WO2015104832A1 - 関節運動アシスト装置 - Google Patents

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WO2015104832A1
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exoskeleton
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contraction
bellows
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圭治郎 山本
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圭治郎 山本
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    • A61H2230/605—Muscle strain, i.e. measured on the user, e.g. Electromyography [EMG] used as a control parameter for the apparatus

Definitions

  • the present invention relates to a joint motion assist device, and more particularly, to an exoskeleton-type joint motion assist device that assists the joint motion of a predetermined object.
  • a muscle force assisting device using an inflatable / shrinkable actuator such as an air bag is more practical than a device using a pneumatic cylinder type actuator or a Mackiben type pneumatic actuator, and thus has high practicality.
  • an extendable actuator such as an air bag can be driven at a low pressure, a low vibration and low noise pump such as a diaphragm pump or a vane pump can be used. From this point of view, it can be said that a muscle force assisting device using an inflatable / shrinkable actuator such as an air bag is highly practical.
  • one pneumatic actuator is mounted around the waist including the hip and hip joints. Then, exercise assistance of the hip joint and hip joint around the waist is performed by converting expansion of the bag body by supplying air to the one pneumatic actuator into joint extension force by a link mechanism.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a joint motion assist device capable of realizing smooth joint motion while appropriately assisting joint motion.
  • the present invention is a joint motion that uses a joint mechanism that is attached to a predetermined object having a skeletal structure and is connected between a first part of the predetermined object and at least one second part.
  • a first exoskeleton member attached to the first part along a direction in which the first part extends from the connection part; and the second part comprises: A second exoskeleton member of the same number as the second part mounted on the second part along a direction extending from the connection part; a first expansion / contraction member that generates a force assisting the joint movement; and The same number of second expansion / contraction members as the second part; a first connection member fixedly connected to the first exoskeleton member and connected to one end of the first expansion / contraction member; Fixedly connected to the second exoskeleton member, and A second connecting member having the same number as the second portion connected to one end of the two expansion / contraction members; the first exoskeleton member disposed between the first connecting member and the second connecting member; The connection part side end part of the second exoskeleton member
  • this joint motion assist device when the device is mounted on a predetermined object, one end of the first expansion / contraction member is connected to the first connection member fixed to the first exoskeleton member, The other end portion of the one expansion / contraction member is connected to an attachment member attached to the first exoskeleton member so as to be rotatable in the rotational movement direction of the joint. Further, in this joint motion assist device, one end portion of the same number of second expansion / contraction members as the second portion is connected to the second connection member fixed to the second exoskeleton member, The other end is connected to an attachment member that attaches the second exoskeleton member so as to be rotatable in the rotational movement direction of the joint.
  • the first exoskeleton member rotates with respect to the attachment member by the expansion stroke or the contraction stroke of the first expansion / contraction member.
  • the second exoskeleton member rotates with respect to the attachment member by the expansion stroke or the contraction stroke of the second expansion / contraction member.
  • joint motion assist device of the present invention smooth joint motion can be realized while appropriately assisting the joint motion.
  • the joint can be changed from the bent state to the extended state.
  • the joint can be brought into the extended state by contracting at least one of the first expansion / contraction member and the second expansion / contraction member.
  • the joint can be changed from the extended state to the bent state by the expansion stroke of the first expansion / contraction member and the second expansion / contraction member.
  • the joint can be brought into a bent state by expanding at least one of the first expansion / contraction member and the second expansion / contraction member.
  • the joint motion assist device of the present invention may further include an adjustment unit that adjusts the working fluid pressure in the first expansion / contraction member and the second expansion / contraction member.
  • the adjustment unit adjusts the working fluid pressure in the first and second expansion members, the first expansion / contraction member and the second expansion / contraction member assist the joint motion adjusted by the adjustment unit. Can generate a force.
  • the connection part of the predetermined object is a pelvic part of a human body
  • the first exoskeleton member is mounted at a position corresponding to the lumbar vertebra
  • the second exoskeleton member The number may be two, and one second exoskeleton member may be attached to the left thigh and the other second exoskeleton member may be attached to the right thigh.
  • the movement of the joint connecting the pelvis and the lumbar vertebra, the movement of the joint connecting the pelvis and the left thigh, and the pelvis and the right thigh are connected. It is possible to assist each joint movement independently. Further, in this case, the structure can be made compact without the articulation assist device projecting greatly behind.
  • connection site side of the first exoskeleton member is The end portion is attached to the attachment member so as to be rotatable in the rotation direction of the lumbosacral joint at a position corresponding to the lumbosacral joint, and the end portion on the connection site side of the second exoskeleton member is left It is attached to the attachment member so as to be able to rotate in the rotation direction of the left hip joint at a position corresponding to the hip joint, and the end of the other second exoskeleton member on the connection site side is located at the right position at the position corresponding to the right hip joint. It can be attached to the attachment member so as to be rotatable in the rotation direction of the hip joint.
  • the first exoskeleton member rotates in the rotational movement direction of the lumbosacral joint at a position corresponding to the lumbosacral joint with respect to the mounting member.
  • one second exoskeleton member rotates in the rotational movement direction of the left hip joint at a position corresponding to the left hip joint with respect to the attachment member.
  • the other second exoskeleton member rotates in the rotational movement direction of the right hip joint at a position corresponding to the right hip joint with respect to the attachment member. Therefore, it is possible to assist smooth joint movement corresponding to the movement of the lumbosacral joint, and to perform smooth joint movement assistance corresponding to the movement of the left hip joint and the right hip joint.
  • the end of the one second exoskeleton member on the connection site side is attached to the attachment member so as to be rotatable in the rotation direction of the left hip joint at a position corresponding to the left hip joint, and the other second outer skeleton member
  • the end of the skeleton member on the side of the connection site can be attached to the attachment member so as to be rotatable in the rotation direction of the right hip joint at a position corresponding to the right hip joint.
  • the first exoskeleton member rotates around the position corresponding to the sacroiliac joint with respect to the attachment member, and the lumbosacral joint with the rotation axis of the lumbosacral joint as the rotation center axis. It rotates in the direction of rotation.
  • one second exoskeleton member rotates in the rotational movement direction of the left hip joint at a position corresponding to the left hip joint with respect to the attachment member.
  • the other second exoskeleton member rotates in the rotational movement direction of the right hip joint at a position corresponding to the right hip joint with respect to the attachment member. Therefore, it is possible to assist smooth joint movement corresponding to the movement of the lumbosacral joint and sacroiliac joint, and to perform smooth joint movement assistance corresponding to the movement of the left hip joint and right hip joint. it can.
  • the end on the connection site side of the first exoskeleton member is rotated around the sacroiliac joint, and can be rotated around the lumbosacral joint in the rotation direction of the lumbosacral joint.
  • a tooth portion is formed along the rotational movement direction of the lumbosacral joint at a position corresponding to the lumbosacral joint at the end of the first exoskeleton member on the connection site side.
  • a gear member is fixed, and a gear member meshing with a gear member fixed to the first exoskeleton member is fixed at a position corresponding to the sacroiliac joint in the mounting member, and the first exoskeleton member is Engagement between the gear member fixed to the first exoskeleton member and the gear member fixed to the attachment member can be ensured and attached to the attachment member.
  • the gear member fixed to the first exoskeleton member is replaced with the gear member fixed to the mounting member by the expansion stroke or the contraction stroke of the first expansion / contraction member. Rotates while revolving around.
  • the first exoskeleton member revolves around the central axis of the gear member fixed corresponding to the sacroiliac joint, and the central axis of the gear member fixed corresponding to the lumbosacral joint And rotate. For this reason, it is possible to achieve smooth joint motion assistance corresponding to the movement of the lumbosacral joint and sacroiliac joint with a simple configuration using a gear member.
  • the first expansion / contraction member When assisting the movement of the lumbosacral joint of the human body, the left hip joint, and the right hip joint, the first expansion / contraction member is disposed on the extension side of the lumbosacral joint, and the second expansion / contraction member is provided. Is arranged on the extension side of the left hip joint, and the other second expansion / contraction member is arranged on the extension side of the right hip joint.
  • the first expansion / contraction member efficiently generates a force for assisting the motion of the lumbosacral joint.
  • one second expansion / contraction member efficiently generates a force for assisting the motion of the left hip joint
  • the other second expansion / contraction member efficiently generates a force for assisting the motion of the right hip joint. For this reason, joint motion can be assisted efficiently.
  • the mounting member when assisting the movement of the lumbosacral joint and the left and right hip joints, includes a wearing member having a shape along the ridge line of the left and right iliac crests of the pelvic region, the sacrum, and the coccyx.
  • the member can be fixed along the ridge line of the left and right iliac crests, the sacrum, and the tailbone to the posterior and left and right lateral surfaces of the pelvic region.
  • the wearing member is securely fixed to the pelvic part along the ridge line of the left and right iliac crests, the sacrum, and the tailbone, so that the attachment member is reliably fixed to the pelvic part.
  • the attachment member is securely fixed to the pelvis without wobbling.
  • the force generated by the first expansion / contraction member can be efficiently transmitted to the lumbosacral joint.
  • the force generated by one second expansion / contraction member can be efficiently transmitted to the left hip joint, and the force generated by another second expansion / contraction member can be efficiently transmitted to the right hip joint.
  • the first exoskeleton member and the two second exoskeleton members can perform a smooth joint motion and realize a stable joint motion. it can.
  • FIG. 1 is an external view (left side view) of a joint motion assist device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an external view (front view) of the joint motion assist device of FIG. 2.
  • FIG. 3 is an external view (back view) of the joint motion assist device of FIG. 2.
  • It is a figure (a top view, a bottom view) for demonstrating the structure of the waist
  • FIG. 5 is a view (a left side view, a plan view, and a bottom view) for explaining the configuration of the attachment member in FIGS. 2 to 4; It is a figure (a front view, a rear view) for demonstrating the structure of the wearing member of FIG.7 (B), (C). It is a figure for demonstrating the structure of the adjustment part of FIG. It is a figure for demonstrating the state of the joint motion assistance apparatus of FIG. 2 at the time of bellows expansion
  • a joint motion assist device that assists joint motion performed using the mechanisms of the human hip joint and the left and right hip joints as the predetermined object will be described as an example.
  • the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the skeleton near the lumbar region of the human body is connected to the “lumbar spine” with the “sacrum” and the sacrum with the “coccyx” connected to form the lower part of the spinal column.
  • the sacrum is connected to a pair of left and right “hyperbones” by left and right “sacral joints”.
  • This hipbone is a bone in which the “iliac bone”, “sciatic bone”, and “pubic bone” are fused.
  • the left hipbone is connected to the left hipbone through the left hip joint, and the right hipbone is connected to the right femur through the right hip joint.
  • a “pelvis” is formed from the left and right hipbones, sacrum, and tailbone.
  • Lumbar joint is sometimes used as a synonym for “sacroiliac joint” and “lumbosacral joint”.
  • [Constitution] 2 to 4 are external views of the joint motion assist device 100 according to an embodiment.
  • the coordinate system (X, Y, Z) in FIG. 2 to FIG. 4 indicates that the front direction of the human body is + X direction and the direction from the right side to the left side of the human body is + Y when the joint motion assist device 100 is attached to the human body.
  • This is a coordinate system in which the direction, the vertical upward direction is the + Z direction.
  • the Y-axis direction and the rotational axis direction of the rotational motion before and after the hip joint are substantially parallel, and the Y-axis direction and the left and right hip joints
  • the rotational axis direction of the forward and backward rotational movement is substantially parallel.
  • the joint motion assisting device 100 includes a lumbar exoskeleton member 110 as a first exoskeleton member, belt members 118 and 119, and one of the second exoskeleton members.
  • Thigh exoskeleton member 120 L thigh exoskeleton member 120 R as another second exoskeleton member, thigh holding members 127 L , 127 R , belt members 129 L , 129 R.
  • the joint motion assisting apparatus 100 includes a first connecting member 131, two second connecting members 141 L and 141 R , an attachment member 150, shaft members AX1 L and AX1 R , and shaft members AX2 L and AX2 R. And.
  • the joint motion assisting apparatus 100 includes a first bellows 171 as a first expansion / contraction member and two second bellows 172 L and 172 R as second expansion / contraction members.
  • the joint motion assist device 100 includes an adjustment unit 180, a pipe 191 and pipes 192 L and 192 R (the pipe 192 R is not shown in FIGS. 2 to 4).
  • the adjustment unit 180 and the pipes 191 and 192 L are not external but conceptually show the relationship with the joint motion assist device 100. Further, in articulation assist apparatus shown in Figure 3 and 4, it is not shown in the adjustment section 180 and tubing 191 and 192 L.
  • the configuration of the lumbar exoskeleton member 110 will be described.
  • the lumbar exoskeleton member 110 is attached to the lumbar region and the back region.
  • the lumbar exoskeleton member 110 includes lumbar side surface mounting members 111 L and 111 R , a back mounting member 112, And a lumbar exoskeleton member 113.
  • the lumbar exoskeleton member 110 is formed by integrating the lumbar side surface mounting members 111 L and 111 R , the back mounting member 112, and the lumbar exoskeleton member 113.
  • FIG. 5A is a plan view of the lumbar exoskeleton member 110 viewed from the + Z direction side.
  • FIG. 5B is a bottom view of the lumbar exoskeleton member 110 viewed from the ⁇ Z direction side.
  • a two-dot chain line shown in the figure indicates components other than the lumbar exoskeleton member 110.
  • the waist side surface mounting members 111 L and 111 R are, for example, steel plate-like members, and are formed into an L shape in the XZ plan view (see FIG. 2 for the waist side surface mounting member 111 L) . ).
  • the waist side surface mounting member 111 L is disposed on the left side of the waist so that the normal direction of the plate surface is parallel to the Y axis.
  • the waist side surface mounting member 111 R has a shape symmetrical to the waist side surface mounting member 111 L, and is disposed on the right side of the waist so that the normal direction of the plate surface is parallel to the Y axis.
  • the waist side surface mounting member 111 L and the waist side surface mounting member 111 R are mounted on the human body by, for example, a cloth belt member 118 covering the abdomen.
  • the -Z direction side end portion of the waist side mounting member 111 L, the axis hole for inserting the shaft member AX1 L to the axis parallel to the Y axis and the axial direction are molded. Further, in the -Z direction side end portion of the waist side mounting member 111 R, the axis hole for inserting the shaft member AX1 R to the axis parallel to the Y axis and the axial direction are molded.
  • the shaft holes of the lumbar side surface mounting member 111 L and the lumbar side surface mounting member 111 R are formed at positions corresponding to the lumbosacral joint when the joint motion assist device 100 is mounted on the human body. Yes.
  • the back mounting member 112 is, for example, a steel member, and is connected to the rectangular parallelepiped portion, the rectangular parallelepiped portion, and the + Y direction side end portion and the ⁇ Y direction side end portion of the rectangular parallelepiped portion. And two plate-like extensions extending in the + X direction (see FIGS. 5A and 5B).
  • the waist side surface mounting member 111 L is fixedly connected to the extension portion extending from the + Y direction side end portion of the rectangular parallelepiped portion, and the waist portion side surface is connected to the extension portion extending from the ⁇ Y direction side end portion of the rectangular body portion.
  • the mounting member 111 R is fixedly connected.
  • the lumbar exoskeleton member 113 is, for example, a steel member and is formed in a rod shape.
  • the lumbar exoskeleton member 113 has a ⁇ Z direction side end fixedly connected to the rectangular body of the back mounting member 112, and a position corresponding to the lumbar vertebra along the direction in which the lumbar extends from the lumbar joint to the back. Is arranged.
  • the lumbar exoskeleton member 113 is attached to the human body by, for example, a cloth belt member 119 that covers the chest.
  • the thigh exoskeleton member 120 L includes a thigh outer exoskeleton member 121 L and a thigh inner exoskeleton as generally shown in FIGS. and a member 122 L.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 L and the thigh inner exoskeleton member 122 L are, for example, steel members and are formed into a long plate shape.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 L is disposed outside the left thigh along the direction in which the left thigh extends from the hip joint.
  • inner thigh exoskeleton member 122 L along the direction of the left thigh extending from the hip joint is disposed inside of the left thigh.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 L and the thigh inner exoskeleton member 122 L are attached to the left thigh by a metal belt member 129 L.
  • a metal thigh holding member 127 L that holds the thigh of the left thigh from the back side is attached to the belt member 129 L (see FIG. 4).
  • the shaft hole of the outer thigh outer exoskeleton member 121 L is formed at a position corresponding to the left hip joint when the joint motion assisting device 100 is attached to a human body.
  • the thigh exoskeleton member 120 R includes the thigh outer exoskeleton member 121 R and the thigh inner exoskeleton, as comprehensively shown in FIGS. 2 to 4 (particularly, see FIGS. 3 and 4). and a member 122 R.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 R and the thigh inner exoskeleton member 122 R are, for example, steel members and are formed into a long plate shape.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 R is disposed outside the right thigh along the direction in which the right thigh extends from the hip joint.
  • inner thigh exoskeleton member 122 R along the direction of the right thigh extending from the hip joint is disposed inside of the right thigh.
  • the thigh outer exoskeleton member 121 R and the thigh inner exoskeleton member 122 R are attached to the right thigh by a metal belt member 129 R.
  • a metal thigh support member 127 R that holds the thigh of the right thigh from the back side is attached to the belt member 129 R (see FIG. 4).
  • the axis hole for inserting the shaft member AX2 R to the axis parallel to the Y axis and the axial direction are molded.
  • the shaft hole of the thigh outer exoskeleton member 121 R is formed at a position corresponding to the right hip joint when the joint motion assist device 100 is attached to a human body.
  • the first connecting member 131 is a steel member, for example, and is formed in a rectangular shape (see FIGS. 2 and 4).
  • the + Z direction side end surface of the first connecting member 131 is fixedly connected to the back mounting member 112 of the lumbar exoskeleton member 110. Further, the ⁇ Z direction side end surface of the first connection member 131 is connected to one side end portion of the first bellows 171.
  • the second connecting member 141 L of the above is, for example, a steel member, as comprehensively shown by FIG. 2, 4, 6, and rectangular body, is connected to the rectangular body, the length And a long plate-like extension portion extending in the + X direction from the + Y direction side end portion of the rectangular parallelepiped portion. Then, + X direction side end portion of the extension portion of the second connecting member 141 L is fixedly connected to the thigh outer exoskeleton member 121 L. Moreover, the + Z direction side end surface of the rectangular parallelepiped portion of the second connection member 141 L is connected to one end portion of the second bellows 172 L.
  • FIG. 6 is a plan view of the second connecting members 141 L and 141 R as viewed from the + Z direction side.
  • a two-dot chain line shown in the figure indicates components other than the second connecting members 141 L and 141 R.
  • the second connecting member 141 R described above for example, a steel member, as comprehensively shown by FIG. 2, 4, 6, and rectangular body, is connected to the rectangular body, the length And a long plate-like extension portion extending in the + X direction from the ⁇ Y direction side end portion of the rectangular parallelepiped portion. Then, + X direction side end portion of the extension portion of the second connecting member 141 R is fixedly connected to the thigh outer exoskeleton member 121 R. Moreover, the + Z direction side end surface of the rectangular parallelepiped portion of the second connection member 141 R is connected to one end portion of the second bellows 172 R.
  • the configuration of the mounting member 150 will be described.
  • the attachment member 150 is attached to the periphery of the waist along the pelvic shape, and is securely fixed to the pelvic region without wobbling. Further, the attachment member 150 attaches the lumbar exoskeleton member 110 and the thigh exoskeleton members 120 L and 120 R.
  • the mounting member 150 includes waist side surface mounting members 151 L and 151 R , a back mounting member 152, and a fixing member.
  • a member 153 and a wearing member 160 are provided.
  • the waist side surface mounting members 151 L and 151 R , the back mounting member 152, the fixing member 153, and the wearing member 160 are integrated to form the mounting member 150.
  • FIG. 7A is a left side view of the mounting member 150 viewed from the + Y direction side.
  • FIG. 7B is a plan view of the attachment member 150 viewed from the + Z direction side.
  • FIG. 7C is a bottom view of the mounting member 150 as viewed from the ⁇ Z direction side.
  • a two-dot chain line shown in the figure indicates components other than the attachment member 150.
  • the part that is invisible by the human body wearing the joint motion assisting device 100 is also shown by a solid line, and the part that is invisible by the member itself is shown by a dotted line. Is shown.
  • the lumbar side surface mounting members 151 L and 151 R are, for example, steel members, and are formed and processed into a substantially flat plate shape having a protruding portion on the ⁇ Z direction side in the XZ plan view (lumbar side surface mounting).
  • This waist side surface mounting member 151 L is arranged on the left side of the waist so that the normal direction of the flat plate surface is parallel to the Y axis, and the waist side surface mounting member 151 R has the normal direction of the flat plate surface parallel to the Y axis. It is arranged on the right side of the waist.
  • the back attachment member 152 is fixedly connected to the ⁇ X direction side ends of the waist side surface attachment member 151 L and the waist side surface attachment member 151 R.
  • the waist side attachment member 151 L, with the shaft hole for inserting the shaft member AX1 L is formed into a substantially central portion, the shaft hole for inserting the shaft member AX2 L in the protruding portion is molded.
  • the substantially central shaft hole is formed at a position corresponding to the lumbosacral joint when the joint motion assist device 100 is attached to a human body.
  • the shaft hole of the projecting portion is formed at a position corresponding to the left hip joint.
  • the waist side surface mounting member 151 L is disposed on the ⁇ Y direction side of the waist side surface mounting member 111 L , and the shaft side member AX1 L rotates the waist side surface mounting member 111 L in the rotational movement direction before and after the waist joint. It is mounted so that it can move. Further, the waist side attachment member 151 L is placed on the -Y direction side of the thigh outer exoskeleton member 121 L, by the shaft member AX2 L, before and after the thigh outer exoskeleton member 121 L of the left hip joint It is attached so that it can be rotated in the direction of rotational movement.
  • a shaft hole for inserting the shaft member AX1 R is formed in the substantially central portion of the waist side surface mounting member 151 R , and a shaft hole for inserting the shaft member AX2 R is formed in the protruding portion.
  • the substantially central shaft hole is formed at a position corresponding to the lumbosacral joint when the joint motion assist device 100 is attached to a human body.
  • the shaft hole of the protruding portion is formed at a position corresponding to the right hip joint.
  • the waist side surface mounting member 151 R is disposed on the + Y direction side of the waist side surface mounting member 111 R , and the shaft side member AX1 R rotates the waist side surface mounting member 111 R in the rotational motion direction before and after the waist joint. Installed as possible. Further, the waist side attachment member 151 R is arranged in the + Y direction side of the thigh outer exoskeleton member 121 R, the shaft member AX2 R, before and after the round of the right hip joint the thigh outer exoskeleton member 121 R It is attached so that it can rotate in the direction of dynamic motion.
  • the back mounting member 152 is a steel member, for example, and is formed in a rectangular shape (see FIG. 7A).
  • the + Z direction side end surface of the back mounting member 152 is connected to the other side end of the first bellows 171.
  • the + Y direction side of the ⁇ Z direction end surface of the back mounting member 152 is connected to the other side end of the second bellows 172 L , and the ⁇ Y direction side of the ⁇ Z direction end surface of the back mounting member 152 is the 2 is connected to the other end of the bellows 172 R.
  • the fixing member 153 fixes the wearing member 160 to the waist side surface mounting members 151 L and 151 R and the back mounting member 152.
  • the fixing member 153 includes, on the + Z direction side, a flat metal member that fixes the waist side surface mounting members 151 L and 151 R and the back mounting member 152 and a waistband portion 161 described later, and an elastic member.
  • the elastic member is a bag body into which air can be injected. Then, by injecting air into the bag body, the fixing member 153 securely fixes the wearing member 160 without wobbling the waist side surface mounting members 151 L and 151 R and the back surface mounting member 152. ing.
  • the wearing member 160 is fixed to the waist side surface mounting members 151 L and 151 R and the back mounting member 152 by the fixing member 153, and is directly attached to the human body to form the pelvis ridge lines on the left and right iliac ridges, Along the sacrum and coccyx, it is securely fixed to the left and right lateral surfaces of the pelvic region and the back of the pelvic region.
  • the wearing member 160 includes a waistband portion 161, a rear surface covering portion 162, a front surface covering portion 163, as comprehensively shown in FIGS. 7B and 7C and FIGS. 8A and 8B. It has. 8A is a front view of the wearing member 160 viewed from the + X direction side, and FIG. 8B is a rear view of the wearing member 160 viewed from the ⁇ X direction side. In addition, a two-dot chain line shown in the figure indicates components other than the wearing member 160.
  • the above-described waistband portion 161 is a metal member having a predetermined thickness that is molded into a shape along the ridge lines of the left and right iliac ridges (see FIG. 1) that form the pelvic region, for example.
  • the waistband portion 161 is connected to the rear surface covering portion 162 on the rear surface and also connected to the front surface covering portion 163.
  • the waistband 161 is fixed to the left and right outer surfaces of the pelvic region so as to cover the waist from the back of the human body along the ridge lines of the left and right iliac crests.
  • the rear surface covering portion 162 is formed, for example, by forming a frame portion in which a linear metal member is substantially T-shaped and covering the inside of the frame portion with a cloth (see FIG. 8B). .
  • the rear surface covering portion 162 is molded into a shape along the shape of the sacrum and coccyx (see FIG. 1) forming the pelvic region.
  • the back surface covering part 162 is fixed to the back of the pelvic region so as to cover the back of the waist corresponding to the sacrum and coccyx.
  • the front covering portion 163 is made of, for example, cloth, covers the lower abdomen, and is fixed to the left and right anterior outer surfaces of the pelvic region.
  • the front surface covering portion 163 is connected to the waistband portion 161 near the umbilicus portion, and is connected to the rear surface covering portion 162 at the crotch portion.
  • the mounting member 150 is securely fixed to the pelvis.
  • the first bellows 171 is an expandable / contractable resin member having annular grooves with equal intervals, and is disposed on the extension side ( ⁇ X direction side) of the lumbosacral joint (see FIGS. 2 and 4). One end of the first bellows 171 is connected to the first connecting member 131, and the other end of the first bellows 171 is connected to the + Z direction side end surface of the back mounting member 152 of the mounting member 150. .
  • the air pressure in the first bellows 171 changes through the flexible resin pipe 191 communicating between the first bellows 171 and the adjusting portion 180, the first bellows 171 expands and contracts. As a result, the first bellows 171 generates a force that assists the joint motion of the hip joint.
  • the second bellows 172 L is an expandable / contractible resin member having annular grooves with equal intervals, and is disposed on the extension side ( ⁇ X direction side) of the left hip joint (see FIGS. 2 and 4).
  • One end of the second bellows 172 L is connected to the second connecting member 141 L, and the other end of the second bellows 172 L is the end surface on the ⁇ Z direction side of the back mounting member 152 of the mounting member 150.
  • the second bellows 172 R similarly to the second bellows 172 L, a member made of expanded and contracted freely resin having an equally spaced annular grooves.
  • the second bellows 172 R is disposed on the extension side ( ⁇ X direction side) of the right hip joint (see FIG. 4).
  • One end of the second bellows 172 R is connected to the second connecting member 141 R, and the other end of the second bellows 172 R is the end surface on the ⁇ Z direction side of the back mounting member 152 of the mounting member 150. Is connected to the ⁇ Y direction side.
  • the second bellows 172 R When the air pressure in the second bellows 172 R changes through the flexible resin pipe 192 R communicating between the second bellows 172 R and the adjusting portion 180, the second bellows 172 R It expands and contracts. As a result, the second bellows 172 R generates a force that assists the right hip joint.
  • the first connection member 131 is disposed on the lumbar exoskeleton member 110 side, and the second connection members 141 L and 141 R are disposed on the thigh exoskeleton members 120 L and 120 R side.
  • the other end of the first bellows 171 is connected on the stretched side of the waist joint on the + Z direction side of the back mounting member 152 constituting the mounting member 150.
  • the other end portions of the second bellows 172 L and 172 R are connected on the stretched side of the hip joint on the ⁇ Z direction side of the back mounting member 152 constituting the mounting member 150.
  • the adjustment unit 180 communicates with the first bellows 171 through the pipe 191.
  • the adjustment unit 180 along with communicates with the second bellows 172 L through the pipe 192 L, and communicates with the second bellows 172 R via the pipe 192 R.
  • the adjusting unit 180 is connected to the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172 R (hereinafter, all bellows are simply referred to as “bellows”) through the pipes 191, 192 L and 192 R. ) Forcibly exhausts air and forcibly supplies air to the bellows to adjust the air pressure in the bellows.
  • the adjusting unit 180 having such a function includes a pressurizing pump 181, a depressurizing pump 182, an electro-pneumatic control valve 183, a control unit 184, and pipes 185 and 186. .
  • the pressure pump 181 is connected to one side of the pump side connection port of the electro-pneumatic control valve 183 via the pipe 185.
  • the pressurizing pump 181 is used when forcibly supplying air to the bellows.
  • the decompression pump 182 is connected to the other side of the pump side connection port of the electro-pneumatic control valve 183 through a pipe 186.
  • the decompression pump 182 is used when forcibly discharging air from the bellows.
  • the above-described electro-pneumatic control valve 183 includes a flow path switching valve and a pressure control valve (proportional solenoid valve). One side of the inlet side of the flow path switching valve is connected to the pressurizing pump 181, and the other side of the inlet side is connected to the pressure reducing pump 182.
  • the flow path switching valve communicates with the designated bellows with the pipe 185 connected to the pressurizing pump 181 when the air is forcibly supplied to the bellows under the control of the control unit 184.
  • a flow path is formed by connecting the pipes.
  • the flow path switching valve communicates with the designated bellows with the pipe 186 connected to the pressure reducing pump 182 when forcibly discharging the air from the bellows under the control of the control unit 184.
  • the pipe is connected to form a flow path.
  • the flow path switching valve when the forced supply to the first bellows 171 is performed, the flow path switching valve connects the pipe 185 and the pipe 191 to form a flow path. Further, when forcibly discharging the air from the first bellows 171, the flow path switching valve connects the pipe 186 and the pipe 191 to form a flow path.
  • the flow path switching valve connects the pipe 185 and the pipe 192 L to form a flow path. Further, when forcibly discharging air from the second bellows 172 L , the flow path switching valve connects the pipe 186 and the pipe 192 L to form a flow path. Furthermore, when forcibly supplying the second bellows 172 R , the flow path switching valve connects the pipe 185 and the pipe 192 R to form a flow path. Further, when forcibly discharging air from the second bellows 172 R , the flow path switching valve connects the pipe 186 and the pipe 192 R to form a flow path.
  • the pressure control valve controls the air pressure under the control of the control unit 184 to change the air pressure in the bellows.
  • the control unit 184 performs forced discharge of air from the bellows, switching of forced supply of air to the bellows, and control of air pressure in the bellows.
  • the control unit 184 forms a flow path for connecting the pressurizing pump 181 and the bellows that assists the joint movement by the electro-pneumatic control valve 183.
  • Control to adjust the air pressure in the bellows.
  • the control unit 184 forms a flow path in which the electro-pneumatic control valve 183 connects the decompression pump 182 and the bellows assisting the joint motion, Control to adjust the air pressure.
  • Such control is performed on the basis of biological information relating to muscle strength that drives a joint taking into account experiments, simulations, experiences, and the like.
  • the biological information related to the muscle force for driving the joint can be obtained by a detection unit (not shown) detecting an electromyogram, muscle hardness, and the like.
  • the air pressure in the bellows is not adjusted by the adjusting unit 180, and the internal pressure of the bellows is assumed to be atmospheric pressure.
  • the hip joint and the left and right hip joints are in an extended state.
  • FIG. 10 shows the state of the joint assist device 100 when each bellows expands during the expansion stroke in which the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172 R expand. Due to the expansion stroke of the first bellows 171 that transitions from the state shown in FIG. 2 to the state shown in FIG. 10, the first connecting member 131 connected to one end of the first bellows 171 becomes the other end of the first bellows 171. With respect to the attachment member 150 connected to the portion, the shaft members AX1 L and AX1 R are rotated in the + X direction side with the central axis as the central axis. As a result, the angle of the front side of the human body formed by the lumbar exoskeleton member 110 and the attachment member 150 when the assist device is attached is narrowed, and the hip joint is changed from the extended state to the bent state.
  • the expansion stroke of the second bellows 172 R, the second connecting member 141 R which is connected to one side end of the second bellows 172 R is connected to the other end of the second bellows 172 R the mounting member 150 rotates around axis a shaft member AX2 R + X direction side.
  • the front angle of the human body formed by the thigh exoskeleton member 120 R and the attachment member 150 when the assist device is attached is narrowed, and the right hip joint is changed from the extended state to the bent state.
  • the adjusting unit 180 includes the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172. Control to forcibly discharge air from R.
  • the adjustment unit 180 forcibly discharges air from the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172 R , the air pressure in each bellows decreases. Thus, when the air pressure in the bellows falls, the bellows contracts.
  • FIG. 2 shows the state of the joint motion assisting device 100 when each bellows contracts during the contraction process in which the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172 R contract.
  • the first connection member 131 connected to one end of the first bellows 171 is moved to the other end of the first bellows 171 by the contraction process of the first bellows 171 that transitions from the state of FIG. 10 to the state of FIG.
  • the shaft members AX1 L and AX1 R are rotated in the ⁇ X direction side about the central axis.
  • the angle of the front side of the human body formed by the lumbar exoskeleton member 110 and the attachment member 150 when the assist device is attached is widened, and the hip joint is changed from the bent state to the extended state.
  • the contraction stroke of the second bellows 172 L, the second connecting member 141 L, which is connected to one side end of the second bellows 172 L is connected to the other end of the second bellows 172 L the mounting member 150, rotates in the -X direction in the central axis the shaft member AX2 L.
  • the front angle of the human body formed by the thigh exoskeleton member 120 L and the attachment member 150 when the assist device is mounted is widened, and the left hip joint is changed from the bent state to the extended state.
  • the contraction stroke of the second bellows 172 R, the second connecting member 141 R which is connected to one side end of the second bellows 172 R is connected to the other end of the second bellows 172 R the mounting member 150, rotates in the -X direction in the central axis the shaft member AX2 R.
  • the front angle of the human body formed by the thigh exoskeleton member 120 R and the attachment member 150 when the assist device is mounted is widened, and the right hip joint is changed from the bent state to the extended state.
  • the adjustment unit 180 performs control for forcibly discharging air from the first bellows 171 in order to place the hip joint in the extended state. And when moving a left foot part ahead, the adjustment part 180 performs control for making a left foot part a bending state and making a right foot part an extension state. That is, the adjustment unit 180 performs control for forcibly supplying air to the second bellows 172 L and forcibly discharging air from the second bellows 172 R.
  • the adjustment unit 180 performs control for making the right foot bent and for extending the left foot. That is, the adjustment unit 180 performs a forced supply of air to the second bellows 172 R, performs control for performing the forced discharge of air from the second bellows 172 L. As a result, a smooth walking motion can be realized.
  • each bellows expands. Then, due to the expansion of the first bellows 171, the first connection member 131 connected to one end of the first bellows 171 is connected to the attachment member 150 connected to the other end of the first bellows 171.
  • the shaft members AX1 L and AX1 R are rotated about the central axis. As a result, the hip joint changes from the extended state to the bent state.
  • the expansion stroke of the second bellows 172 L, the second connecting member 141 L, which is connected to one side end of the second bellows 172 L is connected to the other end of the second bellows 172 L
  • the shaft member AX2 L is rotated with respect to the attachment member 150 as a central axis.
  • the left hip joint changes from the extended state to the bent state.
  • the expansion stroke of the second bellows 172 R, the second connecting member 141 R which is connected to one side end of the second bellows 172 R is connected to the other end of the second bellows 172 R
  • the shaft member AX2 R is rotated with respect to the attachment member 150 as a central axis.
  • the right hip joint changes from the extended state to the bent state.
  • the first bellows 171 is expanded and contracted member, by controlling the expansion stroke for expanding the second bellows 172 L, 172 R, to assist the movement to shift to flexion hip joints and the left and right hip joints from extended state be able to.
  • each bellows contracts. Then, due to the contraction of the first bellows 171, the first connection member 131 rotates with respect to the mounting member 150 about the shaft members AX1 L and AX1 R as the central axes. As a result, the hip joint changes from the bent state to the extended state.
  • the second connecting member 141 L rotates with respect to the mounting member 150 about the shaft member AX2 L as the central axis.
  • the left hip joint changes from the bent state to the extended state.
  • the second connecting member 141 R rotates with respect to the mounting member 150 about the shaft member AX2 R as the central axis.
  • the right hip joint changes from the bent state to the extended state.
  • the contraction process for contracting the first bellows 171 and the second bellows 172 L and 172 R which are expansion / contraction members, is controlled to assist the movement of the waist joint and the left and right hip joints from the bent state to the extended state. be able to.
  • the adjustment unit 180 controls the hip joint to be in the extended state, the left foot part to be bent, and the right foot part to be extended. Do. In addition, when the right foot is moved forward, the adjustment unit 180 controls the hip joint to be in the extended state, the right foot to be bent, and the left foot to be extended. For this reason, a smooth walking motion can be realized while maintaining the state in which the extension assist force of the hip joint is generated.
  • the lumbar exoskeleton member 110 is attached to the attachment member 150 so as to be rotatable in the rotation direction of the lumbar joint at a position corresponding to the lumbar joint.
  • the thigh exoskeleton member 120 L is attached to the attachment member 150 so as to be rotatable in the rotation direction of the left hip joint at a position corresponding to the left hip joint
  • the thigh exoskeleton member 120 R is attached to the right hip joint. It is attached to the attachment member 150 so as to be rotatable in the rotation direction of the right hip joint at the corresponding position. Therefore, it is possible to assist smooth joint motion corresponding to the motion of the hip joint, and to assist smooth joint motion corresponding to the motion of the left hip joint and the right hip joint.
  • the first bellows 171 is disposed on the stretch side of the hip joint
  • the second bellows 172 L is disposed on the stretch side of the left hip joint
  • the second bellows 172 R is disposed on the stretch side of the right hip joint. ing. Therefore, it is possible to efficiently generate the force for assisting the motion of the hip joint, the force for assisting the motion of the left hip joint, and the force of assisting the motion of the right hip joint.
  • the wearing member 160 is fitted and securely fixed to the pelvic part along the ridge lines of the left and right iliac crests forming the pelvic part, the sacrum, and the coccyx. Is securely fixed to the pelvic region.
  • the mounting member 150 is securely fixed to the pelvic region without wobbling.
  • the force generated by the first bellows 171 can be efficiently transmitted to the lumbosacral joint.
  • the force generated by the second bellows 172 L can be efficiently transmitted to the left hip joint, and the force generated by the second bellows 172 R can be efficiently transmitted to the right hip joint. For this reason, when the hip joint, the left hip joint, and the right hip joint are independently jointed, a smooth joint movement can be performed to realize a stable joint movement.
  • the first connection member 131 is disposed on the lumbar exoskeleton member 110 side, and the second connection members 141 L and 141 R are disposed on the thigh exoskeleton member 121 L and 121 R side. I did it.
  • the other side end of the first bellows 171 is connected to the + Z direction side of the back mounting member constituting the mounting member 150 and the other side end of the second bellows 172 L and 172 R. Are connected on the ⁇ Z direction side of the back mounting member constituting the mounting member 150.
  • the first connecting member 131B is disposed on the thigh exoskeleton members 121 L and 121 R side, and the second connecting member 141B L. the 141B R may be arranged in the waist exoskeleton member 110 side.
  • the other end portion of the first bellows 171 is connected to the ⁇ Z direction side of the back mounting member constituting the mounting member 150 and the second bellows 172 L , 172 R.
  • the other side end portion is connected on the + Z direction side of the back portion mounting member constituting the mounting member 150.
  • the adjustment unit 180 and the pipes 191, 192 L and 192 R are not shown.
  • FIG. 11 shows the state of the joint motion assist device 100B when each bellows expands
  • FIG. 12 shows the state of the joint motion assist device 100B when each bellows contracts.
  • the first bellows and the two second bellows are expanded from the bent state and the first bellows and the two second bellows by expanding the first bellows and the two second bellows.
  • the hip joint and the hip joint can be changed from the extended state to the bent state.
  • the lumbar exoskeleton member 110 is attached to the attachment member 150 by the shaft members AX1 L and AX1 R at a position corresponding to the lumbosacral joint.
  • the joint motion assist device 100C having the configuration shown in FIG. 13 may be used.
  • the joint motion assist device 100C includes a lumbar exoskeleton member 110C instead of the lumbar exoskeleton member 110, and includes a mounting member 150C instead of the mounting member 150.
  • connecting member CB L instead of the shaft member AX1 L, AX1 R, CB R ( connecting member CB R is not shown) are different in that it comprises a.
  • Lumbar exoskeleton member 110C is different from the waist outer frame member 110 of the above-described embodiment, the waist side mounting member 111 L, 111 lumbar instead of R side mounting member 111C L, 111C R (hip side mounting member 111C R is that it includes a not shown), and, the waist side mounting member 111C L, 111C external gear (gear member fixed to R) 210 L, 210 R (external gear 210 R is the point that further comprises a not shown) Is different.
  • the external gear 210 L is an end portion on the ⁇ Z direction side of the lumbar side surface mounting member 111C L and is fixed at a position corresponding to the lumbosacral joint.
  • the external gear 210 L is formed with a tooth portion along the rotational movement direction of the lumbosacral joint.
  • the external gear 210 R is a -Z direction side end portion of the waist side mounting member 111C R, it is fixed at a position corresponding to the lumbosacral joint.
  • the external gear 210 R is formed with a tooth portion along the rotational movement direction of the lumbosacral joint.
  • the mounting member 150C has external gears (gear members) 250 L and 250 R (the external gear 250 R is not fixed) fixed to the waist side surface mounting members 151 L and 151 R. It is different in that it further comprises (shown).
  • External gear 250 L is fixed at a position corresponding to the sacroiliac joint in the waist side attaching member 151 L.
  • the external gear 250 L is formed with a tooth portion that meshes with the external gear 210 L. Then, the external gear 250 L is to the external gear 210 L engaged, the engagement is ensured by connecting member CB L.
  • the external gear 250 R is fixed at a position corresponding to the sacroiliac joint in the waist side attaching member 151 R. This is an external gear 250 R, teeth meshing with the external gear 210 R is formed. Then, the external gear 250 R is to the external gear 210 R engaged, the engagement is ensured by connecting member CB R.
  • the articulation assist device 100C, lumbar exoskeleton member 110C is connecting member CB L, it is adapted to be mounted to the mounting member 150C by CB R.
  • each of the external gears 210 L and 210 R fixed to the lumbar exoskeleton member 110C is the first bellows. Revolving around the external gears 250 L and 250 R fixed to the mounting member 150C while rotating in the expansion stroke or contraction stroke 171. As a result, the lumbar exoskeleton member 110C revolves around the central axis of the external gears 250 L and 250 R fixed corresponding to the sacroiliac joint, and the outer exoskeleton member fixed corresponding to the lumbosacral joint. It rotates around the central axis of the tooth gears 210 L and 210 R.
  • connecting member CB L, CB R is adapted to perform the functions corresponding to the sacrum (see FIG. 1) that exists between the lumbosacral joint and sacroiliac joints.
  • the joint motion assist device 100C can assist in smooth joint motion corresponding to the movements of the lumbosacral joint and sacroiliac joint, and can perform smooth joint motion corresponding to the movements of the left hip joint and the right hip joint. Assist can be performed.
  • the external gear is fixed to the lumbar exoskeleton member 110C and the attachment member 150C, but instead of the external gear, a rubber member capable of transmitting a rotational force is adopted. You may make it do.
  • the lumbar exoskeleton member is attached to the attachment member at a position corresponding to the lumbosacral joint, but is rotated in the rotation direction of the sacroiliac joint at a position corresponding to the sacroiliac joint. You may make it attach to an attachment member as possible. Further, the lumbar exoskeleton member may be attached to the attachment member in the vicinity of the position corresponding to the lumbosacral joint, in the vicinity of the position corresponding to the sacroiliac joint, or in the vicinity of the lumbosacral joint and sacroiliac joint. Of course it is good.
  • the thigh holding member that holds the thigh from the back side is provided.
  • the thigh holding member may be omitted.
  • the biological information related to the muscle that drives the joint is a biological signal such as an electromyogram or muscle hardness.
  • the user's brain wave may be used as the biological information. .
  • the resin bellows is adopted, but other materials can be used as long as they are stretchable and do not place a burden such as the weight of a device attached to a human body. Good.
  • the working fluid is air, but it may be other gas or liquid such as water or oil.
  • the joint motion assist device of the present invention When used in the field of care and welfare, the joint motion assist device of the present invention is not only worn by a caregiver as a power assist device, but is also used by a care recipient who is weak in power assist or rehabilitation. It can also be used as a device for use. Further, the joint motion assist device of the present invention can also be used as a power assist device for lifting heavy objects outside the fields of care and welfare.
  • the present invention is applied to the joint motion assist device that assists the joint motion of the human body.
  • a predetermined target such as an exoskeleton mammal other than the human body having a joint mechanism, an exoskeleton robot, or the like.
  • the present invention can also be applied to an article joint motion assist device.
  • the joint motion assist device of the present invention can be applied to a joint motion assist device that assists the joint motion of a predetermined object.

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Abstract

　第１ベローズ（１７１）が収縮すると、第１接続部材（１３１）が、取付部材（１５０）に対して軸部材（ＡＸ１L），（ＡＸ１R）を中心軸にして回転する。この結果、関節運動アシスト装置（１００）が装着された場合における腰部外骨格部材（１１０）と取付部材（１５０）とがなす人体の前側の角度が広くなり、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。また、第２ベローズ（１７２L），（１７２R）が収縮すると、第２接続部材（１４１L），（１４１R）が、取付部材（１５０）に対して軸部材（ＡＸ２L），（ＡＸ２R）を中心軸にして回転する。この結果、関節運動アシスト装置（１００）が装着された場合における大腿部外骨格部材と取付部材（１５０）とがなす人体の前側の角度が広くなり、左右の股関節が屈曲状態から伸展状態になる。このため、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。

Description

関節運動アシスト装置
　本発明は、関節運動アシスト装置に係り、より詳しくは、所定対象物の関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置に関する。
　従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の外骨格型の筋力補助装置がある。
　かかる筋力補助装置の一つとして、内部に供給される空気により膨張する袋体（以下、当該袋体を、「エアバック」とも記す）をアクチュエータとして用いたものがある（特許文献１参照：以下、「従来例」と呼ぶ）。こうしたエアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、空気圧シリンダ型アクチュエータやマッキベン型空気圧アクチュエータを用いる方式の装置よりも軽量であるため、実用性が高い。また、エアバック等の伸縮可能なアクチュエータは、低圧での駆動が可能であるため、ダイヤフラム式ポンプやベーン式ポンプなどの低振動、低騒音のポンプを使用することができる。こうした点からも、エアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、実用性が高いといえる。
　この従来例の技術では、一端部を中心に相互に揺動自在に連結された２つの板材、及び、当該２つの板材の間に配置され内部に供給される空気により膨張する袋体からなるアクチュエータ要素を重ねた空気圧アクチュエータを人体における所定箇所に装着した装着部に取り付ける。そして、空気圧アクチュエータにおける袋体を膨張させて、肘関節、腰関節及び股関節、並びに、膝関節の運動を補助するようになっている。
特開２０００－０５１２８９号公報
　上述した従来例の技術では、腰関節及び股関節を含む腰部周辺に、１つの空気圧アクチュエータを装着している。そして、腰部周辺の腰関節及び股関節の運動アシストは、当該１つの空気圧アクチュエータへの空気供給による袋体の膨張を、リンク機構によって関節の伸展力に変換することによって行われている。
　こうした従来例の構造では、腰関節及び股関節の運動を、１つの空気圧アクチュエータでアシストする。このため、当該空気圧アクチュエータにより腰関節の伸展アシスト力を発生させた状態を維持しているときには、左右の足部を交互に移動して行われる前進歩行又は後進歩行を妨げ、不自然な歩行動作を強いられてしまうことがある。したがって、関節運動アシスト装置の装着者が歩行する際に、違和感なくスムーズな動作を行うことができない場合がある。また、従来例の構造では、上述したリンク機構を採用していることから、空気圧アクチュエータが発生する力の腰部周辺の関節部分への伝達効率が低下することがある。さらに、従来例の構造では、上述したリンク機構が背後に大きく突出していることから、後方に作業空間を確保する必要がある。
　このため、外骨格型の関節運動アシスト装置を利用する際に、スムーズな歩行動作を実現して、当該歩行動作状態において装置の装着者に与える違和感を低減させ、かつ、空気圧式のアクチュエータが発生する力を効率良くアシスト対象の関節に伝達することができる技術が望まれている。また、外骨格型の関節運動アシスト装置を利用する際に、腰部装着ユニットが背後に大きく突出することのない技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。
　本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる関節運動アシスト装置を提供することを目的とする。
　本発明は、骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。
　この関節運動アシスト装置では、所定対象物に当該装置が装着された場合に、第１膨縮部材の一方側端部が、第１外骨格部材に固定された第１接続部材に接続され、第１膨縮部材の他方側端部が、第１外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。また、この関節運動アシスト装置では、第２部位と同数の第２膨縮部材の一方側端部が、第２外骨格部材に固定された第２接続部材に接続され、第２膨縮部材の他方側端部が、第２外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。
　そして、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第１外骨格部材が取付部材に対して回動する。また、第２膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第２外骨格部材が取付部材に対して回動する。この結果、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、所定対象物の第１部位が固定された第１外骨格部材と、所定対象物の第２部位が固定された第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、第１部位と接続部位とを接続している関節、及び、第２部位と接続部位とを接続している関節の運動がアシストされる。
　したがって、本発明の関節運動アシスト装置によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。
　ここで、「所定対象物」は、人体であってもよいし、骨格構造を有する人体以外の対象物であってもよい。
　本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記第２接続部材は前記第２外骨格部材側に配置され、前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、前記第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、ようにすることができる。
　第１接続部材及び第２接続部材、並びに、第１膨縮部材及び第２膨縮部材を上述のように配置した場合に、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を収縮させることで、関節を伸展状態にすることができる。また、こうした配置とした場合には、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を膨張させることで、関節を屈曲状態にすることができる。
　また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１膨縮部材内及び前記第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、構成とすることができる。この場合には、調整部が第１膨張部材及び第２膨張部材内の作動流体圧を調整するため、第１膨縮部材及び第２膨縮部材は、調整部により調整された関節運動をアシストする力を発生することができる。
　また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着される、ようにすることができる。この場合には、骨盤と腰椎とを接続している関節の運動、並びに、骨盤と左側の大腿部とを接続している関節の運動、及び、骨盤と右側の大腿部とを接続している関節の運動を、それぞれ独立にアシストすることができる。また、この場合には、関節運動アシスト装置が背後に大きく突出することなく、構造をコンパクトにすることができる。
　そして、骨盤に対する腰椎の関節運動、並びに、骨盤に対する左側の大腿部及び右側の大腿部の関節運動をアシストする場合に、一の構成として、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。
　この場合には、第１外骨格部材が、取付部材に対して腰仙関節に対応する位置で、腰仙関節の回動運動方向に回動する。また、一の第２外骨格部材が、取付部材に対して左股関節に対応する位置で、左股関節の回動運動方向に回動する。さらに、他の第２外骨格部材が、取付部材に対して右股関節に対応する位置で、右股関節の回動運動方向に回動する。このため、腰仙関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左側の股関節及び右側の股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
　また、骨盤に対する腰椎の関節運動、並びに、骨盤に対する左側の大腿部及び右側の大腿部の関節運動をアシストする場合の他の構成として、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。
　この場合には、第１外骨格部材が、取付部材に対して、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸にして腰仙関節の回動方向に回動する。また、一の第２外骨格部材が、取付部材に対して左股関節に対応する位置で、左股関節の回動運動方向に回動する。さらに、他の第２外骨格部材が、取付部材に対して右股関節に対応する位置で、右股関節の回動運動方向に回動する。このため、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左側の股関節及び右側の股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
　ここで、第１外骨格部材における接続部位側の端部を、仙腸関節の周りを回動しつつ、腰仙関節を中心にして腰仙関節の回動方向に回動可能に取付部材に取り付ける構成を採用した場合に、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。
　この場合には、取付部材を相対静止させた系において、第１外骨格部材に固定された歯車部材が、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、取付部材に固定された歯車部材の周りを公転しつつ自転する。これにより、第１外骨格部材が、仙腸関節に対応して固定された歯車部材の中心軸を中心にして公転するとともに、腰仙関節に対応して固定された歯車部材の中心軸を中心にして自転する。このため、歯車部材を使用した簡易な構成で、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを実現することができる。
　また、人体の腰仙関節、並びに、左側の股関節及び右側の股関節の運動をアシストする場合に、前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材が、腰仙関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。また、一の第２膨縮部材が、左股関節の運動をアシストする力を効率良く発生し、他の第２膨縮部材が、右股関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。このため、効率良く関節運動をアシストすることができる。
　また、腰仙関節、並びに、左右の股関節の運動をアシストする場合に、前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、ようにすることができる。この場合には、着用部材が、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位にフィットして確実に固定されるため、取付部材が骨盤部位に確実に固定される。この結果、第１膨縮部材、及び、２つの第２膨縮部材が膨張したり収縮した際にも、取付部材は、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定される。
　これにより、第１膨縮部材が発生した力を、効率良く腰仙関節に伝達することができる。また、一の第２膨縮部材が発生した力を、効率良く左股関節に伝達することができ、他の第２膨縮部材が発生した力を、効率良く右股関節に伝達することができる。このため、腰仙関節並びに左股関節及び右股関節の独立した関節運動に際して、第１外骨格部材及び２つの第２外骨格部材は、スムーズな関節運動を行い、安定した関節運動を実現することができる。
　以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができるという効果を奏する。
人体の腰部周辺の骨格構造を説明するための図である。 本発明の一実施形態に係る関節運動アシスト装置の外観図（左側面図）である。 図２の関節運動アシスト装置の外観図（正面図）である。 図２の関節運動アシスト装置の外観図（背面図）である。 図２の腰部外骨格部材の構成を説明するための図（平面図、底面図）である。 図４の第２接続部材の構成を説明するための図（平面図）である。 図２～図４の取付部材の構成を説明するための図（左側面図、平面図、底面図）である。 図７（Ｂ），（Ｃ）の着用部材の構成を説明するための図（正面図、背面図）である。 図２の調整部の構成を説明するための図である。 ベローズ膨張時の図２の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。 関節運動アシスト装置の変形例（その１）を説明するための図である。 ベローズ収縮時の図１１の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。 関節運動アシスト装置の変形例（その２）を説明するための図である。
　１００，１００Ｂ，１００Ｃ…関節運動アシスト装置、１１０，１１０Ｃ…腰部外骨格部材（第１外骨格部材）、１１１L，１１１R，１１１ＣL…腰部側面装着部材、１１２…背部装着部材、１１３…腰椎外骨格部材、１１８，１１９…ベルト部材、１２０L，１２０R…大腿部外骨格部材（第２外骨格部材）、１２１L，１２１R…大腿部外側外骨格部材、１２２L，１２２R…大腿部内側外骨格部、１２７L，１２７R…太腿保持部材、１２９L，１２９R…ベルト部材、１３１，１３１Ｂ…第１接続部材、１４１L，１４１R，１４１ＢL，１４１ＢR…第２接続部材、１５０，１５０Ｃ…取付部材、１５１L，１５１R…腰部側面取付部材、１５２…背部取付部材、１５３…固定用部材、１６０…着用部材、１６１…ウエストバンド部、１６２…後面被覆部、１６３…前面被覆部、ＡＸ１L，ＡＸ１R，ＡＸ２L，ＡＸ２R…軸部材、１７１…第１ベローズ（第１膨縮部材）、１７２L，１７２R…第２ベローズ（第２膨縮部材）、１８０…調整部、１８１…加圧ポンプ、１８２…減圧ポンプ、１８３…電気－空気圧制御弁、１８４…制御部、１８５，１８６…配管、１９１，１９２L，１９２R…配管、２１０L，２５０L…外歯歯車（歯車部材）、ＣＢL…連接部材
　以下、本発明の一実施形態を、図１～図１０を参照して説明する。なお、本実施形態においては、所定対象物としての人体の腰関節及び左右の股関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
　［骨格構造］
　本実施形態に係る関節運動アシスト装置の説明に先立って、人体の腰部周辺の骨格構造について説明する。
　人体の腰部付近の骨格は、図１に示されるように、「腰椎」に「仙骨」が接続され、当該仙骨に「尾骨」が接続されて、脊柱の下方部分が形成されている。そして、仙骨は、左右の「仙腸関節」により左右一対の「寛骨」と接続されている。この寛骨は、「腸骨」、「坐骨」、「恥骨」が癒合した骨である。そして、左側の寛骨には左股関節により左大腿骨が接続され、右側の寛骨には右股関節により右大腿骨が接続されている。
　ここで、腰椎と仙骨とは、「腰仙関節」によって接続されている。また、左右の２つの寛骨、仙骨、尾骨から「骨盤」が形成されている。
　なお、「仙腸関節」、「腰仙関節」と同義の用語として、「腰関節」との用語を用いることがある。
　［構成］
　図２～図４には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置１００の外観図が示されている。図２～図４における座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、人体の正面方向を＋Ｘ方向、人体の右側から左側へと向かう方向を＋Ｙ方向、鉛直上方方向を＋Ｚ方向とする座標系である。このため、当該座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、Ｙ軸方向と腰関節の前後の回動運動の回動軸方向とが略平行となっているとともに、Ｙ軸方向と左右の股関節の前後の回動運動の回動軸方向とが略平行となっている。
　ここで、図２は、人体の腰部及び左右の大腿部に装着される関節運動アシスト装置１００を、腰関節及び左右の股関節が伸展状態にあるときに人体の左側面から眺めた左側面図（ＸＺ平面視図）である。また、図３は、関節運動アシスト装置１００を、人体の正面から眺めた正面図（ＹＺ平面視図）である。また、図４は、関節運動アシスト装置１００を、人体の背面から眺めた背面図（ＹＺ平面視図）である。
　図２～図４により総合的に示されるように、関節運動アシスト装置１００は、第１外骨格部材としての腰部外骨格部材１１０と、ベルト部材１１８，１１９と、第２外骨格部材の１つとしての大腿部外骨格部材１２０Lと、第２外骨格部材の他の１つとしての大腿部外骨格部材１２０Rと、太腿保持部材１２７L，１２７Rと、ベルト部材１２９L，１２９Rを備えている。また、関節運動アシスト装置１００は、第１接続部材１３１と、２つの第２接続部材１４１L，１４１Rと、取付部材１５０と、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rと、軸部材ＡＸ２L，ＡＸ２Rとを備えている。
　さらに、関節運動アシスト装置１００は、第１膨縮部材としての第１ベローズ１７１と、第２膨縮部材としての２つの第２ベローズ１７２L，１７２Rとを備えている。また、関節運動アシスト装置１００は、調整部１８０と、配管１９１と、配管１９２L，１９２R（図２～図４において、配管１９２Rは不図示）とを備えている。
　なお、図２では、調整部１８０及び配管１９１，１９２Lは外観ではなく、関節運動アシスト装置１００との関係が概念的に示されている。また、図３，４に示される関節運動アシスト装置では、調整部１８０及び配管１９１，１９２Lの図示を省略している。
　＜腰部外骨格部材１１０の構成＞
　上記の腰部外骨格部材１１０の構成について説明する。腰部外骨格部材１１０は、腰部及び背部に装着される。腰部外骨格部材１１０は、図２～図４、及び、図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、腰部側面装着部材１１１L，１１１Rと、背部装着部材１１２と、腰椎外骨格部材１１３とを備えている。そして、これらの腰部側面装着部材１１１L，１１１R、背部装着部材１１２及び腰椎外骨格部材１１３が一体となって、腰部外骨格部材１１０が形成されている。
　ここで、図５（Ａ）は、腰部外骨格部材１１０を＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図５（Ｂ）は、腰部外骨格部材１１０を－Ｚ方向側から視た底面図である。また、図中に示した２点鎖線は、腰部外骨格部材１１０以外の構成要素を示している。
　上記の腰部側面装着部材１１１L，１１１Rは、例えば、鋼鉄製の板状部材であり、ＸＺ平面視でＬ字状に成形加工されている（腰部側面装着部材１１１Lについては、図２参照）。この腰部側面装着部材１１１Lは、板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の左側に配置されている。また、腰部側面装着部材１１１Rは、腰部側面装着部材１１１Lと面対称的な形状であり、板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の右側に配置されている。そして、腰部側面装着部材１１１L及び腰部側面装着部材１１１Rは、例えば、腹部を被覆する布製のベルト部材１１８により、人体に装着されている。
　腰部側面装着部材１１１Lの－Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ１Lを挿入する軸穴が成形加工されている。また、腰部側面装着部材１１１Rの－Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ１Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、腰部側面装着部材１１１L及び腰部側面装着部材１１１Rの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。
　上記の背部装着部材１１２は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の＋Ｙ方向側端部及び－Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた板状の２つの延長部とを有している（図５（Ａ），（Ｂ）参照）。そして、長方体部の＋Ｙ方向側端部から延びた延長部に腰部側面装着部材１１１Lが固定的に接続され、長方体部の－Ｙ方向側端部から延びた延長部に腰部側面装着部材１１１Rが固定的に接続されている。
　上記の腰椎外骨格部材１１３は、例えば、鋼鉄製の部材であり、棒状に成形されている。この腰椎外骨格部材１１３は、－Ｚ方向側端部が背部装着部材１１２の長方体部に固定的に接続され、腰部が腰関節から背部へと延びる方向に沿って、腰椎に対応する位置に配置されている。そして、腰椎外骨格部材１１３は、例えば、胸部を被覆する布製のベルト部材１１９により、人体に装着される。
　＜大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rの構成＞
　次に、上記の大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rの構成について説明する。
　《大腿部外骨格部材１２０Lの構成》
　大腿部外骨格部材１２０Lは、左大腿部に装着される。大腿部外骨格部材１２０Lは、図２～図４（特に、図３，４参照）により総合的に示されるように、大腿部外側外骨格部材１２１Lと、大腿部内側外骨格部材１２２Lとを備えている。
　上記の大腿部外側外骨格部材１２１L及び大腿部内側外骨格部材１２２Lは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状に成形されている。この大腿部外側外骨格部材１２１Lは、左大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該左大腿部の外側に配置されている。また、大腿部内側外骨格部材１２２Lは、左大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該左大腿部の内側に配置されている。そして、大腿部外側外骨格部材１２１L及び大腿部内側外骨格部材１２２Lは、金属製のベルト部材１２９Lにより左大腿部に装着されている。本実施形態では、ベルト部材１２９Lには、左大腿部の太腿を裏側から保持する金属製の太腿保持部材１２７Lが取り付けられている（図４参照）。
　また、大腿部外側外骨格部材１２１Lの＋Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ２Lを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、大腿部外側外骨格部材１２１Lの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、左股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
　《大腿部外骨格部材１２０Rの構成》
　大腿部外骨格部材１２０Rは、右大腿部に装着される。大腿部外骨格部材１２０Rは、図２～図４（特に、図３，４参照）により総合的に示されるように、大腿部外側外骨格部材１２１Rと、大腿部内側外骨格部材１２２Rとを備えている。
　上記の大腿部外側外骨格部材１２１R及び大腿部内側外骨格部材１２２Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状に成形されている。この大腿部外側外骨格部材１２１Rは、右大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該右大腿部の外側に配置されている。また、大腿部内側外骨格部材１２２Rは、右大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該右大腿部の内側に配置されている。そして、大腿部外側外骨格部材１２１R及び大腿部内側外骨格部材１２２Rは、金属製のベルト部材１２９Rにより右大腿部に装着されている。本実施形態では、ベルト部材１２９Rには、右大腿部の太腿を裏側から保持する金属製の太腿支持部材１２７Rが取り付けられている（図４参照）。
　また、大腿部外側外骨格部材１２１Rの＋Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ２Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、大腿部外側外骨格部材１２１Rの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、右股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
　＜第１接続部材１３１の構成＞
　上記の第１接続部材１３１は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体形状に成形されている（図２，４参照）。そして、第１接続部材１３１の＋Ｚ方向側端面は、腰部外骨格部材１１０の背部装着部材１１２に固定的に接続されている。また、第１接続部材１３１の－Ｚ方向側端面は、第１ベローズ１７１の一方側端部と接続されている。
　＜第２接続部材１４１L，１４１Rの構成＞
　上記の第２接続部材１４１Lは、例えば、鋼鉄製の部材であり、図２，４，６により総合的に示されるように、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の＋Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた長板状の延長部とを有している。そして、第２接続部材１４１Lの延長部の＋Ｘ方向側端部は、大腿部外側外骨格部材１２１Lに固定的に接続されている。また、第２接続部材１４１Lの長方体部の＋Ｚ方向側端面は、第２ベローズ１７２Lの一方側端部と接続されている。ここで、図６は、第２接続部材１４１L，１４１Rを＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図中に示した２点鎖線は、第２接続部材１４１L，１４１R以外の構成要素を示している。
　上記の第２接続部材１４１Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、図２，４，６により総合的に示されるように、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の－Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた長板状の延長部とを有している。そして、第２接続部材１４１Rの延長部の＋Ｘ方向側端部は、大腿部外側外骨格部材１２１Rに固定的に接続されている。また、第２接続部材１４１Rの長方体部の＋Ｚ方向側端面は、第２ベローズ１７２Rの一方側端部と接続されている。
　＜取付部材１５０の構成＞
　次に、上記の取付部材１５０の構成について説明する。取付部材１５０は、骨盤形状に沿って腰部周辺に装着されて、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定される。また、取付部材１５０は、腰部外骨格部材１１０及び大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rを取り付けている。取付部材１５０は、図２～図４、及び、図７（Ａ）～（Ｃ）により総合的に示されるように、腰部側面取付部材１５１L，１５１Rと、背部取付部材１５２と、固定用部材１５３と、着用部材１６０とを備えている。そして、これらの腰部側面取付部材１５１L，１５１R、背部取付部材１５２、固定用部材１５３及び着用部材１６０が一体となって、取付部材１５０が形成されている。
　ここで、図７（Ａ）は、取付部材１５０を＋Ｙ方向側から視た左側面図である。また、図７（Ｂ）は、取付部材１５０を＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図７（Ｃ）は、取付部材１５０を－Ｚ方向側から視た底面図である。また、図中に示した２点鎖線は、取付部材１５０以外の構成要素を示している。なお、図７（Ｂ），（Ｃ）の取付部材１５０については、関節運動アシスト装置１００を装着する人体により不可視となる部分についても実線で示すとともに、部材自体により不可視となる部分については、点線で示している。
　上記の腰部側面取付部材１５１L，１５１Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、ＸＺ平面視で、－Ｚ方向側に突出部を有した略平板状に成形加工されている（腰部側面取付部材１５１Lについては、図７（Ａ）参照）。この腰部側面取付部材１５１Lは、平板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の左側に配置され、腰部側面取付部材１５１Rは、平板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の右側に配置されている。そして、腰部側面取付部材１５１L及び腰部側面取付部材１５１Rの－Ｘ方向側端部に、背部取付部材１５２が固定的に接続されている。
　腰部側面取付部材１５１Lには、略中央部に軸部材ＡＸ１Lを挿入する軸穴が成形加工されているとともに、突出部に軸部材ＡＸ２Lを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、当該略中央の軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。また、当該突出部の軸穴は、左股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
　そして、腰部側面取付部材１５１Lは、腰部側面装着部材１１１Lの－Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ１Lにより、当該腰部側面装着部材１１１Lを腰関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。また、腰部側面取付部材１５１Lは、大腿部外側外骨格部材１２１Lの－Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ２Lにより、当該大腿部外側外骨格部材１２１Lを左股関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。
　腰部側面取付部材１５１Rには、略中央部に軸部材ＡＸ１Rを挿入する軸穴が成形加工されているとともに、突出部に軸部材ＡＸ２Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、当該略中央の軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。また、当該突出部の軸穴は、右股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
　そして、腰部側面取付部材１５１Rは、腰部側面装着部材１１１Rの＋Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ１Rにより、当該腰部側面装着部材１１１Rを腰関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。また、腰部側面取付部材１５１Rは、大腿部外側外骨格部材１２１Rの＋Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ２Rにより、当該大腿部外側外骨格部材１２１Rを右股関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。
　上記の背部取付部材１５２は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体形状に成形されている（図７（Ａ）参照）。そして、背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側端面は、第１ベローズ１７１の他方側端部と接続されている。また、背部取付部材１５２における－Ｚ方向側端面の＋Ｙ方向側は、第２ベローズ１７２Lの他方側端部と接続され、背部取付部材１５２における－Ｚ方向側端面の－Ｙ方向側は、第２ベローズ１７２Rの他方側端部と接続されている。
　上記の固定用部材１５３は、着用部材１６０を、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２に固定する。本実施形態では、固定用部材１５３は、＋Ｚ方向側で、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２と後述するウエストバンド部１６１とを固定する平板状の金属部材と、弾性部材とで構成され、当該弾性部材は空気を注入可能な袋体となっている。そして、当該袋体に空気を注入することにより、固定用部材１５３は、着用部材１６０を、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２にぐらつくことなく、確実に固定するようになっている。
　《着用部材１６０の構成》
　次いで、上記の着用部材１６０の構成について説明する。この着用部材１６０は、固定用部材１５３により、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２に固定されるとともに、人体に直接装着されて骨盤を形成する左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の左右の外側面及び骨盤部位の後方に確実に固定される。
　着用部材１６０は、図７（Ｂ），（Ｃ）及び図８（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、ウエストバンド部１６１と、後面被覆部１６２と、前面被覆部１６３とを備えている。ここで、図８（Ａ）は着用部材１６０を＋Ｘ方向側から視た正面図であり、図８（Ｂ）は着用部材１６０を－Ｘ方向側から視た背面図である。また、図中に示した２点鎖線は、着用部材１６０以外の構成要素を示している。
　上記のウエストバンド部１６１は、例えば、骨盤部位を形成する左右の腸骨稜（図１参照）の稜線に沿った形状に成形加工された所定の厚みを有する金属製の部材である。このウエストバンド部１６１は、後面で後面被覆部１６２に連結されるとともに、前面被覆部１６３に連結されている。そして、ウエストバンド部１６１は、左右の腸骨稜の稜線に沿って、人体後方から腰部を包被するようにして骨盤部位の左右の外側面に固定されている。
　上記の後面被覆部１６２は、例えば、線状の金属製部材を略Ｔ字状にした枠部分を成形し、当該枠部分内を布で覆うことにより形成される（図８（Ｂ）参照）。この後面被覆部１６２は、骨盤部位を形成する仙骨、尾骨（図１参照）の形状に沿った形に成形加工されている。そして、後面被覆部１６２は、仙骨、尾骨に対応する腰部後方を被覆するようにして、骨盤部位の後方に固定される。
　上記の前面被覆部１６３は、例えば、布製であり、下腹部を被覆し、骨盤部位の左右の前外側面に固定される。この前面被覆部１６３は、臍部付近でウエストバンド部１６１に連結されているとともに、股下部分で後面被覆部１６２に連結されている。
　この結果、取付部材１５０は、骨盤に確実に固定されるようになっている。
　＜第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２R＞
　次に、上記の第１ベローズ１７１及び第２ベローズ１７２L，１７２Rについて説明する。
　第１ベローズ１７１は、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材であり、腰仙関節の伸展側（－Ｘ方向側）に配置される（図２，４参照）。第１ベローズ１７１の一方側端部は、第１接続部材１３１に接続されるとともに、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側端面に接続される。そして、第１ベローズ１７１と調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９１を通じて、第１ベローズ１７１内の空気圧が変化すると、第１ベローズ１７１が膨縮する。この結果、第１ベローズ１７１が腰関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
　第２ベローズ１７２Lは、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材であり、左股関節の伸展側（－Ｘ方向側）に配置される（図２，４参照）。第２ベローズ１７２Lの一方側端部は、第２接続部材１４１Lに接続されるとともに、第２ベローズ１７２Lの他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の－Ｚ方向側端面の＋Ｙ方向側に接続される。そして、第２ベローズ１７２Lと調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９２Lを通じて、第２ベローズ１７２L内の空気圧が変化すると、第２ベローズ１７２Lが膨縮する。この結果、第２ベローズ１７２Lが左股関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
　第２ベローズ１７２Rは、第２ベローズ１７２Lと同様に、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材である。この第２ベローズ１７２Rは、右股関節の伸展側（－Ｘ方向側）に配置される（図４参照）。第２ベローズ１７２Rの一方側端部は、第２接続部材１４１Rに接続されるとともに、第２ベローズ１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の－Ｚ方向側端面の－Ｙ方向側に接続される。そして、第２ベローズ１７２Rと調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９２Rを通じて、第２ベローズ１７２R内の空気圧が変化すると、第２ベローズ１７２Rが膨縮する。この結果、第２ベローズ１７２Rが右股関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
　以上のように、本実施形態では、第１接続部材１３１は腰部外骨格部材１１０側に配置され、第２接続部材１４１L，１４１Rは大腿部外骨格部材１２０L，１２０R側に配置されている。また、本実施形態では、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側における腰関節の伸展側で接続されている。また、本実施形態では、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材１５２の－Ｚ方向側における股関節の伸展側で接続されている。
　＜調整部１８０の構成＞
　次いで、上記の調整部１８０の構成について説明する。調整部１８０は、配管１９１を介して第１ベローズ１７１と連通している。また、調整部１８０は、配管１９２Lを介して第２ベローズ１７２Lと連通しているとともに、配管１９２Rを介して第２ベローズ１７２Rと連通している。そして、調整部１８０は、配管１９１，１９２L，１９２Rを介して、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２R（以下、すべてのベローズを総称して、単に、「ベローズ」とも記す）からの空気の強制的排出、及び、ベローズへの空気の強制的供給を行い、ベローズ内の空気圧を調整する。
　かかる機能を有する調整部１８０は、図９に示されるように、加圧ポンプ１８１と、減圧ポンプ１８２と、電気－空気圧制御弁１８３と、制御部１８４と、配管１８５，１８６とを備えている。
　上記の加圧ポンプ１８１は、配管１８５を介して、電気－空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の一方側と接続されている。この加圧ポンプ１８１は、ベローズへの空気の強制的供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ１８２は、配管１８６を介して、電気－空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の他方側と接続されている。この減圧ポンプ１８２は、ベローズからの空気の強制的排出を行う際に、利用される。
　上記の電気－空気圧制御弁１８３は、流路切換弁と、圧力制御弁（比例ソレノイドバルブ）とを備えて構成されている。この流路切換弁の入口側の一方が加圧ポンプ１８１に接続されているとともに、入口側の他方が減圧ポンプ１８２に接続されている。
　そして、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズへの空気の強制的供給を行う際には、加圧ポンプ１８１に接続されている配管１８５と指定されたベローズと連通している配管とを接続して流路を形成する。また、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズからの空気の強制的排出を行う際には、減圧ポンプ１８２に接続されている配管１８６と指定されたベローズと連通している配管とを接続して流路を形成する。
　例えば、第１ベローズ１７１への強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９１とを接続して流路を形成する。また、第１ベローズ１７１からの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９１とを接続して流路を形成する。
　また、第２ベローズ１７２Lへの強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９２Lとを接続して流路を形成する。また、第２ベローズ１７２Lからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９２Lとを接続して流路を形成する。さらに、第２ベローズ１７２Rへの強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９２Rとを接続して流路を形成する。また、第２ベローズ１７２Rからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９２Rとを接続して流路を形成する。
　また、圧力制御弁は、制御部１８４による制御のもとで、空気圧力を制御して、ベローズ内の空気圧を変化させる。
　上記の制御部１８４は、ベローズからの空気の強制的排出、及び、ベローズへの空気の強制的供給の切り換え、並びに、ベローズ内の空気圧の制御を行う。かかる制御に際して、ベローズへの空気の強制的供給を行う場合には、制御部１８４は、電気－空気圧制御弁１８３が加圧ポンプ１８１と関節運動をアシストするベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように、制御する。また、ベローズからの空気の強制的排出を行う場合には、制御部１８４は、電気－空気圧制御弁１８３が減圧ポンプ１８２と関節運動をアシストするベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように制御する。
　こうした制御は、実験、シミュレーション、経験等を加味した関節を駆動する筋力に関する生体情報に基づいて行われるようになっている。ここで、関節を駆動する筋力に関する生体情報は、不図示の検出部が、筋電図、筋肉の硬さ等を検出することで、取得するようにすることができる。
　［動作］
　以上のようにして構成された関節運動アシスト装置１００の動作、すなわち、腰関節及びの左右の股関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作を説明する。
　なお、関節運動アシスト装置１００では、当初においては、調整部１８０によるベローズ内の空気圧調整は行われておらず、ベローズの内圧は大気圧になっているものとする。また、当初においては、図２に示されるように、腰関節及び左右の股関節は、伸展状態にあるものとする。
　＜関節の伸展状態から屈曲状態へのアシスト動作＞
　この関節運動のアシスト動作は、腰関節及び左右の股関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部１８０が、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給を行うための制御を行う。調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給が行われると、各ベローズ内の空気圧が上昇する。こうしてベローズ内の空気圧が上昇すると、ベローズが膨張する。
　第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rが膨張する膨張行程において、各ベローズが膨張したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図１０に示されている。図２の状態から図１０の状態に遷移する第１ベローズ１７１の膨張行程により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における腰部外骨格部材１１０と取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、腰関節が伸展状態から屈曲状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Lの膨張行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Lと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、左股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Rの膨張行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Rと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、右股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
　＜関節の屈曲状態から伸展状態へのアシスト動作＞
　腰関節及び左右の股関節が屈曲状態であるとき（図１０参照）に、各関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部１８０が、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出が行われると、各ベローズ内の空気圧が下降する。こうしてベローズ内の空気圧が下降すると、ベローズが収縮する。
　第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rが収縮する収縮行程において、各べローズが収縮したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図２に示されている。図１０の状態から図２の状態に遷移する第１ベローズ１７１の収縮行程により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして－Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における腰部外骨格部材１１０と取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Lの収縮行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして－Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Lと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、左股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Rの収縮行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして－Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Rと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、右股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
　＜歩行時のアシスト動作＞
　歩行時のアシスト動作は、まず、調整部１８０が、腰関節を伸展状態にするために、第１ベローズ１７１からの空気の強制的排出を行うための制御を行う。そして、左足部を前方へ移動させるときには、調整部１８０は、左足部を屈曲状態にするとともに、右足部を伸展状態するにするための制御を行う。すなわち、調整部１８０は、第２ベローズ１７２Lへの空気の強制的供給を行うとともに、第２ベローズ１７２Rからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。
　また、右足部を前方へ移動させるときには、調整部１８０は、右足部を屈曲状態にするとともに、左足部を伸展状態するにするための制御を行う。すなわち、調整部１８０は、第２ベローズ１７２Rへの空気の強制的供給を行うとともに、第２ベローズ１７２Lからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。この結果、スムーズな歩行動作を実現することができる。
　以上説明したように、本実施形態では、調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給が行われると、各ベローズが膨張する。そして、第１ベローズ１７１の膨張により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして回転する。この結果、腰関節が伸展状態から屈曲状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Lの膨張行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして回転する。この結果、左股関節が伸展状態から屈曲状態になる。また、第２ベローズ１７２Rの膨張行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして回転する。この結果、右股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
　このため、膨縮部材である第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rを膨張させる膨張行程を制御して、腰関節及び左右の股関節を伸展状態から屈曲状態に移行する運動をアシストすることができる。
　また、本実施形態では、調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出が行われると、各ベローズが収縮する。そして、第１ベローズ１７１の収縮により、第１接続部材１３１が、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして回転する。この結果、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。
　また、第２ベローズ１７２Lの収縮行程により、第２接続部材１４１Lが、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして回転する。この結果、左股関節が屈曲状態から伸展状態になる。また、第２ベローズ１７２Rの収縮行程により、第２接続部材１４１Rが、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして回転する。この結果、右股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
　このため、膨縮部材である第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rを収縮させる収縮行程を制御して、腰関節及び左右の股関節を屈曲状態から伸展状態に移行する運動をアシストすることができる。
　また、本実施形態では、調整部１８０は、左足部を前方へ移動させるときには、腰関節を伸展状態にして、左足部を屈曲状態にするとともに、右足部を伸展状態するにするための制御を行う。また、調整部１８０は、右足部を前方へ移動させるときには、腰関節を伸展状態にして、右足部を屈曲状態にするとともに、左足部を伸展状態するにするための制御を行う。このため、腰関節の伸展アシスト力を発生させた状態を維持しつつ、スムーズな歩行動作を実現することができる。
　また、本実施形態では、腰部外骨格部材１１０は、腰関節に対応する位置で腰関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられている。また、大腿部外骨格部材１２０Lは、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられ、大腿部外骨格部材１２０Rは、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられている。このため、腰関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左股関節及び右股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
　また、本実施形態では、第１ベローズ１７１は腰関節の伸展側に配置され、第２ベローズ１７２Lは左股関節の伸展側に配置され、第２ベローズ１７２Rは右股関節の伸展側に配置されている。このため、腰関節の運動をアシストする力、左股関節の運動をアシストする力、右股関節の運動をアシストする力を効率良く発生することができる。
　また、本実施形態では、着用部材１６０は、骨盤部位を形成する左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨の形状に沿って、骨盤部位にフィットして確実に固定されるため、取付部材１５０が骨盤部位に確実に固定される。この結果、第１ベローズ１７１、及び、第２ベローズ１７２L，１７２Rが膨張したり収縮した際にも、取付部材１５０は、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定されている。これにより、第１ベローズ１７１が発生した力を、効率良く腰仙関節に伝達することができる。また、第２ベローズ１７２Lが発生した力を、効率良く左股関節に伝達することができ、第２ベローズ１７２Rが発生した力を、効率良く右股関節に伝達することができる。このため、腰関節並びに左股関節及び右股関節の独立した関節運動に際して、スムーズな関節運動を行い、安定した関節運動を実現することができる。
　したがって、本実施形態によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。
　［実施形態の変形］
　本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
　例えば、上記の実施形態では、第１接続部材１３１を腰部外骨格部材１１０側に配置するとともに、第２接続部材１４１L，１４１Rを大腿部外骨格部材１２１L，１２１R側に配置するようにした。また、本実施形態では、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の＋Ｚ方向側で接続されるとともに、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の－Ｚ方向側で接続されることとした。
　これに対して、図１１，１２に示される関節運動アシスト装置１００Ｂのように、第１接続部材１３１Ｂを大腿部外骨格部材１２１L，１２１R側に配置するとともに、第２接続部材１４１ＢL，１４１ＢRを腰部外骨格部材１１０側に配置するようにしてもよい。そして、こうした構成を採用した場合には、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の－Ｚ方向側で接続されるとともに、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の＋Ｚ方向側で接続されるようにする。なお、図１２に示される関節運動アシスト装置１００Ｂでは、調整部１８０及び配管１９１，１９２L，１９２Rの図示を省略している。
　ここで、図１１は、各ベローズが膨張したときの関節運動アシスト装置１００Ｂの状態であり、図１２は、各ベローズが収縮したときの関節運動アシスト装置１００Ｂの状態である。このように、関節運動アシスト装置１００Ｂでは、第１ベローズ及び２つの第２ベローズを膨張させることで、腰関節及び股関節を屈曲状態から伸展状態にするとともに、第１ベローズ及び２つの第２ベローズを収縮させることで、腰関節及び股関節を伸展状態から屈曲状態にすることができる。
　また、上記の実施形態では、腰部外骨格部材１１０は、腰仙関節に対応する位置で、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rにより取付部材１５０に取り付けられるようにした。これに対して、例えば、図１３に示される構成の関節運動アシスト装置１００Ｃとしてもよい。関節運動アシスト装置１００Ｃは、上述した実施形態の関節運動アシスト装置１００と比べて、腰部外骨格部材１１０に代えて腰部外骨格部材１１０Ｃを備える点、取付部材１５０に代えて取付部材１５０Ｃを備える点、及び、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rに代えて連接部材ＣＢL，ＣＢR（連接部材ＣＢRは不図示）を備える点が異なっている。
　腰部外骨格部材１１０Ｃは、上述した実施形態の腰部外骨格部材１１０と比べて、腰部側面装着部材１１１L，１１１Rに代えて腰部側面装着部材１１１ＣL，１１１ＣR（腰部側面装着部材１１１ＣRは不図示）を備える点、及び、当該腰部側面装着部材１１１ＣL，１１１ＣRに固定される外歯歯車（歯車部材）２１０L，２１０R（外歯歯車２１０Rは不図示）を更に備える点が異なっている。
　外歯歯車２１０Lは、腰部側面装着部材１１１ＣLの－Ｚ方向側端部であって、腰仙関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２１０Lには、腰仙関節の回動運動方向に沿った歯部が形成されている。また、外歯歯車２１０Rは、腰部側面装着部材１１１ＣRの－Ｚ方向側端部であって、腰仙関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２１０Rには、腰仙関節の回動運動方向に沿った歯部が形成されている。
　取付部材１５０Ｃは、上述した実施形態の取付部材１５０と比べて、腰部側面取付部材１５１L，１５１Rに固定される外歯歯車（歯車部材）２５０L，２５０R（外歯歯車２５０Rは不図示）を更に備える点が異なっている。
　外歯歯車２５０Lは、腰部側面取付部材１５１Lにおける仙腸関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２５０Lには、外歯歯車２１０Lに噛合する歯部が形成されている。そして、外歯歯車２５０Lは、外歯歯車２１０Lと噛合し、当該噛合が連接部材ＣＢLにより確保されている。また、外歯歯車２５０Rは、腰部側面取付部材１５１Rにおける仙腸関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２５０Rには、外歯歯車２１０Rに噛合する歯部が形成されている。そして、外歯歯車２５０Rは、外歯歯車２１０Rと噛合し、当該噛合が連接部材ＣＢRにより確保されている。このように、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰部外骨格部材１１０Ｃは、連接部材ＣＢL ，ＣＢRにより取付部材１５０Ｃに取り付けられるようになっている。
　上記のようにして構成された関節運動アシスト装置１００Ｃでは、取付部材１５０Ｃを相対静止させた系において、腰部外骨格部材１１０Ｃに固定された外歯歯車２１０L，２１０Rのそれぞれが、第１ベローズ１７１の膨張行程又は収縮行程により自転しつつ、取付部材１５０Ｃに固定された外歯歯車２５０L，２５０Rの周りを公転する。これにより、腰部外骨格部材１１０Ｃが、仙腸関節に対応して固定された外歯歯車２５０L，２５０Rの中心軸を中心にして公転するとともに、腰仙関節に対応して固定された外歯歯車２１０L，２１０Rの中心軸を中心にして自転する。なお、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、連接部材ＣＢL，ＣＢRは、腰仙関節と仙腸関節との間に存在する仙骨（図１参照）に対応した機能を果たすようになっている。
　このため、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左股関節及び右股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
　なお、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰部外骨格部材１１０Ｃ及び取付部材１５０Ｃには外歯歯車が固定されるようにしたが、当該外歯歯車に代えて、回転力を伝達可能なゴム部材を採用するようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、腰部外骨格部材は、腰仙関節に対応する位置で取付部材に取り付けられるようにしたが、仙腸関節に対応する位置で仙腸関節の回動方向に回動可能に取付部材に取り付けられるようにしてもよい。また、腰部外骨格部材は、取付部材に対して、腰仙関節に対応する位置の近辺、仙腸関節に対応する位置の近辺、又は、腰仙関節及び仙腸関節の近辺に取り付けられてもよいことは勿論である。
　また、上記の実施形態では、太腿を裏側から保持する太腿保持部材を備えるようにしたが、当該太腿保持部材を省略するようにしてもよい。
　また、上記の実施形態では、関節を駆動する筋肉に関する生体情報を、筋電図、筋肉の硬さ等の生体信号としたが、利用者の脳波を当該生体情報として採用するようにしてもよい。
　また、実施形態においては、樹脂製のベローズを採用したが、伸縮自在であり、人体に装着される装置の重さ等の負担をかけることがない素材であれば、他の素材であってもよい。
　また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、他の気体や、水や油等の液体であってもよい。
　本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、介護者がパワーアシスト用の装置として装着するだけでなく、力が弱っている被介護者がパワーアシスト用又はリハビリテーション用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で重量物を持ち上げる等の場合のパワーアシスト装置としても利用することができる。
　また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の外骨格形の哺乳類、外骨格形のロボット等の所定対象物の関節運動アシスト装置にも本発明を適用することができる。
　以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置は、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用することができる。

Claims (11)

  1. 　骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
    　前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；
    　前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；
    　前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；
    　前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；
    　前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；
    　前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、
    　前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、
    　ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
  2. 　前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記第２接続部材は前記第２外骨格部材側に配置され、
    　前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、
    　前記第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、
    　ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置。
  3. 　前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシスト装置。
  4. 　前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の関節運動アシスト装置。
  5. 　前記第１膨縮部材内及び前記第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
  6. 　前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、
    　前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、
    　前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着される、
    　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
  7. 　前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
    　前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
    　前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の関節運動アシスト装置。
  8. 　前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、
    　前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
    　前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
    　ことを特徴とする請求項６に記載の関節運動アシスト装置。
  9. 　前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、
    　前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、
    　前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、
    　ことを特徴とする請求項８に記載の関節運動アシスト装置。
  10. 　前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、
    　一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、
    　ことを特徴とする請求項７～９のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
  11. 　前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、
    　前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、
    　ことを特徴とする請求項６～１０のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
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