(57)【要約】  人体装着具（１）は、人体の腰部の背面側に装着される腰フレーム（１０）と、腰フレーム（１０）より人体の側腰部に近い位置に装着される側腰フレーム（２０）と、腰フレーム（１０）と側腰フレーム（２０）とを連結する関節機構（１２）であって、人体の内部に位置する旋回軸（Ｋ）を中心として、腰フレーム（１０）に対して側腰フレーム（２０）を人体の腰部を周回する方向に旋回させる関節機構（１２）とを備える。例えば、関節機構（１２）は、上記旋回による、腰フレーム（１０）に対する側腰フレーム（２０）の相対位置の範囲を所定範囲内に規制する規制部（１６）を有する。
2017068763.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体の腰部の背面側に装着される第一装着具と、
前記第一装着具より前記人体の側腰部に近い位置に装着される第二装着具と、
前記第一装着具と前記第二装着具とを連結する第一関節機構であって、前記人体の内部に位置する旋回軸を中心として、前記第一装着具に対して前記第二装着具を前記人体の腰部を周回する方向に旋回させる第一関節機構とを備える
人体装着具。
【請求項２】
前記第一関節機構は、前記旋回による、前記第一装着具に対する前記第二装着具の相対位置の範囲を所定範囲内に規制する規制部を有する
請求項１に記載の人体装着具。
【請求項３】
前記第一関節機構は、前記第一装着具に対して前記第二装着具を旋回させる不等辺リンク機構である
請求項１又は２に記載の人体装着具。
【請求項４】
前記第一関節機構は、
前記人体による運動に伴い変化する、前記第一装着具に対する前記第二装着具の相対位置を検出するセンサと、
前記センサが検出した前記相対位置の変化に基づいて、前記運動を支援するように前記第一関節機構を動作させるアクチュエータとを備える
請求項１〜３のいずれか１項に記載の人体装着具。
【請求項５】
前記人体装着具は、さらに、
前記人体の腰部の背面側であって、前記人体の左右方向における中央部に装着される第三装着具と、
前記人体の股関節の内外転軸より、前記人体の左右方向における中央に近い位置に設けられる第二関節機構であって、前記第三装着具に対して前記第一装着具を回動させる第二関節機構を備える
請求項１〜４のいずれか１項に記載の人体装着具。
【請求項６】
前記人体装着具は、
前記人体の左右それぞれの股関節の内外転軸に対して、当該内外転軸より前記人体の左右方向における中央に近い位置に設けられる、２つの前記第二関節機構を備え、
２つの前記第二関節機構は、前記人体の背面側から見た位置が互いに異なる
請求項５に記載の人体装着具。
【請求項７】
前記第二関節機構は、
前記人体による運動に伴い変化する、前記第三装着具に対する前記第一装着具の相対位置を検出するセンサと、
前記センサが検出した前記相対位置の変化に基づいて、前記運動を支援するように前記第二関節機構を動作させるアクチュエータとを備える
請求項５又は６に記載の人体装着具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体装着具に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体に装着され、所定の機能を発揮する人体装着具がある。人体装着具には、例えば、人体装着具を装着した人体（以降、装着者ともいう）に所定の動きをさせる、又は、させないように装着者の関節の動きを制御したり、装着者の動作を支援（アシスト）するように装着者に力を作用させたりする動作支援装置、又は、装着者が重量物等を運搬する際などに装着者が生み出す力より大きな力を重量物に及ぼすためのパワーアシストスーツなどがある。【０００３】
特許文献１は、装着者の肘等の関節の動作を支援する筋力補助装置を開示する。この筋力補助装置は、関節を介して接続された２つの装着具を有し、当該２つの装着具の一方が他方に対して、関節上に位置する回動軸を回動中心として回動する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５５２４３２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
人体装着具は人体の外部に装着されるので、人体装着具を構成するフレームは人体の骨格から離れた位置に配置される。そのため、人体装着具を構成するフレームが人体の動きに対して適切に追随できない場合が生じ得る。【０００６】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、人体の動きに対してより適切に追随する人体装着具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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の一態様に係る人体装着具は、人体の腰部の背面側に装着される第一装着具と、前記第一装着具より前記人体の側腰部に近い位置に装着される第二装着具と、前記第一装着具と前記第二装着具とを連結する第一関節機構であって、前記人体の内部に位置する旋回軸を中心として、前記第一装着具に対して前記第二装着具を前記人体の腰部を周回する方向に旋回させる第一関節機構とを備える。【０００８】
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なＣＤ−ＲＯＭなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明に係る人体装着具は、人体の動きに対してより適切に追随することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施の形態に係る人体装着具の第一の外観図である。
【図２】図２は、実施の形態に係る人体装着具の第二の外観図である。
【図３】図３は、関連技術１に係る人体装着具の関節機構の動作を示す説明図である。
【図４】図４は、実施の形態に係る人体装着具の第一関節機構の動作を示す説明図である。
【図５】図５は、実施の形態に係る人体装着具を装着した人体の腰部を示す説明図である。
【図６】図６は、実施の形態に係る人体装着具の第一関節機構の動作を示す第一の説明図である。
【図７】図７は、実施の形態に係る人体装着具の第一関節機構の動作を示す第二の説明図である。
【図８】図８は、関連技術２に係る人体装着具の関節機構の動作の説明図である。
【図９】図９は、実施の形態に係る人体装着具の第二関節機構の動作の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
（本発明に至った経緯）
人体装着具のフレームは、装着者との干渉を避けるために、一般に装着者の体側面に沿った形態（いわゆる外骨格形態）を有し、体側面の外側に配置されることで、装着者の骨格に対してオフセットした軸配置がなされる。そのため、例えば装着者の股関節の内外転又は内外旋の動作に伴う、人体装着具の関節機構の旋回軸は、装着者の外側にオフセットした位置に配置される。
【００１２】
従来の人体装着具は、人体装着具の姿勢の変化によって装着者にとって負荷となったり、装着者が歩行する際に不安定な挙動をしたりする。そのため、装着者への肉体的負担が大きく、また、装着者にとって人体装着具を動かすことが容易ではない。よって、例えば重量物を保持した状態でスムーズに歩行することが困難であるという問題がある。
【００１３】
より具体的には、従来の人体装着具の関節機構において、股関節の内外旋軸は、直立時では鉛直方向を通っているが、屈伸や歩行動作等で大腿部が前後左右に変位することに伴って鉛直方向から水平方向へ近づくよう移行する。その際、装着具の内外旋軸では装着具の自重によって軸まわりのモーメントが発生するが、装着者の股関節の内外旋軸とオフセットしていることで、装着具の下肢は装着者の意思とは無関係に外旋または内旋しようとし、それを人体との接続部を介して装着者が制御することが困難であるという問題がある。また、これをアクチュエータ等で自重補償をすることにより解決しようとした場合、装着具全体の重量が増え、装着者が扱いにくく負担となるという問題も生じ得る。
【００１４】
加えて股関節の内外転軸においては従来の人体装着具の関節機構では、装着者の左右の股関節内外転軸の間隔より広い間隔となっている。その場合、重量物を保持した装着者が歩行する際の左右の重心移動の際に装着者にかかる負荷モーメント、及び、振れ幅が、人体が直接に重量物を保持する場合よりも大きくなるという問題がある。さらに、上記負荷モーメント及び振れ幅の増加をアクチュエータ（例えばモータ）により抑制しようとすれば、比較的高い出力のアクチュエータが必要となる。一般に高い出力のアクチュエータは必然的に大きな重量を有するので、上記場合には人体装着具自体の重量が増加するという問題も生じ得る。
【００１５】
そこで、体側面に沿った形態により装着者への着脱の容易さ等の利点を残しつつ、股関節周囲に働く負荷モーメントを軽減することが望まれる。また、これによりアクチュエータの出力、及び、装着者の負担を軽減し、装着者の動きに対してより適切に追随するとともに、装着者によるよりスムーズな歩行を実現することが望まれる。
【００１６】
上記人体装着具の実現のため、本発明の一態様に係る人体装着具は、人体の腰部の背面側に装着される第一装着具と、前記第一装着具より前記人体の側腰部に近い位置に装着される第二装着具と、前記第一装着具と前記第二装着具とを連結する第一関節機構であって、前記人体の内部に位置する旋回軸を中心として、前記第一装着具に対して前記第二装着具を前記人体の腰部を周回する方向に旋回させる第一関節機構とを備える。
【００１７】
上記態様によれば、人体装着具は、人体の股関節の内外旋を含む動作の際に、人体の内部の位置を中心として第二装着具が旋回することにより、人体装着具の移動に伴う負荷モーメントを小さく抑え、また、人体の動きに伴う人体装着具自体の上下の振れ幅を小さくすることができる。これにより、人体装着具は、人体への負担を軽減するとともに、人体による歩行等の動きを妨げないように移動することができる。このように、人体装着具は、人体の動きに対してより適切に追随することができる。
【００１８】
また、前記第一関節機構は、前記旋回による、前記第一装着具に対する前記第二装着具の相対位置の範囲を所定範囲内に規制する規制部を有してもよい。
【００１９】
上記態様によれば、人体装着具の第二装着具は、人体の動きを妨げないように、より適切な可動範囲に配置され、当該可動範囲内だけを移動する。これにより、人体装着具は、より適切に人体に装着され得る。
【００２０】
また、前記第一関節機構は、前記第一装着具に対して前記第二装着具を旋回させる不等辺リンク機構であってもよい。
【００２１】
上記態様によれば、人体装着具は、不等辺リンク機構を用いて第一関節機構を具体的に構成し、上記効果を発揮することができる。
【００２２】
また、前記第一関節機構は、前記人体による運動に伴い変化する、前記第一装着具に対する前記第二装着具の相対位置を検出するセンサと、前記センサが検出した前記相対位置の変化に基づいて、前記運動を支援するように前記第一関節機構を動作させるアクチュエータとを備えてもよい。
【００２３】
上記態様によれば、人体装着具は、人体の動きにより第一関節機構に働く力を支援するように第一関節機構を動作させることで、人体の動きを支援するように動作することができる。また、上記のように人体の内部の位置を中心として第二装着具が旋回することで、従来に比べてアクチュエータが発生させるべき力が小さくなるので、アクチュエータは、比較的小さい出力を有するもので足り、人体装着具の小型化及び軽量化に貢献し得る。
【００２４】
また、前記人体装着具は、さらに、前記人体の腰部の背面側であって、前記人体の左右方向における中央部に装着される第三装着具と、前記人体の股関節の内外転軸より、前記人体の左右方向における中央に近い位置に設けられる第二関節機構であって、前記第三装着具に対して前記第一装着具を回動させる第二関節機構を備えてもよい。
【００２５】
上記態様によれば、人体装着具は、人体の股関節の内外転を含む動作の際に、人体の股関節の内外転軸より人体の中心線に近い位置を中心として第一装着具が回動することで、人体装着具の移動に伴う負荷モーメントを小さく抑え、また、人体の動きを妨げないように移動することができる。このように、人体装着具は、人体の動きに対してより適切に追随することができる。
【００２６】
また、前記人体装着具は、前記人体の左右それぞれの股関節の内外転軸に対して、当該内外転軸より前記人体の左右方向における中央に近い位置に設けられる、２つの前記第二関節機構を備え、２つの前記第二関節機構は、前記人体の背面側から見た位置が互いに異なってもよい。
【００２７】
上記態様によれば、人体装着具は、２つの第二関節機構を人体の背面側から見て互いに異なる位置に配置することで、２つの第二関節機構の動作が干渉することを防ぐことができる。また、２つの第二関節機構を背面側から見て同じ位置にしようとすれば、２つの第二関節機構は人体の前後方向において互いに異なる位置に配置されることになる。この場合、第二関節機構を介して接続される、人体にとって左右それぞれに延びる第一装着具の動作に差異が生じ、人体にとって違和感が生じ得る。そこで上記の構成をとることで、この違和感を抑制することができる。
【００２８】
また、前記第二関節機構は、前記人体による運動に伴い変化する、前記第三装着具に対する前記第一装着具の相対位置を検出するセンサと、前記センサが検出した前記相対位置の変化に基づいて、前記運動を支援するように前記第二関節機構を動作させるアクチュエータとを備えてもよい。
【００２９】
上記態様によれば、人体装着具は、人体の動きにより第二関節機構に働く力を支援するように第二関節機構を動作させることで、人体の動きを支援するように動作することができる。
【００３０】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも本発明の好ましい一具体例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置及び接続形態などは、一例であり、本発明を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、本発明の最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、より好ましい形態を構成する任意の構成要素として説明される。
【００３１】
なお、同一の構成要素には同一の符号を付し、説明を省略する場合がある。
【００３２】
なお、以下の説明において、各図面中に示すＸＹＺ座標軸を用いた説明を行う場合もある。その際、Ｚ軸のプラス方向のことを上方向といい、Ｚ軸のマイナス方向のことを下方向ということもある。
【００３３】
（実施の形態）
本実施の形態において、人体の動きに対してより適切に追随する人体装着具について説明する。
【００３４】
図１は、実施の形態に係る人体装着具１の第一の外観図である。図２は、実施の形態に係る人体装着具１の第二の外観図である。
【００３５】
人体装着具１は、人体（装着者）に装着される装着具である。人体装着具１は、例えば、装着者に装着され、装着者の動作を検出し、検出した動作を支援するように関節などを動作することで装着者の動作を支援する動作支援装置である。また、人体装着具１は、装着者の歩行に関する動作を支援する歩行支援装置であってもよい。なお、人体装着具１は、装着される装着者の中心線に対して左右対称の形態を有する。以降では、装着者の右半身に装着される部分を主に説明するが、左半身に装着される部分についても同様の説明が成立する。なお、以降の説明において、人体装着具１の構成要素の名称として、当該構成要素が装着される人体の部位の名称、又は、当該構成要素に対応する人体の部位の名称を付しているが、これらはあくまで説明のための名称であり、当該構成要素が装着される人体の部位を限定するものではない。
【００３６】
図１及び図２に示されるように、人体装着具１は、腰フレーム１０と、関節機構１２及び４２と、側腰フレーム２０と、大腿関節２２と、センサ２４と、アクチュエータ２６と、大腿フレーム２８と、膝関節３０と、下腿フレーム３２と、背フレーム４０とを備える。
【００３７】
腰フレーム１０は、装着者の腰部の背面側に装着される装着具であり、剛性部材により形成されている。腰フレーム１０は、関節機構１２を介して側腰フレーム２０に連結され、また、関節機構４２を介して背フレーム４０に連結されている。なお、腰フレーム１０のことを第一装着具ともいう。
【００３８】
関節機構１２は、腰フレーム１０と側腰フレーム２０とを連結する関節機構である。関節機構１２は、装着者の身体の内部に位置する旋回軸を中心として、腰フレーム１０に対して側腰フレーム２０を、装着者の腰部を周回する方向に旋回させる。言い換えれば、腰フレーム１０に対する側腰フレーム２０の旋回の旋回軸は、装着者の身体の内部に位置している。関節機構１２は、例えば不等辺リンク機構（台形リンク機構ともいう）により実現され、腰フレーム１０、側腰フレーム２０及び関節機構１２のいずれにも属さない位置を旋回軸として上記旋回を行わせる。上記のように旋回軸が装着者の身体の内部に位置していることにより、人体装着具１は、装着者の動きに対してより適切に追随することができる。
【００３９】
なお、関節機構１２は、上記のような旋回を行わせる機構であればよく、不等辺リンク機構の他にも、円弧運動を案内するガイド機構によっても実現され得る。なお、関節機構１２のことを第一関節機構ともいう。
【００４０】
側腰フレーム２０は、装着者の腰フレーム１０より側腰部に近い位置に装着される装着具であり、剛性部材により形成されている。側腰フレーム２０は、関節機構１２を介して腰フレーム１０に連結されており、関節機構１２により装着者の腰部を周回する方向に旋回する。また、側腰フレーム２０は、関節機構１２から装着者の側腰部へ向けて延び、大腿関節２２を介して大腿フレーム２８に連結されている。なお、側腰フレーム２０のことを第二装着具ともいう。
【００４１】
大腿関節２２は、側腰フレーム２０と大腿フレーム２８とを連結する関節機構であり、側腰フレーム２０に対して大腿フレーム２８を回動させる。装着者の股関節が屈曲又は伸展されると、大腿関節２２が回動することで側腰フレーム２０と大腿フレーム２８とのなす角が変化し、大腿フレーム２８がＹＺ面内で回動する。
【００４２】
センサ２４は、大腿関節２２における側腰フレーム２０と大腿フレーム２８とのなす角を検出するセンサであり、例えば角位置センサ（ロータリエンコーダ）である。
【００４３】
アクチュエータ２６は、大腿関節２２における側腰フレーム２０と大腿フレーム２８とのなす角を変化させる力を、側腰フレーム２０及び大腿フレーム２８に及ぼす駆動装置である。アクチュエータ２６は、例えばモータである。
【００４４】
大腿フレーム２８は、装着者の大腿部に沿う位置に装着される装着具であり、剛性部材により形成されている。大腿フレーム２８は、大腿関節２２を介して側腰フレーム２０に回動可能に連結されている。
【００４５】
膝関節３０は、大腿フレーム２８と下腿フレーム３２とを回動可能に連結する関節機構である。装着者の膝が屈曲又は伸展されことで装着者の大腿部及び下腿部それぞれが移動すると、膝関節３０が動作することで大腿フレーム２８と下腿フレーム３２とのなす角が変化し、下腿フレーム３２がＹＺ面内で回動する。
【００４６】
下腿フレーム３２は、装着者の下腿部に沿う位置に装着される装着具であり、剛性部材により形成されている。下腿フレーム３２は、膝関節３０を介して大腿フレーム２８に回動可能に連結されている。
【００４７】
背フレーム４０は、装着者の背部に、装着者の背骨又は身体の中心線に沿うように装着される剛性部材である。背フレーム４０には、関節機構４２を介して腰フレーム１０が回動可能に連結されている。なお、背フレーム４０の左右方向（Ｘ軸方向）の中心を、上下方向（Ｚ軸方向）に貫く線を中心線Ｊとする。なお、背フレーム４０のことを第三装着具ともいう。
【００４８】
関節機構４２は、腰フレーム１０と背フレーム４０とを連結する関節機構である。装着者の腰部の左右少なくとも一方が上下動すると、関節機構４２による動作により、背フレーム４０の位置及び姿勢は維持されたまま、装着者の腰部の上下動に従って腰フレーム１０がＸＺ面内で回動する。関節機構４２は、右側及び左側それぞれに１つずつ設けられ、それぞれ、関節機構４２Ｒ及び４２Ｌともいう。
【００４９】
関節機構４２Ｒと４２Ｌとは、装着者の左右それぞれの股関節の内外転軸に対して、当該内外転軸より装着者の左右方向における中央に近い位置に設けられてもよい。このようにすることで、股関節が内外転をする場合の腰フレーム１０の移動量を小さく抑えることができる。またその場合、関節機構４２Ｒと４２Ｌとは、装着者の背面側から見た場合の位置が異なるように配置される。
【００５０】
以降において、人体装着具１の腰フレーム１０に対する側腰フレーム２０の動作について、関連技術１における動作と比較しながら説明する。ここで、関連技術１とは、人体装着具１の関節機構１２を備えるのではなく、その代わりに、関節機構の内部に旋回軸を有する関節機構を備える人体装着具１０１に係る技術を指す。
【００５１】
図３は、関連技術１に係る人体装着具１０１の関節機構１１２の動作を示す説明図である。
【００５２】
図３に示されるように、人体装着具１０１は、腰フレーム１１０と、側腰フレーム１２０と、関節機構１１２とを備える。また、装着者の身体の位置を、装着者Ｕとして示している。
【００５３】
腰フレーム１１０及び側腰フレーム１２０は、それぞれ、人体装着具１の腰フレーム１０及び側腰フレーム２０と同様のものである。
【００５４】
関節機構１１２は、関節機構１１２の内部に位置する旋回軸Ｋ’を中心として、腰フレーム１１０に対して側腰フレーム１２０を旋回させる。この旋回による側腰フレーム１２０の移動方向は、方向Ｓ’として示されている。
【００５５】
この場合、装着者Ｕの股関節が内旋すると、側腰フレーム１２０は、側腰フレーム１２０Ａとして示される位置まで移動し装着者Ｕに突き当たる、つまり、装着者Ｕと干渉する。側腰フレーム１２０が装着者Ｕに突き当たると、股関節の内旋をそれ以上行うことができず、装着者Ｕの動作が制限される。その結果、人体装着具１０１は、装着者Ｕの動きに適切に追随することができない。
【００５６】
図４は、本実施の形態に係る人体装着具１の関節機構１２（第一関節機構）の動作を示す明図である。図５は、本実施の形態に係る人体装着具１を装着した装着者Ｕの腰部Ｗを示す説明図である。なお、図４及び図５において、一部の構成要素（例えばセンサ２４など）の記載を省略することがある。以降の図面においても同様である。
【００５７】
関節機構１２は、旋回軸Ｋを中心として、腰フレーム１０に対して側腰フレーム２０を装着者Ｕの腰部を周回する方向に旋回させる。この旋回による側腰フレーム２０の移動方向は、方向Ｓとして示されている。
【００５８】
図５に示されるように、旋回軸Ｋは、装着者Ｕの腰部Ｗの内部に位置する軸であり、腰部ＷをＺ軸方向に貫く軸である。旋回軸Ｋは、人体の右半身に装着される腰フレーム１０と側腰フレーム２０とを連結する関節機構１２（１２Ｒ）の旋回軸である旋回軸ＫＲと、人体の左半身の関節機構１２（１２Ｌ）の旋回軸である旋回軸ＫＬとがある。旋回軸Ｋは、人体装着具１を装着した人体が直立している場合（図５）には、背フレーム４０と平行となり、また、人体の左右の脚部に平行となる軸である。なお、旋回軸Ｋは、関節機構１２による側腰フレーム２０の旋回の軸であるので、関節機構１２の姿勢が変化すると、その変化に合わせて変化するものである。また、側腰フレーム２０の移動方向Ｓは、装着者Ｕの腰部Ｗを周回する方向（Ｚ軸を周回する方向）である。
【００５９】
この場合、装着者Ｕの股関節が内旋すると、側腰フレーム２０は、例えば側腰フレーム２０Ａとして示される位置まで移動することができ、側腰フレーム２０Ａの位置でも装着者Ｕに突き当たることがなく、装着者Ｕとの干渉が回避される（図４）。よって、側腰フレーム２０Ａの位置から引き続き装着者Ｕの股関節の内旋が可能であり、関連技術１の人体装着具１０１の場合と比較して内旋の動作の範囲が広い。このように、人体装着具１は装着者Ｕの動きに対してより適切に追随することができる。
【００６０】
図６は、本実施の形態に係る人体装着具１の関節機構１２（第一関節機構）の動作を示す第一の説明図である。図７は、本実施の形態に係る人体装着具１の関節機構１２（第一関節機構）の動作を示す第二の説明図である。これらの図を参照しながら、関節機構１２の動作を詳細に説明する。
【００６１】
図６及び図７に示されるように関節機構１２は、例えば不等辺リンク機構（又は台形リンク機構）により実現される。
【００６２】
関節機構１２としての不等辺リンク機構は、互いに長さが異なる２本のリンク１２ａ及び１２ｂにより腰フレーム１０と側腰フレーム２０とを接続しており、腰フレーム１０に対して側腰フレーム２０を旋回させる。関節機構１２は、装着者Ｕの身体の内部に位置する旋回軸（図４及び図５の旋回軸Ｋ）を中心として、腰フレーム１０に対して側腰フレーム２０を装着者Ｕの腰部を周回する方向に旋回させる。
【００６３】
なお、関節機構１２は、さらに規制部１６を備えてもよい。規制部１６は、腰フレーム１０に対する側腰フレーム２０の旋回による、腰フレーム１０に対する側腰フレーム２０の相対位置の範囲を所定範囲内に規制する部材である。具体的には、規制部１６は、上記旋回の際のリンク１２ａ及び１２ｂの可動範囲の一部に固定的に配置され、その可動範囲を制限する機能を有する。
【００６４】
より具体的には、例えば、規制部１６は、リンク１２ａの可動範囲内において、腰フレーム１０に突設される突起であり、リンク１２ａが規制部１６に突き当たる位置より先にリンク１２ａを移動させないように規制する。その結果、規制部１６は、リンク１２ａの可動範囲を、リンク１２ａが規制部１６に突き当たらない位置の範囲に制限する。よって、側腰フレーム２０は、装着者Ｕの動きを妨げないように、より適切な可動範囲に配置され、当該可動範囲内だけを移動する。
【００６５】
なお、規制部１６の腰フレーム１０からの高さ、腰フレーム１０における位置、及び、形状を変更することにより、規制部１６により制限されるリンク１２ａの可動範囲を調整することができる。また、リンク１２ａの規制部１６に当接する部分の形状を、凸形状又は凹形状にすることで、上記調整をすることができる。図６及び図７に示される突起１４は、上記凸形状の一例である。
【００６６】
なお、関節機構１２は、さらに、装着者Ｕによる運動に伴い変化する腰フレーム１０に対する側腰フレーム２０の相対位置を検出するセンサと、センサが検出した相対位置の変化に基づいて、装着者Ｕによる運動を支援するように関節機構１２を動作させるアクチュエータとを備えてもよい。上記センサは、例えば腰フレーム１０と側腰フレーム２０とがなす角を検出する角位置センサであり、上記アクチュエータは関節機構１２における腰フレーム１０と側腰フレーム２０とのなす角を制御するモータである。これにより、人体装着具１は、装着者Ｕが股関節を内外旋させる動作を支援するように関節機構１２の動作を制御することができる。
【００６７】
以降において、人体装着具１の背フレーム４０に対する腰フレーム１０の動作について、関連技術２における動作と比較しながら説明する。ここで、関連技術２とは、人体装着具１の腰フレーム１０及び関節機構４２を備えるのではなく、その代わりに、装着者Ｕの左右の股関節内外転軸の間隔より広い間隔を有する関節機構４２’を備え、また、関節機構４２’から大腿関節２２２を結ぶ腰フレーム２１０を備える人体装着具２０１に係る技術である。
【００６８】
図８は、関連技術２に係る人体装着具２０１の関節機構４２’の動作の説明図である。図８は、人体装着具２０１を装着した装着者Ｕの股関節が内外転軸Ｌを軸として外転する際の関節機構４２’の動作と腰フレーム２１０の移動とを示している。具体的には、股関節が内外転軸Ｌを軸として角度α’だけ外転することで装着者Ｕの側腰部が長さｈだけ上方へ移動した状態を示している。このとき、装着者Ｕの大腿部が紙面上反時計回りに回動し、この回動により大腿フレーム２８が移動し、その結果、関節機構４２’は角度β’だけ回動する。
【００６９】
図９は、本実施の形態に係る人体装着具１の関節機構４２（第二関節機構）の動作の説明図である。
【００７０】
図９は、人体装着具１を装着した装着者Ｕの股関節が内外転軸Ｌを軸として外転する際の関節機構４２の動作と腰フレーム１０の移動とを示している。具体的には、股関節が内外転軸Ｌを軸として角度αだけ外転することで装着者Ｕの側腰部が長さｈだけ上方へ移動した状態を示している。このとき、装着者Ｕの大腿部が紙面上反時計回りに回動し、この回動により大腿フレーム２８が移動し、その結果、関節機構４２は角度βだけ回動する。
【００７１】
図８と図９とを比較すれば明らかであるように、装着者Ｕの側腰部が長さｈだけ上方に移動するとき、関節機構４２及び４２’のうち、関節機構４２が動作する角度の方が小さい（α＜α’）。これは、人体装着具１及び２０１のうち、人体装着具１の方が関節機構４２（４２’）から大腿関節２２（２２Ａ）までの距離が長いからであり、言い換えれば、関節機構４２が中心線Ｊに、より近い位置に位置しているからである。
【００７２】
なお、関節機構４２は、さらに、装着者Ｕによる運動に伴い変化する背フレーム４０に対する腰フレーム１０の相対位置を検出するセンサと、センサが検出した相対位置の変化に基づいて、装着者Ｕによる運動を支援するように関節機構４２を動作させるアクチュエータとを備えてもよい。上記センサは、例えば背フレーム４０と腰フレーム１０とがなす角を検出する角位置センサであり、アクチュエータは関節機構４２の動作を制御するモータである。これにより、人体装着具１は、装着者Ｕが股関節を内外転させる動作を支援するように関節機構４２の動作を制御することができる。
【００７３】
以上のように、本実施の形態に係る人体装着具は、人体の股関節の内外旋を含む動作の際に、人体の内部の位置を中心として第二装着具が旋回することにより、人体装着具の移動に伴う負荷モーメントを小さく抑え、また、人体の動きに伴う人体装着具自体の上下の振れ幅を小さくすることができる。これにより、人体装着具は、人体への負担を軽減するとともに、人体による歩行等の動きを妨げないように移動することができる。このように、人体装着具は、人体の動きに対してより適切に追随することができる。
【００７４】
以上、本発明に係る人体装着具について、実施の形態に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を本実施の形態に施したものや、異なる実施の形態における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本発明の範囲内に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明は、人体の動きに対してより適切に追随する人体装着具に利用可能である。より具体的には、パワーアシストスーツ、動作支援装置及び歩行支援装置等に利用可能である。
【符号の説明】
【００７６】
１、１０１、２０１    人体装着具
１０、１１０、２１０    腰フレーム
１２、１２Ｌ、１２Ｒ、４２、４２’、４２Ｌ、４２Ｒ、１１２    関節機構
１２ａ、１２ｂ    リンク
１４    突起
１６    規制部
２０、２０Ａ、１２０、１２０Ａ    側腰フレーム
２２、２２Ａ、２２２、２２２Ａ    大腿関節
２４    センサ
２６    アクチュエータ
２８、２２８、２２８Ａ    大腿フレーム
３０    膝関節
３２    下腿フレーム
４０、２４０    背フレーム
Ｊ    中心線
Ｋ、Ｋ’、ＫＬ、ＫＲ    旋回軸
Ｌ    内外転軸
Ｓ、Ｓ’    方向
Ｕ    装着者
Ｗ    腰部
【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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【国際調査報告】
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