(57)【要約】【課題】被補助者が左右両肩の高さを互いに大きく異ならせて行なう動作についても補助可能とする。【解決手段】脚フレーム１５０と、背中フレーム１２０と、肩フレーム１１０と、２つの上腕フレーム１３０ａ，１３０ｂと、２つの前腕フレーム１４０ａ，１４０ｂと、背中フレーム１２０を脚フレーム１５０に連結する第１連結機構と、肩フレーム１１０を背中フレーム１２０に連結する第２連結機構と、上腕フレーム１３０ａ，１３０ｂを肩フレーム１１０にそれぞれ連結する２つの第３連結機構と、前腕フレーム１４０ａ，１４０ｂを上腕フレーム１３０ａ，１３０ｂにそれぞれ連結する２つの第４連結機構とを備える。【選択図】図４
2015157001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
脚フレームと、
前記脚フレームに一端が連結されて前記脚フレームに支持された背中フレームと、
前記背中フレームの他端に中央部が連結されて前記背中フレームに支持された肩フレームと、
前記肩フレームの両端の各々に一端が連結されて前記肩フレームに支持された２つの上腕フレームと、
前記上腕フレームの他端にそれぞれ連結されて前記上腕フレームに支持された２つの前腕フレームと、
前記背中フレームを前記脚フレームに連結しつつ、前後方向に前記背中フレームを回転駆動する第１連結機構と、
前記背中フレームの前記一端と前記背中フレームの前記他端とを結ぶ第１仮想軸に平行な第１軸部を中心に回転可能および前記背中フレームの前記第１仮想軸に垂直な第２軸部を中心に回転可能に、前記肩フレームを前記背中フレームに連結する第２連結機構と、
前記肩フレームの前記両端を結ぶ第２仮想軸と前記背中フレームの前記第１仮想軸とが互いに垂直に位置している状態において前記第１軸部に平行な第３軸部を中心に回転可能に、前記上腕フレームを前記肩フレームにそれぞれ連結しつつ、前記上腕フレームの前記一端と前記上腕フレームの前記他端とを結ぶ第３仮想軸と前記肩フレームの前記第２仮想軸とが互いに垂直に位置している状態において前記肩フレームの前記第２仮想軸に平行な第４軸部を中心に、前記上腕フレームを回転駆動する２つの第３連結機構と、
前記前腕フレームを前記上腕フレームにそれぞれ連結しつつ、前記第４軸部に平行な第５軸部を中心に前記前腕フレームを回転駆動する２つの第４連結機構とを備える、運動補助装置。
【請求項２】
前記前腕フレームに設けられ、被補助者の前腕に装着されて該前腕を支持する支持部をさらに備える、請求項１に記載の運動補助装置。
【請求項３】
前記第２連結機構は、前記第１軸部を中心に前記肩フレームを回転可能とする第１受動回転連結機構、および、前記第２軸部を中心に前記肩フレームを回転可能とする第２受動回転連結機構を含み、
前記第３連結機構は、前記第３軸部を中心に前記上腕フレームを回転可能とする第３受動回転連結機構を含み、
前記第１受動回転連結機構、前記第２受動回転連結機構および前記第３受動回転連結機構の各々は、回転方向の衝撃を緩和する回転抵抗部材を含む、請求項１または２に記載の運動補助装置。
【請求項４】
前記第１軸部、前記第２軸部および前記第３軸部の少なくとも１つには、回転角度を検出するポジションセンサが取り付けられている、請求項３に記載の運動補助装置。
【請求項５】
前記第２連結機構は、前記第１軸部を中心に前記肩フレームを回転駆動する第１能動回転連結機構、および、前記第２軸部を中心に前記肩フレームを回転駆動する第２能動回転連結機構を含み、
前記第３連結機構は、前記第３軸部を中心に前記上腕フレームを回転駆動する第３能動回転連結機構を含む、請求項１または２に記載の運動補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、運動補助装置に関し、特に、上肢装着型の運動補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
人体の肩の動きをスムーズに補助することを目的とした運動補助装置を開示した先行文献として、特開２００９−２６８８３９号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載された運動補助装置は、胸部に対して相対的に固定される背面スパンと、腕を背面スパンに対して回転運動させるための肩甲上腕関節部と、肩甲上腕関節部を背面スパンに対して上下運動又は／及び回転運動させるための背面スパンに連結された肩甲胸郭関節部と、を有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−２６８８３９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載された運動補助装置においては、被補助者が肩を左右に大きく傾けた場合、その動作に追従することができないため、被補助者が左右両肩の高さを互いに大きく異ならせて行なう動作について補助することができない。
【０００５】
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたものであって、被補助者が左右両肩の高さを互いに大きく異ならせて行なう動作についても補助可能な運動補助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】
【０００６】
本発明に基づく運動補助装置は、脚フレームと、脚フレームに一端が連結されて脚フレームに支持された背中フレームと、背中フレームの他端に中央部が連結されて背中フレームに支持された肩フレームと、肩フレームの両端の各々に一端が連結されて肩フレームに支持された２つの上腕フレームと、上腕フレームの他端にそれぞれ連結されて上腕フレームに支持された２つの前腕フレームと、背中フレームを脚フレームに連結しつつ、前後方向に背中フレームを回転駆動する第１連結機構と、背中フレームの一端と背中フレームの他端とを結ぶ第１仮想軸に平行な第１軸部を中心に回転可能および背中フレームの第１仮想軸に垂直な第２軸部を中心に回転可能に、肩フレームを背中フレームに連結する第２連結機構と、肩フレームの両端を結ぶ第２仮想軸と背中フレームの第１仮想軸とが互いに垂直に位置している状態において第１軸部に平行な第３軸部を中心に回転可能に、上腕フレームを肩フレームにそれぞれ連結しつつ、上腕フレームの一端と上腕フレームの他端とを結ぶ第３仮想軸と肩フレームの第２仮想軸とが互いに垂直に位置している状態において肩フレームの第２仮想軸に平行な第４軸部を中心に、上腕フレームを回転駆動する２つの第３連結機構と、前腕フレームを上腕フレームにそれぞれ連結しつつ、第４軸部に平行な第５軸部を中心に前腕フレームを回転駆動する２つの第４連結機構とを備える。
【０００７】
本発明の一形態においては、運動補助装置は、前腕フレームに設けられ、被補助者の前腕に装着されて前腕を支持する支持部をさらに備える。
【０００８】
本発明の一形態においては、第２連結機構は、第１軸部を中心に肩フレームを回転可能とする第１受動回転連結機構、および、第２軸部を中心に肩フレームを回転可能とする第２受動回転連結機構を含む。第３連結機構は、第３軸部を中心に上腕フレームを回転可能とする第３受動回転連結機構を含む。第１受動回転連結機構、第２受動回転連結機構および第３受動回転連結機構の各々は、回転方向の衝撃を緩和する回転抵抗部材を含む。
【０００９】
本発明の一形態においては、第１軸部、第２軸部および第３軸部の少なくとも１つには、回転角度を検出するポジションセンサが取り付けられている。
【００１０】
本発明の一形態においては、第２連結機構は、第１軸部を中心に肩フレームを回転駆動する第１能動回転連結機構、および、第２軸部を中心に肩フレームを回転駆動する第２能動回転連結機構を含む。第３連結機構は、第３軸部を中心に上腕フレームを回転駆動する第３能動回転連結機構を含む。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、被補助者が左右両肩の高さを互いに大きく異ならせて行なう動作についても補助できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態１に係る運動補助装置を被補助者が装着した状態を示す側面図である。
【図２】図１の装着状態を矢印ＩＩ方向から見た背面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係る運動補助装置を被補助者が装着した状態の上半身側を模式的に示す斜視図である。
【図４】本発明の実施形態１に係る運動補助装置の上部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５】本発明の実施形態１に係る運動補助装置の第２連結機構および第３連結機構の構成の一部を示す斜視図である。
【図６】本発明の実施形態１に係る運動補助装置の第２連結機構の構成を示す正面図である。
【図７】本発明の実施形態１に係る運動補助装置の第３連結機構の構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の実施形態１に係る運動補助装置の第３連結機構の構成を示す正面図である。
【図９】ポジションセンサにおける回転角度と出力電圧比との関係を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施形態１に係る運動補助装置におけるポジションセンサを含む姿勢制御回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】被補助者が前屈みになってベッドに寝ている被介護者の下に両手を差し入れる動作状態を示す斜視図である。
【図１２】被補助者が前屈みになる前の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。
【図１３】被補助者が前屈みになりつつ腕を下げている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。
【図１４】被補助者が両腕を外側に開いている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す斜視図である。
【図１５】被補助者が被介護者を抱え上げる動作状態を示す斜視図である。
【図１６】被補助者が被介護者をベッドから引き上げる動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。
【図１７】被補助者が被介護者をベッドから引き上げて姿勢を起こしている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。
【図１８】被補助者が被介護者を抱きかかえて車椅子に接近する動作状態を示す斜視図である。
【図１９】被補助者が被介護者を抱きかかえている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す正面図である。
【図２０】被補助者が被介護者を抱きかかえている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す斜視図である。
【図２１】被補助者が被介護者を車椅子に着座させる動作状態を示す斜視図である。
【図２２】本発明の実施形態２に係る運動補助装置の上部の構成を模式的に示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の各実施形態に係る運動補助装置について図を参照して説明する。以下の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。以下の実施形態の説明においては、運動補助装置として、介護用の移乗支援装置について説明するが、運動補助装置の用途は介護用に限られず、種々の用途に適用可能である。
【００１４】
(実施形態１)
図１は、本発明の実施形態１に係る運動補助装置を被補助者が装着した状態を示す側面図である。図２は、図１の装着状態を矢印ＩＩ方向から見た背面図である。図３は、本実施形態に係る運動補助装置を被補助者が装着した状態の上半身側を模式的に示す斜視図である。図４は、本実施形態に係る運動補助装置の上部の構成を模式的に示す斜視図である。
【００１５】
図１，２においては、運動補助装置を装着した被補助者１が、被介護者２を抱き上げた状態を示している。図３，４においては、後述する、脚フレーム１５０、背中フレーム１２０、肩フレーム１１０、右上腕フレーム１３０ａ、左上腕フレーム１３０ｂ、右前腕フレーム１４０ａおよび左前腕フレーム１４０ｂの各々について、両端を結ぶ仮想軸を示している。
【００１６】
図１〜４に示すように、本発明の実施形態１に係る運動補助装置１０は、脚フレーム１５０と、脚フレーム１５０に一端が連結されて脚フレーム１５０に支持された背中フレーム１２０とを備える。
【００１７】
脚フレーム１５０は、上下方向に直線状に延びる柱状部材からなり、電動モータ３２０を搭載した台車１６０に支持されている。台車１６０は、電動モータ３２０の駆動により任意の方向に移動可能に構成されている。なお、脚フレーム１５０および台車１６０が、二足歩行ロボットのように構成されていてもよい。背中フレーム１２０は、互いに間隔を置いて並列に配置された２本の柱状部材によって構成されている。
【００１８】
運動補助装置１０は、背中フレーム１２０の他端に中央部が連結されて背中フレーム１２０に支持された肩フレーム１１０と、肩フレーム１１０の両端の各々に一端が連結されて肩フレーム１１０に支持された右上腕フレーム１３０ａおよび左上腕フレーム１３０ｂとを備える。具体的には、肩フレーム１１０の右端に、右上腕フレーム１３０ａの一端が連結されている。肩フレーム１１０の左端に、左上腕フレーム１３０ｂの一端が連結されている。
【００１９】
運動補助装置１０は、右上腕フレーム１３０ａの他端に連結されて右上腕フレーム１３０ａに支持された右前腕フレーム１４０ａ、および、左上腕フレーム１３０ｂの他端に連結されて左上腕フレーム１３０ｂに支持された左前腕フレーム１４０ｂを備える。
【００２０】
脚フレーム１５０、背中フレーム１２０、肩フレーム１１０、右上腕フレーム１３０ａ、左上腕フレーム１３０ｂ、右前腕フレーム１４０ａおよび左前腕フレーム１４０ｂの各々は、アルミニウムなどの金属製の直線状に延びる中空部材によって構成されているが、これに限られず、湾曲していてもよく、中実部材によって構成されていてもよく、ＦＲＰ(Fiber Reinforced Plastics)などの樹脂製であってもよい。
【００２１】
また、右前腕フレーム１４０ａおよび左前腕フレーム１４０ｂの各々は、被補助者１の前腕に装着された際に、被補助者１の前腕にフィットするように、横断面にて湾曲形状を有していてもよい。
【００２２】
運動補助装置１０は、背中フレーム１２０を脚フレーム１５０に連結しつつ、軸部３１２を中心に図４中の矢印３１で示す前後方向に背中フレーム１２０を回転駆動する第１連結機構を備える。第１連結機構は、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を有する能動回転連結機構３１０からなる。
【００２３】
運動補助装置１０は、背中フレーム１２０の一端と背中フレーム１２０の他端とを結ぶ第１仮想軸１２０ｘに平行な第１軸部２２２を中心に図４中の矢印２２で示す方向に回転可能、および、背中フレーム１２０の第１仮想軸１２０ｘに垂直な第２軸部２１２を中心に図４中の矢印２１で示す方向に回転可能に、肩フレーム１１０を背中フレーム１２０に連結する第２連結機構を備える。
【００２４】
本実施形態においては、第２連結機構は、第１軸部２２２を中心に肩フレーム１１０を回転可能とする第１受動回転連結機構２２０、および、第２軸部２１２を中心に肩フレーム１１０を回転可能とする第２受動回転連結機構２１０を含む。
【００２５】
運動補助装置１０は、肩フレーム１１０の両端を結ぶ第２仮想軸１１０ｘと背中フレーム１２０の第１仮想軸１２０ｘとが互いに垂直に位置している状態において第１軸部２２２に平行な右側第３軸部２３２ａを中心に図４中の矢印２３ａで示す方向に回転可能に、右上腕フレーム１３０ａを肩フレーム１１０に連結しつつ、右上腕フレーム１３０ａの一端と右上腕フレーム１３０ａの他端とを結ぶ右側第３仮想軸１３０ａｘと肩フレーム１１０の第２仮想軸１１０ｘとが互いに垂直に位置している状態において肩フレーム１１０の第２仮想軸１１０ｘに平行な右側第４軸部３３２ａを中心に図４中の矢印３３ａで示す方向に、右上腕フレーム１３０ａを回転駆動する右側第３連結機構を備える。
【００２６】
本実施形態においては、右側第３連結機構は、右側第３軸部２３２ａを中心に右上腕フレーム１３０ａを回転可能とする右側第３受動回転連結機構２３０ａ、および、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を有する右側能動回転連結機構３３０ａを含む。
【００２７】
運動補助装置１０は、肩フレーム１１０の第２仮想軸１１０ｘと背中フレーム１２０の第１仮想軸１２０ｘとが互いに垂直に位置している状態において第１軸部２２２に平行な左側第３軸部２３２ｂを中心に図４中の矢印２３ｂで示す方向に回転可能に、左上腕フレーム１３０ｂを肩フレーム１１０に連結しつつ、左上腕フレーム１３０ｂの一端と左上腕フレーム１３０ｂの他端とを結ぶ左側第３仮想軸１３０ｂｘと肩フレーム１１０の第２仮想軸１１０ｘとが互いに垂直に位置している状態において肩フレーム１１０の第２仮想軸１１０ｘに平行な左側第４軸部３３２ｂを中心に図４中の矢印３３ｂで示す方向に、左上腕フレーム１３０ｂを回転駆動する左側第３連結機構を備える。
【００２８】
本実施形態においては、左側第３連結機構は、左側第３軸部２３２ｂを中心に左上腕フレーム１３０ｂを回転可能とする左側第３受動回転連結機構２３０ｂ、および、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を有する左側能動回転連結機構３３０ｂを含む。
【００２９】
運動補助装置１０は、右前腕フレーム１４０ａを右上腕フレーム１３０ａに連結しつつ、右側第４軸部３３２ａに平行な右側第５軸部３４２ａを中心に図４中の矢印３４ａで示す方向に右前腕フレーム１４０ａを回転駆動する右側第４連結機構を備える。右側第４連結機構は、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を有する右側能動回転連結機構３４０ａからなる。
【００３０】
運動補助装置１０は、左前腕フレーム１４０ｂを左上腕フレーム１３０ｂに連結しつつ、左側第４軸部３３２ｂに平行な左側第５軸部３４２ｂを中心に図４中の矢印３４ｂで示す方向に左前腕フレーム１４０ｂを回転駆動する左側第４連結機構とを備える。左側第４連結機構は、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を有する左側能動回転連結機構３４０ｂからなる。
【００３１】
図１，３に示すように、運動補助装置１０は、右前腕フレーム１４０ａに設けられ、被補助者１の右前腕に装着されて右前腕を支持する右側支持部４４０ａを備える。運動補助装置１０は、左前腕フレーム１４０ｂに設けられ、被補助者１の左前腕に装着されて左前腕を支持する左側支持部４４０ｂを備える。右側支持部４４０ａおよび左側支持部４４０ｂとしては、面ファスナが設けられて環状に固定可能なバンドなどを用いることができる。
【００３２】
各々の能動回転連結機構が有する電動サーボモータは、数１００Ｗクラス以上の増幅制御回路を有し、被介護者を抱きかかえて被介護者の姿勢を変更する駆動力を供給する。電動サーボモータの１個当たりの重量は５ｋｇ〜１０ｋｇ程度である。
【００３３】
以下、第１受動回転連結機構２２０、第２受動回転連結機構２１０、右側第３受動回転連結機構２３０ａおよび左側第３受動回転連結機構２３０ｂの各々の構成について詳細に説明する。なお、左側第３受動回転連結機構２３０ｂの構成は、右側第３受動回転連結機構２３０ａの構成と同様であるため、右側第３受動回転連結機構２３０ａの構成についてのみ説明する。
【００３４】
図５は、本実施形態に係る運動補助装置の第２連結機構および第３連結機構の構成の一部を示す斜視図である。図６は、本実施形態に係る運動補助装置の第２連結機構の構成を示す正面図である。図７は、本実施形態に係る運動補助装置の第３連結機構の構成を示す斜視図である。図８は、本実施形態に係る運動補助装置の第３連結機構の構成を示す正面図である。
【００３５】
図５，６に示すように、第２連結機構の第１受動回転連結機構２２０は、背中フレーム１２０の他端に連結されたハウジング２２９と、ハウジング２２９の収容部２２９ａ内に収容されたアンギュラ玉軸受２２１と、アンギュラ玉軸受２２１の内輪に挿入されて抜け止めされた第１軸部２２２と、図６中の矢印２２で示す回転方向の衝撃を緩和する回転抵抗部材を含む。
【００３６】
本実施形態においては、回転抵抗部材として、羊毛からなる円環状のフェルトディスク２２３を、ハウジング２２９の収容部２２９ａ内に配置している。具体的には、フェルトディスク２２３の貫通孔内に第１軸部２２２が挿入された状態で、ハウジング２２９の内面とアンギュラ玉軸受２２１の正面または背面との間にフェルトディスク２２３が挟まれている。
【００３７】
フェルトディスク２２３によって第１軸部２２２の回転抵抗が増加することにより、第１軸部２２２に加わった回転方向の衝撃が被補助者１にそのまま伝わることを抑制できる。その結果、被介護者２を抱き上げるなどの被介護者２の姿勢を変える際に被補助者１に負荷される荷重の変動を緩やかにすることができる。
【００３８】
第２連結機構の第２受動回転連結機構２１０は、ハウジング２１９と、ハウジング２１９の収容部２１９ａに収容されて互いに間隔を置いて対向する２つのアンギュラ玉軸受２１１と、２つのアンギュラ玉軸受２１１の各々の内輪に挿入されて抜け止めされた第２軸部２１２と、図６中の矢印２１で示す回転方向の衝撃を緩和する回転抵抗部材を含む。
【００３９】
図５に示すように、ハウジング２１９の下部に貫通孔２１９ｂが設けられている。第１受動回転連結機構２２０の第１軸部２２２は、貫通孔２１９ｂに挿入されてハウジング２１９に対して固定されている。
【００４０】
第２軸部２１２は、肩フレーム１１０の中央部の下部に設けられた突出部１１１と連結されている。肩フレーム１１０の中央部は、アンギュラ玉軸受２１１同士の間に位置している。
【００４１】
本実施形態においては、回転抵抗部材として、羊毛からなる円環状のフェルトディスク２１３を、ハウジング２１９の収容部２１９ａ内に配置している。具体的には、フェルトディスク２１３の貫通孔内に第２軸部２１２が挿入された状態で、ハウジング２１９の内面とアンギュラ玉軸受２１１の正面または背面との間にフェルトディスク２１３が挟まれている。
【００４２】
フェルトディスク２１３によって第２軸部２１２の回転抵抗が増加することにより、第２軸部２１２に加わった回転方向の衝撃が被補助者１にそのまま伝わることを抑制できる。その結果、被介護者２を抱き上げるなどの被介護者２の姿勢を変える際に被補助者１に負荷される荷重の変動を緩やかにすることができる。
【００４３】
図５，７，８に示すように、右側第３連結機構の右側第３受動回転連結機構２３０ａは、肩フレーム１１０の右端に連結されて貫通孔が設けられた１対のジョイントリンク２３４ａと、右側能動回転連結機構３３０ａに連結されて貫通孔が設けられた１対のアタッチリンク２３５ａと、ジョイントリンク２３４ａおよびアタッチリンク２３５ａの間にそれぞれ配置された２つのアンギュラ玉軸受２３１ａと、ジョイントリンク２３４ａの貫通孔、アタッチリンク２３５ａの貫通孔、および、アンギュラ玉軸受２３１ａの内輪に挿入されて抜け止めされた右側第３軸部２３２ａと、図５中の矢印２３ａで示す回転方向の衝撃を緩和する回転抵抗部材を含む。
【００４４】
本実施形態においては、回転抵抗部材として、羊毛からなる円環状のフェルトディスク２３３ａを、アタッチリンク２３５ａとアンギュラ玉軸受２３１ａとの間に配置している。具体的には、フェルトディスク２３３ａの貫通孔内に右側第３軸部２３２ａが挿入された状態で、アタッチリンク２３５ａの内面とアンギュラ玉軸受２３１ａの正面または背面との間にフェルトディスク２３３ａが挟まれている。
【００４５】
フェルトディスク２３３ａによって右側第３軸部２３２ａの回転抵抗が増加することにより、右側第３軸部２３２ａに加わった回転方向の衝撃が被補助者１にそのまま伝わることを抑制できる。その結果、被介護者２を抱き上げるなどの被介護者２の姿勢を変える際に被補助者１に負荷される荷重の変動を緩やかにすることができる。
【００４６】
上記のように、本実施形態においては回転抵抗部材としてフェルトディスクを用いたが、回転抵抗部材はフェルトディスクに限られず、たとえば、オイルダンパなどの急激な荷重負荷を緩和できる部材であればよい。
【００４７】
本実施形態においては、右側第３軸部２３２ａに、回転角度を検出するポジションセンサ２３９ａが取り付けられている。ポジションセンサ２３９ａにおいては、右側第３軸部２３２ａの回転に伴う内部抵抗値の変化によって出力電圧が変化する。ポジションセンサ２３９ａは、出力電圧を測定することにより、右側第３軸部２３２ａの回転角度を検出する。
【００４８】
本実施形態においては、第３連結機構の第３軸部にポジションセンサを取り付けたが、これに限られず、第２連結機構の第１軸部、第２軸部および第３連結機構の第３軸部の少なくとも１つにポジションセンサを取り付けるようにしてもよい。
【００４９】
図９は、ポジションセンサにおける回転角度と出力電圧比との関係を示すグラフである。図９においては、縦軸に出力電圧比(％)、横軸に回転角度(°)を示している。
【００５０】
図９に示すように、たとえば、アルプス電気製のポジションセンサ(製品番号：ＲＤＣ５０１０１５Ａ)を用いることにより、−１６０°〜＋１６０°の回転角度範囲において、±２％のリニアリティの精度で出力電圧を測定することができる。
【００５１】
図１０は、本実施形態に係る運動補助装置におけるポジションセンサを含む姿勢制御回路の構成を示すブロック図である。図１０に示すように、本実施形態に係る運動補助装置１０は、動作モード切り替え機構３と、ＩＯ(Input/Output)ボード５と、電動サーボモータ制御回路６とを備える。
【００５２】
動作モード切り替え機構３は、被介護者２を抱き上げるなどの被介護者２の姿勢を変える際に、運動補助装置１０の動作モードを切り替える。たとえば、被補助者１の姿勢を前屈みにする動作モードの後、被介護者２を抱き上げる動作モードに切り替える。
【００５３】
動作モード切り替え機構３によって運動補助装置１０の動作モードが切り替えられることにより、ポジションセンサ４の出力電圧値が変化する。ポジションセンサ４の出力電圧値は、ＩＯボード５を経由して、各々の能動回転連結機構の電動サーボモータ７を駆動制御する電動サーボモータ制御回路６に送信される。
【００５４】
電動サーボモータ制御回路６は、受信したポジションセンサ４からの出力電圧値に基づいて、各々の電動サーボモータ７の駆動制御を補正する。このように、ポジションセンサ４の出力電圧値を電動サーボモータ７の駆動制御に反映させることにより、切り替え後の動作モードを適切に行なうことが可能となる。
【００５５】
以下、本実施形態に係る運動補助装置１０の動作について説明する。以下の動作説明においては、被補助者が、ベッドに寝ている被介護者を車椅子に移乗する一連の動作について説明する。なお、以下の説明においては、一方の側面視にて動作を説明する場合があるが、この場合は、運動補助装置１０の左右両方において同様の動作が行なわれている。
【００５６】
図１１は、被補助者が前屈みになってベッドに寝ている被介護者の下に両手を差し入れる動作状態を示す斜視図である。図１２は、被補助者が前屈みになる前の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。図１３は、被補助者が前屈みになりつつ腕を下げている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。図１４は、被補助者が両腕を外側に開いている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す斜視図である。
【００５７】
図１１に示すように、被補助者１が前屈みになってベッド８に寝ている被介護者２の下に両手を差し入れる際には、被介護者２の頸部および膝部の下方に手を差し入れる。
【００５８】
この動作をアシストするために、図１２に示すように直立した状態の運動補助装置１０は、図１３に示すように、能動回転連結機構３１０を矢印３１ｘで示す方向に駆動させて、背中フレーム１２０を前傾させ、左側能動回転連結機構３３０ｂを矢印３３ｂｘで示す方向に駆動させて、左上腕フレーム１３０ｂを下側に傾け、左側能動回転連結機構３４０ｂを矢印３４ｂｘで示す方向に駆動させて、左前腕フレーム１４０ｂを下側に傾ける。
【００５９】
さらに、運動補助装置１０は、図１４に示すように、右側第３受動回転連結機構２３０ａを矢印２３ａｘで示す方向に駆動させ、かつ、左側第３受動回転連結機構２３０ｂを矢印２３ｂｘで示す方向に駆動させることにより、右前腕フレーム１４０ａおよび左前腕フレーム１４０ｂを互いに離れるように外側に移動させる。
【００６０】
図１５は、被補助者が被介護者を抱え上げる動作状態を示す斜視図である。図１６は、被補助者が被介護者をベッドから引き上げる動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。図１７は、被補助者が被介護者をベッドから引き上げて姿勢を起こしている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す側面図である。
【００６１】
図１５に示すように被補助者１が被介護者２を抱え上げる際には、運動補助装置１０は、図１６に示すように、左側能動回転連結機構３３０ｂを矢印３３ｂｙで示す方向に駆動させて、左上腕フレーム１３０ｂを上側に傾け、左側能動回転連結機構３４０ｂを矢印３４ｂｙで示す方向に駆動させて、左前腕フレーム１４０ｂを上側に傾ける。さらに、運動補助装置１０は、図１７に示すように、能動回転連結機構３１０を矢印３１ｙで示す方向に駆動させて、背中フレーム１２０を起こさせる。
【００６２】
図１８は、被補助者が被介護者を抱きかかえて車椅子に接近する動作状態を示す斜視図である。図１９は、被補助者が被介護者を抱きかかえている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す正面図である。図２０は、被補助者が被介護者を抱きかかえている動作状態にある時の運動補助装置の上部の姿勢を示す斜視図である。
【００６３】
図１８に示すように、被補助者１が被介護者２を抱きかかえる際には、被補助者１は、被介護者２の背中および膝部の下方に手を回して被介護者２を支える。この動作に運動補助装置１０が追従するために、運動補助装置１０は、図１９に示すように、第２受動回転連結機構２１０を矢印２１ｘで示す方向に回転させて、肩フレーム１１０の左端が上昇するように肩フレーム１１０を傾斜させる。
【００６４】
また、運動補助装置１０は、図２０に示すように、第１受動回転連結機構２２０を矢印２２ｘで示す方向に回転させ、右側第３受動回転連結機構２３０ａを矢印２３ａｙで示す方向に回転させ、左側第３受動回転連結機構２３０ｂを矢印２３ｂｙで示す方向に回転させることにより、肩フレーム１１０の右端を左端より前方に出す。
【００６５】
さらに、運動補助装置１０は、電動モータ３２０を駆動させて、台車１６０を車椅子９に近づくように移動させる。
【００６６】
図２１は、被補助者が被介護者を車椅子に着座させる動作状態を示す斜視図である。図２１に示すように、被補助者１が被介護者２を車椅子９に着座させる際には、被補助者１は、姿勢を前傾しつつ、左前腕の傾斜角度は維持しつつ右前腕を下側に傾斜させる。
【００６７】
この動作に運動補助装置１０が追従するために、運動補助装置１０は、図１９，２０に示すように、被介護者２の体型などに合わせて、第１受動回転連結機構２２０、第２受動回転連結機構２１０、右側第３受動回転連結機構２３０ａおよび左側第３受動回転連結機構２３０ｂの各々を回転させる。
【００６８】
上記のように、第２受動回転連結機構２１０によって肩フレーム１１０を大きく傾斜させることができる。そのため、被補助者１が肩を左右に大きく傾けた場合にも、運動補助装置１０はその動作に追従できる。よって、運動補助装置１０は、被補助者１が左右両肩の高さを互いに大きく異ならせて行なう動作について補助可能である。
【００６９】
運動補助装置１０は、第１連結機構、第２連結機構、第３連結機構および第４連結機構を備えていることにより、被補助者１および被介護者２への負担を軽減しつつ、被補助者１の様々な動作に追従することができる。
【００７０】
以下、本発明の実施形態２に係る運動補助装置について説明する。なお、本実施形態に係る運動補助装置２０は、受動回転連結機構が能動回転連結機構にて構成されている点のみ実施形態１に係る運動補助装置１０と異なるため、他の構成については説明を繰り返さない。
【００７１】
(実施形態２)
図２２は、本発明の実施形態２に係る運動補助装置の上部の構成を模式的に示す斜視図である。図２２に示すように、本発明の実施形態２に係る運動補助装置２０の第２連結機構は、第１軸部３６２を中心に矢印３６で示す方向に肩フレーム１１０を回転駆動する第１能動回転連結機構３６０、および、第２軸部３５２を中心に矢印３５で示す方向に肩フレーム１１０を回転駆動する第２能動回転連結機構３５０を含む。
【００７２】
運動補助装置２０の右側第３連結機構は、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を各々有する右側第３能動回転連結機構３７０ａおよび右側能動回転連結機構３３０ａを含む。右側第３能動回転連結機構３７０ａは、右側第３軸部３７２ａを中心に矢印３７ａで示す方向に右上腕フレーム１３０ａを回転駆動する。
【００７３】
運動補助装置２０の左側第３連結機構は、回転駆動力を供給する電動サーボモータおよび減速機構を各々有する左側第３能動回転連結機構３７０ｂおよび左側能動回転連結機構３３０ｂを含む。左側第３能動回転連結機構３７０ｂは、左側第３軸部３７２ｂを中心に矢印３７ｂで示す方向に左上腕フレーム１３０ｂを回転駆動する。
【００７４】
本実施形態に係る運動補助装置２０においては、第１連結機構、第２連結機構、第３連結機構および第４連結機構の全てが、電動サーボモータを有しているため、被補助者１への荷重負担を低減することができる。また、電動サーボモータの１つ当たりの出力を小さくすることが可能となる。
【００７５】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００７６】
１  被補助者、２  被介護者、３  動作モード切り替え機構、４，２３９ａ  ポジションセンサ、５  ＩＯボード、６  電動サーボモータ制御回路、７  電動サーボモータ、８  ベッド、９  車椅子、１０，２０  運動補助装置、１１０  肩フレーム、１１０ｘ  第２仮想軸、１１１  突出部、１２０  背中フレーム、１２０ｘ  第１仮想軸、１３０ａ  右上腕フレーム、１３０ａｘ，１３０ｂｘ  第３仮想軸、１３０ｂ  左上腕フレーム、１４０ａ  右前腕フレーム、１４０ｂ  左前腕フレーム、１５０  脚フレーム、１６０  台車、２１０  第２受動回転連結機構、２１１，２２１，２３１ａ  アンギュラ玉軸受、２１２，３５２  第２軸部、２１３，２２３，２３３ａ  フェルトディスク、２１９，２２９  ハウジング、２１９ａ  収容部、２１９ｂ  貫通孔、２２０  第１受動回転連結機構、２２２，３６２  第１軸部、２３０ａ，２３０ｂ  第３受動回転連結機構、２３２ａ，２３２ｂ，３７２ａ，３７２ｂ  第３軸部、２３４ａ  ジョイントリンク、２３５ａ  アタッチリンク、３１０  能動回転連結機構、３１２  軸部、３２０  電動モータ、３３０ａ，３４０ａ  右側能動回転連結機構、３３０ｂ，３４０ｂ  左側能動回転連結機構、３３２ａ，３３２ｂ  第４軸部、３４２ａ，３４２ｂ  第５軸部、３５０  第２能動回転連結機構、３６０  第１能動回転連結機構、３７０ａ，３７０ｂ  第３能動回転連結機構、４４０ａ  右側支持部、４４０ｂ  左側支持部。
【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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【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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