(57)【要約】【課題】  動力伝達部材の部品点数を削減することで効率的な動力伝達と装置の小型・軽量化を図ることができる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボットを提供する。【解決手段】  本発明の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット１は、モータ２の回転を、２３に導いて駆動伝達部６に伝えて駆動させるもので、モータ２と、モータ２に連結されたモータ２と反対側の端部に第１の噛合部３ａを有する第１の接続ロッド３と、第１の噛合部３ａに噛合する中間噛合部４ａを有する駆動経由部４と、中間噛合部４ａに噛合する第２の噛合部５ａとその反対側の端部に設けた第３の噛合部５ｂとを有する第２の接続ロッド５と、第３の噛合部５ｂに噛合する第４の噛合部７ａを有する駆動伝達部６と、を備えることによって構成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
モータの回転を、駆動伝達部（６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（６）と離間する位置に設けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（３ａ）を有する第１の接続ロッド（３）と、
前記第１の接続ロッド（３）の第１の噛合部（３ａ）に噛合する中間噛合部（４ａ）を有する駆動経由部（４）と、
前記駆動経由部（４）の中間噛合部（４ａ）に噛合する第２の噛合部（５ａ）と、該第２の噛合部（５ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（５）と、
前記第２の接続ロッド（５）の第３の噛合部（５ｂ）に噛合する第４の噛合部（７ａ）を有する前記駆動伝達部（６）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２】
請求項１に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、ベベルギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項３】
請求項１に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、夫々ハイポイドギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項４】
請求項１に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、スピロイドギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項５】
請求項１乃至４の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記駆動伝達部（６）は、前記第４の噛合部（７ａ）を有する減速機構（７）と、該減速機構（７）の出力軸（７ｃ）の回転を接続又は遮断可能に伝達するクラッチ（８）とを備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項６】
請求項５に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記クラッチ（８）は、双方向クラッチであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の接続ロッド（３）と第２の接続ロッド（５）は、剛性材料によって形成されていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項８】
請求項１乃至６の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の接続ロッド（３）と第２の接続ロッド（５）は、可撓性材料によって形成されていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項９】
モータの回転を、駆動伝達部（６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（６）と離間する人体の大腿部、該大腿部より上方の腰部、腹部又は、背部に取り付けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（３ａ）を有し、且つ人体の大腿部に沿って延びる第１の接続ロッド（３）と、
前記第１の接続ロッド（３）の第１の噛合部（３ａ）に噛合して、人体の膝関節に回転自在に取り付けられる中間噛合部（４ａ）を有する駆動経由部（４）と、
前記駆動経由部（４）の中間噛合部（４ａ）に噛合する第２の噛合部（５ａ）と、該第２の噛合部（５ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（５ｂ）とを有し、人体の下腿部に沿って延び回転自在に設けられる第２の接続ロッド（５）と、
前記第２の接続ロッド（５）の第３の噛合部（５ｂ）に噛合する第４の噛合部（７ａ）を有し、且つ人体の足首関節部に取り付けられる前記駆動伝達部（６）と、を備ていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１０】
モータの回転を、駆動伝達部（６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（６）と離間する人体の肩部又はその近傍部に取り付けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（３ａ）を有し、且つ人体の上腕部に沿って延びる第１の接続ロッド（３）と、
前記第１の接続ロッド（３）の第１の噛合部（３ａ）に噛合して、人体の肘部に回転自在に取り付けられる中間噛合部（４ａ）を有する駆動経由部（４）と、
前記駆動経由部（４）の中間噛合部（４ａ）に噛合する第２の噛合部（５ａ）と、該第２の噛合部（５ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（５ｂ）とを有し、人体の下腕部に沿って延び回転自在に設けられる第２の接続ロッド（５）と、
前記第２の接続ロッド（５）の第３の噛合部（５ｂ）に噛合する第４の噛合部（７ａ）を有し、且つ人体の手首関節部に取り付けられる前記駆動伝達部（６）と、を備ていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、ベベルギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１２】
請求項９又は１０に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、ハイポイドギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１３】
請求項９又は１０に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）、第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、スピロイドギヤであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１４】
請求項９乃至１３の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）において、
前記駆動伝達部（６）は、前記第４の噛合部（７ａ）を有する減速機構（７）と、該減速機構（７）の出力軸（７ｃ）の回転を接続又は遮断可能に伝達するクラッチ（８）とを備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１５】
請求項１４に記載の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）において、
前記クラッチ（８）は、双方向クラッチであることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１６】
請求項９乃至項１５の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の接続ロッド（３）と第２の接続ロッド（５）は、剛性材料によって形成されていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１７】
請求項９乃至項１５の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）において、
前記第１の接続ロッド（３）と第２の接続ロッド（５）は、可撓性材料によって形成されていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１８】
モータの回転を、駆動伝達部（１６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（１６）と離間する位置に設けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（１３ａ）を有する第１の接続ロッド（１３）と、
前記第１の接続ロッド（１３）の第１の噛合部（１３ａ）に噛合する第１の中間噛合部（１４ａ）を有する第１の駆動経由部（１４）と、
前記第１の駆動経由部（１４）の第１の中間噛合部（１４ａ）に噛合する第２の噛合部（２１ａ）と、該第２の噛合部（２１ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（２１ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（２１）と、
前記第２の接続ロッド（２１）の第３の噛合部（２１ｂ）に噛合する第２の中間噛合部（２２ａ）を有する第２の駆動経由部（２２）と、
前記第２の駆動経由部（２２）の第２の中間噛合部（２２ａ）に噛合する第４の噛合部（１５ａ）と、該第４の噛合部（１５ａ）とは反対側の端部に設けられる第５の噛合部（１５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第３の接続ロッド（１５）と、
前記第３の接続ロッド（１５）の第５の噛合部（１５ｂ）に噛合する第６の噛合部（１７ａ）を有する前記駆動伝達部（１６）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項１９】
モータの回転を、駆動伝達部（１６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）であって、
前記複数の駆動伝達部（１６）と離間する人体の腰部より上方の腹部及び背部を含む胴部に取り付けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（１３ａ）を有し、且つ人体の胴部に沿って腰関節まで延びる第１の接続ロッド（１３）と、
前記第１の接続ロッド（１３）の第１の噛合部（１３ａ）に噛合する第１の中間噛合部（１４ａ）を有し、且つ人体の腰関節部に回転自在に取り付けられる第１駆動経由部（１４）と、
前記第１の駆動経由部（１４）の第１の中間噛合部（１４ａ）に噛合する第２の噛合部（２１ａ）と、該第２の噛合部（２１ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（２１ｂ）とを有し、且つ人体の大腿部に沿って延びるように回転自在に設けられる第２の接続ロッド（２１）と、
前記第２の接続ロッド（２１）の第３の噛合部（２１ｂ）に噛合する第２の噛合部（２２ａ）を有し、且つ人体の膝関節部に回転自在に取り付けられる第２の駆動経由部（２２）と、
前記第２の駆動経由部（２２）の第２の中間噛合部（２２ａ）に噛合する第４の噛合部（１５ａ）と、該第４の噛合部（１５ａ）とは反対側の端部に設けられる第５の噛合部（１５ｂ）とを有し、且つ人体の下腿部に沿って延びるように回転自在に設けられる第３の接続ロッド（１５）と、
前記第３の接続ロッド（１５）の第５の噛合部（１５ｂ）に噛合する第６の噛合部（１７ａ）を有し、且つ人体の足首関節部に取り付けられる前記駆動伝達部（１６）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２０】
モータの回転を、駆動伝達部（１６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）であって、
前記複数の駆動伝達部（１６）と離間する人体の肩部より前方又は公報の腹部及び背部を含む胴部に取り付けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（１３ａ）を有し、且つ人体の胴部に沿って肩部まで延びる第１の接続ロッド（１３）と、
前記第１の接続ロッド（１３）の第１の噛合部（１３ａ）に噛合する第１の中間噛合部（１４ａ）を有し、且つ人体の肩部に回転自在に取り付けられる第１の駆動経由部（１４）と、
前記第１の駆動経由部（１４）の第１の中間噛合部（１４ａ）に噛合する第２の噛合部（２１ａ）と、該第２の噛合部（２１ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（２１ｂ）とを有し、且つ人体の上腕部に沿って延びるように回転自在に設けられる第２の接続ロッド（２１）と、
前記第２の接続ロッド（２１）の第３の噛合部（２１ｂ）に噛合する第２の噛合部（２２ａ）を有し、且つ人体の肘部に回転自在に取り付けられる第２の駆動経由部（２２）と、
前記第２の駆動経由部（２２）の第２の中間噛合部（２２ａ）に噛合する第４の噛合部（１５ａ）と、該第４の噛合部（１５ａ）とは反対側の端部に設けられる第５の噛合部（１５ｂ）とを有し、且つ人体の下腕部に沿って延びるように回転自在に設けられる第３の接続ロッド（１５）と、
前記第３の接続ロッド（１５）の第５の噛合部（１５ｂ）に噛合する第６の噛合部（１７ａ）を有し、且つ人体の手首関節部に取り付けられる前記駆動伝達部（１６）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２１】
請求項１８乃至２０の何れか１項に記載の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）において、
前記駆動経由部は３箇所以上設けられていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２２】
モータの回転を、駆動伝達部（６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（６）と離間する位置に設けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（３ａ）を有する第１の接続ロッド（３）と、
前記第１の接続ロッド（３）の第１の噛合部（３ａ）に噛合する中間噛合部（４ａ）を有する駆動経由部（４）と、
前記駆動経由部（４）の中間噛合部（４ａ）に噛合する第２の噛合部（５ａ）と、該第２の噛合部（５ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（５）と、
前記第２の接続ロッド（５）の端部に設けられたワイヤ駆動式人工筋肉装置（３０）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２３】
モータの回転を、駆動伝達部（１６）に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）であって、
前記駆動伝達部（１６）と離間する位置に設けられるモータ（２）と、
前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（１３ａ）を有する第１の接続ロッド（１３）と、
前記第１の接続ロッド（１３）の第１の噛合部（１３ａ）に噛合する第１の中間噛合部（１４ａ）を有する第１の駆動経由部（１４）と、
前記第１の駆動経由部（１４）の第１の中間噛合部（１４ａ）に噛合する第２の噛合部（２１ａ）と、該第２の噛合部（２１ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（２１ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（２１）と、
前記第２の接続ロッド（２１）の第３の噛合部（２１ｂ）に噛合する第２の中間噛合部（２２ａ）を有する第２の駆動経由部（２２）と、
前記第２の駆動経由部（２２）の第２の中間噛合部（２２ａ）に噛合する第４の噛合部（１５ａ）と、該第４の噛合部（１５ａ）とは反対側の端部に設けられる第５の噛合部（１５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第３の接続ロッド（１５）と、
前記第３の接続ロッド（１５）の端部に設けられたワイヤ駆動式人工筋肉装置（３０）と、を備えていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【請求項２４】
請求項２３又は２４に記載の脚部又は腕部動作ウエアラブルロボット（１）において、
前記駆動経由部は３箇所以上設けられていることを特徴とするウエアラブルロボット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、人体の脚部又は腕部に装着して身体機能を補助、改善、拡張させることによって人を支援するウエアラブルロボットに関し、特に歩行困難者の歩行動作を支援する脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットに係るものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、人体に装着して身体機能を補助、改善、拡張させることによって人を支援するウエアラブルロボットの開発が活発に行われている。そして、福祉や医療等の分野あるいは事故後のケアやリハビリを行っている分野では歩行困難者に装着させてその歩行動作を支援する歩行支援式ウエアラブルロボットの開発が注目を集めている。
【０００３】
従来の歩行支援式ウエアラブルロボットとしては、スイッチの切り替え操作によって足の上げ下げ動作を行うもの、装着者の筋電から装着者の動作を検出して装着部となる股関節や膝関節等の動きを補助する「ＨＡＬ」と呼ばれているもの等がある。また、フレキシブルシャフトを使用することで動作支援部位となる膝関節や一般に足関節と呼ばれている足首関節から離れた個所にモータを設置することを可能にして装着性を向上させ、更にモータの回転角と関節動作補助部の駆動角とに基づいてモータの駆動制御を自動的に行うことで使い勝手を向上させるようにした下記の特許文献１に示すような密着型歩行支援装置も開発されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−２１３６７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記特許文献１によれば次の問題点が生じる。  
人体の腰に装着されたモータ０２０２の駆動を直接的に足首関節まで伝達しているが、関節を曲げる等、フレキシブルシャフトの曲率が大きくなる使用状況では伝達効率が低下するので、モータの駆動力の伝達において大きな伝達ロスが生ずるという問題点がある。同時にモータと足首関節とを結ぶフレキシブルシャフト０２０５の長さが長くなり、フレキシブルシャフトの引き回しが困難になるという問題点がある。
【０００６】
更に、モータを駆動するバッテリの電力が切れたとき等は人力で、関節駆動部での減速機として使用されているウォーム０３０２とウォームホイール０３０１を駆動する必要があるが、その駆動負荷は極めて大きく現実には無理であるため結果として歩行が不可能になってしまう。従って、モータの回転によって関節駆動部に力が加えられたとき、その関節駆動部が可動し、且つその可動に伴って生じた力が入力側に伝わる伝わり易さの指標であるバックドライバビリティという考え方を踏まえた装置の開発の必要性が生ずる。
【０００７】
そして、本発明は上記従来の歩行支援式ウエアラブルロボットが抱えているこのような問題点を解決すべく、モータ等の駆動源から大きな距離だけ離れた位置にある足首関節等の動きをアシストする際に、駆動力伝達ロスが少なく、かつバッテリ等の電力が喪失した等の非常時においても装着者の人力で容易に可動し得る、バックドライバビリティ機能を有して装着者に優しく、しかも美感、操作性に優れた脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット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】
【０００８】
本発明の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）（以下、単に、動作支援式ウエアラブルロボットという）は、モータの回転を、駆動伝達部に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）であって、前記複数の駆動伝達部と離間する位置に設けられるモータ（２）と、前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（３ａ）を有する第１の接続ロッド（３）と、前記第１の接続ロッド（３）の第１の噛合部（３ａ）に噛合する中間噛合部（４ａ）を有する駆動経由部（４）と、前記駆動経由部（４）の中間噛合部（４ａ）に噛合する第２の噛合部（５ａ）と、該第２の噛合部（５ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（５）と、前記第２の接続ロッド（５）の第３の噛合部（５ｂ）に噛合する第４の噛合部（７ａ）を有する前記駆動伝達部（６）と、を備えることによって構成されている。
【０００９】
また、前記第１の噛合部（３ａ）、中間噛合部（４ａ）及び第２の噛合部（５ａ）、第３の噛合部（５ｂ）及び第４の噛合部（７ａ）の少なくとも１つは、ベベルキヤを採用することが可能であり、他にハイポイドギヤ、スピロイドギヤを採用することも可能である。  
【００１０】
また、前記駆動伝達部（６）は、第４の噛合部（７ａ）を有する減速機構（７）と、該減速機構（７）の出力軸（７ｃ）の回転を接続又は遮断可能に伝達するクラッチ（８）とを備えることによって構成することが可能である。そして、該クラッチ（８）としては双方向クラッチを採用することが望ましい。
【００１１】
また、前記第１の接続ロッド（３）と第２の接続ロッド（５）は、剛性材料によって形成することが可能であり、他に可撓性材料によって形成することも可能である。  
また、前記構成の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）は、人体の膝関節及び足首関節の動きを支援するために使用することが可能であり、その場合にはモータ（２）は人体の大腿部、該大腿部より上方の腰部、腹部又は背部に取り付けることが可能である。
【００１２】
また、その場合には前記第１の接続ロッド（３）は、人体の大腿部の側部に沿って延びるように配置することが可能で、前記中間噛合部（４ａ）は、人体の膝関節の側部に取り付けることが可能である。  
【００１３】
また、その場合には前記第２の接続ロッド（５）は、下腿部の側部に沿って延びるように設けることが可能であり、駆動伝達部（６）は、人体の足首関節の側部に取り付けることが可能である。
【００１４】
また、本発明の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）は、モータの回転を、駆動伝達部に伝えて駆動させる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）であって、前記駆動伝達部と離間する位置に設けられるモータ（２）と、前記モータ（２）の出力軸と回転自在に連結され、前記モータ（２）とは反対側の端部に第１の噛合部（１３ａ）を有する第１の接続ロッド（１３）と、前記第１の接続ロッド（１３）の第１の噛合部（１３ａ）に噛合する第１の中間噛合部（１４ａ）を有する第１駆動経由部（１４）と、前記第１の駆動経由部（１４）の第１の中間噛合部（１４ａ）に噛合する第２の噛合部（２１ａ）と、該第２の噛合部（２１ａ）とは反対側の端部に設けられる第３の噛合部（２１ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド（２１）と、前記第２の接続ロッド（２１）の第３の噛合部（２１ｂ）に噛合する第２の中間噛合部（２２ａ）を有する駆動経由部（２２）と、前記駆動経由部（２２）の第２の中間噛合部（２２ａ）に噛合する第４の噛合部（１５ａ）とは反対側の端部に設けられる第５の噛合部（１５ｂ）とを有し、回転自在に設けられる第３の接続ロッド（１５）と、前記第３の接続ロッド（１５）の第５の噛合部（１５ｂ）に噛合する第６の噛合部（１７ａ）を有する駆動伝達部（１６）と、を備えることによって構成されていてもよい。
【００１５】
また、前記構成の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）は、人体の一般に股関節と呼ばれている腰関節、膝関節及び一般に足関節と呼ばれている足首関節の動きを支援するために使用することが可能であり、その場合にはモータ（２）は人体の腰部より上方の腹部及び背部を含む胴部に取り付けことが可能である。  
【００１６】
また、その場合には前記第１の接続ロッド（１３）は、人体の胴部に沿って腰関節まで延びるように配置することが可能で、前記第１の中間噛合部（１４ａ）は、人体の腰関節の側部に取り付けることが可能である。
【００１７】
また、その場合には前記第２の接続ロッド（２１）は、人体の大腿部の側部に沿って延びるように配置することが可能で、前記第２の中間噛合部（２１ａ）は、人体の大腿部の側部に沿って延びるように配置することが可能である。
【００１８】
また、その場合には前記第２の中間噛合部（１４ａ）は、人体の膝関節の側部に取り付けることが可能であり、前記第３の接続ロッド（１５）は、人体の下腿部の側部に沿って延びるように配置することが可能である。また、駆動伝達部（１６）は、人体の足首関節の側部に取り付けることが可能である。
【００１９】
また、上記脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットは、脚部のみで無く、腕部に適用することも可能である。
また、上記脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットは、最終段階の駆動伝達部（６）又は（１６）として、ウォーム及びウォームギヤの噛合又はベベルギヤ、ハイポイドギヤ、スピロイドギヤの噛合等のみで無く、いわゆるワイヤ駆動式人工筋肉装置を提供することも可能である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット（１）によれば次に示す効果がある。  
（１）まず、腰等に装着したモータから足首関節の駆動伝達部を途中の膝部に装着した駆動経由部を経由して駆動しているので、関節を曲げる使用状況においても、従来例のフレキシブルシャフト使用の場合の如く曲率が大きくなって伝達効率の低下を招く部材が無いため、伝達ロスなく足首関節を駆動することができる。またモータ、駆動経由部、駆動伝達部間を夫々連結する接続ロッドの長さは比較的短くて良いから構成及び動作が安定する。
【００２１】
（２）また、第１の噛合部、中間噛合部及び第２の噛合部を夫々ベベルギヤによって構成した場合には、回転軸が交差する２軸間の効率の良い動力伝達が可能になり、減速比も大きく設定できるようになる。  
また、第１の噛合部、中間噛合部及び第２の噛合部を夫々ハイポイドギヤによって構成した場合には、回転軸がねじれの位置（オフセットされた位置）にある食い違い２軸間の動力伝達が可能になる。  
また、第１の噛合部、中間噛合部及び第２の噛合部を夫々スピロイドギヤによって構成した場合には、上記ハイポイドギヤよりも回転軸のオフセット量の大きな食い違い２軸間の動力伝達が可能になる。
【００２２】
（３）また、駆動伝達部を第４の噛合部を有する減速機構と、該減速機構の出力軸の回転を接続又は遮断可能に伝達するクラッチとを備えることによって構成した場合には、電力喪失等の非常時において、クラッチを遮断することで駆動負荷を小さくすることができるため歩行が不可能になってしまう事態を回避することができる。  
また、前記クラッチとして双方向クラッチを採用した場合には。入力軸から出力軸への確実な双方向の動力伝達を比較的シンプルな構成で安価に実現でき、クラッチの連結を解除することで出力軸に作用する動力伝達を遮断できるから、駆動伝達部を介してその出力節に所定の方向、大きさの力を作用させた時、その出力節が伝達効率良く可動すると共に、且つその可動に伴って生じた力が入力節側に伝わる伝わり易さの指標であるバックドライバビリティ機能が向上する。
【００２３】
（４）モータの駆動を最終の駆動伝達部に直接伝達するのでなく、途中に駆動経由部を設けたため、接続ロッドの剛性の大小にかかわらず適用が可能となり、材料の選択性が向上する。
また、第１の接続ロッドと第２の接続ロッドを可撓性材料によって形成した場合には、装着者の身体の大きさや形状、動きに合わせて第１の接続ロッドと第２の接続ロッドが夫々撓むことで、装着者に対して無理のない快適な使用が見込まれる脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットを提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットを装着した状態を示す側面図である。
【図２】図２は、本発明の第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットにおける駆動経由部周辺を拡大して示す斜視図である。
【図３】図３は、本発明の第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットにおける駆動伝達部周辺を拡大して示す分解斜視図である。
【図４】図４は、本発明の第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットにおける第１の噛合部、中間噛合部及び第２の噛合部の他の態様を示す駆動経由部周辺の拡大側面図である。
【図５】図５は、本発明の第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットにおける第１の噛合部、中間噛合部及び第２の噛合部の更に他の態様を示す駆動経由部周辺の拡大側面図である。
【図６】図６は、本発明の第２の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットを装着した状態を示す側面図である。
【図７】図７は、本発明の第３の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボットの足首関節部の駆動に適用するワイヤ駆動機構の斜視図である。
【図８】図８は、図７に示すワイヤ駆動機構の正面図である。
【図９】図９Ａは、図７に示すワイヤ駆動機構の概略平面図、図９Ｂはそのホイール部分の概略側面図である。
【図１０】図１０Ｂは、図７に示すワイヤ駆動機構の他の変形例の概略平面図、図１０Ｂはそのホイール部分の概略側面図である。
【図１１】図１１は、図７及び図１０に示すワイヤ駆動機構を人体の足首関節部に適用した状態を示す部分側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１を図１乃至図５に示す第１の実施形態と図６に示す第２の実施形態とに基づいて具体的に説明する。最初に、図１に基づいて本発明の動作支援式ウエアラブルロボット１の全体構成の概略について説明し、続いて図１乃至図５に基づいて本発明の第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａの具体的構成とその作動態様について説明する。
【００２６】
次に、図６に基づいて本発明の第２の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂの具体的構成を前記第１の実施形態との差異を中心に説明し、その後、当該第２の実施形態の作動態様に言及する。
【００２７】
（１）脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボットの全体構成（図１参照）
本発明の動作支援式ウエアラブルロボット１は、人体に装着して身体機能を補助、改善、拡張させることによって歩行困難者の歩行動作を支援するウエアラブルロボットである。
【００２８】
具体的には、上記駆動経由部４及び駆動伝達部６と離間する位置に設けられるモータ２と、該モータ２の図示しない出力軸に対して回転自在に連結され、該モータ２とは反対側の端部に第１の噛合部３ａを有する第１の接続ロッド３と、該第１の接続ロッド３の第１の噛合部３ａに噛合する中間噛合部４ａを有する駆動経由部４と、該駆動経由部４の中間噛合部４ａに噛合する第２の噛合部５ａと、該第２の噛合部５ａとは反対側の端部に設けられる第３の噛合部５ｂとを有し、回転自在に設けられる第２の接続ロッド５と、該第２の接続ロッド５の第３の噛合部５ｂに噛合する第４の噛合部７ａを有する駆動伝達部６と、を備えることによって本発明の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１は基本的に構成されている。
【００２９】
従って、単一のモータ２の回転を、直列的に配置された駆動伝達系統２３に導いて該駆動伝達系統２３の途中又はその終端に配置される駆動経由部４及び駆動伝達部６に伝えて同時に駆動させる構造の動作支援式ウエアラブルロボット１になっている。
【００３０】
尚、図１では装着者の身体の一側部のみを図示しているが、上記構成の装置は身体の一側部のみに取り付けてもよいし、身体の両側部において左右対称になるように取り付けることも可能である。
【００３１】
（２）第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボットの具体的構成（図１乃至図５参照）
本発明の第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａは、図１に示す如く、人体１００の膝関節１００ｂの動作と足首関節１００ｄの動作を支援するため、駆動経由部４を膝関節１００ｂに配置し、駆動伝達部６を足首関節１００ｄに配置している。そして、一例として人体１００の大腿部１００ａの上方に位置する腰部１００ｆの側部に配置したモータ２から動力を受けて第１の接続ロッド３を介して駆動伝達系統２３の途中に配置された駆動経由部４に動力が伝達され、更に第２の接続ロッド５を介して駆動伝達系統２３の終端に配置された駆動伝達部６に動力が伝達されるように構成されている。
【００３２】
モータ２は、回転角度を細かく制御できるロータリーエンコーダを搭載したステッピングモータ等が一例として採用でき、図示しないバッテリから給電を受けて動作するＤＣモータが好ましい。モータ２の配置は、図示の如く腰部１００ｆの側部に限らず、上述した駆動経由部４及び駆動伝達部６と離間する人体１００の大腿部１００ａ、該大腿部１００ａより上方の腰部１００ｆの他の部位、あるいは腹部１００ｇ又は背部１００ｈの適宜の部位等に設定することが可能である。また、モータ２は一例として取付けバンド１０１を使用して取り付けられている。
【００３３】
モータ２の出力軸には、図示しないカップリング等を介して第１の接続ロッド３の基端部が連結されている。第１の接続ロッド３は、人体１００の大腿部１００ａの側部に沿って延びるように配置されており、第１の接続ロッド３としては、剛性を有する金属製の棒状の部材や可撓性を有するフレキシブルシャフトが適用できる。  
【００３４】
また、第１の接続ロッド３の先端部には、一例としてベベルキヤによって構成される第１の噛合部３ａとなるピニオンギヤが設けられている。また、このピニオンギヤには、同じく一例としてベベルギヤによって構成される中間噛合部４ａとなるリングギヤが噛合している。また、該中間噛合部４ａには、第２の接続ロッド５の基端部に設けられている同じく一例としてベベルギヤによって構成される第２の噛合部５ａとなる別のピニオンギヤが噛合している。
【００３５】
尚、ベベルギヤとしては、歯が軸に沿って直線的に切られたストレートベベルギヤ、歯が軸に対して斜めに切られたヘリカルベベルギヤや曲線状に切られたスパイラルベベルギヤが採用可能である。
【００３６】
また、第１の噛合部３ａ、中間噛合部４ａ及び第２の噛合部５ａは、ベベルギヤに限らず図４に示すようなハイポイドギヤや図５に示すようなスピロイドギヤによって構成することも可能である。ハイポイドギヤは、上述したスパイラルベベルギヤの入出力軸をオフセット量Ｄ１分、オフセットした食い違い２軸間の動力伝達に使用される歯車である。また、スピロイドギヤは、上記ハイポイドギヤよりも大きなオフセット量Ｄ２分、オフセットした食い違い２軸間の動力伝達に使用される歯車である。
【００３７】
駆動経由部４は、図２に示す如く、人体１００の膝関節１００ｂの側部に設けられており、上述した中間噛合部４ａとなるリングギヤと、該中間噛合部４ａを支持して一体に回転し、下腿部１００ｃに対して取り付けられる下腿側取付け部材１０２ａと、大腿部１００ａに対して取り付けられる大腿側取付け部材１０２ｂと、上記下腿側取付け部材１０２ａと大腿側取付け部材１０２ｂを回転自在に接続して上記中間噛合部４ａの回転中心となる回転軸４ｂとを備えることによって一例として構成されている。
【００３８】
また、入力端に上記第２の噛合部５ａとなるピニオンギヤを備える第２の接続ロッド５は、下腿部１００ｃの側部に沿って延びるように配置されている。そして、この第２の接続ロッド５としても上記第１の接続ロッド３と同様、剛性を有する金属製の棒状の部材や可撓性を有するフレキシブルシャフトが適用可能である。  
【００３９】
また、上記第２の接続ロッド５の出力端には、上述した第３の噛合部５ｂが設けられており、該第３の噛合部５ｂには、足首関節１００ｄに配置されている、次に述べる駆動伝達部６の減速機構７の構成要素である第４の噛合部７ａが噛合している。第３の噛合部５ｂと第４の噛合部７ａとしては、円筒状のねじ歯車によって構成されるウォームと該ウォームと噛合する歯が周面に形成されたウォームホイールとから構成されるウォームギヤ機構が一例として採用可能である。
【００４０】
ウォームギヤ機構は、大きな減速比が得られる歯車機構で、バックラッシュを小さくすることができることが特徴になっている。また、上記ウォームの形状を鼓形にしたグロボイドウォームを使用したグロボイドウォームギヤ機構を採用することも可能である。
【００４１】
駆動伝達部６は、上述したように人体１００の足首関節１００ｄの側部に設けられており、図３に示す如く、上述したウォームによって構成される第３の噛合部５ｂと、該第３の噛合部５ｂに噛合するウォームホイールによって構成される第４の噛合部７ａと、該第４の噛合部７ａとハウジング７ｂを有する減速機構７と、該減速機構７の出力軸７ｃの回転を接続又は遮断可能に伝達するクラッチ８と、該クラッチ８を保持して足部１００ｅに対して一体に取り付けられるクラッチ保持板１０３と、を備えることによって一例として構成されている。
【００４２】
クラッチ８としては、図示しないバッテリから給電を受けて動作する電磁クラッチや電力を使用しない、より簡素な機械的クラッチによって構成される双方向クラッチが採用可能である。ここで双方向クラッチとは、動力伝達状態では入力軸の正転方向と逆転方向の双方向の回転を出力軸に伝達し、動力遮断状態では入出力軸間の双方向の回転を遮断する構造のクラッチである。従って、正転方向と逆転方向の何れか一方向のみで回転を伝達する一方向クラッチに比べてバックドライバビリティ機能が効果的に発揮される。  
【００４３】
また、図示のクラッチ８は、上述した減速機構７の出力軸７ｃが挿嵌されて一体に回転する内側クラッチ部８ａと、その外周に同軸的に配置される外側クラッチ部８ｂとを備えることによって構成されている。そして、このうち外側クラッチ部８ｂは上述したクラッチ保持板１０３に取り付けられて足部１００ｅと一体に動作するように構成されている。  
【００４４】
また、減速機構７としては、上述したウォームギヤ機構以外のベベルギヤ、ハイポイドギヤ及びスピロイドギヤ等の他の機構でもよく、更にウォームギヤ機構で減速した回転を遊星歯車機構等で更に減速するようにすることも可能である。これは後述する図６の実施例においても同様である。
【００４５】
クラッチ８は、減速機構７とクラッチ保持板１０３との間に配置する場合に限らず、モータ２と駆動経由部４との間の駆動伝達系統２３や駆動経由部４と駆動伝達部６との間の駆動伝達系統２３に対して配置することも可能である。ただし、この場合駆動経由部４自体又は減速機構７自体にバックドライバビリティ機能を持たせる構成が必要となる。
【００４６】
（３）第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボットの作動態様（図１乃至図３参照）
次に、このようにして構成される動作支援式ウエアラブルロボット１Ａの作動態様を（Ａ）通常動作時と（Ｂ）電力喪失時とに分けて説明する。
【００４７】
（Ａ）通常動作時
モータ２が駆動されると、モータ２の出力軸が回転して第１の接続ロッド３を所定の方向に所定の回転角度、回転させる。この時の第１の接続ロッド３の回転角度をφ１とする。第１の接続ロッド３が図２中矢印ａで示す方向に回転すると、第１の接続ロッド３の出力端に設けられている第１の噛合部３ａとなるピニオンギヤも同方向ａに同じ回転角度φ１回転する。ここで、第１の噛合部３ａとなるピニオンギヤの歯数をＺ１とする。
【００４８】
第１の噛合部３ａが回転すると、該第１の噛合部３ａと噛合する中間噛合部４ａとなるリングギヤは図中矢印ｂで示す反時計方向に所定の回転角度回転する。この時の中間噛合部４ａの回転角度をΔθとし、中間噛合部４ａの歯数をＺＲとすると、中間噛合部４ａの回転角度ΔθはΔθ＝φ１・Ｚ１／ＺＲとなる。尚、中間噛合部４ａの回転角度Δθは一例として０°〜１４０°の範囲に設定する。  
【００４９】
中間噛合部４ａが回転すると下腿側取付け部材１０２ａは、大腿側取付け部材１０２ｂに対して相対的に同方向ｂに同じ回転角度Δθだけ回転する。これに伴い、下腿側取付け部材１０２ａが取り付けられている下腿部１００ｃは、当該駆動経由部４による支援を受けて同方向ｂに回転角度Δθ回転し後方に折り曲げられた状態になって歩行動作を支援する。
【００５０】
中間噛合部４ａが回転すると、中間噛合部４ａに噛合している第２の噛合部５ａも所定の方向に所定の回転角度、同時に回転する。中間噛合部４ａが図２中矢印ｂで示す反時計方向に回転すると、第２の噛合部５ａは、図２中矢印ｃで示す方向に回転する。この時の第２の噛合部５ａの回転角度をφ２とし、第２の噛合部５ａとなるピニオンギヤの歯数をＺ２とすると、第２の噛合部５ａの回転角度φ２はφ２＝Δθ・ＺＲ／Ｚ２となる。  
【００５１】
第２の噛合部５ａが回転すると、第２の接続ロッド５と第２の接続ロッド５の出力端に設けられている第３の噛合部５ｂとなるウォーム５ｂも同方向ｃに回転角度φ２回転する。第３の噛合部５ｂが図３中矢印ｃで示す方向に回転角度φ２回転すると、第３の噛合部５ｂに噛合している第４の噛合部７ａとなるウォームホイールが図中矢印ｄで示す時計方向に所定の回転角度回転する。この時、第４の噛合部７ａの回転角度をΔα、第３の噛合部５ｂであるウォームと第４の噛合部７ａであるウォームホイール間の減速比をＲとすると、第４の噛合部７ａの回転角度ΔαはΔα＝φ２・Ｒとなる。
【００５２】
そして、クラッチ８の内側クラッチ８ａと外側クラッチ部８ｂが連結されて動力伝達状態になっている時は、第２の接続ロッド５の上記回転角度φ２分の回転が減速機構７によって減速されて上記Δαになり該減速機構７の出力軸７ｃとクラッチ８を介してクラッチ保持板１０３に伝達される。  
【００５３】
これによりクラッチ保持板１０３と該クラッチ保持板１０３が取り付けられている足部１００ｅは、減速機構７の出力軸７ｃを中心に図３中矢印ｄで示す時計回りに回転して歩行動作を支援する。尚、上述した第１の接続ロッド３の回転角度φ１と第２の接続ロッド５の回転角度φ２との回転比はφ１＞φ２となる減速でもよいし、φ１＜φ２となる増速でもよいし、φ１＝φ２となる等速でもよい。
【００５４】
また、減速機構７の減速比Ｒを１／１００に設定する場合には、上述したウォームとウォームホイールとの噛合によって減速比を１／１００にしてもよいし、ウォームとウォームホイールとの噛合で減速比を１／１０にし、更に遊星ギヤ機構によって１／１０に減速して合計で１／１００の減速比Ｒを達成するようにしてもよい。同様にウォームギヤ機構とハイポイドギヤ等との組み合わせによって１／１００の減速比Ｒを達成するようにすることも可能である。  
【００５５】
尚、モータ２に近い側で大きな減速を行うと伝達軸のトルクが大きくなるため伝達軸自体の直径を大きくする必要が生じる。従って、モータ２から遠い位置にある足部１００ｅに近い側で大きな減速を行うことが好ましい。因みにＰｉｎを入力パワー、Ｐｏｕｔを出力パワー、Ｔｉｎを入力トルク、Ｔｏｕｔを出力トルク、入力側回転数をｎ１、出力側回転数をｎ２とした場合の減速比Ｒの変化に対する伝達効率Ｅの変化は、η＝Ｐｏｕｔ／Ｐｉｎ＝（Ｔｏｕｔ×ｎ２）／（Ｔｉｎ×ｎ１）で表される。
何れにせよ、駆動経由部４及び駆動伝達部６において、第１噛合部３ａと中間噛合部４ａ、中間噛合部４ａと第２噛合部５ａの各変速比、更には駆動伝達部６の減速比は適宜に変更して組合せることが可能である。
【００５６】
（Ｂ）電力喪失時
次に、電力喪失時の動作支援式ウエアラブルロボット１Ａの作動態様について説明する。装着者が歩行動作時にバッテリが切れてモータ２に給電することができなくなった場合には、手動操作でクラッチ８の連結状態を解除して動力遮断状態にする。これによりクラッチ８よりも上流側の駆動伝達系統２３上に配置されている機械的な動力伝達部材を強制的に動作させる必要がなくなり、装着者の人体１００にかかる負荷が大幅に軽減されるため、前進方向又は後進方向双方の歩行動作の継続が可能になる。従って、前進方向と後進方向の双方向にバックドライバビリティ機能を動作支援式ウエアラブルロボット１Ａに持たせることが可能になる。  
【００５７】
一方、上記クラッチ８を設けない場合には、人力のみによって足部１００ｅ、下腿部１００ｃ及び大腿部１００ａを動かして、同時に駆動伝達系統２３上に配置されている機械的な動力伝達部材をすべて逆に辿ってモータ２を強制的に回転動作させつつ歩行動作を行わなければならない。これは、上記機械的な動力伝達部材を増速方向に動かすことになり、その駆動負荷は過大であるため、歩行困難者にそれを求めることは事実上不可能である。
【００５８】
そして、このようにして構成される第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａによれば、単一のモータ２で駆動経由部４及び駆動伝達部６を同時に駆動でき、動力伝達部材の部品点数を削減することができるから、装置の小型・軽量化を図ることが可能になる。また、クラッチ８の採用によって電力喪失等の非常時にも対応できるから装着者に優しく、バックドライバビリティ機能と美感と操作性とに優れた動作支援式ウエアラブルロボット１を提供することが可能になる。
【００５９】
第１の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１Ａの適用対象は、脚部に限らず腕部でもよい。この場合はモータを肩部に設け、駆動経由部４及び駆動伝達部６を夫々、肘部及び手首部に設ければ、同様に手部を駆動できる。
【００６０】
また、図１中、駆動経由部４の減速比（又は増速比）と駆動伝達部６の減速比との比率も適宜変更できる。これは後述する図６の実施例中、第１及び第２の駆動経由部１４、及び駆動伝達部１６の関係も同様である。
【００６１】
（４）第２の実施形態の構成（図６参照）
本発明の第２の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂは、前述した第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａの構成をすべて含んでおり、該構成に一般に股関節と呼ばれている腰関節１００ｉの動きを支援する機能を追加した構成になっている。  
【００６２】
従って、ここでは、上記第１の実施形態と同様の構成については詳細な説明を省略し、本実施形態において新たに追加した構成とその作動態様を中心に具体的に説明する。
即ち、本実施形態では単一のモータ２を使用して直列的に配置された駆動伝達系統２３に配置された３つの駆動経由部１４、２２及び駆動伝達部１６を同時に駆動するように構成されている。そして、モータ２の回転が最初に伝達される第１の駆動経由部１４で腰関節１００ｉの動きを支援し、２番目に動力が伝達される第２の駆動経由部２２で膝関節１００ｂの動きを支援し、３番目に動力が伝達される駆動伝達部１６で足首関節１００ｄの動きを支援するように構成されている。
【００６３】
また、膝関節１００ｂの動きを支援する第２の駆動経由部２２の構成としてベベルギヤを使用し、足首関節１００ｄの動きを支援する駆動伝達部１６の構成としてウォームギヤ機構を使用しており、上記第２の駆動経由部２２に動力を伝達する第２の接続ロッド２１以降の構成が前記第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａと同様の構成になっている。  
【００６４】
具体的には、本実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂは、上記３つの駆動経由部１４、２２及び駆動伝達部１６と離間する人体１００の腰部１００ｆよりも上方の胴部１００ｊの側部に取り付けられるモータ２と、該モータ２の図示しない出力軸と回転自在に連結され、該モータ２とは反対側の端部に第１の噛合部１３ａを有し、且つ人体１００の胴部１００ｊに沿って腰関節１００ｉまで延びる第１の接続ロッド１３と、該第１の接続ロッド１３の第１の噛合部１３ａに噛合する第１の中間噛合部１４ａを有し、且つ人体１００の腰関節１００ｉの側部に回転自在に取り付けられる第１の駆動経由部１４と、該第１の駆動経由部１４の第１の中間噛合部１４ａに噛合する第２の噛合部２１ａと、該第２の噛合部２１ａとは反対側の端部に設けた第３の噛合部２１ｂを有し、且つ人体１００の大腿部１００ａの側部に沿って延びるように回転自在に設けられる第２の接続ロッド２１と、該第２の接続ロッド２１の第３の噛合部２１ｂに噛合する第２の中間噛合部２２ａを有し、人体の膝関節１００ｂの側部に回転自在に取り付けられる第２の駆動経由部２２と、第２の駆動経由部２２の第２の中間噛合部２２ａに噛合する第４の噛合部１５ａと、該第４の噛合部１５ａとは反対側の端部に設けた第５の噛合部１５ｂとを有し、且つ人体１００の下腿部１００ｃの側部に沿って延びるように回転自在に設けられる第３の接続ロッド１５と、該第３の接続ロッド１５の第５の噛合部１５ｂに噛合する第６の噛合部１７ａを有し、且つ人体１００の足首関節１００ｄの側部に取り付けられる駆動伝達部１６と、を備えることによって基本的に構成されている。
【００６５】
第１の接続ロッド１３は、第２の接続ロッド２１と同様の剛性を有する金属製の棒状の部材や可撓性を有するフレキシブルシャフトが適用できる。また、第１の噛合部１３ａと第２の噛合部２１ａとしては、一例としてベベルギヤによって構成されるピニオンギヤが適用でき、これらと噛合する第１の中間噛合部１４ａとしては、一例としてベベルギヤのよって構成されるリングギヤが適用できる。
【００６６】
また、上記第１の噛合部１３ａ、第２の噛合部２１ａ及び第１の中間噛合部１４ａは、前記第１の実施形態の第１の噛合部３ａ、第２の噛合部５ａ及び中間噛合部４ａと同様、ストレートベベルギヤ、ヘリカルベベルギヤあるいはスパイラルベベルギヤ等の各種のベベルギヤが適用できる他、図４に示すようなハイポイドギヤや図５に示すようなスピロイドギヤが適用可能である。
【００６７】
また、上記第２の噛合部２１ａが入力端に設けられる第２の接続ロッド２１の出力端には第３の噛合部２１ｂが設けられており、当該第２の接続ロッド２１以降の構成は前記第１の実施形態に係る第１の接続ロッド３以降の構成と同様の構成になっている。
【００６８】
（５）第２の実施形態の作動態様（図６参照）
次に、このようにして構成される本実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂの通常動作時の作動態様を説明する。
【００６９】
モータ２が駆動されると、第１の接続ロッド１３が所定の方向に所定の回転角度回転する。この時の第１の接続ロッド１３の回転方向を図６中矢印ｅで示す方向にとると、第１の噛合部１３ａも同方向ｅに回転し、第１の中間噛合部１４ａは図６中矢印ｆで示す時計方向に回転する。  
【００７０】
第１の中間噛合部１４ａが矢印ｆで示す方向に回転すると、第１の中間噛合部１４ａに噛合する第２の噛合部２１ａが図６中矢印ｇで示す方向に回転する。以下、前記第１の実施形態の第１の接続ロッド３以降の作動態様と同様に、第２の中間噛合部２２ａは図６中矢印ｈに示す反時計方向に回転する。
【００７１】
また、第３の接続ロッド１５と、その入力端に設けられる第４の噛合部１５ａと、その出力端に設けられる第５の噛合部１５ｂは、図６中矢印ｉで示す方向に回転し、第６の噛合部１７ａは、図６中矢印ｊに示す時計方向に回転する。
【００７２】
また、本実施形態では、第１の駆動経由部１４で１段目の減速（増速又は等速でもよい）が実行され、第２の駆動経由部２２で２段目の減速（増速又は等速でもよい）が実行され、駆動伝達部１６で３段目の減速が実行されるようになっている。従って、第１の駆動経由部１４が配置されている腰関節１００ｉでは、上記１段目の減速（増速または等速でもよい）のみが実行されて大腿部１００ａは、図６中矢印ｆに示す方向に腰関節１００ｉを中心として回転角度Δθ１だけ折れ曲がることで腰関節１００ｉの動きを支援する。
【００７３】
また、第２の駆動経由部２２が配置されている膝関節１００ｂでは、上記１段目と２段目の減速（増速又は等速でもよい）が組み合わさった減速（増速又は等速でもよい）が実行されて下腿部１００ｃは、図６中矢印ｈに示す方向に膝関節１００ｂを中心として回転角度Δθ２だけ折れ曲がることで膝関節１００ｂの動きを支援する。
【００７４】
また、駆動伝達部１６が配置されている足首関節１００ｄでは、上記１段目乃至３段目の減速（増速又は等速を含む）が組み合わさった減速（増速又は等速を含む）が実行されて足部１００ｅは、図６中矢印ｊに示す方向に足首間節１００ｄを中心として回転角度Δβだけ折れ曲がることで足首関節１００ｄの動きを支援する。
【００７５】
そして、このようにして構成される第２の実施形態の係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂによっても、前記第１の実施形態に係る動作支援式ウエアラブルロボット１Ａと同様の作用、効果を享受することができ、更に本実施形態によれば、単一のモータ２と直列的に配置された１つの駆動伝達系統２３を設けることで３つの駆動経由部１４、２２及び駆動伝達部１６を同時に駆動することができる。従って膝関節１００ｂの動きと足首間節１００ｄの動きに加えて腰間節１００ｉの動きを少ない部品点数で効率良く支援できるようになり、装置の小型・軽量化にも寄与し得る動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂを提供することが可能になる。
【００７６】
第２の実施形態に係る脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１Ｂの適用対象は、脚部に限らず腕部でもよい。この場合はモータを腹部又は背部に設け、駆動経由部１４、２２及び駆動伝達部１６を夫々、肩部、肘部及び手首部に設ければ、同様に手部を駆動できる。
【００７７】
（６）第３の実施形態の構成及び作動態様（図７乃至図１１参照）
図７乃至図９に「ＱｕａｄＨｅｌｉｘ（クアドヘリクス）」（ドイツ国Ｆｒａｕｎｈｏｆｅｒ（フラウンホーファー）所有の登録商標名）という人工筋肉装置３０を示し（以下、本明細書中では「人工筋肉装置」と定義する）、以下、この人工筋肉装置３０を上記実施形態の足首又は手首関節部に適用した駆動伝達部１６に替えた実施形態について説明する。図７及び図９中、人工筋肉装置３０において、モータ３１の軸３１ａのウォームギヤ３２がウォームホイル３３に噛合し、又軸３１ａの先端部分に第１の駆動ワイヤ３５の巻き付け部３５ａが巻き付け形成され、又第２の駆動ワイヤ３６の巻き付け部３６ａが巻き付け形成される。４１ａ、４１ｂは左右一対のホイールであり、その軸方向はモータ軸３１ａと直交する方向（以下、左右方向という）である。また３７及び３８は夫々その軸方向が左右方向を向いた上方プーリ及び下方プーリで、夫々左右に一対のプーリ３７ａ、３７ｂ、及び３８ａ、３８ｂを有する。また３９ａ、３９ｂはホイール４１ａ側に設けたその軸方向がモータ軸３１ａと平行方向（以下、モータ軸方向という）の一対のプーリであり、また４０はホイール４１ｂ側に設けたその軸がモータ軸方向の一つのプーリであり、後述する如く第１及び第２のワイヤ３５、３６が共通に通過する。
【００７８】
第１のワイヤ３５は軸３１ａへの巻き付け部３５ａから左右方向へ伸びて、その一方の伸長ワイヤ部３５ｂはプーリ３９ａ、３７ｂを順次介してホイール４１ａの上方ワイヤ受け入れ溝に巻き付き、その他方の伸長ワイヤ部３５ｂの送り出し先端部はプーリ４０を介してホイール４１ｂのワイヤ受け入れ溝に巻き付く。
同様に、第２のワイヤ３６は軸３１ａへの巻き付け部３６ａから左右方向へ伸びて、その一方の伸長ワイヤ部３６ｂはプーリ３９ｂを介してホイール４１ａの下方ワイヤ受け入れ溝に巻き付き、これにより他方の伸長ワイヤ部３６ｂはプーリ４０を介してホイール４１ｂの下方ワイヤ受け入れ溝に巻き付く。この場合、第１及び第２のワイヤ３５、３６のホイール４１ａ、４１ｂの溝に巻き付けた端部は所定位置で該溝に固定される。なお、ウォームホイル３３が基礎に固定され且つモータ３１（軸３１ａ）がスライド機構３４により軸方向に往復スライド可能になっている。
【００７９】
モータ３１が駆動して軸３１ａが図８中時計方向へ回転すると、第１のワイヤ３５の左右両方の伸長ワイヤ部３５ｂが、図９中矢印Ａ１及びＡ２方向へ巻き付け部３５ａに対して追加的に巻き付けられ、これにより、ホイール４１は伸長ワイヤ部３５ｂにより引っ張られて図９中時計方向へ回転駆動される。
【００８０】
同時に、第２のワイヤ３６の巻き付け部３６ａが図９中矢印Ｂ１及びＢ２方向へ巻きほどかれて左右両方の伸長ワイヤ部３６ｂが、ホイール４１ａ、４１ｂの溝に送り出されて、上記ホイール４１の時計方向回転を許容する。
【００８１】
この場合、図９中、ウォーム３２は、基礎に固定されたウォームホイル３３との噛合によりスライド機構３４により、モータ３１と一体的に図中右方（矢印Ｘ方向）へ移動するため、軸３１ａも同方向へ移動し、第１のワイヤ３５の巻き付け部３５ａの軸方向巻き付け量がモータ３１方向に向かって増大するのを許容し、同時に第２のワイヤ３６の巻き付け部３６ａの軸方向巻き付け量がモータ３１とは反対方向に向かって減少するのを許容する。また、モータ３１が逆方向に回転すると、逆方向の動作が行われて、ホイール４１は反時計方向へ回転すると共に、ウォーム３２及びモータ３１は逆方向（矢印Ｙ方向）へスライドする。かくして、モータ３１の軸３１ａの回転速度は、ホイール４１に大幅に減速して伝達される。
【００８２】
次に、図１０に、図９の実施例の他の実施例を示すが、図９と同一部分には同一符号を付してその説明を省略する。この実施例は図９の実施例と殆ど同一であるが、モータ３１が基礎に固定され且つウォームホイル３３がスライド機構３４´により軸方向に往復スライド可能になっている点が異なる。
【００８３】
従って、全体的動作は図９の場合と同様であるが、この場合はモータ３１でなく、ウォームホイル３３が矢印Ｘ方向及びＹ方向へ往復移動してモータ３１の減速された回転をホイール４１に伝える。
【００８４】
次に、図１１は、上記人工筋肉装置３０を人体の足首関節１００ｄに適用した部分図を示す。モータ（図示せず）は、図１の場合と同様に腰関節１００ｉのバンド１０１に取付けられ、その駆動力伝達機構は、第１の接続ロッド３、駆動経由部４（図１参照）を介して第２の接続ロッド５（図７乃至図１０中のモータ軸３１ａに対応）を介してホイール４１に接続される。そしてモータの駆動力が減速されて最終的にホイール４１に伝達されホイール４１が回転して足首関節１００ｄを駆動する。
【００８５】
勿論この場合も、ホイール４１と同軸的にクラッチ８（図３参照）を設けて、バックドライバビリティを向上させても良い。
【００８６】
（７）他の実施形態
以上が本発明の基本的な実施形態であるが、本発明の脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット１は前述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内の部分的構成の変更や省略、あるいは当業者において周知、慣用の技術を追加することが可能である。
【００８７】
例えば、前述した図６に示す第２の実施形態では、クラッチ８については説明をしていないが、駆動伝達部１６には前記第１の実施形態の駆動伝達部６と同様のクラッチ８が配置されていることが望ましい。また、クラッチ８は、直列的に配置されている駆動伝達系統２３上に１つ設ける他、複数設けることも可能である。また、人体１００の一側部だけでなく、左右両側部に対称に駆動伝達系統２３を配置する場合には、単一のモータ２の出力軸の回転を左右の駆動伝達系統２３に振り分けて伝達するようにすることも可能である。
【符号の説明】
【００８８】
１    脚部又は腕部動作支援式ウエアラブルロボット
２    モータ
３    第１の接続ロッド
３ａ  第１の噛合部
４    駆動経由部
４ａ  中間噛合部
４ｂ  回転軸
５    第２の接続ロッド
５ａ  第２の噛合部
５ｂ  第３の噛合部
６    駆動伝達部
７    減速機構
７ａ  第４の噛合部
７ｂ  ハウジング
７ｃ  出力軸
８    クラッチ
８ａ  内側クラッチ部
８ｂ  外側クラッチ部
１３    第１の接続ロッド
１３ａ  第１の噛合部
１４    駆動経由部
１４ａ  第１の中間噛合部
１５    第３の接続ロッド
１５ａ  第４の噛合部
１５ｂ  第５の噛合部
１６    駆動伝達部
１７    減速機構
１７ａ  第６の噛合部
２１    第２の接続ロッド
２１ａ  第２の噛合部
２１ｂ  第３の噛合部
２２    第２の駆動経由部
２２ａ  第２の中間噛合部
２３    駆動伝達系統
３０    人工筋肉装置
３１    モータ
３２    ウォームギヤ
３３    ウォームホイル
３４、３４´    スライド機構
３５    第１の駆動ワイヤ
３６    第２の駆動ワイヤ
３５ａ、３６ａ    巻付け部
３７、３８、３９、４０    プーリ
４１    ホイール
１００    人体
１００ａ  大腿部
１００ｂ  膝関節
１００ｃ  下腿部
１００ｄ  足首間節
１００ｅ  足部
１００ｆ  腰部
１００ｇ  腹部
１００ｈ  廃部
１００ｉ  腰関節
１００ｊ  胴部
１０１    バンド
１０２    取付け部材
１０３    クラッチ保持板
Ｄ    オフセット量
φ１  （第１の接続ロッドの）回転角度
Ｚ１  （第１の噛合部の）歯数
Δθ  （中間噛合部の）回転角度
ＺＲ  （中間噛合部の）歯数
φ２  （第２の噛合部の）回転角度
Ｚ２  （第２の噛合部の）歯数
Δα  （第４の噛合部の）回転角度
Ｒ    減速比
Δβ  （第６の噛合部の）回転角度
【図１】
2017013157.tif 000003
【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】
2017013157.tif 000009
【図８】
2017013157.tif 000010
【図９】
2017013157.tif 000011
【図１０】
2017013157.tif 000012
【図１１】
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