(57)【要約】【課題】使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で腕の動作の補助に反映することが可能な動作補助装置を提供することを目的とする。【解決手段】動作補助装置は、上腕フレームと、上腕モータと、上腕フレームが回動する平面に沿って回動する前腕フレームと、前腕モータと、上腕の回動方向の力を直接的に検出する第１、第２センサと、前腕の回動方向の力を直接的に検出する第３、第４センサと、第１センサの出力と第２センサの出力の差分に基づいて上腕モータを制御する上腕モータ制御部と、第３センサの出力と第４センサの出力の差分に基づいて前腕モータを制御する前腕モータ制御部と、を有する。【選択図】図１
2015084801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
腕の動作を補助するための動作補助装置であって、
上腕に対応して延設される上腕フレームと、
肩関節に対応して設けられ、前記上腕フレームを回動させるための上腕モータと、
前腕に対応して延設される前腕フレームと、
肘関節に対応して設けられ、前記上腕フレームが回動する平面に沿って前記前腕フレームを回動させるための前腕モータと、
前記上腕フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記上腕フレームの延設方向に直交する第１方向に前記上腕から受ける力を検出するための第１センサと、
前記第１方向とは反対の第２方向に前記上腕から受ける力を検出するための第２センサと、
前記前腕フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記前腕フレームの延設方向に直交する第３方向に前記前腕から受ける力を検出するための第３センサと、
前記第３方向とは反対の第４方向に前記前腕から受ける力を検出するための第４センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力の差分に基づいて前記上腕モータを制御するよう構成される上腕モータ制御部と、
前記第３センサの出力と前記第４センサの出力の差分に基づいて前記前腕モータを制御するよう構成される前腕モータ制御部と、
を有する動作補助装置。
【請求項２】
前記上腕に装着するよう構成された第１可動部と、
前記第１方向及び前記第２方向へ前記第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、
前記前腕に装着するよう構成された第２可動部と、
前記第３方向及び前記第４方向へ前記第２可動部をガイドするための第２ガイド部と、
を更に有し、
前記第１センサは、前記上腕から前記第１可動部を介して前記第１方向に力を受けるよう設けられ、
前記第２センサは、前記上腕から前記第１可動部を介して前記第２方向に力を受けるよう設けられ、
前記第３センサは、前記前腕から前記第２可動部を介して前記第３方向に力を受けるよう設けられ、
前記第４センサは、前記前腕から前記第２可動部を介して前記第４方向に力を受けるよう設けられる請求項１に記載の動作補助装置。
【請求項３】
前記第１センサを前記第１方向下流側から支持するための第１支持部と、
前記第２センサを前記第２方向下流側から支持するための第２支持部と、
前記第３センサを前記第３方向下流側から支持するための第３支持部と、
前記第４センサを前記第４方向下流側から支持するための第４支持部と、
を更に有する請求項２に記載の動作補助装置。
【請求項４】
前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列又は並列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列又は並列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列又は並列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列又は並列に第４弾性部が設けられる請求項３に記載の動作補助装置。
【請求項５】
前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列に第４弾性部が設けられる請求項４に記載の動作補助装置。
【請求項６】
前記前腕フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記前腕フレームの回動によって前記前腕フレームに突き当たったときに前記前腕フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記前腕フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記前腕フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記前腕モータ制御部は、前記スイッチが前記前腕フレームに接触した場合に、前記前腕モータを停止するよう構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作補助装置。
【請求項７】
前記上腕フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記上腕フレームの回動によって前記上腕フレームに突き当たったときに前記上腕フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記上腕フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記上腕フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記上腕モータ制御部は、前記スイッチが前記上腕フレームに接触した場合に、前記上腕モータを停止するよう構成される請求項１〜５のいずれか１項に記載の動作補助装置。
【請求項８】
脚の動作を補助するための動作補助装置であって、
大腿に対応して延設される大腿フレームと、
股関節に対応して設けられ、前記大腿フレームを回動させるための大腿モータと、
下腿に対応して延設される下腿フレームと、
膝関節に対応して設けられ、前記大腿フレームが回動する平面に沿って前記下腿フレームを回動させるための下腿モータと、
前記大腿フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記大腿フレームの延設方向に直交する第１方向に前記大腿から受ける力を検出するための第１センサと、
前記第１方向とは反対の第２方向に前記大腿から受ける力を検出するための第２センサと、
前記下腿フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記下腿フレームの延設方向に直交する第３方向に前記下腿から受ける力を検出するための第３センサと、
前記第３方向とは反対の第４方向に前記下腿から受ける力を検出するための第４センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力の差分に基づいて前記大腿モータを制御する大腿モータ制御部と、
前記第３センサの出力と前記第４センサの出力の差分に基づいて前記下腿モータを制御する下腿モータ制御部と、
を有する動作補助装置。
【請求項９】
前記大腿に装着するよう構成された第１可動部と、
前記第１方向及び前記第２方向へ前記第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、
前記下腿に装着するよう構成された第２可動部と、
前記第３方向及び前記第４方向へ前記第２可動部をガイドするための第２ガイド部と、
を更に有し、
前記第１センサは、前記大腿から前記第１可動部を介して前記第１方向に力を受けるよう設けられ、
前記第２センサは、前記大腿から前記第１可動部を介して前記第２方向に力を受けるよう設けられ、
前記第３センサは、前記下腿から前記第２可動部を介して前記第３方向に力を受けるよう設けられ、
前記第４センサは、前記下腿から前記第２可動部を介して前記第４方向に力を受けるよう設けられる請求項８に記載の動作補助装置。
【請求項１０】
前記第１センサを前記第１方向下流側から支持するための第１支持部と、
前記第２センサを前記第２方向下流側から支持するための第２支持部と、
前記第３センサを前記第３方向下流側から支持するための第３支持部と、
前記第４センサを前記第４方向下流側から支持するための第４支持部と、
を更に有する請求項９に記載の動作補助装置。
【請求項１１】
前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列又は並列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列又は並列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列又は並列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列又は並列に第４弾性部が設けられる請求項１０に記載の動作補助装置。
【請求項１２】
前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列に第４弾性部が設けられる請求項１１に記載の動作補助装置。
【請求項１３】
前記下腿フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記下腿フレームの回動によって前記下腿フレームに突き当たったときに前記下腿フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記下腿フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記下腿フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記下腿モータ制御部は、前記スイッチが前記下腿フレームに接触した場合に、前記下腿モータを停止するよう構成される請求項８〜１２のいずれか１項に記載の動作補助装置。
【請求項１４】
前記大腿フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記大腿フレームの回動によって前記大腿フレームに突き当たったときに前記大腿フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記大腿フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記大腿フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記大腿モータ制御部は、前記スイッチが前記大腿フレームに接触した場合に、前記大腿モータを停止するよう構成される請求項８〜１２のいずれか１項に記載の動作補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、腕や脚の動作を補助するための動作補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、人の腕や脚等の動作を補助するための動作補助装置の開発が進められている。
【０００３】
この種の動作補助装置の一例として、特許文献１には、装着者の意思に従って腕の動作を補助する動作補助装置が記載されている。この動作補助装置は、上腕と前腕の動きに伴う筋電位信号を生体信号センサによって検出し、その信号に基づいて肩部駆動モータや肘部駆動モータを駆動するよう構成されている。
【０００４】
また、動作補助装置の他の例として、装着者によって把持されるグリップに設けた多軸の力センサと、肩関節及び肘関節の角度を検出するための角度センサとを備えたものも知られている。この動作補助装置では、力センサ及び角度センサの検出信号を演算器に入力し、この演算器において三角関数を用いた逆運動計算を行うことで、装着者の動作を補助するための肩部駆動モータ（上腕モータ）や肘部駆動モータ（前腕モータ）に与える制御信号を算出するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−６６１２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１に記載の筋電位センサを用いる動作補助装置の場合、装着者間の筋電位の個人差を補正するための煩雑なキャリブレーションが必要になる場合がある。そのため、動作補助装置の使用に先立つ事前準備に時間を要する。
【０００７】
また、三角関数を用いた逆運動計算に基づいて肩部駆動モータや肘部駆動モータの制御を行う動作補助装置の場合、各関節の角度センサと、逆運動計算を行うための高度な演算器が必要になる。
【０００８】
本発明の幾つかの実施形態は、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で腕の動作の補助に反映することが可能な動作補助装置を提供することを目的とする。
本発明の他の実施形態は、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で脚の動作の補助に反映することが可能な動作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】
【０００９】
本発明の幾つかの実施形態に係る動作補助装置は、
（１）腕の動作を補助するための動作補助装置であって、
上腕に対応して延設される上腕フレームと、
肩関節に対応して設けられ、前記上腕フレームを回動させるための上腕モータと、
前腕に対応して延設される前腕フレームと、
肘関節に対応して設けられ、前記上腕フレームが回動する平面に沿って前記前腕フレームを回動させるための前腕モータと、
前記上腕フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記上腕フレームの延設方向に直交する第１方向に前記上腕から受ける力を検出するための第１センサと、
前記第１方向とは反対の第２方向に前記上腕から受ける力を検出するための第２センサと、
前記前腕フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記前腕フレームの延設方向に直交する第３方向に前記前腕から受ける力を検出するための第３センサと、
前記第３方向とは反対の第４方向に前記前腕から受ける力を検出するための第４センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力の差分に基づいて前記上腕モータを制御するよう構成される上腕モータ制御部と、
前記第３センサの出力と前記第４センサの出力の差分に基づいて前記前腕モータを制御するよう構成される前腕モータ制御部と、
を有する。
【００１０】
上記（１）に記載の動作補助装置によれば、筋電位センサに頼ることなく、装着者の意思を実現するための上腕モータ及び前腕モータの制御が可能であり、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能である。
また、上記（１）に記載の動作補助装置によれば、第１センサの出力と第２センサの出力の差分は、上腕フレームの延設方向に直交する第１方向に上腕から受ける力と、第１方向とは反対の第２方向に上腕から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、当該動作補助装置を装着した者が上腕フレームを第１方向と第２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、第１センサの出力と第２センサの出力の差分に基づいて上腕モータを制御することで、動作補助装置を装着した者が上腕フレームを第１方向と第２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを上腕モータの制御に直接的に反映させることができる。
また、第３センサの出力と第４センサの出力の差分は、前腕フレームの延設方向に直交する第３方向に前腕から受ける力と、第３方向とは反対の第４方向に前腕から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、当該動作補助装置を装着した者が前腕フレームを第３方向と第４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、第３センサの出力と第４センサの出力の差分に基づいて前腕モータを制御することで、動作補助装置を装着した者が前腕フレームを第３方向と第４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを前腕モータの制御に直接的に反映させることができる。
このように、第１センサの出力と第２センサの出力の差分に基づいて上腕モータを制御し、第３センサの出力と第４センサの出力の差分に基づいて前腕モータを制御することで、複雑な制御を必要とすることなく簡易な構成で、動作補助装置の装着者の意思を上腕フレーム及び前腕フレームの回動（腕の動作の補助）に反映させることができる。
【００１１】
本発明の幾つかの実施形態に係る動作補助装置は、
上記（１）に記載の動作補助装置において、
（２）前記上腕に装着するよう構成された第１可動部と、
前記第１方向及び前記第２方向へ前記第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、
前記前腕に装着するよう構成された第２可動部と、
前記第３方向及び前記第４方向へ前記第２可動部をガイドするための第２ガイド部と、
を更に有し、
前記第１センサは、前記上腕から前記第１可動部を介して前記第１方向に力を受けるよう設けられ、
前記第２センサは、前記上腕から前記第１可動部を介して前記第２方向に力を受けるよう設けられ、
前記第３センサは、前記前腕から前記第２可動部を介して前記第３方向に力を受けるよう設けられ、
前記第４センサは、前記前腕から前記第２可動部を介して前記第４方向に力を受けるよう設けられる。
【００１２】
上記（２）に記載の動作補助装置によれば、上腕に装着するよう構成された第１可動部と、第１方向及び第２方向へ第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、を備えるので、第１センサは、上腕から第１可動部を介して第１方向への力のみを受けることができる。したがって、腕の捻りや上腕フレームに対する腕の押しつけに起因して第１方向以外の方向の力（せん断力等）が第１センサに掛かることを抑制できる。同様に、第２方向以外の方向の力が第２センサに掛かること、第３方向以外の方向の力が第３センサに掛かること、第４方向以外の方向の力が第４センサに掛かることを抑制できる。
したがって、動作補助装置を装着した者の意思を上腕フレーム及び前腕フレームの回動（腕の動作の補助）に反映させることができるとともに、第１〜第４センサの破損を効果的に抑制することができる。
【００１３】
幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の動作補助装置において、
（３）前記第１センサを前記第１方向下流側から支持するための第１支持部と、
前記第２センサを前記第２方向下流側から支持するための第２支持部と、
前記第３センサを前記第３方向下流側から支持するための第３支持部と、
前記第４センサを前記第４方向下流側から支持するための第４支持部と、
を更に有する。
【００１４】
上記（３）に記載の動作補助装置によれば、各センサを力の掛かる方向の下流側から支持部によって支持することで、各センサが、検出すべき力を逃がすことなく効果的に検出することができる。
【００１５】
幾つかの実施形態では、上記（３）に記載の動作補助装置において、
（４）前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列又は並列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列又は並列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列又は並列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列又は並列に第４弾性部が設けられる。
【００１６】
上記（４）に記載の動作補助装置によれば、各支持部と各可動部との間に各センサと直列又は並列に弾性部材を設けることで、各センサの厚さ（力を受ける方向の厚さ）の個体差が各センサの出力値に与える影響を低減することができる。
【００１７】
幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の動作補助装置において、
（５）前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列に第４弾性部が設けられる。
【００１８】
上記（５）に記載の動作補助装置によれば、各支持部と各可動部との間に各センサと直列に弾性部材を設けることで、各センサと並列に弾性部材を設ける場合に比べて、各可動部の移動に伴う各センサの出力変化をより線形に近づけることができる。したがって、動作補助装置を装着した者の意思を的確に上腕フレーム及び前腕フレームの回動（腕の動作の補助）に反映させることができる。
【００１９】
上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の動作補助装置であって、
（６）前記前腕フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記前腕フレームの回動によって前記前腕フレームに突き当たったときに前記前腕フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記前腕フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記前腕フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記前腕モータ制御部は、前記スイッチが前記前腕フレームに接触した場合に、前記前腕モータを停止するよう構成される。
上記（６）に記載の動作補助装置によれば、前腕フレームは、スイッチに接触した場合に停止するが、万一スイッチの故障等によってスイッチに接触しても停止しなかった場合に、前腕の回動を制限する突き当て部を更に有する。したがって、動作補助装置を装着した者の関節に過度な力が加わらないように、確実に前腕フレームの回動範囲を制限することができる。
【００２０】
上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載の動作補助装置であって、
（７）前記上腕フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記上腕フレームの回動によって前記上腕フレームに突き当たったときに前記上腕フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記上腕フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記上腕フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記上腕モータ制御部は、前記スイッチが前記上腕フレームに接触した場合に、前記上腕モータを停止するよう構成される。
上記（６）に記載の動作補助装置によれば、上腕フレームは、スイッチに接触した場合に停止するが、万一スイッチの故障等によってスイッチに接触しても停止しなかった場合に、上腕の回動を制限する突き当て部を更に有する。したがって、動作補助装置を装着した者の関節に過度な力が加わらないように、確実に上腕フレームの回動範囲を制限することができる。
【００２１】
本発明の幾つかの実施形態に係る動作補助装置は、
（８）脚の動作を補助するための動作補助装置であって、
大腿に対応して延設される大腿フレームと、
股関節に対応して設けられ、前記大腿フレームを回動させるための大腿モータと、
下腿に対応して延設される下腿フレームと、
膝関節に対応して設けられ、前記大腿フレームが回動する平面に沿って前記下腿フレームを回動させるための下腿モータと、
前記大腿フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記大腿フレームの延設方向に直交する第１方向に前記大腿から受ける力を検出するための第１センサと、
前記第１方向とは反対の第２方向に前記大腿から受ける力を検出するための第２センサと、
前記下腿フレームが回動する平面に沿う方向のうち前記下腿フレームの延設方向に直交する第３方向に前記下腿から受ける力を検出するための第３センサと、
前記第３方向とは反対の第４方向に前記下腿から受ける力を検出するための第４センサと、
前記第１センサの出力と前記第２センサの出力の差分に基づいて前記大腿モータを制御する大腿モータ制御部と、
前記第３センサの出力と前記第４センサの出力の差分に基づいて前記下腿モータを制御する下腿モータ制御部と、
を有する。
【００２２】
上記（８）に記載の動作補助装置によれば、筋電位センサに頼ることなく、装着者の意思を実現するための大腿モータ及び下腿モータの制御が可能であり、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能である。
また、上記（８）に記載の動作補助装置によれば、第１センサの出力と第２センサの出力の差分は、大腿フレームの延設方向に直交する第１方向に大腿から受ける力と、第１方向とは反対の第２方向に大腿から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、当該動作補助装置を装着した者が大腿フレームを第１方向と第２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、第１センサの出力と第２センサの出力の差分に基づいて大腿モータを制御することで、動作補助装置を装着した者が大腿フレームを第１方向と第２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを大腿モータの制御に直接的に反映させることができる。
また、第３センサの出力と第４センサの出力の差分は、下腿フレームの延設方向に直交する第３方向に下腿から受ける力と、第３方向とは反対の第４方向に下腿から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、当該動作補助装置を装着した者が下腿フレームを第３方向と第４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、第３センサの出力と第４センサの出力の差分に基づいて下腿モータを制御することで、動作補助装置を装着した者が下腿フレームを第３方向と第４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを下腿モータの制御に直接的に反映させることができる。
このように、第１センサの出力と第２センサの出力の差分に基づいて大腿モータを制御し、第３センサの出力と第４センサの出力の差分に基づいて下腿モータを制御することで、複雑な制御を必要とすることなく簡易な構成で、動作補助装置を装着した者の意思を大腿フレーム及び下腿フレームの回動（脚の動作の補助）に反映させることができる。
【００２３】
幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の動作補助装置において、
（９）前記大腿に装着するよう構成された第１可動部と、
前記第１方向及び前記第２方向へ前記第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、
前記下腿に装着するよう構成された第２可動部と、
前記第３方向及び前記第４方向へ前記第２可動部をガイドするための第２ガイド部と、
を更に有し、
前記第１センサは、前記大腿から前記第１可動部を介して前記第１方向に力を受けるよう設けられ、
前記第２センサは、前記大腿から前記第１可動部を介して前記第２方向に力を受けるよう設けられ、
前記第３センサは、前記下腿から前記第２可動部を介して前記第３方向に力を受けるよう設けられ、
前記第４センサは、前記下腿から前記第２可動部を介して前記第４方向に力を受けるよう設けられる。
【００２４】
上記（９）に記載の動作補助装置によれば、大腿に装着するよう構成された第１可動部と、第１方向及び第２方向へ第１可動部をガイドするための第１ガイド部と、を備えるので、第１センサは、大腿から第１可動部を介して第１方向への力のみを受けることができる。したがって、脚の捻りや大腿フレームに対する脚の押しつけに起因して第１方向以外の方向の力（せん断力等）が第１センサに掛かることを抑制できる。同様に、第２方向以外の方向の力が第２センサに掛かること、第３方向以外の方向の力が第３センサに掛かること、第４方向以外の方向の力が第４センサに掛かることを抑制できる。
したがって、動作補助装置を装着した者の意思を大腿フレーム及び下腿フレームの回動（脚の動作の補助）に反映させることができるとともに、第１〜第４センサの破損を効果的に抑制することができる。
【００２５】
幾つかの実施形態では、上記（９）に記載の動作補助装置において、
（１０）前記第１センサを前記第１方向下流側から支持するための第１支持部と、
前記第２センサを前記第２方向下流側から支持するための第２支持部と、
前記第３センサを前記第３方向下流側から支持するための第３支持部と、
前記第４センサを前記第４方向下流側から支持するための第４支持部と、
を更に有する。
【００２６】
上記（１０）に記載の動作補助装置によれば、各センサを力の掛かる方向の下流側から支持部によって支持することで、各センサが、検出すべき力を逃がすことなく効果的に検出することができる。
【００２７】
幾つかの実施形態では、上記（１０）に記載の動作補助装置において、
（１１）前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列又は並列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列又は並列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列又は並列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列又は並列に第４弾性部が設けられる。
【００２８】
上記（１１）に記載の動作補助装置によれば、各支持部と各可動部との間に各センサと直列又は並列に弾性部材を設けることで、各センサの厚さ（力を受ける方向の厚さ）の個体差が各センサの出力値に与える影響を低減することができる。
【００２９】
幾つかの実施形態では、上記（１１）に記載の動作補助装置において、
（１２）前記第１支持部と前記第１可動部との間には、前記第１センサと直列に第１弾性部が設けられ、
前記第２支持部と前記第１可動部との間には、前記第２センサと直列に第２弾性部が設けられ、
前記第３支持部と前記第２可動部との間には、前記第３センサと直列に第３弾性部が設けられ、
前記第４支持部と前記第２可動部との間には、前記第４センサと直列に第４弾性部が設けられる。
【００３０】
上記（１２）に記載の動作補助装置によれば、各支持部と各可動部との間に各センサと直列に弾性部材を設けることで、各センサと並列に弾性部材を設ける場合に比べて、各可動部の移動に伴う各センサの出力変化をより線形に近づけることができる。したがって、動作補助装置を装着した者の意思をより的確に大腿フレーム及び下腿フレームの回動（脚の動作の補助）に反映させることができる。
【００３１】
幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１２）のいずれか１項に記載の動作補助装置において、
（１３）前記下腿フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記下腿フレームの回動によって前記下腿フレームに突き当たったときに前記下腿フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記下腿フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記下腿フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記下腿モータ制御部は、前記スイッチが前記突き当て部に接触した場合に、前記下腿モータを停止するよう構成される。
【００３２】
上記（１３）に記載の動作補助装置によれば、下腿フレームは、スイッチに接触した場合に停止するが、万一スイッチの故障等によってスイッチに接触しても停止しなかった場合に、下腿の回動を制限する突き当て部を更に有する。したがって、動作補助装置を装着した者の関節に過度な力が加わらないように、確実に下腿フレームの回動範囲を制限することができる。
【００３３】
幾つかの実施形態では、上記（８）〜（１２）のいずれか１項に記載の動作補助装置において、
（１４）前記大腿フレームの回動範囲を制限するためのリミット装置を更に備え、
前記リミット装置は、
前記大腿フレームの回動によって前記大腿フレームに突き当たったときに前記大腿フレームの回動を制限するよう構成された突き当て部と、
前記大腿フレームが回動したときに前記突き当て部よりも先に前記大腿フレームに接触するよう構成されたスイッチと、
を備え、
前記大腿モータ制御部は、前記スイッチが前記突き当て部に接触した場合に、前記大腿モータを停止するよう構成される。
【００３４】
上記（１４）に記載の動作補助装置によれば、大腿フレームは、スイッチに接触した場合に停止するが、万一スイッチの故障等によってスイッチに接触しても停止しなかった場合に、大腿の回動を制限する突き当て部を更に有する。したがって、動作補助装置を装着した者の関節に過度な力が加わらないように、確実に大腿フレームの回動範囲を制限することができる。
【発明の効果】
【００３５】
本発明の幾つかの実施形態によれば、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で上腕フレーム及び前腕フレームの回動（腕の動作の補助）に反映することが可能である。
本発明の他の実施形態によれば、使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で大腿フレーム及び下腿フレームの回動（脚の動作の補助）に反映することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】幾つかの実施形態に係る動作補助装置を示す概念図である。
【図２】幾つかの実施形態に係る上腕モータ制御部及び前腕モータ制御部を示す概略図である。
【図３】幾つかの実施形態に係るセンサユニットを上腕に装着した状態を示す概略斜視図である。
【図４】幾つかの実施形態に係るセンサユニットの構成を説明するための概略斜視図である。
【図５】（Ａ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの上面図（Ｏ１方向胴体側から見た図）であり、（Ｂ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの正面図（Ｌ１方向下流側から見た図）である。
【図６】（Ａ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの上面図（Ｏ１方向胴体側から見た図）であり、（Ｂ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの正面図（Ｌ１方向下流側から見た図）である。
【図７】（Ａ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの上面図（Ｏ１方向胴体側から見た図）であり、（Ｂ）は幾つかの実施形態に係るセンサユニットの正面図（Ｌ１方向下流側から見た図）である。
【図８】幾つかの実施形態に係るセンサユニットを前腕に装着した状態を示す概略斜視図である。
【図９】幾つかの実施形態に係るセンサユニットの構成を説明するための概略斜視図である。
【図１０】幾つかの実施形態に係るリミッタ装置の構成を説明するための概略斜視図である。
【図１１】幾つかの実施形態に係るリミッタ装置の構成を説明するための上面図（Ｏ２方向胴体側から見た図）である。
【図１２】幾つかの実施形態に係る動作補助装置を示す概念図である。
【発明を実施するための形態】
【００３７】
以下、添付図面に従って本発明の実施形態について説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００３８】
図１は、幾つかの実施形態に掛かる動作補助装置１００を示す図である。
動作補助装置１００は、腕の動作を補助するよう構成されており、上腕に対応して延設される上腕フレーム２と、肩関節に対応して設けられ、上腕フレーム２を回動させるための上腕モータ４と、前腕に対応して延設される前腕フレーム６と、肘関節に対応して設けられ、上腕フレーム２が回動する平面に沿って前腕フレーム６を回動させるための前腕モータ８とを含む。上腕フレーム２は、装着者の肩関節付近の位置から肘関節付近の位置まで直線的に延設されており、上腕モータ４の出力軸Ｏ１のまわりを回動する。前腕フレーム６は、装着者の肘関節付近の位置から手先付近の位置まで直線的に延設されており、前腕モータの出力軸Ｏ２のまわりを回動する。前腕フレーム６の先端には、物の持ち上げ動作等のために物に作用する作用部９０が設けられていてもよく、この作用部９０は、例えば図１に示すようにフック状に構成されていてもよい。図１に示すフック状の作用部９０に重量物を引っ掛けて、上腕フレーム２及び又は前腕フレーム６を上腕モータ４及び又は前腕モータ８により回動させることにより、腕の力以上の力で重量物を持ち上げることができる。
【００３９】
動作補助装置１００は、腕から受ける力を検出するための感圧センサ４１〜４４（第１センサ〜第４センサ）を更に有する。感圧センサ４１は、上腕フレーム２が回動する平面（図１における紙面）に沿う方向のうち上腕フレーム２の延設方向Ｌ１に直交するＡ１方向に上腕から受ける力を検出するよう構成されている。感圧センサ４１は、上腕のうちＡ１方向端に設けるのが望ましい。また、感圧センサ４２は、Ａ１方向とは反対のＡ２方向に上腕から受ける力を検出するよう構成されており、上腕のうちＡ２方向端に設けるのが望ましい。また、感圧センサ４３は、前腕フレーム６が回動する平面に沿う方向のうち前腕フレーム６の延設方向Ｌ２に直交するＡ３方向に前腕から受ける力を検出するよう構成されており、前腕のうちＡ３方向端に設けるのが望ましい。また、感圧センサ４４は、Ａ３方向とは反対のＡ４方向に前腕から受ける力を検出するよう構成されており、前腕のうちＡ４方向端に設けるのが望ましい。
【００４０】
幾つかの実施形態では、図１に示すように、感圧センサ４１及び感圧センサ４２は上腕フレーム２に固定された装着具７によって上腕に装着され、感圧センサ４３及び感圧センサ４４は前腕フレーム６に固定された装着具７によって前腕に装着される。感圧センサ４１及び感圧センサ４２は、上腕から上腕フレーム２への力の伝達経路上に設けられ、感圧センサ４３及び感圧センサ４４は、前腕から前腕フレーム６への力の伝達経路上に設けられる。図１に示す実施形態では、感圧センサ４１と感圧センサ４２とを結ぶ直線Ｍ１が上腕フレーム２の延設方向Ｌ１と直交するように感圧センサ４１と感圧センサ４２とが配置されている。また、感圧センサ４３と感圧センサ４４とを結ぶ直線Ｍ２が前腕フレーム６の延設方向Ｌ２と直交するように感圧センサ４３と感圧センサ４４とが配置されている。
【００４１】
また、動作補助装置１００は、上腕モータ制御部１０と、前腕モータ制御部１２とを有する。上腕モータ制御部１０は、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分に基づいて上腕モータ４を制御するよう構成され、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ３の差分に基づいて前腕モータ８を制御するよう構成される。
図１に示す実施形態において、上腕がＡ１方向側へ回動すると、上腕から感圧センサ４１に加わる力が増大するため、感圧センサ４１の出力Ｐ１は増大する。このとき、感圧センサ４２に加わる力は減少するか０となるため、感圧センサ４２の出力Ｐ２は減少するか０となる。いっぽう、上腕がＡ２方向側へ回動すると、上腕から感圧センサ４２に加わる力が増大するため、感圧センサ４２の出力Ｐ２は増大する。このとき、感圧センサ４１に加わる力は減少または０となるため、感圧センサ４１の出力Ｐ１は減少または０となる。
【００４２】
ここで、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分は、上腕フレーム２の延設方向Ｌ１に直交するＡ１方向に上腕から受ける力と、Ａ１方向とは反対のＡ２方向に上腕から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、背景技術で記載した動作補助装置（装着者によって把持されるグリップに設けた多軸の感圧センサの出力と、肩関節及び肘関節の角度を検出するための角度センサの出力とに基づいて上腕モータ及び前腕モータを駆動するもの）と比較して、動作補助装置１００を装着した者が上腕フレーム２をＡ１方向とＡ２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分に基づいて上腕モータ４を制御することで、動作補助装置１００を装着した者が上腕フレーム２をＡ１方向とＡ２方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを上腕モータ４の制御に直接的に反映させることができる。
【００４３】
また、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ４の差分は、前腕フレーム６の延設方向Ｌ２に直交するＡ３方向に前腕から受ける力と、Ａ３方向とは反対のＡ４方向に前腕から受ける力との差分に対応している。これら２つの力の差分は、背景技術で記載した動作補助装置（前段落に記載のもの）と比較して、動作補助装置１００を装着した者が前腕フレーム６をＡ３方向とＡ４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを直接的に反映している。したがって、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ４の差分に基づいて前腕モータ８を制御することで、動作補助装置１００を装着した者が前腕フレーム６をＡ３方向とＡ４方向のいずれの方向にどの程度のトルクで回動させたいかを前腕モータ８の制御に直接的に反映させることができる。
【００４４】
このように、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分に基づいて上腕モータ４を制御し、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ４の差分に基づいて前腕モータ８を制御することで、複雑な制御を必要とすることなく簡易な構成で、動作補助装置１００の装着者の意思を上腕フレーム２及び前腕フレーム６の回動（腕の動作の補助）に反映させることができる。
【００４５】
また、動作補助装置１００は、上腕及び前腕から受ける力を検出する感圧センサ４１〜４４を用いているため、筋電位センサに頼ることなく、装着者の意思を実現するための上腕モータ４及び前腕モータ８の制御が可能である。これにより、装置の使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能である。
【００４６】
ここで、図２に、上腕モータ制御部１０及び前腕モータ制御部１２の構成例を示す。上腕モータ制御部１０と前腕モータ制御部１２の基本構成は同様であるため、以下ではいずれの説明についても図２を用いて行う。
【００４７】
まず、上腕モータ制御部１０について説明する。感圧センサ４１の出力Ｐ１はセンサアンプ５０によって増幅され、感圧センサ４２の出力Ｐ２はセンサアンプ５２によって増幅される。増幅されたそれらの信号の差分値を差分器５４により算出する。算出された差分値は、所定の大きさより小さい場合に不感帯回路５６によりゼロとなる（ノイズの影響、および重力による感圧センサ４１の出力Ｐ１上と感圧センサ４２の出力Ｐ２のオフセット差の影響を、無視あるいは減じるため）。ＰＩＤ制御器５８は、不感帯回路５６を通過した信号と目標値との偏差に基づいて上腕モータ４の出力を制御するための指令値Ｃ１を算出する。指令値Ｃ１は、上限値を定めるリミッタ６０を通過したのち、上腕モータ４のドライバとしてのパワーアンプ６２に入力され、上腕モータ４の制御に使用される。上記目標値はゼロ又は実質的なゼロに設定され、出力Ｐ１と出力Ｐ２の差分を０に近づけるように上腕モータ制御部１０が上腕モータ４を制御する。このように出力Ｐ１と出力Ｐ２との差分値の目標値をゼロ又は実質的なゼロに設定することで、感圧センサ４１がＡ１方向に受ける力と感圧センサ４２がＡ２方向に受ける力とがつり合った状態に近づくように上腕モータ４による上腕フレーム２の回動が行われる。すなわち、この２つの力がほぼつり合っていれば上腕モータ４は停止しており、この２つの力の何れかが強くなれば、その２つの力がつり合うように上腕モータ４の回転方向とトルクが制御される。これにより、装着者の意思を上腕モータ４の制御に良好に反映させることができる。
【００４８】
次に、前腕モータ制御部１２について説明する。感圧センサ４３の出力Ｐ３はセンサアンプ５０によって増幅され、感圧センサ４４の出力Ｐ４はセンサアンプ５２によって増幅される。増幅されたそれらの信号の差分を差分器５４により算出する。算出された差分値は、所定の大きさより小さい場合に不感帯回路５６によりゼロとなる（ノイズの影響、および重力による感圧センサ４３の出力Ｐ３上と感圧センサ４４の出力Ｐ４のオフセット差の影響を、無視あるいは減じるため）。
ＰＩＤ制御器５８は、不感帯回路５６を通過した信号と目標値との偏差に基づいて前腕モータ８の出力を制御するための指令値Ｃ２を算出する。指令値Ｃ２は、上限値を定めるリミッタ６０を通過したのち、前腕モータ８のドライバとしてのパワーアンプ６２に入力され、前腕モータ８の制御に使用される。上記目標値はゼロ又は実質的なゼロに設定され、出力Ｐ３と出力Ｐ４の差分を０に近づけるように前腕モータ制御部１２が前腕モータ８を制御する。このように出力Ｐ３と出力Ｐ４との差分値の目標値をゼロ又は実質的なゼロに設定することで、感圧センサ４３がＡ３方向に受ける力と感圧センサ４４がＡ４方向に受ける力とがつり合った状態に近づくように前腕モータ８による前腕フレーム６の回動が行われる。すなわち、この２つの力がほぼつり合っていれば前腕モータ８は停止しており、この２つの力の何れかが強くなれば、その２つの力がつり合うように前腕モータ８の回転方向とトルクが制御される。これにより、装着者の意思を前腕モータ８の制御に良好に反映させることができる。
【００４９】
なお、背景技術に記載の三角関数を用いた逆運動計算を行う動作補助装置には、肘関節部の角度センサや肩関節部の角度センサ、高度な演算器等が必要であった。これに対し、上記動作補助装置１００によれば、上腕モータ４の制御は、感圧センサ４１，４２の出力の差分に基づいて行われ、前腕モータ８の制御は、感圧センサ４３，４４の出力の差分に基づいて（上腕モータ４の制御とは独立して）行われるため、肘関節部の角度センサや肩関節部の角度センサ、高度な演算器等が不要となる。したがって、装着者の意思を簡易な構成で腕の補助に反映させることができる。
【００５０】
図２に示す構成例においては、上腕モータ制御部１０及び前腕モータ制御部１２はＰＩＤ制御を行っているが、他の実施形態では、Ｐ制御を行ってもよく、ＰＤ制御を行ってもよく、ＰＩ制御を行ってもよい。幾つかの実施形態では、上腕モータ制御部１０は、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分が正の値の場合は上腕フレーム２をＡ１方向に回動するように、感圧センサ４１の出力Ｐ１と感圧センサ４２の出力Ｐ２の差分が負の値の場合は上腕フレーム２をＡ２方向に回動するように、上腕モータ４を制御する。前腕モータ制御部１２も同様に、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ４の差分が正の値の場合は前腕フレーム６をＡ３方向に回動するように、感圧センサ４３の出力Ｐ３と感圧センサ４４の出力Ｐ４の差分が負の値の場合は前腕フレーム６をＡ４方向に回動するように、前腕モータ８を制御する。
【００５１】
幾つかの実施形態では、図１に示した感圧センサ４１と感圧センサ４２をユニット化して、図３〜５に示すセンサユニット４５を用いてもよい。センサユニット４５は、図３に示すように、上腕フレーム２に固定され、バックル２６を備えたベルト２８を介して上腕に装着される。
なお、幾つかの実施形態では、装着具７は、一定以上の力により装着状態が解除されるように構成されている。例えば、図３に示す装着具としてのベルト２８のバックルは、一定以上の引張力で解放されるように設計されている。この場合、何らかの不具合等により上腕に一定以上の大きな力が加わろうとすると、ベルト２８に大きな力が加わった結果、バックル２６に大きな力が加わり、バックル２６が解放されて、上腕へ過度な力が加わることが防止される。
【００５２】
図４及び図５に示すように、センサユニット４５は、支持フレーム２０と、ガイド部２２と、可動部２４と、感圧センサ４１と、感圧センサ４２とを有する。
【００５３】
ガイド部２２は、Ａ１方向及びＡ２方向へ可動部２４をガイドするよう構成されている。換言すると、可動部２４は、ガイド部２２にガイドされて、Ａ１方向及びＡ２方向へスライドするよう構成されている。なお、可動部２４は、ベルト２８と連結部２９によって連結されており、ベルト２８から連結部２９を介して伝わる力によりＡ１方向及びＡ２方向へスライドする。
【００５４】
図３及び図５に示すように、支持フレーム２０の支持部２１は、上腕フレーム２の延設方向Ｌ１に沿って延設され、ガイド部２２及び感圧センサ４１をＡ１方向下流側から支持している。支持フレーム２０の支持部２３は、上腕フレーム２の延設方向Ｌ１に沿って延設され、ガイド部２２及び感圧センサ４２をＡ２方向下流側から支持している。感圧センサ４１は、Ａ１方向において可動部２４の下流側に配置され、可動部２４と支持部２１の間に位置している。感圧センサ４２は、Ａ２方向において可動部２４の下流側に配置され、可動部２４と支持部２３との間に配置されている。
【００５５】
図３〜図５に示す実施形態において、上腕がＡ１方向へ動くと、ベルト２８を介して可動部２４がＡ１方向へスライドする。これにより、可動部２４から感圧センサ４１に加わる力が増大するため、感圧センサ４１の出力Ｐ１が増大する。このとき、感圧センサ４２に加わる力は減少するか０となるため、感圧センサ４２の出力Ｐ２は減少するか０となる。いっぽう、上腕がＡ２方向へ動くと、ベルト２８を介して可動部２４がＡ２方向へスライドする。これにより、可動部２４から感圧センサ４２に加わる力が増大するため、感圧センサ４２の出力Ｐ２が増大する。このとき、感圧センサ４１に加わる力は減少するか０となるため、感圧センサ４１の出力Ｐ１は減少するか０となる。このように、感圧センサ４１は、上腕から可動部２４を介してＡ１方向に力を受けるよう設けられ、感圧センサ４２は、上腕から可動部２４を介してＡ２方向に力を受けるよう設けられている。
【００５６】
上述のように、上腕に装着するよう構成された可動部２４と、Ａ１方向及びＡ２方向へ可動部２４をガイドするためのガイド部２２と、を備えるので、感圧センサ４１は、上腕から可動部２４を介してＡ１方向への力のみを受けることができる。したがって、腕の捻りや上腕フレーム２に対する腕の押しつけに起因してＡ１方向以外の方向の力（せん断力等）が感圧センサ４１に掛かることを抑制できる。同様に、Ａ２方向以外の方向の力が感圧センサ４２に掛かることを抑制できる。したがって、動作補助装置１００を装着した者の意思を上腕フレーム２の回動（腕の動作の補助）に反映させることができるとともに、感圧センサ４１及び感圧センサ４２の破損を効果的に抑制することができる。
【００５７】
幾つかの実施形態では、図６や図７に示すように、支持部２１と可動部２４との間に、感圧センサ４１と直列又は並列に弾性部材３０を設け、支持部２３と可動部２４との間に、感圧センサ４２と直列又は並列に弾性部材３０を設けてもよい。図６は、支持部２１と可動部２４との間に、感圧センサ４１と直列に弾性部材３０を設け、支持部２３と可動部２４との間に、感圧センサ４２と直列に弾性部材３０を設けてなるセンサユニット４５を示す図である。図７は、支持部２１と可動部２４との間に、感圧センサ４１と並列に弾性部材３０を設け、支持部２３と可動部２４との間に、感圧センサ４２と並列に弾性部材３０を設けてなるセンサユニット４５を示す図である。
【００５８】
図６及び図７に示すように、各支持部２１，２３と可動部２４との間に感圧センサ４１、４２と直列又は並列に弾性部材３０を設けることで、各センサ４１，４２の厚さ（上腕から力を受ける方向、すなわちＡ１方向又はＡ２方向の厚さ）の個体差が各感圧センサ４１，４２の出力値に与える影響を低減することができる。特に、図６に示すセンサユニット４５のように、支持部２１と可動部２４との間に、感圧センサ４１と直列に弾性部材３０を設け、支持部２３と可動部２４との間に、感圧センサ４２と直列に弾性部材３０を設けることにより、図７に示すセンサユニット４５のように各感圧センサ４１，４２と並列に弾性部材３０を設ける場合に比べて、可動部２４の移動に伴う各センサ４１，４２の出力変化をそれぞれ線形に近づけることができる。したがって、動作補助装置１００を装着した者の意思を的確に上腕フレーム２及び前腕フレーム６の回動（腕の動作の補助）に反映させることができる。
【００５９】
幾つかの実施形態では、前腕から受ける図１のＡ３方向及びＡ４方向の力を検出するように、図３〜図７に示したセンサユニット４５を、前腕フレーム６に固定して、前腕に装着してもよい。すなわち、図１に示した感圧センサ４３と感圧センサ４４とに図３〜７に示すセンサユニット４５を適用して、これらのセンサをユニット化してもよい。また、図３では、センサユニット４５をベルト２８によって腕に装着する構成を例示したが、センサユニット４５を腕に装着する装着具７はベルトに限らず、腕の動きのうちモータ制御のために抽出すべき２方向（上腕の場合はＡ１及びＡ２方向、前腕の場合はＡ３及びＡ４方向）の動き対して可動部２４が追従するように装着具７が構成されていればよい。例えば、図８及び図９に示すように、前腕に両側に当接可能に配置した円柱状の、あるいは円柱状のローラーの、２つの当接部３２，３４を用いて前腕にセンサユニット４５を装着してもよい。この当接部３２は、前腕から受けたＡ３方向への力を可動部２４へ伝達するように、Ａ３方向とＬ２方向の両方に直交するＮ方向を軸方向として延設されている。当接部３４は、前腕から受けたＡ４方向への力を可動部２４へ伝達するために、Ｎ方向を軸方向として延設されている。
なお、幾つかの実施形態では、図８に示す装着具としての当接部３２は、一定以上の力により装着状態が解除されるように(一定以上の曲げ力３２により当接部３２が折れて破損するように)構成されている。この場合、何らかの不具合等により前腕に一定以上の大きな力が加わろうとすると、当接部３２，３４が故意に折れるため、前腕へ過度な力が加わることが防止される。
【００６０】
図８及び図９に示す実施形態において、前腕がＡ３方向側へ動くと、当接部３２の周面の一部が前腕から力を受ける。この力は当接部３２と可動部２４とを連結する連結部３６を介して可動部２４に伝達され、可動部２４がＡ３方向へスライドする。これにより、可動部２４から感圧センサ４３に加わる力が増大するため、感圧センサ４３の出力Ｐ３が増大する。このとき、感圧センサ４４に加わる力は減少するか０となるため、感圧センサ４４の出力Ｐ４は減少するか０となる。いっぽう、前腕がＡ４方向側へ動くと、当接部３４の周面の一部が前腕から力を受ける。この力は当接部３４と可動部２４とを連結する連結部３６を介して可動部２４に伝達され、可動部２４がＡ４方向へスライドする。これにより、可動部２４から感圧センサ４４に加わる力が増大するため、感圧センサ４４の出力Ｐ４が増大する。このとき、感圧センサ４３に加わる力は減少するか０となるため、感圧センサ４３の出力Ｐ３は減少するか０となる。このように、感圧センサ４３は、上腕から可動部２４を介してＡ３方向に力を受けるよう設けられ、感圧センサ４４は、上腕から可動部２４を介してＡ４方向に力を受けるよう設けられている。
【００６１】
図８及び図９に示すセンサユニット４５は、上腕に装着するよう構成された可動部２４と、Ａ３方向及びＡ４方向へ可動部２４をガイドするためのガイド部２２と、を備えるので、感圧センサ４３は、上腕から可動部２４を介してＡ３方向への力のみを受けることができる。したがって、腕の捻りや前腕フレーム６に対する腕の押しつけに起因してＡ３方向以外の方向の力（せん断力等）が感圧センサ４３に掛かることを抑制できる。同様に、Ａ４方向以外の方向の力が感圧センサ４４に掛かることを抑制できる。したがって、動作補助装置１００を装着した者の意思を前腕フレーム６の回動（腕の動作の補助）に反映させることができるとともに、感圧センサ４３及び感圧センサ４４の破損を効果的に抑制することができる。
【００６２】
幾つかの実施形態に係る動作補助装置１００は、図１０及び図１１に示すように、前腕フレーム６の回動範囲を制限するためのリミット装置７０を備える。リミット装置７０は、２つの突き当て部７２と、２つのスイッチ７４とを備えている。突き当て部７２は、前腕フレーム６の回動によって前腕フレーム６に突き当たったときに前腕フレーム６の回動を機械的に制限するよう構成される。突き当て部７２のうち前腕フレームの回動時に最初に前腕フレームに突き当たる部分には、緩衝部材としての緩衝ゴム７３を設けてもよい。これにより、前腕フレーム６が突き当て部７２に当接する際の衝撃を緩めることができる。スイッチ７４は、前腕フレーム６が回動したときに突き当て部７２よりも先に前腕フレーム６に接触するよう構成される。この場合、図１に示す前腕モータ制御部１２は、スイッチ７４が前腕フレーム６に接触した場合に、前腕モータ８を停止するよう構成される。したがって、前腕フレーム６は、スイッチ７４に接触した場合に停止するが、万一スイッチ７４の故障等によってスイッチ７４に接触しても停止しなかった場合に、突き当て部７２が前腕の回動を制限する。このように、動作補助装置１００を装着した者の関節に過度な力が加わらないように、確実に前腕フレームの回動範囲を制限することができる。なお、図１０及び図１１では、前腕フレーム６の回動範囲を制限するためのリミット装置７０について説明したが、このリミット装置７０は、上腕フレーム２の回動範囲を制限するように構成してもよい。この場合、本段落における前腕フレーム６の回動範囲を制限するためのリミット装置７０の説明について、「前腕」を「上腕」に読み替えることで、上腕フレーム２の回動範囲を制限するリミット装置７０の構成が説明される。
【００６３】
幾つかの実施形態に係る動作補助装置１００は、上腕フレーム２の回動範囲を制限するためのリミット装置７０を備えていても良い。この場合、前段落において「前腕」を「上腕」と読み替えればよい。
【００６４】
なお、図１〜図１１を用いて説明した動作補助装置１００では、図１に示す作用部９０に動作補助装置１００の定格荷重をかけたときに、当該荷重によって上腕フレーム２及び前腕フレーム６が回動しないように、上腕モータ４及び前腕モータ８の減速機が構成されている。このように、上腕モータ４及び前腕モータ８の減速機は、実質的なバックドライバビリティを有さないようにすれば、腕を回動しない限り、上腕フレーム２及び前腕フレーム６は回動されないので、上腕モータ４および前腕モータ８での電流消費を抑制することができる。
【００６５】
他の実施形態では、図１〜図１１を用いて説明した動作補助装置１００を、脚の動作を補助する動作補助装置に適用させてもよい。脚の動作の補助の具体例としては、歩行動作の補助や、物を持ち上げ時における膝関節や股関節の伸展動作の補助等を挙げることができる。この場合、図１〜図１１を用いて説明した腕の動作を補助する動作補助装置１００に対して、当該説明における「上腕」を「大腿」、「前腕」を「下腿」、「肩関節」を「股関節」、「肘関節」を「膝関節」と読み替えることで、脚の動作を補助する動作補助装置１００（図１２参照）及びその構成例が説明される。この場合の脚の動作を補助する動作補助装置によれば、装置の使用に先立つ事前準備に要する時間を短縮可能であり、且つ、装着者の意思を簡易な構成で脚の動作の補助に反映することが可能となる。
【符号の説明】
【００６６】
２  上腕フレーム
４  上腕モータ
６  前腕フレーム
７  装着具
８  前腕モータ
１０  上腕モータ制御部
１２  前腕モータ制御部
２０  支持フレーム
２１  支持部
２２  ガイド部
２３  支持部
２４  可動部
２６  バックル
２８  ベルト
２９  連結部
３０  弾性部材
３２  当接部
３４  当接部
３６  連結部
４１  感圧センサ
４２  感圧センサ
４３  感圧センサ
４４  感圧センサ
４５  センサユニット
５０  センサアンプ
５２  センサアンプ
５４  差分器
５６  不感帯回路
５８  制御器
６０  リミッタ
６２  パワーアンプ
７０  リミット装置
７２  突き当て部
７３  緩衝ゴム
７４  スイッチ
９０  作用部
１００  動作補助装置
【図１】
2015084801.tif 000003
【図２】
2015084801.tif 000004
【図３】
2015084801.tif 000005
【図４】
2015084801.tif 000006
【図５】
2015084801.tif 000007
【図６】
2015084801.tif 000008
【図７】
2015084801.tif 000009
【図８】
2015084801.tif 000010
【図９】
2015084801.tif 000011
【図１０】
2015084801.tif 000012
【図１１】
2015084801.tif 000013
【図１２】
2015084801.tif 000014