(57)【要約】【課題】多様な方向の変位を発生可能なアクチュエータを提供する。【解決手段】プルアクチュエータ２は、対象物４を牽引する。複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈは、少なくとも一部が互いにオーバーラップし、それぞれの一端が拘束される態様にて重ね合わされ、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する。牽引部材２０は、複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈのうち最も上側のバルーンチャンバー１０Ｈの変位を対象物４に伝達する。コントローラ３０は、複数のバルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌそれぞれの状態を制御する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物を牽引するプルアクチュエータであって、
少なくとも一部が互いにオーバーラップし、それぞれの一端が拘束される態様にて重ね合わされ、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する複数のバルーンチャンバーと、
前記複数のバルーンチャンバーのうち最も上側のバルーンチャンバーの変位を前記対象物に伝達する牽引部材と、
前記複数のバルーンチャンバーそれぞれの状態を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とするプルアクチュエータ。
【請求項２】
前記対象物の変位に応じて、前記対象物に及ぼす力の向きが変化するよう構成されることを特徴とする請求項１に記載のプルアクチュエータ。
【請求項３】
前記対象物は、回転軸を中心として回動可能であり、
前記プルアクチュエータは、前記対象物上の前記牽引部材が作用する作用点に対して、前記回転軸を中心とする円の接線方向の力を発生させることを特徴とする請求項１または２に記載のプルアクチュエータ。
【請求項４】
請求項１または２に記載のプルアクチュエータを備えることを特徴とする動作支援装置。
【請求項５】
足関節の動作支援装置であって、
背屈・底屈運動を発生させる際に足関節を牽引する第１プルアクチュエータを備え、
前記第１プルアクチュエータは、
上半身に近い一端が下腿部に固定され、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する第１下側バルーンチャンバーと、
前記第１下側バルーンチャンバーと少なくとも一部がオーバーラップしており、上半身に近い一端が下腿部に固定された第１上側バルーンチャンバーと、
前記第１上側バルーンチャンバーの他端と足の甲を連結する第１ベルトと、
前記第１下側バルーンチャンバー、前記第１上側バルーンチャンバーそれぞれの状態を制御するコントローラと、
を備えることを特徴とする動作支援装置。
【請求項６】
内返し運動を発生させる際に足関節を牽引する第２プルアクチュエータをさらに備え、
前記第２プルアクチュエータは、
上半身に近い一端が下腿部に固定され、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する第２下側バルーンチャンバーと、
前記第２下側バルーンチャンバーと少なくとも一部がオーバーラップしており、上半身に近い一端が下腿部に固定された第２上側バルーンチャンバーと、
前記第２上側バルーンチャンバーの他端から、足の裏を通って足の外側を連結する第２ベルトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の動作支援装置。
【請求項７】
外返し運動を発生させる際に足関節を牽引する第３プルアクチュエータをさらに備え、
前記第３プルアクチュエータは、
前記第１上側バルーンチャンバーと少なくとも一部がオーバーラップしており、上半身に近い一端が下腿部に固定された第３上側バルーンチャンバーと、
前記第３上側バルーンチャンバーの他端と足の外側を連結するベルトと、
をさらに備えることを特徴とする請求項５または６に記載の動作支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、牽引力を発生するプルアクチュエータに関する。
【背景技術】
【０００２】
高齢者や術後間もない看者など臥床状態の生活を長時間強いられる人々には、尖足や血栓をはじめとするさまざまな身体的問題が生ずる。尖足は、足関節を長時間放置することによりアキレス腱が萎縮し、足首が底屈位のまま硬直する症状であり、歩行を困難にする。あるいは足関節の放置は、足の血流量を低下させ、血栓を生じやすくする。この血栓が肺などに流れると肺梗塞などを引き起こしかねない。
【０００３】
現在病院では、これらの症状に対してさまざまな対策を施している。尖足の対策としては、足首を曲げた状態で足底に箱を押し当てるなどして足が伸びないようにし、血栓の対策としては、空圧のマッサージ機能を有する器具により血行を促進している。しかしながら、現状のこれらの対策をもってもなお運動量が不十分とされており、改善した運動量をもたらすために、足関節に双方向屈曲運動を促すアクチュエータが望まれている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２９３６５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
図１（ａ）、（ｂ）は、人間の足首を示す図である。足関節には３自由度の回動運動が存在するが、回内・回外運動と外旋・内旋運動はそれぞれ独立には起こらず、複合的な運動となる。すなわち外旋動作は、回内運動をともなって生成され、外旋方向が最大動作角となる姿勢時には回内角度も最大となり、その複合動作は「外返し」と称される。同様に内旋動作は回外動作をともなって生成され、内旋方向が最大動作角となる姿勢時には回外角度も最大となり、その複合動作は「内返し」と称される。
【０００６】
直線上を往復するアクチュエータでは、足関節に、治療に有効な外返し運動、内返し運動ならびに底屈・背屈動作を発生させることはできない。
【０００７】
本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、多様な方向の変位を発生可能なアクチュエータの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明のある態様は、対象物を牽引するプルアクチュエータに関する。プルアクチュエータは、少なくとも一部が互いにオーバーラップし、それぞれの一端が拘束される態様にて重ね合わされ、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する複数のバルーンチャンバーと、複数のバルーンチャンバーのうち最も上側のバルーンチャンバーの変位を対象物に伝達する牽引部材と、を備える。
【０００９】
この態様によれば、複数のバルーンチャンバーを加圧したとき、各バルーンチャンバーは、自分より上側のバルーンチャンバーに対するオフセット変位を与えることとなる。ここで各バルーンチャンバーが発生させる変位の方向は、拘束点の位置、バルーンチャンバーの長さや幅、形状、下側のバルーンチャンバーとのオーバーラップ量に応じて定めることができる。したがって、このアクチュエータによれば、対象物に対して、非直線の任意の軌道に沿った力を及ぼすことができる。
【００１０】
本発明の別の態様は、足関節の動作支援装置に関する。動作支援装置は、背屈・底屈運動を発生させる際に足関節を牽引する第１プルアクチュエータを備える。第１プルアクチュエータは、上半身に近い一端が下腿部に固定され、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する第１下側バルーンチャンバーと、第１下側バルーンチャンバーと少なくとも一部がオーバーラップしており、上半身に近い一端が下腿部に固定された第１上側バルーンチャンバーと、第１上側バルーンチャンバーの他端と足の甲を連結する第１ベルトと、第１下側バルーンチャンバー、第１上側バルーンチャンバーそれぞれの状態を制御するコントローラと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本発明のある態様によれば、対象物に対して、非直線の任意の軌道に沿った力を及ぼすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）、（ｂ）は、人間の足首を示す図である。
【図２】実施の形態に係るプルアクチュエータの断面図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のプルアクチュエータの動作を示す図である。
【図４】比較技術に係るプルアクチュエータを示す図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｅ）は、プルアクチュエータを定量的に説明する図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、足関節に運動を発生させるプルアクチュエータを示す図である。
【図７】図７（ａ）〜（ｆ）は、プルアクチュエータを備えた足関節の動作支援装置の組み立て図である。
【図８】図８（ａ）〜（ｃ）は、曲げセンサの出力と足関節の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１４】
図２は、実施の形態に係るプルアクチュエータ２の断面図である。このプルアクチュエータ２は、対象物４に対して、非直線状の任意の軌道に沿った力を及ぼしながら、対象物４を牽引する。本実施の形態では、一例として、対象物４がある回転軸６を中心として回動可能であるものとする。プルアクチュエータ２は、対象物４に対して、その変位に応じて最適な方向に力を及ぼすよう構成される。ここでは紙面奥行き方向の変位は発生しない。
【００１５】
プルアクチュエータ２は、複数のバルーンチャンバー１０と、牽引部材２０と、コントローラ３０と、を備える。図２には、説明の簡潔化および理解の容易化のため、２個のバルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌが示されるが、本発明はそれには限定されず、３個以上のバルーンチャンバー１０を用いて構成してもよい。
【００１６】
複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈは、非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する。なお、各バルーンチャンバーの加圧にともなう膨張変形は、その形状や材料により実質的に一意に定まっており、したがってバルーンチャンバーは、加圧、減圧を繰り返すと毎サイクル同じ変形を繰り返すものとする。
【００１７】
複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈは、少なくとも一部が互いにオーバーラップし、かつ、それぞれの一端（あるいは一辺、以下、拘束箇所ともいう）１２、１４が拘束される態様にて重ね合わされる。図２のプルアクチュエータ２では、拘束箇所１２、１４は、実質的に同じ位置にて拘束されている。
【００１８】
牽引部材２０は、複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈのうち最も上側のバルーンチャンバー１０Ｈの変位を、対象物４に伝達する。牽引部材２０はたとえば柔軟性を有するベルトや紐であってもよいし、剛体であってもよい。牽引部材２０と対象物４の接続点を作用点８と称し、牽引部材２０とバルーンチャンバー１０Ｈの接続点を力点１６と称する。
【００１９】
コントローラ３０は圧力源を含み、複数のバルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈそれぞれの加圧・減圧状態を制御する。たとえばコントローラ３０は、下側のバルーンチャンバー１０Ｌ、上側のバルーンチャンバー１０Ｈに順に加圧してもよいし、それらを同時に加圧してもよい。
【００２０】
以上がプルアクチュエータ２の構成である。続いてその動作を説明する。
図３（ａ）〜（ｃ）は、図２のプルアクチュエータ２の動作を示す図である。初期状態の図３（ａ）では、バルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈがともに非加圧であり、対象物４には力が及ばない（Ｆ０＝０）。
【００２１】
続いて、図３（ｂ）に示すようにバルーンチャンバー１０Ｌを加圧すると、時間とともに膨張する。ここではバルーンチャンバー１０Ｈは非加圧とされる。対象物４には、牽引部材２０を介して力Ｆ１が及ぼされる。
【００２２】
このとき、膨張したバルーンチャンバー１０Ｌは、バルーンチャンバー１０Ｈに対して、変位のオフセットを与えることとなる。続いて、図３（ｃ）に示すようにバルーンチャンバー１０Ｈを加圧すると時間とともに膨張し、バルーンチャンバー１０Ｌにより与えられたオフセット変位を始点として、さらに力点１６を変位させる。このとき対象物４には、牽引部材２０を介して力Ｆ２が及ぼされる。
【００２３】
以上がプルアクチュエータ２の動作である。
【００２４】
このプルアクチュエータ２によれば、複数のバルーンチャンバー１０を加圧したとき、各バルーンチャンバー１０は、自分より上側のバルーンチャンバー１０に対するオフセット変位を与えることとなる。ここで図３（ｂ）においてバルーンチャンバー１０Ｌが発生させる力点１６の変位の方向（一点鎖線１８＿１）は、拘束点１２の位置、バルーンチャンバー１０Ｌの長さや幅、形状に応じて任意に設計することができる。同様に、図３（ｃ）においてバルーンチャンバー１０Ｈが発生させる力点１６の変位の方向（一点鎖線１８＿２）は、拘束点１４の位置、バルーンチャンバー１０Ｈの長さや幅、形状、下側のバルーンチャンバー１０Ｌとのオーバーラップ量、下側のバルーンチャンバー１０Ｌにより与えられるオフセット変位に応じて任意に設計することができる。
【００２５】
図３（ｂ）において力Ｆ１が、地面水平方向となす角度をθ１とし、力Ｆ１が、作用点８の軌道（回転中心６を中心とする円）の接線９となす角度をφ１とする。同様に、図３（ｃ）において力Ｆ２が、地面水平方向となす角度をθ２とし、力Ｆ２が軌道の接線９となす角度をφ２とする。
【００２６】
このとき、力Ｆの方向θ（あるいはφ）は、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、対象物４の回転中心６を中心とする変位角αに応じて時々刻々と変化する。力Ｆの方向θ（あるいはφ）は、力点１６の変位方向１８に応じているから任意に設計可能であり、したがって、このプルアクチュエータ２によれば、対象物４に対して、非直線の任意の軌道に沿った力Ｆを及ぼすことができる。
【００２７】
このプルアクチュエータ２の利点は、図４の比較技術との対比によって明確となろう。図４のプルアクチュエータ２ｒは、単一のバルーンチャンバー１０ｒのみを備えるシングルバルーン構造を有する。図２のプルアクチュエータ２は、マルチバルーン（デュアルバルーン）構造といえる。
【００２８】
図４のプルアクチュエータ２ｒによって、図２のプルアクチュエータ２と同じ最大変位角αｍａｘを発生させることを考える。この場合、図４に示すように、力Ｆが作用点８の軌道の接線９となす角度φが非常に大きくなる。力Ｆのうち、対象物４の回転に寄与するのは、接線９を向く成分であるから、角度φの絶対値が大きくなると、回転に寄与しない成分が大きくなるという問題が生ずる。
【００２９】
実施の形態に係るプルアクチュエータ２によれば、プルアクチュエータ２ｒと比べて、力Ｆが作用点８の軌道の接線９となす角度φ（絶対値）を小さい範囲に制約することができるという効果を得ることができる。
【００３０】
また図４のプルアクチュエータ２ｒは、図２のプルアクチュエータ２と同じ最大変位角αｍａｘを発生させるためには、単一のバルーンチャンバー１０のサイズを大きくする必要がある。これに対して図２のプルアクチュエータ２は、バルーンチャンバー１０Ｌ、１０Ｈのサイズを小さくできるという利点もある。
【００３１】
当業者によれば、バルーンチャンバー１０の個数を３個以上に増やし、またそれらの形状、オーバーラップ量、拘束箇所の位置を変更することにより、さまざまな軌道に沿った変位を発生可能であることが理解されよう。
【００３２】
続いて実施の形態に係るプルアクチュエータ２について定性的に説明する。図５（ａ）〜（ｅ）は、プルアクチュエータ２を定量的に説明する図である。
図５（ａ）は、関節機構のモデルを示す図である。いま絶対座標系に固定されたリンク部材５０に対して、リンク部材５２が連結部５４回りに回転可能な関節構造について考える。ここで、リンク部材５２上の任意の作用点５６において、リンク部材５２の軸に対して垂直方向の力を作用させながら状態ａから状態ｂまでリンク部材５２を回転させたとき、連結部５４は図５（ｂ）に示す抵抗を有する。このとき、作用点５６に力を加えることにより、状態ａから状態ｂまでリンク部材５２をゆっくりと動かしたい。ただし、作用点５６におけるリンク部材５２の軸方向の力Ｆｈは、０≦Ｆｈ＜Ｆｈ０を常に満たすことを条件とする。
【００３３】
比較例として、図５（ｃ）に示すように、作用点５６と座標５８間を結ぶ直線上にシリンダを配置し牽引力を作用させた場合、状態ａと状態ｂにおける作用点５６の軸方向の力はそれぞれＦｈａ（＞Ｆｈ０）、Ｆｈｂ（＞Ｆｈ０）となり、条件を満たさない。
【００３４】
続いて図５（ｄ）、（ｅ）を参照して実施の形態に係るプルアクチュエータ２について検討する。２つのバルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌそれぞれの一端は、座標５８の回りに回転自在な状態で留められている。また、バルーンチャンバー１０Ｈのもう一端は、牽引部材であるベルト２０の一端と先端部６２で回転自在な状態で留められており、ベルト２０のもう一端は作用点５６においてリンク部材５２と回転自在な状態で留められている。図５（ｄ）に示すようにバルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌの双方の内部を加圧して状態ｂとなったとき、θｂ≒π／２を満たすものと仮定すると、ベルト２０の長さＵおよびバルーンチャンバー１０Ｈにおける座標５８と先端部６２間の長さＷｂが以下の条件を満たすとき、Ｆｈ＝０のまま作用点５６を牽引することが可能となる。
Ｕ＝Ｌ２      …（１）
Ｗｂ＝Ｌ１      …（２）
【００３５】
一方、図５（ｅ）の状態ａにおいて、ベルト２０の牽引方向をβとしたとき、バルーンチャンバー１０Ｈにおける座標５８と先端部６２間の長さＷａが次の条件を満たすと、０≦Ｆｈ≦Ｆｈ０を保ちながら作用点５６を牽引することが可能となる。
Ｗａ≦√（ｙ２＋Ｌ２２−２ｙＬ２ｃｏｓφ）（３）
ただし、連結部５４-先端部６２間の距離ｙ、および先端部６２−連結部５４−座標５８のなす角φは、各々以下の幾何学的関係を満たすものとする。
ｙ＝√（Ｌ１２＋Ｌ２２−２Ｌ１Ｌ２ｃｏｓβ）      …（４）
φ＝θａ−ｓｉｎ−１（Ｌ２ｓｉｎβ／ｙ）          …（５）
ここで、βは０≦Ｆｈ≦Ｆｈ０を満たす以下の範囲に存在する。
π／２−ｔａｎ（Ｆａ／Ｆｈ０）≦β≦π／２＋ｔａｎ（Ｆａ／Ｆｈ０）  …（６）
【００３６】
以上の幾何学的条件に加えて力学的条件も満たすには、以下のパラメータを考慮すればよい。すなわち、状態ａ、状態ｂにおいて作用点５６に作用する力がそれぞれＦａ、Ｆｂとなるようにバルーンチャンバー１０Ｌとバルーンチャンバー１０Ｈの接触面６４の傾き、およびバルーンチャンバー１０Ｈの復元特性を最適化すればよい。
【００３７】
ここで、バルーンチャンバー１０Ｈは接触面６４に対して垂直方向に力を生成するため、もし接触面の傾きが０、すなわちバルーンチャンバー１０Ｌが存在しない場合、つまり上述のシングルバルーン構造では、状態ｂにおいてＦｂ＝０となり、連結部５４回りのトルクを生成することはできない。あるいはバルーンチャンバー１０Ｈの長さＷｂをＬ１より長くとれば、バルーンチャンバー１０Ｌが存在しなくとも連結部５４回りのトルクの生成は可能となるものの、今度は０≦Ｆｈ≦Ｆｈ０を満たすことができづらくなる。
【００３８】
これに対してマルチバルーン構造とすることで、連結部５４周りのトルクを好適に生成できる、また０≦Ｆｈ≦Ｆｈ０を満たすことが可能となる。
【００３９】
続いて、プルアクチュエータ２を用いた足首の底屈・背屈動作支援装置について説明する。人間（患者）の足部に装着され、足関節に、治療に有効な外返し運動ならびに底屈・背屈動作を発生させる。
【００４０】
図６（ａ）は、足関節に背屈運動を発生させる第１プルアクチュエータ１００を示す図である。第１プルアクチュエータ１００の構成および原理は、図２のプルアクチュエータ２と同様である。ここでは足２００が対象物４となる。牽引部材２０はベルトであり、その一端は、足の甲２０２の先端（指の付け根）に固定される。バルーンチャンバー１０Ｌおよび１０Ｈは、脛２０４の中心付近に冠状面と実質的に平行に重ねて設けられ、それぞれの一辺１２、１４は脛２０４に対して拘束される。第１プルアクチュエータ１００は、バルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌを膨張させることにより、足２００の甲２０２に回転軸６周りに回転させる力を及ぼし、背屈させる。
【００４１】
図６（ｂ）は、足関節に内返し運動を発生させる第２プルアクチュエータ１０２を示す図である。第２プルアクチュエータ１０２の構成および原理は、図２のプルアクチュエータ２と同様である。バルーンチャンバー１０Ｌおよび１０Ｈは、脛２０４の内側に重ねて設けられ、それぞれの一辺１２、１４は脛２０４に対して拘束される。上側のバルーンチャンバー１０Ｈは、下側のバルーンチャンバー１０Ｌに対して、横方向にオフセットしてオーバーラップしている。牽引部材２０はベルトであり、その一端は外の外側の箇所に固定され、足の裏側を通って、その他端はバルーンチャンバー１０Ｈに固定される。第２プルアクチュエータ１０２は、バルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌを膨張させることにより、足２００に内返し運動を発生させる。
【００４２】
図６（ｃ）は、足関節に外返し運動を発生させるプルアクチュエータ１０４を示す図である。バルーンチャンバー１０Ｌおよび１０Ｈは、脛２０４の外側に重ねて設けられ、それぞれの一辺１２、１４は脛２０４に対して拘束される。上側のバルーンチャンバー１０Ｈは、下側のバルーンチャンバー１０Ｌに対して、横方向にオフセットしてオーバーラップしている。牽引部材２０はベルトであり、その一端は外の外側の箇所に固定され、その他端はバルーンチャンバー１０Ｈに固定される。プルアクチュエータ１０４は、バルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌを膨張させることにより、足２００に外返し運動を発生させる。
【００４３】
図７（ａ）〜（ｆ）は、プルアクチュエータを備えた足関節の動作支援装置３００の組み立て図である。動作支援装置３００は、図６（ａ）〜（ｃ）のプルアクチュエータ１００、１０２、１０４に加えて、プッシュアクチュエータ１０６を備える。図７（ａ）には、動作支援装置３００の最下層となるベースレイヤ３０２が示される。ベースレイヤ３０２は、たとえば市販される靴下が利用できる。
【００４４】
図７（ｂ）に示すように、固定用チャンバー３０４ａ、３０４ｂは、ベースレイヤ３０２の表面に固定される。固定用チャンバー３０４ａ、３０４ｂは、バルーンチャンバー１０と同様に非加圧状態において構造的柔軟性を有し、加圧状態において膨張する。プッシュアクチュエータ１０６は、加圧によりまっすぐに伸びるバルーンチャンバー１０８ａ、１０８ｂを備える。プッシュアクチュエータ１０６は、バルーンチャンバー１０８ａ、１０８ｂが伸びることにより、底屈運動を発生させる。
【００４５】
図７（ｃ）には、固定用チャンバー３０４ａ、３０４ｂを覆う固定用のカバー３０６ａ、３０６ｂが設けられる。固定用のカバー３０６は、伸びにくい布、ワイヤ、ベルトなどが好適である。固定用チャンバー３０４ａ、３０４ｂを加圧すると、カバー３０６ａ、３０６ｂと足、下腿部の隙間が埋められ、動作支援装置３００を足に対して固定できる。
【００４６】
続いて図７（ｄ）に示すように、内返し運動を発生させる第２プルアクチュエータ１０２が設けられる。第２プルアクチュエータ１０２の構造は図６（ｂ）に示した通りである。
【００４７】
続いて図７（ｅ）に示すように、背屈用の第１プルアクチュエータ１００が設けられる。第１プルアクチュエータ１００の構造は、図６（ａ）に示した通りである。
【００４８】
図７（ｆ）は動作支援装置３００の完成図であり、外返し運動を発生させるプルアクチュエータ１０４が設けられる。プルアクチュエータ１０４の構造は、図６（ｃ）に示した通りであるが、プルアクチュエータ１０４は、それ固有の下側のバルーンチャンバー１０Ｌは省略されており、背屈用の第１プルアクチュエータ１００のバルーンチャンバー１０Ｈ、１０Ｌが、プルアクチュエータ１０４の下側のバルーンチャンバーとして機能する。
【００４９】
この動作支援装置３００によれば、複数のプルアクチュエータ１００、１０２、１０４、プッシュアクチュエータ１０６の加圧、減圧を制御することにより、足首にさまざまな運動を発生させることができる。
【００５０】
より好ましくは、動作支援装置３００は、足の姿勢を推定するための測定装置を備える。測定装置は、図７（ａ）に示すように、２本の曲げセンサ３１０、３１２を備える。第１曲げセンサ３１０は、矢状面上に配置され、その両端において足に対して固定される。第２曲げセンサ３１２は、矢状面から足の小指側に、たとえば４５度程度ずらした位置に配置され、その両端において足に対して固定される。足関節の運動にともなって曲げセンサが湾曲することにより、その抵抗値が変化する。
【００５１】
また、図２の基本構造を有するプルアクチュエータ２を利用することにより、足には、関節を中心とする円の接線方向の力が加えることができる。これにより、プルアクチュエータ１００、１０２、１０４が動作中に足からずれにくくなり、あるいは、外れにくくなるという利点が得られる。
【００５２】
図８（ａ）〜（ｃ）は、曲げセンサ３１０、３１２の出力と足関節の状態を示す図である。（i）は第１曲げセンサ３１０の出力を、（ii）は第２曲げセンサ３１２の出力を示す。図８（ａ）には背屈・底屈運動をしたときの、図８（ｂ）には外返し、内返しをしたときの、２つのセンサの出力が示される。図８（ｃ）には、異なる運動を行ったときの２つの曲げセンサの出力の関係を示す図である。（x）は、足首の可動範囲いっぱいに足を三回転させたとき、（y）は、図８（ａ）の底屈・背屈運動をさせたとき、（z）は、図８（ｂ）の内返し、外返し運動をさせたときの関係である。
【００５３】
図８（ｃ）からわかるように、異なる３つの運動に対応して得られる３つの曲線は、ほとんど交差しない。つまり、図７（ａ）に示す位置に２つの曲げセンサを配置することにより、３自由度の足関節姿勢を推定できる。
【００５４】
動作支援装置３００によって足にさまざまな運動を発生させる際には、関節の可動範囲を超えて力を与えることは避けなければならない。そこでプルアクチュエータ１００、１０２、１０４、プッシュアクチュエータ１０６を停止させた状態で、補助者や介護者が足関節を可動範囲いっぱいに手で動かすことにより、図８（ｃ）の領域（ｘ）を測定できる。そして測定された領域（ｘ）を超えない範囲でプルアクチュエータ１００、１０２、１０４、プッシュアクチュエータ１０６の加圧、減圧を制御することで、安全な領域で動作支援装置３００を運転することができる。
【００５５】
実施の形態では、プルアクチュエータ２を足関節の動作支援装置に利用する場合を説明したが本発明はそれには限定されない。たとえば手首、腕関節、肘関節、膝関節の運動支援にも、プルアクチュエータ２は利用可能である。あるいは、人間の関節に限らず、より大きなものを動かす用途、大きな力を必要とする用途にも利用可能である。
【００５６】
実施の形態にもとづき、具体的な用語を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００５７】
２…プルアクチュエータ、４…対象物、６…回転中心、８…作用点、１０…バルーンチャンバー、１２，１４…拘束点、１６…力点、２０…牽引部材、３０…コントローラ、１００，１０２，１０４…プルアクチュエータ、１０６…プッシュアクチュエータ、２００…足、２０２…甲、２０４…脛、３００…動作支援装置、３０２…ベースレイヤ、３０４…固定用チャンバー、３０６…カバー。
【図１】
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【図２】
2016022346.tif 000004
【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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