(57)【要約】【課題】所定の動作を補助する際に、補助力が伝達される身体部分や他の身体部分に必要になる力が大きくなることを抑制できる動作補助装置を提供する。【解決手段】膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕに装着される装具（５・６）に関連して設けられたアシストモータ４と、アシストモータ４の出力を、使用者Ｕの所定の動作を補助するアシストトルクＴとして前記装具を介して対応する身体部分へ伝達する補助力伝達部材（２・３）と、アシストモータ４の出力を制御する制御装置１０と、使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段としての圧力センサ８とを備える。制御装置１０は、圧力センサ８により所定の姿勢が検出された場合（ステップＳＴ１：Ｙｅｓ）に、アシストモータ４を作動させる（ステップＳＴ２）。【選択図】図７
2018069414.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者に装着される装具に関連して設けられた駆動源と、
前記駆動源の出力を、前記使用者の所定の動作を補助する補助力として前記装具を介して対応する身体部分へ伝達する補助力伝達部材と、
前記駆動源の出力を制御する制御装置と、
前記使用者の姿勢を検出する姿勢検出手段と、を備える動作補助装置であって、
前記制御装置は、前記姿勢検出手段により所定の姿勢が検出された場合に、前記駆動源を作動させることを特徴とする動作補助装置。
【請求項２】
前記所定の姿勢は、前記所定の動作を行うにあたって補助される関節に求められる力が比較的大きい姿勢、又は補助されない関節に求められる力が比較的小さい姿勢であることを特徴とする請求項１に記載の動作補助装置。
【請求項３】
前記補助力伝達部材は、前記使用者が物を持ち上げる動作を行う際に膝関節を補助する前記補助力を膝関節より上側の部位と下側の部位又は地面とに伝達し、
前記姿勢検出手段は、前記使用者の膝又は大腿部の上面に肘が接触している姿勢を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動作補助装置。
【請求項４】
前記補助力伝達部材は、前記使用者が物を持ち上げる動作を行う際に股関節を補助する前記補助力を股関節より上側の部位と下側の部位又は地面とに伝達し、
前記姿勢検出手段は、前記使用者の膝又は大腿部の上面に肘が接触していない姿勢を検出することを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の動作補助装置。
【請求項５】
前記姿勢検出手段は、前記使用者の肘が膝の上面に加える力又は圧力を検出することを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、使用者の所定の動作を補助する動作補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
装着者の膝関節動作を支援する装置として、大腿部に装着される上フレームと下腿部に装着される下フレームとが膝関節の外側に配置された回動支持部により回動可能に支持され、制御部が、装着者の動きに伴う加速度を検出する加速度センサを介して装着者の動きを検出したことをトリガーとして、回動支持部に駆動力を与える駆動部を、アシスト動作を開始するように制御するものが知られている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１７３７３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の膝関節動作支援装置では、装着者の姿勢によってはアシスト動作の開始時における腰や股関節の負荷が大きく、腰回りの姿勢や股関節回りの曲げ角度を維持するため或いは曲げ角度を小さくする（伸展動作を行う）ために、より大きな力（トルク）が必要になる場合がある。そのような姿勢維持や動作に必要となる力を軽減するためには、腰回りや股関節回りの動作を補助する駆動源が併せて必要になる。
【０００５】
本発明は、このような背景に鑑み、所定の動作を補助する際に、補助力が伝達される身体部分以外の部分に必要になる力が大きくなることを抑制できる動作補助装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、使用者（Ｕ）に装着される装具（５・６、２３・３５）に関連して設けられた駆動源（４、３４）と、前記駆動源の出力を、前記使用者の所定の動作を補助する補助力（Ｔ）として前記装具を介して対応する身体部分へ伝達する補助力伝達部材（２・３、２４・３２）と、前記駆動源の出力を制御する制御装置（１０、４０）と、前記使用者の姿勢を検出する姿勢検出手段（８、１８、３７、３８）と、を備える動作補助装置（１、２１）であって、前記制御装置は、前記姿勢検出手段により所定の姿勢が検出された場合に、前記駆動源を作動させることを特徴とする。
【０００７】
この構成によれば、補助力が伝達される身体部分以外の部分に必要になる力が大きくなるような姿勢では、制御装置が駆動源を作動させないようにできる。
【０００８】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記所定の姿勢は、前記所定の動作を行うにあたって補助される関節に求められる力が比較的大きい姿勢、又は補助されない関節に求められる力が比較的小さい姿勢であることを特徴とする。ここで、姿勢とは、ある範囲を有するものであり、単一の姿勢を指すものではない。
【０００９】
この構成によれば、所定の動作を行うにあたって補助される関節に求められる力が比較的大きい姿勢、又は補助されない関節に求められる力が比較的小さい姿勢を使用者に学習させ、そのような姿勢を経て所定の動作を行うように使用者に習慣付けることができる。
【００１０】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記補助力伝達部材（２・３）は、前記使用者（Ｕ）が物（Ｏ）を持ち上げる動作を行う際に膝関節を補助する前記補助力（Ｔ）を前記膝関節より上側の部位（大腿部）と下側の部位（下腿部）又は地面に伝達し、前記姿勢検出手段（８、１８）は、前記使用者の膝又は大腿部の上面に肘が接触している姿勢を検出することを特徴とする。
【００１１】
この構成によれば、使用者が物を持ち上げる動作を行う際に、腰の負荷が軽減する姿勢をとった時に、補助力を膝関節に伝達させることができる。
【００１２】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記補助力伝達部材（２４・３２）は、前記使用者（Ｕ）が物（Ｏ）を持ち上げる動作を行う際に股関節を補助する前記補助力（Ｔ）を股関節より上側の部位（腰部）と下側の部位（大腿部）又は地面とに伝達し、前記姿勢検出手段（１８、３８）は、前記使用者の膝又は大腿部の上面に肘が接触していない姿勢を検出することを特徴とする。
【００１３】
この構成によれば、使用者が物を持ち上げる動作を行う際に、膝の負荷が軽減する姿勢をとった時に、補助力を股関節に伝達させることができる。
【００１４】
本発明の他の実施形態は、上記構成において、前記姿勢検出手段（８、１８、３８）は、前記使用者（Ｕ）の肘が膝又は大腿部の上面に加える力又は圧力を検出することを特徴とする。
【００１５】
この構成によれば、使用者が膝又は大腿部の上面に肘を載せた、腰の負荷が小さい姿勢や、使用者が膝又は大腿部の上面に肘を載せていない、膝の負荷が小さい姿勢をとったことを容易に検出することができる。
【発明の効果】
【００１６】
このように本発明によれば、所定の動作を補助する際に、補助力が伝達される身体部分以外の部分に必要になる力が大きくなることを抑制できる動作補助装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態に係る膝関節動作補助装置の装着状態を示す正面図
【図２】図１に示される制御装置のブロック図
【図３】物を持ち上げる動作に伴う姿勢の説明図であり、（Ａ）膝を伸ばした姿勢、（Ｂ）膝を曲げ、肘を膝の上の載せた姿勢をそれぞれ示す側面図
【図４】図３（Ｂ）に示される姿勢における力の流れの説明図
【図５】肘を膝の上の載せた姿勢を検出した時の膝関節動作補助装置の側面図
【図６】図２に示されるアシストトルク設定部が設定するアシストトルクのグラフ
【図７】図２に示される制御装置によるアシスト制御のフロー図
【図８】変形例に係る膝関節動作補助装置の側面図
【図９】第２実施形態に係る股関節動作補助装置の装着状態を示す正面図
【図１０】図９に示される制御装置のブロック図
【図１１】肘を膝の上の載せた姿勢を検出した時の膝関節動作補助装置の側面図
【図１２】図１０に示されるアシストトルク設定部が設定するアシストトルクのグラフ
【図１３】図１０に示される制御装置によるアシスト制御のフロー図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明のいくつかの実施形態について詳細に説明する。
【００１９】
≪第１実施形態≫
まず、図１〜図８を参照して本発明の第１実施形態に係る膝関節動作補助装置１について説明する。図１は、使用者Ｕに装着された状態の膝関節動作補助装置１の正面図である。膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕの矢状面に対し概ね対称とされており、左右の一方に設けられたいくつかの要素を含んでいる。以下、左右に対称に設けられた要素には、同一の符号に左を示す「Ｌ」又は右を示す「Ｒ」の添え字を付し、左右を区別しない場合には添え字を省略する。
【００２０】
膝関節動作補助装置１は、大腿部の少なくとも下部の外側に大腿部に沿って設けられる左右の大腿アーム２Ｌ、２Ｒと、下腿部の少なくとも上部の外側に下腿部に沿って設けられ、対応する大腿アーム２の下端に左右に延びる回動軸を中心にして前後方向に回動可能に連結された左右の下腿アーム３Ｌ、３Ｒとを備えている。大腿アーム２と下腿アーム３との連結部には、下腿アーム３を大腿アーム２に対して伸展させる方向（前方）及び屈曲させる方向（後方）に付勢するアシストトルクＴを発生する左右のアシストモータ４Ｌ、４Ｒが設けられている。アシストモータ４は、発生したアシストトルクＴを、下腿アーム３に作用させると共にその反力を大腿アーム２に作用させる。
【００２１】
大腿アーム２の上部には、大腿アーム２を使用者Ｕの大腿部に固定するための左右の大腿サポータ５Ｌ、５Ｒが設けられている。下腿アーム３の下部には、下腿アーム３を使用者Ｕの下腿部に固定するための下腿サポータ６Ｌ、６Ｒが設けられている。アシストモータ４が発生したアシストトルクＴは、大腿アーム２及び大腿サポータ５を介して使用者Ｕの大腿部に作用すると共に、下腿アーム３及び下腿サポータ６を介して使用者Ｕの下腿部に作用する。即ち、大腿アーム２は、大腿サポータ５を介して大腿部にアシストトルクＴを伝達する補助力伝達部材であり、下腿アーム３は、下腿サポータ６を介して下腿部にアシストトルクＴを伝達する補助力伝達部材である。
【００２２】
アシストモータ４には、大腿アーム２に対する下腿アーム３の角度、即ち膝関節を中心とする大腿部に対する下腿部の角度に相当する角度（以下、膝の曲げ角度θという）を検出する左右の角度センサ７Ｌ、７Ｒが設けられている。大腿サポータ５には、下方に延出して膝関節の上の位置まで延びる左右の圧力センサ８Ｌ、８Ｒが設けられている。圧力センサ８は、使用者Ｕが膝を曲げた姿勢をとった時に、左右の脚体における膝関節又は大腿部の上面の圧力Ｐ（ＰＬ、ＰＲ）を検出する。
【００２３】
電源であるバッテリ９及び左右のアシストモータ４の出力を制御する制御装置１０は、使用者Ｕの腰部に装着される腰装着具１１の背面側に設けられている。バッテリ９は、制御装置１０、アシストモータ４、角度センサ７、及び圧力センサ８に電力を供給する。制御装置１０は、アシストモータ４に供給する電力によってアシストモータ４の出力トルクを制御する。これにより、膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕの膝関節動作、即ち大腿部に対する下腿部の膝関節回りの伸展動作を補助する。本実施形態の膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に、膝関節（下腿部）の伸展動作を補助する。
【００２４】
図２は、図１に示される制御装置１０の機能ブロック図である。図２に示されるように、制御装置１０は、右の圧力センサ８Ｒ及び左の圧力センサ８Ｌが検出した左右の膝又は大腿部の上面の圧力Ｐ（ＰＬ、ＰＲ）に基づいて使用者Ｕの姿勢を判定する姿勢判定部１３を備えている。姿勢判定部１３は、左右の圧力センサ８の検出値が共に所定の値以上になったことをもって、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢であることを判定する。即ち、圧力センサ８は、使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段である。
【００２５】
姿勢判定部１３の判定結果は、アシストトルク設定部１４により利用される。アシストトルク設定部１４は、姿勢判定部１３の判定結果と、右の角度センサ７Ｒが検出した右膝の曲げ角度θＲと、左の角度センサ７Ｌが検出した左膝の曲げ角度θＬとに基づいて、左右のアシストモータ４に発生させる左右のアシストトルクＴＬ、ＴＲを設定する。設定された左右のアシストトルクＴはこれに応じた電力値に変換され、モータドライバが対応する電力をバッテリ９から左右のアシストモータ４に供給することにより、左右のアシストモータ４にアシストトルクＴを発生させる。具体的には、アシストトルク設定部１４は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢であることが姿勢判定部１３により判定された場合に、左右のアシストモータ４にアシストトルクＴを発生させる。即ち、制御装置１０は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢をとったことをトリガーとして左右の膝関節動作の補助を開始する。
【００２６】
図３は、物Ｏを持ち上げる動作に伴う姿勢の説明図であり、（Ａ）は、膝を伸ばした姿勢の側面図を、（Ｂ）は、膝を曲げ、肘を膝の上の載せた姿勢の側面図を示している。図３（Ａ）に示されるように、人間Ｈが床Ｆに置かれた物Ｏを持ち上げる動作を行う際に、膝を伸ばし、腰を曲げた立位姿勢をとると、腕が肩から真っ直ぐ下がった状態で物Ｏを把持することになる。この姿勢から物Ｏを持ち上げる際には、矢印で示されるように上体を起こすように腰や股関節に力を入れて上体の荷重ＬＢと物Ｏの荷重ＬＯとを支持する必要があり、腰や股関節の負荷が大きい。
【００２７】
これに対し、図３（Ｂ）に示されるように、人間Ｈが足首、膝及び腰を曲げた中腰姿勢をとると、膝が腕に近づき、肘を膝又は大腿部の上に載せることができる。この姿勢から物Ｏを持ち上げる際には、矢印で示されるように上体を後方に倒すことで物Ｏを浮かせ、その勢いで膝、股関節及び腰を伸ばすことで物Ｏを持ち上げることができる。
【００２８】
図４は、図３（Ｂ）に示される姿勢における荷重Ｌの流れを説明するための図である。図４に示されるように、人間Ｈが中腰姿勢をとり、肘を膝の上に載せた状態では、上体の荷重ＬＢは上腕から膝関節を通って下腿部に伝達される。また、この状態で人間Ｈが物Ｏを持ち上げようとした時の物Ｏの荷重ＬＯも、前腕から膝関節を通って下腿部に伝達させることができる。そのため、図３（Ｂ）に示される姿勢で人間Ｈが物Ｏを浮かせようとした時には、膝の負担が大きい一方、腰や股関節の力で上体の荷重ＬＢと物Ｏの荷重ＬＯとを支持する必要がなく、図３（Ａ）に示される姿勢に比べて腰や股関節の負荷が軽減する。
【００２９】
以上のような理由により、アシストトルク設定部１４は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節の上に載せた姿勢をとった時に、使用者Ｕが腰や股関節の負荷が小さい姿勢をとったものとして、これをトリガーとして左右の膝関節動作の補助を開始する。
【００３０】
なお、人間Ｈが物Ｏを持ち上げる動作を行う時に腰や股関節の負荷が小さい姿勢は、図３（Ｂ）に示されるように、肘が脚体における膝関節の真上の部分に乗った姿勢に限られず、肘がこれよりも後方（脚体の上方）の部分に乗った姿勢であっても同じである。即ち、人間Ｈが物Ｏを持ち上げる動作を行う時に腰や股関節の負荷が比較的小さくなる姿勢には、ある範囲がある。
【００３１】
上記のように、圧力センサ８は大腿サポータ５から膝関節の上の位置まで延びており、大腿部の長手方向に所定の長さを有している。従って、図５に示されるように、使用者Ｕが図３（Ｂ）と同じ姿勢をとり、肘が脚体における膝関節の真上の部分に乗った時だけでなく、肘がこれよりも後方の部分（大腿部）に乗った時にも圧力センサ８が圧力Ｐを検出し、アシストトルク設定部１４が左右の膝関節動作の補助を開始する。
【００３２】
このように、膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行うにあたって腰や股関節に必要な力が比較的小さくなる範囲の姿勢をとり、圧力センサ８がこの範囲の姿勢を検出した場合に、膝関節動作のアシストを開始する。使用者Ｕは、このようなアシストを繰り返し受けると、物Ｏを持ち上げる動作を行うにあたって腰や股関節に必要な力が小さいこの姿勢を学習し、膝関節動作補助装置１を使用していない時にもこの姿勢を経て物Ｏを持ち上げる動作を行う習慣をもつようになる。
【００３３】
図６は、アシストトルク設定部１４が設定する膝の曲げ角度θとアシストトルクＴとの関係を示すグラフである。膝の曲げ角度θが小さいことは、使用者Ｕが立位姿勢をとっていることを意味し、膝の曲げ角度θが大きくなることは、使用者Ｕが中腰姿勢や中腰姿勢を経て座った姿勢になることを意味する。アシストトルク設定部１４は、膝の曲げ角度θが使用者Ｕの立位姿勢に相当する時には、アシストトルクＴを０に設定し、膝の曲げ角度θが大きくなるにつれて大きくなるようにアシストトルクＴを設定する。
【００３４】
アシストトルク設定部１４がこのようにアシストトルクＴを設定すると、膝関節動作補助装置１は、物Ｏを持ち上げる動作の初期には大きなアシストトルクＴを使用者Ｕに付与し、物Ｏを持ち上げる動作の進行に伴ってアシストトルクＴを減らし、物Ｏを持ち上げる動作の完了時にアシストトルクＴの付与を終了する。これにより、使用者Ｕは、物Ｏを持ち上げる動作を膝関節動作補助装置１により円滑に補助される。
【００３５】
図７は、図２に示される制御装置１０によるアシスト制御のフロー図である。制御装置１０は、電源がオンにされると、左右のアシストモータ４にアシストトルクＴを発生させるためのアシスト制御を開始する。アシスト制御を開始すると、制御装置１０は、使用者Ｕの両肘が両膝の上に乗ったか否かを判定する（ステップＳＴ１）。ステップＳＴ１では、制御装置１０は、右の圧力センサ８Ｒ及び左の圧力センサ８Ｌが検出した左右の膝又は大腿部の上面の圧力Ｐが共に所定の値以上になった場合にＹｅｓと判定し、それ以外の場合にＮｏと判定する。
【００３６】
制御装置１０は、ステップＳＴ１でＹｅｓと判定した場合、上記手順を繰り返す。一方、ステップＳＴ１でＹｅｓと判定した場合、制御装置１０は、膝アシストをオンにする（ステップＳＴ２）。膝アシストがオンの状態では、制御装置１０は、図６のグラフに示されるように、膝の曲げ角度θが使用者Ｕの立位姿勢に相当する時には、アシストトルクＴを０に設定し、膝の曲げ角度θが大きくなるにつれて大きくなるようにアシストトルクＴを設定し、設定したアシストトルクＴを出力するように左右のアシストモータ４を作動させる。これにより、使用者Ｕは、物Ｏを持ち上げる動作を膝関節動作補助装置１により補助される。
【００３７】
その後、制御装置１０は、両膝が伸びたか否かを判定する（ステップＳＴ３）。ステップＳＴ３では、制御装置１０は、左右の角度センサ７により検出された左右の膝の曲げ角度θが共に所定の値（例えば、０度）以下となった場合にＹｅｓと判定し、それ以外の場合にＮｏと判定する。ステップＳＴ３でＹｅｓと判定した場合、制御装置１０は、膝アシストをオフにし（ステップＳＴ４）、上記手順を繰り返す。一方、ステップＳＴ３においてＮｏと判定した場合、制御装置１０は、膝アシストを継続しながらステップＳＴ３の処理を繰り返す。
【００３８】
このように構成された膝関節動作補助装置１によれば、以下のような作用効果が得られる。即ち、膝関節動作補助装置１は、使用者Ｕに装着される大腿サポータ５及び下腿サポータ６に関連して設けられたアシストモータ４と、アシストモータ４の出力であるアシストトルクＴを、使用者Ｕの所定の動作を補助する補助力として、大腿サポータ５及び下腿サポータ６を介して対応する大腿部及び下腿部へ伝達する大腿アーム２及び下腿アーム３とを備える。また、膝関節動作補助装置１は、アシストモータ４のアシストトルクＴを制御する制御装置１０と、使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段としての圧力センサ８とを備える。制御装置１０は、圧力センサ８により所定の姿勢が検出された場合に、膝アシストをオンにしてアシストモータ４を作動させる。そのため、アシストトルクＴが伝達されない腰回りや股関節回りに必要になる力が大きくなる姿勢（例えば、立位姿勢）では、制御装置１０がアシストモータ４を作動させない。これにより、そのような姿勢で所定の動作を行うことがなくなり、腰回りや股関節回りに必要になる力が大きくなることが抑制される。
【００３９】
制御装置１０がアシストモータ４を作動させる所定の姿勢は、所定の動作を行うにあたって補助される膝関節に求められる力が比較的大きい姿勢、又は補助されない腰部や股関節に求められる力が比較的小さい範囲の姿勢である、中腰姿勢且つ肘から前腕のいずれかを膝又は大腿部の上面に載せた姿勢である。そのため、所定の動作を行うにあたって補助されない関節に求められる力が比較的小さくなる範囲の姿勢を使用者Ｕに学習させ、そのような姿勢を経て所定の動作を行うように使用者Ｕに習慣付けることができる。
【００４０】
大腿アーム２及び下腿アーム３は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に膝関節を補助するアシストトルクＴを膝関節より上側の大腿部と下側の下腿部とに伝達し、圧力センサ８は、使用者Ｕの膝又は大腿部の上面に肘が接触している姿勢を検出する。そのため、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に、腰の負荷が軽減する姿勢をとった時に、アシストトルクＴが下腿部に伝達される。なお、アシストトルクＴは大腿部と地面とに伝達されてもよく、このように伝達されても使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作は補助される。
【００４１】
圧力センサ８は、使用者Ｕの肘が膝又は大腿部の上面に加える圧力Ｐを検出する。そのため、使用者Ｕが、膝又は大腿部の上面に肘を載せた、腰の負荷が小さい姿勢をとったことを容易に検出することができる。
【００４２】
＜変形例＞
図８を参照して、変形例に係る膝関節動作補助装置１について説明する。図８は、変形例に係る膝関節動作補助装置１を、肘を膝の上の載せた姿勢を検出した時の装着状態で示す側面図である。上記実施形態と同一又は同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４３】
本変形例では、膝関節動作補助装置１が、使用者Ｕの肘から前腕の後部（上部）に亘って装着される左右の肘サポータ１７を更に備えており、左右の圧力センサ８が、大腿サポータ５ではなく肘サポータ１７の背面側（下面側）に設けられている。圧力センサ８は、使用者Ｕの肘から前腕の背面の圧力Ｐを検出する。即ち、圧力センサ８は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢をとった時に、圧力Ｐを検出する。膝関節動作補助装置１がこのように構成されても、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢をとった時に、使用者Ｕが腰や股関節の負荷が小さい姿勢をとったものとして、これをトリガーとして膝関節動作補助装置１が左右の膝関節動作の補助を開始することができる。
【００４４】
また、圧力センサ８が大腿サポータ５や肘サポータ１７に設けられる代わりに、膝又は大腿部の上面や肘の下面に加わる力に応じてオン・オフするスイッチ１８が大腿サポータ５や肘サポータ１７に設けられてもよい。スイッチ１８は、膝又は大腿部の上面や肘の下面に加わる力を検出することで使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段として機能する。この構成によっても、使用者Ｕが、膝又は大腿部の上面に肘を載せた、腰の負荷が小さい姿勢をとったことを容易に検出することができる。
【００４５】
≪第２実施形態≫
次に、図９〜図１１を参照して、本発明の第２実施形態に係る股関節動作補助装置２１について説明する。
【００４６】
図９は、股関節動作補助装置２１の装着状態を示す正面図である。股関節動作補助装置２１は、使用者Ｕの矢状面に対し概ね対称とされている。股関節動作補助装置２１は、胴体のうち腰部に装着される腰部支持具２２を備えている。腰部支持具２２は、使用者Ｕの腰部の背面に沿って左右に延在し、腰部に対する支持部をなす腰部サポータ２３と、腰部サポータ２３の左右の両端から使用者Ｕの臀部に沿って前方斜め下方へ延出し、先端が股関節部の左右に位置する左右のサイドフレーム２４Ｌ、２４Ｒとを有している。
【００４７】
腰部支持具２２の左右端（サイドフレーム２４Ｌ、２４Ｒの先端）には、使用者Ｕの大腿部の外側に大腿部に沿って設けられる左右の大腿アーム３２Ｌ、３２Ｒが、対応するサイドフレーム２４の先端に左右に延びる回動軸を中心にして前後方向に回動可能に連結されている。サイドフレーム２４と大腿アーム３２との連結部には、大腿アーム３２をサイドフレーム２４に対して伸展させる方向（後方）に付勢するアシストトルクＴを発生する左右のアシストモータ３４Ｌ、３４Ｒが設けられている。アシストモータ３４は、発生したアシストトルクＴを、大腿アーム３２に作用させると共に、その反力をサイドフレーム２４に作用させる。
【００４８】
大腿アーム３２の下部には、大腿アーム３２を使用者Ｕの大腿部に固定するための左右の大腿サポータ３５Ｌ、３５Ｒが設けられている。アシストモータ３４が発生したアシストトルクＴは、サイドフレーム２４及び腰部サポータ２３を介して使用者Ｕの腰部に作用すると共に、大腿アーム３２及び大腿サポータ３５を介して使用者Ｕの大腿部に作用する。即ち、サイドフレーム２４は、腰部サポータ２３を介して腰部にアシストトルクＴを伝達する補助力伝達部材であり、大腿アーム３２は、大腿サポータ３５を介して大腿部にアシストトルクＴを伝達する補助力伝達部材である。
【００４９】
アシストモータ３４には、サイドフレーム２４に対する大腿アーム３２の角度、即ち股関節を中心とする腰部に対する大腿部の角度に相当する角度（以下、脚体の曲げ角度Θという）を検出する左右の角度センサ３７Ｌ、３７Ｒが設けられている。大腿サポータ３５には、膝関節の上方に所定の高さ（長さ）を有する左右の圧力センサ３８Ｌ、３８Ｒが設けられている。圧力センサ３８は、使用者Ｕが膝を曲げた姿勢をとった時に、脚体における膝関節又は大腿部の上面の圧力Ｐ（ＰＬ、ＰＲ）を検出する。
【００５０】
電源であるバッテリ３９及び左右のアシストモータ３４の出力を制御する制御装置４０は、使用者Ｕの腰部に装着される腰部サポータ２３の背面側に設けられている。バッテリ３９は、制御装置４０、アシストモータ３４、角度センサ３７、及び圧力センサ３８に電力を供給する。制御装置４０は、アシストモータ３４に供給する電力によってアシストモータ３４の出力トルクを制御する。これにより、股関節動作補助装置２１は、使用者Ｕの股関節動作、即ち腰部に対する大腿部の股関節回りの伸展動作を補助する。本実施形態の股関節動作補助装置２１は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に、股関節（大腿部）の伸展動作を補助する。
【００５１】
図１０は、図９に示される制御装置４０の機能ブロック図である。図１０に示されるように、制御装置４０は、右の圧力センサ３８Ｒ及び左の圧力センサ３８Ｌが検出した左右の膝又は大腿部の上面の圧力Ｐ（ＰＬ、ＰＲ）及び左右の角度センサ３７Ｌ、３７Ｒが検出した左右の脚体の曲げ角度Θに基づいて使用者Ｕの姿勢を判定する姿勢判定部４３を備えている。姿勢判定部４３は、左右の圧力センサ３８の検出値が共に所定の値以上になったことをもって、図１１（Ａ）に示されるように、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せた姿勢であることを判定する。また姿勢判定部４３は、左右の圧力センサ３８の検出値が共に所定の値未満であり、且つ脚体の曲げ角度Θが所定値以上になったことをもって、図１１（Ｂ）に示されるように、使用者Ｕが、両腕の肘を左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載せずに、膝を伸ばしたまま腰を曲げた立位姿勢であることを判定する。即ち、左右の圧力センサ３８Ｌ、３８Ｒ及び左右の角度センサ３７Ｌ、３７Ｒは、使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段である。
【００５２】
図１０に示されるように、姿勢判定部４３の判定結果は、アシストトルク設定部４４により利用される。アシストトルク設定部４４は、姿勢判定部４３の判定結果と、右の角度センサ３７Ｒが検出した右脚体の曲げ角度ΘＲと、左の角度センサ３７Ｌが検出した左脚体の曲げ角度ΘＬとに基づいて、左右のアシストモータ３４に発生させる左右のアシストトルクＴＬ、ＴＲを設定する。設定された左右のアシストトルクＴはこれに応じた電力値に変換され、モータドライバが対応する電力をバッテリ３９から左右のアシストモータ３４に供給することにより、左右のアシストモータ３４にアシストトルクＴを発生させる。具体的には、制御装置４０は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節の上に載せずに、膝を伸ばしたまま腰を曲げた立位姿勢をとったことをトリガーとして左右の股関節動作の補助を開始する。
【００５３】
このように、アシストトルク設定部４４は、使用者Ｕが両腕の肘を左右の脚体の膝関節の上に載せずに、膝を伸ばしたまま腰を曲げた立位姿勢をとった時に、腰や股関節の負荷が大きい一方で膝の負担が小さい姿勢を使用者Ｕがとったものとして、これをトリガーとして左右の股関節動作の補助を開始する。その理由は、図３及び図４を参照して説明した第１実施形態とは反対に、図３（Ｂ）に対応する図１１（Ａ）に示される中腰姿勢で人間Ｈが物Ｏを浮かせようとした時には、補助力が付与されない膝関節の負荷が大きく、図３（Ａ）に対応する図１１（Ｂ）示される立位姿勢で人間Ｈが物Ｏを浮かせようとした時には、必要な力が大きくなる腰や股関節には補助力が付与され、補助力が付与されない膝関節の負荷が図１１（Ａ）に示される中腰姿勢に比べて小さくなるためである。
【００５４】
上記のように、圧力センサ３８は大腿部に沿って所定の長さを有している。従って、図１１に示されるように、使用者Ｕが図１１（Ａ）と同じ姿勢をとり、肘が脚体における膝関節の真上の部分に乗った時だけでなく、肘がこれよりも後方（脚体の上方）の部分に乗った時にも圧力センサ３８が圧力Ｐを検出する。両腕の肘が左右の脚体の膝関節又は大腿部の上に載ったことを圧力センサ３８が検出せず、膝を伸ばしたまま腰を曲げた図１１（Ｂ）に示される前屈姿勢を角度センサ３７が検出すると、アシストトルク設定部４４が左右の股関節動作の補助を開始する。
【００５５】
このように、股関節動作補助装置２１は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行うにあたって膝関節に必要な力が比較的小さくなる範囲の姿勢をとり、圧力センサ３８及び角度センサ３７がこの範囲の姿勢を検出した場合に、股関節動作のアシストを開始する。使用者Ｕは、このようなアシストを繰り返し受けると、物Ｏを持ち上げる動作を行うにあたって補助されない膝関節に求められる力が比較的小さいこの姿勢を学習し、股関節動作補助装置２１を使用していない時にもこの姿勢を経て物Ｏを持ち上げる動作を行う習慣をもつようになる。
【００５６】
図１２は、アシストトルク設定部４４が設定する脚体の曲げ角度ΘとアシストトルクＴとの関係を示すグラフである。脚体の曲げ角度Θが小さいことは、使用者Ｕが状態を伸ばした姿勢をとっていることを意味し、脚体の曲げ角度Θが大きくなることは、使用者Ｕが上体を前方へ折り曲げた（屈めた）姿勢になることを意味する。アシストトルク設定部４４は、脚体の曲げ角度Θが使用者Ｕの上体を伸ばした姿勢に相当する時には、アシストトルクＴを０に設定し、脚体の曲げ角度Θが大きくなるにつれて大きくなるようにアシストトルクＴを設定する。
【００５７】
アシストトルク設定部４４がこのようにアシストトルクＴを設定すると、股関節動作補助装置２１は、物Ｏを持ち上げる動作の初期には大きなアシストトルクＴを使用者Ｕに付与し、物Ｏを持ち上げる動作の進行に伴ってアシストトルクＴを減らし、物Ｏを持ち上げる動作の完了時にアシストトルクＴの付与を終了する。これにより、使用者Ｕは、物Ｏを持ち上げる動作を股関節動作補助装置２１により円滑に補助される。
【００５８】
図１３は、図１０に示される制御装置４０によるアシスト制御のフロー図である。制御装置４０は、第１実施形態におけるアシスト制御（図７）と同様のアシスト制御を行う。具体的には、制御装置４０は、電源がオンにされると、左右のアシストモータ３４にアシストトルクＴを発生させるためのアシスト制御を開始する。アシスト制御を開始すると、制御装置４０は、使用者Ｕの両肘が両膝の上に乗らずに前屈姿勢になったか否かを判定する（ステップＳＴ１１）。ステップＳＴ１１では、制御装置４０は、右の圧力センサ３８Ｒ及び左の圧力センサ３８Ｌが検出した左右の膝又は大腿部の上面の圧力Ｐが共に所定の値未満であり、且つ右の角度センサ３７Ｒ及び左の角度センサ３７Ｌが検出した左右の脚体の曲げ角度Θが共に所定値以上になった場合にＹｅｓと判定し、それ以外の場合にＮｏと判定する。
【００５９】
制御装置４０は、ステップＳＴ１１でＹｅｓと判定した場合、上記手順を繰り返す。一方、ステップＳＴ１１でＹｅｓと判定した場合、制御装置４０は、脚体アシストをオンにする（ステップＳＴ１２）。脚体アシストがオンの状態では、制御装置４０は、図１２のグラフに示されるように、脚体の曲げ角度Θが使用者Ｕの上体を伸ばした姿勢に相当する時には、アシストトルクＴを０に設定し、脚体の曲げ角度Θが大きくなるにつれて大きくなるようにアシストトルクＴを設定し、設定したアシストトルクＴを左右のアシストモータ３４に出力させる。これにより、使用者Ｕは、物Ｏを持ち上げる動作を股関節動作補助装置２１により補助される。
【００６０】
その後、制御装置４０は、上体（両脚体）が伸びたか否かを判定する（ステップＳＴ１３）。ステップＳＴ１３では、制御装置４０は、左右の角度センサ３７により検出された左右の脚体の曲げ角度Θが共に所定の値（例えば、０度）以下となった場合にＹｅｓと判定し、それ以外の場合にＮｏと判定する。ステップＳＴ１３でＹｅｓと判定した場合、制御装置４０は、脚体アシストをオフにし（ステップＳＴ１４）、上記手順を繰り返す。一方、ステップＳＴ１３においてＮｏと判定した場合、制御装置４０は、脚体アシストを継続しながらステップＳＴ１３の処理を繰り返す。
【００６１】
このように構成された股関節動作補助装置２１によれば、以下のような作用効果が得られる。即ち、股関節動作補助装置２１は、使用者Ｕに装着される腰部サポータ２３及び大腿サポータ３５に関連して設けられたアシストモータ３４と、アシストモータ３４の出力であるアシストトルクＴを、使用者Ｕの所定の動作を補助する補助力として、腰部サポータ２３及び大腿サポータ３５を介して対応する腰部及び大腿部へ伝達するサイドフレーム２４及び大腿サポータ３５とを備える。また、股関節動作補助装置２１は、アシストモータ３４のアシストトルクＴを制御する制御装置４０と、使用者Ｕの姿勢を検出する姿勢検出手段としての角度センサ３７及び圧力センサ３８とを備える。制御装置４０は、角度センサ３７及び圧力センサ３８により所定の姿勢が検出された場合に、脚体アシストをオンにしてアシストモータ３４を作動させる。そのため、アシストトルクＴが伝達されない膝関節に必要になる力が大きくなるような姿勢（例えば、中腰姿勢）では、制御装置４０がアシストモータ３４を作動させない。そのため、そのような姿勢で所定の動作を行うことがなくなり、膝関節回りに必要になる力が大きくなることが抑制される。
【００６２】
制御装置４０がアシストモータ３４を作動させる所定の姿勢は、所定の動作を行うにあたって補助される腰部や股関節に求められる力が比較的大きい姿勢、又は補助されない膝関節に求められる力が比較的小さくなる範囲の姿勢である、肘から前腕のいずれもが膝又は大腿部の上面に載らない立位前屈姿勢である。そのため、所定の動作を行うにあたって必要な力が比較的小さくなる範囲の姿勢を使用者Ｕに学習させ、そのような姿勢を経て所定の動作を行うように使用者Ｕに習慣付けることができる。
【００６３】
サイドフレーム２４及び大腿サポータ３５は、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に股関節を補助するアシストトルクＴを股関節より上側の腰部と下側の大腿部とに伝達し、圧力センサ３８は、使用者Ｕの膝又は大腿部の上面に肘が接触していない姿勢を検出する。そのため、使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に、膝の負荷が軽減する姿勢をとった時に、アシストトルクＴが大腿部に伝達される。
【００６４】
圧力センサ３８は、使用者Ｕの肘が膝又は大腿部の上面に加える力又は圧力Ｐを検出する。そのため、使用者Ｕが、膝又は大腿部の上面に肘を載せていない、膝の負荷が小さい姿勢をとったことを容易に検出することができる。
【００６５】
本実施形態においても、図８に示される第１実施形態の変形例の構成を採用してもよい。
【００６６】
なお、物を持ち上げる動作の開始の検出は、使用者がトリガーとなる動作（例えば、スイッチを押す等）を行ったことの検出や、腰部又は大腿部の傾斜角を計測し、計測した傾斜角が所定値以上となったことの判定等によりを行われてもよい。
【００６７】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として使用者Ｕが物Ｏを持ち上げる動作を行う際に主に腰回りの負荷を軽減する動作補助装置として説明を行ったが、他の動作を行う際の補助力を発生する動作補助装置や、腰回りや股関節回り以外の身体部分の負荷が大きくなることでその部分に必要になる力が大きくなることを抑制する動作補助装置としてもよい。また、上記実施形態では、バッテリ９、３９や制御装置１０、４０が使用者Ｕの腰部に装着されているが、使用者Ｕに対する装具であるサポータに関連していればどこに設けられてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度、手順など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更及び組み合わせ可能である。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００６８】
１      膝関節動作補助装置
２      大腿アーム（補助力伝達部材）
３      下腿アーム（補助力伝達部材）
４      アシストモータ（駆動源）
５      大腿サポータ（装具）
６      下腿サポータ（装具）
８      圧力センサ（姿勢検出手段）
１０    制御装置
１８    スイッチ（姿勢検出手段）
２１    股関節動作補助装置
２３    腰部サポータ（装具）
２４    サイドフレーム（補助力伝達部材）
３２    大腿アーム（補助力伝達部材）
３４    アシストモータ（駆動源）
３５    大腿サポータ（装具）
３７    角度センサ（姿勢検出手段）
３８    圧力センサ（姿勢検出手段）
４０    制御装置
Ｏ      物
Ｔ      アシストトルク
Ｕ      使用者
【図１】
2018069414.tif 000003
【図２】
2018069414.tif 000004
【図３】
2018069414.tif 000005
【図４】
2018069414.tif 000006
【図５】
2018069414.tif 000007
【図６】
2018069414.tif 000008
【図７】
2018069414.tif 000009
【図８】
2018069414.tif 000010
【図９】
2018069414.tif 000011
【図１０】
2018069414.tif 000012
【図１１】
2018069414.tif 000013
【図１２】
2018069414.tif 000014
【図１３】
2018069414.tif 000015