(57)【要約】【課題】装着位置のずれを許容しながら動作支援をする。【解決手段】装着者の関節の一方側にある第一部位と、他方側にある第二部位とに装着され、上記関節の動作を支援する動作支援装置１は、上記関節の近傍に配置され、アクチュエータによって駆動される関節機構１６と、一端が関節機構１６に接続されるフレーム１２であって、フレーム１２のうち上記一端と異なる一部が上記第一部位に装着されるフレーム１２と、一端が関節機構１６によって回動軸Ｊ周りに回動可能にフレーム１２に接続される接続体２２であって、接続体２２のうち上記一端と異なる一部が上記第二部位に装着される接続体２２と、一部が回動軸Ｊを中心として略円周方向に移動可能に関節機構１６又はフレーム１２に接続される接続体１８であって、接続体１８のうち上記一部と異なる他の一部が、装着者の上記第一部位及び上記第二部位と異なる第三部位に装着される接続体２２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者の関節の一方側にある第一部位と、前記関節の前記一方側とは異なる他方側にある第二部位とに装着され、前記関節の動作を支援する動作支援装置であって、
前記関節の近傍に配置され、アクチュエータによって駆動される関節機構と、
一端が前記関節機構に接続される第一フレームであって、前記第一フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第一部位に装着される第一フレームと、
一端が前記関節機構によって回動可能に前記第一フレームに接続される第二フレームであって、前記第二フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第二部位に装着される第二フレームと、
一部が前記関節機構又は前記第一フレームに接続される第三フレームであって、前記第三フレームのうち前記一部と異なる他の一部が、前記装着者の前記第一部位及び前記第二部位と異なる第三部位に装着される第三フレームとを備え、
前記第三フレームは、前記関節機構による前記第二フレームの回動の回動軸を中心として略円周方向に移動可能である
動作支援装置。
【請求項２】
前記第三フレームは、前記第三フレームの前記回動軸を中心とした移動を所定範囲内に制限する規制部を有する
請求項１に記載の動作支援装置。
【請求項３】
前記第一部位は、前記装着者の上半身に含まれ、
前記第二部位は、前記装着者の大腿部に含まれ、
前記第三部位は、前記装着者の腰部に含まれ、
前記関節は、前記装着者の股関節である
請求項１又は２に記載の動作支援装置。
【請求項４】
前記動作支援装置は、さらに、
前記装着者の腰部の背中側から、左右の側腰部に亘って装着される剛性部材を備え、
前記剛性部材のうち、前記装着者の側腰部の近傍に装着される部分である一対の装着体の間隔は、前記腰部の背中側から腹側へ進むほど広い
請求項３に記載の動作支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、動作支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人間に装着され、装着した人間（装着者ともいう）の動作を支援する動作支援装置がある。動作支援装置は、例えば、装着者が重量物を持ち上げる動作を行う場合に、その動作に要する力の一部を発生させることで装着者が生み出すべき力を減少させる。このようにして、動作支援装置は、装着者が生み出す力の一部を負担することで装着者の動作を支援する。
【０００３】
動作支援装置は、接地型及び非接地型の２種類に大別される。接地型の動作支援装置は、地面に接した状態で使用される。地面に接した動作支援装置に装着者が搭乗する状態になるので、装着者は、動作支援装置の重量を支える必要がない。
【０００４】
一方、非接地型の動作支援装置は、地面に接することなく、装着者の身体の一部に装着された状態で使用される。動作支援装置が装着者の身体に装着されているので、装着者は、動作支援装置の重量を支える必要がある。また、非接地型の動作支援装置は、装着者の肩に掛けられたり、腰に巻きつけられたりすることで装着されるので、接地型の動作支援装置の場合と比較して装着者の自由な動作が制限されやすい。
【０００５】
特許文献１は、非接地型の動作支援装置を開示する。特許文献１に開示される動作支援装置は、装着者の股関節の動作を支援する動作支援装置である。この動作支援装置は、装着者の上体に装着されるフレームと、装着者の左右の大腿部のそれぞれに装着されるフレームとを備え、各フレームが関節機構を介して接続されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５５２６４４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、人間には多くの関節があり、また、人間の各関節の自由度は高い。一方、一般に動作支援装置の関節機構の数は人間と比較して少なく、また、各関節機構の自由度は人間と比較して低い。そのため、動作支援装置は、人間の身体の動きに十分に追随することができず、適切な装着位置からずれることがある。
【０００８】
装着位置が適切でない状態で動作支援装置が動作支援をすると、動作支援装置と装着者とが干渉して装着者に痛み若しくは傷が生ずる、又は、動作支援装置による装着者への動作支援が適切になされない、等という問題が生じ得る。
【０００９】
そこで、本発明は、動作支援装置の装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる動作支援装置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】
【００１０】
本発明の一態様に係る動作支援装置は、装着者の関節の一方側にある第一部位と、前記関節の前記一方側とは異なる他方側にある第二部位とに装着され、前記関節の動作を支援する動作支援装置であって、前記関節の近傍に配置され、アクチュエータによって駆動される関節機構と、一端が前記関節機構に接続される第一フレームであって、前記第一フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第一部位に装着される第一フレームと、一端が前記関節機構によって回動可能に前記第一フレームに接続される第二フレームであって、前記第二フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第二部位に装着される第二フレームと、一部が前記関節機構又は前記第一フレームに接続される第三フレームであって、前記第三フレームのうち前記一部と異なる他の一部が、前記装着者の前記第一部位及び前記第二部位と異なる第三部位に装着される第三フレームとを備え、前記第三フレームは、前記関節機構による前記第二フレームの回動の回動軸を中心として略円周方向に移動可能である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る動作支援装置は、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１に係る動作支援装置の外観を示す正面図及び側面図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る動作支援装置による動作支援の方法の説明図である。
【図３】図３は、実施の形態１に係るフレームと腰ベルトとの接続の態様を示す部分拡大図である。
【図４】図４は、実施の形態１に係る接続体の回動の範囲と、規制部とを示す部分拡大図である。
【図５】図５は、実施の形態１に係るフレームの断面形状を模式的に示す第一の説明図である。
【図６】図６は、関連技術に係るフレームの断面形状を模式的に示す説明図である。
【図７】図７は、実施の形態１に係るフレームの断面形状を模式的に示す第二の説明図である。
【図８】図８は、実施の形態２に係る動作支援装置の外観を示す正面図及び側面図である。
【図９】図９は、実施の形態２に係る動作支援装置による動作支援の方法の説明図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２に係る接続体と規制部とを示す第一の部分拡大図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２に係る接続体と規制部とを示す第二の部分拡大図である。
【図１２】図１２は、実施の形態２の変形例に係る接続体と規制部とを示す第一の部分拡大図である。
【図１３】図１３は、実施の形態２の変形例に係る接続体と規制部とを示す第二の部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一態様に係る動作支援装置は、装着者の関節の一方側にある第一部位と、前記関節の前記一方側とは異なる他方側にある第二部位とに装着され、前記関節の動作を支援する動作支援装置であって、前記関節の近傍に配置され、アクチュエータによって駆動される関節機構と、一端が前記関節機構に接続される第一フレームであって、前記第一フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第一部位に装着される第一フレームと、一端が前記関節機構によって回動可能に前記第一フレームに接続される第二フレームであって、前記第二フレームのうち前記一端と異なる一部が前記第二部位に装着される第二フレームと、一部が前記関節機構又は前記第一フレームに接続される第三フレームであって、前記第三フレームのうち前記一部と異なる他の一部が、前記装着者の前記第一部位及び前記第二部位と異なる第三部位に装着される第三フレームとを備え、前記第三フレームは、前記関節機構による前記第二フレームの回動の回動軸を中心として略円周方向に移動可能である。
【００１４】
上記態様によれば、動作支援装置は、装着者の身体の動きによって装着者に対する相対位置が変化した場合にも、装着者に適切に装着され得る。仮に動作支援装置が第三フレームを介さずに直接に装着者の身体の部位に装着されるとすれば、装着者の身体の動きによって、装着者への装着が不十分になり動作支援のための適切な力を作用させることができなくなったり、装着者の身体に痛みや傷が引き起こされたりすることがある。本発明の動作支援装置は、装着者の身体の動きによって装着者に対する相対位置が変化した場合でも、第三フレームが関節機構の回動軸を中心として略円周方向に移動することによって、装着者に適切に装着され得る。そして、装着者に対して動作支援のための適切な力を及ぼすことができる。このように、動作支援装置は、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００１５】
例えば、前記第三フレームは、前記第三フレームの前記回動軸を中心とした移動を所定範囲内に制限する規制部を有してもよい。
【００１６】
上記態様によれば、動作支援装置は、第三フレームの移動範囲が規制されるので、装着者の関節と関節機構との位置関係が、動作支援装置による動作支援に適した範囲を逸脱することを未然に回避できる。よって、動作支援装置は、装着者の関節と関節機構との位置関係が動作支援に適した範囲内にある状態で、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００１７】
例えば、前記第一部位は、前記装着者の上半身に含まれ、前記第二部位は、前記装着者の大腿部に含まれ、前記第三部位は、前記装着者の腰部に含まれ、前記関節は、前記装着者の股関節であってもよい。
【００１８】
上記態様によれば、動作支援装置は、装着者の上半身、腰部及び大腿部に装着される。そして、装着位置のずれを許容しながら、装着者の股関節の動作を支援することができる。
【００１９】
例えば、前記動作支援装置は、さらに、前記装着者の腰部の背中側から、左右の側腰部に亘って装着される剛性部材を備え、前記剛性部材のうち、前記装着者の側腰部の近傍に装着される部分である一対の装着体の間隔は、前記腰部の背中側から腹側へ進むほど広くてもよい。
【００２０】
上記態様によれば、動作支援装置は、一対の装着体の間隔が装着者の腰部の背中側から腹側へ進むほど広いので、装着者の動作を妨げることを回避でき、また、装着者の身体の形状又は寸法の変化をある程度許容できる。このような構成を備えずに装着者の動作を妨げることを回避する方策として、剛性部材の一部にヒンジなどの可動機構を含むことがある。しかし、仮に剛性部材の一部にヒンジなどの可動機構が含まれるとすれば、重量及び部品点数が増大するという別な問題を生じ得る。つまり、本実施の形態の動作支援装置によれば、重量及び部品点数を増大させることなく、装着位置のずれを許容しながら、装着者の股関節の動作を支援することができる。
【００２１】
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。
【００２２】
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な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、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、任意の構成要素として説明される。
【００２３】
（実施の形態１）
本実施の形態において、装着位置のずれを許容しながら動作支援をする動作支援装置１について説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る動作支援装置１の外観を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。図１には、動作支援装置１とともに、動作支援装置１を装着した装着者Ｐが示されているが、装着者Ｐは、動作支援装置１に含まれない。なお、以下の説明において、各図面中に示す座標軸を用いた説明を行う場合もある。その際、Ｚ軸のプラス方向を上といい、Ｚ軸のマイナス方向を下ということもある。また、Ｙ軸のプラス方向を前といい、Ｙ軸のマイナス方向を後ろということもある。また、左又は右の語は、それぞれ、原則として装着者Ｐにとっての左又は右をいう。
【００２５】
図１に示されるように、動作支援装置１は、装着者Ｐの背面、腰部及び大腿部に亘って装着される非接地型の動作支援装置である。動作支援装置１は、例えば、装着者Ｐがしゃがみ姿勢から起立姿勢に至る起立動作をする際の股関節の運動を支援する。
【００２６】
動作支援装置１は、フレーム１２と、肩ベルト１４と、関節機構１６と、接続体１８及び２２と、腰ベルト２０と、大腿装着体２４とを備える。
【００２７】
フレーム１２は、装着者Ｐの上半身（胸部、背部及び腰部）の背中側から左右の側腰部に亘って装着される剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。フレーム１２は、若干のしなりが発生する以外には、形状の変化が生じない。すなわち、フレーム１２のうち、装着者Ｐの腰部の背中側から左右の側腰部に亘って装着される部分には、ヒンジ機構などの可動機構を含まない。フレーム１２の寸法は、例えば、左右方向に４０〜６０ｃｍ程度、上下方向に４０〜６０ｃｍ程度である。フレーム１２は、アルミニウムなどの軽量金属、硬化樹脂又はカーボンファイバなどの合成素材からなる。
【００２８】
フレーム１２の内部には、関節機構１６を駆動させる電池などの動力源、周辺回路及び配線などが収納されている。
【００２９】
フレーム１２は、その一部である装着体１３を有する。装着体１３は、フレーム１２のうち、装着者Ｐの左右の側腰部の近傍に装着される部分である。装着体１３には、接続体２２が回動可能に接続されている。装着体１３は、その内部にフレーム１２と接続体２２とを連結する関節機構１６を有する。装着体１３には、接続体２２に対するフレーム１２の回動角度を検出する角度センサ（例えばホール素子を用いたエンコーダ）が内蔵されていてもよい。
【００３０】
なお、装着体１３は、フレーム１２の端部であってもよい。装着体１３がフレーム１２の端部であれば、フレーム１２が装着者Ｐの腹側、又は、側腰部より前側にまで剛性部材が至ることがない。仮に装着者Ｐの側腰部より前側にまでフレーム１２が至るとすれば、フレーム１２のうち側腰部より前側の部分が装着者Ｐの動作を妨げることがあり得るが、装着体１３がフレーム１２の端部であることで装着者Ｐの動作を妨げることが未然に回避され得る。
【００３１】
また、装着体１３は、装着者Ｐの左右の側腰部に面する面が略平面であってもよい。これにより、装着者Ｐの側腰部、又は、側腰部に着用した衣類が装着体１３に引っかかることで装着者Ｐの動作が妨げられたり、装着者Ｐの側腰部が装着体１３に押されることで装着者Ｐに傷又は痛みが引き起こされたりすることを回避できる。
【００３２】
肩ベルト１４は、装着者Ｐの上半身に掛け回されることで、動作支援装置１を装着者Ｐに装着させるベルト体である。肩ベルト１４の一端は、フレーム１２の上端部に接続されている。また、肩ベルト１４の他端は、装着者Ｐの腰部の背中側の近傍でフレーム１２に接続されている。肩ベルト１４は、左側の肩ベルト１４と右側の肩ベルト１４とを有する。左の肩ベルト１４は、フレーム１２の上端から、装着者Ｐの左肩、左胸、左脇下を通って再びフレーム１２に接続される。右側の肩ベルト１４は、フレーム１２の上端から、装着者Ｐの右肩、右胸、右脇下を通って再びフレーム１２に接続される。肩ベルト１４は、装着者Ｐの体型によって長さが調整可能であり、適度の締め付け力をもって肩ベルト１４と装着者Ｐの身体とを密着させる。肩ベルト１４の寸法（長さ）は、例えば、５０〜６０ｃｍ程度である。
【００３３】
関節機構１６は、フレーム１２と接続体２２との一方を他方に対して回動させる関節機構である。関節機構１６は、装着者Ｐの腰部の近傍、言い換えれば、股関節の近傍に装着される。関節機構１６は、アクチュエータが発する力によって駆動される。アクチュエータは、例えば、電動アクチュエータ（例えばモータ）、空気圧アクチュエータ、人工筋肉などである。アクチュエータは、関節機構１６の内部に搭載されていてもよいし、関節機構１６の外部に搭載され、適切な伝達機構を通じて関節機構１６を駆動してもよい。
【００３４】
関節機構１６がアクチュエータによって駆動されることで、装着体１３を板厚方向に貫く回動軸Ｊの周りに、接続体２２とフレーム１２との一方を他方に対して回動させる向きの力が及ぼされる。この力は、フレーム１２及び肩ベルト１４を通じて装着者Ｐの上半身に、腹側から背面側に向かう向きの力を及ぼす。アクチュエータが発生させる力は、接続体２２に対するフレーム１２の回動角度を検出する角度センサ（不図示）の出力値によって制御され得る。動作支援装置１は、角度センサの出力値と、アクチュエータが発生させる力との対応を示す情報（具体的には関係式、対応表など）を予め保有しており、この情報に基づいて、アクチュエータが発生させる力を定めて関節機構１６を制御する。
【００３５】
接続体１８は、腰ベルト２０とフレーム１２とを接続する剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。接続体１８は、左側の接続体１８と右側の接続体１８とを有する。左側の接続体１８は、左側の装着体１３と、腰ベルト２０のうち装着者Ｐの左側の側腰部の近傍の部分とを接続する。右側の接続体１８は、右側の装着体１３と、腰ベルト２０のうち装着者Ｐの右側の側腰部の近傍の部分とを接続する。接続体１８は、一端が装着体１３に接続されており、上記一端と異なる一部が、腰ベルト２０を介して装着者Ｐの腰部に装着されている。また、接続体１８は、関節機構１６による接続体２２の回動の回動軸Ｊを中心として略円周方向に移動可能である。接続体１８の移動の態様については、後で詳しく説明する。接続体１８の形状は、例えば、棒体、又は、矩形若しくは円形などの任意の形状の板体である。接続体１８の寸法は、例えば、２０〜３０ｃｍ程度である。接続体１８は、アルミニウムなどの軽量金属、硬化樹脂又はカーボンファイバなどの合成素材からなる。
【００３６】
腰ベルト２０は、装着者Ｐの腰部に巻きつけられることで、動作支援装置１を装着者Ｐに装着させるベルト体である。腰ベルト２０は、装着者Ｐの左右の側腰部のそれぞれの近傍で接続体１８に接続され、接続体１８を介してフレーム１２の下端部に接続されている。腰ベルト２０は、装着者Ｐの体型によって長さが調整可能であり、適度の締め付け力をもって腰ベルト２０と装着者Ｐの身体とを密着させる。腰ベルト２０の寸法（長さ）は、例えば、５０〜１００ｃｍ程度である。
【００３７】
接続体２２は、装着体１３と大腿装着体２４とを接続する剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。接続体２２は、左側の接続体２２と右側の接続体２２とを有する。左側の接続体２２は、左側の装着体１３と、左側の大腿装着体２４とを接続する。右側の接続体２２は、右側の装着体１３と、右側の大腿装着体２４とを接続する。接続体２２は、一端が装着体１３に接続されており、当該一端から脚部に沿って下方向に延び、他端が大腿装着体２４に接続される。接続体２２は、装着者Ｐの側腰部から大腿部に亘って装着される。接続体２２の寸法は、例えば、２０〜３０ｃｍ程度である。接続体２２は、アルミニウムなどの軽量金属、硬化樹脂又はカーボンファイバなどの合成素材からなる。
【００３８】
大腿装着体２４は、装着者Ｐの大腿部に装着される装着体である。大腿装着体２４は、装着者Ｐの左右の大腿部に１つずつ装着される。大腿装着体２４は、例えば装着者Ｐの大腿部に巻きつけられることで装着される。なお、大腿装着体２４は、装着者Ｐの大腿部に当接する棒体又は板体であってもよい。
【００３９】
なお、フレーム１２は、第一フレームに相当し、接続体２２は、第二フレームに相当し、接続体１８は、第三フレームに相当する。また、フレーム１２が装着される、装着者Ｐの上半身、つまり、胸部、背部又は腰部は、股関節の一方側にある第一部位に相当する。接続体２２が装着される、装着者Ｐの大腿部は、股関節の他方側にある第二部位に相当する。接続体１８が装着される、装着者Ｐの腰部を第三部位ともいう。
【００４０】
図２は、本実施の形態に係る動作支援装置１による動作支援の方法の説明図である。
【００４１】
図２には、動作支援装置１を装着した装着者Ｐが、しゃがみ姿勢から起立姿勢（図１の姿勢）に至る起立動作の途中の中腰姿勢を示している。例えば、装着者Ｐが床面に配置された物体（不図示）を持ち上げようとするときにこのような中腰姿勢がとられる。
【００４２】
また、図２には、アクチュエータにより駆動される関節機構１６がフレーム１２に及ぼす力を力Ｆ１と、関節機構１６が接続体２２に及ぼす力Ｇ１とが示されている。力Ｆ１及びＧ１は、動作支援装置１が保有している角度センサの出力値と、アクチュエータが発生させる力との対応を示す情報に基づいて定められている。
【００４３】
力Ｆ１は、フレーム１２及び肩ベルト１４を通じて、装着者Ｐの胸部を腹側から背面側に向かう向きに押す力Ｆ２となって装着者Ｐの身体に及ぶ。また、力Ｇ１は、接続体２２及び大腿装着体２４を通じて、装着者Ｐの大腿部を下方向に押す、又は、装着者Ｐの大腿部を後ろ向きに押す力Ｇ２となって装着者Ｐの身体に及ぶ。
【００４４】
このように、動作支援装置１は、装着者Ｐが立ち上がろうとするときの角度センサの出力値に基づいてアクチュエータが発生させる力を制御することで、装着者Ｐの起立動作を支援する。
【００４５】
以降において、動作支援装置１の装着位置のずれを許容することにつながる技術的特徴について詳しく説明する。
【００４６】
まず、フレーム１２と腰ベルト２０との接続の態様について説明する。
【００４７】
図３は、本実施の形態に係るフレーム１２と腰ベルト２０との接続の態様を示す部分拡大図である。図３には、関節機構１６を有するフレーム１２と、接続体１８及び２０が示されている。上記のとおり、フレーム１２と接続体２２とは、回動軸Ｊを中心として回動可能に接続されている。
【００４８】
また、接続体１８は、回動軸Ｊを中心として、外力によって回動可能に関節機構１６に接続されている。接続体１８には腰ベルト２０が接続され、腰ベルト２０は装着者Ｐの腰部に装着されている。一方、関節機構１６は、フレーム１２の一部であり、装着者Ｐの腰部とフレーム１２とが関節機構１６を介して接続される。そのため、装着者Ｐの腰部と関節機構１６との位置関係が変化した場合でも、接続体１８が回動軸Ｊを中心として回動することによって、関節機構１６が装着者Ｐの腰部の近傍に装着され得る。これにより、動作支援装置１は、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００４９】
装着者Ｐの身体のうちフレーム１２が装着されている上半身から腰部の間には、股関節のほか、複数の椎間関節及び肩関節などが存在しており、装着者Ｐが動作をする際には、これらの各関節が個別に動作し得る。よって、仮に装着者Ｐの腰部とフレーム１２とが固定的に接続されている、つまり、接続体１８を介さずに直接に接続されているとすれば、装着者Ｐが動作することで、装着者Ｐと、フレーム１２及び接続体２２との相対位置が変化した場合に、装着者Ｐに動作支援のための適切な力を作用させることができない位置に関節機構１６が移動してしまったり、この移動によって装着者Ｐの身体に痛みや傷が引き起こされたりすることがある。
【００５０】
動作支援装置１は、腰ベルト２０が接続体１８を介して関節機構１６に接続されているので、装着者Ｐの動作に伴って装着者Ｐと動作支援装置１との相対位置が変化した場合でも、接続体１８が関節機構１６の回動軸を中心として略円周方向に移動することによって、装着者Ｐに適切に装着され得る。そして、装着者Ｐに対して動作支援のための適切な力を及ぼすことができる。
【００５１】
なお、接続体１８の、回動軸Ｊを中心とした回動は、真円を描く運動だけに限定されない。例えば、接続体１８の運動は、回動軸Ｊを中心とした楕円又は歪んだ円を描く運動でもよい。また、回動軸Ｊの位置は、フレーム１２に対して若干ずれることがあってもよい。このような接続体１８の運動を、回動軸Ｊを中心とした略円周方向の移動とも表現し得る。
【００５２】
なお、動作支援装置１は、接続体１８の回動による移動の範囲を所定範囲内に制限する規制部１９Ａ及び１９Ｂを備えてもよい。規制部１９Ａ及び１９Ｂについて図４を参照しながら説明する。
【００５３】
図４は、本実施の形態に係る接続体１８の回動の範囲と、規制部１９Ａ及び１９Ｂとを示す部分拡大図である。
【００５４】
規制部１９Ａ及び１９Ｂは、接続体１８の回動を所定範囲に規制する部材である。規制部１９Ａ及び１９Ｂは、例えば、フレーム１２の内側の面（装着者Ｐに面する面）側に突出して設けられる凸部である。例えば、接続体１８は、回動軸Ｊを中心として図４の紙面上で左回りに回動すると、規制部１９Ａに当たり、その当たった位置から先へ回動することができない。同様に、接続体１８が回動軸Ｊを中心として、図４の紙面上で右回りに回動すると、規制部１９Ｂに当たり、その当たった位置から先へ回動することができない。その結果、接続体１８が回動により移動し得る範囲は、図４に示される角度θの範囲に規制される。
【００５５】
仮に接続体１８が回動によって移動し得る範囲が比較的広いと、装着者Ｐの股関節と関節機構１６との相対位置の変化量が大きくなり、装着者Ｐの動作の支援が適切にできなくなることも生じ得る。そこで、規制部１９Ａ及び１９Ｂによって接続体１８の回動の範囲を規制することで、装着者Ｐの動作の支援を適切に行い得る。
【００５６】
このように、接続体１８の回動の範囲を、動作支援装置１が装着者Ｐに適切に装着される範囲に規制するように、規制部１９Ａ及び１９Ｂを取り付けておくことによって、接続体１８が動作支援装置１による動作支援に適した範囲を逸脱することを未然に回避できる。
【００５７】
次に、フレーム１２の形状についてより詳しく説明する。
【００５８】
図５は、本実施の形態に係るフレーム１２の断面形状を模式的に示す第一の説明図である。図５に示される断面形状は、図１のＶ−Ｖ断面線における、フレーム１２の断面と、装着者Ｐの腰部の断面とを示した図である。
【００５９】
図５に示されるように、左右一対の装着体１３の間隔は、装着者Ｐの腰部の背中側から腹側へ進むほど広い。言い換えれば、左右一対の装着体１３の間隔は、装着者Ｐにとっての前方に進むほど広い。すなわち、左右一対の装着体１３の離間距離は、Ｙ軸プラス方向に進むほど大きく、より具体的に言えば、腹側に比較的近い位置での左右一対の装着体１３の離間距離Ｄ２は、背中側に比較的近い位置での左右一対の装着体１３の離間距離Ｄ１より大きい。
【００６０】
このようにすることで、動作支援装置１は、装着者Ｐの動作、より具体的には脚部の運動を妨げることを回避でき、また、装着者Ｐの身体の形状又は寸法の変化をある程度許容できる利点がある。これらの利点について以下で説明する。
【００６１】
（１）脚部の運動について
動作支援装置１が装着者Ｐの脚部の運動を妨げることを回避できる利点について、図５及び図６を参照しながら説明する。図６は、比較対象である関連技術に係るフレーム１１２の断面形状を模式的に示す説明図である。図６には、関連技術に係るフレーム１１２の断面と、装着者Ｐの腰部の断面とが示されている。フレーム１１２は、例えば、本実施の形態の動作支援装置１のフレーム１２に相当する、従来の動作支援装置１００のフレームである。
【００６２】
図６に示されるように、フレーム１１２が有する左右一対の装着体１１３の間隔は、装着者Ｐの腰部の背中側でも腹側でも同じである。言い換えれば、左右一対の装着体１１３の離間距離は、Ｙ軸方向におけるどの位置でも同じであり、より具体的に言えば、腹側に比較的近い位置での左右一対の装着体１１３の離間距離Ｄ４は、背中側に比較的近い位置での左右一対の装着体１１３の離間距離Ｄ３と同じである。
【００６３】
この場合、例えば装着者Ｐの右の大腿部Ｔが大転子Ｇを基準として装着者Ｐにとって右前方向（Ｙ軸プラス方向かつＸ軸マイナス方向）に移動、つまり、股関節の屈曲と右足の外旋とをするとき、大腿部Ｔと装着体１１３とが干渉し、大腿部Ｔの動作が妨げられたり、装着体１１３から押されることで大腿部Ｔに傷又は痛みが引き起こされたりすることがあり得る。
【００６４】
これに対し、本実施の形態に係る動作支援装置１の一対の装着体１３の間隔は、図５に示されるように腰部の背中側から腹側へ進むほど広いので、大腿部Ｔが上記のように移動する場合であっても装着体１３と干渉することがない。そのため、大腿部Ｔの動作が妨げられたり、装着体１３から押されることで大腿部Ｔに傷又は痛みが引き起こされたりすることを回避できる。
【００６５】
なお、仮にフレーム１２の一部にヒンジなどの可動機構が含まれるとすれば、上記のように装着者Ｐの動作が制限されることが抑制される。しかしながら、可動機構が含まれると部品点数が増大するという別な問題を生じ得る。つまり、本実施の形態の動作支援装置１によれば、部品点数を増大させることなく、装着位置のずれを許容しながら動作支援をするという効果も奏する。
【００６６】
（２）装着者Ｐの身体の形状又は寸法について
動作支援装置１が装着者Ｐの身体の形状又は寸法の変化をある程度許容できる利点について、図５及び図７を参照しながら説明する。図７は、本実施の形態に係るフレーム１２の断面形状を模式的に示す第二の説明図である。図７には、図５に示される装着者Ｐより身体の寸法が大きな装着者ＰＡが、動作支援装置１を装着した場合のフレーム１２の断面と、装着者ＰＡの腰部の断面とが示されている。
【００６７】
図７に示されるように、動作支援装置１の一対の装着体１３の間隔が、腰部の背中側から腹側へ進むほど広いので、動作支援装置１が装着者ＰＡにより装着される場合にも、装着者ＰＡの側腰部と装着体１３が干渉することが回避される。また、大腿部Ｔが上記のように移動する場合であっても、装着体１３と干渉することが回避される。そのため、大腿部Ｔの動作が妨げられたり、装着体１３から押されることで大腿部Ｔに傷又は痛みが引き起こされたりすることを回避できる。
【００６８】
なお、本実施の形態では、装着者Ｐの股関節の動作を支援する動作支援装置１について説明したが、本発明は、装着者の他の関節（例えば肘関節又は膝関節）の動作の支援にも適用され得る。
【００６９】
動作支援装置１を肘関節の動作の支援に適用する場合、例えば、上腕が肘関節の一方側にある第一部位に相当し、前腕が肘関節の他方側にある第二部位に相当し、上腕又は前腕のうちの肘関節の近傍の部位が第三部位に相当する。このようにすることで、動作支援装置１は、肘関節の動作の支援の際に、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００７０】
また、動作支援装置１を膝関節の動作の支援に適用する場合、例えば、大腿部が膝関節の一方側にある第一部位に相当し、下腿部が膝関節の他方側にある第二部位に相当し、大腿部又は下腿部のうちの膝関節の近傍の部位が第三部位に相当する。このようにすることで、動作支援装置１は、膝関節の動作の支援の際に、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００７１】
以上のように、本実施の形態の動作支援装置は、装着者の身体の動きによって装着者に対する相対位置が変化した場合にも、装着者に適切に装着され得る。仮に動作支援装置が第三フレームを介さずに直接に装着者の身体の部位に装着されるとすれば、装着者の身体の動きによって、装着者への装着が不十分になり動作支援のための適切な力を作用させることができなくなったり、装着者の身体に痛みや傷が引き起こされたりすることがある。本発明の動作支援装置は、装着者の身体の動きによって装着者に対する相対位置が変化した場合でも、第三フレームが関節機構の回動軸を中心として略円周方向に移動することによって、装着者に適切に装着され得る。そして、装着者に対して動作支援のための適切な力を及ぼすことができる。このように、動作支援装置は、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００７２】
また、動作支援装置は、第三フレームの移動範囲が規制されるので、装着者の関節と関節機構との位置関係が、動作支援装置による動作支援に適した範囲を逸脱することを未然に回避できる。よって、動作支援装置は、装着者の関節と関節機構との位置関係が動作支援に適した範囲内にある状態で、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【００７３】
また、動作支援装置は、装着者の上半身、腰部及び大腿部に装着される。そして、装着位置のずれを許容しながら、装着者の股関節の動作を支援することができる。
【００７４】
また、動作支援装置は、一対の装着体の間隔が装着者の腰部の背中側から腹側へ進むほど広いので、装着者の動作を妨げることを回避でき、また、装着者の身体の形状又は寸法の変化をある程度許容できる。このような構成を備えずに装着者の動作を妨げることを回避する方策として、剛性部材の一部にヒンジなどの可動機構を含むことがある。しかし、仮に剛性部材の一部にヒンジなどの可動機構が含まれるとすれば、重量及び部品点数が増大するという別な問題を生じ得る。つまり、本実施の形態の動作支援装置１によれば、重量及び部品点数を増大させることなく、装着位置のずれを許容しながら、装着者の股関節の動作を支援することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
本実施の形態において、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる動作支援装置２について説明する。動作支援装置２は、実施の形態１の動作支援装置１と形状が異なるが、動作支援装置１と同様に装着者Ｐの起立動作を支援する。
【００７６】
図８は、本実施の形態に係る動作支援装置２の外観を示す正面図（ａ）、側面図（ｂ）及び背面図（ｃ）である。図８には、動作支援装置２とともに、動作支援装置２を装着した装着者Ｐが示されているが、装着者Ｐは動作支援装置２に含まれない。
【００７７】
図８に示されるように、動作支援装置２は、装着者Ｐの背面、腰部及び大腿部に亘って装着される非接地型の動作支援装置である。
【００７８】
動作支援装置２は、フレーム３２及び４４と、胸当て３４と、肩ベルト３６と、装着体３８と、接続体４０及び４６と、腰ベルト４２と、大腿装着体４８とを備える。
【００７９】
フレーム３２は、装着者Ｐの胸部から側腰部に亘って装着される剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。フレーム３２は、装着者Ｐの側腰部の近傍において、装着体３８に接続されている。フレーム３２は、左側のフレーム３２と、右側のフレーム３２とを有する。左側のフレーム３２は、装着者Ｐの胸部のうちの左側から左の装着体３８に亘って装着される。右側のフレーム３２は、装着者Ｐの胸部のうちの右側から右の装着体３８に亘って装着される。フレーム３２は、若干のしなりが発生する以外には、形状の変化が生じない。すなわち、フレーム３２には、ヒンジ機構などの可動機構を含まない。フレーム３２の寸法（長さ）は、例えば、４０〜６０ｃｍ程度である。フレーム３２は、アルミニウムなどの軽量金属、硬化樹脂又はカーボンファイバなどの合成素材からなる。
【００８０】
胸当て３４は、フレーム３２と装着者Ｐの胸部との間に介在する板状の柔軟性部材である。胸当て３４は、フレーム３２が装着者Ｐの胸部を押す力を及ぼすときに、その力を分散させる。これにより、装着者Ｐに傷又は痛みが引き起こされることが回避される。胸当て３４は、装着者Ｐの胸部のうちの左側に装着される左側の胸当て３４と、装着者Ｐの胸部のうちの右側に装着される右側の胸当て３４とを有する。胸当て３４は、フレーム３２の端部に予め取り付けられている。なお、胸当て３４は、装着者Ｐの胸部に予め取り付けられていてもよい。また、胸当て３４は、存在しなくてもよい。
【００８１】
肩ベルト３６は、動作支援装置２を装着者Ｐに装着するためのベルト体である。肩ベルト３６の一端は、胸当て３４を介してフレーム３２に接続されている。また、肩ベルト３６は、左右の胸当て３４又はフレーム３２から、装着者Ｐの両肩を通って背中で結合し、肩ベルト３６の他端が装着者Ｐの腰部の背中側でフレーム４４に接続されている。肩ベルト３６は、装着者Ｐの体型によって長さが調整可能であり、適度の締め付け力をもって肩ベルト３６と装着者Ｐの身体とを密着させる。肩ベルト３６の寸法（長さ）は、例えば、５０〜６０ｃｍ程度である。
【００８２】
装着体３８は、装着者Ｐの左右の側腰部の近傍に装着される。装着体３８には、フレーム３２及び接続体４６が回動可能に接続されている。装着体３８は、その内部にフレーム３２と接続体４６とを連結する関節機構３９を有する。装着体３８には、接続体４６に対するフレーム３２の回動角度を検出する角度センサ（例えばホール素子を用いたエンコーダ）が内蔵されていてもよい。装着体３８は、実施の形態１の動作支援装置１の装着体１３と同様の機能を有する。
【００８３】
関節機構３９は、フレーム３２と接続体４６との一方を他方に対して回動させる関節機構である。関節機構３９は、装着者Ｐの腰部の近傍、言い換えれば、股関節の近傍に装着される。関節機構３９は、実施の形態１の関節機構１６と同様の機能を有する。
【００８４】
接続体４０は、腰ベルト４２と装着体３８とを接続する剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。接続体４０は、左側の接続体４０と右側の接続体４０とを有する。左側の接続体４０は、左側の装着体３８と、腰ベルト４２のうち装着者Ｐの左側の側腰部の近傍の部分とを接続する。右側の接続体４０は、右側の装着体３８と、腰ベルト４２のうち装着者Ｐの右側の側腰部の近傍の部分とを接続する。接続体４０は、一端がフレーム３２に接続されており、上記一端と異なる一部が、腰ベルト４２を介して装着者Ｐの腰部に装着されている。接続体１８は、回動軸Ｊを中心として略円周方向に移動可能である。接続体４０は、実施の形態１の接続体１８と同様の機能を有する。
【００８５】
腰ベルト４２は、装着者Ｐの腰部に巻きつけられるベルト体である。腰ベルト４２は、装着者Ｐの左右の側腰部のそれぞれの近傍で接続体４０に接続され、接続体４０を介して装着体３８に接続されている。腰ベルト４２は、実施の形態１の腰ベルト２０と同様の機能を有する。
【００８６】
フレーム４４は、装着者Ｐの腰部の背中側に装着される剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。フレーム４４の内部には、関節機構３９を駆動させる電池などの動力源、周辺回路及び配線などが収納されている。フレーム４４は、アルミニウムなどの軽量金属、硬化樹脂又はカーボンファイバなどの合成素材からなる。
【００８７】
接続体４６は、装着体３８と大腿装着体４８とを接続する剛性部材、つまり、剛性を有するフレーム（リンク）である。接続体４６は、左側の装着体３８と、左側の大腿装着体４８とを接続する左側の接続体４６と、右側の装着体３８と、右側の大腿装着体４８とを接続する右側の接続体４６とを有する。接続体４６は、実施の形態１の接続体２２と同様の機能を有する。
【００８８】
大腿装着体４８は、装着者Ｐの大腿部に装着される装着体である。大腿装着体４８は、実施の形態１の大腿装着体２４と同様の機能を有する。
【００８９】
なお、フレーム３２は、第一フレームに相当し、接続体４６は、第二フレームに相当し、接続体４０は、第三フレームに相当する。また、フレーム３２が装着される、装着者Ｐの胸部は、股関節の一方側にある第一部位に相当する。接続体４６が装着される、装着者Ｐの大腿部は、股関節の他方側にある第二部位に相当する。接続体４０が装着される、装着者Ｐの腰部を第三部位ともいう。
【００９０】
図９は、本実施の形態に係る動作支援装置２による動作支援の方法の説明図である。
【００９１】
図９には、動作支援装置２を装着した装着者Ｐが、しゃがみ姿勢から起立姿勢（図８の姿勢）に至るまでの途中の中腰姿勢を示している。図９は、実施の形態１における動作支援装置１についての図２に相当する。
【００９２】
図９には、図２と同様に、関節機構３９がフレーム３２に及ぼす力を力Ｆ１と、関節機構３９が接続体４６に及ぼす力Ｇ１とが示されている。力Ｆ１は、フレーム３２を通じて、装着者Ｐの胸部を腹側から背面側に向かう向きに押す力Ｆ２となって装着者Ｐの身体に及ぶ。また、力Ｇ１は、接続体４６及び大腿装着体４８を通じて、装着者Ｐの大腿部を下方向に押す、又は、装着者Ｐの大腿部を後ろ向きに押す力Ｇ２となって装着者Ｐの身体に及ぶ。
【００９３】
このように、動作支援装置２は、実施の形態１の動作支援装置１と同様に装着者Ｐが立ち上がる動作を支援する。
【００９４】
なお、動作支援装置２は、装着体３８の回動の範囲を所定の範囲に制限する規制部を備えてもよい。装着体３８が回動によって移動し得る範囲が比較的広いと、装着者Ｐの股関節と関節機構３９との位置ずれの量が大きくなり、装着者Ｐの動作の支援が適切にできなくなるからである。
【００９５】
図１０及び図１１は、本実施の形態に係る装着体３８と規制部とを示す部分拡大図である。図１０は、装着者Ｐが起立姿勢であるときの装着体３８と規制部とを示しており、図１１は、装着者Ｐがしゃがみ姿勢であるときの装着体３８と規制部とを示している。
【００９６】
図１０に示されるように、この規制部は、穴５０と、弾性紐５２とを有する。
【００９７】
弾性紐５２は、フレーム３２を跨いで２つの穴５０に架け渡されており、弾性力によって、フレーム３２を２つの穴５０の間に位置させる向きの力を作用させている。そして、弾性紐５２は、関節機構３９によりフレーム３２が接続体４６に対して回動することによって、フレーム３２が２つの穴５０の間から逸脱すると、フレーム３２を２つの穴５０の間に移動させる向きの力Ｆ３をフレーム３２に作用させる。弾性紐５２は、例えば、ゴム紐である。
【００９８】
弾性紐５２は、このように弾性力によって関節機構３９によるフレーム３２の移動範囲を規制する。弾性紐５２が発生させる弾性力は、フレーム３２と接続体４０との離間距離が離れるほど大きい。そのため、一定の外力が作用することでフレーム３２が接続体４０から離れていくと、その外力と弾性紐５２が発生させる弾性力とがつりあう位置から先にフレーム３２が移動することができない。このようにして、フレーム３２に作用する外力が、弾性紐５２が発生させる弾性力より小さい範囲内に、フレーム３２の移動が規制される。
【００９９】
例えば、図１１には、接続体４０及びフレーム３２がともに棒体と見なせる形状を有する場合、接続体４０とフレーム３２とがなす角φが示されている。そして、フレーム３２を基準とした場合における、接続体４０の上記つりあう位置が２つの破線４０Ａ及び４０Ｂで示されている。この場合、接続体４０の移動は、破線４０Ａと４０Ｂとがなす、角度θの範囲内に規制される。
【０１００】
（実施の形態２の変形例）
本変形例では、接続体４０の別形態を説明する。具体的には、接続体４０がフレーム３２に接続される形態について説明する。
【０１０１】
図１２及び図１３は、本実施の形態に係る装着体３８と規制部とを示す部分拡大図である。図１２は、装着者Ｐが起立姿勢であるときの装着体３８と規制部とを示しており、図１３は、装着者Ｐがしゃがみ姿勢であるときの装着体３８と規制部とを示している。
【０１０２】
図１２に示されるように、この規制部は、枠体６０と、ガイド６２と、突起６４とを有する。
【０１０３】
枠体６０は、ガイド６２が設置される剛性部材である。枠体６０は、接続体４０及び腰ベルト４２に固定されているが、接続体４０及び腰ベルト４２の図示は省略している。言い換えれば、接続体４０と枠体６０とが第三フレームに相当し、つまり、第三フレームが第一フレームに接続されている。
【０１０４】
ガイド６２は、枠体６０に設けられ、フレーム３２に対する枠体６０の移動を案内する規制部材である。ガイド６２は、例えば、枠体６０内に設けられる、突起６４が挿入されるための空間の内壁である。ガイド６２は、例えば、関節機構３９によるフレーム３２と接続体４６との回動の軸を中心とした円弧の一部に相当する形態を有する。
【０１０５】
突起６４は、フレーム３２に設けられ、ガイド６２に挿入される。突起６４は、ガイド６２に沿って相対的に移動することで、フレーム３２に対する枠体６０の移動を規制する。
【０１０６】
突起６４がガイド６２に沿って移動することで、枠体６０は、上記軸を中心として円の一部を描くように移動し、その円の一部の端部で移動が規制される。
【０１０７】
例えば、図１３に示される枠体６０は、フレーム３２に対して、回動軸Ｊのまわりに紙面上の右回りをし、突起６４がガイド６２の端部に当たる位置に到達した状態である。また、図１３に示される枠体６０Ａは、フレーム３２に対して、回動軸Ｊのまわりに紙面上の左回りをし、突起６４がガイド６２の端部に当たる位置に到達した状態である。この場合、接続体４０及び枠体６０の移動は、図１３に示される枠体６０の位置と枠体６０Ａの位置との範囲、つまり、図１３における角度θの範囲内に規制される。
【０１０８】
なお、本実施の形態及び変形例では、接続体４０がフレーム３２に接続される形態を説明したが、接続体４０は、接続体４６に接続されてもよい。言い換えれば、接続体４６が第一フレームに相当し、フレーム３２が第二フレームに相当し、接続体４０が第三フレームに相当する、としてもよい。
【０１０９】
本実施の形態及び変形例の動作支援装置により、実施の形態１に係る動作支援装置１と同様に、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる。
【０１１０】
以上、一つまたは複数の態様に係る動作支援装置について、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、一つまたは複数の態様の範囲内に含まれてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１１１】
本発明は、装着位置のずれを許容しながら動作支援をすることができる動作支援装置に利用可能である。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】
【０１１２】
１、２、１００    動作支援装置
１２、３２、４４、１１２    フレーム
１３、３８、１１３    装着体
１４、３６    肩ベルト
１６、３９    関節機構
１８、２２、４０、４６    接続体
１９Ａ、１９Ｂ    規制部
２０、４２    腰ベルト
２４、４８    大腿装着体
３４    胸当て
４０Ａ、４０Ｂ    破線
５０    穴
５２    弾性紐
６０、６０Ａ    枠体
６２    ガイド
６４    突起
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｇ１、Ｇ２    力
Ｇ    大転子
Ｊ    回動軸
Ｐ、ＰＡ    装着者
Ｔ    大腿部
【図１】
2019107288.tif 000003
【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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