WO2018008706A1 - 動作アシスト装置 - Google Patents

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WO2018008706A1
WO2018008706A1 PCT/JP2017/024729 JP2017024729W WO2018008706A1 WO 2018008706 A1 WO2018008706 A1 WO 2018008706A1 JP 2017024729 W JP2017024729 W JP 2017024729W WO 2018008706 A1 WO2018008706 A1 WO 2018008706A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
link
joint
axis
coupling mechanism
slidable
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/024729
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
直人 齋藤
橋本　稔
道彦 小関
淳 塚原
Original Assignee
国立大学法人信州大学
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 国立大学法人信州大学 filed Critical 国立大学法人信州大学
Publication of WO2018008706A1 publication Critical patent/WO2018008706A1/ja

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Classifications

    • A—HUMAN NECESSITIES
    • A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61F—FILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F2/00—Filters implantable into blood vessels; Prostheses, i.e. artificial substitutes or replacements for parts of the body; Appliances for connecting them with the body; Devices providing patency to, or preventing collapsing of, tubular structures of the body, e.g. stents
    • A61F2/02—Prostheses implantable into the body
    • A61F2/30—Joints

Definitions

  • the present invention relates to a motion assist device that assists the movement of a joint of a wearer.
  • This type of motion assist device is known to be an in-body type or an external type.
  • An implantable motion assist device is disclosed in Patent Documents 1 and 2.
  • an actuator is incorporated in the artificial joint, and assist force for moving the artificial joint is applied to the artificial joint.
  • Artificial joints are not suitable for people whose joints are healthy but who have difficulty in walking or other movements due to reduced muscle strength.
  • each of the two rims driven by the electric motor is fixed to each bone connected to the joint, and the assisting force from the electric motor is applied to each bone. I am doing so. It can be used for people who have healthy joints but have difficulty in walking and other movements.
  • the rotational force of the electric motor is transmitted to each bone via a rigid member.
  • a rigid member for transmitting the assist force turns in the front-rear direction of the human body around the mechanical joint axis provided in the motion assist device.
  • the motion assist device generates an assist force that assists bending and stretching movements around the joint, but the center of the assist force is always at a fixed position.
  • each joint part of the human body is complicated.
  • the joint axis of the knee joint moves in the front-rear and up-down directions as the knee bends and extends.
  • the joint center does not substantially move.
  • forward and backward bending / extension movements adduction / abduction movements, internal / external rotation movements, and their combined movements occur.
  • the assist force transmission system when the assist force transmission system is composed of rigid members and the center position of the assist force that assists bending and stretching movements is fixed, it is not possible to follow such complicated movement of the human body. Natural movement cannot be reproduced.
  • the motion assist device when the motion assist device is mounted, the movement of the joint portion assisted by the motion assist device is restricted by the motion of the motion assist device. Undesirable forces may be applied to the human body joint, and the wearer may not be able to move the joint as intended, and the wearer may feel restrained or uncomfortable.
  • Patent Documents 3 and 4 propose an exterior type motion assist device.
  • the motion assist devices described in Patent Documents 3 and 4 assisting bending and stretching movements in accordance with the bending and stretching movements of the human body in consideration of the movement of the joint axis in the longitudinal and vertical directions accompanying the bending and stretching movements of the knee joints.
  • a mechanism for moving the rotating shaft of the force back and forth and up and down is provided.
  • the current situation is that the movement of the joint axis of the human body accompanying bending and stretching movements is not taken into account in the implantable movement assist device that assists the movement such as the walking movement without using the artificial joint. Further, there has not been proposed an implantable motion assist device that is suitable for use in an internal / external rotation motion, an internal / external rotation motion, or a hip joint in which these combined motions occur in addition to a flexion / extension motion.
  • the movement of the joint axis of the joints of the human body accompanying bending and stretching movements during walking movements is complicated.
  • the joint center does not move even if the rotation center line of the assist force on the side of the motion assist device is moved in the front-rear direction of the human body according to the bending angle of the knee joint along an arc-shaped locus.
  • an assist operation without a sense of restraint or discomfort for the wearer cannot be realized.
  • An object of the present invention is to provide an in-vivo type motion assist device that can transmit a required assist force to a joint without restricting natural movement of each joint of a human body.
  • the object of the present invention is to attach and use from outside the joint part of the human body, which can transmit the required assist force to the joint part without restricting the natural movement of each joint of the human body.
  • Another object of the present invention is to provide an exterior type motion assist device.
  • the motion assist device used to assist the movement of the joint of the wearer according to the present invention is a first and second bone that is a pair of bones that perform relative motion around the joint in the case of an implantable type. Then, the following configuration is provided.
  • the case of the exterior type motion assist device according to the present invention is shown in parentheses, with one human body part performing relative motion around the joint as the first human body part and the other as the second human body part.
  • the motion assist device includes a first link fixed to a first bone (first link attached to a first human body part) and a second link fixed to a second bone (second human body).
  • a second link attached to the part) a rotary actuator for generating an assist force in which the rotation output shaft is fixed to the second link, and a coupling mechanism connecting between the first link and the rotary actuator.
  • the coupling mechanism is connected to the first link so as to be slidable in the first direction, and is connected to the rotary actuator so as to be relatively slidable in the second direction different from the first direction.
  • Each of the first direction and the second direction is a direction along an arc centered on a point located on an extension line of the central axis of the rotation output shaft.
  • first and second links attached to the first and second bones also tend to move relative to such movement.
  • the rotary actuator having the rotary output shaft fixed to the second link is connected to the first link side through a coupling mechanism so as to be slidable in two directions. It is embedded in the body so that the center axis of the rotation output shaft of the rotary actuator passes through the joint center, for example, the joint center of the hip joint (in the case of the exterior type, it is mounted outside the corresponding human body part). Accordingly, following the movement in each direction around the joint center such as the hip joint, the central axis of the rotation output shaft, that is, the rotation center line of the second link swings around the joint center.
  • the first and second links following the movement of the wearer's joint around the joint center, the first and second links also perform relative movement around the joint center. It does not hinder the natural movement of the wearer's joint. Further, it is possible to prevent or suppress an unnecessary force component in a direction different from the assist direction from acting on the joint due to the assist force transmitted from the first and second links.
  • An implantable motion assist device (exterior motion assist device) can be realized that maintains the mobility of the joint and does not give the wearer a sense of restraint or discomfort.
  • the coupling mechanism can be connected to each of the first link and the rotary actuator so as to slide in a surface contact state along a slide surface defined by a spherical surface or a cylindrical surface.
  • the coupling mechanism is A first coupling member fixed to or integrally formed with the first link; A second coupling member fixed to or integrally formed with the support member; An intermediate coupling member that is slidably connected to the first coupling member in a surface contact state in the first direction and is slidably connected to the second coupling member in a surface contact state in the second direction. I have.
  • Three members (a first coupling member, an intermediate coupling member, and a second coupling member) are coupled so as to be slidable along the slide surface in a surface contact state. Therefore, a large assist force can be stably transmitted through these members.
  • the motion assist device of the present invention is used, for example, to assist the movement of the hip joint.
  • the first link is a link fixed to one of the pelvis and the femur constituting the hip joint.
  • the second link is a link fixed to the other of the pelvis and the femur (in the case of the exterior type, the first link is attached to the waist and the second link is attached to the thigh).
  • Intramedullary nails are used to construct an assist force transmission mechanism without placing an excessive burden on the joint, bone, etc. of the wearer.
  • the implantable type in order to fix the intramedullary nail inserted and fixed in the medullary cavity of the femur and the first and second links fixed to the femur to the intramedullary nail.
  • the fixing tool is used.
  • the motion assist device having the above configuration is suitable for use in so-called ball joint type joints such as hip joints and shoulder joints.
  • joints such as knee joints and elbow joints are parts that perform bending and extending movements around the joint axis, and the position of the joint axis moves along with the bending and extending movements.
  • the motion assist device of the present invention that can be used for a knee joint or the like has the following configuration when a pair of bones that perform relative motion centering on a joint are first and second bones in the case of an implantable type. I have.
  • the case of the exterior type motion assist device according to the present invention is shown in parentheses, with one human body part performing relative motion around the joint as the first human body part and the other as the second human body part.
  • the motion assist device includes a first attachment member (a first attachment member attached to a first human body part) attached to a first bone, and a second attachment member (a first attachment member attached to a second bone).
  • a second attachment member attached to the second human body part a first link arranged in a state extending from the joint along the first bone (first human body part), and a second bone (first from the joint).
  • the second link disposed in a state extending along the two human body parts), the first link distal end portion disposed on the joint side of the first and second links, and the device side joint shaft passing through the second link distal end portion.
  • the first cable connecting the mounting member It has a pulling mechanism, and a second coupling mechanism which connects between the second link rear end and a second mounting member arranged on the side remote from the joint in the second link.
  • the first link is circumferential with respect to the first mounting member along a cylindrical surface centering on an axis extending perpendicular to the device-side joint axis and extending in the length direction of the first link. Are slidable in the axial direction.
  • the second coupling mechanism causes the second link to have a circular shape along the cylindrical surface with the center line of the axis extending perpendicular to the device-side joint axis and extending in the length direction of the second link with respect to the second mounting member. It is slidable in the circumferential direction and slidable in the direction of the axis.
  • the operation assist device having this configuration can also be used as an exterior type operation assist device.
  • one human body part connected to the joint to be assisted is the first human body part and the other human body part is the second human body part
  • the first attachment member is connected to the first human body part from the outside.
  • the second attachment member is fixed or attached to the second human body part from the outside.
  • Other members described above are also attached from the outside of the human body.
  • each of the first and second links is slidable in a direction along the first and second bones (first and second human body parts). It is slidable in the circumferential direction along a cylindrical surface centering on an axis perpendicular to the axis. Therefore, the device-side joint axis that passes through the first and second link tips can move substantially following the movement of the joint axis on the human body side. Therefore, the natural movement of the wearer's joint is substantially maintained, and an unnecessary force component in a direction different from the assist direction acts on the joint by the assist force transmitted from the first and second links. There is almost no. Thereby, it is possible to realize an operation assist device that maintains the mobility of the joint and does not give the wearer a sense of restraint or discomfort.
  • a cam mechanism can be used.
  • the first link rear end portion arranged on the side away from the joint in the first link and the first bone (first body part in the case of the exterior type) attached to the first bone.
  • the first coupling mechanism that connects between the first mounting member and the first mounting member is slidable along the first cam groove and a first slide base having an outer peripheral curved surface in which a first cam groove having a predetermined shape is formed.
  • the first slide base is attached to the first attachment member, and the first cam follower is attached to the rear end portion of the first link.
  • the second coupling mechanism connecting the members includes a second slide base having an outer peripheral curved surface formed with a second cam groove having a predetermined shape, and a second slide slidable along the second cam groove.
  • the cam follower is provided, the second slide base is attached to the second attachment member, and the second cam follower is attached to the rear end portion of the second link.
  • the movement of the joint axis of the person who actually uses the motion assist device may be measured or simulated, and the groove shapes of the first and second cam grooves may be set based on this.
  • the following mechanisms can be used as the first and second coupling mechanisms.
  • the first coupling mechanism that couples the first link is rotatable about a first axis parallel to the device-side joint axis and a second axis perpendicular to the first link. In a state slidable in the direction of the third axis perpendicular to the two axes and extending in the length direction of the first link, and slidable in the circumferential direction along the cylindrical surface with the third axis as the center line, The first attachment member is connected.
  • the second coupling mechanism connecting the members can rotate the second link about each of a fourth axis parallel to the apparatus-side joint axis and a fifth axis orthogonal thereto, Slidable in the direction of the sixth axis perpendicular to the fifth axis and extending in the length direction of the second link, and slidable in the circumferential direction along the cylindrical surface with the sixth axis as the center line And connected to the second mounting member.
  • the first and second coupling mechanisms and the mounting portion of the rotary actuator can be configured as follows.
  • the rotary actuator is attached to the tip of the first link, and the device-side joint axis is defined by the rotation output shaft.
  • a second link tip is attached to the rotation output shaft. The point between the first link tip and the second link tip is located on the device side joint axis on the side of the joint relative to the first and second link tips, and is opposite to the joint. It is connected in a slidable state along a convex spherical surface.
  • the first coupling mechanism can rotate the first link about a first axis parallel to the device-side joint axis, and extend in the length direction of the first link perpendicular to the first axis. It is connected to the first mounting member so as to be slidable in the direction of the axis and slidable in the circumferential direction along a cylindrical surface having the third axis as the center line.
  • the second coupling mechanism can rotate the second link about a fourth axis parallel to the apparatus-side joint axis, and is orthogonal to the fourth axis and extends in the length direction of the second link. It is slidable in the direction of the sixth axis and is connected to the second mounting member in a state of being slidable in the circumferential direction along a cylindrical surface having the sixth axis as the center line.
  • the present invention is applied to an implantable walking assist device for assisting hip joint and knee joint movements, particularly walking motions.
  • the present invention can also be used as an exterior-type motion assist device.
  • a component of the motion assist device may be attached and fixed from the outside to a part of a human body connected to a joint.
  • the present invention also provides an operation assist device that is attached to the shoulder joint part to assist in operations other than walking, for example, raising and lowering the arm, and an elbow joint part to assist in operations such as bending and stretching of the elbow. It can also be used as an operation assist device. It can also be used as an apparatus that performs operation assistance by attaching it to a joint part of a human body other than these.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram when the implantable walking assist device according to the present embodiment is viewed from the front side of the wearer.
  • the walking assist device 1 (hereinafter simply referred to as “assist device 1”) is embedded in the wearer's body, in this example, the left leg 11, and the hip joint 12 and the knee joint 13 associated with the walking motion of the left leg 11. Assists in bending and stretching movements.
  • the assist device 1 includes a hip joint motion assist unit 2 and a knee joint motion assist unit 4.
  • the hip joint assist unit 2 is embedded in the left hip joint 12 and assists in bending and stretching movements during walking around the hip joint 12.
  • the knee joint motion assist unit 4 is embedded in a portion of the left knee joint 13 and assists in bending and stretching movements during walking around the knee joint 13.
  • Assist device 1 includes a battery power source 5 and a control unit (not shown).
  • the battery power source 5 is embedded in the vicinity of the pelvis.
  • Power supply cords 6 and 7 extend from the battery power source 5.
  • One power supply cord 6 is connected to the upper hip joint motion assist unit 2, and the other power supply cord 7 is connected to the knee joint motion assist unit 4.
  • a control unit (not shown) is an in-body type or an exterior type unit. The control unit controls the driving of the hip joint motion assist unit 2 and the knee joint motion assist unit 4 in conjunction with the movement of the human body, for example, by a control method using a neural oscillator model. Such a control method is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2015-44240 by the applicant of the present application.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram for explaining the operation of the hip joint assist unit.
  • the hip joint motion assist unit 2 includes a rotary actuator 21 for generating assist force.
  • the distal end portion of the rotation output shaft 22 of the rotary actuator 21 is fixed to a first link 23 that is fixed to the pelvis 14 side of the hip joint 12.
  • a second link 24 is fixed to the femur 16 of the hip joint 12.
  • the first link 23 and the rotary actuator 21 are connected by a coupling mechanism 25.
  • the rotary actuator 21 can be composed of, for example, an electric motor, a speed reducer that decelerates and outputs the output, and a control unit that performs drive control of the electric motor.
  • the rotation output shaft 22 of the rotary actuator 21 rotates
  • the second link 24 fixed to the tip of the rotation actuator 21 turns around the central axis 22 a of the rotation output shaft 22.
  • the center axis 22a of the rotation output shaft 22 is set so as to pass through the joint center 12a of the hip joint 12 in a state of being mounted in the body.
  • the first link 23 is fixed to the head of a screw screw 26 screwed into the pelvis 14 and fixed to the pelvis side via the screw screw 26.
  • the second link 24 on the femur 16 side is fixed to the screw screw 27.
  • the screw screw 27 fixes the upper end portion of the intramedullary nail 28 inserted into the medullary cavity of the femur 16 to the upper epiphysis 16 a of the femur 16.
  • the coupling mechanism 25 includes a first coupling member 31 fixed to the first link 23, a second coupling member 32 fixed to the housing of the rotary actuator 21, and the first and second components.
  • An intermediate coupling member 33 disposed between the coupling members 31 and 32 is provided.
  • the intermediate coupling member 33 is connected to the first coupling member 31 (therefore, the first link 23) so as to be relatively slidable in the first direction. Further, the intermediate coupling member 33 is connected to the second coupling member 32 (and hence the rotary actuator 21) in a state in which the intermediate coupling member 33 can slide in a second direction different from the first direction.
  • a first slide surface 34 is formed between the intermediate coupling member 33 and the first coupling member 31.
  • the first slide surface 34 is defined by a convex first spherical surface on the left outer side of the human body.
  • the intermediate coupling member 33 and the first coupling member 31 perform a human body up-down direction (inner abduction motion centered on the hip joint) that is a first direction in a surface contact state. It is possible to slide in an allowable direction).
  • a second slide surface 35 defined by a convex second spherical surface is formed on the left outer side of the human body.
  • the intermediate coupling member 33 and the second coupling member 32 perform a human body longitudinal direction (internal / external rotation centering on the hip joint) which is a relatively second direction in a surface contact state. It is possible to slide in an allowable direction).
  • Each spherical surface that defines the first and second slide surfaces 34 and 35 is a concentric sphere centered on the point P.
  • the point P In a state of being embedded in the body, the point P is set so as to coincide with the joint center 12a of the hip joint 12 of the human body.
  • the coupling mechanism 25 has a stacked structure including a first coupling member 31 and a second coupling member 32, and an intermediate coupling member 33.
  • the convex spherical surface on the first coupling member 31 side and the concave spherical surface on the intermediate coupling member 33 side are provided.
  • the spherical surface is in surface contact.
  • the first engaging portion is composed of a slide guide groove and a slider.
  • a first slide guide groove 31a having a wide bottom side extending in the vertical direction is formed on the first coupling member 31 side, and the first slide guide groove 31a is formed on the intermediate coupling member 33 side.
  • a first slider 33a having a wide head that can slide along is formed.
  • the first restricting portion is, for example, a stopper 31b attached to the upper and lower ends of the first slide guide groove 31a.
  • the second engaging portion can be constituted by the slide guide groove and the slider.
  • the intermediate coupling member 33 is formed with a second slide guide groove 33b having a wide bottom side extending in the front-rear direction, and the second slide guide groove 33b is formed in the second coupling member 32.
  • a second slider 32a having a wide head slidable along is formed.
  • the second restricting portion is, for example, a stopper (not shown) attached to both ends of the second slide guide groove.
  • the rotation output shaft 22 of the rotary actuator 21 extends through the central portion of the coupling mechanism 25. Therefore, the first coupling member 31 and the intermediate coupling member 33 that slide in the first and second directions relative to the rotary actuator 21 have a range of movement of the rotary output shaft 22 accompanying the slide of the rotary actuator 21.
  • a through hole or groove having a size to be included is formed.
  • the second coupling member 32 that slides integrally with the rotary actuator 21 is formed with a through hole through which the rotary output shaft 22 penetrates in a rotatable state.
  • the first link 23 and the rotary actuator 21 can swing relatively within a predetermined angle range around the point P (joint center 12a). That is, the first link 23 and the second link 24 fixed to the rotation output shaft 22 of the rotary actuator 21 can swing relatively within a predetermined angle range around the point P (joint center 12a). It is.
  • the assist force of the bending / extending motion in the front-rear direction around the joint center of the hip joint 12 is transmitted from the rotation output shaft 22 of the rotary actuator 21 to the second link 24.
  • the assist force acts around the center of the joint center 12 a of the hip joint 12.
  • the first and second links 23 and 24 swing relatively around the joint center 12a following the movement on the human body side. Accordingly, it is possible to prevent or suppress the force that hinders the movement of the left leg 11 around the hip joint 12 such as the inward and outward rotation and the internal and external rotation from acting on the hip joint 12 side from the hip joint assist unit 2 side.
  • the knee joint motion assist unit 4 generates an assist force that assists in bending and stretching movements of the upper femur 16 and the lower tibia 17 connected to the knee joint 13.
  • the femur 16 and the tibia 17 perform bending and stretching movements in the front-rear direction of the human body around the joint axis.
  • the joint axis moves in the longitudinal direction of the human body according to the joint angle.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a knee joint motion assist unit 4A having the first configuration.
  • the knee joint motion assist unit 4A includes a first mounting member 41 having a circular arc plate shape attached to the femur 16 side and a second mounting member 42 attached to the tibia 17 side.
  • the first link 43 disposed so as to extend from the knee joint 13 along both sides of the femur 16 and the second link 44 disposed so as to extend from the knee joint 13 along both sides of the tibia 17 are provided. ing.
  • the device side joint shaft 45 passes through the first link distal end portion 43a and the second link distal end portion 44a disposed on the knee joint 13 side of the first link 43 and the second link 44, respectively.
  • the first and second links 43 and 44 are relatively openable and closable in the front-rear direction of the human body around the device-side joint shaft 45.
  • the first and second links 43 and 44 spanned between the femur 16 and the tibia 17 with the knee joint 13 interposed therebetween are driven to open and close by the rotary actuator 46 disposed on the side thereof. Is done.
  • the rotation actuator 46 is attached to the first link 43 side, and the second link 44 side is connected to the rotation output shaft of the rotation actuator 46.
  • the first link rear end 43b of the first link 43 on the side away from the knee joint 13 is connected to the first attachment member 41 via the first coupling mechanism 47.
  • the second link rear end portion 44 b on the side away from the knee joint 13 in the second link 44 is connected to the second attachment member 42 via the second coupling mechanism 48.
  • the first coupling mechanism 47 connects the first link rear end 43 b to the first mounting member 41.
  • the first link rear end portion 43 b is attached to the first attachment member 41 so as to be slidable in the circumferential direction 50 a along the cylindrical surface 50.
  • the cylindrical surface 50 is a cylindrical surface whose center line is an axis that is orthogonal to the device-side joint shaft 45 and extends in the length direction of the first link 43.
  • the first coupling mechanism 47 allows the first link rear end portion 43b to be slidable in a direction 49 along an axis perpendicular to the device-side joint shaft 45 and extending in the length direction of the first link 43. It is attached to the first attachment member 41.
  • the first coupling mechanism 47 includes a first slide member 51 having an arc plate shape and a second slide member 52 having an arc frame shape.
  • the first slide member 51 is arranged so as to be slidable within a predetermined angular range in the circumferential direction 50a along the cylindrical surface 50 formed on the surface of the first mounting member 41 having a circular arc plate shape.
  • On the upper surface of the first slide member 51 a guide rail 53 extending in a direction 49 orthogonal to the device-side joint shaft 45 is formed.
  • the second slide member 52 is arranged so as to be slidable along the guide rail 53.
  • first link rear end portions 43b on both sides are attached and fixed. Since the other second coupling mechanism 48 is configured in the same manner, the description thereof is omitted.
  • the knee joint motion assist unit 4 having this configuration can also be used as an external motion assist device.
  • the first attachment member 41 is mounted at a predetermined position from the outside on the thigh side, which is one human body part connected to the assisting knee joint, and is fixed so as not to move.
  • a second attachment member 42 is attached from the outside to the side of the lower leg, which is the other human body part connected to the knee joint, and is fixed so as not to move.
  • the other members are similarly mounted on the outside of the knee joint.
  • the first and second links 43 and 44 sandwiched between the femur 16 and the tibia 17 with the knee joint 13 interposed therebetween are respectively connected to the distal ends of the first and second links.
  • An assist force centered on the device-side joint shaft 45 on the side of the portions 43 a and 44 a is applied from the rotary actuator 46.
  • each of the first and second links 43 and 44 can slide in the vertical direction of the human body along the femur 16 and the tibia 17, and the circumferential direction of the cylindrical surface 50 49 is slidable in the internal / external rotation direction. Accordingly, the device-side joint shaft 45 passing through the first and second link distal end portions 43a and 44a can move in the front-rear direction of the human body substantially following the movement of the knee joint shaft on the human body side.
  • the knee joint axis 60 of the human body moves along an arcuate trajectory in the longitudinal direction of the human body with respect to the femur 16 as the knee joint 13 bends and stretches. At the same time, its attitude changes.
  • FIGS. 4B to 4D such a movement of the knee joint axis 60 is considered when a triangle 61 having the knee joint axis 60 as a base is considered, and the diagonal vertex 61a of the triangle 61 is set to the femur. It is considered reproducible by sliding along 16 bone surfaces.
  • first and second coupling mechanisms 47 and 48 are replaced with the first and second slide members 51 and 52 as described above.
  • First and second coupling mechanisms provided with cylindrical cams in which various cam grooves are formed are used. It is also possible to use the knee joint motion assist unit having the second configuration configured as described above.
  • the first coupling mechanism 47 ⁇ / b> B connected to (not shown) is connected to the slide base 67 including the outer peripheral curved surface 66 in which the first cam groove 65 having a predetermined shape is formed, and the cam groove 65.
  • a slidable cam follower 68 is attached to a first attachment member (not shown) fixed to the femur 16, and the cam follower 68 is connected to the rear end of the first link via an arc-shaped connecting frame 69. It can be set as the structure attached and fixed to the part 43b.
  • the side of the second coupling mechanism can be similarly configured.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a knee joint motion assist unit 4C including a coupling mechanism that can be used in place of the first and second coupling mechanisms 47 and 48 in the first configuration. Parts corresponding to the respective parts in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the first coupling mechanism 71 includes a first link rear end portion 43 b disposed on the side away from the knee joint 13 in the first link 43 and a first attachment member 41 attached to the femur 16. They are connected.
  • the first coupling mechanism 71 is capable of rotating the first link rear end portion 43b about each of a first axis 72 parallel to the device-side joint axis 45 and a second axis 73 orthogonal thereto,
  • a first mounting member that is slidable in the direction of a third axis 74 that is orthogonal to the second axes 72 and 73 and extends in the length direction of the first link 43 and that has a line extending in the direction of the third axis 74 as a center line
  • the first mounting member 41 is coupled to the first mounting member 41 so as to be slidable in the circumferential direction along the cylindrical surface 50.
  • the first coupling mechanism 71 is slidable over a predetermined angular range in the circumferential direction along the cylindrical surface 50 formed on the first mounting member 41 having an arc plate shape.
  • An arcuate plate-shaped slide member 76 is provided.
  • a pivot shaft portion 77 attached on the outer peripheral surface of the slide member 76 is provided.
  • a connecting frame 78 having an arc shape is passed through the shaft hole of the pivot shaft portion 77 so as to be slidable in the direction along the cylindrical surface 50.
  • the connecting frame 78 is supported by the pivot shaft portion 77 so as to be rotatable around the first axis 72 and the second axis 73 that are orthogonal to each other. Both end portions of the connecting frame 78 are attached and fixed to the first link rear end portions 43b on both sides.
  • the second coupling mechanism on the side of the tibia 17 is similarly configured.
  • FIG. 6 is an explanatory diagram showing a knee joint motion assist unit 4D provided with a coupling mechanism that can be used in place of the first and second coupling mechanisms 47 and 48 in the first configuration. Parts corresponding to the respective parts in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
  • the first link 81 on the femur 16 side has a first link distal end portion 81a protruding outward. It has an arc shape, and a portion on the first link rear end portion 81b side extends linearly.
  • the arc shape is a shape along a spherical surface centered on a point P in the middle of the first link tip 81a on both sides on the device-side joint shaft 45.
  • the other second link 82 has a similar shape and is disposed on both sides of the first link 81.
  • the rotary actuator 46 (a housing which is a fixed side member) is attached to one second link distal end portion 82a of the second link 82 on the tibia side.
  • a rotation output shaft 46 a of the rotary actuator 46 defines the device-side joint shaft 45.
  • one first link distal end portion 81a on the femur side is attached to the rotation output shaft 46a.
  • the space between the first link tip 81a and the second link tip 82a is slidable along a spherical surface 83 centered at the point P and convex to the opposite side (outside of the human body) from the knee joint. It is connected.
  • a structure similar to the coupling mechanism for the hip joint shown in FIG. 2 can be employed.
  • first link front end portion 81a and the second link front end portion 82a are also connected so as to be relatively slidable along a convex spherical surface 84 centered on the point P.
  • the first coupling mechanism 85 connecting the first link rear end 81b to the first attachment member 41 attached to the femur 16 has the first link rear end 81b parallel to the device-side joint shaft 45.
  • a line that is rotatable about one axis 86, is slidable in the direction of the third axis 87 that is orthogonal to the first axis 86 and extends in the length direction of the first link 81, and extends in the direction of the third axis 87.
  • the first mounting member 41 is coupled to the first mounting member 41 so as to be slidable in the circumferential direction along the cylindrical surface 50 serving as a center line.
  • the cylindrical surface 50 is formed on the outer peripheral surface of the first mounting member 41, and the first coupling mechanism 85 extends along the cylindrical surface 50 in the circumferential direction.
  • An arc-shaped slide member 89 arranged to be slidable within a predetermined angle range, a pivot shaft portion 90 attached to the outer peripheral surface of the slide member 89, and the pivot shaft portion 90 being rotated about the first axis 86
  • an arcuate connection frame 91 supported in a possible state.
  • the connecting frame 91 is supported by the pivot shaft portion 90 in such a manner that it can slide in the direction along the cylindrical surface 50.
  • the end portions on both sides of the connecting frame 91 are respectively attached and fixed to the first link rear end portions 81b on both sides.
  • the second coupling mechanism on the other tibia side is configured similarly.
  • an intramedullary nail 28 is inserted and fixed in the medullary cavity of the femur 16 on the knee joint 13 side, and upper and lower ends are fixed to the femur 16 with screw screws 26 and 27.
  • the intramedullary nail 101 is also inserted into the medullary cavity of the tibia 17.
  • An upper end side portion 102 of the intramedullary nail 101 is fixed to the tibia 17 by a screw screw 103, and a lower end portion 104 thereof is fixed to the tibia 17 by a plurality of transverse screws 105, for example.
  • the first mounting member 41 and the second mounting member 42 can be securely mounted to the femur 16 and the tibia 17.
  • the rotary actuator 46 fixed to the femur 16 in synchronization with the bending and stretching movement in the front-rear direction during the wearer's walking motion and the like. Is driven, and the rotation output shaft 46a rotates. The rotation of the rotation output shaft 46a is transmitted as a relative opening / closing motion of the first and second links about the device-side joint shaft 45 in the longitudinal direction of the human body. Via these first and second links, the knee joint 13 is given an assist force for bending and stretching exercises during walking and the like.
  • the knee joint axis on the human body side which is the center of the movement, moves in the longitudinal direction and the vertical direction of the human body.
  • the posture of the knee joint axis also changes.
  • the apparatus-side joint axis 45 is also displaced. Therefore, it is possible to apply only the assist force of the flexion and extension movement to the knee joint 13 without an unnecessary force acting on the upper and lower bones of the knee joint 13.
  • the wearer can receive an assist force while maintaining a natural movement close to a knee flexion and extension movement in a healthy state.

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Abstract

股関節動作アシストユニット（２）は、骨盤に固定される第１リンク（２３）と、大腿骨（１６）に固定される第２リンク（２４）と、第２リンク（２４）に回転出力軸（２２）が固定された回転アクチュエータ（２１）と、回転アクチュエータ（２１）と第１リンク（２３）の間を連結するカップリング機構（２５）とを備えている。第１リンク（２３）と第２リンク（２４）は、股関節（１２）の関節中心（１２ａ）を中心として、相対的に揺動可能である。屈伸運動のアシスト力が関節中心を通る中心軸線回りに作用し、内外転、内外旋運動の時には、それに追従して，第１、第２リンク（２３、２４）が関節中心回りに揺動する。人体の股関節の自然な動きを拘束せずにアシスト力を伝達できる。

Description

動作アシスト装置
　本発明は、装着者の関節部の動きをアシストする動作アシスト装置に関する。
　この種の動作アシスト装置としては、体内埋め込み型のものと外装型のものとが知られている。体内埋め込み型の動作アシスト装置は特許文献１、２に開示されている。特許文献１に開示の動力付き人工関節では、人工関節内にアクチュエータが組み込まれ、人工関節を動かすためのアシスト力を人工関節に加えている。人工関節は、関節部分が健常であるが筋力の低下などにより歩行等の動作が困難な人には適していない。
　特許文献２に開示の埋込型動作補助装置では、電動モータによって駆動される２本のリムのそれぞれを、関節に繋がっている各骨に固定し、電動モータからの補助力を各骨に加えるようにしている。関節部分が健常であるが歩行等の動作が困難な人に用いることができる。
　これらの特許文献１、２に開示の動作アシスト装置では、電動モータの回転力を、各骨に対して剛体部材を介して伝達している。動作アシスト装置に設けた機械的な関節軸を中心として、アシスト力伝達用の剛体部材が、人体の前後方向に旋回する。動作アシスト装置は、関節部を中心とする屈伸運動をアシストするアシスト力を発生するが、アシスト力の中心は常に定まった位置にある。
　人体の各関節部の動きは複雑である。例えば、膝関節においては、膝の屈伸運動に伴って膝関節の関節軸が前後および上下方向に移動する。股関節、肩関節などのボールジョイント系の関節においては、その関節中心は実質的に移動することはない。しかし、前後の屈伸運動に加えて、内転・外転運動、内外旋運動、および、それらの複合運動が生じる。
　動作アシスト装置において、剛体部材からアシスト力伝達系が構成され、屈伸運動をアシストするアシスト力の中心位置が固定されている場合には、このような複雑な人体の動きに追従できず、本来の自然な動きを再現できない。換言すると、動作アシスト装置を装着した場合には、それによってアシストされる関節部分の動きが動作アシスト装置の動きに拘束される。人体関節部分に不要な力が作用し、装着者が関節を意図するように動かせない、装着者が拘束感・違和感を覚える、などの弊害が発生することがある。
　一方、特許文献３、４には外装型の動作アシスト装置が提案されている。これらの特許文献３、４に記載の動作アシスト装置では、膝関節の屈伸運動に伴う関節軸の前後方向および上下方向への移動を考慮して、人体の屈伸運動に合わせて、屈伸運動のアシスト力の回転軸を前後および上下方向に移動させる機構が備わっている。
特開２００６－２６１９７号公報 特開２００９－９５３８２号公報 特開２００７－２７５４８２号公報 特開２０１３－７０７８３号公報
　人工関節を用いずに、歩行動作などの動作をアシストする体内埋め込み型の動作アシスト装置では、屈伸運動に伴う人体の関節軸の移動は考慮されていないのが現状である。また、屈伸運動に加えて内外転運動、内外旋運動、および、これらの複合運動が生じる股関節などに用いるのに適した体内埋め込み型動作アシスト装置は提案されていない。
　さらに、歩行動作などにおける屈伸運動に伴う人体の関節部の関節軸の動きは複雑である。例えば、膝関節において、円弧状の軌跡に沿って動作アシスト装置の側のアシスト力の回転中心線を、膝関節の屈曲角に応じて人体の前後方向に移動させても、関節が動かないことがある。また、装着者にとって拘束感、違和感のないアシスト動作を実現できないことがある。
　本発明の目的は、人体の各関節の自然な動きを拘束することなく、必要とされるアシスト力を関節部に伝えることのできる体内埋め込み型の動作アシスト装置を提供することにある。
　また、本発明の目的は、人体の各関節の自然な動きを拘束することなく、必要とされるアシスト力を関節部に伝えることのできる、人体の関節部分に対して外側から装着して用いられる外装型の動作アシスト装置を提供することにある。
　本発明による、装着者の関節の動きをアシストするために使用される動作アシスト装置は、体内埋め込み型の場合には、関節を中心として相対運動を行う一対の骨を第１および第２の骨とすると、次の構成を備えている。本発明による外装型の動作アシスト装置の場合を、関節を中心として相対運動を行う一方の人体部位を第１の人体部位、他方を第２の人体部位として、括弧書きで示す。
　本発明による動作アシスト装置は、第１の骨に固定される第１リンク（第１の人体部位に装着される第１リンク）および第２の骨に固定される第２リンク（第２の人体部位に装着される第２リンク）と、第２リンクに回転出力軸が固定されているアシスト力発生用の回転アクチュエータと、第１リンクと回転アクチュエータの間を連結しているカップリング機構とを有している。カップリング機構は、第１リンクに対して相対的に第１方向にスライド可能な状態で連結され、回転アクチュエータに対して相対的に第１方向とは異なる第２方向にスライド可能な状態で連結されている。第１方向および第２方向は、それぞれ、回転出力軸の中心軸線の延長線上に位置する点を中心とする円弧に沿った方向であることを特徴としている。
　関節を中心とする相対運動、例えば、股関節のようなボールジョイント系の関節の場合には、前後方向への屈伸運動に加えて、内外転運動、内外旋運動、および、それらの複合運動において、関節中心回りの各方向の相対運動が生じる。第１、第２の骨に取り付けられている第１、第２リンクも、このような動きに合わせて相対的に移動しようとする。
　第２リンクに回転出力軸が固定されている回転アクチュエータは、カップリング機構を介して、二方向に相対的にスライド可能な状態で第１リンクの側に連結されている。回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が関節中心、例えば股関節の関節中心を通る状態となるように体内に埋め込まれる（外装型の場合には、該当する人体部位の外側に装着される）。これにより、股関節などの関節中心回りの各方向の動きに追従して、回転出力軸の中心軸線、すなわち、第２リンクの回転中心線が関節中心を中心として揺動する。
　本発明によれば、装着者の関節の関節中心回りの動きに追従して、第１、第２リンクも関節中心回りに相対運動を行う。装着者の関節の自然な動きを阻害することがない。また、第１、第２リンクから伝達されるアシスト力によってアシスト方向とは異なる方向の不要な力成分が関節に作用することも、防止あるいは抑制できる。関節の可動性を維持し、また、装着者に拘束感あるいは違和感を与えることのない体内埋め込み型の動作アシスト装置（外装型の動作アシスト装置）を実現できる。第１リンクと第２リンク間を二方向にスライド可能なカップリング機構を介して連結するという単な構造を採用しているので、装置構成の小型・コンパクト化が容易であり、体内に埋め込む場合に適している。
　本発明において、カップリング機構を、球面あるいは円筒面によって規定されるスライド面に沿って面接触状態でスライドするように、第１リンクおよび回転アクチュエータのそれぞれに連結しておくことができる。
　例えば、カップリング機構は、
　第１リンクに固定され、あるいは一体形成された第１カップリング部材と、
　支持部材に固定され、あるいは一体形成された第２カップリング部材と、
　第１カップリング部材に対して第１方向に面接触状態でスライド可能に連結され、第２カップリング部材に対して第２方向に面接触状態でスライド可能に連結された中間カップリング部材と
を備えている。
　面接触状態でスライド面に沿ってスライド可能に、三部材（第１カップリング部材、中間カップリング部材および第２カップリング部材）が連結される。よって、これらの部材を介して、安定して大きなアシスト力を伝達できる。
　本発明の動作アシスト装置は、例えば、股関節の動きをアシストするために用いられる。この場合、第１リンクは、股関節を構成する骨盤および大腿骨のうちの一方に固定されるリンクである。第２リンクは、骨盤および大腿骨のうちの他方に固定されるリンクである（外装型の場合には、第１リンクは腰に装着され、第２リンクは大腿部に装着される。）。
　装着者の関節部、骨などに過大な負担を掛けることなくアシスト力の伝達機構を構成するために、髄内釘が用いられる。体内埋め込み型の場合には、大腿骨の髄腔内に挿入固定される髄内釘と、第１、第２リンクのうち、大腿骨に固定される側のリンクを髄内釘に固定するための固定具とが用いられる。
　上記構成の動作アシスト装置は、股関節、肩関節などのような、いわゆる、ボールジョイント系の関節に用いるのに適している。これに対して、膝関節、肘関節などの関節は、関節軸を中心として屈曲伸展運動を行う部分であり、また、関節軸の位置が屈伸運動に伴って移動する。
　膝関節などに用いることのできる本発明の動作アシスト装置は、体内埋め込み型の場合には、関節を中心として相対運動を行う一対の骨を第１および第２の骨とすると、次の構成を備えている。本発明による外装型の動作アシスト装置の場合を、関節を中心として相対運動を行う一方の人体部位を第１の人体部位、他方を第２の人体部位として、括弧書きで示す。
　本発明による動作アシスト装置は、第１の骨に取り付けられる第１取付部材（第１の人体部位に装着される第１取付部材）、および、第２の骨に取り付けられる第２取付部材（第２の人体部位に装着される第２取付部材）と、関節から第１の骨（第１の人体部位）に沿って延びる状態に配置される第１リンクと、関節から第２の骨（第２の人体部位）に沿って延びる状態に配置される第２リンクと、第１、第２リンクにおける関節の側に配置される第１リンク先端部および第２リンク先端部を通る装置側関節軸を中心として、第１、第２リンクを相対的に開閉する方向に旋回させるアシスト力発生用の回転アクチュエータと、第１リンクにおける関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構と、第２リンクにおける関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構とを有している。
　第１カップリング機構によって、第１リンクは第１取付部材に対して、装置側関節軸に直交し第１リンクの長さ方向に延びる軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能、かつ、軸線の方向にスライド可能な状態となっている。また、第２カップリング機構によって、第２リンクは第２取付部材に対して、装置側関節軸に直交し第２リンクの長さ方向に延びる軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能、かつ、軸線の方向にスライド可能な状態となっている。
　この構成の動作アシスト装置は、外装型の動作アシスト装置として用いることもできる。この場合には、アシスト対象の関節に繋がる一方の人体部位を第１の人体部位、他方の人体部位を第２の人体部位とすると、上記の第１取付部材が第１の人体部位に外側から固定あるいは装着され、上記の第２取付部材が第２の人体部位に外側から固定あるいは装着される。これ以外の上記の各部材も人体外側から取り付けられる。
　関節の屈伸運動に伴って、第１、第２リンクのそれぞれは、第１、第２の骨（第１、第２の人体部位）に沿った方向にスライド可能であり、また、装置側関節軸に直交する軸線を中心とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能である。したがって、第１、第２リンク先端部を通る装置側関節軸は、人体側の関節軸の動きにほぼ追従して移動することができる。よって、装着者の関節の自然な動きが実質的に保持され、また、第１、第２リンクから伝達されるアシスト力によって、アシスト方向とは異なる方向の不要な力成分が関節に作用することも殆どない。これにより、関節の可動性を維持し、また、装着者に拘束感あるいは違和感を与えることのない動作アシスト装置を実現できる。
　ここで、動作アシスト装置の装置側関節軸の動きを、膝関節、肘関節などの関節における屈伸運動に伴う人体側の関節軸の動きに対してより正確に追従できるようにするためには、カム機構を用いることができる。
　この場合には、上記の第１リンクにおける関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と、第１の骨（外装型の場合には、第１の人体部位）に取り付けた第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構は、所定形状の第１カム溝が形成された外周曲面を備えた第１スライド台座と、前記第１カム溝に沿ってスライド可能な第１カムフォロワとを備えており、第１スライド台座は第１取付部材に取り付けられ、第１カムフォロワは第１リンク後端部に取り付けられる。
　同様に、上記の第２リンクにおける関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と、第２の骨（外装型の場合には、第２の人体部位）に取り付けた第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構は、所定形状の第２カム溝が形成された外周曲面を備えた第２スライド台座と、第２カム溝に沿ってスライド可能な第２カムフォロワを備えており、第２スライド台座は第２取付部材に取り付けられ、第２カムフォロワは第２リンク後端部に取り付けられる。
　例えば、実際に動作アシスト装置を用いる人の関節軸の動きを測定あるいはシミュレーションして、これに基づき、第１、第２カム溝の溝形状を設定すればよい。
　また、動作アシスト装置の装置側関節軸の動きを、膝関節、肘関節などの関節における屈伸運動に伴う人体側の関節軸の動きに対してより正確に追従できるようにするために、上記の第１、第２カップリング機構として次の機構を用いることができる。
　すなわち、上記の第１リンクにおける関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と、第１の骨（外装型の場合には第１の人体部位）に取り付けた第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構は、第１リンクを、装置側関節軸線に平行な第１軸線およびこれに直交する第２軸線のそれぞれを中心として回転可能で、第１、第２軸線に直交し第１リンクの長さ方向に延びる第３軸線の方向にスライド可能で、かつ、第３軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第１取付部材に連結している。
　同様に、上記の第２リンクにおける関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と、第２の骨（外装型の場合には、第２の人体部位）に取り付けた第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構は、第２リンクを、装置側関節軸線に平行な第４軸線およびこれに直交する第５軸線のそれぞれを中心として回転可能で、第４、第５軸線に直交し第２リンクの長さ方向に延びる第６軸線の方向にスライド可能で、かつ、第６軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第２取付部材に連結している。
　さらに、動作アシスト装置の装置側関節軸の動きを、膝関節、肘関節などの関節における屈伸運動に伴う人体側の関節軸の動きに対してより正確に追従できるようにするために、上記の第１、第２カップリング機構、および、上記の回転アクチュエータの取付部分を、次のように構成することができる。
　まず、上記の回転アクチュエータは第１リンク先端部に取り付けられ、その回転出力軸によって装置側関節軸が規定される。回転出力軸には第２リンク先端部が取り付けられる。また、第１リンク先端部と第２リンク先端部との間が、これら第１、第２リンク先端部よりも関節の側の装置側関節軸線上に位置する点を中心とし、関節とは反対側に凸の球面に沿ってスライド可能な状態に連結される。
　そして、上記の第１カップリング機構は、第１リンクを、装置側関節軸線に平行な第１軸線を中心として回転可能で、第１軸線に直交し第１リンクの長さ方向に延びる第３軸線の方向にスライド可能で、かつ、第３軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第１取付部材に連結している。
　同様に、上記の第２カップリング機構は、前記第２リンクを、装置側関節軸線に平行な第４軸線を中心として回転可能で、第４軸線に直交し第２リンクの長さ方向に延びる第６軸線の方向にスライド可能で、かつ、第６軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第２取付部材に連結している。
本発明を適用した体内埋め込み型の歩行アシスト装置を人体前側から見た場合の概略構成図である。 図１の股関節動作アシストユニットの構成を説明するための説明図である。 図１の膝関節動作アシストユニットの第１の構成例を示す説明図である。 図１の膝関節動作アシストユニットの第２の構成例を示す説明図である。 図１の膝関節動作アシストユニットの第３の構成例を示す説明図である。 図１の膝関節動作アシストユニットの第４の構成例を示す説明図である。
　以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の実施の形態は、本発明を、股関節および膝関節の動き、特に歩行動作をアシストするための体内埋め込み型の歩行アシスト装置に適用したものである。本発明は外装型の動作アシスト装置として用いることもでき、この場合には、関節に繋がる人体の部位に、動作アシスト装置の構成部品を外側から装着して固定すればよい。
　また、本発明は、歩行以外の動作、例えば、腕の上げ下げを補助するために肩関節部に装着される動作アシスト装置、肘の屈伸などの動作を補助するために肘関節部に装着される動作アシスト装置としても用いることができる。これら以外の人体の関節部に装着して動作アシストを行う装置として用いることもできる。
（全体構成）
　図１は本実施の形態に係る体内埋め込み型の歩行アシスト装置を装着者の前側から見た場合の概略構成図である。歩行アシスト装置１（以下、単に「アシスト装置１」と呼ぶ。）は、装着者の体内、本例では左脚１１内に埋め込まれて、左脚１１の歩行動作に伴う股関節１２および膝関節１３の屈伸運動をアシストする。
　アシスト装置１は股関節動作アシストユニット２と膝関節動作アシストユニット４とをそなえている。股関節動作アシストユニット２は、左の股関節１２の部分に埋め込まれ、当該股関節１２を中心とする歩行時の前後の屈伸運動をアシストする。膝関節動作アシストユニット４は、左の膝関節１３の部分に埋め込まれて、当該膝関節１３を中心とする歩行時の前後の屈伸運動をアシストする。
　アシスト装置１は、バッテリ電源５および不図示の制御ユニットを備えている。バッテリ電源５は、骨盤近傍に埋め込まれる。バッテリ電源５からは給電用コード６、７が延びている。一方の給電用コード６は上側の股関節動作アシストユニット２に接続され、他方の給電用コード７は膝関節動作アシストユニット４に接続されている。不図示の制御ユニットは、体内埋め込み型あるいは外装型のユニットである。制御ユニットは、例えば、神経振動子モデルを用いた制御方法により人体の動きに連動して股関節動作アシストユニット２および膝関節動作アシストユニット４の駆動を制御する。このような制御方法は、本願出願人によって特開２０１５－４４２４０号公報において提案されている。
（股関節動作アシストユニット）
　図２は股関節動作アシストユニットの動作を説明するための概念図である。図１および図２を参照して説明すると、股関節動作アシストユニット２は、アシスト力発生用の回転アクチュエータ２１を備えている。回転アクチュエータ２１の回転出力軸２２の先端部は、股関節１２の骨盤１４の側に固定される第１リンク２３に固定されている。股関節１２の大腿骨１６には第２リンク２４が固定されている。第１リンク２３と回転アクチュエータ２１との間は、カップリング機構２５によって連結されている。
　回転アクチュエータ２１は、例えば、電動モータと、この出力を減速して出力する減速機と、電動モータの駆動制御を行う制御部から構成することができる。回転アクチュエータ２１の回転出力軸２２が回転すると、その先端部に固定されている第２リンク２４が、回転出力軸２２の中心軸線２２ａ回りに旋回する。回転出力軸２２の中心軸線２２ａは、体内に装着された状態において、股関節１２の関節中心１２ａを通る状態に設定される。
　第１リンク２３は、骨盤１４の部分にねじ込み固定したスクリューネジ２６の頭部に固定され、スクリューネジ２６を介して骨盤側に固定されている。これに対して、大腿骨１６の側の第２リンク２４はスクリューネジ２７に固定されている。スクリューネジ２７は、大腿骨１６の髄腔内に挿入された髄内釘２８の上端部分を、大腿骨１６の上側の骨端１６ａに固定している。
　カップリング機構２５は、図２に示すように、第１リンク２３に固定した第１カップリング部材３１と、回転アクチュエータ２１のハウジングに固定した第２カップリング部材３２と、これら第１、第２カップリング部材３１、３２の間に配置した中間カップリング部材３３を備えている。
　中間カップリング部材３３は、第１カップリング部材３１（したがって、第１リンク２３）に対して、相対的に第１方向にスライド可能な状態で連結されている。また、中間カップリング部材３３は、第２カップリング部材３２（したがって、回転アクチュエータ２１）に対して相対的に第１方向とは異なる第２方向にスライド可能な状態で連結されている。
　本例では、中間カップリング部材３３と第１カップリング部材３１の間には、人体左外側に凸の第１球面によって規定される第１スライド面３４が形成されている。第１スライド面３４に沿って、中間カップリング部材３３と第１カップリング部材３１は、面接触状態で相対的に第１方向である人体上下方向（股関節を中心とする内転外転運動を許容する方向）にスライド可能である。
　中間カップリング部材３３と第２カップリング部材３２の間にも、人体左外側に凸の第２球面によって規定される第２スライド面３５が形成されている。第２スライド面３５に沿って、中間カップリング部材３３と第２カップリング部材３２は、面接触状態で相対的に第２方向である人体前後方向（股関節を中心とする内旋外旋運動を許容する方向）にスライド可能である。
　第１、第２スライド面３４、３５を規定するそれぞれの球面は、点Ｐを中心とする同心球である。体内に埋め込まれた状態において、点Ｐが人体の股関節１２の関節中心１２ａに一致するように設定される。
　カップリング機構２５について更に説明する。図２に示すように、カップリング機構２５は、基本構成が、第１、第２カップリング部材３１、３２と中間カップリング部材３３からなる積層構造となっている。第１カップリング部材３１と中間カップリング部材３３の間に形成されている第１スライド面３４では、第１カップリング部材３１の側の凸の球面と、中間カップリング部材３３の側の凹の球面が面接触している。
　また、これらの部材３１、３３の間には、面接触状態を維持するための第１係合部と、第１方向（人体内外転方向）への移動範囲を規制する第１規制部とが形成されている。例えば、第１係合部はスライドガイド溝とスライダから構成される。この場合には、第１カップリング部材３１の側に上下方向に延びている底側が広幅の第１スライドガイド溝３１ａが形成され、中間カップリング部材３３の側に、第１スライドガイド溝３１ａに沿ってスライド可能な広幅の頭部を備えた第１スライダ３３ａが形成される。第１規制部は、例えば、第１スライドガイド溝３１ａの上下の端に取り付けたストッパ３１ｂである。
　同様に、第２カップリング部材３２と中間カップリング部材３３の間にも、これらの面接触状態を維持するための第２係合部と、第２方向（人体内外旋方向）への移動範囲を規制する第２規制部とが形成されている。この場合においても、第２係合部をスライドガイド溝とスライダから構成できる。この場合には、例えば、中間カップリング部材３３には前後方向に延びている底側が広幅の第２スライドガイド溝３３ｂが形成され、第２カップリング部材３２には、当該第２スライドガイド溝３３ｂに沿ってスライド可能な広幅の頭部を備えた第２スライダ３２ａが形成される。第２規制部は、例えば、第２スライドガイド溝の両端に取り付けたストッパ（図示せず）である。
　本例では、回転アクチュエータ２１の回転出力軸２２が、カップリング機構２５の中心部分を貫通して延びている。したがって、回転アクチュエータ２１に対して相対的に第１、第２方向にスライドする第１カップリング部材３１および中間カップリング部材３３には、回転アクチュエータ２１のスライドに伴う回転出力軸２２の移動範囲を包含する大きさの貫通穴あるいは溝が形成されている。回転アクチュエータ２１と一体となってスライドする第２カップリング部材３２には、回転出力軸２２が回転自在の状態で貫通している貫通穴が形成されている。
　この構成の股関節動作アシストユニット２においては、第１リンク２３と回転アクチュエータ２１とは、点Ｐ（関節中心１２ａ）を中心として、相対的に所定の角度範囲内を揺動可能である。すなわち、第１リンク２３と、回転アクチュエータ２１の回転出力軸２２に固定された第２リンク２４とが、点Ｐ（関節中心１２ａ）を中心として、相対的に所定の角度範囲内を揺動可能である。
　歩行運動においては、股関節１２の関節中心回りの前後方向の屈曲・伸展運動のアシスト力が、回転アクチュエータ２１の回転出力軸２２から第２リンク２４に伝達される。アシスト力は、股関節１２の関節中心１２ａの中心回りに作用する。
　また、股関節１２を中心とする内外転運動、内外旋運動などにおいては、人体側の動きに追従して、第１、第２リンク２３、２４が関節中心１２ａを中心として相対的に揺動する。よって、股関節１２を中心とする左脚１１の内外転運動、内外旋運動などの動きを阻害する力が股関節動作アシストユニット２の側から股関節１２の側に作用することが防止あるいは抑制される。
（膝関節動作アシストユニットの第１の構成）
　次に、膝関節動作アシストユニット４として用いることのできる第１の構成を説明する。膝関節動作アシストユニット４は、膝関節１３に繋がっている上側の大腿骨１６と下側の脛骨１７の屈伸運動をアシストするアシスト力を発生するものである。膝関節１３においては、その関節軸を中心として、大腿骨１６と脛骨１７が人体前後方向に屈伸運動を行う。屈伸運動時には、関節角に応じて関節軸が人体前後方向に移動する。
　図３は第１の構成を備えた膝関節動作アシストユニット４Ａを示す説明図である。膝関節動作アシストユニット４Ａは、大腿骨１６の側に取り付けられる円弧板形状の第１取付部材４１および脛骨１７の側に取り付けられる第２取付部材４２を備えている。また、膝関節１３から大腿骨１６の両側に沿って延びる状態に配置される第１リンク４３と、膝関節１３から脛骨１７の両側に沿って延びる状態に配置される第２リンク４４とを備えている。
　第１リンク４３と第２リンク４４における膝関節１３の側に配置される第１リンク先端部４３ａおよび第２リンク先端部４４ａには、それぞれ、装置側関節軸４５が通っている。装置側関節軸４５を中心として、第１、第２リンク４３、４４は、相対的に人体前後方向に開閉可能である。このように、膝関節１３を挟み、大腿骨１６と脛骨１７との間に架け渡されている第１、第２リンク４３、４４は、それらの側方に配置される回転アクチュエータ４６によって開閉駆動される。例えば、第１リンク４３の側に回転アクチュエータ４６が取り付けられ、第２リンク４４の側が、回転アクチュエータ４６の回転出力軸に連結される。
　第１リンク４３における膝関節１３から離れている側の第１リンク後端部４３ｂは、第１カップリング機構４７を介して、第１取付部材４１に連結されている。同様に、第２リンク４４における膝関節１３から離れている側の第２リンク後端部４４ｂは、第２カップリング機構４８を介して、第２取付部材４２に連結されている。
　図３（ｂ）に示すように、第１カップリング機構４７は、第１リンク後端部４３ｂを第１取付部材４１に連結している。第１カップリング機構４７によって、第１リンク後端部４３ｂは、円筒面５０に沿ってその円周方向５０ａにスライド可能な状態で、第１取付部材４１に取り付けられている。円筒面５０は、装置側関節軸４５に直交し、第１リンク４３の長さ方向に延びる軸線を中心線とする円筒面である。また、第１カップリング機構４７によって、第１リンク後端部４３ｂは、装置側関節軸４５に直交し第１リンク４３の長さ方向に延びる軸線に沿った方向４９にスライド可能な状態で、第１取付部材４１に取り付けられている。
　第１の構成では、第１カップリング機構４７は、円弧板形状の第１スライド部材５１および円弧枠形状の第２スライド部材５２を備えている。第１スライド部材５１は、円弧板形状の第１取付部材４１の表面に形成した円筒面５０に沿って、その円周方向５０ａに所定の角度範囲内をスライド可能な状態に配置されている。第１スライド部材５１の上面には、装置側関節軸４５に直交する方向４９に延びるガイドレール５３が形成されている。第２スライド部材５２は、このガイドレール５３に沿ってスライド可能な状態に配置されている。第２スライド部材５２の両端部に、両側の第１リンク後端部４３ｂが取り付けられて固定されている。他方の第２カップリング機構４８も同様に構成されているので、その説明を省略する。
　なお、この構成の膝関節動作アシストユニット４は、外装型の動作アシスト装置として用いることもできる。この場合には、アシスト対象の膝関節に繋がる一方の人体部位である大腿部の側に外側から第１取付部材４１が所定位置に装着されて、動かないように固定される。膝関節に繋がる他方の人体部位である下腿部の側に、外側から第２取付部材４２が装着されて動かないように固定される。これ以外の各部材も同様に膝関節部の外側に装着される。
　この構成の膝関節動作アシストユニット４では、膝関節１３を挟み、大腿骨１６および脛骨１７の間に架け渡される第１、第２リンク４３、４４には、それぞれの第１、第２リンク先端部４３ａ、４４ａの側の装置側関節軸４５を中心とするアシスト力が、回転アクチュエータ４６から加えられる。
　膝関節１３の屈伸運動に伴って、第１、第２リンク４３、４４のそれぞれは、大腿骨１６、脛骨１７に沿った人体上下方向にスライド可能であり、また、円筒面５０の円周方向４９に沿った内外旋方向にスライド可能である。したがって、第１、第２リンク先端部４３ａ、４４ａを通る装置側関節軸４５は、人体側の膝関節軸の動きにほぼ追従して人体前後方向に移動することができる。
（膝関節動作アシストユニットの第２の構成）
　ここで、図４（ａ）に示すように、膝関節１３の屈伸運動に伴って、人体の膝関節軸６０は、大腿骨１６に対して、人体前後方向に円弧状の軌跡に沿って移動すると共に、その姿勢も変化する。このような膝関節軸６０の動きは、図４（ｂ）～（ｄ）に示すように、膝関節軸６０を底辺とする三角形６１を考えると、この三角形６１の対角頂点６１ａを大腿骨１６の骨表面に沿って滑らせることによって再現可能であると考えられる。
　そこで、図４（ｅ）に示すように、屈伸運動に伴う三角形の対角頂点の骨表面に沿った移動軌跡６２を求め、これに沿った形状のカム溝を設定することが考えられる。例えば、実際に膝関節動作アシストユニット４を用いる人の膝関節軸の動きを測定し、これに基づき、カム溝の溝形状を設定することが可能である。
　先に述べた第１の構成（図３）の膝関節動作アシストユニット４Ａにおいて、第１、第２カップリング機構４７、４８として、第１、第２スライド部材５１、５２の代わりに、このようなカム溝が形成された円筒カムを備えた第１、第２カップリング機構を用いる。このように構成した第２の構成の膝関節動作アシストユニットを用いることも可能である。
　例えば、図４（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示すように、大腿骨１６の側の第１リンク４３における第１リンク後端部４３ｂと、大腿骨１６に固定した第１取付部材（図示せず）との間を連結している第１カップリング機構４７Ｂを、所定形状の第１カム溝６５が形成された外周曲面６６を備えたスライド台座６７、および、カム溝６５に沿ってスライド可能なカムフォロワ６８を備え、スライド台座６７を大腿骨１６に固定されている第１取付部材（図示せず）に取り付け、カムフォロワ６８を円弧形状の連結枠６９を介して第１リンク後端部４３ｂに取り付けて固定した構成とすることができる。第２カップリング機構の側も同様に構成することができる。
（膝関節動作アシストユニットの第３の構成）
　図５は、第１の構成における第１、第２カップリング機構４７、４８の代わりに用いることのできるカップリング機構を備えた膝関節動作アシストユニット４Ｃを示す説明図である。図３の各部に対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
　図５において、第１カップリング機構７１は、第１リンク４３における膝関節１３から離れた側に配置される第１リンク後端部４３ｂと、大腿骨１６に取り付けた第１取付部材４１との間を連結している。第１カップリング機構７１は、第１リンク後端部４３ｂを、装置側関節軸４５に平行な第１軸線７２およびこれに直交する第２軸線７３のそれぞれを中心として回転可能で、第１、第２軸線７２、７３に直交し第１リンク４３の長さ方向に延びる第３軸線７４の方向にスライド可能で、かつ、第３軸線７４の方向に延びる線を中心線とする第１取付部材４１の円筒面５０に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第１取付部材４１に連結している。
　例えば、図に示すように、第１カップリング機構７１は、円弧板形状の第１取付部材４１に形成した円筒面５０に沿ってその円周方向に所定の角度範囲に亘りスライド可能な状態で配置された円弧板形状のスライド部材７６を備えている。また、スライド部材７６の外周面上に取り付けたピボット軸部７７を備えている。ピボット軸部７７の軸穴には、円弧形状をした連結枠７８が円筒面５０に沿った方向にスライド可能な状態に通されている。また、ピボット軸部７７によって、連結枠７８は、直交する第１軸線７２および第２軸線７３回りに回転可能な状態で支持されている。連結枠７８の両端部は、両側の第１リンク後端部４３ｂに取り付けられて固定されている。脛骨１７の側の第２カップリング機構も同様に構成されている。
（膝関節動作アシストユニットの第４の構成）
　図６は、第１の構成における第１、第２カップリング機構４７、４８の代わりに用いることのできるカップリング機構を備えた膝関節動作アシストユニット４Ｄを示す説明図である。図３の各部に対応する部位には同一の符号を付し、それらの説明は省略する。
　本例の膝関節動作アシストユニット４Ｄにおいては、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、大腿骨１６の側の第１リンク８１は、その第１リンク先端部８１ａが外側に凸の円弧形状をしており、その第１リンク後端部８１ｂの側の部分は直線状に延びている。円弧形状は、装置側関節軸４５上における両側の第１リンク先端部８１ａの中間の点Ｐを中心とする球面に沿った形状のものである。他方の第２リンク８２も同様な形状であり、第１リンク８１の両側に配置されている。
　回転アクチュエータ４６（の固定側部材であるハウジング）は、脛骨側の第２リンク８２の一方の第２リンク先端部８２ａに取り付けられている。回転アクチュエータ４６の回転出力軸４６ａが装置側関節軸４５を規定している。また、この回転出力軸４６ａに大腿骨側の一方の第１リンク先端部８１ａが取り付けられている。第１リンク先端部８１ａと第２リンク先端部８２ａとの間は、点Ｐを中心とし、膝関節とは反対側（人体側方の外側）に凸の球面８３に沿ってスライド可能な状態で連結されている。このような構成としては、例えば、図２に示す股関節用のカップリング機構と同様な構造を採用することができる。
　他方の第１リンク先端部８１ａと第２リンク先端部８２ａとの間も、点Ｐを中心とする凸の球面８４に沿って相対的にスライド可能な状態で連結されている。
　第１リンク後端部８１ｂを大腿骨１６に取り付けた第１取付部材４１に連結している第１カップリング機構８５は、第１リンク後端部８１ｂを、装置側関節軸４５に平行な第１軸線８６を中心として回転可能で、第１軸線８６に直交し第１リンク８１の長さ方向に延びる第３軸線８７の方向にスライド可能で、かつ、第３軸線８７の方向に延びる線を中心線とする円筒面５０に沿ってその円周方向にスライド可能な状態で、第１取付部材４１に連結している。
　図６（ｃ）に示すように、本例では第１取付部材４１の外周面に円筒面５０が形成されており、第１カップリング機構８５は、円筒面５０に沿ってその円周方向に所定の角度範囲をスライド可能な状態に配置されている円弧形状のスライド部材８９と、スライド部材８９の外周面に取り付けたピボット軸部９０と、ピボット軸部９０によって第１軸線８６を中心として回転可能な状態に支持されている円弧形状の連結枠９１とを備えている。また、ピボット軸部９０によって、連結枠９１は、円筒面５０に沿った方向にスライド可能な状態で支持される。連結枠９１の両側の端部は、それぞれ、両側の第１リンク後端部８１ｂに取り付けられて固定されている。他方の脛骨側の第２カップリング機構も同様に構成されている。
　なお、図１に示すように、膝関節１３の側において、大腿骨１６の髄腔内には髄内釘２８が挿入固定され、上下の端部がスクリューネジ２６、２７によって大腿骨１６に固定されている。また、脛骨１７の髄腔内にも髄内釘１０１が挿入される。髄内釘１０１の上端側部分１０２はスクリューネジ１０３によって脛骨１７に固定されており、その下端部分１０４はたとえば複数本の横止めネジ１０５によって脛骨１７に固定されている。
　髄内釘１０１を利用することにより、上記の第１取付部材４１、第２取付部材４２を確実に大腿骨１６および脛骨１７に取り付けることができる。
　上記の第２、第３、第４構成の膝関節動作アシスト装置では、装着者の歩行動作などにおける前後方向への屈伸運動に同期して、大腿骨１６の側に固定されている回転アクチュエータ４６が駆動され、その回転出力軸４６ａが回転する。回転出力軸４６ａの回転は装置側関節軸４５を中心とする第１、第２リンクの人体前後方向への相対的な開閉運動として伝達される。これら第１、第２リンクを介して、膝関節１３に対して、歩行動作などにおける屈伸運動のアシスト力が与えられる。
　膝関節１３を中心とする屈伸運動に伴って、その運動中心である人体側の膝関節軸が人体前後方向および上下方向に移動する。また、膝関節軸の姿勢も変化する。このような膝関節軸の移動および姿勢の変化に追従して、装置側関節軸４５も変位する。したがって、不要な力が膝関節１３の上下の骨に作用することなく、実質的に屈伸運動のアシスト力のみを膝関節１３に加えることができる。装着者は、健常な状態における膝の屈伸運動に近い自然な動きを維持しつつアシスト力を受けることができる。

Claims (9)

  1. 　装着者の関節の動きをアシストするアシスト力を発生する動作アシスト装置であって、
    　前記関節を中心として相対運動を行う一方の骨あるいは人体部位を第１の部位、他方の骨あるいは人体部位を第２の部位とすると、前記第１の部位に固定される第１リンクおよび前記第２の部位に固定される第２リンクと、
    　前記第２リンクに回転出力軸が固定された、前記アシスト力を発生するための回転アクチュエータと、
    　前記第１リンクと前記回転アクチュエータの間を連結しているカップリング機構と
    を有しており、
    　前記カップリング機構は、前記第１リンクに対して相対的に第１方向にスライド可能な状態で連結され、前記回転アクチュエータに対して相対的に前記第１方向とは異なる第２方向にスライド可能な状態で連結されており、
    　前記第１方向および前記第２方向は、それぞれ、前記回転出力軸の中心軸線の延長線上に位置する点を中心点とする円弧に沿った方向である動作アシスト装置。
  2. 　請求項１において、
    　前記カップリング機構は、
    　前記第１リンクに固定され、あるいは一体形成された第１カップリング部材と、
    　前記回転アクチュエータに固定され、あるいは一体形成された第２カップリング部材と、
    　前記第１カップリング部材に対して前記第１方向に面接触状態でスライド可能に連結され、前記第２カップリング部材に対して前記第２方向に面接触状態でスライド可能に連結された中間カップリング部材と、
    を備えている動作アシスト装置。
  3. 　請求項２において、
    　前記関節は股関節であり、前記第１の部位は骨盤あるいは腰部であり、前記第２の部位は大腿骨あるいは大腿部であり、
    　前記第１リンクは、前記第１の部位に固定されるリンクであり、前記第２リンクは前記第２の部位に固定されるリンクである動作アシスト装置。
  4. 　請求項３において、
    　前記第１リンクは骨盤に固定されるリンクであり、前記第２リンクは大腿骨に固定されるリンクであり、
    　大腿骨の髄腔内に挿入固定される髄内釘、および、前記第２リンクを前記髄内釘に固定するための固定具を有している動作アシスト装置。
  5. 　請求項４において、
    　前記アシスト力は、股関節を中心とする大腿骨の前後方向への屈伸運動をアシストするための回転力であり、
    　前記中間カップリング部材は、第１カップリング部材に対しては、前記中心点を中心とする第１球面に沿ってスライド可能に連結され、前記第２カップリング部材に対しては、前記中心点を中心とする第２球面に沿ってスライド可能に連結されており、
    　前記第１、第２方向の一方は、股関節を中心とする大腿骨の内転外転運動を許容する方向であり、
    　前記第１、第２方向の他方は、股関節を中心とする大腿骨の内旋外旋運動を許容する方向である動作アシスト装置。
  6. 　装着者の関節の動きをアシストするアシスト力を発生する動作アシスト装置であって、
    　前記関節を中心として相対運動を行う一方の骨あるいは人体部位を第１の部位、他方の骨あるいは人体部位を第２の部位とすると、前記第１の部位に取り付けられる第１取付部材、および、前記第２の部位に取り付けられる第２取付部材と、
    　前記関節から前記第１の部位に沿って延びる状態に配置される第１リンクと、
    　前記関節から前記第２の部位に沿って延びる状態に配置される第２リンクと、
    　前記第１、第２リンクにおける前記関節の側に配置される第１リンク先端部および第２リンク先端部を通る装置側関節軸線を中心として、前記第１、第２リンクを相対的に開閉する方向に旋回させるアシスト力発生用の回転アクチュエータと、
    　前記第１リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と前記第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構と、
    　前記第２リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と前記第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構と、
    を有しており、
    　前記第１カップリング機構によって、前記第１リンクは前記第１取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に直交し前記第１リンクの長さ方向に延びる軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能、かつ、前記軸線の方向にスライド可能な状態となっており、
    　前記第２カップリング機構によって、前記第２リンクは前記第２取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に直交し前記第２リンクの長さ方向に延びる軸線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能、かつ、前記軸線の方向にスライド可能な状態になっていることを特徴とする動作アシスト装置。
  7. 　装着者の関節の動きをアシストするために使用される動作アシスト装置であって、
    　前記関節を中心として相対運動を行う一方の骨あるいは人体部位を第１の部位、他方の骨あるいは人体部位を第２の部位とすると、前記第１の部位に取り付けられる第１取付部材、および、前記第２の部位に取り付けられる第２取付部材と、
    　前記関節から前記第１の部位に沿って延びる状態に配置される第１リンクと、
    　前記関節から前記第２の部位に沿って延びる状態に配置される第２リンクと、
    　前記第１、第２リンクにおける前記関節の側に配置される第１リンク先端部および第２リンク先端部を通る装置側関節軸線を中心として、前記第１、第２リンクを相対的に開閉する方向に旋回させるアシスト力発生用の回転アクチュエータと、
    　前記第１リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と前記第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構と、
    　前記第２リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と前記第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構と、
    を有しており、
    　前記第１カップリング機構は、所定形状の第１カム溝が形成された外周曲面を備えた第１スライド台座、および、前記第１カム溝に沿ってスライド可能な第１カムフォロワを備えており、前記第１スライド台座は前記第１取付部材に取り付けられ、前記第１カムフォロワは前記第１リンク後端部に取り付けられており、
    　前記第２カップリング機構は、所定形状の第２カム溝が形成された外周曲面を備えた第２スライド台座、および、前記第２カム溝に沿ってスライド可能な第２カムフォロワを備えており、前記第２スライド台座は前記第２取付部材に取り付けられ、前記第２カムフォロワは前記第２リンク後端部に取り付けられていることを特徴とする動作アシスト装置。
  8. 　装着者の関節の動きをアシストするために使用される動作アシスト装置であって、
    　前記関節を中心として相対運動を行う一方の骨あるいは人体部位を第１の部位、他方の骨あるいは人体部位を第２の部位とすると、前記第１の部位に取り付けられる第１取付部材、および、前記第２の部位に取り付けられる第２取付部材と、
    　前記関節から前記第１の部位に沿って延びる状態に配置される第１リンクと、
    　前記関節から前記第２の部位に沿って延びる状態に配置される第２リンクと、
    　前記第１、第２リンクにおける前記関節の側に配置される第１リンク先端部および第２リンク先端部を通る装置側関節軸線を中心として、前記第１、第２リンクを相対的に開閉する方向に旋回させるアシスト力発生用の回転アクチュエータと、
    　前記第１リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と前記第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構と、
    　前記第２リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と前記第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構と、
    を有しており、
    　前記第１カップリング機構によって、前記第１リンクは前記第１取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に平行な第１軸線およびこれに直交する第２軸線のそれぞれを中心として回転可能で、
    　前記第１、第２軸線に直交し前記第１リンクの長さ方向に延びる第３軸線の方向にスライド可能で、かつ、
    　前記第３軸線の方向に延びる線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態となっており、
    　前記第２カップリング機構によって、前記第２リンクは前記第２取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に平行な第４軸線およびこれに直交する第５軸線のそれぞれを中心として回転可能で、
    　前記第４、第５軸線に直交し前記第２リンクの長さ方向に延びる第６軸線の方向にスライド可能で、かつ、
    　前記第６軸線の方向に延びる線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態となっていることを特徴とする動作アシスト装置。
  9. 　装着者の関節の動きをアシストするために使用される動作アシスト装置であって、
    　前記関節を中心として相対運動を行う一方の骨あるいは人体部位を第１の部位、他方の骨あるいは人体部位を第２の部位とすると、前記第１の部位に取り付けられる第１取付部材、および、前記第２の部位に取り付けられる第２取付部材と、
    　前記関節から前記第１の部位に沿って延びる状態に配置される第１リンクと、
    　前記関節から前記第２の部位に沿って延びる状態に配置される第２リンクと、
    　前記第１、第２リンクにおける前記関節の側に配置される第１リンク先端部および第２リンク先端部を通る装置側関節軸線を中心として、前記第１、第２リンクを相対的に開閉する方向に旋回させるアシスト力発生用の回転アクチュエータと、
    　前記第１リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第１リンク後端部と前記第１取付部材との間を連結している第１カップリング機構と、
    　前記第２リンクにおける前記関節から離れた側に配置される第２リンク後端部と前記第２取付部材との間を連結している第２カップリング機構と、
    を有しており、
    　前記回転アクチュエータは前記第１リンク先端部に取り付けられ、前記回転アクチュエータの回転出力軸の中心軸線が前記装置側関節軸線であり、
    　前記回転出力軸に前記第２リンク先端部が取り付けられており、
    　前記第１リンク先端部と前記第２リンク先端部との間は、これら第１、第２リンク先端部よりも前記関節の側の前記装置側関節軸線上に位置する点を中心とし、前記関節とは反対側に凸の球面に沿ってスライド可能な状態で連結されており、
    　前記第１カップリング機構によって、前記第１リンクは前記第１取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に平行な軸線を中心として回転可能で、
    　前記軸線に直交し前記第１リンクの長さ方向に延びる第１スライド方向にスライド可能で、かつ、
    　前記第１スライド方向に延びる線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態となっており、
    　前記第２カップリング機構によって、前記第２リンクは前記第２取付部材に対して、
    　前記装置側関節軸線に平行な軸線を中心として回転可能で、
    　前記軸線に直交し前記第２リンクの長さ方向に延びる第２スライド方向にスライド可能で、かつ、
    　前記第２スライド方向に延びる線を中心線とする円筒面に沿ってその円周方向にスライド可能な状態となっていることを特徴とする動作アシスト装置。
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