上腕保持装置、及び、上腕補助装置
【課題】利用者の前腕部分、及び、手部分の動きの関連づけを実現することの可能な上腕保持装置、及び、上腕補助装置を提供する。
【解決手段】肘下椀部４０と連結された内側連結部４１には、連結紐８８を介してグローブ９０連結されている。連結紐８８は、非伸縮性で且つ変形自在の材料で構成されている。グローブ９０は、連結紐８８が変形することにより、内側連結部４１と相対移動可能となっている。
【解決手段】肘下椀部４０と連結された内側連結部４１には、連結紐８８を介してグローブ９０連結されている。連結紐８８は、非伸縮性で且つ変形自在の材料で構成されている。グローブ９０は、連結紐８８が変形することにより、内側連結部４１と相対移動可能となっている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の上腕を保持する上腕保持装置、及び、利用者の上腕の動作を補助する上腕補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の体幹に保持しつつ、利用者の肩関節を駆動させる着用形関節駆動装置が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。従来の着用形関節駆動装置では、肩関節に対応して回転する関節部が用いられていたが、前腕部分、及び、手部分の動きが考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０８５４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０８７０３３Ａ１
【特許文献３】特開２００９−２７３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮し、スムーズな動きを実現しつつ、利用者の前腕部分、及び、手部分の動きを、相互に伝達することの可能な上腕保持装置、及び、上腕補助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】
【０００５】
請求項１に記載の上腕保持装置は、利用者の体幹に支持される支持体と、利用者の体側に沿って回転可能な第１回転部材と、前記第１回転部材の回転方向と交差する方向に回転可能な第２回転部材と、前記第１回転部材及び前記第２回転部材と交差する方向に回転可能な第３回転部材と、を有する関節部と、利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能に、前記関節部を前記支持体に保持する関節移動部と、前記関節部に取り付けられ、利用者の上腕部に装着される上腕装着部と、前記上腕装着部と前記第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結された肘回転部材と、前記肘回転部材に取り付けられ、利用者の肘下椀に装着される肘下椀部と、前記肘下椀部と連結され、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成され、前記肘下椀部との距離を所定長以下となるように維持しつつ利用者の手に装着される手装着部と、を備えている。
【０００６】
ここで、利用者の体側に沿った方向とは、利用者の体側と略平行な面を回転面とした回転方向をいう。
【０００７】
請求項１に記載の上腕保持装置では、関節部が関節移動部により、利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能とされて支持体に保持されている。したがって、利用者が肩関節を動作させた時の動きに合わせて関節部が近接位置と離間位置との間を移動することができ、利用者は、上腕をスムーズに動かすことができる。
【０００８】
また、利用者の肘下椀に肘下椀部が装着されており、この肘下椀部は肘回転部材を介して第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結されているので、肘下椀部を第１回転部材の回転方向と同方向に動かすことができる。また、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成された手装着部が、肘下椀部との距離が所定長さで維持されつつ利用者の手に装着されているので、肘下椀部の動き、特に前腕へ向かう力を利用者の手に伝達することができる。
【０００９】
請求項２に記載の上腕保持装置は、前記手装着部が、前記肘下椀部に対して相対移動可能に連結されていること、を特徴とする。
【００１０】
このように、手装着部を肘下椀部に対して相対移動可能にすることにより、利用者は手首を自由に動かすことができる。
【００１１】
請求項３に記載の上腕保持装置は、前記肘下椀部の手首に近い側には、利用者の掌側に配置される内側連結部が構成され、前記手装着部は、前記内側連結部と連結されていること、を特徴とする。
【００１２】
このように、肘下椀部において、利用者の掌側に配置される内側連結部に手装着部を連結させることにより、手装着部を装着した状態で、利用者は手首を掌が内側になるように容易に曲げることができる。
【００１３】
請求項４に記載の上腕補助装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置と、前記第１回転部材を回転させる第１アクチュエータと、前記第２回転部材を回転させる第２アクチュエータと、前記肘回転部材を回転させる肘アクチュエータと、を備えている。
【００１４】
請求項４に記載の上腕補助装置では、第１アクチュエータを用いて第１回転部材を回転させ、第２アクチュエータを用いて第２回転部材を回転させることにより、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置を装着した利用者の関節部の動作を補助することができる。また、肘アクチュエータを用いて肘回転部材を回転させることにより、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置を装着した利用者の肘関節の動作を補助することができる。そして、本発明では、肘下椀部と手装着部との距離が所定長以下となるように維持され、かつ、受部が形成されているので、肘下椀部からの肘下腕へ向かう力を受けて利用者の手指間に作用させることができる。
【００１５】
本発明の上腕補助装置は、請求項５に記載のように、前記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び、肘アクチュエータは、一端側が前記第１回転部材、前記第２回転部材、及び、肘回転部材に各々支持され、他端側が前記支持体に支持され、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータで構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の上腕保持装置、及び上腕補助装置によれば、利用者の前腕部分、及び、手部分のスムーズな動きを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る上腕補助装置を示す斜視（一部分解）図である。
【図２】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が腰部補助装置と連結されている状態の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る上腕補助装置の右腕側を上方からみた図である。
【図４】本発明の実施形態に係る上腕補助装置の右腕側のグローブを（Ａ）は掌側からみた図であり、（Ｂ）は側方からみた図である。
【図５】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が備えるアクチュエータの概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図７】本実施形態に係る腰部補助装置の一部分解斜視図である。
【図８】利用者が起立状態で装着されている状態の本発明の実施形態に係る上腕補助装置を側方から見た図である。
【図９】利用者が前屈状態で荷物を持ち上げる際の動作を説明する説明図である。
【図１０】利用者が荷物を持ち上げた状態で保持する際の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の腕保持装置、及び上腕補助装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、図中矢印ＦＲにて示す利用者の前方側を前側とし、利用者の肩幅方向に相当する左右方向矢印Ｓは、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。また、利用者の体幹に沿った体幹方向を矢印Ｈにて示す。
【００１９】
図１には、本実施形態に係る上腕補助装置１０が示されている。また、図２には、腰部補助装置６０と連結された状態の上腕補助装置１０が示されている。
【００２０】
上腕補助装置１０は、利用者の肩幅方向に沿って配置される肩フレーム１２を備えている。肩フレーム１２は、利用者の体幹に沿って互いに平行に配置される２本の背中フレーム１３の上部で２本の背中フレーム１３を架け渡すように配置され固定されている。
【００２１】
肩フレーム１２の上面には、ガイドレール１４が設けられている。ガイドレール１４は、肩フレーム１２の左右に各々設けられている。一方のガイドレール１４Ｒは、肩フレーム１２の肩幅方向Ｓの中央側から僅かに右前方に向かう方向に沿って配置されており、右先端部は肩フレーム１２の右端部外側に突出されている。他方のガイドレール１４Ｌは、肩フレーム１２の肩幅方向の中央側から僅かに左前方に向かう方向に沿って配置されており、左先端部は肩フレーム１２の左端部外側に突出されている。
【００２２】
ガイドレール１４Ｒには、移動プレート１６が係合されている。移動プレート１６は、図３に示すように、ガイドレール１４Ｒに沿って、利用者の体幹に近い側の近接位置Ｐ１と、近接位置Ｐ１よりも利用者の体幹から遠い離間位置Ｐ２との間を移動可能とされている。移動プレート１６上面前側には、取付突部材１８が固定されている。取付突部材１８は、移動プレート１６上に立設されており、取付突部材１８には上側が僅かに体幹に沿った体幹方向Ｈから利用者の体幹側へ傾斜した取付面１８Ｆが構成されている。
【００２３】
取付面１８Ｆには、第３回転部材２０が取り付けられている。第３回転部材２０は、所謂ヒンジ（蝶番）で構成されており、内板部２０Ａ及び外板部２０Ｂを有している。内板部２０Ａの一方の板面は、取付面１８Ｆに固定されている（図１参照）。内板部２０Ａ及び外板部２０Ｂは、取付面１８Ｆに沿った第３回転軸２０Ｒを回転軸として第３方向Ｄ３に回転可能とされている。
【００２４】
外板部２０Ｂの板面には、第２回転部材２２が取り付けられている。第２回転部材２２は、図１に示すように、第２取付板２３、第２軸部２４、第２軸受部２５、及び、Ｌ字アーム部２６を有している。第２取付板２３は、円板状とされ、一方の面側が第３回転部材２０の外板部２０Ｂに取り付けられている。第２軸部２４は、円板状とされ、第２取付板２３の他方の面側に取り付けられている。第２軸受部２５は、円板状とされ中央に第２軸部２４を配置可能な穴２５Ａが構成されている。第２軸部２４は穴２５Ａに挿入されている。第２軸受部２５と第２軸部２４とは、第２軸受部２５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。第２軸受部２５の第２取付板２３と逆側面にはＬ字アーム部２６が取り付けられている。
【００２５】
Ｌ字アーム部２６は、略Ｌ字状に屈曲された長尺板で構成されている。Ｌ字アーム部２６は、Ｌ字の内側が利用者の前方に向くように配置されている。Ｌ字アーム部２６の一端の外面側に第２軸受部２５が取り付けられている。これにより、Ｌ字アーム部２６は、外板部２０Ｂの法線方向である第２回転軸２２Ｒを回転軸として、第３方向と交差する第２方向Ｄ２に回転可能とされている。
【００２６】
Ｌ字アーム部２６の他端内側には、第１回転部材３２が取り付けられている。第１回転部材３２は、第１取付板３３、第１軸部３４、第１軸受部３５、及び、アーム部３６を有している。第１取付板３３は、円板状とされ、一方の面側がアーム部３６に取り付けられている。また、第１軸受部３５の片面側は、Ｌ字アーム部２６の他端内側に取り付けられている。第１取付板３３、第１軸部３４、及び第１軸受部３５の形状及び相互の取付構造については、第２取付板２３、第２軸部２４、及び第２軸受部２５と同様である。第１軸受部３５と第１軸部３４とは、第１軸受部３５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。第１軸受部３５の第１取付板３３と逆側面にはアーム部３６が取り付けられている。
【００２７】
アーム部３６は、長尺板状とされ、一端側の板面が第１取付板３３に取り付けられている。アーム部３６は、第２回転軸２２Ｒと略直交する第１回転軸３２Ｒを回転軸として、第１方向Ｄ１に回転可能とされている。
【００２８】
アーム部３６の長尺方向の中間部より先端側には、上腕装着部３８が設けられている。上腕装着部３８は、弧状に湾曲された板状とされ、利用者の上腕下側を覆うように配置されている。なお、上腕装着部３８は、利用者の上腕部に固定される必要はないが、面ファスナー等により上腕を一周覆うように配置されていてもよい。
【００２９】
アーム部３６の先端には、肘回転部材４２が取り付けられている。肘回転部材４２は、肘取付板４３、肘軸部４４、肘軸受部４５及び、肘連結部４６を有している。肘取付板４３は、円板状とされ、一方の面側が肘連結部４６に取り付けられている。また、肘軸受部４５の片面側は、肘連結部４６の肘取付板４３と逆側面に取り付けられている。肘取付板４３、肘軸部４４、及び、肘軸受部４５の形状及び相互の取付構造については、第２取付板２３、第２軸部２４、及び第２軸受部２５と同様である。肘軸受部４５と肘軸部４４とは、肘軸受部４５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。肘連結部４６は、肘軸部４４の中心軸４２Ｒを中心として、アーム部３６の回転方向である第１方向Ｄ１と同方向に回転可能となるように、連結されている。
【００３０】
肘連結部４６には、肘下椀部４０が一体的に連結されている。肘下椀部４０は、利用者の肘下椀の下側を受けるように肘下椀（前腕）に沿って配置され、肘側で肘連結部４６に連結されている。肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅには、利用者の手首付近で掌側を覆う内側連結部４１が構成されている。内側連結部４１は、肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅにおいて腕幅方向の一方の端辺から他方の端辺へ架け渡されている。肘下椀部４０は、肘軸部４４を中心軸として第１方向Ｄ１に回転可能とされている。
【００３１】
内側連結部４１には、手装着部としてのグローブ９０連結されている。グローブ９０は、連結紐８８を介して内側連結部４１と連結されており、連結紐８８の一端が内側連結部４１に取り付けられ、連結紐８８の他端がグローブ９０に取り付けられている。連結紐８８は、非伸縮性で且つ変形自在の材料で構成されており、内側連結部４１とグローブ９０との距離は、長さＬ１よりも長くならないようになっている。また、グローブ９０は、連結紐８８が変形することにより、長さＬ１の範囲内において、内側連結部４１と相対移動可能となっている。
【００３２】
図４に示されるように、グローブ９０は、いわゆる手袋の形状とされており指先部分が覆われていないもので構成されている。グローブ９０は、利用者の手指ＨＦを挿通可能な５本の手指部９２を備えており、隣り合う手指部９２の間の各々には、受部９４が構成されている。受部９４は、隣り合う手指部９２同士を連結し、利用者の手指間（水かき部分）に肘下椀へ向かう方向（矢印Ｆ）方向へ向かう力を利用者の手ＨＡに伝達することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、グローブ９０の指先が開放されているものを用いているが、指先の覆われたものを用いてもよい。
【００３４】
本実施形態では、前述した肩フレーム１２、ガイドレール１４、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、及び、肘下椀部４０、肘回転部材４２、及び、グローブ９０で、上腕保持装置１１が構成されている。また、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２で、肩関節部が構成されている。
【００３５】
なお、上記では、ガイドレール１４Ｒ側に配置されて利用者の右腕を保持する、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、及び、肘下椀部４０について説明した。図中では省略されているが、ガイドレール１４Ｌ側に配置されて利用者の左腕を保持する、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、肘下椀部４０、及び、肘回転部材４２も、上記と左右対称に設けられている。
【００３６】
背中フレーム１３の上部後方側には、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３が配置されている。
【００３７】
第１アクチュエータ５０、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３は、空気圧式アクチュエータ（流体圧式アクチュエータ、所謂、ＭｃＫｉｂｂｅｎ人工筋肉）とされている。図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、空気圧式アクチュエータＡＣは、膨張収縮体であるインナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えている。メッシュスリーブＭＳは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。また、メッシュスリーブＭＳの長さ（軸）方向の両端部は、インナーチューブＩＣの長さ方向の両端部に固定されている。
【００３８】
図５（Ｂ）に示すように、インナーチューブＩＣは、内部に空気が供給されることにより膨張する。そして、インナーチューブＩＣの膨張は、メッシュスリーブＭＳにより空気圧式アクチュエータＡＣ全体の長さの縮小に変換される。即ち、空気圧式アクチュエータＡＣは、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、空気圧式アクチュエータＡＣはその短縮方向への力Ｆを発生する。
【００３９】
図６に示すように、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３（第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２及び肘アクチュエータ５３については不図示）には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。スイッチＳＷは、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３の各々に対応して給気スイッチＳ１と排気スイッチＳ２が設けられており、給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから当該給気スイッチＳ１に対応する第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、肘アクチュエータ５３へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、対応する第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、肘アクチュエータ５３内の空気が排気される。
【００４０】
図２に示すように、第１アクチュエータ５０の一端側には、ワイヤ５０Ｒが取り付けられている。ワイヤ５０Ｒの一端部は、第１回転部材３２の第１軸受部３５の外周面に固定され、ワイヤ５０Ｒの他端部は、第１アクチュエータ５０の一端部に固定されている。ワイヤ５０Ｒは、第１軸受部３５の第１回転軸３２Ｒの後方側（利用者の背中側）において第１軸受部３５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４１】
また、第１アクチュエータ５０Ｕの一端側には、ワイヤ５０ＵＲが取り付けられている。ワイヤ５０ＵＲの一端部は、第１回転部材３２の第１軸受部３５の外周面に固定され、ワイヤ５０ＵＲの他端部は、第１アクチュエータ５０Ｕの一端部に固定されている。ワイヤ５０ＵＲは、第１軸受部３５の第１回転軸３２Ｒの前方側（利用者の前側）において第１軸受部３５の上方から巻き掛けられるようになっている。すなわち、ワイヤ５０Ｒと逆方向に巻き掛けられている。
【００４２】
また、第２アクチュエータ５２の一端側にも、ワイヤ５２Ｒが取り付けられている。ワイヤ５２Ｒの一端部は、第２回転部材２２の第２軸受部２５の外周面に固定され、ワイヤ５２Ｒの他端部は、第２アクチュエータ５２の一端部に固定されている。ワイヤ５２Ｒは、第２軸受部２５の第２回転軸２２Ｒの利用者から遠い側において第２軸受部２５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４３】
また、肘アクチュエータ５３の一端側にも、ワイヤ５３Ｒが取り付けられている。ワイヤ５３Ｒの一端部は、肘回転部材４２の第肘軸受部４５の外周面に固定され、ワイヤ５３Ｒの他端部は、肘アクチュエータ５３の一端部に固定されている。ワイヤ５３Ｒは、肘軸受部４５の肘回転軸５２Ｒの利用者から遠い側において肘軸受部４５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４４】
次に、腰部補助装置６０について説明する。図２に示すように、腰部補助装置６０は、利用者の腰部に装着される腰フレーム６２、利用者の背部に装着される背中フレーム１３、腰フレーム６２と背中フレーム１３とを連結する腰回転部６６、及び、大腿パット７７を備えている。背中フレーム１３は、上腕保持装置１１と共用とされている。
【００４５】
腰フレーム６２は、平面視にて前方に開口した略半円状（Ｕ字状）とされ、腰フレーム６２の左右両端に、腰回転部６６が配設されている。腰回転部６６を介して、腰フレーム６２が背中フレーム１３と連結されている。
【００４６】
図７に示すように、腰回転部６６は、腰連結部６７、フランジ部材６８、軸部材６９、及び、接続プレート７０を備えている。腰連結部６７は、方形板状のプレート部６７Ａ及び、円筒状の円筒部６７Ｂを備えている。プレート部６７Ａは、板面が利用者の体側に沿うように配置され、腰フレーム６２の左右両端部に各々固定されている。円筒部６７Ｂは、プレート部６７Ａの板面から法線方向に突出され、肩幅方向に配置されている。
【００４７】
フランジ部材６８は、一対の円板の間にワイヤ巻き取り部が構成された糸巻き形状とされ、円筒部６７Ｂが挿通される穴６８Ｈが構成されている。フランジ部材６８は、円板の一方面が腰連結部６７に固定されている。
【００４８】
接続プレート７０は、略Ｌ字状のＬ字部７０Ａ、略円板状の円板部７０Ｂを備えている。Ｌ字部７０Ａは、背中フレーム１３の下端部にＬ字が前方へ向かうように配置され背中フレーム１３に固定されている。円板部７０Ｂは、Ｌ字部７０Ａの先端部内側に固定されている。円板部７０Ｂには、円筒部６７Ｂに対応する位置に穴（不図示）が構成されている。
【００４９】
軸部材６９は、円板状のフランジ部６９Ａ、及び、フランジ部６９Ａと一体的に構成されフランジ部６９Ａの板面から法線方向に突出する軸部６９Ｂを備えている。軸部材６９は、軸部６９Ｂを円筒部６７Ｂの中空に挿入した状態で、フランジ部６９Ａが円板部７０Ｂの外側面に固定されている。したがって、腰連結部６７及びフランジ部材６８と、軸部材６９及び接続プレート７０とは、軸部６９Ｂを回転軸として相対回転可能とされている。これにより、腰フレーム６２と背中フレーム１３とが、腰回転部６６を介して相対回転可能となっている。
【００５０】
各大腿パット７７は、変形自在な素材により略円筒状に構成されている。この大腿パット７７の前側には、上下方向（大腿パット７７の軸方向）に沿って延在する分割線７７Ａが形成されており、大腿パット７７の前側は、分割線７７Ａを境にして左右に開くことができるようになっている。大腿パット７７は、連結チューブ７３により、腰フレーム６２の後側に形成された環状部６２Ｒに取り付けられている。
【００５１】
大腿パット７７の左右の下端部には、ストッパ部材としてのゴムチューブ７４の両端部がそれぞれ連結されており、Ｕ字状のゴムチューブ７４が、大腿パット７７から垂下されている。このゴムチューブ７４の長さは、足裏に引掛けることができ、且つ、その状態で遊びがないように設定されており、ゴムチューブ７４を足裏に引掛けた状態で、大腿パット６７の上方へのずれが制限されるようになっている。
【００５２】
背中フレーム１３の後側には、各々腰用アクチュエータ５４が配置されている。腰用アクチュエータ５４の一端側にはそれぞれ、ワイヤ５４Ｒが取り付けられている。ワイヤ５４Ｒの一端部は、接続プレート７０の角部に配置された滑車７１を介してフランジ部材６８の外周面に固定され、ワイヤ５４Ｒの他端部は、腰用アクチュエータ５４の一端部に固定されている。ワイヤ５４Ｒの他端側は、フランジ部材６８の後方側（利用者の背中側）においてフランジ部材６８の下方から巻き掛けられるようになっている。
【００５３】
なお、腰用アクチュエータ５４の構成ついては、第１アクチュエータ５０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図２に示すように、上腕補助装置１０の肩フレーム１２の上面中央部２箇所には、ベルト上取付部１２Ｂが形成されている。また、腰フレーム６２の屈曲部分の各々には、ベルト下取付部６２Ｂが形成されている。ベルト上取付部１２Ｂ及びベルト下取付部６２Ｂには、２本の肩ベルト８０の一端と他端が各々取り付けられている。肩ベルト８０の長手方向の中間部には、連結ベルト８１が連結されている。連結ベルト８１は、各々の肩ベルト８０の中間部から利用者の正面に向かって肩幅方向Ｓに延出され、中央部で留め具８１Ａにより互いに連結可能とされている。肩ベルト８０は、利用者の背中から肩前を経由して腰部後側に至るようにして利用者に装着され、連結ベルト８１は、利用者の正面側で２本の肩ベルト８０を連結する。
【００５５】
図８に示すように、腰フレーム６２の両端に取り付けられた腰連結部６７の各々には、腰前ベルト８２、及び、腰後ベルト８４が固定されている。腰前ベルト８２は、各々の腰連結部６７の先端側から延出されており、利用者の正面付近で各々の腰前ベルト８２が留め具８２Ａにより連結可能とされている。腰後ベルト８４は、一方の腰連結部６７の後端側から他方の腰連結部６７へ架け渡されるように、腰フレーム６２の内側に沿って配置され、腰フレーム６２に固定されている。
【００５６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５７】
図８に示すように、装着時には、上腕補助装置１０及び腰部補助装置６０の背中フレーム１３は、利用者の背中に沿って配置され、第２回転部材２２のＬ字アーム部２６が利用者の肩の外側に配置される。利用者の上腕の前側に上腕装着部３８が配置され、利用者の肘下腕部の下側に肘下受部４２が配置される。なお、図６では、左腕に対応する第１回転部材３２、第２回転部材２２、第３回転部材２０、肘回転部材４２等の上腕保持装置の部分は省略されている。
【００５８】
利用者の肩関節が動かされると、利用者の上腕は、肩関節の回転中心を変えながら、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３に回転する。利用者の上腕が第１方向Ｄ１に回転すると、図６に示すように、第１回転部材３２が第１回転軸３２Ｒ周りに回転し、第２方向Ｄ２に回転すると、第２回転部材２２が第２回転軸２２Ｒ周りに回転し、第３方向Ｄ３に回転すると、第３回転部材２０が第３回転軸２０Ｒ周りに回転する。そして、利用者の肩関節の回転中心の移動にあわせて、移動プレート１６がガイドレール１４に沿って近接位置Ｐ１と離間位置Ｐ２との間を移動する。
【００５９】
本実施形態では移動プレート１６により、肩関節の回転中心の移動にあわせた移動が可能なので、利用者の上腕のスムーズな動きを実現することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、ガイドレール１４を直線状として直線状に構成したが、利用者の肩に沿った曲線状として、この方向に移動プレート１６を移動させてもよい。
【００６１】
利用者が荷物Ｎを持ち上げるときには、図９に示すように、第１アクチュエータ５０を短縮させると共に、肘アクチュエータ５３も短縮させる。第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３の短縮は、第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにして、第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３へ給気することで行われる。これにより、第１回転部材３２を中心として、アーム部３６に対して矢印Ｆ１Ｒの力が作用する。また、肘回転部材４２を中心として、肘下椀部４０に対して矢印Ｆ２の力が作用する。そして、グローブ９０には、上方向の力Ｆ３が作用し、この力Ｆ３が受部９４で受けられて利用者の手ＨＡに伝達され、手ＨＡで保持した荷物Ｎを持ち上げることができる。
【００６２】
本実施形態では、グローブ９０の受部６４で力Ｆ３を受けて利用者の手ＨＡへ伝達するので、グローブ９０を装着しない場合と比較して、肘下椀部４０が利用者の上腕側へずれるなどの不都合が生じにくく、力Ｆ３を効率よく伝達して、スムーズに荷物Ｎを持ち上げる矢印Ｆ４方向の力を作用させることができる。
【００６３】
また、図１０に示すように、荷物Ｎを持ち上げた状態で保持する場合には、第１アクチュエータ５０Ｕを短縮させると共に、肘アクチュエータ５３も短縮させる。第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３の短縮は、第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにして、第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３へ給気することで行われる。これにより、第１回転部材３２を中心として、アーム部３６に対して矢印Ｆ１Ｕの力が作用する。また、肘回転部材４２を中心として、肘下椀部４０に対して矢印Ｆ２の力が作用する。そして、グローブ９０には、利用者の肘側へ向かう力Ｆ３が作用し、この力Ｆ３が受部９４で受けられて利用者の手ＨＡに伝達される。したがって、荷物Ｎによる下向きの荷重Ｗは、肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅだけでなく、グローブ９０側にも分散される。これにより、利用者の肘下椀の手首側端部４０Ｅとの境界部分における負担が減少し、荷物Ｎの保持状態を容易に維持することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、利用者の手を覆うグローブ９０を装着する例について説明したが、必ずしも手を覆うものでなくてもよく、利用者の手指間に肘下椀部４０側へ向かう力を作用させることの可能な受部を有する形状とすることもできる。
【００６５】
以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、本実施形態では、アクチュエータとして、空気圧式アクチュエータを用いたが、モータの作動により回転体に巻き付けられ、又は回転体から巻き出されるワイヤを、アクチュエータとして用いてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 上腕補助装置
１１ 上腕保持装置
１２ 肩フレーム
１４ ガイドレール
１６ 移動プレート
１８ 取付突部材
２０ 第３回転部材
２２ 第２回転部材
３２ 第１回転部材
３８ 上腕装着部
４０ 肘下椀部
４１ 内側連結部
４２ 肘回転部材
５０ 第１アクチュエータ
５０Ｕ 第１アクチュエータ
５３ 肘アクチュエータ
８８ 連結紐
９０ グローブ
９４ 受部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、利用者の上腕を保持する上腕保持装置、及び、利用者の上腕の動作を補助する上腕補助装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
利用者の体幹に保持しつつ、利用者の肩関節を駆動させる着用形関節駆動装置が知られている（例えば、特許文献１、２、３参照）。従来の着用形関節駆動装置では、肩関節に対応して回転する関節部が用いられていたが、前腕部分、及び、手部分の動きが考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−３４０８５４号公報
【特許文献２】ＷＯ２００４／０８７０３３Ａ１
【特許文献３】特開２００９−２７３７１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は、上記事実を考慮し、スムーズな動きを実現しつつ、利用者の前腕部分、及び、手部分の動きを、相互に伝達することの可能な上腕保持装置、及び、上腕補助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】
【０００５】
請求項１に記載の上腕保持装置は、利用者の体幹に支持される支持体と、利用者の体側に沿って回転可能な第１回転部材と、前記第１回転部材の回転方向と交差する方向に回転可能な第２回転部材と、前記第１回転部材及び前記第２回転部材と交差する方向に回転可能な第３回転部材と、を有する関節部と、利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能に、前記関節部を前記支持体に保持する関節移動部と、前記関節部に取り付けられ、利用者の上腕部に装着される上腕装着部と、前記上腕装着部と前記第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結された肘回転部材と、前記肘回転部材に取り付けられ、利用者の肘下椀に装着される肘下椀部と、前記肘下椀部と連結され、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成され、前記肘下椀部との距離を所定長以下となるように維持しつつ利用者の手に装着される手装着部と、を備えている。
【０００６】
ここで、利用者の体側に沿った方向とは、利用者の体側と略平行な面を回転面とした回転方向をいう。
【０００７】
請求項１に記載の上腕保持装置では、関節部が関節移動部により、利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能とされて支持体に保持されている。したがって、利用者が肩関節を動作させた時の動きに合わせて関節部が近接位置と離間位置との間を移動することができ、利用者は、上腕をスムーズに動かすことができる。
【０００８】
また、利用者の肘下椀に肘下椀部が装着されており、この肘下椀部は肘回転部材を介して第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結されているので、肘下椀部を第１回転部材の回転方向と同方向に動かすことができる。また、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成された手装着部が、肘下椀部との距離が所定長さで維持されつつ利用者の手に装着されているので、肘下椀部の動き、特に前腕へ向かう力を利用者の手に伝達することができる。
【０００９】
請求項２に記載の上腕保持装置は、前記手装着部が、前記肘下椀部に対して相対移動可能に連結されていること、を特徴とする。
【００１０】
このように、手装着部を肘下椀部に対して相対移動可能にすることにより、利用者は手首を自由に動かすことができる。
【００１１】
請求項３に記載の上腕保持装置は、前記肘下椀部の手首に近い側には、利用者の掌側に配置される内側連結部が構成され、前記手装着部は、前記内側連結部と連結されていること、を特徴とする。
【００１２】
このように、肘下椀部において、利用者の掌側に配置される内側連結部に手装着部を連結させることにより、手装着部を装着した状態で、利用者は手首を掌が内側になるように容易に曲げることができる。
【００１３】
請求項４に記載の上腕補助装置は、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置と、前記第１回転部材を回転させる第１アクチュエータと、前記第２回転部材を回転させる第２アクチュエータと、前記肘回転部材を回転させる肘アクチュエータと、を備えている。
【００１４】
請求項４に記載の上腕補助装置では、第１アクチュエータを用いて第１回転部材を回転させ、第２アクチュエータを用いて第２回転部材を回転させることにより、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置を装着した利用者の関節部の動作を補助することができる。また、肘アクチュエータを用いて肘回転部材を回転させることにより、請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置を装着した利用者の肘関節の動作を補助することができる。そして、本発明では、肘下椀部と手装着部との距離が所定長以下となるように維持され、かつ、受部が形成されているので、肘下椀部からの肘下腕へ向かう力を受けて利用者の手指間に作用させることができる。
【００１５】
本発明の上腕補助装置は、請求項５に記載のように、前記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び、肘アクチュエータは、一端側が前記第１回転部材、前記第２回転部材、及び、肘回転部材に各々支持され、他端側が前記支持体に支持され、内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータで構成することができる。
【発明の効果】
【００１６】
以上説明したように、本発明の上腕保持装置、及び上腕補助装置によれば、利用者の前腕部分、及び、手部分のスムーズな動きを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る上腕補助装置を示す斜視（一部分解）図である。
【図２】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が腰部補助装置と連結されている状態の斜視図である。
【図３】本発明の実施形態に係る上腕補助装置の右腕側を上方からみた図である。
【図４】本発明の実施形態に係る上腕補助装置の右腕側のグローブを（Ａ）は掌側からみた図であり、（Ｂ）は側方からみた図である。
【図５】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が備えるアクチュエータの概略を示す図である。
【図６】本発明の実施形態に係る上腕補助装置が備えるアクチュエータの給排気機構の概略を示す図である。
【図７】本実施形態に係る腰部補助装置の一部分解斜視図である。
【図８】利用者が起立状態で装着されている状態の本発明の実施形態に係る上腕補助装置を側方から見た図である。
【図９】利用者が前屈状態で荷物を持ち上げる際の動作を説明する説明図である。
【図１０】利用者が荷物を持ち上げた状態で保持する際の動作を説明する説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の腕保持装置、及び上腕補助装置の実施形態について図面を参照して説明する。なお、説明の便宜上、図中矢印ＦＲにて示す利用者の前方側を前側とし、利用者の肩幅方向に相当する左右方向矢印Ｓは、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。また、利用者の体幹に沿った体幹方向を矢印Ｈにて示す。
【００１９】
図１には、本実施形態に係る上腕補助装置１０が示されている。また、図２には、腰部補助装置６０と連結された状態の上腕補助装置１０が示されている。
【００２０】
上腕補助装置１０は、利用者の肩幅方向に沿って配置される肩フレーム１２を備えている。肩フレーム１２は、利用者の体幹に沿って互いに平行に配置される２本の背中フレーム１３の上部で２本の背中フレーム１３を架け渡すように配置され固定されている。
【００２１】
肩フレーム１２の上面には、ガイドレール１４が設けられている。ガイドレール１４は、肩フレーム１２の左右に各々設けられている。一方のガイドレール１４Ｒは、肩フレーム１２の肩幅方向Ｓの中央側から僅かに右前方に向かう方向に沿って配置されており、右先端部は肩フレーム１２の右端部外側に突出されている。他方のガイドレール１４Ｌは、肩フレーム１２の肩幅方向の中央側から僅かに左前方に向かう方向に沿って配置されており、左先端部は肩フレーム１２の左端部外側に突出されている。
【００２２】
ガイドレール１４Ｒには、移動プレート１６が係合されている。移動プレート１６は、図３に示すように、ガイドレール１４Ｒに沿って、利用者の体幹に近い側の近接位置Ｐ１と、近接位置Ｐ１よりも利用者の体幹から遠い離間位置Ｐ２との間を移動可能とされている。移動プレート１６上面前側には、取付突部材１８が固定されている。取付突部材１８は、移動プレート１６上に立設されており、取付突部材１８には上側が僅かに体幹に沿った体幹方向Ｈから利用者の体幹側へ傾斜した取付面１８Ｆが構成されている。
【００２３】
取付面１８Ｆには、第３回転部材２０が取り付けられている。第３回転部材２０は、所謂ヒンジ（蝶番）で構成されており、内板部２０Ａ及び外板部２０Ｂを有している。内板部２０Ａの一方の板面は、取付面１８Ｆに固定されている（図１参照）。内板部２０Ａ及び外板部２０Ｂは、取付面１８Ｆに沿った第３回転軸２０Ｒを回転軸として第３方向Ｄ３に回転可能とされている。
【００２４】
外板部２０Ｂの板面には、第２回転部材２２が取り付けられている。第２回転部材２２は、図１に示すように、第２取付板２３、第２軸部２４、第２軸受部２５、及び、Ｌ字アーム部２６を有している。第２取付板２３は、円板状とされ、一方の面側が第３回転部材２０の外板部２０Ｂに取り付けられている。第２軸部２４は、円板状とされ、第２取付板２３の他方の面側に取り付けられている。第２軸受部２５は、円板状とされ中央に第２軸部２４を配置可能な穴２５Ａが構成されている。第２軸部２４は穴２５Ａに挿入されている。第２軸受部２５と第２軸部２４とは、第２軸受部２５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。第２軸受部２５の第２取付板２３と逆側面にはＬ字アーム部２６が取り付けられている。
【００２５】
Ｌ字アーム部２６は、略Ｌ字状に屈曲された長尺板で構成されている。Ｌ字アーム部２６は、Ｌ字の内側が利用者の前方に向くように配置されている。Ｌ字アーム部２６の一端の外面側に第２軸受部２５が取り付けられている。これにより、Ｌ字アーム部２６は、外板部２０Ｂの法線方向である第２回転軸２２Ｒを回転軸として、第３方向と交差する第２方向Ｄ２に回転可能とされている。
【００２６】
Ｌ字アーム部２６の他端内側には、第１回転部材３２が取り付けられている。第１回転部材３２は、第１取付板３３、第１軸部３４、第１軸受部３５、及び、アーム部３６を有している。第１取付板３３は、円板状とされ、一方の面側がアーム部３６に取り付けられている。また、第１軸受部３５の片面側は、Ｌ字アーム部２６の他端内側に取り付けられている。第１取付板３３、第１軸部３４、及び第１軸受部３５の形状及び相互の取付構造については、第２取付板２３、第２軸部２４、及び第２軸受部２５と同様である。第１軸受部３５と第１軸部３４とは、第１軸受部３５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。第１軸受部３５の第１取付板３３と逆側面にはアーム部３６が取り付けられている。
【００２７】
アーム部３６は、長尺板状とされ、一端側の板面が第１取付板３３に取り付けられている。アーム部３６は、第２回転軸２２Ｒと略直交する第１回転軸３２Ｒを回転軸として、第１方向Ｄ１に回転可能とされている。
【００２８】
アーム部３６の長尺方向の中間部より先端側には、上腕装着部３８が設けられている。上腕装着部３８は、弧状に湾曲された板状とされ、利用者の上腕下側を覆うように配置されている。なお、上腕装着部３８は、利用者の上腕部に固定される必要はないが、面ファスナー等により上腕を一周覆うように配置されていてもよい。
【００２９】
アーム部３６の先端には、肘回転部材４２が取り付けられている。肘回転部材４２は、肘取付板４３、肘軸部４４、肘軸受部４５及び、肘連結部４６を有している。肘取付板４３は、円板状とされ、一方の面側が肘連結部４６に取り付けられている。また、肘軸受部４５の片面側は、肘連結部４６の肘取付板４３と逆側面に取り付けられている。肘取付板４３、肘軸部４４、及び、肘軸受部４５の形状及び相互の取付構造については、第２取付板２３、第２軸部２４、及び第２軸受部２５と同様である。肘軸受部４５と肘軸部４４とは、肘軸受部４５の内周に設けられた不図示の軸受けによって相対回転可能とされている。肘連結部４６は、肘軸部４４の中心軸４２Ｒを中心として、アーム部３６の回転方向である第１方向Ｄ１と同方向に回転可能となるように、連結されている。
【００３０】
肘連結部４６には、肘下椀部４０が一体的に連結されている。肘下椀部４０は、利用者の肘下椀の下側を受けるように肘下椀（前腕）に沿って配置され、肘側で肘連結部４６に連結されている。肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅには、利用者の手首付近で掌側を覆う内側連結部４１が構成されている。内側連結部４１は、肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅにおいて腕幅方向の一方の端辺から他方の端辺へ架け渡されている。肘下椀部４０は、肘軸部４４を中心軸として第１方向Ｄ１に回転可能とされている。
【００３１】
内側連結部４１には、手装着部としてのグローブ９０連結されている。グローブ９０は、連結紐８８を介して内側連結部４１と連結されており、連結紐８８の一端が内側連結部４１に取り付けられ、連結紐８８の他端がグローブ９０に取り付けられている。連結紐８８は、非伸縮性で且つ変形自在の材料で構成されており、内側連結部４１とグローブ９０との距離は、長さＬ１よりも長くならないようになっている。また、グローブ９０は、連結紐８８が変形することにより、長さＬ１の範囲内において、内側連結部４１と相対移動可能となっている。
【００３２】
図４に示されるように、グローブ９０は、いわゆる手袋の形状とされており指先部分が覆われていないもので構成されている。グローブ９０は、利用者の手指ＨＦを挿通可能な５本の手指部９２を備えており、隣り合う手指部９２の間の各々には、受部９４が構成されている。受部９４は、隣り合う手指部９２同士を連結し、利用者の手指間（水かき部分）に肘下椀へ向かう方向（矢印Ｆ）方向へ向かう力を利用者の手ＨＡに伝達することができる。
【００３３】
なお、本実施形態では、グローブ９０の指先が開放されているものを用いているが、指先の覆われたものを用いてもよい。
【００３４】
本実施形態では、前述した肩フレーム１２、ガイドレール１４、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、及び、肘下椀部４０、肘回転部材４２、及び、グローブ９０で、上腕保持装置１１が構成されている。また、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２で、肩関節部が構成されている。
【００３５】
なお、上記では、ガイドレール１４Ｒ側に配置されて利用者の右腕を保持する、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、及び、肘下椀部４０について説明した。図中では省略されているが、ガイドレール１４Ｌ側に配置されて利用者の左腕を保持する、移動プレート１６、取付突部材１８、第３回転部材２０、第２回転部材２２、第１回転部材３２、肘下椀部４０、及び、肘回転部材４２も、上記と左右対称に設けられている。
【００３６】
背中フレーム１３の上部後方側には、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３が配置されている。
【００３７】
第１アクチュエータ５０、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３は、空気圧式アクチュエータ（流体圧式アクチュエータ、所謂、ＭｃＫｉｂｂｅｎ人工筋肉）とされている。図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、空気圧式アクチュエータＡＣは、膨張収縮体であるインナーチューブＩＣと、インナーチューブＩＣを覆う網状の被覆体であるメッシュスリーブＭＳとを備えている。メッシュスリーブＭＳは、例えば伸縮性を持たない高張力繊維等の線材により構成されている。また、メッシュスリーブＭＳの長さ（軸）方向の両端部は、インナーチューブＩＣの長さ方向の両端部に固定されている。
【００３８】
図５（Ｂ）に示すように、インナーチューブＩＣは、内部に空気が供給されることにより膨張する。そして、インナーチューブＩＣの膨張は、メッシュスリーブＭＳにより空気圧式アクチュエータＡＣ全体の長さの縮小に変換される。即ち、空気圧式アクチュエータＡＣは、空気が供給されると、径が拡大されつつ長さが縮小される。この長さの縮小により、空気圧式アクチュエータＡＣはその短縮方向への力Ｆを発生する。
【００３９】
図６に示すように、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３（第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２及び肘アクチュエータ５３については不図示）には、スイッチＳＷを介してコンプレッサＣＰが接続されている。スイッチＳＷは、第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、及び、肘アクチュエータ５３の各々に対応して給気スイッチＳ１と排気スイッチＳ２が設けられており、給気スイッチＳ１がオン、且つ、排気スイッチＳ２がオフにされた場合には、コンプレッサＣＰから当該給気スイッチＳ１に対応する第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、肘アクチュエータ５３へ圧縮空気が供給され、排気スイッチＳ２がオン、且つ、給気スイッチＳ１がオフにされた場合には、対応する第１アクチュエータ５０、第１アクチュエータ５０Ｕ、第１アクチュエータ５０Ｕ、第２アクチュエータ５２、肘アクチュエータ５３内の空気が排気される。
【００４０】
図２に示すように、第１アクチュエータ５０の一端側には、ワイヤ５０Ｒが取り付けられている。ワイヤ５０Ｒの一端部は、第１回転部材３２の第１軸受部３５の外周面に固定され、ワイヤ５０Ｒの他端部は、第１アクチュエータ５０の一端部に固定されている。ワイヤ５０Ｒは、第１軸受部３５の第１回転軸３２Ｒの後方側（利用者の背中側）において第１軸受部３５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４１】
また、第１アクチュエータ５０Ｕの一端側には、ワイヤ５０ＵＲが取り付けられている。ワイヤ５０ＵＲの一端部は、第１回転部材３２の第１軸受部３５の外周面に固定され、ワイヤ５０ＵＲの他端部は、第１アクチュエータ５０Ｕの一端部に固定されている。ワイヤ５０ＵＲは、第１軸受部３５の第１回転軸３２Ｒの前方側（利用者の前側）において第１軸受部３５の上方から巻き掛けられるようになっている。すなわち、ワイヤ５０Ｒと逆方向に巻き掛けられている。
【００４２】
また、第２アクチュエータ５２の一端側にも、ワイヤ５２Ｒが取り付けられている。ワイヤ５２Ｒの一端部は、第２回転部材２２の第２軸受部２５の外周面に固定され、ワイヤ５２Ｒの他端部は、第２アクチュエータ５２の一端部に固定されている。ワイヤ５２Ｒは、第２軸受部２５の第２回転軸２２Ｒの利用者から遠い側において第２軸受部２５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４３】
また、肘アクチュエータ５３の一端側にも、ワイヤ５３Ｒが取り付けられている。ワイヤ５３Ｒの一端部は、肘回転部材４２の第肘軸受部４５の外周面に固定され、ワイヤ５３Ｒの他端部は、肘アクチュエータ５３の一端部に固定されている。ワイヤ５３Ｒは、肘軸受部４５の肘回転軸５２Ｒの利用者から遠い側において肘軸受部４５の上方から巻き掛けられるようになっている。
【００４４】
次に、腰部補助装置６０について説明する。図２に示すように、腰部補助装置６０は、利用者の腰部に装着される腰フレーム６２、利用者の背部に装着される背中フレーム１３、腰フレーム６２と背中フレーム１３とを連結する腰回転部６６、及び、大腿パット７７を備えている。背中フレーム１３は、上腕保持装置１１と共用とされている。
【００４５】
腰フレーム６２は、平面視にて前方に開口した略半円状（Ｕ字状）とされ、腰フレーム６２の左右両端に、腰回転部６６が配設されている。腰回転部６６を介して、腰フレーム６２が背中フレーム１３と連結されている。
【００４６】
図７に示すように、腰回転部６６は、腰連結部６７、フランジ部材６８、軸部材６９、及び、接続プレート７０を備えている。腰連結部６７は、方形板状のプレート部６７Ａ及び、円筒状の円筒部６７Ｂを備えている。プレート部６７Ａは、板面が利用者の体側に沿うように配置され、腰フレーム６２の左右両端部に各々固定されている。円筒部６７Ｂは、プレート部６７Ａの板面から法線方向に突出され、肩幅方向に配置されている。
【００４７】
フランジ部材６８は、一対の円板の間にワイヤ巻き取り部が構成された糸巻き形状とされ、円筒部６７Ｂが挿通される穴６８Ｈが構成されている。フランジ部材６８は、円板の一方面が腰連結部６７に固定されている。
【００４８】
接続プレート７０は、略Ｌ字状のＬ字部７０Ａ、略円板状の円板部７０Ｂを備えている。Ｌ字部７０Ａは、背中フレーム１３の下端部にＬ字が前方へ向かうように配置され背中フレーム１３に固定されている。円板部７０Ｂは、Ｌ字部７０Ａの先端部内側に固定されている。円板部７０Ｂには、円筒部６７Ｂに対応する位置に穴（不図示）が構成されている。
【００４９】
軸部材６９は、円板状のフランジ部６９Ａ、及び、フランジ部６９Ａと一体的に構成されフランジ部６９Ａの板面から法線方向に突出する軸部６９Ｂを備えている。軸部材６９は、軸部６９Ｂを円筒部６７Ｂの中空に挿入した状態で、フランジ部６９Ａが円板部７０Ｂの外側面に固定されている。したがって、腰連結部６７及びフランジ部材６８と、軸部材６９及び接続プレート７０とは、軸部６９Ｂを回転軸として相対回転可能とされている。これにより、腰フレーム６２と背中フレーム１３とが、腰回転部６６を介して相対回転可能となっている。
【００５０】
各大腿パット７７は、変形自在な素材により略円筒状に構成されている。この大腿パット７７の前側には、上下方向（大腿パット７７の軸方向）に沿って延在する分割線７７Ａが形成されており、大腿パット７７の前側は、分割線７７Ａを境にして左右に開くことができるようになっている。大腿パット７７は、連結チューブ７３により、腰フレーム６２の後側に形成された環状部６２Ｒに取り付けられている。
【００５１】
大腿パット７７の左右の下端部には、ストッパ部材としてのゴムチューブ７４の両端部がそれぞれ連結されており、Ｕ字状のゴムチューブ７４が、大腿パット７７から垂下されている。このゴムチューブ７４の長さは、足裏に引掛けることができ、且つ、その状態で遊びがないように設定されており、ゴムチューブ７４を足裏に引掛けた状態で、大腿パット６７の上方へのずれが制限されるようになっている。
【００５２】
背中フレーム１３の後側には、各々腰用アクチュエータ５４が配置されている。腰用アクチュエータ５４の一端側にはそれぞれ、ワイヤ５４Ｒが取り付けられている。ワイヤ５４Ｒの一端部は、接続プレート７０の角部に配置された滑車７１を介してフランジ部材６８の外周面に固定され、ワイヤ５４Ｒの他端部は、腰用アクチュエータ５４の一端部に固定されている。ワイヤ５４Ｒの他端側は、フランジ部材６８の後方側（利用者の背中側）においてフランジ部材６８の下方から巻き掛けられるようになっている。
【００５３】
なお、腰用アクチュエータ５４の構成ついては、第１アクチュエータ５０と同様であるため、詳細な説明は省略する。
【００５４】
図２に示すように、上腕補助装置１０の肩フレーム１２の上面中央部２箇所には、ベルト上取付部１２Ｂが形成されている。また、腰フレーム６２の屈曲部分の各々には、ベルト下取付部６２Ｂが形成されている。ベルト上取付部１２Ｂ及びベルト下取付部６２Ｂには、２本の肩ベルト８０の一端と他端が各々取り付けられている。肩ベルト８０の長手方向の中間部には、連結ベルト８１が連結されている。連結ベルト８１は、各々の肩ベルト８０の中間部から利用者の正面に向かって肩幅方向Ｓに延出され、中央部で留め具８１Ａにより互いに連結可能とされている。肩ベルト８０は、利用者の背中から肩前を経由して腰部後側に至るようにして利用者に装着され、連結ベルト８１は、利用者の正面側で２本の肩ベルト８０を連結する。
【００５５】
図８に示すように、腰フレーム６２の両端に取り付けられた腰連結部６７の各々には、腰前ベルト８２、及び、腰後ベルト８４が固定されている。腰前ベルト８２は、各々の腰連結部６７の先端側から延出されており、利用者の正面付近で各々の腰前ベルト８２が留め具８２Ａにより連結可能とされている。腰後ベルト８４は、一方の腰連結部６７の後端側から他方の腰連結部６７へ架け渡されるように、腰フレーム６２の内側に沿って配置され、腰フレーム６２に固定されている。
【００５６】
次に、本実施形態の作用について説明する。
【００５７】
図８に示すように、装着時には、上腕補助装置１０及び腰部補助装置６０の背中フレーム１３は、利用者の背中に沿って配置され、第２回転部材２２のＬ字アーム部２６が利用者の肩の外側に配置される。利用者の上腕の前側に上腕装着部３８が配置され、利用者の肘下腕部の下側に肘下受部４２が配置される。なお、図６では、左腕に対応する第１回転部材３２、第２回転部材２２、第３回転部材２０、肘回転部材４２等の上腕保持装置の部分は省略されている。
【００５８】
利用者の肩関節が動かされると、利用者の上腕は、肩関節の回転中心を変えながら、第１方向Ｄ１、第２方向Ｄ２、第３方向Ｄ３に回転する。利用者の上腕が第１方向Ｄ１に回転すると、図６に示すように、第１回転部材３２が第１回転軸３２Ｒ周りに回転し、第２方向Ｄ２に回転すると、第２回転部材２２が第２回転軸２２Ｒ周りに回転し、第３方向Ｄ３に回転すると、第３回転部材２０が第３回転軸２０Ｒ周りに回転する。そして、利用者の肩関節の回転中心の移動にあわせて、移動プレート１６がガイドレール１４に沿って近接位置Ｐ１と離間位置Ｐ２との間を移動する。
【００５９】
本実施形態では移動プレート１６により、肩関節の回転中心の移動にあわせた移動が可能なので、利用者の上腕のスムーズな動きを実現することができる。
【００６０】
なお、本実施形態では、ガイドレール１４を直線状として直線状に構成したが、利用者の肩に沿った曲線状として、この方向に移動プレート１６を移動させてもよい。
【００６１】
利用者が荷物Ｎを持ち上げるときには、図９に示すように、第１アクチュエータ５０を短縮させると共に、肘アクチュエータ５３も短縮させる。第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３の短縮は、第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにして、第１アクチュエータ５０、肘アクチュエータ５３へ給気することで行われる。これにより、第１回転部材３２を中心として、アーム部３６に対して矢印Ｆ１Ｒの力が作用する。また、肘回転部材４２を中心として、肘下椀部４０に対して矢印Ｆ２の力が作用する。そして、グローブ９０には、上方向の力Ｆ３が作用し、この力Ｆ３が受部９４で受けられて利用者の手ＨＡに伝達され、手ＨＡで保持した荷物Ｎを持ち上げることができる。
【００６２】
本実施形態では、グローブ９０の受部６４で力Ｆ３を受けて利用者の手ＨＡへ伝達するので、グローブ９０を装着しない場合と比較して、肘下椀部４０が利用者の上腕側へずれるなどの不都合が生じにくく、力Ｆ３を効率よく伝達して、スムーズに荷物Ｎを持ち上げる矢印Ｆ４方向の力を作用させることができる。
【００６３】
また、図１０に示すように、荷物Ｎを持ち上げた状態で保持する場合には、第１アクチュエータ５０Ｕを短縮させると共に、肘アクチュエータ５３も短縮させる。第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３の短縮は、第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３のスイッチＳＷの給気スイッチＳ１をオン、且つ排気スイッチＳ２をオフにして、第１アクチュエータ５０Ｕ、肘アクチュエータ５３へ給気することで行われる。これにより、第１回転部材３２を中心として、アーム部３６に対して矢印Ｆ１Ｕの力が作用する。また、肘回転部材４２を中心として、肘下椀部４０に対して矢印Ｆ２の力が作用する。そして、グローブ９０には、利用者の肘側へ向かう力Ｆ３が作用し、この力Ｆ３が受部９４で受けられて利用者の手ＨＡに伝達される。したがって、荷物Ｎによる下向きの荷重Ｗは、肘下椀部４０の手首側端部４０Ｅだけでなく、グローブ９０側にも分散される。これにより、利用者の肘下椀の手首側端部４０Ｅとの境界部分における負担が減少し、荷物Ｎの保持状態を容易に維持することができる。
【００６４】
なお、本実施形態では、利用者の手を覆うグローブ９０を装着する例について説明したが、必ずしも手を覆うものでなくてもよく、利用者の手指間に肘下椀部４０側へ向かう力を作用させることの可能な受部を有する形状とすることもできる。
【００６５】
以上、本発明を特定の実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内にて他の種々の実施形態が可能であることは当業者にとって明らかである。例えば、本実施形態では、アクチュエータとして、空気圧式アクチュエータを用いたが、モータの作動により回転体に巻き付けられ、又は回転体から巻き出されるワイヤを、アクチュエータとして用いてもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１０ 上腕補助装置
１１ 上腕保持装置
１２ 肩フレーム
１４ ガイドレール
１６ 移動プレート
１８ 取付突部材
２０ 第３回転部材
２２ 第２回転部材
３２ 第１回転部材
３８ 上腕装着部
４０ 肘下椀部
４１ 内側連結部
４２ 肘回転部材
５０ 第１アクチュエータ
５０Ｕ 第１アクチュエータ
５３ 肘アクチュエータ
８８ 連結紐
９０ グローブ
９４ 受部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の体幹に支持される支持体と、
利用者の体側に沿って回転可能な第１回転部材と、前記第１回転部材の回転方向と交差する方向に回転可能な第２回転部材と、前記第１回転部材及び前記第２回転部材と交差する方向に回転可能な第３回転部材と、を有する関節部と、
利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能に、前記関節部を前記支持体に保持する関節移動部と、
前記関節部に取り付けられ、利用者の上腕部に装着される上腕装着部と、
前記上腕装着部と前記第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結された肘回転部材と、
前記肘回転部材に取り付けられ、利用者の肘下椀に装着される肘下椀部と、
前記肘下椀部と連結され、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成され、前記肘下椀部との距離を所定長以下となるように維持しつつ利用者の手に装着される手装着部と、
を備えた上腕保持装置。
【請求項２】
前記手装着部は、前記肘下椀部に対して相対移動可能に連結されていること、を特徴とする請求項１に記載の上腕保持装置。
【請求項３】
前記肘下椀部の手首に近い側には、利用者の掌側に配置される内側連結部が構成され、
前記手装着部は、前記内側連結部と連結されていること、を特徴とする請求項２に記載の上腕保持装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置と、
前記第１回転部材を回転させる第１アクチュエータと、
前記第２回転部材を回転させる第２アクチュエータと、
前記肘回転部材を回転させる肘アクチュエータと、
を備えた上腕補助装置。
【請求項５】
前記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び肘アクチュエータは、一端側が前記第１回転部材、前記第２回転部材、及び肘回転部材に各々支持され、他端側が前記支持体に支持され内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする請求項４に記載の上腕補助装置。
【請求項１】
利用者の体幹に支持される支持体と、
利用者の体側に沿って回転可能な第１回転部材と、前記第１回転部材の回転方向と交差する方向に回転可能な第２回転部材と、前記第１回転部材及び前記第２回転部材と交差する方向に回転可能な第３回転部材と、を有する関節部と、
利用者の体幹に近い側の近接位置と近接位置よりも利用者の体幹から遠い離間位置との間を移動可能に、前記関節部を前記支持体に保持する関節移動部と、
前記関節部に取り付けられ、利用者の上腕部に装着される上腕装着部と、
前記上腕装着部と前記第１回転部材の回転方向と同方向に回転可能に連結された肘回転部材と、
前記肘回転部材に取り付けられ、利用者の肘下椀に装着される肘下椀部と、
前記肘下椀部と連結され、利用者の手指間に肘下腕へ向かう力を作用させる受部が形成され、前記肘下椀部との距離を所定長以下となるように維持しつつ利用者の手に装着される手装着部と、
を備えた上腕保持装置。
【請求項２】
前記手装着部は、前記肘下椀部に対して相対移動可能に連結されていること、を特徴とする請求項１に記載の上腕保持装置。
【請求項３】
前記肘下椀部の手首に近い側には、利用者の掌側に配置される内側連結部が構成され、
前記手装着部は、前記内側連結部と連結されていること、を特徴とする請求項２に記載の上腕保持装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の上腕保持装置と、
前記第１回転部材を回転させる第１アクチュエータと、
前記第２回転部材を回転させる第２アクチュエータと、
前記肘回転部材を回転させる肘アクチュエータと、
を備えた上腕補助装置。
【請求項５】
前記第１アクチュエータ、第２アクチュエータ、及び肘アクチュエータは、一端側が前記第１回転部材、前記第２回転部材、及び肘回転部材に各々支持され、他端側が前記支持体に支持され内部に空気を供給されることにより短縮する空気圧式アクチュエータとされていること、を特徴とする請求項４に記載の上腕補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−２３９８１８（Ｐ２０１２−２３９８１８Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１５９１０（Ｐ２０１１−１１５９１０）
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月２４日（２０１１．５．２４）
【出願人】（８０３０００１１５）学校法人東京理科大学 (545)
【Ｆターム（参考）】
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