JP2016064021A - 動作支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、使用者が転倒する危険性を極力低減した動作支援装置を提供する。
【解決手段】体装着部１０は、使用者が着座する着座部１１と、前記着座部が取り付けられた着座部取付けフレーム１２と、前記着座部取付けフレームが取り付けられた第１のジンバルフレーム１３と、使用者を保持する固定部が取り付けられた第２のジンバルフレーム１５とを備え、前記第１のジンバルフレームと前記第２のジンバルフレームは、第１の股関節ピッチ軸１９を介して連結され、前記腰フレーム４０は左側腰フレーム４０Ｌと右側腰フレーム４０Ｒとを備え、夫々の腰フレームの一端部が股関節ロール軸４１Ｌ，４０Ｒを介して前記第１のジンバルフレームに連結されると共に、他端部が第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒを介して脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒに連結されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、使用者の動作を支援する動作支援装置に関し、例えば、歩行動作等を支援する動作支援装置に関する。

自力歩行が困難な人の歩行を支援する、また自己の能力以上の脚力を与える等の動作支援装置が知られている。このような動作支援装置としては、例えば、特許文献１に記載されているような歩行補助装置（動作支援装置）が提案されている。この歩行補助装置について、図１０に基づいて説明する。
図１０に示すように、歩行補助装置１００は、使用者を支持して使用者の荷重を伝達する支持部材（荷重伝達部材）１１０と、使用者の足部を収容自在な左右一対の靴部１２０と、支持部材１１０と左右一対の靴部１２０との間に設けられる左右一対の脚リンク１３０と、電動モータ（アクチュエータ）１４０を備えている。

前記支持部材１１０は、サドル状を呈して使用者が跨ぐようにして着座可能なシート部１１１と、使用者の腰に当接可能な腰当て部１１２を備え、前記支持部材１１０は、左右の脚リンク１３０に、第１関節部１５０を介して連結されている。
また、前記脚リンク１３０は、前記支持部材１１０が第１関節部１５０を介して連結される第１リンク（大腿リンク）１３１と、前記第１リンク１３１に第２関節部１３３を介して連結された第２リンク（下腿リンク）１３２とを備えている。
また、前記第２リンク（下腿リンク）１３２は、３軸構造の第２関節部１６０を介して靴部１２０に連結されている。

このように構成された歩行補助装置１００にあっては、前記したように使用者が跨いでシート部１１１に着座し、左右の脚リンク１３０は、使用者の脚部内側に配置される。
また、電動モータ（アクチュエータ）１４０は使用者の脚部との干渉を避けるために、使用者の大腿部の後方に配置される。

そのため、左右の脚リンク１３０の形状寸法が使用者の脚部間の寸法の制約を受け、前記脚部リンク１３０の幅を、十分な機械的強度を有する寸法に設定することができないという問題がある。また、高出力の大型の電動モータ（アクチュエータ）を配置する際に装置の重心が使用者に対し後方に偏り、身体のバランスをとり難いという問題がある。
また、左右一対の脚リンク１３０が使用者の脚部の内側に配置されるため、使用者が脚を交差させることができないという問題がある。
更に、前記歩行補助装置１００にあっては、使用者が跨いでシート部１１１に着座して利用するものであるため、使用者の腰、腹部、胸等の体幹が歩行補助装置１００に固定されず、使用者の上体の運動に対する動作追従性に劣るという問題がある。

これら問題を解決する動作支援装置としては、例えば、特許文献２に記載されているような、下肢動作支援装置が提案されている。この下肢動作支援装置について、図１１及び図１２に基づいて説明する。
図１１に示すように、この下肢動作支援装置２００は、使用者の体幹に装着される体装着部２１０と、前記体装着部２１０に連結され、前記使用者の大腿に沿い非拘束状態に設けられる大腿リンク部２２０と、前記使用者の下腿に沿い非拘束状態に設けられ、膝関節部２４０を介して前記大腿リンク部２２０に連結された下腿リンク部２３０と、前記使用者の足を載置するように設けられ、前記下腿リンク部２３０に連結された足載置部２５０とを備えている。

また、図１２に示すように、股関節部２４１に回転トルクを付与する、前記体装着部２１０に設けられた股関節用アクチュエータ２６０と、前記膝関節部２４０に回転トルクを付与する、前記大腿リンク部２２０又は下腿リンク部２３０に設けられた膝関節部駆動用アクチュエータ２６１と、前記大腿リンク部２２０及び下腿リンク部２３０が伸展する方向に付勢する付勢機構２７０とを有している。

前記体装着部２１０は、本体部２１１、サドル部２１２、サドル取付け部２１３、股関節部２４１としてのアクチュエータ取付け部２１４、固定ベルト部２１５を備えている。
また、本体部２１１は、使用者の背後から側方まで腰まわりに沿って装着されるＵ字形の部材であり、中央部分にサドル取付け部２１３を介してサドル部２１２が設けられる。
前記本体部２１１の左右両端には、脚リンク部２２０を接続するための部材であるアクチュエータ取付け部２１４が設けられている。アクチュエータ取付け部２１４は、股関節用アクチュエータ２６０が設けられる。
また、前記アクチュエータ取付け部２１４と本体部２１１は、図１１に示すように、Ｘ軸方向に沿った第１股関節軸２４１ａを介して接続されている。したがって、アクチュエータ取付け部２１４（大腿リンク部２２０）は、前記本体部２１１に対してＸ軸周りに回転することができる。

また、固定ベルト部２１５は、体装着部２１０を使用者に固定するための部材であり、固定ベルト部２１５に設けられたバックル部２１６を締結することにより、前記体装着部２１０を使用者に固定する。

このように構成された特許文献２に記載された下肢動作支援装置２００にあっては、使用者は跨いでサドル部２１２に着座して、使用者の体幹部は固定ベルト部２１５によって固定されるため、使用者の上体の運動に対する装置の動作追従性が向上する。

また、左右の大腿リンク部２２０、下腿リンク部２３０、アクチュエータ２６０，２６１は、使用者の脚部外側に配置される。そのため、左右の大腿リンク部２２０、下腿リンク部２３０、アクチュエータ２６０，２６１の形状寸法において、使用者の脚部間の寸法の制約を受けることがなく、前記大腿リンク部２２０、下腿リンク部２３０の幅を、十分な機械的強度を有する寸法に設定することができる。また、高出力の大型の電動モータ（アクチュエータ）を装置の重心が後方に偏らないように配置することができる。更に、左右の大腿リンク部２２０、下腿リンク部２３０が使用者の外側に配置されるため、使用者が脚を交差させる動作を容易に行うことができる。

特許第５５２４８１９号公報 特開２０１２−９０８４９号公報

しかしながら、特許文献２に記載された下肢動作支援装置２００にあっては、本体部２１１にサドル取付け部２１３を介してサドル部２１２が取り付けられている。即ち、前記本体部２１１とサドル部２１２が一体的に形成されている。
そのため、図１２に示すように使用者が前傾姿勢を行う（使用者の上体を前方に傾ける）と、本体部２１１が前方に傾き、サドル部２１２の座面が前下がりの傾斜状態になり、サドル部２１２に着座している使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができないという技術的課題があった。

また、使用者の左右両側に第１股関節軸２４１ａが配置され、本体部２１１は、第１股関節軸２４１ａを介して、大腿リンクに２２０（アクチュエータ取付部２１４）が接続されている。
そのため、片脚立ちの際、揚げた大腿リンク部２２０、下腿リンク部２３０、足載置部２５０等の重量とサドル部１２にかかる体重によって、横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が発生する。例えば、図１１において右側の大腿リンク部２２０（下腿リンク部２３０、足載置部２５０）を揚げると、左側の第１股関節軸２４１ａには矢印方向の横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が作用する。
この横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）は使用者の左側の脚部（股関節）が受けることになり、使用者が前記横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）の負荷に耐えられない場合には、転倒するという技術的課題があった。

更に、特許文献２の図２には、使用者が直立している状態において装置の股関節軸、膝関節軸、足首関節軸が縦一直線に並んでいる状態が示されている。しかしながら、実際の設計においては、人体と装置の関節配置のずれにより、姿勢によっては装置脚長さが不足することがあるため、大腿リンク部及び下腿リンク部は使用者の相当部位よりも長めに設定することが望ましい。そうした場合、前記大腿リンク部２２０と下腿リンク部２３０を連結された膝関節部２４０が使用者の膝関節よりも前方に突出し、膝関節部２４０が周辺環境に衝突する虞があり、使用者が転倒する危険性を有するという技術的課題があった。
また、利用者の体格の差異を装置膝関節の屈曲量の調整によって吸収する場合は小柄な者が利用する際に同様の問題が生じる。
特に、特許文献２に記載の下肢動作支援装置にあっては、膝関節部駆動用アクチュエータ２６１が前方に突出して形成されているため、周辺環境に衝突する虞があり、使用者が転倒する危険性を有するという技術的課題があった。

本発明者は、特許文献１に記載されたような、使用者が跨いでシート部に着座し、左右の脚リンクが使用者の脚部内側に配置される動作支援装置でなく、特許文献２記載されたような、使用者が跨いでシート部に着座し、左右の脚リンクが使用者の脚部外側に配置される動作支援装置を前提に鋭意研究し、本発明を完成したものである。

本発明は、使用者の体幹に装着される体装着部と、前記使用者の脚に沿い非拘束状態に設けられる脚リンク部を備える動作支援装置において、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、使用者が転倒する危険性を極力低減した動作支援装置を提供することを目的とする。

前記技術的課題を解決するためになされた、本発明に係る動作支援装置は、使用者が着座する着座部を有すると共に使用者の体幹を固定する固定部を有する体装着部と、前記体装着部と連結される腰フレームと、使用者の脚に沿い非拘束状態に設けられると共に使用者の脚の左右外側に配置され、かつ前記腰フレームに上端部が連結される脚リンク部と、前記脚リンク部の下端部が連結される足載置部とを、少なくとも備えた動作支援装置であって、前記体装着部は、使用者が着座する着座部と、前記着座部が一端部に取り付けられた着座部取付けフレームと、前記着座部取付けフレームが取り付けられた第１のジンバルフレームと、使用者の背面を保持する前記固定部が取り付けられた第２のジンバルフレームと、を備え、前記第１のジンバルフレームと前記第２のジンバルフレームは、第１の股関節ピッチ軸を介して連結され、前記腰フレームは、左側腰フレームと右側腰フレームとを備え、夫々の腰フレームの一端部において、股関節ロール軸を介して前記第１のジンバルフレームに連結されると共に、夫々の腰フレームの他端部において、第２の股関節ピッチ軸を介して前記脚リンク部に連結されていることを特徴としている。

このように構成するため、使用者が前傾姿勢をとり、前記固定部及び第２のジンバルフレームが前方に傾斜した場合にも、第１の股関節ピッチ軸によって、着座部は水平状態を維持することができ、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができる。
また、使用者が前傾姿勢をとった場合、前記腰フレームは前方に傾かないため、股関節ロール軸の自由度の減少及びジンバルロックを防止することができる。
尚、前記固定部が、使用者の背面を保持する背当て部と、前記背当て部に設けられた使用者を固定するための固定ベルトからなり、前記背当て部が第２のジンバルフレームに取付けられるのが望ましい。

また、前記脚リンク部は、使用者の脚を拘束するものではなく、使用者の脚の左右外側に配置されるため、脚リンク部の形状寸法について寸法上の制約が少なく、前記脚リンク部の幅寸法（厚さ寸法）を十分な寸法になすことができる。また、脚リンク部が使用者の脚部の外側に配置されるため、使用者が脚を交差させる動作を容易に行うことができる。

ここで、前記脚リンク部は、大腿リンク部と、前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸を介して連結された第１の下腿リンク部と、前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸に隣接して設けられた第２の膝関節ピッチ軸を介して連結された第２の下腿リンク部と、前記第１の下腿リンク部の下端部に第１の関節ピッチ軸を介して連結されると共に、前記第２の下腿リンク部の下端部に第２の関節ピッチ軸を介して連結された第３の下腿リンク部とを、少なくとも備えていることが望ましい。

このように、脚リンク部は、Ｚ軸方向（縦方向）に３つのリンク（大腿リンク、第１の下腿リンク部、第３の下腿リンク部）を備えているため、従来のような大腿リンク部と、下腿リンク部とからなる（Ｚ軸方向に２つのリンクからなる）脚リンク部に比べて、膝関節の突出量を抑制することができる。
その結果、膝関節の部位が周辺環境に衝突して、使用者が転倒するという事故を防止することができる。

また、前記脚リンク部は、大腿リンク部と、前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸を介して連結された第１の下腿リンク部と、前記第１の下腿リンク部の下端部に第１の関節ピッチ軸を介して連結された第３の下腿リンク部と、を少なくとも備え、前記大腿リンク部と前記第３の下腿リンク部を連動させる手段として、シャフトドライブ、タイミングベルト、ワイヤ、チェーン、螺旋状歯付きロープのいずれかを用いても良い。
前記した場合と同様に、リンク部は、Ｚ軸方向（縦方向）に３つのリンク（大腿リンク、第１の下腿リンク部、第３の下腿リンク部）を備えているため、従来のような大腿リンク部と、下腿リンク部とからなる（Ｚ軸方向に２つのリンクからなる）脚リンク部に比べて、膝関節の突出量を抑制することができる。また、前記大腿リンク部と前記第３の下腿リンク部を、シャフトドライブ、タイミングベルト、ワイヤ、チェーン、螺旋状歯付きロープのいずれかを用いることにより、連動させることができる。

また、前記した腰フレーム及び脚リンク部において、各部材を連結する軸が、ピッチ軸（Ｙ軸）とロール軸（Ｘ軸）で構成されて、ヨー軸（Ｚ軸）を有していないため、脚リンク部のヨー軸（Ｚ軸）周りの慣性力は体装着部に伝達される。
即ち、脚リンク部のヨー軸（Ｚ軸）周りの慣性力は体装着部に伝達され、使用者の足首に前記力が作用しないため、使用者の負担を軽減することができる。

更に、前記第１の膝関節ピッチ軸と第２の膝関節ピッチ軸との距離寸法と、第１の関節ピッチ軸と第２の関節ピッチ軸との距離寸法が、同一寸法に形成され、かつ、第１の下腿リンク部における、第１の膝関節ピッチ軸と第１の関節ピッチ軸の間の軸間距離と、第２の下腿リンク部における、第２の膝関節ピッチ軸と第２の関節ピッチ軸の間の軸間距離が、同一寸法に形成されていることが望ましい。
このように構成することにより、大腿リンク部、第１の下腿リンク部、第２の下腿リンク部、第３の下腿リンク部を、いわゆる平行リンクとすることができ、大腿リンク部と第３の下腿リンク部とを平行に動作させることができる。

また、前記右側腰フレームに一端が連結され、他端部が第１のジンバルフレームに連結された、前記右側腰フレームに作用する力のモーメントを低減する右側弾性手段と、前記左側腰フレームに一端が連結され、他端部が第１のジンバルフレームに連結された、前記左側腰フレームに作用する力のモーメントを低減する左側弾性手段と、を備えていることが望ましい。
このように、力のモーメントを低減する弾性手段が設けられているため、腰フレームに作用する横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が低減され（使用者に作用する力のモーメントが軽減され）、使用者の転倒を防止することができる。

また、前記着座部が、着座部ヨー軸を介して着座部取付けフレームに連結されていることが望ましい。
このように構成されているため、使用者がＺ軸周りに回動しても（左右方向に向いても）、着座部が使用者の骨盤に追従し、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、転倒を防止する回避動作を行いやすいと共に、歩行時の違和感を軽減することができる。

また、前記着座部取付けフレームは、着座部ロール軸を介して第１のジンバルフレームに連結されていることが望ましい。
このように構成されているため、使用者がＸ軸周りに回動しても（揺動しても）、着座部１１が使用者の骨盤に追従し、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、転倒を防止する回避動作を行いやすいと共に、歩行時の違和感を軽減することができる。

また、前記足載置部は、足首関節ヨー軸、足首関節ロール軸、足首関節ピッチ軸から構成された足首関節部を介して、前記第３の下腿リンク部の下端部に連結されていることが望ましい。

本発明によれば、使用者の体幹に装着される体装着部と、前記使用者の脚に沿い非拘束状態に設けられる脚リンク部を備える動作支援装置において、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、使用者が転倒する危険性を極力低減した動作支援装置を得ることができる。

図１は、本発明の実施形態にかかる動作支援装置の構成を示す図であって、斜め前上方からの斜視図である。 図２は、図１に示す本動作支援装置の軸配置を示したスケルトン図である。 図３は、図１に示す本動作支援装置の斜め後下方からの斜視図である。 図４は、図１に示す本動作支援装置の正面図である。 図５は、図１に示す本動作支援装置の側面図である。 図６は、図１に示す本動作支援装置の背面図である。 図７は、図１に示す本動作支援装置の動作状態を示す図であって、（ａ）は背面図、（ｂ）は側面図、（ｃ）は底面図である。 図８は、図１に示す本動作支援装置の動作状態を示す図であって、（ａ）は上体を前傾した状態を示す側面図、（ｂ）は（ａ）の状態から足を屈曲した状態を示す側面図である。 図９は、図１に示す本動作支援装置の動作状態を示す図であって、（ａ）は脚部リンク（使用者の脚）を拡げた状態を示す背面図、（ｂ）は脚部リンク（使用者の脚）を交差した状態を示す背面図である。 図１０は、一の従来例を示す動作支援装置の正面図である。 図１１は、他の従来例を示す動作支援装置の正面図である。 図１２は、脚部を屈曲した状態を示す図１１に示した動作支援装置の側面図である。

以下、本発明の一実施形態にかかる動作支援装置について、図１乃至図６に基づいて説明する。尚、位置、方向などに関する表現については、使用者の前後方向にＸ軸（ロール軸）、左右方向にＹ軸（ピッチ軸）、上下方向にＺ軸（ヨー軸）をとる。また、脚リンク部など、左右一対に設けられた部材について、左右の部材を区別する場合には使用者を基準として符号の末尾にＬ（左），Ｒ（右）を付し、左右の区別をしない場合には、Ｌ，Ｒを付さずに説明する。

図１、図２に示すように、本発明にかかる動作支援装置１は、体装着部１０と、前記体装着部１０を揺動自在に保持する腰フレーム４０と、腰フレーム４０に上端部が連結される脚リンク部３０と、前記脚リンク部３０の下端部において連結される足載置部５０とを備えている。

（体装着部１０）
体装着部１０は、使用者の体幹に装着される部分であり、体幹とは、使用者の肩、胸、背中、腹、腰および臀部を含む胴体部分を意味する。
図１乃至図６に示すように、この体装着部１０は、使用者が跨いで着座する着座部１１と、前記着座部１１が一端部に取り付けられた着座部取付けフレーム１２と、前記着座部取付けフレーム１２が取り付けられた平面視Ｕ字状の第１のジンバルフレーム１３と、使用者の背面部を保持する背当て部１４と、前記背当て部１４が取り付けられた平面視Ｕ字状の第２のジンバルフレーム１５と、前記背当て部１４に設けられた使用者を固定するための固定ベルト１６とを備えている。

更に詳述すれば、前記着座部１１は、図２、図３、図５に示すように、着座部ヨー軸１７を介して着座部取付けフレーム１２に連結され、着座部取付けフレーム１２に対して、前記着座部１１はＺ軸周りに回動可能に構成されている。
また、前記着座部取付けフレーム１２は、着座部ロール軸１８を介して第１のジンバルフレーム１３に連結され、第１のジンバルフレーム１３に対して、着座部取付けフレーム１２はＸ軸周りに回動可能に構成されている。

前記第１のジンバルフレーム１３は、図２に示すように、第１の股関節ピッチ軸１９を介して、前記第２のジンバルフレーム１５に連結され、前記第２のジンバルフレーム１５に対して、前記第１のジンバルフレーム１３はＹ軸周りに回動可能に構成されている。
尚、使用者の背面部を保持する背当て部１４は、前記第２のジンバルフレーム１５に一体的に取り付けられ、第２のジンバルフレーム１５と一体的に回動するように構成されている。
したがって、使用者の上体が前傾姿勢をとり、背当て部１４及び前記第２のジンバルフレーム１５が一体的に回動しても、第１のジンバルフレーム１３は影響を受けることなく、その状態が維持される。

また、固定ベルト１６は体装着部１０を使用者に固定するための部材であり、使用者は、着座部１１に着座し、前記固定ベルト１６を締めることにより、体装着部１０（背当て部１４）に固定される。尚、固定ベルト１６は使用者の腹部を固定するものであるが、前記腹部に位置する部位にバックルを取り付け、脱着を容易にできるように構成しても良い。また、固定ベルト１６は使用者の腰部、胸部を固定するものであっても良い。
このように使用者は体装着部１０に固定されるため、使用者の上体の運動に対して、体装着部１０の良好な動作追従性が得られる。

上記したように、前記着座部１１は着座部ヨー軸１７を介して着座部取付けフレーム１２に連結され、前記着座部取付けフレーム１２は着座部ロール軸１８を介して第１のジンバルフレーム１３に連結され、更に第１のジンバルフレーム１３は、第１の股関節ピッチ軸１９を介して、第２のジンバルフレーム１５に連結されているため、前記着座部１１は第２のジンバルフレーム１５（背当て部１４）に対して、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）周りに回動可能に取り付けられている。

このように構成されているため、上記したように、使用者が前傾姿勢をとり、背当て部１４及び第２のジンバルフレーム１５が前方に傾斜した場合にも、第１の股関節ピッチ軸１９によって、着座部１１は水平状態を維持することができ、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができる。
また、使用者が歩行運動等により使用者の腰が揺動しても、着座部１１がＺ軸周りに回動し、着座部取付けフレーム１２がＸ軸周りに回動するため、着座部１１が使用者の骨盤に追従し、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、転倒を防止する回避動作を行いやすいと共に、歩行時の違和感を軽減することができる。

（腰フレーム４０）
前記腰フレーム４０は、図２、図３、図６に示すように、左右側に腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒを有している。前記腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒは夫々円弧状に形成され、使用者の背部中央において、近接して設けられた股関節ロール軸４１Ｌ，４１Ｒを介して、前記第１のジンバルフレーム１３に連結されている。また、前記腰フレーム４０は、第１のジンバルフレーム１３の外側に配置されている。

また、図２に示すように、腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒは、第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒを介して脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒに連結されている。即ち、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒは、第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒを介して腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒに連結され、前記腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒは、股関節ロール軸４１Ｌ，４１Ｒを介して、前記第１のジンバルフレーム１３に連結されている。尚、前記股関節ロール軸４１Ｌ，４１Ｒは、第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒよりも上方の位置に配置されている。
したがって、脚リンク部３０Ｌと脚リンク部３０Ｒは、第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒ、腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒ、股関節ロール軸４１Ｌ，４１Ｒ、前記第１のジンバルフレーム１３を介して連結されている。
また、一端部が前記腰フレーム４０Ｌに連結され、他端部が第１のジンバルフレーム１３に連結された弾性手段４２Ｌが配置されている。同様に、一端部が前記腰フレーム４０Ｒに連結され、他端部が第１のジンバルフレーム１３に連結された弾性手段４２Ｒが配置されている。

このように、脚リンク部３０が、前記腰フレーム４０に対して、第２の股関節ピッチ軸３９を介して連結されるため、脚リンク部３０は、腰フレーム４０に対してＹ軸周りに回動する。
また、前記腰フレーム４０は、股関節ロール軸４１を介して第１のジンバルフレーム１３に連結されるため、脚リンク部３０及び腰フレーム４０は一体的に、Ｘ軸周りに回動する。このとき、前記腰フレーム４０と第１のジンバルフレーム１３間に、弾性手段４２が設けられているため、Ｘ軸周りの力のモーメントが低減される。

具体的に述べれば、使用者が右側の片脚を立てた片脚立ちを行った場合、上に揚げた右側の脚リンク部３０Ｒ、足載置部５０Ｒ等の重量によって、腰フレーム４０Ｒに横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が発生する。
しかしながら、この横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）を弾性手段４２Ｒが受けることにより、Ｘ軸周りの力のモーメントが低減され（使用者に作用する力のモーメントが軽減され）、使用者の転倒を防止することができる。
尚、前記弾性手段４２としては、空気ばね、ガススプリング、コイルスプリング等を好適に用いることができる。

（脚リンク部３０）
図１乃至図３に示すように、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒは、腰フレーム４０Ｌ，４０Ｒに第２の股関節ピッチ軸３９Ｌ，３９Ｒを介して連結している。この脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒは、使用者の脚（肢体）を拘束するものではなく、（前記使用者の脚に固定されるものでなく）、かつ使用者の脚の外側に、前記脚に沿うように設けられている。
また、前記脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒの下端部には、足載置部５０Ｌ，５０Ｒが複数の関節部を介して連結されている。また、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒを駆動する第１のアクチュエータ２０、及び第２のアクチュエータ２１が脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒの外側に配置されている。

即ち、この動作支援装置１にあっては、前記したように使用者は跨いで着座部１１に着座して利用するものであるが、左右の脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒは、使用者の脚部外側に、使用者の脚部を拘束することなく、配置される。
そのため、使用者の脚部間に、左右の脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒ、第１のアクチュエータ２０、第２のアクチュエータ２１が配置されないため、左右の脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒ、第１のアクチュエータ２０、第２のアクチュエータ２１は形状寸法の制約を受けることが少ない。

その結果、前記脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒの幅寸法（厚さ寸法）を十分な寸法になすことができる。
また、第１のアクチュエータ２０、第２のアクチュエータ２１が脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒの外側に配置されるため、高出力の大型の電動モータ（アクチュエータ）によって装置の重心が後方に偏るという弊害を防止することができる。
また、左右一対の脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒが使用者の脚部の外側に配置されるため、使用者が脚を交差させる動作を行った際にも、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒが干渉することがなく、転倒等の事故を防止することができる。

前記脚リンク部３０は、大腿リンク部３１と、第１の下腿リンク部３３と、第２の下腿リンク部３５と、第３の下腿リンク部３７を有している。
前記第１の下腿リンク部３３は、前記大腿リンク部３１の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸３２を介して連結されている。前記第２の下腿リンク部３５は、前記大腿リンク部３１の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸３２に隣接して設けられた第２の膝関節ピッチ軸３４を介して連結されている。

また、第３の下腿リンク部３７は、前記第１の下腿リンク部３３の下端部に、第１の関節ピッチ軸３６を介して連結されている。更に、前記第３の下腿リンク部３７の上端部は、第１の関節ピッチ軸３６に隣接して設けられた第２の関節ピッチ軸３８を介して、前記第２の下腿リンク部３５の下端部に連結されている。

更に、第１の膝関節ピッチ軸３２と第２の膝関節ピッチ軸３４との距離寸法ｌ１と、第１の関節ピッチ軸３６と第２の関節ピッチ軸３８との距離寸法ｌ２は、同一寸法に形成されている。

また、第１の下腿リンク部３３における、第１の膝関節ピッチ軸３２と第１の関節ピッチ軸３６の間の軸間寸法Ｌ１と、第２の下腿リンク部３５における、第２の膝関節ピッチ軸３４と第２の関節ピッチ軸３８の間の軸間寸法Ｌ２の間の軸間寸法Ｌ２は、同一寸法に形成されている。

したがって、前記大腿リンク部３１と、第１の下腿リンク部３３と、第２の下腿リンク部３５と、第３の下腿リンク部３７は、いわゆる平行リンクとして形成され、前記大腿リンク部３１と第３の下腿リンク部３７を平行に移動（連動）させることができる。

このように、脚リンク部３０は、大腿リンク部３１と、第１の下腿リンク部３３（第２の下腿リンク部３５）と、第３の下腿リンク部３７を有している。言い換えれば、脚リンク部３０は、Ｚ軸方向（縦方向）に３つのリンクを備えているため、従来のような大腿リンク部と、下腿リンク部とからなる（Ｚ軸方向（縦方向）に２つのリンクからなる）脚リンク部に比べて、膝関節の突出量を抑制することができる。
その結果、膝関節の部位が周辺環境に干渉して、使用者が転倒するという事故を防止することができる。

尚、大腿リンク部３１と第３の下腿リンク部３７を連動させる手段として、上記実施形態では、いわゆる平行リンクを用いたが、これ以外に一般的な連動手段である、シャフトドライブ、タイミングベルト、ワイヤ、チェーン、螺旋状歯付きロープを用いて、大腿リンク部３１と第３の下腿リンク部３７を連動させても良い。また、これら手段を用いて、大腿リンク部３１と第３の下腿リンク部３７を連動させる際、大腿リンク部３１と第３の下腿リンク部３７が平行に連動するように構成するのが、より好ましい。

また、 大腿リンク部３１の上端部外側には、股関節駆動用のアクチュエータ２０が取り付けられ、前記アクチュエータ２０を駆動することにより、図示しない駆動ギャを介して、大腿リンク部３１が腰フレーム４０に対して回動可能に形成されている。
このように大腿リンク部３１が腰フレーム４０に対して回動し、使用者の股関節の動作が支援される。
同様に、大腿リンク部３１の下端部外側には、膝関節駆動用のアクチュエータ２１が取り付けられ、前記アクチュエータ２１を駆動することにより、図示しない駆動ギャを介して、第１の下腿リンク部３３が大腿リンク部３１に対して回動可能に形成されている。このように第１の下腿リンク部３３が大腿リンク部３１に対して回動し、使用者の膝関節の動作が支援される。

尚、アクチュエータ２０、２１としては、特に限定されるものではなく、電動モータ、流体圧シリンダ、人工筋肉等を用いることができる。また、アクチュエータ２０、２１を大腿リンク部３１の外側に設けた場合を説明したが、大腿リンク部３１を筒状の長尺体として形成し、その筒状長尺体の内部に収容するようにしても良い。また、アクチュエータ２０は腰フレーム４０に設けても良い。更に、アクチュエータ２１が第２の下腿リンク部３５を駆動するように構成しても良い。また、アクチュエータ２１は、筒状長尺体として形成された第１の下腿リンク３３または第２の下腿リンク部３５の内部に収容するようにしても良い。

（足載置部５０）
足載置部５０は、足首関節部６０を介して、前記第３の下腿リンク部３７の下端部に連結されている。この足載置部５０は、使用者の足（肢端）に装着される部分である。
図１に示すように、足載置部５０は、使用者が履いた靴を固定する靴固定部５１が設けられ、この靴固定部５１には、使用者の足を固定するためのベルト５２，５３，踵当て５４が設けられている。また、足載置部５０は、地面に接地する接地部５５を備えている。

そして、接地部５５と靴固定部５１とは、圧力センサ（図示せず）を介して接続されており、使用者の下肢の動作によって靴固定部５１に加えられた力を検知するように構成されている。前記圧力センサで検出された出力により、制御装置（図示せず）を介して前記アクチュエータ２０、２１を駆動制御するように構成されている。尚、この駆動制御について、既に公知の方法により行うことができるため、説明は省略する。

また、図１、図２に基づいて、足首関節部６０は、足首関節ヨー軸６１と、足首関節ロール軸６２と、足首関節ピッチ軸６３とから構成されている。前記足載置部５０は、前記足首関節ヨー軸６１、足首関節ロール軸６２、足首関節ピッチ軸６３を介して、第３の下肢リンク部３７の下端部に連結されている。
このように足載置部５０は、前記第３の下腿リンク部３７の下端部に対して、３軸（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）周りに回動可能に取り付けられているため、足載置部５０は使用者の足の動作に十分追従可能な自由度があり、転倒等の事故を防止することができる。

（動作支援装置の動作作用）
次に本実施形態にかかる動作支援装置１の動作作用について説明する。
本実施形態にかかる動作支援装置１を使用者に装着する場合には、使用者が靴を履いた状態で着座部１１に腰掛け、足載置部５０Ｌ，５０Ｒの靴固定部５１Ｌ，５１Ｒに靴を固定する。その後、体装着部１０の固定ベルト部１６を締め、使用者を体装着部１０に固定する。
このとき、使用者は、足裏と体幹部分が動作支援装置１に固定され、脚は非拘束の状態となる。また、使用者は着座部１１に下側から支えられた状態となり、使用者の体重の少なくとも一部は、体装着部１０から大腿リンク部３１を下側に押下し、膝関節を屈曲する方向に加わるが、前記アクチュエータ２０，２１を駆動することにより、使用者の静止立位状態が維持される。

また、図７に示すように使用者が歩行動作を行うと、足載置部５０のセンサからその動作に応じた信号が出力され、その出力信号に基づいて制御装置によりアクチュエータ２０，２１の動作が制御され、使用者の動作に応じて作動し、使用者の動作を支援する。

特に、使用者が歩行運動により腰が揺動しても、図７（ｃ）に示すように、着座部１１がＺ軸周りに回動し、また着座部取付けフレーム１２がＸ軸周りに回動するため、着座部１１が使用者の骨盤及び大腿に追従し、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、転倒するのを防止すると共に、歩行時の違和感を軽減することができる。

また、図７（ａ）に示すように、歩行により、使用者が片脚を揚げた際、上に揚げた右側の脚リンク部３０Ｒ、足載置部５０Ｒ等の重量によって、腰フレーム４０Ｒに横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が発生する。
しかしながら、この横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）を弾性手段４２Ｒが受けることにより、Ｘ軸周りの力のモーメントが低減され（使用者に作用する力のモーメントが軽減され）、使用者の転倒を防止することができる。

また、前記歩行により、使用者の体重が左側に片寄り、腰フレーム４０Ｌに横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）が発生するが、この横転モーメント（Ｘ軸周りのモーメント）を弾性手段４２Ｌが受けることにより、Ｘ軸周りの力のモーメントが低減され（使用者に作用する力のモーメントが軽減され）、使用者の転倒を防止することができる。

更に、図８（ａ）に示すように、使用者が前傾姿勢を行い、背当て部１４及び第２のジンバルフレーム１５が前方に傾斜した場合にも、第１の股関節ピッチ軸１９によって（図２参照）、着座部１１は水平状態を維持され、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、使用者が転倒するのを防止することができる。

また、図８（ｂ）に示すように、使用者が前傾姿勢を維持しつつ、脚を屈曲させた場合にも、脚リンク部３０は第２の股関節ピッチ軸３９、股関節ロール軸４１を介して、着座部１１が取り付けられた着座取付けフレーム１２に連結されているため（図２参照）、着座部１１は水平状態を維持され、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、使用者が転倒するのを防止することができる。

また、図９（ａ）に示すように、脚リンク部３０を拡げた場合にも、脚リンク部３０Ｒは、腰フレーム４０Ｒを介して股関節ロール軸４１Ｒを中心に回動する。同様に、脚リンク部３０Ｌは、腰フレーム４０Ｌを介して股関節ロール軸４１Ｌを中心に回動する。
そして、前記股関節ロール軸４１Ｒ、前記股関節ロール軸４１Ｌに連結された第１のジンバルフレーム１３には、拡げた脚リンク部３０の回動の影響はなく、着座部１１は水平状態を維持され、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができる。

また、図９（ｂ）に示すように、脚リンク部３０を交差させた場合にも、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒが、使用者の外側に配置されているため、脚リンク部３０Ｌ，３０Ｒが干渉することはなく、転倒等の事故を防止することができる。
また、使用者の腰が揺動した場合にも、着座部１１がＺ軸周りに回動し、着座取付けフレーム１２がＸ軸周りに回動するため、着座部１１が使用者の骨盤に追従し、使用者の体幹（臀部、腰部）を安定して支えることができ、転倒するのを防止すると共に、歩行時の違和感を軽減することができる。

尚、本実施形態において、着座部取付けフレーム１２、第１のジンバルフレーム１３、第２のジンバルフレーム１４、大腿リンク部３１、第１の下腿リンク部３３、第２の下腿リンク部３５、第３の下腿リンク部３７、腰フレーム４０は、アルミ材料で形成されており、軽量化を図られている。また、本発明は、前記アルミ材料に限定されるものではなく、使用者の体重の少なくとも一部及び装置自体の自重を支えることができる十分な強度を有するものであれば良く、例えば、カーボン材料等を用いても良い。

１ 動作支援装置
１１ 着座部
１２ 着座部取付けフレーム
１３ 第１のジンバルフレーム
１４ 背当て部
１５ 第２のジンバルフレーム
１６ 固定ベルト
１７ 着座部ヨー軸
１８ 着座部ロール軸
１９ 第１の股関節ピッチ軸
２０ 股関節駆動用アクチュエータ
２１ 膝関節駆動用アクチュエータ
３０ 脚リンク部
３１ 大腿リンク部
３２ 第１の膝関節ピッチ軸
３３ 第１の下腿リンク部
３４ 第２の膝関節ピッチ軸
３５ 第２の下腿リンク部
３６ 第１の関節ピッチ軸
３７ 第３の下腿リンク部
３８ 第２の関節ピッチ軸
３９ 第２の股関節ピッチ軸
４０ 腰フレーム
４１ 股関節ロール軸
４２ 弾性手段
５０ 足載置部
５１ 靴固定部
５５ 接地部
６０ 足首関節部
６１ 足首関節ヨー軸
６２ 足首関節ロール軸
６３ 足首関節ピッチ軸

Claims (10)

1. 使用者が着座する着座部を有すると共に使用者の体幹を固定する固定部を有する体装着部と、前記体装着部と連結される腰フレームと、使用者の脚に沿い非拘束状態に設けられると共に使用者の脚の左右外側に配置され、かつ前記腰フレームに上端部が連結される脚リンク部と、前記脚リンク部の下端部が連結される足載置部とを、少なくとも備えた動作支援装置であって、
   前記体装着部は、使用者が着座する着座部と、前記着座部が一端部に取り付けられた着座部取付けフレームと、前記着座部取付けフレームが取り付けられた第１のジンバルフレームと、使用者の背面を保持する前記固定部が取り付けられた第２のジンバルフレームと、を備え、
   前記第１のジンバルフレームと前記第２のジンバルフレームは、第１の股関節ピッチ軸を介して連結され、
   前記腰フレームは、左側腰フレームと右側腰フレームとを備え、
   夫々の腰フレームの一端部において、股関節ロール軸を介して前記第１のジンバルフレームに連結されると共に、夫々の腰フレームの他端部において、第２の股関節ピッチ軸を介して前記脚リンク部に連結されていることを特徴とする動作支援装置。
2. 前記固定部が、使用者の背面を保持する背当て部と、前記背当て部に設けられた使用者を固定するための固定ベルトからなり、前記背当て部が第２のジンバルフレームに取付けられることを特徴とする請求項１記載の動作支援装置。
3. 前記脚リンク部は、
   大腿リンク部と、
   前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸を介して連結された第１の下腿リンク部と、
   前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸に隣接して設けられた第２の膝関節ピッチ軸を介して連結された第２の下腿リンク部と、
   前記第１の下腿リンク部の下端部に第１の関節ピッチ軸を介して連結されると共に、前記第２の下腿リンク部の下端部に第２の関節ピッチ軸を介して連結された第３の下腿リンク部とを、少なくとも備えていることを特徴とする請求項１に記載された動作支援装置。
4. 前記脚リンク部は、
   大腿リンク部と、
   前記大腿リンク部の下端部に、第１の膝関節ピッチ軸を介して連結された第１の下腿リンク部と、
   前記第１の下腿リンク部の下端部に第１の関節ピッチ軸を介して連結された第３の下腿リンク部と、を少なくとも備え、
   前記大腿リンク部と前記第３の下腿リンク部を連動させる手段として、シャフトドライブ、タイミングベルト、ワイヤ、チェーン、螺旋状歯付きロープのいずれかが用いられることを特徴とする請求項１に記載された動作支援装置。
5. 前記腰フレーム及び脚リンク部において、各部材を連結する軸がピッチ軸とロール軸で構成されて、ヨー軸が設けられていないことを特徴とする請求項３または請求項４に記載された動作支援装置。
6. 前記第１の膝関節ピッチ軸と第２の膝関節ピッチ軸との距離寸法と、第１の関節ピッチ軸と第２の関節ピッチ軸との距離寸法が、同一寸法に形成され、
   かつ、第１の下腿リンク部における、第１の膝関節ピッチ軸と第１の関節ピッチ軸の間の軸間距離と、第２の下腿リンク部における、第２の膝関節ピッチ軸と第２の関節ピッチ軸の間の軸間距離が、同一寸法に形成されていることを特徴とする請求項３に記載された動作支援装置。
7. 前記右側腰フレームに一端が連結され、他端部が第１のジンバルフレームに連結された、前記右側腰フレームに作用する力のモーメントを低減する右側弾性手段と、
   前記左側腰フレームに一端が連結され、他端部が第１のジンバルフレームに連結された、前記左側腰フレームに作用する力のモーメントを低減する左側弾性手段と、
   を備えていることを特徴とする請求項１に記載された動作支援装置。
8. 前記着座部が、着座部ヨー軸を介して着座部取付けフレームに連結されていることを特徴とする請求項１に記載された動作支援装置。
9. 前記着座部取付けフレームは、着座部ロール軸を介して第１のジンバルフレームに連結されていることを特徴とする請求項１または請求項８に記載された動作支援装置。
10. 前記足載置部は、足首関節ヨー軸、足首関節ロール軸、足首関節ピッチ軸から構成された足首関節部を介して、前記第３の下腿リンク部の下端部に連結されていることを特徴とする請求項１、請求項３、請求項４のいずれかに記載された動作支援装置。

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