(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
腰の後ろに配置される腰部フレームと、
前記腰部フレームを腰に装着する腰部装具と、
前記腰部フレームの左右両端に回動可能に連結されて大腿部の外側に配置される２つの膝上フレームと、
前記各膝上フレームの下端に回動可能に連結されて下腿部の外側に配置される２つの膝下フレームと、
前記各膝上フレームを左右の膝部にそれぞれ装着する膝部装具と、
前記２つの膝下フレームの少なくとも一方に対して当該膝下フレームに連結した少なくとも一方の前記膝上フレームを回動させるアシスト力を発生させる駆動部と、を有し、
前記腰部装具は、
腰に巻き付ける腹部ベルトであって、当該腹部ベルトを部分的に伸縮可能とした伸縮可能部分を有する腹部ベルトと、
前記伸縮可能部分の伸びを抑えつつ前記腹部ベルトを締め付けて前記腹部ベルトに前記腰部フレームを固定する固定ベルトと、
を有する動作支援装置。
【請求項２】
前記腹部ベルトは、腰の動きを規制する比較的幅広のコルセットであり、
前記固定ベルトは、前記腹部ベルトの外側に設けられている、
請求項１の動作支援装置。
【請求項３】
前記伸縮可能部分は、前記腹部ベルトを２分割した一方の第１ベルトの一端を前記腰部フレームに対して左右にスライド可能に取り付けた第１スライド部材と、前記腹部ベルトを２分割した他方の第２ベルトの一端を前記腰部フレームに対して左右にスライド可能に取り付けた第２スライド部材と、を有し、
前記固定ベルトは、前記第１スライド部材の前記第１ベルトと反対の端部に取り付けた第３ベルトと、前記第２スライド部材の前記第２ベルトと反対の端部に取り付けた第４ベルトと、を有し、
前記第１ベルトは、前記第４ベルトを通して折り返す第１ベルト通しを備え、前記第２ベルトは、前記第３ベルトを通して折り返す第２ベルト通しを備え、
前記腰部フレームは、前記第３ベルトを通して折り返す第３ベルト通し、および第４ベルトを通して折り返す第４ベルト通しを備え、
前記第３ベルトは、前記第２ベルト通しに挿通されて折り返されて、前記第３ベルト通しに挿通されて折り返され、
前記第４ベルトは、前記第１ベルト通しに挿通されて折り返されて、前記第４ベルト通しに挿通されて折り返される、
請求項２の動作支援装置。
【請求項４】
前記２つの膝上フレームの前記腰部フレームに対する角速度の変化を検出する左右一対の腰部センサと、
前記２つの膝下フレームの前記各膝上フレームに対する角速度の変化を検出する左右一対の膝部センサと、
前記腰部センサおよび前記膝部センサによる検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
をさらに有する請求項１の動作支援装置。
【請求項５】
前記腰部フレームは、前記駆動部に給電するバッテリーおよび前記制御部を備えている、
請求項４の動作支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明の実施形態は、人の脚の動作を支援する動作支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  近年、人の脚の動作を支援する動作支援装置が開発されている。この種の動作支援装置は、一般に、曲げた膝を伸ばす方向にアシスト力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１８７３８５号公報
【発明の概要】
【０００４】  人の脚に十分なアシスト力を伝えるため、動作支援装置を体にフィットさせる必要がある。動作支援装置と体の間に緩みがあると、人の動作に対する応答速度が遅くなり、アシスト力が体に十分に伝わらなくなる。このため、その人のサイズに合わせて装置を製作すると、受注してからの生産となり、装置の製造コストが高くなる。
【０００５】  また、床の高さにある物を持ち上げる動作の際に、腰を折って物を掴んで持ち上げようとすると、動作支援装置によるアシスト力が十分に発揮されなくなる。また、この場合、腰を痛める原因にもなる。
【０００６】  よって、体格差があっても体にフィットさせることができアシスト力を人の体にロス無く十分に伝えることができる動作支援装置の開発が望まれている。
【０００８】
実施形態に係る動作支援装置は、腰の後ろに配置される腰部フレームと、腰部フレームを腰に装着する腰部装具と、腰部フレームの左右両端に回動可能に連結されて大腿部の外側に配置される２つの膝上フレームと、各膝上フレームの下端に回動可能に連結されて下腿部の外側に配置される２つの膝下フレームと、各膝上フレームを左右の膝部にそれぞれ装着する膝部装具と、２つの膝下フレームの少なくとも一方に対して当該膝下フレームに連結した少なくとも一方の膝上フレームを回動させるアシスト力を発生させる駆動部と、を有する。腰部装具は、腰に巻き付ける腹部ベルトであって、当該腹部ベルトを部分的に伸縮可能とした伸縮可能部分を有する腹部ベルトと、伸縮可能部分の伸びを抑えつつ腹部ベルトを締め付けて腹部ベルトに腰部フレームを固定する固定ベルトと、を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る動作支援装置の正面図である。
【図２】図２は、図１の動作支援装置の側面図である。
【図３】図３は、図１の動作支援装置の要部を拡大した正面図である。
【図４】図４は、図２の動作支援装置の要部を拡大した側面図である。
【図５】図５は、図１の動作支援装置の動作を制御する制御系のブロック図である。
【図６】図６は、図１の動作支援装置の腰部装具を右斜め前方から見た外観斜視図である。
【図７】図７は、図１の動作支援装置の腰部装具を背面側から見た外観斜視図である。
【図８】図８は、図６の腰部装具を人の体に装着した状態を示す外観図である。
【図９】図９は、図６の腰部装具の腰部フレームおよび腹部ベルトを示す概略図である。
【図１０】図１０は、図９の組立体を腰に装着した状態を示す正面図である。
【図１１】図１１は、図９の組立体を腰に装着した状態を示す背面図である。
【図１２】図１２は、図６の腰部装具の弾性パッドを示す外観斜視図である。
【図１３】図１３は、図１の動作支援装置の図である。
【図１４】図１４は、他の実施形態に係る動作支援装置の正面図である。
【図１５】図１５は、図１４の動作支援装置の側面図である。
【図１６】図１６は、図１４の動作支援装置の一部分を拡大した正面図である。
【図１７】図１７は、図１５の動作支援装置の一部分を拡大した側面図である。
【図１８】図１８は、図１４の動作支援装置の動作を制御する制御系のブロック図である。
【図１９】図１９は、図１４の動作支援装置の腰部装具およびその周辺部材を右斜め前方から見た外観斜視図である。
【図２０】図２０は、図１９の構造を背面側から見た外観斜視図である。
【図２１】図２１は、図１９の腰部装具およびその周辺部材を上方から見た外観図である。
【実施形態】
【００１０】  以下、図面を参照しながら実施形態について詳細に説明する。    図１は、実施形態に係る動作支援装置１００（以下、単に、装置１００と称する）の正面図であり、図２は、この装置１００を左横から見た側面図であり、図３は、図１の要部を部分的に拡大した正面図であり、図４は、図２の要部を部分的に拡大した側面図である。ここでは、この装置１００を装着した人が図１のように立った状態を基準にして、上下、左右、前後方向を説明する。なお、左右の構造が同じ構成要素については一方のみを代表して説明し他方の説明を省略する場合もある。
【００１１】  図１および図２に示すように、装置１００は、人の腰に装着する腰部装具１０、下腿部に装着する下腿部装具２０、および大腿部の外側に配置する保持フレーム１を有する。また、装置１００は、保持フレーム１を腰部装具１０に連結する連結機構４０、下腿部装具２０を保持フレーム１に対して回動可能に支持する回動支持機構３０、駆動力を発生する駆動機構５０、駆動機構５０からの動力を回動支持機構３０に伝える動力伝達機構６０、および回動支持機構３０に取り付けた膝部装具７０を有する。保持フレーム１は、回動支持機構３０、駆動機構５０、動力伝達機構６０、および膝部装具７０を保持する。さらに、装置１００は、装置１００の動作を制御する制御部８０（図５）を有する。
【００１２】  回動支持機構３０、駆動機構５０、動力伝達機構６０、および膝部装具７０を保持した保持フレーム１、および連結機構４０は、膝上部分として機能する。また、下腿部装具２０は、膝下部分として機能する。さらに、駆動機構５０は、膝下部分に対して膝上部分を回動させるためのアシスト力を発生させる駆動部として機能する。
【００１３】  以下、装置１００の各部の構成についてより詳細に説明する。    腰部装具１０は、腰部フレーム１１、左右２つの腹部ベルト１２、１２、股下ベルト１３、肩掛けベルト１４、および弾性パッド１５を有する。腰部フレーム１１は、腰の後ろに配置される背板部１１ａおよびこの背板部１１ａの左右両端からそれぞれ前方に向けて下方に傾斜して延びた２つの連結板部１１ｂ、１１ｂを一体に有する。腹部ベルト１２は、背板部１１ａの両端からそれぞれ複数のヒンジ１６を介して複数の板片１７を回動可能に連結した構造を有する。股下ベルト１３は、背板部１１ａから股下を通って腹部ベルト１２に接続する例えば布製のベルトである。肩掛けベルト１４は、肩に掛け回して、背板部１１ａと２つの腹部ベルト１２、１２をそれぞれ接続する例えば布製のベルトである。この腰部装具１０については後に詳述する。
【００１４】  下腿部装具２０は、下腿部の外側に沿って配置した細長い板状の下腿部フレーム２３、足乗せプレート２７、および足の甲や足先やかかとに巻き付けてマジックテープ（登録商標）などで留める足固定ベルト２１を有する。
【００１５】  下腿部フレーム２３は、帯状の板金を下腿部に沿って折り曲げた下腿部上フレーム２３ａと、アジャスタ２２を介して下腿部上フレーム２３ａの下端に接続した下腿部下フレーム２３ｂと、を有する。アジャスタ２２は、下腿部上フレーム２３ａと下腿部下フレーム２３ｂを伸縮自在に接続し、下腿部フレーム２３の長さを調節可能にしている。足固定ベルト２１は、足乗せプレート２７の内側に取り付けられている。
【００１６】  足乗せプレート２７は、球面軸受２６を介して下腿部下フレーム２３ｂの下端に回動自在に取り付けられている。球面軸受２６は、足載せプレート２７を下腿部下フレーム２３ｂに対してあらゆる方向に回動可能に接続している。これにより、装置１００を装着した人の足首の動きに装置１００を追従させることができ、人の動作を妨げることがなく、装置１００を装着した際の違和感がなく、転倒防止につながる。
【００１７】  足乗せプレート２７は、固定ブロック２５を介してＬ字状に連結した足底プレート２７ａおよび足横プレート２７ｂを有する。足底プレート２７ａは足の裏に接触し、足横プレート２７ｂはくるぶしに対向する。そして、足横プレート２７ｂの上端が下腿部下フレーム２３ｂの下端に接続されている。固定ブロック２５は、足底プレート２７ａを、足横プレート２７ｂに対して上下位置を調節可能に固定している。
【００１８】  図３および図４に示すように、保持フレーム１は、大腿部の外側に配置された内側フレーム１ａ、内側フレーム１ａの外側に離間して配置された外側フレーム１ｂ、内側フレーム１ａおよび外側フレーム１ｂの前側の端縁をつないだ前側フレーム１ｃ、および内側フレーム１ａおよび外側フレーム１ｂの後ろ側の端縁をつないだ後側フレーム１ｄを有する。これら複数のフレームを含む保持フレーム１は装置１００のケースの一部として機能する。また、保持フレーム１の内部には、水平上サブフレーム２ａ、水平下サブフレーム２ｂ、および垂直サブフレーム２ｃが固設されている。
【００１９】  図示明瞭化のため、図１および図３では、前側フレーム１ｃおよび後側フレーム１ｄの図示を省略しており、図２および図４では、内側フレーム１ａおよび外側フレーム１ｂの図示を省略している。上述したように、保持フレーム１には、回動支持機構３０、駆動機構５０、動力伝達機構６０、および膝部装具７０が取り付けられている。
【００２０】  回動支持機構３０は、内側フレーム１ａと垂直サブフレーム２ｃの間に設けた平歯車３１を有する。垂直サブフレーム２ｃは、外側フレーム１ｂの下端に固定され、内側フレーム１ａの外側に離間して平行に配置されている。平歯車３１は、図示しないキーを介して回動軸３２に同軸に固定されている。回動軸３２は、２つのベアリング３３、３４を介して内側フレーム１ａと垂直サブフレーム２ｃに回動自在に取り付けられている。つまり、平歯車３１は、内側フレーム１ａと垂直サブフレーム２ｃの間に配置され、平歯車３１の回動軸３２は、左右方向に延びている。回動軸３２の外側には、ポテンショメータ３５が図示しないネジにより固定されている。平歯車３１は、図示しないネジ等により下腿部上フレーム２３ａの上端に固定されている。
【００２１】  このため、後述する動力伝達機構６０を介して後述する駆動機構５０の駆動力を伝達して、平歯車３１を回動させると、保持フレーム１に対して下腿部フレーム２３が前後に揺動される。つまり、平歯車３１、回動軸３２、およびベアリング３３、３４が、回動支持機構３０として機能する。
【００２２】  回動支持機構３０の回動軸３２の内側には、膝部装具７０（図１参照）が取り付けられている。膝部装具７０は、球面軸受７１を介して回動軸３２の端部に回動自在に取り付けた膝部フレーム７２を有する。膝部フレーム７２は、前後方向に延びた回転軸７５を介して回動可能に連結した膝部上フレーム７６、および前後方向に延びた回転軸７７を介して回動可能に連結した膝部下フレーム７８を有する。
【００２３】  また、膝部装具７０は、膝部上フレーム７６の上端に取り付けた膝上ベルト７３、および膝部下フレーム７８の下端に取り付けた膝下ベルト７４を有する。膝上ベルト７３は、膝の上方で脚に巻き付けて図示しないマジックテープなどで留める。膝下ベルト７４は、膝の下方で脚に巻き付けて図示しないマジックテープなどで留める。膝部装具７０と保持フレーム１は球面軸受７１を介して互いにあらゆる方向に回動可能に連結されている。
【００２４】  このため、膝が内側や外側に曲がる際に装置１００を脚の動きに追従させることができ、装着の違和感を無くすことができる。特に、膝部フレーム７２を上下方向に３分割して２つの回転軸７５、７７により連結したため、立った状態からしゃがむ際に、膝関節が滑りながら回動する動きに装置１００を追従させることができ、膝の屈伸動作を違和感なくスムーズにできる。
【００２５】  或いは、上述した膝部装具７０の代りに、図１３に示す膝部装具７０’を用いてもよい。膝部装具７０’は、膝部上フレーム７６を有しておらず、膝部下フレーム７８に脹脛上ベルト１７３および脹脛下ベルト１７４を備えている。この膝部装具７０’を用いた場合、回転軸７７を介して膝部下フレーム７８が回動可能であるため、膝の動きをスムーズにできる。
【００２６】  駆動機構５０は、水平上サブフレーム２ａに固設されている。駆動機構５０は、サーボモータ５１、およびハーモニックドライブ（登録商標）などの減速機５３を同軸に有する。また、サーボモータ５１には、エンコーダ５４が取り付けられている。減速機５３は、サーボモータ５１の回転軸（図示せず）に取り付けられている。減速機５３の出力側には上流側駆動軸５５が固設されている。サーボモータ５１の回転軸は、上下方向に延設されている。このため、駆動機構５０を縦方向に配置でき、省スペース化を図ることができる。
【００２７】  連結機構４０は、図１および図２に示すように、腰部装具１０の腰部フレーム１１の連結板部１１ｂに連結するための連結ベース４１を有する。連結ベース４１は、ヒンジ４２を介して上下につながった連結上プレート４１ａおよび連結下プレート４１ｂを有する。連結上プレート４１ａの上端が、図１中で左右に延設された回動軸４３を介して腰部フレーム１１の連結板部１１ｂの下端に回動可能に取り付けられる。また、ヒンジ４２は、その回動軸４２ａが前後に延びる向きで設けられている。このため、連結ベース４１は、ヒンジ４２の回動軸４２ａを中心に連結下プレート４１ｂが人体から離れる横方向に回動可能となっている。
【００２８】  図３および図４に示すように、連結ベース４１の連結下プレート４１ｂの下端には、保持スリーブ４４のフランジ部４４ａが一体に固設されている。保持スリーブ４４は、内部にスライドロッド４６を挿通可能な細長い孔４４ｂを有する略円筒形の外形を有する。保持スリーブ４４は、その長手軸が上下方向に沿う姿勢で連結ベース４１の下端に固設されている。
【００２９】  また、連結機構４０は、保持スリーブ４４の孔４４ｂに挿通されるスライドロッド４６を有する。スライドロッド４６は、大腿部の外側に沿って上下方向に延設されている。スライドロッド４６の上端には、保持スリーブ４４のフランジ部４４ａの上端に係合するセットカラー４６ａが設けられている。セットカラー４６ａは、ブラケット４７を介して水平上サブフレーム２ａに固定されている。
【００３０】  スライドロッド４６の下端は、図示しないネジにより、保持フレーム１の水平上サブフレーム２ａに締結固定される。水平上サブフレーム２ａは、水平面に沿って配置され、前側フレーム１ｃと後側フレーム１ｄの間に架け渡されている。つまり、スライドロッド４６は、保持スリーブ４４の上方から細長い孔４４ｂに挿通されて、下端を図示しないネジを介して水平上サブフレーム２ａに締結固定され、保持フレーム１に固設される。
【００３１】  そして、この連結機構４０は、スライドロッド４６に対する保持スリーブ４４の上下方向への移動を許容することで、腰部装具１０と保持フレーム１との間の距離を伸縮可能に接続する。また、この連結機構４０は、スライドロッド４６の保持スリーブ４４に対する回動を許容することで、腰部フレーム１１に対する保持フレーム１の捻じれを許容する。なお、ここで言う捻じれとは、スライドロッド４６の軸を中心とした保持フレーム１の回動動作を指す。
【００３２】  動力伝達機構６０は、駆動機構５０の減速機５３の上流側駆動軸５５に接続したクラッチ機構９０を有する。クラッチ機構９０は、上流側駆動軸５５の下端に図示しないキーを介して固定した上クラッチ歯９１を有する。上クラッチ歯９１は、複数の歯を下に向けた姿勢で上流側駆動軸５５の下端に固設されている。
【００３３】  また、クラッチ機構９０は、上クラッチ歯９１の下方に配置した下クラッチ歯９２を有する。下クラッチ歯９２は、複数の歯を上に向けた姿勢で上クラッチ歯９１に対して離接する上下方向に移動可能に設けられている。また、下クラッチ歯９２の下方には平歯車９３が同軸に配置されている。下クラッチ歯９２と平歯車９３は、互いに上下方向に離間した状態で、下流側駆動軸９４に対して同軸に固設されている。下クラッチ歯９２および平歯車９３は、それぞれ、図示しないキーを介して下流側駆動軸９４に固設されている。
【００３４】  上クラッチ歯９１は、下流側駆動軸９４の上端を軸方向にスライド自在に受け入れるスライドブッシュ９５を備えている。スライドブッシュ９５は、上流側駆動軸５５と同軸に取り付けられており、下流側駆動軸９４を上流側駆動軸５５と同軸且つスライド自在に保持する。これにより、下クラッチ歯９２および平歯車９３が上クラッチ歯９１に対して離接する方向にスライド可能になるとともに、下クラッチ歯９２および平歯車９３が上クラッチ歯９１と同軸に配置される。
【００３５】  クラッチ機構９０の出力側の平歯車９３には、動力伝達機構６０の平歯車６１が歯合されている。この平歯車６１は、ワンウェイクラッチ６９を介して、上下方向に延設した駆動軸６２の上端に対して同軸に取り付けられている。ワンウェイクラッチ６９は、曲げた膝を伸ばすときに空転する向きで取り付けられている。駆動軸６２は、ベアリング６３を備えたベアリングホルダ６４を介して水平下サブフレーム２ｂに回動自在に取り付けられている。
【００３６】  下流側の平歯車６１の歯幅は、上流側の平歯車９３の歯幅より大きくされている。上流側の平歯車９３は、後述するスライド機構１１０によって下クラッチ歯９２とともに上下にスライド可能に支持されており、スライド範囲の全長にわたって下流側の平歯車６１と歯合する必要がある。よって、下流側の平歯車６１の歯幅が上流側の平歯車９３のスライド範囲をカバーする大きさに設計されている。しかし、平歯車６１の歯幅を大きくすると、その分、重量も増すため、平歯車６１の歯幅は、下クラッチ歯９２が上クラッチ歯９１に歯合しない位置に上流側の平歯車９３がスライドした状態（駆動力が伝達されない状態）では下流側の平歯車６１とわずかに歯合する程度の歯幅に設計されている。
【００３７】  駆動軸６２の下端には、かさ歯車６５が同軸に固設されている。このかさ歯車６５には、別のかさ歯車６６が歯合されている。そして、この下流側のかさ歯車６６は、図示しないキーを介して駆動軸６７に同軸に固定されている。駆動軸６７は、内側フレーム１ａと外側フレーム１ｂの間に架け渡されている。駆動軸６７は、２つのベアリング６７ａ、６７ｂを介してフレーム１ａ、１ｂによって回動可能に支持されている。また、駆動軸６７には、上述した回動支持機構３０の平歯車３１と歯合する平歯車６８が図示しないキーを介して同軸に固設されている。
【００３８】  しかして、クラッチをつないだ状態で駆動機構５０のサーボモータ５１が回転すると、減速機５３、上流側駆動軸５５、上クラッチ歯９１、下クラッチ歯９２、下流側駆動軸９４、平歯車９３、平歯車６１、駆動軸６２、かさ歯車６５、かさ歯車６６、駆動軸６７、および平歯車６８を介して、回動支持機構３０の平歯車３１に動力が伝達され、下腿部フレーム２３が保持フレーム１に対して揺動される。上述したように、駆動機構５０、動力伝達機構６０、および回動支持機構３０が同じ保持フレーム１に取り付けられているため、駆動力を確実に伝達でき、安定した動作支援が可能となる。
【００３９】  上述した下クラッチ歯９２のスライド機構１１０は、保持フレーム１に対して上下にスライド自在に設けた可動フレーム１１１を有する。可動フレーム１１１は、平歯車９３を上下に挟む位置に設けた上可動プレート１１２、および下可動プレート１１３を有する。上可動プレート１１２と下可動プレート１１３の間には、両者を一定間隔開けて固定するスタッド１１４が設けられている。スタッド１１４は、平歯車９３に干渉しない位置に設けられている。
【００４０】  下クラッチ歯９２を固設した上述した下流側駆動軸９４は、上可動プレート１１２と下可動プレート１１３を貫通して延びている。上可動プレート１１２および下可動プレート１１３は、それぞれ、ベアリング１１５を介して下流側駆動軸９４の下端側を回動可能に保持している。このため、下クラッチ歯９２の移動とともに可動フレーム１１１（上可動プレート１１２、下可動プレート１１３、およびスタッド１１４）も上下に移動する。
【００４１】  一方、水平下サブフレーム２ｂの上面から２本のスライドロッド１１６が上方に突出して取り付けられている。２本のスライドロッド１１６は、それぞれ、上可動プレート１１２および下可動プレート１１３を貫通して延びている。上可動プレート１１２および下可動プレート１１３は、それぞれ、スライドブッシュ１１７を介してスライドロッド１１６に対して上下にスライド可能に取り付けられている。つまり、２本のスライドロッド１１６は、可動フレーム１１１を上下にスライド可能に支持している。
【００４２】  また、クラッチ機構９０は、下クラッチ歯９２を上クラッチ歯９１に対して離接可能に支持した支持アーム９６、支持アーム９６を回動軸９６ａを中心に図４で反時計周り方向に回動させるソレノイド９７、支持アーム９６を図示時計周り方向に付勢する引っ張りバネ９８、および支持アーム９６を図示上方位置にロックするロック機構１２０を有する。
【００４３】  ロック機構１２０は、支持アーム９６の揺動の先端にある係合ロッド９９に係合して支持アーム９６をロックするロックレバー１２１、ロックレバー１２１を回動軸１２１ａを中心に図４で反時計回り方向に回動させるソレノイド１２２、およびロックレバー１２１を時計周り方向に付勢する引っ張りバネ１２３を有する。
【００４４】  支持アーム９６は、図３に示すように、下クラッチ歯９２を間に挟んで左右に設けられている。回動軸９６ａは、これら２つの支持アーム９６の基端部を貫通して固設されている。回動軸９６ａは、装置１００の左右方向に延設され、前側フレーム１ｃにネジ１３１により締結固定したブラケット１３２に対し、ブッシュ１３３を介して回動可能に取り付けられている。
【００４５】  ２つの支持アーム９６は、連結ロッド１３４および係合ロッド９９によって連結されており、一体に回動可能となっている。係合ロッド９９は、支持アーム９６の回動の先端近くに設けられており、連結ロッド１３４は、支持アーム９６の長手方向の中間より基端側に片寄った位置に設けられている。
【００４６】  連結ロッド１３４には、リンク１３５を介してソレノイド９７のプランジャ９７ａが接続されている。ソレノイド９７は、ブラケット１３６を介して前側フレーム１ｃに固定して取り付けられている。ソレノイド９７に通電するとプランジャ９７ａが吸引され、支持アーム９６が回動軸９６ａを中心に図４で反時計周り方向に回動され、ソレノイド９７をＯＦＦにすると引っ張りバネ９８の付勢力により支持アーム９６が図４に示す位置へ回動される。
【００４７】  引っ張りバネ９８の基端は、図３に示すように、ブラケット１３７を介して水平下サブフレーム２ｂに固定されている。引っ張りバネ９８の先端は、一方の支持アーム９６の長手方向の略中央に固定されている。引っ張りバネ９８は、僅かに引き伸ばした状態で水平下サブフレーム２ｂと一方の支持アーム９６の間に取り付けられ、支持アーム９６を図４で時計周り方向に常時付勢する。
【００４８】  また、一対の支持アーム９６は、それぞれ、下クラッチ歯９２を取り付けるためのスライド孔９６ｂを有する。スライド孔９６ｂは、支持アーム９６の長手方向に延びた長円形の孔であり、可動フレーム１１１に固設した一対の支持突起１１１ａ（図４参照）を回動可能に受け入れる。下クラッチ歯９２は、上述したスライド機構１１０によって上クラッチ歯９１に離接する方向に真っ直ぐにスライド可能に支持されており、支持アーム９６が揺動するため、支持突起１１１ａを受け入れるスライド孔９６ｂを長孔とした。
【００４９】  ロック機構１２０のロックレバー１２１は、ブッシュ１２４を介して保持フレーム１に対して回動可能に取り付けた回動軸１２１ａを有する。回動軸１２１ａは、装置１００の左右方向に延設され、ロックレバー１２１の長手方向の中間位置に取り付けられている。ロックレバー１２１の回動の先端には、支持アーム９６の係合ロッド９９に係合する係合爪１２１ｂが設けられている。また、ロックレバー１２１の後方には、手動レバー１２５が一体に突設されている。手動レバー１２５の操作端は、図４に示すように、後側フレーム１ｄの図示しない開口部を介して装置１００の外に突出している。
【００５０】  ロックレバー１２１の基端１２１ｃには、リンク１２６を介してソレノイド１２２のプランジャ１２２ａが接続されている。ソレノイド１２２は、図３に示すように、ブラケット１２７を介して内側フレーム１ａに固定して取り付けられている。ソレノイド１２２に通電するとプランジャ１２２ａが吸引され、ロックレバー１２１が回動軸１２１ａを中心に図４で反時計周り方向に回動され、ソレノイド１２２をＯＦＦにすると引っ張りバネ１２３の付勢力によりロックレバー１２１が図４で時計周り方向に回動される。
【００５１】  引っ張りバネ１２３の基端は、ブラケット１２７に固定されている。引っ張りバネ１２３の先端は、ロックレバー１２１の回動軸１２１ａより先端に片寄った位置でロックレバー１２１に固定されている。引っ張りバネ１２３は、僅かに引き伸ばした状態でブラケット１２７とロックレバー１２１の間に取り付けられ、ロックレバー１２１を時計周り方向に常時付勢する。
【００５２】  図５は、装置１００の動作を制御する制御系のブロック図である。    制御部８０には、６つの加速度センサ８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃが接続されている。各センサの取付位置は左右対称であるため、ここでは、右側の加速度センサ８２ａ、８２ｂ、８２ｃについての詳細な説明を省略する。
【００５３】  最も下方の加速度センサ８１ａは、下腿部フレーム２３の下端の外面側に取り付けられている。また、その上の加速度センサ８１ｂは、保持フレーム１の外面側に取り付けられている。さらに、最も上方の加速度センサ８１ｃは、腰部フレーム１１の外面側に取り付けられている。
【００５４】  また、制御部８０には、サーボモータ５１のエンコーダ５４の他に、ポテンショメータ３５が接続されている。ポテンショメータ３５は、回動支持機構３０に駆動力を伝達する平歯車３１の外側に取り付けられており、平歯車３１の回動位置を検出し、下腿部フレーム２３の保持フレーム１に対する回動位置を検出する。つまり、ポテンショメータ３５は、膝関節の角速度の変化を検出して、膝関節が動いたことを検出する。
【００５５】  さらに、制御部８０には、サーボモータ５１、クラッチをつなぐためのソレノイド９７、およびクラッチを切るためのソレノイド１２２が接続されている。後述するように、制御部８０は、腰部フレーム１１の背板部１１ａに取り付けられている。
【００５６】  次に、制御部８０による動作を説明する。    制御部８０は、左右６つの加速度センサ８１ａ、８１ｂ、８１ｃ、８２ａ、８２ｂ、８２ｃを介して装置１００の動作状態を監視する。また、制御部８０は、ポテンショメータ３５を介して回動支持機構３０の回動位置を監視する。つまり、制御部８０は、これらセンサ類を介してこの装置１００を装着した人の動きを監視する。
【００５７】  そして、制御部８０は、この装置１００を装着した人が通常の歩行動作をしようとしていることを判断した場合、或いはこの人が動作していないことを判断した場合、ソレノイド１２２に通電してクラッチを切って、動力伝達機構６０による動力の伝達を遮断する。これにより、歩行時に不所望な負荷が回動支持機構３０に与えられる不具合を防止でき、歩行動作を楽にできる。また、クラッチを切ることで、利用者がこの装置１００を装着したり取り外したりする際に椅子に腰かける場合など、回動支持機構３０に不所望な負荷がかけられる不具合を防止でき、自然に膝を曲げたり伸ばしたりすることができ、装置１００の装着／取外しを容易にできる。
【００５８】  或いは、制御部８０は、この装置１００を装着した人がしゃがんだ状態から図１、２の立位状態に向けて動こうとしていることを判断した場合、ソレノイド９７に通電してクラッチを繋げてサーボモータ５１を付勢する。これにより、装置１００が膝関節の動きをサポートし、例えば、重い荷物を容易に持ち上げる動作が可能となる。
【００５９】  以下、腰部装具１０について、図６乃至図１２を参照してより詳細に説明する。    図６は、腰部装具１０を右斜め前方から見た外観斜視図であり、図７は、腰部装具１０を背面側から見た外観斜視図である。また、図８は、腰部装具１０を人の体に装着した状態を示す外観図である。また、図９は、腰部装具１０の腰部フレーム１１および腹部ベルト１２を示す概略図である。また、図１０は、図９の組立体を腰に装着した状態を示す正面図であり、図１１は、図９の組立体を腰に装着した状態を示す背面図である。さらに、図１２は、腰部装具１０の弾性パッド１５を示す外観斜視図である。腰部装具１０は、腰部フレーム１１、腹部ベルト１２、股下ベルト１３、肩掛けベルト１４、および弾性パッド１５を有する。
【００６０】  腰部フレーム１１は、腰の後ろに配置される一枚の背板部１１ａおよび大腿部の外側に沿って傾斜して配置される２枚の連結板部１１ｂを一体に有する。背板部１１ａは、腰椎を押さえる位置に配置され、左右方向に長い板状に形成されている。背板部１１ａは、平らな板であってもよく、背中の形状に合わせてわずかに湾曲した形状であってもよい。背板部１１ａの長手方向（左右方向）の両端は、前方に向けて拡開しており、腰の幅によらず全ての人にフィットする形状に形成されている。つまり、背板部１１ａの左右方向の幅は、腰の幅と同等かわずかに狭くなる長さに設計されていることが望ましい。言い換えると、背板部１１ａの左右端が腰の側部に対向しない長さに形成されていることが望ましい。
【００６１】  一対の連結板部１１ｂは、背板部１１ａの左右両端にそれぞれ固設されている。本実施形態では、２枚の連結板部１１ｂを背板部１１ａの外側に重ねてリベットにより固定したが、一枚の金属板を形状加工して折り曲げることで背板部１１ａおよび連結板部１１ｂを一体に有する腰部フレーム１１を形成してもよい。
【００６２】  各連結板部１１ｂは、背板部１１ａの長手方向の端部から前方に向けて下方に傾斜して延びている。各連結板部１１ｂの下端近くには、上述した連結機構４０の連結ベース４１（連結上プレート４１ａ）を回動可能に取り付けるための軸孔１１ｃがそれぞれ設けられている。一対の連結板部１１ｂは、互いの軸孔１１ｃが同軸に配置される形状を有する。２枚の連結板部１１ｂは、それぞれの軸孔１１ｃが同軸に配置されればよく、その形状は本実施形態の形状に限定されない。よって、２枚の連結板部１１ｂは、人の動作を妨げることのないように、背板部１１ａの左右両端から外側に離間した位置（体から離れた位置）で斜めに延設されている。
【００６３】  具体的には、連結板部１１ｂは、前方に向けて拡開した背板部１１ａの左右端と略同じ方向に拡開して延びた第１板部１１ｄ、軸孔１１ｃを有して前後方向および上下方向に延設された第３板部１１ｆ、および第１板部１１ｄと第３板部１１ｆをつないでねじれて傾斜した第２板部１１ｅを有する。各連結板部１１ｂの第３板部１１ｆは、互いに平行に配置されている。本実施形態では、連結板部１１ｂは、１枚の金属板を形状加工して２箇所で折り曲げることにより形成されている。
【００６４】  腹部ベルト１２は、複数枚の平らな金属板（板片１７）を複数のヒンジ１６を介して連結した構造を有する。複数のヒンジ１６は、それぞれ、略上下方向に延びた回動軸を有する。このため、腹部ベルト１２は、腹部に巻き付ける方向に回動可能である反面、上方および下方への変位ができない構造となっている。ヒンジ１６および板片１７の数は任意に設定でき、板片１７の形状も平らなものに限らず体に沿って湾曲していてもよく、矩形である必要もない。腹部ベルト１２は、少なくとも腰骨を超える位置までの長さを有する。
【００６５】  本実施形態の腹部ベルト１２は、背中に近い側から、背板部１１ａの端部に第１ヒンジ１６ａを介して連結した略矩形板状の第１板片１７ａ、および第１板片１７ａに対して第２ヒンジ１６ｂを介して連結した略矩形板状の第２板片１７ｂを備えている。第１ヒンジ１６ａは、腰骨より背中側に配置され、第２板片１７ｂは、腰骨より腹部側に配置されている。
【００６６】  図９に示すように、腹部ベルト１２の延出方向の先端にある第２板片１７ｂは、腹部ベルト１２を腹部にフィットさせるための留め具１８ａ（１８ｂ）を備えた長さ調整ベルト１８を取り付けるためのスリット状のベルト孔１７ｃ、および肩掛けベルト１４を取り付けるためのスリット状のベルト孔１７ｄを有する。また、第２板片１７ｂは、股下ベルト１３を取り付けるためのベルト孔１９ａを備えた連結プレート１９を回動可能に備えている。
【００６７】  背板部１１ａの両端に位置する腹部ベルト１２の第１ヒンジ１６ａは、腰骨より背中側に配置されている。言い換えると、第１板片１７ａは、前方に向けて外側に拡開した背板部１１ａの左右端部よりわずかに内側に回動した姿勢で腰に押し付けられる。そして、第２ヒンジ１６ｂを介して第１板片１７ａに連結した第２板片１７ｂは、第１板片１７ａよりさらに内側に回動した姿勢で腰に押し付けられる。理想的には、第２板片１７ｂは、前方に向けて互いに近付く方向に傾斜する姿勢で腰に押し付けられることが望ましい。いずれにしても、第１ヒンジ１６ａ、第１板片１７ａ、第２ヒンジ１６ｂ、第２板片１７ｂを含む腹部ベルト１２は、腰骨を押圧する位置で腰に巻き付けられる。
【００６８】  図１２に示すように、弾性パッド１５は、略Ｔ字形に形成されている。つまり、弾性パッド１５は、腰部フレーム１１の背板部１１ａおよび腹部ベルト１２の内側に配置される腰部分１５ａおよび股下に配置される股下部分１５ｂを一体に有する。腰部分１５ａは、腰部フレーム１１の背板部１１ａや腹部ベルト１２より幅広に形成され、背板部１１ａおよび腹部ベルト１２を超える長さを有する。また、腰部分１５ａは、背中に対向する部分の幅が比較的広く、左右の先端に向けて僅かに先細になる形状に形成されている。また、股下部分１５ｂは、腰部分１５ａ側から先端に向けて徐々に収束する形状に形成されている。つまり、弾性パッド１５は、背板部１１ａおよび腹部ベルト１２より一回り大きなサイズに形成されており、背板部１１ａや腹部ベルト１２が直接人の体に触れることがない。
【００６９】  弾性パッド１５の腰部分１５ａの外面側には、背板部１１ａに対して着脱自在に貼り付けるためのマジックテープ１５ｃが取り付けられている。このように、マジックテープ１５ｃによって弾性パッド１５を着脱可能とすることで、弾性パッド１５を装置１００から取り外して洗濯することができる。また、弾性パッド１５の股下部分１５ｂの外側には、２本の股下ベルト１３をまとめて通すためのベルト通し部１５ｄが設けられている。ベルト通し部１５ｄは、股下ベルト１３のズレを防止する。
【００７０】  股下ベルト１３は、図６に示すように、腹部ベルト１２の第２板片１７ｂに対して回動可能に取り付けた連結プレート１９のベルト孔１９ａに挿通されて固定される一端を有する。２本の股下ベルト１３は、それぞれ、股下を通って互いに重ねられて弾性パッド１５のベルト通し部１５ｄに挿通される。各股下ベルト１３の他端は、腰部フレーム１１の背板部１１ａの外面側に固設したハット型のブラケット１１ｇ（図１１）に取り付けられる。股下ベルト１３は、長さを調節するための調節部およびベルトを途中で分離するための留め具を備えている。
【００７１】  肩掛けベルト１４は、腹部ベルト１２の第２板片１７ｂのベルト孔１７ｄに固定する一端を有するとともに、腰部フレーム１１の背板部１１ａのブラケット１１ｇに固定する他端を有する。２本の肩掛けベルト１４は、背中側で互いに連結する連結ベルト１４ａを有する。２本の肩掛けベルト１４は、長さを調節する調節部を途中に有する。
【００７２】  図６および図７に示すように、腰部フレーム１１の背板部１１ａには、図示しないブラケットを介して、制御部８０を含む制御ユニット１３０が固設されている。また、制御ユニット１３０の上部には、図示しないブラケットを介してバッテリー１４０が着脱可能に取り付けられている。さらに、腰部フレーム１１の右側の連結板部１１ｂの傾斜した第２板部１１ｅには、電源スイッチ１５１、アシストＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５２、およびアラーム表示ランプ１５３を有する操作ユニット１５０（操作部、表示部）が取り付けられている。左側の連結板部１１ｂの傾斜した第２板部１１ｅには、操作ユニット１５０と同じ形状のケース１５５が取り付けられている。
【００７３】  操作ユニット１５０は制御ユニット１３０に連結されており、電源スイッチ１５１、アシストＯＮ／ＯＦＦスイッチ１５２、およびアラーム表示ランプ１５３との間で電力を供給したり信号を送受信するためのケーブル類が操作ユニット１５０内に配線されている。また、操作ユニット１５０およびケース１５５からハーネス１６０が導出されており、装置１００の各種センサ８１ａ〜８１ｃ、８２ａ〜８２ｃ、３５、５４との間で信号を送受信するための信号線やサーボモータ５１やソレノイド９７、１２２に電力を供給するための給電線などを挿通する。左右２本のハーネス１６０は、脚の可動域を考慮して少し長めに弛ませて設けられている。
【００７４】  以上のように、本実施形態の動作支援装置１００によると、腰部フレーム１１の背板部１１ａによって腰椎を押さえ、且つ２本の腹部ベルト１２によって左右の腰骨を押さえるようにしたため、腰部フレーム１１を腰に密着させてしっかりと固定することができる。特に、腰椎や腰骨など肉の薄い硬い部分で締め付けることで、腰部フレーム１１のずれを防止している。また、弾性パッド１５を使用することで、人の体と装置１００の密着安定性をより高めることができ、装着時におけるフィット感を増すことができ、違和感を軽減することができる。
【００７５】  また、本実施形態によると、背板部１１ａと各腹部ベルト１２を連結した股下ベルト１３を設けたため、２つの連結板部１１ｂを介して腰部装具１０によって体重を支える際に、股下ベルト１３によって臀部を支えることができ、腰部フレーム１１のずれを防止することができ、腰部装具１０をより体にフィットさせることができる。よって、本実施形態によると、装置１００と人の体との間の緩みを無くすことができ、アシスト力を十分に伝えることができる。
【００７６】  また、本実施形態によると、股下ベルト１３の長さを調節することができるため、股下ベルト１３で支える体重と腰部フレーム１１で支える体重の比率を適当な値に調整することもでき、利用者に合わせた装置１００の使用が可能となる。例えば、腰痛対策として、股下ベルト１３の長さを少し長めに調節して、腰部フレーム１１で支える体重の比率を高めることもできる。
【００７７】  また、本実施形態によると、腰部フレーム１１の背板部１１ａの左右両端が前方に向けて拡開する形状を有する（腰の側面側に背板部１１ａを配置しない）ため、体格差があっても装置１００を腰にフィットさせることができる。これにより、体のサイズに合わせて装置１００を制作する必要がなく、装置の製造コストを抑えることができる。本実施形態では、標準サイズの腰部フレーム１１を用いて弾性パッド１５を使用することで、人体寸法データベースの５〜９５％ｔｉｌｅ値に対応可能である。
【００７８】  また、本実施形態によると、腰部フレーム１１を２本の肩掛けベルト１４で吊り上げているため、腰部装具１０が下方にズレ落ちる不具合を防止することができる。また、本実施形態によると、腹部ベルト１２を腰骨より腹部側まで延長しているため、腰部フレーム１１を腰に確実に装着することができ、体格差に合わせて長さ調節もできる。
【００７９】  さらに、本実施形態によると、臀部の近くにフレームやパイプなどの構造体が存在しないため、装置１００を装着したまま椅子に座ることができ、装置１００を装着した状態でしゃがみこんだり体をひねったりする動作を容易にでき、動作の違和感が無い。
【００８０】  図１４は、他の実施形態に係る動作支援装置２００（以下、単に、装置２００と称する）の正面図であり、図１５は、この装置２００を左横から見た側面図であり、図１６は、図１４の要部を部分的に拡大した正面図であり、図１７は、図１５の要部を部分的に拡大した側面図である。ここでは、この装置２００を装着した人が図１４のように立った状態を基準にして、上下、左右、前後方向を説明する。
【００８１】  図１４および図１５に示すように、装置２００は、人の腰の後ろに配置される腰部フレーム２１０、腰部フレーム２１０を腰に装着する腰部装具２２０、大腿部の外側に配置される膝上フレーム２３０、下腿部の外側に配置される膝下フレーム２４０、大腿部装具２５０、および膝部装具２６０を有する。図１５では、大腿部装具２５０および膝部装具２６０の図示を省略してある。
【００８２】  また、装置２００は、膝上フレーム２３０を腰部フレーム２１０に回動可能に連結した連結機構２７０、および膝下フレーム２４０を膝上フレーム２３０に対して回動可能に連結した回動支持機構２８０を有する。また、装置２００は、アシスト力を発生する駆動機構３１０（駆動部）、および駆動機構３１０からの動力を回動支持機構２８０に伝える動力伝達機構３２０を有する。さらに、装置２００は、装置２００の動作を制御する制御部４００を有する。
【００８３】  以下、装置２００の各部の構成についてより詳細に説明する。    なお、膝上フレーム２３０、膝下フレーム２４０、大腿部装具２５０、膝部装具２６０、連結機構２７０、および回動支持機構２８０は、左右の脚にそれぞれ設けられており、略同じ構造を有するため、左側の構造について代表して説明し、右側の構造の説明を省略する。また、駆動機構３１０、および動力伝達機構３２０は、左右にそれぞれ設けてもよいが、少なくとも一方に設ければ良い。
【００８４】  腰部フレーム２１０は、腰の後ろに配置される背板部２１１およびこの背板部２１１の左右両端からそれぞれ前方に向けて下方に傾斜して延びた２つの連結板部２１２、２１２を一体に有する。腰部フレーム２１０は、例えば、１枚の金属板を形状加工して折り曲げて形成されている。
【００８５】  腰部装具２２０は、腰部フレーム２１０を腰に巻き付ける腹部ベルト２２２を有する。腹部ベルト２２２は、左右２つの腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒを含む。腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒは、２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒ（伸縮可能部分）を介して腰部フレーム２１０の内側にそれぞれスライド自在に取り付けられている。腹部ベルト２２２は、比較的幅の広い例えば布製のベルトであり、本実施形態では、腹部ベルト２２２の幅を１５０〜２００ｍｍに形成した。
【００８６】  また、腰部装具２２０は、２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒの移動を抑えつつ腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒを締め付ける固定ベルト２２６を有する。固定ベルト２２６は、左右２つの固定ベルト２２６Ｌ、２２６Ｒを含む。固定ベルト２２６は、腹部ベルト２２２より小さな幅を有する布製のベルトであり、腹部ベルト２２２の外側に配置される。本実施形態では、固定ベルト２２６の幅を４０〜６０ｍｍに形成した。固定ベルト２２６は、腹部ベルト２２２が拡がることを抑えるとともに、腹部ベルト２２２に腰部フレーム２１０を固定するように機能する。
【００８７】  図１６および図１７に示すように、膝上フレーム２３０は、大腿部の外側に配置された内側フレーム２３１、内側フレーム２３１の外側に離間して配置された外側フレーム２３２、内側フレーム２３１および外側フレーム２３２の前側の端縁をつないだ前側フレーム２３３、および内側フレーム２３１および外側フレーム２３２の後ろ側の端縁をつないだ後側フレーム２３４を有する。膝上フレーム２３０の内部には、水平上サブフレーム２３５、水平下サブフレーム２３６、および垂直サブフレーム２３７が固設されている。
【００８８】  図示明瞭化のため、図１４および図１６では、前側フレーム２３３および後側フレーム２３４の図示を省略しており、図１５および図１７では、内側フレーム２３１および外側フレーム２３２の図示を省略している。膝上フレーム２３０には、回動支持機構２８０、駆動機構３１０、動力伝達機構３２０、大腿部装具２５０、および膝部装具２６０が取り付けられている。
【００８９】  図１４および図１５に示すように、膝下フレーム２４０は、下腿部の外側に沿って配置した細長い板状の下腿部フレーム２４１、足乗せプレート２４２、および足の甲や足先やかかとに巻き付けてマジックテープ（登録商標）などで留める足固定ベルト２４３を有する。
【００９０】  下腿部フレーム２４１は、帯状の板金を下腿部に沿って折り曲げた下腿部上フレーム２４１ａと、アジャスタ２４４を介して下腿部上フレーム２４１ａの下端に接続した下腿部下フレーム２４１ｂと、を有する。アジャスタ２４４は、下腿部上フレーム２４１ａと下腿部下フレーム２４１ｂを伸縮自在に接続し、下腿部フレーム２４１の長さを調節可能にしている。足固定ベルト２４３は、足乗せプレート２４２の内側に取り付けられている。
【００９１】  足乗せプレート２４２は、球面軸受２４５を介して下腿部下フレーム２４１ｂの下端に回動自在に取り付けられている。球面軸受２４５は、足載せプレート２４２を下腿部下フレーム２４１ｂに対してあらゆる方向に回動可能に接続している。これにより、装置２００を装着した人の足首の動きに装置２００を追従させることができ、人の動作を妨げることがなく、装置２００を装着した際の違和感がなく、転倒防止につながる。
【００９２】  足乗せプレート２４２は、固定ブロック２４６を介してＬ字状に連結した足底プレート２４２ａおよび足横プレート２４２ｂを有する。足底プレート２４２ａは足の裏に接触し、足横プレート２４２ｂはくるぶしに対向する。そして、足横プレート２４２ｂの上端が下腿部下フレーム２４１ｂの下端に接続されている。固定ブロック２４６は、足底プレート２４２ａを、足横プレート２４２ｂに対して上下位置を調節可能に固定している。
【００９３】  大腿部装具２５０は、腰部装具２２０のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒの内側にマジックテープなどにより着脱可能に貼り付け可能な左右一対の大腿部ベルト２５１Ｌ、２５１Ｒ（以下、総称して大腿部ベルト２５１とする場合もある）を含む。大腿部ベルト２５１は、腰部装具２２０から腰骨の横を通って大腿部に巻き付けられ、マジックテープで留められる。大腿部ベルト２５１は、その一部が、膝上フレーム２３０の内側フレーム２３１に固設した固定用ブラケット２５２に対して図示しないネジにより固定される。
【００９４】  大腿部ベルト２５１Ｌ、２５１Ｒをそれぞれ内側フレーム２３１に固定することで、装置２００が大腿部から離れることがなく、装置２００を人体に緩みなく装着することができる。また、大腿部ベルト２５１を腰部装具２２０と連結することで、腰部装具２２０と大腿部装具２５０のズレを防止することができる。大腿部ベルト２５１と腰部装具２２０の連結は、マジックテープに限らず、ネジなどを用いた固定であってもよい。
【００９５】  膝部装具２６０は、膝上フレーム２３０の内側フレーム２３１に固設した固定用ブラケット２６２に対して図示しないネジにより固定された膝部ベルト２６１を含む。膝部ベルト２６１は、膝に巻き付けてマジックテープで留められる。このため、装置２００が膝部から離れることを防止することができる。また、膝部ベルト２６１をやわらかい布製にすることで、膝関節の複雑な動きに装置２００を追従させることができ、動作に違和感を生じることがない。なお、膝部ベルト２６１は、膝全体を覆う幅を有し、その前部に膝がしらを露出するための開口部が設けられている。
【００９６】  回動支持機構２８０は、膝上フレーム２３０の内側フレーム２３１と垂直サブフレーム２３７の間に設けた平歯車２８１を有する。垂直サブフレーム２３７は、外側フレーム２３２の下端に固定され、内側フレーム２３１の外側に離間して平行に配置されている。平歯車２８１は、図示しないキーを介して回動軸２８２に同軸に固定されている。回動軸２８２は、２つのベアリング２８３、２８４を介して内側フレーム２３１と垂直サブフレーム２３７に回動自在に取り付けられている。つまり、平歯車２８１は、内側フレーム２３１と垂直サブフレーム２３７の間に配置され、平歯車２８１の回動軸２８２は、左右方向に延びている。回動軸２８２の外側には、ポテンショメータ２８５が図示しないネジにより固定されている。平歯車２８１は、図示しないネジ等により下腿部上フレーム２４１ａの上端に固定されている。
【００９７】  このため、後述する動力伝達機構３２０を介して後述する駆動機構３１０の駆動力を伝達して、平歯車２８１を回動させると、膝上フレーム２３０に対して膝下フレーム２４０が前後に揺動される。つまり、平歯車２８１、回動軸２８２、およびベアリング２８３、２８４が、回動支持機構２８０として機能する。
【００９８】  駆動機構３１０は、水平上サブフレーム２３５に固設されている。駆動機構３１０は、サーボモータ３１１、およびハーモニックドライブ（登録商標）などの減速機３１３を同軸に有する。また、サーボモータ３１１には、エンコーダ３１４が取り付けられている。減速機３１３は、サーボモータ３１１の回転軸（図示せず）に取り付けられている。減速機３１３の出力側には上流側駆動軸３１５が固設されている。サーボモータ３１１の回転軸は、上下方向に延設されている。このため、駆動機構３１０を縦方向に配置でき、省スペース化を図ることができる。
【００９９】  連結機構２７０は、図１４および図１５に示すように、腰部フレーム２１０の連結板部２１２に連結するための連結ベース２７１を有する。連結ベース２７１は、ヒンジ２７２を介して上下につながった連結上プレート２７１ａおよび連結下プレート２７１ｂを有する。連結上プレート２７１ａの上端が、図１４中で左右に延設された回動軸２７３を介して腰部フレーム２１０の連結板部２１２の下端に回動可能に取り付けられる。回動軸２７３の外側には、ポテンショメータ２７３ａが図示しないネジにより固定されている。また、ヒンジ２７２は、その回動軸２７２ａが前後に延びる向きで設けられている。このため、連結ベース２７１は、ヒンジ２７２の回動軸２７２ａを中心に連結下プレート２７１ｂが人体から離れる横方向に回動可能となっている。
【０１００】  図１６および図１７に示すように、連結ベース２７１の連結下プレート２７１ｂの下端には、保持スリーブ２７４のフランジ部２７４ａが一体に固設されている。保持スリーブ２７４は、内部にスライドロッド２７６を挿通可能な細長い孔２７４ｂを有する略円筒形の外形を有する。保持スリーブ２７４は、その長手軸が上下方向に沿う姿勢で連結ベース２７１の下端に固設されている。
【０１０１】  また、連結機構２７０は、保持スリーブ２７４の孔２７４ｂに挿通されるスライドロッド２７６を有する。スライドロッド２７６は、大腿部の外側に沿って上下方向に延設されている。スライドロッド２７６の上端には、保持スリーブ２７４のフランジ部２７４ａの上端に係合するセットカラー２７６ａが設けられている。セットカラー２７６ａは、ブラケット２７７を介して水平上サブフレーム２３５に固定されている。
【０１０２】  スライドロッド２７６の下端は、図示しないネジにより、膝上フレーム２３０の水平上サブフレーム２３５に締結固定される。水平上サブフレーム２３５は、水平面に沿って配置され、前側フレーム２３３と後側フレーム２３４の間に架け渡されている。つまり、スライドロッド２７６は、保持スリーブ２７４の上方から細長い孔２７４ｂに挿通されて、下端を図示しないネジを介して水平上サブフレーム２３５に締結固定され、膝上フレーム２３０に固設される。
【０１０３】  そして、この連結機構２７０は、スライドロッド２７６に対する保持スリーブ２７４の上下方向への移動を許容することで、腰部フレーム２１０と膝上フレーム２３０との間の距離を伸縮可能に接続する。また、この連結機構２７０は、スライドロッド２７６の保持スリーブ２７４に対する回動を許容することで、腰部フレーム２１０に対する膝上フレーム２３０の捻じれを許容する。なお、ここで言う捻じれとは、スライドロッド２７６の軸を中心とした膝上フレーム２３０の回動動作を指す。
【０１０４】  動力伝達機構３２０は、駆動機構３１０の減速機３１３の上流側駆動軸３１５に接続したクラッチ機構２９０を有する。クラッチ機構２９０は、上流側駆動軸３１５の下端に図示しないキーを介して固定した上クラッチ歯２９１を有する。上クラッチ歯２９１は、複数の歯を下に向けた姿勢で上流側駆動軸３１５の下端に固設されている。
【０１０５】  また、クラッチ機構２９０は、上クラッチ歯２９１の下方に配置した下クラッチ歯２９２を有する。下クラッチ歯２９２は、複数の歯を上に向けた姿勢で上クラッチ歯２９１に対して離接する上下方向に移動可能に設けられている。また、下クラッチ歯２９２の下方には平歯車２９３が同軸に配置されている。下クラッチ歯２９２と平歯車２９３は、互いに上下方向に離間した状態で、下流側駆動軸２９４に対して同軸に固設されている。下クラッチ歯２９２および平歯車２９３は、それぞれ、図示しないキーを介して下流側駆動軸２９４に固設されている。
【０１０６】  上クラッチ歯２９１は、下流側駆動軸２９４の上端を軸方向にスライド自在に受け入れるスライドブッシュ２９５を備えている。スライドブッシュ２９５は、上流側駆動軸３１５と同軸に取り付けられており、下流側駆動軸２９４を上流側駆動軸３１５と同軸且つスライド自在に保持する。これにより、下クラッチ歯２９２および平歯車２９３が上クラッチ歯２９１に対して離接する方向にスライド可能になるとともに、下クラッチ歯２９２および平歯車２９３が上クラッチ歯２９１と同軸に配置される。
【０１０７】  クラッチ機構２９０の出力側の平歯車２９３には、動力伝達機構３２０の平歯車３２１が歯合されている。この平歯車３２１は、ワンウェイクラッチ３２９を介して、上下方向に延設した駆動軸３２２の上端に対して同軸に取り付けられている。ワンウェイクラッチ３２９は、曲げた膝を伸ばすときに空転する向きで取り付けられている。駆動軸３２２は、ベアリング３２３を備えたベアリングホルダ３２４を介して水平下サブフレーム２３６に回動自在に取り付けられている。
【０１０８】  下流側の平歯車３２１の歯幅は、上流側の平歯車２９３の歯幅より大きくされている。上流側の平歯車２９３は、後述するスライド機構３３０によって下クラッチ歯２９２とともに上下にスライド可能に支持されており、スライド範囲の全長にわたって下流側の平歯車３２１と歯合する必要がある。よって、下流側の平歯車３２１の歯幅が上流側の平歯車２９３のスライド範囲をカバーする大きさに設計されている。しかし、平歯車３２１の歯幅を大きくすると、その分、重量も増すため、平歯車３２１の歯幅は、下クラッチ歯２９２が上クラッチ歯２９１に歯合しない位置に上流側の平歯車２９３がスライドした状態（駆動力が伝達されない状態）では下流側の平歯車３２１とわずかに歯合する程度の歯幅に設計されている。
【０１０９】  駆動軸３２２の下端には、かさ歯車３２５が同軸に固設されている。このかさ歯車３２５には、別のかさ歯車３２６が歯合されている。そして、この下流側のかさ歯車３２６は、図示しないキーを介して駆動軸３２７に同軸に固定されている。駆動軸３２７は、内側フレーム２３１と外側フレーム２３２の間に架け渡されている。駆動軸３２７は、２つのベアリング３２７ａ、３２７ｂを介してフレーム２３１、２３２によって回動可能に支持されている。また、駆動軸３２７には、上述した回動支持機構２８０の平歯車２８１と歯合する平歯車３２８が図示しないキーを介して同軸に固設されている。
【０１１０】  しかして、クラッチをつないだ状態で駆動機構３１０のサーボモータ３１１が回転すると、減速機３１３、上流側駆動軸３１５、上クラッチ歯２９１、下クラッチ歯２９２、下流側駆動軸２９４、平歯車２９３、平歯車３２１、駆動軸３２２、かさ歯車３２５、かさ歯車３２６、駆動軸３２７、および平歯車３２８を介して、回動支持機構２８０の平歯車２８１に動力が伝達され、膝下フレーム２４０が膝上フレーム２３０に対して揺動される。上述したように、駆動機構３１０、動力伝達機構３２０、および回動支持機構２８０が膝上フレーム２３０に取り付けられているため、駆動力を確実に伝達でき、安定した動作支援が可能となる。
【０１１１】  上述した下クラッチ歯２９２のスライド機構３３０は、膝上フレーム２３０に対して上下にスライド自在に設けた可動フレーム３３１を有する。可動フレーム３３１は、平歯車２９３を上下に挟む位置に設けた上可動プレート３３２、および下可動プレート３３３を有する。上可動プレート３３２と下可動プレート３３３の間には、両者を一定間隔開けて固定するスタッド３３４が設けられている。スタッド３３４は、平歯車２９３に干渉しない位置に設けられている。
【０１１２】  下クラッチ歯２９２を固設した上述した下流側駆動軸２９４は、上可動プレート３３２と下可動プレート３３３を貫通して延びている。上可動プレート３３２および下可動プレート３３３は、それぞれ、ベアリング３３５を介して下流側駆動軸２９４の下端側を回動可能に保持している。このため、下クラッチ歯２９２の移動とともに可動フレーム３３１（上可動プレート３３２、下可動プレート３３３、およびスタッド３３４）も上下に移動する。
【０１１３】  一方、水平下サブフレーム２３６の上面から２本のスライドロッド３３６が上方に突出して取り付けられている。２本のスライドロッド３３６は、それぞれ、上可動プレート３３２および下可動プレート３３３を貫通して延びている。上可動プレート３３２および下可動プレート３３３は、それぞれ、スライドブッシュ３３７を介してスライドロッド３３６に対して上下にスライド可能に取り付けられている。つまり、２本のスライドロッド３３６は、可動フレーム３３１を上下にスライド可能に支持している。
【０１１４】  また、クラッチ機構２９０は、下クラッチ歯２９２を上クラッチ歯２９１に対して離接可能に支持した支持アーム２９６、支持アーム２９６を回動軸２９６ａを中心に図１７で反時計周り方向に回動させるソレノイド２９７、支持アーム２９６を図示時計周り方向に付勢する引っ張りバネ２９８、および支持アーム２９６を図示上方位置にロックするロック機構３４０を有する。
【０１１５】  ロック機構３４０は、支持アーム２９６の揺動の先端にある係合ロッド２９９に係合して支持アーム２９６をロックするロックレバー３４１、ロックレバー３４１を回動軸３４１ａを中心に図１７で反時計回り方向に回動させるソレノイド３４２、およびロックレバー３４１を時計周り方向に付勢する引っ張りバネ３４３を有する。
【０１１６】  支持アーム２９６は、図１６に示すように、下クラッチ歯２９２を間に挟んで左右に設けられている。回動軸２９６ａは、これら２つの支持アーム２９６の基端部を貫通して固設されている。回動軸２９６ａは、装置２００の左右方向に延設され、前側フレーム２３３にネジ３５１により締結固定したブラケット３５２に対し、ブッシュ３５３を介して回動可能に取り付けられている。
【０１１７】  ２つの支持アーム２９６は、連結ロッド３５４および係合ロッド２９９によって連結されており、一体に回動可能となっている。係合ロッド２９９は、支持アーム２９６の回動の先端近くに設けられており、連結ロッド３５４は、支持アーム２９６の長手方向の中間より基端側に片寄った位置に設けられている。
【０１１８】  連結ロッド３５４には、リンク３５５を介してソレノイド２９７のプランジャ２９７ａが接続されている。ソレノイド２９７は、ブラケット３５６を介して前側フレーム２３３に固定して取り付けられている。ソレノイド２９７に通電するとプランジャ２９７ａが吸引され、支持アーム２９６が回動軸２９６ａを中心に図１７で反時計周り方向に回動され、ソレノイド２９７をＯＦＦにすると引っ張りバネ２９８の付勢力により支持アーム２９６が図１７に示す位置へ回動される。
【０１１９】  引っ張りバネ２９８の基端は、図１６に示すように、ブラケット３５７を介して水平下サブフレーム２３６に固定されている。引っ張りバネ２９８の先端は、一方の支持アーム２９６の長手方向の略中央に固定されている。引っ張りバネ２９８は、わずかに引き伸ばした状態で水平下サブフレーム２３６と一方の支持アーム２９６の間に取り付けられ、支持アーム２９６を図１７で時計周り方向に常時付勢する。
【０１２０】  また、一対の支持アーム２９６は、それぞれ、下クラッチ歯２９２を取り付けるためのスライド孔２９６ｂを有する。スライド孔２９６ｂは、支持アーム２９６の長手方向に延びた長円形の孔であり、可動フレーム３３１に固設した一対の支持突起３３１ａ（図１７参照）を回動可能に受け入れる。下クラッチ歯２９２は、上述したスライド機構３３０によって上クラッチ歯２９１に離接する方向に真っ直ぐにスライド可能に支持されており、支持アーム２９６が揺動するため、支持突起３３１ａを受け入れるスライド孔２９６ｂを長孔とした。
【０１２１】  ロック機構３４０のロックレバー３４１は、ブッシュ３４４を介して膝上フレーム２３０に対して回動可能に取り付けた回動軸３４１ａを有する。回動軸３４１ａは、装置２００の左右方向に延設され、ロックレバー３４１の長手方向の中間位置に取り付けられている。ロックレバー３４１の回動の先端には、支持アーム２９６の係合ロッド２９９に係合する係合爪３４１ｂが設けられている。また、ロックレバー３４１の後方には、手動レバー３４５が一体に突設されている。手動レバー３４５の操作端は、図１７に示すように、後側フレーム２３４の図示しない開口部を介して装置２００の外に突出している。
【０１２２】  ロックレバー３４１の基端３４１ｃには、リンク３４６を介してソレノイド３４２のプランジャ３４２ａが接続されている。ソレノイド３４２は、図１６に示すように、ブラケット３４７を介して内側フレーム２３１に固定して取り付けられている。ソレノイド３４２に通電するとプランジャ３４２ａが吸引され、ロックレバー３４１が回動軸３４１ａを中心に図１７で反時計周り方向に回動され、ソレノイド３４２をＯＦＦにすると引っ張りバネ３４３の付勢力によりロックレバー３４１が図１７で時計周り方向に回動される。
【０１２３】  引っ張りバネ３４３の基端は、ブラケット３４７に固定されている。引っ張りバネ３４３の先端は、ロックレバー３４１の回動軸３４１ａより先端に片寄った位置でロックレバー３４１に固定されている。引っ張りバネ３４３は、わずかに引き伸ばした状態でブラケット３４７とロックレバー３４１の間に取り付けられ、ロックレバー３４１を時計周り方向に常時付勢する。
【０１２４】  図１８は、装置２００の動作を制御する制御系のブロック図である。    制御部４００には、６つの加速度センサ４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃが接続されている。各センサの取付位置は左右対称であるため、ここでは、右側の加速度センサ４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃについての詳細な説明を省略する。最も下方の加速度センサ４０１ａは、下腿部フレーム２４１の下端の外面側に取り付けられている。また、その上の加速度センサ４０１ｂは、膝上フレーム２３０の外面側に取り付けられている。さらに、最も上方の加速度センサ４０１ｃは、腰部フレーム２１０の外面側に取り付けられている。
【０１２５】  また、制御部４００には、サーボモータ３１１のエンコーダ３１４の他に、ポテンショメータ２７３ａ、２８５が接続されている。ポテンショメータ２８５は、回動支持機構２８０に駆動力を伝達する平歯車２８１の外側に取り付けられており、平歯車２８１の回動位置を検出し、膝下フレーム２４０の膝上フレーム２３０に対する回動位置を検出する。つまり、ポテンショメータ２８５は、膝関節の角速度の変化を検出して、膝関節が動いたことを検出する。また、ポテンショメータ２７３ａは、股関節の角速度の変化を検出して、股関節が動いたことを検出する。
【０１２６】  さらに、制御部４００には、サーボモータ３１１、クラッチをつなぐためのソレノイド２９７、およびクラッチを切るためのソレノイド３４２が接続されている。後述するように、制御部４００は、腰部フレーム２１０の背板部２１１に取り付けられている。
【０１２７】  次に、制御部４００による動作を説明する。    制御部４００は、左右６つの加速度センサ４０１ａ、４０１ｂ、４０１ｃ、４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃを介して装置２００の動作状態を監視する。また、制御部４００は、ポテンショメータ２８５を介して回動支持機構２８０の回動位置を監視するとともに、ポテンショメータ２７３ａを介して股関節の動きを監視する。つまり、制御部４００は、これらセンサ類を介してこの装置２００を装着した人の動きを監視する。
【０１２８】  そして、制御部４００は、この装置２００を装着した人が通常の歩行動作をしようとしていることを判断した場合、或いはこの人が動作していないことを判断した場合、ソレノイド３４２に通電してクラッチを切って、動力伝達機構３２０による動力の伝達を遮断する。これにより、歩行時に不所望な負荷が回動支持機構２８０に与えられる不具合を防止でき、歩行動作を楽にできる。また、クラッチを切ることで、利用者がこの装置２００を装着したり取り外したりする際に椅子に腰かける場合など、回動支持機構２８０に不所望な負荷がかけられる不具合を防止でき、自然に膝を曲げたり伸ばしたりすることができ、装置２００の装着／取外しを容易にできる。
【０１２９】  或いは、制御部４００は、この装置２００を装着した人がしゃがんだ状態から図１４、１５の立位状態に向けて動こうとしていることを判断した場合、ソレノイド２９７に通電してクラッチを繋げてサーボモータ３１１を付勢する。これにより、装置２００が膝関節の動きをサポートして、大腿筋への負荷を軽減し、例えば、重い荷物を容易に持ち上げる動作が可能となる。
【０１３０】  以下、腰部装具２２０およびその周辺部材について、図１９乃至図２１を参照してより詳細に説明する。    図１９は、腰部装具２２０およびその周辺部材を右斜め前方から見た外観斜視図であり、図２０は、図１９の装置構成を背面側から見た外観斜視図である。また、図２１は、図１９の装置構成を上方から見た外観図である。
【０１３１】  腰部フレーム２１０は、その背板部２１１が腰椎を押さえる位置に配置される。背板部２１１は、平らな板であってもよく、背中の形状に合わせてわずかに湾曲した形状であってもよい。背板部２１１の長手方向（左右方向）の両端は、前方に向けて拡開しており、腰の幅によらず全ての人にフィットする形状に形成されている。
【０１３２】  一対の連結板部２１２、２１２は、背板部２１１の左右両端にそれぞれ一体に連続している。各連結板部２１２は、背板部２１１の長手方向の端部から前方に向けて下方に傾斜して延びている。各連結板部２１２の下端近くには、上述した連結機構２７０の連結ベース２７１（連結上プレート２７１ａ）を回動可能に取り付けるための軸孔２１２ａが設けられている。
【０１３３】  一対の連結板部２１２、２１２は、互いの軸孔２１２ａが同軸に配置される形状を有する。２枚の連結板部２１２は、それぞれの軸孔２１２ａが同軸に配置されればよく、その形状は本実施形態の形状に限定されない。よって、２枚の連結板部２１２は、人の動作を妨げることのないように、背板部２１１の左右両端から外側に離間した位置（体から離れた位置）で斜めに延設されている。
【０１３４】  腰部フレーム２１０の背板部２１１には、図示しないブラケットを介して、制御部４００を含む制御ユニット４１０が固設されている。また、制御ユニット４１０の上部には、図示しないブラケットを介してバッテリー４２０が着脱可能に取り付けられている。さらに、腰部フレーム２１０の右側の連結板部２１２には、電源スイッチ３５１、アシストＯＮ／ＯＦＦスイッチ３５２、およびアラーム表示ランプ３５３を有する操作ユニット３５０（操作部、表示部）が取り付けられている。
【０１３５】  操作ユニット３５０は制御ユニット４１０に連結されており、電源スイッチ３５１、アシストＯＮ／ＯＦＦスイッチ３５２、およびアラーム表示ランプ３５３との間で電力を供給したり信号を送受信したりするためのケーブル類が操作ユニット３５０内に配線されている。また、操作ユニット３５０からハーネス３６０が導出されており、装置２００の各種センサ４０１ａ〜４０１ｃ、４０２ａ〜４０２ｃ、４０３、４０４との間で信号を送受信するための信号線やサーボモータ３１１やソレノイド２９７、３４２に電力を供給するための給電線などを挿通する。左右２本のハーネス３６０は、脚の可動域を考慮して少し長めに弛ませて設けられている。
【０１３６】  また、腰部フレーム２１０には、２本の肩掛けベルト３７０、３７０が取り付けられている。各肩掛けベルト３７０の一端は、背板部２１１に固定されている。各肩掛けベルト３７０の他端は、連結板部２１２の上端から突設した支持片２１２ｂに設けたベルト孔２１２ｃに挿通されて折り返されている。各肩掛けベルト３７０は、長さ調節部３７１を有し、その長さを体型に合わせて調節可能となっている。
【０１３７】  腰部装具２２０は、上述したように、腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒ、スライド板２２４Ｌ、２２４Ｒ、および固定ベルト２２６Ｌ、２２６Ｒを有する。腰部装具２２０は、この他に、４つのネジ挿通孔（図示せず）を有する弾性プレート２２７、弾性プレート２２７の４つのネジ挿通孔に重なる４つのネジ挿通孔（図示せず）を有する押えプレート２２８、および図示しない弾性パッドを有する。
【０１３８】  スライド板２２４Ｌ、２２４Ｒは、例えば、可撓性を有する湾曲可能なプラスティック板により形成されている。スライド板２２４Ｌ、２２４Ｒは、それぞれ、左右に延びた２本のスリット（図示せず）を上下に離間して並べて有する。２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒは、腰部フレーム２１０の内面側に以下のようにスライド自在に取り付けられる。
【０１３９】  左側のスライド板２２４Ｌの左端部に左側の腹部ベルト２２２Ｌの基端部が縫い付けられている。右側のスライド板２２４Ｒの右端部に右側の腹部ベルト２２２Ｒの基端部が縫い付けられている。左側のスライド板２２４Ｌの右端部に右側の固定ベルト２２６Ｒの基端部が縫い付けられている。右側のスライド板２２４Ｒの左端部に左側の固定ベルト２２６Ｌの基端部が縫い付けられている。左側のスライド板２２４Ｌには、左側の固定ベルト２２６Ｌを挿通するためのスリット状の孔２２５（図２０参照）が設けられている。
【０１４０】  腰部装具２２０を組み立てる場合、図２１に示すように、まず、腰部フレーム２１０の背板部２１１の内側にスライド板２２４Ｌを重ね、その内側にスライド板２２４Ｒを重ね、その内側に弾性プレート２２７を重ね、さらにその内側に押えプレート２２８を重ねる。このとき、弾性プレート２２７の４つのネジ挿通孔および押えプレート２２８の４つのネジ挿通孔が２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒの２本のスリットに重なるように、４つの部材２２４Ｌ、２２４Ｒ、２２７、２２８を位置合わせして重ねる。
【０１４１】  そして、押えプレート２２８の内側から４つのネジ挿通孔に４本のネジピン２２９をそれぞれ挿通し、腰部フレーム２１０の背板部２１１に螺合する。４本のネジピン２２９は、それぞれ、押えプレート２２８の４つのネジ挿通孔、弾性プレート２２７の４つのネジ挿通孔、スライド板２２４Ｒのスリット、およびスライド板２２４Ｌのスリットに挿通される。これにより、２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒが４本のネジピン２２９によってガイドされて左右にスライド自在な状態で、腰部フレーム２１０の内面側に取り付けられる。
【０１４２】  腰部装具２２０を体に装着する場合、まず、比較的幅広の２本の腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒが、スライド板２２４Ｌ、２２４Ｒから離間した先端側で互いに重ねられ、人体の前面側でマジックテープにより留められる。この際、２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒが左右にそれぞれ独立して移動可能であるため、体型に合わせて腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒの長さを調節することができる。また、腹部ベルト２２２Ｌ、２２２Ｒの先端を重ねてマジックテープで留めた状態で、２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒをスライドさせて、腹部ベルト２２２をわずかに緩めることもできる。
【０１４３】  次に、比較的幅の狭い２本の固定ベルト２２６Ｌ、２２６Ｒを、腹部ベルト２２２の外側に巻き付ける。左側の固定ベルト２２６Ｌは、スライド板２２４Ｌの図示しない孔を介して外側に引き出される。左側の固定ベルト２２６Ｌは、スライド板２２４Ｌの孔から外側に引き出された後、左側の腹部ベルト２２２Ｌの外面に設けたベルト通し２２２ａに挿通されて折り返される。そして、固定ベルト２２６Ｌは、制御ユニット２１０のケースに設けたブラケット２２２ｂのベルト孔２２２ｃに挿通されて再び前方へ折り返される。さらに、固定ベルト２６２Ｌの先端が腹部ベルト２２２の外面に重ねられてマジックテープで留められる。右側の固定ベルト２２６Ｒも、同様に、腹部ベルト２２２Ｒのベルト通し２２２ａおよびブラケット２２２ｂのベルト孔２２２ｃに挿通されて腹部ベルト２２２の外面に留められる。
【０１４４】  このとき、２本の固定ベルト２２６Ｌ、２２６Ｒの先端を引っ張って、腹部ベルト２２２を外側から締め付ける。固定ベルト２２６を締め付けると、腹部ベルト２２２が２枚のスライド板２２４Ｌ、２２４Ｒの移動を伴ってわずかに縮み腹部に密着する。これにより、比較的幅広の腹部ベルト２２２がコルセットとして機能し、腰を曲げ難くすることができる。また、固定ベルト２２６を締め付けることにより、腰部フレーム２１０を人体の腰部にしっかりと固定することができる。
【０１４５】  なお、腰部装具２２０の押えプレート２２８のさらに内側に、図示しない弾性パッドが取り付けられる。弾性パッドの外面側には、背板部２１１に対して着脱自在に貼り付けるためのマジックテープが取り付けられている。このように、マジックテープによって弾性パッドを着脱可能とすることで、弾性パッドを装置２００から取り外して洗濯することができる。
【０１４６】  以上のように、本実施形態の動作支援装置２００によると、腹部ベルト２２２により腰部フレーム２１０を人体に装着した後、腹部ベルト２２２の外側から固定ベルト２２６を締め付けることにより、腰部フレーム２１０を腰に密着させてしっかりと固定することができる。また、本実施形態によると、膝上フレーム２３０に固定した大腿部ベルト２５１Ｌ、２５１Ｒ、および膝部ベルト２６１Ｌ、２６１Ｒを大腿部および膝部に装着することにより、膝上フレーム２３０を大腿部および膝部に密着させてしっかりと固定することができる。このため、腰部フレーム２１０および膝上フレーム２３０のズレを防止することができ、装置２００をより体にフィットさせることができる。
【０１４７】  よって、本実施形態によると、装置２００と人体との間の緩みを無くすことができ、人の動きに対する装置２００の応答速度を速くすることができ、アシスト力を人体に十分に伝えることができる。また、本実施形態によると、腰部と装置２００の間の緩みを無くすことができ、且つ膝部と装置２００の間の緩みを無くすことができるため、股関節の動きおよび膝関節の動きをポテンショメータ２７３ａ、２８５によって高精度に検出することができ、ポテンショメータ２７３ａ、２８５による角速度の検出感度を向上させることができる。
【０１４８】  また、本実施形態によると、腹部ベルト２２２により装置２００を腰部に装着した後、固定ベルト２２６により腹部ベルト２２２を締め付けるため、腰部フレーム２１０を腰部にしっかりと固定できると同時に、制御ユニット４１０を人体に締結固定することができる。つまり、固定ベルト２２６による締め付け力は、スライド板２２４Ｌ、２２４Ｒの移動を伴って腹部ベルト２２２を収縮させ、同時に、制御ユニット４１０を腹部ベルト２２２に締め付ける。
【０１４９】  例えば、固定ベルト２２６を締め付けた状態で屈伸してしゃがむと、腹部ベルト２２２が内側から圧迫されて拡がろうとするが、固定ベルト２２６が腹部ベルト２２２の伸びを禁止してコルセット効果を発揮することができ、腰を曲げ難くすることができる。これにより、利用者は、しゃがむときに腰を曲げるのではなく膝を曲げざるを得なくなり、立ち上がる際に装置２００によるアシスト力を効果的に人体に伝えることができる。
【０１５０】  また、固定ベルト２２６を締め付けた状態でしゃがんだ場合、固定ベルト２２６が腹部ベルト２２２の広がりを禁止することにより、腹部ベルト２２２を広げようとする力が固定ベルト２２６の張力として作用し、制御ユニット４１０の締め付け力がより強くなる。このため、しゃがむ動作では、制御ユニット４１０が人体に対してズレるよりむしろ人体に密着することになり、違和感を無くすことができる。
【０１５１】  また、本実施形態によると、腹部ベルト２２２を装着して装置２００を腰に取り付けた状態で、固定ベルト２２６を体の前で締め付けるだけで腰部装具２２０を装着することができるため、腰部装具２２０の締め具合を容易に調節することができ、利便性を向上させることができる。
【０１５２】  また、本実施形態によると、大腿部ベルト２５１Ｌ、２５１Ｒ、および膝部ベルト２６１Ｌ、２６１Ｒをやわらかい布製にしたため、捩じれなどの体の複雑な動きに装置２００を容易に追従させることができ、利用者にとっても傷みや違和感がない。
【０１５３】  また、本実施形態によると、装置２００が左右方向に突出する構造物を持たないため、装置２００を装着した状態で、比較的狭い空間であっても物にぶつかることなく移動することができ、利便性を向上させることができる。
【０１５４】  また、本実施形態によると、図示しない弾性パッドを使用することで、人の体と装置２００の密着安定性をより高めることができ、装着時におけるフィット感を増すことができ、違和感を軽減することができる。
【０１５５】  また、本実施形態によると、腰部フレーム２１０を２本の肩掛けベルト３７０で吊り上げているため、腰部装具２２０が下方にズレ落ちる不具合を防止することができる。
【０１５６】  さらに、本実施形態によると、臀部の近くにフレームやパイプなどの構造体が存在しないため、装置２００を装着したまま椅子に座ることができ、装置２００を装着した状態でしゃがみこんだり体をひねったりする動作を容易にでき、動作の違和感が無い。
【０１５７】  本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【０１５８】
例えば、上述した実施形態では、膝関節の動きをサポートする動作支援装置１００、２００に本発明を適用した場合について説明したが、これに限らず、腰部をしっかりと支える必要がある他の動作支援装置に本発明を適用することもできる。
以下に、本願出願当初の特許請求の範囲に記載された発明と同等の記載を付記する。
［１］
腰の後ろに装着する背板部およびこの背板部の左右両端からそれぞれ前方に向けて下方に傾斜して延びた２つの連結板部を一体に有する腰部フレームと、
前記背板部の左右両端からそれぞれ複数のヒンジを介して複数の板片を回動可能に連結した２つの腹部ベルトと、
前記背板部から股下を通って前記２つの腹部ベルトにそれぞれ接続した股下ベルトと、
前記２つの連結板部の下端に上端をそれぞれ回動可能に連結した２つの膝上部分と、
前記２つの膝上部分の下端に上端をそれぞれ回動可能に連結した２つの膝下部分と、
前記２つの膝下部分の少なくとも一方に対して当該膝下部分に連結した少なくとも一方の膝上部分を回動させるアシスト力を発生させる駆動部と、
を有する動作支援装置。
［２］
前記背板部の左右両端は、前方に向けて拡開しており、
前記背板部の左右両端にそれぞれ前記板片を回動可能に連結した２つの第１ヒンジは、腰骨より背中側に配置され、
前記２つの腹部ベルトは、前記腰骨を超える位置まで延びている、
［１］の動作支援装置。
［３］
前記背板部と前記２つの腹部ベルトをそれぞれ連結した肩掛けベルトをさらに有する、
［２］の動作支援装置。
［４］
前記背板部、前記腹部ベルト、および前記股下ベルトの内側に弾性パッドをさらに有する、
［２］の動作支援装置。
［５］
前記弾性パッドの外側には、前記股下ベルトを通すベルト通し部が設けられている、
［４］の動作支援装置。
［６］
前記背板部の外側にバッテリーおよび制御部を備えている、
［２］の動作支援装置。
［７］
一方の前記連結板部の外側に操作部および表示部を有する、
［２］の動作支援装置。
［８］
腰の後ろに配置される腰部フレームと、
前記腰部フレームを腰に装着する腰部装具と、
前記腰部フレームの左右両端に回動可能に連結されて大腿部の外側に配置される２つの膝上フレームと、
前記各膝上フレームの下端に回動可能に連結されて下腿部の外側に配置される２つの膝下フレームと、
前記各膝上フレームを左右の膝部にそれぞれ装着する膝部装具と、
前記２つの膝下フレームの少なくとも一方に対して当該膝下フレームに連結した少なくとも一方の前記膝上フレームを回動させるアシスト力を発生させる駆動部と、を有し、
前記腰部装具は、
腰に巻き付ける腹部ベルトであって、当該腹部ベルトを部分的に伸縮可能とした伸縮可能部分を有する腹部ベルトと、
前記伸縮可能部分の伸びを抑えつつ前記腹部ベルトを締め付けて前記腹部ベルトに前記腰部フレームを固定する固定ベルトと、
を有する動作支援装置。
［９］
前記腹部ベルトは、腰の動きを規制する比較的幅広のコルセットであり、
前記固定ベルトは、前記腹部ベルトの外側に設けられている、
［８］の動作支援装置。
［１０］
前記伸縮可能部分は、前記腹部ベルトを２分割した一方の第１ベルトの一端を前記腰部フレームに対して左右にスライド可能に取り付けた第１スライド部材と、前記腹部ベルトを２分割した他方の第２ベルトの一端を前記腰部フレームに対して左右にスライド可能に取り付けた第２スライド部材と、を有し、
前記固定ベルトは、前記第１スライド部材の前記第１ベルトと反対の端部に取り付けた第３ベルトと、前記第２スライド部材の前記第２ベルトと反対の端部に取り付けた第４ベルトと、を有し、
前記第１ベルトは、前記第４ベルトを通して折り返す第１ベルト通しを備え、前記第２ベルトは、前記第３ベルトを通して折り返す第２ベルト通しを備え、
前記腰部フレームは、前記第３ベルトを通して折り返す第３ベルト通し、および第４ベルトを通して折り返す第４ベルト通しを備え、
前記第３ベルトは、前記第２ベルト通しに挿通されて折り返されて、前記第３ベルト通しに挿通されて折り返され、
前記４ベルトは、前記第１ベルト通しに挿通されて折り返されて、前記第４ベルト通しに挿通されて折り返される、
［９］の動作支援装置。
［１１］
前記２つの膝上フレームの前記腰部フレームに対する角速度の変化を検出する左右一対の腰部センサと、
前記２つの膝下フレームの前記各膝上フレームに対する角速度の変化を検出する左右一対の膝部センサと、
前記腰部センサおよび前記膝部センサによる検出結果に基づいて前記駆動部を制御する制御部と、
をさらに有する［８］の動作支援装置。
［１２］
前記腰部フレームは、前記駆動部に給電するバッテリーおよび前記制御部を備えている、
［１１］の動作支援装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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