WO2021084767A1 - 人体サポート装置 - Google Patents

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WO2021084767A1
WO2021084767A1 PCT/JP2020/005977 JP2020005977W WO2021084767A1 WO 2021084767 A1 WO2021084767 A1 WO 2021084767A1 JP 2020005977 W JP2020005977 W JP 2020005977W WO 2021084767 A1 WO2021084767 A1 WO 2021084767A1
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WO
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human body
support device
user
mounting portion
actuator
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PCT/JP2020/005977
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English (en)
French (fr)
Inventor
小林 宏
Original Assignee
株式会社イノフィス
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Publication date
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    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/0006Exoskeletons, i.e. resembling a human figure
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL 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
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H3/008Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about using suspension devices for supporting the body in an upright walking or standing position, e.g. harnesses
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25JMANIPULATORS; CHAMBERS PROVIDED WITH MANIPULATION DEVICES
    • B25J9/00Programme-controlled manipulators
    • B25J9/10Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements
    • B25J9/104Programme-controlled manipulators characterised by positioning means for manipulator elements with cables, chains or ribbons
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    • A61H2201/1626Holding means therefor
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    • A61H2205/00Devices for specific parts of the body
    • A61H2205/08Trunk

Definitions

  • the present invention relates to a human body support device.
  • the lumbar assist device is provided with a back frame that is tiltably attached to a pair of left and right side portions arranged on the side side of the lumbar region of the user and is attached to the back of the user.
  • the lumbar assist device includes a lower limb frame that is tiltably attached to a pair of left and right side portions and has a thigh plate that comes into contact with the user's thigh.
  • the lumbar assist device includes an artificial muscle in which one end is locked to the back frame and the other end is locked to the lower limb frame via a wire.
  • the conventional human body support device has a large number of parts, and the weight is also large accordingly. Therefore, even if the urging force in the direction of causing the human body is strengthened, the weight feeling of the human body support device experienced by the user using the human body support device can be reduced, and the user can obtain a light wearing feeling. It was difficult.
  • the manufacturing cost can be set at a price that can be easily purchased by the user.
  • the purpose is to provide a human body support device that is suppressed to a minimum.
  • the present invention includes a first axis corresponding to the leg axis of the human body and a second axis corresponding to the waist axis of the human body, respectively, and wire guides are provided at the respective positions of the first axis and the second axis.
  • a pair of base portions and an upper body mounting portion that supports the pair of left and right base portions is arranged along the user's upper body on the back of the user, and is tiltably attached to the base portion.
  • a leg attachment portion attached to the leg portion of the user and tiltably attached to the pair of left and right base portions, and a waist belt connected to the base portion and attached near the pelvis of the human body.
  • a pair of left and right are arranged in the upper body mounting portion, each of which is provided between an actuator accommodating portion, an actuator housed in the actuator accommodating portion, and the actuator and the leg mounting portion, and the wire.
  • the leg mounting portion is pulled toward the actuator by driving the actuator, the upper body mounting portion is tilted with respect to the base portion, and the leg mounting portion is tilted toward the base portion.
  • a human body support device including a pair of left and right wires that transmit an urging force in a direction that causes the human body to the human body via the upper body mounting portion and the leg mounting portion.
  • the upper body mounting portion is an upper body side frame composed of one component located above the human body support device, has the actuator accommodating portion, and is directly connected to the pair of left and right base portions.
  • the present invention relates to a human body support device having a frame and having a weight ratio of the weight of the human body support device to the urging force in a direction causing the user to be 6 kgf / kg or more.
  • the lumbar belt connects the upper parts of the fixed portions fixed to the pair of left and right base portions, and is arranged above the upper part of the gluteus maximus muscle of the human body, and the fixed portion. It is preferable to have a lower lumbar belt that connects the lower parts of the body and is arranged adjacent to the lower part of the rear part of the gluteus maximus muscle of the human body.
  • the length of the upper waist belt is constant and the length of the lower waist belt can be adjusted.
  • the upper body side frame has an inverted V shape having an apex in the center, and the ends of the upper body wearing belts attached to the left and right shoulders of the human body are locked to the apex. Is preferable.
  • the upper body mounting portion in the initial state in which the human body support device is mounted on the human body, the upper body mounting portion is relative to the base portion so as to move upward from the position of the waist of the human body and away from the back of the human body. It is preferable that the setting is made so as to be in an inclined state. Further, it is preferable that the upper body side frame is integrally molded with resin. It is preferable to have an adjusting unit capable of adjusting the urging force by the actuator.
  • An object of the present invention is to provide a human body support device whose manufacturing cost is suppressed.
  • FIGS. 1 to 6 The human body support device according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 6.
  • the front side in the front-rear direction as seen from the user in an upright state with the human body support device attached is indicated by an arrow FR
  • the right side and the left side are indicated by an arrow RH and an arrow LH, respectively.
  • the upper side in the vertical direction is indicated by an arrow UP.
  • arrow UP the front-back, left-right, and up-down directions
  • it is assumed that the front-back, left-right, and up-down directions are shown from the user in an upright state while wearing the human body support device. ..
  • the human body support device 10 is attached to a pair of left and right base portions 12 arranged on the side side of the user's lumbar region and the base portion 12, and is attached to the user's lumbar region (pelvis).
  • a lumbar belt 14 mounted on the left and right sides
  • an upper body side frame 18 as an upper body mounting part for supporting a pair of left and right base parts 12, and a leg part mounted so as to be tiltably attached to a pair of left and right base parts 12.
  • It includes a thigh arm 16 as a lumbar region and an artificial muscle 20 housed in an upper body side frame 18.
  • the base portion 12 and the upper body side frame 18 are covered with a cover 101.
  • the base portion 12 includes an outer plate 22 and an inner plate 24 formed in a plate shape.
  • the outer plate 22 and the inner plate 24 are formed to have substantially the same shape when viewed from the side (viewed from the right side or the left side).
  • the outer plate 22 and the inner plate 24 are connected via a plurality of connection pins 26 (see FIG. 5) and are arranged in parallel at predetermined intervals in the left-right direction.
  • a first pulley 28 and a second pulley 30 as wire guides are rotatably supported between the outer plate 22 and the inner plate 24.
  • the first pulley 28 is attached to the lower part of the outer plate 22 and the inner plate 24 in a positional relationship in which the rotation axis points in the left-right direction.
  • the rotation axis of the first pulley 28 is the first axis C1 corresponding to the hip joint as the leg axis of the user.
  • a wire locking portion 28A to which a part of the wire 48 described later is locked and a femur arm 16 described later are attached to the first pulley 28, and the thigh is rotatable about the first axis C1.
  • An arm mounting portion 28B is provided.
  • the second pulley 30 is attached to the upper part of the outer plate 22 and the inner plate 24 and to the rear side of the first pulley 28 in a positional relationship in which the rotation axis points in the left-right direction.
  • the rotation axis of the second pulley 30 is the second axis C2 corresponding to the sacroiliac joint as the waist axis of the user.
  • a guide groove 30A for guiding an intermediate portion in the longitudinal direction of the wire 48, which will be described later, is formed on the outer peripheral portion of the second pulley 30.
  • the portions of the outer plate 22 and the inner plate 24 that support the second pulley 30 form a connected portion that is attached to the upper body side frame 18.
  • the lumbar belt 14 has a base pad 141 as a fixed portion, an upper lumbar belt 142, and a lower lumbar belt 143.
  • the base pad 141 is fixed to the inner plate 24 of the base portion 12 in a positional relationship parallel to the inner plate 24.
  • Both ends of the upper lumbar belt 142 are fixed to the upper part of the base pad 141 in a non-adjustable length.
  • the upper waist belt 142 connects the upper parts of the base pad 141 to each other, and the length of the upper waist belt 142 is constant.
  • the upper lumbar belt 142 having a constant length is arranged above the upper part of the gluteus maximus muscle of the user P.
  • Both ends of the lower lumbar belt 143 are fixed to the lower part of the base pad 141 so that the length can be adjusted.
  • the lower lumbar belt 143 connects the lower parts of the base pad 141 to each other.
  • Buckles 144 are provided in the vicinity of both ends of the lower lumbar belt 143, and the length of the lower lumbar belt 143 can be adjusted at the buckle 144.
  • the length of the lower lumbar belt 143 is adjusted so that the lower lumbar belt 143 is placed adjacent to the lower part of the back of the gluteus maximus of user P.
  • the thigh arm 16 includes an arm body 32 extending along the thigh of the user P and a thigh pad 34 attached to the arm body 32 and covered with a cover 341.
  • the arm body 32 has an extending portion 32A provided with ribs 32B for increasing rigidity, and the base portion of the extending portion 32A has an axis oriented substantially in the front-rear direction with respect to the femur arm mounting portion 28B. It is attached to the femur arm attachment portion 28B via a hinge 36 that is rotatable as a center. Since the hinge 36 is configured to be rotatable in the left-right direction, the femur arm 16 can be tilted in the left-right direction with respect to the base portion 12.
  • a thigh pad 34 attached to the leg of the user P is fixed to the tip of the extending portion 32A.
  • the thigh pad 34 is formed in a curved shape along the front surface of the thigh of the user P. Further, the thigh pad 34 is rotatably supported at a predetermined angle with respect to the arm body 32 about an axis oriented in the left-right direction. This makes it possible to bring the contact state between the thigh pad 34 and the front surface of the thigh portion of the user P into an appropriate contact state.
  • the upper body side frame 18 is located at the upper part of the human body support device 10, and the lower side is opened (when viewed from the front side of the user P) in front view and has an apex in the center. It is formed in an inverted V shape.
  • the upper body side frame 18 includes a pair of artificial muscle attachment portions 38 having an artificial muscle accommodating portion 38A as an actuator accommodating portion, which accommodates McKibben type artificial muscle 20 as an actuator, arranged at predetermined intervals in the left-right direction. It has a connecting portion 40 that connects the upper portion of the pair of artificial muscle mounting portions 38 in the left-right direction, and these are composed of one resin-made part integrally molded by injection molding. ..
  • the left and right lower ends of the upper body side frame 18 have a base portion mounting portion 382 formed in a U shape that is open downward, and a second pulley 30 is inserted between the base portion mounting portions 382.
  • a connected portion composed of a portion of the outer plate 22 and an inner plate 24 to be supported is arranged, and the base portion 12 is rotatably supported with respect to the base portion mounting portion 382. That is, the left and right lower ends of the upper body side frame 18 are directly connected to the pair of left and right base portions 12, and the upper body side frame 18 is attached so as to be tiltable with respect to the base portion 12.
  • the pair of artificial muscle attachment portions 38 are inclined to the right side and the left side of the user P as they go from the upper side to the lower side in the front view.
  • the artificial muscle attachment portion 38 is formed with a groove (not shown) having a U-shaped cross section that opens on the rear side, and the portion where this groove is formed constitutes the artificial muscle accommodating portion 38A, and the artificial muscle accommodating portion 38A is artificially formed in this groove.
  • the muscle 20 is housed.
  • the rear opening is closed by a lid 381.
  • the connecting portion 40 has a cross-shaped rib 401, and has high rigidity to connect a pair of artificial muscle mounting portions 38.
  • the artificial muscle 20 includes an elastic tube (not shown) formed in a tubular shape using an elastic material such as rubber, and a tubular mesh sleeve (not shown) covering the elastic tube (not shown). It has a structure in which both ends are crimped by covering with a mesh sleeve.
  • the elastic tube (not shown) has a space for supplying gas (air) inside, and the air is supplied to the inside of the elastic tube (not shown) via a pump 211 connected through a pipe member. It is configured.
  • the tube member is provided with an adjusting valve 212 capable of adjusting the amount of air supplied to the elastic tube, and the muscular strength of the whole body is adjusted by appropriately adjusting the amount of air with the adjusting valve 212 to adjust the urging force.
  • the urging force of the artificial muscle 20 can be adjusted appropriately depending on the case, such as when it is used by a user such as a senior or a woman who is not strong, or when it is used by a user such as a man who has strong muscle strength in the whole body. ..
  • the mesh sleeve (not shown) is formed by weaving a wire rod such as a high-strength fiber having low elasticity, for example. Then, when air is supplied into an elastic tube (not shown) arranged in the mesh sleeve and the elastic tube expands, the dimension in the direction orthogonal to the length direction of the mesh sleeve increases, and the length of the mesh sleeve is increased. The dimension in the longitudinal direction is reduced. As a result, the length of the artificial muscle 20 is shortened (the artificial muscle 20 contracts), and a force for supporting the waist and arms, which will be described later, is generated.
  • One end of the artificial muscle 20 is fixed to the artificial muscle attachment portion 38, and the wire 48 is locked to the other end of the artificial muscle 20. Further, the wire 48 is led out from the lower end side of the upper body side frame 18, and is rear side of the pulley 385 provided at the lower end portion of the upper body side frame 18, the rear side of the second pulley 30, and the rear side of the first pulley 28. The other end of the wire 48 is locked to the wire locking portion 28A of the first pulley 28 by being hung on the side in this order and guided by them.
  • the thigh arm 16 By driving the artificial muscle 20, the thigh arm 16 is pulled in the direction of the artificial muscle 20, the upper body side frame 18 is tilted with respect to the base portion 12, and the femur arm 16 is tilted with respect to the base portion 12. , The urging force in the direction that causes the user P is transmitted to the user P via the upper body side frame 18 and the thigh arm 16.
  • the upper body mounting belt mounting portion 38B to which the end portion of the upper body mounting belt 42 mounted on the upper body of the user P is mounted is above. It is fixedly provided on the body side frame 18.
  • the upper body wearing belt 42 has a right-handed wearing belt 42R worn on the right shoulder of the user P and a left-handed wearing belt 42L worn on the left shoulder of the user P.
  • the lengths of the right side mounting belt 42R and the left side mounting belt 42L can be adjusted by the buckle 421, respectively.
  • the right side mounting belt 42R is mounted on the right shoulder of the user P
  • the left side mounting belt 42L is mounted on the left shoulder of the user P
  • the portion of the upper body mounting belt mounting portion 38B is the user P. It is arranged along the upper body of the user P on the back of the user P so as to be in a positional relationship away from the back of the user. That is, when the user P is in the initial state in which the human body support device 10 is attached, the upper body side frame 18 is the back of the user P from the position of the waist of the user P upward as shown in FIG.
  • the artificial muscle 20 is set so that it is tilted away from the body.
  • the human body support device is provided even though the first axis C1 and the second axis C2 do not completely match the leg axis and the lumbar axis (hip joint, sacroiliac joint) of the user P.
  • the first axis C1 and the second axis C2 do not completely match the leg axis and the lumbar axis (hip joint, sacroiliac joint) of the user P.
  • the weight of the above-mentioned human body support device 10 is 4.25 kg or less, and more specifically, in the present embodiment, it is about 3.8 kg. Further, the urging force (auxiliary force) in the direction of causing the human body by the human body support device 10 is 25.5 kgf (100 Nm) or more. Therefore, the ratio of the weight of the human body support device to the urging force in the direction of causing the human body (hereinafter referred to as "assist ratio") is 6 kgf / kg or more.
  • the waist belt 14, the upper body mounting belt 42, and the thigh arm 16 are attached to the waist P1, upper body P2, and thigh of the user P, respectively.
  • the human body support device 10 is attached to the user P.
  • the upper lumbar belt 142 of the lumbar belt 14 having a constant length is located above the upper part of the gluteus maximus muscle of the user P, that is, the position corresponding to the position of the belt of the trousers. Placed in. Then, the length of the lower lumbar belt 143 of the lumbar belt 14 is adjusted with reference to this position, and the lower lumbar belt 143 is arranged adjacent to the lower part of the rear part of the gluteus maximus muscle of the user P. As a result, as shown in FIG. 6, the gluteus maximus muscle is sandwiched from the vertical direction by the upper lumbar belt 142 and the lower lumbar belt 143, and the human body support device 10 is used when the user P moves.
  • the user P is in a state of being hard to shift with respect to the human body.
  • the upper body wearing belt 42 and the thigh arm 16 are attached to the waist P1, the upper body P2, and the thigh of the user P, respectively, and the human body support device 10 is attached to the user P.
  • the wire 48 When the user P lifts a heavy object placed on the floor surface, the wire 48 is attracted to the artificial muscle 20 by the contraction of the artificial muscle 20, so that the upper body side frame 18 rotates with respect to the base portion 12. A support force is generated in the direction of causing the upper body P2 of the user P who leans forward. Further, the thigh arm 16 is rotated with respect to the base portion 12, and a support force is generated in the direction in which the bent leg of the user P is straightened. Thereby, when the user P lifts a heavy object placed on the floor surface, the load generated on the waist portion P1 of the user P can be reduced.
  • the upper body side frame 18 as the upper body mounting portion is an upper body side frame 18 composed of one component located above the human body support device 10, and has an actuator accommodating portion 38 on the left and right sides. It has an upper body side frame 18 that is directly connected to the pair of base portions 12, and the weight ratio (assist ratio) of the human body support device 10 to the urging force in the direction that causes the user P is 6 kgf / kg or more.
  • the weight of the human body support device 10 is reduced as a whole, whereas the urging force in the direction of causing the user P is strong, and the weight of the human body support device 10 with respect to the urging force in the direction of causing the user P. Since the ratio of is 6 kgf / kg or more, the urging force as an assist force is exerted from the lightweight human body support device 10, and the user P can experience a lighter assist by the human body support device 10. Is possible. As a result, the lightness of the user P when wearing and working is enhanced as compared with the conventional human body support device, and the human body support device 10 can be used more comfortably.
  • the lumbar belt 14 connects the upper portions of the base pads 141 as fixed portions fixed to the pair of left and right base portions 12, and is arranged above the upper portion of the gluteus maximus muscle of the user P. It has an upper lumbar belt 142 and a lower lumbar belt 143 that connects the lower parts of the base pad 141 to each other and is arranged adjacent to the lower part of the rear part of the gluteus maximus muscle of the user P.
  • the upper waist belt 142 is stably arranged at a position corresponding to the position of the belt of the trousers of the user P.
  • the lower lumbar belt 143 is stably arranged adjacent to the lower part of the rear part of the gluteus maximus muscle of the user P.
  • the gluteus maximus muscle is sandwiched from the vertical direction by the upper lumbar belt 142 and the lower lumbar belt 143.
  • the user P is in a state of sitting between the upper waist belt 142 and the lower waist belt 143, and the upper waist belt 142 and the lower waist belt 143 are displaced with respect to the user P. It becomes difficult, and the user P can stably use the assist by the human body support device 10. Further, it is possible to prevent the user P from feeling the human body support device 10 as heavy due to the deviation of the weight balance due to the displacement.
  • the length of the upper waist belt 142 is constant, and the length of the lower waist belt 143 is adjustable.
  • the upper waist belt 142 having a constant length is stably arranged at a position corresponding to the position of the belt of the trousers of the user P.
  • the length of the lower lumbar belt 143 can be adjusted to fit the lower part of the rear part of the gluteus maximus.
  • the lumbar belt 14 can be worn near the pelvis of the human body of the user P in a positional relationship that sandwiches the gluteus maximus muscle from above and below.
  • the upper waist belt 142 and the lower waist belt 143 can be reliably arranged at an appropriate position (part) of the user P. As a result, it is possible to prevent the human body support device 10 from feeling heavy or feeling uncomfortable when assisting because the position of the human body support device 10 is not appropriate for the user P.
  • the upper body side frame 18 has an inverted V shape having an apex in the center, and the apex has an end portion of an upper body wearing belt 42 attached to the left and right shoulders of the human body of the user P, respectively. Locked. As a result, it is not necessary to separately provide a component for locking the end portion of the upper body mounting belt 42 extending from the upper body side frame 18 and connect it to the upper body side frame 18, and the number of parts is reduced to reduce the number of parts of the human body support device 10. It is possible to reduce the weight at the top of the.
  • the upper body side frame 18 is integrally molded with resin. With this configuration, it is possible to ensure the overall weight reduction of the human body support device 10.
  • each part of the human body support device is not limited to the configuration of each part of the human body support device 10. That is, the configuration of the base portion, the upper body mounting portion, the leg mounting portion, the lumbar belt, the actuator, the actuator accommodating portion, the wire and the like is the base portion 12, the upper body side frame 18, the thigh arm 16 and the lumbar belt 14 in the present embodiment. , The artificial muscle 20, the artificial muscle attachment portion 38, the wire 48, and the like.

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Abstract

使用者が体感する重量感を低減して、使用者が軽快な装着感を得ることが可能であり、更に、使用者が容易に購入可能な価格とすることが可能な製造コストに抑えられた人体サポート装置を提供すること。ベース部12と、上体装着部18と、脚部装着部16と、腰部ベルト14と、アクチュエータ収容部38と、アクチュエータ20と、ワイヤ48と、を備え、上体装着部18は、人体サポート装置10の上部に位置する1つの部品により構成される上体側フレーム18であってアクチュエータ収容部38を有して左右一対のベース部12に直接接続される上体側フレーム18を有し、人体Pを引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置10の重量の比が6kgf/kg以上である人体サポート装置10である。

Description

人体サポート装置
 本発明は、人体サポート装置に関する。
 従来より、人工筋肉を用いた人体サポート装置としての腰部補助装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。腰部補助装置は、使用者の腰部の側方側に配置される左右一対のサイド部に傾動可能に取付けられていると共に使用者の背部に装着される背中フレームを備えている。また、腰部補助装置は、左右一対のサイド部に傾動可能に取付けられていると共に使用者の大腿部に当接される大腿プレートが固定された下肢フレームを備えている。さらに、腰部補助装置は、一端部が背中フレームに係止されていると共に他端部がワイヤを介して下肢フレームに係止された人工筋肉を備えている。そして、コンプレッサやタンク内からチューブを介して人工筋肉内へ圧縮空気が供給されることで、人工筋肉が収縮する。これにより、使用者の上体に起立方向へのサポート力(人体を引き起こす方向への付勢力)が加わり、重量物を持ち上げる際の使用者の腰部の負荷を低減することを可能とする。
特開2013-75078号公報
 従来の人体サポート装置は、部品点数が多く、また、これに伴い重量が大きかった。このため、人体を引き起こす方向への付勢力を強くしても、人体サポート装置を使用する使用者が体感する人体サポート装置の重量感を低減して、使用者が軽快な装着感を得ることが困難であった。
 本発明は、使用者が体感する重量感を低減して、使用者が軽快な装着感を得ることが可能であり、更に、使用者が容易に購入可能な価格とすることが可能な製造コストに抑えられた人体サポート装置を提供することを目的とする。
 本発明は、人体の脚軸に対応する第1軸及び人体の腰軸に対応する第2軸をそれぞれ備え、前記第1軸及び前記第2軸の各々の位置にワイヤガイドが設けられた左右一対のベース部と、前記左右一対のベース部を支持し、使用者の背部において使用者の上体に沿って配置されると共に前記ベース部に対して傾動可能に取付けられた上体装着部と、前記使用者の脚部に装着され、左右一対の前記ベース部に対して傾動可能に取付けられた脚部装着部と、前記ベース部に接続され、人体の骨盤近傍に装着される腰部ベルトと、前記上体装着部において左右一対配置され、それぞれアクチュエータが収容されるアクチュエータ収容部と、前記アクチュエータ収容部に収容されたアクチュエータと、前記アクチュエータと脚部装着部との間に設けられ、前記ワイヤガイドにガイドされ、前記アクチュエータを駆動させることにより前記脚部装着部を前記アクチュエータの方向へ引いて、前記上体装着部を前記ベース部に対して傾動させ、前記脚部装着部を前記ベース部に対して傾動させることで、人体を引き起こす方向への付勢力を、前記上体装着部及び前記脚部装着部を介して人体へ伝達する左右一対のワイヤと、を備える人体サポート装置であって、前記上体装着部は、人体サポート装置の上部に位置する1つの部品により構成される上体側フレームであって前記アクチュエータ収容部を有して左右一対の前記ベース部に直接接続される上体側フレームを有し、前記使用者を引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置の重量の比が6kgf/kg以上である人体サポート装置に関する。
 ここで、前記腰部ベルトは、前記左右一対の前記ベース部にそれぞれ固定された被固定部の上部同士を繋ぎ、人体の大殿筋の上部の上側に配置される上側腰部ベルトと、前記被固定部の下部同士を繋ぎ、人体の大殿筋の後部の下部に隣接して配置される下側腰部ベルトと、を有することが好ましい。
 また、前記上側腰部ベルトの長さは一定であり、前記下側腰部ベルトは長さ調整可能であることが好ましい。また、前記上体側フレームは、中央に頂点部を有する逆V字形状を有し、前記頂点部には、人体の左右の肩にそれぞれ装着される上体装着ベルトの端部が係止されることが好ましい。
 また、前記アクチュエータは、人体サポート装置が人体に装着される初期状態において、人体の腰の位置から、上方向に向かって人体の背中から離れるように、前記上体装着部が前記ベース部に対して傾斜している状態とされるように設定されることが好ましい。また、前記上体側フレームは、樹脂により一体成形されていることが好ましい。前記アクチュエータによる付勢力を調整可能な調整部を有していることが好ましい。
 本発明によれば、使用者が体感する重量感を低減して、使用者が軽快な装着感を得ることが可能であり、更に、使用者が容易に購入可能な価格とすることが可能な製造コストに抑えられた人体サポート装置を提供することを目的とする。
本発明の一実施形態による人体サポート装置を示す側面図である。 本発明の一実施形態による人体サポート装置を示す背面図である。 本発明の一実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す背面図である。 本発明の一実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す正面図である。 本発明の一実施形態による人体サポート装置からカバー、腰部ベルト、上側腰部ベルトが取り外された様子を示す側面図である。 本発明の一実施形態による人体サポート装置を使用者が使用している様子を示す側面図である。
 本発明の一実施形態に係る人体サポート装置について、図1~図6を参照して説明する。
 以下の説明においては、人体サポート装置を装着している状態であって直立した状態の使用者から見た前後方向前方側を矢印FRで示し、右側及び左側をそれぞれ矢印RH及び矢印LHで示し、上下方向上側を矢印UPで示す。また、以下の説明で、単に前後、左右、上下の方向を示す場合は、人体サポート装置を装着している状態でかつ直立した状態の使用者から見た前後、左右、上下を示すものとする。
 図2、図3等に示すように、人体サポート装置10は、使用者の腰部の側方側に配置される左右一対のベース部12と、ベース部12に取付けられ、使用者の腰部(骨盤近傍)に装着される腰部ベルト14と、左右一対のベース部12を支持する上体装着部としての上体側フレーム18と、左右一対のベース部12に対して傾動可能に取付けられた脚部装着部としての大腿アーム16と、上体側フレーム18に格納された人工筋肉20と、を備えている。ベース部12及び上体側フレーム18は、カバー101により覆われている。
 ベース部12は、板状に形成された外側プレート22及び内側プレート24と、を備えている。外側プレート22と内側プレート24とは、側面視で(右側又は左側から見て)ほぼ同一の形状に形成されている。外側プレート22と内側プレート24とは、複数の接続ピン26(図5参照)等を介して接続されており、左右方向に所定の間隔で平行に配置されている。
 外側プレート22と内側プレート24との間には、ワイヤガイドとしての第1プーリ28及び第2プーリ30が回転可能に支持されている。第1プーリ28は、外側プレート22及び内側プレート24の下部に、左右方向に回転軸が指向する位置関係で取付けられている。第1プーリ28の回転軸は、使用者の脚軸としての股関節に対応する第1軸C1とされている。また、第1プーリ28には、後述するワイヤ48の一部が係止されるワイヤ係止部28Aと、後述する大腿アーム16とが取付けられ、第1軸C1を中心に回動可能な大腿アーム取付部28Bと、が設けられている。
 第2プーリ30は、外側プレート22及び内側プレート24の上部、且つ、第1プーリ28の後側の位置に、左右方向に回転軸が指向する位置関係で取付けられている。第2プーリ30の回転軸は、使用者の腰軸としての仙腸関節に対応する第2軸C2とされている。また、第2プーリ30の外周部には、後述するワイヤ48の長手方向の中間部をガイドするためのガイド溝30Aが形成されている。第2プーリ30を支持する外側プレート22及び内側プレート24の部分は、上体側フレーム18に取付けられる被接続部を構成する。
 腰部ベルト14は、被固定部としての基部パッド141と、上側腰部ベルト142と、下側腰部ベルト143と、を有している。基部パッド141は、ベース部12の内側プレート24に、内側プレート24に平行な位置関係で固定されている。上側腰部ベルト142の両端部は、それぞれ基部パッド141の上部に、長さ調整不能に固定されている。これにより、上側腰部ベルト142は、基部パッド141の上部同士を繋いでおり、上側腰部ベルト142の長さは一定である。このように長さが一定の上側腰部ベルト142は、図6に示すように、使用者Pの大殿筋の上部の上側に配置される。
 下側腰部ベルト143の両端部は、それぞれ基部パッド141の下部に、長さ調整可能に固定されている。これにより、下側腰部ベルト143は、基部パッド141の下部同士を繋いでいる。下側腰部ベルト143の両端部の近傍には、それぞれバックル144が設けられており、バックル144の部分において、下側腰部ベルト143の長さを調整可能である。下側腰部ベルト143の長さが調整されて、下側腰部ベルト143は、使用者Pの大殿筋の後部の下部に隣接して配置される。
 大腿アーム16は、図2~図4等に示すように、使用者Pの大腿部に沿って延びるアーム本体32と、アーム本体32に取付けられカバー341で覆われた腿パッド34と、を有している。アーム本体32は、剛性を高めるためのリブ32Bが設けられた延在部32Aを有しており、延在部32Aの基部は、大腿アーム取付部28Bに対してほぼ前後方向に指向する軸を中心として回動可能とするヒンジ36を介して大腿アーム取付部28Bに取り付けられている。ヒンジ36が左右方向に回動可能に構成されていることにより、大腿アーム16がベース部12に対して左右方向にも傾動可能とされている。
 延在部32Aの先端部には、使用者Pの脚部に装着される腿パッド34が固定されている。腿パッド34は、使用者Pの大腿部の前方側の面に沿う湾曲形状に形成されている。また、腿パッド34は、左右方向に指向する軸を中心としてアーム本体32に対して所定の角度で回動可能に支持されている。これにより、腿パッド34と使用者Pの大腿部の前方側の面との接触状態を、適切な接触状態にすることを可能とする。
 図3等に示すように、上体側フレーム18は、人体サポート装置10の上部に位置しており、正面視で(使用者Pの正面側から見て)下方側が開放され中央に頂点部を有する逆V字状に形成されている。上体側フレーム18は、左右方向に所定の間隔で配置された、アクチュエータとしてのMcKibben型の人工筋肉20を収容する、アクチュエータ収容部としての人工筋肉収容部38Aを有する一対の人工筋肉取付部38と、一対の人工筋肉取付部38の上方側の部位を左右方向に繋ぐ接続部40と、を有しており、これらは、射出成形により一体成形された樹脂製の1つの部品により構成されている。
 上体側フレーム18の左右の下端部は、下方向へ開放されたコの字に形成されたベース部取付部382を有しており、ベース部取付部382の間には、第2プーリ30を支持する外側プレート22及び内側プレート24の部分により構成される被接続部が配置され、ベース部12はベース部取付部382に対して回動可能に支持されている。即ち、上体側フレーム18の左右の下端部は、左右一対のベース部12に直接接続されており、上体側フレーム18は、ベース部12に対して傾動可能に取り付けられている。
 一対の人工筋肉取付部38は、正面視で上方側から下方側に向かうにつれて使用者Pの右側及び左側にそれぞれ傾斜している。人工筋肉取付部38には、後側において開口する断面がコの字形状の図示しない溝が形成されており、この溝が形成された部分が人工筋肉収容部38Aを構成し、この溝に人工筋肉20が収容されている。後側の開口は蓋381により閉塞されている。接続部40は、十字形状のリブ401を有しており、高い剛性を有して一対の人工筋肉取付部38を接続している。
 人工筋肉20は、ゴム等の弾性材料を用いて管状に形成された図示しない弾性チューブと、図示しない弾性チューブを覆う筒状の図示しないメッシュスリーブと、を含んで構成されており、弾性チューブをメッシュスリーブで被覆して両端をかしめた構造となっている。
  図示しない弾性チューブは、内部にガス(空気)が供給される空間を有しており、図示しない弾性チューブの内部には、管部材を通して接続されたポンプ211を介して空気が供給されるように構成されている。管部材には、弾性チューブに供給された空気の量を調整可能な調整バルブ212が設けられており、調整バルブ212により適宜空気の量を調整して付勢力を調整することにより、全身の筋力が強くないシニアや女性等の使用者が使用する場合や、全身の筋力が強い男性等の使用者が使用する場合等、場合に応じて適切に、人工筋肉20による付勢力が調整可能である。
  図示しないメッシュスリーブは、例えば伸縮性の小さい高張力繊維等の線材が織り上げられること等により形成されている。そして、メッシュスリーブ内に配置された図示しない弾性チューブ内に空気が供給されて、弾性チューブが膨張すると、メッシュスリーブの長さ方向と直交する方向への寸法が増加すると共に、当該メッシュスリーブの長さ方向への寸法が減少する。これにより、人工筋肉20の長さが短くなって(人工筋肉20が収縮して)後述する腰及び腕をサポートする力が発生するように構成されている。
 人工筋肉20の一端部は、人工筋肉取付部38に対して固定されており、人工筋肉20の他端部には、ワイヤ48が係止されている。また、ワイヤ48は、上体側フレーム18下端側から導出されており、上体側フレーム18下端部に設けられたプーリ385の後側と、第2プーリ30の後側と、第1プーリ28の後側とにこの順でそれぞれ掛けられてこれらにガイドされ、ワイヤ48の他端部は、第1プーリ28のワイヤ係止部28Aに係止されている。人工筋肉20を駆動させることにより、大腿アーム16を人工筋肉20の方向へ引いて、上体側フレーム18をベース部12に対して傾動させ、大腿アーム16をベース部12に対して傾動させることで、使用者Pを引き起こす方向への付勢力を、上体側フレーム18及び大腿アーム16を介して使用者Pへ伝達する。
 逆V字状の上体側フレーム18の中央の頂点部の位置には、使用者Pの上体に装着される上体装着ベルト42の端部が取付けられる上体装着ベルト取付部38Bが、上体側フレーム18に固定されて設けられている。図6等に示すように、上体装着ベルト42は、使用者Pの右肩に装着される右側装着ベルト42Rと、使用者Pの左肩に装着される左側装着ベルト42Lと、を有しており、右側装着ベルト42R及び左側装着ベルト42Lの長さは、それぞれバックル421により調整可能とされている。上体側フレーム18は、右側装着ベルト42Rが使用者Pの右肩に装着され、左側装着ベルト42Lが使用者Pの左肩に装着されて、上体装着ベルト取付部38Bの部分が、使用者Pの背部から離れた位置関係とされて、使用者Pの背部において使用者Pの上体に沿って配置される。即ち、使用者Pが人体サポート装置10を装着した初期状態のときには、上体側フレーム18は、図6に示すように、使用者Pの腰の位置から、上方向に向かって使用者Pの背中から離れるように傾斜した状態とされるように、人工筋肉20は設定されている。この状態とされることにより、第1軸C1、第2軸C2が、使用者Pの脚軸、腰軸(股関節、仙腸関節)に完全に一致していないにも関わらず、人体サポート装置10が使用者Pの動作をアシストしているときに、使用者Pに対して位置ずれすることを抑えることが可能とされる。
 上述の人体サポート装置10の重量は、4.25kg以下であり、より具体的には、本実施形態では3.8kg程度である。また、人体サポート装置10による人体を引き起こす方向への付勢力(補助力)は、25.5kgf(100Nm)以上である。従って、人体を引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置の重量の比(以下、「アシストレシオ」と言う)は、6kgf/kg以上である。
 上述の人体サポート装置10による使用者Pのサポートについて説明する。
 図6に示されるように、本実施形態では、腰部ベルト14、上体装着ベルト42及び大腿アーム16が、使用者Pの腰部P1、上体P2及び大腿部にそれぞれ装着されることで、人体サポート装置10が使用者Pに装着される。
 より具体的には、長さが一定の腰部ベルト14の上側腰部ベルト142が、図6に示すように、使用者Pの大殿筋の上部の上側、即ち、ズボンのベルトの位置に相当する位置に配置される。そしてこの位置を基準として、腰部ベルト14の下側腰部ベルト143の長さが調整されて、下側腰部ベルト143は、使用者Pの大殿筋の後部の下部に隣接して配置される。この結果、図6に示すように、上側腰部ベルト142と下側腰部ベルト143とによって、大殿筋が上下方向から挟まれたような状態となり、人体サポート装置10は、使用者Pが動いた場合であっても、使用者Pの人体に対してずれにくい状態となる。この状態で上体装着ベルト42及び大腿アーム16が使用者Pの腰部P1、上体P2及び大腿部にそれぞれ装着されて、人体サポート装置10が使用者Pに装着される。
 使用者Pが床面に置かれた重量物を持ち上げる際には、人工筋肉20の収縮によりワイヤ48が人工筋肉20に引き寄せられることにより、ベース部12に対して上体側フレーム18が回動して前傾した使用者Pの上体P2を引き起こす方向へのサポート力が生じる。また、大腿アーム16がベース部12に対して回動させられて、使用者Pの屈曲した状態の脚が、まっすぐとされる方向へのサポート力が生じる。これにより、使用者Pが床面に置かれた重量物を持ち上げる際に当該使用者Pの腰部P1に生じる負荷を低減することができる。
 上述の実施形態によれば、以下のような効果を発揮することができる。
 本実施形態においては、上体装着部としての上体側フレーム18は、人体サポート装置10の上部に位置する1つの部品により構成される上体側フレーム18であってアクチュエータ収容部38を有して左右一対のベース部12に直接接続される上体側フレーム18を有し、使用者Pを引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置10の重量の比(アシストレシオ)が6kgf/kg以上である。
 この構成により、人体サポート装置10の全体の軽量化が図られるのみならず、人体サポート装置10の上部に位置している上体側フレーム18の軽量化が図られることで、人体サポート装置10の全体に対する重心の位置を、より下方の位置とすることが可能となる。これにより、使用者Pが人体サポート装置10を装着しているときに、体感として重く感じることを軽減することが可能となる。また、部品点数が少なく構成されるため、人体サポート装置10に係る製造コストが抑えられ、人体サポート装置10の価格を、使用者Pが容易に購入可能な価格とすることが可能となる。
 また、人体サポート装置10の全体の軽量化が図られ、これに対して、使用者Pを引き起こす方向への付勢力は強く、使用者Pを引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置10の重量の比が6kgf/kg以上であるため、アシスト力としての付勢力が、軽量化された人体サポート装置10から発揮され、使用者Pは、人体サポート装置10による、より軽快なアシストを体感することが可能となる。この結果、従来の人体サポート装置よりも、装着して作業する際の使用者Pの軽快性が高まり、より快適に人体サポート装置10を使用することが可能となる。
 また、本実施形態では、腰部ベルト14は、左右一対のベース部12にそれぞれ固定された被固定部としての基部パッド141の上部同士を繋ぎ、使用者Pの大殿筋の上部の上側に配置される上側腰部ベルト142と、基部パッド141の下部同士を繋ぎ、使用者Pの大殿筋の後部の下部に隣接して配置される下側腰部ベルト143と、を有する。
 この構成により、上側腰部ベルト142は、使用者Pのズボンのベルトの位置に相当する位置に安定して配置される。また、下側腰部ベルト143は、使用者Pの大殿筋の後部の下部に隣接して安定して配置される。この結果、図6に示すように、上側腰部ベルト142と下側腰部ベルト143とによって、大殿筋が上下方向から挟まれたような状態となる。これにより使用者Pは、上側腰部ベルト142と下側腰部ベルト143との間に座っているような状態となり、上側腰部ベルト142及び下側腰部ベルト143が、使用者Pに対して位置ずれしにくくなり、使用者Pは、人体サポート装置10によるアシストを、安定して利用することが可能となる。また、位置ずれによる重量バランスのずれにより、使用者Pが人体サポート装置10を重く感じることを抑えることが可能となる。
 また、上側腰部ベルト142の長さは一定であり、下側腰部ベルト143は長さ調整可能である。この構成により、人体サポート装置10を使用者Pが装着する際に、長さが一定の上側腰部ベルト142を、使用者Pのズボンのベルトの位置に相当する位置に安定して配置させた状態で、下側腰部ベルト143の長さを調整して、大殿筋の後部の下部にフィットさせることが可能となる。この結果、大殿筋を上下から挟むような位置関係で、腰部ベルト14を、使用者Pの人体の骨盤近傍に装着することが可能となる。即ち、使用者Pの適切な位置(部位)に、上側腰部ベルト142及び下側腰部ベルト143を確実に配置させることが可能となる。この結果、使用者Pに対して人体サポート装置10の位置が適切でないことにより、人体サポート装置10が重く感じたり、アシストの際に違和感を覚えたりすることを抑えることが可能である。
 また、上体側フレーム18は、中央に頂点部を有する逆V字形状を有し、頂点部には、使用者Pの人体の左右の肩にそれぞれ装着される上体装着ベルト42の端部が係止される。これにより、上体側フレーム18から延びる、上体装着ベルト42の端部を係止するための部品を、別途設けて上体側フレーム18に接続する必要がなくなり、部品点数を減らして人体サポート装置10の上部における重量を低減することが可能となる。
 また、上体側フレーム18は、樹脂により一体成形されている。この構成により、人体サポート装置10の全体の軽量化を確実とすることが可能となる。
 本発明は、上述した実施形態に制限されることなく、請求の範囲に記載した範囲において、様々な形態で実施することができる。例えば、人体サポート装置の各部の構成は、人体サポート装置10の各部の構成に限定されない。即ち、ベース部、上体装着部、脚部装着部、腰部ベルト、アクチュエータ、アクチュエータ収容部、ワイヤ等の構成は、本実施形態におけるベース部12、上体側フレーム18、大腿アーム16、腰部ベルト14、人工筋肉20、人工筋肉取付部38、ワイヤ48等の構成に限定されない。
10 人体サポート装置
12 ベース部
14 腰部ベルト
16 大腿アーム(脚部装着部)
18 上体側フレーム(上体装着部)
20 人工筋肉(アクチュエータ)
28 第1プーリ(ワイヤガイド)
30 第2プーリ(ワイヤガイド)
38 人工筋肉取付部(アクチュエータ収容部)
48 ワイヤ
141 基部パッド(被固定部)
142 上側腰部ベルト
143 下側腰部ベルト
C1 第1軸
C2 第2軸

Claims (7)

  1.  人体の脚軸に対応する第1軸及び人体の腰軸に対応する第2軸をそれぞれ備え、前記第1軸及び前記第2軸の各々の位置にワイヤガイドが設けられた左右一対のベース部と、
     前記左右一対のベース部を支持し、使用者の背部において使用者の上体に沿って配置されると共に前記ベース部に対して傾動可能に取付けられた上体装着部と、
     前記使用者の脚部に装着され、左右一対の前記ベース部に対して傾動可能に取付けられた脚部装着部と、
     前記ベース部に接続され、人体の骨盤近傍に装着される腰部ベルトと、
     前記上体装着部において左右一対配置され、それぞれアクチュエータが収容されるアクチュエータ収容部と、
     前記アクチュエータ収容部に収容されたアクチュエータと、
     前記アクチュエータと脚部装着部との間に設けられ、前記ワイヤガイドにガイドされ、前記アクチュエータを駆動させることにより前記脚部装着部を前記アクチュエータの方向へ引いて、前記上体装着部を前記ベース部に対して傾動させ、前記脚部装着部を前記ベース部に対して傾動させることで、人体を引き起こす方向への付勢力を、前記上体装着部及び脚部装着部を介して人体へ伝達する左右一対のワイヤと、を備える人体サポート装置であって、
     前記上体装着部は、人体サポート装置の上部に位置する1つの部品により構成される上体側フレームであって前記アクチュエータ収容部を有して左右一対の前記ベース部に直接接続される上体側フレームを有し、
     前記使用者を引き起こす方向への付勢力に対する人体サポート装置の重量の比が6kgf/kg以上である人体サポート装置。
  2.  前記腰部ベルトは、
      前記左右一対の前記ベース部にそれぞれ固定された被固定部の上部同士を繋ぎ、人体の大殿筋の上部の上側に配置される上側腰部ベルトと、
      前記被固定部の下部同士を繋ぎ、人体の大殿筋の後部の下部に隣接して配置される下側腰部ベルトと、を有する請求項1に記載の人体サポート装置。
  3.  前記上側腰部ベルトの長さは一定であり、
     前記下側腰部ベルトは長さ調整可能である請求項2に記載の人体サポート装置。
  4.  前記上体側フレームは、中央に頂点部を有する逆V字形状を有し、
     前記頂点部には、人体の左右の肩にそれぞれ装着される上体装着ベルトの端部が係止される請求項1~請求項3のいずれかに記載の人体サポート装置。
  5.  前記アクチュエータは、人体サポート装置が人体に装着される初期状態において、人体の腰の位置から、上方向に向かって人体の背中から離れるように、前記上体装着部が前記ベース部に対して傾斜している状態とされるように設定される請求項2~請求項4のいずれかに記載の人体サポート装置。
  6.  前記上体側フレームは、樹脂により一体成形されている請求項1~請求項5のいずれかに記載の人体サポート装置。
  7.  前記アクチュエータによる付勢力を調整可能な調整部を有している請求項1~請求項6のいずれかに記載の人体サポート装置。
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