(57)【要約】【課題】  簡易な構成で、腰痛予防に必要なパワーポジションの姿勢とこの姿勢からの復帰が容易な体重支持装置を提供する。【解決手段】  作業者の中腰姿勢などを補助する体重支持装置１であって、足を載せる靴底部２と、この靴底部２の両側から延設する一対の連結部３ａ，３ｂと、これらの連結部３ａ，３ｂの端部に設けた連結軸部４ａ，４ｂを介して取り付けた回動自在な脛受け部５と、この脛受け部５を底屈方向に付勢するバネ部材６ａ，６ｂと、このバネ部材６ａ，６ｂの付勢力に抗して脛の背屈動作により回動する脛受け部５を所望な背屈角度で停止させるストッパ機構７ａ，７ｂからなる。バネ部材６ａ，６ｂは、脛の背屈動作により蓄勢され、脛受け部５に底屈方向の回転力を与えるべく連結軸部４ａ，４ｂに装着されている。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業者の中腰姿勢などを補助する体重支持装置であって、足を載せる靴底部と、この靴底部の両側から延設する一対の連結部と、これらの連結部の端部に設けた連結軸部を介して取り付けた回動自在な脛受け部と、この脛受け部を位置決めする前記連結軸部に設けたアクチュエータと、前記靴底部の接地面の圧力分布を検出する圧力センサと、前記連結部と前記脛受け部の相対角度を検出する角度センサと、背屈動作により前記脛受け部に掛かる荷重を検出する力覚センサと、前記各センサの検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備えたことを特徴とする体重支持装置。
【請求項２】
請求項１に記載の体重支持装置において、左足用の体重支持装置と右足用の体重支持装置の間で、各センサの検出信号を遣り取りする通信部を備えたことを特徴とする体重支持装置。
【請求項３】
請求項１または２いずれかに記載の体重支持装置は、靴の内側または靴の外側に装着されることを特徴とする体重支持装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、介護従事者などの身体的負担を軽減するための体重支持装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
介護従事者の身体的負担について、解決・緩和すべき課題として腰痛防止手段の確立が要望され、腰痛防止を目的とする介護用などのロボットが提案されている。
【０００３】
特許文献１には、足首関節を自己の意思で自由に動かすことのできない患者が、歩行の際の補助具として使用する短下肢装具が開示されている。
具体的には、連結部材によって、足載置体の足外側面に固定される足載置体固定部材と、脹脛添体の足外側面に固定される脹脛添体固定部材とを、底屈及び背屈方向に揺動可能に連結し、特に連結部材には力付与手段を設け、足載置体が脹脛添体に対して特定の基準位置から底屈方向へ移動する際に抗力を与え、且つ基準位置に戻す方向の復帰力を与える構造が提案されている。
【０００４】
特許文献２には、四節リンク機構を備えた歩行補助装置が開示されている。前記四節リンク機構は、上部リンクと下部リンク間の屈曲が実質的に禁止されて、膝折れが禁止される膝折れ禁止状態と、上部リンクと下部リンク間の屈曲が実質的に許容されて、膝折れが許容される膝折れ許容状態との何れかの状態間で切り替え可能とされている。
【０００５】
特許文献３には、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い構造の脚装具が開示されている。脚装具は、ユーザの大腿に取り付けられる大腿リンクと、ユーザの下腿に取り付けられる膝関節の側方で大腿リンクと揺動可能に連結している下腿リンクを備える。
【０００６】
特許文献４には、人の足が受ける床反力を精度よく計測する床反力計測装置が開示されている。床反力計測装置は、第１荷重センサと第２荷重センサを備え、第１荷重センサはユーザが履く靴の中であってユーザの足裏に対応する領域に配置され、第２荷重センサは靴の中であってユーザの足の甲に対応する領域に配置されている。
【０００７】
特許文献５には、体重の移動に従って下肢を振り出す機構を有すると共に、下肢を傾けても足底面が常に地面と平行になるようにし、歩行の安定化と容易化を図る長下肢装具が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００４−１６６８１１号公報
【特許文献２】特開２０１３−１３５８０４号公報
【特許文献３】特開２０１２−１２５２７９号公報
【特許文献４】特開２０１２−１２５３２６号公報
【特許文献５】特開２００３−１３５５４２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
介護従事者が腰痛などになるのは、長時間無理な姿勢を強いられることにも起因している。
腰痛予防に関し厚生労働省の腰痛予防対策指針では、図５（ａ）に示すような前屈み姿勢で無意識に行動すると腰椎にとっては無防備な姿勢であるため痛めやすい。そこで、図５（ｂ）に示すようなパワーポジションを推奨している。
【００１０】
特許文献１に開示される短下肢装具を患者ではなく介護従事者が使用した場合、底屈状態と基準状態との間の姿勢変化に対しては抗力或いは復帰力が与えられるが、介護従事者は腰痛予防に必要とされているパワーポジションの姿勢を保持することはできない。
【００１１】
即ち、特許文献１に開示される短下肢装具は被介護者の足が床から浮いた状態で前に出される間（遊脚期）に、爪先が下がって地面に接触して躓くのを防止するために、足首を背屈側に曲げるのを補助（背屈補助作用）している。
一方、特許文献１に開示される短下肢装具を介護従事者が重量物や患者を支えるために装着した場合、前記した背屈補助作用はパワーポジションから底屈状態に移行する際の妨げとなり介護従事者にかかる負担が逆に大きくなってしまう。
【００１２】
特許文献２に開示される歩行補助装置では、下腿リンクと足リンクとが足首ジョイント部を介して相対的に回転可能に連結されているが、この歩行補助装置を介護従事者が装着しても、介護従事者はパワーポジションの姿勢を保持することはできないので、介護従事者の腰痛予防を行うことはできない。
【００１３】
特許文献３に開示される脚装具では、大腿リンクと下腿リンクの間に皮膚や衣服が挟まれ難い構造であっても、この脚装具を介護従事者が装着しても、介護従事者はパワーポジションの姿勢を保持することはできないので、介護従事者の腰痛予防を行うことはできない。
【００１４】
特許文献４に開示される床反力計測装置では、人の足が受ける床反力を精度よく計測することができても、介護従事者はパワーポジションの姿勢を保持することはできないので、介護従事者の腰痛予防を行うことはできない。
【００１５】
特許文献５に開示される長下肢装具では、歩行の安定化と容易化が図れるが、この長下肢装具を介護従事者が装着しても、介護従事者はパワーポジションの姿勢を保持することはできないので、介護従事者の腰痛予防を行うことはできない。
【００１６】
本発明は、従来の技術が有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡易な構成で、腰痛予防に必要なパワーポジションの姿勢をとることが容易な体重支持装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決すべく請求項１に係る発明は、作業者の中腰姿勢などを補助する体重支持装置であって、足を載せる靴底部と、この靴底部の両側から延設する一対の連結部と、これらの連結部の端部に設けた連結軸部を介して取り付けた回動自在な脛受け部と、この脛受け部を位置決めする前記連結軸部に設けたアクチュエータと、前記靴底部の接地面の圧力分布を検出する圧力センサと、前記連結部と前記脛受け部の相対角度を検出する角度センサと、背屈動作により前記脛受け部に掛かる荷重を検出する力覚センサと、前記各センサの検出信号に基づいて前記アクチュエータを制御する制御部を備えている。
【００１８】
前記蓄勢部材の付勢力に抗して脛の背屈動作により回動する前記脛受け部を所望な背屈角度で停止させるストッパ機構を備えることも可能である。また蓄勢部材は、脛の背屈動作により蓄勢されるバネ部材で構成することができる。
【００１９】
更に、本発明に係る体重支持装置は、靴の内側または靴の外側に装着することができる。
【発明の効果】
【００２０】
請求項１に係る発明によれば、脛受け部に脛を押し当て体重を預けることで、地面からの反力を得て中腰姿勢における身体的負担を軽減することができる。また、腰痛予防に必要とされているパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢を容易にとるとともにパワーポジションの位置から底屈状態への移行が楽に行える。
【００２１】
蓄勢部材を背屈動作により蓄勢されるバネ部材にすれば、簡易に構成することができる。
【００２２】
請求項３に係る発明によれば、各センサの検出信号に応じてアクチュエータを制御するので、作業者の姿勢や足関節の背屈角度などに応じた適切な反力を底屈方向に与えるため、脛受け部に脛を押し当て体重を預けることで、中腰姿勢における身体的負担を軽減することができる。また、腰痛予防に必要とされているパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢とその姿勢からの復帰を容易に行うことができる。
【００２３】
通信部を備えれば、左足用の体重支持装置と右足用の体重支持装置の間で、各センサの検出信号を遣り取りすることにより、左足用の体重支持装置と右足用の体重支持装置の協調動作を円滑に行うことができる。
【００２４】
本発明に係る体重支持装置は、靴の内側または靴の外側に装着すればよいので、装着が容易で使い勝手がよい。
【００２５】
また、構成部品の数が少なく且つ機構が簡単であるため製作コストを低く抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明に係る体重支持装置の第１実施の形態の概略斜視図
【図２】第１実施の形態の説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）背屈角度θの状態図
【図３】本発明に係る体重支持装置の第２実施の形態の概略斜視図
【図４】第２実施の形態の説明図で、（ａ）は上面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図、（ｄ）背屈角度θの状態図
【図５】第２実施の形態の制御ブロック図
【図６】体重支持装置の使用説明図で、（ａ）は使用者の直立姿勢、（ｂ）は使用者の中腰姿勢
【図７】作業姿勢の説明図で、（ａ）は前屈姿勢、（ｂ）はパワーポジションの姿勢
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。本発明に係る体重支持装置の第１実施の形態１は、図１及び図２に示すように、使用者の足を載せる靴底部２と、この靴底部２の両側から延設する一対の連結部３ａ，３ｂと、これらの連結部３ａ，３ｂの端部に設けた連結軸部４ａ，４ｂを介して取り付けた回動自在な脛受け部５と、この脛受け部５を底屈方向に付勢するバネ部材６ａ，６ｂと、バネ部材６ａ，６ｂの付勢力に抗して脛の背屈動作により回動する脛受け部５を所望な背屈角度で停止させるストッパ機構７ａ，７ｂを備えている。
【００２８】
連結軸部４ａ，４ｂは、足関節の軸とほぼ一致した位置に設けられている。バネ部材６ａ，６ｂは、脛受け部５に底屈方向の回転力を与えるべく連結軸部４ａ，４ｂに装着されている。バネ部材６ａ，６ｂによる脛受け部５の回転力は、使用者の脛の動きを妨げるものではない。
【００２９】
脛受け部５は、図２（ｃ）に示すように、体重支持装置を使用する者の足関節の背屈角度に応じて連結軸部４ａ，４ｂを中心に回動自在で、矢印Ａ方向の背屈動作により縮装されて底屈方向の矢印Ｂ方向に付勢するバネ部材６ａ，６ｂにより使用者の脛の動きに追従する。
【００３０】
また、脛受け部５の回動範囲（角度Ｃ）は、連結部３ａ，３ｂに設けたストッパ機構７ａ，７ｂにより任意に設定することができる。従って、ストッパ機構７ａ，７ｂの調整により、図２（ｄ）に示すように、脛受け部５に脛を押し当て体重を預ける際の背屈角度θを決定することができるので、使用者の中腰姿勢にとって最適な背屈角度θを設定することが可能である。
【００３１】
体重支持装置１は、介護者などの使用者が履く専用の左右の靴８の内側または外側に装着することができる。図１は体重支持装置１を靴８の内側に装着した状態を示している。
【００３２】
以上のように構成した本発明に係る体重支持装置の第１実施の形態１の作用について説明する。体重支持装置１を装着した左右の靴を履いた使用者（介護者）が、図６（ａ）に示す直立姿勢から、パワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢と呼ばれている図６（ｂ）に示す中腰姿勢に姿勢を変える背屈動作の際には、脛受け部５は背屈動作による脛の押圧によりバネ部材６ａ，６ｂの付勢力に抗して背屈方向（矢印Ａ方向）に回動する。
【００３３】
そして、脛受け部５は最適な背屈角度θの位置でストッパ機構７ａ，７ｂに当接し、使用者は脛受け部５に体重を預けることができる。すると、使用者の中腰姿勢における身体的負担が軽減される。また、使用者は腰痛予防に必要とされているパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢を容易にとることができる。
【００３４】
また、図６（ｂ）に示す中腰姿勢から図６（ａ）に示す直立姿勢に戻る底屈動作の際には、バネ部材６ａ，６ｂの付勢力により脛受け部５が使用者の脛の動きに追従するので、足関節の底屈動作が補助される。
【００３５】
次に、本発明に係る体重支持装置の第２実施の形態１１は、図３乃至図５に示すように、足を載せる靴底部２と、靴底部２の両側から延設する一対の連結部３ａ，３ｂと、これらの連結部３ａ，３ｂの端部に設けた連結軸部４ａ，４ｂを介して取り付けた回動自在な脛受け部５と、脛受け部５を位置決めするアクチュエータ１２ａ，１２ｂと、靴底部２の接地面の圧力分布を検出する圧力センサ１３と、連結部３ａ，３ｂと脛受け部５の相対角度を検出する角度センサ１４ａ，１４ｂと、背屈動作により脛受け部５に掛かる荷重を検出する力覚センサ１５と、各センサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５の検出信号に基づいて脛受け部５を位置決めするアクチュエータ１２ａ，１２ｂを制御する制御部１６を備えている。
【００３６】
体重支持装置１１は、介護者などの使用者が履く専用の左右の靴８の内側または外側に配置することができる。図３は体重支持装置１１を靴８の内側に配置した状態を示している。
【００３７】
また、連結軸部４ａ，４ｂは、足関節の軸とほぼ一致した位置に設けられている。脛受け部５は、図４（ｃ）に示すように、体重支持装置を使用する者の足関節の背屈角度に応じて連結軸部４ａ，４ｂを中心に回動自在である。
【００３８】
アクチュエータ１２ａ，１２ｂは、図４（ｄ）に示すように、脛受け部５を所望な背屈角度θで位置決めすると共に、位置決めされた背屈角度θにおいて脛受け部５に所望な底屈方向の回転力を与えるべく連結軸部４ａ，４ｂに夫々装着されている。アクチュエータ１２ａ，１２ｂとしては、電動モータなどの回転機械が好ましい。
【００３９】
そして、靴底部２に設置された圧力センサ１３により使用者の足の床反力と接地状態が検出され、連結軸部４ａ，４ｂに夫々設置されたロタリーエンコーダやポテンショメータなどの角度センサ１４ａ，１４ｂにより連結部３ａ，３ｂと脛受け部５の相対角度から使用者の足関節の背屈角度が検出され、脛受け部５に設置された歪ゲージやロードセルなどの力覚センサ１５により脛受け部５に掛かる使用者の荷重が検出される。
【００４０】
これらのセンサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５の検出信号から使用者の姿勢が推定され、推定された使用者の姿勢に応じた所望な背屈角度θで、且つ必要な底屈方向の回転力が脛受け部５に与えられるようアクチュエータ１２ａ，１２ｂが制御される。
【００４１】
また、図５に示すように、左足用の体重支持装置１１と右足用の体重支持装置１１の間で、各センサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５の検出信号を遣り取りする通信部１７を備えている。通信部１７は、各センサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５から得られた検出信号のログ情報を記録する機能を有する。
【００４２】
以上のように構成した本発明に係る体重支持装置の第２実施の形態１１の作用について説明する。体重支持装置１１を装着した左右の靴８を履いた使用者（介護者）が、図６（ａ）に示す直立姿勢から、図６（ｂ）に示すパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢と呼ばれている中腰姿勢に姿勢を変える背屈動作の際には、制御部１６が各センサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５の検出信号に応じてアクチュエータ１２ａ，１２ｂを制御するので、脛受け部５は使用者の背屈動作により背屈方向に回動する。
【００４３】
そして、脛受け部５は制御されたアクチュエータ１２ａ，１２ｂにより使用者にとって最適な背屈角度θで、且つ適切な底屈方向の回転力を保持した状態で位置決め固定され、使用者は脛受け部５に脛を介して体重を預けることができる。すると、使用者の中腰姿勢における身体的負担が軽減される。また、使用者は腰痛予防に必要とされている図６（ｂ）に示すパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢を容易にとることができる。
【００４４】
また、図６（ｂ）に示す中腰姿勢から図６（ａ）に示す直立姿勢に戻る底屈動作の際には、アクチュエータ１２ａ，１２ｂにより脛受け部５が使用者の脛の動きに追従するので、足関節の底屈動作が補助される。
【００４５】
また、体重支持装置１１は通信部１７を備えているので、左足用の体重支持装置１１と右足用の体重支持装置１１の間で、各センサ１３，１４ａ，１４ｂ，１５の検出信号を遣り取りすることにより、左足用の体重支持装置１１と右足用の体重支持装置１１の協調動作を円滑に行うことができる。
【００４６】
更に、体重支持装置１１が重量物を扱う作業に使用される場合、ログ情報から使用者の身体に掛かる負荷や、その時の姿勢を推測し、負荷状況を分析することによって、作業環境の改善に繋げる、所謂ビッグデータを取得することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明によれば、腰痛予防に必要とされているパワーポジション（腰椎の生理的前湾）の姿勢を容易にとることができる体重支持装置を提供することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１，１１…体重支持装置、２…靴底部、３ａ，３ｂ…連結部、４ａ，４ｂ…連結軸部、５…脛受け部、６ａ，６ｂ…バネ部材（蓄勢部材）、７ａ，７ｂ…ストッパ機構、８…靴、１２ａ，１２ｂ…アクチュエータ、１３…圧力センサ、１４ａ，１４ｂ…角度センサ、１５…力覚センサ、１６…制御部、１７…通信部。
【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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