(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量で装着時の違和感が無いアシスト装置を提供する。【解決手段】アシスト装置１はズボン状の衣服５に装着できるような形状を有し、空気の流入により一方向に収縮する一つまたは複数の収縮型インフレータブルアクチュエータ２と、収縮型インフレータブルアクチュエータに対しエアチューブ２０１を通し空気の流入または流出を行う一または複数のポンプと、装着者の姿勢に応じて空気の流入と流出を制御するコントローラとを備えたコントローラユニット１００とを有する。【選択図】図１
2020195499.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の流入により一方向に収縮する一つまたは複数の収縮型インフレータブルアクチュエータと、
前記収縮型インフレータブルアクチュエータに対し空気の流入または流出を行う一つまたは複数のポンプと、装着者の姿勢に応じて前記空気の流入と流出を制御するコントローラとを備えたコントローラユニットと、を有するアシスト装置。
【請求項２】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、２枚の変形可能なシートの周辺を密封状態に貼り合わせたインフレータブル構造体を成し、さらにその内側を通気可能な状態で部分的に貼り合わせたことにより複数の小胞に分割形成されたものであることを特徴とする請求項１に記載のアシスト装置。
【請求項３】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは略長方形状の平面構造を成し、短辺と平行に複数の小胞に分割形成されたことを特徴とする請求項２に記載のアシスト装置。
【請求項４】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、収縮方向の一端を装着者の大腿部に相当する位置に、収縮方向の他の一端を装着者の膝蓋骨下部に相当する位置に、それぞれ直接的または間接的に固定される、請求項１〜３のいずれかに記載のアシスト装置。
【請求項５】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは少なくとも右膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータと左膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータとで構成され、前記右膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータは装着者の右足大腿部の前側に相当する位置に、前記左膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータは装着者の左足大腿部の前側に相当する位置に、それぞれ設けられたことを特徴とする請求項４に記載のアシスト装置。
【請求項６】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、さらに右膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータと左膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータを有し、前記右膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータは装着者の右足大腿部の後側に相当する位置に、前記左膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータは装着者の左足大腿部の後側に相当する位置に、それぞれ設けられたことを特徴とする請求項５に記載のアシスト装置。
【請求項７】
空気の流入により厚さ方向に膨張する膨張型インフレータブルアクチュエータをさらに備え、前記膨張型インフレータブルアクチュエータは装着者の臀部に相当する位置に直接的または間接的に固定されることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれかのいずれかに記載のアシスト装置。
【請求項８】
前記膨張型インフレータブルアクチュエータは、それぞれの平面形状が略円形である一対のインフレータブル構造体であることを特徴とする請求項７に記載のアシスト装置。
【請求項９】
前記コントローラは、装着者の起立動作開始時に前記膨張型インフレータブルアクチュエータに空気を流入させるフェーズと、対象動作の検出後、前記膨張型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左右の膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズを順次実行することを特徴とする請求項７または請求項８のいずれかに記載のアシスト装置。  
【請求項１０】
前記膨張型インフレータブルアクチュエータに対する空気の流入と流出、および前記膝関節伸展用収縮型インフレータブルアクチュエータに対する空気の流入は、前記ポンプと前記膨張型インフレータブルアクチュエータまたは前記膝関節伸展用収縮型インフレータブルアクチュエータの間にエアチューブを介して接続されたバルブの弁の切り替えにより制御されることを特徴とする請求項９に記載のアシスト装置。  
【請求項１１】
前記コントローラは、装着者の歩行動作に応じて、
前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、
前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、
前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、
前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、を循環的に実行することを特徴とする、請求項１０に記載のアシスト装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれかに記載のアシスト装置が設けられたアシスト用衣服。
【請求項１３】
請求項８に記載のアシスト装置に記載のコントローラによって実行されるアシスト制御用プログラムであって、        
前記装着者の起立動作開始時に前記膨張型インフレータブルアクチュエータに空気を流入させるステップと、
動作を検証するステップと、
対象動作が検出された場合、前記膨張型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左右の膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、を含むプログラム。
【請求項１４】
請求項１１に記載のアシスト装置に記載のコントローラによって実行されるアシスト制御用プログラムであって、
前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、
前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、
前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、
前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、を循環的に実行するプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、起立動作および歩行動作における比較的軽い支援を行う、アシスト装置およびアシスト用衣服およびアシスト制御用プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
超高齢社会を迎えた我が国では、運動器の機能不全によって起立・着座・歩行能力が低下した「ロコモティブシンドローム（運動器症候群）」発症者が増加している。ロコモティブシンドロームは２００７年に日本整形外科学会が提唱した概念である。主な原因の関節疾患、高齢による衰弱、骨折・転倒が全体の約半数を占めていると言われている。
【０００３】
このように、ロコモティブシンドロームは、運動器自体に関する疾患や加齢による運動器機能不全が含まれていることから、一旦発症すれば、日常生活における自立度の低下を招くので、要介護状態の進行につながる深刻な社会課題のひとつとなってきている。
【０００４】
そこで、従来、起立や歩行などの日常生活動作を支援するウェアラブルロボットが開発されている。その多くは体重をフルに支えるために、剛体の外骨格フレームや高出力用の大型アクチュエータを使用するものである（特許文献１）。
【０００５】
その一方で、近年、ソフトアクチュエータを用いたウェアラブルロボットの開発が注目を集めている（特許文献２、非特許文献１）。ソフトアクチュエータはパワーの点では電磁モータを用いた外骨格型アシストロボットには劣るものの、システム全体が軽量であり、装着者との親和性といった点でメリットがある。よって、ある程度の自立が可能な高齢者や障碍者に適している。
【０００６】
非特許文献１には、ポリウレタン弾性繊維（スパンデックス）生地をベースに、バンドやサポーターと面ファスナーで構成されたウェアラブルロボットが開示されている。遊星歯車付きモータによる回転トルクを、プーリーを介してワイヤ駆動させることで、歩行時における足関節の底屈動作のアシストを行っている。  
【０００７】
特許文献２には、マッキベン型アクチュエータと称されるコイル状の伸縮アクチュエータで装着者の腰部と膝部を連結し、大腿部の前後の筋肉を補助するアシスト装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２１３５３８号公報
【特許文献２】特開２０１８−８３２７５号公報
【非特許文献】
【０００９】
【非特許文献１】Ａｌａｎ  Ｔ．  Ａｓｂｅｃｋ，  Ｓｔｅｆａｎｏ  Ｍ．  Ｍ．  Ｄｅ  Ｒｏｓｓｉ，  Ｉｇｎａｃｉｏ  Ｇａｌｉａｎａ，  Ｙｅ  Ｄｉｎｇ，  ａｎｄ  Ｃｏｎｏｒ  Ｊ．  Ｗａｌｓｈ，“Ｓｔｒｏｎｇｅｒ，  Ｓｍａｒｔｅｒ，  Ｓｏｆｔｅｒ：  Ｎｅｘｔ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ  Ｗｅａｒａｂｌｅ  Ｒｏｂｏｔｓ，”ＩＥＥＥ  Ｒｏｂｏｔｉｃｓ  ａｎｄ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｍａｇａｚｉｎｅ，  ｖｏｌ．２１，  ｎｏ．４，  ｐｐ．２２−３３，  ２０１４．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来のソフトアクチュエータを使用したアシスト装置は、装着者との親和性といった点で次のような課題を有していた。まず、非特許文献１の技術においては、システム全体の重量が約５．５ｋｇあり、しかもアクチュエータを含む制御ユニットが外部に備え付けのシステム構成であるため、日常における常時使用に適さないといった課題があった。
【００１１】
また、特許文献２の技術においては、着座時にコイル状アクチュエータを尻に敷く構造であるため、アクチュエータそのものの破損は防げても、着座時に、装着者に違和感を与えたり、場合によっては苦痛を与えたりする、といった懸念があった。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本開示の一態様に係るアシスト装置は、空気の流入により一方向に収縮する一つまたは複数の収縮型インフレータブルアクチュエータと、前記収縮型インフレータブルアクチュエータに対し空気の流入または流出を行う一つまたは複数のポンプと、装着者の姿勢に応じて前記空気の流入と流出を制御するコントローラとを備えたコントローラユニットと、を有する。
【００１３】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、２枚の変形可能なシートの周辺を密封状態に貼り合わせたインフレータブル構造体を成し、さらにその内側を通気可能な状態で部分的に貼り合わせたことにより複数の小胞に分割形成されたものであってもよい。
【００１４】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは略長方形状の平面構造を成し、短辺と平行に複数の小胞に分割形成されたものであってもよい。
【００１５】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、収縮方向の一端を装着者の大腿部に相当する位置に、収縮方向の他の一端を装着者の膝蓋骨下部に相当する位置に、それぞれ直接的または間接的に固定されていてもよい。
【００１６】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは少なくとも右膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータと左膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータとで構成され、前記右膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータは装着者の右足大腿部の前側に相当する位置に、前記左膝関節伸展用インフレータブルアクチュエータは装着者の左足大腿部の前側に相当する位置に、それぞれ設けられたものであってもよい。
【００１７】
前記収縮型インフレータブルアクチュエータは、さらに右膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータと左膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータを有し、前記右膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータは装着者の右足大腿部の後側に相当する位置に、前記左膝関節屈曲用インフレータブルアクチュエータは装着者の左足大腿部の後側に相当する位置に、それぞれ設けられたものであってもよい。
【００１８】
空気の流入により厚さ方向に膨張する膨張型インフレータブルアクチュエータをさらに備え、前記膨張型インフレータブルアクチュエータは装着者の臀部に相当する位置に直接的または間接的に固定されていてもよい。
【００１９】
前記膨張型インフレータブルアクチュエータは、それぞれの平面形状が略円形である一対のインフレータブル構造体であってもよい。
【００２０】
前記コントローラは、装着者の起立動作開始時に前記膨張型インフレータブルアクチュエータに空気を流入させるフェーズと、対象動作の検出後、前記膨張型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左右の膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズを順次実行するものであってもよい。  
【００２１】
前記膨張型インフレータブルアクチュエータに対する空気の流入と流出、および前記収縮型インフレータブルアクチュエータに対する空気の流入は、前記ポンプと前記膨張型インフレータブルアクチュエータまたは前記収縮型インフレータブルアクチュエータの間にエアチューブを介して接続されたバルブの弁の切り替えにより制御されてもよい。  
【００２２】
前記コントローラは、装着者の歩行動作に応じて、前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるフェーズと、を循環的に実行するものであってもよい。
【００２３】
本開示の一態様に係るアシスト用衣服は、前記アシスト装置が設けられたものである。
【００２４】
本開示の一態様に係るアシスト制御用プログラムは、前記コントローラによって実行されるプログラムであって、前記装着者の起立動作開始時に前記膨張型インフレータブルアクチュエータに空気を流入させるステップと、動作を検証するステップと、対象動作が検出された場合、前記膨張型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左右の膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、を含む。
【００２５】
本開示の一態様に係るアシスト制御用プログラムは、前記コントローラによって実行されるプログラムであって、前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、前記右膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記右膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、前記左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの空気を前記左膝関節伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータに流入させるステップと、を循環的に実行する。
【発明の効果】
【００２６】
本開示の一態様によれば、軽量でかつ違和感の無い装着で、着座状態から起立、さらに歩行までをアシストすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本開示の第１の実施の形態のアシスト装置の概念図
【図２】本開示の第１の実施の形態の収縮型インフレータブルアクチュエータの斜視図
【図３】本開示の第１の実施の形態の収縮型インフレータブルアクチュエータ試作品の写真
【図４】本開示の第１の実施の形態の収縮型インフレータブルアクチュエータ試作品の装着時の写真
【図５】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置の概念図
【図６】装着者の着座時の臀部の荷重分布を示すマップ
【図７】本開示の第２の実施の形態の膨張型インフレータブルアクチュエータ試作品の写真
【図８】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置のブロック図
【図９】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置の装着者の着座状態から起立状態までの姿勢の変化を示したイメージ図
【図１０】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置のコントローラが実行するプログラムのフローチャート
【図１１】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置の着座状態から起立状態に至る間のバルブの切り替わりを示すブロック動作図
【図１２】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置の空気の流れを示す概念図
【図１３】本開示の第２の実施の形態のアシスト装置の効果を示す概念図
【図１４】本開示の第３の実施の形態のアシスト装置の空気の流れを示す概念図
【図１５】本開示の第３の実施の形態のアシスト装置の歩行動作直前のバルブの切り替え示すブロック図
【図１６】本開示の第３の実施の形態のアシスト装置の歩行状態のバルブの切り替え示すブロック図
【図１７】本開示の第３の実施の形態のアシスト装置の歩行状態のバルブの切り替え示すブロック図
【図１８】本開示の実施例２の実験結果を示すグラフ
【図１９】本開示の実施例２の収縮型インフレータブルアクチュエータの斜視図
【図２０】本開示の実施例２の実験結果を示すグラフ
【図２１】本開示の実施例３の実験におけるセンサの装着位置を示す写真
【図２２】本開示の実施例３の実験結果を示すグラフ
【図２３】本開示の実施例４の動作を示すタイミングチャート
【図２４】本開示の実施例４の実験結果を示すグラフ
【図２５】本開示の実施例５の実験結果を示すグラフ
【図２６】本開示の実施例５の実験結果を示すグラフ
【図２７】本開示の実施例６の実験結果を示すグラフ
【図２８】本開示の実施例６の実験結果を示すグラフ
【図２９】本開示の実施例６の実験結果を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本開示の一態様に係る実施の形態（以降、第１の実施の形態）について図面を参照しながら詳細に説明する。図１は第１の実施の形態のアシスト装置の概念図を示す。図１において、アシスト装置１はズボン状の衣服５に装着できるような形状を有する。２は空気の流入により一方向に収縮する一対の収縮型インフレータブルアクチュエータ（収縮型ＩｆＡ）であり、本実施の形態では左右一対設けられている。１００はコントローラユニットであり、収縮型インフレータブルアクチュエータ２に対しエアチューブ２０１を通し空気の流入または流出を行う一または複数のポンプと、装着者の姿勢に応じて前記空気の流入と流出を切替えるコントローラとを備える（図示せず）。
【００２９】
図２に、本実施の形態における収縮型インフレータブルアクチュエータ２の斜視図を示す。収縮型インフレータブルアクチュエータ２は、２枚の変形可能なシートの周辺をエアチューブ２０１との接続部分を除き密封状態に貼り合わせたインフレータブルな構造体を成す。さらにその内側が通気可能な状態で部分的に貼り合わされることにより複数の小胞に分割形成されている。本実施の形態では、図２に示されるように略長方形状の平面構造を成し、短辺と平行に複数の小胞に分割形成されている。本実施の形態において、「略長方形状」というのは、幾何学上の長方形の形状のみならず、角を落とした長方形や、連結用の突起を設けた長方形の形状も含まれるとする。
【００３０】
この収縮型インフレータブルアクチュエータ２に空気を流入させると（図２中ＯＮ）、収縮型インフレータブルアクチュエータ２は全体としては厚み方向に膨張するものの、長手方向（分割線と直角方向）には収縮するように変形する。また空気を流出させると（図２中ＯＦＦ）元のシート状に戻る。空気の流入量と収縮量との関係については実施例２で詳細に説明する。
【００３１】
本実施の形態において、収縮型インフレータブルアクチュエータ２は、収縮方向の上端が装着者の大腿部に設けられたバンド１１にワイヤ１３を介して接続されている。また、下端は装着者の膝蓋骨の直下に設けられたバンド１２にワイヤ１４を介して、それぞれ連結されている。ワイヤ１４は膝蓋骨を迂回するように２本設けられてもよい。また、ワイヤ１４との整合上、ワイヤ１３も２本構成にしてもよい。なお、ワイヤ１３、１４は独立して設ける必要はなく収縮型インフレータブルアクチュエータ２と一体成型されたものでもよい。また、収縮型インフレータブルアクチュエータ２の長さが装着者の大腿部の長さと同等であれば、ワイヤ１３またはワイヤ１４を用いずにバンド１１またはバンド１２にそれぞれ直結させてもよい。また、バンド１１、１２は補強材として装着者が着用する衣服５に縫い込まれたものであってもよい。
【００３２】
図３に本実施の形態における収縮型インフレータブルアクチュエータ２の試作品（左は空気流出時、右側は空気流入時）の写真を、図４に収縮型インフレータブルアクチュエータ２の試作品を装着者の右足前方に位置するように装着したときの写真を示す。当該試作品は熱可塑性ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ＰｏｌｙＵｒｅｔｈａｎｅ：ＴＰＵ）フィルムを用いている。ＴＰＵはポリエチレンに比べ伸びやすく破れにくい性質を持っているため、過度に膨張してしまった際の破裂を防ぐことができる。２枚のＴＰＵフィルムを重ね、長手方向に小胞に分割されるように熱溶着する。なお、小胞間で通気性を確保するため、小胞分割壁の中央部は熱溶着されないよう予めマスキングしておく。
【００３３】
図４の場合、収縮型インフレータブルアクチュエータ２は装着者太もも前部の筋肉（大腿四頭筋）を補助する機能を有する。すなわち装着者が膝を伸ばす動作（膝関節伸展動作）をする際、大腿四頭筋を収縮させるが、この運動を収縮型インフレータブルアクチュエータ２が補助することにより、大腿四頭筋の負荷を減らすことができる。さらに収縮型インフレータブルアクチュエータ２は２枚の熱可塑性シートを貼りあわせて形成されているため、軽量で柔軟性があり、装着者が違和感を受けることなく装着でき、衣服の中に縫い込むことも可能となる。さらに収縮型インフレータブルアクチュエータを大腿部の前面と後面に配置することで、それぞれ伸筋と屈筋の役割を担わせることができる
【００３４】
以下、本開示の第２の実施の形態について説明する。図５は本開示の第２の実施の形態のアシスト装置１の概念図である。図５において、２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂは、それぞれ右膝関節伸展用、左膝関節伸展用、右膝関節屈曲用、左膝関節屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータであり、それぞれ第１の実施の形態の収縮型インフレータブルアクチュエータ２と同等の機能を有すものである。伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、２１ｂは装着者前面に配置され、大腿部のバンド１１および膝蓋骨下部のバンド１２と、それぞれワイヤを介して連結されている。本実施の形態においても、バンド１１、１２は、それぞれ左右一対設けられているとする。なお、第１の実施例と同様、前記ワイヤは収縮型インフレータブルアクチュエータと一体成型したものでもよく、また前記ワイヤを用いずに収縮型インフレータブルアクチュエータをバンド１１またはバンド１２にそれぞれ直結させてもよい。また、バンド１１、１２は補強材として装着者が着用する衣服５に縫い込まれたものであってもよい。
【００３５】
屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２２ａ、２２ｂは装着者後面に設けられ、同様にバンド１１、１２と、それぞれワイヤを介して連結（またはワイヤを用いずに直結）している。また、各収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂにはコントローラユニット（１００）からエアチューブ２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂを介して空気が流入する。なお、図５においてコントローラユニットは装着者後面にも設けられているように（破線で）示されているが、１つのコントローラユニット１００から前後にエアチューブが配管されるものであってもよい。
【００３６】
さらに図５において、３ａ、３ｂは、空気の流入により厚み方向に膨張する膨張型インフレータブルアクチュエータである。膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂは装着者のそれぞれ左右の臀部の位置に配置されるよう、臀部に対し間接的に固定されている。固定の方法としては腰部や大腿部のバンドに連結されてもよいし、装着者が着用する衣服５に直接固定されて設けられてもよい。
【００３７】
膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂはそれぞれ平面形状が略円形であるとする。ここで、略円形とは真円のみならず新円に近い楕円形やソラマメ状の閉曲線図形、さらには真円に近い、好ましくは八角以上の多角形であってもよい。図７に本開示の第２の実施の形態の膨張型インフレータブルアクチュエータの試作品の写真を示す。当該試作品は熱可塑性ポリウレタン（Ｔｈｅｒｍｏｐｌａｓｔｉｃ  ＰｏｌｙＵｒｅｔｈａｎｅ：ＴＰＵ）フィルムを用いている。略円形状の２枚のＴＰＵフィルムを重ね、空気の流入（流出）口を除き外周を溶着することにより形成している。
【００３８】
膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂがそれぞれ略円形であることが好ましいのは、図６に示すように、装着者の着座時の臀部の圧力分布（ＢｏｄｉＴｒａｋ社製圧力分布計測装置を使用）が略円形となっていることによる。そこで例えば円形の膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂ（同図中実線）を、圧力が最も高い部分がほぼ中心となるように装着者の臀部に対して配置すれば、後述の起立時の動作（図１３）をより安定に支援することができる。以下、起立時の支援動作について順次説明する。
【００３９】
図８に本実施の形態のアシスト装置の制御ブロック図を示す。図８において、収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ、および膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂはそれぞれ図３および図７で示されたものをシンボル化したものである。さらに、図８において、コントローラユニット１００は、バルブ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、およびポンプ５０ａ、５０ｂ、５３、およびコントローラ１０１を含む。さらに、コントローラユニット１００は、電源７１、スイッチ７２、７６、ＤＣＤＣコンバータ７４、７５、ジャンクション７３、６０ａ、６０ｂ、６３を含む。コントローラ１０１は６個の出力ポートを有し、それぞれＮＰＮトランジスタ１０２を介し、バルブ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの切替えを行う。
【００４０】
ポンプ５０ａは、フェーズに応じて右側に配置された（伸展用）収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、（屈曲用）収縮型インフレータブルアクチュエータ２２ａ、および膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａに対し、空気の流入または流出を行う。ポンプ５０ｂは、フェーズに応じて左側に配置された（伸展用）収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ｂ、（屈曲用）収縮型インフレータブルアクチュエータ２２ｂ、および膨張型インフレータブルアクチュエータ３ｂに対し、空気の流入または流出を行う。ポンプ５３は膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂに空気を流入する。ポンプ５０ａ、５０ｂ、５３は空気の吸入と流出を同時に行うものであり、各インフレータブルアクチュエータに対して空気を流入するか流出するかは、コントローラ１０１の指示の下、バルブ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂの切り替えによって実行される。
【００４１】
以下、図９で示される起立動作の際に、図１０に本開示の第２の実施の形態のアシスト装置のコントローラ１０１が実行するプログラムのフローチャートを示す。まずポンプ５３をＯＮし、膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂに空気を流入する（Ｓ１）。その後動作検証を行い（Ｓ２）、対象動作が検出されれば（Ｓ３）次のステップに進む。以上のステップは前記起立動作（図９）におけるフェーズ（ｐｈａｓｅ１）に相当する。ここで対象動作とは椅子から離れたやや中腰状態の動作を意味し、このとき股関節最大屈曲が検出される。この股関節最大屈曲は、例えば衣服５の膝付近に曲げセンサ等を設けて検出できるが、角加速度センサや生体電位センサを用いてもよい。動作検証と対象動作の詳細については実施例３と実施例６で改めて説明する。
【００４２】
対象動作が検出されるとポンプ５３をＯＦＦとし、代わりにポンプ５０ａ、５０ｂをＯＮとする。併せてバルブ４３ａ、４３ｂをＯＮとする（以上Ｓ４）。以上の動作は前記起立動作（図９）におけるフェーズ（ｐｈａｓｅ２）に相当する。図１１にｐｈａｓｅ１終期のアシスト装置の状態（同図（ａ））と、ｐｈａｓｅ２におけるアシスト装置の状態（同図（ｂ））を模式的に示す。ｐｈａｓｅ２においては膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａから、バルブ４３ａ、ポンプ５０ａ、バルブ４１ａを経て、収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａに空気を流入する流路が形成される。その結果、膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａに充満した高圧の空気がポンプ５０ａでさらに加圧されて、収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａに流れ込む（図中点線矢印）。同様に、膨張型インフレータブルアクチュエータ３ｂに充満した空気がポンプ５０ａを通って収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ｂに流れ込む。
【００４３】
以上のように、流路の切り替えにより、ｐｈａｓｅ１において充填された空気圧を利用して、ｐｈａｓｅ２における収縮型インフレータブルアクチュエータに空気を流入することができる（図１２）。その結果、エネルギー効率の高い起立支援を実現することができる。起立支援の例を図１３に示す。まず、ｐｈａｓｅ１において、膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂの膨張により、離床動作（体重重心上方移動）を支援し、ｐｈａｓｅ２において収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、２１ｂを縮ませることで、起立時の膝関節伸展動作を支援する。起立が完了すればすべてのポンプを停止させる（Ｓ５）。
【００４４】
なお、本実施の形態において、コントローラ１０１はマイクロプロセッサであり、図１０のフローチャートはそのプログラムによって実行されてもよい。また、そのプログラムは不揮発性メモリ上に予め組み込まれたものであってもよいし、通信回線を介してサーバーからダウンロードされたものであってもよい。
【００４５】
以下、本開示の第３の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、歩行動作の支援機能について説明する。まず表１に本実施の形態におけるアシストフェーズを示す。また、表２に各フェーズにおける収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ（表２中では、それぞれＲｉｇｈｔ  ｅｘ．  ＩｆＡ、Ｒｉｇｈｔ  ｆｌ．  ＩｆＡ、Ｌｅｆｔ  ｅｘ．  ＩｆＡ、Ｌｅｆｔ  ｆｌ．  ＩｆＡ）の状態を示す。さらに、この状態となるような収縮型インフレータブルアクチュエータの動作を模式的に図１４に、空圧制御機器のＯＮ／ＯＦＦ状態を図１５〜１７に示す。なお、本実施の形態においては膨張型インフレータブルアクチュエータ３ａ、３ｂは動作させない。
【表１】
2020195499.tif 000003
【表２】
2020195499.tif 000004
【００４６】
本実施の形態において、Ｎｅｕｔｒａｌ（ｐｈａｓｅ）とは、両脚支持期や静止時などのアシストを行わないフェーズを意味する。このとき、全ての収縮型インフレータブルアクチュエータに少し空気が入っているものの駆動はしていない（図１５）。ここで装着者が歩行動作を開始すると、以下のフェーズが順次、循環的に実行される。
【００４７】
最初のフェーズ（Ｒ−Ｆｌｅｘｉｏｎ  ｐｈａｓｅ）は右脚の膝関節が屈曲する遊脚初期から遊脚中期の状態である（図１６（ａ））。このとき、右膝関節伸展支援用のインフレータブルアクチュエータ２１ａの空気はポンプ５０ａにより右膝関節屈曲支援用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２２ａに送られる。その結果、右膝関節屈曲支援用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２２ａが収縮動作を行い、屈曲支援用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａは完全に空気が抜けて伸びきった状態となっている。また，このとき対脚は支持脚となっているので、対脚の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ｂ、２２ｂはニュートラルの状態である。
【００４８】
次のフェーズ（Ｒ−Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｐｈａｓｅ）は右脚の膝関節が伸展する遊脚中期から初期接地までの状態である（図１６（ｂ））。このとき、右膝関節屈曲支援用のインフレータブルアクチュエータ２２ａの空気はポンプ５０ａにより右膝関節伸展支援用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａに送られる。その結果、右膝関節伸展支援用の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ａが収縮動作を行い、同右膝関節屈曲支援用のインフレータブルアクチュエータ２２ａは空気が抜けて伸びきった状態となっている。対脚の収縮型インフレータブルアクチュエータ２１ｂ、２２ｂは依然ニュートラル状態である。
【００４９】
左脚のＬ−Ｆｌｅｘｉｏｎｐｈａｓｅ（（図１７（ａ）））、Ｌ−Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｐｈａｓｅ（（図１７（ｂ）））については、それぞれ右脚のＦｌｅｘｉｏｎ  ｐｈａｓｅおよびＥｘｔｅｎｓｉｏｎ  ｐｈａｓｅと同様であるため、説明は省略する。各フェーズの切替えのタイミングについては実施例６で説明する。なお、本実施の形態において、表１および２の切り替え動作はコントローラ１０１（マイクロプロセッサ）のプログラムによって実行されてもよい。また、そのプログラムは不揮発性メモリ上に予め組み込まれたものであってもよいし、通信回線を介してサーバーからダウンロードされたものであってもよい。
【００５０】
以上、前記実施の形態によれば、装着者の起立時および歩行時の支援を軽量な仕組みで実現することが可能となる。さらに装着者が着座中は、起立支援用の膨張型インフレータブルアクチュエータは抜気されてシート状となっているため、着座時の違和感は殆ど無い。他のインフレータブルアクチュエータも、非動作時はシート状であるため、通常は「衣服の一部」として着用し、筋肉に疲労感や痛みのあるときにのみ、動作させることもできる。
【００５１】
なお、前記実施の形態において、衣服５はズボン状としたが、ベストやジャンパーなどの上着であってもよく、膝関節の屈伸運動の支援以外に、腕関節の屈伸運動や背筋の曲げ伸ばしを支援するものであってもよい。
【実施例】
【００５２】
以下、本開示における実施例について説明する。
【００５３】
（実施例１）
本実施例ではコントローラユニット１００（図８参照）の具体的な構成例について説明する。まず、バッテリー７１にはリチウムイオンポリマー二次電池（ＬｉＰｏ）を採用した。ＬｉＰｏはリチウムイオン二次電池などのように外装に金属製の缶を用いないため、小型・軽量でありながら大容量であり、比較的寿命も長い。
【００５４】
コントローラ１０１にはシングルボードコンピュータ（Ａｉｄｉｌａｂ：ＵＤＯＯＸ８６）を用いた。ＵＤＯＯＸ８６にはメインプロセッサ（ＱｕａｄＣｏｒｅ６４−ｂｉｔｎｅｗ−ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｘ８６Ｂｒａｓｗｅｌｌ１４ｎｍ）のみならずＡｒｄｕｉｎｏＴＭ１０１互換モジュール（Ｉｎｔｅｌ（登録商標）ＣｕｒｉｅＴＭ）も搭載されていて、ＭａｃやＷｉｎｄｏｗｓやＬｉｎｕｘ（登録商標）を使用しながらＡｒｄｕｉｎｏＴＭ１０１に容易にアクセスできるというメリットがある。デジタル入出力ピンはＢｒａｓｗｅｌｌ、Ｃｕｒｉｅにそれぞれ２０本、１４本あり、Ａ／ＤコンバータやＰＷＭ出力に設定できる。
【００５５】
インフレータブルアクチュエータを駆動させる空気供給源（ポンプ５０ａ、５０ｂ、５３）として，ブラシレスＤＣポンプ（日東工器（株）：ＤＰ０２１０ＴＡ−Ｙ１）を使用した。質量０．３２ｋｇと軽量でありながら１分あたり１０Ｌの空気を吐出する。ブラシレスＤＣモータを使用しているためメンテナンス性に優れ、しかも高効率である。また２つのピストンを搭載したツインヘッドタイプであるため駆動時の振動が小さい。
【００５６】
バルブ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂは、それぞれ５ポートソレノイドバルブ（ＳＭＣ（株）：ＶＫ３１２０−５ＧＳ−０１）を用いた。２つの流路を切り替え、片脚につき１台のポンプを駆動させたまま２つのインフレータブルアクチュエータを交互に駆動している。
【００５７】
前記シングルボードコンピュータ（コントローラ）は１２ＶＤＣ駆動であり、ポンプ５０ａ、５０ｂ、５３およびバルブ４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ、はすべて２４ＶＤＣ駆動であるため、ＤＣＤＣコンバータ７４、７５もそれぞれ１２Ｖ出力、２４Ｖ出力のものを用いている。
【００５８】
（実施例２）
本実施例では収縮型インフレータブルアクチュエータ試作品の性能評価実験（応答性、最大変位量）とその結果について説明する。厚さ０．０７ｍｍのＴＰＵフィルムを用い、設計パラメータの異なる３種類の収縮型インフレータブルアクチュエータを試作した（表３）。それらに０．４ｋｇ、０．８ｋｇ、１．２ｋｇの錘を吊り、ＤＣポンプで駆動し、最大変位量と変位が最大になるのに要した応答時間を各３回、直尺とストップウォッチで計測した。なお、ＤＣポンプは日東工器（株）ＤＰ０２１０Ｔ（吐出空気量１０Ｌ／ｍｉｎ）を用いた。
【表３】
2020195499.tif 000005
【００５９】
図１８（ａ）に上記３種類の収縮型インフレータブルアクチュエータ（ＩｆＡ１、ＩｆＡ２、ＩｆＡ３）の負荷に対する最大変位量を、同図（ｂ）にそれぞれの応答時間を示す。ＩｆＡ１（Ｌ＝１６０ｍｍ）とＩｆＡ２（Ｌ＝８０ｍｍ）を比較すると、長い方が最大変位量は大きくなるが（図１８（ａ））、応答時間は大きく変化していない（同図（ｂ））ことが判る。応答時間は空気供給源であるＤＣポンプの吐出空気量に大きく依存すると考えられる。一方、ＩｆＡ１（Ｗ＝７０ｍｍ）とＩｆＡ３（Ｗ＝１００ｍｍ）を比較すると、最大変位量に大きな違いは見られず、応答時間は遅くなった。このことから収縮型インフレータブルアクチュエータは、長さと最大変位量の間に成り立つ関係をモデル化できると考えられる。
【００６０】
以下、インフレータブルアクチュエータの最大変位量のモデル化について説明する。収縮型インフレータブルアクチュエータはインフレータブル構造体の最小単位である各小胞が楕円柱状に膨張することで長さ方向に変位するとする（図１９）。そこで、楕円の長軸の長さを２ａ、短軸の長さを２ｂとしたとき、楕円周ＣはＧａｕｓｓ−Ｋｕｍｍｅｒ級数により，二項係数を含む無限級数和として次式のように表される
【数１】
2020195499.tif 000006
【００６１】
式（３．１）を初項でのみ近似すると、以下のように書ける。
【数２】
2020195499.tif 000007
【００６２】
ここで、各小胞の幅をｌ（エル）とすると，ｌ（エル）＝Ｃ／２の関係から、さらに次式のように表すことができる．
【数３】
2020195499.tif 000008
【００６３】
さらに収縮型インフレータブルアクチュエータの全長をＬ、小胞の数（分割数）をｍ、熱溶着時のシール幅をｓとすると，各小胞の幅をｌ（エル）は以下のように表せる。
【数４】
2020195499.tif 000009
【００６４】
ここで、要素１つあたりの変位量Δｄは次式で表すことができる。
【数５】
2020195499.tif 000010
【００６５】
したがって，最大変位量ΔＤは次式で求められる。
【数６】
2020195499.tif 000011
Ｌ、ｍ、ｓは設計パラメータであり、収縮型インフレータブルアクチュエータの設計時に一意に決定する定数である。すなわち最大変位量ΔＤは駆動時の収縮型インフレータブルアクチュエータの厚さｂ（楕円近似したときの短軸の長さ）のみに依存し、ｂは荷重の大きさに依存する。
【００６６】
この最大変位量の計算式と実際の最大変位量を比較するために、最大変位量とそのときの収縮型インフレータブルアクチュエータの厚さを同様に測定した。要素数（小胞数）８、幅７０ｍｍ、長さ１６０ｍｍの収縮型インフレータブルアクチュエータに、それぞれ０．４ｋｇ、０．８ｋｇ、１．２ｋｇ、１．６ｋｇ、２．０ｋｇの錘を吊り下げ、それぞれ５回駆動（収縮動作）させた。まず、変位が最大になったときの収縮型インフレータブルアクチュエータの厚さを測定したグラフを図２０（ａ）に示す。荷重の大きさを大きくすると厚さは単調に減少することが確認できた。さらに、この厚さから求めた最大変位量の計算値（式３．１１）と実際の測定値を同図（ｂ）に示す。
【００６７】
以上の結果から、荷重を増やしたときに最大変位量は、計算値・測定値共に単調に減衰することが確認された。すなわち、式（３．１１）を用いれば、必要なアシスト量（下腿の荷重）に基づき、収縮型インフレータブルアクチュエータの設計パラメータを容易に決定することができる。なお、計算値と測定値との間に若干の誤差があるが、これらの誤差には試作段階での誤差や測定偏差も含まれる。
【００６８】
（実施例３）
本実施例では、起立動作時の実験とその結果について説明する。第１の実施の形態において、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ２への切替えは、対象動作を検出した時に行うとし、その対象となる動作は起立動作の離床時である股関節最大屈曲であるとした。そこで、本実施例ではＡＨＲＳ（ＡｔｔｉｔｕｄｅＨｅａｄｉｎｇＲｅｆｅｒｅｎｃｅＳｙｓｔｅｍ）と呼ばれる、加速度センサ、角速度センサおよび磁気センサより成る９軸の計測システムを使用して股関節最大屈曲を検出した。
【００６９】
ＡＨＲＳを腰，右大腿，左大腿，右下腿，左下腿の５か所に装着することで（図２１）左右の股関節角度と膝関節角度を計測することができた。図２２に、実際に測定された起立時の股関節角度と対象動作検出のタイミング信号を示す。このタイミング信号に基づき、Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ２への切替えが行われる（図１０参照）。
【００７０】
（実施例４）
本実施例では、歩行時のアシストの実験とその結果について説明する。被験者１名（健常男性、２３歳）の腰部、大腿、下腿に計５つのＡＨＲＳを装着し（図２１）、トレッドミル上を快適歩行速度である４ｋｍ／ｈで歩行させた。膝関節角度の極値を適切に検出できていることを確認するために、アシストフェーズが切り替えられたタイミングでフラグを立てるようにした。さらに、膝関節の屈曲・伸展に合わせ、実際に収縮型インフレータブルアクチュエータが交互に駆動していることを確認するために、２つの収縮型インフレータブルアクチュエータの内圧を気圧センサ（ＮＸＰＵＳＡＩｎｃ．製：ＭＰＸＶ５０１０ＧＣ７Ｕ）を使って計測しながら同じ実験を行った。
【００７１】
図２３に右膝関節角度とＲ−Ｆｌｅｘｉｏｎ、Ｒ−Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ、Ｎｅｕｔｒａｌ（第３の実施の形態、表２参照）の３つのアシストフェーズのフラグを示す。膝関節角度の極値を検出したタイミングで前記３つのアシストフェーズのフラグが立っていることが確認できた。
【００７２】
さらに、図２４に右膝関節角度と屈曲用の（Ｆｌｅｘｅｒ）収縮型インフレータブルアクチュエータ（２２ａまたは２２ｂ）と伸展用の（Ｅｘｔｅｎｓｏｒ）収縮型インフレータブルアクチュエータ（２１ａまたは２１ｂ）の内圧を示す。Ｒ−Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎｐｈａｓｅに切り替わると（４３．２秒付近）、およそ０．１ｓ後に屈曲用ＩｆＡの内圧が減少し、伸展用のインフレータブルアクチュエータの内圧が上昇しているのが確認できた。なお、収縮型インフレータブルアクチュエータ駆動直後は、体積変化を伴いながら空気が流入するため、内圧は緩やかに増加し、体積が最大となった後、内圧は急激に上昇することが示されている。
【００７３】
一方、ＮｅｕｔｒａｌｐｈａｓｅではＤＣポンプは駆動しておらず、伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータ内の空気は圧力勾配に従って屈曲用の（Ｆｌｅｘｅｒ）収縮型インフレータブルアクチュエータに流入するため、伸展用の（Ｅｘｔｅｎｓｏｒ）収縮型インフレータブルアクチュエータの内圧が減少し始めるのに時間を要している。だが、実際にインフレータブルアクチュエータを装着した際、荷重が加わることでより早く空気の流出入が起こると考えられる。Ｎｅｕｔｒａｌｐｈａｓｅでは、既に屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータに空気が残留した状態であるので、Ｒ−Ｆｌｅｘｉｏｎｐｈａｓｅに入っても屈曲用の収縮型インフレータブルアクチュエータの内圧に大きな変化は見られない。しかし、伸展用の収縮型インフレータブルアクチュエータの内圧が急激に減少していることから、屈曲用ＩｆＡが適切に駆動していることが推定できる。
【００７４】
（実施例５）  
本実施例では、膨張型インフレータブルアクチュエータ（３ａまたは３ｂ）の試作品の実験とその結果について説明する。試作品は円形の平面形状を有し、直径２０ｃｍ、１６ｃｍ、１２ｃｍの３種類を用意した。内圧は大気圧からの差であるゲージ圧で表すこととし、０ｋＰａから１０ｋＰａまで計測できるゲージ圧センサを使用した。ポンプは日東工器（株）製（空気流入量１０Ｌ／ｍｉｎ、２４ＶＤＣ）を用いた。
【００７５】
図２５（ａ）にΦ２０ｃｍ膨張型インフレータブルアクチュエータの内圧の変化を示す。約３秒のところで空気流入を開始した。開始直後は急速に内圧が上昇し、その後、約２ｋＰａで内圧は一旦一定となり、１０秒付近で内圧が再度上昇した。このような変化は、体積膨張に伴い膨張型インフレータブルアクチュエータが塑性変形を起こしたことによると考えられる。このことから空気流入開始から内圧が一定である範囲が膨張型インフレータブルアクチュエータを塑性変形させずに安全に使用できる空気流入量だと言える。
【００７６】
膨張型インフレータブルアクチュエータの直径がΦ１６ｃｍ、Φ１２ｃｍと小さくなるにつれ、内圧が一定となる範囲が狭くなる傾向にある（同図（ｂ）、（ｃ））。図示はしていないが、Φ１０ｃｍ膨張型インフレータブルアクチュエータでは、気圧が一定になる範囲が殆ど無く、用意したゲージ圧センサの上限となる１０ｋＰａにいきなり達してしまった。
【００７７】
図２６に膨張型インフレータブルアクチュエータの負荷試験の結果を示す。各直径の膨張型インフレータブルアクチュエータを二枚の板の間に設置し、上の板に０．７ｋｇ、５ｋｇ、１０ｋｇ、１５ｋｇ、２０ｋｇ、２５ｋｇ、３０ｋｇの錘を乗せて、それぞれ３回ずつ計測した。実験終了後、破裂や塑性変形が無いことを確認した。同図に示されるとおり、直径が大きいほど高く上昇させることができる。
【００７８】
（実施例６）
本実施例では、筋電計を用いて起立動作の計測実験とその結果について説明する。図９で示したように、座位姿勢からの起立動作は、着座時における体幹の前傾によって重心を前方に移動させる動作フェーズ（Ｐｈａｓｅ１）と、臀部離床時において下肢関節を伸展させ、重心を上方に移動させる動作フェーズ（Ｐｈａｓｅ２）に分類することができる。特に本実施例では、Ｐｈａｓｅ１における座面高の違いによって、Ｐｈａｓｅ２時における筋活動に変化が現れるかを検証する。
【００７９】
本実施例では３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍの台を用意し起立動作を各高さ５回ずつ計測した。動作の計測には慣性式モーションキャプチャ（ＸｓｅｎｓＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ社製、ＭＶＮＡｗｉｎｄａ）を用い、股・膝・足関節角度と腰部前後方向、垂直方向の加速度を計測した。また、ワイヤレス筋電計（ＣＯＭＥＴＡＳｙｓｔｅｍｓ社製、ＭｉｎｉＷａｖｅ）を用いて左右の大腿直筋と外側広筋に電極を貼り、起立動作時の生体電位信号から筋活動量（Ｅｌｅｃｔｒｏｍｙｏｇｒａｐｈｙ：略してＥＭＧ）を計測した。得られたＥＭＧから自乗平均平方根（ＲｏｏｔＭｅａｎＳｑｕａｒｅ：ＲＭＳ）を算出し、積分筋電図（ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ＥＭＧ：ｉＥＭＧ）を算出した。
【００８０】
座面高３０ｃｍ、４０ｃｍ、５０ｃｍの異なる条件下において起立動作を行った際の下肢関節角度データ、大腿直筋・外側広筋の生体信号から算出したｉＥＭＧ、腰部の前後方向・垂直方向における加速度データを図２７（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。同様に、他の被験者による結果を図２８（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す。いずれの場合も、大屈曲時において、大腿直筋と外側広筋のｉＥＭＧの増加が確認された。またこのとき、前後・垂直方向における腰部加速度は、前方向と上方向に増加が確認された。
【００８１】
図２９（ａ）、（ｂ）は、被験者毎の各座面条件下における生体電位信号のＲＭＳ値を示す。同図より明らかなように、座面の高さに伴い、起立時に大腿直筋と外側広筋に発生するＲＭＳ値が減少する傾向が確認できた。さらに，統計的有意差（ｐ＜０．０１、ｐ＜０．０５）が認められた。
【００８２】
Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ２への遷移時において、大腿直筋と外側広筋のｉＥＭＧが増加したのは、臀部の離床直後に膝関節の伸展運動である抗重力動作が両筋群によって行われたためと思料できる。したがって，Ｐｈａｓｅ１からＰｈａｓｅ２に遷移する離床時では膝関節の伸展運動を支援する必要性は極めて高い。また腰部前後方向の加速度が前方向に増加したのはＰｈａｓｅ１の重心の前方移動がなされたためと考えられる。垂直方向の加速度が上方向に増加したのはＰｈａｓｅ２の重心の上方移動が始まったためと考えられる。その後、下方向の加速度が増加したのは、立位姿勢になり体重心の上方移動が止まるため，下方向の加速度が生じたと考えられる。以上のことから、腰部の加速度情報を用いることで離床時を推定できる。
【００８３】
また、図２９（ａ）、（ｂ）には，座面の高さが高くなるにつれ大腿直筋と外側広筋のＲＭＳ値が減少していることが示されている。座面高の違いによるＲＭＳ値変化の主たる原因はＰｈａｓｅ１における初期姿勢の違いにある。座面位置が高くなるに伴い、初期姿勢時の体重心も高い位置に分布し、離床してから立位姿勢になるまでのＰｈａｓｅ２において、体重心の移動距離は短くなる。このような要因によって、大腿直筋と外側広筋の筋活動量が変化したものと考察できる。
【００８４】
以上を踏まえ、Ｐｈａｓｅ１においては臀部離床前の体重心の上方移動をアシストする膨張型インフレータブルアクチュエータが、Ｐｈａｓｅ２においては臀部離床後の膝関節伸展動作をアシストする収縮型インフレータブルアクチュエータが、それぞれ必要になると考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００８５】
本発明は、筋力の弱った高齢者や病気療養者の日常生活の補助に用いることができる。また、健常者であっても、起立と着座動作が多い技術系の業務や登山などのスポーツにおいて、筋肉疲労を軽減する目的で使用してもよい。
【符号の説明】
【００８６】
１  アシスト装置
２  収縮型インフレータブルアクチュエータ  
３ａ、３ｂ  膨張型インフレータブルアクチュエータ
５  衣服
１１、１２、１３  バンド
２１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂ  収縮型インフレータブルアクチュエータ  
４１ａ、４１ｂ、４２ａ、４２ｂ、４３ａ、４３ｂ  バルブ
５０ａ、５０ｂ、５３  ポンプ
１００  コントローラユニット
１０１  コントローラ
２０１  エアチューブ
２０１ａ、２０１ｂ、２０２ａ、２０２ｂ  エアチューブ
３０２ａ、３０２ｂ  エアチューブ
【図１】
2020195499.tif 000012
【図２】
2020195499.tif 000013
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020195499.tif 000018
【図８】
2020195499.tif 000019
【図９】
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【図１０】
2020195499.tif 000021
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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