腰部補助装置
【課題】利用者の左右の下肢の状態との関係を考慮して適切に腰部を補助する腰部補助装置を提供する。
【解決手段】腰部補助装置の右アクチュエータ４０は、右角度検出部で検出された右屈曲角度に応じて右アクチュエータによる右起立力が制御され、左アクチュエータ４２は、左角度検出部で検出された左屈曲角度に応じて左アクチュエータによる左起立力が制御されている。
【解決手段】腰部補助装置の右アクチュエータ４０は、右角度検出部で検出された右屈曲角度に応じて右アクチュエータによる右起立力が制御され、左アクチュエータ４２は、左角度検出部で検出された左屈曲角度に応じて左アクチュエータによる左起立力が制御されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰部補助構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、利用者の上半身の前屈動作を補助するための補助装置が知られている。例えば、特許文献１には、腰装着部、背中装着部、利用者の前方へ傾倒可能になるように背中装着部を腰装着部に連結する関節部、及び、作動状態において、背中装着部の利用者の前方への傾倒を制御し、利用者の前屈姿勢の維持や、前屈からの起きあがり動作を補助する第１アクチュエータを備えた腰部補助装置が開示されている。
【０００３】
しかしながら、従来の腰部補助装置では、利用者の前傾姿勢の補助において左右の下肢の状態と補助の関係が考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１１８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、利用者の左右の下肢の状態との関係を考慮して適切に腰部を補助する腰部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】
【０００６】
請求項１に記載の腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、前記背中装着部に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、利用者の右下肢に装着される右下肢装着部、及び、左下肢に装着される左下肢装着部と、前記右下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度を可変とする右関節部と、前記左下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度を可変とする左関節部と、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を前記背中装着部と前記右下肢装着部との間に作用させる右アクチュエータと、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を前記背中装着部と前記左下肢装着部との間に作用させる左アクチュエータと、前記右屈曲角度を検出する右角度検出部と、前記左屈曲角度を検出する左角度検出部と、前記右角度検出部で検出された前記右屈曲角度に応じて前記右アクチュエータによる前記右起立力を制御すると共に、前記左角度検出部で検出された前記左屈曲角度に応じて前記左アクチュエータによる前記左起立力を制御する制御部と、を備えている。
【０００７】
請求項１に記載の腰部補助装置では、背中装着部が利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能とされている。また、前支持部が、背中装着部に取り付けられ、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する。また、利用者の左右の下肢に別々に対応した右下肢装着部と左下肢装着部が、各々利用者の右下肢、左下肢に装着される。右下肢装着部と背中装着部とは、背中装着部と右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度が可変となるように右関節部を介して互いに連結されている。左下肢装着部と背中装着部とは、背中装着部と左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度が可変となるように左関節部を介して互いに連結されている。
【０００８】
右アクチュエータは、背中装着部と右下肢装着部との間に、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を作用させる。左アクチュエータは、背中装着部と左下肢装着部との間に、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を作用させる。右アクチュエータ及び左アクチュエータは、制御部によって制御されている。
【０００９】
制御部は、右角度検出部で検出された右屈曲角度に応じて右アクチュエータによる右起立力を制御し、左角度検出部で検出された左屈曲角度に応じて左アクチュエータによる左起立力を制御する。
【００１０】
発明者は、右屈曲角度、左屈曲角度によって、利用者が必要とする右起立力、左起立力が異なることを発見した。上記のように、右屈曲角度に応じて右起立力を制御し、左屈曲角度に応じて左起立力を制御することにより、適切に腰部の補助を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度が小さい程大きな前記右起立力を作用させるように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が小さい程大きな前記左起立力を作用させるように前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする。
【００１２】
このように、右屈曲角度が小さい程、また、左屈曲角度が小さい程、大きな起立力を作用させることにより、利用者の起立動作をスムーズに補助することができる。
【００１３】
請求項３に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度と前記左屈曲角度とを比較し、小さい角度側により多くの起立力が作用するように、前記右アクチュエータ及び前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする。
【００１４】
このように、左右の屈曲角度の違いに応じて左右の起立力を制御することにより、適切に腰部の補助を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度が予め定めた作動開始右角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が予め定めた作動開始左角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記左アクチュエータを制御する。
【００１６】
このように、左右のアクチュエータの作動開始を、左右の屈曲角度に対応した作動開始右角度、作動開始左角度よりも小さくなった場合にすることで、適切に左右のアクチュエータを始動させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の腰部補助装置の前記前支持部には、加速度検知センサが取り付けられ、前記制御部は、前記加速度検知センサにより予め定めた作動開始加速度以上の加速度が検知された場合に作動を開始するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する。
【００１８】
このように、左右のアクチュエータの作動開始を、利用者の動きに応じて検知された加速度が作動開始加速度以上であった場合にすることで、適切に左右のアクチュエータを始動させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の腰部補助装置は、利用者の吸気及び排気を検知する呼気検知センサが取り付けられ、前記制御部は、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の一方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を作用させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の他方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を解除するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより呼気が検知されない場合には、前記右アクチュエータ及び左アクチュエータの作動を停止させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する。
【００２０】
このように、呼気検知センサにより、利用者の吸気、排気、を検知し、右アクチュエータ、左アクチュエータの始動を吸気、排気により行うことができる。また、吸気と排気とで、右アクチュエータ、左アクチュエータの起立力の作用、解除を区別し、呼気検知がない場合に作動を停止させることにより、利用者の利便性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の腰部補助装置によれば、利用者の左右の下肢の状態との関係を考慮して適切に腰部を補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係る腰部補助装置の屈曲角度についての説明図（Ａ）（Ｂ）である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態に係る腰部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５】第１実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係る腰部補助処理（右アクチュエータ）のフローチャートである。
【図７】第１実施形態に係る圧力調整処理（右アクチュエータ）のフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る腰部補助処理（左アクチュエータ）のフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係る圧力調整処理（左アクチュエータ）のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図１２】第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１３】第３実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図１４】第３実施形態に係る腰部補助処理のフローチャートである。
【図１５】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第１パターンの説明図である。
【図１６】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第２パターンの説明図である。
【図１７】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第３パターンの説明図である。
【図１８】本発明に係る腰部補助装置を用いた第１〜第３パターンでの荷物の持ち上げ動作における、（Ａ）は従来例についての筋力使用量の減少率を示すグラフであり、（Ｂ）は実施例についての筋力使用量の減少率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[第１実施形態]
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。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、上下左右の方向は、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。
【００２５】
図１〜２には、第１実施形態に係る腰部補助装置１０が示されている。図１には、未装着状態の腰部補助装置１０が示されており、図２には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１０が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１０は、背中装着部としての背中フレーム１４、腰フレーム部１２、前支持部２２、右関節部１６Ｒ、左関節部１６Ｌ、右下肢装着部としての右大腿プレート１８、右下肢フレーム２０、左下肢装着部としての左大腿プレート１９、左下肢フレーム２１を備えている。右関節部１６Ｒは、右上関節部１６ＲＵ、右下関節部１６ＲＤ、右下サイド部１５を有し、左関節部１６Ｌは、左上関節部１６ＬＵ、左下関節部１６ＬＤ、左下サイド部１７を有している。
【００２６】
背中フレーム１４は、左右一対のサイドフレーム１４Ａ、センターフレーム１４Ｂ、及び、取付プレート１４Ｃを備えている。
【００２７】
一対のサイドフレーム１４Ａは、長尺筒状とされ、利用者の下側の一端部に利用者の前側に屈曲された屈曲部１４Ｅを有している。屈曲部１４Ｅの外側には、滑車部４４が設けられている。左右の屈曲部１４Ｅは、各々右上関節部１６ＲＵ、左上関節部１７ＬＵを介して、後述する右下サイド部１５、左下サイド部１７に連結されている。２本のサイドフレーム１４Ａの利用者の上側の各々の他端部は、互いに連結され、一対のサイドフレーム１４Ａで全体として上側を頂点とする略三角形状に構成されている。センターフレーム１４Ｂは、サイドフレーム１４Ａの中間部で、２本のサイドフレーム１４Ａ同士を連結している。利用者の右側に配置されたサイドフレーム１４Ａの内部には、右アクチュエータ４０が備えられ、利用者の左側に配置されたサイドフレーム１４Ａの内部には、左アクチュエータ４２が備えられている。右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々の下端からワイヤ４３が延出され、滑車部４４に巻き掛けられている。また、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々には、圧縮空気を送り込むためのチューブＴＵが右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８（図５参照）を介して各々連結されている。チューブＴＵの他端は、圧縮空気供給部７０に連結されている。また、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々には、インナーチューブＩＣ内の圧力を検出可能な圧力センサ（右圧力センサ５６、左圧力センサ５８）が取り付けられている（図５参照）。
【００２８】
取付プレート１４Ｃは、断面Ｌ字になるように屈曲された板状とされている。取付プレート１４Ｃは、Ｌ字の一辺面が２本のサイドフレーム１４Ａの上端部を覆うように、且つ、Ｌ字の他辺面が２本のサイドフレーム１４Ａの前側に配置されるように取り付けられている。取付プレート１４ＣのＬ字の他辺面には、支持棒１４Ｄが取り付けられている。支持棒１４Ｄは、上下方向に配置され、下端に後述する前支持部２２の回動部２２Ｃが連結されている。支持棒１４Ｄは、上端側が取付プレート１４Ｃに取り付けられている。支持棒１４Ｄは、取付プレート１４Ｃに対して上下方向にスライド移動して取付位置を変更可能とされており、下端の位置が上下方向に調整可能になっている。
【００２９】
前支持部２２は、可動プレート２２Ａ、及び、肩ベルト２２Ｂを有している。可動プレート２２Ａは板状とされ、板面が取付プレート１４Ｃの他辺面と略平行になるように配置されている。可動プレート２２Ａの取付プレート１４Ｃ側には、回動部２２Ｃが設けられている。回動部２２Ｃは、支持棒１４Ｄの下端と連結され、支持棒１４Ｄとの連結部分を中心にして回動可能とされている。これにより、可動プレート２２Ａと取付プレート１４Ｃ（背中フレーム１４）とは、互いに対向した状態で相対回転可能とされている。
【００３０】
肩ベルト２２Ｂは、左右一対設けられており、各々の一端が可動プレート２２Ａの上端に取り付けられ、他端が可動プレート２２Ａの下端に取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２Ｂは、中央部でベルト２２ＢＡによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２Ｂが密着するようにしている。
【００３１】
腰フレーム部１２は、左右一対の右下サイド部１５、左下サイド部１７を横断するように、センターフレーム部１４Ｂと略並行に配置されている。腰フレーム部１２の中央には、腰板１２Ａが取り付けられている。
【００３２】
右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１は、背中フレーム１４との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。右下肢フレーム２０は、上端が右下関節部１６ＲＤを介して右下サイド部１５に連結され、下端が右大腿プレート１８に連結されている。右大腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。右大腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。左下肢フレーム２１は、上端が左下関節部１６ＬＤを介して右下サイド部１５に連結され、下端が左大腿プレート１９に連結されている。左大腿プレート１９は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。左大腿プレート１９は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００３３】
右下肢フレーム２０の右下関節部１６ＲＤよりも下側、及び、左下肢フレーム２１の左下関節部１６ＬＤよりも下側には、回転部２３が形成されている。回転部２３は、利用者の前後方向に回転軸２３Ｒを有し、右下肢フレーム２０及び左下肢フレーム２１は、回転軸２３Ｒ周りに回転可能となっている。さらに、右下肢フレーム２０の中間部、及び、左下肢フレーム２１の中間部には、回転部２５が形成されている。回転部２５は、利用者の前後方向に回転軸２５Ｒを有し、右下肢フレーム２０及び左下肢フレーム２１は、回転軸２５Ｒ周りに回転可能となっている。
【００３４】
次に、右関節部１６Ｒ、左関節部１６Ｌについて説明する。背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間に右下サイド部１５が配置され、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間に左下サイド部１７が配置されている。右下サイド部１５の上端は右上関節部１６ＲＵを介して背中フレーム１４と連結され、右下サイド部１５の下端は右下関節部１６ＲＤを介して右下肢フレーム２０と連結されている。左下サイド部１７の上端は左上関節部１６ＬＵを介して背中フレーム１４と連結され、左下サイド部１７の下端は左下関節部１６ＬＤを介して左下肢フレーム２１と連結されている。
【００３５】
右上関節部１６ＲＵは、一方の背中フレーム１４の下端と右下サイド部１５の上端部を左右方向の軸ＳＵで同軸に連結させており、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５とは、軸ＳＵ周りに相対回転可能となっている。左上関節部１６ＬＵは、他方の背中フレーム１４の下端と左下サイド部１７の上端部を前述の左右方向の軸ＳＵで同軸に連結させており、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７とは、軸ＳＵ周りに相対回転可能となっている。
【００３６】
右下関節部１６ＲＤは、右下サイド部１５の下端部に固定されたプレート２６と、プレート２６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト２８と、回転シャフト２８に回転自在に支持された円盤状の回転体２４とを備えている。また、左下関節部１６ＬＤは、左下サイド部１７の下端部に固定されたプレート３６と、プレート３６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト３８と、回転シャフト３８に回転自在に支持された円盤状の回転体３４とを備えている。なお、右下関節部１６ＲＤと左下関節部１６ＬＤとは、左右対称の構成で、軸ＳＤが共通になっている。
【００３７】
プレート２６、３６は、利用者の側腰部に位置し、回転シャフト２８、３８は、利用者の側腰部から肩幅方向外方へ延出している。回転体２４、３４の軸心には、回転シャフト２８、３８が相対回転自在に嵌合する円孔（図示省略）が形成され、回転体２４、３４の周面には、ワイヤ４３を巻き掛けることができる溝２４Ａ、３４Ａが形成されている。なお、回転体２４、３４が円盤状であることは必須ではなく、半円盤状や楕円盤状などであってもよい。
【００３８】
回転体２４には、右下肢フレーム２０の一端が固定され、右下肢フレーム２０は回転体２４と共に回転可能とされている。右大腿プレート１８は利用者の右下肢前方に当てられているので、右下肢フレーム２０の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、一方の背中フレーム１４と右下肢フレーム２０とは、右下関節部１６ＲＤ、右下サイド部１５、及び右上関節部１６ＲＵを挟んで相対回転する。
【００３９】
回転体３４には、左下肢フレーム２１の一端が固定され、左下肢フレーム２１は回転体３４と共に回転可能とされている。左大腿プレート１９は利用者の左下肢前方に当てられているので、左下肢フレーム２１の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、他方の背中フレーム１４と左下肢フレーム２１とは、左下関節部１６ＬＤ、左下サイド部１７、及び左上関節部１６ＬＵを挟んで相対回転する。
【００４０】
右上関節部１６ＲＵ、右下関節部１６ＲＤ、左上関節部１６ＬＵ、左下関節部１６ＬＤには、各々右上角度センサ５２Ｕ、右下角度センサ５２Ｄ、左上角度センサ５４Ｕ、左下角度センサ５４Ｄが配置されている。右上角度センサ５２Ｕは、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５との間の利用者前側の角度θ１を検出する。右下角度センサ５２Ｄは、右下サイド部１５と右下肢フレーム２０の間の利用者前側の角度θ２を検出する。左上角度センサ５４Ｕは、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７との間の利用者前側の角度θ３を検出する。左下角度センサ５４Ｄは、左下サイド部１７と左下肢フレーム２１の間の利用者前側の角度θ４を検出する（図３（Ａ）（Ｂ）参照）。
【００４１】
一対の背中フレーム１４に各々収納された右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２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）ＡＣとされている。図４（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。
【００４２】
図４（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。この状態から空気が排気されると、短縮方向への力Ｆが解放され、径が縮小されつつ長さが伸張される。
【００４３】
右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２には、右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８が各々取り付けられている。右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８は、各々、空気の給気弁、排気弁を有している。給気弁の開放によりインナーチューブＩＣへ空気が供給され、給気弁の閉鎖によりインナーチューブＩＣへの空気の供給が停止される。また、排気弁の開放によりインナーチューブＩＣから空気が排出され、排気弁の閉鎖によりインナーチューブＩＣからの空気の排出が停止される。
【００４４】
次に、本実施形態の腰部補助装置１０の作用について説明する。
【００４５】
腰部補助装置１０は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の長さが短縮することにより、短縮方向への力Ｆを発生させる。力Ｆは、ワイヤ４３を介して、右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１へＹ方向の回転力を作用させる。この回転力は、右大腿プレート１８、左大腿プレート１９を介して利用者に伝達され、背中フレーム１４のＸ方向への回転となって現れる。前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２Ｂを介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００４６】
次に、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２の制御系について説明する。図５には、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２を制御する制御系についてのブロック図が示されている。制御部５０は、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２の動作を制御する部分であり、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されている。
【００４７】
制御部５０には、左圧力センサ５８、右圧力センサ５６、左圧力調整弁４８、右圧力調整弁４６、左上角度センサ５４Ｕ、左下角度センサ５４Ｄ、右上角度センサ５２Ｕ、右下角度センサ５２Ｄ、及び、メモリ６０が接続されている。
【００４８】
左圧力センサ５８は、左アクチュエータ４１のインナーチューブＩＣ内の圧力を検出して、当該圧力についての左圧力データ信号ＰＬＤを制御部５０へ出力する。右圧力センサ５６は、右アクチュエータ４０のインナーチューブＩＣ内の圧力を検出して、当該圧力についての右圧力データ信号ＰＲＤを制御部５０へ出力する。
【００４９】
右上角度センサ５２Ｕは、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５との間の利用者前側の角度θ１を検出し、角度θ１信号を制御部５０へ出力する。右下角度センサ５２Ｄは、右下サイド部１５と右下肢フレーム２０の間の利用者前側の角度θ２を検出し、角度θ２信号を制御部５０へ出力する。角度θ１と角度θ２の和が、右下肢フレーム２０と一方の背中フレーム１４との間の利用者前側の右屈曲角度θＲとなる。左上角度センサ５４Ｕは、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７との間の利用者前側の角度θ３を検出し、角度θ３信号を制御部５０へ出力する。左下角度センサ５４Ｄは、左下サイド部１７と左下肢フレーム２１の間の利用者前側の角度θ４を検出し、角度θ４信号を制御部５０へ出力する。角度θ３と角度θ４の和が、左下肢フレーム２１と他方の背中フレーム１４との間の利用者前側の左屈曲角度θＬとなる。
【００５０】
メモリ６０には、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬについて、作動開始角度θＳが記憶されている。作動開始角度θＳは、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬがこの作動開始角度θＳ以上になった場合に、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１への給気を開始し、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬがこの作動開始角度θＳよりも小さくなった場合に、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１からの排気を開始するための角度であり、利用者の用途等に応じて予め設定されている。本実施形態では、利用者が起立状態にあると判断される角度、例えば１８０度よりも僅かに小さい、１６０度〜１７５度に設定することができる。
【００５１】
また、メモリ６０には、右屈曲角度θＲに対応させた右アクチュエータ４０のインナーチューブＩＣに供給する右圧力ＰＲが記憶され、左屈曲角度θＬに対応させた左アクチュエータ４１のインナーチューブＩＣに供給する左圧力ＰＬが記憶されている。右屈曲角度θＲと右圧力ＰＲの関係、左屈曲角度θＬと左圧力ＰＬの関係は、以下の反比例関係となっている。すなわち、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬが小さいほど（利用者の曲げ角度が深いほど）、右アクチュエータ４０と左アクチュエータ４１の圧力、即ち、前述の力Ｆを大きくして、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間に作用する右起立力を大きくすると共に、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間に作用する左起立力を大きくする。なお、Ａは比例定数である。
【００５２】
（数１）
ＰＲ＝Ａ／θＲ， ＰＬ＝Ａ／θＬ
【００５３】
右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８は、各々、給気弁及び排気弁を有しており、制御部５０からの開閉信号に基づいて、給気弁及び排気弁の開閉動作が行われる。利用者に起立力を作用させる場合には、給気弁を開放して排気弁を閉鎖する。利用者を起立力から解放する場合には、給気弁を閉鎖して排気弁を開放閉鎖する。制御部５０は、給気弁を開放する場合には、給気弁開放信号ＫＯを出力し、給気弁を閉鎖する場合には、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力し、排気弁を開放する場合には、排気弁開放信号ＨＯを出力し、排気弁を閉鎖する場合には、排気弁閉鎖信号ＨＣを出力する。なお、作動開始される前に、各々の給気弁は閉鎖されており、排気弁は開放されている。
【００５４】
図１及び図２に示すように、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１の下端側には、ワイヤ４３が取り付けられている。ワイヤ４３の一端部は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１の下端から出て、滑車部４４に巻き掛けられて方向を変え、回転体２４の溝２４Ａ、回転体３４の溝３４Ａに固定されている。
【００５５】
次に、本実施形態における作用について説明する。
【００５６】
利用者が腰部補助装置１０を装着して前屈動作を行い、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１との間の角度が強まって、角度θ１、θ２の和である右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳ以下となった場合、角度θ３、θ４の和である及び左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳ以下となった場合に、図６、図８に示す腰部補助処理が実行される。なお、右アクチュエータ４０に関するデータと左アクチュエータ４１に関するデータは、別々に並列処理される。
【００５７】
右アクチュエータ４０について、図６に示すように、まず、ステップＳＡ１０で右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＡ１２で右屈曲角度θＲに対応する右圧力ＰＲを算出設定する。そして、ステップＳＡ１４で、圧力調整処理を行う。
【００５８】
圧力調整処理は、図７に示すように、まず、ステップＳＡ１４−１で、排気弁を閉鎖する。そして、ステップＳＡ１４−２で、右圧力データＰＲＤを取得し、ステップＳＡ１４−３で、右圧力データＰＲＤが設定した右圧力ＰＲよりも小さいかどうかを判断する。右圧力データＰＲＤが右圧力ＰＲよりも小さい場合には、ステップＳＡ１４−４で、給気弁を開放する給気弁開放信号ＫＯを右圧力調整弁４６へ出力し、ステップＳＡ１４−２へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、設定した右圧力ＰＲに達するまでインナーチューブＩＣへ空気が供給される。ステップＳＡ１４−３で、右圧力データＰＲＤが設定した右圧力ＰＲよりも小さくない、すなわち、右圧力ＰＲ以上であると判断された場合には、ステップＳＡ１４−５で、給気弁を閉鎖する給気弁閉鎖信号ＫＣを右圧力調整弁４６へ出力し、圧力調整処理を終了して図６のステップＳＡ１６へ進む。
【００５９】
ステップＳＡ１６では、再度右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＡ１８で、右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳよりも大きいかどうかを判断する。判断が否定された場合には、ステップＳＡ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。この繰り返しにより、右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳ以下の場合に、右屈曲角度θＲに応じた右起立力を利用者へ作用させる。
【００６０】
右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳよりも大きい場合には、利用者が起立状態にあると判断され、ステップＳＡ２０で、排気弁を解放する排気弁開放信号ＨＯを右圧力調整弁４６へ出力し、処理を終了する。これにより、右アクチュエータ４０から空気が排出され、腰部補助装置１０が利用者へ作用させていた右起立力が解除される。
【００６１】
左アクチュエータ４２についても、図８に示すように、上記と同様に、まず、ステップＳＢ１０で左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＢ１２で左屈曲角度θＬに対応する左圧力ＰＬを算出設定する。そして、ステップＳＢ１４で、圧力調整処理を行う。
【００６２】
圧力調整処理は、図９に示すように、まず、ステップＳＢ１４−１で、排気弁を閉鎖する。そして、ステップＳＢ１４−２で、左圧力データＰＬＤを取得し、ステップＳＢ１４−３で、左圧力データＰＬＤが設定した左圧力ＰＬよりも小さいかどうかを判断する。左圧力データＰＬＤが左圧力ＰＬよりも小さい場合には、ステップＳＢ１４−４で、給気弁を開放する給気弁開放信号ＫＯを左圧力調整弁４８へ出力し、ステップＳＢ１４−２へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、設定した左圧力ＰＬに達するまでインナーチューブＩＣへ空気が供給される。ステップＳＢ１４−３で、左圧力データＰＬＤが設定した左圧力ＰＬよりも小さくない、すなわち、左圧力ＰＬ以上であると判断された場合には、ステップＳＢ１４−５で、給気弁を閉鎖する給気弁閉鎖信号ＫＣを左圧力調整弁４８へ出力し、圧力調整処理を終了して図８のステップＳＢ１６へ進む。
【００６３】
ステップＳＢ１６では、再度左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＢ１８で、左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳよりも大きいかどうかを判断する。判断が否定された場合には、ステップＳＢ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。この繰り返しにより、左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳ以下の場合に、左屈曲角度θＬに応じた左起立力を利用者へ作用させる。
【００６４】
左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳよりも大きい場合には、利用者が起立状態にあると判断され、ステップＳＢ２０で、排気弁を解放する排気弁開放信号ＨＯを左圧力調整弁４８へ出力し、処理を終了する。これにより、左アクチュエータ４２から空気が排出され、腰部補助装置１０が利用者へ作用させていた左起立力が解除される。
【００６５】
本実施形態によれば、上記のように、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間の角度である右屈曲角度θＲ、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間の角度である左屈曲角度θＬに応じて、左右別々に力Ｆを作用させるので、利用者の起立動作をスムーズに補助することができる。
【００６６】
[第２実施形態]
【００６７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
第２実施形態では、腰部補助装置１０は、加速度センサ６２を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００６９】
図１０に示すように、加速度センサ６２は、肩ベルト２２Ｂの前方に取り付けられ、取り付けられた部分の動きによる加速度を検知可能とされている。図１１に示すように、加速度センサ６２は、制御部５０と接続されており、検知した加速度を、制御部５０へ出力する。
【００７０】
メモリ６０には、作動開始加速度ＡＳについても記憶されている。作動開始加速度ＡＳは、制御部５０が腰部補助処理を開始するために設定されるものであり、加速度センサ６２により検知された加速度が作動開始加速度ＡＳ以上になった場合に、図６、８に示される腰部補助処理が実行される。
【００７１】
このように、加速度センサ６２を用いて、利用者の動きに合わせて、腰部の補助動作を開始することができる。
【００７２】
[第３実施形態]
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態でも、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
図１２に示すように、第３実施形態では、腰部補助装置１０は、呼気センサ６４を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００７５】
呼気センサ６４は、利用者が呼気センサ６４に対して行う吸気及び排気を検知可能なセンサであり、図１３にも示すように、制御部５０と接続されている。呼気センサ６４は、検知した呼気を、吸気、排気を区別して、制御部５０へ出力する。
【００７６】
次に、本実施形態における作用について説明する。
【００７７】
本実施形態では、利用者が呼気センサ６４に対して吸気または排気を行うと、当該吸気または排気が呼気センサによって検知され、呼気検知信号ＢＳが制御部５０へ送られる。制御部５０に呼気検知信号ＢＳが入力されると、図１４に示す腰部補助処理が実行される。ここでも、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の制御は別々に並列処理される。
【００７８】
図１４に示すように、まず、ステップＳＣ１０で、呼気検知信号ＢＳが吸気かどうかを判断する。右アクチュエータ４０の制御は、吸気の場合には、ステップＳＣ１２で右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＣ１４で右屈曲角度θＲに対応する右圧力ＰＲを算出設定する。そして、ステップＳＣ１６で、圧力調整処理を行う。圧力調整処理は、図７に示すものと同様である。
【００７９】
圧力調整処理が終了すると、ステップＳＣ１８へ進み、現時点で吸気の呼気検知信号ＢＳの入力があるかどうかを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳＣ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。これにより、利用者による吸気が継続している場合には、右屈曲角度θＲに応じた右起立力が作用され続ける。
【００８０】
判断が否定された場合には、ステップＳＣ２０で、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力して、給気弁を閉鎖する。この閉鎖により、右アクチュエータ４０での力Ｆが維持された状態となる。
【００８１】
左アクチュエータ４２の制御についても、右アクチュエータ４０と同様に行われる。すなわち、吸気の場合には、ステップＳＤ１２で左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＤ１４で左屈曲角度θＬに対応する左圧力ＰＬを算出設定する。そして、ステップＳＤ１６で、圧力調整処理を行う。圧力調整処理は、図９に示すものと同様である。
【００８２】
圧力調整処理が終了すると、ステップＳＤ１８へ進み、現時点で呼気検知信号ＫＳの入力があるかどうかを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳＤ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。これにより、利用者による吸気が継続している場合には、左屈曲角度θＬに応じた左起立力が作用され続ける。
【００８３】
判断が否定された場合には、ステップＳＤ２０で、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力して、給気弁を閉鎖する。この閉鎖により、左アクチュエータ４２での力Ｆが維持された状態となる。
【００８４】
ステップＳＣ１０で、呼気検知信号ＢＳが吸気ではないと判断された場合、すなわち、呼気検知信号ＢＳが排気であった場合には、ステップＳＣ２２で、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２へ排気弁開放信号ＨＯを出力し、右起立力、左起立力を解放する。
【００８５】
本実施形態によれば、呼気センサ６４を用いて、利用者は吸気、排気に応じて、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２を作動させることができる。
【実施例】
【００８６】
本発明の効果を確かめるために、発明者らは、下にある荷物を持ち上げる動作について、腰部補助装置を装着した利用者の体勢ごとに、腰部補助装置によって筋力の使用量がどの程度減少したかを測定した。測定位置は、脊柱起立筋で右上ＲＵ、右下ＲＬ、左上ＬＵ、左下ＬＬの４箇所で行った。利用者の体勢は、第１パターン〜第３パターンの３パターンで試験を行った。
【００８７】
第１パターンは、図１５に示すように、利用者の前方に荷物６６を置き、両足を荷物６６に沿って平行に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作が進むにつれて、利用者の右屈曲角度θＲと左屈曲角度θＬは、徐々に大きくなるが、左右の角度差はほとんどなく、持ち上げ動作が完了した。
【００８８】
第２パターンは、図１６に示すように、利用者の右側方に荷物６６を置き、両足を荷物６６に対して４５度の角度をもって平行に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作において、利用者の右屈曲角度θＲの方が左屈曲角度θＬよりも小さく、両角度共に徐々に大きくなり、持ち上げ動作が完了した。
【００８９】
第３パターンは、図１７に示すように、利用者の前方に荷物６６を置き、両足を右足が前になるように前後に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作において、利用者の右屈曲角度θＲの方が左屈曲角度θＬよりも小さく、両角度共に徐々に大きくなり、持ち上げ動作が完了した。
【００９０】
試験は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２を、一定の圧力（０．５ＭＰ）で作動させた場合（従来例）と、右屈曲角度θＲと左屈曲角度θＬに応じて右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の圧力を変えた場合（実施例）とで行った。第１パターン〜第３パターンの各々での、右上ＲＵ、右下ＲＬ、左上ＬＵ、左下ＬＬの４箇所での筋力使用量の減少率について、図１８（Ａ）には従来例の結果が、図１８（Ｂ）には実施例の結果が、各々示されている。
【００９１】
図１８（Ａ）（Ｂ）のグラフより、体勢が第１パターンであれば、筋力使用量の減少率は、従来例と実施例とで大差はないが、体制が第２パターン、第３パターンの場合には、従来例では筋力使用量の減少率が２０％より低い値であったが、実施例では４０％程度となり、補助の効果が高くなっていることがわかる。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 腰部補助装置
１２ 腰フレーム部
１４ 背中フレーム（背中装着部）
１６Ｒ 右関節部
１６Ｌ 左関節部
１８ 右大腿プレート（右下装着部）
１９ 左大腿プレート（左下装着部）
２０ 右下肢フレーム（右下装着部）
２１ 左下肢フレーム（左下装着部）
２２ 前支持部
４０ 右アクチュエータ
４２ 左アクチュエータ
４６ 右圧力調整弁
４８ 左圧力調整弁
５０ 制御部
５２Ｄ 右下角度センサ（右角度検出部）
５２Ｕ 右上角度センサ（右角度検出部）
５４Ｄ 左下角度センサ（左角度検出部）
５４Ｕ 左上角度センサ（左角度検出部）
５６ 右圧力センサ
５８ 左圧力センサ
６２ 加速度センサ
６４ 呼気センサ（呼気検知センサ）
θＬ 左屈曲角度
θＲ 右屈曲角度
θＳ 作動開始角度
【技術分野】
【０００１】
本発明は、腰部補助構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、利用者の上半身の前屈動作を補助するための補助装置が知られている。例えば、特許文献１には、腰装着部、背中装着部、利用者の前方へ傾倒可能になるように背中装着部を腰装着部に連結する関節部、及び、作動状態において、背中装着部の利用者の前方への傾倒を制御し、利用者の前屈姿勢の維持や、前屈からの起きあがり動作を補助する第１アクチュエータを備えた腰部補助装置が開示されている。
【０００３】
しかしながら、従来の腰部補助装置では、利用者の前傾姿勢の補助において左右の下肢の状態と補助の関係が考慮されていなかった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−０１１８１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、利用者の左右の下肢の状態との関係を考慮して適切に腰部を補助する腰部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】
【０００６】
請求項１に記載の腰部補助装置は、利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、前記背中装着部に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、利用者の右下肢に装着される右下肢装着部、及び、左下肢に装着される左下肢装着部と、前記右下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度を可変とする右関節部と、前記左下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度を可変とする左関節部と、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を前記背中装着部と前記右下肢装着部との間に作用させる右アクチュエータと、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を前記背中装着部と前記左下肢装着部との間に作用させる左アクチュエータと、前記右屈曲角度を検出する右角度検出部と、前記左屈曲角度を検出する左角度検出部と、前記右角度検出部で検出された前記右屈曲角度に応じて前記右アクチュエータによる前記右起立力を制御すると共に、前記左角度検出部で検出された前記左屈曲角度に応じて前記左アクチュエータによる前記左起立力を制御する制御部と、を備えている。
【０００７】
請求項１に記載の腰部補助装置では、背中装着部が利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能とされている。また、前支持部が、背中装着部に取り付けられ、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する。また、利用者の左右の下肢に別々に対応した右下肢装着部と左下肢装着部が、各々利用者の右下肢、左下肢に装着される。右下肢装着部と背中装着部とは、背中装着部と右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度が可変となるように右関節部を介して互いに連結されている。左下肢装着部と背中装着部とは、背中装着部と左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度が可変となるように左関節部を介して互いに連結されている。
【０００８】
右アクチュエータは、背中装着部と右下肢装着部との間に、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を作用させる。左アクチュエータは、背中装着部と左下肢装着部との間に、利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を作用させる。右アクチュエータ及び左アクチュエータは、制御部によって制御されている。
【０００９】
制御部は、右角度検出部で検出された右屈曲角度に応じて右アクチュエータによる右起立力を制御し、左角度検出部で検出された左屈曲角度に応じて左アクチュエータによる左起立力を制御する。
【００１０】
発明者は、右屈曲角度、左屈曲角度によって、利用者が必要とする右起立力、左起立力が異なることを発見した。上記のように、右屈曲角度に応じて右起立力を制御し、左屈曲角度に応じて左起立力を制御することにより、適切に腰部の補助を行うことができる。
【００１１】
請求項２に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度が小さい程大きな前記右起立力を作用させるように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が小さい程大きな前記左起立力を作用させるように前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする。
【００１２】
このように、右屈曲角度が小さい程、また、左屈曲角度が小さい程、大きな起立力を作用させることにより、利用者の起立動作をスムーズに補助することができる。
【００１３】
請求項３に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度と前記左屈曲角度とを比較し、小さい角度側により多くの起立力が作用するように、前記右アクチュエータ及び前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする。
【００１４】
このように、左右の屈曲角度の違いに応じて左右の起立力を制御することにより、適切に腰部の補助を行うことができる。
【００１５】
請求項４に記載の腰部補助装置は、前記制御部が、前記右屈曲角度が予め定めた作動開始右角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が予め定めた作動開始左角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記左アクチュエータを制御する。
【００１６】
このように、左右のアクチュエータの作動開始を、左右の屈曲角度に対応した作動開始右角度、作動開始左角度よりも小さくなった場合にすることで、適切に左右のアクチュエータを始動させることができる。
【００１７】
請求項５に記載の腰部補助装置の前記前支持部には、加速度検知センサが取り付けられ、前記制御部は、前記加速度検知センサにより予め定めた作動開始加速度以上の加速度が検知された場合に作動を開始するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する。
【００１８】
このように、左右のアクチュエータの作動開始を、利用者の動きに応じて検知された加速度が作動開始加速度以上であった場合にすることで、適切に左右のアクチュエータを始動させることができる。
【００１９】
請求項６に記載の腰部補助装置は、利用者の吸気及び排気を検知する呼気検知センサが取り付けられ、前記制御部は、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の一方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を作用させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の他方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を解除するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより呼気が検知されない場合には、前記右アクチュエータ及び左アクチュエータの作動を停止させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する。
【００２０】
このように、呼気検知センサにより、利用者の吸気、排気、を検知し、右アクチュエータ、左アクチュエータの始動を吸気、排気により行うことができる。また、吸気と排気とで、右アクチュエータ、左アクチュエータの起立力の作用、解除を区別し、呼気検知がない場合に作動を停止させることにより、利用者の利便性を高めることができる。
【発明の効果】
【００２１】
以上説明したように、本発明の腰部補助装置によれば、利用者の左右の下肢の状態との関係を考慮して適切に腰部を補助することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態に係る腰部補助装置の使用状態を示す側面図である。
【図３】第１実施形態に係る腰部補助装置の屈曲角度についての説明図（Ａ）（Ｂ）である。
【図４】（Ａ）、（Ｂ）は、第１実施形態に係る腰部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５】第１実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図６】第１実施形態に係る腰部補助処理（右アクチュエータ）のフローチャートである。
【図７】第１実施形態に係る圧力調整処理（右アクチュエータ）のフローチャートである。
【図８】第１実施形態に係る腰部補助処理（左アクチュエータ）のフローチャートである。
【図９】第１実施形態に係る圧力調整処理（左アクチュエータ）のフローチャートである。
【図１０】第２実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１１】第２実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図１２】第３実施形態に係る腰部補助装置を示す斜視図である。
【図１３】第３実施形態に係る腰部補助装置の制御系のブロック図である。
【図１４】第３実施形態に係る腰部補助処理のフローチャートである。
【図１５】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第１パターンの説明図である。
【図１６】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第２パターンの説明図である。
【図１７】本発明に係る腰部補助装置を用いた荷物の持ち上げ動作の第３パターンの説明図である。
【図１８】本発明に係る腰部補助装置を用いた第１〜第３パターンでの荷物の持ち上げ動作における、（Ａ）は従来例についての筋力使用量の減少率を示すグラフであり、（Ｂ）は実施例についての筋力使用量の減少率を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
[第１実施形態]
【００２４】
次に、本発明の第１実施形態について図面を参照して詳細に説明する。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、上下左右の方向は、この前方側を向いてみた場合の方向を基準とする。
【００２５】
図１〜２には、第１実施形態に係る腰部補助装置１０が示されている。図１には、未装着状態の腰部補助装置１０が示されており、図２には、利用者が装着した状態の腰部補助装置１０が示されている。これらの図に示されるように、腰部補助装置１０は、背中装着部としての背中フレーム１４、腰フレーム部１２、前支持部２２、右関節部１６Ｒ、左関節部１６Ｌ、右下肢装着部としての右大腿プレート１８、右下肢フレーム２０、左下肢装着部としての左大腿プレート１９、左下肢フレーム２１を備えている。右関節部１６Ｒは、右上関節部１６ＲＵ、右下関節部１６ＲＤ、右下サイド部１５を有し、左関節部１６Ｌは、左上関節部１６ＬＵ、左下関節部１６ＬＤ、左下サイド部１７を有している。
【００２６】
背中フレーム１４は、左右一対のサイドフレーム１４Ａ、センターフレーム１４Ｂ、及び、取付プレート１４Ｃを備えている。
【００２７】
一対のサイドフレーム１４Ａは、長尺筒状とされ、利用者の下側の一端部に利用者の前側に屈曲された屈曲部１４Ｅを有している。屈曲部１４Ｅの外側には、滑車部４４が設けられている。左右の屈曲部１４Ｅは、各々右上関節部１６ＲＵ、左上関節部１７ＬＵを介して、後述する右下サイド部１５、左下サイド部１７に連結されている。２本のサイドフレーム１４Ａの利用者の上側の各々の他端部は、互いに連結され、一対のサイドフレーム１４Ａで全体として上側を頂点とする略三角形状に構成されている。センターフレーム１４Ｂは、サイドフレーム１４Ａの中間部で、２本のサイドフレーム１４Ａ同士を連結している。利用者の右側に配置されたサイドフレーム１４Ａの内部には、右アクチュエータ４０が備えられ、利用者の左側に配置されたサイドフレーム１４Ａの内部には、左アクチュエータ４２が備えられている。右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々の下端からワイヤ４３が延出され、滑車部４４に巻き掛けられている。また、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々には、圧縮空気を送り込むためのチューブＴＵが右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８（図５参照）を介して各々連結されている。チューブＴＵの他端は、圧縮空気供給部７０に連結されている。また、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の各々には、インナーチューブＩＣ内の圧力を検出可能な圧力センサ（右圧力センサ５６、左圧力センサ５８）が取り付けられている（図５参照）。
【００２８】
取付プレート１４Ｃは、断面Ｌ字になるように屈曲された板状とされている。取付プレート１４Ｃは、Ｌ字の一辺面が２本のサイドフレーム１４Ａの上端部を覆うように、且つ、Ｌ字の他辺面が２本のサイドフレーム１４Ａの前側に配置されるように取り付けられている。取付プレート１４ＣのＬ字の他辺面には、支持棒１４Ｄが取り付けられている。支持棒１４Ｄは、上下方向に配置され、下端に後述する前支持部２２の回動部２２Ｃが連結されている。支持棒１４Ｄは、上端側が取付プレート１４Ｃに取り付けられている。支持棒１４Ｄは、取付プレート１４Ｃに対して上下方向にスライド移動して取付位置を変更可能とされており、下端の位置が上下方向に調整可能になっている。
【００２９】
前支持部２２は、可動プレート２２Ａ、及び、肩ベルト２２Ｂを有している。可動プレート２２Ａは板状とされ、板面が取付プレート１４Ｃの他辺面と略平行になるように配置されている。可動プレート２２Ａの取付プレート１４Ｃ側には、回動部２２Ｃが設けられている。回動部２２Ｃは、支持棒１４Ｄの下端と連結され、支持棒１４Ｄとの連結部分を中心にして回動可能とされている。これにより、可動プレート２２Ａと取付プレート１４Ｃ（背中フレーム１４）とは、互いに対向した状態で相対回転可能とされている。
【００３０】
肩ベルト２２Ｂは、左右一対設けられており、各々の一端が可動プレート２２Ａの上端に取り付けられ、他端が可動プレート２２Ａの下端に取り付けられている。左右一対の肩ベルト２２Ｂは、中央部でベルト２２ＢＡによって連結され、利用者の上半身に肩ベルト２２Ｂが密着するようにしている。
【００３１】
腰フレーム部１２は、左右一対の右下サイド部１５、左下サイド部１７を横断するように、センターフレーム部１４Ｂと略並行に配置されている。腰フレーム部１２の中央には、腰板１２Ａが取り付けられている。
【００３２】
右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１は、背中フレーム１４との相対回転によっても、屈曲しないリジッドな部材で構成されている。右下肢フレーム２０は、上端が右下関節部１６ＲＤを介して右下サイド部１５に連結され、下端が右大腿プレート１８に連結されている。右大腿プレート１８は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。右大腿プレート１８は、利用者の下肢の前方に配置される。左下肢フレーム２１は、上端が左下関節部１６ＬＤを介して右下サイド部１５に連結され、下端が左大腿プレート１９に連結されている。左大腿プレート１９は、利用者の下肢の前方を覆う湾曲形状とされている。左大腿プレート１９は、利用者の下肢の前方に配置される。
【００３３】
右下肢フレーム２０の右下関節部１６ＲＤよりも下側、及び、左下肢フレーム２１の左下関節部１６ＬＤよりも下側には、回転部２３が形成されている。回転部２３は、利用者の前後方向に回転軸２３Ｒを有し、右下肢フレーム２０及び左下肢フレーム２１は、回転軸２３Ｒ周りに回転可能となっている。さらに、右下肢フレーム２０の中間部、及び、左下肢フレーム２１の中間部には、回転部２５が形成されている。回転部２５は、利用者の前後方向に回転軸２５Ｒを有し、右下肢フレーム２０及び左下肢フレーム２１は、回転軸２５Ｒ周りに回転可能となっている。
【００３４】
次に、右関節部１６Ｒ、左関節部１６Ｌについて説明する。背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間に右下サイド部１５が配置され、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間に左下サイド部１７が配置されている。右下サイド部１５の上端は右上関節部１６ＲＵを介して背中フレーム１４と連結され、右下サイド部１５の下端は右下関節部１６ＲＤを介して右下肢フレーム２０と連結されている。左下サイド部１７の上端は左上関節部１６ＬＵを介して背中フレーム１４と連結され、左下サイド部１７の下端は左下関節部１６ＬＤを介して左下肢フレーム２１と連結されている。
【００３５】
右上関節部１６ＲＵは、一方の背中フレーム１４の下端と右下サイド部１５の上端部を左右方向の軸ＳＵで同軸に連結させており、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５とは、軸ＳＵ周りに相対回転可能となっている。左上関節部１６ＬＵは、他方の背中フレーム１４の下端と左下サイド部１７の上端部を前述の左右方向の軸ＳＵで同軸に連結させており、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７とは、軸ＳＵ周りに相対回転可能となっている。
【００３６】
右下関節部１６ＲＤは、右下サイド部１５の下端部に固定されたプレート２６と、プレート２６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト２８と、回転シャフト２８に回転自在に支持された円盤状の回転体２４とを備えている。また、左下関節部１６ＬＤは、左下サイド部１７の下端部に固定されたプレート３６と、プレート３６から肩幅方向外方へ立設された回転シャフト３８と、回転シャフト３８に回転自在に支持された円盤状の回転体３４とを備えている。なお、右下関節部１６ＲＤと左下関節部１６ＬＤとは、左右対称の構成で、軸ＳＤが共通になっている。
【００３７】
プレート２６、３６は、利用者の側腰部に位置し、回転シャフト２８、３８は、利用者の側腰部から肩幅方向外方へ延出している。回転体２４、３４の軸心には、回転シャフト２８、３８が相対回転自在に嵌合する円孔（図示省略）が形成され、回転体２４、３４の周面には、ワイヤ４３を巻き掛けることができる溝２４Ａ、３４Ａが形成されている。なお、回転体２４、３４が円盤状であることは必須ではなく、半円盤状や楕円盤状などであってもよい。
【００３８】
回転体２４には、右下肢フレーム２０の一端が固定され、右下肢フレーム２０は回転体２４と共に回転可能とされている。右大腿プレート１８は利用者の右下肢前方に当てられているので、右下肢フレーム２０の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、一方の背中フレーム１４と右下肢フレーム２０とは、右下関節部１６ＲＤ、右下サイド部１５、及び右上関節部１６ＲＵを挟んで相対回転する。
【００３９】
回転体３４には、左下肢フレーム２１の一端が固定され、左下肢フレーム２１は回転体３４と共に回転可能とされている。左大腿プレート１９は利用者の左下肢前方に当てられているので、左下肢フレーム２１の位置は利用者の下肢に沿った位置に規制されている。したがって、他方の背中フレーム１４と左下肢フレーム２１とは、左下関節部１６ＬＤ、左下サイド部１７、及び左上関節部１６ＬＵを挟んで相対回転する。
【００４０】
右上関節部１６ＲＵ、右下関節部１６ＲＤ、左上関節部１６ＬＵ、左下関節部１６ＬＤには、各々右上角度センサ５２Ｕ、右下角度センサ５２Ｄ、左上角度センサ５４Ｕ、左下角度センサ５４Ｄが配置されている。右上角度センサ５２Ｕは、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５との間の利用者前側の角度θ１を検出する。右下角度センサ５２Ｄは、右下サイド部１５と右下肢フレーム２０の間の利用者前側の角度θ２を検出する。左上角度センサ５４Ｕは、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７との間の利用者前側の角度θ３を検出する。左下角度センサ５４Ｄは、左下サイド部１７と左下肢フレーム２１の間の利用者前側の角度θ４を検出する（図３（Ａ）（Ｂ）参照）。
【００４１】
一対の背中フレーム１４に各々収納された右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２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）ＡＣとされている。図４（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。
【００４２】
図４（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。この状態から空気が排気されると、短縮方向への力Ｆが解放され、径が縮小されつつ長さが伸張される。
【００４３】
右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２には、右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８が各々取り付けられている。右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８は、各々、空気の給気弁、排気弁を有している。給気弁の開放によりインナーチューブＩＣへ空気が供給され、給気弁の閉鎖によりインナーチューブＩＣへの空気の供給が停止される。また、排気弁の開放によりインナーチューブＩＣから空気が排出され、排気弁の閉鎖によりインナーチューブＩＣからの空気の排出が停止される。
【００４４】
次に、本実施形態の腰部補助装置１０の作用について説明する。
【００４５】
腰部補助装置１０は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の長さが短縮することにより、短縮方向への力Ｆを発生させる。力Ｆは、ワイヤ４３を介して、右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１へＹ方向の回転力を作用させる。この回転力は、右大腿プレート１８、左大腿プレート１９を介して利用者に伝達され、背中フレーム１４のＸ方向への回転となって現れる。前傾した利用者の上体には、肩ベルト２２Ｂを介して、起き上がり回転方向Ｘへの力が作用するので、利用者が上体を起こす動作を補助することができる。さらに、起き上がり回転方向Ｘへの力を、利用者の前方への傾倒力よりも大きくすることにより、背中フレーム１４を起き上がり方向Ｘへ回転させて、利用者の上体を起こさせることができる。
【００４６】
次に、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２の制御系について説明する。図５には、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２を制御する制御系についてのブロック図が示されている。制御部５０は、右アクチュエータ４０、及び、左アクチュエータ４２の動作を制御する部分であり、不図示のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどを含んで構成されている。
【００４７】
制御部５０には、左圧力センサ５８、右圧力センサ５６、左圧力調整弁４８、右圧力調整弁４６、左上角度センサ５４Ｕ、左下角度センサ５４Ｄ、右上角度センサ５２Ｕ、右下角度センサ５２Ｄ、及び、メモリ６０が接続されている。
【００４８】
左圧力センサ５８は、左アクチュエータ４１のインナーチューブＩＣ内の圧力を検出して、当該圧力についての左圧力データ信号ＰＬＤを制御部５０へ出力する。右圧力センサ５６は、右アクチュエータ４０のインナーチューブＩＣ内の圧力を検出して、当該圧力についての右圧力データ信号ＰＲＤを制御部５０へ出力する。
【００４９】
右上角度センサ５２Ｕは、一方の背中フレーム１４と右下サイド部１５との間の利用者前側の角度θ１を検出し、角度θ１信号を制御部５０へ出力する。右下角度センサ５２Ｄは、右下サイド部１５と右下肢フレーム２０の間の利用者前側の角度θ２を検出し、角度θ２信号を制御部５０へ出力する。角度θ１と角度θ２の和が、右下肢フレーム２０と一方の背中フレーム１４との間の利用者前側の右屈曲角度θＲとなる。左上角度センサ５４Ｕは、他方の背中フレーム１４と左下サイド部１７との間の利用者前側の角度θ３を検出し、角度θ３信号を制御部５０へ出力する。左下角度センサ５４Ｄは、左下サイド部１７と左下肢フレーム２１の間の利用者前側の角度θ４を検出し、角度θ４信号を制御部５０へ出力する。角度θ３と角度θ４の和が、左下肢フレーム２１と他方の背中フレーム１４との間の利用者前側の左屈曲角度θＬとなる。
【００５０】
メモリ６０には、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬについて、作動開始角度θＳが記憶されている。作動開始角度θＳは、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬがこの作動開始角度θＳ以上になった場合に、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１への給気を開始し、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬがこの作動開始角度θＳよりも小さくなった場合に、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１からの排気を開始するための角度であり、利用者の用途等に応じて予め設定されている。本実施形態では、利用者が起立状態にあると判断される角度、例えば１８０度よりも僅かに小さい、１６０度〜１７５度に設定することができる。
【００５１】
また、メモリ６０には、右屈曲角度θＲに対応させた右アクチュエータ４０のインナーチューブＩＣに供給する右圧力ＰＲが記憶され、左屈曲角度θＬに対応させた左アクチュエータ４１のインナーチューブＩＣに供給する左圧力ＰＬが記憶されている。右屈曲角度θＲと右圧力ＰＲの関係、左屈曲角度θＬと左圧力ＰＬの関係は、以下の反比例関係となっている。すなわち、右屈曲角度θＲ、左屈曲角度θＬが小さいほど（利用者の曲げ角度が深いほど）、右アクチュエータ４０と左アクチュエータ４１の圧力、即ち、前述の力Ｆを大きくして、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間に作用する右起立力を大きくすると共に、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間に作用する左起立力を大きくする。なお、Ａは比例定数である。
【００５２】
（数１）
ＰＲ＝Ａ／θＲ， ＰＬ＝Ａ／θＬ
【００５３】
右圧力調整弁４６、左圧力調整弁４８は、各々、給気弁及び排気弁を有しており、制御部５０からの開閉信号に基づいて、給気弁及び排気弁の開閉動作が行われる。利用者に起立力を作用させる場合には、給気弁を開放して排気弁を閉鎖する。利用者を起立力から解放する場合には、給気弁を閉鎖して排気弁を開放閉鎖する。制御部５０は、給気弁を開放する場合には、給気弁開放信号ＫＯを出力し、給気弁を閉鎖する場合には、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力し、排気弁を開放する場合には、排気弁開放信号ＨＯを出力し、排気弁を閉鎖する場合には、排気弁閉鎖信号ＨＣを出力する。なお、作動開始される前に、各々の給気弁は閉鎖されており、排気弁は開放されている。
【００５４】
図１及び図２に示すように、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１の下端側には、ワイヤ４３が取り付けられている。ワイヤ４３の一端部は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４１の下端から出て、滑車部４４に巻き掛けられて方向を変え、回転体２４の溝２４Ａ、回転体３４の溝３４Ａに固定されている。
【００５５】
次に、本実施形態における作用について説明する。
【００５６】
利用者が腰部補助装置１０を装着して前屈動作を行い、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０、左下肢フレーム２１との間の角度が強まって、角度θ１、θ２の和である右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳ以下となった場合、角度θ３、θ４の和である及び左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳ以下となった場合に、図６、図８に示す腰部補助処理が実行される。なお、右アクチュエータ４０に関するデータと左アクチュエータ４１に関するデータは、別々に並列処理される。
【００５７】
右アクチュエータ４０について、図６に示すように、まず、ステップＳＡ１０で右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＡ１２で右屈曲角度θＲに対応する右圧力ＰＲを算出設定する。そして、ステップＳＡ１４で、圧力調整処理を行う。
【００５８】
圧力調整処理は、図７に示すように、まず、ステップＳＡ１４−１で、排気弁を閉鎖する。そして、ステップＳＡ１４−２で、右圧力データＰＲＤを取得し、ステップＳＡ１４−３で、右圧力データＰＲＤが設定した右圧力ＰＲよりも小さいかどうかを判断する。右圧力データＰＲＤが右圧力ＰＲよりも小さい場合には、ステップＳＡ１４−４で、給気弁を開放する給気弁開放信号ＫＯを右圧力調整弁４６へ出力し、ステップＳＡ１４−２へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、設定した右圧力ＰＲに達するまでインナーチューブＩＣへ空気が供給される。ステップＳＡ１４−３で、右圧力データＰＲＤが設定した右圧力ＰＲよりも小さくない、すなわち、右圧力ＰＲ以上であると判断された場合には、ステップＳＡ１４−５で、給気弁を閉鎖する給気弁閉鎖信号ＫＣを右圧力調整弁４６へ出力し、圧力調整処理を終了して図６のステップＳＡ１６へ進む。
【００５９】
ステップＳＡ１６では、再度右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＡ１８で、右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳよりも大きいかどうかを判断する。判断が否定された場合には、ステップＳＡ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。この繰り返しにより、右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳ以下の場合に、右屈曲角度θＲに応じた右起立力を利用者へ作用させる。
【００６０】
右屈曲角度θＲが作動開始角度θＳよりも大きい場合には、利用者が起立状態にあると判断され、ステップＳＡ２０で、排気弁を解放する排気弁開放信号ＨＯを右圧力調整弁４６へ出力し、処理を終了する。これにより、右アクチュエータ４０から空気が排出され、腰部補助装置１０が利用者へ作用させていた右起立力が解除される。
【００６１】
左アクチュエータ４２についても、図８に示すように、上記と同様に、まず、ステップＳＢ１０で左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＢ１２で左屈曲角度θＬに対応する左圧力ＰＬを算出設定する。そして、ステップＳＢ１４で、圧力調整処理を行う。
【００６２】
圧力調整処理は、図９に示すように、まず、ステップＳＢ１４−１で、排気弁を閉鎖する。そして、ステップＳＢ１４−２で、左圧力データＰＬＤを取得し、ステップＳＢ１４−３で、左圧力データＰＬＤが設定した左圧力ＰＬよりも小さいかどうかを判断する。左圧力データＰＬＤが左圧力ＰＬよりも小さい場合には、ステップＳＢ１４−４で、給気弁を開放する給気弁開放信号ＫＯを左圧力調整弁４８へ出力し、ステップＳＢ１４−２へ戻って上記の処理を繰り返す。これにより、設定した左圧力ＰＬに達するまでインナーチューブＩＣへ空気が供給される。ステップＳＢ１４−３で、左圧力データＰＬＤが設定した左圧力ＰＬよりも小さくない、すなわち、左圧力ＰＬ以上であると判断された場合には、ステップＳＢ１４−５で、給気弁を閉鎖する給気弁閉鎖信号ＫＣを左圧力調整弁４８へ出力し、圧力調整処理を終了して図８のステップＳＢ１６へ進む。
【００６３】
ステップＳＢ１６では、再度左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＢ１８で、左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳよりも大きいかどうかを判断する。判断が否定された場合には、ステップＳＢ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。この繰り返しにより、左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳ以下の場合に、左屈曲角度θＬに応じた左起立力を利用者へ作用させる。
【００６４】
左屈曲角度θＬが作動開始角度θＳよりも大きい場合には、利用者が起立状態にあると判断され、ステップＳＢ２０で、排気弁を解放する排気弁開放信号ＨＯを左圧力調整弁４８へ出力し、処理を終了する。これにより、左アクチュエータ４２から空気が排出され、腰部補助装置１０が利用者へ作用させていた左起立力が解除される。
【００６５】
本実施形態によれば、上記のように、背中フレーム１４と右下肢フレーム２０の間の角度である右屈曲角度θＲ、背中フレーム１４と左下肢フレーム２１の間の角度である左屈曲角度θＬに応じて、左右別々に力Ｆを作用させるので、利用者の起立動作をスムーズに補助することができる。
【００６６】
[第２実施形態]
【００６７】
次に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態では、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。
【００６８】
第２実施形態では、腰部補助装置１０は、加速度センサ６２を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００６９】
図１０に示すように、加速度センサ６２は、肩ベルト２２Ｂの前方に取り付けられ、取り付けられた部分の動きによる加速度を検知可能とされている。図１１に示すように、加速度センサ６２は、制御部５０と接続されており、検知した加速度を、制御部５０へ出力する。
【００７０】
メモリ６０には、作動開始加速度ＡＳについても記憶されている。作動開始加速度ＡＳは、制御部５０が腰部補助処理を開始するために設定されるものであり、加速度センサ６２により検知された加速度が作動開始加速度ＡＳ以上になった場合に、図６、８に示される腰部補助処理が実行される。
【００７１】
このように、加速度センサ６２を用いて、利用者の動きに合わせて、腰部の補助動作を開始することができる。
【００７２】
[第３実施形態]
【００７３】
次に、本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態でも、第１実施形態と同様の部分については、同一の符号を付して図示し、その詳細な説明は省略する。
【００７４】
図１２に示すように、第３実施形態では、腰部補助装置１０は、呼気センサ６４を備えている。その他の構成については、第１実施形態と同様である。
【００７５】
呼気センサ６４は、利用者が呼気センサ６４に対して行う吸気及び排気を検知可能なセンサであり、図１３にも示すように、制御部５０と接続されている。呼気センサ６４は、検知した呼気を、吸気、排気を区別して、制御部５０へ出力する。
【００７６】
次に、本実施形態における作用について説明する。
【００７７】
本実施形態では、利用者が呼気センサ６４に対して吸気または排気を行うと、当該吸気または排気が呼気センサによって検知され、呼気検知信号ＢＳが制御部５０へ送られる。制御部５０に呼気検知信号ＢＳが入力されると、図１４に示す腰部補助処理が実行される。ここでも、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の制御は別々に並列処理される。
【００７８】
図１４に示すように、まず、ステップＳＣ１０で、呼気検知信号ＢＳが吸気かどうかを判断する。右アクチュエータ４０の制御は、吸気の場合には、ステップＳＣ１２で右屈曲角度θＲを取得し、ステップＳＣ１４で右屈曲角度θＲに対応する右圧力ＰＲを算出設定する。そして、ステップＳＣ１６で、圧力調整処理を行う。圧力調整処理は、図７に示すものと同様である。
【００７９】
圧力調整処理が終了すると、ステップＳＣ１８へ進み、現時点で吸気の呼気検知信号ＢＳの入力があるかどうかを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳＣ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。これにより、利用者による吸気が継続している場合には、右屈曲角度θＲに応じた右起立力が作用され続ける。
【００８０】
判断が否定された場合には、ステップＳＣ２０で、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力して、給気弁を閉鎖する。この閉鎖により、右アクチュエータ４０での力Ｆが維持された状態となる。
【００８１】
左アクチュエータ４２の制御についても、右アクチュエータ４０と同様に行われる。すなわち、吸気の場合には、ステップＳＤ１２で左屈曲角度θＬを取得し、ステップＳＤ１４で左屈曲角度θＬに対応する左圧力ＰＬを算出設定する。そして、ステップＳＤ１６で、圧力調整処理を行う。圧力調整処理は、図９に示すものと同様である。
【００８２】
圧力調整処理が終了すると、ステップＳＤ１８へ進み、現時点で呼気検知信号ＫＳの入力があるかどうかを判断する。判断が肯定された場合には、ステップＳＤ１２へ戻り、上記の処理を繰り返す。これにより、利用者による吸気が継続している場合には、左屈曲角度θＬに応じた左起立力が作用され続ける。
【００８３】
判断が否定された場合には、ステップＳＤ２０で、給気弁閉鎖信号ＫＣを出力して、給気弁を閉鎖する。この閉鎖により、左アクチュエータ４２での力Ｆが維持された状態となる。
【００８４】
ステップＳＣ１０で、呼気検知信号ＢＳが吸気ではないと判断された場合、すなわち、呼気検知信号ＢＳが排気であった場合には、ステップＳＣ２２で、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２へ排気弁開放信号ＨＯを出力し、右起立力、左起立力を解放する。
【００８５】
本実施形態によれば、呼気センサ６４を用いて、利用者は吸気、排気に応じて、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２を作動させることができる。
【実施例】
【００８６】
本発明の効果を確かめるために、発明者らは、下にある荷物を持ち上げる動作について、腰部補助装置を装着した利用者の体勢ごとに、腰部補助装置によって筋力の使用量がどの程度減少したかを測定した。測定位置は、脊柱起立筋で右上ＲＵ、右下ＲＬ、左上ＬＵ、左下ＬＬの４箇所で行った。利用者の体勢は、第１パターン〜第３パターンの３パターンで試験を行った。
【００８７】
第１パターンは、図１５に示すように、利用者の前方に荷物６６を置き、両足を荷物６６に沿って平行に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作が進むにつれて、利用者の右屈曲角度θＲと左屈曲角度θＬは、徐々に大きくなるが、左右の角度差はほとんどなく、持ち上げ動作が完了した。
【００８８】
第２パターンは、図１６に示すように、利用者の右側方に荷物６６を置き、両足を荷物６６に対して４５度の角度をもって平行に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作において、利用者の右屈曲角度θＲの方が左屈曲角度θＬよりも小さく、両角度共に徐々に大きくなり、持ち上げ動作が完了した。
【００８９】
第３パターンは、図１７に示すように、利用者の前方に荷物６６を置き、両足を右足が前になるように前後に開き、荷物６６の両脇に手を掛けて持ち上げた。持ち上げ動作において、利用者の右屈曲角度θＲの方が左屈曲角度θＬよりも小さく、両角度共に徐々に大きくなり、持ち上げ動作が完了した。
【００９０】
試験は、右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２を、一定の圧力（０．５ＭＰ）で作動させた場合（従来例）と、右屈曲角度θＲと左屈曲角度θＬに応じて右アクチュエータ４０、左アクチュエータ４２の圧力を変えた場合（実施例）とで行った。第１パターン〜第３パターンの各々での、右上ＲＵ、右下ＲＬ、左上ＬＵ、左下ＬＬの４箇所での筋力使用量の減少率について、図１８（Ａ）には従来例の結果が、図１８（Ｂ）には実施例の結果が、各々示されている。
【００９１】
図１８（Ａ）（Ｂ）のグラフより、体勢が第１パターンであれば、筋力使用量の減少率は、従来例と実施例とで大差はないが、体制が第２パターン、第３パターンの場合には、従来例では筋力使用量の減少率が２０％より低い値であったが、実施例では４０％程度となり、補助の効果が高くなっていることがわかる。
【符号の説明】
【００９２】
１０ 腰部補助装置
１２ 腰フレーム部
１４ 背中フレーム（背中装着部）
１６Ｒ 右関節部
１６Ｌ 左関節部
１８ 右大腿プレート（右下装着部）
１９ 左大腿プレート（左下装着部）
２０ 右下肢フレーム（右下装着部）
２１ 左下肢フレーム（左下装着部）
２２ 前支持部
４０ 右アクチュエータ
４２ 左アクチュエータ
４６ 右圧力調整弁
４８ 左圧力調整弁
５０ 制御部
５２Ｄ 右下角度センサ（右角度検出部）
５２Ｕ 右上角度センサ（右角度検出部）
５４Ｄ 左下角度センサ（左角度検出部）
５４Ｕ 左上角度センサ（左角度検出部）
５６ 右圧力センサ
５８ 左圧力センサ
６２ 加速度センサ
６４ 呼気センサ（呼気検知センサ）
θＬ 左屈曲角度
θＲ 右屈曲角度
θＳ 作動開始角度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、
前記背中装着部に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、
利用者の右下肢に装着される右下肢装着部、及び、左下肢に装着される左下肢装着部と、
前記右下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度を可変とする右関節部と、
前記左下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度を可変とする左関節部と、
利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を前記背中装着部と前記右下肢装着部との間に作用させる右アクチュエータと、
利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を前記背中装着部と前記左下肢装着部との間に作用させる左アクチュエータと、
前記右屈曲角度を検出する右角度検出部と、
前記左屈曲角度を検出する左角度検出部と、
前記右角度検出部で検出された前記右屈曲角度に応じて前記右アクチュエータによる前記右起立力を制御すると共に、前記左角度検出部で検出された前記左屈曲角度に応じて前記左アクチュエータによる前記左起立力を制御する制御部と、
を備えた腰部補助装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記右屈曲角度が小さい程大きな前記右起立力を作用させるように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が小さい程大きな前記左起立力を作用させるように前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記右屈曲角度と前記左屈曲角度とを比較し、小さい角度側により多くの起立力が作用するように、前記右アクチュエータ及び前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記右屈曲角度が予め定めた作動開始右角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が予め定めた左作動開始角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項５】
前記前支持部には、加速度検知センサが取り付けられ、
前記制御部は、前記加速度検知センサにより予め定めた作動開始加速度以上の加速度が検知された場合に作動を開始するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項６】
利用者の吸気及び排気を検知する呼気検知センサが取り付けられ、
前記制御部は、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の一方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を作用させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の他方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を解除するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより呼気が検知されない場合には、前記右アクチュエータ及び左アクチュエータの作動を停止させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項１】
利用者の背部に装着され、利用者の前方への傾倒に追従移動可能な背中装着部と、
前記背中装着部に取り付けられると共に、利用者の体幹前方側へ延出されて利用者の体幹前方側を支持する前支持部と、
利用者の右下肢に装着される右下肢装着部、及び、左下肢に装着される左下肢装着部と、
前記右下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記右下肢装着部との間の利用者の前方における右屈曲角度を可変とする右関節部と、
前記左下肢装着部と前記背中装着部との間に配置されて前記両者に連結され前記背中装着部と前記左下肢装着部との間の利用者の前方における左屈曲角度を可変とする左関節部と、
利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への右起立力を前記背中装着部と前記右下肢装着部との間に作用させる右アクチュエータと、
利用者の前方への傾倒から起き上がる方向への左起立力を前記背中装着部と前記左下肢装着部との間に作用させる左アクチュエータと、
前記右屈曲角度を検出する右角度検出部と、
前記左屈曲角度を検出する左角度検出部と、
前記右角度検出部で検出された前記右屈曲角度に応じて前記右アクチュエータによる前記右起立力を制御すると共に、前記左角度検出部で検出された前記左屈曲角度に応じて前記左アクチュエータによる前記左起立力を制御する制御部と、
を備えた腰部補助装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記右屈曲角度が小さい程大きな前記右起立力を作用させるように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が小さい程大きな前記左起立力を作用させるように前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記右屈曲角度と前記左屈曲角度とを比較し、小さい角度側により多くの起立力が作用するように、前記右アクチュエータ及び前記左アクチュエータを制御すること、を特徴とする請求項１に記載の腰部補助装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記右屈曲角度が予め定めた作動開始右角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記右アクチュエータを制御すると共に、前記左屈曲角度が予め定めた左作動開始角度よりも小さくなった場合に作動を開始するように前記左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項５】
前記前支持部には、加速度検知センサが取り付けられ、
前記制御部は、前記加速度検知センサにより予め定めた作動開始加速度以上の加速度が検知された場合に作動を開始するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【請求項６】
利用者の吸気及び排気を検知する呼気検知センサが取り付けられ、
前記制御部は、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の一方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を作用させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより吸気及び排気の他方の呼気が検知された場合に、前記右起立力及び前記左起立力を解除するように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御し、前記呼気検知センサにより呼気が検知されない場合には、前記右アクチュエータ及び左アクチュエータの作動を停止させるように前記右アクチュエータ及び左アクチュエータを制御する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の腰部補助装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２０１３−７５０７８（Ｐ２０１３−７５０７８Ａ）
【公開日】平成２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２１７５４８（Ｐ２０１１−２１７５４８）
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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２５年４月２５日（２０１３．４．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月３０日（２０１１．９．３０）
【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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