(57)【要約】【課題】外骨格型ロボットに比べて、軽量で、装着性が良く、調整機構を必要としない非外骨格型ロボティックウエアを提案すること。【解決手段】非外骨格型ロボティックウエア１は、そのウエア関節部５〜８を除き、人体の皮膚表面に沿うように可撓性のある素材から構成されている。装着状態において、回転アクチュエータ１３の回転をアシスト力として人体Ｐに伝達する第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は、伸縮性ウエア２によって人体Ｐの表面に沿った形状に撓み、人体Ｐに密着した状態になる。人体関節部の動きに応じて回転アクチュエータ１３を回転駆動させると、人体Ｐに密着した状態の第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２がウエア関節部５を中心として旋回する。第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は所定の剛性を備え、密着している人体の部位に所定のアシスト力を伝える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウエア関節部と、
前記ウエア関節部の関節軸中心線を中心として相対回転可能な状態で、前記ウエア関節部に取り付けた第１アシスト力伝達部材および第２アシスト力伝達部材と、
前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるために前記ウエア関節部に取り付けた回転アクチュエータと、
ウエア着用者における人体関節部を中心として屈曲・伸展する一方の第１人体部分および他方の第２人体部分のそれぞれと一体となって所定の屈曲・伸展方向に移動するように、前記第１アシスト力伝達部材および前記第２アシスト力伝達部材を前記ウエア着用者に装着する装着部材と、
を有し、
前記第１、第２アシスト力伝達部材は、前記屈曲・伸展方向へのアシスト力を前記第１、第２人体部分に伝達可能な剛性を備えていることを特徴とする非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項２】
前記第１アシスト力伝達部材および前記第２アシスト力伝達部材のうちの少なくとも一方は、前記ウエア関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記板部分は、ウエア着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている請求項１に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項３】
前記板部分は、前記連結板部分に対して取り付け位置が変更可能である請求項２に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項４】
前記装着部材として、前記第１アシスト力伝達部材に取り付けた第１ベルトと、前記第２アシスト力伝達部材に取り付けた第２ベルトとを備えており、
前記第１ベルトは、前記第１人体部分を取り囲む状態で当該第１人体部分に装着可能であり、
前記第２ベルトは、前記第２人体部分を取り囲む状態で当該第２人体部分に装着可能である請求項１、２または３に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項５】
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのうちの少なくとも一方のベルトは、当該ベルトが取り付けられている前記第１アシスト力伝達部材あるいは前記第２アシスト力伝達部材に対して取付け位置が変更可能である請求項４に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項６】
前記第１ベルトおよび前記第２ベルトのそれぞれは、長さ調整が可能なベルト、および、伸縮可能な素材からなるベルトのうちの少なくとも一方である請求項４または５に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項７】
前記ウエア関節部として、左右のウエア股関節部のうちの少なくとも一方が備わっており、
前記第１アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の腰部側面に配置される腰部支持板であり、当該腰部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第１ベルトはウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルトであり、
前記第２アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板であり、当該大腿部上部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心
線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第２ベルトは、ウエア着用者の大腿部の上部分を取り囲む大腿部上部ベルトであり、前記大腿部上部支持板の前記板部分に取り付けられている請求項４、５または６に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項８】
前記腰部支持板は、前記第１ベルトである腰部ベルトに対する取り付け位置が変更可能となっている請求項７に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項９】
前記腰部ベルトは、面ファスナーによって相互に接合されたインナーベルトとアウターベルトを備え、
前記腰部支持板は、前記インナーベルトと前記アウターベルトの間に挟持されていると共に、これらに対して面ファスナーによって固定されており、
前記腰部支持板は、前記腰部ベルトに対する取り付け位置が変更可能となっている請求項８に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１０】
前記第２ベルトである大腿部上部ベルトは、前記大腿部上部支持板に対する取り付け位置が変更可能となっている請求項７、８または９に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１１】
前記ウエア関節部として、左右のウエア膝関節部のうちの少なくとも一方が備わっており、
前記第１アシスト力伝達部材は大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板であり、
当該大腿部下部支持板は、前記ウエア膝関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、
前記第１ベルトは、大腿部の下部分を取り囲む大腿部下部ベルトであり、前記大腿部下部支持板の前記板部分に取り付けられており、
前記第２アシスト力伝達部材は下腿部に配置される下腿部支持板であり、
前記下腿部支持板の下端部は、ウエア着用者の下腿部における膝関節よりも足関節に近い位置まで延びており、
前記第２ベルトとして、ウエア着用者の下腿部の上部分を取り囲む下腿部上部ベルトと、下腿部の下部分を取り囲む下腿部下部ベルトを備えている請求項４ないし８のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１２】
前記下腿部上部ベルトおよび前記下腿部下部ベルトは、前記下腿部支持板に対してスライド可能な状態で取り付けられている請求項１１に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１３】
前記回転アクチュエータは、前記ウエア関節部に対して、着脱可能な状態で取り付けられている請求項１ないし１２のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１４】
前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるコントロールユニットを有している請求項１ないし１３のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１５】
前記装着部材として、前記人体関節部が位置するウエア着用者の人体部分を取り囲むと共に、当該人体部分の体表に密着した状態で着用される伸縮性ウエアを備えており、
前記ウエア関節部、前記第１および第２アシスト力伝達部材は、前記伸縮性ウエアに取り付けられており、
前記第１、第２アシスト力伝達部材は、前記伸縮性ウエアの伸縮力によってウエア着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている請求項１に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１６】
前記伸縮性ウエアは、伸縮性のインナー生地と伸縮性のアウター生地の二層構造となっており、
前記第１、第２アシスト力伝達部材は、前記インナー生地と前記アウター生地の間に配置されている請求項１５に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１７】
前記ウエア関節部は、前記伸縮性ウエアの表面に露出しているアクチュエータ取り付け部を備え、
前記アクチュエータ取り付け部に、前記回転アクチュエータが着脱可能な状態で取り付けられている請求項１５または１６に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１８】
前記伸縮性ウエアは、人体の股関節部分および左右の膝関節部分を取り囲む部分を備えたタイツであり、
前記ウエア関節部として、左ウエア股関節部、右ウエア股関節部、左ウエア膝関節部および右ウエア膝関節部が備わっており、
前記ウエア関節部のそれぞれに、前記第１アシスト力伝達部材、前記第２アシスト力伝達部材および前記回転アクチュエータが配置されている請求項１５ないし１７のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項１９】
前記左ウエア股関節部の前記第１アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第１アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の腰部側面に配置される腰部支持板であり、
前記左ウエア股関節部の前記第２アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第２アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板であり、
前記左ウエア膝関節部の前記第１アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第１アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板であり、
前記左ウエア膝関節部の前記第２アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第２アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の下腿部側面の上部分に配置される下腿部上部支持板である請求項１８に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項２０】
前記装着部材として、ウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルト、左右の大腿部の上部分を取り囲む左右の大腿部上部ベルト、左右の大腿部の下部を取り囲む左右の大腿部下部ベルト、および、左右の下腿部の上部を取り囲む左右の下腿部上部ベルトを備えている請求項１９に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【請求項２１】
前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるコントロールユニットを有し、
前記コントロールユニットは、前記伸縮性ウエアに取り付けられている請求項１５ないし２０のうちのいずれか一つの項に記載の非外骨格型ロボティックウエア。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の骨格系を利用してロボット重量を支える軽量でフレキシブルな非外骨格型ロボティックウエアに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パワーアシスト、高齢者・障害者の歩行補助・リハビリ支援などを目的として、様々な人体装着型ロボットが開発されている。概ねそれらのロボットは人体の骨格に沿う様に外骨格を形成するものである。このような外骨格リンクを備えたロボットは非特許文献１において提案されている。本明細書においては、各関節間にリンク機構を備えた剛体フレーム（外骨格リンク）を用いて人体を外部から支えるように構成されたロボット骨格を有し、このロボット骨格の動きを人体に伝達することによって人の動作や筋力を補助する構造の人体装着型ロボットを「外骨格型ロボット」と定義する。
【０００３】
また、人体装着型ロボットにおいては、人体関節部の動きに追従して適切なアシスト力等を発生できるようにするために、筋電位信号を用いて筋肉の活性度を評価し、その評価に基づきロボティックスーツを動作させる制御法、関節トルクと筋活動とを関係づける行列を用いたＥＭＧ信号に基づく制御法等が提案されている。本発明者等も、人とロボティックスーツとの間に同調性をもたせた制御法を、特許文献１において提案している。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】山海嘉之，“人体密着型ロボットスーツ「HAL」”日本機械学会  No.09-17  第14回動力・エネルギー技術シンポジウム講演論文集，(2009)
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６６３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ここで、外骨格型ロボットは、その外骨格リンクによってロボットの重量を支えることができ、着用者に重量感を感じさせないという利点を持つ。しかしながら、剛性部材からなる関節間リンク機構を備え、重量が大きいので、人体に対する装着、取り外しが容易でない。また、個々の体格・体型に合うように関節間リンクの長さ等を調整するための調整機構が必要であり、このような調整機構を装着時に調整する必要がある。このため、ロボットを着用者が一人で取り扱うことが困難であり、また、装着、取り外しに時間を要するので、通常のウエアのように取り扱うことができない。
【０００７】
本発明の課題は、このような外骨格型ロボットの問題点に鑑みて、軽量で、装着性が良く、調整機構を必要としないロボティックウエアを提案することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者等は、上記の課題を解決するために、外骨格リンクを利用してロボット重量を支えるという従来の外骨格型ロボットにおける設計思想に代えて、人体の骨格系を利用して、関節の動きを補助すると共にロボット重量を支えるという着想のもとに、剛体フレームからなる関節間リンク機構を必要としない軽量でフレキシブルなロボティックウエアを実現したのである。本明細書においては、剛体フレームからなる関節間リンク機構を必要としない本発明による人体装着型ロボットを、「非外骨格型ロボティックウエア」と呼ぶ
。
【０００９】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、
ウエア関節部と、
予め定めた前記ウエア関節部の関節軸中心線を中心として相対回転可能な状態で、前記ウエア関節部に取り付けた第１アシスト力伝達部材および第２アシスト力伝達部材と、
前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるために前記ウエア関節部に取り付けた回転アクチュエータと、
ウエア着用者における人体関節部を中心として屈曲・伸展する一方の第１人体部分および他方の第２人体部分のそれぞれと一体となって所定の屈曲・伸展方向に移動するように、前記第１アシスト力伝達部材および前記第２アシスト力伝達部材を前記ウエア着用者に装着する装着部材と、
を有し、
前記第１、第２アシスト力伝達部材は、前記屈曲・伸展方向への所定のアシスト力を前記第１、第２人体部分に伝達可能な剛性を備えていることを特徴としている。
【００１０】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、人体関節から延びている一方および他方の人体部分と一体となって屈曲・伸展方向に移動可能な第１、第２アシスト力伝達部材を備えている。回転アクチュエータの出力が第１、第２アシスト力伝達部材を介して、人体関節の動きを補助するアシスト力として、人体骨格の側に伝達される。人体骨格を利用して人体関節の動きを補助する。外骨格型ロボットのように、人体における隣接する関節の間に架け渡した剛体フレームを備えた関節間リンク機構を用いて、人体を外側から支えるものではない。
【００１１】
したがって、剛体フレームを備えた関節間リンク機構を備え、重量が大きいので、人体に対する装着、取り外しが容易でないという外骨格型ロボットの弊害を解消できる。また、個々の体格・体型に合うように関節間リンク機構の長さ等を調整するための調整機構も基本的に不要となるので、ウエア着用者が一人でウエアの着脱等の取り扱いが可能になる。さらに、ウエアの装着、取り外しを、通常のウエアのように、簡単に短時間で行うことも可能になる。
【００１２】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアの場合には、そのロボット重量の全てを人体骨格系で保持しなければならない。しかしながら、外骨格型ロボットとは異なり、重量のある剛体フレームを備えた関節間リンク機構、その調整機構等の重量のある部品、機構が不要である。また、第１、第２アシスト力伝達部材は軽量な不織布、プラスチック素材などから形成できる。よって、非外骨格型ロボティックウエアの全体重量を軽量にして、その全体重量を人体骨格系で保持させることが可能である。
【００１３】
また、本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、人体骨格系を利用するので、本来人間ができない能力、例えば１００ｋｇ近い重量物を持ち上げるなどのパワーアシストは人体骨格を害するので不可能である。しかし、人にとって安全なロボットであり、リハビリテーションにおける補助や日常生活における衰えた人体機能の補助、さらには介護者やフィールド労働者の負担軽減、災害救助時の体力補助等、不定型な動作が連鎖する動作に対して常時装着が求められる幅広い分野に対して応用することができる。
【００１４】
本発明において、前記第１アシスト力伝達部材および前記第２アシスト力伝達部材のうちの少なくとも一方は、前記ウエア関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えており、前記板部分は、ウエア着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている。このような板部分を設けることによってアシスト力伝達部材を
人体部分に確実に固定することができる。
【００１５】
ここで、ウエア着用者の体型、体格に合った位置に板部分を取り付けることができるように、当該板部分は連結板部分に対して取り付け位置が変更可能であることが望ましい。
【００１６】
本発明において、前記装着部材として、前記第１アシスト力伝達部材に取り付けた第１ベルトと、前記第２アシスト力伝達部材に取り付けた第２ベルトとを用いることができる。前記第１ベルトは、前記第１人体部分に対して、これを取り囲む状態に装着可能なベルトである。前記第２ベルトは、前記第２人体部分に対して、これを取り囲む状態に装着可能なベルトである。第１、第２ベルトを長さ調整可能としておけば、体型・体格の異なるウエア着用者に対して確実に第１、第２アシスト力伝達部材を取り付けることができる。第１、第２ベルトをラバーバンド等のような伸縮性のある素材から形成しておくことも可能である。
【００１７】
ウエア着用者の体型、体格に合った位置においてベルトを固定できるようにするためには、第１ベルトは第１アシスト力伝達部材に対して取り付け位置が変更可能であることが望ましい。同様に、第２ベルトは第２アシスト力伝達部材に対して取付け位置が変更可能であることが望ましい。
【００１８】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、下肢ウエアとして用いられる場合には、前記ウエア関節部として、左右のウエア股関節部のうちの少なくとも一方を備える。この場合、前記第１アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の腰部側面に配置される腰部支持板であり、当該腰部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えている。前記第１ベルトは、ウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルトであり、前記腰部支持板の前記板部分に取り付けられる。また、前記第２アシスト力伝達部材は、ウエア着用者の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板であり、当該大腿部上部支持板は、前記ウエア股関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えている。前記第２ベルトは、ウエア着用者の大腿部の上部分を取り囲む大腿部上部ベルトであり、前記大腿部上部支持板の前記板部分に取り付けられる。
【００１９】
また、ウエア着用者の体型・体格に適合できるように、前記腰部支持板は、前記腰部ベルトに対する取付け位置が変更可能あるいは調整可能となっていることが望ましい。
【００２０】
このような位置調整機構を備えた腰部ベルトは、面ファスナーによって相互に接合されたインナーベルトとアウターベルトを備え、前記腰部支持板は、前記インナーベルトと前記アウターベルトの間に挟持されると共に面ファスナーによって固定されていることが望ましい。この場合には、前記腰部支持板は、前記腰部ベルトに対する取り付け位置を、任意の方向に変更できる。
【００２１】
また、前記第２ベルトである大腿部上部ベルトも、前記大腿部上部支持板に対する取り付け位置が変更可能であることが望ましい。
【００２２】
次に、本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、下肢ウエアとして用いられる場合には、前記ウエア関節部として、左右のウエア膝関節部のうちの少なくとも一方を備えている場合がある。この場合、ウエア着用者が、動作時に、回転アクチュエータなどの重量による慣性力によって重量感を覚えるなどの影響が考えられる。特に、歩行などの運動時において膝関節部の回転アクチュエータ（モータユニット）が大きく揺動してしまう等の問題が考えられる。
【００２３】
本発明者等は、その主な原因が、回転アクチュエータの質量が大きいこと、および、膝関節部の固定度が悪いことであることを確認した。股関節部と膝関節部を剛体フレームからなる外骨格リンクで結合することにより、上記の問題は解消するが、それによって本願発明の非外骨格型ロボティックウエアのコンセプトである人間らしい動きの自由度が損なわれてしまう。
【００２４】
このような重量感、運動性等は、回転アクチュエータの軽量化を図ること、回転アクチュエータが取り付けられているウエア関節部が動作時に人体表面に対して相対的に移動しないように拘束すること等の対策で、低減あるいは改善可能である。
【００２５】
本発明者等は、膝関節部の固定度を高めるために、前記下腿部上部支持板の下端部を、ウエア着用者の下腿部における膝関節よりも足関節に近い位置まで延ばし、当該下端部をベルトによって下腿部の下部に固定しておくことが極めて有効であることを見出した。また、この場合には、膝関節部の揺動を抑えつつ、ウエア装着時でも足を組んで座れるほどの自由度が得られるように、前記下腿部上部支持板は、前記下腿部上部ベルトおよび前記下腿部下部ベルトに対して、下腿部に沿った方向にスライド可能であることが望ましいことが確認された。
【００２６】
かかる知見の下で、本発明の非外骨格型ロボティックウエアでは、前記ウエア関節部として、左右のウエア膝関節部のうちの少なくとも一方が備わっている場合に、前記第１アシスト力伝達部材は大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板であり、当該大腿部下部支持板は、前記ウエア膝関節部から前記関節軸中心線に直交する方向に延びる連結板部分、および、前記連結板部分の先端部から当該連結板部分に直交する方向に延びる板部分を備えている。前記第１ベルトは、大腿部の下部分を取り囲む大腿部下部ベルトであり、前記大腿部下部支持板の前記板部分に取り付けられる。これに対して、前記第２アシスト力伝達部材は下腿部に配置される下腿部支持板であり、前記下腿部上部支持板の下端部は、ウエア着用者の下腿部における膝関節よりも足関節に近い位置まで延びている。また、前記第２ベルトとして、ウエア着用者の下腿部の上部分を取り囲む下腿部上部ベルトと、下腿部の下部分を取り囲む下腿部下部ベルトを備えている。
【００２７】
さらに、前記下腿部上部支持板は、前記下腿部上部ベルトおよび前記下腿部下部ベルトに対して、下腿部に沿った方向にスライド可能となっている。
【００２８】
次に、本発明の非外骨格型ロボティックウエアにおいて、前記回転アクチュエータを前記ウエア関節部に対して着脱可能な状態で取り付けておくことが望ましい。このようにすれば、ウエア着用者は、着用後に回転アクチュエータを各ウエア関節部に取り付けることができるので、ウエアの着脱が容易になる。また、アシストが必要とされるウエア関節部にのみ回転アクチュエータを取り付けることができる。
【００２９】
また、本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるコントロールユニットを有していることが望ましい。
【００３０】
一方、本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、
少なくとも一箇所の人体関節部を取り囲む部位を備え、体表に密着した状態で着用される伸縮性ウエアと、
前記伸縮性ウエアにおける前記人体関節部に対応する部位に取り付けたウエア関節部と、
前記ウエア関節部を中心として相対回転可能な状態で前記伸縮性ウエアに取り付けられ
ている第１アシスト力伝達部材と第２アシスト力伝達部材と、
前記ウエア関節部に取り付けられ、前記第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させる回転アクチュエータとを有し、
前記第１、第２アシスト力伝達部材は、前記伸縮性ウエアの伸縮力によって着用者の体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えており、かつ、前記人体関節部に繋がる第１、第２人体部分に対して、その屈曲・伸展方向への所定のアシスト力を伝達可能な剛性を備えていることを特徴としている。
【００３１】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアは、そのウエア関節部および回転アクチュエータを除き、人体の皮膚表面に沿うように可撓性のある素材から構成されている。装着状態においては、回転アクチュエータの回転をアシスト力として人体に伝達するための第１、第２アシスト力伝達部材は、伸縮性ウエアの伸縮力によって人体の体表に沿った形状に撓み、人体に密着した状態になる。人体関節部の動きに応じて回転アクチュエータを回転駆動させると、人体に密着した状態の第１、第２アシスト力伝達部材がウエア関節部を中心として旋回する。第１、第２アシスト力伝達部材は所定の剛性を備えているので、密着している人体の部位に対して所定の大きさのアシスト力を伝える。回転アクチュエータの能力、第１、第２アシスト力伝達部材の剛性、第１、第２アシスト力伝達部材と人体との密着面積等のパラメータを調整することで、必要とされるアシスト力を人体に伝達することができる。
【００３２】
ここで、非外骨格型ロボティックウエアの場合には、そのロボット重量の全てを人体骨格系で保持しなければならない。しかしながら、外骨格型ロボットとは異なり、重量のある剛体フレーム（外骨格リンク）を備えた関節間リンク機構、その調整機構等の重量のある部品、機構が不要であり、伸縮性ウエアおよび第１、第２アシスト力伝達部材は軽量な不織布、プラスチック素材などから形成できる。よって、非外骨格型ロボティックウエアの全体重量を軽量にして、その全体重量を人体骨格系で保持させることが可能である。
【００３３】
また、非外骨格型ロボティックウエアの場合には、着用者が、動作時に、回転アクチュエータなどの重量による慣性力によって重量感を覚えるなどの影響が考えられる。このような重量感、運動性等は、回転アクチュエータの軽量化を図ること、回転アクチュエータが取り付けられているウエア関節部が動作時に人体表面に対して相対的に移動しないように拘束すること等の対策で、低減あるいは改善可能である。
【００３４】
したがって、本発明によれば、剛性の外骨格リンクが人体の四肢に沿って装着される外骨格型ロボットとは異なり、軽量で、装着性が良く、体格・体型に合うように関節間リンクの長さ等を調整するための調整機構が不要であり、装着時に各部の調整を行う必要のないロボティックウエアが得られる。換言すると、本発明によれば、通常のスポーツウエア等のウエアを着用する場合と同様な感覚で、手軽に着用可能なロボティックウエアを実現可能である。
【００３５】
本発明において、前記伸縮性ウエアを、伸縮性のインナー生地と伸縮性のアウター生地の二層構造とし、前記第１、第２アシスト力伝達部材を、前記インナー生地と前記アウター生地の間に配置することができる。
【００３６】
また、前記ウエア関節部に、前記伸縮性ウエアの表面に露出しているアクチュエータ取り付け部を設け、このアクチュエータ取付け部に、前記回転アクチュエータを着脱可能な状態で取り付けておくことができる。このようにすれば、ウエア装着状態で回転アクチュエータの着脱、交換が可能である。また、アシスト力を必要とする関節部に、選択的に回転アクチュエータを取り付けることができる。
【００３７】
本発明の非外骨格型ロボティックウエアを下肢用のウエアとして用いる場合には、例えば、前記伸縮性ウエアを、人体の股関節部分および左右の膝関節部分を取り囲む部分を備えたタイツとし、前記ウエア関節部として、左ウエア股関節部、右ウエア股関節部、左ウエア膝関節部および右ウエア膝関節部を配置することができる。この場合には、前記ウエア関節部のそれぞれに、前記第１アシスト力伝達部材、前記第２アシスト力伝達部材および前記回転アクチュエータを配置しておけばよい。
【００３８】
この場合、前記左ウエア股関節部の前記第１アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第１アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の腰部側面に配置される腰部支持板である。前記左ウエア股関節部の前記第２アシスト力伝達部材および前記右ウエア股関節部の前記第２アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の上部分に配置される大腿部上部支持板である。前記左ウエア膝関節部の前記第１アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第１アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の大腿部側面の下部分に配置される大腿部下部支持板である。また、前記左ウエア膝関節部の前記第２アシスト力伝達部材および前記右ウエア膝関節部の前記第２アシスト力伝達部材は、それぞれ、左右の下腿部側面の上部分に配置される下腿部上部支持板である。
【００３９】
また、前記装着部材として、ウエア着用者の骨盤部分を取り囲む腰部ベルト、左右の大腿部の上部分を取り囲む左右の大腿部上部ベルト、左右の大腿部の下部を取り囲む左右の大腿部下部ベルト、および、左右の下腿部上部を取り囲む左右の下腿部上部ベルトを備えていることが望ましい。
【００４０】
なお、前記人体関節部の動きに応じて前記回転アクチュエータを駆動制御して前記第１アシスト力伝達部材および前記第２アシスト力伝達部材を相対回転させるためのコントロールユニットを、前記伸縮性ウエアに取り付けておくことも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施の形態１に係る下肢用の非外骨格型ロボティックウエアの外観を示す正面図、左側面図および背面図である。
【図２】図１の非外骨格型ロボティックウエアの内部構造を示す正面図、左側面図および背面図である。
【図３】重量感等の評価に用いる試験用ロボティックウエアのウエア股関節部およびウエア膝関節部を示す説明図である。
【図４】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図５】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図６】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図７】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図８】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図９】試験用ロボティックウエアの歩行時の加速度測定結果を示すグラフである。
【図１０】本発明の実施の形態２に係る下肢用の非外骨格型ロボティックウエアを着用した状態を示す正面図および左側面図である。
【図１１】図１０の非外骨格型ロボティックウエアから回転アクチュエータを外した状態を示す正面図および左側面図である。
【図１２】図１０の非外骨格型ロボティックウエアの腰部ユニットを示す前側斜視図および後側斜視図である。
【図１３】左側のウエア股関節部を示す分解斜視図である。
【図１４】図１０の非外骨格型ロボティックウエアにおける一方の膝装着用ユニットを示す外側斜視図および内側斜視図である。
【図１５】回転アクチュエータの概略構成を示す説明図である。
【図１６】動作自由度の検証のために用いた比較モデルを示す説明図である。
【図１７】動作自由度の検証結果を示す図表である。
【図１８】膝関節揺動評価実験に用いた実験モデルの一例を示す説明図である。
【図１９】膝関節揺動評価実験に用いた実験モデルの別の例を示す説明図である。
【図２０】膝関節揺動評価実験に用いたＡＦＯモデルを示す説明図である。
【図２１】膝関節揺動評価実験の結果を示す図表である。
【図２２】腰部ユニットの装着位置を示す説明図である。
【図２３】調整機構を備えた腰部ユニットの例を示す部品図である。
【図２４】インナーベルトの装着操作を示す説明図である。
【図２５】左右の股関節ユニットの装着操作を示す説明図である。
【図２６】股関節ユニットの大腿部上部ベルトの装着操作を示す説明図である。
【図２７】アウターベルトの装着操作を示す説明図である。
【図２８】腰部ユニットが装着された状態を示す説明図である。
【図２９】本発明を適用した全身用の非外骨格型ロボティックウエアを示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下に、図面を参照して、本発明を適用した非外骨格型ロボティックウエアの実施の形態を説明する。以下の実施の形態は、本発明を下肢に適用した歩行用ロボティックウエアに関するものであるが、本発明を上肢に適用すること、全身に適用すること（後述のその他の実施の形態、図２９参照）等も可能である。また、リハビリ等の目的で、人体の一つあるいは複数の関節部の動きをアシストするためのウエア、例えば、一方の腕の肩関節部および肘関節部をアシストするためのウエアとして用いることも可能である。
【００４３】
［実施の形態１］
図１（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る歩行用の非外骨格型ロボティックウエア（以下、単に「ロボティックウエア」と呼ぶ場合もある。）を装着した状態の外観を示す正面図であり、図１（ｂ）はその左側面図であり、図１（ｃ）はその背面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、当該ロボティックウエアの内部構造を示す正面図、左側面図および背面図である。
【００４４】
これらの図を参照して説明すると、ロボティックウエア１は、ウエア着用者（人体）Ｐの体表に密着した状態で着用される伸縮性素材からなるタイツ２（伸縮性ウエア）を備えている。タイツ２は、人体に直接触れる伸縮性素材からなるインナー生地３（図２参照）と、外側に現れる伸縮性素材からなるアウター生地４（図１参照）の二層構造となっている。
【００４５】
タイツ２には、人体下肢の左右の関節部分に対応する部位にウエア関節部が取り付けられている。図示の例では、ウエア関節部として、左ウエア股関節部５、右ウエア股関節部６、左ウエア膝関節部７および右ウエア膝関節部８が備わっている。左ウエア股関節部５には、図２から分かるように、第１アシスト力伝達部材１１、第２アシスト力伝達部材１２および回転アクチュエータ１３が取り付けられている。
【００４６】
第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は、インナー生地３およびアウター生地４の間に沿って配置され、これらに固定されている。また、これらの部材１１、１２は、左ウエア股関節部５を中心として、人体前後方向に相対回転可能な状態で当該左ウエア股関節部５に取り付けられている。回転アクチュエータ１３の回転力は、左ウエア股関節部５から第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２に伝達され、これらを介して、アシスト力として人体Ｐの左股関節部分に伝達される。
【００４７】
第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は例えばプラスチック素材からなり、タイツ
２の伸縮力によって人体Ｐの体表に沿った形状に撓むことのできる可撓性を備えている。同時に、上記のように、回転アクチュエータ１３の回転力を、人体Ｐの左股関節部を中心とする人体の動きをアシストする所定のアシスト力として人体Ｐに伝達可能な剛性も備わっている。例えば、薄い板状部材からなる第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は、平板状に広がっている状態では所定のアシスト力を伝達可能な剛性が備わっていないが、インナー生地３およびアウター生地４によって人体Ｐの体表に沿った形状に撓められて湾曲した状態では、所定のアシスト力を伝達可能な剛性を呈する。あるいは、第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２は、インナー生地３およびアウター生地４によって両側から保持された状態において、これらの生地３、４と一体となって、所定のアシスト力を伝達可能な剛性を備えた部位となる。
【００４８】
同様な構成で、右ウエア股関節部６には、第１アシスト力伝達部材１４、第２アシスト力伝達部材１５および回転アクチュエータ１６が取り付けられている。左ウエア膝関節部７には、第１アシスト力伝達部材１７、第２アシスト力伝達部材１８および回転アクチュエータ１９が取り付けられている。また、右ウエア膝関節部８には、第１アシスト力伝達部材２０、第２アシスト力伝達部材２１および回転アクチュエータ２２が取り付けられている。
【００４９】
各部の構成を更に詳しく説明する。まず、各ウエア関節部５〜８は同一構成であり、タイツ２に固定した取付けフランジ５ａ〜８ａを備えている。各取付けフランジ５ａ〜８ａは剛性素材、例えばアルミニウム合金、セラミックス素材などの軽い剛性素材から形成した円盤状の部品である。各取付けフランジ５ａ〜８ａは、タイツ２の表面、すなわち、アウター生地４の表面に露出している円形輪郭のアクチュエータ取付け部５ｂ〜８ｂを備えている。アクチュエータ取付け部５ｂ〜８ｂには、着脱可能な状態で、偏平な円柱状輪郭の回転アクチュエータ１３、１６、１９、２２が取り付けられている。
【００５０】
左ウエア股関節部５の第１アシスト力伝達部材１１および右ウエア股関節部６の第１アシスト力伝達部材１４は左右対称な形状をしており、図２から分かるように、一定幅の前側骨盤固定用ベルト部分３１および後側骨盤固定用ベルト部分３２によって、人体Ｐの骨盤を取り囲むように相互に繋がっている。例えば、前側骨盤固定用ベルト部分３１に、長さ調整用のバックル部分を取り付けて長さ調整可能とし、人体Ｐの骨盤（ＡＳＩＳ：前上腸骨棘）に確実に締め付け固定できるようにすることが望ましい。左ウエア股関節部５の第２アシスト力伝達部材１２および右ウエア股関節部６の第２アシスト力伝達部材１５も左右対称な形状をしている。これらの部材１２、１５は、図２（ｂ）、（ｃ）から分かるように、左右の股関節部５、６から、左右の大腿部上部の側面に沿って下方に延び、後側に折れ曲がって大腿部上部の後側を取り囲むように円弧状に配置される大腿部上部支持板である。
【００５１】
左ウエア膝関節部７の第１アシスト力伝達部材１７および右ウエア膝関節部８の第１アシスト力伝達部材２０も左右対称な形状をしている。これらの部材１７、２０は、図２（ｂ）、（ｃ）から分かるように、左右の膝関節部７、８から、左右の大腿部下部の側面に沿って上方に延び、後側に折れ曲がって大腿部下部の後側を取り囲むように円弧状に配置される大腿部下部支持板である。左ウエア膝関節部７の第２アシスト力伝達部材１８および右ウエア膝関節部８の第２アシスト力伝達部材２１も左右対称な形状をしており、これらの部材１８、２１は、図２（ｂ）、（ｃ）から分かるように、左右の膝関節部７、８から、左右の下腿部上部の側面に沿って下方に延び、後側に折れ曲がって下腿部上部の後側を取り囲むように円弧状に配置される下腿部上部支持板である。
【００５２】
なお、第１、第２アシスト力伝達部材１１、１２、１４、１５、１７、１８、２０、２１は、図示の形状に限定されるものではない。タイツ２の伸縮力によって人体の表面に沿
って配置でき、所定の大きさのアシスト力を人体の側に伝達可能であれば、他の形状であっても良いことは勿論である。また、左右対称の形状とせずに、左右において異なった形状、大きさのものとすることもできる。
【００５３】
各回転アクチュエータ１３、１６、１９、２２は、図示の例では同一形状および同一構造のものを用いている。各回転アクチュエータは、電動モータと、この出力回転を減速する減速機とを備え、減速機からの減速出力回転によって、各第１、第２アシスト力伝達部材の回転中心を規定している関節軸（図示せず）が回転する。例えば、第１アシスト力伝達部材が固定側とされ、ウエア関節部の取付けフランジに固定され、第２アシスト力伝達部材が関節軸を中心として回転駆動される。回転アクチュエータとしては、各種の構造のものを用いることが可能である。また、各回転アクチュエータを異なる出力のものとすることも可能である。いずれの場合においても、各回転アクチュエータの取付けフランジに対する取付け部分を、共通化しておくことが望ましい。
【００５４】
次に、本例のロボティックウエア１は、各回転アクチュエータ１３、１６、１９、２２を駆動制御するコントロールユニット９が備わっている。コントロールユニット９は、図１、２に示すように、後側骨盤固定用ベルト部分３２に取り付けられている。コントロールユニット９は、例えば、先に引用した非特許文献１、特許文献１において提案されている制御法により、人体の関節部の動きに応じて各回転アクチュエータを駆動制御して第１、第２アシスト力伝達部材を相対回転させるものである。図においては、コントロールユニット９と各回転アクチュエータの間の配線については省略してある。なお、コントロールユニット９をロボティックウエア１とは別体構成とし、有線あるいは無線により、各回転アクチュエータを遠隔操作するように構成してもよいことは勿論である。
【００５５】
［外骨格型ロボットとの相違点］
このように構成したロボティックウエア１は、一般的な外骨格型ロボットと比較すると、表１に示す相違点（優劣点）がある。
【００５６】
【表１】
2015002970.tif 000003
【００５７】
そこで、本発明者等は、試作した試験用ロボティックウエアを人体に装着し、重量感、運動性、装着性などの評価を行った。このために行った実験の一部を以下に述べる。
【００５８】
［重量感評価モデル］
図３（ａ）は、この評価のための解析を目的として製作した試験用ロボティックウエアのウエア股関節部を示す説明図であり、図３（ｂ）はそのウエア膝関節部を示す説明図で
ある。図に示す試験用ロボティックウエア１Ａは両股関節部および膝関節部に合計４つの関節軸を有するが、人体の骨格系を利用するため外骨格に相当する各関節間の剛体リンクは存在しない。重量は股関節部１５０ｇ、膝関節部２００ｇ（両脚で４００ｇ）である。人体への固定方法は、ウエア股関節部５Ａは骨盤（ＡＳＩＳ：前上腸骨棘）および左右の大腿部上部を、ウエア膝関節部７Ａは大腿部下部および下腿部上部をベルト４１〜４４で絞めて固定するものである。試験用ウエイト４５は、回転アクチュエータの取付け位置と同一箇所である各ウエア関節部５Ａ、７Ａの関節軸５ｃ、７ｃ上にボルト４７、４８で完全に固定することができる。
【００５９】
［主観評価実験］
（実験方法）
人体に装着した試験用ロボティックウエア１Ａにウエイト４５を固定して、歩行、ランニング、跳躍、屈伸屈曲などの日常生活動作を行い、その際の重量感や構造上の問題点を確認した。個々の評価を明確にするため、ウエア股関節部５Ａとウエア膝関節部７Ａは同時に装着するのではなく、それぞれ個別に装着し、ウエア膝関節部７Ａに関しては左足のみに装着した。また、ウエイト４５は、重量５００ｇおよび１ｋｇの鉄製の固体を使用した。
【００６０】
（実験結果）
立位静止時と歩行時においてもその重量感に大きな変化が無かった股関節部に対して、膝関節部では歩行時（特に踵接地〜立脚期）に大きな重量感を感じた。表２に重量感に関する主観評価結果を示す。
【００６１】
【表２】
2015002970.tif 000004
【００６２】
［加速度実験］
主観的評価実験の結果から、運動や歩行時にウエイトにかかる慣性力が重量感と深い関わりがあると考え、歩行時のウエア股関節部５Ａならびにウエア膝関節部７Ａにかかる加速度測定を行った。
【００６３】
（実験方法）
人体に装着した試験用ロボティックウエア１Ａのウエイト固定部上部に加速度センサーを固定し、歩行時の加速度を計測した。主観的評価実験と同様に、ウエア股関節部５Ａとウエア膝関節部７Ａは同時に装着するのではなく、それぞれ個別に装着し、ウエア膝関節部７Ａに関しては左足のみに装着した。ウエア股関節部５Ａのセンサー取り付け位置は左側のみとしたが、ウエイト４５は左右ともに取り付けた。
【００６４】
加速度センサーは、外形寸法４０ｍｍ×２０ｍｍ×５５ｍｍ、重量３５ｇ（電池重量を含む）の小型無線３軸加速度センサー「ワイヤレスＥＭＧロガー」（追坂電子機器ＬＰ−ＭＳ１０４７Ｆ）を使用した。サンプリング周波数は５０Ｈｚで固定されているが、前後、左右、上下の３方向の加速度を検出範囲±４Ｇで測定可能で、見通し距離で約５０ｍの無線通信が行えるものである。
【００６５】
歩行条件は、約５ｍを１０歩で歩く自然歩行で、非測定肢（右足）から歩行を開始するものとして２往復を測定した。ウエイト条件は、主観的評価実験と同じ重量５００ｇおよ
び１ｋｇの鉄製の固体を使用した。ウエア股関節部５Ａの計測において、ウエイトは左右ともに取り付けた。得られたデータは計測終了時に無線データ送受信機によってＰＣに送信し解析に用いた。
【００６６】
（実験結果）
ウエア股関節部５Ａとウエア膝関節部７Ａのそれぞれの前後、左右、上下方向の加速度波形を図４〜９に示す。ここで示した波形は１往復目の２．５〜４．５秒間（約４〜７歩目）のデータである。これらの加速度波形において、Ｘ系列は上下方向（上方向が＋）を、Ｙ系列は前後方向（前方向が＋）を、Ｚ系列は左右方向（左方向が＋）を表す。なお、立位静止時にもＸ方向には重力成分を示す−１Ｇほどの出力がある。
【００６７】
いずれのデータにおいてもＸ値波形にパルスが現れる特徴があるが、これは踵接地時の波形を示していると考えられる。膝関節部のデータに着目すると、前後方向の加速度を示すＹ値が大きく振れている。これは膝の振り出し時に歩行に必要な大きな力の現れと推測される。左右方向を表すＺ値にも左足接地時に特徴的な振動が現れているが、正常歩行において膝が左右に大きく揺動することは無く、これは膝関節部の固定性に起因する揺動が原因ではないかと推測する。
【００６８】
（実験結果の考察）
ウエア股関節部５Ａに発生する加速度に対してウエア膝関節部７Ａの加速度が大きい。この加速度による慣性力が重力感の違いとして現れているのではないかと推測する。関節部の固定性の問題も検討する必要があるが、ウエイト重量を減少し慣性力を低減することによって、膝関節部においても股関節部と同等レベルの重量感にすることが可能であると考えられる。
【００６９】
なお、装着実験は、所謂、健常者の歩行速度で行った。高齢者、障害者の歩行補助・リハビリ支援等を目的とする場合には、着用者の歩行速度は健常者に比べて遅く、慣性力による重量感も小さくなるものと推定される。
【００７０】
以上説明したように、本発明では、人体の骨格系を利用した軽量でフレキシブルな非外骨格型ロボティックウエアを提案した。このウエアは、外骨格型ロボットの特徴である剛体の外骨格リンクが存在せず、体格差による関節間リンクの調整機構も不要であるので、軽量で人体への装着性が良いものとなっている。
【００７１】
人体の骨格系を利用する構造であるので、人体に掛かる重量感が課題として挙げられる。その重量感の検証を目的としたウエアを試作して装着実験を行った。その結果、装着したロボティックウエアに重量を掛けた場合、静止時にはほとんど重量感を感じないのに対し、歩行時つまり慣性力が働く時において膝関節部のみに重量感を感じることが判明した。これらのことから膝関節部の重量を軽くすることによってロボティックウエアの重量感を低減可能であることが判明した。
【００７２】
［実施の形態２］
（全体構成）
図１０は、本発明を適用した実施の形態２に係る非外骨格型ロボティックウエア（以下、「ロボティックウエア」と呼ぶ場合もある。）の概略構成を示し、（ａ）は当該ロボティックウエアを人体に装着した状態を示す正面図であり、（ｂ）はその左側面図である。図１１（ａ）および（ｂ）は、図１０に示すロボティックウエアから回転アクチュエータであるモータユニットを取り外した状態を示す正面図および左側面図である。
【００７３】
実施の形態２に係るロボティックウエア１００は、下肢用のウエアであり、腰部ユニッ
ト（股関節用装着ユニット）１１０および左右の膝部ユニット（膝関節用装着ユニット）１３０Ｌ、１３０Ｒから構成されている。膝部ユニット１３０Ｌ、１３０Ｒは左右対称の構造であるので、以下の説明においては、これらを膝部ユニット１３０と呼ぶ場合もある。
【００７４】
腰部ユニット１１０および膝部ユニット１３０は個別にウエア着用者Ｐに装着することができる。この代わりに、ロボティックウエア１００を、これらのユニット１１０、１３０と、これらのユニット１１０、１３０が取り付けられたタイツ１０１から構成することもできる。タイツ１０１をウエア着用者Ｐに着用させた後に、タイツ１０１の上から、各ユニット１１０、１３０がウエア着用者Ｐに固定される。タイツ１０１を実施の形態１の場合と同様にインナーとアウターから構成することもできる。
【００７５】
腰部ユニット１１０は左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａを備え、左右の膝部ユニット１３０Ｌ、１３０Ｒは、左右の膝関節部１３１、１４１を備えている。これらの部位のそれぞれには、回転アクチュエータ１１７、１２７、１３７、１４７が着脱可能に取り付けられている。ウエア着用者Ｐは、図１１に示す状態のロボティックウエア１００の着用後に、回転アクチュエータ１１７、１２７、１３７、１４７を左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａおよび左右の膝関節部１３１、１４１に取付けて、図１０の状態にすることができる。また、各回転アクチュエータを外した後にロボティックウエア１００を脱ぐことができる。よって、ロボティックウエア１００の着脱が容易である。また、アシストが必要な関節部分にのみ重量のある回転アクチュエータを取り付けることができるので便利である。
【００７６】
（腰部ユニット）
図１２（ａ）は腰部ユニット１１０の前側斜視図であり、図１２（ｂ）はその後側斜視図である。これらの図においては回転アクチュエータ１１７、１２７を取り外した状態で示してある。図１３は腰部ユニット１１０の左側の股関節ユニット１１１Ａの部分を示す分解斜視図である。腰部ユニット１１０は、左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａと、これらが着脱可能に取り付けられている腰部ベルト１１５を備えている。
【００７７】
図１０、図１２および図１３を参照して説明すると、腰部ユニット１１０の左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａは、人体下肢の左右の股関節の部分の外側に配置される円盤状の左右のウエア股関節部１１１、１２１が備わっている。左右のウエア股関節部１１１、１２１は左右対称な構造である。左側のウエア股関節部１１１は、図１３に示すように、人体側に位置する中心貫通穴が形成された可動側円盤１１１ａと、中心貫通穴が形成された円盤状のスペーサ１１１ｂと、固定側円盤１１１ｃを備えている。可動側円盤１１１ａと固定側円盤１１１ｃはスペーサ１１１ｂを挟み同軸に積層され、これらの中心線である関節軸中心線１１１ｄを中心として、相対回転可能となっている。他方の右側のウエア股関節部１２１も同様な構造であり、可動側円盤１２１ａ、スペーサ１２１ｂ、固定側円盤１２１ｃを備え、可動側円盤１２１ａと固定側円盤１２１ｃは関節軸中心線１２１ｄを中心として相対回転可能である。
【００７８】
左右のウエア股関節部１１１、１２１には、それぞれ、人体腰部の左右の側面に配置される左右の腰部支持板１１２、１２２と、人体大腿部の上部分の左右の側面に配置される左右の大腿部上部支持板１１３、１２３が取り付けられている。左右の腰部支持板１１２、１２２は、固定側円盤１１１ｃ、１２１ｃに一体形成されており、左右のウエア股関節部１１１、１２１から上方に延びている。腰部支持板１１２、１２２は、関節軸中心線１１１ｄ、１２１ｄに直交する方向に延びる一定幅の連結板部分１１２ａ、１２２ａと、連結板部分１１２ａ、１２２ａの先端部に取り付けた円弧板部分１１２ｂ、１２２ｂとを備えている。以下の説明では、これらの円弧板部分１１２ｂ、１２２ｂをＴバー１１２ｂ、
１２２ｂと呼ぶ。Ｔバー１１２ｂ、１２２ｂは人体側に凹となっており、連結板部分１１２ａ、１２２ａに直交する腰部を取り囲む方向に延びている。
【００７９】
左右の大腿部上部支持板１１３、１２３は、可動側円盤１１１ａ、１２１ａに一体形成されており、左右のウエア股関節部１１１、１２１から下方に延びている。大腿部上部支持板１１３、１２３、関節軸中心線１１１ｄ、１２１ｄに直交する方向に延びる一定幅の連結板部分１１３ａ、１２３ａと、連結板部分１１３ａ、１２３ａの下端部に取り付けた円弧板部分１１３ｂ、１２３ｂとを備えている。以下の説明では、これらの円弧板部分１１３ｂ、１２３ｂを、大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂと呼ぶ。大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂは人体側に凹となっており、連結板部分１１３ａ、１２３ａに直交する大腿部上部を取り囲む方向に延びている。
【００８０】
左のウエア股関節部１１１の腰部支持板１１２、１１３は、関節軸中心線１１１ｄを中心として、人体前後方向に相対回転可能である。同様に、右のウエア股関節部１２１の支持板１２２、１２３は、関節軸中心線１２１ｄを中心として、人体前後方向に相対回転可能である。すなわち、人体の左右の股関節の上側の骨格部分である骨盤に対して、下側の大腿部の骨格部分が股関節を中心として前後に屈曲・伸展する方向に、支持板１１２および１１３は相対回転可能であり、同様に、支持板１２２、１２３も相対回転可能である。
【００８１】
上側の左右の腰部支持板１１２、１２２のＴバー１１２ｂ、１２２ｂは、腰部ベルト１１５の左右の側面部分に固定されている。腰部ベルト１１５は、人体腰部を取り囲む状態に、当該人体腰部に装着可能である。腰部ベルト１１５の一端にはバックルが取り付けられ、他方の端をバックルに通して、面ファスナーによって腰部ベルト途中の部位に固定することで、体型・体格の異なるウエア着用者Ｐの腰部に装着可能である。腰部ベルト１１５を締めることで、左右の腰部支持板１１２、１２２が人体腰部の左右の側面に密着した状態で固定される。
【００８２】
ここで、左右の腰部支持板１１２、１２２のＴバー１１２ｂ、１２２ｂの腰部ベルト１１５に対する取付け位置は、上下方向および腰回り方向に、調整可能（変更可能）となっている。本例では、図１２（ａ）から分かるように、腰部ベルト１１５の左右の側面部分に、上下方向および腰回りの方向に複数のビス固定穴が形成されており、所定の位置に、左右の腰部支持板１１２、１２２をビスによって取付け可能である。
【００８３】
一方、下側の左右の大腿部上部支持板１１３、１２３は、左右の大腿部上部ベルト１１６、１２６によって、ウエア着用者Ｐの左右の大腿部の上部分に固定可能である。大腿部上部支持板１１３、１２３の大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂには、ベルト通し用のスリットが形成されており、これらに、大腿部上部ベルト１１６、１２６が通されている。
【００８４】
大腿部上部ベルト１１６、１２６は、バックルおよび面ファスナーを備えており、ウエア着用者Ｐの左右の大腿部の上部分に装着可能である。大腿部上部ベルト１１６、１２６を締め付けると、左右の大腿部上部支持板１１３、１２３が左右の大腿部の上部分に固定される。また、左右の大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂは大腿部上部ベルト１１６、１２６の内側に位置しており、ベルト締め付け力によって、左右の大腿部の表面に密着した状態になる。
【００８５】
このように、腰部ベルト１１５および左右の大腿部上部ベルト１１６、１２６を人体腰部および左右の大腿部上部に装着して締め付けると、左右の腰部支持板１１２、１２２が人体の左右の股関節の上側の骨盤と一体となって前後方向に移動可能な状態でウエア着用者Ｐに装着される。また、左右の大腿部上部支持板１１３、１２３が人体の左右の股関節の下側の大腿骨格部分と一体となって前後方向に移動可能な状態で人体に装着される。な
お、大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂの連結板部分１１３ａ、１２３ａに対する取付け位置を、上下方向に調整可能に取付けておくことも可能である。このようにすれば、大腿部上部ベルト１１６、１２６をウエア着用者Ｐの大腿部上部における適切な高さの部位に締め付けることができる。
【００８６】
次に、図１０、図１３に示すように、左右のウエア股関節部１１１、１２１の固定側円盤１１１ｃ、１２１ｃの外側端面には、関節軸中心線１１１ｄ、１２１ｄに回転中心線が一致するように、左右の回転アクチュエータ１１７、１２７が取り付けられている。本例では、左右のウエア股関節部１１１、１２１に対して、回転アクチュエータ１１７、１２７が着脱可能な状態で取り付けられている。回転アクチュエータ１１７、１２７のそれぞれは同一構造であり、モータ１１７ａ、１２７ａと、モータ１１７ａ、１２７ａの前面に同軸に取り付けた減速機１１７ｂ、１２７ｂから構成されている。
【００８７】
回転アクチュエータ１１７、１２７が回転すると、その回転力によって関節軸中心線１１１ｄ、１２１ｄを中心として、左右の腰部支持板１１２、１２２および左右の大腿部上部支持板１１３、１２３が相対的に前後方向に旋回する。腰部支持板１１２、１２２は腰部ベルト１１５によって人体腰部に固定され、大腿部上部支持板１１３、１２３は大腿部上部ベルト１１６、１２６によって人体の大腿部の上部分に固定されている。したがって、人体の股関節を中心として、前後に屈曲・伸展する方向のアシスト力が、これらの支持板１１２、１１３、１２２、１２３を介して人体骨格の側に伝達される。これらの支持板１１２、１１３、１２２、１２３は所定のアシスト力を回転アクチュエータ１１７、１２７の側から人体の側に伝達可能な所定の剛性を備えている。
【００８８】
ここで、回転アクチュエータ１１７は、図１３に示すように、ウエア股関節部１１１に対する取付面１１７ｃの側の部位の外周面部分に、一対のロック用のフック１１８ａが取り付けられている。一対のフック１１８ａは、直径方向の両側に位置し、バネ力によって相互に閉じる方向に付勢されている。ウエア股関節部１１１の固定側円盤１１１ｃの外周面には、直径方向の両側に、フック係合溝１１８ｂが形成されている。また、固定側円盤１１１ｃの円環状端面には円周方向に所定の角度間隔で、位置決め用のピン穴（図示せず）が形成されており、回転アクチュエータ１１７の取付面１１７ｃには、ピン穴に差し込み可能な位置決めピン（図示せず）が取り付けられている。
【００８９】
一対のフック１１８ａを開き、ピン穴に位置決め決めピンを位置決めして、回転アクチュエータ１１７の取付面１１７ｃをウエア股関節部１１１の固定側円盤１１１ｃの円環状端面に取付ける。一対のフック１１８ａを開放すると、バネ力によってフック１１８ａが閉じ、フック係合溝１１８ｂに係合状態となる。よって、簡単な操作によって、回転アクチュエータ１１７をウエア股関節部１１１に固定できる。また、回転アクチュエータ１１７をウエア股関節部１１１から取り外す場合には、一対のフック１１８ａをバネ力に逆らって開く。これにより、フック１１８ａがフック係合溝１１８ｂから外れるので、簡単に回転アクチュエータ１１７を取り外すことができる。なお、他方の回転アクチュエータ１２７も同様にウエア股関節部１２１に対して着脱可能である。
【００９０】
（膝部ユニット）
図１４（ａ）は、左側の膝部ユニット１３０Ｌを外側から見た場合の外側斜視図であり、図１４（ｂ）は内側から見た場合の内側斜視図である。これらの図は、回転アクチュエータ１３７を取り外した状態のものである。左右の膝部ユニット１３０Ｌ、１３０Ｒは左右対称な構造であるので、以下においては、図１０および図１４を主に参照して、左側の膝部ユニット１３０Ｌについて説明する。
【００９１】
膝部ユニット１３０Ｌはウエア膝関節部１３１を備えている。ウエア膝関節部１３１に
は大腿部下部支持板１３２、下腿部支持板１３３、大腿部下部ベルト１３５、下腿部上部ベルト１３６、下腿部下部ベルト１３９および回転アクチュエータ１３７が備わっている。
【００９２】
ウエア膝関節部１３１は、図１３に示すウエア股関節部１１１と同様に構成されており、人体側に位置する中心貫通穴が形成された可動側円盤１３１ａと、中心貫通穴が形成された円盤状のスペーサ（図示せず）を挟み、可動側円盤１３１ａに積層された固定側円盤１３１ｃとを備えている。可動側円盤１３１ａと固定側円盤１３１ｃは、これらの中心線である関節軸中心線１３１ｄを中心として、相対回転可能となっている。
【００９３】
ウエア膝関節部１３１の固定側円盤１３１ｃには、大腿部下部支持板１３２が一体形成されている。大腿部下部支持板１３２は、関節軸中心線１３１ｄに直交する上方に延びる連結板部分１３２ａと、この上端部に取り付けた円弧板部分１３２ｂとを備えている。円弧板部分１３２ｂは人体側に凹となっており、連結板部分１３２ａに直交する大腿部の下部分を取り囲む方向に延びている。
【００９４】
大腿部下部ベルト１３５は、連結板部分１３２ａに形成したベルト通し用のスリットに通されている。大腿部下部ベルト１３５は、バックルおよび面ファスナーを備えており、長さ調整が可能となっている。大腿部下部ベルト１３５をウエア着用者Ｐの大腿部の下部分に装着すると、大腿部下部支持板１３２が人体大腿部の下部分に固定され、その円弧板部分１３２ｂが人体大腿部の表面に沿った状態に撓められて人体大腿部に密着する。
【００９５】
これに対して、下腿部支持板１３３は可動側円盤１３１ａに一体形成されており、ウエア膝関節部１３１から下方に延びている。下腿部支持板１３３は、関節軸中心線１３１ｄに直交する方向に延びている。この下腿部支持板１３３は、その下端１３３ａが、ウエア着用者Ｐの下腿部における膝関節よりも足関節に近い位置、本例では足関節の上部近傍の位置に達する長さの支持板である。
【００９６】
下腿部支持板１３３は、下腿部上部ベルト１３６および下腿部下部ベルト１３９によって、人体下腿部に固定可能である。これらのベルト１３６、１３９は、バックルおよび面ファスナーを備えており、長さ調整が可能である。
【００９７】
ここで、下腿部支持板１３３には、下腿部上部ベルト１３６および下腿部下部ベルト１３９が、人体下腿部に沿った方向にスライド可能な状態で取り付けられている。本例では、下腿部支持板１３３に、その長さ方向に延びる一対のベルト通し用のスリット１３３ｂが形成されている。これらのスリット１３３ｂを通して、下腿部上部ベルト１３６および下腿部下部ベルト１３９が通されている。２本のベルト１３６、１３９によって下腿部支持板１３３が確実にウエア着用者Ｐの下腿部に固定可能である。
【００９８】
次に、ウエア膝関節部１３１の固定側円盤１３１ｃの外側端面には、関節軸中心線１３１ｄに回転中心線が一致するように、回転アクチュエータ１３７が取り付けられている。本例では、ウエア膝関節部１３１に対して、回転アクチュエータ１３７が着脱可能な状態で取り付けられている。着脱機構は、ウエア股関節部１１１の回転アクチュエータ１１７の場合と同様な構造となっている（図１３参照）。
【００９９】
他方の右側の膝部ユニット１３０Ｒも同様に、ウエア股関節部１４１を備えている。ウエア股関節部１４１には大腿部下部支持板１４２、下腿部支持板１４３、大腿部下部ベルト１４５、下腿部上部ベルト１４６、下腿部下部ベルト１４９および回転アクチュエータ１４７が備わっている。右の膝部ユニット１３０Ｒは左側の膝部ユニット１３０Ｌと対称な構造となっているので、その詳細な説明は省略する。
【０１００】
左右の膝部ユニット１３０をウエア着用者Ｐに着用させた状態において、回転アクチュエータ１３７、１４７が回転すると、その回転力によって関節軸中心線１３１ｄ、１４１ｄを中心として、大腿部下部支持板１３２、１４２および下腿部支持板１３３、１４３が相対的に前後方向に旋回する。大腿部下部支持板１３２、１４２は大腿部下部ベルト１３５、１４５によって人体大腿部の下部分に固定され、下腿部支持板１３３、１４３は下腿部上部ベルト１３６、１４６、および下腿部下部ベルト１３９、１４９によって人体下腿部に固定されている。したがって、人体膝関節を中心として、前後に屈曲・伸展する方向のアシスト力が、これらの支持板１３２、１３３、１４２、１４３を介して人体骨格の側に伝達される。これらの支持板１３２、１３３、１４２、１４３は所定のアシスト力を回転アクチュエータ１３７、１４７の側から人体の側に伝達可能な所定の剛性を備えている。
【０１０１】
なお、各ウエア関節部１１１、１２１、１３１、１４１の回転アクチュエータ１１７、１２７、１３７、１４７のそれぞれは、不図示のコントロールユニットに電気的に繋がっている。コントロールユニットは、人体の各関節の動きに応じて、対応する回転アクチュエータを駆動制御して、各関節に対して所定のアシスト力を伝える制御動作を行う。コントロールユニットは、ロボティックウエア１００とは別体構成としても良いし、ロボティックウエア１００の構成部材に取り付けておくこともできる。例えば、図１２（ｂ）に示すように、腰部ベルト１１５の背面部分に面ファスナー等の取付け部１１５ａを設け、ここに、着脱可能な状態でコントロールユニットを取り付けておくことができる。また、各回転アクチュエータのそれぞれにコントロール機能を持たせることも可能である。
【０１０２】
（回転アクチュエータ）
図１５は回転アクチュエータ１１７、１２７、１３７、１４７として用いることのできる回転アクチュエータの一例を示す説明図である。この回転アクチュエータ１５０は、モータ１５１と、この前端に同軸に固定した波動歯車減速機１５２とを備えている。
【０１０３】
波動歯車減速機１５２は、樹脂製の円筒状ハウジング１５３を備えている。円筒状ハウジング１５３の内部には、円環状の剛性内歯歯車１５４が配置され、この内側にはシルクハット形状の可撓性外歯歯車１５５が同軸に配置されている。可撓性外歯歯車１５５の内側には楕円形輪郭の波動発生器１５６が装着されている。円筒状ハウジング１５３に可撓性外歯歯車１５５が固定されており、当該円筒状ハウジング１５３の端面が各ウエア関節部１１１（１２１、１３１、１４１）に対する取付面となっている。
【０１０４】
剛性内歯歯車１５４には出力円盤１５７が同軸に固定されている。出力円盤１５７の端面の中心からは円柱状のボス１５７ａが突出している。また、この端面の外周側の部分には円周方向に所定の角度間隔で、動力伝達ピン１５８が取り付けられている。一方、ウエア股関節部１１１の可動側円盤１１１ａおよびスペーサ１１１ｂには、円周方向の所定の角度間隔でピン穴（図示せず）が形成されている。回転アクチュエータ１１７をウエア股関節部１１１に取り付けると、動力伝達ピン１５８を介して、剛性内歯歯車１５４が可動側円盤１１１ａに連結され、可撓性外歯歯車１５５は円筒状ハウジング１５３を介して固定側円盤１１１ｃに連結される。
【０１０５】
モータ１５１を回転すると、波動発生器１５６が回転する。波動発生器１５６によって楕円状に撓められている可撓性外歯歯車１５５は楕円形状の長軸方向の両端部で剛性内歯歯車１５４にかみ合っている。波動発生器１５６が回転すると、両歯車のかみ合い位置が円周方向に移動し、両歯車の歯数差に応じた相対回転が両歯車の間に発生する。この回転がウエア股関節部１１１の側に伝達される。
【０１０６】
回転アクチュエータとしては上記とは別の構造のものを用いることも可能である。例えば、波動歯車減速機の代わりに別の減速機構を採用することが可能である。
【０１０７】
以上説明したように、実施の形態２に係るロボティックウエア１００は、左右のウエア股関節部１１１、１２１と、ウエア膝関節部１３１、１４１の合計４カ所にそれぞれ独立して回転アクチュエータ（モータユニット）１１７、１２７、１３７、１４７を持つ構造であり、人体股関節および人体膝関節の屈曲と伸展の運動補助ができる。回転アクチュエータ（モータユニット）の重量は、ウエア股関節部１１１、１２１においては腰部で、ウエア膝関節部１３１、１４１では下腿部で保持される。
【０１０８】
また、人体の股関節上部にあたる腰部には、登山用ザックなどに用いられるベルト構造の腰部ベルト１１５（図１２参照）を採用し、骨盤を斜め上から保持している。これにより、腰部ユニット１１０のズリ下がりを防止できる。
【０１０９】
腰部ベルト１１５は、前面のバックルによって容易に脱着できる。ウエア着用者の体型・体格差による股関節および骨盤位置の違いに対しては、調整機構（図１２参照）を設けることで対応できる。
【０１１０】
股関節下部ならびに膝関節上部における大腿部保持部分、すなわち、大腿部上部支持板および大腿部下部支持板は、接触面積を大きくすると共に、例えば、軽量な発泡塩化ビニール材を用いることで、人体に心地良くフィットさせることができる。ベルトを締めることで、これらの支持板を大腿部に簡単に固定でき、緩めることで容易に取り外すことができる。
【０１１１】
また、歩行時のウエア膝関節部１３１、１４１の揺動対策として、下腿部支持板１３３、１４３を人体の足関節上部にまで延長し人体下腿部の全体を保持する構造を採用している。これに伴い、実施の形態１におけるような下腿保持用の円弧板部分を廃止した。この結果、人体膝関節屈曲時の圧迫感が消滅するとともにウエア膝関節部１３１、１４１の人体への固定性が飛躍的に向上した。なお、各支持板１３２、１３３、１４２、１４３には、例えば、軽量かつ高靱性のナイロン複合材料（ＡＳＰＥＸ−ＰＡ）を、大腿部下部支持板１３２の円弧板部分１３２ｂには、例えば、発泡塩化ビニール板を使用できる。
【０１１２】
さらに、各ウエア関節部は回転アクチュエータ（モータユニット）を簡単に着脱できる構造を有している（図１３参照）。着脱には専用工具などは不要である。この機構によって、必要な時以外は回転アクチュエータを取り外し、人体にかかる重量を軽減するなどの効果が期待できる。
【０１１３】
（動作自由度の検証）
人間の歩行には、骨盤の傾斜や回旋といった動きが重要であるとされている。本実施の形態の非外骨格型ロボティックウエア１００は股関節および膝関節の動作補助を主たる目的とするものであり、このような動きを積極的に補助できない。非外骨格型ロボティックウエア１００が関節間リンクを有さないことを大きな特徴とし、その目的は、このような重要な動きを阻害しない、つまり拘束感を少なくすることにある。
【０１１４】
そこで、図１６に示すように、比較検証を目的として、人体の股関節と膝関節を剛体リンクであるリブ（Ｌｉｍｂ）１６１で結合した比較モデル１６０を用意した。リブ１６１以外は実施の形態に係るロボティックウエア１００と同一構造である。この比較モデル１６０とロボティックウエア１００を用いて、関節の動作自由度をまとめた比較実験結果を図１７（ａ）、（ｂ）に示す。図１７の表において、ＲＷは本実施の形態に係るロボティックウエア１００であり、ＬＭは図１６に示す比較モデルである。
【０１１５】
（膝関節揺動評価実験）
ロボティックウエア１００の膝関節用装着ユニット１３０において、ウエア膝関節部１３１、１４１に発生する揺動が改善されているかを定量的に評価することを目的に実験を行った。実験対象の本実施の形態２に係るロボティックウエアとして、図１８に示すように、人体下腿部に取り付ける下腿部支持板１３３（１４３）に、体型による装着性の違いを緩和する目的で設けられた円弧状に湾曲した低剛性部分ａを設けたタイプのもの（Ｎｏｎ−Ｌｉｍｂ  Ｎｏｒｍａｌ）と、図１９に示す３ｍｍ厚のアルミニウム板ｂで剛性を高めたタイプのもの（Ｎｏｎ−Ｌｉｍｂ  Ｒｉｇｉｄ）を、実験用モデルとして用意した。また、比較検証用として図１６に示す関節間リンクである剛体リブ１６１を有するモデル（Ｌｉｍｂ  Ｍｏｄｅｌ）と、図２０に示す短下肢装具（ＡＦＯ：Ａｎｋｌｅ−Ｆｏｏｔ
Ｏｒｔｈｏｓｉｓ）を装着したモデル（Ｎｏｎ−Ｌｉｍｂ  ＡＦＯ）も用いた。
【０１１６】
実験方法は次の通りである。人体に装着したロボティックウエアの左のウエア膝関節上部にモーションセンサを固定した。歩行は立位静止から始め、約５秒後に定常歩行速度４ｋｍ／ｈに達するトレッドミル上を約３０秒歩行した時の角速度を計測した。トレッドミルは、０．１ｋｍ／ｈ毎に速度調整が可能なＨＯＲＩＺＯＮ製ＬＳ８．０Ｔを使用し、床面傾斜角は０°とした。モーションセンサは、外形寸法３６ｍｍ×５２ｍｍ×１１ｍｍ、重量４４．８ｇ（電池重量を含む）の無線９軸ワイヤレスモーションセンサ「ＺＭＰ  ＩＭＵ−Ｚ  ２」を使用し、サンプリング周波数は１００Ｈｚとした。回転アクチュエータ（モータユニット）もウエア膝関節部に取り付けたが、動力伝達ピンを除去し、モータの駆動力や減速機による抵抗が加わらないようにした。
【０１１７】
ウエア膝関節部における角速度解析結果を図２１に示す。これらは歩行開始１０秒後から２０秒後までのデータを対象にしたＲＭＳ値である。Ｖｘ系列は前後水平軸周りの、Ｖｙ系列は鉛直軸周りの、Ｖｚ系列は左右水平軸周りの角速度成分を表す。
【０１１８】
（実験結果の考察）
実験用モデルは、数時間の装着においても位置ずれを感じることが無くなったことから、腰部の固定安定性やフィット感は向上していると思われる。動作自由度に関しては、実験結果から関節間リンクを有さない実験用モデルの拘束感が少ないことがわかる。関節間リンクを付けた場合の拘束感の原因はその長さが一定であることだと推測される。仮に、リンクに長さ可変機構を設けたとしても効果が期待できるのは可変方向である股関節および膝関節の屈曲と伸展に限られるのではないかと思われる。
【０１１９】
モーションセンサ試験に関しては、実験の結果から下腿部支持板の剛性を高くすることで膝関節部の揺動が抑えられていることがわかる。また、ＡＦＯモデルにおいては関節間リブが無くても外骨格型（リブ付きモデル）よりも揺動を抑えることができているが、足関節の自由度が低いため、拘束感が発現する。ＡＦＯモデルが良好な揺動抑制結果となった原因としては、下腿部の保持力が上がったためではないかと推測する。したがって、下腿部の保持方法を改良することで、本発明のロボティックウエアのウエア膝関節部の揺動をさらに抑制できる可能性がある。
【０１２０】
［腰部ユニットの改変例］
上記構成のロボティックウエア１００において、腰部ユニット１１０をウエア着用者Ｐの体型、体格差に応じて適切な位置に装着できるように、各部の位置調整を簡単に行い得ることが望ましい。すなわち、図２２（ａ）に示すように、ウエア着用者Ｐによって、腰部の骨格における大転子（股関節）と腸骨稜（骨盤）の距離Ａが異なる。図２２（ｂ）に示すように、ロボティックウエア１００は、その腰部ユニット１１０の腰部ベルト１１５によって、ウエア着用者Ｐの腸骨稜（骨盤）における上前腸骨棘（ＡＳＩＳ）から上後腸
骨棘（ＰＳＩＳ）に至る部位が固定される状態が形成されるように、着用する必要がある。これにより、ロボティックウエア１００によるアシスト力をウエア着用者Ｐの左右の股関節部分に効率良く伝えることができる。
【０１２１】
このためには、図２２（ｃ）に示すように、腰部ユニット１１０の左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａ、腰部ベルト１１５および大腿部カフ（円弧板部分）１１３ｂ、１２３ｂ（大腿部上部ベルト１１６、１２６）は、それぞれ、ウエア着用者Ｐの体格に合わせた位置に装着できるように、それらの位置調整が可能なことが望ましい。具体的には、左右の股関節ユニット１１１Ａ、１２１Ａに対して、腰部ベルト１１５は上下左右に位置調整が可能な調整機構Ｂを介して取り付けられていることが望ましく、大腿部カフ１１３ｂ、１２３ｂ（大腿部上部ベルト１１６、１２６）は上下方向に位置調整が可能な調整機構Ｃを介して取り付けられていることが望ましい。
【０１２２】
（調整機構を備えた腰部ユニットの構成）
図２３（ａ）は、このような調整機構を備えた腰部ユニットの構成部品を一方の側から見た場合の部品図であり、図２３（ｂ）は各構成部品を異なる方向から見た場合の部品図であり、図２３（ｃ）は腰部ユニットの股関節ユニットの一部を示す部分斜視図である。これらの図に示す腰部ユニット２１０は、実施の形態２における腰部ユニット１１０の代わりに用いることができる。
【０１２３】
腰部ユニット２１０は、同一構成の左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａと、これらが着脱可能に取り付けられる腰部ベルト２１５を備えている。左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａのそれぞれには、実施の形態２の場合と同様に、回転アクチュエータ１１７、１２７（図１０、図１３参照）が着脱可能に取り付けられる。
【０１２４】
左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａは、人体下肢の左右の股関節の部分の外側に配置される円盤状の左右のウエア股関節部２１１、２２１が備わっている。左右のウエア股関節部２１１、２２１は左右対称な構造である。左側のウエア股関節部２１１は、人体側に位置する中心貫通穴が形成された可動側円盤２１１ａと、中心貫通穴が形成された円盤状のスペーサ２１１ｂと、固定側円盤２１１ｃを備えている。可動側円盤２１１ａと固定側円盤２１１ｃはスペーサ２１１ｂを挟み同軸に積層され、これらの中心線である関節軸中心線を中心として、相対回転可能となっている。他方の右側のウエア股関節部２２１も同様な構造であり、可動側円盤２２１ａ、スペーサ２２１ｂ、固定側円盤２２１ｃを備え、可動側円盤２２１ａと固定側円盤２２１ｃは関節軸中心線を中心として相対回転可能である。
【０１２５】
左右のウエア股関節部２１１、２２１には、それぞれ、人体腰部の左右の側面に配置される左右の腰部支持板２１２、２２２と、人体大腿部の上部分の左右の側面に配置される左右の大腿部上部支持板２１３、２２３が取り付けられている。左右の腰部支持板２１２、２２２は、固定側円盤２１１ｃ、２２１ｃに一体形成されており、左右のウエア股関節部２１１、２２１から上方に延びている。腰部支持板２１２、２２２は、関節軸中心線に直交する方向に延びる所定幅の連結板部分２１２ａ、２２２ａと、連結板部分２１２ａ、２２２ａの先端部に取り付けたＴバー（円弧板部分）２１２ｂ、２２２ｂとを備えている。Ｔバー２１２ｂ、２２２ｂは人体側に凹となっており、連結板部分２１２ａ、２２２ａに直交する腰部を取り囲む方向に延びている。
【０１２６】
左右の大腿部上部支持板２１３、２２３は、可動側円盤２１１ａ、２２１ａに一体形成されており、左右のウエア股関節部２１１、２２１から下方に延びている。大腿部上部支持板２１３、２２３、関節軸中心線に直交する方向に延びる一定幅の連結板部分２１３ａ、２２３ａと、連結板部分２１３ａ、２２３ａの下端部に取り付けた大腿部カフ（円弧板
部分）２１３ｂ、２２３ｂとを備えている。大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂは人体側に凹となっており、連結板部分２１３ａ、２２３ａに直交する大腿部上部を取り囲む方向に延びている。
【０１２７】
左のウエア股関節部２１１の腰部支持板２１２、２１３は、関節軸中心線を中心として、人体前後方向に相対回転可能である。同様に、右のウエア股関節部２２１の支持板２２２、２２３は関節軸中心線を中心として人体前後方向に相対回転可能である。すなわち、人体の左右の股関節の上側の骨格部分である骨盤に対して、下側の大腿部の骨格部分が股関節を中心として前後に屈曲・伸展する方向に、支持板２１２および２１３は相対回転可能であり、同様に、支持板２２２、２２３も相対回転可能である。
【０１２８】
上側の左右の腰部支持板２１２、２２２のＴバー２１２ｂ、２２２ｂは、それらの凹側の表面（人体側の面）における連結板部分２１２ａ、２２２ａの両側の部分に、面ファスナー３０１が貼り付けられている。例えば、フック面が露出する状態に面ファスナー３０１が取り付けられている。Ｔバー２１２ｂ、２２２ｂの反対側の凸側の表面にも面ファスナー３０２が貼り付けられており、例えば、面ファスナー３０２のループ面が露出している。図において、理解を容易にするために、面ファスナーのフック面を三角のマークで示し、ループ面を丸のマークで示してある。
【０１２９】
一方、下側の左右の大腿部上部支持板２１３、２２３は、左右の大腿部上部ベルト２１６、２２６によって、ウエア着用者Ｐの左右の大腿部の上部分に固定可能である。大腿部上部支持板２１３、２２３の大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂには、ベルト通し用のスリットが形成されており、これらに、大腿部上部ベルト２１６、２２６が通されている。
【０１３０】
大腿部上部ベルト２１６、２２６は面ファスナーを備えており、ウエア着用者Ｐの左右の大腿部の上部分に装着可能である。大腿部上部ベルト２１６、２２６を締め付けると、左右の大腿部上部支持板２１３、２２３が左右の大腿部の上部分に固定される。また、発泡塩化ビニール板等からなる左右の大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂは大腿部上部ベルト２１６、２２６の内側に位置しており、ベルト締め付け力によって、左右の大腿部の表面に密着した状態になる。
【０１３１】
ここで、左右の大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂは、連結板部分２１３ａ、２２３ａの下端部に対して、取付け位置を上下方向に調整可能な状態で取り付けられている。本例では、双方の部材に、上下方向に一定の間隔で複数のボルト穴が形成されている。上下方向において適切な取付け位置となるように、大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂを連結板部分２１３ａ、２２３ａに対して位置決めして、双方のボルト穴を合わせ、この状態でボルト穴にボルトを通して締結固定することが可能である。
【０１３２】
一方、腰部ベルト２１５は、人体側に配置されるインナーベルト３１５と、外側に配置されるアウターベルト３１６の２本のベルトから構成されている。インナーベルト３１５の一方の端部の内側面には、例えばフック面が露出する状態で面ファスナー３１７が取り付けられている。インナーベルト３１５の外側面には、その長さ方向の両端側の部分および中央部分に、それぞれ、ループ面が露出する状態で面ファスナー３１８が取り付けられている。これに対して、アウターベルト３１６の内側面には、その長さ方向の両端側の部分および中央部分に、それぞれ、フック面が露出する状態で面ファスナー３１９が取り付けられている。これらの面ファスナー３１９は、インナーベルト３１５の外側面に配置した面ファスナー３１８に対応する領域に配置されている。また、アウターベルト３１６の長さ方向の両端部には、固定用のバックル３２１、バックル受け３２２が取り付けられている。なお、アウターベルト３１６の外側面における長さ方向の中央部分にも面ファスナー３２３が配置されており、ここには、コントロールユニット（図１、図２参照）を取付
け可能である。
【０１３３】
（腰部ユニットの装着手順）
図２４〜図２８は腰部ユニット２１０の装着手順を示す説明図である。まず、図２４（ａ）、（ｂ）に示すように、腰部ベルト２１５のインナーベルト３１５をウエア着用者Ｐの腰部（腸骨稜）に巻き付け、その一方の端の裏面の面ファスナー３１７を、他方の端の表面の面ファスナー３１８に止めることで、インナーベルト３１５を仮止めする。
【０１３４】
次に、図２５（ａ）、（ｂ）に示すように、左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａを、それらの関節軸中心Ｄが、ウエア着用者Ｐの股関節（大転子）の真上に位置するように位置決めする。この状態で、股関節ユニット２１１Ａ、２２１ＡのＴバー２１２ｂ、２２２ｂをインナーベルト３１５の両側に仮止めする。図２５（ｃ）、（ｄ）に示すように、股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａは、ウエア着用者Ｐの体幹の側面に合わせた状態となるように配置することが必要である。Ｔバー２１２ｂ、２２２ｂの裏面には面ファスナー３０１のフック面が露出しており、インナーベルト３１５の表面には面ファスナー３１８のループ面が露出しているので、これらの係合により、左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａをインナーベルト３１５に対して、上下左右方向における適切な位置に仮止めすることができる。このように、本例の腰部ユニット２１０は、左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａを、ウエア着用者Ｐの体格に応じて、上下左右方向に位置調整可能な面ファスナー式の位置調整機構が備わっている。
【０１３５】
次に、図２６に示すように、左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａの下端部に取り付けられている大腿部上部ベルト２１６、２２６をウエア着用者Ｐの左右の大腿部に巻き付け、大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂを大腿部に固定する。大腿部上部ベルト２１６、２２６は、それらに取り付けた面ファスナー（図示せず）によって大腿部に締め付け固定が可能となっている。
【０１３６】
左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａの仮取付けが完了した後は、ウエア着用者Ｐが大腿部を屈曲させて動作状態を確認する。適切な動作状態が得られない場合には、股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａを再度位置決めして取り付ける。また、大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂは、ボルトナット式の上下方向の位置調整機構Ｃを介して、連結板部分２１３ａ、２２３ａに取り付けられている。よって、大腿部カフ２１３ｂ、２２３ｂ、これらに取り付けられている大腿部上部ベルト２１６、２２６の上下方向の位置を、ウエア着用者Ｐにとって最も適した位置に調整することができる。
【０１３７】
股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａを仮取付けした後は、図２７に示すように、アウターベルト３１６を、インナーベルト３１５に沿って覆うように巻き付ける。双方の面ファスナー３１８、３１９の係合によって、インナーベルト３１５に対して適切な位置にアウターベルト３１６を取り付けることができる。また、インナーベルト３１５の両側に仮止めされている左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａの上端のＴバー２１２ｂ、２２２ｂは、インナーベルト３１５とアウターベルト３１６の間に挟持された状態になる。また、Ｔバー２１２ｂ、２２２ｂの表面の面ファスナー３０２とアウターベルト３１６裏面の面ファスナー３１９の係合によって、左右の股関節ユニット２１１Ａ、２２１Ａは、確実にインナーベルト３１５とアウターベルト３１６の間に固定される。
【０１３８】
この後は、図２８に示すように、アウターベルト３１６のバックル３２１、３２２をしっかりと締める。ここで、インナーベルト３１５、アウターベルト３１６からなる腰部ベルト２１５が確実にウエア着用者Ｐの骨盤に固定されていることが重要である。以上の手順により、腰部ユニット２１０がウエア着用者Ｐに装着される。
【０１３９】
［その他の実施の形態］
図２９は、本発明を適用した全身用のロボティックウエアの例を示す説明図である。このロボティックウエア１７０は、上肢用装着ユニット１８０と下肢用装着ユニット１９０を備えている。上肢用装着ユニット１８０は、左右の肩関節に、前後方向のアシスト用のウエア肩関節部１８１、１８２と、左右方向のアシスト用のウエア肩関節部１８３、１８４を備えている。また、左右のウエア肘関節部１８５、１８６を備えている。下肢用装着ユニット１９０は、上記の実施の形態２のロボティックウエア１００と同一構成である。
【符号の説明】
【０１４０】
１    ロボティックウエア
１Ａ  試験用ロボティックウエア
２    タイツ（伸縮性ウエア）
３    インナー生地
４    アウター生地
５    左ウエア股関節部
５Ａ  ウエア股関節部
６    右ウエア股関節部
７    左ウエア膝関節部
７Ａ  ウエア膝関節部
８    右ウエア膝関節部
９    コントロールユニット
５ａ〜８ａ  取付けフランジ
５ｂ〜８ｂ  アクチュエータ取付け部
１１、１４、１７、２０  第１アシスト力伝達部材
１２、１５、１８、２１  第２アシスト力伝達部材
１３、１６、１９、２２  回転アクチュエータ
３１  前側骨盤固定用ベルト部分
３２  後側骨盤固定用ベルト部分
４１〜４４  ベルト
４５  ウエイト
４７、４８  ボルト
Ｐ    ウエア着用者（人体）
１００  ロボティックウエア
１０１  タイツ
１１０  股関節用装着ユニット
１１１、１２１  ウエア股関節部
１１１ａ、１２１ａ  可動側円盤
１１１ｂ、１２１ｂ  スペーサ
１１１ｃ、１２１ｃ  固定側円盤
１１１ｄ、１２１ｄ  関節軸中心線
１１２、１２２  腰部支持板
１１２ａ、１２２ａ  連結板部分
１１２ｂ、１２２ｂ  円弧板部分
１１３、１２３  大腿部上部支持板
１１３ａ、１２３ａ  連結板部分
１１３ｂ、１２３ｂ  円弧板部分
１１５  腰部ベルト
１１６、１２６  大腿部上部ベルト
１１７、１２７  回転アクチュエータ
１１７ａ、１２７ａ  モータ
１１７ｂ、１２７ｂ  減速機
１１８ａ  ロック用のフック
１１８ｂ  フック係合溝
１３０、１３０Ｌ、１３０Ｒ  膝関節用装着ユニット
１３１、１４１  ウエア膝関節部
１３１ａ  可動側円盤
１３１ｃ  固定側円盤
１３１ｄ  関節軸中心線
１３２、１４２  大腿部下部支持板
１３３、１４３  下肢部支持板
１３５、１４５  大腿部下部ベルト
１３６、１４６  下腿部上部ベルト
１３７、１４７  回転アクチュエータ
１３９、１４９  下腿部下部ベルト
１５０  回転アクチュエータ
１５１  モータ
１５２  波動歯車減速機
１５３  円筒状ハウジング
１５４  剛性内歯歯車
１５５  可撓性外歯歯車
１５６  波動発生器
１５７  出力円盤
１５７ａ  ボス
１５８  動力伝達ピン
２１０  腰部ユニット
２１１Ａ、２１１Ｂ  股関節ユニット
２１１、２２１  ウエア股関節部
２１１ａ、２２１ａ  可動側円盤
２１１ｂ、２２１ｂ  スペーサ
２１１ｃ、２２１ｃ  固定側円盤
２１２、２２２  腰部支持板
２１３、２２３  大腿部上部支持板
２１２ａ、２２２ａ  連結板部分
２１２ｂ、２２２ｂ  円弧板部分（Ｔバー）
２１３ａ、２２３ａ  連結板部分（大腿部カフ）
２１３ｂ、２２３ｂ  円弧板部分
３０１、３０２  面ファスナー
２１６、２２６  大腿部上部ベルト
２１５  腰部ベルト
３１５  インナーベルト
３１６  アウターベルト
３１７、３１８、３１９  面ファスナー
３２１、３２２  バックル
Ａ    距離
Ｂ    調整機構
Ｃ    調整機構
Ｄ    関節軸中心
【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１５】
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【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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