(57)【要約】【課題】重量及びコストを低減可能で、かつ利便性を向上させることが可能な動作補助装置を提供する。【解決手段】上半身を前傾させた前傾姿勢から直立姿勢への人体１０の動きを補助し、または前傾姿勢を保持する動作補助装置１は、作動時に長手方向に沿って収縮する線状アクチュエータ３０と、人体１０に装着される装着具２と、線状アクチュエータ３０を制御する制御装置４とを備える。装着具２は、人体１０の肩部１１に装着される肩部装着部２１と、人体１０の腰部１２に装着される腰部装着部２２と、人体１０の膝部１３，１４に装着される膝部装着部２３，２４とを有する。線状アクチュエータ３０は、その一端部３０ａが肩部装着部２１に固定されると共に他端部３０ｂが膝部装着部２３，２４に固定され、かつ中間部３０ｃが腰部装着部２２により人体１０の臀部１８の背面側に保持される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上半身を前傾させた前傾姿勢から直立姿勢への人体の動きを補助する、または前傾姿勢を保持する動作補助装置であって、
作動時に長手方向に沿って収縮する線状アクチュエータと、
前記人体に装着される装着具と、
前記線状アクチュエータを制御する制御装置とを備え、
前記装着具は、前記人体の肩部に装着される肩部装着部と、前記人体の腰部に装着される腰部装着部と、前記人体の膝部に装着される膝部装着部とを有し、
前記線状アクチュエータは、その一端部が前記肩部装着部に固定されると共に他端部が前記膝部装着部に固定され、かつ前記一端部と前記他端部との間の中間部が前記腰部装着部により前記人体の臀部の背面側に保持される、
動作補助装置。
【請求項２】
前記線状アクチュエータは、中空部を有する管状であり、前記中空部に前記制御装置から気体が供給させることにより作動する、
請求項１に記載の動作補助装置。
【請求項３】
複数の前記線状アクチュエータを有し、これらの前記線状アクチュエータが、前記人体の脊柱よりも左側に配置される左側線状アクチュエータと、前記人体の脊柱よりも右側に配置される右側線状アクチュエータからなり、
前記左側線状アクチュエータは、前記一端部が前記人体の左肩部の背面側で前記肩部装着部に固定されると共に前記他端部が前記人体の左膝部の背面側で前記膝部装着部に固定され、かつ前記中間部が前記人体の左臀部の背面側で前記腰部装着部に保持され、
前記右側線状アクチュエータは、前記一端部が前記人体の右肩部の背面側で前記肩部装着部に固定されると共に前記他端部が前記人体の右膝部の背面側で前記膝部装着部に固定され、かつ前記中間部が前記人体の右臀部の背面側で前記腰部装着部に保持される、
請求項１又は２に記載の動作補助装置。
【請求項４】
複数の前記右側線状アクチュエータを有し、これら複数の前記右側線状アクチュエータが前記人体の左右方向に並んで配置され、
複数の前記左側線状アクチュエータを有し、これら複数の前記左側線状アクチュエータが前記人体の左右方向に並んで配置されている、
請求項３に記載の動作補助装置。
【請求項５】
前記腰部装着部は、前記左側線状アクチュエータを保持する左側保持部が設けられた左側突片部と、前記右側線状アクチュエータを保持する右側保持部が設けられた右側突片部と、前記左側突片部と前記右側突片部とを分離可能に連結する連結部材とを有する、
請求項３又は４に記載の動作補助装置。
【請求項６】
前記制御装置は、前記装着具に取り付けられて前記人体に背負われ、
前記線状アクチュエータが前記人体と前記制御装置との間に配置される、
請求項１乃至５の何れか１項に記載の動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、上半身を前傾させた前傾姿勢から直立姿勢への人体の動きを補助し、または前傾姿勢を保持する動作補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば荷物を運ぶ荷役作業や被介護者を介護する介護作業を行う作業者に装着して用いられ、作業者の筋力を補って動作を補助する動作補助装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の動作補助装置（筋力補助装置）は、人体の腰部に取り付けられる第１装着具と、人体の肩部に装着される第２装着具と、第１装着具と第２装着具との間に設けられる主アクチュエータとを有している。この主アクチュエータは、流体が注入されることにより収縮する流体注入型アクチュエータである。また、第１装着具は、臀部の背面側に配置される第１主部材と、第１主部材に対向する可動部材と、可動部材を第１主部材から離間させる補助アクチュエータとを有している。主アクチュエータは、一方の端部が可動部材の上端部に接続され、他方の端部が第２装着具に接続されている。
【０００４】
上記のように構成された動作補助装置の動作時には、まず補助アクチュエータが作動して可動部材が第１主部材から離間し、次いで主アクチュエータが作動して第２装着具を可動部材側に引き寄せる。これにより作業者の上半身が前かがみになった状態から直立姿勢への動作が補助される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１８／１０５４３０号公報（図１，２、段落［００５５］〜［００６０］参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載の動作補助装置では、第１装着具が、第１主部材、可動部材、及び補助アクチュエータを有するので、その重量及びコストが嵩む。また、作業者が休憩等のために着座する際には、第１装着具が邪魔になるので動作補助装置を取り外さなくてはならず、利便性が低いという課題もある。
【０００７】
そこで、本発明は、重量及びコストを低減可能で、かつ利便性を向上させることが可能な動作補助装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記の目的を達成するため、上半身を前傾させた前傾姿勢から直立姿勢への人体の動きを補助する、または前傾姿勢を保持する動作補助装置であって、作動時に長手方向に沿って収縮する線状アクチュエータと、前記人体に装着される装着具と、前記線状アクチュエータを制御する制御装置とを備え、前記装着具は、前記人体の肩部に装着される肩部装着部と、前記人体の腰部に装着される腰部装着部と、前記人体の膝部に装着される膝部装着部とを有し、前記線状アクチュエータは、その一端部が前記肩部装着部に固定されると共に他端部が前記膝部装着部に固定され、かつ前記一端部と前記他端部との間の中間部が前記腰部装着部により前記人体の臀部の背面側に保持される、動作補助装置を提供する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る動作補助装置によれば、重量及びコストを低減することができ、かつ利便性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態に係る動作補助装置が作業者に装着された状態を示す説明図であり、（ａ）は作業者の腹部側を、（ｂ）は作業者の背中側を、それぞれ示す。
【図２】（ａ）は、図１（ｂ）において動作補助装置の制御装置を取り外した状態を示す説明図であり、（ｂ）は、さらに線状アクチュエータを取り外した状態を示す説明図である。
【図３】人体の後側に配置される腰部装着部の一部を示す説明図である。
【図４】４本の線状アクチュエータを示し（ａ）は収縮した状態を、（ｂ）は伸長した状態を、それぞれ示す。
【図５】１本の線状アクチュエータの断面を示し、（ａ）は収縮した状態を、（ｂ）は伸長した状態を、それぞれ示す。
【図６】制御装置の構成例を示す概略構成図である。
【図７】作業者が重量物を持ち上げる際の動作を示す説明図であり、（ａ）は持ち上げ動作中の状態を示し、（ｂ）は持ち上げ後の状態を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１乃至図７を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。
【００１２】
図１は、本発明の実施の形態に係る動作補助装置が作業者に装着された状態を示す説明図であり、（ａ）は作業者の腹部側を、（ｂ）は作業者の背中側を、それぞれ示している。図２（ａ）は、図１（ｂ）において動作補助装置の制御装置を取り外した状態を示す説明図であり、図２（ｂ）は、さらに線状アクチュエータを取り外した状態を示す説明図である。以下の説明において、「上」「下」「左」「右」とは、作業者の人体の上下左右をそれぞれ指し、「前側」「後側」とは、作業者の人体の腹部側及び背中側をそれぞれ指すものとする。
【００１３】
この動作補助装置１は、上半身を前傾させた前傾姿勢から直立姿勢への作業者Ｗの動きを補助し、または前傾姿勢を保持するものであり、作業者Ｗの人体１０に装着される装着具２と、作動時に長手方向に沿って収縮する複数の線状アクチュエータ３０と、これらの線状アクチュエータ３０を制御する制御装置４とを備えている。装着具２は、人体１０の肩部１１に装着される肩部装着部２１と、人体１０の腰部１２に装着される腰部装着部２２と、人体１０の左右の膝部１３，１４にそれぞれ装着される膝部装着部２３，２４とを有している。
【００１４】
肩部装着部２１は、左右の肩ベルト２１１，２１２と、左右の肩ベルト２１１，２１２を連結する連結部２１３とを有している。肩ベルト２１１，２１２は、それぞれの一端部２１１ａ，２１２ａ同士が連結部２１３に接続され、他端部２１１ｂ，２１２ｂが下方に延びて腰部装着部２２に接続されている。また、肩ベルト２１１，２１２は、一端部２１１ａ，２１２ａと他端部２１１ｂ，２１２ｂとの間が人体１０の胸部１５の前側を経由している。肩ベルト２１１，２１２の一端部２１１ａ，２１２ａは、人体１０における肩部１１の後側に配置され、頚部１６の下側で左右方向に延在する帯状の連結部２１３により連結されている。
【００１５】
腰部装着部２２は、人体１０の腹部１７を囲む腰ベルト２２１と、人体１０の後側で腰ベルト２２１から下方に延びる左右の延在部２２２，２２３と、左側の延在部２２２の下端部から右側に向かって延びる左側突片部２２４と、右側の延在部２２３の下端部から左側に向かって延びる右側突片部２２５と、左側突片部２２４と右側突片部２２５とを分離可能に連結する連結部材２２６とを有している。腰ベルト２２１は、人体１０の左側にあたる部分と右側にあたる部分とが、バックル２２７によって腹部１７の前側で留められている。
【００１６】
膝部装着部２３，２４は、筒状であり、左側の膝部装着部２３は人体１０の左膝部１３を囲むように、右側の膝部装着部２４は人体１０の右膝部１４を囲むように、それぞれ上方に移動しないように装着される。なお、肩ベルト２１１，２１２及び腰ベルト２２１の長さ、ならびに膝部装着部２３，２４の太さは、装着される人体１０の各部のサイズに合わせて調節可能である。
【００１７】
複数の線状アクチュエータ３０は、その一端部３０ａが肩部装着部２１に固定されると共に他端部３０ｂが膝部装着部２３，２４に固定され、かつ一端部３０ａと他端部３０ｂとの間の中間部３０ｃが腰部装着部２２により人体１０の臀部１８の背面側（すなわち後側）に保持される。
【００１８】
図３は、人体１０の後側にあたる腰部装着部２２の一部を示す説明図である。腰部装着部２２には、腰ベルト２２１に複数の線状アクチュエータ３０を保持する２つの保持部２２１ａ，２２１ｂが左右に並んで設けられている。また、左側突片部２２４及び右側突片部２２５には、複数の線状アクチュエータ３０を保持する左側保持部２２４ａ及び右側保持部２２５ａがそれぞれ設けられている。
【００１９】
本実施の形態では、動作補助装置１が８本の線状アクチュエータ３０を有している。これら８本の線状アクチュエータ３０のうち４本の線状アクチュエータ３０は、人体１０の背柱１９よりも左側に配置されて左側アクチュエータ群３Ａを構成する。また、他の４本の線状アクチュエータ３０は、人体１０の背柱１９よりも右側に配置されて右側アクチュエータ群３Ｂを構成する。以下、左側アクチュエータ群３Ａを構成する４本の線状アクチュエータ３０を左側線状アクチュエータ３０Ａといい、右側アクチュエータ群３Ｂを構成する４本の線状アクチュエータ３０を右側線状アクチュエータ３０Ｂという場合がある。
【００２０】
４本の左側線状アクチュエータ３０Ａは、互いに交差しないように、人体１０の左右方向に並んで配置されている。同様に、４本の右側線状アクチュエータ３０Ｂは、互いに交差しないように、人体１０の左右方向に並んで配置されている。左側アクチュエータ群３Ａと右側アクチュエータ群３Ｂとの間には、左側線状アクチュエータ３０Ａ同士の間隔、及び右側線状アクチュエータ３０Ｂ同士の間隔よりも広い間隔が設けられている。
【００２１】
左側線状アクチュエータ３０Ａは、一端部３０ａが左肩部１１１の背面側で肩部装着部２１に固定されると共に、他端部３０ｂが左膝部１３の背面側で膝部装着部２３に固定され、かつ中間部３０ｃが左臀部１８１の背面側で腰部装着部２２に保持されている。また、右側線状アクチュエータ３０Ｂは、一端部３０ａが右肩部１１２の背面側で肩部装着部２１に固定されると共に、他端部３０ｂが右膝部１４の背面側で膝部装着部２４に固定され、かつ中間部３０ｃが右臀部１８２の背面側で腰部装着部２２に保持されている。
【００２２】
腰部装着部２２の保持部２２１ａ，２２１ｂならびに左側保持部２２４ａ及び右側保持部２２５ａは、それぞれが複数の線状アクチュエータ３０を挿通させる筒状に形成されており、複数の線状アクチュエータ３０の人体１０に対する左右方向への移動、及び人体１０に対する後側への移動を規制している。左側線状アクチュエータ３０Ａは、保持部２２１ａ及び左側保持部２２４ａに挿通され、腰部装着部２２に対して上下方向に移動可能である。右側線状アクチュエータ３０Ｂは、保持部２２１ｂ及び右側保持部２２５ａに挿通され、腰部装着部２２に対して上下方向に移動可能である。
【００２３】
連結部材２２６は、例えば一対のマジックテープ（登録商標）２２６ａ，２２６ｂからなり、左側突片部２２４と右側突片部２２５とを分離可能に連結する。一方のマジックテープ２２６ａは、左側突片部２２４に固定され、他方のマジックテープ２２６ｂは、右側突片部２２５に固定されている。図３（ａ）では、連結部材２２６によって左側突片部２２４と右側突片部２２５とが連結された状態を示し、図３（ａ）では左側突片部２２４と右側突片部２２５とが分離された状態を示している。なお、連結部材２２６としては、作業者Ｗ自身が後ろに手をまわして着脱可能なものであれば、マジックテープに限らず、例えばスナップボタンでもよく、ホック等の留め具でもよい。
【００２４】
図４は、４本の線状アクチュエータ３０を示している。図５は、１本の線状アクチュエータ３０の断面を示している。図４及び図５において、（ａ）は収縮した状態を、（ｂ）は伸長した状態を、それぞれ示している。線状アクチュエータ３０は、中空部３００を有する管状であり、中空部３００に制御装置４から気体が供給させることにより作動する。
【００２５】
線状アクチュエータ３０は、中空部３００に気体が供給されると長手方向に収縮し、供給された気体が排出されると収縮状態が元に戻って長手方向に伸びる。中空部３００には、制御装置４によって線状アクチュエータ３０の一端部３０ａから気体が導入される。線状アクチュエータ３０の他端部３０ｂでは、中空部３００が閉塞されている。
【００２６】
線状アクチュエータ３０は、伸縮性及び可撓性を有するゴム等の弾性体からなるチューブ３１と、チューブ３１の長手方向に対して傾斜して螺旋状に延びる複数の線芯３２とを有している。線芯３２は、例えば金属線であり、しなやかに屈曲するが、張力が付与されても実質的に伸びが発生しない性質を有している。本実施の形態では、複数の線芯３２が互いに交差するように網目状に設けられている。なお、線芯３２の材料としては、金属に限らず、例えばケブラー（登録商標）等の強度に優れた繊維を用いてもよい。
【００２７】
図６は、制御装置４の構成例を示す概略構成図である。制御装置４は、装着具２に取り付けられて人体１０に背負われる。本実施の形態では、制御装置４のケース部材４０が肩部装着部２１に固定されている。複数の線状アクチュエータ３０は、人体１０の背中１００と制御装置４との間に配置される。
【００２８】
制御装置４は、ケース部材４０と、空圧ポンプ４１と、空圧ポンプ４１を駆動する電動モータ４２と、電動モータ４２を動作させるための電源であるバッテリー４３と、バッテリー４３から電動モータ４２に供給される電流をスイッチングするスイッチング素子４４と、空圧ポンプ４１から吐出された圧縮空気を蓄えるタンク４５と、タンク４５の前後に設けられた第１及び第２の開閉弁４６，４７と、リリーフ弁４８と、スイッチング素子４４ならびに第１及び第２の開閉弁４６，４７を動作させるコントローラ４９とを有している。コントローラ４９は、スイッチング素子４４のオン及びオフにより電動モータ４２を制御する。
【００２９】
コントローラ４９は、線状アクチュエータ３０の非作動時において、第１の開閉弁４６を開状態とすると共に第２の開閉弁４７を閉状態とし、電動モータ４２によって空圧ポンプ４１を駆動させてタンク４５に圧縮空気を蓄える。線状アクチュエータ３０を作動させる際には、第１の開閉弁４６を閉状態とすると共に第２の開閉弁４７を開状態とし、タンク４５に蓄えられた圧縮空気を線状アクチュエータ３０の中空部３００に供給する。
【００３０】
空圧ポンプ４１は、例えばダイヤフラム式のものであり、大気を吸入して第１の開閉弁４６を経てタンク４５に供給する。タンク４５から排出された気体は、第２の開閉弁４７を経て左側アクチュエータ群３Ａ及び右側アクチュエータ群３Ｂの各線状アクチュエータ３０の中空部３００に供給される。リリーフ弁４８は、線状アクチュエータ３０に供給される気体の空気圧が所定値以上になると開弁し、過剰な圧縮空気を大気に放出する。また、線状アクチュエータ３０を作動状態から非作動状態にする際には、制御装置４９がリリーフ弁４８を開放する。これにより、中空部３００に供給された気体が排出され、線状アクチュエータ３０が伸長する。
【００３１】
なお、制御装置４の構成としては、上記のものに限らず、空圧ポンプ４１や電動モータ４２及びタンク４５に替えて、予め圧縮空気が注入されたボンベを有するものであってもよい。この場合、圧力調整弁を経てボンベからの圧縮空気が複数の線状アクチュエータ３０の中空部３００に供給される。
【００３２】
図７は、作業者Ｗが重量物５を持ち上げる際の動作を示す説明図であり、（ａ）は持ち上げ動作中の状態を示し、（ｂ）は持ち上げ後の状態を示している。図７（ａ）に示すように、作業者Ｗが上半身を前傾させた前傾姿勢では、肩部１１から臀部１８の後側を経て左右の膝部１３，１４に至る経路の長さが長く、図７（ｂ）に示す直立姿勢では、この経路の長さが短くなる。複数の線状アクチュエータ３０は、この経路に沿うように、一端部３０ａが肩部装着部２１に固定されると共に他端部３０ｂが膝部装着部２３，２４に固定され、中間部３０ｃが腰部装着部２２により人体１０の臀部１８の後側に保持されているので、長手方向に収縮することにより作業者Ｗの前傾姿勢から直立姿勢への動作を補助すること、または前傾姿勢を保持することができる。
【００３３】
また、作業者Ｗが休憩のために椅子等に着座する際には、複数の線状アクチュエータ３０が可撓性を有しているため、動作補助装置１を装着したままの状態で複数の線状アクチュエータ３０の上に座ることができる。また、連結部材２２６により左側突片部２２４と右側突片部２２５とを分離可能であるので、左側突片部２２４と右側突片部２２５とを分離して左側アクチュエータ群３Ａと右側アクチュエータ群３Ｂとの間を広げれば、その間から作業者Ｗがより快適に椅子等に着座して休憩することができる。
【００３４】
（実施の形態の効果）
以上説明した本発明の実施の形態によれば、例えば特許文献１に記載されたもののように補助アクチュエータを有しないので、重量及びコストを低減することができる。また、作業者Ｗが動作補助装置１を装着したままでも休憩することができ、左側突片部２２４と右側突片部２２５とを分離すれば、より快適に休憩することが可能となる。これにより、利便性が向上する。
【００３５】
また、本実施の形態では、線状アクチュエータ３０が中空部３００に気体が供給させることにより作動して収縮するので、例えば液体によって作動する場合に比較して重量が軽減され、作業者Ｗの負担が緩和される。
【００３６】
また、本実施の形態では、８本の線状アクチュエータ３０が４本ずつに分けられて左側アクチュエータ群３Ａ及び右側アクチュエータ群３Ｂを構成するので、作業者Ｗの歩行等の動作を妨げることなく、左右のバランスよく動作補助力を発生させることができる。また、左側アクチュエータ群３Ａ及び右側アクチュエータ群３Ｂのそれぞれにおいて複数の線状アクチュエータ３０が人体１０の左右方向に並んで配置されるので、左側アクチュエータ群３Ａ及び右側アクチュエータ群３Ｂが帯状となり、複数の線状アクチュエータ３０の動作補助力が一点に集中することなく、動作補助力を人体１０の左右方向に分散させて発生させることができる。
【００３７】
またさらに、本実施の形態では、制御装置４が装着具２に取り付けられて人体１０に背負われるので、例えば重量物５を持ち上げて運ぶ作業が容易となる。また、複数の線状アクチュエータ３０が作業者Ｗの人体１０と制御装置４との間に配置されるので、複数の線状アクチュエータ３０の伸縮動作が制御装置４に干渉することなく、円滑に動作することが可能である。
【００３８】
（付記）
以上、本発明を実施の形態に基づいて説明したが、この実施の形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。
【００３９】
また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、線状アクチュエータ３０が空圧式のものである場合について説明したが、線状アクチュエータ３０の作動方式はこれに限らず、例えば電磁的作用によって収縮及び伸長するものであってもよい。すなわち、線状アクチュエータ３０としては、例えば人工筋肉等と称される様々な構成のものを用いることができる。
【符号の説明】
【００４０】
１…動作補助装置                        １０…人体
１１…肩部                              １２…腰部
１３…左膝部                            １４…右膝部
１９…背柱                              ２…装着具
２１…肩部装着部                        ２２…腰部装着部
２２４…左側突片部                      ２２４ａ…左側保持部
２２５…右側突片部                      ２２５ａ…右側保持部
２２６…連結部材                        ２３，２４…膝部装着部
３０…線状アクチュエータ                ３０Ａ…左側線状アクチュエータ
３０Ｂ…右側線状アクチュエータ          ３０ａ…一端部
３０ｂ…他端部                          ３０ｃ…中間部
３００…中空部                          ３１…チューブ
４…制御装置                            Ｗ…作業者
【図１】
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【図２】
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【図３】
2020185102.tif 000005
【図４】
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【図５】
2020185102.tif 000007
【図６】
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【図７】
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