(57)【要約】  第１ベローズ（１７１）が収縮すると、第１接続部材（１３１）が、取付部材（１５０）に対して軸部材（ＡＸ１L），（ＡＸ１R）を中心軸にして回転する。この結果、関節運動アシスト装置（１００）が装着された場合における腰部外骨格部材（１１０）と取付部材（１５０）とがなす人体の前側の角度が広くなり、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。また、第２ベローズ（１７２L），（１７２R）が収縮すると、第２接続部材（１４１L），（１４１R）が、取付部材（１５０）に対して軸部材（ＡＸ２L），（ＡＸ２R）を中心軸にして回転する。この結果、関節運動アシスト装置（１００）が装着された場合における大腿部外骨格部材と取付部材（１５０）とがなす人体の前側の角度が広くなり、左右の股関節が屈曲状態から伸展状態になる。このため、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。
2015104832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；
前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；
前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；
前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；
前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；
前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、
ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
【請求項２】
前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記第２接続部材は前記第２外骨格部材側に配置され、
前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、
前記第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項３】
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項４】
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項５】
前記第１膨縮部材内及び前記第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項６】
前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、
前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、
前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着される、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項７】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項６に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項８】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項６に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項９】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、
前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、
前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項８に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項１０】
前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、
一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、
ことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項１１】
前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、
前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、
ことを特徴とする請求項６〜１０のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、関節運動アシスト装置に係り、より詳しくは、所定対象物の関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の外骨格型の筋力補助装置がある。【０００３】
かかる筋力補助装置の一つとして、内部に供給される空気により膨張する袋体（以下、当該袋体を、「エアバック」とも記す）をアクチュエータとして用いたものがある（特許文献１参照：以下、「従来例」と呼ぶ）。こうしたエアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、空気圧シリンダ型アクチュエータやマッキベン型空気圧アクチュエータを用いる方式の装置よりも軽量であるため、実用性が高い。また、エアバック等の伸縮可能なアクチュエータは、低圧での駆動が可能であるため、ダイヤフラム式ポンプやベーン式ポンプなどの低振動、低騒音のポンプを使用することができる。こうした点からも、エアバック等の膨縮可能なアクチュエータを用いた筋力補助装置は、実用性が高いといえる。【０００４】
この従来例の技術では、一端部を中心に相互に揺動自在に連結された２つの板材、及び、当該２つの板材の間に配置され内部に供給される空気により膨張する袋体からなるアクチュエータ要素を重ねた空気圧アクチュエータを人体における所定箇所に装着した装着部に取り付ける。そして、空気圧アクチュエータにおける袋体を膨張させて、肘関節、腰関節及び股関節、並びに、膝関節の運動を補助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２０００−０５１２８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した従来例の技術では、腰関節及び股関節を含む腰部周辺に、１つの空気圧アクチュエータを装着している。そして、腰部周辺の腰関節及び股関節の運動アシストは、当該１つの空気圧アクチュエータへの空気供給による袋体の膨張を、リンク機構によって関節の伸展力に変換することによって行われている。【０００７】
こうした従来例の構造では、腰関節及び股関節の運動を、１つの空気圧アクチュエータでアシストする。このため、当該空気圧アクチュエータにより腰関節の伸展アシスト力を発生させた状態を維持しているときには、左右の足部を交互に移動して行われる前進歩行又は後進歩行を妨げ、不自然な歩行動作を強いられてしまうことがある。したがって、関節運動アシスト装置の装着者が歩行する際に、違和感なくスムーズな動作を行うことができない場合がある。また、従来例の構造では、上述したリンク機構を採用していることから、空気圧アクチュエータが発生する力の腰部周辺の関節部分への伝達効率が低下することがある。さらに、従来例の構造では、上述したリンク機構が背後に大きく突出していることから、後方に作業空間を確保する必要がある。【０００８】
このため、外骨格型の関節運動アシスト装置を利用する際に、スムーズな歩行動作を実現して、当該歩行動作状態において装置の装着者に与える違和感を低減させ、かつ、空気圧式のアクチュエータが発生する力を効率良くアシスト対象の関節に伝達することができる技術が望まれている。また、外骨格型の関節運動アシスト装置を利用する際に、腰部装着ユニットが背後に大きく突出することのない技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。【０００９】
本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる関節運動アシスト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】
【００１０】
本発明は、骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。【００１１】
この関節運動アシスト装置では、所定対象物に当該装置が装着された場合に、第１膨縮部材の一方側端部が、第１外骨格部材に固定された第１接続部材に接続され、第１膨縮部材の他方側端部が、第１外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。また、この関節運動アシスト装置では、第２部位と同数の第２膨縮部材の一方側端部が、第２外骨格部材に固定された第２接続部材に接続され、第２膨縮部材の他方側端部が、第２外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。【００１２】
そして、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第１外骨格部材が取付部材に対して回動する。また、第２膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第２外骨格部材が取付部材に対して回動する。この結果、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、所定対象物の第１部位が固定された第１外骨格部材と、所定対象物の第２部位が固定された第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、第１部位と接続部位とを接続している関節、及び、第２部位と接続部位とを接続している関節の運動がアシストされる。【００１３】
したがって、本発明の関節運動アシスト装置によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。【００１４】
ここで、「所定対象物」は、人体であってもよいし、骨格構造を有する人体以外の対象物であってもよい。【００１５】
本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記第２接続部材は前記第２外骨格部材側に配置され、前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、前記第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、ようにすることができる。【００１６】
第１接続部材及び第２接続部材、並びに、第１膨縮部材及び第２膨縮部材を上述のように配置した場合に、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を収縮させることで、関節を伸展状態にすることができる。また、こうした配置とした場合には、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を膨張させることで、関節を屈曲状態にすることができる。【００１７】
また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１膨縮部材内及び前記第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、構成とすることができる。この場合には、調整部が第１膨張部材及び第２膨張部材内の作動流体圧を調整するため、第１膨縮部材及び第２膨縮部材は、調整部により調整された関節運動をアシストする力を発生することができる。【００１８】
また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着される、ようにすることができる。この場合には、骨盤と腰椎とを接続している関節の運動、並びに、骨盤と左側の大腿部とを接続している関節の運動、及び、骨盤と右側の大腿部とを接続している関節の運動を、それぞれ独立にアシストすることができる。また、この場合には、関節運動アシスト装置が背後に大きく突出することなく、構造をコンパクトにすることができる。【００１９】
そして、骨盤に対する腰椎の関節運動、並びに、骨盤に対する左側の大腿部及び右側の大腿部の関節運動をアシストする場合に、一の構成として、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。【００２０】
この場合には、第１外骨格部材が、取付部材に対して腰仙関節に対応する位置で、腰仙関節の回動運動方向に回動する。また、一の第２外骨格部材が、取付部材に対して左股関節に対応する位置で、左股関節の回動運動方向に回動する。さらに、他の第２外骨格部材が、取付部材に対して右股関節に対応する位置で、右股関節の回動運動方向に回動する。このため、腰仙関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左側の股関節及び右側の股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。【００２１】
また、骨盤に対する腰椎の関節運動、並びに、骨盤に対する左側の大腿部及び右側の大腿部の関節運動をアシストする場合の他の構成として、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。【００２２】
この場合には、第１外骨格部材が、取付部材に対して、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸にして腰仙関節の回動方向に回動する。また、一の第２外骨格部材が、取付部材に対して左股関節に対応する位置で、左股関節の回動運動方向に回動する。さらに、他の第２外骨格部材が、取付部材に対して右股関節に対応する位置で、右股関節の回動運動方向に回動する。このため、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左側の股関節及び右側の股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。【００２３】
ここで、第１外骨格部材における接続部位側の端部を、仙腸関節の周りを回動しつつ、腰仙関節を中心にして腰仙関節の回動方向に回動可能に取付部材に取り付ける構成を採用した場合に、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。【００２４】
この場合には、取付部材を相対静止させた系において、第１外骨格部材に固定された歯車部材が、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、取付部材に固定された歯車部材の周りを公転しつつ自転する。これにより、第１外骨格部材が、仙腸関節に対応して固定された歯車部材の中心軸を中心にして公転するとともに、腰仙関節に対応して固定された歯車部材の中心軸を中心にして自転する。このため、歯車部材を使用した簡易な構成で、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを実現することができる。【００２５】
また、人体の腰仙関節、並びに、左側の股関節及び右側の股関節の運動をアシストする場合に、前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材が、腰仙関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。また、一の第２膨縮部材が、左股関節の運動をアシストする力を効率良く発生し、他の第２膨縮部材が、右股関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。このため、効率良く関節運動をアシストすることができる。【００２６】
また、腰仙関節、並びに、左右の股関節の運動をアシストする場合に、前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、ようにすることができる。この場合には、着用部材が、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位にフィットして確実に固定されるため、取付部材が骨盤部位に確実に固定される。この結果、第１膨縮部材、及び、２つの第２膨縮部材が膨張したり収縮した際にも、取付部材は、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定される。【００２７】
これにより、第１膨縮部材が発生した力を、効率良く腰仙関節に伝達することができる。また、一の第２膨縮部材が発生した力を、効率良く左股関節に伝達することができ、他の第２膨縮部材が発生した力を、効率良く右股関節に伝達することができる。このため、腰仙関節並びに左股関節及び右股関節の独立した関節運動に際して、第１外骨格部材及び２つの第２外骨格部材は、スムーズな関節運動を行い、安定した関節運動を実現することができる。
【発明の効果】
【００２８】
以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】人体の腰部周辺の骨格構造を説明するための図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る関節運動アシスト装置の外観図（左側面図）である。
【図３】図２の関節運動アシスト装置の外観図（正面図）である。
【図４】図２の関節運動アシスト装置の外観図（背面図）である。
【図５】図２の腰部外骨格部材の構成を説明するための図（平面図、底面図）である。
【図６】図４の第２接続部材の構成を説明するための図（平面図）である。
【図７】図２〜図４の取付部材の構成を説明するための図（左側面図、平面図、底面図）である。
【図８】図７（Ｂ），（Ｃ）の着用部材の構成を説明するための図（正面図、背面図）である。
【図９】図２の調整部の構成を説明するための図である。
【図１０】ベローズ膨張時の図２の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。
【図１１】関節運動アシスト装置の変形例（その１）を説明するための図である。
【図１２】ベローズ収縮時の図１１の関節運動アシスト装置の状態を説明するための図である。
【図１３】関節運動アシスト装置の変形例（その２）を説明するための図である。
【符号の説明】
【００３０】
１００，１００Ｂ，１００Ｃ…関節運動アシスト装置、１１０，１１０Ｃ…腰部外骨格部材（第１外骨格部材）、１１１L，１１１R，１１１ＣL…腰部側面装着部材、１１２…背部装着部材、１１３…腰椎外骨格部材、１１８，１１９…ベルト部材、１２０L，１２０R…大腿部外骨格部材（第２外骨格部材）、１２１L，１２１R…大腿部外側外骨格部材、１２２L，１２２R…大腿部内側外骨格部、１２７L，１２７R…太腿保持部材、１２９L，１２９R…ベルト部材、１３１，１３１Ｂ…第１接続部材、１４１L，１４１R，１４１ＢL，１４１ＢR…第２接続部材、１５０，１５０Ｃ…取付部材、１５１L，１５１R…腰部側面取付部材、１５２…背部取付部材、１５３…固定用部材、１６０…着用部材、１６１…ウエストバンド部、１６２…後面被覆部、１６３…前面被覆部、ＡＸ１L，ＡＸ１R，ＡＸ２L，ＡＸ２R…軸部材、１７１…第１ベローズ（第１膨縮部材）、１７２L，１７２R…第２ベローズ（第２膨縮部材）、１８０…調整部、１８１…加圧ポンプ、１８２…減圧ポンプ、１８３…電気−空気圧制御弁、１８４…制御部、１８５，１８６…配管、１９１，１９２L，１９２R…配管、２１０L，２５０L…外歯歯車（歯車部材）、ＣＢL…連接部材
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の一実施形態を、図１〜図１０を参照して説明する。なお、本実施形態においては、所定対象物としての人体の腰関節及び左右の股関節の機構を利用して行われる関節運動をアシストする関節運動アシスト装置を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００３２】
［骨格構造］
本実施形態に係る関節運動アシスト装置の説明に先立って、人体の腰部周辺の骨格構造について説明する。
【００３３】
人体の腰部付近の骨格は、図１に示されるように、「腰椎」に「仙骨」が接続され、当該仙骨に「尾骨」が接続されて、脊柱の下方部分が形成されている。そして、仙骨は、左右の「仙腸関節」により左右一対の「寛骨」と接続されている。この寛骨は、「腸骨」、「坐骨」、「恥骨」が癒合した骨である。そして、左側の寛骨には左股関節により左大腿骨が接続され、右側の寛骨には右股関節により右大腿骨が接続されている。
【００３４】
ここで、腰椎と仙骨とは、「腰仙関節」によって接続されている。また、左右の２つの寛骨、仙骨、尾骨から「骨盤」が形成されている。
【００３５】
なお、「仙腸関節」、「腰仙関節」と同義の用語として、「腰関節」との用語を用いることがある。
【００３６】
［構成］
図２〜図４には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置１００の外観図が示されている。図２〜図４における座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、人体の正面方向を＋Ｘ方向、人体の右側から左側へと向かう方向を＋Ｙ方向、鉛直上方方向を＋Ｚ方向とする座標系である。このため、当該座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）では、Ｙ軸方向と腰関節の前後の回動運動の回動軸方向とが略平行となっているとともに、Ｙ軸方向と左右の股関節の前後の回動運動の回動軸方向とが略平行となっている。
【００３７】
ここで、図２は、人体の腰部及び左右の大腿部に装着される関節運動アシスト装置１００を、腰関節及び左右の股関節が伸展状態にあるときに人体の左側面から眺めた左側面図（ＸＺ平面視図）である。また、図３は、関節運動アシスト装置１００を、人体の正面から眺めた正面図（ＹＺ平面視図）である。また、図４は、関節運動アシスト装置１００を、人体の背面から眺めた背面図（ＹＺ平面視図）である。
【００３８】
図２〜図４により総合的に示されるように、関節運動アシスト装置１００は、第１外骨格部材としての腰部外骨格部材１１０と、ベルト部材１１８，１１９と、第２外骨格部材の１つとしての大腿部外骨格部材１２０Lと、第２外骨格部材の他の１つとしての大腿部外骨格部材１２０Rと、太腿保持部材１２７L，１２７Rと、ベルト部材１２９L，１２９Rを備えている。また、関節運動アシスト装置１００は、第１接続部材１３１と、２つの第２接続部材１４１L，１４１Rと、取付部材１５０と、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rと、軸部材ＡＸ２L，ＡＸ２Rとを備えている。
【００３９】
さらに、関節運動アシスト装置１００は、第１膨縮部材としての第１ベローズ１７１と、第２膨縮部材としての２つの第２ベローズ１７２L，１７２Rとを備えている。また、関節運動アシスト装置１００は、調整部１８０と、配管１９１と、配管１９２L，１９２R（図２〜図４において、配管１９２Rは不図示）とを備えている。
【００４０】
なお、図２では、調整部１８０及び配管１９１，１９２Lは外観ではなく、関節運動アシスト装置１００との関係が概念的に示されている。また、図３，４に示される関節運動アシスト装置では、調整部１８０及び配管１９１，１９２Lの図示を省略している。
【００４１】
＜腰部外骨格部材１１０の構成＞
上記の腰部外骨格部材１１０の構成について説明する。腰部外骨格部材１１０は、腰部及び背部に装着される。腰部外骨格部材１１０は、図２〜図４、及び、図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、腰部側面装着部材１１１L，１１１Rと、背部装着部材１１２と、腰椎外骨格部材１１３とを備えている。そして、これらの腰部側面装着部材１１１L，１１１R、背部装着部材１１２及び腰椎外骨格部材１１３が一体となって、腰部外骨格部材１１０が形成されている。
【００４２】
ここで、図５（Ａ）は、腰部外骨格部材１１０を＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図５（Ｂ）は、腰部外骨格部材１１０を−Ｚ方向側から視た底面図である。また、図中に示した２点鎖線は、腰部外骨格部材１１０以外の構成要素を示している。
【００４３】
上記の腰部側面装着部材１１１L，１１１Rは、例えば、鋼鉄製の板状部材であり、ＸＺ平面視でＬ字状に成形加工されている（腰部側面装着部材１１１Lについては、図２参照）。この腰部側面装着部材１１１Lは、板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の左側に配置されている。また、腰部側面装着部材１１１Rは、腰部側面装着部材１１１Lと面対称的な形状であり、板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の右側に配置されている。そして、腰部側面装着部材１１１L及び腰部側面装着部材１１１Rは、例えば、腹部を被覆する布製のベルト部材１１８により、人体に装着されている。
【００４４】
腰部側面装着部材１１１Lの−Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ１Lを挿入する軸穴が成形加工されている。また、腰部側面装着部材１１１Rの−Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ１Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、腰部側面装着部材１１１L及び腰部側面装着部材１１１Rの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。
【００４５】
上記の背部装着部材１１２は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の＋Ｙ方向側端部及び−Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた板状の２つの延長部とを有している（図５（Ａ），（Ｂ）参照）。そして、長方体部の＋Ｙ方向側端部から延びた延長部に腰部側面装着部材１１１Lが固定的に接続され、長方体部の−Ｙ方向側端部から延びた延長部に腰部側面装着部材１１１Rが固定的に接続されている。
【００４６】
上記の腰椎外骨格部材１１３は、例えば、鋼鉄製の部材であり、棒状に成形されている。この腰椎外骨格部材１１３は、−Ｚ方向側端部が背部装着部材１１２の長方体部に固定的に接続され、腰部が腰関節から背部へと延びる方向に沿って、腰椎に対応する位置に配置されている。そして、腰椎外骨格部材１１３は、例えば、胸部を被覆する布製のベルト部材１１９により、人体に装着される。
【００４７】
＜大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rの構成＞
次に、上記の大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rの構成について説明する。
【００４８】
《大腿部外骨格部材１２０Lの構成》
大腿部外骨格部材１２０Lは、左大腿部に装着される。大腿部外骨格部材１２０Lは、図２〜図４（特に、図３，４参照）により総合的に示されるように、大腿部外側外骨格部材１２１Lと、大腿部内側外骨格部材１２２Lとを備えている。
【００４９】
上記の大腿部外側外骨格部材１２１L及び大腿部内側外骨格部材１２２Lは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状に成形されている。この大腿部外側外骨格部材１２１Lは、左大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該左大腿部の外側に配置されている。また、大腿部内側外骨格部材１２２Lは、左大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該左大腿部の内側に配置されている。そして、大腿部外側外骨格部材１２１L及び大腿部内側外骨格部材１２２Lは、金属製のベルト部材１２９Lにより左大腿部に装着されている。本実施形態では、ベルト部材１２９Lには、左大腿部の太腿を裏側から保持する金属製の太腿保持部材１２７Lが取り付けられている（図４参照）。
【００５０】
また、大腿部外側外骨格部材１２１Lの＋Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ２Lを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、大腿部外側外骨格部材１２１Lの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、左股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
【００５１】
《大腿部外骨格部材１２０Rの構成》
大腿部外骨格部材１２０Rは、右大腿部に装着される。大腿部外骨格部材１２０Rは、図２〜図４（特に、図３，４参照）により総合的に示されるように、大腿部外側外骨格部材１２１Rと、大腿部内側外骨格部材１２２Rとを備えている。
【００５２】
上記の大腿部外側外骨格部材１２１R及び大腿部内側外骨格部材１２２Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状に成形されている。この大腿部外側外骨格部材１２１Rは、右大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該右大腿部の外側に配置されている。また、大腿部内側外骨格部材１２２Rは、右大腿部が股関節から延びる方向に沿って、当該右大腿部の内側に配置されている。そして、大腿部外側外骨格部材１２１R及び大腿部内側外骨格部材１２２Rは、金属製のベルト部材１２９Rにより右大腿部に装着されている。本実施形態では、ベルト部材１２９Rには、右大腿部の太腿を裏側から保持する金属製の太腿支持部材１２７Rが取り付けられている（図４参照）。
【００５３】
また、大腿部外側外骨格部材１２１Rの＋Ｚ方向側端部には、Ｙ軸と平行な軸を軸方向とする軸部材ＡＸ２Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、大腿部外側外骨格部材１２１Rの軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、右股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
【００５４】
＜第１接続部材１３１の構成＞
上記の第１接続部材１３１は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体形状に成形されている（図２，４参照）。そして、第１接続部材１３１の＋Ｚ方向側端面は、腰部外骨格部材１１０の背部装着部材１１２に固定的に接続されている。また、第１接続部材１３１の−Ｚ方向側端面は、第１ベローズ１７１の一方側端部と接続されている。
【００５５】
＜第２接続部材１４１L，１４１Rの構成＞
上記の第２接続部材１４１Lは、例えば、鋼鉄製の部材であり、図２，４，６により総合的に示されるように、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の＋Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた長板状の延長部とを有している。そして、第２接続部材１４１Lの延長部の＋Ｘ方向側端部は、大腿部外側外骨格部材１２１Lに固定的に接続されている。また、第２接続部材１４１Lの長方体部の＋Ｚ方向側端面は、第２ベローズ１７２Lの一方側端部と接続されている。ここで、図６は、第２接続部材１４１L，１４１Rを＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図中に示した２点鎖線は、第２接続部材１４１L，１４１R以外の構成要素を示している。
【００５６】
上記の第２接続部材１４１Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、図２，４，６により総合的に示されるように、長方体部と、当該長方体部に接続され、長方体部の−Ｙ方向側端部から＋Ｘ方向に延びた長板状の延長部とを有している。そして、第２接続部材１４１Rの延長部の＋Ｘ方向側端部は、大腿部外側外骨格部材１２１Rに固定的に接続されている。また、第２接続部材１４１Rの長方体部の＋Ｚ方向側端面は、第２ベローズ１７２Rの一方側端部と接続されている。
【００５７】
＜取付部材１５０の構成＞
次に、上記の取付部材１５０の構成について説明する。取付部材１５０は、骨盤形状に沿って腰部周辺に装着されて、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定される。また、取付部材１５０は、腰部外骨格部材１１０及び大腿部外骨格部材１２０L，１２０Rを取り付けている。取付部材１５０は、図２〜図４、及び、図７（Ａ）〜（Ｃ）により総合的に示されるように、腰部側面取付部材１５１L，１５１Rと、背部取付部材１５２と、固定用部材１５３と、着用部材１６０とを備えている。そして、これらの腰部側面取付部材１５１L，１５１R、背部取付部材１５２、固定用部材１５３及び着用部材１６０が一体となって、取付部材１５０が形成されている。
【００５８】
ここで、図７（Ａ）は、取付部材１５０を＋Ｙ方向側から視た左側面図である。また、図７（Ｂ）は、取付部材１５０を＋Ｚ方向側から視た平面図である。また、図７（Ｃ）は、取付部材１５０を−Ｚ方向側から視た底面図である。また、図中に示した２点鎖線は、取付部材１５０以外の構成要素を示している。なお、図７（Ｂ），（Ｃ）の取付部材１５０については、関節運動アシスト装置１００を装着する人体により不可視となる部分についても実線で示すとともに、部材自体により不可視となる部分については、点線で示している。
【００５９】
上記の腰部側面取付部材１５１L，１５１Rは、例えば、鋼鉄製の部材であり、ＸＺ平面視で、−Ｚ方向側に突出部を有した略平板状に成形加工されている（腰部側面取付部材１５１Lについては、図７（Ａ）参照）。この腰部側面取付部材１５１Lは、平板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の左側に配置され、腰部側面取付部材１５１Rは、平板面の法線方向がＹ軸と平行になるように腰部の右側に配置されている。そして、腰部側面取付部材１５１L及び腰部側面取付部材１５１Rの−Ｘ方向側端部に、背部取付部材１５２が固定的に接続されている。
【００６０】
腰部側面取付部材１５１Lには、略中央部に軸部材ＡＸ１Lを挿入する軸穴が成形加工されているとともに、突出部に軸部材ＡＸ２Lを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、当該略中央の軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。また、当該突出部の軸穴は、左股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
【００６１】
そして、腰部側面取付部材１５１Lは、腰部側面装着部材１１１Lの−Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ１Lにより、当該腰部側面装着部材１１１Lを腰関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。また、腰部側面取付部材１５１Lは、大腿部外側外骨格部材１２１Lの−Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ２Lにより、当該大腿部外側外骨格部材１２１Lを左股関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。
【００６２】
腰部側面取付部材１５１Rには、略中央部に軸部材ＡＸ１Rを挿入する軸穴が成形加工されているとともに、突出部に軸部材ＡＸ２Rを挿入する軸穴が成形加工されている。ここで、当該略中央の軸穴は、関節運動アシスト装置１００が人体に装着された場合に、腰仙関節に対応する位置に成形されるようになっている。また、当該突出部の軸穴は、右股関節に対応する位置に成形されるようになっている。
【００６３】
そして、腰部側面取付部材１５１Rは、腰部側面装着部材１１１Rの＋Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ１Rにより、当該腰部側面装着部材１１１Rを腰関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。また、腰部側面取付部材１５１Rは、大腿部外側外骨格部材１２１Rの＋Ｙ方向側に配置され、軸部材ＡＸ２Rにより、当該大腿部外側外骨格部材１２１Rを右股関節の前後の回動運動方向に回動可能に取り付けている。
【００６４】
上記の背部取付部材１５２は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長方体形状に成形されている（図７（Ａ）参照）。そして、背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側端面は、第１ベローズ１７１の他方側端部と接続されている。また、背部取付部材１５２における−Ｚ方向側端面の＋Ｙ方向側は、第２ベローズ１７２Lの他方側端部と接続され、背部取付部材１５２における−Ｚ方向側端面の−Ｙ方向側は、第２ベローズ１７２Rの他方側端部と接続されている。
【００６５】
上記の固定用部材１５３は、着用部材１６０を、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２に固定する。本実施形態では、固定用部材１５３は、＋Ｚ方向側で、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２と後述するウエストバンド部１６１とを固定する平板状の金属部材と、弾性部材とで構成され、当該弾性部材は空気を注入可能な袋体となっている。そして、当該袋体に空気を注入することにより、固定用部材１５３は、着用部材１６０を、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２にぐらつくことなく、確実に固定するようになっている。
【００６６】
《着用部材１６０の構成》
次いで、上記の着用部材１６０の構成について説明する。この着用部材１６０は、固定用部材１５３により、腰部側面取付部材１５１L，１５１R及び背部取付部材１５２に固定されるとともに、人体に直接装着されて骨盤を形成する左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の左右の外側面及び骨盤部位の後方に確実に固定される。
【００６７】
着用部材１６０は、図７（Ｂ），（Ｃ）及び図８（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、ウエストバンド部１６１と、後面被覆部１６２と、前面被覆部１６３とを備えている。ここで、図８（Ａ）は着用部材１６０を＋Ｘ方向側から視た正面図であり、図８（Ｂ）は着用部材１６０を−Ｘ方向側から視た背面図である。また、図中に示した２点鎖線は、着用部材１６０以外の構成要素を示している。
【００６８】
上記のウエストバンド部１６１は、例えば、骨盤部位を形成する左右の腸骨稜（図１参照）の稜線に沿った形状に成形加工された所定の厚みを有する金属製の部材である。このウエストバンド部１６１は、後面で後面被覆部１６２に連結されるとともに、前面被覆部１６３に連結されている。そして、ウエストバンド部１６１は、左右の腸骨稜の稜線に沿って、人体後方から腰部を包被するようにして骨盤部位の左右の外側面に固定されている。
【００６９】
上記の後面被覆部１６２は、例えば、線状の金属製部材を略Ｔ字状にした枠部分を成形し、当該枠部分内を布で覆うことにより形成される（図８（Ｂ）参照）。この後面被覆部１６２は、骨盤部位を形成する仙骨、尾骨（図１参照）の形状に沿った形に成形加工されている。そして、後面被覆部１６２は、仙骨、尾骨に対応する腰部後方を被覆するようにして、骨盤部位の後方に固定される。
【００７０】
上記の前面被覆部１６３は、例えば、布製であり、下腹部を被覆し、骨盤部位の左右の前外側面に固定される。この前面被覆部１６３は、臍部付近でウエストバンド部１６１に連結されているとともに、股下部分で後面被覆部１６２に連結されている。
【００７１】
この結果、取付部材１５０は、骨盤に確実に固定されるようになっている。
【００７２】
＜第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２R＞
次に、上記の第１ベローズ１７１及び第２ベローズ１７２L，１７２Rについて説明する。
【００７３】
第１ベローズ１７１は、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材であり、腰仙関節の伸展側（−Ｘ方向側）に配置される（図２，４参照）。第１ベローズ１７１の一方側端部は、第１接続部材１３１に接続されるとともに、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側端面に接続される。そして、第１ベローズ１７１と調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９１を通じて、第１ベローズ１７１内の空気圧が変化すると、第１ベローズ１７１が膨縮する。この結果、第１ベローズ１７１が腰関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
【００７４】
第２ベローズ１７２Lは、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材であり、左股関節の伸展側（−Ｘ方向側）に配置される（図２，４参照）。第２ベローズ１７２Lの一方側端部は、第２接続部材１４１Lに接続されるとともに、第２ベローズ１７２Lの他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の−Ｚ方向側端面の＋Ｙ方向側に接続される。そして、第２ベローズ１７２Lと調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９２Lを通じて、第２ベローズ１７２L内の空気圧が変化すると、第２ベローズ１７２Lが膨縮する。この結果、第２ベローズ１７２Lが左股関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
【００７５】
第２ベローズ１７２Rは、第２ベローズ１７２Lと同様に、等間隔の環状溝を有する膨縮自在な樹脂製の部材である。この第２ベローズ１７２Rは、右股関節の伸展側（−Ｘ方向側）に配置される（図４参照）。第２ベローズ１７２Rの一方側端部は、第２接続部材１４１Rに接続されるとともに、第２ベローズ１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０における背部取付部材１５２の−Ｚ方向側端面の−Ｙ方向側に接続される。そして、第２ベローズ１７２Rと調整部１８０との間を連通している可撓性を有する樹脂製の配管１９２Rを通じて、第２ベローズ１７２R内の空気圧が変化すると、第２ベローズ１７２Rが膨縮する。この結果、第２ベローズ１７２Rが右股関節の関節運動をアシストする力を発生させる。
【００７６】
以上のように、本実施形態では、第１接続部材１３１は腰部外骨格部材１１０側に配置され、第２接続部材１４１L，１４１Rは大腿部外骨格部材１２０L，１２０R側に配置されている。また、本実施形態では、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材１５２の＋Ｚ方向側における腰関節の伸展側で接続されている。また、本実施形態では、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材１５２の−Ｚ方向側における股関節の伸展側で接続されている。
【００７７】
＜調整部１８０の構成＞
次いで、上記の調整部１８０の構成について説明する。調整部１８０は、配管１９１を介して第１ベローズ１７１と連通している。また、調整部１８０は、配管１９２Lを介して第２ベローズ１７２Lと連通しているとともに、配管１９２Rを介して第２ベローズ１７２Rと連通している。そして、調整部１８０は、配管１９１，１９２L，１９２Rを介して、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２R（以下、すべてのベローズを総称して、単に、「ベローズ」とも記す）からの空気の強制的排出、及び、ベローズへの空気の強制的供給を行い、ベローズ内の空気圧を調整する。
【００７８】
かかる機能を有する調整部１８０は、図９に示されるように、加圧ポンプ１８１と、減圧ポンプ１８２と、電気−空気圧制御弁１８３と、制御部１８４と、配管１８５，１８６とを備えている。
【００７９】
上記の加圧ポンプ１８１は、配管１８５を介して、電気−空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の一方側と接続されている。この加圧ポンプ１８１は、ベローズへの空気の強制的供給を行う際に利用される。上記の減圧ポンプ１８２は、配管１８６を介して、電気−空気圧制御弁１８３のポンプ側接続口の他方側と接続されている。この減圧ポンプ１８２は、ベローズからの空気の強制的排出を行う際に、利用される。
【００８０】
上記の電気−空気圧制御弁１８３は、流路切換弁と、圧力制御弁（比例ソレノイドバルブ）とを備えて構成されている。この流路切換弁の入口側の一方が加圧ポンプ１８１に接続されているとともに、入口側の他方が減圧ポンプ１８２に接続されている。
【００８１】
そして、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズへの空気の強制的供給を行う際には、加圧ポンプ１８１に接続されている配管１８５と指定されたベローズと連通している配管とを接続して流路を形成する。また、流路切換弁は、制御部１８４による制御のもとで、ベローズからの空気の強制的排出を行う際には、減圧ポンプ１８２に接続されている配管１８６と指定されたベローズと連通している配管とを接続して流路を形成する。
【００８２】
例えば、第１ベローズ１７１への強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９１とを接続して流路を形成する。また、第１ベローズ１７１からの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９１とを接続して流路を形成する。
【００８３】
また、第２ベローズ１７２Lへの強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９２Lとを接続して流路を形成する。また、第２ベローズ１７２Lからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９２Lとを接続して流路を形成する。さらに、第２ベローズ１７２Rへの強制的供給を行う際には、流路切換弁は、配管１８５と配管１９２Rとを接続して流路を形成する。また、第２ベローズ１７２Rからの空気の強制的排出を行う際には、流路切換弁は、配管１８６と配管１９２Rとを接続して流路を形成する。
【００８４】
また、圧力制御弁は、制御部１８４による制御のもとで、空気圧力を制御して、ベローズ内の空気圧を変化させる。
【００８５】
上記の制御部１８４は、ベローズからの空気の強制的排出、及び、ベローズへの空気の強制的供給の切り換え、並びに、ベローズ内の空気圧の制御を行う。かかる制御に際して、ベローズへの空気の強制的供給を行う場合には、制御部１８４は、電気−空気圧制御弁１８３が加圧ポンプ１８１と関節運動をアシストするベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように、制御する。また、ベローズからの空気の強制的排出を行う場合には、制御部１８４は、電気−空気圧制御弁１８３が減圧ポンプ１８２と関節運動をアシストするベローズとを接続する流路を形成し、ベローズ内の空気圧力を調整するように制御する。
【００８６】
こうした制御は、実験、シミュレーション、経験等を加味した関節を駆動する筋力に関する生体情報に基づいて行われるようになっている。ここで、関節を駆動する筋力に関する生体情報は、不図示の検出部が、筋電図、筋肉の硬さ等を検出することで、取得するようにすることができる。
【００８７】
［動作］
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置１００の動作、すなわち、腰関節及びの左右の股関節の機構を利用する関節運動のアシスト動作を説明する。
【００８８】
なお、関節運動アシスト装置１００では、当初においては、調整部１８０によるベローズ内の空気圧調整は行われておらず、ベローズの内圧は大気圧になっているものとする。また、当初においては、図２に示されるように、腰関節及び左右の股関節は、伸展状態にあるものとする。
【００８９】
＜関節の伸展状態から屈曲状態へのアシスト動作＞
この関節運動のアシスト動作は、腰関節及び左右の股関節を伸展状態から屈曲状態にする際には、調整部１８０が、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給を行うための制御を行う。調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給が行われると、各ベローズ内の空気圧が上昇する。こうしてベローズ内の空気圧が上昇すると、ベローズが膨張する。
【００９０】
第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rが膨張する膨張行程において、各ベローズが膨張したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図１０に示されている。図２の状態から図１０の状態に遷移する第１ベローズ１７１の膨張行程により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における腰部外骨格部材１１０と取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、腰関節が伸展状態から屈曲状態になる。
【００９１】
また、第２ベローズ１７２Lの膨張行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Lと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、左股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
【００９２】
また、第２ベローズ１７２Rの膨張行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして＋Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Rと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が狭くなり、右股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
【００９３】
＜関節の屈曲状態から伸展状態へのアシスト動作＞
腰関節及び左右の股関節が屈曲状態であるとき（図１０参照）に、各関節を屈曲状態から伸展状態にする際には、調整部１８０が、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出が行われると、各ベローズ内の空気圧が下降する。こうしてベローズ内の空気圧が下降すると、ベローズが収縮する。
【００９４】
第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rが収縮する収縮行程において、各べローズが収縮したときの関節運動アシスト装置１００の状態が図２に示されている。図１０の状態から図２の状態に遷移する第１ベローズ１７１の収縮行程により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして−Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における腰部外骨格部材１１０と取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。
【００９５】
また、第２ベローズ１７２Lの収縮行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして−Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Lと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、左股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
【００９６】
また、第２ベローズ１７２Rの収縮行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして−Ｘ方向側に回転する。この結果、アシスト装置が装着された場合における大腿部外骨格部材１２０Rと取付部材１５０とがなす人体の前側の角度が広くなり、右股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
【００９７】
＜歩行時のアシスト動作＞
歩行時のアシスト動作は、まず、調整部１８０が、腰関節を伸展状態にするために、第１ベローズ１７１からの空気の強制的排出を行うための制御を行う。そして、左足部を前方へ移動させるときには、調整部１８０は、左足部を屈曲状態にするとともに、右足部を伸展状態するにするための制御を行う。すなわち、調整部１８０は、第２ベローズ１７２Lへの空気の強制的供給を行うとともに、第２ベローズ１７２Rからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。
【００９８】
また、右足部を前方へ移動させるときには、調整部１８０は、右足部を屈曲状態にするとともに、左足部を伸展状態するにするための制御を行う。すなわち、調整部１８０は、第２ベローズ１７２Rへの空気の強制的供給を行うとともに、第２ベローズ１７２Lからの空気の強制的排出を行うための制御を行う。この結果、スムーズな歩行動作を実現することができる。
【００９９】
以上説明したように、本実施形態では、調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rへの空気の強制的供給が行われると、各ベローズが膨張する。そして、第１ベローズ１７１の膨張により、第１ベローズ１７１の一方側端部に接続されている第１接続部材１３１が、第１ベローズ１７１の他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして回転する。この結果、腰関節が伸展状態から屈曲状態になる。
【０１００】
また、第２ベローズ１７２Lの膨張行程により、第２ベローズ１７２Lの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Lが、第２ベローズ１７２Lの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして回転する。この結果、左股関節が伸展状態から屈曲状態になる。また、第２ベローズ１７２Rの膨張行程により、第２ベローズ１７２Rの一方側端部に接続されている第２接続部材１４１Rが、第２ベローズ１７２Rの他方側端部に接続されている取付部材１５０に対して、軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして回転する。この結果、右股関節が伸展状態から屈曲状態になる。
【０１０１】
このため、膨縮部材である第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rを膨張させる膨張行程を制御して、腰関節及び左右の股関節を伸展状態から屈曲状態に移行する運動をアシストすることができる。
【０１０２】
また、本実施形態では、調整部１８０により、第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rからの空気の強制的排出が行われると、各ベローズが収縮する。そして、第１ベローズ１７１の収縮により、第１接続部材１３１が、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rを中心軸にして回転する。この結果、腰関節が屈曲状態から伸展状態になる。
【０１０３】
また、第２ベローズ１７２Lの収縮行程により、第２接続部材１４１Lが、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ２Lを中心軸にして回転する。この結果、左股関節が屈曲状態から伸展状態になる。また、第２ベローズ１７２Rの収縮行程により、第２接続部材１４１Rが、取付部材１５０に対して軸部材ＡＸ２Rを中心軸にして回転する。この結果、右股関節が屈曲状態から伸展状態になる。
【０１０４】
このため、膨縮部材である第１ベローズ１７１、第２ベローズ１７２L，１７２Rを収縮させる収縮行程を制御して、腰関節及び左右の股関節を屈曲状態から伸展状態に移行する運動をアシストすることができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、調整部１８０は、左足部を前方へ移動させるときには、腰関節を伸展状態にして、左足部を屈曲状態にするとともに、右足部を伸展状態するにするための制御を行う。また、調整部１８０は、右足部を前方へ移動させるときには、腰関節を伸展状態にして、右足部を屈曲状態にするとともに、左足部を伸展状態するにするための制御を行う。このため、腰関節の伸展アシスト力を発生させた状態を維持しつつ、スムーズな歩行動作を実現することができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、腰部外骨格部材１１０は、腰関節に対応する位置で腰関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられている。また、大腿部外骨格部材１２０Lは、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられ、大腿部外骨格部材１２０Rは、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に取付部材１５０に取り付けられている。このため、腰関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左股関節及び右股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、第１ベローズ１７１は腰関節の伸展側に配置され、第２ベローズ１７２Lは左股関節の伸展側に配置され、第２ベローズ１７２Rは右股関節の伸展側に配置されている。このため、腰関節の運動をアシストする力、左股関節の運動をアシストする力、右股関節の運動をアシストする力を効率良く発生することができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、着用部材１６０は、骨盤部位を形成する左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨の形状に沿って、骨盤部位にフィットして確実に固定されるため、取付部材１５０が骨盤部位に確実に固定される。この結果、第１ベローズ１７１、及び、第２ベローズ１７２L，１７２Rが膨張したり収縮した際にも、取付部材１５０は、ぐらつくことなく骨盤部位に確実に固定されている。これにより、第１ベローズ１７１が発生した力を、効率良く腰仙関節に伝達することができる。また、第２ベローズ１７２Lが発生した力を、効率良く左股関節に伝達することができ、第２ベローズ１７２Rが発生した力を、効率良く右股関節に伝達することができる。このため、腰関節並びに左股関節及び右股関節の独立した関節運動に際して、スムーズな関節運動を行い、安定した関節運動を実現することができる。
【０１０９】
したがって、本実施形態によれば、関節運動を適切にアシストしつつ、スムーズな関節運動を実現することができる。
【０１１０】
［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
【０１１１】
例えば、上記の実施形態では、第１接続部材１３１を腰部外骨格部材１１０側に配置するとともに、第２接続部材１４１L，１４１Rを大腿部外骨格部材１２１L，１２１R側に配置するようにした。また、本実施形態では、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の＋Ｚ方向側で接続されるとともに、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の−Ｚ方向側で接続されることとした。
【０１１２】
これに対して、図１１，１２に示される関節運動アシスト装置１００Ｂのように、第１接続部材１３１Ｂを大腿部外骨格部材１２１L，１２１R側に配置するとともに、第２接続部材１４１ＢL，１４１ＢRを腰部外骨格部材１１０側に配置するようにしてもよい。そして、こうした構成を採用した場合には、第１ベローズ１７１の他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の−Ｚ方向側で接続されるとともに、第２ベローズ１７２L，１７２Rの他方側端部は、取付部材１５０を構成する背部取付部材の＋Ｚ方向側で接続されるようにする。なお、図１２に示される関節運動アシスト装置１００Ｂでは、調整部１８０及び配管１９１，１９２L，１９２Rの図示を省略している。
【０１１３】
ここで、図１１は、各ベローズが膨張したときの関節運動アシスト装置１００Ｂの状態であり、図１２は、各ベローズが収縮したときの関節運動アシスト装置１００Ｂの状態である。このように、関節運動アシスト装置１００Ｂでは、第１ベローズ及び２つの第２ベローズを膨張させることで、腰関節及び股関節を屈曲状態から伸展状態にするとともに、第１ベローズ及び２つの第２ベローズを収縮させることで、腰関節及び股関節を伸展状態から屈曲状態にすることができる。
【０１１４】
また、上記の実施形態では、腰部外骨格部材１１０は、腰仙関節に対応する位置で、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rにより取付部材１５０に取り付けられるようにした。これに対して、例えば、図１３に示される構成の関節運動アシスト装置１００Ｃとしてもよい。関節運動アシスト装置１００Ｃは、上述した実施形態の関節運動アシスト装置１００と比べて、腰部外骨格部材１１０に代えて腰部外骨格部材１１０Ｃを備える点、取付部材１５０に代えて取付部材１５０Ｃを備える点、及び、軸部材ＡＸ１L，ＡＸ１Rに代えて連接部材ＣＢL，ＣＢR（連接部材ＣＢRは不図示）を備える点が異なっている。
【０１１５】
腰部外骨格部材１１０Ｃは、上述した実施形態の腰部外骨格部材１１０と比べて、腰部側面装着部材１１１L，１１１Rに代えて腰部側面装着部材１１１ＣL，１１１ＣR（腰部側面装着部材１１１ＣRは不図示）を備える点、及び、当該腰部側面装着部材１１１ＣL，１１１ＣRに固定される外歯歯車（歯車部材）２１０L，２１０R（外歯歯車２１０Rは不図示）を更に備える点が異なっている。
【０１１６】
外歯歯車２１０Lは、腰部側面装着部材１１１ＣLの−Ｚ方向側端部であって、腰仙関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２１０Lには、腰仙関節の回動運動方向に沿った歯部が形成されている。また、外歯歯車２１０Rは、腰部側面装着部材１１１ＣRの−Ｚ方向側端部であって、腰仙関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２１０Rには、腰仙関節の回動運動方向に沿った歯部が形成されている。
【０１１７】
取付部材１５０Ｃは、上述した実施形態の取付部材１５０と比べて、腰部側面取付部材１５１L，１５１Rに固定される外歯歯車（歯車部材）２５０L，２５０R（外歯歯車２５０Rは不図示）を更に備える点が異なっている。
【０１１８】
外歯歯車２５０Lは、腰部側面取付部材１５１Lにおける仙腸関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２５０Lには、外歯歯車２１０Lに噛合する歯部が形成されている。そして、外歯歯車２５０Lは、外歯歯車２１０Lと噛合し、当該噛合が連接部材ＣＢLにより確保されている。また、外歯歯車２５０Rは、腰部側面取付部材１５１Rにおける仙腸関節に対応する位置に固定される。この外歯歯車２５０Rには、外歯歯車２１０Rに噛合する歯部が形成されている。そして、外歯歯車２５０Rは、外歯歯車２１０Rと噛合し、当該噛合が連接部材ＣＢRにより確保されている。このように、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰部外骨格部材１１０Ｃは、連接部材ＣＢL ，ＣＢRにより取付部材１５０Ｃに取り付けられるようになっている。
【０１１９】
上記のようにして構成された関節運動アシスト装置１００Ｃでは、取付部材１５０Ｃを相対静止させた系において、腰部外骨格部材１１０Ｃに固定された外歯歯車２１０L，２１０Rのそれぞれが、第１ベローズ１７１の膨張行程又は収縮行程により自転しつつ、取付部材１５０Ｃに固定された外歯歯車２５０L，２５０Rの周りを公転する。これにより、腰部外骨格部材１１０Ｃが、仙腸関節に対応して固定された外歯歯車２５０L，２５０Rの中心軸を中心にして公転するとともに、腰仙関節に対応して固定された外歯歯車２１０L，２１０Rの中心軸を中心にして自転する。なお、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、連接部材ＣＢL，ＣＢRは、腰仙関節と仙腸関節との間に存在する仙骨（図１参照）に対応した機能を果たすようになっている。
【０１２０】
このため、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰仙関節及び仙腸関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができるとともに、左股関節及び右股関節の動きに対応したスムーズな関節運動のアシストを行うことができる。
【０１２１】
なお、関節運動アシスト装置１００Ｃでは、腰部外骨格部材１１０Ｃ及び取付部材１５０Ｃには外歯歯車が固定されるようにしたが、当該外歯歯車に代えて、回転力を伝達可能なゴム部材を採用するようにしてもよい。
【０１２２】
また、上記の実施形態では、腰部外骨格部材は、腰仙関節に対応する位置で取付部材に取り付けられるようにしたが、仙腸関節に対応する位置で仙腸関節の回動方向に回動可能に取付部材に取り付けられるようにしてもよい。また、腰部外骨格部材は、取付部材に対して、腰仙関節に対応する位置の近辺、仙腸関節に対応する位置の近辺、又は、腰仙関節及び仙腸関節の近辺に取り付けられてもよいことは勿論である。
【０１２３】
また、上記の実施形態では、太腿を裏側から保持する太腿保持部材を備えるようにしたが、当該太腿保持部材を省略するようにしてもよい。
【０１２４】
また、上記の実施形態では、関節を駆動する筋肉に関する生体情報を、筋電図、筋肉の硬さ等の生体信号としたが、利用者の脳波を当該生体情報として採用するようにしてもよい。
【０１２５】
また、実施形態においては、樹脂製のベローズを採用したが、伸縮自在であり、人体に装着される装置の重さ等の負担をかけることがない素材であれば、他の素材であってもよい。
【０１２６】
また、本発明の関節運動アシスト装置は、作動流体を空気としたが、他の気体や、水や油等の液体であってもよい。
【０１２７】
本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野で利用する場合には、介護者がパワーアシスト用の装置として装着するだけでなく、力が弱っている被介護者がパワーアシスト用又はリハビリテーション用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置は、介護や福祉の分野以外で重量物を持ち上げる等の場合のパワーアシスト装置としても利用することができる。
【０１２８】
また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の外骨格形の哺乳類、外骨格形のロボット等の所定対象物の関節運動アシスト装置にも本発明を適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１２９】
以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置は、所定対象物の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置に適用することができる。
【図１】
2015104832.tif 000003
【図２】
2015104832.tif 000004
【図３】
2015104832.tif 000005
【図４】
2015104832.tif 000006
【図５】
2015104832.tif 000007
【図６】
2015104832.tif 000008
【図７】
2015104832.tif 000009
【図８】
2015104832.tif 000010
【図９】
2015104832.tif 000011
【図１０】
2015104832.tif 000012
【図１１】
2015104832.tif 000013
【図１２】
2015104832.tif 000014
【図１３】
2015104832.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年7月1日(2016.7.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；
前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；
前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；
前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；
前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；
前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、
前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、
前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、
前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着され、
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、
ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
【請求項２】
前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記第２接続部材は前記第２外骨格部材側に配置され、
前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、
前記第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項３】
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項４】
前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項５】
前記第１膨縮部材内及び前記第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項６】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項７】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項８】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、
前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、
前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項９】
前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、
一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項１０】
前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、
前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の第１部位と、少なくとも１つの第２部位とを接続している接続部位との間の関節機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；前記第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第２部位に装着される前記第２部位と同数の第２外骨格部材と；前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、前記第２部位と同数の第２膨縮部材と；前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；前記第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第２膨縮部材の一方側端部に接続される前記第２部位と同数の第２接続部材と；前記第１接続部材と前記第２接続部材との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記第２膨縮部材の他方側端部に接続される取付部材と；を備え、前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着され、前記第１膨縮部材及び前記第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、前記関節運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
そして、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第１外骨格部材が取付部材に対して回動する。また、第２膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第２外骨格部材が取付部材に対して回動する。この結果、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方の膨張行程又は収縮行程により、所定対象物の第１部位が固定された第１外骨格部材と、所定対象物の第２部位が固定された第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、第１部位と接続部位とを接続している関節、及び、第２部位と接続部位とを接続している関節の運動がアシストされる。
ここで、前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、前記第２外骨格部材の数は２つであり、一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着される。このため、骨盤と腰椎とを接続している関節の運動、並びに、骨盤と左側の大腿部とを接続している関節の運動、及び、骨盤と右側の大腿部とを接続している関節の運動を、それぞれ独立にアシストすることができる。また、この場合には、関節運動アシスト装置が背後に大きく突出することなく、構造をコンパクトにすることができる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１８
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、本発明の関節運動アシスト装置では、一の構成として、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、ようにすることができる。
【手続補正書】
【提出日】平成28年12月7日(2016.12.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１部位と２つの第２部位とを接続している接続部位を含む骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の前記第１部位と前記接続部位とを接続している関節の機構、及び、前記所定対象物の前記２つの第２部位それぞれと前記接続部位とを接続している２つの関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、
前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；
前記２つの第２部位のうちの一の第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記一の第２部位に装着される一の第２外骨格部材と；
前記２つの第２部位のうちの他の第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記他の第２部位に装着される他の第２外骨格部材と；
前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、２つの第２膨縮部材と；
前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；
前記一の第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記２つの第２膨縮部材のうちの一の第２膨縮部材の一方側端部に接続される一の第２接続部材と；
前記他の第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記２つの第２膨縮部材のうちの他の第２膨縮部材の一方側端部に接続される他の第２接続部材と；
前記第１接続部材と前記一の第２接続部材及び前記他の第２接続部位との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記２つの第２膨縮部材それぞれの他方側端部に接続される取付部材と；を備え、
前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、
前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、
前記一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、前記他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着され、
前記第１膨縮部材、前記一の第２膨縮部材及び前記他の第２膨縮部材の少なくとも一つの膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記一の第２外骨格部材とが交差する角度、及び、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記他の第２外骨格部材とが交差する角度の少なくとも一方の角度が変化し、前記関節運動をアシストする、
ことを特徴とする関節運動アシスト装置。
【請求項２】
前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記一の第２接続部材は前記一の第２外骨格部材側に配置され、前記他の第２接続部材は前記他の第２外骨格部材側に配置され、
前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、
前記一の第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記一の第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、
前記他の第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記他の第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項３】
前記第１膨縮部材及び前記２つの第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ことを特徴とする請求項２に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項４】
前記第１膨縮部材及び前記２つの第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ことを特徴とする請求項２又は３に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項５】
前記第１膨縮部材内及び前記２つの第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項６】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項７】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部は、仙腸関節に対応する位置の周りを回動しつつ、腰仙関節の回動軸を回動中心軸として腰仙関節の回動方向に回動可能に、前記取付部材に取り付けられ、
前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、左股関節に対応する位置で左股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられ、
前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部は、右股関節に対応する位置で右股関節の回動方向に回動可能に前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項８】
前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部には、腰仙関節に対応する位置で腰仙関節の回動運動方向に沿って歯部が形成された歯車部材が固定され、
前記取付部材における仙腸関節に対応する位置には、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材に噛合する歯車部材が固定され、
前記第１外骨格部材は、前記第１外骨格部材に固定された歯車部材と前記取付部材に固定された歯車部材との噛合が確保され、前記取付部材に取り付けられる、
ことを特徴とする請求項７に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項９】
前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、
前記一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、前記他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、
ことを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【請求項１０】
前記取付部材は、骨盤部位の左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿った形状の着用部材を備え、
前記着用部材は、左右の腸骨稜の稜線、仙骨、尾骨に沿って、骨盤部位の後方及び左右の外側面に固定される、
ことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
本発明は、第１部位と２つの第２部位とを接続している接続部位を含む骨格構造を有する所定対象物に装着し、前記所定対象物の前記第１部位と前記接続部位とを接続している関節の機構、及び、前記所定対象物の前記２つの第２部位それぞれと前記接続部位とを接続している２つの関節の機構を利用する関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置であって、前記第１部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記第１部位に装着される第１外骨格部材と；前記２つの第２部位のうちの一の第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記一の第２部位に装着される一の第２外骨格部材と；前記２つの第２部位のうちの他の第２部位が前記接続部位から延びる方向に沿って、前記他の第２部位に装着される他の第２外骨格部材と；前記関節運動をアシストする力を発生する第１膨縮部材、及び、２つの第２膨縮部材と；前記第１外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記第１膨縮部材の一方側端部に接続される第１接続部材と；前記一の第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記２つの第２膨縮部材のうちの一の第２膨縮部材の一方側端部に接続される一の第２接続部材と；前記他の第２外骨格部材に固定的に接続されるとともに、前記２つの第２膨縮部材のうちの他の第２膨縮部材の一方側端部に接続される他の第２接続部材と；前記第１接続部材と前記一の第２接続部材及び前記他の第２接続部位との間に配置され、前記第１外骨格部材における前記接続部位側の端部、前記一の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部及び前記他の第２外骨格部材における前記接続部位側の端部を、関節の回動運動方向に回動可能に取り付けるとともに、前記第１膨縮部材の他方側端部及び前記２つの第２膨縮部材それぞれの他方側端部に接続される取付部材と；を備え、前記所定対象物の接続部位は、人体の骨盤部位であり、前記第１外骨格部材は腰椎に対応する位置に装着され、前記一の第２外骨格部材は左側の大腿部に装着され、前記他の第２外骨格部材は右側の大腿部に装着され、前記第１膨縮部材、前記一の第２膨縮部材及び前記他の第２膨縮部材の少なくとも一つの膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記一の第２外骨格部材とが交差する角度、及び、前記取付部材に回動可能に取り付けられている前記第１外骨格部材と前記他の第２外骨格部材とが交差する角度の少なくとも一方の角度が変化し、前記関節運動をアシストする、ことを特徴とする関節運動アシスト装置である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この関節運動アシスト装置では、所定対象物に当該装置が装着された場合に、第１膨縮部材の一方側端部が、第１外骨格部材に固定された第１接続部材に接続され、第１膨縮部材の他方側端部が、第１外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。また、この関節運動アシスト装置では、一の第２膨縮部材の一方側端部が、一の第２外骨格部材に固定された一の第２接続部材に接続され、一の第２膨縮部材の他方側端部が、一の第２外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。また、この関節運動アシスト装置では、他の第２膨縮部材の一方側端部が、他の第２外骨格部材に固定された他の第２接続部材に接続され、他の第２膨縮部材の他方側端部が、他の第２外骨格部材を関節の回動運動方向に回動可能に取り付けた取付部材に接続されている。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
そして、第１膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、第１外骨格部材が取付部材に対して回動する。また、一の第２膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、一の第２外骨格部材が取付部材に対して回動する。さらに、他の第２膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、他の第２外骨格部材が取付部材に対して回動する。この結果、第１膨縮部材、第２膨縮部材のうちの一の第２膨縮部材及び他の第２膨縮部材の少なくとも一つの膨縮部材の膨張行程又は収縮行程により、所定対象物の第１部位が固定された第１外骨格部材と、所定対象物の第２部位が固定された第２外骨格部材とが交差する角度が変化し、受動的に、第１部位と接続部位とを接続している関節、一の第２部位と接続部位とを接続している関節、及び、他の第２部位と接続部位とを接続している関節の運動がアシストされる。
このため、骨盤と腰椎とを接続している関節の運動、並びに、骨盤と左側の大腿部とを接続している関節の運動、及び、骨盤と右側の大腿部とを接続している関節の運動を、それぞれ独立にアシストすることができる。また、この場合には、関節運動アシスト装置が背後に大きく突出することなく、構造をコンパクトにすることができる。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１接続部材は前記第１外骨格部材側に配置されるとともに、前記一の第２接続部材は前記一の第２外骨格部材側に配置され、前記他の第２接続部材は前記他の第２外骨格部材側に配置され、前記第１膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記第１外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、前記一の第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記一の第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続され、前記他の第２膨縮部材の他方側端部は、前記取付部材の前記他の第２外骨格部材側における関節の伸展側に接続される、ようにすることができる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
第１接続部材及び２つの第２接続部材、並びに、第１膨縮部材及び２つの第２膨縮部材を上述のように配置した場合に、前記第１膨縮部材及び前記２つの第２膨縮部材の収縮行程により、関節を屈曲状態から伸展状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を収縮させることで、関節を伸展状態にすることができる。また、こうした配置とした場合には、前記第１膨縮部材及び前記２つの第２膨縮部材の膨張行程により、関節を伸展状態から屈曲状態にする、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材及び第２膨縮部材の少なくとも一方を膨張させることで、関節を屈曲状態にすることができる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
また、本発明の関節運動アシスト装置では、前記第１膨縮部材内及び前記２つの第２膨縮部材内の作動流体圧を調整する調整部を更に備える、構成とすることができる。この場合には、調整部が第１膨張部材及び２つの第２膨張部材内の作動流体圧を調整するため、第１膨縮部材及び２つの第２膨縮部材は、調整部により調整された関節運動をアシストする力を発生することができる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
また、人体の腰仙関節、並びに、左側の股関節及び右側の股関節の運動をアシストする場合に、前記第１膨縮部材は、腰仙関節の伸展側に配置され、前記一の第２膨縮部材は、左股関節の伸展側に配置され、前記他の第２膨縮部材は、右股関節の伸展側に配置される、ようにすることができる。この場合には、第１膨縮部材が、腰仙関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。また、一の第２膨縮部材が、左股関節の運動をアシストする力を効率良く発生し、他の第２膨縮部材が、右股関節の運動をアシストする力を効率良く発生する。このため、効率良く関節運動をアシストすることができる。
【国際調査報告】
2015104832.tif 000016
2015104832.tif 000017
2015104832.tif 000018
2015104832.tif 000019