WO2017203736A1 - 動作補助装置 - Google Patents

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Publication number
WO2017203736A1
WO2017203736A1 PCT/JP2016/088215 JP2016088215W WO2017203736A1 WO 2017203736 A1 WO2017203736 A1 WO 2017203736A1 JP 2016088215 W JP2016088215 W JP 2016088215W WO 2017203736 A1 WO2017203736 A1 WO 2017203736A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
mounting portion
arm member
user
thigh
assisting device
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/088215
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
ダメラウ・ヨッヘン
嘉一 大野
Original Assignee
ボッシュ株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ボッシュ株式会社 filed Critical ボッシュ株式会社
Publication of WO2017203736A1 publication Critical patent/WO2017203736A1/ja

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61H—PHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00—Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25J—MANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J11/00—Manipulators not otherwise provided for

Definitions

  • the present invention relates to an operation assisting device used by being worn on a human body.
  • motion assist devices that assist human motion such as walking motion and bending and stretching motion of limbs are known.
  • the motion assisting device is used by being worn on the human body, and assists the user's motion by operating in accordance with the movement of the user's limbs.
  • the motion assisting device includes an arm member that can be rotated around a rotation shaft that is arranged corresponding to a joint portion of the body, and the arm member is rotated by an actuator so that the arm member is fixed. Assist the operation of the part.
  • Such a motion assisting device can be used in various situations, for example, as a device that assists not only a disabled person or an elderly person but also a healthy person.
  • the rotating arm member is fixed to the body on the side opposite to the rotating shaft side, but the position of the joint of the body and the position of the indirect part of the motion assisting device do not necessarily coincide. This misalignment may give an unintended force to the skin surface that comes into contact with the body joints or the motion assisting device.
  • Patent Document 1 discloses a walking assistance device that can be firmly attached to the user's body and can ensure a certain degree of freedom.
  • a dimension between two actuators can be expanded and contracted by a connecting bar composed of an outer tube and an inner rod coupled in a telescopic manner so as to be relatively slidable.
  • a tension coil spring connected to the inner rod is incorporated in the outer tube, for example, and the tension in a direction to support the weight of the inner rod to which the weight of the knee joint actuator is applied. Is always working.
  • the walking assist device described in Patent Document 1 includes a tension coil spring for supporting the weight of the knee joint actuator, it applies a force to return the connecting bar that expands and contracts to the initial state. Is not intended. Therefore, when the connection bar returns to the initial state, the movement may be awkward and the user may feel uncomfortable.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a new and improved device that can easily return the mounting portion to the initial state and can reduce discomfort to the user. It is to provide a motion assisting device.
  • a rotating unit disposed on a side of a predetermined joint of a user, an arm member rotatably held by the rotating unit, and an arm member Connected to a predetermined part of the user's human body, a slide mechanism that allows the arm member and the mounting part to slide relative to each other in a predetermined direction, and the arm member and the mounting part relative to each other.
  • An operation assisting device includes a rotation mechanism that enables rotation, and an urging member that returns the mounting portion to an intermediate position in the slide range.
  • the biasing member may include a first biasing member that biases the mounting portion toward one side in the length direction and a second biasing member that biases the mounting portion toward the other side in the length direction. Good.
  • the slide mechanism may hold the mounting portion at an intermediate position in the sliding range and in an initial posture in a state where no load for sliding the mounting portion is generated.
  • the slide mechanism may include a guide part provided on one side of the arm member and the mounting part, and a movable part provided on the other side of the arm member and the mounting part and moving along the guide part. .
  • the rotating shaft of the rotating mechanism may be provided on the movable part.
  • the biasing member may be fixed to the member side where one portion is provided with the guide portion and the other portion is fixed to the member side that slides together with the movable portion.
  • the mounting portion can be easily returned to the initial state, and the burden on the user can be reduced.
  • FIG. 1 is a diagram of a user H wearing the motion assisting device 10 as viewed from the front
  • FIG. 2 is a diagram of the user H wearing the motion assisting device 10 as viewed from the side.
  • the motion assisting device 10 is a device for assisting the motions of the left and right legs such as walking motion and stair climbing motion, and is also called a so-called exoskeleton robot.
  • the motion assisting device 10 includes a waist mounting portion 13, a fixing belt 11, an arm member 23, a thigh mounting portion 15, and a fixing belt 17.
  • the waist mounting part 13, the arm member 23, and the thigh mounting part 15 are made of, for example, a resin material and have a predetermined degree of rigidity. Therefore, the waist mounting portion 13, the arm member 23, and the thigh mounting portion 15 are allowed to be slightly bent but are not easily deformed.
  • the resin material may be a carbon fiber reinforced resin.
  • the fixed belt 11 and the fixed belt 17 may be formed of a woven fabric, a knitted fabric, a resin, or the like so that the tightening degree of the fixed belts 11 and 15 can be changed according to the physique of the user H, and may be deformable.
  • the waist attachment portion 13 is attached to the waist portion of the user H and fixed by the fixing belt 11.
  • the fixing belt 11 includes, for example, a connecting tool 12 such as a buckle or a hook-and-loop fastener. By connecting the connecting tool 12, the fixing belt 11 is wound around the waist, and the waist mounting part 13 can be fixed.
  • the fixed belt 11 may include a length adjuster such as an adjuster that can adjust the length by folding the belt.
  • Rotating part 20 is provided on the side of user's H hip joint in waist mounting part 13.
  • lumbar mounting part 13 are connected so that relative rotation is possible.
  • the arm member 23 may be rotatably supported with respect to a rotation shaft (not shown) provided in the rotation unit 20.
  • the arm member 23 extends downward from the rotating portion 20, and the thigh attachment portion 15 is connected to the lower side of the arm member 23.
  • the thigh mounting portion 15 corresponds to the mounting portion of the present invention.
  • the thigh mounting portion 15 is mounted below the thigh of the user H's legs, and is fixed by the fixing belt 17.
  • the fixing belt 17 includes a coupling tool (not shown) such as a buckle or a hook-and-loop fastener, and the coupling belt 15 is wound around the thigh by connecting the coupling tool, so that the thigh mounting portion 15 can be fixed.
  • the fixed belt 17 may include a length adjusting unit such as an adjuster that can adjust the length by folding the belt.
  • the thigh mounting portion 15 is connected to the arm member 23 through the slide mechanism 40 and the rotation mechanism 60 in a state in which the motion with two degrees of freedom is possible. That is, the thigh mounting portion 15 is supported so as to be relatively slidable along the length direction of the thigh with respect to the arm member 23, and is supported so as to be relatively rotatable with respect to the arm member 23. . As a result, the position of the thigh mounting portion 15 can follow the change in the distance between the rotating portion 20 and the thigh mounting portion 15 accompanying the operation of the user H, and the thigh with respect to the arm member 23 The angle of the part mounting part 15 becomes variable.
  • Rotating actuator 21 is provided inside rotating unit 20.
  • a stepping motor or a brushless motor is used.
  • the rotary actuator 21 may include a speed reducer.
  • the rotary actuator 21 is not limited to an actuator using a rotary rotary motor, and may be an actuator including a linear motor and a rotation mechanism.
  • the rotary actuator may be provided at a position away from the rotating unit 20.
  • the arm member 23 supported by the rotation unit 20 can be rotated via a power transmission member such as a Bowden cable, a wire, or a belt.
  • the motion assisting device 10 includes a myoelectric potential sensor (not shown) for detecting the myoelectric potential signal of the user H.
  • the myoelectric potential sensor is arranged on the body surface of the user H in accordance with the exercise unit (muscle) related to the operation assisted by the operation assisting device 10.
  • the motion assisting device 10 according to the present embodiment is a device that assists the user H's leg movement back and forth, and the myoelectric potential sensor is disposed at a position where the myoelectric potential of the quadriceps of the user H can be detected, for example.
  • a control pack 26 is provided on the back side of the waist mounting portion 13.
  • a control unit 25 is accommodated in the control pack 26.
  • the control unit 25 acquires myoelectric potential signals detected by the myoelectric potential sensor, performs arithmetic processing, and outputs a drive command to the rotary actuator 21.
  • the control unit 25 includes an electronic component such as a CPU and a storage element, and is electrically connected to the myoelectric potential sensor and the rotary actuator 21 through electric wiring (not shown).
  • the control unit 25 and the myoelectric potential sensor or the rotary actuator 21 may be connected by wireless communication means.
  • the myoelectric potential signal generated in accordance with the operation of the user H is detected by the myoelectric potential sensor, and the control unit 25 determines the driving torque of the rotary actuator 21 based on the amplitude of the myoelectric potential signal. Then, a drive command is transmitted to the rotary actuator 21. As a result, the rotary actuator 21 is driven to rotate, and the arm member 23 rotates, thereby generating an assisting force for the longitudinal movement of the user H's leg.
  • FIG. 3 shows a plan view of the back side (the side facing the thigh) of the arm member 23, a cross-sectional view taken along the line II and a cross-sectional view taken along the line II-II.
  • FIG. 4 shows a plan view, a III-III cross-sectional arrow view, and a IV-IV cross-sectional arrow view of the front side of the thigh mounting portion 15 (opposite side facing the thigh).
  • FIG. 5 shows a plan view of the state in which the thigh mounting portion 15 is connected to the arm member 23 as viewed from the front side, and a side view as viewed from the side.
  • the arm member 23 includes a guide rail (guide portion) 41, a movable portion 43, first urging members 51a and 51b, and second urging members 53a and 53b.
  • the guide rail 41 has rail grooves 42 on both side surfaces, and is fixed to the arm member 23 by, for example, fixing screws.
  • the guide rail 41 can be arranged along the length direction of the thigh in a state where the user has mounted the motion assisting device 10.
  • the movable portion 43 has a fixed shaft portion 54 that protrudes toward the thigh.
  • a connecting member 61 provided on the thigh mounting portion 15 is attached to the fixed shaft portion 54.
  • the movable portion 43 has a locking projection 44 that engages with the rail groove 42 of the guide rail 41, and is movable on the guide rail 41 so as not to be detached from the guide rail 41. Therefore, the movable part 43 is slidable along the length direction of the thigh.
  • the guide rail 41 and the movable part 43 constitute a slide mechanism 40.
  • the guide rail 41 and the movable part 43 may be made of a metal material such as aluminum, for example.
  • the arm member 23 has ribs 47 and 49 at positions corresponding to both ends of the guide rail 41.
  • the ribs 47 and 49 restrict the sliding range of the movable portion 43 that moves on the guide rail 41.
  • the end portions of the first urging members 51a and 51b are fixed to one rib 47, and the end portions of the second urging members 53a and 53b are fixed to the other rib 49.
  • the other ends of the first urging members 51 a and 51 b and the second urging members 53 a and 53 b are fixed to a connection member 61 provided on the thigh mounting portion 15.
  • first urging members 51 a and 51 b and the second urging members 53 a and 53 b are fixed at one portion to the arm member 23 side where the guide rail 41 is provided, and the other portion is the movable portion 43. At the same time, it is fixed to the thigh mounting part 15 side that slides.
  • the arm member 23 and the thigh mounting portion 15 are members that rotate relative to each other.
  • tension coil springs are used as the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b.
  • connection member 61 is fixed to the surface of the thigh mounting portion 15 opposite to the thigh side by, for example, fixing screws 65 a and 65 b.
  • the connection member 61 has a hole 63 that receives the fixed shaft portion 54 of the movable portion 43.
  • the thigh mounting portion 15 and the arm member 23 are connected to each other.
  • An annular portion 55 made of an elastic material such as elastic rubber is provided at the distal end portion of the fixed shaft portion 54, and the fixed shaft portion 54 is fitted into the hole portion 63 while the annular portion 55 is elastically deformed and contracted. be able to. Further, after the fixed shaft portion 54 is fitted, the annular portion 55 is locked in the hole portion 63, and the fixed shaft portion 54 is difficult to come off from the connection member 61.
  • the thigh mounting portion 15 is rotatable about the fixed shaft portion 54. That is, the thigh mounting portion 15 can rotate about the axis of the fixed shaft portion (rotating shaft) 54 extending in a direction orthogonal to the sliding direction by the slide mechanism 40.
  • the fixed shaft portion 54 and the connection member 61 constitute a rotation mechanism.
  • the ends of the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b are fixed to both ends of the connecting member 61 in the longitudinal direction of the thigh mounting portion 15.
  • the end portions of the first urging member 51a and the second urging member 53a are fixed to one end side in the longitudinal direction of the thigh mounting portion 15, and the first urging member 51b and the second urging member 53a are fixed to the other end side.
  • the end of the second urging member 53b is fixed.
  • the end portions of the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b are fixed to the connection member 61 by fixing screws 65a and 65b.
  • the longitudinal direction of the thigh mounting portion 15 substantially coincides with the circumferential direction of the thigh and intersects with the arrangement direction of the guide rail 41.
  • the thigh attachment portion 15 is capable of rotating around the fixed shaft portion 54 as a result of being connected to the arm member 23 via the slide mechanism 40 and the rotation mechanism, and the guide rail 41. It is possible to slide along.
  • the first urging members 51 a and 51 b fixed at both ends to the connection member 61 provided on the thigh mounting portion 15 and the rib 47 provided on the arm member 23 are along the guide rail 41.
  • a tension that pulls the thigh mounting portion 15 toward the rib 47 can be generated.
  • the second urging members 53 a and 53 b fixed at both ends to the connecting member 61 provided on the thigh mounting portion 15 and the rib 49 provided on the arm member 23 are provided along the guide rail 41. The tension
  • the position where the tensions of the four first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b are balanced is large.
  • the thigh attachment part 15 is held. That is, the thigh mounting portion 15 is held at an intermediate position in the slide range by the slide mechanism 40. At this time, the thigh mounting portion 15 is held in a posture (initial posture) in which the tensions of the four first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b are balanced.
  • the thigh mounting portion 15 rotates clockwise around the fixed shaft portion 54
  • the thigh is extended by the first urging member 51a and the second urging member 53b which are arranged diagonally.
  • a tension is generated to return the part mounting part 15 to the initial posture.
  • the thigh mounting portion 15 rotates counterclockwise around the fixed shaft portion 54
  • the thigh mounting portion 15 is greatly increased by the extending first biasing member 51b and the second biasing member 53a arranged diagonally.
  • a tension is generated that returns the thigh mounting portion 15 to the initial posture.
  • the tension that can be generated by the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b is sufficient if it can return the thigh mounting portion 15 to the intermediate position or the initial posture. A large load is not applied to the user in order to slide the mounting portion 15.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the motion assisting device 10 during the user's walking motion.
  • the movement of the user wearing the motion assisting device 10 is shown above, and the joint position of the user's body and the joint position (position of the rotating portion) of the motion assisting device 10 are shown below.
  • the position P1 of the rotation unit 20 of the motion assisting device 10 is located behind the actual hip joint position P0 of the user.
  • the thigh mounting portion 15 is in the middle position of the sliding range along the guide rail 41 in a state where the user wearing the motion assisting device 10 stands upright.
  • the distance L0 between the actual hip joint position P0 and the mounting position (position of the fixed shaft portion 54) P2 of the thigh mounting section 15 is constant regardless of the user's posture.
  • the thigh attachment unit 15 starts from the position P1 of the rotation unit 20.
  • the distance L2 to the mounting position P2 becomes longer than the distance L1 in the upright state (L2> L1). That is, the thigh mounting portion 15 is slid to the knee joint side by the slide mechanism 40. Thereby, the operation of stepping forward the leg is not restricted. Moreover, since the thigh mounting part 15 can be rotated by the rotation mechanism, the load in the rotation direction on the thigh mounting part 15 can be reduced.
  • tension is applied to the thigh mounting portion 15 to return the thigh mounting portion 15 to the middle position of the slide range by the first biasing members 51a and 51b. Further, the thigh mounting portion 15 is subjected to tension for returning the thigh mounting portion 15 to the initial posture by the first biasing members 51a and 51b and the second biasing members 53a and 53b. Therefore, when the user lowers the right leg, the thigh mounting portion 15 is smoothly returned toward the intermediate position or the initial posture, and the user can feel uncomfortable.
  • the right leg extends rearward, and the distance L3 from the position P1 of the rotating unit 20 to the mounting position P2 of the thigh mounting unit 15 is in an upright state. It becomes shorter than the distance L1 (L3 ⁇ L1). That is, the thigh mounting portion 15 is slid to the hip joint side by the slide mechanism 40. Thereby, the operation
  • tension is applied to the thigh mounting portion 15 by the second urging members 53a and 53b to return the thigh mounting portion 15 to an intermediate position in the slide range. Further, the thigh mounting portion 15 is subjected to tension for returning the thigh mounting portion 15 to the initial posture by the first biasing members 51a and 51b and the second biasing members 53a and 53b. Therefore, when the user steps on the right leg again, the thigh mounting portion 15 is smoothly returned toward the intermediate position or the initial posture, and the user can feel uncomfortable.
  • the thigh attachment portion 15 is slid by the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b. Supported in the basic position at the middle position of the range. Therefore, it is possible to easily perform the mounting operation of the motion assisting device 10 by the user or the mounting operation of the motion assisting device 10 to the user by the assistant.
  • the thigh mounting portion 15 for mounting the arm member 23 on the thigh is provided via the slide mechanism 40 and the rotation mechanism. It is connected to the. Therefore, the thigh mounting portion 15 is allowed to operate with two degrees of freedom with respect to the arm member 23, and can smoothly perform the bending and extending operation of the user's leg.
  • the motion assisting device 10 includes first urging members 51a and 51b and second urging members 53a and 53b that return the thigh mounting portion 15 to the intermediate position of the slide range and the initial posture. ing. Therefore, the sliding operation of the thigh mounting portion 15 accompanying the bending and extending operation of the leg or the return from the rotating operation can be smoothly performed, and the uncomfortable feeling given to the user can be reduced. Further, by providing the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b, the thigh mounting portion 15 is in the intermediate position and the basic posture before the movement assisting device 10 is mounted. Therefore, the mounting operation of the motion assisting device 10 can be easily performed.
  • FIG. 7 is a side view of the user H wearing the motion assisting device 80.
  • the motion assisting device 80 includes a waist mounting portion 83, a first arm member 93, a second arm member 95, and thigh mounting portions 85 and 87.
  • the thigh mounting portions 85 and 87 are fixed to the first arm member 93.
  • the thigh mounting portions 85 and 87 are not slidable and rotatable with respect to the first arm member 93.
  • the second arm member 95 is connected to the waist mounting portion 83.
  • the second arm member 95 is connected to the waist mounting portion 83 in a state in which two-degree-of-freedom motion is possible via a slide mechanism and a rotation mechanism (not shown). . That is, the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 are slidable and relatively rotatable in the body length direction. Thereby, the connection position of the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 can follow the change in the distance between the rotating portion 90 and the waist mounting portion 83 accompanying the operation of the user H, and The angle of the second arm member 95 with respect to the mounting portion 83 is variable.
  • the slide mechanism and the rotation mechanism can be configured similarly to the slide mechanism 40 and the rotation mechanism 60 described in the first embodiment, for example.
  • the second arm member 95 has a rotating portion 90 at the lower end, and the first arm member 93 and the second arm member 95 are rotatably connected by the rotating portion 90.
  • the waist mounting portion 83 corresponds to the mounting portion of the present invention
  • the second arm member 95 corresponds to the arm member of the present invention.
  • a rotation actuator (not shown) is provided inside the rotation unit 90. By driving the rotary actuator, the first arm member 93 is rotated about the rotation unit 90. Thereby, the movement in the front-rear direction of the thigh of the user H to which the thigh mounting parts 85 and 87 are mounted is assisted.
  • a myoelectric potential signal generated in accordance with the operation of the user H is detected by the myoelectric potential sensor, and the control unit 25 determines the driving torque of the rotary actuator based on the amplitude of the myoelectric potential signal.
  • a drive command is transmitted to the rotary actuator.
  • the rotary actuator is driven to rotate, and the first arm member 93 rotates, thereby generating an assisting force for the longitudinal movement of the user H's leg.
  • the motion assist device 80 according to the present embodiment can be configured in the same manner as the motion assist device 10 according to the first embodiment except for the points described so far.
  • FIG. 8 is a diagram for explaining the operation of the motion assisting device 80 during the user's walking motion.
  • the movement of the user wearing the motion assisting device 80 is shown above, and the joint position of the user's body and the joint position of the motion assisting device 80 (position of the rotating portion) are shown below.
  • the position P1 of the rotation unit 90 of the motion assisting device 80 is located behind the user's actual hip joint position P0.
  • connection part P3 between the waist attachment part 83 and the second arm member 95 is at an intermediate position in the sliding range in the body length direction in a state where the user wearing the motion assisting device 80 stands upright.
  • the positions of the thigh mounting portions 85 and 87 and the first arm member 93 with respect to the thigh 23 are not substantially displaced.
  • a tension is applied to the second arm member 95 to return the connecting portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 to an intermediate position in the slide range by an urging member (not shown).
  • the second arm member 95 is subjected to a tension that restores the connecting portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 to the initial posture by an urging member (not shown). Therefore, when the user lowers the right leg, the connecting portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 is smoothly returned toward the intermediate position or the initial posture, and the user can feel uncomfortable. .
  • the connecting portion P3 also slides upward (P3 ⁇ P3 ′′). That is, the second arm member 95 is slid upward by the slide mechanism 40. Thereby, the operation
  • the second arm member 95 can be rotated by a rotation mechanism, the load in the rotation direction on the second arm member 95 can be reduced.
  • a tension is applied to the second arm member 95 by the biasing member to return the connecting portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 to an intermediate position in the slide range. Further, the second arm member 95 is subjected to a tension that returns the second arm member 95 to the initial posture by the biasing member. Therefore, when the user steps on the right leg forward again, the connection portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 is smoothly returned toward the intermediate position or the initial posture, and the user feels uncomfortable. be able to.
  • the second arm member 95 is supported by the biasing member in a basic posture at an intermediate position in the slide range. Therefore, it is possible to easily perform the mounting operation of the motion assisting device 80 by the user or the mounting operation of the motion assisting device 80 to the user by the assistant.
  • the second arm member 95 is connected to the waist mounting portion 83 via the slide mechanism and the rotation mechanism. Therefore, the second arm member 95 is allowed to operate with two degrees of freedom with respect to the waist mounting portion 83, and can smoothly perform the bending and extending operation of the user's leg.
  • the motion assisting device 80 includes an urging member that returns the connection portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 to an intermediate position in the slide range and to an initial posture. Therefore, the slide operation of the second arm member 95 accompanying the leg bending / stretching operation or the return from the rotation operation can be smoothly performed, and the uncomfortable feeling given to the user can be reduced. Further, by providing such an urging member, the connecting portion P3 between the second arm member 95 and the waist mounting portion 83 is supported at an intermediate position in the slide range and in a basic posture before the operation assisting device 80 is mounted. Therefore, the mounting operation of the motion assisting device 80 can be easily performed.
  • the two thigh mounting portions 85 and 87 fixed to the first arm member 93 are fixed to the thigh.
  • the auxiliary force can be efficiently transmitted to the.
  • the upper thigh mounting part 85 detects EMG (electromyography) of the rectus femoris.
  • the sensor can be used as the installation position of the sensor, or the lower thigh mounting portion 87 can be used as the installation position of the EMG sensor that detects the myoelectric potential of the sewing muscle.
  • the waist mounting portion 83 is mounted relatively upward, and the number of components arranged around the buttocks is reduced, and comfort during use can be improved.
  • the guide rail 41 and the ribs 47 and 49 are provided inside the main body of the arm member 23 arranged along the thigh, but the present invention is not limited to such an example.
  • a member provided with a guide rail or the like disposed along the thigh may be connected to the arm member 23, and the thigh mounting portion 15 may be connected to the member. According to this configuration, the degree of freedom of the shape of the main body of the arm member 23 can be increased, and the guide rail arrangement direction can be set to an appropriate direction.
  • tension coil springs are used as the first urging members 51a and 51b and the second urging members 53a and 53b, but the present invention is not limited to this example.
  • two tension coil springs that can generate tension in opposite directions to the thigh mounting portion 15 may be used.
  • the thigh mounting portion 15 is returned to the intermediate position and the initial posture. The resulting tension can be generated.
  • the biasing member for returning the thigh mounting portion 15 to the intermediate position and the initial posture is not limited to the tension coil spring.
  • the thigh which slides also by fixing the elastic rubber 59 attached to both ends of the movable part 43 on the guide rail 41 in the direction intersecting the sliding direction to the arm member 23.
  • the mounting portion 15 can be returned to an intermediate position in the slide range.
  • the guide rail 41 is provided on the arm member 23 side, and the thigh mounting portion 15 slides along the guide rail 41, but the present invention is not limited to such an example.
  • the thigh mounting portion 15 may slide relative to the movable portion where the guide rail is provided on the thigh mounting portion 15 side and the arm member 23 is connected.
  • the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can be applied even when the position of the rotation unit 20 of the motion assisting device 10 is shifted forward from the position of the side of the actual hip joint of the user or in other appropriate directions.
  • the motion assisting device 10 is configured as a device that assists the user H's back and forth movement of both legs, but the present invention is not limited to this example.
  • the motion assisting device may be a device that assists the user H's back and forth movement of one leg.
  • the rotation part 20, the arm member 23, and the thigh attachment part 15 are provided only in any one of right and left.
  • the motion assisting device 10 is not limited to a device that assists the front and back movement of the thigh, but may be a device that assists the calf movement around the knee joint, or a device that assists the motion of the upper limb. There may be.
  • the motion assisting device 10 includes a rotation unit 20 disposed on the side of the hip joint and a rotation unit 80 disposed on the side of the knee joint, and each rotation unit.
  • the mounting portions 15 and 85 connected to the arm members 23 and 83 rotatably supported by the 20, 80 may be connected via the above-described slide mechanism and rotation mechanism.

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Abstract

装着部を容易に初期状態に復帰させることができ、ユーザへの違和感を低減可能な動作補助装置を提供する。　動作補助装置は、ユーザの所定の関節の側方に配置される回動部と、回動部により回転可能に保持されたアーム部材と、アーム部材に接続され、ユーザの人体の所定の部位に装着される装着部と、アーム部材と装着部とを、所定の方向へ相対的にスライド可能にするスライド機構と、アーム部材と装着部とを相対回転可能にする回転機構と、装着部を、スライド範囲の中間位置に復帰させる付勢部材と、を備える。

Description

動作補助装置
　本発明は、人体に装着して用いられる動作補助装置に関する。
　近年、歩行動作や手足の曲げ伸ばし動作等の人の動作を補助する動作補助装置が知られている。動作補助装置は、人体に装着して用いられ、ユーザの手足の動きに合わせて作動することによって、ユーザの動作を補助する。例えば、動作補助装置は、身体の関節部分に対応して配置される回転軸を中心に回動可能なアーム部材を備え、アクチュエータによってアーム部材を回転させることによって、アーム部材が固定された身体の部分の動作を補助する。かかる動作補助装置は、例えば、障害者又は高齢者だけでなく、健常者の動作を補助する装置等としても、様々な場面で使用され得る。
　ここで、回動するアーム部材は、回転軸側とは反対側で身体に固定されるが、身体の関節の位置と動作補助装置の間接部の位置とは必ずしも一致しない。この位置ズレは、身体の関節や動作補助装置と接触する皮膚表面に、意図しない力を与えるおそれがある。
　このため、例えば、特許文献１には、ユーザの身体にしっかりと装着することができ、ある程度の自由度を確保することのできる歩行補助装置が開示されている。特許文献１に記載の歩行補助装置は、テレスコピック式に相対摺動可能に結合したアウタチューブとインナロッドとから構成された連結バーにより、二つのアクチュエータ間の寸法を伸縮可能にしている。また、かかる歩行補助装置において、アウタチューブ内には、例えばインナロッドに連結された引張コイルばねが組み込まれており、膝関節アクチュエータの重量が加わるインナロッドに対し、その重量を支持する向きの張力を常時作用させている。
特開２００４－３４４３０６号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の歩行補助装置は、膝関節アクチュエータの重量を支持するための引張コイルばねを備えてはいるものの、伸縮する連結バーを初期状態に復帰させるための力を作用させることを意図しているものではない。したがって、連結バーが初期状態に復帰する際に、ぎこちない動きとなる場合があり、ユーザが違和感を覚えるおそれがある。
　本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、装着部を容易に初期状態に復帰させることができ、ユーザへの違和感を低減可能な、新規かつ改良された動作補助装置を提供することにある。
　上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、ユーザの所定の関節の側方に配置される回動部と、回動部により回転可能に保持されたアーム部材と、アーム部材に接続され、ユーザの人体の所定の部位に装着される装着部と、アーム部材と装着部とを、所定の方向へ相対的にスライド可能にするスライド機構と、アーム部材と装着部とを相対回転可能にする回転機構と、装着部を、スライド範囲の中間位置に復帰させる付勢部材と、を備える、動作補助装置が提供される。
　付勢部材は、長さ方向の一方側へ装着部を付勢する第１の付勢部材と、長さ方向の他方側へ装着部を付勢する第２の付勢部材と、を含んでもよい。
　スライド機構は、装着部をスライドさせる負荷が発生していない状態で、スライド範囲の中間位置、かつ、初期姿勢に装着部を保持してもよい。
　スライド機構は、アーム部材及び装着部のいずれか一方側に備えられたガイド部と、アーム部材及び装着部の他方側に備えられ、ガイド部に沿って移動する可動部と、を備えてもよい。
　回転機構の回転軸が、可動部に設けられてもよい。
　付勢部材は、一の部分がガイド部が設けられた部材側に固定され、他の部分が可動部とともにスライドする部材側に固定されてもよい。
　以上説明したように本発明によれば、装着部を容易に初期状態に復帰させることができ、ユーザへの負担を軽減することができる。
本発明の第１の実施の形態にかかる動作補助装置の構成例を示す模式図である。 同実施形態にかかる動作補助装置の構成例を示す側面図である。 同実施形態にかかる動作補助装置のスライド機構の構成例を示す説明図である。 同実施形態にかかる動作補助装置の装着部の構成例を示す説明図である。 同実施形態にかかる動作補助装置のスライド動作及び回転動作を示す説明図である。 同実施形態にかかる動作補助装置の作用を説明するための図である。 本発明の第２の実施の形態にかかる動作補助装置の構成例を示す模式図である。 同実施形態にかかる動作補助装置の作用を説明するための図である。 スライド機構の変形例を示す説明図である。 動作補助装置の変形例を示す模式図である。
　以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
　＜１．第１の実施の形態＞
　（１－１．動作補助装置の全体構成）
　図１及び図２を参照して、本発明の第１の実施の形態にかかる動作補助装置１０の全体構成例について説明する。図１は、動作補助装置１０を装着したユーザＨを正面から見た図であり、図２は、動作補助装置１０を装着したユーザＨを側方から見た図である。
　本実施形態にかかる動作補助装置１０は、歩行動作又は階段昇降動作等の左右の脚の前後運動の動作を補助するための装置であり、いわゆる外骨格ロボットとも呼ばれる。動作補助装置１０は、腰装着部１３と、固定ベルト１１と、アーム部材２３と、大腿部装着部１５と、固定ベルト１７とを備える。
　腰装着部１３、アーム部材２３及び大腿部装着部１５は、例えば、樹脂材料により形成され、所定程度の剛性を有する。したがって、腰装着部１３、アーム部材２３及び大腿部装着部１５は、若干の撓みを許容するものの、変形しにくくなっている。樹脂材料は、炭素繊維強化樹脂であってもよい。一方、固定ベルト１１及び固定ベルト１７は、ユーザＨの体格によって固定ベルト１１，１５の締め付け具合が変えられるように、織物、編物又は樹脂等により形成され、変形可能になっていてもよい。
　腰装着部１３は、ユーザＨの腰部に装着され、固定ベルト１１により固定される。固定ベルト１１は、例えば、バックル又は面ファスナー等の連結具１２を有し、連結具１２を連結させることにより固定ベルト１１が腰部に巻き付けられ、腰装着部１３が固定され得る。固定ベルト１１は、ベルトを折り返して長さを調節可能なアジャスタ等の長さ調節部を備えていてもよい。
　腰装着部１３のうち、ユーザＨの股関節の側方には、回動部２０が設けられている。回動部２０では、アーム部材２３と腰装着部１３とが相対的に回転可能に連結されている。例えば、回動部２０に設けられた図示しない回転軸に対して、アーム部材２３が回動可能に支持されていてもよい。アーム部材２３は、回動部２０から下方に延設され、アーム部材２３の下方側には、大腿部装着部１５が接続されている。本実施形態にかかる動作補助装置１０では、大腿部装着部１５が、本発明の装着部に相当する。
　大腿部装着部１５は、ユーザＨの脚部のうちの大腿部の下方に装着され、固定ベルト１７により固定される。固定ベルト１７は、バックル又は面ファスナー等の図示しない連結具を有し、連結具を連結させることにより固定ベルト１７が大腿部に巻き付けられ、大腿部装着部１５が固定され得る。固定ベルト１７は、ベルトを折り返して長さを調節可能なアジャスタ等の長さ調節部を備えていてもよい。
　本実施形態にかかる動作補助装置１０では、大腿部装着部１５は、スライド機構４０及び回転機構６０を介して、２自由度の動作が可能な状態で、アーム部材２３に接続されている。つまり、大腿部装着部１５は、アーム部材２３に対して大腿部の長さ方向に沿って相対的にスライド可能に支持され、かつ、アーム部材２３に対して相対回転可能に支持される。これにより、大腿部装着部１５の位置が、ユーザＨの動作に伴う、回動部２０と大腿部装着部１５との距離の変化に追従可能になり、かつ、アーム部材２３に対する大腿部装着部１５の角度が可変になる。
　回動部２０の内部には、回転アクチュエータ２１が備えられている。回転アクチュエータ２１としては、例えば、ステッピングモータ又はブラシレスモータが用いられる。回転アクチュエータ２１は、減速機を備えてもよい。また、回転アクチュエータ２１は、回転式のロータリーモータを用いたアクチュエータに限らず、リニアモータと回転機構とを備えたアクチュエータであってもよい。かかる回転アクチュエータ２１を駆動させることにより、回動部２０を中心にアーム部材２３が回動する。これにより、大腿部装着部１５が装着されたユーザＨの大腿部の前後方向の動きが補助される。
　なお、回転アクチュエータは、回動部２０から離れた位置に設けられてもよい。この場合、ボーデンケーブルやワイヤ、ベルト等の動力伝達部材を介して、回動部２０に支持されたアーム部材２３を回動させることができる。
　また、動作補助装置１０は、ユーザＨの筋電位信号を検出するための図示しない筋電位センサを備える。筋電位センサは、動作補助装置１０により補助される動作に関わる運動単位（筋肉）に応じて、ユーザＨの体表面に配置される。本実施形態にかかる動作補助装置１０は、ユーザＨの脚の前後運動を補助する装置であり、筋電位センサは、例えば、ユーザＨの大腿四頭筋の筋電位を検出可能な位置に配置される。
　腰装着部１３の背中側には制御パック２６が備えられる。制御パック２６内には制御ユニット２５が収容されている。制御ユニット２５は、筋電位センサにより検出される筋電位信号を取得して演算処理を行い、回転アクチュエータ２１に対して駆動指令を出力する。制御ユニット２５は、ＣＰＵ及び記憶素子等の電子部品を備えて構成され、図示しない電気配線により筋電位センサ及び回転アクチュエータ２１に電気的に接続される。制御ユニット２５と、筋電位センサ又は回転アクチュエータ２１とは、無線の通信手段によって接続されてもよい。
　かかる動作補助装置１０では、ユーザＨの動作に伴って生成される筋電位信号が筋電位センサにより検出され、制御ユニット２５が当該筋電位信号の振幅に基づいて回転アクチュエータ２１の駆動トルクを決定し、回転アクチュエータ２１に駆動指令を送信する。これにより、回転アクチュエータ２１が回転駆動され、アーム部材２３が回転することによって、ユーザＨの脚の前後動作に対する補助力が生成される。
　（１－２．スライド機構及び回転機構）
　次に、本実施形態にかかる動作補助装置１０のスライド機構４０及び回転機構６０の一例について詳細に説明する。図３は、アーム部材２３の裏側（大腿部に面する側）の平面図、Ｉ－Ｉ断面矢視図及びＩＩ－ＩＩ断面矢視図を示す。図４は、大腿部装着部１５の表側（大腿部に面する側の反対側）の平面図、ＩＩＩ－ＩＩＩ断面矢視図及びＩＶ－ＩＶ断面矢視図を示す。図５は、大腿部装着部１５をアーム部材２３に接続した状態を表側から見た平面図、及び、側方から見た側面図を示す。
　図３に示すように、アーム部材２３は、ガイドレール（ガイド部）４１と、可動部４３と、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂと、第２の付勢部材５３ａ，５３ｂとを備える。ガイドレール４１は、両側面にレール溝４２を有し、例えば固定ネジ等によりアーム部材２３に固定されている。ガイドレール４１は、動作補助装置１０をユーザが装着した状態で、大腿部の長さ方向に沿って配置され得る。可動部４３は、大腿部側に突出する固定軸部５４を有する。かかる固定軸部５４には、大腿部装着部１５に設けられた接続部材６１が取り付けられる。可動部４３は、ガイドレール４１のレール溝４２に係合する係止突部４４を有し、ガイドレール４１から脱離しないようにして、ガイドレール４１上を移動可能になっている。したがって、可動部４３は、大腿部の長さ方向に沿ってスライド可能になっている。かかるガイドレール４１及び可動部４３が、スライド機構４０を構成する。ガイドレール４１及び可動部４３は、例えば、アルミニウム等の金属材料により構成されてもよい。
　アーム部材２３は、ガイドレール４１の両端に対応する位置にリブ４７，４９を有する。かかるリブ４７，４９は、ガイドレール４１上を移動する可動部４３のスライド範囲を規制する。また、一方のリブ４７には、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂの端部が固定され、他方のリブ４９には、第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの端部が固定される。第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの他端は、大腿部装着部１５に設けられた接続部材６１に固定される。つまり、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂは、一の部分が、ガイドレール４１が設けられたアーム部材２３側に固定され、他の部分が可動部４３とともにスライドする大腿部装着部１５側に固定される。アーム部材２３と大腿部装着部１５とは相対回転する部材である。本実施形態にかかる動作補助装置１０では、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂとして、引張コイルばねが用いられている。
　図４に示すように、接続部材６１は、大腿部装着部１５における大腿部側とは反対側の面に、例えば、固定ネジ６５ａ，６５ｂにより固定されている。接続部材６１は、可動部４３の固定軸部５４を受容する孔部６３を有し、固定軸部５４が孔部６３に嵌入されることにより、大腿部装着部１５とアーム部材２３とが接続される。固定軸部５４の先端部には、弾性ゴム等の弾性体からなる円環部５５が設けられ、円環部５５を弾性変形させて収縮させつつ固定軸部５４を孔部６３内に嵌入させることができる。また、固定軸部５４の嵌入後には、円環部５５が孔部６３内で係止され、固定軸部５４が接続部材６１から抜け落ちにくくなっている。
　固定軸部５４が孔部６３に嵌入された状態で、大腿部装着部１５は、固定軸部５４を中心に軸回転可能になっている。つまり、大腿部装着部１５は、スライド機構４０によるスライド方向に対して直交する方向に延在する固定軸部（回転軸）５４の軸回りに自転可能になっている。かかる固定軸部５４及び接続部材６１が、回転機構を構成する。
　接続部材６１における、大腿部装着部１５の長手方向の両端側には、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの端部が固定されている。大腿部装着部１５の長手方向の一端側に、第１の付勢部材５１ａ及び第２の付勢部材５３ａの端部が固定され、他端側に、第１の付勢部材５１ｂ及び第２の付勢部材５３ｂの端部が固定されている。図示した例では、固定ネジ６５ａ，６５ｂにより、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの端部が接続部材６１に固定されている。大腿部装着部１５の長手方向は、大腿部の周方向に略一致し、ガイドレール４１の配設方向に交差する。
　図５に示すように、大腿部装着部１５は、スライド機構４０及び回転機構を介してアーム部材２３に接続されている結果、固定軸部５４を中心に自転可能であるとともに、ガイドレール４１に沿ってスライド可能となっている。このとき、両端が、大腿部装着部１５に設けられた接続部材６１とアーム部材２３に設けられたリブ４７とに固定された第１の付勢部材５１ａ，５１ｂは、ガイドレール４１に沿って大腿部装着部１５をリブ４７側に引っ張る張力を発生し得る。また、両端が、大腿部装着部１５に設けられた接続部材６１とアーム部材２３に設けられたリブ４９とに固定された第２の付勢部材５３ａ，５３ｂは、ガイドレール４１に沿って大腿部装着部１５をリブ４９側に引っ張る張力を発生し得る。
　このため、大腿部装着部１５をスライドさせる負荷が発生していない状態では、４本の第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの張力が釣り合う位置に大腿部装着部１５が保持される。つまり、スライド機構４０によるスライド範囲の中間位置に大腿部装着部１５が保持される。このとき、大腿部装着部１５は、４本の第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂの張力が釣り合う姿勢（初期姿勢）で保持される。
　したがって、可動部４３がガイドレール４１に沿ってリブ４７側にスライドした状態では、伸長する第２の付勢部材５３ａ，５３ｂによって可動部４３を中間位置に復帰させる張力が生じる。また、可動部４３がガイドレール４１に沿ってリブ４９側にスライドした状態では、伸長する第１の付勢部材５１ａ，５１ｂによって可動部４３を中間位置に復帰させる張力が生じる。
　また、大腿部装着部１５が固定軸部５４を中心に時計回りに自転した状態では、対角に配置された伸長する第１の付勢部材５１ａ及び第２の付勢部材５３ｂによって大腿部装着部１５を初期姿勢に復帰させる張力が生じる。また、大腿部装着部１５が固定軸部５４を中心に反時計回りに自転した状態では、対角に配置された伸長する第１の付勢部材５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａによって大腿部装着部１５を初期姿勢に復帰させる張力が生じる。
　第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂにより生じ得る張力は、大腿部装着部１５を中間位置あるいは初期姿勢に復帰させ得る張力であれば足り、大腿部装着部１５をスライドさせるためにユーザに大きな負荷がかからないようにされる。
　図６は、ユーザの歩行動作時の動作補助装置１０の作用について説明するための図である。上方に、動作補助装置１０を装着したユーザの動きが示され、下方に、ユーザの身体の関節位置と動作補助装置１０の関節位置（回動部の位置）とが示されている。動作補助装置１０の回動部２０の位置Ｐ１は、ユーザの実際の股関節の位置Ｐ０からずれて後方に位置している。
　動作補助装置１０を装着したユーザが直立した状態において、大腿部装着部１５は、ガイドレール４１に沿ったスライド範囲の中間位置にあるとする。実際の股関節の位置Ｐ０と大腿部装着部１５の装着位置（固定軸部５４の位置）Ｐ２との距離Ｌ０は、ユーザの姿勢にかかわらず一定である。
　股関節の位置Ｐ０と回動部２０の位置（回転軸の位置）Ｐ１とのずれにより、ユーザが右脚を前方に踏み出す際には、回動部２０の位置Ｐ１から、大腿部装着部１５の装着位置Ｐ２までの距離Ｌ２が、直立状態での距離Ｌ１に比べて長くなる（Ｌ２＞Ｌ１）。つまり、大腿部装着部１５は、スライド機構４０により膝関節側にスライドする。これにより、脚を前方に踏み出す動作が制限されることがなくなる。また、大腿部装着部１５は、回転機構により自転可能になっているため、大腿部装着部１５にかかる回転方向の負荷も緩和され得る。
　このとき、大腿部装着部１５には、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂにより、大腿部装着部１５をスライド範囲の中間位置に復帰させる張力が作用する。また、大腿部装着部１５には、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂにより、大腿部装着部１５を初期姿勢に復帰させる張力が作用する。したがって、ユーザが右脚を下ろす際に、大腿部装着部１５がスムーズに中間位置あるいは初期姿勢に向かって戻され、ユーザへの違和感を無くすことができる。
　さらに、ユーザが左脚を前方に踏み出す際には、右脚が後方に伸び、回動部２０の位置Ｐ１から、大腿部装着部１５の装着位置Ｐ２までの距離Ｌ３が、直立状態での距離Ｌ１に比べて短くなる（Ｌ３＜Ｌ１）。つまり、大腿部装着部１５は、スライド機構４０により股関節側にスライドする。これにより、脚を後方に伸ばす動作が制限されることがない。このとき、大腿部装着部１５は、回転機構により自転可能になっているため、大腿部装着部１５にかかる回転方向の負荷も緩和され得る。
　このとき、大腿部装着部１５には、第２の付勢部材５３ａ，５３ｂにより、大腿部装着部１５をスライド範囲の中間位置に復帰させる張力が作用する。また、大腿部装着部１５には、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂにより、大腿部装着部１５を初期姿勢に復帰させる張力が作用する。したがって、ユーザが右脚を再び前方に踏み出す際に、大腿部装着部１５がスムーズに中間位置あるいは初期姿勢に向かって戻され、ユーザへの違和感を無くすことができる。
　また、図示しないものの、ユーザが動作補助装置１０を身体に装着する前において、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂによって、大腿部装着部１５が、スライド範囲の中間位置において基本姿勢で支持される。したがって、ユーザによる動作補助装置１０の装着動作、あるいは、補助者によるユーザへの動作補助装置１０の装着動作を容易に行うことができる。
　以上説明したように、本実施形態にかかる動作補助装置１０においては、アーム部材２３を大腿部に装着するための大腿部装着部１５が、スライド機構４０及び回転機構を介してアーム部材２３に接続されている。したがって、大腿部装着部１５は、アーム部材２３に対して、２自由度の動作が許容され、ユーザの脚の曲げ伸ばし動作をスムーズに行わせることができる。
　また、動作補助装置１０は、大腿部装着部１５を、スライド範囲の中間位置、かつ、初期姿勢に復帰させる第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂを備えている。したがって、脚の曲げ伸ばし動作に伴う大腿部装着部１５のスライド動作、あるいは、回転動作からの復帰をスムーズに行わせることができ、ユーザに与える違和感を低減させることができる。また、かかる第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂを備えることにより、動作補助装置１０の装着前において、大腿部装着部１５が中間位置、かつ、基本姿勢で支持されるため、動作補助装置１０の装着動作を容易に行うことができる。
　＜２．第２の実施の形態＞
　次に、本発明の第２の実施の形態にかかる動作補助装置について説明する。第１の実施の形態にかかる動作補助装置１０では、大腿部装着部１５が、大腿部の長さ方向に沿ってスライド可能に支持され、かつ、アーム部材２３に対して回転可能に支持されていた。これに対して、本実施形態にかかる動作補助装置では、腰装着部とアーム部材とが、相対的にスライド可能かつ相対回転可能に支持されている。以下、主に、第１の実施の形態にかかる動作補助装置と異なる点について説明する。
　（２－１．動作補助装置の全体構成）
　図７は、動作補助装置８０を装着したユーザＨを側方から見た図である。本実施形態にかかる動作補助装置８０は、腰装着部８３と、第１のアーム部材９３と、第２のアーム部材９５と、大腿部装着部８５，８７とを備える。大腿部装着部８５，８７は、第１のアーム部材９３に固定されている。第１の実施の形態にかかる動作補助装置とは異なり、大腿部装着部８５，８７は、第１のアーム部材９３に対して、スライド可能及び回転可能にはなっていない。
　第２のアーム部材９５は、腰装着部８３に接続されている。本実施形態にかかる動作補助装置８０では、第２のアーム部材９５は、図示しないスライド機構及び回転機構を介して、２自由度の動作が可能な状態で、腰装着部８３に接続されている。つまり、第２のアーム部材９５と腰装着部８３とは、身体の長さ方向に相対的にスライド可能、かつ、相対回転可能になっている。これにより、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続位置が、ユーザＨの動作に伴う、回動部９０と腰装着部８３との距離の変化に追従可能になり、かつ、腰装着部８３に対する第２のアーム部材９５の角度が可変になる。
　スライド機構及び回転機構は、例えば、第１の実施の形態で説明したスライド機構４０及び回転機構６０と同様に構成され得る。かかる第２のアーム部材９５は、下端部に回動部９０を有し、当該回動部９０により、第１のアーム部材９３と第２のアーム部材９５とが回動可能に連結されている。本実施形態にかかる動作補助装置８０では、腰装着部８３が本発明の装着部に相当し、第２のアーム部材９５が本発明のアーム部材に相当する。回動部９０の内部には、図示しない回転アクチュエータが備えられている。かかる回転アクチュエータを駆動させることにより、回動部９０を中心に、第１のアーム部材９３が回動する。これにより、大腿部装着部８５，８７が装着されたユーザＨの大腿部の前後方向の動きが補助される。
　かかる動作補助装置８０では、ユーザＨの動作に伴って生成される筋電位信号が筋電位センサにより検出され、制御ユニット２５が当該筋電位信号の振幅に基づいて回転アクチュエータの駆動トルクを決定し、回転アクチュエータに駆動指令を送信する。これにより、回転アクチュエータが回転駆動され、第１のアーム部材９３が回転することによって、ユーザＨの脚の前後動作に対する補助力が生成される。
　本実施形態にかかる動作補助装置８０は、ここまでに説明した点以外については、第１の実施の形態にかかる動作補助装置１０と同様に構成され得る。
　（２－２．動作補助装置の作用）
　図８は、ユーザの歩行動作時の動作補助装置８０の作用について説明するための図である。上方に、動作補助装置８０を装着したユーザの動きが示され、下方に、ユーザの身体の関節位置と動作補助装置８０の関節位置（回動部の位置）とが示されている。動作補助装置８０の回動部９０の位置Ｐ１は、ユーザの実際の股関節の位置Ｐ０からずれて後方に位置している。
　動作補助装置８０を装着したユーザが直立した状態において、腰装着部８３と第２のアーム部材９５との接続部Ｐ３は、身体の長さ方向へのスライド範囲の中間位置にあるとする。本実施形態にかかる動作補助装置８０においては、大腿部２３に対する大腿部装着部８５，８７及び第１のアーム部材９３の位置は、ほぼズレないようになっている。
　ユーザが右脚を前方に踏み出す際には、股関節の位置Ｐ０と回動部９０の位置（回転軸の位置）Ｐ１とのずれにより、回動部９０の位置Ｐ１が下側にずれ、これに伴って、腰装着部８３と第２のアーム部材９５との接続部Ｐ３の位置も下側にスライドする（Ｐ３→Ｐ３’）。つまり、第２のアーム部材９５は、スライド機構により下側にスライドする。これにより、脚を前方に踏み出す動作が制限されることがなくなる。また、ユーザが右脚を前方に踏み出す際に、回動部９０が若干前方に移動することから、第２のアーム部材９５は、腰装着部８３との接続部Ｐ３’を中心に回動する。これにより、第２のアーム部材９５にかかる回転方向の負荷も緩和され得る。
　このとき、第２のアーム部材９５には、図示しない付勢部材により、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３をスライド範囲の中間位置に復帰させる張力が作用する。また、第２のアーム部材９５には、図示しない付勢部材により、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３を初期姿勢に復帰させる張力が作用する。したがって、ユーザが右脚を下ろす際に、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３がスムーズに中間位置あるいは初期姿勢に向かって戻され、ユーザへの違和感を無くすことができる。
　さらに、ユーザが左脚を前方に踏み出す際には、右脚が後方に伸び、回動部９０の位置Ｐ１が上側にずれ、これに伴って、腰装着部８３と第２のアーム部材９５との接続部Ｐ３の位置も上側にスライドする（Ｐ３→Ｐ３’’）。つまり、第２のアーム部材９５は、スライド機構４０により上側にスライドする。これにより、脚を後方に伸ばす動作が制限されることがない。また、第２のアーム部材９５は、回転機構により回動可能になっているため、第２のアーム部材９５にかかる回転方向の負荷も緩和され得る。
　このとき、第２のアーム部材９５には、付勢部材により、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３をスライド範囲の中間位置に復帰させる張力が作用する。また、第２のアーム部材９５には、付勢部材により、第２のアーム部材９５を初期姿勢に復帰させる張力が作用する。したがって、ユーザが右脚を再び前方に踏み出す際に、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３がスムーズに中間位置あるいは初期姿勢に向かって戻され、ユーザへの違和感を無くすことができる。
　また、図示しないものの、ユーザが動作補助装置８０を身体に装着する前において、付勢部材によって、第２のアーム部材９５が、スライド範囲の中間位置において基本姿勢で支持される。したがって、ユーザによる動作補助装置８０の装着動作、あるいは、補助者によるユーザへの動作補助装置８０の装着動作を容易に行うことができる。
　以上説明したように、本実施形態にかかる動作補助装置８０においては、第２のアーム部材９５が、スライド機構及び回転機構を介して腰装着部８３に接続されている。したがって、第２のアーム部材９５は、腰装着部８３に対して、２自由度の動作が許容され、ユーザの脚の曲げ伸ばし動作をスムーズに行わせることができる。
　また、動作補助装置８０は、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３を、スライド範囲の中間位置、かつ、初期姿勢に復帰させる付勢部材を備えている。したがって、脚の曲げ伸ばし動作に伴う第２のアーム部材９５のスライド動作、あるいは、回転動作からの復帰をスムーズに行わせることができ、ユーザに与える違和感を低減させることができる。また、かかる付勢部材を備えることにより、動作補助装置８０の装着前において、第２のアーム部材９５と腰装着部８３との接続部Ｐ３がスライド範囲の中間位置、かつ、基本姿勢で支持されるため、動作補助装置８０の装着動作を容易に行うことができる。
　また、本実施形態にかかる動作補助装置８０では、第１のアーム部材９３に固定された２つの大腿部装着部８５，８７が大腿部に固定されるようになっており、大腿部への補助力の伝達を効率よく行うことができる。また、かかる２つの大腿部装着部８５，８７は、大腿部の上下に配置されているために、上側の大腿部装着部８５を大腿直筋の筋電位を検出するＥＭＧ（ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ）センサの設置位置として利用したり、下側の大腿部装着部８７を縫工筋の筋電位を検出するＥＭＧセンサの設置位置として利用したりすることができる。さらに、かかる動作補助装置８０では、腰装着部８３が比較的上方に装着され、臀部の周りに配置される構成部品が少なくなり、使用時の快適性を向上させることができる。
　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、上記各実施形態及び以下の変形例で説明した動作補助装置を適宜組み合わせて構成し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
　例えば、上記実施形態では、ガイドレール４１やリブ４７，４９が、大腿部に沿って配置されるアーム部材２３の本体の内部に設けられていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、大腿部に沿って配設されるガイドレール等が設けられた部材をアーム部材２３に接続し、当該部材に大腿部装着部１５が接続されてもよい。かかる構成によれば、アーム部材２３の本体の形状の自由度が高められ、かつ、ガイドレールの配設方向を適切な方向に設定することができる。
　また、上記実施形態では、第１の付勢部材５１ａ，５１ｂ及び第２の付勢部材５３ａ，５３ｂとして４本の引張コイルばねが用いられていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、大腿部装着部１５に対して、互いに反対方向へ張力を発生可能な２本の引張コイルばねが用いられてもよい。この場合、ガイドレール４１に沿ってスライドする可動部４３のスライド方向に重なるように２本の引張コイルばねを配置することにより、大腿部装着部１５を中間位置、かつ、初期姿勢に復帰させ得る張力を発生させることができる。
　また、大腿部装着部１５を中間位置、かつ、初期姿勢に復帰させるための付勢部材は、引張コイルばねに限られない。例えば、図９に示すように、ガイドレール４１上の可動部４３における、スライド方向に交差する方向の両端部に取り付けた弾性ゴム５９をアーム部材２３に固定することによっても、スライドする大腿部装着部１５をスライド範囲の中間位置に復帰させることができる。
　また、上記実施形態では、アーム部材２３側にガイドレール４１が設けられ、当該ガイドレール４１に沿って、大腿部装着部１５がスライドしていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、ガイドレールが大腿部装着部１５側に設けられ、アーム部材２３が連結された可動部に対して、大腿部装着部１５が相対的にスライドしてもよい。
　また、上記実施形態では、動作補助装置１０の回動部２０の位置が、ユーザの実際の股関節の側方の位置から後方にずれる例を説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明は、動作補助装置１０の回動部２０の位置が、ユーザの実際の股関節の側方の位置から前方にずれる場合や、その他の適宜の方向にずれる場合であっても適用され得る。
　また、上記実施形態では、動作補助装置１０が、ユーザＨの両脚の前後運動を補助する装置として構成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、動作補助装置は、ユーザＨの片脚の前後運動を補助する装置であってもよい。この場合、回動部２０、アーム部材２３及び大腿部装着部１５は、左右のいずれか一方にのみ設けられる。また、動作補助装置１０は、大腿部の前後運動を補助する装置に限られず、ひざ関節を中心としたふくらはぎの動作を補助する装置であってもよいし、上肢の動作を補助する装置であってもよい。
　例えば、図１０に示すように、動作補助装置１０は、股関節の側方に配置される回動部２０とともに、膝関節の側方に配置される回動部８０を備え、それぞれの回動部２０，８０に回転可能に支持されるアーム部材２３，８３に接続される装着部１５，８５が、上述したスライド機構及び回転機構を介して接続されてもよい。
 

Claims (7)

  1. 　ユーザの所定の関節の側方に配置される回動部と、
    　前記回動部により回転可能に保持されたアーム部材と、
    　前記アーム部材に接続され、前記ユーザの人体の所定の部位に装着される装着部と、
    　前記アーム部材と前記装着部とを、前記所定の方向へ相対的にスライド可能にするスライド機構と、
    　前記アーム部材と前記装着部とを相対回転可能にする回転機構と、
    　前記装着部を、スライド範囲の中間位置に復帰させる付勢部材と、
    　を備える、動作補助装置。
  2. 　前記付勢部材は、前記長さ方向の一方側へ前記装着部を付勢する第１の付勢部材と、前記長さ方向の他方側へ前記装着部を付勢する第２の付勢部材と、を含む、請求項１に記載の動作補助装置。
  3. 　前記スライド機構は、前記装着部をスライドさせる負荷が発生していない状態で、前記スライド範囲の中間位置に前記装着部を保持する、請求項１又は２に記載の動作補助装置。
  4. 　前記スライド機構は、
    　前記アーム部材及び前記装着部のいずれか一方側に備えられたガイド部と、
    　前記アーム部材及び前記装着部の他方側に備えられ、前記ガイド部に沿って移動する可動部と、を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の動作補助装置。
  5. 　前記回転機構の回転軸が、前記可動部に設けられる、請求項４に記載の動作補助装置。
  6. 　前記付勢部材は、一の部分が前記ガイド部が設けられた部材側に固定され、他の部分が前記可動部とともにスライドする部材側に固定される、請求項４又は５に記載の動作補助装置。
  7. 　前記付勢部材は、前記回転機構により相対回転する２つの部材間に架設される、請求項１～６のいずれか１項に記載の動作補助装置。
     
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