(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基台部と、人が腰掛ける座部と、前記座部に腰掛ける人の股関節中心がＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように前記座部を移動させる移動機構部とを備え、
前記移動機構部は、前記基台部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の外側支持板と、前記座部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の内側支持板と、前記左右一対の内側支持板の前端部を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した左右一対の第１リンク機構と、前記左右一対の内側支持板の前記前端部よりも後方位置を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した前記左右一対の第１リンク機構と連動可能な左右一対の第２リンク機構と、前記左右一対の前記第１リンク機構を同期させる同期機構とを備えた、ことを特徴とする起立支援装置。
【請求項２】
前記左右一対の外側支持板は、前後方向に延びる外側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の内側支持板は、前後方向に延びる内側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の第１リンク機構は、前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第１軸心廻りに回転可能に設けられた第１ギヤと、前記第１ギヤに一体回転可能に取り付けられた第１アーム部と、この第１アーム部にピンを介して枢着された基端を有する第２アーム部と、前記外側スリットを通って前記第２アーム部の先端に枢着されかつ前記内側支持板の前端部に固定される第１ロッドとをそれぞれ有し、
前記左右一対の第２リンク機構は、前記第１ギヤと噛合するように前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第２軸心廻りに回転可能に設けられた第２ギヤと、この第２ギヤと一体回転可能に設けられた揺動アーム部と、前記内側スリットを通って前記揺動アーム部の先端に固定される第２ロッドとをそれぞれ有し、
前記同期機構は、前記左右一対の第１ギヤと噛合するように前記左右一対の外側支持板における同一軸心上に設けられた左右一対の第３ギヤと、前記左右一対の第３ギヤを同期回転させるようこれらを連結する連結軸とを有する、請求項１に記載の起立支援装置。
【請求項３】
外側スリットは円弧形に形成されている、請求項２に記載の起立支援装置。
【請求項４】
左右一対の前記第１ギヤのうちの一方、または左右一対の前記第２ギヤのうちの一方、または左右一対の第３ギヤのうちの一方を回転させるモータをさらに備えた、請求項２または３に記載の起立支援装置。
【請求項５】
基台部と、人が腰掛ける座部と、前記座部に腰掛ける人の股関節中心がＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように前記座部を移動させる移動機構部とを備え、
前記移動機構部は、前記基台部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の外側支持板と、前記座部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の内側支持板と、前記左右一対の内側支持板の前端部を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した左右一対の第１リンク機構と、前記左右一対の内側支持板の前記前端部よりも後方位置を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した前記左右一対の第１リンク機構と連動可能な左右一対の第２リンク機構と、前記左右一対の前記第１リンク機構を同期させる同期機構とを備え、
椅子に腰掛ける人体モデルの足関節の中心座標をＰ1（ｘ1，ｙ1）、膝関節の中心座標をＰ2（ｘ2，ｙ2）、股関節の中心座標をＰ3（ｘ3，ｙ3）、下腿部の長さをｌ1、大腿部の長さをｌ2、前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）を通る水平面と下腿部との角度をφ1、前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）を通る水平面と大腿部との角度をφ2とするとき、
前記人体モデルが起立する際に、
前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）の位置が変化せず、
前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）の位置が次の式（Ａ）
【数１】
0006579507.tif 000022
で示された円周上を前後に移動する軌跡を描き、
前記中心座標Ｐ3（ｘ3，ｙ3）の位置が次の式（Ｂ）
【数２】
0006579507.tif 000023
で示されたＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くようにすべく、
前記座部に腰掛ける人体モデルの大腿部を支持する位置から前記座部を前記式（Ａ）および（Ｂ）の軌跡を描いて起立するときの前記大腿部の位置に対して上昇させる、ことを特徴とする起立支援装置。
【請求項６】
前記左右一対の外側支持板は、前後方向に延びる外側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の内側支持板は、前後方向に延びる内側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の第１リンク機構は、前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第１軸心廻りに回転可能に設けられた第１ギヤと、前記第１ギヤに一体回転可能に取り付けられた第１アーム部と、この第１アーム部にピンを介して枢着された基端を有する第２アーム部と、前記外側スリットを通って前記第２アーム部の先端に枢着されかつ前記内側支持板の前端部に固定される第１ロッドとをそれぞれ有し、
前記左右一対の第２リンク機構は、前記第１ギヤと噛合するように前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第２軸心廻りに回転可能に設けられた第２ギヤと、この第２ギヤと一体回転可能に設けられた揺動アーム部と、前記内側スリットを通って前記揺動アーム部の先端に固定される第２ロッドとをそれぞれ有し、
前記同期機構は、前記左右一対の第１ギヤと噛合するように前記左右一対の外側支持板における同一軸心上に設けられた左右一対の第３ギヤと、前記左右一対の第３ギヤを同期回転させるようこれらを連結する連結軸とを有する、請求項５に記載の起立支援装置。
【請求項７】
外側スリットは円弧形に形成されている、請求項６に記載の起立支援装置。
【請求項８】
左右一対の前記第１ギヤのうちの一方、または左右一対の前記第２ギヤのうちの一方、または左右一対の第３ギヤのうちの一方を回転させるモータをさらに備えた、請求項６または７に記載の起立支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、起立時の身体への負担を軽減する起立支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
起立は日常生活に欠かすことができない動作であり、歩行など様々な目的となる動作の前に行われる。したがって、身体機能が低い高齢者や障がい者などの自力で起立が困難な人（以下、「起立困難者」という）は、介助者がいなければ行動が制限されてしまう。
【０００３】
起立困難者は、筋力やバランス能力の低下などによって起立動作時に身体的な負担と精神的な不安を感じている。そこで、このような問題を軽減するために多くの起立動作を補助する装置が提案されている。
【０００４】
例えば、特許文献１には、固定座体および可動座体と、可動座体を昇降させるリンク機構と、リンク機構を付勢し可動座体を所要の力で上昇させるエアダンパーとを備えた起立支援装置（立ち上がり補助椅子）が提案されている。
【０００５】
また、特許文献２には、台座に着座部がヒンジを介して取り付けられると共に、着座部を台座に対して開放する方向に付勢する主ダンパーおよび補助バネを有する起立支援装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１５２２９７号公報
【特許文献２】特開２０１３−９０８５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本願発明者らは、起立動作の計測実験結果を解析し、個人が負担を減らしたいと希望する関節（足・膝・股関節）における身体負荷を低減するために最適化計算を行い、起立動作時の身体負荷の指標値が最小となる起立動作を導出した。ここで、導出された起立動作は、被験者の自然な起立動作からわずかに異なる起立動作姿勢であった。この動作は、個人により、また椅子の座面の高さにより動きの大きさや速度に若干の差が見られるが、概ね以下のようになる。
【０００８】
殿部を中心に上体部を前方に傾けると同時に、足部を支点に下腿部を前方に傾けて、重心と膝関節中心を前方へ移動させた後、殿部を座面から浮き上がらせ、膝を伸ばしていくことにより膝関節中心は後方へ移動し、これと同時に腰が前方へ移動して行く事により、重心を足裏の支持基底面に保った状態で上昇すると共に上体が起き上がって直立した状態となる動作である。また、この際の左右方向から視た膝関節中心は前方へ移動してから後方へ戻るような個人に適合した緩やかな円弧軌跡であり、左右方向から視た股関節中心の移動軌跡も個人に適合した緩やかなＳ字カーブである。よって、このような起立動作を行うことにより、余分な身体負荷を低減しながら下肢の力を活用して、より自然に椅子から立ち上がる姿勢に誘導され、股関節と下腿部の運動連鎖を引き起こすことが期待できる。
【０００９】
したがって、起立困難者が起立する際もできるだけ自然に近い動作が行えるように起立支援装置によって補助することが望ましい。
また、起立困難者は各人に体格差があることに加え、起立動作も厳密には個人差があるため、起立支援装置はそれを使用する起立困難者に応じたものであることが好ましい。
さらに、起立困難者の中には、腰を少し持ち上げる程度で補助すれば自力で起立できる人から腰を高く持ち上げなければ起立できない人まで含まれるため、起立困難者の起立能力に応じた補助が行える起立支援装置を使用することが好ましい。
【００１０】
これに対して、特許文献１の起立支援装置は、起立補助時の可動座体がリンク機構の下部前関節の軸心を中心とする円の一部の円弧軌道に沿って移動するよう構成されており、可動座体の円弧軌道に沿った上昇によって腰が持ち上げられて起立困難者は中腰の姿勢となる。このとき、足が床面に着地して固定された状態で腰が斜め前方へ連続的に押し上げられる。
【００１１】
そのため、特許文献１の起立支援装置では、起立困難者の腰が円弧軌道に沿って移動する起立動作をとることになり、股関節中心が緩やかなＳ字カーブに沿って移動する自然な起立動作にはならない。よって、起立困難者は自然な起立動作とは異なる動作で起立しなければならず足首、膝、腰等に負担がかかるおそれがあった。
【００１２】
また、特許文献１の起立支援装置では、不自然な起立動作になってしまうため、起立困難者が積極的に自力で起立しようとはせず、全面的に起立支援装置による補助に頼ってしまい、筋力の低下を抑制することができなくなるおそれがあった。
【００１３】
また、特許文献２の起立支援装置は、ヒンジの軸を中心とする円の一部の円弧軌道に沿って着座部が移動するよう構成されており、起立困難者が着座部から腰を浮かせると主ダンパーおよび補助バネによる反発力が着座部を押し上げ、それによって中腰姿勢まで起立の補助を行う。
【００１４】
しかしながら、特許文献２の起立支援装置によっても自然な起立動作の補助を行うことができず、自然な起立動作時に比べて足首、膝、腰等にかかる負荷が大きくなるおそれがあった。
【００１５】
また、特許文献１および２の起立支援装置は、中腰姿勢までの起立補助であるため、さらに腰を高い位置まで持ち上げる補助が必要な起立困難者には対応できていない。
【００１６】
本発明はこのような課題に鑑みなされたものであり、足首、膝、腰にかかる余分な負担が小さい自然に近い起立動作へと使用者を誘導することができる起立支援装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
かくして、本発明によれば、基台部と、座部と、前記座部に腰掛ける起立困難者の股関節中心がＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように前記座部を移動させる移動機構部とを備え、
前記座部に腰掛ける起立困難者の足関節、膝関節および股関節の中から選択された少なくとも１つの関節に対応する物理量としての身体への負担を表す指標値が最小化するように、前記座部はＳ字カーブ上を上昇する起立支援装置が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
本発明の起立支援装置によれば、起立困難者が座位姿勢から起立する際、自然に近い起立動作の補助を行うことができる。
この「自然に近い起立動作」とは、起立動作の計測実験結果を解析し、個人が負担を減らしたいと希望する関節（足・膝・股関節）における身体負荷を低減するために最適化計算を行い、起立動作時の身体負荷の指標値が最小となるよう導出された動作である。この「自然に近い起立動作」は、個人により、また椅子の座面の高さにより動きの大きさや速度に若干の差が見られるが、概ね以下のようになる。
【００１９】
殿部を中心に上体部を前方に傾けると同時に、足部を支点に下腿部を前方に傾けて、重心と膝関節中心を前方へ移動させた後、殿部を座面から浮き上がらせ、膝を伸ばしていくことにより膝関節中心は後方へ移動し、これと同時に腰が前方へ移動して行く事により、重心を足裏の支持基底面に保った状態で上昇すると共に上体が起き上がって直立した状態となる動作である。したがって、「自然に近い起立動作」においては、左右方向から視た膝関節中心は前方へ移動してから後方へ戻るような個人に適合した緩やかな円弧軌跡であり、左右方向から視た股関節中心の移動軌跡も個人に適合した緩やかなＳ字カーブである。よって、「自然に近い起立動作」を行うことにより、余分な身体負荷を低減しながら下肢の力を活用して、より自然に椅子から立ち上がる姿勢に誘導され、股関節と下腿部の運動連鎖を引き起こすことが期待できる。
【００２０】
したがって、起立困難者は本発明の起立支援装置を用いて足首、膝、腰等に余分な負担をかけることなく積極的に自力で起立しようとする習慣を身につけることができ、この結果、起立困難者の筋力低下の抑制、筋力維持および筋力増加が期待できる。
【００２１】
また、この起立支援装置によれば、起立困難者の起立能力に対応可能であると共に、椅子としての使用は無論のこと、洋式便器の便座に組み込むことも可能であり、便所に介助者を立ち入らせたくないと感じている起立困難者を精神的な苦痛から開放することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の起立支援装置の実施形態１を示す斜視図である。
【図２】図１の起立支援装置における側板を取り外した状態の斜視図である。
【図３】図１の起立支援装置の正面図である。
【図４】図１の初期状態の起立支援装置の一部を省略した右側面図である。
【図５】図４に引き続く座部の第１の移動状態を示す側面図である。
【図６】図５に引き続く座部の第２の移動状態を示す側面図である。
【図７】図６に引き続く座部の第３の移動状態を示す側面図である。
【図８】（Ａ）は図４に対応する着座姿勢を示し、（Ｂ）は図５に対応する起立動作を示す説明図である。
【図９】（Ａ）は図６に対応する起立動作を示し、（Ｂ）は図７に対応する起立動作を示す説明図である。
【図１０】人体モデルの説明図であって（Ａ）は人体モデルの直立状態を示し、（Ｂ）は着座状態を示す。
【図１１】人体モデルの股関節中心と膝関節中心の軌跡に対する本発明における移動機構部を重ねて示した図である。
【図１２】図１１に示す移動機構部における膝関節の第１リンク機構の説明図であって（Ａ）〜（Ｄ）は第１リンク機構が座位から立位へ上昇するときの動きを段階的に示している。
【図１３】座位および立位での第１リンク機構における第１ロッド（点Ｐ2）を中心とする半径ｌKの第２アーム部の円軌跡を重ねて示した図である。
【図１４】図１１に示す移動機構部における股関節の第２リンク機構の説明図であって（Ａ）〜（Ｄ）は第２リンク機構が座位から立位へ上昇するときの動きを段階的に示している。
【図１５】座位および立位での第２リンク機構における第２軸心（点ＰH）を中心とする半径ｌHの揺動アーム部の円軌跡を重ねて示した図である。
【図１６】点ＰHを中心とする第２リンク機構の揺動アーム部の軌跡円と股関節中心および膝関節中心を結ぶ直線との交点を示す図である。
【図１７】移動機構部における第１ギヤと第２ギヤの間隔を示す図である。
【図１８】移動機構部における第１ギヤと第１ロッドとの間隔を示す図である。
【図１９】（Ａ）は座位と立位の間での第１ギヤの回転角を説明し、（Ｂ）は第２ギヤの回転角度を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明の起立支援装置は、基台部と、人が腰掛ける座部と、前記座部に腰掛ける人の股関節中心がＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように前記座部を移動させる移動機構部とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の起立支援装置は、次のように構成されてもよい。
（Ａ）椅子に腰掛ける人体モデルの足関節の中心座標をＰ1（ｘ1，ｙ1）、膝関節の中心座標をＰ2（ｘ2，ｙ2）、股関節の中心座標をＰ3（ｘ3，ｙ3）、下腿部の長さをｌ1、大腿部の長さをｌ2、前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）を通る水平面と下腿部との角度をφ1、前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）を通る水平面と大腿部との角度をφ2とするとき、
前記人体モデルが起立する際に、
前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）の位置が変化せず、
前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）の位置が次の式（Ａ）
【数１】
0006579507.tif 000002
で示された円周上を前後に移動する軌跡を描き、
前記中心座標Ｐ3（ｘ3，ｙ3）の位置が次の式（Ｂ）
【数２】
0006579507.tif 000003
で示されたＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くようにすべく、
前記移動機構部は、前記座部に腰掛ける人体モデルの大腿部を支持する位置から前記座部を前記式（Ａ）および（Ｂ）の軌跡を描いて起立するときの前記大腿部の位置に対して上昇させるものであってもよい（図１０〜図１２参照）。
【００２５】
このようにすれば、起立時に起立困難者の膝が前方へ移動してから後方へ戻り、かつ股関節中心が上方に向かって緩やかなＳ字カーブを描くよう起立困難者の自然に近い起立動作を補助する移動機構部を得ることができる。この場合、移動機構部としては、このように起立困難者の起立支援ができるよう座部を移動させるものであればよく、例えば、リンク機構、Ｘ−Ｙステージ等が挙げられる。
【００２６】
（Ｂ）前記移動機構部は、前記座部に腰掛けた人の膝関節中心を前後および上下方向に往復移動させる第１リンク機構と、前記第１リンク機構と連動しながら前記座部に腰掛けた人の股関節中心をＳ字カーブで上下方向に移動させる第２リンク機構とを備えてもよい。
【００２７】
このようにすれば、比較的簡単な一軸制御機構でありながら座部に腰掛けた人の膝関節中心を前後および上下方向に往復移動させ、かつ股関節中心を緩やかなＳ字カーブで上昇させ、それによって起立困難者の自然に近い起立動作を補助することができる。
【００２８】
（Ｃ）前記移動機構部は、前記基台部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の外側支持板と、前記座部の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の内側支持板と、前記左右一対の内側支持板の前端部を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した左右一対の第１リンク機構と、前記左右一対の内側支持板の前記前端部よりも後方位置を前記左右一対の外側支持板に移動可能に連結した前記左右一対の第１リンク機構と連動可能な左右一対の第２リンク機構と、前記左右一対の前記第１リンク機構を同期させる同期機構とを備えてもよい。
【００２９】
このようにすれば、座部を左右両側から支持できるため耐荷重性が向上する。また、同期機構を駆動させることにより左右の第１リンク機構および左右の第２リンク機構を一軸制御により同期的に安定して駆動させることができる。
【００３０】
（Ｄ）前記左右一対の外側支持板は、前後方向に延びる外側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の内側支持板は、前後方向に延びる内側スリットをそれぞれ有し、
前記左右一対の第１リンク機構は、前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第１軸心廻りに回転可能に設けられた第１ギヤと、前記第１ギヤに一体回転可能に取り付けられた第１アーム部と、この第１アーム部にピンを介して枢着された基端を有する第２アーム部と、前記外側スリットを通って前記第２アーム部の先端に枢着されかつ前記内側支持板の前端部に固定される第１ロッドとをそれぞれ有し、
前記左右一対の第２リンク機構は、前記第１ギヤと噛合するように前記外側支持板の所定箇所に左右方向の第２軸心廻りに回転可能に設けられた第２ギヤと、この第２ギヤと一体回転可能に設けられた揺動アーム部と、前記内側スリットを通って前記揺動アーム部の先端に固定される第２ロッドとをそれぞれ有し、
前記同期機構は、前記左右一対の第１ギヤと噛合するように前記左右一対の外側支持板における同一軸心上に設けられた左右一対の第３ギヤと、前記左右一対の第３ギヤを同期回転させるようこれらを連結する連結軸とを有してもよい。
【００３１】
このようにすれば、前記一軸制御機構を実現できる。
【００３２】
（Ｅ）外側スリットは円弧形に形成されていてもよい。
このようにすれば、起立困難者が座部から起立する際に、起立困難者が膝を前方へ移動させてから後方へ戻すより自然な円弧軌跡動作を行えるよう、移動機構部にて座部を移動させることができる。
【００３３】
（Ｆ）左右一対の前記第１ギヤのうちの一方、または左右一対の前記第２ギヤのうちの一方、または左右一対の第３ギヤのうちの一方を回転させるモータをさらに備えてもよい。
このようにすれば、起立困難者または介助者が手動で移動機構を駆動させることなく、モータにて楽に移動機構を駆動させることができる。あるいは、モータの代わりに引張バネを用いてもよい。この場合、例えば、プーリおよびベルトを介して引張バネの引張力を第１〜第３ギヤのいずれかに伝達して座部を上昇させるよう構成する。なお、手動の場合は、例えば、同期機構の連結軸の左右端部にリング状のハンドルを取り付ければ、ハンドルを回して座部を上昇させることができる。
【００３４】
以下、図面を参照しながら本発明の起立支援装置の具体的な実施形態を詳説する。
【００３５】
（実施形態１）
図１は本発明の起立支援装置の実施形態１を示す斜視図であり、図２は図１の起立支援装置における側板を取り外した状態の斜視図である。また、図３は図１の起立支援装置の正面図であり、図４は図１の初期状態の起立支援装置の一部を省略した右側面図である。
【００３６】
＜起立支援装置の構成について＞
実施形態１の起立支援装置１０は、基台部１１と、人が腰掛ける座部１２と、座部１２に腰掛ける人の股関節中心がＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように座部１２を移動させる移動機構部１３とを備え、移動機構部１３によって座部１２を上昇させて起立困難者の起立を補助する装置である。なお、本明細書において、起立支援装置１０における前後左右の方向は、座部１２に腰掛けた使用者を基準とした前後左右の方向である。
【００３７】
基台部１１は、座部１２を受ける中央板部１１ａと、中央板部１１ａの前端左右位置から前方へ突出した突出板部１１ｂとを有してなる。実施形態１の場合、基台部１１は、基台部１１の左右底面、左右両端および後端に連結された複数の支持脚１１ｘによって所定高さ位置に支持されている。なお、基台部１１の左右両端および後端に連結された複数の支持脚１１ｘは、基台部１１の左右および後を覆うパネルとしても機能する。
【００３８】
座部１２は、四角形の板からなり、起立支援装置１０の初期状態において基台部１１の中央板部１１ａ上に配置される。なお、実施形態１では、基台部１１の中央板部１１ａにおける座部１２との接触箇所に、下降時の座部１２との衝撃を吸収するクッション材１１ｙを配置している。
【００３９】
移動機構部１３は、座部１２に腰掛けた人の膝関節中心を前後および上下方向に往復移動させる第１リンク機構１３Ａと、第１リンク機構１３Ａと連動しながら座部１２に腰掛けた人の股関節中心をＳ字カーブで上下方向に移動させる第２リンク機構１３Ｂとを備える。
【００４０】
さらに詳しく説明すると、移動機構部１３は、基台部１１の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の外側支持板１３Ｄと、座部１２の左右両側に垂直状に設けられた前後方向に延びる左右一対の内側支持板１３Ｅと、左右一対の内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1を左右一対の外側支持板１３Ｄに移動可能に連結した前記左右一対の第１リンク機構１３Ａと、左右一対の内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1よりも後方位置を左右一対の外側支持板１３Ｄに移動可能に連結した左右一対の第１リンク機構１３Ａと連動可能な前記左右一対の第２リンク機構１３Ｂと、左右一対の第１リンク機構１３Ａを同期させる同期機構１３Ｃと、同期機構１３Ｃを駆動させる駆動部１３Ｆとを備える。
【００４１】
つまり、移動機構部１３は、座部１２の左右両側に配置された第１・第２リンク機構１３Ａ、１３Ｂ、外側支持板１３Ｄおよび内側支持板１３Ｅを備えており、移動機構部１３のこれら左右の機構部は左右対称的に同一である。したがって、移動機構部１３の説明では、初期状態における右側の機構部、同期機構１３Ｃおよび駆動部１３Ｆについて説明する。
【００４２】
外側支持板１３Ｄは、突出板部１１ｂの内側端部から中央板部１１ａの前後方向中間部に亘って基台部１１の上面に垂直状態で固定されている。また、外側支持板１３Ｄは、その上部の前端部１３Ｄｅ側に前後方向に延びる円弧形の外側スリット１３Ｄａを有している。この場合、外側スリット１３Ｄａは、前端部１３Ｄａ1が少し下がった円弧形状である。
【００４３】
内側支持板１３Ｅは、その後半部の下端部が座部１２の右端部に垂直状態で固定されると共に、前半部は外側支持板１３Ｄの前端部１３Ｄｅ付近まで突出している。また、内側支持板１３Ｅは、その上部の前後方向中間部に前後方向に延びるストレート形の内側スリット１３Ｅａを有している。
【００４４】
第１リンク機構１３Ａは、起立時の起立困難者の膝関節の前後方向の動きに応じるクランク機構であって、外側支持板１３Ｄの所定箇所に左右方向の第１軸心Ｑ1を中心に回転可能に設けられた第１ギヤ１３Ａ1と、第１ギヤ１３Ａ1に一体回転可能に取り付けられた第１アーム部１３Ａ2と、この第１アーム部１３Ａ2にピン１３Ａｐ1を介して枢着された基端を有する第２アーム部１３Ａ3と、外側スリット１３Ｄａを通って第２アーム部１３Ａ3の先端に枢着されかつ内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1に固定される第１ロッド１３Ａｐ2とを有する。なお、内側支持板１３Ｅがぐらつかないように第１ロッド１３Ａｐ2における内側支持板１３Ｅと外側支持板１３Ｄとの間は外側スリット１３Ｄａの幅よりも太くなっている。また、外側指示板１３Ｄと第２アーム部１３Ａ3の間も太くなっている。
【００４５】
第２リンク機構１３Ｂは、起立時の起立困難者の大腿部の上下方向の揺動に応じる直動スライダーであって、第１ギヤ１３Ａ1と噛合するように外側支持板１３Ｄの所定箇所に左右方向の第２軸心Ｑ2を中心に回転可能に設けられた扇形の第２ギヤ１３Ｂ1と、この第２ギヤ１３Ｂ1と一体回転可能に設けられた揺動アーム部１３Ｂ2と、内側スリット１３Ｅａを通って揺動アーム部１３Ｂ2の先端に固定される第２ロッド１３Ｂｐ1とを有する。なお、本図面において、各ギヤの歯は図示省略している。
【００４６】
また、内側支持板１３Ｅの外面における内側スリット１３Ｅａの周囲に、内側スリット１３Ｅａよりも細いスリット１３Ｅａｃ1を有するスリットカバー１３Ｅａｃが取り付けられると共に、第２ロッド１３Ｂｐ1の先端にローラ１３Ｂｐ2が設けられており、ローラ１３Ｂｐ2が内側スリット１３Ｅａ内を走行するように構成されている。なお、第２ロッド１３Ｂｐ1が押し込まれてローラ１３Ｂｐ2が内側スリット１３Ｅａから座部１２側へ脱輪しないよう、第２ロッド１３Ｂｐ1の外周の一部にはスリットカバー１３Ｅａｃに当接して第２ロッド１３Ｂｐ1が押し込まれないようにする第２ロッド１３Ｂｐ1のフランジが設けられている。
【００４７】
同期機構１３Ｃは、左右一対の第１ギヤ１３Ａ1と噛合するように左右一対の外側支持板１３Ｄにおける同一の第３軸心Ｑ3上に設けられた左右一対の第３ギヤ１３Ｃ1と、左右一対の第３ギヤ１３Ｃ1を同期回転させるようこれらを連結する連結軸１３Ｃ2とを有する。なお、同期機構１３Ｃの連結軸１３Ｃ2および第２リンク機構１３Ｂの軸心Ｑ2の軸の外側端部は、基台部１１の左右のパネルに軸受を介して軸支されている。
【００４８】
駆動部１３Ｆは、例えば、同期機構１３Ｃを駆動させるモータである。この場合、モータの出力軸を直接連結軸１３Ｃ2に連結する、あるいはモータの回転力を第３ギヤ１３Ｃ1に伝達する伝達ギヤ（ラック・ピニオンを含む）を設ける、あるいはモータの回転力を連結軸１３Ｃ2に伝達するプーリおよびベルトを設ける。また、モータに代えて油圧または空気圧シリンダを用い、シリンダのストロークをプーリおよびベルトを介して連結軸１３Ｃ2に伝達するようにしてもよい。あるいは、モータの代わりに引張バネを用いてもよい。この場合、例えば、プーリおよびベルトを介して引張バネの引張力を第１〜第３ギヤのいずれかに伝達して座部を上昇させるよう構成する。
【００４９】
本発明の起立支援装置１０は、移動機構部１３による座部１２の可動範囲を制限するために、センサ（例えば、リミッタスイッチ）、マイコン等を有する図示しない制御部を備えており、制御部によって駆動部１３Ｆの駆動が制御される。さらに、起立支援装置１０を使用する起立困難者がコントローラによって駆動部１３Ｆを所望のタイミングで駆動および停止させるようにしてもよく、コントローラによって移動機構部１３の可動範囲を選択できるようにしてもよい。これにより、上昇中の座部１２を任意の高さで停止させることができるため、起立困難者の起立能力に応じた補助を行うことができ、過剰な起立支援を抑制し、起立困難者の筋力低下を抑制することが期待できる。
【００５０】
このように構成された移動機構部１３の設計に関して、例えば、外側スリット１３Ｄａの位置、形状および長さ、内側スリット１３Ｅａの位置、形状および長さ、第１および第２ギヤ１３Ａ1、１３Ｂ1の位置およびギヤ比、第１および第２ロッド１３Ａｐ2、１３Ｂｐ1の初期位置等の設定は、起立困難者への最適な起立補助について解析することによって求められている。これについて、詳しくは後述の実施例で説明する。
【００５１】
＜起立支援装置の動作について＞
図５は図４に引き続く座部の第１の移動状態を示す側面図であり、図６は図５に引き続く座部の第２の移動状態を示す側面図であり、図７は図６に引き続く座部の第３の移動状態を示す側面図である。また、図８（Ａ）は図４に対応する着座姿勢を示し、（Ｂ）は図５に対応する起立動作を示す説明図である。また、図９（Ａ）は図６に対応する起立動作を示し、（Ｂ）は図７に対応する起立動作を示す説明図である。
【００５２】
図４と図８（Ａ）に示すように、起立困難者Ｍが起立支援装置１０の座部１２に腰掛けた使用状態（初期状態）において、座部１２はクッション材１１ｙを介して基台部１１上に乗せられた最下降位置に配置されている。このとき、移動機構部１３において、第１リンク機構１３Ａの第１アーム部１３Ａ2と第２アーム部１３Ａ3とはＬ形に折れ曲がり、かつ第１ロッド１３Ａｐ2が外側スリット１３Ｄａの前端部１３Ｄａ1よりも前後方向中間寄りに位置している。また、第２リンク機構１３Ｂの第２ロッド１３Ｂｐ1は内側スリット１３Ｅａの後端部１３Ｅａ2よりも前後方向中間寄りに位置している。
【００５３】
この初期状態から、駆動部１３Ｆを駆動することによって、図５に示すように、第３ギヤ１３Ｃ1が矢印Ａ方向（時計回り）に回転し、それに伴って第１ギヤ１３Ａ1が矢印Ｂ方向（反時計回り）に回転し、かつ第２ギヤ１３Ｂ1が矢印Ｃ方向（時計回り）に回転する。また、第１ギヤ１３Ａ1が矢印Ｂ方向に回転すると第１および第２アーム部１３Ａ2、１３Ａ3がストレートに延び、それによって第１ロッド１３Ａｐ2が外側スリット１３Ｄａの前端部１３Ｄａ1側へ移動する。このとき、第１ロッド１３Ａｐ2の動きは人の膝関節の動きに対応している。
【００５４】
また、第２ギヤ１３Ｂ1が矢印Ｃ方向に回転すると、揺動アーム部１３Ｂ2および第２ロッド１３Ｂｐ1が第２軸心Ｑ2を中心とする上方への円弧運動を開始する。
すなわち、座部１２に座る人の膝関節の横位置付近に第１ロッド１３Ａｐ2が配置され、股関節の横位置付近に第２ロッド１３Ｂｐ1が配置されている。
なお、駆動部１３Ｆの駆動力は同期機構１３Ｃによって反対側の第３ギヤ１３Ｃ1にも伝達されるため、左右の第１および第２リンク機構１３Ａ、１３Ｂがこの動作を同期的に行う。
【００５５】
第１および第２ロッド１３Ａｐ2、１３Ｂｐ1が前記の動きをすることにより、左右の内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1が前方へ移動しながら後端部１３Ｅｅ2が上昇する。すなわち、左右の内側支持板１３Ｅは初期位置よりも少し前方へ移動した状態で傾斜する。このとき、第２ロッド１３Ｂｐ1の先端のローラ１３Ｂｐ2は内側スリット１３Ｅａ内を後端部１３Ｅａ2へ向かって走行する。
【００５６】
一方、座部１２は、左右の内側支持板１３Ｅの動きに追随するため、前端部１２ａと後端部１２ｂが前方へ移動しながら上昇し、初期位置よりも少し前方へ移動した状態で傾斜する。座部１２のこの動きは、図８（Ｂ）に示すように、上体および膝を前に移動させることによって体重心を前に移動させて腰を浮き上がらせようとする起立困難者Ｍの自然に近い起立動作を補助する。
【００５７】
図６に示すように、左右の第１ギヤ１３Ａ1がさらに回転すると、第１アーム部１３Ａ2によって第２アーム部１３Ａ3が後方へ引っ張られ、それによって第１ロッド１３Ａｐ2が外側スリット１３Ｄａの前端部１３Ｄａ1よりも後方へ移動する。また、左右の第２ギヤ１３Ｂ1がさらに回転すると、揺動アーム部１３Ｂ2および第２ロッド１３Ｂｐ1が第２軸心Ｑ2を中心とする上方への円弧運動を継続する。
【００５８】
第１および第２ロッド１３Ａｐ2、１３Ｂｐ1が前記の動きをすることにより、左右の内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1が後方へ移動しながら後端部１３Ｅｅ2がさらに上昇する。すなわち、左右の内側支持板１３Ｅは少し後方へ戻りつつさらに大きく傾斜する。このとき、第２ロッド１３Ｂｐ1の先端のローラ１３Ｂｐ2は内側スリット１３Ｅａ内を前端部１３Ｅａ1へ向かって走行する。
【００５９】
一方、座部１２は、左右の内側支持板１３Ｅの動きに追随するように、前端部１２ａと後端部１２ｂが後方へ移動しながら上昇し、さらに大きく傾斜する。座部１２のこの動きは、図９（Ａ）に示すように、腰をさらに持ち上げて中腰姿勢に移る起立困難者Ｍの自然に近い起立動作を補助する。
【００６０】
図７に示すように、左右の第１ギヤ１３Ａ1がさらに回転すると、第１アーム部１３Ａ2によって第２アーム部１３Ａ3がさらに後方へ引っ張られ、それによって第１ロッド１３Ａｐ2が外側スリット１３Ｄａの後端部１３Ｄａ2の近傍まで移動する。また、左右の第２ギヤ１３Ｂ1がさらに回転すると、揺動アーム部１３Ｂ2および第２ロッド１３Ｂｐ1が第２軸心Ｑ2を中心とする上方への円弧運動を継続して最上位置付近に達する。
【００６１】
第１および第２ロッド１３Ａｐ2、１３Ｂｐ1が前記の動きをすることにより、左右の内側支持板１３Ｅの前端部１３Ｅｅ1がさらに後方および上方へ移動しながら後端部１３Ｅｅ2がさらに上昇する。すなわち、左右の内側支持板１３Ｅは後退しながらさらに大きく傾斜する。このとき、第２ロッド１３Ｂｐ1の先端のローラ１３Ｂｐ2は内側スリット１３Ｅａ内をさらに前端部１３Ｅａ1へ向かって走行する。
【００６２】
一方、座部１２は、左右の内側支持板１３Ｅの動きに追随するように、前端部１２ａと後端部１２ｂが後方および上方へ移動しながらさらに上昇し、さらに大きく傾斜する。座部１２のこの動きは、図９（Ｂ）に示すように、立位姿勢に移る起立困難者Ｍの自然に近い起立動作を補助する。
【００６３】
また、本発明の起立支援装置１０によれば、図７に示すように、座部１２に腰掛けた人の股関節中心が点線で示された緩やかなＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くように移動する。座部１２のこのような移動軌跡は、前記従来技術のように単純な円弧軌跡とは全く異なり、人の自然に近い起立動作を補助することが理想的であるとの思想に基づかれ導きだされている。
【００６４】
例えば、座部１２の前端部１２ａの移動軌跡は、上昇開始時は前方へ少し移動するものの、上昇するにつれて後方へ移動し、最上位置では初期位置よりも少し前進している。つまり、筋力が低下あるいは筋肉が硬直した起立困難者の起立を補助する際に、前記特許文献１および２に記載の従来の起立支援装置では起立困難者のお尻を座部１２にて過度に前に押し、それによって起立困難者は足が動かず上体だけが前に移動して倒れ込むおそれがあるため、本発明ではこのような危険性を回避することができる。
【００６５】
一方、座部が単純な円弧軌道上を移動する場合、座部の前端が上昇しながら前方へ移動するため、起立困難者のお尻を過度に押し込んで倒れを誘発するおそれがある。そのため、このような場合は中腰姿勢程度の腰が低い位置までに補助を終わらせる必要があるが、中腰姿勢から自力で起立ができない起立困難者への補助としては不十分である。
【００６６】
図１０は人体モデルの説明図であって（Ａ）は人体モデルの直立状態を示し、（Ｂ）は着座状態を示す。
椅子に腰掛ける人体モデルの足関節の中心座標をＰ1（ｘ1，ｙ1）、膝関節の中心座標をＰ2（ｘ2，ｙ2）、股関節の中心座標をＰ3（ｘ3，ｙ3）、下腿部の長さをｌ1、大腿部の長さをｌ2、前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）を通る水平面と下腿部との角度をφ1、前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）を通る水平面と大腿部との角度をφ2とするとき、
前記人体モデルが起立する際に、
前記中心座標Ｐ1（ｘ1，ｙ1）の位置が変化せず、
前記中心座標Ｐ2（ｘ2，ｙ2）の位置が次の式（Ａ）
【数３】
0006579507.tif 000004
で示された円周上を前後に移動する軌跡を描き、
前記中心座標Ｐ3（ｘ3，ｙ3）の位置が次の式（Ｂ）
【数４】
0006579507.tif 000005
で示されたＳ字カーブ上を上昇する軌跡を描くようにすべく、
移動機構部１３は、座部１２に腰掛ける人体モデルの大腿部を支持する位置から座部１２を前記式（Ａ）および（Ｂ）の軌跡を描いて起立するときの前記大腿部の位置に対して上昇させるように構成されている。
これについて、以下の実施例で詳しく説明する。
【実施例】
【００６７】
人の自然に近い起立動作（最適起立動作軌跡）のとおりに動作する本発明の起立支援装置を次のようにして作製した。以下に、起立困難者への最適な起立補助について解析し、最適起立動作軌跡を導出する方法について説明する。
【００６８】
本願発明者らは、異なる高さの椅子を用いた起立動作の計測実験を行った。また、被験者個人に合せた人体モデルを用いて、座面反力を考慮した動力学的な挙動解析を行い、支援を受ける時の関節モーメントや各身体部位の変位量などの物理量を得た。そして、統計学的手法である回帰分析を用いて、実験結果の中から、椅子の座面の高さと相関関係を持つ物理量を見つけ、それらの物理量を指標値として用いれば、立ち上がりにくさなどの客観的評価が困難な身体負荷を定量的に表せることが分かった。
【００６９】
具体的には、t値の絶対値が2以上、P値が0.05以下、重決定R2の大きい物理量であり、この物理量は座面の高さに比例して変化すると言える。支援装置により起立動作中のこの物理量を適切に調整することができれば、有効な起立支援を行い、身体負荷の低減、および最適化を図りうると考えられる。
【００７０】
続いて、最適化計算手法である遺伝的アルゴリズムを用いて、起立動作時の指標値が最小となる起立動作を導出した。この時、個人が負担を減らしたいと希望する関節（足・膝・股関節）における身体負荷を低減するために、個人毎に関節に対応する物理量を指標値として選定した。最適化計算時には、多様な動作パターンの中から、身体負荷の指標値が最小となる時の姿勢を特定しているため、人は自然な立ち上がり動作よりも余分な身体負荷の少ない動作を行うと期待できる。ここで、導出された起立動作は、被験者の自然な起立動作からわずかに異なる起立動作姿勢であった。この動作は、被験者により、また椅子の座面の高さにより動きの大きさや速度に若干の差が見られるが、概ね以下のようになる。
【００７１】
殿部を中心に上体部を前方に傾けると同時に、足部を支点に下腿部を前方に傾けて、重心と膝関節中心を前方へ移動させた後、殿部を座面から浮き上がらせ、膝を伸ばしていくことにより膝関節中心は後方へ移動し、これと同時に腰が前方へ移動して行く事により、重心を足裏の支持基底面に保った状態で上昇すると共に上体が起き上がって直立した状態となる動作である。また、この際の左右方向から視た膝関節中心は前方へ移動してから後方へ戻るような個人に適合した緩やかな円弧軌跡であり、左右方向から視た股関節中心の移動軌跡も個人に適合した緩やかなＳ字カーブである。これを本発明では「自然に近い起立動作（最適起立動作軌跡）」と呼ぶ。一例として挙げると、膝関節の負荷を低減したい被験者には、その指標値である膝関節モーメントの最大値を最小化すれば、下腿部を自然な動作よりもより前傾させ、より滑らかに運動する「自然に近い起立動作」が導出された。よって、「自然に近い起立動作」を行うことにより、余分な身体負荷を低減しながら下肢の力を活用して、より自然に椅子から立ち上がる姿勢に誘導され、股関節と下腿部の運動連鎖を引き起こすことが期待できる。
【００７２】
図１１は人体モデルの股関節中心と膝関節中心の軌跡に対する本発明における移動機構部を重ねて示した図である。
図４と図１１を参照しながら説明すると、膝関節中心の円弧軌跡と同じ半径と中心を持つ円弧スライダー(a)（第１スリット１３Ｄａ）を作製し、円弧スライダー(a)に沿ってクランク機構(b)（第１および第２アーム部１３Ａ2、１３Ａ3）が動くようギヤ(c)（第１ギヤ１３Ａ1）を決定した。また、大腿骨と同一軸上に直線スライダー(d)（第２スリット１３Ｅａ）を形成し、直線スライダー(d)に沿ってリンク(e)（揺動アーム部１３Ｂ2）が動くようにギヤ(f)（第２ギヤ１３Ｂ1）を決定した。
【００７３】
［矢状面内での機構設計に用いる変数］
人体モデルにおいて、足関節中心（外果最突点）位置 P1 は (x1, y1) とし、膝関節中心（外側上顆最突点）位置 P2 は (x2, y2) とし、股関節中心（転子点）位置 P3も同様に (x3, y3) とする。ここで、座位姿勢での各関節中心位置 P1(0)を(x1(0), y1(0))，P2(0)を(x2(0), y2(0))，P3(0)を (x3(0), y3(0))とおく。また、立位姿勢では、立位姿勢の時刻を tuとして、P1(tu) を(x1(tu), y1(tu))，P2(tu) を(x2(tu), y2(tu))，P3(tu) を(x3(tu), y3(tu))とする。
【００７４】
前記円弧スライダー(a)の半径は、下腿長であるので l1とする。また、回転中心は足関節中心位置 P1である。膝関節中心位置P2の軌跡である円弧スライダー(a)に沿って運動するクランク機構(b)の第２アーム部１３Ａ3のリンク長を lK、クランク半径（第１アーム部１３Ａ2の長さ）を rK とする。また、大腿部直動スライダー(d)に沿って運動するギヤ(f)のリンク長を lHとする。また、クランク機構(b)の回転中心座標 PK を (xK, yK ) とする。また、大腿部直動スライダー(d)に沿って運動するギヤ(f)の回転中心座標 PH を (xH, yH ) とする。
【００７５】
［膝関節クランク機構を回転させるギヤ(c)の回転角度の導出］
図１２は図１１に示す移動機構部における膝関節の第１リンク機構の説明図であって（Ａ）〜（Ｄ）は第１リンク機構が座位から立位へ上昇するときの動きを段階的に示している。
図１２（Ａ）〜（Ｄ）に示すように、膝関節の機構は２つの仮想リンク（破線）とクランク機構(b)で構成されている。なお、図１２（Ａ）〜（Ｄ）では、ギヤ(c)が反時計回りに回転することによって移動する円弧スライダー(a)の軌跡が示されている。この場合、原点は足裏面、つまり地面である。
【００７６】
膝関節P2は、足関節P1を中心として半径を下腿部の長さ l1 とする円周上を動く。この円は次の式（Ａ）で表すことができる。
【数５】
0006579507.tif 000006
【００７７】
φ1は最適化計算で求められた通りに動く。つまり、この式（Ａ）が、図２に示す円弧スライダー(a)に示す軌跡である。
【００７８】
図１３は座位および立位での第１リンク機構における第１ロッド１３Ａｐ2（点Ｐ2）を中心とする半径ｌKの第２アーム部１３Ａ3の円軌跡を重ねて示した図である。
図１２と図１３に示すように、クランク機構(b)（第１アーム部１３Ａ2）は、次の式（１）で表される半径 rK、回転中心 PKの円を矢状面に描く（図 １２内の実線の小さい円）。
【数６】
0006579507.tif 000007
【００７９】
また、クランク機構(b)のリンク（第２アーム部１３Ａ3）は、次の式（２）で表される半径lK 、回転中心 P2の円を矢状面に描く（図 １２内の点線の大きい円）。
【数７】
0006579507.tif 000008
【００８０】
図１２内の実線の小さい円は、図１３における小さい円に対応する。図１２内の点線の大きい円は、図１３における大きい円に対応する。P2(0)を中心とするやや右寄りの大きい円は、座位姿勢での位置を示す。P2(tu)を中心とするやや左寄りの大きい円は、立位姿勢での位置を示す。このように図１３における大きい円の中心は、図１２に示す円弧スライダー(a)に示す軌跡（式（Ａ））に沿って移動する。
【００８１】
２つの円（式（１）と（２））の交点であるピン１３Ａｐ1の位置 Pm1(xm1, ym1) は次の式（３）〜（６）で表される。
【数８】
0006579507.tif 000009
【００８２】
座位と立位での交点の位置が分かったので、それぞれの姿勢でのギヤの角度 θK は次の式（７）で求められる。
【数９】
0006579507.tif 000010
【００８３】
２つの円の交点 Pm1 は、図１２および式（３）からも分かるとおり、座位位置においても２点、立位位置においても２点あるが、それぞれの姿勢における２点の内どちらを選択するかは設計者が図から判断する必要がある。
【００８４】
［股関節の大腿部直動スライダーを動かすギヤVIの回転角度の導出］
図１４は図１１に示す移動機構部における股関節の第２リンク機構の説明図であって（Ａ）〜（Ｄ）は第２リンク機構が座位から立位へ上昇するときの動きを段階的に示している。
【００８５】
股関節の機構はこのように１つの仮想リンク（破線）、大腿部直動スライダー(d)とリンク(e)で構成されている。なお、ギヤ(f)が時計回りに回転することにより、大腿部直動スライダー(d)の左端部はＳ字カーブを描く。また、原点は足裏面、つまり地面である。
【００８６】
股関節の中心P3と膝関節の中心P2は、常に等しい距離（大腿部の長さ）l2を保っている。そのため、股関節中心P3の満たすべき式は次の式（Ｂ）で表すことができる。
【数１０】
0006579507.tif 000011
【００８７】
φ2は最適化計算で求められた通りに動く。なお、膝関節の中心P2が時々刻々と移動しているので、股関節の軌跡は円を描かない。つまり、この式（Ｂ）が、図１４に示すＳ字カーブである。
【００８８】
大腿部直動スライダー(d)に沿って運動するギヤ(f)（図 １４内の実線円）は、リンク 長 lH を半径とした回転中心 PH の円を矢状面に描く（図１４内の点線円）。この円は次の 式（８）で表すことができる。
【数１１】
0006579507.tif 000012
【００８９】
図１５は座位および立位での第２リンク機構における第２軸心Ｑ2（点ＰH）を中心とする半径ｌHの揺動アーム部１３Ｂ2の円軌跡を重ねて示した図である。
図１４内の点線の大きい円は、図１５における 点  PHを中心とする大きい円に対応する。このように図１５における大きい円の中心は、座位および立位姿勢において移動しない。なお、図１４内の実線の小さい円は、図１５には示されていない。
【００９０】
また、大腿部は、膝関節中心 P2と股関節中心 P3を結ぶ直線である。この直線は次の式（９）〜（１２）で表すことができる。
【数１２】
0006579507.tif 000013
【００９１】
図１６は点ＰHを中心とする第２リンク機構の揺動アーム部の軌跡円（式（８））と股関節中心および膝関節中心を結ぶ直線（式（９））との交点を示す図である。
図 １６における点 A(xA, yA) の座標は、点 PH(xH, yH ) と点 A の距離 dを式（１３）と置くことで式（１４）で表される。
【数１３】
0006579507.tif 000014
【００９２】
三平方の定理から，線分 APm2 は次の式（１５）で求められる。
【数１４】
0006579507.tif 000015
【００９３】
大腿部直動スライダー(d)に沿って運動するギヤ(e)のリンク長 lHを半径とした円（図 １４と図１６の両図内における点線の円）と、大腿部を表す直線（式（９）の交点 Pm2(xm2, ym2) は、式（１４）と式（１５）から次式（１６）および（１７）となる。
【数１５】
0006579507.tif 000016
【００９４】
したがって、座位と立位での交点の位置が分かったので、それぞれの姿勢でのギヤの角度 θH が求められる。ギヤの角度 θH は次式（１８）となる。
【数１６】
0006579507.tif 000017
【００９５】
前記と同様に、２つの円の交点 Pm2は、図１５と図１６、および式（１６）からも分かるとおり、座位位置においても２点、立位位置においても２点あるが、それぞれの姿勢における２点の内どちらを選択するかは設計者が図から判断する必要がある。
【００９６】
［ギヤの基準円直径の導出］
図１７は移動機構部における第１ギヤと第２ギヤの間隔を示す図である。
膝関節クランク機構を回転させるギヤ(c)の基準円半径を rgk、股関節の大腿部直動スライダー(d)を動かすギヤ(f)の基準円半径を rghとすると、２つのギヤ(c)、(f)の間隔は、図１７に示す通り、それぞれのギヤの回転中心位置より次式（１９）で表される。
【数１７】
0006579507.tif 000018
【００９７】
また、それぞれのギヤ(c)、(f)の回転角度から、次の等式（２０）が成り立つ。
【数１８】
0006579507.tif 000019
【００９８】
よって，それぞれのギヤ(c)、(f)の基準円半径は、次式（２１）および（２２）で表される。
【数１９】
0006579507.tif 000020
【００９９】
［試作機の設計］
以上の数式を用いて、個々の使用者の身体セグメント長に応じて、リンク長やギヤを決定することができる。ここでは、被験者に対して、最適起立動作姿勢時の膝・股関節の軌跡を正確に再現する装置の設計を行う。
【０１００】
図１８は移動機構部における第１ギヤと第１ロッドとの間隔を示す図である。
膝関節クランク機構を回転させるギヤ(c)の位置をPK (0, 0.4)、股関節の大腿部直動スライダー(d)を動かすギヤ(f)の位置を PH (0, 0.5) とする。また、被験者Ｅの下腿長は l2＝0.44 m、足関節中心位置は P1(0, 0.075) である。リンク長を lK＝0.160m、lH＝0.180m と置く。膝関節中心が最も水平方向に出た時の位置 P2,max.と、リンク長lKと、膝関節クランク機構を回転させるギヤ(c)の位置 PKと、クランク半径 rKとの関係式は、図１８より次式（２３）であることから、rK＝0.038mと決定した。
【数２０】
0006579507.tif 000021
【０１０１】
したがって、座位と立位における膝関節クランク機構を回転させるギヤ（c）の角度は、θK (0)＝-45°とθK (tu)＝263.5°である。よって、このギヤが座位から立位までに回転する角度θK （図１９（Ａ））は 308.5°である。なお、図１９（Ａ）は座位と立位の間での第１ギヤの回転角を説明し、（Ｂ）は第２ギヤの回転角度を説明する図である。
【０１０２】
座位と立位における大腿部直動スライダー(d)を動かすギヤ（f）の角度は、θH (0)＝183.1°とθH (tu)＝79.6°である。よって、このギヤが座位から立位までに回転する角度θH（図１９（Ｂ））は 103.5°である。なお、各々のギヤの回転角度の時刻歴波形を描くなどして、角度の到達時刻に留意してギヤ比を決定する必要がある。
以上から、膝関節クランク機構を回転させるギヤの基準円直径 dgkは 50mm、股関節の大腿部直動スライダーを動かすギヤの基準円直径 dghは 150mmと設定した。
【０１０３】
なお、今回の試作機では、リンク長やギヤ比等を変更することで、個人の最適起立動作の軌跡を再現している。
【０１０４】
なお、開示された実施の形態および実施例は、全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。本発明の範囲は上述の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及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０５】
１０：起立支援装置  １１：基台部  １２：座部  １２ａ：前端部  １２ｂ：後端部
１３：移動機構部  １３Ａ：第１リンク機構  １３Ａ1：第１ギヤ
１３Ａ2：第１アーム部  １３Ａ3：第２アーム部  １３Ａｐ1：ピン
１３Ａｐ2：第１ロッド  １３Ｂ：第２リンク機構  １３Ｂ1：第２ギヤ
１３Ｂ2：揺動アーム部  １３Ｂｐ1：第２ロッド  １３Ｃ：同期機構
１３Ｃ1：第３ギヤ  １３Ｃ2：連結軸  １３Ｄ：外側支持板
１３Ｄａ：外側スリット  １３Ｅ：内側支持板  １３Ｅａ：内側スリット
１３Ｅｅ1：前端部  １３Ｆ：駆動部  Ｑ1：第１軸心  Ｑ2：第２軸心
Ｑ3：第３軸心
【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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