筋力補助装置
【課題】筋負担を装着者の姿勢や姿勢変化の如何によらずに適切に軽減し、特に、農作業等における屈んだ姿勢や中腰での作業の軽労化を図ること。
【解決手段】長手方向の一端部側の部位を人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位を前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体４１と、前記人の上半身の曲げ状態を検出する曲げセンサ２１と、弾性体４１を当該弾性体４１の長手方向に伸長させる電動式ワイヤ巻取器１４と、曲げセンサ２１の検出結果に応じて電動式ワイヤ巻取器１４による弾性体４１の伸長量を制御する制御ユニット３０とを設ける。
【解決手段】長手方向の一端部側の部位を人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位を前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体４１と、前記人の上半身の曲げ状態を検出する曲げセンサ２１と、弾性体４１を当該弾性体４１の長手方向に伸長させる電動式ワイヤ巻取器１４と、曲げセンサ２１の検出結果に応じて電動式ワイヤ巻取器１４による弾性体４１の伸長量を制御する制御ユニット３０とを設ける。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筋力補助装置に関し、特に、各種作業の姿勢維持の疲労を軽減する筋力補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前屈姿勢での作業において、腰部に作用する筋負担を軽減するための補助器具として、長手方向の一端部側の部位を人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位を前記人の下半身（腰部）に装着されて前記人の背部に沿って延在する伸張性（弾性）を有するベルトによる腰部負担軽減具がある（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
この腰部負担軽減具は、背部に沿って配置されているベルトが、直立した姿勢（起立姿勢）より前屈動作することによって延び、この延びによりベルトに生じる張力を利用して腰背部の筋張力を補い、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を軽減する。
【０００４】
また、前屈を伴う動作の筋力補助を行う補助器具として、上部を利用者の肩部に固定され、下部を利用者の股間部に固定された伸縮可能な背中パットの上下距離をアクチュエータによって伸縮（増減）する筋力補助装置がある（例えば、特許文献３）。
【０００５】
この筋力補助装置は、前屈角認識手段によって利用者の前屈角を認識し、認識した前屈角の変化より利用者の動作を推定し、たとえば、利用者が床上の重量物を持ち上げる作業においては、前屈動作時、地切り動作時に、アクチュエータの伸縮力をそれら動作（前屈動作、地切り動作）と同方向のアシスト力として利用者に与え、利用者の前屈動作、地切り動作に対して筋力補助を行う。
【特許文献１】特開２００３−１５３９２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２７６４号公報
【特許文献３】特開２００５−３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の腰部負担軽減具は、利用者が起立姿勢より前屈することによって生じるパッシブな補助力（張力）によるものであるから、装着者に無理な力が加わることがなく、安全性に優れているが、しかし、ベルトで得られる補助力（張力）は、装着者（利用者）の姿勢により決まり、補助力を調整するができない。
【０００７】
このため、従来の腰部負担軽減具では、装着者の姿勢や姿勢の変化の如何によっては、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を適切に軽減できないことがある。
【０００８】
また、前屈姿勢維持における腰部の筋負担を十分に軽減すべく、ベルトが大きい張力を生じる硬い弾性体製であると、前屈動作時にベルトを伸ばすために大きい力が必要になり、前屈動作の筋負担が大きくなり、前屈動作に支障を与えることになる。
【０００９】
前述した従来の筋力補助装置は、前屈動作時や地切り動作時に、アクチュエータの伸縮力をそれら動作と同方向のアシスト力として利用者に与え、利用者の動作に対して筋力補助を行う糸操り人形的動作によるものであり、静止した前屈姿勢時に、前屈姿勢に応じた弾力的な補助力を、その姿勢に応じてパッシブに、利用者に継続的に与えるものでない。
【００１０】
このため、前屈姿勢での作業、つまり、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を、アクチュエータを駆動することなく、軽減することはできない。
【００１１】
この発明が解決しようとする課題は、筋負担を装着者の姿勢や姿勢変化の如何によらずに適切に軽減し、特に、農作業等における屈んだ姿勢や中腰での作業の軽労化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明による筋力補助装置は、一端部側の部位が人の第１の部位に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の第２の部位に装着される弾性体と、前記弾性体が装着される前記人の部位の状態を検出するセンサと、前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段とを有する。
【００１３】
この発明による筋力補助装置は、長手方向の一端部側の部位が人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体と、前記人の上半身の状態を検出するセンサと、前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段とを有する。
【００１４】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する。
【００１５】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する。
【００１６】
この発明による筋力補助装置は、伸縮可能な弾性体と、前記弾性体の一端部と連結されたワイヤと、前記ワイヤの巻き取り、繰り出しを行う電動式ワイヤ巻取手段と、前記弾性体の他端部を利用者の肩部に固定する上部固定手段と、前記電動式ワイヤ巻取手段を利用者の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段と、利用者の上半身の曲げ状態を検出するセンサと、前記センサの検出結果に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を制御する制御手段とを有する。
【００１７】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【００１８】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【００１９】
前記制御手段は、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度と、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による筋力補助装置によれば、筋肉の役割をもつ弾性体が発生する補助力とその補助力を調整する機構（アクチュエータ）を持ち、利用者の弾性体の装着部位の状態に応じて弾性体が伸長してパッシブな補助力（張力）が生じると共に、センサの検出結果に応じて制御手段によってアクチュエータによる弾性体の伸長量を制御することにより、利用者の弾性体の装着部位の状態に応じてアクチュエータによって弾性体の伸長量（張力）が調整され、セミアクティブな作動のもとに、筋負担を、装着者の姿勢や姿勢変化の如何によらずに、適切に軽減し、前屈姿勢等での作業を軽労化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明による筋力補助装置の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。
【００２２】
筋力補助装置は、全体を符号１０により示されており、弾性体１１と、連結具１２によって弾性体１１の一端部（下端部）１１Ａと連結されたワイヤ１３と、ワイヤ１３の巻き取り、繰り出し（送り出し）を行う電動式ワイヤ巻取器１４を有する。
【００２３】
弾性体１１は、ゴムチューブを扁平した帯状のもので、適度の弾力性（引張弾性率）を有するゴム状弾性体により構成され、弾性変形により専ら長手方向（上下方向）に伸縮する。弾性体１１は、伸長方向に弾性変形することにより、その反発力として長手方向（上下方向）に張力を発生する。
【００２４】
ワイヤ１３は、伸長しない金属製ワイヤであり、電動式ワイヤ巻取器１４のプーリ１５に巻き取られ、その繰り出し端を連結具１２によって弾性体１１の下端部１１Ａに連結されている。
【００２５】
電動式ワイヤ巻取器１４は、プーリ１５と、プーリ１５を回転駆動するステッピングモータ１６とにより構成され、全体を機器ボックス２０に内蔵されている。ステッピングモータ１６は、正回転によりプーリ１５をワイヤ巻取方向に回転駆動し、逆回転によりプーリ１５をワイヤ繰出方向に回転駆動し、繰り出しを行う。ステッピングモータ１６の正回転、逆回転の回転量（回転角）は、ステッピングモータ１６に与えられるパルス信号のパルス数により定量的に制御される。
【００２６】
電動式ワイヤ巻取器１４は、ワイヤ１３を介して弾性体１１を伸長させ、ワイヤ巻取量に応じて弾性体１１に張力を可変付与するものである。
【００２７】
弾性体１１の他端部（上端部）１１Ｂには、弾性体１１の上端部１１Ｂを利用者（人）の肩部に固定する上部固定手段である布製のベルト式の肩装着具１７が取り付けられている。
【００２８】
機器ボックス２０には、電動式ワイヤ巻取器１４を含む機器ボックス２０を利用者（人）の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段である布製のベルト式の腰・股間装着具１８が取り付けられている。
【００２９】
機器ボックス２０は、電動式ワイヤ巻取器１４のステッピングモータ１６を制御する制御ユニット３０を内蔵している。制御ユニット３１には、利用者の上半身の状態、この実施形態では、利用者の上半身（腰部）の曲げ状態を検出する曲げセンサ２１が接続されている。曲げセンサ２１は、電気抵抗式の歪ゲージ等により構成された可撓性シート状のものであり、例えば、利用者の腰部表面に貼り付けられ、腰部の曲げ度合いに応じて変化する電流信号を発生する。
【００３０】
なお、腰・股間装着具１８には、ステッピングモータ１６、制御ユニット３０、曲げセンサ２１に対して電力供給を行うバッテリ電源ユニット２２が取り付けられている。
【００３１】
制御ユニット３０は、マイクロコンピュータによるものであり、図２に示されているように、曲げセンサ２２の電流信号を入力するＡ／Ｄ変換器３１と、曲げ曲率演算部３２と、曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３と、補助力増分演算部３４と、巻取長さ演算部３５と、ステッピングモータ１６のモータドライバ３６とを有する。
【００３２】
曲げ曲率演算部３２は、自動制御モードにおいて、Ａ／Ｄ変換器２５によってＡ／Ｄ変換された曲げセンサ２２の電流信号より利用者の上半身の曲げ状態（前屈角度）を代表するパラメータとして腰部の曲げ曲率ρを演算する。
【００３３】
曲げ曲率演算部３２により演算される曲げ曲率ρは、図３（ａ）に示されている直立姿勢より、図３（ｂ）に示されているように、膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈姿勢に移行する前屈動作時には、前屈動作に伴う腰部の曲げに応じて増大する傾向を示し、これとは反対に、図３（ａ）に示されている膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈姿勢より図３（ａ）に示されているように直立姿勢に戻る戻り動作時には、戻り動作に伴って腰部の曲げがなくなることに応じて減少する傾向を示す。
【００３４】
曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３は、微分器であり、曲げ曲率変化速度演算部と曲げ加速度演算部を兼ねており、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρを微分して曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）と、曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）を微分して曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）の微分値（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）を演算する。
【００３５】
曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）は、曲げ曲率変化速度（曲げ速度）を表す。曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）の微分値（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）は、曲げ曲率ρの２階微分値であり、曲げ加速度を表す。
【００３６】
補助力増分演算部３４は、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρと曲げ曲率変化速度演算部３３によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）から、曲げ状態に応じた補助力増分ΔＦを演算する。補助力演算部３４による補助力増分ΔＦの演算は、下式（１）に従って行われる。
【００３７】
ΔＦ＝Ｋｐ・ρ−Ｋｄ（ｄρ／ｄｔ）−Ｋｓ（ｄ２ρ／ｄ２ｔ） …（１）
但し、Ｋｐ、Ｋρ、Ｋｓは、各々、ゲインである。
【００３８】
巻取長さ演算部３５は、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦよりプーリ１５によるワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、演算したワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス信号をモータドライバ３６に出力する。巻取長さ演算部３５によるワイヤ巻取・繰出長さＬの演算は、下式（２）に従って行われる。
【００３９】
Ｌ＝ΔＦ／Ｅ …（２）
但し、Ｅは弾性体１１の引張弾性率である。
【００４０】
補助力増分ΔＦが増加変化する場合には、ワイヤ巻取・繰出長さＬは、ワイヤ１３を巻き取る長さであり、この場合には、巻取長さ演算部３５は、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じた回転量だけステッピングモータ１６を正回転させるパルス信号をモータドライバ３６に出力する。
【００４１】
これに対し、補助力増分ΔＦが低減変化する場合には、ワイヤ巻取・繰出長さＬは、ワイヤ１３を繰り出す長さであり、この場合には、巻取長さ演算部３５は、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じた回転量だけステッピングモータ１６を逆回転させるパルス信号をモータドライバ３６に出力する。
【００４２】
機器ボックス２０には手動ボタン２３が取り付けられている。手動ボタン２３は、手動操作によって電動式ワイヤ巻取器１４を動作させるものであり、手動操作に応じてモータドライバ３６を動作させ、ステッピングモータ１６を正回転あるいは逆回転させる。
【００４３】
つぎに、上述の構成による筋力補助装置の作用について説明する。
【００４４】
筋力補助装置１０は、図１に示されているように、肩装着具１７を利用者の肩部に装着し、腰・股間装着具１８を利用者の腰・股間部に装着することにより、弾性体１１の上端部１１Ｂが利用者の肩部に固定され、電動式ワイヤ巻取器１４を内蔵した機器ボックス２０が利用者の腰部乃至股間部に固定される。曲げセンサ２１は利用者の腰部表面に貼り付ける。
【００４５】
上述の装着が完了すれば、図３（ａ）に示されているように、直立（起立）した姿勢において、電源オンで、手動ボタン２３を手動操作して電動式ワイヤ巻取器１４を手動動作させ、直立姿勢で、弾性体１１が伸長変形していない自由状態あるいは利用者への装着状態において少し弛みが出る長さにワイヤ１３のイヤ巻取・繰出長さを設定する。これは、初期設定操作であり、同じ人が繰り返し使用する場合には、省略することができる。
【００４６】
つぎに、図示されていないスタートボタンをオンすることにより、電動式ワイヤ巻取器１４が制御ユニット３０による自動制御モードになる。
【００４７】
図３（ａ）に示されている直立姿勢より、図３（ｂ）に示されているように、膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈動作によって屈んだ姿勢や中腰の前屈姿勢になると、それに伴う腰部の曲げに応じて曲げセンサ１３が曲げられる。
【００４８】
曲げセンサ１３が出力する電流信号は、スタートボタン・オンと同時に、制御ユニット３０のＡ／Ｄ変換器３１に入力され、曲げ曲率演算部３２が、Ａ／Ｄ変換器２５によってＡ／Ｄ変換された曲げセンサ２２の電流信号より利用者（筋力補助装置１０を装着している人）の腰部の曲げ曲率ρを演算し、曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３が、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）を演算する。
【００４９】
そして、補助力演算部３４は、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρと、曲げ曲率変化速度演算部３３によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）から、数式（１）によって補助力増分ΔＦを演算する。
【００５０】
前屈動作時には、図４（ａ）に示されているように、腰部の曲げ曲率ρが増加することに応じて補助力増分ΔＦが増加する。前屈動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）が正値で、数式（１）によりマイナス成分として加味されるから、前屈動作開始より時間的に遅れて増加する傾向を示す。
【００５１】
そして、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦによって巻取長さ演算部３５がワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス数をもってモータドライバ３６がステッピングモータ１６を正回転させる。これにより、プーリ１５が正回転し、ワイヤ巻取・繰出長さＬだけワイヤ１３がプーリ１５に巻き取られる。このワイヤ１３の巻取量に応じて弾性体１１が長手方向に伸長（弾性変形）し、その反発力として長手方向（上下方向）の張力が発生する。
【００５２】
弾性体１１が生じた張力は、背筋力の補助力として前屈姿勢に応じて利用者（装着者）に継続的に与えられ、継続した前屈姿勢での作業における腰部の筋負担を軽減、つまり、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を軽減する。
【００５３】
この弾性体１１の長手方向の伸長による補助力は、上述の制御により、曲げセンサ１３の検出結果として求められた前屈姿勢時の腰部の実際の曲げ曲率ρに基づいて定量的に調整設定されるから、姿勢が異なる如何なる前屈姿勢に対しても、過不足なく、適切に設定される。これにより、筋負担を装着者の姿勢の如何によらずに適切に軽減し、特に、農作業等における屈んだ姿勢や中腰での作業が軽労化される。
【００５４】
前述したように、前屈動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）がマイナス成分として加味され、前屈動作開始より時間的に遅れて増加する傾向を示すから、前屈動作時に、少し遅れてワイヤ１３の巻き取りが行われ、弾性体１１の長手方向の伸長による反発力が前屈動作に対して少し遅れて発生するようになる。この反発力特性は、図４（ａ）に示されている補助力増分ΔＦと同等の特性を示す。
【００５５】
これにより、装着者自身が前屈動作によって弾性体１１を長手方向の伸長させる度合いが低減し、これに応じて前屈動作時に弾性体１１を伸ばすための装着者の力が軽減される。このことにより、前屈動作時に弾性体１１を伸ばすために、前屈動作の筋負担が大きくなることがなく、前屈動作が、抵抗なく、筋力補助装置１０を装着していない時と同等の感覚で、違和感を感じることなく行われるようになる。
【００５６】
図３（ｂ）に示されている前屈姿勢より、図３（ａ）に示されているように、直立する直立姿勢に戻る戻り動作時には、それに伴う腰部の曲げ低減乃至消滅に応じて曲げセンサ１３の曲げがなくなる。このように、戻り動作時には、曲げセンサ１３の曲げがなくことにより、図４（ｂ）に示されているように、腰部の曲げ曲率ρが低減することに応じて補助力増分ΔＦが低減する。戻り動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）が負値で、数式（１）により、プラス成分として加味されるから、戻り動作開始より時間的に遅れて低減する傾向を示す。
【００５７】
そして、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦによって巻取長さ演算部３５がワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス数をもってモータドライバ３６がステッピングモータ１６を逆回転させる。これにより、プーリ１５が逆回転し、ワイヤ巻取・繰出長さＬだけワイヤ１３がプーリ１５より繰り出される。このワイヤ１３の繰出量に応じて弾性体１１が長手方向の伸長（弾性変形）が低減し、元の直立姿勢に戻ると、弾性体１１の弾性変形がなくなった元の初期状態に戻る。
【００５８】
戻り動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）がプラス成分として加味され、戻り動作開始より時間的に遅れて低減する傾向を示すから、戻り動作時に、少し遅れてワイヤ１３の繰り出しが行われ、弾性体１１の長手方向の伸長による反発力が戻り動作に対して少し遅れて低下、消滅するようになる。この反発力特性は、図４（ｂ）に示されている補助力増分ΔＦと同等の特性を示す。
【００５９】
これにより、戻り動作時に、弾性体１１の復元力（反発力）が、戻り動作に必要な筋力をアシストするように装着者に作用し、戻り動作時の筋負担が軽減される。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、補助力増分ΔＦの演算に、曲げ変化速度を示す微分値（ｄρ／ｄｔ）と曲げ加速度を示す（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）の両方を加味しているが、本発明による筋力補助装置は、これに限られることはなく、補助力増分ΔＦの演算は、曲げ変化速度を示す微分値（ｄρ／ｄｔ）だけを加味した演算、曲げ加速度を示す（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）だけを加味した演算によって行われてよい。
【００６１】
また、筋力補助装置１０の弾性体１１の形状は、図１に示されているＩ形に限られることなく、図５に符号４１によって示されてように、Ｖ形であってもよく、更には、図６に符号５１によって示されているように、背筋の形状に類似して形状になっていてもよい。この弾性体１１の形状は、これ以外に、上下反転Ｖ形、Ｘ形であってもよい。
【００６２】
なお、図５、図６において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６３】
また、図７に示されているように、符号６１、６２により示されているように、帯状の弾性体を二重にし、前屈方向側（背中側）に近い位置の弾性体６１より背中より遠い位置の弾性体６２の初期長さを長くした構造でもよい。
【００６４】
この場合には、前屈動作に際して、まず、弾性体６１が伸張し、その後、弾性体６２の伸張が加わるから、前屈動作時に弾性体６１、６２の伸張による張力の発生を二段階に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明による筋力補助装置の一つの実施形態を示す説明図である。
【図２】この発明による筋力補助装置の制御系の一つの実施形態を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は一つの実施形態による筋力補助装置を装着した装着者の直立姿勢状態を模式的に示し、（ｂ）は同じく装着者の前屈姿勢状態を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）は前屈動作時の腰部の曲げ曲率と補助力の特性を示すグラフ、（ｂ）は戻り動作時の腰部の曲げ曲率と補助力の特性を示すグラフである。
【図５】この発明による筋力補助装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図６】この発明による筋力補助装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図７】この発明による筋力補助装置に用いられる弾性体の他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１ 弾性体
１２ 連結具
１３ ワイヤ
１４ 電動式ワイヤ巻取器
１５ プーリ
１６ ステッピングモータ
１７ 肩装着具
１８ 腰・股間装着具
２０ 機器ボックス
２１ 曲げセンサ
２２ バッテリ電源ユニット
２３ 手動ボタン
３０ 制御ユニット
３１ Ａ／Ｄ変換器
３２ 曲げ曲率演算部
３３ 曲げ曲率変化速度・加速度演算部
３４ 補助力演算部
３５ 巻取長さ演算部
３６ モータドライバ
４１ 弾性体
５１ 弾性体
６１、６２ 弾性体
【技術分野】
【０００１】
この発明は、筋力補助装置に関し、特に、各種作業の姿勢維持の疲労を軽減する筋力補助装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
前屈姿勢での作業において、腰部に作用する筋負担を軽減するための補助器具として、長手方向の一端部側の部位を人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位を前記人の下半身（腰部）に装着されて前記人の背部に沿って延在する伸張性（弾性）を有するベルトによる腰部負担軽減具がある（例えば、特許文献１、２）。
【０００３】
この腰部負担軽減具は、背部に沿って配置されているベルトが、直立した姿勢（起立姿勢）より前屈動作することによって延び、この延びによりベルトに生じる張力を利用して腰背部の筋張力を補い、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を軽減する。
【０００４】
また、前屈を伴う動作の筋力補助を行う補助器具として、上部を利用者の肩部に固定され、下部を利用者の股間部に固定された伸縮可能な背中パットの上下距離をアクチュエータによって伸縮（増減）する筋力補助装置がある（例えば、特許文献３）。
【０００５】
この筋力補助装置は、前屈角認識手段によって利用者の前屈角を認識し、認識した前屈角の変化より利用者の動作を推定し、たとえば、利用者が床上の重量物を持ち上げる作業においては、前屈動作時、地切り動作時に、アクチュエータの伸縮力をそれら動作（前屈動作、地切り動作）と同方向のアシスト力として利用者に与え、利用者の前屈動作、地切り動作に対して筋力補助を行う。
【特許文献１】特開２００３−１５３９２８号公報
【特許文献２】特開２００５−１９２７６４号公報
【特許文献３】特開２００５−３３９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の腰部負担軽減具は、利用者が起立姿勢より前屈することによって生じるパッシブな補助力（張力）によるものであるから、装着者に無理な力が加わることがなく、安全性に優れているが、しかし、ベルトで得られる補助力（張力）は、装着者（利用者）の姿勢により決まり、補助力を調整するができない。
【０００７】
このため、従来の腰部負担軽減具では、装着者の姿勢や姿勢の変化の如何によっては、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を適切に軽減できないことがある。
【０００８】
また、前屈姿勢維持における腰部の筋負担を十分に軽減すべく、ベルトが大きい張力を生じる硬い弾性体製であると、前屈動作時にベルトを伸ばすために大きい力が必要になり、前屈動作の筋負担が大きくなり、前屈動作に支障を与えることになる。
【０００９】
前述した従来の筋力補助装置は、前屈動作時や地切り動作時に、アクチュエータの伸縮力をそれら動作と同方向のアシスト力として利用者に与え、利用者の動作に対して筋力補助を行う糸操り人形的動作によるものであり、静止した前屈姿勢時に、前屈姿勢に応じた弾力的な補助力を、その姿勢に応じてパッシブに、利用者に継続的に与えるものでない。
【００１０】
このため、前屈姿勢での作業、つまり、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を、アクチュエータを駆動することなく、軽減することはできない。
【００１１】
この発明が解決しようとする課題は、筋負担を装着者の姿勢や姿勢変化の如何によらずに適切に軽減し、特に、農作業等における屈んだ姿勢や中腰での作業の軽労化を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明による筋力補助装置は、一端部側の部位が人の第１の部位に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の第２の部位に装着される弾性体と、前記弾性体が装着される前記人の部位の状態を検出するセンサと、前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段とを有する。
【００１３】
この発明による筋力補助装置は、長手方向の一端部側の部位が人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体と、前記人の上半身の状態を検出するセンサと、前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段とを有する。
【００１４】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する。
【００１５】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する。
【００１６】
この発明による筋力補助装置は、伸縮可能な弾性体と、前記弾性体の一端部と連結されたワイヤと、前記ワイヤの巻き取り、繰り出しを行う電動式ワイヤ巻取手段と、前記弾性体の他端部を利用者の肩部に固定する上部固定手段と、前記電動式ワイヤ巻取手段を利用者の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段と、利用者の上半身の曲げ状態を検出するセンサと、前記センサの検出結果に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を制御する制御手段とを有する。
【００１７】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【００１８】
この発明による筋力補助装置は、好ましくは、前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【００１９】
前記制御手段は、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度と、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する。
【発明の効果】
【００２０】
この発明による筋力補助装置によれば、筋肉の役割をもつ弾性体が発生する補助力とその補助力を調整する機構（アクチュエータ）を持ち、利用者の弾性体の装着部位の状態に応じて弾性体が伸長してパッシブな補助力（張力）が生じると共に、センサの検出結果に応じて制御手段によってアクチュエータによる弾性体の伸長量を制御することにより、利用者の弾性体の装着部位の状態に応じてアクチュエータによって弾性体の伸長量（張力）が調整され、セミアクティブな作動のもとに、筋負担を、装着者の姿勢や姿勢変化の如何によらずに、適切に軽減し、前屈姿勢等での作業を軽労化する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
この発明による筋力補助装置の一つの実施形態を、図１を参照して説明する。
【００２２】
筋力補助装置は、全体を符号１０により示されており、弾性体１１と、連結具１２によって弾性体１１の一端部（下端部）１１Ａと連結されたワイヤ１３と、ワイヤ１３の巻き取り、繰り出し（送り出し）を行う電動式ワイヤ巻取器１４を有する。
【００２３】
弾性体１１は、ゴムチューブを扁平した帯状のもので、適度の弾力性（引張弾性率）を有するゴム状弾性体により構成され、弾性変形により専ら長手方向（上下方向）に伸縮する。弾性体１１は、伸長方向に弾性変形することにより、その反発力として長手方向（上下方向）に張力を発生する。
【００２４】
ワイヤ１３は、伸長しない金属製ワイヤであり、電動式ワイヤ巻取器１４のプーリ１５に巻き取られ、その繰り出し端を連結具１２によって弾性体１１の下端部１１Ａに連結されている。
【００２５】
電動式ワイヤ巻取器１４は、プーリ１５と、プーリ１５を回転駆動するステッピングモータ１６とにより構成され、全体を機器ボックス２０に内蔵されている。ステッピングモータ１６は、正回転によりプーリ１５をワイヤ巻取方向に回転駆動し、逆回転によりプーリ１５をワイヤ繰出方向に回転駆動し、繰り出しを行う。ステッピングモータ１６の正回転、逆回転の回転量（回転角）は、ステッピングモータ１６に与えられるパルス信号のパルス数により定量的に制御される。
【００２６】
電動式ワイヤ巻取器１４は、ワイヤ１３を介して弾性体１１を伸長させ、ワイヤ巻取量に応じて弾性体１１に張力を可変付与するものである。
【００２７】
弾性体１１の他端部（上端部）１１Ｂには、弾性体１１の上端部１１Ｂを利用者（人）の肩部に固定する上部固定手段である布製のベルト式の肩装着具１７が取り付けられている。
【００２８】
機器ボックス２０には、電動式ワイヤ巻取器１４を含む機器ボックス２０を利用者（人）の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段である布製のベルト式の腰・股間装着具１８が取り付けられている。
【００２９】
機器ボックス２０は、電動式ワイヤ巻取器１４のステッピングモータ１６を制御する制御ユニット３０を内蔵している。制御ユニット３１には、利用者の上半身の状態、この実施形態では、利用者の上半身（腰部）の曲げ状態を検出する曲げセンサ２１が接続されている。曲げセンサ２１は、電気抵抗式の歪ゲージ等により構成された可撓性シート状のものであり、例えば、利用者の腰部表面に貼り付けられ、腰部の曲げ度合いに応じて変化する電流信号を発生する。
【００３０】
なお、腰・股間装着具１８には、ステッピングモータ１６、制御ユニット３０、曲げセンサ２１に対して電力供給を行うバッテリ電源ユニット２２が取り付けられている。
【００３１】
制御ユニット３０は、マイクロコンピュータによるものであり、図２に示されているように、曲げセンサ２２の電流信号を入力するＡ／Ｄ変換器３１と、曲げ曲率演算部３２と、曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３と、補助力増分演算部３４と、巻取長さ演算部３５と、ステッピングモータ１６のモータドライバ３６とを有する。
【００３２】
曲げ曲率演算部３２は、自動制御モードにおいて、Ａ／Ｄ変換器２５によってＡ／Ｄ変換された曲げセンサ２２の電流信号より利用者の上半身の曲げ状態（前屈角度）を代表するパラメータとして腰部の曲げ曲率ρを演算する。
【００３３】
曲げ曲率演算部３２により演算される曲げ曲率ρは、図３（ａ）に示されている直立姿勢より、図３（ｂ）に示されているように、膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈姿勢に移行する前屈動作時には、前屈動作に伴う腰部の曲げに応じて増大する傾向を示し、これとは反対に、図３（ａ）に示されている膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈姿勢より図３（ａ）に示されているように直立姿勢に戻る戻り動作時には、戻り動作に伴って腰部の曲げがなくなることに応じて減少する傾向を示す。
【００３４】
曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３は、微分器であり、曲げ曲率変化速度演算部と曲げ加速度演算部を兼ねており、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρを微分して曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）と、曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）を微分して曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）の微分値（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）を演算する。
【００３５】
曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）は、曲げ曲率変化速度（曲げ速度）を表す。曲げ速度（ｄρ／ｄｔ）の微分値（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）は、曲げ曲率ρの２階微分値であり、曲げ加速度を表す。
【００３６】
補助力増分演算部３４は、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρと曲げ曲率変化速度演算部３３によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）から、曲げ状態に応じた補助力増分ΔＦを演算する。補助力演算部３４による補助力増分ΔＦの演算は、下式（１）に従って行われる。
【００３７】
ΔＦ＝Ｋｐ・ρ−Ｋｄ（ｄρ／ｄｔ）−Ｋｓ（ｄ２ρ／ｄ２ｔ） …（１）
但し、Ｋｐ、Ｋρ、Ｋｓは、各々、ゲインである。
【００３８】
巻取長さ演算部３５は、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦよりプーリ１５によるワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、演算したワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス信号をモータドライバ３６に出力する。巻取長さ演算部３５によるワイヤ巻取・繰出長さＬの演算は、下式（２）に従って行われる。
【００３９】
Ｌ＝ΔＦ／Ｅ …（２）
但し、Ｅは弾性体１１の引張弾性率である。
【００４０】
補助力増分ΔＦが増加変化する場合には、ワイヤ巻取・繰出長さＬは、ワイヤ１３を巻き取る長さであり、この場合には、巻取長さ演算部３５は、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じた回転量だけステッピングモータ１６を正回転させるパルス信号をモータドライバ３６に出力する。
【００４１】
これに対し、補助力増分ΔＦが低減変化する場合には、ワイヤ巻取・繰出長さＬは、ワイヤ１３を繰り出す長さであり、この場合には、巻取長さ演算部３５は、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じた回転量だけステッピングモータ１６を逆回転させるパルス信号をモータドライバ３６に出力する。
【００４２】
機器ボックス２０には手動ボタン２３が取り付けられている。手動ボタン２３は、手動操作によって電動式ワイヤ巻取器１４を動作させるものであり、手動操作に応じてモータドライバ３６を動作させ、ステッピングモータ１６を正回転あるいは逆回転させる。
【００４３】
つぎに、上述の構成による筋力補助装置の作用について説明する。
【００４４】
筋力補助装置１０は、図１に示されているように、肩装着具１７を利用者の肩部に装着し、腰・股間装着具１８を利用者の腰・股間部に装着することにより、弾性体１１の上端部１１Ｂが利用者の肩部に固定され、電動式ワイヤ巻取器１４を内蔵した機器ボックス２０が利用者の腰部乃至股間部に固定される。曲げセンサ２１は利用者の腰部表面に貼り付ける。
【００４５】
上述の装着が完了すれば、図３（ａ）に示されているように、直立（起立）した姿勢において、電源オンで、手動ボタン２３を手動操作して電動式ワイヤ巻取器１４を手動動作させ、直立姿勢で、弾性体１１が伸長変形していない自由状態あるいは利用者への装着状態において少し弛みが出る長さにワイヤ１３のイヤ巻取・繰出長さを設定する。これは、初期設定操作であり、同じ人が繰り返し使用する場合には、省略することができる。
【００４６】
つぎに、図示されていないスタートボタンをオンすることにより、電動式ワイヤ巻取器１４が制御ユニット３０による自動制御モードになる。
【００４７】
図３（ａ）に示されている直立姿勢より、図３（ｂ）に示されているように、膝を曲げ、腰を前屈みに曲げた前屈動作によって屈んだ姿勢や中腰の前屈姿勢になると、それに伴う腰部の曲げに応じて曲げセンサ１３が曲げられる。
【００４８】
曲げセンサ１３が出力する電流信号は、スタートボタン・オンと同時に、制御ユニット３０のＡ／Ｄ変換器３１に入力され、曲げ曲率演算部３２が、Ａ／Ｄ変換器２５によってＡ／Ｄ変換された曲げセンサ２２の電流信号より利用者（筋力補助装置１０を装着している人）の腰部の曲げ曲率ρを演算し、曲げ曲率変化速度・加速度演算部３３が、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）を演算する。
【００４９】
そして、補助力演算部３４は、曲げ曲率演算部３２によって演算された曲げ曲率ρと、曲げ曲率変化速度演算部３３によって演算された曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）から、数式（１）によって補助力増分ΔＦを演算する。
【００５０】
前屈動作時には、図４（ａ）に示されているように、腰部の曲げ曲率ρが増加することに応じて補助力増分ΔＦが増加する。前屈動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）が正値で、数式（１）によりマイナス成分として加味されるから、前屈動作開始より時間的に遅れて増加する傾向を示す。
【００５１】
そして、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦによって巻取長さ演算部３５がワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス数をもってモータドライバ３６がステッピングモータ１６を正回転させる。これにより、プーリ１５が正回転し、ワイヤ巻取・繰出長さＬだけワイヤ１３がプーリ１５に巻き取られる。このワイヤ１３の巻取量に応じて弾性体１１が長手方向に伸長（弾性変形）し、その反発力として長手方向（上下方向）の張力が発生する。
【００５２】
弾性体１１が生じた張力は、背筋力の補助力として前屈姿勢に応じて利用者（装着者）に継続的に与えられ、継続した前屈姿勢での作業における腰部の筋負担を軽減、つまり、前屈姿勢維持の腰部の筋負担を軽減する。
【００５３】
この弾性体１１の長手方向の伸長による補助力は、上述の制御により、曲げセンサ１３の検出結果として求められた前屈姿勢時の腰部の実際の曲げ曲率ρに基づいて定量的に調整設定されるから、姿勢が異なる如何なる前屈姿勢に対しても、過不足なく、適切に設定される。これにより、筋負担を装着者の姿勢の如何によらずに適切に軽減し、特に、農作業等における屈んだ姿勢や中腰での作業が軽労化される。
【００５４】
前述したように、前屈動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）がマイナス成分として加味され、前屈動作開始より時間的に遅れて増加する傾向を示すから、前屈動作時に、少し遅れてワイヤ１３の巻き取りが行われ、弾性体１１の長手方向の伸長による反発力が前屈動作に対して少し遅れて発生するようになる。この反発力特性は、図４（ａ）に示されている補助力増分ΔＦと同等の特性を示す。
【００５５】
これにより、装着者自身が前屈動作によって弾性体１１を長手方向の伸長させる度合いが低減し、これに応じて前屈動作時に弾性体１１を伸ばすための装着者の力が軽減される。このことにより、前屈動作時に弾性体１１を伸ばすために、前屈動作の筋負担が大きくなることがなく、前屈動作が、抵抗なく、筋力補助装置１０を装着していない時と同等の感覚で、違和感を感じることなく行われるようになる。
【００５６】
図３（ｂ）に示されている前屈姿勢より、図３（ａ）に示されているように、直立する直立姿勢に戻る戻り動作時には、それに伴う腰部の曲げ低減乃至消滅に応じて曲げセンサ１３の曲げがなくなる。このように、戻り動作時には、曲げセンサ１３の曲げがなくことにより、図４（ｂ）に示されているように、腰部の曲げ曲率ρが低減することに応じて補助力増分ΔＦが低減する。戻り動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）が負値で、数式（１）により、プラス成分として加味されるから、戻り動作開始より時間的に遅れて低減する傾向を示す。
【００５７】
そして、補助力演算部３４によって演算された補助力増分ΔＦによって巻取長さ演算部３５がワイヤ巻取・繰出長さＬを演算し、ワイヤ巻取・繰出長さＬに応じたパルス数をもってモータドライバ３６がステッピングモータ１６を逆回転させる。これにより、プーリ１５が逆回転し、ワイヤ巻取・繰出長さＬだけワイヤ１３がプーリ１５より繰り出される。このワイヤ１３の繰出量に応じて弾性体１１が長手方向の伸長（弾性変形）が低減し、元の直立姿勢に戻ると、弾性体１１の弾性変形がなくなった元の初期状態に戻る。
【００５８】
戻り動作時には、補助力増分ΔＦは、曲げ曲率ρの微分値（ｄρ／ｄｔ）および（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）がプラス成分として加味され、戻り動作開始より時間的に遅れて低減する傾向を示すから、戻り動作時に、少し遅れてワイヤ１３の繰り出しが行われ、弾性体１１の長手方向の伸長による反発力が戻り動作に対して少し遅れて低下、消滅するようになる。この反発力特性は、図４（ｂ）に示されている補助力増分ΔＦと同等の特性を示す。
【００５９】
これにより、戻り動作時に、弾性体１１の復元力（反発力）が、戻り動作に必要な筋力をアシストするように装着者に作用し、戻り動作時の筋負担が軽減される。
【００６０】
なお、上述の実施形態では、補助力増分ΔＦの演算に、曲げ変化速度を示す微分値（ｄρ／ｄｔ）と曲げ加速度を示す（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）の両方を加味しているが、本発明による筋力補助装置は、これに限られることはなく、補助力増分ΔＦの演算は、曲げ変化速度を示す微分値（ｄρ／ｄｔ）だけを加味した演算、曲げ加速度を示す（ｄ２ρ／ｄ２ｔ）だけを加味した演算によって行われてよい。
【００６１】
また、筋力補助装置１０の弾性体１１の形状は、図１に示されているＩ形に限られることなく、図５に符号４１によって示されてように、Ｖ形であってもよく、更には、図６に符号５１によって示されているように、背筋の形状に類似して形状になっていてもよい。この弾性体１１の形状は、これ以外に、上下反転Ｖ形、Ｘ形であってもよい。
【００６２】
なお、図５、図６において、図１に対応する部分は、図１に付した符号と同一の符号を付けて、その説明を省略する。
【００６３】
また、図７に示されているように、符号６１、６２により示されているように、帯状の弾性体を二重にし、前屈方向側（背中側）に近い位置の弾性体６１より背中より遠い位置の弾性体６２の初期長さを長くした構造でもよい。
【００６４】
この場合には、前屈動作に際して、まず、弾性体６１が伸張し、その後、弾性体６２の伸張が加わるから、前屈動作時に弾性体６１、６２の伸張による張力の発生を二段階に増加することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】この発明による筋力補助装置の一つの実施形態を示す説明図である。
【図２】この発明による筋力補助装置の制御系の一つの実施形態を示すブロック図である。
【図３】（ａ）は一つの実施形態による筋力補助装置を装着した装着者の直立姿勢状態を模式的に示し、（ｂ）は同じく装着者の前屈姿勢状態を模式的に示す図である。
【図４】（ａ）は前屈動作時の腰部の曲げ曲率と補助力の特性を示すグラフ、（ｂ）は戻り動作時の腰部の曲げ曲率と補助力の特性を示すグラフである。
【図５】この発明による筋力補助装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図６】この発明による筋力補助装置の他の実施形態を示す説明図である。
【図７】この発明による筋力補助装置に用いられる弾性体の他の実施形態を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６６】
１１ 弾性体
１２ 連結具
１３ ワイヤ
１４ 電動式ワイヤ巻取器
１５ プーリ
１６ ステッピングモータ
１７ 肩装着具
１８ 腰・股間装着具
２０ 機器ボックス
２１ 曲げセンサ
２２ バッテリ電源ユニット
２３ 手動ボタン
３０ 制御ユニット
３１ Ａ／Ｄ変換器
３２ 曲げ曲率演算部
３３ 曲げ曲率変化速度・加速度演算部
３４ 補助力演算部
３５ 巻取長さ演算部
３６ モータドライバ
４１ 弾性体
５１ 弾性体
６１、６２ 弾性体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端部側の部位が人の第１の部位に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の第２の部位に装着される弾性体と、
前記弾性体が装着される前記人の部位の状態を検出するセンサと、
前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、
前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項２】
長手方向の一端部側の部位が人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体と、
前記人の上半身の状態を検出するセンサと、
前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、
前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する請求項２に記載の筋力補助装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する請求項２に記載の筋力補助装置。
【請求項５】
伸縮可能な弾性体と、
前記弾性体の一端部と連結されたワイヤと、
前記ワイヤの巻き取り、繰り出しを行う電動式ワイヤ巻取手段と、
前記弾性体の他端部を利用者の肩部に固定する上部固定手段と、
前記電動式ワイヤ巻取手段を利用者の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段と、
利用者の上半身の曲げ状態を検出するセンサと、
前記センサの検出結果に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する請求項５に記載の筋力補助装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する請求項５に記載の筋力補助装置。
【請求項１】
一端部側の部位が人の第１の部位に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の第２の部位に装着される弾性体と、
前記弾性体が装着される前記人の部位の状態を検出するセンサと、
前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、
前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項２】
長手方向の一端部側の部位が人の肩部に装着され、長手方向の他端部側の部位が前記人の下半身に装着されて前記人の背部に沿って延在する弾性体と、
前記人の上半身の状態を検出するセンサと、
前記弾性体を当該弾性体の長手方向に伸長させるアクチュエータと、
前記センサの検出結果に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項３】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する請求項２に記載の筋力補助装置。
【請求項４】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記人の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記人の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記アクチュエータによる前記弾性体の伸長量を制御する請求項２に記載の筋力補助装置。
【請求項５】
伸縮可能な弾性体と、
前記弾性体の一端部と連結されたワイヤと、
前記ワイヤの巻き取り、繰り出しを行う電動式ワイヤ巻取手段と、
前記弾性体の他端部を利用者の肩部に固定する上部固定手段と、
前記電動式ワイヤ巻取手段を利用者の腰部乃至股間部に固定する下部固定手段と、
利用者の上半身の曲げ状態を検出するセンサと、
前記センサの検出結果に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を制御する制御手段と、
を有することを特徴とする筋力補助装置。
【請求項６】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ速度を演算する曲げ速度演算部とを有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、前記曲げ速度演算部によって演算された曲げ速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する請求項５に記載の筋力補助装置。
【請求項７】
前記制御手段は、前記センサの検出結果より前記利用者の上半身の曲げ状態を示す曲げ度合いを演算する曲げ度合い演算部と、前記利用者の上半身の曲げ加速度を演算する曲げ加速度演算部を有し、
前記曲げ度合い演算部によって演算された曲げ度合いと、曲げ加速度演算部によって演算された曲げ加速度に応じて前記電動式ワイヤ巻取手段による前記ワイヤの巻取量、繰出量を定量的に制御する請求項５に記載の筋力補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００８−６７７６２（Ｐ２００８−６７７６２Ａ）
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２４６７８６（Ｐ２００６−２４６７８６）
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【出願人】（５０４４０７９３０）株式会社リープス (4)
【出願人】（０００１９２０７３）株式会社モリタ (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年３月２７日（２００８．３．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年９月１２日（２００６．９．１２）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人 北海道大学 (971)
【出願人】（５０４４０７９３０）株式会社リープス (4)
【出願人】（０００１９２０７３）株式会社モリタ (80)
【Ｆターム（参考）】
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