(57)【要約】【課題】筋力補助装置等に適用可能な、配置自由度の高い制動機構および牽引機構を実現する。【解決手段】制動機構１は、可撓性の連結部１０と、制動部１１とを備え、連結部１０は、制動部１１と被制動物１００とを連結し、制動部１１は、連結部１０の移動を制限又は許可する。牽引機構２は、可撓性の連結部１０と、第１の制動部３８と、第２の制動部３９と、アクチュエータ部４０とを備え、連結部１０は、第１の制動部３８および第２の制動部３９と被牽引物とを連結し、第１の制動部３８は、連結部１０の移動を制限又は許可、第２の制動部３９は、連結部１０の移動を制限又は許可し、アクチュエータ部４０は、第１の制動部３８に接続され第１の制動部３８を移動させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被制動物に連結されている可撓性の連結部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する制動部と
を備える制動機構。
【請求項２】
前記連結部は紐状体である請求項１に記載の制動機構。
【請求項３】
前記制動部は、
前記連結部の半径方向外側に配置される摩擦部と、
前記摩擦部を間に挟んで前記連結部を収容するハウジング部と、
前記ハウジング部と前記摩擦部との間に流体を供給することにより前記連結部と前記摩擦部とを接触させる流体供給部と
を備える請求項１又は２に記載の制動機構。
【請求項４】
前記制動部は、前記連結部をクランプして前記連結部の移動を制限するクランプ部を備える請求項１又は２に記載の制動機構。
【請求項５】
前記連結部は、内部に導電性ケーブルを備える請求項１から４のいずれか一項に記載の制動機構。
【請求項６】
被制動物と連結されている可撓性の連結部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する第１の制動部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する第２の制動部と、
前記第１の制動部に接続され前記第１の制動部を移動可能なアクチュエータ部と
を備える牽引機構。
【請求項７】
被制動物と連結されている可撓性の連結部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する第１の制動部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する第２の制動部と、
前記第１の制動部に接続され前記第１の制動部を移動可能な第１のアクチュエータ部と、
前記第２の制動部に接続され前記第２の制動部を移動可能な第２のアクチュエータ部と
を備える牽引機構。
【請求項８】
関節が間に位置する人体の二つの部位のうちの一方に取り付けられる第１装着部と、
他方に取り付けられる第２装着部と、
前記第１装着部と前記第２装着部とを連結する可撓性の連結部と、
前記連結部の移動を制限又は許可する制動部と
を備える筋力補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、制動機構、牽引機構および筋力補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
農業、建設業、介護等に従事する作業者の筋力的な負担を軽減することを目的としたウェアラブルな筋力補助装置が注目を集めている。一例として特許文献１には、使用者の上体に装着されるボディフレームと、前記使用者の腕に装着される腕支持部と、これらボディフレームと腕支持部とを連結する複数の連結部とを有し、前記複数の連結部のうちの少なくとも一つが伸縮可能な状態と伸縮不可能な状態とが切り替えられることを特徴とする作業補助器具が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−５２０６４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の作業補助器具における連結部は、可撓性のない剛性ロッドから構成されている。この場合、ボディフレームや腕支持部など、連結部によって連結された部品同士の位置関係は固定的なものとなり、配置の自由度が制限されるという問題がある。
【０００５】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、筋力補助装置等に適用可能な、配置自由度の高い制動機構および牽引機構を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の制動機構は、被制動物に連結されている可撓性の連結部と、連結部の移動を制限又は許可する制動部とを備える。
【０００７】
本発明の別の態様は、牽引機構である。この牽引機構は、被制動物と連結されている可撓性の連結部と、連結部の移動を制限又は許可する第１の制動部と、連結部の移動を制限又は許可する第２の制動部と、第１の制動部に接続され第１の制動部を移動可能なアクチュエータ部とを備える。
【０００８】
本発明のさらに別の態様もまた、牽引機構である。この牽引機構は、被制動物と連結されている可撓性の連結部と、連結部の移動を制限又は許可する第１の制動部と、連結部の移動を制限又は許可する第２の制動部と、第１の制動部に接続され第１の制動部を移動可能な第１のアクチュエータ部と、第２の制動部に接続され第２の制動部を移動可能な第２のアクチュエータ部とを備える。
【０００９】
本発明のさらに別の態様は、筋力補助装置である。この装置は、関節が間に位置する人体の二つの部位のうちの一方に取り付けられる第１装着部と、他方に取り付けられる第２装着部と、第１装着部と第２装着部とを連結する可撓性の連結部と、連結部の移動を制限又は許可する制動部とを備える。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、プログラム、プログラムを記録した一時的な又は一時的でない記憶媒体、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、配置自由度の高い制動機構および牽引機構を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１実施形態に係る制動機構を示す斜視図である。
【図２】図１の制動機構の制動部を示す斜視図である。
【図３】図１の制動機構の制動部を示す側面断面図である。
【図４】図１の制動機構の制動部を示す正面断面図である。
【図５】図５（ａ）は第２実施形態に係る制動機構の制動部の解除状態を示す側面図であり、図５（ｂ）はその制動状態を示す側面図である。
【図６】第３実施形態に係る制動機構の連結部を示す正面断面図である。
【図７】第４実施形態に係る牽引機構を示す側面図である。
【図８】図７の牽引機構の牽引動作を示すフロー図である。
【図９】第５実施形態に係る牽引機構を示す側面図である。
【図１０】図９の牽引機構の牽引動作を示すフロー図である。
【図１１】第６実施形態に係る筋力補助装置を示す斜視図である。
【図１２】変形例３に係る制動機構の制動部を示す正面断面図である。
【図１３】変形例４に係る制動機構の制動部を示す正面断面図である。
【図１４】変形例５に係る制動機構の制動部を示す側面断面図である。
【図１５】変形例１０に係る牽引機構の動作を示すフロー図である。
【図１６】変形例１１に係る牽引機構の動作を示すフロー図である。
【図１７】変形例１２に係る牽引機構の動作を示すフロー図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施の形態および変形例では、同一又は同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る制動機構１の斜視図である。制動機構１は、連結部１０と、制動部１１とを備える。図示された実施形態では、制動機構１は、被制動物１００を支えるアーム１２と、プーリー１５と、ガイドローラー１６と、テンショナー１７とをさらに備える。連結部１０の一方の端部は、第１固定部１３でアーム１２に固定される。連結部１０の他方の端部は、第２固定部１４でテンショナー１７のボディに固定される。
【００１５】
連結部１０は、可撓性の材料から構成され、正面から見た断面が円形である。連結部１０は、紐状体であってよい。本明細書では紐状体とは、可撓性があり、細長い紐のような形状の物体のことをいう。紐状体の例には、繊維を束ねたロープ、ゴムロープ、歯付ベルト、チェーン、金属ワイヤなどがある。
【００１６】
連結部１０は、制動機構１内で延長する。連結部１０は、プーリー１５およびガイドローラー１６を介して、アーム１２と制動部１１とを連結する。
【００１７】
図示された実施形態では、アーム１２は棒状の剛体材料から構成される。しかしながら被制動物１００は連結部１０と直接接続されてもよく、この場合、アーム１２は不要である。
【００１８】
プーリー１５とガイドローラー１６とは、連結部１０の長手方向のスムーズな動きを可能とする。これにより、連結部１０はアーム１２に安定的な制動力を与える。その結果、制動機構１の性能が向上する。しかしながらプーリー１５およびガイドローラー１６は、本実施形態の必須の構成要素ではない。
【００１９】
テンショナー１７は、連結部１０にたるみが発生しないように、連結部１０に張力を与える。図示された実施形態では、テンショナー１７は張力が可変である。このテンショナー１７は、張力を調整するための張力調整つまみ１８を備える。しかしながら、特に連結部１０がゴムロープなどから構成されているような場合は、連結部１０が単独で張力を有するため、テンショナー１７は不要である。
【００２０】
次に図２〜図４を参照して、図１の制動機構１の制動部１１を説明する。図２、図３および図４は、それぞれ制動部１１の斜視図、側面断面図および正面断面図である。制動部１１は、摩擦部２０と、ハウジング部２１と、流体供給部２２とを備える。
【００２１】
摩擦部２０は、伸縮性を有し、連結部１０と接触したときに摩擦力を発生する材料から構成される。例えば図示された実施形態では、摩擦部２０の材料はラバーである。
【００２２】
摩擦部２０は、内部に空洞を有する。図示された実施形態では、摩擦部２０は、両端部の外径がその他の部分の外径より大きいように構成される。具体的には、摩擦部２０の両端部の外径は、アウターハウジング部２４の内径と等しい。摩擦部２０は、両端部で、インナーハウジング部２３の端部と摩擦部押さえ２５との間に挟まれて、長手方向に固定される。
【００２３】
摩擦部２０は、連結部１０を空洞内に収容して、連結部１０の半径方向外側に配置される。
【００２４】
図示された実施形態では、ハウジング部２１は、インナーハウジング部２３と、アウターハウジング部２４と、摩擦部押さえ２５とを備える。しかしながらハウジング部２１は、全体が一体として構成されてもよい。
【００２５】
インナーハウジング部２３は、内部に空洞を有する。図示された実施形態では、インナーハウジング部２３は、両端部と中央部の外径がその他の部分の外径より大きいように構成される。具体的には、インナーハウジング部２３の両端部と中央部の外径は、アウターハウジング部２４の内径と等しい。
【００２６】
インナーハウジング部２３は、両端部で、ねじ２７を用いてアウターハウジング部２４に固定される。
【００２７】
インナーハウジング部２３の中央部には、給排気口２６を介して流体供給部２２が接続される。
【００２８】
インナーハウジング部２３は、連結部１０と摩擦部２０とを空洞内に収容する。
【００２９】
アウターハウジング部２４は、内部に空洞を有する。図示された実施形態では、アウターハウジング部２４は円筒状である。しかしながらこれに限られず、アウターハウジング部２４は、三角柱や四角柱のような多角柱であってもよく、長手方向に直線状に延長せずに円弧状に曲がって延長するものであってもよい。
【００３０】
アウターハウジング部２４は、インナーハウジング部２３を空洞内に収容する。
【００３１】
図示された実施形態では、摩擦部押さえ２５は、円環状の形状をなす。摩擦部押さえ２５は、ハウジング部２１の両端に配置される。摩擦部押さえ２５の外径はアウターハウジング部２４の内径と等しい。また摩擦部押さえ２５の内径は、連結部１０の外径より僅かに大きい。
【００３２】
摩擦部２０をインナーハウジング部２３の端部と摩擦部押さえ２５との間に挟んだ状態で、ねじ２８を長手方向内側にねじ込んで、摩擦部押さえ２５をインナーハウジング部２３に押し付けることにより摩擦部２０は長手方向に固定される。
【００３３】
流体供給部２２は、コンプレッサーなどにより構成される。流体供給部２２は、ワンタッチ継手などにより構成される給排気口２６を介して、インナーハウジング部２３に接続される。流体供給部２２は、給排気口２６を通して、摩擦部２０とインナーハウジング部２３との間（空隙３０）に流体を供給することができる。給排気口２６は、摩擦部２０とインナーハウジング部２３との間（空隙３０）に供給された流体を排気することができる。なおこの流体は、圧縮空気、窒素、二酸化炭素又はヘリウムのような圧縮性流体であってよい。また給排気口２６に代えて給排液口を用いることにより、流体として水などの非圧縮性流体を用いることができる。
【００３４】
インナーハウジング部２３の内径は、摩擦部２０の外径より僅かに大きい。従ってインナーハウジング部２３と摩擦部２０との間には、空隙３０が存在する。
【００３５】
摩擦部２０の内径は、連結部１０の外径より僅かに大きい。従って空隙３０に流体が供給されていないとき、例えば空隙３０が大気圧にあるとき、摩擦部２０と連結部１０との間に空隙２９が存在する。
【００３６】
空隙３０に流体が供給されると、空隙３０内の気圧が増加する。これにより、摩擦部２０は半径方向内側に収縮する。その結果、空隙２９内の空気が連結部１０と摩擦部押さえ２５との間を通って空隙２９から排出される。これにより空隙２９が消失する。その結果、摩擦部２０と連結部１０とが接触し、両者の間に摩擦力が発生する。これにより連結部１０の移動が制限される。
【００３７】
空隙３０に供給された流体が排気されると、空隙３０内の気圧が減少する。これにより摩擦部２０が半径方向外側に膨張する。その結果、外気が連結部１０と摩擦部押さえ２５との間を通って連結部１０と摩擦部２０との間に供給される。これにより空隙２９が再び発生する。その結果、連結部１０と摩擦部２０とが離れ、両者の間の摩擦力が消失する。これにより連結部１０の移動が許可される。
【００３８】
図１に戻って制動機構１の動作を説明する。前述のように、空隙３０に流体が供給されていないときは連結部１０と摩擦部２０とは離れている。従ってアーム１２は、プーリー１５の回転軸を中心に、Ｒ１の向き（時計回り）にも、Ｒ２の向き（反時計回り）にも自由に回転することができる。以下、この状態を「解除状態」と呼ぶ。
【００３９】
解除状態でアーム１２がＲ１の向きに回転すると、連結部１０はプーリー１５から解ける方向に移動する。このとき連結部１０は、テンショナー１７により、たるみなく引き出される。
【００４０】
解除状態でアーム１２がＲ２の向きに回転すると、連結部１０はプーリー１５に巻き取られる方向に移動する。
【００４１】
流体供給部２２により空隙３０に流体が供給されると、連結部１０と摩擦部２０とは接触し、両者の間に摩擦力が発生する。これにより連結部１０の移動が制限される。具体的には、アーム１２はプーリー１５の回転軸を中心に、Ｒ１の向き（時計回り）には自由に回転することができるが、Ｒ２の向き（反時計回り）には回転することができない。以下、この状態を「制動状態」と呼ぶ。
【００４２】
制動状態でアーム１２がＲ１の向きに回転すると、連結部１０はプーリー１５から解ける方向に移動する。
【００４３】
制動状態でアーム１２がＲ２の向きに回転しようとしても、連結部１０は制動部１１で保持されて、回転は制限される。すなわち連結部１０はプーリー１５に巻き取られることなく、アーム１２はそのままの状態を保つ。
【００４４】
以上のように制動部１１を構成することにより、強力な制動力が得られ、連結部１０の移動を確実に制限することができる。
【００４５】
以上のように構成された本実施形態に係る制動機構１の作用および効果を説明する。
【００４６】
制動機構１は、被制動物１００に連結されている可撓性の連結部１０と、連結部１０の移動を制限又は許可する制動部１１とを備える。
【００４７】
この構成によれば、連結部１０が可撓性であるため、連結部１０が連結された被制動物１００や制動部１１の配置の自由度を高めることができる。
【００４８】
連結部１０は紐状体であってよい。すなわち連結部１０は、繊維を束ねたロープ、ゴムロープ、歯付ベルト、チェーン、金属ワイヤなど、細長い紐のような形状の物体を用いて構成される。この場合、被制動物１００と制動部１１との位置関係や、連結部１０が通る経路の自由度をさらに高めることができる。
【００４９】
制動部１１は、連結部１０の半径方向外側に配置される摩擦部２０と、記摩擦部２０を間に挟んで連結部１０を収容するハウジング部２１と、ハウジング部２１と摩擦部２０との間に流体を供給することにより連結部１０と摩擦部２０とを接触させる流体供給部２２とを備えてよい。この場合、供給する流体の圧力を高めるだけで強力な制動力が得られる制動部が実現されるため、連結部１０の移動を確実に制限することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
第２実施形態の制動機構は、図１の制動機構１の制動部１１に代えて制動部３１を備える。第２実施形態の制動機構１のその他の構成は、図１の制動機構１の構成と共通である。
【００５１】
以下、図５（ａ）と図５（ｂ）とを参照して、制動部３１を説明する。図５（ａ）および図５（ｂ）は、それぞれ制動部３１の解除状態および制動状態を示す側面図である。制動部３１は、基部３２と、クランプ部３３とを備える。クランプ部３３は、可動部材３４ａと、固定部材３４ｂとを備える。
【００５２】
基部３２はプレート状の剛性材料から構成され、前面を図５（ａ）および図５（ｂ）の正面に向けて鉛直方向に配置される。
【００５３】
可動部材３４ａは、剛性材料から構成され、上部がくさび状である。可動部材３４ａは、基部３２の前面に配置される。可動部材３４ａは、モータ等を用いて、鉛直方向下向きＤ５および鉛直方向上向きＤ６に移動可能である。
【００５４】
固定部材３４ｂは、剛性材料から構成される。固定部材３４ｂは、基部３２の前面の頂部に、図の奥から手前に向けて庇状に固定されて配置される。
【００５５】
可撓性の材料から構成された連結部１０は、可動部材３４ａと固定部材３４ｂとの間に配置される。
【００５６】
図５（ａ）に示されるように、解除状態では、可動部材３４ａはＤ５の向きに移動し、基部３２の下側に位置する。このとき連結部１０の移動が許可される。
【００５７】
図５（ｂ）に示されるように、制動状態では、可動部材３４ａはＤ６の向きに移動し、基部３２の上側に位置する。このとき連結部１０は、可動部材３４ａのクランプ部と固定部材３４ｂとの間に挟まれてクランプされる。これにより連結部１０の移動が制限される。
【００５８】
以上のように構成された本実施形態に係る制動機構１の作用および効果を説明する。
【００５９】
制動機構１の制動部３１は、連結部１０をクランプするクランプ部３３を備える。これは、第１実施形態に係る制動部１１に比較して軽量でシンプルな構成である。従って本実施形態によれば、軽量でシンプルな構成により制動部を実現することができる。
【００６０】
［第３実施形態］
第３実施形態の制動機構１は、図１の制動機構１の連結部１０に代えて連結部３５を備える。第３実施形態の制動機構１のその他の構成は、図１の制動機構１の構成と共通である。
【００６１】
図６は、連結部３５の正面断面図である。連結部３５は、導電性ケーブル３７と、導電性ケーブル３７を取り巻く連結ケーブル３６とを備える。
【００６２】
連結ケーブル３６は、連結部１０と同様に、紐状体等の可撓性材料から構成される。
【００６３】
導電性ケーブル３７は可撓性を有し、電流を流すことのできるケーブルである。例えば導電性ケーブル３７は、通信信号や接点信号などの電気信号を伝達する信号用ケーブルや、電力供給用の電源ケーブルであってよい。
【００６４】
以上のように構成された本実施形態に係る制動機構１の作用および効果を説明する。
【００６５】
制動機構１の連結部３５は、内部に導電性ケーブル３７を備える。この構成によれば、導電性ケーブル３７が電流を流すことができるため、制動機構１に信号伝達や電力供給などの付加機能を与えることができる。
【００６６】
［第４実施形態］
図７は、本発明の第４実施形態に係る牽引機構２の側面図である。牽引機構２は、可撓性の連結部１０と、第１の制動部３８と、第２の制動部３９と、アクチュエータ部４０とを備える。連結部１０は、第１の制動部３８および第２の制動部３９と被牽引物（図７には示さず）とを連結する。第１の制動部３８は、連結部１０の移動を制限又は許可する。第２の制動部３９は、連結部１０の移動を制限又は許可する。アクチュエータ部４０は、第１の制動部３８に接続され第１の制動部３８を連結部１０に沿う方向に移動させる。
【００６７】
連結部１０は、例えば図５（ａ）および図５（ｂ）の連結部１０であってよい。
【００６８】
図示された実施形態では、第１の制動部３８および第２の制動部３９は、図５（ａ）および図５（ｂ）の制動部３１である。しかしこれに限定されず、第１の制動部３８および第２の制動部３９は、連結部１０の移動を制限又は許可する任意の制動部であってよい。
【００６９】
アクチュエータ部４０は、第１の制動部３８に接続される。アクチュエータ部４０は、第１の制動部３８を連結部１０に沿う方向（図の左右の方向）に長さＬ１移動させることができる。第１の制動部３８がアクチュエータ部４０によって左端に移動されたときの状態を「制動部３８の左位置」と呼び、３８（Ｌ）で表す。第１の制動部３８がアクチュエータ部４０によって右端に移動されたときの状態を「制動部３８の右位置」と呼び、３８（Ｒ）で表す。
【００７０】
図示された実施形態では、安定的な運動を実現するために、第１の制動部３８に２つのアクチュエータ部４０が接続される。しかしアクチュエータ部４０は１つであってもよい。
【００７１】
図７には示されないが、連結部１０の左側端部には、牽引機構２によって牽引される被牽引物が接続されている。
【００７２】
第１の制動部３８および第２の制動部３９のそれぞれの解除状態および制動状態、ならびにアクチュエータ部４０の動作を時間的に制御することにより連結部１０、すなわち被牽引物を長さＬ１の整数倍（Ｎ×Ｌ１）単位で、図の左から右に移動することができる（Ｎは１以上の整数。以下同様）。
【００７３】
図８は、図７の牽引機構２の牽引動作を示すフロー図である。
【００７４】
ステップＳ１で、連結部１０の目標移動距離を、長さＬ１の整数倍（Ｎ×Ｌ１）単位で設定する。
【００７５】
ステップＳ２で、第１の制動部３８を解除状態にし、第２の制動部３９も解除状態にする。これにより連結部１０の移動が許可される。
【００７６】
ステップＳ３で、連結部１０を所定の開始位置に配置する。上述のように連結部１０の移動が許可されるため、この配置は手動その他の方法で実行することができる。
【００７７】
ステップＳ４で、アクチュエータ部４０により、第１の制動部３８を制動部３８の左位置３８（Ｌ）に移動する。このとき第１の制動部３８は解除状態になっているため、連結部１０は移動されない。
【００７８】
ステップＳ５で、第１の制動部３８を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部３８は制動状態にあり、第２の制動部３９は解除状態にある。
【００７９】
ステップＳ６で、アクチュエータ部４０により、第１の制動部３８を制動部３８の右位置３８（Ｒ）に移動する。上述のように第１の制動部３８は制動状態にあり、第２の制動部３９は解除状態にあるため、連結部１０は第１の制動部３８により牽引されて右方向にＬ１移動する。
【００８０】
ステップＳ７で、連結部１０がステップＳ１で設定した目標距離移動したかを判断する。判断結果が肯定的だった場合は、牽引動作は終了する。判断結果が否定的だった場合は、ステップＳ８に移行する。
【００８１】
ステップＳ８で、第２の制動部３９を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部３８は制動状態にあり、第２の制動部３９も制動状態にある。
【００８２】
ステップＳ９で、第１の制動部３８を解除状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部３８は解除状態にあり、第２の制動部３９は制動状態にある。
【００８３】
ステップＳ１０で、アクチュエータ部４０により、第１の制動部３８を制動部３８の左位置３８（Ｌ）に移動する。上述のように第１の制動部３８は解除状態になっているため、連結部１０は移動されない。
【００８４】
ステップＳ１１で、第１の制動部３８を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部３８は制動状態にあり、第２の制動部３９も制動状態にある。
【００８５】
ステップＳ１２で、第２の制動部３９を解除状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部３８は制動状態にあり、第２の制動部３９は解除状態にある。
【００８６】
ステップＳ６に移行する。
【００８７】
なお、ステップＳ２〜Ｓ４を除いて、第１の制動部３８と第２の制動部３９の少なくとも１つは制動状態にある点に注意しておく。従って、牽引動作中に連結部１０が不用意にずれたり移動したりすることはない。
【００８８】
第１の制動部３８および第２の制動部３９のそれぞれの解除状態および制動状態、ならびにアクチュエータ部４０の動作を以上のように制御することにより連結部１０、すなわち被牽引物は、長さＬ１単位でＮ回図の左から右に牽引される。これにより被牽引物は、目標距離であるＮ×Ｌ１移動される。
【００８９】
以上の制御は、コンピュータや電子回路による電子的制御であってもよいし、カムやクランクによる機械的制御であってもよい。
【００９０】
以上のように構成された本実施形態に係る牽引機構２の作用および効果を説明する。
【００９１】
牽引機構２は、被制動物と連結されている可撓性の連結部１０と、連結部１０の移動を制限又は許可する第１の制動部３８と、連結部１０の移動を制限又は許可する第２の制動部３９と、第１の制動部３８に接続され第１の制動部３８を移動可能なアクチュエータ部４０とを備える
【００９２】
この構成によれば、アクチュエータ部４０のストローク距離Ｌ１が短い場合であっても、被牽引物を所望の距離移動することができる。従って、牽引機構２をコンパクトな構成で実現することができる。また連結部１０が可撓性の材料から構成されているため、被牽引物の配置の自由度を高めることができる。
【００９３】
［第５実施形態］
図９は、本発明の第５実施形態に係る牽引機構３の側面図である。牽引機構３は、可撓性の連結部１０と、第１の制動部４１と、第２の制動部４２と、第１のアクチュエータ部４３と、第２のアクチュエータ部４４とを備える。連結部１０は、第１の制動部４１および第２の制動部４２と被牽引物（図９には示さず）とを連結する。第１の制動部４１は、連結部１０の移動を制限又は許可する。第２の制動部４２は、連結部１０の移動を制限又は許可する。第１のアクチュエータ部４３は、第１の制動部４１に接続され第１の制動部４１を連結部１０に沿う方向に移動させる。第２のアクチュエータ部４４は、第２の制動部４２に接続され第２の制動部４２を連結部１０に沿う方向に移動させる。
【００９４】
連結部１０は、例えば図５（ａ）および図５（ｂ）の連結部１０であってよい。
【００９５】
図示された実施形態では、第１の制動部４１および第２の制動部４２は、図５（ａ）および図５（ｂ）の制動部３１である。しかしこれに限定されず、第１の制動部４１および第２の制動部４２は、連結部１０の移動を制限又は許可する任意の制動部であってよい。
【００９６】
第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４は、それぞれ第１の制動部４１および第２の制動部４２に接続される。第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４は、それぞれ第１の制動部４１および第２の制動部４２を、連結部１０に沿う方向に（図の左右の方向）に長さＬ２移動させることができる。第１の制動部４１が第１のアクチュエータ部４３によって左端に移動されたときの状態を「制動部４１の左位置」と呼び、４１（Ｌ）で表す。第１の制動部４１が第１のアクチュエータ部４３によって右端に移動されたときの状態を「制動部４１の右位置」と呼び、４１（Ｒ）で表す。第２の制動部４２が第２のアクチュエータ部４４によって左端に移動されたときの状態を「制動部４２の左位置」と呼び、４２（Ｌ）で表す。第２の制動部４２が第２のアクチュエータ部４４によって右端に移動されたときの状態を「制動部４２の右位置」と呼び、４２（Ｒ）で表す。
【００９７】
図示された実施形態では、安定的な運動を実現するために、第１の制動部４１および第２の制動部４２に、第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４がそれぞれ２つずつ接続される。しかし第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４はそれぞれ１つずつであってもよい。
【００９８】
図９には示されないが、連結部１０の左側端部には、牽引機構３によって牽引される被牽引物が接続されている。
【００９９】
第１の制動部４１および第２の制動部４２のそれぞれの解除状態および制動状態、ならびに第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４のそれぞれの動作を時間的に制御することにより連結部、すなわち被牽引物を長さＬ２の偶数倍（２Ｎ×Ｌ２）単位で、図の左から右に牽引することができる。
【０１００】
図１０は、図９の牽引機構３の牽引動作を示すフロー図である。
【０１０１】
ステップＳ２１で、連結部１０の目標移動距離を長さＬ２の偶数倍（２Ｎ×Ｌ２）単位で設定する。
【０１０２】
ステップＳ２２で、第１の制動部４１を解除状態にし、第２の制動部４２も解除状態にする。これにより連結部１０の移動が許可される。
【０１０３】
ステップＳ２３で、連結部１０を所定の開始位置に配置する。上述のように連結部１０の移動が許可されるため、この配置は手動その他の方法で実行することができる。
【０１０４】
ステップＳ２４で、第１のアクチュエータ部４３により、第１の制動部４１を制動部４１の左位置４１（Ｌ）に移動する。
そして第２のアクチュエータ部４４により、第２の制動部４２を制動部４２の左位置４２（Ｌ）に移動する。
このとき、第１の制動部４１および第２の制動部４２はともに解除状態になっているため、連結部１０は移動されない。
【０１０５】
ステップＳ２５で、第１の制動部４１を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２は解除状態にある。
【０１０６】
ステップＳ２６で、第１のアクチュエータ部４３により、第１の制動部４１を制動部４１の右位置４１（Ｒ）に移動する。上述のように第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２は解除状態にあるため、連結部１０は第１の制動部４１により牽引されて右方向にＬ２移動する。
【０１０７】
ステップＳ２７で、第２の制動部４２を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２も制動状態にある。
【０１０８】
ステップＳ２８で、第１の制動部４１を解除状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部４１は解除状態にあり、第２の制動部４２は制動状態にある。
【０１０９】
ステップＳ２９で、第１のアクチュエータ部４３により、第１の制動部４１を制動部４１の左位置４１（Ｌ）に移動する。そして第２のアクチュエータ部４４により、第２の制動部４２を制動部４２の右位置４２（Ｒ）に移動する。上述のように第１の制動部４１は解除状態にあり、第２の制動部４２は制動状態にあるため、連結部１０は、第１の制動部４１によっては移動されず、第２の制動部４２により牽引されて右方向にＬ２移動する。
【０１１０】
ステップＳ３０で、連結部１０がステップＳ１で設定した目標距離移動したかを判断する。判断結果が肯定的だった場合は、牽引動作は終了する。判断結果が否定的だった場合は、ステップＳ３１に移行する。
【０１１１】
ステップＳ３１で、第１の制動部４１を制動状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２も制動状態にある。
【０１１２】
ステップＳ３２で、第２の制動部４２を解除状態にする。すなわちこのとき、第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２は解除状態にある。
【０１１３】
ステップＳ３３で、第１のアクチュエータ部４３により、第１の制動部４１を制動部４１の右位置４１（Ｒ）に移動する。そして第２のアクチュエータ部４４により、第２の制動部４２を制動部４２の左位置４２（Ｌ）に移動する。上述のように第１の制動部４１は制動状態にあり、第２の制動部４２は解除状態にあるため、連結部１０は、第２の制動部４２によっては移動されず、第１の制動部４１により牽引されて右方向にＬ２移動する。
【０１１４】
ステップＳ２７に移行する。
【０１１５】
なお、ステップＳ２２〜Ｓ２４を除いて、第１の制動部４１と第２の制動部４２の少なくとも１つは制動状態にある点に注意しておく。従って、牽引動作中に連結部１０が不用意にずれたり移動したりすることはない。
【０１１６】
第１の制動部４１および第２の制動部４２のそれぞれの解除状態および制動状態、ならびに第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４のそれぞれの動作を以上のように制御することにより連結部１０、すなわち被牽引物は、長さＬ２単位で２Ｎ回図の左から右に牽引される。これにより被牽引物は、目標距離である２Ｎ×Ｌ２移動される。
【０１１７】
ステップＳ２９では、第２のアクチュエータ部４４が、第２の制動部４２を左位置から右位置に牽引する。同じタイミングで第１のアクチュエータ部４３が、第１の制動部４１を右位置から左位置に戻す。逆にステップＳ３３では、第１のアクチュエータ部４３が、第１の制動部４１を左位置から右位置に牽引する。同じタイミングで第２のアクチュエータ部４４が、第２の制動部４２を右位置から左位置に戻す。すなわち、２つのアクチュエータ部は、それぞれ対応する制動部を、同じタイミングで逆向きに移動させる動作を交互に繰り返す。これにより、効率的で高速な牽引動作が実現される。例えばＬ１＝Ｌ２であれば、第４の実施形態に比べてほぼ２倍の速度で被牽引物を移動することができる。
【０１１８】
以上の制御は、コンピュータや電子回路による電子的制御であってもよいし、カムやクランクによる機械的制御であってもよい。
【０１１９】
以上のように構成された本実施形態に係る牽引機構３の作用および効果を説明する。
【０１２０】
牽引機構３は、被制動物と連結されている可撓性の連結部１０と、連結部１０の移動を制限又は許可する第１の制動部４１と、連結部１０の移動を制限又は許可する第２の制動部４２と、第１の制動部４１に接続され第１の制動部４１を移動可能な第１のアクチュエータ部４３と、第２の制動部４２に接続され第２の制動部４２を移動可能な第２のアクチュエータ部４３とを備える。
【０１２１】
この構成によれば、第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４のストローク距離Ｌ２が短い場合であっても、被牽引物を所望の距離移動することができる。従って、牽引機構３をコンパクトな構成で実現することができる。また連結部１０が可撓性の材料から構成されているため、被牽引物の配置の自由度を高めることができる。さらに２つのアクチュエータ部がそれぞれの制動部を同じタイミングで逆向きに移動させるため、高速に被牽引物を移動することができる。
【０１２２】
本実施形態によれば、コンパクトで配置自由度の高い、高速の牽引機構を実現することができる。
【０１２３】
［第６実施形態］
図１１は、本発明の第６実施形態に係る筋力補助装置４の斜視図である。筋力補助装置４は、関節（本例では肩関節）が間に位置する人体５０の二つの部位のうちの一方（本例では背中）に取り付けられる第１装着部５１と、他方（本例は上肢）に取り付けられる第２装着部５２と、第１装着部５１と第２装着部５２とを連結する可撓性の連結部１０と、連結部１０の移動を制限又は許可する制動部１１とを備える。図示された実施形態では、筋力補助装置４は、第２装着部５２を支えるアーム１２と、プーリー１５と、ガイドローラー１６と、テンショナー１７とをさらに備える。連結部１０の一方の端部は、第１固定部１３でアーム１２に固定される。連結部１０の他方の端部は、第２固定部１４でテンショナー１７のボディに固定される。
【０１２４】
第１装着部５１は、装着者５０の背中に取り付けられる。第２装着部５２は、装着者５０の上肢に装着される。アーム１２は連結アームの形状をしており、プーリー１５の回転軸に連結される。
【０１２５】
連結部１０は、可撓性の材料から構成され、断面が円形である。図示された実施形態では、連結部１０は繊維を束ねたロープにより構成される。しかしながら連結部１０の材料は繊維を束ねたロープに限定されず、例えばゴムロープ、歯付ベルト、チェーン、金属ワイヤなど、任意の可撓性の材料であってよい。
【０１２６】
連結部１０は、制動機構１内で長手方向に延長する。連結部１０は、プーリー１５およびガイドローラー１６を介して、アーム１２と制動部１１とを連結する。
【０１２７】
プーリー１５とガイドローラー１６とは、連結部１０の長手方向のスムーズな動きを可能とする。これにより、連結部１０はアーム１２に安定的な制動力を与える。その結果、筋力補助装置４の性能が向上する。しかしながらプーリー１５およびガイドローラー１６は、本実施形態の必須の構成要素ではない。
【０１２８】
テンショナー１７は、連結部１０にたるみが発生しないように、連結部１０に張力を与える。図示された実施形態では、テンショナー１７は張力が可変である。このテンショナー１７は、張力を調整するための張力調整つまみ１８を備える。しかしながら、特に連結部１０がゴムロープなどから構成されているような場合は、連結部１０が単独で張力を有するため、テンショナー１７は不要である。
【０１２９】
制動部１１は、図示された実施形態では、図２〜図４に記載された制動部１１と共通であるため、詳細な説明は省略する。
【０１３０】
制動部１１が解除状態のときに、装着者５０が肩を回転させて腕を上げると（アーム１２がＲ１の向きに回転すると）、連結部１０はプーリー１５から解ける方向に移動する。このとき連結部１０は、テンショナー１７により、たるみなく引き出される。
【０１３１】
制動部１１が解除状態のときに、装着者５０が肩を回転させて腕を下げると（アーム１２がＲ２の向きに回転すると）、連結部１０はプーリー１５に巻き取られる方向に移動する。
【０１３２】
すなわち解除状態では、装着者５０は腕を自由に上げたり下げたりすることができる。
【０１３３】
制動部１１が制動状態のときに、装着者５０が肩を回転させて腕を上げると（アーム１２がＲ１の向きに回転すると）、連結部１０はプーリー１５から解ける方向に移動する。
【０１３４】
制動部１１が制動状態のときに、装着者５０が肩を回転させて腕を下げようとしても（アーム１２がＲ２の向きに回転しようとしても）、連結部１０は制動部１１で保持されて、回転は制限される。すなわち連結部１０はプーリー１５に巻き取られることなく、アーム１２はそのままの状態を保つ。例えば、装着者が重いものを持った状態で腕の力を抜いても、腕を上げた状態を保持することができる。
【０１３５】
このようにして装着者５０は、解除状態と制動状態を切り替えて作業することにより腕の筋肉の負担を軽減することができる。
【０１３６】
以上のように構成された本実施形態に係る筋力補助装置４の作用および効果を説明する。
【０１３７】
筋力補助装置４は、関節が間に位置する人体５０の二つの部位のうちの一方に取り付けられる第１装着部５１と、他方に取り付けられる第２装着部５２と、第１装着部５１と第２装着部５２とを連結する可撓性の連結部１０と、連結部１０の移動を制限又は許可する制動部１１とを備える。
【０１３８】
この構成によれば、連結部１０が可撓性であるため、連結部１０によって連結される第１装着部２１と、他方に取り付けられる第２装着部２２との配置の自由度を高めることができる。例えば、第１装着部５１は、装着者５０の背中の任意の部位に取り付けることができる。あるいは第１装着部５１を、背中以外の部位に取り付けてもよい。さらに、取り付けた 第１装着部５１が使用中にずれたりすることも許容される。
【０１３９】
以上、本発明のいくつかの実施形態をもとに説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。
【０１４０】
［変形例］
以下、変形例について説明する。変形例の説明では、実施の形態と同一又は同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施の形態と重複する説明を適宜省略し、実施の形態と相違する構成について重点的に説明する。
【０１４１】
［変形例１］
連結部１０が繊維を束ねたロープなどで形成されている場合、表面がビニールなどでコーティングされてもよい。あるいは連結部１０がゴムロープなどで形成されている場合、摩擦部２０との間で係合する凹凸加工がされてもよい。これにより、連結部１０と摩擦部２０との間の摩擦力を増すことができる。
【０１４２】
［変形例２］
連結部１０の正面断面は、中心に向かうほど硬度が高く、外周に向かうほど柔軟度が高いなどといったプロファイル構造を有していてもよい。これにより、堅牢かつ柔軟な連結部１０を実現することができる。
【０１４３】
［変形例３］
ハウジング部２１の正面断面は、外周が円でなく多角形であってもよい。例えば図１２に示されるように、インナーハウジング部２３の外周やアウターハウジング部２４の外周は、正面から見て正方形であってもよい。これらは正方形に限られず、正Ｎ角形、任意のＮ角形、その他の任意の形状であってもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。
【０１４４】
［変形例４］
摩擦部２０の正面断面は、内周や外周が円でなく多角形であってもよい。例えば図１３に示されるように、摩擦部２０の外周および内周は、正面から見て正六角形であってもよい。これらは正六角形に限られず、正Ｎ角形、任意のＮ角形、その他の任意の形状であってもよい。ただし連結部１０と摩擦部２０との間の摩擦効率が低下しないためには、摩擦部２０の正面断面は、Ｎの値がなるべく大きな正Ｎ角形であることが望ましい。これにより、構成の自由度を上げることができる。
【０１４５】
［変形例５］
第１実施形態の制動部１１は長手方向に直線状でなく、図１４に示されるように屈曲した部分を有していてもよい。このとき屈曲した部分に複数の流体供給部２２を配置してもよい。これにより制動効率を向上させることができる。
【０１４６】
［変形例６］
第１実施形態の制動部１１は、流体の圧力を利用して摩擦部２０を変形させることにより連結部１０の移動を制限又は許可している。こうした流体の圧力に代えて、油圧その他の任意の流体の圧力を利用して摩擦部２０を変形させてもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。
【０１４７】
［変形例７］
第１実施形態の制動部１１は、連結部１０を取り巻く摩擦部２０を半径方向内側に収縮させることにより連結部１０の移動を制限している。これに代えて、例えば連結部１０の内部に流体を収容し、この流体を膨張させることにより連結部１０を半径方向外側に膨張させてもよい。その結果、連結部１０と周囲の摩擦部２０とが接触することにより制動力を得てもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。
【０１４８】
［変形例８］
第３実施形態の連結部３５は、導電性ケーブル３７と、導電性ケーブル３７を取り巻く連結ケーブル３６とを備えている。連結部３５は、導電性ケーブル３７に代えて、光ファイバを備えてもよい。この光ファイバにより、光信号伝送や光パワー伝送を行うことができる。本変形例によれば、制動機構に光信号伝送や光パワー伝送などの付加機能を与えることができる。
【０１４９】
［変形例９］
図７および図９に示された実施形態では、アクチュエータ部４０、第１のアクチュエータ部４３、第２のアクチュエータ部４４は直動式（人工筋やエアシリンダ・ソレノイドなど）のアクチュエータ部である。これに代えて回転式（モータや回転式エアシリンダなど）のアクチュエータ部を用いてもよい。これにより、構成の自由度を上げることができる。
【０１５０】
［変形例１０］
第４実施形態の牽引機構２は、図８のステップＳ４で第１の制動部３８を制動部の左位置３８（Ｌ）に移動した後、ステップＳ５で第１の制動部３８を制動状態にしている。これに代えて、ステップＳ４の次のステップで第２の制動部３９を制動状態にし、次のステップで第１の制動部３８を制動状態にし（図８のステップＳ５）、次のステップで第２の制動部３９を解除状態にし、次のステップで第１の制動部３８を制動部３８の右位置３８（Ｒ）に移動し（図８のステップＳ６）てもよい。すなわち図８のステップＳ５の前段に「第２の制動部３９を制動状態にするステップＳ１３」が追加され、図８のステップＳ５の後段に「第２の制動部３９を解除状態にするステップＳ１４」が追加されもよい。これにより、ステップＳ４で第１の制動部３８が制動部の左位置３８（Ｌ）に移動された後、一旦第２の制動部３９が制動状態になることにより連結部１０の移動が確実に制限され、開始位置基準を確実に出すことができる。
【０１５１】
図１５は、変形例１０に係る牽引機構２の動作を示すフロー図である。本変形例によれば、牽引機構２の牽引動作の開始位置精度を向上させることができる。
【０１５２】
［変形例１１］
第５実施形態の牽引機構３は、図１０のステップＳ２５、ステップＳ２６に示されるように、最初に第１の制動部４１を用いて連結部１０を牽引している。そしてステップＳ２９に示されるように、２回目に第２の制動部４２を用いて連結部１０を牽引している。この順序は逆転してもよい。すなわち、図１０のフローを以下のように変形してもよい。ステップＳ３５で第２の制動部４２を制動状態にする。ステップＳ３６で、第２のアクチュエータ部４４により、第２の制動部４２を制動部４２の右位置４２（Ｒ）に移動する。以下、図１０のステップにおける第１の制動部４１と第２の制動部４２の制御の順序を入れ替える。
【０１５３】
図１６は、変形例１１に係る牽引機構３の動作を示すフロー図である。本変形例によれば、牽引機構３の制御の自由度を上げることができる。
【０１５４】
［変形例１２］
第５実施形態の牽引機構３の２つのアクチュエータ部は、それぞれ対応する制動部を、同じタイミングで逆向きに移動させる動作を交互に繰り返している。これに代えて、第１のアクチュエータ部４３および第２のアクチュエータ部４４の両方が同時に、対応する制動部を左位置から右位置に牽引してもよい。すなわち、第１の制動部４１と第２の制動部４２とは、協働して同じタイミングで被牽引物を牽引してもよい。
【０１５５】
図１７は、変形例１２に係る牽引機構３の動作を示すフロー図である。本変形例によれば、２つの制動部が協働して被牽引物を牽引するため、より牽引力の高い牽引機構を実現することができる。
【０１５６】
［変形例１３］
第５実施形態の牽引機構３は、制動部とアクチュエータ部との組み合わせを２組備えている。これに限られず、牽引機構は、制動部とアクチュエータ部との組み合わせを３組以上備えてもよい。これにより、牽引速度や牽引力を向上させることができる。
【０１５７】
［変形例１４］
連結部１０は自然素材、特に自然分解しやすい材料から構成されてよい。例えば連結部１０は、ＰＬＡ、バイオマスプラスチック、天然ゴムなどから構成されてよい。通常、連結部１０は使用や経年により劣化しやすいため、消耗品となることが多い。本変形例によれば、連結部１０を交換後に廃棄したとき、環境に対する影響を小さくすることができる。
【０１５８】
これらの各変形例は実施の形態と同様の作用・効果を奏する。
【０１５９】
上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる各実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。
【符号の説明】
【０１６０】
１・・制動機構、
１０・・連結部、
１２・・制動部、
２０・・摩擦部、
２１・・ハウジング部、
２２・・流体供給部、
３１・・制動部、
３３・・クランプ部３３、
３７・・導電性ケーブル、
３８・・第１の制動部、
３９・・第２の制動部、
４０・・アクチュエータ部、
４１・・第１の制動部、
４２・・第２の制動部、
４３・・第１のアクチュエータ部、
４４・・第２のアクチュエータ部、
５０・・人体、
５１・・第１装着部、
５２・・第２装着部、
１００・・被制動物。
【図１】
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【図２】
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【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】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【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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