示した力 本発明はこの 例に限定されない。例えば、前述の構成に加えて、さらに、麻痺した側の腕にもセン サユニットを装着して、制御部 66が麻痺した側の腕の筋肉の動きを検知することによ つて、使用者の筋力の回復度合いを測定することも可能である。
[0073] さらにこのとき、制御部 66は、使用者の筋力の回復度合いを測定して、その結果に 応じて、動作支援する量を変化させる (例えば、筋力が回復するほど、支援量を減ら す)ことにより、より効果的なリハビリが可能である。 [0074] また、センサユニット 62の装着される側の腕に、グリップ等を握らせておいて、グリツ プに圧力センサ等を設けることにより、使用者の握力を検知して、その握力の変化に よって、安全スィッチが働くような構成としておけば (例えば、握力が低下した場合に は、安全スィッチを働カゝせて、装置をオフする）、安全性に優れた構成が実現できると ともに、力のこもった状態の腕の方が、筋力のセンシングがしゃすいので、より効果的 なリハビリが可能となる。
[0075] また、本実施の形態においては、センサユニット 62が検知したのと同じ動きをァクチ ユエータユニット 64にさせる例を示した力 本発明はこの例に限定されない。例えば 、ァクチユエータユニット 64に、センサユニット 62が検出した動作と逆位相（例えば、 センサユニット 62が肘の屈曲を検知した場合には、ァクチユエータユニットに肘の伸 展をさせる）の動きをさせることも可能である。このような動きをさせた場合には、使用 者にとって、あた力も太鼓をたたいているかのような (足に装着した場合には、足踏み をして！/、るかのような）楽しさを感じさせることができる。
[0076] さらに、図 9に示した、本発明の第 2の実施の形態における動作支援装置 80の別 の例のように、使用者の一方の腕にセンサユニット 82を装着しておき、制御部 86が その出力を検知して、その出力にもとづいて、使用者の他方の腕に装着されたァクチ ユエータユニット 84、および、使用者のいずれか一方の脚に装着されたァクチユエ一 タユニット 85をそれぞれ動作支援することも可能である。
[0077] この場合にも、制御部 86は、ァクチユエータユニット 84および 85に、センサユニット 82が検出した動作と逆位相の動きをさせる。このような構成にすれば、例えば、使用 者は、自らが健常な側の片腕を振ることを意識しながら歩行を行うことで、他方の腕 および脚が動作支援されて、自然に自らが歩行して 、るイメージを持ちながら歩行リ ハビリを行うことができる。
[0078] なお、この場合に、センサユニット 82を一方の脚に取り付け、ァクチユエータュ-ッ ト 84および 85を他方の脚および一方の腕に取り付けることによつても、同様の効果を 得ることができる。
[0079] (第 3の実施の形態）
次に、本発明の第 3の実施の形態における動作支援装置 70について説明する。 [0080] 図 10は、本発明の第 3の実施の形態における動作支援装置 70の構成を示す図で ある。
[0081] 図 10に示したように、動作支援装置 70は、センサユニット 72、ァクチユエータュ-ッ ト 74、ならびに、センサユニット 72およびァクチユエータユニット 74に接続された制御 部 76を備える。
[0082] 動作支援装置 70が、第 1の実施の形態における動作支援装置 50および第 2の実 施の形態における動作支援装置 60ともつとも異なるところは、センサユニット 72とァク チユエータユニット 74が別の者に取り付けられていることである。また、本実施の形態 においては、動作支援装置 70が、一つのセンサユニット 72に対して、ァクチユエータ ユニット 74を複数備える例を示して 、る。
[0083] 動作支援装置 70のセンサユニット 72は、作業療法士ゃインストラクターといった、 使用者に指示を行う者 (以下、指示者と記す)の任意の部位 (例えば右腕）に取り付 けられ、ァクチユエータユニット 74は、使用者の、指示者にセンサユニット 72が取り付 けられた部位と同じ部位に取り付けられる。
[0084] 制御部 76は、指示者に取り付けられたセンサユニット 72からの出力を検知して、指 示者のどの部位の筋肉がどのように動こうとしているのかを判定し、その結果にもとづ Vヽて、使用者に取り付けられたァクチユエータユニット 74のゴム人工筋を動作させる。 ァクチユエータユニット 74が複数設けられている場合には、制御部 76は、複数のァク チユエータユニット 74に対して制御を行う。
[0085] このように、動作支援装置 70を用いることによって、使用者は、指示者の動きに合 わせて動くことが容易になる。これは、動作支援装置 70によって、使用者の、指示者 の動きに対応する筋肉が同様に動くように動作支援されるからである。
[0086] また、動作支援装置 70が複数のァクチユエータユニット 74を有する場合には、指示 者が複数の使用者に対して一度に運動の指示を行うことができ、さらに、複数の使用 者それぞれは、指示者の動きと同じ動きをするように、筋肉を動作支援されるので、 病院やリハビリ施設などでのリハビリを支援する装置として大変有用である。この場合 、複数の使用者が一度にリハビリを受けることができるので、より使用者の意欲を高め ることがでさる。 [0087] なお、本発明の実施の形態における動作支援装置では、ァクチユエータとして、ゴ ム人工筋を用いた例について述べてきた力 本発明はこの例に限定されるものでは ない。例えば、モータとワイヤーの組み合わせでァクチユエータの機能を実現した場 合にも同等の効果が得られる。この場合には、駆動源としては電源を用いて、制御部 はモータの回転制御を行うことによって、本発明の動作支援装置の機能を実現する ことができる。
[0088] また、本発明の実施の形態における動作支援装置では、それぞれの関節の屈曲お よび伸展の動作支援に用いるゴム人工筋がそれぞれ二つずつ配置されるものとした 力 本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、それぞれの関節の動作支 援される方向について、ゴム人工筋が一つ配置された構成や、三つ以上配置された 構成であってもよい。
[0089] さらに、本発明の実施の形態における動作支援装置では、センサとして、歪ゲージ を用いた構成を示した力 本発明はこの構成に限定されるものではない。筋肉の動き を検出できるセンサであれば、いかなるセンサを使用することも可能であり、例えば、 位置センサ、カ覚センサ、トルクセンサ、重力センサ、重力加速度センサ、速度セン サ、加速度センサ、角度センサ、角速度センサ、音声センサ、筋電位センサ、変位セ ンサ、圧力センサ、空気圧センサ、脳波センサ、流量センサ、温度センサ、湿度セン サ、静電気センサ、赤外線センサ、光電センサ、振動センサ、衝撃センサ、電流セン サ、電圧センサ、磁気センサまたは超音波センサ等の各種センサを用いることができ る。
[0090] さらにまた、本発明の実施の形態における動作支援装置では、装着部が、カフであ るとして説明を行ったが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、装着部として、 衣服とカフとを組み合わせたものを用いることで、あた力も衣服を着用するかのように して、動作支援装置を装着することができるので、使用者が抵抗感なく装着可能な構 成を実現できる。この場合、カフと衣服とを着脱自在としておくことにより、衣服の部分 を自由に洗濯することができるので、実用性に優れた構成を実現できる。
[0091] また、装着部に、ヒータを埋め込んでおくことによって、冷えた環境下で運動を行う ことによる関節の故障を防止することができる。なお、この場合には、温度センサを備 えた構成として、外気温に合わせてヒータのオンオフを行うことが実用的である。
[0092] また、本発明の実施の形態における動作支援装置では、制御部が、センサによつ て検知された筋肉の動きを補助するようにァクチユエータを動作させる例を示したが、 本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、制御部が、センサによって検知 された筋肉の動きに対して、負荷となるような方向（例えば、センサが肘の屈曲を検知 した場合には、肘を伸展させる方向）のカをァクチユエ一タに印カロさせることにより、リ ハビリ用途のみならず、エクササイズやトレーニング等のスポーツ分野への応用も可 能である。
[0093] さらに、本発明の実施の形態における動作支援装置では、装着される部位が腕で あるとして説明を行った力 本発明はこの例に限定されるものではない。手足の指や 膝、足首、股関節、腰、首、肩等、関節のあるところであれば、腕以外のどのような人 体の部位にも装着することが可能である。
産業上の利用可能性
[0094] 以上述べたように、本発明によれば、使用者の望む方向および力で動作支援を行 うことができるという格別な効果を奏することができるので、人体の肘、手首または膝 等の動作を支援する動作支援装置および動作支援方法等として有用である。

Claims

請求の範囲
[1] 使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、
前記複数の装着部の間に懸架されるァクチユエータと、
使用者に装着され、筋肉の動きを検知するセンサと、
前記センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、前記ァクチユエータを制御する制御 部とを備えたことを特徴とする動作支援装置。
[2] 前記制御部は、前記センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きを 補助するような力を前記ァクチユエータに発生させることを特徴とする請求項 1に記載 の動作支援装置。
[3] 前記ァクチユエータに空気を供給する空気圧源を備え、
前記ァクチユエータが空気圧式ゴム人工筋であり、
前記制御部は、前記空気圧式ゴム人工筋の空気圧を制御することにより、ァクチユエ ータを動作させることを特徴とする請求項 2に記載の動作支援装置。
[4] 一対の前記装着部の間に、複数の前記ァクチユエータが懸架され、
前記複数のァクチユエータは、関節に対して互いに拮抗する位置に配置されることを 特徴とする請求項 3に記載の動作支援装置。
[5] 前記一対の装着部の間に、一対の前記ァクチユエータが配置されることを特徴とする 請求項 4に記載の動作支援装置。
[6] 前記装着部の間に、弾性体のジョイントを有することを特徴とする請求項 2に記載の 動作支援装置。
[7] 前記センサが、使用者の所定の部位に取り付けられ、
前記ァクチユエ一タカ 使用者の前記所定の部位の動作を支援するように取り付けら れることを特徴とする請求項 2に記載の動作支援装置。
[8] 前記センサが、使用者の一の部位に取り付けられ、
前記ァクチユエ一タカ 使用者の他の部位の動作を支援するように設けられ、 前記一の部位と他の部位とが、左右対称な部位であることを特徴とする請求項 2に記 載の動作支援装置。
[9] 複数の前記センサを有し、 前記複数のセンサのうち、一部のセンサが、使用者の前記他の部位に取り付けられ ることを特徴とする請求項 8に記載の動作支援装置。
[10] 前記センサが、使用者に対して指示を行う指示者の所定の部位に取り付けられ、 前記ァクチユエータは、使用者の前記所定の部位に取り付けられることを特徴とする 請求項 2に記載の動作支援装置。
[11] 前記ァクチユエータを複数有し、
前記複数のァクチユエータが、複数の使用者それぞれの前記所定の部位に取り付け られることを特徴とする請求項 10に記載の動作支援装置。
[12] 前記制御部は、前記センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きに 対して負荷となるように前記ァクチユエータを制御することを特徴とする請求項 1に記 載の動作支援装置。
[13] 使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、前記複数の装着部の間に懸 架されるァクチユエータと、使用者に装着され、筋肉の動きを検知するセンサとを備え た動作支援装置を用いた動作支援方法であって、
前記センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、前記ァクチユエータを制御すること を特徴とする動作支援方法。
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