(57)【要約】【課題】装着者の負担を軽減する動作支援装置を提供する。【解決手段】動作支援装置１００は、可動に構成された機構部１１０と、人の動作または生体信号を検知するセンサ１１０と、センサ１１０によって検知された動作または生体信号に応じて、機構部１１０を動かすための動力を機構部１１０に付与するアクチュエータ１２０と、それぞれ機構部１３０の端部に突設された３枚以上の板バネからなり、その３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から機構部１１０に与える衝撃を抑える緩衝部１４０とを備え、３枚以上の板ばねのそれぞれは、機構部１１０の端部から対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。【選択図】図２
2019014013.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人に装着されて前記人の動作を支援する動作支援装置であって、
可動に構成された機構部と、
前記人の動作または生体信号を検知するセンサと、
前記センサによって検知された動作または生体信号に応じて、前記機構部を動かすための動力を前記機構部に付与するアクチュエータと、
それぞれ前記機構部の端部に突設された３枚以上の板バネを有し、前記３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から前記機構部に与える衝撃を抑える緩衝部とを備え、
前記３枚以上の板バネのそれぞれは、
前記機構部の端部から前記対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている
動作支援装置。
【請求項２】
前記機構部は、
前記人の脚に装着され、前記アクチュエータから付与される動力によって前記人の歩行を支援し、
前記緩衝部の３枚以上の板バネは、
前記機構部の端部である、前記人の足が載置される足底部に突設され、
前記対象物である床面または地面からの衝撃を抑える
請求項１に記載の動作支援装置。
【請求項３】
前記緩衝部が有する板バネの数が３枚であり、３枚の板バネの材質がクロムバナジウム鋼鋼材である場合、前記３枚の板バネのそれぞれの長さｌ、幅ｂおよび厚さｔは、
【数１】
2019014013.tif 000031
であって、かつ
2019014013.tif 000032
の条件を満たす
請求項２に記載の動作支援装置。
【請求項４】
前記動作支援装置は、
前記機構部、前記アクチュエータおよび前記緩衝部からなる脚機構を２つ備え、
２つの前記脚機構のうちの一方は、前記人の左脚の動作を支援し、
２つの前記脚機構のうちの他方は、前記人の右脚の動作を支援し、
２つの前記脚機構のそれぞれでは、当該脚機構が有する前記３枚以上の板バネのうち、前記人の左右の方向において他方の脚機構側に突出する板バネの突出量は、前記他方の脚機構側と反対側に突出する板バネの突出量よりも小さい
請求項２に記載の動作支援装置。
【請求項５】
前記機構部は、
前記アクチュエータから付与される動力によって移動する軸部材を有し、前記軸部材の移動によって、前記人が前記対象物を移動させる動作を支援し、
前記緩衝部の３枚以上の板バネは、
前記機構部の端部である、前記軸部材の先端に突設され、
移動する前記対象物が固定物に当接するときに前記対象物から前記軸部材に与える衝撃を抑える
請求項１に記載の動作支援装置。
【請求項６】
前記緩衝部が有する板バネの数が３枚であり、３枚の板バネの材質がクロムバナジウム鋼鋼材である場合、前記３枚の板バネのそれぞれの長さｌ、幅ｂおよび厚さｔは、
【数２】
2019014013.tif 000033
であって、かつ
2019014013.tif 000034
の条件を満たす
請求項５に記載の動作支援装置。
【請求項７】
人に装着されて前記人の動作を支援する動作支援装置に備えられるエンドエフェクタであって、
前記動作支援装置は、
可動に構成された機構部と、
前記人の動作または生体信号を検知するセンサと、
前記センサによって検知された動作または生体信号に応じて、前記機構部を動かすための動力を前記機構部に付与するアクチュエータとを備え、
前記エンドエフェクタは、
それぞれ前記機構部の端部に突設された３枚以上の板バネを有し、前記３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から前記機構部に与える衝撃を抑え、
前記３枚以上の板バネのそれぞれは、
前記機構部の端部から前記対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている
エンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人に装着されてその人の動作を支援する動作支援装置およびエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、人に装着されて、その人の動作を支援する動作支援装置（パワーアシストスーツともいう）が提案されている。動作支援装置は、可動に構成された機構部を備えており、アクチュエータにより発生する動力によりその機構部を駆動することで人の動作を支援する（例えば特許文献１参照）。より具体的には、動作支援装置は、人の動作をセンサまたはスイッチなどによって取得し、取得した動作に連動するように、アクチュエータの動力の大きさまたはタイミング等を調整することで、人の動作を支援する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１４７９４４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、上記特許文献１の動作支援装置では、その動作支援装置を装着する人である装着者に負担がかかるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、装着者の負担を軽減する動作支援装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る動作支援装置は、人に装着されて前記人の動作を支援する動作支援装置であって、可動に構成された機構部と、前記人の動作または生体信号を検知するセンサと、前記センサによって検知された動作または生体信号に応じて、前記機構部を動かすための動力を前記機構部に付与するアクチュエータと、それぞれ前記機構部の端部に突設された３枚以上の板バネを有し、前記３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から前記機構部に与える衝撃を抑える緩衝部とを備え、前記３枚以上の板バネのそれぞれは、前記機構部の端部から前記対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。
【０００７】
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】
【０００８】
本発明の動作支援装置は、装着者の負担を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１における動作支援装置を斜め前方から見た斜視図である。
【図２】図２は、実施の形態１における動作支援装置の主要構成を示す図である。
【図３】図３は、実施の形態１における緩衝部が平地に接地されている状態を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態１における緩衝部が斜面に接地されている状態を示す図である。
【図５】図５は、実施の形態１における所定の条件を満たす板バネの寸法と、その寸法に対応する特性とを示す図である。
【図６】図６は、実施の形態１の変形例に係る緩衝部の構成を示す図である。
【図７】図７は、実施の形態２における動作支援装置を後斜め上方から見た斜視図である。
【図８】図８は、実施の形態２における緩衝部の構成を示す図である。
【図９】図９は、実施の形態２における緩衝部のバネ保持部の速度変化を示す図である。
【図１０】図１０は、実施の形態２における緩衝部が上昇して積載物を天井に押し付ける状態を示す図である。
【図１１】図１１は、実施の形態２における所定の条件を満たす板バネの寸法と、その寸法に対応する特性とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本発明の基礎となった知見）
例えば、装着者の歩行を支援する重作業用の動作支援装置は、その装置自体と装着者とを支持して直立するために、装着者の足が載置される足底部の部材として、高い剛性を有する平板とラバーソールとを用いている。つまり、装着者は、左右の足のそれぞれを２つの足底部の上面に載せて、それらの足底部のラバーソールが配置されている裏面を接地させて歩行する。
【００１１】
しかし、その足底部が接地した瞬間に、装置自体および装着者の重量による床反力が発生し、装着者の足に衝撃を与えることがある。したがって、従来の動作支援装置では、装着者の歩行を支援しながらも、その装着者に負担をかけてしまうという問題がある。その負担を軽減するために、動作支援装置は、足底部を装着者の足の動きに遅れずに追従させながら、足に衝撃を与えないようにその足を踏み下ろさせる制御を行う必要がある。しかし、この場合には、動作支援装置の制御が複雑になってしまう。
【００１２】
さらに、装着者のバランスをとるためには、装着者の外骨格の重心がフットプリントから外れないようにしなければならない。そのためには、高い剛性を有する足底部を装着者の足裏と比較して広くしなければならず、不整地または斜面での歩行が困難になるという問題もある。
【００１３】
また、動作支援装置が、積載物の上昇または移動を支援する装置であっても、その積載物を天井または壁面などの固定物に当てたり、押し付けたりするときに、上述と同様、装着者に衝撃を与える。つまり、積載物が固定物に接触した瞬間に、その固定物から積載物を介して装着者に衝撃が伝わる。また、その積載物が固定物に接触した瞬間に大きな反力が生じるため、積載物を固定物に接触したときにその積載物を停止させることが困難になる。このように、積載物の上昇または移動を支援する動作支援装置であっても、装着者に負担をかけてしまう。
【００１４】
このような問題を解決するために、本発明の一態様に係る動作支援装置は、人に装着されて前記人の動作を支援する動作支援装置であって、可動に構成された機構部と、前記人の動作または生体信号を検知するセンサと、前記センサによって検知された動作または生体信号に応じて、前記機構部を動かすための動力を前記機構部に付与するアクチュエータと、それぞれ前記機構部の端部に突設された３枚以上の板バネを有し、前記３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から前記機構部に与える衝撃を抑える緩衝部とを備え、前記３枚以上の板バネのそれぞれは、前記機構部の端部から前記対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。
【００１５】
これにより、機構部が動くことによって対象物から反力を受ける場合であっても、対象物から機構部に与える衝撃は緩衝部によって抑えられるため、動作支援装置を装着する人である装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。つまり、緩衝部が３枚以上の板バネからなるため、対象物への当接の瞬間に生じる対象物からの反力を、３枚以上の板バネのそれぞれのたわみによって逃がすことができる。言い換えれば、その反力を吸収することができる。また、３枚以上の板バネのそれぞれがたわむにつれて反力が増加するため、その対象物への機構部の押し込み加減を力感として装着者に伝えることができる。その結果、装着者は動作支援装置を的確に操作することができる。さらに、３枚以上の板バネのそれぞれが、機構部の端部から対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されているため、安定した姿勢で対象物を押圧することができる。さらに、３枚以上の板バネのそれぞれが自在にたわむため、対象物の形状に関わらず、動作支援装置、装着者および対象物の姿勢を安定させることができる。その結果、装着者の負担を軽減することができる。また、緩衝部が３枚以上の板バネからなるため、動作支援装置の構成を複雑にすることなく、装着者の負担を簡単に軽減することができる。
【００１６】
例えば、前記機構部は、前記人の脚に装着され、前記アクチュエータから付与される動力によって前記人の歩行を支援し、前記緩衝部の３枚以上の板バネは、前記機構部の端部である、前記人の足が載置される足底部に突設され、前記対象物である床面または地面からの衝撃を抑えてもよい。
【００１７】
これにより、床面または地面から機構部を介して装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。さらに、３枚以上の板バネのそれぞれが、機構部の端部から床面または地面側に向けて互いの間隔が広がるように配置されているため、装着者の歩行を安定した姿勢で支援することができる。さらに、それらの３枚以上の板バネが床面または地面に当接するときには、それらの板バネがたわむため、床面または地面が傾斜していても不整地であっても、それらの面の形状に関わらず、装着者の姿勢を安定させることができる。したがって、装着者の姿勢を安定させるための高精度な姿勢制御を省くことができる。
【００１８】
ここで、前記緩衝部が有する板バネの数が３枚であり、３枚の板バネの材質がクロムバナジウム鋼鋼材である場合、前記３枚の板バネのそれぞれの長さｌ、幅ｂおよび厚さｔは、
【数１】
2019014013.tif 000003
であって、かつ
2019014013.tif 000004
の条件を満たしてもよい。
【００１９】
これにより、装着者が斜面を歩行するときにも、装着者に伝わる衝撃を軽減しながら、安定した姿勢でその歩行を支援することができる。
【００２０】
また、前記動作支援装置は、前記機構部、前記アクチュエータおよび前記緩衝部からなる脚機構を２つ備え、２つの前記脚機構のうちの一方は、前記人の左脚の動作を支援し、２つの前記脚機構のうちの他方は、前記人の右脚の動作を支援し、２つの前記脚機構のそれぞれでは、当該脚機構が有する前記３枚以上の板バネのうち、前記人の左右の方向において他方の脚機構側に突出する板バネの突出量は、前記他方の脚機構側と反対側に突出する板バネの突出量よりも小さくてもよい。
【００２１】
これにより、装着者の両脚内側への板バネの突出量は少ないため、装着者の左右のそれぞれの脚にある板バネの接触または衝突などの干渉を抑えることができ、装着者の歩行を容易にすることができる。
【００２２】
また、前記機構部は、前記アクチュエータから付与される動力によって移動する軸部材を有し、前記軸部材の移動によって、前記人が前記対象物を移動させる動作を支援し、前記緩衝部の３枚以上の板バネは、前記機構部の端部である、前記軸部材の先端に突設され、移動する前記対象物が固定物に当接するときに前記対象物から前記軸部材に与える衝撃を抑えてもよい。
【００２３】
これにより、対象物である積載物から機構部を介して装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。例えば、固定物である天井まで積載物を押し上げてその天井に押し付けるときに、その衝撃を軽減することができる。
【００２４】
また、前記緩衝部が有する板バネの数が３枚であり、３枚の板バネの材質がクロムバナジウム鋼鋼材である場合、前記３枚の板バネのそれぞれの長さｌ、幅ｂおよび厚さｔは、
【数２】
2019014013.tif 000005
であって、かつ
2019014013.tif 000006
の条件を満たしてもよい。
【００２５】
これにより、安定して積載物を上昇させて固定物に押し付けることができる。
【００２６】
また、本発明の一態様に係るエンドエフェクタは、人に装着されて前記人の動作を支援する動作支援装置に備えられるエンドエフェクタであって、前記動作支援装置は、可動に構成された機構部と、前記人の動作または生体信号を検知するセンサと、前記センサによって検知された動作または生体信号に応じて、前記機構部を動かすための動力を前記機構部に付与するアクチュエータとを備え、前記エンドエフェクタは、それぞれ前記機構部の端部に突設された３枚以上の板バネを有し、前記３枚以上の板バネのそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から前記機構部に与える衝撃を抑え、前記３枚以上の板バネのそれぞれは、前記機構部の端部から前記対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。
【００２７】
これにより、上述と同様に、動作支援装置の装着者への負担を軽減することができる。
【００２８】
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。
【００２９】
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、ステップ、ステップの順序などは、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。
【００３０】
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。また、以下の実施の形態において、略円柱状または略平行などの表現を用いている。例えば、略円柱状は、完全に円柱状であることを意味するだけでなく、実質的に円柱状である、すなわち、例えば数％程度の誤差を含むことも意味する。他の「略」を用いた表現についても同様である。
【００３１】
（実施の形態１）
本開示では、装着者に動作支援装置が装着された状態において、装着者の左右方向をＸ軸方向とし、装着者の前後方向をＹ軸方向とし、装着者の上下方向をＺ軸方向とする。また、装着者の左側をＸ軸方向プラス側とし、装着者の右側をＸ軸方向マイナス側とする。また、装着者の前側をＹ軸方向プラス側とし、装着者の後側をＹ軸方向マイナス側とする。また、装着者の上側をＺ軸方向プラス側とし、装着者の下側をＺ軸方向マイナス側とする。なお、各図において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向およびＺ軸方向のそれぞれを示す矢印が示す方向を、それぞれの方向におけるプラス側とし、矢印とは反対側の方向を、それぞれの方向におけるマイナス側とする。
【００３２】
［動作支援装置の全体構成］
図１は、本実施の形態における動作支援装置を斜め前方から見た斜視図である。
【００３３】
図１に示すように、動作支援装置１００は、胴体部材１０と、上脚部材２０と、下脚部材３０と、足部材４０と、緩衝部５０と、アクチュエータ１４および１５とを備える。また、動作支援装置１００は、さらに、背中部材６１と、肩部材６２と、アクチュエータ６３と、荷台６４と、肩ベルト６５と、上腕部材７０とを備えていてもよい。
【００３４】
胴体部材１０は、装着者の胴体の側方に配置され、胴体に装着される部材である。胴体部材１０は、２つの本体部１１と、本体部１１の間に固定される長尺板状の腰部１２と、腰ベルト１３とを有する。腰ベルト１３は、装着者の腰の左右方向の両外側に、それぞれ２つの本体部１１が位置するように、装着者の腰を腰部１２の所定の位置に固定するためのベルトである。本体部１１には、動作支援装置１００の動作を制御するコンピュータと、そのコンピュータ、アクチュエータ１４、１５および６３に電力を供給するバッテリが設けられていてもよい。本体部１１および腰部１２は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。腰ベルト１３は、ナイロンもしくはシリコーンなどの樹脂、金属、または革（人工皮革を含む）などにより構成される。
【００３５】
なお、上脚部材２０、下脚部材３０および足部材４０からなる機構部と、アクチュエータ１４および１５からなるアクチュエータセットとは、２つの本体部１１のそれぞれに１つずつ設けられる。つまり、動作支援装置１００は、２つの機構部と、２つのアクチュエータセットとを有する。２つの機構部のうちの左側の機構部と、２つのアクチュエータセットのうちの左側のアクチュエータセットとは、装着者の左脚に用いられる。また、２つの機構部のうちの右側の機構部と、２つのアクチュエータセットのうちの右側のアクチュエータセットとは、装着者の右脚に用いられる。２つの機構部は、それぞれの形状が左右対称で異なる以外は、同様の構成であり、２つのアクチュエータセットも、それぞれの形状が左右対称で異なる以外は、同様の構成である。
【００３６】
したがって、以下では、片側の機構部およびアクチュエータセットの構成について主に説明する。
【００３７】
アクチュエータ１４は、胴体部材１０に設けられ、上脚部材２０を胴体部材１０に対して回転させる。アクチュエータ１５は、上脚部材２０と下脚部材３０との間に設けられ、下脚部材３０を上脚部材２０に対して回転させる。アクチュエータ１４および１５のそれぞれは、例えばモータである。
【００３８】
上脚部材２０は、装着者の大腿部の側方に配置される、長尺板状の部材である。上脚部材２０は、具体的には、バンド２１によって装着者の大腿部に装着される。このとき、上脚部材２０は、その大腿部よりもＸ軸方向外側の位置に、大腿部に対して略平行に配置される。また、上脚部材２０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が胴体部材１０の本体部１１に対して回転自在に接続され、Ｚ軸方向マイナス側の端部が下脚部材３０に対して回転自在に接続されている。具体的には、上脚部材２０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が胴体部材１０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。つまり、上脚部材２０は、装着者の股関節に対応する位置で、本体部１１に対して回転自在に接続されている。また、上脚部材２０は、Ｚ軸方向マイナス側の端部が下脚部材３０に対してＸ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。つまり、上脚部材２０は、装着者の膝関節に対応する位置で、下脚部材３０に対して回転自在に接続されている。上脚部材２０は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００３９】
下脚部材３０は、装着者の下腿部の側方に配置される、長尺板状の部材である。下脚部材３０は、具体的には、装着者の下腿部の前側を支持する支持部３１により、下腿部のＸ軸方向外側の位置に、下腿部に対して略平行に配置される。下脚部材３０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が上脚部材２０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。下脚部材３０は、Ｚ軸方向マイナス側の端部が足部材４０に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸３３を軸として回転自在に接続されている。つまり、下脚部材３０は、装着者の足関節に対応する位置で、足部材４０に対して回転自在に接続されている。下脚部材３０は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００４０】
足部材４０は、装着者の足の側方および下方に配置される部材である。足部材４０は、装着者の足が載置される足底部４１と、足底部４１から上方に突出している柱状部４２と、柱状部４２に固定されて装着者の踵の後側を支持する踵支持部４３と、足底部４１の前側の部分に配置され、装着者のつま先を覆うカバー部４４とを有する。足部材４０は、足底部４１、踵支持部４３、およびカバー部４４により装着者の足に装着される。柱状部４２は、上端が下脚部材３０の下端と回転自在に接続されている。足部材４０は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００４１】
なお、胴体部材１０、上脚部材２０および足部材４０の各部材を、装着者の対応する各部位に装着するための構成は、胴体部材１０、上脚部材２０および足部材４０を、それぞれ装着者の胴体、大腿部および足に装着できれば上記に限るものではなく、従来用いられる公知の技術を用いて構成することができる。
【００４２】
このように、胴体部材１０、上脚部材２０、下脚部材３０および足部材４０は、それぞれ、装着者の胴体、大腿部、下脚部および足に対応して配置される。少なくとも、胴体部材１０、上脚部材２０および足部材４０は、装着者の胴体、大腿部および足に装着される。また、下脚部材３０は、装着者の下腿部に装着される構成ではないとしたが、装着者の下腿部に装着される構成としてもよい。
【００４３】
背中部材６１は、装着者の背中に配置される部材である。背中部材６１は、胴体部材１０の腰部１２の上部に固定され、Ｚ軸方向プラス側に延びる長尺板状部材である。背中部材６１は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００４４】
肩部材６２は、背中部材６１の上部のＸ軸方向の両側からＸ軸方向に沿って外側に突出している部材であり、装着者の両肩の位置に配置される２つの部材である。肩部材６２は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００４５】
荷台６４は、背中部材６１に設けられ、Ｚ軸方向に垂直な板状部材であり、荷物を載せることが可能な棚状の部材である。荷台６４には、荷物を荷台６４に固定するためのバンドが設けられていてもよい。なお、荷台６４は、必ずしも背中部材６１に設けられていなくてもよい。
【００４６】
肩ベルト６５は、背中部材６１に接続され、装着者の肩に装着される部材である。肩ベルト６５は、背中部材６１のＸ軸方向プラス側の部位、および、Ｘ軸方向マイナス側の部位のそれぞれに設けられる。つまり、肩ベルト６５は、装着者の両肩に対応した位置に設けられる。肩ベルト６５は、ナイロンもしくはシリコーンなどの樹脂、金属、または革（人工皮革を含む）などにより構成される。
【００４７】
なお、上腕部材７０およびアクチュエータ６３は、２つの肩部材６２のそれぞれに１つずつ設けられる（つまり、１つの動作支援装置１００に対して２つずつ設けられる）が、それぞれの形状が左右対称で異なる以外は、同様の構成であるので、以下では、片側の構成について主に説明する。
【００４８】
アクチュエータ６３は、肩部材６２に設けられ、上腕部材７０を肩部材６２に対して回転させる。アクチュエータ６３は、例えば、モータである。
【００４９】
上腕部材７０は、装着者の上腕部に装着される、棒状の部材である。上腕部材７０は、具体的には、装着者の上腕部を支持する支持部７１により、上腕部の後側（Ｙ軸方向マイナス側）の位置に、上腕部に対して略平行に装着される。支持部７１には、図示しないが、支持部７１と共に装着者の上腕部を囲うバンドが設けられていてもよい。
【００５０】
上腕部材７０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が肩部材６２に対して回転自在に接続されている。具体的には、上腕部材７０は、Ｚ軸方向プラス側の端部が肩部材６２に対して、Ｘ軸方向に沿った方向に延びる回転軸を軸として回転自在に接続されている。つまり、上腕部材７０は、装着者の肩関節に対応する位置で、肩部材６２に対して回転自在に接続されている。上腕部材７０は、例えば、金属または樹脂などにより構成される。
【００５１】
ここで、本実施の形態における動作支援装置１００は、２つの緩衝部５０を備えている。この２つの緩衝部５０のそれぞれは、機構部に含まれる足部材４０の足底部４１の裏面に突設された３枚の板バネ５１〜５３を有する。そして、この３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの先端側が対象物に当接するときには、当該対象物から機構部に与える衝撃を抑える。なお、機構部は、可動に構成された機構部であって、本実施の形態では、上述のように、上脚部材２０、下脚部材３０、および足部材４０からなる。
【００５２】
図２は、本実施の形態における動作支援装置１００の主要構成を示す図である。
【００５３】
動作支援装置１００は、機構部１３０と、センサ１１０と、アクチュエータ１２０と、緩衝部５０とを備える。機構部１３０は、可動に構成された上述の機構部である。センサ１１０は、装着者である人の動作または生体信号を検知する。このようなセンサ１１０は、圧力センサ、加速度センサ、筋電センサ、または脳波センサであってもよく、操作スイッチまたはエンコーダであってもよい。また、センサ１１０は、複数のセンサを含んでいてもよく、動作支援装置１００のうちの何れかの部位に配置される。アクチュエータ１２０は、例えば上述のアクチュエータ１４および１５のうちの少なくとも一方からなり、センサ１１０によって検知された動作または生体信号に応じて、機構部１３０を動かすための動力を機構部１３０に付与する。
【００５４】
本実施の形態における３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれは、機構部１３０の端部から対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されている。また、本実施の形態では、機構部１３０は、人の脚に装着され、アクチュエータ１２０から付与される動力によって人の歩行を支援する。また、緩衝部５０の３枚の板バネ５１〜５３は、機構部１３０の端部である、人の足が載置される足底部４１に突設され、対象物である床面または地面からの衝撃を抑える。
【００５５】
これにより、機構部１３０が動くことによって対象物から反力を受ける場合であっても、対象物から機構部１３０に与える衝撃は緩衝部５０によって抑えられるため、動作支援装置１００を装着する人である装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。つまり、緩衝部５０が３枚の板バネ５１〜５３からなるため、対象物への当接の瞬間に生じる対象物からの反力を、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれのたわみによって逃がすことができる。言い換えれば、その反力を吸収することができる。また、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれがたわむにつれて反力が増加するため、その対象物への機構部１３０の押し込み加減を力感として装着者に伝えることができる。その結果、装着者は動作支援装置１００を的確に操作することができる。さらに、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれが、機構部１３０の端部から対象物側に向けて互いの間隔が広がるように配置されているため、安定した姿勢で対象物を押圧することができる。さらに、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれが自在にたわむため、対象物の形状に関わらず、動作支援装置１００、装着者および対象物の姿勢を安定させることができる。その結果、装着者の負担を軽減することができる。また、緩衝部５０が３枚の板バネ５１〜５３からなるため、動作支援装置１００の構成を複雑にすることなく、装着者の負担を簡単に軽減することができる。
【００５６】
また、本実施の形態では、対象物である床面または地面から機構部１３０を介して装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。さらに、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれが、機構部１３０の端部から床面または地面側に向けて互いの間隔が広がるように配置されているため、装着者の歩行を安定した姿勢で支援することができる。さらに、３枚の板バネ５１〜５３が床面または地面に当接するときには、それらの板バネ５１〜５３がたわむため、床面または地面が傾斜していても不整地であっても、それらの面の形状に関わらず、装着者の姿勢を安定させることができる。したがって、装着者の姿勢を安定させるための高精度な姿勢制御を省くことができる。
【００５７】
［緩衝部の詳細］
以下、緩衝部５０について詳細に説明する。
【００５８】
図３は、緩衝部５０が平地に接地されている状態を示す図である。具体的には、図３の（ａ）は、装着者の右足の緩衝部５０をＺ軸方向プラス側から見た上面図であり、図３の（ｂ）は、その緩衝部５０をＸ軸方向マイナス側から見た側面図である。
【００５９】
図３の（ａ）および（ｂ）に示すように、緩衝部５０は、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの一端を保持するバネ保持部５４を備える。このバネ保持部５４は、例えば略円柱状に形成され、足底部４１の裏面に固定されている。また、ＸＹ平面において、バネ保持部５４の中心は、直立状態の装着者の重心に略一致する。なお、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの平地に接地する点を結んで囲まれる範囲（図３の（ａ）に示す一点鎖線の三角形の範囲）は、有効接地面であって、平地における装着者の重心位置の許容範囲である。
【００６０】
バネ保持部５４に保持される３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれは、図３の（ａ）に示すように、ＸＹ平面において、そのバネ保持部５４から互いに異なる方向に突出している。具体的には、板バネ５１は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向に対して角度θだけＸ軸方向プラス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ５２は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向に対して角度θだけＸ軸方向マイナス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ５３は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向マイナス側に突出している。図３の（ａ）に示す例では、角度θは６０°であって、３つの板バネ５１〜５３のそれぞれの間の角度は等しく、１２０°である。なお、角度θは、例えば３０°〜６０°の範囲の任意の角度であってもよい。
【００６１】
また、板バネ５１〜５３のそれぞれは、図３の（ｂ）に示すように、ＸＹ平面に対して傾いている。具体的には、板バネ５１〜５３のそれぞれの先端を除く各部位は、板バネの先端に近いほど、Ｚ軸方向マイナス側に位置する。また、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの一面（裏面ともいう）は、Ｚ軸方向マイナス側に向けられている。さらに、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの先端側は、Ｚ軸方向プラス側に折れ曲がっている。
【００６２】
ここで、図３の（ｂ）に示すように、装着者が動作支援装置１００を装着し、緩衝部５０が平地に接地している状態では、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの基端側は、平地に対して角度α（例えば１５０°）だけ傾いている。また、３枚の板バネ５１〜５３のそれぞれの先端側は、平地に対して角度β（例えば３０°）だけ傾いている。なお、角度αは、１８０°以下の鈍角であって、角度βは鋭角である。また、角度αは、板バネ５１〜５３のたわみしろが残るように、１８０°以下に設定されている。
【００６３】
＜平地接地時の板バネの特性＞
ここで、図３の（ｂ）に示すように、装着者が動作支援装置１００を装着し、緩衝部５０が平地に接地している状態において必要とされる板バネ５１〜５３の特性について説明する。
【００６４】
本実施の形態における動作支援装置１００の前提条件は、以下の（表１）のとおりである。
【００６５】
【表１】
2019014013.tif 000007
【００６６】
上記（表１）の前提条件において、緩衝部５０が図３の（ｂ）に示すように平地に接地されている場合には、板バネ５１〜５３のそれぞれにかかる負荷Ｗ０は、Ｗ０＝４００Ｎ／３＝１３３Ｎである。
【００６７】
また、１枚の板バネの曲げ応力σ０は、σ０＝Ｍ／Ｚと表される。なお、Ｍは曲げモーメントであり、Ｍ＝Ｗ０ｌとして表される。したがって、曲げ応力σ０は、以下の（式１）によって表される。
【００６８】
【数３】
2019014013.tif 000008
【００６９】
このときのたわみ量δ０は、以下の（式２）によって表される。
【００７０】
【数４】
2019014013.tif 000009
【００７１】
＜斜面接地時の板バネの特性＞
図４は、緩衝部５０が斜面に接地されている状態を示す図である。
【００７２】
例えば、装着者は、足底部４１が斜面に平行になっている場合には、その斜面に直立することができないため、その足底部４１が水平方向に沿うように重心移動を行う。このとき、その重心移動によって３枚の板バネ５１〜５３のうちの１枚の板バネが圧縮されて、最も負荷のかかる状態になる。したがって、この負荷を許容する特性が板バネ５１〜５３に要求される。
【００７３】
例えば、斜面から装着者の重心までの高さｈは、ｈ＝１０００ｍｍ（すなわち、みぞおち付近）であり、その斜面の勾配を７°と仮定する。なお、一般的な道路の勾配は、１２％、すなわち６．８°以下であって、上述の勾配７°は、その一般的な道路を想定した値である。
【００７４】
重心移動を行う装着者の片足あたりの負荷のうち、前傾方向の分力Ｆ’は、Ｆ’＝Ｆｓｉｎ７°として表される。なお、前傾斜方向は、斜面に沿う方向の下側の向きである。
【００７５】
この分力に対抗する重心移動に伴うモーメントＭ’は、Ｍ’＝１０００×Ｆ’＝１０００×Ｆｓｉｎ７°として表される。このモーメントＭ’が圧縮される板バネ（図４に示す例の場合、板バネ５３）にかかる。したがって、この板バネの負荷をＷ’とすると、以下の（式３）の関係が導出される。
【００７６】
【数５】
2019014013.tif 000010
【００７７】
また、このときの、圧縮される板バネの曲げ応力σ’は、以下の（式４）によって表される。
【００７８】
【数６】
2019014013.tif 000011
【００７９】
この曲げ応力σ’が板バネの使用最大応力σｍａｘを超えないことが必要とされる。したがって、以下の（式５）の関係が導出される。
【００８０】
【数７】
2019014013.tif 000012
【００８１】
装着者の重心移動に伴って圧縮される板バネのたわみ量δ’は、平地接地時のたわみ量δ０と、斜面勾配７°に応じたたわみ量との和として表される。つまり、たわみ量δ’は、δ’＝δ０＋ｌｓｉｎ７°として表される。
【００８２】
ここで、板バネの最大使用応力がかけられたときのたわみ量である最大たわみ量δｍａｘは、以下の（式６）によって示される。なお、板バネの最大負荷Ｗｍａｘと、最大曲げモーメントＭｍａｘとの間には、Ｗｍａｘｌ＝Ｍｍａｘの関係がある。
【００８３】
【数８】
2019014013.tif 000013
【００８４】
また、最大曲げモーメントＭｍａｘと使用最大応力σｍａｘとは、以下の（式７）に示す関係を有する。なお、断面係数Ｚは、慣性モーメントＩを用いて、Ｚ＝２Ｉ／ｔとして表される。
【００８５】
【数９】
2019014013.tif 000014
【００８６】
したがって、最大曲げモーメントＭｍａｘは、以下の（式８）によって示される。
【００８７】
【数１０】
2019014013.tif 000015
【００８８】
したがって、上記（式６）に示される最大たわみ量δｍａｘは、（式８）によって、以下の（式９）のように示される。
【００８９】
【数１１】
2019014013.tif 000016
【００９０】
たわみ量δ’は、この最大たわみ量δｍａｘ以下である必要がある。その結果、以下の（式１０）が導出される。
【００９１】
【数１２】
2019014013.tif 000017
【００９２】
さらに、（式１０）に対して（式２）および（式９）を用いることによって、以下の（式１１）が導出される。
【００９３】
【数１３】
2019014013.tif 000018
【００９４】
したがって、板バネ５１〜５３の寸法は、上記（式５）および（式１１）である以下の条件Ａおよび条件Ｂを満たす必要がある。
【００９５】
【数１４】
2019014013.tif 000019
【００９６】
図５は、上述の条件Ａおよび条件Ｂを満たす板バネ５１〜５３の寸法と、その寸法に対応する特性とを示す図である。寸法は、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌである。また、特性は、重量、有効面積、平地でのたわみ量δ０、おおび斜度７°でのたわみ量δ’である。なお、有効面積は、上述の有効接地面の面積である。
【００９７】
例えば、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、２．５ｍｍ、６５ｍｍおよび１４５ｍｍであれば、その板バネの重量を最小（つまり、０．１８ｋｇ）にすることができる。その結果、動作支援装置１００を軽量化することができる。一方、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．５ｍｍ、４０ｍｍおよび２６０ｍｍであれば、その板バネの重量を最大（つまり、０．２９ｋｇ）にすることができる。その結果、動作支援装置１００の低重心化を図ることができ、歩行時の姿勢を安定にすることができる。
【００９８】
また、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、２．５ｍｍ、７０ｍｍおよび１４０ｍｍであれば、その板バネの有効面積を最小（つまり、１９０９６ｍｍ２）にすることができる。その結果、動作支援装置１００の省スペース化を図ることができる。一方、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．５ｍｍ、４０ｍｍおよび２６０ｍｍであれば、その板バネの有効面積を最大（つまり、６５８６１ｍｍ２）にすることができる。その結果、動作支援装置１００を装着する装着者の転倒を抑えることができ、動作支援装置１００の安定性および安全性を向上することができる。
【００９９】
また、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、２．５ｍｍ、７０ｍｍおよび１４０ｍｍであれば、その板バネのたわみ量δ０およびδ’を最小（つまり、６．５ｍｍおよび２３．５ｍｍ）にすることができる。その結果、板バネ５１〜５３が比較的たわまないため、緩衝部５０が平地または斜面に接地するときの感覚を装着者にダイレクトに伝えることができる。一方、板バネ５１〜５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．５ｍｍ、４０ｍｍおよび２６０ｍｍであれば、その板バネのたわみ量δ０およびδ’を最大（つまり、２６．５ｍｍおよび５８．１ｍｍ）にすることができる。その結果、装着者に伝わる衝撃をより抑えることができる。
【０１００】
このように、動作支援装置１００の使用環境または用途に応じて、条件ＡおよびＢを満たす範囲で、板バネ５１〜５３の寸法を選択すればよい。
【０１０１】
（変形例）
上記実施の形態では、板バネ５１および５２はそれぞれ、Ｙ軸方向から同じ角度θだけ傾いているが、そのＹ軸方向から傾く角度は、板バネ５１と板バネ５２とで異なっていてもよい。
【０１０２】
図６は、本変形例に係る緩衝部５０の構成を示す図である。なお、図６は、緩衝部５０をＺ軸方向プラス側から見た上面図であって、装着者の右足用の緩衝部５０のみを示し、左足用の緩衝部５０を省略している。
【０１０３】
本変形例に係る緩衝部５０の３枚の板バネ５１〜５３は、上記実施の形態と同様に、図６に示すように、ＸＹ平面において、バネ保持部５４から互いに異なる方向に突出している。具体的には、板バネ５１は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向に対して角度θ’だけＸ軸方向プラス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ５２は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向に対して角度θだけＸ軸方向マイナス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ５３は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向マイナス側に突出している。
【０１０４】
ここで、本変形例では、装着者の左右方向の内側に傾く板バネ５１の角度θ’は、装着者の左右方向の外側に傾く板バネ５２の角度θよりも小さい。また、図６に示す例では、右足用の緩衝部５０のみを示すが、左足用の緩衝部５０でも同様に、装着者の内側に傾く板バネ５１の角度θ’が、装着者の外側に傾く板バネ５２の角度θよりも小さくてもよい。
【０１０５】
つまり、本変形例に係る動作支援装置１００は、機構部１３０、アクチュエータ１２０および緩衝部５０からなる脚機構を２つ備える。そして、その２つの脚機構のうちの一方は、装着者の左脚の動作を支援し、その２つの脚機構のうちの他方は、装着者の右脚の動作を支援する。ここで、２つの脚機構のそれぞれでは、その脚機構が有する３枚の板バネ５１〜５３のうち、装着者の左右の方向において他方の脚機構側に突出する板バネの突出量は、その他方の脚機構側と反対側に突出する板バネの突出量よりも小さい。
【０１０６】
これにより、装着者の左足用の緩衝部５０と、右足用の緩衝部５０との干渉を抑えることができる。つまり、装着者の両脚内側への板バネの突出量は少ないため、装着者の左右のそれぞれの脚にある板バネの接触または衝突などの干渉を抑えることができ、装着者の歩行を容易にすることができる。
【０１０７】
（実施の形態２）
図７は、本実施の形態における動作支援装置を後斜め上方から見た斜視図である。
【０１０８】
本実施の形態における動作支援装置２００は、装着者の背中に装着され、積載物３００を鉛直方向上向きに押し上げるリフターとしての機能を有する。例えば、積載物３００は、施設の天井に貼り付けられるパネルであって、動作支援装置２００は、装着者によるその積載物３００の貼り付けを支援する。なお、図７では、動作支援装置２００の構成を分かりやすくするために、動作支援装置２００のうちの積載物３００によって隠れる部分を透視して示す。
【０１０９】
このような動作支援装置２００は、昇降制御機構２１０と、肩ベルト２１１ａと、腰ベルト２１１ｂと、昇降軸２１２と、緩衝部２５０とを備える。
【０１１０】
昇降制御機構２１０は、例えばモータなどのアクチュエータと、そのアクチュエータを駆動させるためのバッテリとを備え、そのアクチュエータの駆動によって昇降軸２１２を昇降させる。
【０１１１】
肩ベルト２１１ａは、装着者の左右の肩にかけられ、腰ベルト２１１ｂは、装着者の腰に巻き付けられる。このような肩ベルト２１１ａおよび腰ベルト２１１ｂは、昇降制御機構２１０を装着者の背中に固定するために用いられる。
【０１１２】
昇降軸２１２は、長尺の円柱状に形成された軸部材である。昇降軸２１２の一端は、昇降制御機構２１０の内部に収納されて、他端である先端には、緩衝部２５０のバネ保持部２５４が取り付けられている。
【０１１３】
緩衝部２５０は、いわゆるエンドエフェクタであって、実施の形態１と同様に、３枚の板バネ２５１〜２５３と、それらの３枚の板バネ２５１〜２５３のそれぞれの一端を保持するバネ保持部２５４とを備える。
【０１１４】
ここで、実施の形態１の緩衝部５０の板バネ５１〜５３は、下向き、すなわちＺ軸方向マイナス側に向けられている。具体的には、板バネ５１〜５３のそれぞれは、バネ保持部２５４からＺ軸方向マイナス側に傾いて突出している。一方、本実施の形態における緩衝部２５０の板バネ２５１〜２５３は、上向き、すなわちＺ軸方向プラス側に向けられ、バネ保持部２５４を介して昇降軸２１２の先端に取り付けられている。具体的には、板バネ２５１〜２５３のそれぞれは、バネ保持部２５４からＺ軸方向プラス側に傾いて突出している。そして、積載物３００は、板バネ２５１〜２５３の先端に載置される。つまり、板バネ２５１〜５３のそれぞれの先端が、積載物３００をＺ軸方向マイナス側から支持する。
【０１１５】
このような本実施の形態における動作支援装置２００は、図２に示す動作支援装置１００と同様に、機構部１３０と、センサ１１０と、アクチュエータ１２０と、緩衝部２５０とを備える。本実施の形態における機構部１３０は、可動に構成された昇降軸２１２である。センサ１１０は、装着者である人の動作または生体信号を検知する。このようなセンサ１１０は、圧力センサ、加速度センサ、筋電センサ、または脳波センサであってもよく、操作スイッチまたはエンコーダであってもよい。また、センサ１１０は、複数のセンサを含んでいてもよく、動作支援装置２００のうちの何れかの部位に配置される。アクチュエータ１２０は、昇降制御機構２１０の内部に取り付けられ、センサ１１０によって検知された動作または生体信号に応じて、機構部１３０（すなわち昇降軸２１２）を動かすための動力を機構部１３０に付与する。
【０１１６】
つまり、本実施の形態では、機構部１３０は、アクチュエータ１２０から付与される動力によって移動する昇降軸２１２を有し、その昇降軸２１２の移動によって、装着者が積載物３００である対象物を移動させる動作を支援する。そして、緩衝部２５０の３枚の板バネ２５１〜２５３は、機構部１３０の端部である、昇降軸２１２の先端に突設される。また、この３枚の板バネ２５１〜２５３は、移動する積載物３００が天井などの固定物に当接するときに、その積載物３００から昇降軸２１２に与える衝撃を抑える。
【０１１７】
これにより、対象物である積載物３００から機構部１３０を介して装着者に伝わる衝撃を軽減することができる。例えば、固定物である天井まで積載物３００を押し上げてその天井に押し付けるときに、その衝撃を軽減することができる。
【０１１８】
以下、このような緩衝部２５０について、詳細に説明する。
【０１１９】
図８は、緩衝部２５０の構成を示す図である。具体的には、図８の（ａ）は、緩衝部２５０をＺ軸方向プラス側から見た上面図であり、図８の（ｂ）は、その緩衝部５０をＸ軸方向マイナス側から見た右側面図である。
【０１２０】
図８の（ａ）に示すように、本実施の形態における３枚の板バネ２５１〜２５３は、実施の形態１の板バネ５１〜５３と同様に、ＸＹ平面において、バネ保持部２５４から互いに異なる方向に突出している。例えば、板バネ２５１は、バネ保持部２５４から、Ｙ軸方向に対して角度θだけＸ軸方向プラス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ１５２は、バネ保持部５４から、Ｙ軸方向に対して角度θだけＸ軸方向マイナス側に傾いた方向に沿って突出している。板バネ２５３は、バネ保持部２５４から、Ｙ軸方向マイナス側に突出している。図８の（ａ）に示す例では、角度θは６０°であって、３つの板バネ２５１〜２５３のそれぞれの間の角度は等しく、１２０°である。なお、角度θは、例えば３０°〜６０°の範囲の任意の角度であってもよい。
【０１２１】
また、これらの板バネ２５１〜２５３のそれぞれは、図８の（ｂ）に示すように、ＸＹ平面に対して傾いている。具体的には、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの先端を除く各部位は、板バネの先端に近いほど、Ｚ軸方向プラス側に位置する。また、３枚の板バネ２５１〜２５３のそれぞれの一面（裏面ともいう）は、Ｚ軸方向プラス側に向けられている。さらに、３枚の板バネ２５１〜２５３のそれぞれの先端側は、Ｚ軸方向マイナス側に折れ曲がっている。
【０１２２】
＜板バネの特性＞
ここで、図８の（ｂ）に示すように、昇降制御機構２１０および昇降軸２１２が積載物３００を押し上げて天井に押し付けるときに必要とされる板バネ２５１〜２５３の特性について説明する。
【０１２３】
本実施の形態における動作支援装置２００の前提条件は、以下の（表２）のとおりである。
【０１２４】
【表２】
2019014013.tif 000020
【０１２５】
なお、上記（表２）における、板バネ立ち上げ角度γは、緩衝部２５０に負荷がかけられていないときの、昇降軸２１２に垂直な平面（図３の（ｂ）に示すＸＹ平面）に対する板バネ２５１〜２５３の傾斜角度である。また、無負荷から追加押し付けまでの板バネたわみ角２５°は、板バネ２５１〜２５３が最もたわんだときに５°（＝３０°−２５°）の立ち上げ角度を残すために設定されている。
【０１２６】
上記（表２）の条件の場合、３枚の板バネ２５１〜２５３は、最大荷重Ｆｍａｘ＝Ｆ＋Ｆ’＝２００Ｎ＋５０Ｎ＝２５０Ｎに耐えられなければならい。このとき、１枚の板バネの負荷Ｗは、Ｗ＝２５０Ｎ／３＝８３Ｎとして表される。
【０１２７】
また、１枚の板バネの曲げ応力σ０は、σ０＝Ｍ／Ｚと表される。なお、Ｍは曲げモーメントであり、Ｍ＝Ｗｌとして表される。したがって、曲げ応力σ０は、以下の（式１２）によって表される。
【０１２８】
【数１５】
2019014013.tif 000021
【０１２９】
この曲げ応力σ０が板バネの使用最大応力σｍａｘを超えないことが必要とされる。したがって、以下の（式１３）の関係が導出される。
【０１３０】
【数１６】
2019014013.tif 000022
【０１３１】
このときの板バネのたわみ量δは、以下の（式１４）によって表される。
【０１３２】
【数１７】
2019014013.tif 000023
【０１３３】
ここで、動作支援装置２００は、積載物３００を押し上げて天井に接触させた後、積載物３００の追加押し付けを行う。
【０１３４】
図９は、緩衝部２５０のバネ保持部２５４の速度変化を示す図である。
【０１３５】
まず、昇降制御機構２１０は、昇降軸２１２の上昇、すなわち緩衝部２５０のバネ保持部２５４の上昇を、例えば一定の加速度で開始させる。そして、バネ保持部２５４の速度ｖが例えばｖ＝２０（ｍ／ｓ）に達すると、昇降制御機構２１０は、その速度ｖを維持しながら、バネ保持部２５４を上昇させる（図８の［１］）。そして、積載物３００が天井に接触して到達すると、昇降制御機構２１０は、さらに、５０Ｎの反力を受けながら停止スイッチが操作されるまでの時間（例えば０．５ｓ）だけ、積載物３００を天井に押し付ける（図８の［２］）。なお、停止スイッチは、上述のセンサ１１０の具体的な一例であって、昇降制御機構２１０に設けられ、装着者によって操作される。この停止スイッチが操作されると、昇降制御機構２１０は、例えば０．２ｓの間に、上昇しているバネ保持部２５４を減速させて停止させる（図８の［３］）。
【０１３６】
したがって、積載物３００が天井に接触、すなわち到達してからのバネ保持部２５４の上昇量ｈは、ｖ＝２０（ｍ／ｓ）を用いて、以下の（式１５）によって示される。
【０１３７】
【数１８】
2019014013.tif 000024
【０１３８】
図１０は、緩衝部２５０が上昇して積載物３００を天井に押し付ける状態を示す図である。なお、図１０の（ａ）は、Ｘ軸方向マイナス側から見た緩衝部２５０の状態を示し、図１０の（ｂ）は、その緩衝部２５０の板バネ２５２がたわむ状態を拡大して示す。
【０１３９】
上述の（式１４）に示すように、板バネのたわみ量δと負荷Ｗとは比例関係にある。したがって、積載物３００が天井に到達してから、バネ保持部２５４の上昇が停止するまでの板バネのたわみ量δ’は、以下の（式１６）のように表される。
【０１４０】
【数１９】
2019014013.tif 000025
【０１４１】
このときのたわみ角γ’は、以下の（式１７）によって示される。
【０１４２】
【数２０】
2019014013.tif 000026
【０１４３】
したがって、板バネのたわみ量δ’とバネ保持部２５４の上昇量ｈとは、以下の（式１８）に示す関係を有する。
【０１４４】
【数２１】
2019014013.tif 000027
【０１４５】
また、（式１８）から、上記（式１５）および（式１６）を用いて、以下の（式１９）の関係を導出することができる。
【０１４６】
【数２２】
2019014013.tif 000028
【０１４７】
さらに、（式１９）から、上記（式１４）を用いて、以下の（式２０）の関係を導出することができる。
【０１４８】
【数２３】
2019014013.tif 000029
【０１４９】
したがって、板バネ２５１〜２５３の寸法は、上記（式１３）および（式２０）である以下の条件Ａおよび条件Ｂを満たす必要がある。
【０１５０】
【数２４】
2019014013.tif 000030
【０１５１】
図１１は、上述の条件Ａおよび条件Ｂを満たす板バネ２５１〜２５３の寸法と、その寸法に対応する特性とを示す図である。寸法は、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌである。また、特性は、重量および有効面積である。なお、有効面積は、３枚の板バネ２５１〜２５３のそれぞれの積載物３００に接触する点を結んで囲まれる範囲（図８の（ａ）に示す一点鎖線の三角形の範囲）の面積である。
【０１５２】
例えば、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．０ｍｍ、１５ｍｍおよび２４８ｍｍであれば、その板バネの重量を最小（つまり、０．０８７ｋｇ）にすることができる。その結果、動作支援装置２００の軽量化を図ることができるとともに、消費電力を抑えることができる。一方、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．５ｍｍ、３０ｍｍおよび３６５ｍｍであれば、その板バネの重量を最大（つまり、０．３０１ｋｇ）にすることができる。
【０１５３】
また、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、２．０ｍｍ、３０ｍｍおよび２１０ｍｍであれば、その板バネの有効面積を最小（つまり、４２９６６ｍｍ２）にすることができる。その結果、動作支援装置２００の省スペース化を図ることができる。一方、板バネ２５１〜２５３のそれぞれの厚さｔ、幅ｂおよび長さｌが、３．５ｍｍ、３０ｍｍおよび３６５ｍｍであれば、その板バネの有効面積を最大（つまり、１２９７９８ｍｍ２）にすることができる。その結果、広い面積を有する積載物３００を安定して支えることができ、動作支援装置２００の安定性および安全性を向上することができる。
【０１５４】
このように、動作支援装置２００の使用環境または用途に応じて、条件ＡおよびＢを満たす範囲で、板バネ２５１〜２５３の寸法を選択すればよい。
【０１５５】
（その他の実施の形態）
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、実施の形態およびその変形例に基づいて説明したが、本発明は、この実施の形態およびその変形例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または変形例に施したものや、実施の形態および変形例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てもよい。
【０１５６】
例えば、実施の形態１およびその変形例では、動作支援装置１００は、図１に示す構成を有するが、図１に示す構成は一例であって、その構成に限らず他の構成であってもよい。例えば、動作支援装置１００は、上腕部材７０およびアクチュエータ６３を備えていなくてもよい。つまり、本発明に係る動作支援装置は、図２に示すように、可動に構成された機構部１３０と、センサ１１０と、アクチュエータ１２０と、緩衝部５０とそれぞれ少なくとも１つ備えていればよい。
【０１５７】
また、実施の形態１およびその変形例と、実施の形態２とでは、緩衝部は３枚の板バネを備えているが、その板バネの数は３枚以上であればよく、４枚であっても、５枚であってもよい。さらに、緩衝部に備えられた３枚の板バネの特性は何れも同じであるが、それぞれの特性が異なっていてもよい。例えば、実施の形態１では、板バネ５１および５２の方が板バネ５３よりもたわみ易い特性を有していてもよい。これにより、装着者の前方への歩行を適切に支援することができる。
【０１５８】
また、実施の形態２では、動作支援装置２００は、積載物３００を上に持ち上げて天井に押し付けるが、その積載物３００の移動方向は鉛直上向きに限定されない。例えば、動作支援装置２００は、平面に載置されている積載物３００に緩衝部２５０を接触させ、その平面に沿わせて移動させ、壁面などの固定物に押し付けてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５９】
本発明に係る動作支援装置は、装着者の負担を軽減することができるという効果を奏し、例えば、人の動作を支援するパワーアシストスーツなどに適用することができる。
【符号の説明】
【０１６０】
１０    胴体部材
１１    本体部
１２    腰部
１３    腰ベルト
１４、１５、６３、１２０    アクチュエータ
２０    上脚部材
３０    下脚部材
３１    支持部
４０    足部材
４１    足底部
４２    柱状部
４３    踵支持部
４４    カバー部
５０、２５０    緩衝部
５１〜５３、２５１〜２５３    板バネ
５４、２５４    バネ保持部
６１    背中部材
６２    肩部材
６４    荷台
６５    肩ベルト
７０    上腕部材
７１    支持部
１００、２００    動作支援装置
２１０    昇降制御機構
２１２    昇降軸
２１１ａ  肩ベルト
２１１ｂ  腰ベルト
【図１】
2019014013.tif 000035
【図２】
2019014013.tif 000036
【図３】
2019014013.tif 000037
【図４】
2019014013.tif 000038
【図５】
2019014013.tif 000039
【図６】
2019014013.tif 000040
【図７】
2019014013.tif 000041
【図８】
2019014013.tif 000042
【図９】
2019014013.tif 000043
【図１０】
2019014013.tif 000044
【図１１】
2019014013.tif 000045