(57)【要約】【課題】装着者の意図せぬ不自然な動きの発生を抑制する。【解決手段】装着者の腰の位置に装着される腰パーツ１１と、装着者の左右の脚の位置に装着される左右の脚パーツ１３Ａ（１３Ｂ）と、腰パーツ１１と脚パーツ１３Ａ（１３Ｂ）とを前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部５１Ａ（５１Ｂ）と、ロール連結部５１Ａ（５１Ｂ）の回転に基づく腰パーツ１１と脚パーツ１３Ａ（１３Ｂ）との前後軸線Ｚ０の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与する減衰部５３Ａ（５３Ｂ）と、を備える。【選択図】図７
2019014021.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者の腰の位置に装着される腰パーツと、
装着者の左右の脚の位置に装着される左右の脚パーツと、
前記腰パーツと前記脚パーツとを前後軸線の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部と、
前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与する減衰部と、
を備えるパワーアシストスーツ。
【請求項２】
前記減衰部は、空気の圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するエアダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項３】
前記エアダンパーにおける圧縮の圧力値を調整する調整機構を有する請求項２に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項４】
前記減衰部は、バネの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項５】
前記減衰部は、オイルの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するオイルダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項６】
前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびオイルダンパーを複合した複合ダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項７】
前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびエアダンパーを複合した複合ダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項８】
前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するように電気的に作動するアクチュエータを用いたダンパーにより構成される請求項１に記載のパワーアシストスーツ。
【請求項９】
前記ロール連結部は、前記腰パーツと前記脚パーツとを上下軸線の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部を共に備える請求項１〜８のいずれか１つに記載のパワーアシストスーツ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パワーアシストスーツに関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、装着者の筋力を補助あるいは代行するパワーアシストスーツ（装着型動作支援装置）が記載されている。このパワーアシストスーツは、腰部フレームと、下肢フレームと、背部フレームと、回転機構と、を備えている。腰部フレームは、装着者の左右方向に長尺な基部および基部の左右両端から前方へ突出するサイド部を有して基部とサイド部が一体として挙動するもので装着者の腰回りに装着される。下肢フレームは、左右一対が腰部フレームの下部に接続され装着者の下肢に装着される。背部フレームは、腰部フレームの上部に接続されて装着者の肩に係留させるための係止具を有する。回転機構は、背部フレームと腰部フレームの基部とを接続する前額面（装着者の身体を前後に切る面）に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第５７１４８７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
装着者が歩行する際に、装着者の左右の下肢の筋力を補助する場合、例えば、装着者の右足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、この荷重に抗するように右足側の下肢フレームが上方に延びるように作動し、これにより腰部フレームが背部フレームと共に左側に傾くように重心が移動するため、装着者は上肢が左側に傾くことになる。逆に、装着者の左足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、この荷重に抗するように左足側の下肢フレームが上方に延びるように作動し、これにより腰部フレームが背部フレームと共に右側に傾くように重心が移動するため、装着者は上肢が右側に傾くことになる。つまり、歩行において、装着者の意図に反して装着者の上肢が左右に傾くことになる。
【０００５】
特許文献１に記載のパワーアシストスーツにおいては、回転機構により背部フレームと腰部フレームの基部とを接続する前額面に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有する。したがって、上述したような装着者の歩行において、装着者の意図に反して装着者の上肢が左右に傾くことを抑制することが可能になる。
【０００６】
しかしながら、前額面に垂直な軸を中心として前額面と平行に揺動する自由度を有すると、上肢フレームに左右方向に荷重が掛かったとき、この荷重を支えることなく上肢フレームが左右に揺動するため、装着者の動きが意図せず不自然となり、当該荷重が装着者に掛かると装着者の肉体的負担になる問題がある。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するものであり、装着者の意図せぬ不自然な動きの発生を抑制することのできるパワーアシストスーツ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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツは、装着者の腰の位置に装着される腰パーツと、装着者の左右の脚の位置に装着される左右の脚パーツと、前記腰パーツと前記脚パーツとを前後軸線の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部と、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与する減衰部と、を備える。
【０００９】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、空気の圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するエアダンパーにより構成されることが好ましい。
【００１０】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記エアダンパーにおける圧縮の圧力値を調整する調整機構を有することが好ましい。
【００１１】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、バネの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーにより構成されていてもよい。
【００１２】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、オイルの圧縮により前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するオイルダンパーにより構成されていてもよい。
【００１３】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびオイルダンパーを複合した複合ダンパーにより構成されていてもよい。
【００１４】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するバネダンパーおよびエアダンパーを複合した複合ダンパーにより構成されていてもよい。
【００１５】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記減衰部は、前記ロール連結部の回転に基づく前記腰パーツと前記脚パーツとの前記前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するように電気的に作動するアクチュエータを用いたダンパーにより構成されていてもよい。
【００１６】
また、本発明の一態様に係るパワーアシストスーツでは、前記ロール連結部は、前記腰パーツと前記脚パーツとを上下軸線の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部を共に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、減衰部によりロール連結部の回転に基づく腰パーツと脚パーツとの前後軸線の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与することから、装着者の上肢の左右の傾きを抑制することができる。例えば、歩行において、装着者の意図せぬ不自然な動きの発生を抑制する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツの正面図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツの側面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツの平面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツの背面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツの制御ブロック図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の斜視図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す斜視図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下に、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。
【００２０】
図１は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの正面図である。図２は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの側面図である。図３は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの平面図である。図４は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの背面図である。図５は、本実施形態に係るパワーアシストスーツの制御ブロック図である。図６は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の斜視図である。図７は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の断面図である。図８は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す斜視図である。図９は、本実施形態に係るパワーアシストスーツにおけるロール連結部の動作を示す断面図である。なお、図において、「左側」、「右側」、「前側」、「後側」、「上側」、および「下側」の記載は、図１、図２および図４に一点鎖線で示す使用者、すなわちパワーアシストスーツを装着して使用する装着者を基準としている。
【００２１】
図１〜図４に示すように、本実施形態のパワーアシストスーツ１０は、装着者における腰に主に位置する腰パーツ１１と、装着者の下肢に位置する脚パーツ１３Ａ，１３Ｂとを備える。
【００２２】
腰パーツ１１は、装着部２１と、バッテリ２４と、制御基板部２５とを有する。
【００２３】
装着部２１は、装着者に装着されるもので、腰当部２１Ａと、胸当部２１Ｂと、背当部２１Ｃとを有する。腰当部２１Ａは、装着者の腰の周囲に位置するリング形状の部材である。胸当部２１Ｂは、腰当部２１Ａの上部に連結して配置され、装着者の胸の周囲に位置し、装着者の胸を後側から脇を介して前側に至り囲むように形成されたＣ形状の部材である。胸当部２１Ｂは、左右に開閉可能に設けられている。背当部２１Ｃは、胸当部２１Ｂの上部に連結して配置され、装着者の背に沿って位置し、装着者の背の中央から左右の肩甲骨に至り広がった板状の部材である。そして、装着部２１は、腰当部２１Ａに装着者の腰を通し、胸当部２１Ｂを装着者の前側で連結バンド２１Ｂａにより連結することで、装着者に装着される。連結バンド２１Ｂａは、ラチェット式のロック装置を有していてもよい。なお、図には明示しないが、腰当部２１Ａは、装着者の腰を後側から脇を介して前側に至り囲むようにＣ形状に形成されて前側が連結バンドにより連結される構成であってもよい。
【００２４】
バッテリ２４は、制御基板部２５や、パワーアシストスーツ１０が備える各制御部や各駆動モータや各センサ部などの機器類に電力を供給する。バッテリ２４は、装着者の両腰の位置で装着部２１におけるフレーム２６Ａ，２６Ｂに固定されている。なお、図には明示しないが、バッテリ２４に代えて、パワーアシストスーツ１０の外部の電源から電力の供給を受けるようにしてもよい。この場合、外部の電源からの電力を、パワーアシストスーツ１０が備える機器類に適した電圧などに変換してこれらに供給する。外部の電源は、例えば、ＡＣ（Alternating  Current）電源である。
【００２５】
制御基板部２５は、パワーアシストスーツ１０が備える制御装置（下肢制御装置１７：図５参照）を構成する制御基板を収容するものである。制御基板部２５は、装着者の腰の後側の位置で装着部２１における腰当部２１Ａに固定されている。
【００２６】
脚パーツ１３Ａは、装着者の左脚に位置し、脚パーツ１３Ｂは、装着者の右脚に位置する。左脚に位置する脚パーツ１３Ａは、大腿駆動機構３１Ａと、大腿制御部３２Ａと、大腿装着部４１Ａと、下腿装着部４２Ａと、足装着部４３Ａと、下腿駆動機構４４Ａと、脚制御部４５Ａと、足センサ部４６Ａとを有する。
【００２７】
大腿駆動機構３１Ａは、装着部２１の下方にて装着部２１に連結され、装着者の左の大腿部の側部に位置する。装着部２１には、背当部２１Ｃの左端側から下方に延在して腰当部２１Ａの後側の下方に連結する棒状のフレーム２６Ａが設けられており、大腿駆動機構３１Ａは、フレーム２６Ａに対し、図２に示す前後軸線Ｚ０および上下軸線Ｘ０の周りに回転可能に連結されている。前後軸線Ｚ０は、装着者の前後方向に延在する軸線であり、上下軸線Ｘ０は、装着者の上下方向に延在する軸線である。このため、大腿駆動機構３１Ａは、フレーム２６Ａに対し、上下軸線Ｘ０の周りに左右方向に回転移動が可能であり、かつ前後軸線Ｚ０の周りに上下方向に回転移動が可能である。大腿駆動機構３１Ａは、脚パーツ１３Ａにおいて大腿装着部４１Ａを装着部２１に対して所定の左右軸線Ｙ１の周りに回転移動させることで、装着者の左脚の大腿の動作に応じて装着者の筋力を補助するものである。左右軸線Ｙ１は、装着者の左右方向に延在する軸線である。大腿駆動機構３１Ａは、駆動モータ８１Ａ（図５参照）を備えている。駆動モータ８１Ａは、アクチュエータであってもよい。
【００２８】
ここで、フレーム２６Ａは、装着者の左側において、腰部から前側に延びて上側に向けて屈曲し肩部に至り、肩部から後側に向けて屈曲して後部に至り、後部から下側に向けて屈曲して腰当部２１Ａの後側に繋がるように環状に形成されている。したがって、フレーム２６Ａは、装着者の左側上肢を囲むように設けられている。フレーム２６Ａは、パワーアシストスーツ１０の外郭を構成すると共に、装着者の左上肢を囲むことで当該左上肢を保護する役目も有している。
【００２９】
大腿制御部３２Ａは、大腿駆動機構３１Ａに接続され、大腿駆動機構３１Ａを制御する。大腿制御部３２Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、大腿駆動機構３１Ａを制御する制御信号を出力する。
【００３０】
大腿装着部４１Ａは、大腿駆動機構３１Ａに取り付けられ、装着者の左脚の大腿に沿って配置される。下腿装着部４２Ａは、装着者の左脚の下腿に沿って配置される。足装着部４３Ａは、装着者の左足部（左足首から下の部分）に装着される靴部である。大腿装着部４１Ａの一端部は、腰パーツ１１における装着部２１に左右軸線Ｙ１の周りに回転可能に連結されている。下腿装着部４２Ａの一端部は、大腿装着部４１Ａの他端部に左右軸線Ｙ２の周りに回転可能に連結されており、下腿装着部４２Ａの他端部は、足装着部４３Ａに左右軸線Ｙ３の周りに回転可能に連結されている。左右軸線Ｙ２，Ｙ３は、装着者の左右方向に延在する軸線である。
【００３１】
下腿駆動機構４４Ａは、大腿装着部４１Ａの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構４４Ａは、下腿装着部４２Ａを大腿装着部４１Ａに対して所定の左右軸線Ｙ２の周りに回転移動させることで、装着者の左脚の動作に応じて装着者の筋力を補助する。下腿駆動機構４４Ａは、駆動モータ８５Ａ（図５参照）を備えている。駆動モータ８５Ａは、アクチュエータであってもよい。
【００３２】
脚制御部４５Ａは、下腿駆動機構４４Ａに接続され、下腿駆動機構４４Ａの動作を制御する。脚制御部４５Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構４４Ａを制御する制御信号を出力する。
【００３３】
足センサ部４６Ａは、足装着部４３Ａの底部、すなわち靴底に設けられている。足センサ部４６Ａは、足装着部４３Ａの靴底（装着者の左足裏）に作用する床面からの荷重を検出する。本実施形態において、足センサ部４６Ａは、例えば、１軸のロードセルであるが、これに限定されるものではない。
【００３４】
右脚に位置する脚パーツ１３Ｂは、脚パーツ１３Ａと同様に、大腿駆動機構３１Ｂと、大腿制御部３２Ｂと、大腿装着部４１Ｂと、下腿装着部４２Ｂと、足装着部４３Ｂと、下腿駆動機構４４Ｂと、脚制御部４５Ｂと、足センサ部４６Ｂとを有する。
【００３５】
大腿駆動機構３１Ｂは、装着部２１の下方にて装着部２１に連結され、装着者の右の大腿部の側部に位置する。装着部２１には、背当部２１Ｃの右端側から下方に延在して腰当部２１Ａの後側の下方に連結する棒状のフレーム２６Ｂが設けられており、大腿駆動機構３１Ｂは、フレーム２６Ｂに対し、前後軸線Ｚ０および上下軸線Ｘ０の周りに回転可能に連結されている。このため、大腿駆動機構３１Ｂは、フレーム２６Ｂに対し、上下軸線Ｘ０の周りに左右方向に回転移動が可能であり、かつ前後軸線Ｚ０の周りに上下方向に回転移動が可能である。大腿駆動機構３１Ｂは、脚パーツ１３Ｂにおいて大腿装着部４１Ｂを装着部２１に対して所定の左右軸線Ｙ１の周りに回転移動させることで、装着者の右脚の大腿の動作に応じて装着者の筋力を補助するものである。大腿駆動機構３１Ｂは、駆動モータ８１Ｂ（図５参照）を備えている。駆動モータ８１Ｂは、アクチュエータであってもよい。
【００３６】
ここで、フレーム２６Ｂは、装着者の右側において、腰部から前側に延びて上側に向けて屈曲し肩部に至り、肩部から後側に向けて屈曲して後部に至り、後部から下側に向けて屈曲して腰当部２１Ａの後側に繋がるように環状に形成されている。したがって、フレーム２６Ｂは、装着者の右側上肢を囲むように設けられている。フレーム２６Ｂは、パワーアシストスーツ１０の外郭を構成すると共に、装着者の右上肢を囲むことで当該右上肢を保護する役目も有している。
【００３７】
大腿制御部３２Ｂは、大腿駆動機構３１Ｂに接続され、大腿駆動機構３１Ｂを制御する。大腿制御部３２Ｂは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、大腿駆動機構３１Ｂを制御する制御信号を出力する。
【００３８】
大腿装着部４１Ｂは、大腿駆動機構３１Ｂに取り付けられ、装着者の右脚の大腿に沿って配置される。下腿装着部４２Ｂは、装着者の右脚の下腿に沿って配置される。足装着部４３Ｂは、装着者の右足部（右足首から下の部分）に装着される靴部である。大腿装着部４１Ｂの一端部は、腰パーツ１１における装着部２１に左右軸線Ｙ１の周りに回転可能に連結されている。下腿装着部４２Ｂの一端部は、大腿装着部４１Ｂの他端部に左右軸線Ｙ２の周りに回転可能に連結されており、下腿装着部４２Ｂの他端部は、足装着部４３Ｂに左右軸線Ｙ３の周りに回転可能に連結されている。
【００３９】
下腿駆動機構４４Ｂは、大腿装着部４１Ｂの他端部に取り付けられている。下腿駆動機構４４Ｂは、下腿装着部４２Ｂを大腿装着部４１Ｂに対して所定の左右軸線Ｙ２の周りに回転移動させることで、装着者の右脚の動作に応じて装着者の筋力を補助する。下腿駆動機構４４Ｂは、駆動モータ８５Ｂ（図５参照）を備えている。駆動モータ８５Ｂは、アクチュエータであってもよい。
【００４０】
脚制御部４５Ｂは、下腿駆動機構４４Ｂに接続され、下腿駆動機構４４Ｂの動作を制御する。脚制御部４５Ｂは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含み、下腿駆動機構４４Ｂを制御する制御信号を出力する。
【００４１】
足センサ部４６Ｂは、足装着部４３Ｂの底部、すなわち靴底に設けられている。足センサ部４６Ｂは、足装着部４３Ｂの靴底（装着者の右足裏）に作用する床面からの荷重を検出する。本実施形態において、足センサ部４６Ｂは、例えば、１軸のロードセルであるが、これに限定されるものではない。
【００４２】
次に、本実施形態に係るパワーアシストスーツ１０の制御系について説明する。本実施形態のパワーアシストスーツ１０は、図５に示すように、下肢制御装置１７を備える。
【００４３】
下肢制御装置１７は、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部７１と、通信インターフェース７４と、外部通信インターフェース７５と、電源部７６とを有する。また、下肢制御装置１７は、ジャイロセンサ７２および荷重検出器７３が接続される。
【００４４】
ジャイロセンサ７２は、パワーアシストスーツ１０の向きを検出し、その検出信号を制御部７１に出力する。
【００４５】
荷重検出器７３は、作用する荷重を検出し、その検出信号を制御部７１に出力する。
【００４６】
通信インターフェース７４は、大腿制御部３２Ａ，３２Ｂおよび脚制御部４５Ａ，４５Ｂの各通信インターフェース８３および足センサ部４６Ａ，４６Ｂの通信インターフェース８８と通信可能である。外部通信インターフェース７５は、外部制御装置７７と通信可能である。電源部７６は、バッテリ２４に接続され、制御部７１などに電力を供給する。
【００４７】
制御部７１は、ジャイロセンサ７２や荷重検出器７３から検出信号を供給される。また、制御部７１は、大腿制御部３２Ａ，３２Ｂや脚制御部４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。また、制御部７１は、外部制御装置７７と通信して、各種機器のメンテナンスを行う。
【００４８】
大腿制御部３２Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部８２と、通信インターフェース８３と、電源部８４とを有し、大腿駆動機構３１Ａの駆動モータ８１Ａを制御する。制御部８２は、下肢制御装置１７の制御部７１から出力された制御信号を、通信インターフェース８３を介して受信し、駆動モータ８１Ａを制御する。電源部８４は、バッテリ２４に接続され、制御部８２などに電力を供給する。大腿制御部３２Ｂは、大腿制御部３２Ａと実質的に同等に構成され、制御部８２と、通信インターフェース８３と、電源部８４とを有し、大腿駆動機構３１Ｂの駆動モータ８１Ｂを制御する。
【００４９】
脚制御部４５Ａは、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部８２と、通信インターフェース８３と、電源部８４とを有し、下腿駆動機構４４Ａの駆動モータ８５Ａを制御する。制御部８２は、下肢制御装置１７の制御部７１から出力された制御信号を、通信インターフェース８３を介して受信し、駆動モータ８５Ａを制御する。電源部８４は、バッテリ２４に接続され、制御部８２などに電力を供給する。脚制御部４５Ｂは、脚制御部４５Ａと実質的に同等に構成され、制御部８２と、通信インターフェース８３と、電源部８４とを有し、下腿駆動機構４４Ｂの駆動モータ８５Ｂを制御する。
【００５０】
足センサ部４６Ａは、足装着部４３Ａに作用する荷重を検出する荷重センサ、足装着部４３Ａの角度を検出する角度センサ、および足装着部４３Ａに作用する加速度を検出する加速度センサなどを含む各種のセンサ８６と、ＣＰＵのようなマイクロプロセッサを含む制御部８７と、通信インターフェース８８と、電源部８９とを有する。制御部８７は、センサ８６の検出信号を通信インターフェース８８から下肢制御装置１７の制御部７１に出力する。電源部８９は、バッテリ２４に接続され、制御部８７などに電力を供給する。足センサ部４６Ｂは、足センサ部４６Ａと実質的に同等に構成され、センサ８６と、制御部８７と、通信インターフェース８８と、電源部８９とを有し、センサ８６の検出信号を下肢制御装置１７の制御部７１に出力する。
【００５１】
次に、パワーアシストスーツ１０の使用方法の一例について説明する。
【００５２】
装着者に対し、腰パーツ１１および脚パーツ１３Ａ，１３Ｂを装着するには、パワーアシストスーツ１０をハンガーにかけておき、まず足先から足装着部４３Ａ，４３Ｂ、下腿装着部４２Ａ，４２Ｂ、大腿装着部４１Ａ，４１Ｂの順で脚パーツ１３Ａ，１３Ｂを装着し、次に腰パーツ１１の装着部２１における胸当部２１Ｂ（および腰当部２１Ａ）を連結バンド２１Ｂａにより装着する。パワーアシストスーツ１０の脱衣時には、基本的に上述の逆の手順である。
【００５３】
制御部７１を含む下肢制御装置１７は、ジャイロセンサ７２、荷重検出器７３、および足センサ部４６Ａ，４６Ｂの検出信号に基づいて、大腿制御部３２Ａ，３２Ｂおよび脚制御部４５Ａ，４５Ｂに制御信号を出力する。制御部７１は、検出した荷重に基づいて大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂおよび下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによるアシスト力を設定して、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂの駆動モータ８１Ａ，８１Ｂ、および下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂの駆動モータ８５Ａ，８５Ｂを制御する。
【００５４】
例えば、パワーアシストスーツ１０を装着した装着者が作業を実施すると、足装着部４３Ａ，４３Ｂに荷重が作用する。荷重センサおよび角度センサなどを含むセンサ８６を有する足センサ部４６Ａ，４６Ｂは、足装着部４３Ａ，４３Ｂに作用する荷重および角度を検出し、その検出信号を下肢制御装置１７に出力する。下肢制御装置１７は、足センサ部４６Ａ，４６Ｂからの検出信号に基づいて大腿装着部４１Ａ，４１Ｂおよび下腿装着部４２Ａ，４２Ｂへのアシスト力を設定し、所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ８１Ａ，８１Ｂおよび駆動モータ８５Ａ，８５Ｂを作動して、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂおよび下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂを駆動する。
【００５５】
なお、本実施形態では、図５に示すように、下肢制御装置１７に、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂおよび下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂによるアシスト力を調整する調整スイッチ７８が設けられていてもよい。そして、装着者が被運搬物の持ち上げ動作を行うとき、被運搬物の重量を事前に把握している場合には、調整スイッチ７８により被運搬物の重量に適したアシスト力が発生するように、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂおよび下腿駆動機構４４Ａ，４４Ｂのアシスト力を調整することが可能である。
【００５６】
ところで、上述したように、パワーアシストスーツ１０では、脚パーツ１３Ａの大腿駆動機構３１Ａがフレーム２６Ａに対して図２に示す前後軸線Ｚ０および上下軸線Ｘ０の周りに回転可能に連結されている。具体的に、本実施形態のパワーアシストスーツ１０は、腰パーツ１１と大腿駆動機構３１Ａとを前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部５１Ａ、および腰パーツ１１と大腿駆動機構３１Ａとを上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部５２Ａを有する。すなわち、大腿駆動機構３１Ａを有する脚パーツ１３Ａは、腰パーツ１１に対してロール連結部５１Ａにより前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に連結されると共に、ヨー連結部５２Ａにより上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に連結される。
【００５７】
また、上述したように、パワーアシストスーツ１０では、脚パーツ１３Ｂの大腿駆動機構３１Ｂがフレーム２６Ｂに対して前後軸線Ｚ０および上下軸線Ｘ０の周りに回転可能に連結されている。具体的に、本実施形態のパワーアシストスーツ１０は、腰パーツ１１と大腿駆動機構３１Ｂとを前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に連結するロール連結部５１Ｂ、および腰パーツ１１と大腿駆動機構３１Ｂとを上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部５２Ｂを有する。すなわち、大腿駆動機構３１Ｂを有する脚パーツ１３Ｂは、腰パーツ１１に対してロール連結部５１Ｂにより前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に連結されると共に、ヨー連結部５２Ｂにより上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に連結される。
【００５８】
以下、ロール連結部５１Ａ，５１Ｂおよびヨー連結部５２Ａ，５２Ｂについて説明する。本実施形態のパワーアシストスーツ１０では、ロール連結部５１Ａおよびヨー連結部５２Ａが一体に構成されており、また、ロール連結部５１Ｂおよびヨー連結部５２Ｂが一体に構成されている。ロール連結部５１Ａおよびヨー連結部５２Ａと、ロール連結部５１Ｂおよびヨー連結部５２Ｂとは、取り付け位置が左側と右側とに異なるのみで構成は左右対称である。したがって、図６から図９においてロール連結部５１Ａおよびヨー連結部５２Ａを示して説明し、ロール連結部５１Ｂおよびヨー連結部５２Ｂの説明は省略する。
【００５９】
図６および図７に示すように、ロール連結部５１Ａおよびヨー連結部５２Ａは、一体に構成されるように共通の支持部５０Ａに設けられている。また、ロール連結部５１Ａは、減衰部５３Ａが設けられている。
【００６０】
ロール連結部５１Ａは、前後軸線Ｚ０に沿って設けられるロール回転軸５１Ａａを有し、このロール回転軸５１Ａａによりロール回転部材５１Ａｂが支持部５０Ａと前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に設けられている。ロール回転部材５１Ａｂは、固定ボルト５１Ａｃにより大腿駆動機構３１Ａに連結される。したがって、ロール連結部５１Ａは、大腿駆動機構３１Ａを支持部５０Ａと前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に設ける。
【００６１】
ヨー連結部５２Ａは、上下軸線Ｘ０に沿って設けられるヨー回転軸５２Ａａが支持部５０Ａに固定され、このヨー回転軸５２Ａａによりヨー回転部材５２Ａｂが支持部５０Ａと上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に設けられている。そして、ヨー連結部５２Ａは、支持部５０Ａおよびロール連結部５１Ａを介して大腿駆動機構３１Ａに連結される。したがって、ヨー連結部５２Ａは、支持部５０Ａおよびロール連結部５１Ａを含む大腿駆動機構３１Ａをヨー回転部材５２Ａｂと上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に設ける。なお、ヨー回転軸５２Ａａは、その周りに捻りコイルバネ５２Ａｃが巻かれており、この捻りコイルバネ５２Ａｃの弾性力によりヨー回転部材５２Ａｂの上下軸線Ｘ０の周りの回転を正位置に戻すように作用する。正位置とは、パワーアシストスーツ１０の装着者が直立して前側を向く姿勢を意味する。そして、後述するように、ヨー連結部５２Ａは、腰パーツ１１に連結されたフレーム２６Ａに対し減衰部５３Ａを介して連結される。
【００６２】
減衰部５３Ａは、ヨー連結部５２Ａのヨー回転部材５２Ａｂに固定される固定部５３Ａａと、固定部５３Ａａに対して固定されたダンパー部５３Ａｂと、ダンパー部５３Ａｂに接続されて固定部５３Ａａと相対的にスライド移動可能に設けられたスライド部５３Ａｃと、を有している。
【００６３】
ダンパー部５３Ａｂは、空気室を有するシリンダ５３Ａｂａと、シリンダ５３Ａｂａの空気室を圧縮・膨張するように摺動可能に設けられたピストン５３Ａｂｂと、を有するエアダンパーとして構成されている。シリンダ５３Ａｂａは、固定部５３Ａａに固定されている。ピストン５３Ａｂｂは、ヨー連結部５２Ａにおける上下軸線Ｘ０と平行に延在する軸線Ｖに沿って摺動可能にシリンダ５３Ａｂａに設けられている。
【００６４】
スライド部５３Ａｃは、ダンパー部５３Ａｂのピストン５３Ａｂｂに連結されてピストン５３Ａｂｂと共に上下軸線Ｘ０と平行に延在する軸線Ｖに沿って移動可能に設けられている。スライド部５３Ａｃは、固定部５３Ａａに対して摺動部５３Ａｃａを介して上下軸線Ｘ０と平行に延在する軸線Ｖに沿ってスライド移動可能に設けられている。固定部５３Ａａは、ヨー連結部５２Ａのヨー回転部材５２Ａｂの前側、およびダンパー部５３Ａｂの後側を覆うように設けられている。そして、スライド部５３Ａｃは、固定部５３Ａａの前側および後側に配置され、摺動部５３Ａｃａを介して上下軸線Ｘ０と平行に延在する軸線Ｖに沿って固定部５３Ａａと相対的にスライド移動可能に設けられている。そして、スライド部５３Ａｃは、前側および後側の位置において、腰パーツ１１の左側を通過するフレーム２６Ａの途中に介在するようにフレーム２６Ａに連結されている。
【００６５】
このような構成により、減衰部５３Ａが上下軸線Ｘ０と平行な軸線Ｖに沿ってヨー連結部５２Ａと相対的にスライド移動可能に設けられ、かつヨー連結部５２Ａを伴ってフレーム２６Ａに連結されていることから、ヨー連結部５２Ａに支持部５０Ａを介して連結されているロール連結部５１Ａは、フレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）とを前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転可能に設ける。また、ヨー連結部５２Ａは、フレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）とを上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に設ける。また、減衰部５３Ａは、ロール連結部５１Ａにおいてフレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）とが前後軸線Ｚ０の周りに相対的に回転移動した場合、図８および図９に示すように、前後軸線Ｚ０を基準にフレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）との相対位置が接近や離隔することに伴ってダンパー部５３Ａｂが作用し、ロール連結部５１Ａにおけるフレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（および脚パーツ１３Ａ）との前後軸線Ｚ０の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与して減衰させる。
【００６６】
ロール連結部５１Ａ，５１Ｂは、例えば、本実施形態のパワーアシストスーツ１０を装着した装着者が上肢を左右に傾けた場合、共に傾くフレーム２６Ａ，２６Ｂにおいて、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂ（脚パーツ１３Ａ，１３Ｂ）に対して前後軸線Ｚ０の周りの相対的な回転移動を許容することで、装着者の上記動きに追従して当該動きを妨げないようにする。また、ヨー連結部５２Ａ，５２Ｂは、例えば、本実施形態のパワーアシストスーツ１０を装着した装着者が上肢を左右に回転させた場合、共に回転するフレーム２６Ａ，２６Ｂにおいて、大腿駆動機構３１Ａ，３１Ｂ（脚パーツ１３Ａ，１３Ｂ）に対して上下軸線Ｘ０の周りの相対的な回転移動を許容することで、装着者の上記動きに追従して当該動きを妨げないようにする。
【００６７】
ここで、装着者が歩行する際、パワーアシストスーツ１０は、以下のように作動する。例えば、装着者の左足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、パワーアシストスーツ１０は、この荷重に抗するように脚パーツ１３Ａにおいて所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ８１Ａおよび駆動モータ８５Ａを作動して、大腿駆動機構３１Ａおよび下腿駆動機構４４Ａを駆動し、脚パーツ１３Ａが上方に延びるように作動する。この際、装着者は、左足に上記アシスト力が作用することでロール連結部５１Ａ，５１Ｂを介してフレーム２６Ａ，２６Ｂと共に上肢が右側に傾くことになる。逆に、装着者の右足が地面に着いて下方の荷重が掛かると、パワーアシストスーツ１０は、この荷重に抗するように脚パーツ１３Ｂにおいて所定のアシスト力が発生するように、駆動モータ８１Ｂおよび駆動モータ８５Ｂを作動して、大腿駆動機構３１Ｂおよび下腿駆動機構４４Ｂを駆動し、脚パーツ１３Ｂが上方に延びるように作動する。この際、装着者は、右足に上記アシスト力が作用することでロール連結部５１Ａ，５１Ｂを介してフレーム２６Ａ，２６Ｂと共に上肢が左側に傾くことになる。つまり、この動作では、歩行において、装着者の意図に反して上肢が左右に傾くことになる。
【００６８】
このような事象に対し、本実施形態のパワーアシストスーツ１０によれば、減衰部５３Ａ，５３Ｂを備えており、ロール連結部５１Ａ，５１Ｂの回転に基づくフレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）や、フレーム２６Ｂ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ｂ（脚パーツ１３Ｂ）の前後軸線Ｚ０の周りの相対的な回転に抵抗を付与することから、装着者の上肢の左右の傾きを抑制する。つまり、減衰部５３Ａ，５３Ｂにより、歩行において、装着者の意図せぬ不自然な動きを抑制することができる。また、装着者の上肢の左右の傾きを抑制することで、装着者に掛かる荷重を抑制し、装着者の肉体的負担を軽減することができる。
【００６９】
また、本実施形態のパワーアシストスーツ１０では、減衰部５３Ａ，５３Ｂは、ダンパー部５３Ａｂ，５３Ｂｂが、空気の圧縮によりロール連結部５１Ａ，５１Ｂの回転に基づくフレーム２６Ａ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ａ（脚パーツ１３Ａ）や、フレーム２６Ｂ（腰パーツ１１）と大腿駆動機構３１Ｂ（脚パーツ１３Ｂ）の前後軸線Ｚ０の周りの相対的な回転移動に抵抗を付与するエアダンパーにより構成されることが好ましい。
【００７０】
エアダンパーは、空気室内の空気を増減させることで抵抗力を容易に調整することができる。すなわち、ダンパー部５３Ａｂ，５３Ｂｂにおいて空気室に空気を供給したり排出したりする給排気機構（図示せず）や、空気室の容量を拡縮する拡縮機構（図示せず）により、エアダンパーにおける圧縮の圧力値を調整する調整機構を備えることによりパワーアシストスーツ１０の用途や、装着者の筋力に基づいて抵抗力を可変することができる。しかも、エアダンパーであることで、電気的な複雑な制御を要すことなく、かつモータなどがなく重量を軽減することができる。なお、ダンパー部５３Ａｂ，５３Ｂｂは、上述したようにエアダンパーが好ましいが、オイルダンパーや、バネダンパーや、エアダンパーおよびバネダンパーを複合したり、オイルダンパーおよびバネダンパーを複合したりする複合ダンパーや、または電気的に作動するアクチュエータを用いたダンパーを用いることを拒まない。
【００７１】
また、本実施形態のパワーアシストスーツ１０では、ロール連結部５１Ａ，５１Ｂは、腰パーツ１１と脚パーツ１３Ａ，１３Ｂとを上下軸線Ｘ０の周りに相対的に回転可能に連結するヨー連結部５２Ａ，５２Ｂを共に備えることが好ましい。
【００７２】
ロール連結部５１Ａ，５１Ｂとヨー連結部５２Ａ，５２Ｂを共に備えることで、腰パーツ１１と脚パーツ１３Ａ，１３Ｂとを連結する２軸の回転移動の構成を１箇所に集約して設けることができ、かつ部品点数を低減することができる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、パワーアシストスーツ１０は、腰パーツ１１と、脚パーツ１３Ａ，１３Ｂとを有することとしたが、さらに、腰パーツ１１に対して上肢の動作を補助するような上肢パーツ（図示せず）を備えていてもよい。このように、上肢パーツを備えた場合、上肢パーツ自体の荷重や、上肢パーツにより重量物を持ち上げる際の荷重が腰パーツ１１やフレーム２６Ａ，２６Ｂに掛かる。そして、この荷重が掛かったまま、腰パーツ１１やフレーム２６Ａ，２６Ｂがロール連結部５１Ａ，５１Ｂの前後軸線Ｚ０を介して脚パーツ１３Ａ，１３Ｂと相対的に回転すると、上肢が左右に傾いて装着者に荷重が掛かるおそれがある。このような事象に対し、本実施形態のパワーアシストスーツ１０によれば、減衰部５３Ａ，５３Ｂによりロール連結部５１Ａ，５１Ｂの前後軸線Ｚ０を介した上肢の左右の傾きを抑制するため、この傾きにより装着者の上肢に荷重が掛かることを防ぎ、装着者の肉体的負担を軽減することができる。
【符号の説明】
【００７４】
１０  パワーアシストスーツ
１１  腰パーツ
１３Ａ，１３Ｂ  脚パーツ
２６Ａ，２６Ｂ  フレーム
５０Ａ  支持部
５１Ａ，５１Ｂ  ロール連結部
５１Ａａ  ロール回転軸
５１Ａｂ  ロール回転部材
５１Ａｃ  固定ボルト
５２Ａ，５２Ｂ  ヨー連結部
５２Ａａ  ヨー回転軸
５２Ａｂ  ヨー回転部材
５２Ａｃ  捻りコイルバネ
５３Ａ，５３Ｂ  減衰部
５３Ａｂ  ダンパー部
５３Ａｂａ  シリンダ
５３Ａｂｂ  ピストン
５３Ａｃ  スライド部
Ｘ０  上下軸線
Ｚ０  前後軸線
【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】
2019014021.tif 000009
【図８】
2019014021.tif 000010
【図９】
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