WO2010035706A1 - 装着式動作補助装置のフレーム構造 - Google Patents

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WO2010035706A1
WO2010035706A1 PCT/JP2009/066364 JP2009066364W WO2010035706A1 WO 2010035706 A1 WO2010035706 A1 WO 2010035706A1 JP 2009066364 W JP2009066364 W JP 2009066364W WO 2010035706 A1 WO2010035706 A1 WO 2010035706A1
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wearer
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movement
frame
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嘉之 山海
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国立大学法人筑波大学
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Definitions

  • the present invention relates to a frame structure of a wearable movement assist device that assists the wearer's movement.
  • This wearable movement assist device is configured to detect a bioelectric potential generated based on the wearer's intention, and to generate a control signal for controlling the motor based on the bioelectric potential signal detected by the control unit. By transmitting this driving force to the frame member attached to the leg of the wearer, it is possible to assist the wearer's walking motion.
  • the frame structure of the wearable movement assist device is formed along the legs of the wearer, a pair of frame members that are worn on the sides of the wearer's thighs and shins, and a pair of motors that drive the pair of frame members
  • the unit (drive unit), the waist fastening member to be worn on the wearer's waist, and the thigh drive motor unit provided on the upper end of the frame member to be worn on the wearer's thigh are connected to the waist fastening member. And a waist connecting mechanism.
  • the frame structure of the wearable motion assist device is configured to support the load applied to the upper body of the wearer on the frame member via the waist fastening member and the waist connecting mechanism. For example, when a caregiver is attached to a caregiver or care helper to move the caregiver from the bed to a wheelchair, the frame member and the waist are connected so that it can withstand even if the caregiver is walking with both arms lifted Increasing the strength of the mechanism is being studied.
  • the movement of the wearer's legs and hips is the movement for walking in the front-rear direction (flexion and extension movement), the movement in the left-right direction (leg opening movement), and the toe of the foot by turning the ankle horizontally.
  • the hip joint of the wearer is configured such that the skeleton structure can move with three degrees of freedom (around the X axis, the Y axis, and the Z axis).
  • the wearable movement assist device is a structure that supports a load applied to the wearer's upper body and the wearer by a frame structure that is worn on the side of the leg. For example, if the rigidity of the frame is increased in consideration of assisting the wearer to lift or carry heavy objects, the hip joint movement (especially the leg opening movement, the internal and external rotation movement, and the internal and external rotation movement) There is a risk of restriction.
  • the movement of the three degrees of freedom at the hip joint is smoothly performed. Need to do. However, if the resistance to the movement of the hip joint is increased by increasing the rigidity of the frame structure, the balance adjustment may not be performed smoothly.
  • the waist connection mechanism can be moved with three degrees of freedom. It is conceivable to use a spherical bearing (ball bearing) structure that moves, but it moves with low friction in any direction. This may cause a problem that it is difficult to keep the temperature stable.
  • the movement direction of the waist connection mechanism is restricted to one direction in order to suppress the wobbling of the upper body of the wearer, the degree of freedom of the waist connection mechanism is reduced, and the movement of the wearer's hip joint is restricted.
  • the movement of the direction of the leg and the movement of the toe of the foot to change the direction of movement cannot be performed smoothly, and the flexibility to adjust the balance of the upper body may be impaired. is there.
  • the present invention provides a wearable motion assist device that elastically deforms a connecting mechanism between a waist fastening member and a frame in accordance with the movement of a wearer's leg and waist and stably supports its weight.
  • An object of the present invention is to provide a frame structure.
  • the frame structure of the wearable movement assist device is worn along the leg of the wearer, and transmits the driving force of the drive unit to assist the wearer's movement.
  • a frame of a wearable motion assisting device having a frame member, a waist fastening member that fixes an upper end of the frame member to the waist of the wearer, and a waist connection mechanism that connects between the waist fastening member and the frame member
  • the waist connecting mechanism is characterized in that it has a rigidity to support a load in a vertical direction while allowing an elastic deformation according to a lateral movement of the leg or a movement around the axis of the leg.
  • the waist connecting mechanism allows elastic deformation according to the lateral movement of the leg or the movement of the leg around the axis accompanying the movement of the wearer, and thus restricts the wearer's movement and balance adjustment movement. Since it has a rigidity to support the load in the vertical direction, it can stably support the upper body of the wearer and the load applied to the upper body. Even when a heavy object is lifted, the increased weight can be transmitted to the frame structure and stably supported.
  • FIG. 1 It is a perspective view which shows the assembly completion state of the assembly of a waist
  • FIG. 10 is a perspective view showing a first modification of the second embodiment.
  • FIG. 10 is a perspective view showing a second modification of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a perspective view of a configuration, to which a first embodiment of a frame structure of a wearable motion assisting device according to the present invention is applied, as viewed from the front side.
  • FIG. 2 is a perspective view of the configuration to which the first embodiment of the frame structure of the wearable motion assisting device according to the present invention is applied, as viewed from the rear side.
  • the wearable movement assist device 10 is, for example, a lower limb motor function disabled person who is unable to walk due to a decrease in muscle strength of skeletal muscle, It is a device that assists (assides) walking movements of people who are unable to walk on their own, such as patients who perform rehabilitation of walking movements, and generates biological signals (surface myoelectric potential) that are generated when muscle strength is generated by signals from the brain. Based on this detection signal, it operates to apply a driving force from the actuator.
  • a driving torque corresponding to the biological signal generated at that time is applied from the motion assisting device 10 as an assisting force. It is possible to walk with half the strength of the muscle strength required. Therefore, the wearer 12 can walk while supporting the overall weight by the resultant force of his / her muscle strength and the driving torque from the actuator (in this embodiment, an electric driving motor is used).
  • the motion assisting device 10 controls the assist force (motor torque) applied according to the movement of the center of gravity accompanying the walking motion to reflect the intention of the wearer 12. Therefore, the actuator of the motion assisting device 10 is controlled so as not to give a resistance force against the intention of the wearer 12 and is controlled so as not to interfere with the operation of the wearer 12.
  • the motion assisting device 10 can also assist, for example, the motion when the wearer 12 stands up from the sitting state or the motion when sitting on the chair from the standing state. Furthermore, power assist can be performed even when the wearer 12 goes up or down the stairs. In particular, when the muscular strength is weak, it is difficult to move up the stairs or move up from the chair, but the wearer 12 wearing the movement assisting device 10 is given drive torque according to his / her intention. This makes it possible to operate without worrying about muscular weakness.
  • the motion assisting device 10 is provided with a drive unit in a frame structure 18 that is worn by the wearer 12.
  • the drive unit includes a right thigh drive motor 20 located at the right hip joint of the wearer 12, a left thigh drive motor 22 located at the left hip joint of the wearer 12, and a right knee drive located at the right knee joint of the wearer 12.
  • the motor 24 and the left knee drive motor 26 located at the left knee joint of the wearer 12 are included.
  • These drive motors 20, 22, 24, and 26 are electric motors composed of a DC motor or an AC motor whose drive torque is controlled by a control signal from a control device.
  • Each of the drive motors 20, 22, 24, and 26 has a speed reduction mechanism (built in the drive unit) that reduces the motor rotation at a predetermined speed reduction ratio, and provides a small but sufficient driving force. Can do.
  • a speed reduction mechanism built in the drive unit
  • ultrasonic motors that are thinned so that the installation space can be reduced may be used.
  • batteries 32 and 34 functioning as a power source for driving the drive motors 20, 22, 24, and 26 are attached to the belt-like waist fastening member 30 attached around the waist of the wearer 12.
  • the batteries 32 and 34 are rechargeable batteries, and are distributed on the left and right so as not to hinder the walking motion of the wearer 12.
  • control unit 36 is attached to the rear side of the waist fastening member 30 which is the back side of the wearer 12.
  • the motion assisting device 10 detects the bioelectric potential associated with the movement of the right thigh of the wearer 12 and the biosignal detection of detecting the biopotential associated with the movement of the left thigh of the wearer 12.
  • Sensors 40a and 40b, biosignal detection sensors 42a and 42b that detect biopotentials associated with the movement of the right knee, and biosignal detection sensors 44a and 44b that detect biopotentials associated with the movement of the left knee are examples of the motion assisting device 10 that detect bioelectric potential associated with the movement of the right thigh of the wearer 12 and the biosignal detection of detecting the biopotential associated with the movement of the left thigh of the wearer 12.
  • Each of these biosignal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b is a biosignal detection means for detecting biopotential signals such as myopotential signals and nerve transmission signals through the skin, It has an electrode (not shown) for detecting a weak potential.
  • each of the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, 44b is attached so as to be attached to the skin surface of the wearer 12 with an adhesive seal covering the periphery of the electrodes. It is done.
  • acetylcholine a synaptic transmitter
  • acetylcholine a synaptic transmitter
  • the ionic permeability of muscle fiber membranes changes and action potentials are generated.
  • the action potential causes contraction of muscle fibers and generates muscle force. Therefore, by detecting the potential of skeletal muscles, it is possible to infer the muscular strength that occurs during the walking motion, and it is possible to determine the assist force required for the walking motion from the virtual torque based on this estimated muscular strength become.
  • the four drive motors 20, 22, 24, and 26 are based on the biological signals detected by the biological signal detection sensors 38a, 38b, 40a, 40b, 42a, 42b, 44a, and 44b.
  • the driving current to be supplied to the vehicle is obtained, and the driving motors 20, 22, 24, and 26 are driven by this driving current, so that an assist force is applied to assist the walking motion of the wearer 12.
  • floor reaction force sensors 50a, 50b, 52a, 52b are provided on the backs of the left and right legs of the wearer 12.
  • the floor reaction force sensor 50a detects a reaction force with respect to the load on the front side of the right leg, and the floor reaction force sensor 50b detects a reaction force with respect to the load on the rear side of the right leg.
  • the floor reaction force sensor 52a detects a reaction force against the load on the left leg front side, and the floor reaction force sensor 52b detects a reaction force against the load on the left leg rear side.
  • Each floor reaction force sensor 50a, 50b, 52a, 52b is configured by, for example, a piezoelectric element that outputs a voltage corresponding to an applied load.
  • Each floor reaction force sensor can detect the load change accompanying the weight shift of the wearer and the presence or absence of the ground contact between the leg of the wearer 12 and the ground.
  • FIG. 3 is a perspective view showing a state before the frame structure 18 is mounted.
  • the frame structure 18 includes a waist fastening member 30 that is worn on the waist of the wearer 12, a right leg auxiliary frame portion 54 that is provided below the right side of the waist fastening member 30, and a waist fastening. And a left leg auxiliary frame portion 55 provided downward from the left side of the member 30.
  • a fitting part 31 that is in close contact with the back of the waist 12 of the wearer 12 is attached.
  • Each frame portion includes a waist connection mechanism 200 connected to the waist fastening member 30, a first frame 58 that extends downward from the waist connection mechanism 200 and is formed along the thigh side of the wearer 12, A second frame 60 that extends downward from one frame 58 and extends along the side of the shin of the wearer 12, and the back of the leg of the wearer 12 (a shoe sole in the case of wearing shoes) are placed. And a third frame 62.
  • a first joint 64 having a bearing structure is disposed between the lower end of the waist connecting mechanism 200 and the upper end of the first frame 58.
  • the 1st joint 64 has connected the waist
  • the first joint 64 is provided at a height position that coincides with the wearer's hip joint.
  • the waist connection mechanism 200 is fastened to the support side of the first joint 64, and the first frame 58 is fastened to the rotation side of the first joint 64.
  • the first joint 64 has a motor unit in which the drive motor 20 or 22 is built. The first joint 64 and the drive motor 20 or 22 are integrated in appearance.
  • a second joint 66 having a bearing structure is disposed between the lower end of the first frame 58 and the upper end of the second frame 60.
  • the 2nd joint 66 has connected the 2nd frame 58 and the 3rd frame 62 so that rotation is possible.
  • the second joint 66 is provided at a height position that matches the knee joint of the wearer.
  • the second frame 58 is fastened to the support side of the second joint 66, and the third frame 62 is fastened to the rotation side of the second joint 66.
  • the second joint 66 has a motor unit in which the drive motor 24 or 26 is built.
  • the second joint 66 and the drive motor 24 or 26 are integrated in appearance.
  • a third joint 68 having a bearing structure is disposed between the lower end of the second frame 60 and the upper end of the third frame 62.
  • the third joint 68 rotatably connects the second frame 60 and the third frame 62.
  • a shoe 84 attached to the foot of the wearer 12 is fixed inside the third frame 62.
  • the first frame 58 and the second frame 60 are attached to the waist connection mechanism 200 fixed to the waist fastening member 30 so as to perform a walking motion with the first joint 64 and the second joint 66 as pivot points. It has been. That is, the first frame 58 and the second frame 60 are configured to perform the same operation as the leg of the wearer 12.
  • the third joint 68 is provided so as to be located on the side of the ankle of the wearer 12. Therefore, the angle of the shoe 84 with respect to the floor surface (or the ground surface) is changed in the same manner as the ankle of the wearer 12 according to the walking operation by the rotation operation of the third joint 68.
  • the drive torque around the rotation shaft of the drive motors 20, 22, 24, and 26 is transmitted to the first frame 58 and the second frame 60 on the driven side via gears. It is comprised so that.
  • the drive motors 20, 22, 24, and 26 have an angle sensor that detects the rotation angle of each joint.
  • This angle sensor is composed of, for example, a rotary encoder that counts the number of pulses proportional to the rotation angle of the first joint 64 and the second joint 66. This angle sensor outputs an electrical signal corresponding to the number of pulses corresponding to the rotation angle of each joint as a sensor output.
  • the angle sensor of the first joint 64 detects the rotation angle between the waist fastening member 30 and the first frame 58 corresponding to the rotation angle of the hip joint of the wearer 12. Further, the angle sensor of the second joint 66 detects a rotation angle between the lower end of the first frame 58 and the second frame 60 corresponding to the rotation angle of the knee joint of the wearer 12.
  • a belt-like thigh fastening member 78 fastened to the thigh of the wearer 12 is attached to an intermediate position in the longitudinal direction of the first frame 58.
  • a fitting portion 79 On the inner surface side of the thigh fastening member 78, a fitting portion 79 that is in close contact with the thigh of the wearer 12 is attached.
  • a belt-like shin fastening member 80 that is fastened to the shin below the knee of the wearer 12 is attached to an intermediate position in the longitudinal direction of the second frame 60.
  • a fitting portion 81 that is in close contact with the wearer 12 with no gap is attached.
  • the drive torque generated by the drive motors 20, 22, 24, and 26 is transmitted to the first frame 58 and the second frame 60 through gears, and the drive torque is further transmitted to the thigh fastening member 78 and the shin fastening member 80. Is transmitted as an assisting force to the leg of the wearer 12 via.
  • a shoe 84 is rotatably connected to the lower end of the second frame 60 via a third joint shaft 68.
  • the first frame 58 and the second frame 60 are adjusted to a length corresponding to the length of the leg of the wearer 12.
  • Each frame 58, 60, 62 is configured to cover the periphery of a light weight metal material such as duralumin with a resin material having elasticity.
  • These frames 58, 60, 62 can support the weights of the upper body of the wearer 12 and the batteries 32, 34 attached to the waist fastening member 30, the control unit 36, and the like. That is, the motion assisting device 10 is configured such that the weights of the batteries 32 and 34, the control unit 36, and the frame structure 18 do not act on the wearer 12. Therefore, the motion assisting device 10 is attached so as not to apply an extra load to the wearer 12.
  • the waist fastening member 30 includes a waist support portion 100 that supports the fitting portion 31 that abuts the back waist (back) of the wearer, belts 120 and 130 that are coupled to both ends of the waist support portion 100 via hinges, A buckle 140 attached to the end of the belt 120 and a locking metal fitting 142 attached to the end of the other belt 130.
  • the insertion opening of the buckle 140 in a state where the back side of the waist of the wearer 12 is in contact with the fitting portion 31 provided inside the reinforcement portion 100.
  • the locking metal fitting 142 is inserted into and locked.
  • the lengths of the belts 120 and 130 are adjusted to the length corresponding to the size of the abdomen of the wearer 12.
  • the waist fastening member 30 is in close contact with the outer circumference of the wearer 12 around the waist.
  • the buckle 140 has the same configuration as an automobile seat belt.
  • FIG. 4 is a perspective view showing an attachment state of the waist connecting mechanism 200.
  • FIG. 5 is an exploded perspective view showing the attachment structure of the waist connection mechanism 200.
  • the upper end mounting bracket 210 of the waist connecting mechanism 200 is fitted and fixed to the upper socket portion 102 fixed to the waist support portion 100 of the waist fastening member 30.
  • the lower end mounting bracket 220 of the waist connecting mechanism 200 is fitted and fixed to the lower socket portion 106 formed on the upper portion of the housing 104 of the motor unit of the drive motor 20 or 22.
  • An assembly 250 in which the elastic member 230 and the rigid member 240 are combined is disposed between the upper end mounting bracket 210 and the lower end mounting bracket 220.
  • the assembly 250 has a configuration that performs elastic deformation according to the movement of the waist and legs and supports the weight of the wearer 12 on the waist.
  • the upper socket part 102 is made of metal.
  • a fitting concave portion having a rectangular opening corresponding to the contour shape of the upper end fitting 210 is formed on the lower end surface of the upper socket portion 102.
  • a through hole 102 a that communicates with the fastening hole 212 of the upper end fitting 210 is formed on the side surface of the upper socket portion 102.
  • the upper end mounting bracket 210 of the waist connecting mechanism 200 is inserted into the fitting recess of the upper socket portion 102 from below, and is attached to the upper end by the mounting screw 110 that passes through the fastening hole 212 and the through hole 102a from the outside of the upper socket portion 102.
  • the metal fitting 210 is fastened to the upper socket portion 102.
  • the lower socket part 106 is made of metal.
  • a fitting recess having a rectangular opening corresponding to the contour shape of the lower end fitting 220 is formed on the upper end surface of the lower socket portion 106.
  • a through hole 106 a that communicates with the fastening hole 222 of the lower end mounting bracket 220 is formed on the side surface of the lower socket portion 106.
  • the lower end mounting bracket 220 of the waist connecting mechanism 200 is inserted into the fitting recess of the lower socket portion 106 from above, and is attached to the lower end by the mounting screw 110 that passes through the fastening hole 222 and the through hole 106a from the outside of the lower socket portion 106.
  • the metal fitting 220 is fastened to the lower socket portion 106.
  • the waist connection mechanism 200 is configured to connect the upper socket portion 102 of the waist fastening member 30 and the lower socket portion 106 of the drive motor 20 or 22 with the assembly 250 having flexibility and rigidity. Have. Therefore, when the wearer 12 performs a walking motion, the wearer 12 balances the upper body. Therefore, the wearer 12 can smoothly perform the motion of adjusting the direction of the legs.
  • the weight acting on the member 30 can be stably supported by the right leg auxiliary frame portion 54 and the left leg auxiliary frame portion 55.
  • FIG. 6A is a perspective view showing an assembled state of the assembly 250 of the waist connecting mechanism 200.
  • FIG. 6B is a perspective view showing an assembled state of the assembly 250 of the waist connection mechanism 200.
  • the assembly 250 of the waist connecting mechanism 200 has a configuration in which an elastic member 230 and a rigid member 240 are combined.
  • the elastic member 230 has an elastic block 260 made of rubber or resin material having elasticity.
  • the rigid member 240 has a configuration in which a plurality of metal plates 270 are juxtaposed in the vertical direction.
  • the elastic block 260 is molded into a vertically long rectangular parallelepiped.
  • the front / rear surfaces 260a, 260b of the elastic block 260 perpendicular to the front / rear direction (X direction) have a small width B1 in the left / right direction (Y direction) and are front / rear of the side surfaces 260c, 260d of the elastic block 260 perpendicular to the left / right direction (Y direction).
  • the width (B2) in the direction (X direction) is increased (B1 ⁇ B2).
  • the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260 are attachment surfaces with which the plurality of metal plates 270 come into contact.
  • Through holes 262 for inserting screw rods 272 for fixing each metal plate 270 are provided in the front and rear surfaces 260a and 260b at predetermined intervals.
  • the left and right side surfaces 260c and 260d of the elastic block 260 are formed with wide grooves 260e extending in the vertical direction. By changing the width and depth of the groove 260e, the elasticity of the elastic block 260 can be set to an arbitrary value.
  • the metal plate 270 is formed in a rectangular shape having a width substantially the same as the width of the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260.
  • the metal plate 270 has a pair of holes 270a and 270b through which the screw rod 272 is inserted.
  • the assembly 250 of the waist connecting mechanism 200 includes a plurality of metal plates 270 arranged in a line in the vertical direction, and the screw rod 272 includes the through holes 262 of the elastic block 260 and the metal.
  • the nut 274 is inserted into the holes 270a and 270b of the plate 270 and fixed to the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260, and the elastic block 260 and the plurality of metal plates 270 are integrated.
  • FIG. 7A is a vertical cross-sectional view of the waist connection mechanism 200 as viewed from the side.
  • FIG. 7B is a view of the attachment state of the waist connecting mechanism 200 as seen from the front.
  • the waist connection mechanism 200 is configured such that the upper end mounting bracket 210 is fitted and fixed to the upper socket portion 102 and the lower end mounting bracket 220 is fitted and fixed to the lower socket portion 106.
  • the vertical gaps S of the plurality of metal plates 270 are set to a predetermined dimension (for example, 2 mm to 3 mm).
  • the weight of the upper body of the wearer 12 and the batteries 32 and 34 attached to the waist fastening member 30 and the weight of the control unit 36 acts on the waist connection mechanism 200 disposed on the left and right sides, so that the elastic block 260 is compressed in the vertical direction. Is done. Therefore, the gap S between the metal plates 270 is slightly reduced at the time when the movement assisting device 10 is worn on the wearer 12, but does not change greatly in the normal operation state.
  • the vertical gap between the upper end mounting bracket 210 and the upper socket portion 102 and the vertical clearance between the lower end mounting bracket 220 and the lower socket portion 106 are zero. ing.
  • FIG. 7C is a front view of the attachment state of the waist connecting mechanism 200 when a large load is applied.
  • the weight acting on the waist fastening member 30 is affected by the right leg assist frame portion 54 and the left leg assist via the waist connection mechanism 200. Since it is transmitted to the frame portion 55, the elastic block 260 is compressed with a large load. Therefore, the elastic block 260 swells in a barrel shape in the Y direction, and the gap S between the metal plates 270 becomes zero.
  • the waist connecting mechanism 200 is reinforced by a rigid member 240 having rigidity necessary to support a large load. Therefore, the weight acting on the waist fastening member 30 is supported by the rigid member 240 in which a plurality of rigid metal plates 270 are overlapped.
  • FIG. 7D is a front view of the attachment state of the waist connecting mechanism 200 when the wearer 12 moves the waist in the left-right direction (Y direction).
  • FIG. 7D when the wearer 12 moves his / her waist in the left-right direction (Y direction), the positions of the upper end mounting bracket 210 and the upper socket portion 102 and the lower end mounting bracket 220 and the lower socket portion 106 As the relative position in the left-right direction (Y direction) shifts, the elastic block 260 is elastically deformed so as to bend in the left-right direction (Y direction) around the X axis.
  • the elastic block 260 is set to have a width dimension in the left-right direction (Y direction) smaller than the front-rear direction (X direction), the resistance force in the left-right direction (Y direction) is small. Elastic deformation in the Y direction) can be easily performed.
  • the plurality of metal plates 270 fixed to the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260 have a smaller clearance S on the inner side of the elastic deformation (the side with the smaller radius of curvature) that is the load acting direction of the elastic block 260.
  • the gap S becomes larger outside the elastic deformation of the elastic block 260 (the side with the larger radius of curvature).
  • the gap S becomes zero inside the elastic deformation of the elastic block 260 of the plurality of metal plates 270 (the side with the smaller radius of curvature), and each metal plate The upper and lower ends of 270 come into contact with each other, and elastic deformation in the left-right direction is further restricted.
  • the wearer 12 is restricted by the plurality of metal plates 270 that are in contact with each other in the left-right direction (Y direction) of the waist, so that a large movement that cannot be restored is suppressed.
  • the movement is performed stably.
  • FIG. 7E is a side view of the attachment state of the waist connection mechanism 200 when the wearer 12 moves the waist in the front-rear direction (X direction).
  • FIG. 7E when the wearer 12 moves his / her waist in the front-rear direction (X direction), the positions of the upper end mounting bracket 210 and the upper socket portion 102 and the lower end mounting bracket 220 and the lower socket portion 106 As the relative position in the front-rear direction (X direction) shifts, the elastic block 260 is elastically deformed so as to bend around the Y axis in the front-rear direction (X direction).
  • the elastic block 260 is set to have a width in the front-rear direction (X direction) larger than a width in the left-right direction (Y direction), the resistance force in the front-rear direction (X direction) is increased, and the elasticity is correspondingly increased. Deformation is relatively small.
  • the plurality of metal plates 270 fixed to the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260 have a small clearance S on the front side (side with a small radius of curvature), for example, in the load acting direction of the elastic block 260.
  • the gap S increases on the rear side (the side with the larger radius of curvature) of the elastic block 260.
  • the wearer 12 is restricted by the plurality of metal plates 270 in which the movement of the waist in the front-rear direction (X direction) is in contact with the vertical direction, and as a result, the movement of the waist is stably performed.
  • FIG. 8A is a view of the modified waist connection mechanism 200A as viewed from the front.
  • the shape of the plurality of metal plates 270 is not rectangular, the upper end portion is formed as an arc-shaped convex portion 270c, and the lower end portion is an arc-shaped concave portion 270d. Is formed. Since the curvature radii of the convex portion 270c and the concave portion 270d are formed to be the same, it is possible to abut on each other at the arc-shaped portion. A gap S is formed between the metal plates 270.
  • the upper end of the metal plate 270 located at the uppermost stage and the lower end of the metal plate 270 located at the lowermost stage are formed in a straight line in the horizontal direction.
  • FIG. 8B is a front view of the attachment state of the waist connecting mechanism 200A when a large load is applied.
  • the weight acting on the waist fastening member 30 is affected by the right leg assist frame portion 54 and the left leg assist via the waist coupling mechanism 200A. Since it is transmitted to the frame portion 55, the elastic block 260 is compressed with a large load. Therefore, the elastic block 260 swells in a barrel shape in the Y direction, and the gap S between the metal plates 270 becomes zero.
  • the plurality of metal plates 270 fixed to the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260 have a convex portion 270c and a concave portion 270d formed in an arc shape at the upper and lower ends as the elastic block 260 is compressed.
  • the convex portion 270c and the concave portion 270d are connected to each other so as to be rotatable in the Y direction.
  • the waist connecting mechanism 200 is reinforced by the rigid member 240 having rigidity necessary to support a large load. Therefore, the weight acting on the waist fastening member 30 is supported by the rigid member 240 in which a plurality of rigid metal plates 270 are overlapped.
  • FIG. 8C is a front view of the attachment state of the waist connection mechanism 200A when the wearer 12 moves the waist in the left-right direction (Y direction).
  • the positions of the upper end mounting bracket 210 and the upper socket portion 102 and the lower end mounting bracket 220 and the lower socket portion 106 As the relative position in the left-right direction (Y direction) shifts, the elastic block 260 is elastically deformed so as to bend in the left-right direction (Y direction) around the X axis.
  • the plurality of metal plates 270 fixed to the front and rear surfaces 260a and 260b of the elastic block 260 are inclined in the Y direction of elastic deformation in a state where the convex portion 270c and the concave portion 270d are in contact with the elastic deformation of the elastic block 260. To do. Even in this elastically deformed state, a large load can be supported between the metal plates 270 by the contact between the convex portions 270c and the concave portions 270d.
  • either one of the protrusions 270e in the front-rear direction (X direction) of the recess 270d is a protrusion with respect to the protrusion 270c between the plurality of metal plates 270. Since it bites into 270c, further elastic deformation in the left-right direction is restricted.
  • the wearer 12 is restricted by the plurality of metal plates 270 that are in contact with each other in the left-right direction (Y direction) of the waist, so that a large movement that cannot be restored is suppressed.
  • the movement is performed stably.
  • the operation of the waist coupling mechanism 200A when the wearer 12 moves the waist in the front-rear direction (X direction) is the same as in FIG.
  • FIG. 9 is an exploded perspective view showing the waist connecting mechanism of the second embodiment.
  • the waist connection mechanism 300 according to the second embodiment includes an upper end mounting bracket 310 that is fitted and fixed to the upper socket portion 102 of the waist fastening member 30, and a lower socket portion formed on the upper portion of the housing 104.
  • 106 a lower end mounting bracket 320 fitted and fixed to 106, a laminated rubber 330 as an elastic member, and a fastening member 340 (rigid member) penetrating the laminated rubber 330 in the vertical direction.
  • the upper end mounting bracket 310 has a recess 312 having a rectangular opening into which the upper end of the laminated rubber 330 is inserted on the lower surface side, and a pair of mounting screws 110 for fixing to the upper socket portion 102 on the side surfaces.
  • a hole 314 is provided, and a pair of fastening holes 316 through which the metal wire 342 of the fastening member 340 is inserted is provided on the upper surface.
  • the lower end mounting bracket 320 has the same configuration as the upper end mounting bracket 310, has a recess 322 into which the lower end of the laminated rubber 330 is inserted on the upper surface side, and mounting screws 110 for fixing to the lower socket portion 106 on the side surface.
  • a pair of holes 324 to be inserted are provided, and a pair of fastening holes 326 through which the metal wires 342 of the fastening member 340 are inserted are provided on the lower surface.
  • the laminated rubber 330 has a configuration in which a plurality of rubber plates are stacked, and has a pair of through holes 332 that penetrate from the upper surface toward the lower surface.
  • the fastening member 340 includes a metal wire 342 that is inserted into the through hole 332 of the laminated rubber 330 and a large-diameter head 344 that fits into the fastening hole 316 of the upper end fitting 310.
  • the metal wire 342 is formed of, for example, a piano wire, and can be bent with elastic deformation of the laminated rubber 330 and has a strength capable of supporting a large weight (tension).
  • FIG. 10A is a vertical cross-sectional view of the attachment state of the waist connecting mechanism 300 according to the second embodiment when viewed from the side.
  • FIG. 10B is a view of the attachment state of the waist connecting mechanism 300 as seen from the front.
  • the laminated rubber 330 includes a plurality of rubber plates 350 (350 1 to 350 n ) formed in a plate shape and a thin metal plate (rigid member) 360 (360 1 to 360 n). ) Are alternately stacked, and the stacked state is maintained by the metal wires 342 inserted through the through holes 332.
  • the number of layers of the rubber plates 350 (350 1 to 350 n ) and the metal plates 360 (360 1 to 360 n ) can be adjusted to, for example, the number according to the physique of the wearer 12. Accordingly, by appropriately selecting the number of layers according to the distance between the upper socket portion 102 of the waist fastening member 30 and the lower socket portion 106 formed on the upper portion of the housing 104, the height suitable for the body shape of the wearer 12 can be obtained. It is possible to set.
  • the elasticity of the rubber material itself of the rubber plate 350 can be changed, but as other methods, It is also possible to set by selecting a combination of the thickness of the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ) or the metal plate 360 (360 1 to 360 n ) and the number of laminated layers.
  • the fastening member 340 is provided at a position where it does not interfere with the mounting screw 110, and the metal wire 342 is inserted into the through hole 332 of the laminated rubber 330 and the head 344 is fitted into the fastening hole 316 of the upper end mounting bracket 310. Stopped. The tip of the metal wire 342 is inserted into the fastening hole 326 of the lower end mounting bracket 320 and fixed to the fixing member 370 having a larger diameter than the metal wire 342 on the lower surface side of the lower end mounting bracket 320 by welding or bonding.
  • the laminated rubber 330 can be bent in the X direction and the Y direction by elastic deformation of the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ) according to the movement of the leg and waist of the wearer 12, and is inserted into the through hole 332.
  • the original state (the state shown in FIG. 10A) is restored by the spring force of the metal wire 342.
  • FIG. 10C is a front view of the attachment state of the waist connecting mechanism 300 when a large load is applied.
  • the weight acting on the waist fastening member 30 is affected by the right leg assist frame portion 54 and the left leg assist via the waist connection mechanism 300. Since it is transmitted to the frame portion 55, the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ) of the laminated rubber 330 is compressed by a large load, and the peripheral edge swells sideways. Therefore, the laminated rubber 330 does not compress the metal plate 360 (360 1 to 360 n ), and the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ) is greatly deformed by receiving the compression load on the entire upper and lower surfaces. It is preventing.
  • the waist connecting mechanism 300 is reinforced by a metal plate 360 (360 1 to 360 n ) and a metal wire 342 having rigidity necessary to support a large load. Therefore, the weight acting on the waist fastening member 30 is supported by the rigid metal plate 360 (360 1 to 360 n ) and the metal wire 342.
  • FIG. 10D is a front view of the attachment state of the waist connection mechanism 300 when the wearer 12 moves the waist in the left-right direction (Y direction).
  • Y direction the left-right direction
  • the position of the upper end mounting bracket 210 and the upper socket portion 102 and the lower end mounting bracket 220 and the lower socket portion 106 As the relative position in the left-right direction (Y direction) shifts, the laminated rubber 330 deforms so as to bend in the left-right direction (Y direction) around the X axis.
  • the laminated rubber 330 is set to have a width in the left-right direction (Y direction) smaller than a width in the front-rear direction (X direction), the resistance in the left-right direction (Y direction) is small, and accordingly the left-right direction. Elastic deformation in the (Y direction) can be easily performed.
  • the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ) is compressed in the direction of thinning inside the elastic deformation (the side with the smaller radius of curvature), which is the load acting direction of the laminated rubber 330, and the rubber plate 350 (350 1
  • the outer side of the elastic deformation (up to 350 n ) (the side with the larger radius of curvature) is deformed so as to become thicker under a tensile load. Therefore, the wearer 12 can smoothly move the waist in the left-right direction (Y direction). Further, the metal wire 342 inserted into the laminated rubber 330 is deformed so as not to prevent deformation of the rubber plate 350 (350 1 to 350 n ).
  • the wearer 12 is restricted by the plurality of metal plates 270 that are in contact with each other in the left-right direction (Y direction) of the waist, so that a large movement that cannot be restored is suppressed.
  • the movement is performed stably.
  • FIG. 11A is a perspective view showing a first modification of the second embodiment.
  • the fastening member 340A of Modification 1 is formed in a U shape by connecting the upper ends of two metal wires 342 with a connecting portion 344. Therefore, when the fastening member 340 ⁇ / b> A is assembled to the laminated rubber 330, the two metal wires 342 are inserted through the pair of through holes 332 of the laminated rubber 330 and the connecting portion 344 is brought into contact with the upper surface of the laminated rubber 330. Then, the ends 342 a of the two metal wires 342 protruding from the lower surface of the laminated rubber 330 are coupled to each other. This prevents the metal wire 342 from coming off.
  • the fastening member 340A can be inserted into the laminated rubber 330 easily and in a short time and integrated with the laminated rubber 330.
  • FIG. 11B is a perspective view showing a second modification of the second embodiment.
  • the laminated rubber 330 is provided with through holes 332 at, for example, six locations, and the metal wires 342 are inserted into two or more locations of each through hole 332.
  • the upper end of the metal wire 342 coincides with the upper surface of the laminated rubber 330, and the lower end of the metal wire 342 is formed to coincide with the lower surface of the laminated rubber 330.
  • the metal wire 342 may be inserted into all of the six through holes 332, or the metal wire 342 may be appropriately inserted into three or four of the six through holes 332. is there. Therefore, the number of metal wires 342 to be inserted and the insertion location are selected according to the elasticity and rigidity required for the laminated rubber 330. For example, when the elasticity of the laminated rubber 330 is desired to be increased, the number of inserted metal wires 342 can be reduced, and when the rigidity of the laminated rubber 330 is desired to be increased, the number of inserted metal wires 342 can be increased. become.
  • metal wires 342 having different wire diameters in advance and providing a plurality of through holes 332 having diameters corresponding to the respective wire diameters in the laminated rubber 330, by appropriately providing metal wires 342 having different wire diameters at a plurality of locations.
  • the balance between elasticity and rigidity of the laminated rubber 330 can be changed as appropriate.
  • the number of through holes 332 may be six or more.

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Abstract

　本発明に係る装着式動作補助装置のフレーム構造において、腰部連結機構（２００）は、上端取付金具（２１０）が腰締結部材（３０）の腰サポート部に固定された上部ソケット部に嵌合固定され、下端取付金具（２２０）が駆動モータのハウジングの上部に形成された下部ソケット部に嵌合固定される。上端取付金具（２１０）と下端取付金具（２２０）との間には、弾性部材（２３０）と剛性部材（２４０）とを組み合わせた組立体（２５０）が配され、腰、脚の動きに応じた弾性変形を行なうと共に、装着者（１２）の腰に掛かる重量を支持する構成になっている。腰部連結機構（２００）の組立体（２５０）は、弾性を有する弾性ブロック（２６０）からなる弾性部材（２３０）と、複数の金属プレート（２７０）を上下方向に並設してなる剛性部材（２４０）とを組み合わせた構成である。

Description

装着式動作補助装置のフレーム構造
　本発明は装着者の動作を補助する装着式動作補助装置のフレーム構造に関する。
　例えば、膝関節の病気により歩行動作が困難であったり、脚の筋力の低下により歩行動作が困難である場合、動作補助具を障害のある脚に装着して歩行動作を補助する装着式動作補助装置が開発されている（例えば、特許文献１参照）。
　この装着式動作補助装置は、装着者の意思に基づいて発生する生体電位を検出し、制御部が検出された生体電位信号に基づいてモータを制御する制御信号を生成する構成であるので、モータの駆動力を装着者の脚に装着されたフレーム部材に伝達することによって装着者の歩行動作を補助することが可能になる。
　装着式動作補助装置のフレーム構造は、装着者の脚に沿うように形成され、装着者の腿及び脛の側方に装着される一対のフレーム部材と、一対のフレーム部材を駆動する一対のモータユニット（駆動部）と、装着者の腰に装着される腰締結部材と、装着者の腿に装着されるフレーム部材の上端に設けられた腿駆動用モータユニットと腰締結部材との間を連結する腰部連結機構とを有する。
　また、装着式動作補助装置のフレーム構造は、腰締結部材及び腰部連結機構を介してフレーム部材に装着者の上体に掛かる荷重を支えるように構成されている。例えば、介護を行なう看護士や介護ヘルパに装着されて被介護者をベッドから車椅子に移動させる際に被介護者を両腕で持ち上げた状態で歩行する場合でも耐えられるようにフレーム部材及び腰部連結機構の強度を高めることが検討されている。
　一方、装着者の脚及び腰の動きとしては、前後方向の歩行のための動き（屈曲伸展動作）と、左右方向の動き（開脚動作）と、足首を水平方向に旋回させて足のつま先の方向を変更させる動き（内外転動作）と、腰を旋回させる動き（内外旋動作）がある。そのため、装着者の股関節は、骨格構造が３自由度の動き（Ｘ軸回り、Ｙ軸回り、Ｚ軸回り）を行なえるように構成されている。一方、装着式動作補助装置は、装着者の上体及び装着者に掛かる荷重を脚の側方に装着されたフレーム構造によって支える構造である。例えば、装着者が重量物を持ち上げたり、背負ったりする動作を補助することを考慮して、フレームの剛性を高めた場合、股関節の動き（特に開脚動作や内外転動作や内外旋動作）を制限してしまうおそれがある。
　また、装着者が体のバランスを維持するため、上体の重心が足裏面の重心位置と一致するように脚の向きを調整する場合には、上記股関節での３自由度の動きをスムーズに行なう必要がある。ところが、フレーム構造の剛性を高めることによって股関節の動きに対する抵抗力が増大すると、バランス調整をスムーズに行えなくなるおそれがある。
特開２００６－２０４４２６号公報
　上記のようにフレーム構造において、股関節の自由度を確保すると共に、上下方向の荷重に対する剛性を高める構成のフレーム構造を設計しようとする場合、例えば、腰部連結機構に３自由度の動きを可能とする球面軸受（ボール軸受）構造を用いることが考えられるが、どの方向にも低摩擦で動いてしまうため、上体の重心位置が少しずれただけで上体がふらついてしまい装着者の上体を安定に保つことが難しいという問題が生じるおそれがある。
　また、装着者の上体のふらつきを抑えるため、腰部連結機構の動作方向を１方向に規制してしまうと、腰部連結機構の自由度が低下して装着者の股関節の動きが制限されて左右方向の脚の動きや足のつま先を回動させて移動方向を変更させるような動きがスムーズに行えなくなり、上体のバランスを調整するための柔軟性が損なわれてしまうといった問題が生じるおそれがある。
　本発明は、上記の課題に鑑み、装着者の脚及び腰の動きに応じて腰締結部材とフレームとの間の連結機構が弾性変形すると共に、その重量を安定的に支持する装着式動作補助装置のフレーム構造を提供することを目的とする。
　上記の課題を解決するため、本発明に係る装着式動作補助装置のフレーム構造は、装着者の脚に沿うように装着され、装着者の動作を補助するように駆動部の駆動力を伝達するフレーム部材と、前記フレーム部材の上端を前記装着者の腰に固定する腰締結部材と、前記腰締結部材と前記フレーム部材との間を連結する腰部連結機構とを有する装着式動作補助装置のフレーム構造であって、前記腰部連結機構は、脚の側方への動きまたは脚の軸回りの動きに応じた弾性変形を許容すると共に、垂直方向の荷重を支える剛性を有することを特徴とする。
　本発明によれば、腰部連結機構が装着者の動作に伴う脚の側方への動きまたは脚の軸回りの動きに応じた弾性変形を許容するため、装着者の動作、バランス調整動作を制限することなくスムーズな腰動作を可能とすると共に、垂直方向の荷重を支える剛性を有するため、装着者の上体及び上体に掛かる荷重を安定的に支持することができ、例えば、装着者が重量物を持ち上げる場合でも増加した重量をフレーム構造に伝達して安定的に支持することが可能になる。
本発明の実施例１の装着式動作補助装置のフレーム構造の構成を前側からみた斜視図である。 本発明の実施例１の装着式動作補助装置のフレーム構造の構成を後側からみた斜視図である。 フレーム構造の装着前の状態を示す斜視図である。 腰部連結機構の取付状態を示す斜視図である。 腰部連結機構の取付構造を示す分解斜視図である。 腰部連結機構の組立体の組み立て状態を示す斜視図である。 腰部連結機構の組立体の組立て完了状態を示す斜視図である。 腰部連結機構の取付状態を側方からみた縦断面図である。 腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 大きな荷重が作用した際の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 装着者が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 装着者が腰を前後方向（Ｘ方向）に動作させた際の腰部連結機構の取付状態を側面からみた図である。 変形例の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 大きな荷重が作用した際の変形例の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 装着者が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の変形例の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 本発明の実施例２の腰部連結機構を示す分解斜視図である。 実施例２の腰部連結機構の取付状態を側方からみた縦断面図である。 実施例２の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 大きな荷重が作用した際の実施例２の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 装着者が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の実施例２の腰部連結機構の取付状態を正面からみた図である。 実施例２の変形例１を示す斜視図である。 実施例２の変形例２を示す斜視図である。
　以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。
　図１は本発明による装着式動作補助装置のフレーム構造の実施例１が適用された構成を前側からみた斜視図である。図２は本発明による装着式動作補助装置のフレーム構造の実施例１が適用された構成を後側からみた斜視図である。
　図１及び図２に示されるように、装着式動作補助装置（以下「動作補助装置」と称する）１０は、例えば、骨格筋の筋力低下により歩行が不自由な下肢運動機能障害者、あるいは、歩行運動のリハビリを行う患者などのように自力歩行が困難な人の歩行動作を補助（アシスト）する装置であり、脳からの信号により筋力を発生させる際に生じる生体信号（表面筋電位）を検出し、この検出信号に基づいてアクチュエータからの駆動力を付与するように作動する。
　動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思で歩行動作を行うと、その際に発生した生体信号に応じた駆動トルクがアシスト力として動作補助装置１０から付与され、例えば、通常歩行で必要とされる筋力の半分の力で歩行することが可能になる。従って、装着者１２は、自身の筋力とアクチュエータ（本実施例では、電動式の駆動モータを用いる）からの駆動トルクとの合力によって全体重を支えながら歩行することができる。
　その際、動作補助装置１０は、歩行動作に伴う重心の移動に応じて付与されるアシスト力（モータトルク）が装着者１２の意思を反映するように制御している。そのため、動作補助装置１０のアクチュエータは、装着者１２の意思に反するような抵抗力を与え無いように制御されており、装着者１２の動作を妨げないように制御される。
　また、動作補助装置１０は、歩行動作以外にも、例えば、装着者１２が椅子に座った状態から立ち上がる際の動作、あるいは立った状態から椅子に腰掛ける際の動作も補助することができる。さらには、装着者１２が階段を上がったり、階段を下りる場合にもパワーアシストすることができる。特に筋力が弱っている場合には、階段の上り動作や、椅子から立ち上がる動作を行うことが難しいが、動作補助装置１０を装着した装着者１２は、自らの意思に応じて駆動トルクを付与されて筋力の低下を気にせずに動作することが可能になる。
　ここで、動作補助装置１０の構成の一例について説明する。動作補助装置１０は、図１及び図２に示されるように、装着者１２に装着されるフレーム構造１８に駆動部を設けたものである。駆動部としては、装着者１２の右側股関節に位置する右腿駆動モータ２０と、装着者１２の左側股関節に位置する左腿駆動モータ２２と、装着者１２の右膝関節に位置する右膝駆動モータ２４と、装着者１２の左膝関節に位置する左膝駆動モータ２６とを有する。これらの駆動モータ２０，２２，２４，２６は、制御装置からの制御信号により駆動トルクを制御されるＤＣモータまたはＡＣモータ等で構成される電動モータからなる。また、各駆動モータ２０，２２，２４，２６は、モータ回転を所定の減速比で減速する減速機構（駆動部に内蔵）を有しており、小型ではあるが十分な駆動力を付与することができる。また、駆動モータ２０，２２，２４，２６としては、設置スペースが小さく済むように薄型化された超音波モータを用いても良いのは勿論である。
　また、装着者１２の腰の周囲に装着されるベルト状の腰締結部材３０には、駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動させるための電源として機能するバッテリ３２，３４が取り付けられている。バッテリ３２、３４は、充電式バッテリであり、装着者１２の歩行動作を妨げないように左右に分散配置されている。
　また、装着者１２の背面側となる腰締結部材３０の後側には、制御ユニット３６が取り付けられている。
　そして、動作補助装置１０は、装着者１２の右腿の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂと、装着者１２の左腿の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ４０ａ，４０ｂと、右膝の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ４２ａ，４２ｂと、左膝の動きに伴う生体電位を検出する生体信号検出センサ４４ａ，４４ｂとを有する。
　これらの各生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、筋電位信号や神経伝達信号などの生体電位信号を皮膚を介して検出する生体信号検出手段であり、微弱電位を検出するための電極（図示せず）を有する。尚、本実施例では、各生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂは、電極の周囲を覆う粘着シールにより装着者１２の皮膚表面に貼着するように取り付けられる。
　人体においては、脳からの指令によって骨格筋を形成する筋肉の表面にシナプス伝達物質のアセチルコリンが放出される結果、筋線維膜のイオン透過性が変化して活動電位が発生する。そして、活動電位によって筋線維の収縮が発生し、筋力を発生させる。そのため、骨格筋の電位を検出することにより、歩行動作の際に生じる筋力を推測することが可能になり、この推測された筋力に基づく仮想トルクから歩行動作に必要なアシスト力を求めることが可能になる。
　従って、動作補助装置１０では、これらの生体信号検出センサ３８ａ，３８ｂ，４０ａ，４０ｂ，４２ａ，４２ｂ，４４ａ，４４ｂによって検出された生体信号に基づいて４個の駆動モータ２０，２２，２４，２６に供給する駆動電流を求め、この駆動電流で駆動モータ２０，２２，２４，２６を駆動することで、アシスト力が付与されて装着者１２の歩行動作を補助するように構成されている。
　装着者の歩行動作による重心移動をスムーズに行うため、脚の裏にかかる荷重を検出する必要がある。そのため、装着者１２の左右脚の裏には、床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂ（図１及び図２中、破線で示す）が設けられている。
　床反力センサ５０ａは、右脚前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５０ｂは、右脚後側の荷重に対する反力を検出する。床反力センサ５２ａは、左脚前側の荷重に対する反力を検出し、床反力センサ５２ｂは、左脚後側の荷重に対する反力を検出する。各床反力センサ５０ａ，５０ｂ，５２ａ，５２ｂは、例えば、印加された荷重に応じた電圧を出力する圧電素子等で構成される。各床反力センサは、装着者の体重移動に伴う荷重変化、及び装着者１２の脚と地面との接地の有無を夫々検出することができる。
　図３はフレーム構造１８の装着前の状態を示す斜視図である。図３に示されるように、フレーム構造１８は、装着者１２の腰に装着される腰締結部材３０と、腰締結部材３０の右側から下方に設けられた右脚補助フレーム部５４と、腰締結部材３０の左側から下方に設けられた左脚補助フレーム部５５とを有する。腰締結部材３０の背面側には、装着者１２の腰背面側との隙間をなくして密着するフィッティング部３１が取り付けられている。
　右脚補助フレーム部５４と左脚補助フレーム部５５とは、左右対称に配置されている。各フレーム部は、腰締結部材３０に連結された腰部連結機構２００と、腰部連結機構２００より下方に延在し装着者１２の腿側方に沿うように形成された第１フレーム５８と、第１フレーム５８より下方に延在し装着者１２の脛側方に沿うように形成された第２フレーム６０と、装着者１２の脚の裏（靴を履く場合には、靴底）が載置される第３フレーム６２とを有する。
　腰部連結機構２００の下端と第１フレーム５８の上端との間には、軸受構造を有する第１関節６４が配設されている。第１関節６４は、腰部連結機構２００と第１フレーム５８とを回動可能に連結している。第１関節６４は、装着者の股関節と一致する高さ位置に設けられる。腰部連結機構２００が第１関節６４の支持側に締結され、第１フレーム５８が第１関節６４の回動側に締結されている。第１関節６４は、駆動モータ２０又は２２が内蔵されたモータユニットを有する。第１関節６４と駆動モータ２０又は２２とは外観上一体化されている。
　第１フレーム５８の下端と第２フレーム６０の上端との間には、軸受構造を有する第２関節６６が配設されている。第２関節６６は、第２フレーム５８と第３フレーム６２とを回動可能に連結している。第２関節６６は、装着者の膝関節と一致する高さ位置に設けられる。第２フレーム５８が第２関節６６の支持側に締結され、第３フレーム６２が第２関節６６の回動側に締結されている。第２関節６６は、駆動モータ２４又は２６が内蔵されたモータユニットを有する。第２関節６６と駆動モータ２４又は２６とは外観上一体化されている。
　第２フレーム６０の下端と第３フレーム６２の上端との間には、軸受構造を有する第３関節６８が配設されている。第３関節６８は、第２フレーム６０と第３フレーム６２とを回動可能に連結している。第３フレーム６２の内側には、装着者１２の足に装着される靴８４が固定されている。
　従って、第１フレーム５８及び第２フレーム６０は、腰締結部材３０に固定された腰部連結機構２００に対して第１関節６４及び第２関節６６を回動支点とする歩行動作を行えるように取り付けられている。すなわち、第１フレーム５８及び第２フレーム６０は、装着者１２の脚と同じ動作を行えるように構成されている。また、第３関節６８は、装着者１２の足首の側方に位置するように設けられている。そのため、靴８４は、第３関節６８の回動動作により歩行動作に応じて装着者１２の足首と同じように床面（または地面）に対する角度が変化する。
　第１関節６４及び第２関節６６は、駆動モータ２０，２２，２４，２６の回転軸周りの駆動トルクが、ギヤを介して被駆動側となる第１フレーム５８、第２フレーム６０に伝達されるように構成されている。
　駆動モータ２０，２２，２４，２６は、各関節の回動角度を検出する角度センサを有する。この角度センサは、例えば、第１関節６４及び第２関節６６の回動角度に比例したパルス数をカウントするロータリエンコーダ等で構成される。この角度センサは、各関節の回動角度に応じたパルス数に対応した電気信号をセンサ出力として出力する。
　第１関節６４の角度センサは、装着者１２の股関節の回動角度に相当する腰締結部材３０と第１フレーム５８との間の回動角度を検出する。また、第２関節６６の角度センサは、装着者１２の膝関節の回動角度に相当する第１フレーム５８の下端と第２フレーム６０との間の回動角度を検出する。
　第１フレーム５８の長手方向の中間位置には、装着者１２の腿に締結されるベルト状の腿締結部材７８が取り付けられている。腿締結部材７８の内面側には、装着者１２の腿との隙間をなくして密着するフィッティング部７９が取り付けられている。
　第２フレーム６０の長手方向の中間位置には、装着者１２の膝下の脛に締結されるベルト状の脛締結部材８０が取り付けられている。脛締結部材８０の内面側には、装着者１２の脛との隙間をなくして密着するフィッティング部８１が取り付けられている。
　従って、駆動モータ２０，２２，２４，２６で発生された駆動トルクは、ギヤを介して第１フレーム５８、第２フレーム６０に伝達され、その駆動トルクはさらに腿締結部材７８、脛締結部材８０を介して装着者１２の脚にアシスト力として伝達される。
　第２フレーム６０の下端には、第３関節軸６８を介して靴８４が回動可能に連結されている。第１フレーム５８及び第２フレーム６０は、装着者１２の脚の長さに応じた長さに調整されている。
　各フレーム５８，６０，６２は、夫々ジュラルミン等の軽量化された金属材の周囲を弾性を有する樹脂材で覆うように構成されている。これらのフレーム５８，６０，６２により、装着者１２の上体及び腰締結部材３０に取り付けられたバッテリ３２，３４、制御ユニット３６等の重量を支えることができる。すなわち、動作補助装置１０は、バッテリ３２，３４、制御ユニット３６及びフレーム構造１８の重量が装着者１２に作用しないように構成されている。したがって、動作補助装置１０は、装着者１２に余計な荷重を与えないように取り付けられる。
　腰締結部材３０は、装着者の腰後部（背面）に当接するフィッティング部３１を支持する腰サポート部１００と、腰サポート部１００の両端にヒンジを介して連結されたベルト１２０，１３０と、一方のベルト１２０の端部に取り付けられたバックル１４０と、他方のベルト１３０の端部に取り付けられた係止用金具１４２とを有する。
　腰締結部材３０を装着者１２の腰に装着する際は、補強部１００の内側に設けられたフィッティング部３１に装着者１２の腰の背面側を当接させた状態で、バックル１４０の挿入口に係止用金具１４２を挿入して係止させる。そして、ベルト１２０，１３０の長さを装着者１２のお腹の大きさに応じた長さに調整する。これにより、腰締結部材３０は、装着者１２の腰回りの外周にほぼ密着した状態となる。バックル１４０は、自動車のシートベルトと同様な構成を有している。バックル１４０の係止解除部を操作することにより係止用金具１４２の係止を解除することができるように構成されている。
　次に、本発明の要部を構成する腰部連結機構２００の構成について説明する。図４は腰部連結機構２００の取付状態を示す斜視図である。図５は腰部連結機構２００の取付構造を示す分解斜視図である。
　図４及び図５に示されるように、腰部連結機構２００の上端取付金具２１０は、腰締結部材３０の腰サポート部１００に固定された上部ソケット部１０２に嵌合固定される。腰部連結機構２００の下端取付金具２２０は、駆動モータ２０又は２２のモータユニットのハウジング１０４の上部に形成された下部ソケット部１０６に嵌合固定される。上端取付金具２１０と下端取付金具２２０との間には、弾性部材２３０と剛性部材２４０とを組み合わせた組立体２５０が配設されている。組立体２５０は、腰、脚の動きに応じた弾性変形を行なうと共に、装着者１２の腰に掛かる重量を支持する構成を有する。
　上部ソケット部１０２は金属製である。上部ソケット部１０２の下端面には、上端取付金具２１０の輪郭形状に対応する長方形の開口を有する嵌合用凹部が形成されている。上部ソケット部１０２の側面には、上端取付金具２１０の締結用孔２１２と連通する貫通孔１０２ａが形成されている。腰部連結機構２００の上端取付金具２１０は、上部ソケット部１０２の嵌合用凹部に下方から挿入され、上部ソケット部１０２の外側から締結用孔２１２及び貫通孔１０２ａを挿通する取付ネジ１１０により、上端取付金具２１０は上部ソケット部１０２に締結される。
　下部ソケット部１０６は金属製である。下部ソケット部１０６の上端面には、下端取付金具２２０の輪郭形状に対応する長方形の開口を有する嵌合用凹部が形成されている。下部ソケット部１０６の側面には、下端取付金具２２０の締結用孔２２２と連通する貫通孔１０６ａが形成されている。腰部連結機構２００の下端取付金具２２０は、下部ソケット部１０６の嵌合用凹部に上方から挿入され、下部ソケット部１０６の外側から締結用孔２２２及び貫通孔１０６ａを挿通する取付ネジ１１０により、下端取付金具２２０は下部ソケット部１０６に締結される。
　このように、腰部連結機構２００は、腰締結部材３０の上部ソケット部１０２と駆動モータ２０又は２２の下部ソケット部１０６との間を、柔軟性と剛性とを有する組立体２５０で連結する構成を有する。そのため、装着者１２が歩行動作を行なうときも、上体のバランスをとるため、脚の向きを調整する動作を行なうときもスムーズに行えると共に、装着者１２が重量物を持ち上げる際には腰締結部材３０に作用する重量を右脚補助フレーム部５４、左脚補助フレーム部５５により安定的に支持することが可能になる。
　図６Ａは腰部連結機構２００の組立体２５０の組み立て状態を示す斜視図である。図６Ｂは腰部連結機構２００の組立体２５０の組立て完了状態を示す斜視図である。図６Ａに示されるように、腰部連結機構２００の組立体２５０は、弾性部材２３０と剛性部材２４０とを組み合わせた構成を有する。弾性部材２３０は、弾性を有するゴムまたは樹脂材等で構成される弾性ブロック２６０を有する。また、剛性部材２４０は、複数の金属プレート２７０を上下方向に並設させた構成を有する。
　弾性ブロック２６０は、縦長形状の直方体に成型されている。前後方向（Ｘ方向）に垂直な弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂの左右方向（Ｙ方向）の幅Ｂ１が小さく、左右方向（Ｙ方向）に垂直な弾性ブロック２６０の側面２６０ｃ，２６０ｄの前後方向（Ｘ方向）の幅Ｂ２が大きくなるように成型されている（Ｂ１＜Ｂ２）。前後面２６０ａ，２６０ｂの幅Ｂ１と側面２６０ｃ，２６０ｄの幅Ｂ２との比は、例えば、Ｂ１：Ｂ２＝１：４（または１：５）程度に設定されている。そのため、腰部連結機構２００は、弾性ブロック２６０の幅狭方向（Ｘ軸回り）に撓みやすい構成になっている。
　弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂは、複数の金属プレート２７０が当接する取付面である。各金属プレート２７０を固定するためのスクリュウロッド２７２を挿通するための貫通孔２６２が所定間隔で前後面２６０ａ，２６０ｂに設けられている。
　弾性ブロック２６０の左右側面２６０ｃ，２６０ｄには、上下方向に延在する幅広形状の溝２６０ｅが形成されている。溝２６０ｅの幅及び深さを変更することにより、弾性ブロック２６０の弾性を任意の値に設定することが可能になる。
　金属プレート２７０は、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂの幅とほぼ同一の幅を有する長方形に形成されている。金属プレート２７０は、スクリュウロッド２７２が挿通される一対の孔２７０ａ，２７０ｂを有する。
　図６Ｂに示されるように、腰部連結機構２００の組立体２５０は、複数の金属プレート２７０が上下方向に１列に並設された状態で、スクリュウロッド２７２が弾性ブロック２６０の貫通孔２６２及び金属プレート２７０の孔２７０ａ，２７０ｂに挿通され、ナット２７４を螺入させることにより弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定され、弾性ブロック２６０と複数の金属プレート２７０とが一体化される。
　図７Ａは腰部連結機構２００の取付状態を側方からみた縦断面図である。図７Ｂは腰部連結機構２００の取付状態を正面からみた図である。図７Ａ及び図７Ｂに示されるように、腰部連結機構２００は、上端取付金具２１０が上部ソケット部１０２に嵌合固定され、下端取付金具２２０が下部ソケット部１０６に嵌合固定された状態において、複数の金属プレート２７０の上下方向の隙間Ｓが所定寸法（例えば、２ｍｍ～３ｍｍ）に設定されている。装着者１２の上体と腰締結部材３０に取り付けられているバッテリ３２，３４及び制御ユニット３６の重量が左右両側に配された腰部連結機構２００に作用することで弾性ブロック２６０が上下方向に圧縮される。そのため、各金属プレート２７０間の隙間Ｓは、装着者１２に動作補助装置１０を装着した時点で若干小さくなるが、通常の動作状態で大きく変化することはない。
　また、動作補助装置１０の装着時は、上端取付金具２１０と上部ソケット部１０２との間の上下方向の隙間、及び下端取付金具２２０と下部ソケット部１０６との上下方向の隙間は、ゼロになっている。
　図７Ｃは大きな荷重が作用した際の腰部連結機構２００の取付状態を正面からみた図である。図７Ｃに示されるように、例えば、装着者１２が重量物を持ち上げたような状況では、腰締結部材３０に作用する重量が腰部連結機構２００を介して右脚補助フレーム部５４、左脚補助フレーム部５５に伝達されるため、弾性ブロック２６０が大きな荷重で圧縮される。そのため、弾性ブロック２６０は、中間部分がＹ方向に樽状に膨らむと共に、各金属プレート２７０間の隙間Ｓは、ゼロになる。
　これにより、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定された複数の金属プレート２７０は、弾性ブロック２６０が圧縮されるのに伴って隣接された各金属プレート２７の上下端部が当接し、あたかも一枚の金属板のように連接された形になる。その結果、腰部連結機構２００は、大きな荷重を支えるのに必要な剛性を有する剛性部材２４０によって補強される。そのため、腰締結部材３０に作用する重量は、剛性を有する複数の金属プレート２７０を重ね合わせた剛性部材２４０により支持される。
　図７Ｄは装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の腰部連結機構２００の取付状態を正面からみた図である。図７Ｄに示されるように、装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際は、上端取付金具２１０、上部ソケット部１０２の位置と下端取付金具２２０、下部ソケット部１０６との左右方向（Ｙ方向）の相対位置がずれるのに伴って弾性ブロック２６０がＸ軸回りに左右方向（Ｙ方向）に撓むように弾性変形する。弾性ブロック２６０は、左右方向（Ｙ方向）の幅寸法が前後方向（Ｘ方向）よりも小さく設定されているので、左右方向（Ｙ方向）の抵抗力が小さくなっており、その分左右方向（Ｙ方向）への弾性変形が容易に行える。
　これにより、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定された複数の金属プレート２７０は、弾性ブロック２６０の荷重作用方向となる弾性変形の内側（曲率半径の小さい側）で隙間Ｓが小さくなると共に、弾性ブロック２６０の弾性変形の外側（曲率半径の大きい側）で隙間Ｓが大きくなる。このように、複数の金属プレート２７０間に隙間Ｓがあるため、弾性ブロック２６０の左右方向（Ｙ方向）への変形当初には、弾性ブロック２６０の動きが複数の金属プレート２７０によって規制されない。よって、装着者１２は、腰を左右方向（Ｙ方向）にスムーズに動作させることができる。
　そして、腰の左右方向（Ｙ方向）の動作が所定以上になると、複数の金属プレート２７０の弾性ブロック２６０の弾性変形の内側（曲率半径の小さい側）で隙間Ｓがゼロになって各金属プレート２７０の上下端部が当接してそれ以上左右方向への弾性変形が規制される。
　これにより、装着者１２は、腰の左右方向（Ｙ方向）の動きが当接状態となった複数の金属プレート２７０により規制されるため、復帰できないような大きな動きが抑制され、結果的に腰の動きが安定的に行なわれる。
　図７Ｅは装着者１２が腰を前後方向（Ｘ方向）に動作させた際の腰部連結機構２００の取付状態を側面からみた図である。図７Ｅに示されるように、装着者１２が腰を前後方向（Ｘ方向）に動作させた際は、上端取付金具２１０、上部ソケット部１０２の位置と下端取付金具２２０、下部ソケット部１０６との前後方向（Ｘ方向）の相対位置がずれるのに伴って弾性ブロック２６０がＹ軸回りに前後方向（Ｘ方向）に撓むように弾性変形する。弾性ブロック２６０は、前後方向（Ｘ方向）の幅が左右方向（Ｙ方向）の幅よりも大きく設定されているので、前後方向（Ｘ方向）への抵抗力が大きくなっており、その分弾性変形が比較的小さく抑えられる。
　これにより、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定された複数の金属プレート２７０は、例えば、弾性ブロック２６０の荷重作用方向となる前側（曲率半径の小さい側）で隙間Ｓが小さくなると共に、弾性ブロック２６０の後側（曲率半径の大きい側）で隙間Ｓが大きくなる。このように、複数の金属プレート２７０間に隙間Ｓがあるため、弾性ブロック２６０の前後方向（Ｘ方向）への変形当初には、弾性ブロック２６０の動きが複数の金属プレート２７０によって規制されない。よって、装着者１２は、腰を前後方向（Ｘ方向）にスムーズに動作させることができる。
　そして、腰の前後方向（Ｘ方向）の動作が所定角度以上（但し、左右方向の場合よりも可動範囲が小さい）になると、複数の金属プレート２７０の弾性ブロック２６０の弾性変形の内側（曲率半径の小さい側）で隙間Ｓがゼロになって各金属プレート２７０の上下端部が当接してそれ以上前後方向への弾性変形が規制される。
　これにより、装着者１２は、腰の前後方向（Ｘ方向）の動きが上下方向で当接状態となった複数の金属プレート２７０により規制され、結果的に腰の動きが安定的に行なわれる。
　ここで、腰部連結機構２００の変形例について説明する。
　図８Ａは変形例の腰部連結機構２００Ａの取付状態を正面からみた図である。図８Ａに示されるように、変形例の腰部連結機構２００Ａでは、複数の金属プレート２７０の形状が長方形ではなく、上端部が円弧状の凸部２７０ｃに形成され、下端部が円弧状の凹部２７０ｄに形成されている。凸部２７０ｃと凹部２７０ｄの曲率半径は、同一に形成されているので、互いに円弧状部分で当接することが可能である。各金属プレート２７０間には、隙間Ｓが形成されている。
　尚、最上段に位置する金属プレート２７０の上端、及び最下段に位置する金属プレート２７０の下端は、水平方向に直線状に形成されている。
　図８Ｂは大きな荷重が作用した際の腰部連結機構２００Ａの取付状態を正面からみた図である。図８Ｂに示されるように、例えば、装着者１２が重量物を持ち上げたような状況では、腰締結部材３０に作用する重量が腰部連結機構２００Ａを介して右脚補助フレーム部５４、左脚補助フレーム部５５に伝達されるため、弾性ブロック２６０が大きな荷重で圧縮される。そのため、弾性ブロック２６０は、中間部分がＹ方向に樽状に膨らむと共に、各金属プレート２７０間の隙間Ｓは、ゼロになる。
　これにより、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定された複数の金属プレート２７０は、弾性ブロック２６０が圧縮されるのに伴って上下端部の円弧状に形成された凸部２７０ｃと凹部２７０ｄとが当接し、凸部２７０ｃと凹部２７０ｄとがＹ方向に回動可能な連結状態になる。その結果、腰部連結機構２００は、大きな荷重を支えるのに必要な剛性を有する剛性部材２４０によって補強される。そのため、腰締結部材３０に作用する重量は、剛性を有する複数の金属プレート２７０を重ね合わせた剛性部材２４０により支持される。
　図８Ｃは装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の腰部連結機構２００Ａの取付状態を正面からみた図である。図８Ｃに示されるように、装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際は、上端取付金具２１０、上部ソケット部１０２の位置と下端取付金具２２０、下部ソケット部１０６との左右方向（Ｙ方向）の相対位置がずれるのに伴って弾性ブロック２６０がＸ軸回りに左右方向（Ｙ方向）に撓むように弾性変形する。
　これにより、弾性ブロック２６０の前後面２６０ａ，２６０ｂに固定された複数の金属プレート２７０は、弾性ブロック２６０の弾性変形と共に凸部２７０ｃと凹部２７０ｄとが当接した状態で弾性変形のＹ方向に傾斜する。この弾性変形の状態でも金属プレート２７０間は、凸部２７０ｃと凹部２７０ｄとが当接することで大きな荷重を支えることが可能である。
　そして、腰の左右方向（Ｙ方向）の動作が所定以上になると、複数の金属プレート２７０間の凸部２７０ｃに対し、凹部２７０ｄの前後方向（Ｘ方向）の両端突起２７０ｅの何れかが凸部２７０ｃに食い込むようになるため、それ以上左右方向への弾性変形が規制される。
　これにより、装着者１２は、腰の左右方向（Ｙ方向）の動きが当接状態となった複数の金属プレート２７０により規制されるため、復帰できないような大きな動きが抑制され、結果的に腰の動きが安定的に行なわれる。
　また、装着者１２が腰を前後方向（Ｘ方向）に動作させる際の腰部連結機構２００Ａの動作は、前述した図７Ｅの場合と同じなので、その説明は省略する。
　図９は実施例２の腰部連結機構を示す分解斜視図である。図９に示されるように、実施例２の腰部連結機構３００は、腰締結部材３０の上部ソケット部１０２に嵌合固定される上端取付金具３１０と、ハウジング１０４の上部に形成された下部ソケット部１０６に嵌合固定される下端取付金具３２０と、弾性部材としての積層ゴム３３０と、積層ゴム３３０を上下方向に貫通する締結部材３４０（剛性部材）とを有する。
　上端取付金具３１０は、下面側に積層ゴム３３０の上端が挿入される長方形状の開口を有する凹部３１２を有し、側面に上部ソケット部１０２に固定するための取付ネジ１１０が挿入される一対の孔３１４が設けられ、上面に締結部材３４０の金属ワイヤ３４２が挿通される一対の締結用孔３１６が設けられている。
　下端取付金具３２０は、上端取付金具３１０と同様な構成であり、上面側に積層ゴム３３０の下端が挿入される凹部３２２を有し、側面に下部ソケット部１０６に固定するための取付ネジ１１０が挿入される一対の孔３２４が設けられ、下面に締結部材３４０の金属ワイヤ３４２が挿通される一対の締結用孔３２６が設けられている。
　積層ゴム３３０は、複数のゴム板を積み重ねた構成であり、上面から下面に向けて貫通する一対の貫通孔３３２を有する。締結部材３４０は、積層ゴム３３０の貫通孔３３２に挿通される金属ワイヤ３４２と、上端取付金具３１０の締結用孔３１６に嵌合する大径な頭部３４４とを有する。
　金属ワイヤ３４２は、例えば、ピアノ線により形成されており、積層ゴム３３０の弾性変形に伴って撓むことができると共に、大きな重量（張力）も支えられる強度を有する。
　図１０Ａは実施例２の腰部連結機構３００の取付状態を側方からみた縦断面図である。図１０Ｂは腰部連結機構３００の取付状態を正面からみた図である。図１０Ａ及び図１０Ｂに示されるように、積層ゴム３３０は、板状に形成された複数のゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）と、薄い金属板（剛性部材）３６０（３６０１～３６０ｎ）とを交互に積層した構成であり、貫通孔３３２に挿通された金属ワイヤ３４２により積層状態を保持される。
　ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）及び金属板３６０（３６０１～３６０ｎ）の積層数は、例えば、装着者１２の体格に応じた数に調整することができる。従って、腰締結部材３０の上部ソケット部１０２とハウジング１０４の上部に形成された下部ソケット部１０６との距離に応じて積層数を適宜選択することで、装着者１２の体形にあった高さにセッティングすることが可能である。
　また、積層ゴム３３０の弾性変形量を調整する方法として、例えば、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）のゴム材自体の弾性を変更することも可能であるが、それ以外の方法としては、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）あるいは金属板３６０（３６０１～３６０ｎ）の厚さと積層数の組み合わせを選択することによってセッティングすることも可能である。
　締結部材３４０は、取付ネジ１１０と干渉しない位置に設けられ、金属ワイヤ３４２を積層ゴム３３０の貫通孔３３２に挿通させ、頭部３４４を上端取付金具３１０の締結用孔３１６に嵌合させて係止される。また、金属ワイヤ３４２の先端は、下端取付金具３２０の締結用孔３２６に挿通され、下端取付金具３２０の下面側で金属ワイヤ３４２より大径な固定部材３７０に溶接または接着によって固定される。
　積層ゴム３３０は、装着者１２の脚及び腰の動きに応じてゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）が弾性変形することによりＸ方向及びＹ方向に撓むことができると共に、貫通孔３３２に挿通された金属ワイヤ３４２のバネ力により元の状態（図１０Ａに示す状態）に復帰する。
　図１０Ｃは大きな荷重が作用した際の腰部連結機構３００の取付状態を正面からみた図である。図１０Ｃに示されるように、例えば、装着者１２が重量物を持ち上げたような状況では、腰締結部材３０に作用する重量が腰部連結機構３００を介して右脚補助フレーム部５４、左脚補助フレーム部５５に伝達されるため、積層ゴム３３０のゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）が大きな荷重で圧縮され周縁部が側方に膨らむ。そのため、積層ゴム３３０は、金属板３６０（３６０１～３６０ｎ）が圧縮されず、圧縮荷重を上下面の全面で受けることにより、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）が大きく変形することを防止している。
　腰部連結機構３００は、大きな荷重を支えるのに必要な剛性を有する金属板３６０（３６０１～３６０ｎ）と金属ワイヤ３４２によって補強される。そのため、腰締結部材３０に作用する重量は、剛性を有する金属板３６０（３６０１～３６０ｎ）と金属ワイヤ３４２により支持される。
　図１０Ｄは装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際の腰部連結機構３００の取付状態を正面からみた図である。図１０Ｄに示されるように、装着者１２が腰を左右方向（Ｙ方向）に動作させた際は、上端取付金具２１０、上部ソケット部１０２の位置と下端取付金具２２０、下部ソケット部１０６との左右方向（Ｙ方向）の相対位置がずれるのに伴って積層ゴム３３０がＸ軸回りに左右方向（Ｙ方向）に撓むように変形する。積層ゴム３３０は、左右方向（Ｙ方向）の幅が前後方向（Ｘ方向）の幅よりも小さく設定されているので、左右方向（Ｙ方向）の抵抗力が小さくなっており、その分左右方向（Ｙ方向）への弾性変形が容易に行える。
　これにより、積層ゴム３３０の荷重作用方向となる弾性変形の内側（曲率半径の小さい側）でゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）が薄くなる方向に圧縮されると共に、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）の弾性変形の外側（曲率半径の大きい側）が引張り荷重を受けて厚くなるように変形する。よって、装着者１２は、腰を左右方向（Ｙ方向）にスムーズに動作させることができる。また、積層ゴム３３０に挿入された金属ワイヤ３４２は、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）の変形を妨げないように変形する。
　そして、腰の左右方向（Ｙ方向）の動作が所定以上になると、ゴム板３５０（３５０１～３５０ｎ）の弾性変形の内側（曲率半径の小さい側）での変形が限界に達し、且つ金属ワイヤ３４２がそれ以上左右方向へ変形できなくなる。
　これにより、装着者１２は、腰の左右方向（Ｙ方向）の動きが当接状態となった複数の金属プレート２７０により規制されるため、復帰できないような大きな動きが抑制され、結果的に腰の動きが安定的に行なわれる。
　ここで、実施例２の変形例について説明する。
　図１１Ａは実施例２の変形例１を示す斜視図である。図１１Ａに示されるように、変形例１の締結部材３４０Ａは、２本の金属ワイヤ３４２の上端を連結部３４４で連結しており、コ字状に形成されている。そのため、締結部材３４０Ａを積層ゴム３３０に組み付ける際は、積層ゴム３３０の一対の貫通孔３３２に２本の金属ワイヤ３４２を挿通させ、連結部３４４を積層ゴム３３０の上面に当接させる。そして、積層ゴム３３０の下面から突出した２本の金属ワイヤ３４２の先端３４２ａ同士を互いに結合させる。これで、金属ワイヤ３４２の抜けが防止される。
　このように、変形例１では、締結部材３４０Ａを簡単且つ短時間で積層ゴム３３０に挿通させると共に、積層ゴム３３０と一体化させることができる。
　図１１Ｂは実施例２の変形例２を示す斜視図である。図１１Ｂに示されるように、変形例２では、積層ゴム３３０に貫通孔３３２を例えば、６箇所に設け、各貫通孔３３２のうち２箇所以上に金属ワイヤ３４２を挿通させる。金属ワイヤ３４２の上端は積層ゴム３３０の上面と一致し、金属ワイヤ３４２の下端は積層ゴム３３０の下面と一致する長さに形成されている。
　また、６箇所の貫通孔３３２の全てに金属ワイヤ３４２を挿通しても良いし、６箇所の貫通孔３３２のうち３箇所あるいは４箇所に金属ワイヤ３４２を適宜挿入させる構成とすることも可能である。従って、金属ワイヤ３４２の挿入本数及び挿入箇所は、積層ゴム３３０に要求される弾性及び剛性に応じて選択される。例えば、積層ゴム３３０の弾性を強くしたい場合には、金属ワイヤ３４２の挿入本数を減らし、積層ゴム３３０の剛性を強くしたい場合には、金属ワイヤ３４２の挿入本数を増やすようにセッティングすることが可能になる。
　また、線径の異なる金属ワイヤ３４２を予め用意し、積層ゴム３３０に各線径に応じた直径の貫通孔３３２を複数個設けることで、線径の異なる金属ワイヤ３４２を複数箇所に適宜設けることにより、積層ゴム３３０の弾性と剛性のバランスを適宜変更することも可能である。
　尚、貫通孔３３２の数は、６箇所以上設ける構成としても良いのは勿論である。
　以上本発明の好ましい実施例について詳細に説明したが、本発明は上述した実施例に制限されることなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施例に種々の変形および置換を加えることができる。
　本国際出願は、２００８年９月２６日に出願された日本国特許出願２００８－２４８７７４号に基づく優先権を主張するものであり、日本国特許出願２００８－２４８７７４号の全内容をここに本国際出願に援用する。
１０　装着式動作補助装置
１２　装着者
１８　フレーム構造
３０　腰締結部材
５４　右脚補助フレーム部
５５　左脚補助フレーム部
５８　第１フレーム
６０　第２フレーム
６２　第３フレーム
６４　第１関節
６６　第２関節
６８　第３関節
２００，２００Ａ，３００　腰部連結機構
２１０，３１０　上端取付金具
２２０，３２０　下端取付金具
２３０　弾性部材
２４０　剛性部材
２５０　組立体
２６０　弾性ブロック
２６２　貫通孔
２７０　金属プレート
３３０　積層ゴム
３４２　金属ワイヤ
３５０（３５０１～３５０ｎ）　ゴム板
３６０（３６０１～３６０ｎ）　金属板

Claims (6)

  1. 　装着者の脚に沿うように装着され、装着者の動作を補助するように駆動部の駆動力を伝達するフレーム部材と、
    　前記フレーム部材の上端を前記装着者の腰に固定する腰締結部材と、
    　前記腰締結部材と前記フレーム部材との間を連結する腰部連結機構とを有する装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記腰部連結機構は、脚の側方への動きまたは脚の軸回りの動きに応じた弾性変形を許容すると共に、垂直方向の荷重を支える剛性を有することを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
  2. 　請求項１に記載の装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記腰部連結機構は、
    　脚の側方への動きまたは脚の軸回りの動きに応じた弾性変形を行なう弾性部材と、
    　垂直方向の荷重を支える剛性部材とを組み合わせたことを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
  3. 　請求項２に記載の装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記弾性部材は、ゴムまたは樹脂材により形成されたことを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
  4. 　請求項２に記載の装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記剛性部材は、複数の金属部材を上下方向に一列に並設した構成であり、
    　前記複数の金属部材は、前記弾性部材の変形に応じて互いに近接された端部同士が当接角度を変更可能に取り付けられていることを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
  5. 　請求項２に記載の装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記弾性部材は、ゴムまたは樹脂材により形成された弾性ブロックからなり、
    　前記剛性部材は、前記弾性ブロックの前面、後面に当接する複数の金属板を前記弾性ブロックの前後面間を水平方向に貫通するボルト状の締結部材により締結して前記弾性部材と一体化されることを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
  6. 　請求項２に記載の装着式動作補助装置のフレーム構造であって、
    　前記剛性部材は、少なくとも２本の金属ワイヤにより形成され、
    　前記弾性部材は、板状に形成され、且つ板状の平面に前記金属ワイヤが垂直方向に挿通される複数の貫通孔を有し、前記平面を当接させて前記金属ワイヤの延在方向に積層されることを特徴とする装着式動作補助装置のフレーム構造。
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