JP2007029113A - Assist apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mounting type power assist apparatus which can be mounted on the body without making a user have the feeling of incompatibility in use. <P>SOLUTION: The assist apparatus 10 comprises a proximal side mounting part 12 to be mounted on the upper arm 100 which is the proximal side body of an elbow joint 104, a distal side mounting part 14 to be mounted on the forearm 102 which is the distal side body of the elbow joint 104, a connecting mechanism 16 for respectively connecting the proximal side mounting part 12 and the distal side mounting part 14, and a motor 18, etc. The motor 18 is offset from the rotating axis L of the elbow joint 104 and arranged on the back side of the upper arm 100. Thus, the projection in a body side direction of the assist apparatus is reduced. Also, the centroid G of the motor 18 is arranged so as to be positioned within the width of the upper arm 100. Thus, when the upper arm 100 is moved, twisting moment is prevented from being applied to the elbow joint 104 and the upper arm 100 by the own weight of the motor 18. Thus, the user is not made to have the feeling of incompatibility in use. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、身体に装着して身体の関節周りの回転を補助する装置に関する。   The present invention relates to a device that is attached to a body and assists rotation around a joint of the body.

筋力が衰えると身体を関節周りに回転させることが困難となる。重量物を持っていると重力に抗して肘関節の周りに前腕を回転させることが困難となる。重量物を担っていると重力に抗して大腿と下腿のなす角度を広げて立ち上がるのが困難となる。そこで、身体の関節周りの回転を補助する装置の開発が急がれている。
特許文献１に、歩行を補助する装置が提案されている。この補助装置は、身体の関節の近位側身体に装着される近位側装着部と、身体の関節の遠位側身体に装着される遠位側装着部を備えている。ここで、「近位側身体」とは四肢に存在する関節に対して胴体に近い側の身体部位を意味する。また「遠位側身体」とは四肢に存在する関節に対して胴体から遠い側の身体部位を意味する。例えば肘関節の近位側身体は上腕を意味し、肘関節の遠位側身体は前腕を意味する。あるいは、膝関節の近位側身体は大腿を意味し、肘関節の遠位側身体は下腿を意味する。補助装置は、近位側装着部と遠位側装着部を回転可能に連結している連結機構部を供えている。その連結機構部は、近位側装着部を近位側身体に装着するとともに遠位側装着部を遠位側身体に装着したときに身体の関節の回転軸と同一軸線上に位置する回転軸を有するように配置されている。
連結機構部の回転軸上に、近位側装着部に対して遠位側装着部を回転させるモータが配置されている。モータを回転させると、近位側装着部に対して遠位側装着部が回転される。モータによって、近位側身体に対して遠位側身体を回転させる動きが補助される。筋力が衰えていたり、重量物を担っていたりするために不自由となっている身体の関節周りの回転が補助される。 When muscle strength declines, it becomes difficult to rotate the body around the joint. Holding a heavy object makes it difficult to rotate the forearm around the elbow joint against gravity. Carrying heavy objects makes it difficult to stand up by widening the angle between the thigh and lower leg against gravity. Therefore, there is an urgent need to develop a device that assists rotation around the joints of the body.
Patent Document 1 proposes a device that assists walking. The auxiliary device includes a proximal mounting portion that is mounted on a body that is proximal to a body joint, and a distal mounting portion that is mounted on a distal body of the body joint. Here, the “proximal body” means a body part closer to the trunk with respect to the joints present in the extremities. Further, the “distal body” means a body part far from the trunk with respect to the joints present in the limbs. For example, the proximal body of the elbow joint means the upper arm, and the distal body of the elbow joint means the forearm. Alternatively, the proximal body of the knee joint means the thigh, and the distal body of the elbow joint means the lower leg. The auxiliary device includes a connection mechanism that rotatably connects the proximal mounting portion and the distal mounting portion. The connecting mechanism portion has a rotation axis located on the same axis as the rotation axis of the joint of the body when the proximal mounting portion is mounted on the proximal body and the distal mounting portion is mounted on the distal body. It is arranged to have.
A motor for rotating the distal mounting portion relative to the proximal mounting portion is disposed on the rotation shaft of the coupling mechanism portion. When the motor is rotated, the distal mounting portion is rotated with respect to the proximal mounting portion. The motor assists in rotating the distal body relative to the proximal body. Rotation around the joints of the body, which is inconvenient due to the weakness of the muscular strength or carrying heavy loads, is assisted.

特開２０００−３０１１２４号公報（図１）JP 2000-301124 A (FIG. 1)

身体に装着して身体の動きを補助する装置は、使用者に違和感を与えないで装着できる必要がある。違和感が強いと、使用者にとっては使い難いものとなってしまう。
特許文献１の技術では、使用者の関節軸の延長線上にモータを配置する。特許文献１の補助装置では、モータが身体の横方向に大きく張り出した位置関係で利用される。そのために、モータの自重によって、補助装置を装着している使用者の関節をひねるようなモーメントが加えられる。モータの自重によって、上腕を外向きにひねろうとするモーメントが作用してしまう。 A device that is attached to the body and assists the movement of the body needs to be able to be worn without causing the user to feel uncomfortable. If the user feels uncomfortable, the user will find it difficult to use.
In the technique of Patent Document 1, a motor is arranged on an extension line of a user's joint shaft. In the auxiliary device disclosed in Patent Document 1, the motor is used in a positional relationship in which the motor protrudes in the lateral direction of the body. Therefore, a moment that twists the joint of the user wearing the auxiliary device is applied by the weight of the motor. Due to the weight of the motor, a moment is exerted to twist the upper arm outward.

近位側装着部に対して遠位側装着部を回転させるモータ（モータには限られないので、以下では一般にアクチュエータという。）は、遠位側装着部の回転に干渉しない位置に設ける必要があり、遠位側装着部にトルクを伝達しやすい位置に設ける必要がある。従来の技術では、そのために使用者の関節軸の延長線上にアクチュエータを配置している。しかしながら、使用者の関節軸の延長線上にアクチュエータを配置すると、アクチュエータの自重が身体をねじろうとする力になり、使用感がよくない。
本願発明は、身体に装着して身体の関節周りの回転を補助する装置について、関節周りの回転を補助する連結機構部とモータを分離する。モータを使用者の関節軸の延長線上からオフセットさせ、遠位側装着部の回転に干渉しない位置であって、身体の動きに伴うモータの動きが身体に与える影響の少ない位置に配置する。
その位置として、アクチュエータの少なくとも一部を近位側身体の厚みの中に位置させることができる。ここでいう厚みは、遠位側身体の回転面に垂直な方向に計った近位側身体の長さをいう。例えば前腕の回転面をｘｙ面とすれば、上腕の厚みは上腕のｚ方向の長さとなる。
アクチュエータの少なくとも一部が近位側身体の厚みの中に位置していれば、アクチュエータの自重によって身体をねじる方向に生じる力を低減することができる。 A motor that rotates the distal mounting portion relative to the proximal mounting portion (which is not limited to a motor and is generally referred to as an actuator hereinafter) needs to be provided at a position that does not interfere with the rotation of the distal mounting portion. There is a need to provide a position where torque can be easily transmitted to the distal mounting portion. In the prior art, an actuator is arranged on the extension line of the user's joint axis for that purpose. However, when the actuator is arranged on the extension line of the joint shaft of the user, the weight of the actuator becomes a force to twist the body, and the feeling of use is not good.
This invention isolate | separates the motor and the connection mechanism part which assists rotation around a joint about the apparatus with which a body is mounted | worn and assists rotation around a joint of a body. The motor is offset from the extension line of the user's joint axis, and the motor is arranged at a position where it does not interfere with the rotation of the distal mounting portion and the movement of the motor accompanying the movement of the body has a small influence on the body.
As the position, at least a part of the actuator can be located in the thickness of the proximal body. The thickness here refers to the length of the proximal body measured in the direction perpendicular to the plane of rotation of the distal body. For example, if the rotational surface of the forearm is the xy plane, the thickness of the upper arm is the length of the upper arm in the z direction.
If at least a part of the actuator is located within the thickness of the proximal body, the force generated in the direction of twisting the body due to the weight of the actuator can be reduced.

本発明の補助装置は、身体に装着して身体の関節周りの回転を補助する装置であり、身体の関節の近位側身体に装着される近位側装着部と、身体の関節の遠位側身体に装着される遠位側装着部と、近位側装着部を近位側身体に装着するとともに遠位側装着部を遠位側身体に装着したときに身体の関節と同軸に位置する連結機構部を備えている。連結機構部は、近位側装着部と遠位側装着部を回転可能に連結している。連結機構部の回転軸は、身体の関節の回転軸と同一線上に位置するように配置されている。
本発明の補助装置は、アクチュエータと、そのアクチュエータのトルクを遠位側装着部に伝達する伝達部品を備えている。伝達部品は、遠位側装着部を近位側装着部に対して連結機構部の回転軸周りに回転させるトルクを遠位側装着部に伝達する。
本発明の補助装置では、アクチュエータが遠位側身体の回転限界外の位置において近位側装着部に固定されており、かつアクチュエータの少なくとも一部が遠位側身体の回転面に直交する方向に計る近位側身体の厚み内に位置することを特徴とする。 The auxiliary device of the present invention is a device that is attached to the body and assists in rotation around the joint of the body, and includes a proximal side mounting portion that is attached to the body on the proximal side of the body joint, and a distal side of the joint of the body When the distal mounting part and the proximal mounting part are mounted on the proximal body and the distal body mounted on the side body, they are coaxial with the joints of the body when the distal mounting part is mounted on the distal body. A coupling mechanism is provided. The coupling mechanism unit rotatably couples the proximal side mounting part and the distal side mounting part. The rotation axis of the coupling mechanism is arranged so as to be collinear with the rotation axis of the body joint.
The auxiliary device of the present invention includes an actuator and a transmission component that transmits torque of the actuator to the distal mounting portion. The transmission component transmits a torque that rotates the distal mounting portion around the rotation axis of the coupling mechanism portion with respect to the proximal mounting portion to the distal mounting portion.
In the auxiliary device of the present invention, the actuator is fixed to the proximal mounting portion at a position outside the rotation limit of the distal body, and at least a part of the actuator is in a direction perpendicular to the rotation surface of the distal body. It is located within the thickness of the proximal body to be measured.

アクチュエータは遠位側装着部の回転に干渉しない位置に設ける必要があるが、遠位側装着部の回転に干渉しない位置は、使用者の関節軸の延長線上に限られない。関節には回転限界があり、その範囲外にアクチュエータあれば、アクチュエータと遠位側装着部は干渉しない。例えば、前腕を上腕に対して前方に回転させ、前腕が上腕の延長線上にまで回転すれば、それ以上には回転しない。前腕をそれ以上に回転させないと達しない位置にアクチュエータを配置しておけば、アクチュエータと遠位側装着部は干渉しない。下腿を大腿に対して前方に回転させ、下腿が大腿の延長線上にまで回転すれば、それ以上には回転しない。下腿をそれ以上に回転させないと達しない位置にアクチュエータを配置しておけば、アクチュエータと遠位側装着部は干渉しない。
そこで本発明では、近位側装着部と遠位側装着部を連結する連結機構部と駆動力を発生するアクチュエータを分離して配置する。アクチュエータの少なくとも一部が近位側身体の厚み内に位置するように配置する。アクチュエータによって身体をねじる方向に生じる力を低減することができる。補助装置の使用感が改善される。
なお、本明細書では「連結機構部」は例えばヒンジのような簡単な機構を含む概念として用いる。 The actuator needs to be provided at a position that does not interfere with the rotation of the distal mounting portion, but the position that does not interfere with the rotation of the distal mounting portion is not limited to the extension line of the joint axis of the user. The joint has a rotation limit. If the actuator is out of the range, the actuator and the distal mounting portion do not interfere with each other. For example, if the forearm is rotated forward with respect to the upper arm and the forearm rotates to the extension line of the upper arm, it does not rotate further. If the actuator is disposed at a position that cannot be reached unless the forearm is further rotated, the actuator and the distal mounting portion do not interfere with each other. If the lower leg is rotated forward with respect to the thigh and the lower leg is rotated to the extension line of the thigh, it does not rotate any further. If the actuator is arranged at a position that cannot be reached unless the lower leg is further rotated, the actuator and the distal mounting portion do not interfere with each other.
Therefore, in the present invention, the coupling mechanism unit that couples the proximal mounting unit and the distal mounting unit and the actuator that generates the driving force are arranged separately. The actuator is positioned such that at least a portion of the actuator is located within the thickness of the proximal body. The force generated in the direction of twisting the body by the actuator can be reduced. The feeling of use of the auxiliary device is improved.
In the present specification, the “connecting mechanism portion” is used as a concept including a simple mechanism such as a hinge.

遠位側身体の回転限界には2種類がある。一方は近位側身体に対して遠位側身体を屈曲させる側の回転限界であり、他方は近位側身体に対して遠位側身体を伸展させる側の回転限界である。なお「遠位側身体を屈曲させる側」とは近位側身体の屈筋によって遠位側身体を回転させる側を意味し、「遠位側身体を伸展させる側」とは近位側身体の伸筋によって遠位側身体を回転させる方向を意味する。前腕は、上腕に対して最も屈曲する角度から、前腕が上腕から最も伸展して上腕の延長線上に位置する角度の範囲内でしか回転しない。そこで、アクチュエータは、近位側身体に対して遠位側身体を伸展方向に回転させた側の回転限界の外側に配置されていることが好ましい。換言すれば、遠位側身体を伸展させる近位側身体の伸筋が位置する側で回転限界の外側に配置されていることが好ましい。
肘関節用の補助装置であれば、前腕を上腕に対して最も伸展させたときに上腕の伸筋（上腕三頭筋）が位置する側で前腕が到達し得ない回転限界の外側の位置で、アクチュエータを上腕装着部に固定する。膝関節用の補助装置であれば、下腿を伸展させる大腿の伸筋（大腿四頭筋）の位置する側で、アクチュエータを大腿装着部に固定する。通常、四肢は遠位側身体が屈曲する側での回転限界と近位側身体との間の空間より伸展する側での回転限界と近位側身体との空間の方の方が広い。従って上記構成によれば、アクチュエータの配置スペースを広く取ることができる。
なお、手首関節においては近位側身体である前腕に対して遠位側身体である掌を伸展方向に回転させる側とは前腕に付随する前腕伸筋群が位置する側を意味する。また、足首関節においては近位側身体である下腿に対して遠位側身体である足平を伸展方向に回転させる側とは下腿に付随する腓腹筋が位置する側を意味する。 There are two types of distal body rotation limits. One is the rotation limit on the side that bends the distal body relative to the proximal body, and the other is the rotation limit on the side that extends the distal body relative to the proximal body. The “side that bends the distal body” means the side that rotates the distal body by the flexor of the proximal body, and the “side that extends the distal body” means the extension of the proximal body. It means the direction in which the distal body is rotated by the muscle. The forearm rotates only within the range of the angle at which the forearm extends most from the upper arm and lies on the extension line of the upper arm from the angle at which the forearm is most bent. Therefore, the actuator is preferably disposed outside the rotation limit on the side where the distal body is rotated in the extending direction with respect to the proximal body. In other words, it is preferable that the proximal body extending the distal body is disposed outside the rotation limit on the side where the extensor muscle is located.
In the case of an auxiliary device for the elbow joint, the forearm cannot be reached on the side where the extensor of the upper arm (triceps) is located when the forearm is extended most with respect to the upper arm. The actuator is fixed to the upper arm mounting portion. In the case of an auxiliary device for the knee joint, the actuator is fixed to the thigh attachment portion on the side where the extensor of the thigh (quadriceps) that extends the lower leg is located. In general, the extremity is wider in the space between the rotation limit on the extending side and the proximal body than in the space between the rotation limit on the side where the distal body bends and the proximal body. Therefore, according to the above configuration, the actuator can be provided with a large space.
In the wrist joint, the side that rotates the palm that is the distal body in the extending direction with respect to the forearm that is the proximal body means the side on which the forearm extensor muscle group associated with the forearm is located. In the ankle joint, the side that rotates the foot that is the distal body in the extending direction with respect to the lower leg that is the proximal body means the side on which the gastrocnemius associated with the lower leg is located.

本発明の補助装置では、遠位側身体の回転面に直交する方向に計る近位側身体の厚み内にアクチュエータの少なくとも一部が存在する。このことは、近位側身体の厚みからアクチュエータがはみ出ることを排除するものでない。近位側身体の厚みを利用してアクチュエータを配置しているものであれば、近位側身体の厚みからアクチュエータがはみだしていても本発明の利点は享受できる。
より好ましくは、アクチュエータの重心が、遠位側身体の回転面に直交する方向に計る近位側身体の厚み内に位置させる。
この場合、アクチュエータの自重によって関節や近位側身体をねじる方向に作用する力を低減できる。補助装置の使用感を一層改善できる。 In the assisting device of the present invention, at least a portion of the actuator is present within the thickness of the proximal body measured in a direction perpendicular to the plane of rotation of the distal body. This does not preclude the actuator from protruding from the proximal body thickness. If the actuator is arranged using the thickness of the proximal body, the advantage of the present invention can be enjoyed even if the actuator protrudes from the thickness of the proximal body.
More preferably, the center of gravity of the actuator is located within the thickness of the proximal body measured in a direction perpendicular to the plane of rotation of the distal body.
In this case, the force acting in the direction of twisting the joint or the proximal body by the dead weight of the actuator can be reduced. The usability of the auxiliary device can be further improved.

連結機構部が減速機構を兼用していることが好ましい。この場合、減速機構のケースが近位側装着部に固定されており、減速機構の出力軸側回転部品が遠位側装着部に固定されており、減速機構の入力軸に固定されているプーリとアクチュエータの出力軸に固定されているプーリの間がベルトで連結されていることが好ましい。
連結機構部と減速機構を独立に設ける場合に比較すると、装置構成が単純化でき、軽量化することができる。 It is preferable that the coupling mechanism portion also serves as a speed reduction mechanism. In this case, the case of the speed reduction mechanism is fixed to the proximal mounting portion, the output shaft side rotating part of the speed reduction mechanism is fixed to the distal side mounting portion, and the pulley is fixed to the input shaft of the speed reduction mechanism And a pulley fixed to the output shaft of the actuator are preferably connected by a belt.
Compared with the case where the coupling mechanism portion and the speed reduction mechanism are provided independently, the apparatus configuration can be simplified and the weight can be reduced.

本発明の補助装置は、肘関節用の補助装置と、膝関節用の補助装置に好適である。
前者では、前腕で重量物を持ち上げる際に上腕に必要とされる筋力を補助することができる。後者では、使用者の歩行を補助することができる。 The auxiliary device of the present invention is suitable for an auxiliary device for an elbow joint and an auxiliary device for a knee joint.
The former can assist the muscle strength required for the upper arm when lifting a heavy object with the forearm. In the latter, a user's walk can be assisted.

本願発明によれば、装着した使用者に与える違和感の少ない補助装置を実現することができる。特に本発明の補助装置は、装着したときにアクチュエータが近位側身体の厚みの範囲内に収容されるので、身体に身体をねじる力を付与しない。また、体の外側にアクチュエータが大きく張り出すことがないために、アクチュエータが周囲の物体と接触する可能性も低減される。   According to the invention of the present application, it is possible to realize an auxiliary device that is less uncomfortable for a wearing user. In particular, the auxiliary device of the present invention does not apply a force to twist the body to the body because the actuator is accommodated within the thickness range of the proximal body when worn. In addition, since the actuator does not overhang outside the body, the possibility of the actuator coming into contact with surrounding objects is reduced.

実施例の主要な特徴を列記する。
（第１形態） アクチュエータはトルクリミッタを備えている。アクチュエータが過大なトルクを身体に印加することを防止することができる。
（第２形態） トルクリミッタは、減速機構よりもアクチュエータ側に設けられている。小型のトルクリミッタで足りる。
（第３形態） 肘関節用の補助装置であり、上腕装着部と前腕装着部とアクチュエータを備えている。手の平を上方に向けた姿勢において、上腕装着部と前腕装着部は上方が開放されており、手の平を上方に向けた姿勢で上腕と前腕を下ろすと、上腕は上腕装着部に収容され、前腕は前腕装着部に収容される。前腕装着部の下面にアクチュエータが固定されている。 The main features of the examples are listed.
(First Form) The actuator includes a torque limiter. It is possible to prevent the actuator from applying excessive torque to the body.
(2nd form) The torque limiter is provided in the actuator side rather than the deceleration mechanism. A small torque limiter is sufficient.
(3rd form) It is an auxiliary | assistant apparatus for elbow joints, and is provided with the upper arm mounting part, the forearm mounting part, and the actuator. In the posture with the palm facing upward, the upper arm mounting portion and the forearm mounting portion are open upward, and when the upper arm and forearm are lowered with the palm facing upward, the upper arm is accommodated in the upper arm mounting portion, and the forearm is Housed in the forearm mounting part. An actuator is fixed to the lower surface of the forearm mounting portion.

以下、図１に基づいて、本実施例に係る装着型パワーアシスト装置（補助装置）の構成を説明する。本実施例の装着型パワーアシスト装置は、肘関節の近位側身体である上腕と遠位側身体である前腕に装着するものである。そして前腕を肘関節の周りに回転させる動きを補助する機能を有する。この装着型パワーアシスト装置は、例えば使用者が重量物を持ち運ぶ際に通常必要とされる上腕の筋力より少ない筋力でその重量物を持ち運ぶことを可能にする。   Hereinafter, based on FIG. 1, the structure of the mounting | wearing type power-assist apparatus (auxiliary apparatus) which concerns on a present Example is demonstrated. The wearable power assist device of this embodiment is worn on the upper arm, which is the proximal body of the elbow joint, and on the forearm, which is the distal body. And it has a function which assists the movement which rotates a forearm around an elbow joint. This wearable power assist device makes it possible to carry a heavy object with less muscular strength than, for example, a muscular strength of the upper arm normally required when the user carries the heavy object.

図１に、本実施例のパワーアシスト装置１０（補助装置）の概要を示す。図１（Ａ）は、装着型パワーアシスト装置１０を腕に装着した状態での側面図である。図１（Ｂ）は、図１（Ａ）においてＢで示す矢印方向からみたときの装着型パワーアシスト装置１０の平面図である。なお以下では簡略化のため「装着型パワーアシスト装置１０」を単に「アシスト装置１０」と称することにする。
アシスト装置１０は、肘関節１０４の近位側身体である上腕１００に装着する近位側装着部１２と、肘関節１０４の遠位側身体である前腕１０２に装着する遠位側装着部１４と、近位側装着部１２と遠位側装着部１４を回転可能に連結する連結機構部１６と、アクチュエータであるモータ１８等を備える。なお、図１ではモータ１８等への電気配線は図示を省略してある。 In FIG. 1, the outline | summary of the power assist apparatus 10 (auxiliary apparatus) of a present Example is shown. FIG. 1A is a side view of the wearable power assist device 10 mounted on an arm. FIG. 1B is a plan view of the wearable power assist device 10 when viewed from the direction of the arrow indicated by B in FIG. In the following, for the sake of simplicity, the “wearable power assist device 10” is simply referred to as the “assist device 10”.
The assist device 10 includes a proximal attachment portion 12 attached to the upper arm 100 which is a proximal body of the elbow joint 104, and a distal attachment portion 14 attached to the forearm 102 which is a distal body of the elbow joint 104. , A connecting mechanism portion 16 that rotatably connects the proximal side mounting portion 12 and the distal side mounting portion 14, and a motor 18 that is an actuator. In FIG. 1, the electrical wiring to the motor 18 and the like is not shown.

まずアシスト装置１０について概説する。図１（Ａ）および（Ｂ）に示すように、近位側装着部１２を上腕１００に装着し、遠位側装着部１４を前腕１０２に装着すると、連結機構部１６はその入力軸３５（連結機構の回転軸）が肘関節１０４の回転軸Ｌと同一軸線上に位置するように配置されることになる。連結機構部１６は肘関節１０４の外側に配置されるが、モータ１８は上腕１００の裏側に配置される。ここで「裏側」とは、使用者が手の平を前方に向けて直立姿勢をとったときの上腕の後ろ側である。換言すれば、前腕１０２を伸展させるための上腕１００の伸筋（上腕三頭筋）が位置する側である。モータ１８の駆動力は、ベルト５６によって連結機構部１６に伝達される。なお、ベルト５６が請求項の「伝達部品」に相当する。モータ１８から伝達されたトルクは減速機構を兼用する連結機構部１６によって増幅され、遠位側装着部１４を近位側装着部１２に対して連結機構部１６の回転軸３５の周りに回転させる。近位側装着部１２と遠位側装着部１４の夫々は、上腕１００と前腕１０２に装着（固定）されているので、モータ１８は、前腕１０２を上腕１００に対して肘関節１０４の周りに回転させるトルクを補助する。アシスト装置１０は、上腕１００に対して前腕１０２を回転させるための補助力を与えることができる。   First, the assist device 10 will be outlined. As shown in FIGS. 1A and 1B, when the proximal mounting portion 12 is mounted on the upper arm 100 and the distal mounting portion 14 is mounted on the forearm 102, the coupling mechanism portion 16 has its input shaft 35 ( The rotation axis of the coupling mechanism) is arranged so as to be located on the same axis as the rotation axis L of the elbow joint 104. The coupling mechanism 16 is disposed outside the elbow joint 104, while the motor 18 is disposed on the back side of the upper arm 100. Here, the “back side” is the back side of the upper arm when the user takes an upright posture with the palm facing forward. In other words, it is the side where the extensor (triceps) of the upper arm 100 for extending the forearm 102 is located. The driving force of the motor 18 is transmitted to the coupling mechanism unit 16 by the belt 56. The belt 56 corresponds to “transmission part” in the claims. Torque transmitted from the motor 18 is amplified by the coupling mechanism portion 16 also serving as a speed reduction mechanism, and the distal side mounting portion 14 is rotated around the rotation shaft 35 of the coupling mechanism portion 16 with respect to the proximal side mounting portion 12. . Since the proximal mounting portion 12 and the distal mounting portion 14 are respectively mounted (fixed) to the upper arm 100 and the forearm 102, the motor 18 moves the forearm 102 around the elbow joint 104 relative to the upper arm 100. Assist the rotating torque. The assist device 10 can give an assisting force for rotating the forearm 102 with respect to the upper arm 100.

特許文献１に開示された技術のように、モータ１８を肘関節１０４の回転軸Ｌの延長線上に配置すると、連結機構部１６が体の外側へ張り出している長さＨ１と、モータ１８本体の長さＨ２を足し合わせた長さだけ、モータ１８が身体の外側方向に張り出してしまう。モータ１８を肘関節１０４の回転軸Ｌからオフセットし、上腕１００の裏側に配置することによってアシスト装置１０の体の外側への張り出しを少なくすることが可能となる。モータ１８の自重によって、装着者の肘関節１０４にひねるようなモーメントが加わることを防止できる。   When the motor 18 is arranged on the extension line of the rotation axis L of the elbow joint 104 as in the technique disclosed in Patent Document 1, the length H1 at which the coupling mechanism portion 16 projects to the outside of the body, and the motor 18 main body The motor 18 protrudes toward the outside of the body by the length obtained by adding the length H2. By offsetting the motor 18 from the rotation axis L of the elbow joint 104 and arranging the motor 18 on the back side of the upper arm 100, it is possible to reduce the protrusion of the assist device 10 to the outside of the body. It is possible to prevent a moment that twists on the elbow joint 104 of the wearer from being applied by the own weight of the motor 18.

次にパワーアシスト装置１０の各部について詳細に説明する。まず近位側装着部１２について説明する。近位側装着部１２は、上腕１００の両側面に添え木のように沿わせて配置される上腕側装着部品２２ａおよび２２ｂと、上腕側装着部品２２ａと２２ｂを連結するＵ字形連結部品２４と、上腕側装着部品２２ａと２２ｂに固定され、かつ上腕１００に巻き付けられる上腕支持帯２６と、モータ１８を近位側装着部１２に固定するためのモータ支持板２８から構成されている。近位側装着部１２は、近位側装着部１２に対して連結機構部１６のケース３０を固定する近位側装着部連結部品２０も備えている。   Next, each part of the power assist device 10 will be described in detail. First, the proximal side mounting portion 12 will be described. The proximal side mounting part 12 includes upper arm side mounting parts 22a and 22b arranged along both sides of the upper arm 100 like a splint, a U-shaped connecting part 24 that connects the upper arm side mounting parts 22a and 22b, The upper arm support band 26 is fixed to the upper arm side mounting parts 22 a and 22 b and is wound around the upper arm 100, and the motor support plate 28 is used to fix the motor 18 to the proximal side mounting part 12. The proximal mounting part 12 also includes a proximal mounting part connecting component 20 that fixes the case 30 of the connection mechanism part 16 to the proximal mounting part 12.

上腕側装着部品２２ａおよび２２ｂは、それらの裏側でＵ字形連結部品２４によって連結されている。その内側に上腕１００を収容するスペースを形成している。上腕側装着部品２２ａと２２ｂとＵ時型連結部品２４は、アルミやステンレスなどの剛性の高い材料で形成されている。
上腕支持帯２６は、上腕側装着部品２２ａおよび２２ｂの内側に配置されており、上腕１００の内側と外側に相当する部分で、上腕側装着部品２２ａおよび２２ｂに固定されている。
上腕支持帯２６は、柔軟性と剛性を適度に兼ね備えた樹脂などの材料で上腕１００の形に合うように湾曲させて形成されている。さらに上腕支持帯２６は上腕１００に巻き付けられるように形成されている。また上腕支持体２６の表裏面には柔らかい布が貼り付けられている。その表面側にはマジックテープ（登録商標）２６ａ、２６ｂが備えられている。このマジックテープ（登録商標）２６ａ、２６ｂにより上腕１００に巻き付けられた上腕支持帯２６の両端が留められる。こうして近位側装着部１２は上腕１００に装着される。なお、マジックテープ（登録商標）２６ａ、２６ｂは身体の前面で上腕支持帯２６を留めるように配置されている。上腕支持帯２６の脱着を容易にするためである。
近位側装着部連結部品２０は、スペーサ９０ａと９０ｂを介してボルト９２によって上腕側装着部品２２ａに固定されている。モータ支持板２８は、近位側装着部連結部品２０にボルト留めされている。また近位側装着部１２は、近位側装着部連結部品２０によって連結機構部１６のケース３０にボルトで固定されている。 The upper arm side mounting parts 22a and 22b are connected by a U-shaped connecting part 24 on the back side thereof. A space for accommodating the upper arm 100 is formed inside thereof. The upper arm side mounting parts 22a and 22b and the U-time type connecting part 24 are made of a material having high rigidity such as aluminum or stainless steel.
The upper arm support band 26 is disposed inside the upper arm side mounting parts 22a and 22b, and is fixed to the upper arm side mounting parts 22a and 22b at portions corresponding to the inner side and the outer side of the upper arm 100.
The upper arm support band 26 is formed of a material such as a resin having moderate flexibility and rigidity so as to be curved so as to match the shape of the upper arm 100. Further, the upper arm support band 26 is formed so as to be wound around the upper arm 100. A soft cloth is attached to the front and back surfaces of the upper arm support 26. Magic tape (registered trademark) 26a and 26b are provided on the surface side. Both ends of the upper arm support belt 26 wound around the upper arm 100 are fastened by the magic tapes (registered trademark) 26a and 26b. In this way, the proximal mounting portion 12 is mounted on the upper arm 100. The Velcro (registered trademark) 26a and 26b are arranged so as to fasten the upper arm support band 26 on the front surface of the body. This is because the upper arm support band 26 can be easily attached and detached.
The proximal side mounting part connecting component 20 is fixed to the upper arm side mounting component 22a by a bolt 92 via spacers 90a and 90b. The motor support plate 28 is bolted to the proximal mounting portion connecting component 20. Further, the proximal mounting portion 12 is fixed to the case 30 of the coupling mechanism portion 16 with a bolt by a proximal mounting portion coupling component 20.

次に遠位側装着部１４について説明する。遠位側装着部１４は、前腕１０２の両側面に添え木のように沿わせて配置される前腕側装着部品４２ａおよび４２ｂと、前腕側装着部品４２ａと４２ｂを連結するＵ字形連結部品４４ａと４４ｂと、前腕側装着部品４２ａと４２ｂに固定され、かつ前腕１０２に巻き付けられる前腕支持帯４６から構成されている。また遠位側装着部１４は、遠位側装着部１４を連結機構部１６の出力軸側回転部品３２に固定する遠位側装着部連結部品４０ａと４０ｂを備えている。   Next, the distal side mounting portion 14 will be described. The distal side mounting portion 14 includes forearm side mounting parts 42a and 42b arranged along both sides of the forearm 102 so as to be splint, and U-shaped connection parts 44a and 44b that connect the forearm side mounting parts 42a and 42b. And a forearm support band 46 that is fixed to the forearm-side mounting parts 42a and 42b and is wound around the forearm 102. Further, the distal side mounting portion 14 includes distal side mounting portion connecting parts 40 a and 40 b that fix the distal side mounting part 14 to the output shaft side rotating part 32 of the connecting mechanism part 16.

前腕側装着部品４２ａおよび４２ｂは、それらの裏側でＵ字連結部品４４ａ、４４ｂによって連結されている。その内側に前腕１０２を収容するスペースを形成している。前腕側装着部品４２ａと４２ｂとＵ字連結部品４４ａ、４４ｂは、アルミやステンレスなどの剛性の高い材料で形成されている。
前腕支持帯４６は、前腕側装着部品４２ａおよび４２ｂの内側に配置されており、前腕１０２の内側と外側に相当する部分で、前腕側装着部品４２ａおよび４２ｂに固定されている。
前腕支持帯４６は、柔軟性と剛性を適度に兼ね備えた樹脂などの材料で前腕の形に合うように湾曲させて形成されている。さらに前腕支持帯４６は上腕１００に巻き付けられるように形成されている。また前腕支持帯４６の表裏面には柔らかい布が貼り付けられている。その表面側にはマジックテープ（登録商標）４６ａ、４６ｂが備えられている。このマジックテープ（登録商標）４６ａ、４６ｂにより前腕１０２に巻き付けられた前腕支持帯４６の両側が留められる。こうして遠位側装着部４６は前腕１０２に装着される。なお、マジックテープ（登録商標）４６ａ、４６ｂは身体の前面で前腕支持帯４６を留めるように配置されている。前腕支持帯４６の脱着を容易にするためである。
遠位側装着部連結部品４０ａと４０ｂは、スペーサ９０ｃと９０ｄを介してボルトによって上腕側装着部品２２ａに固定されている。遠位側装着部連結部品４０ａと４０ｂもアルミやステンレスなどの剛性の高い材料で形成されている。遠位側装着部１４は遠位側装着部連結部品４０ａと４０ｂによって連結機構部１６の出力軸側回転部品３２にボルトで固定されている。 The forearm side mounting parts 42a and 42b are connected by U-shaped connection parts 44a and 44b on the back side thereof. A space for accommodating the forearm 102 is formed inside thereof. The forearm mounting parts 42a and 42b and the U-shaped connecting parts 44a and 44b are formed of a material having high rigidity such as aluminum or stainless steel.
The forearm support band 46 is disposed inside the forearm mounting parts 42a and 42b, and is fixed to the forearm mounting parts 42a and 42b at portions corresponding to the inside and outside of the forearm 102.
The forearm support band 46 is formed of a material such as a resin having moderate flexibility and rigidity so as to be curved to match the shape of the forearm. Further, the forearm support band 46 is formed so as to be wound around the upper arm 100. A soft cloth is attached to the front and back surfaces of the forearm support band 46. Magic tape (registered trademark) 46a and 46b are provided on the surface side. Both sides of the forearm support band 46 wound around the forearm 102 are fastened by the magic tapes 46a and 46b. Thus, the distal side mounting portion 46 is mounted on the forearm 102. The Velcro (registered trademark) 46a and 46b are arranged so as to fasten the forearm support band 46 on the front surface of the body. This is because the forearm support band 46 can be easily attached and detached.
The distal side mounting portion connecting parts 40a and 40b are fixed to the upper arm side mounting part 22a by bolts via spacers 90c and 90d. The distal mounting portion connecting parts 40a and 40b are also made of a highly rigid material such as aluminum or stainless steel. The distal side mounting part 14 is fixed to the output shaft side rotating part 32 of the coupling mechanism part 16 with bolts by the distal side mounting part coupling parts 40a and 40b.

次に近位側装着部１２と遠位側装着部１４を連結する連結機構部１６について説明する。
連結機構部１６は減速機構を兼用している。以下では連結機構部１６を減速機構１６と称する場合もあることに留意されたい。
減速機構１６を用いるのは、モータ１８が発生するトルクを増幅して前腕１０２に大きなトルクを加えるためである。この減速機構１６は、ケース３０と、入力軸３５と、出力軸（不図示）に固定された出力軸側回転部品３２から構成される。出力軸側回転部品３２は、入力軸３５と同軸の周りを回転する。減速機構１６の入力軸３５にはプーリ３４が固定されている。プーリ３４がケース３０に対して回転すると、その回転の角速度が所定の減速比で減速され（トルクは増幅される）、出力軸側回転部品３２がケース３０に対して回転する。 Next, the connecting mechanism 16 that connects the proximal mounting part 12 and the distal mounting part 14 will be described.
The connection mechanism unit 16 also serves as a speed reduction mechanism. It should be noted that the connection mechanism unit 16 may be referred to as a speed reduction mechanism 16 below.
The reduction mechanism 16 is used to amplify the torque generated by the motor 18 and apply a large torque to the forearm 102. The speed reduction mechanism 16 includes a case 30, an input shaft 35, and an output shaft side rotating component 32 fixed to an output shaft (not shown). The output shaft side rotating component 32 rotates around the same axis as the input shaft 35. A pulley 34 is fixed to the input shaft 35 of the speed reduction mechanism 16. When the pulley 34 rotates with respect to the case 30, the angular velocity of the rotation is reduced by a predetermined reduction ratio (torque is amplified), and the output shaft side rotating component 32 rotates with respect to the case 30.

減速機構１６（連結機構部１６）のケース３０には突出部３０ａが設けてある。この突出部３０ａは近位側装着部連結部品２０にボルトで固定されている。また減速機構１６の出力軸側回転部品３２にも突出部３２ａが設けてある。この突出部３２ａは遠位側装着部連結部品４０ｂにボルトで固定されている。減速機構１６は、近位側装着部１２と遠位側装着部１４を回転可能に連結している。
ケース３０にはストッパ部３６が設けてある。出力軸側回転部品３２が所定角度以上回転すると、ストッパ部３６と出力軸側回転部品３２の突出部３２ａが接触するように構成されている。即ちストッパ部３６は出力軸側回転部品３２が所定角度以上回転しないように機械的にその回転範囲を制限する機能を果たす。
なお、本実施例のアシスト装置１０では、近位側装着部１２の上腕側装着部品２２ａと遠位側装着部１４の前腕側装着部品４２ａが肘関節１０４の回転軸Ｌの延長線上でリベット９２ａによって回転可能に連結されている。同様に近位側装着部１２の上腕側装着部品２２ｂと遠位側装着部１４の前腕側装着部品４２ｂが肘関節１０４の回転軸Ｌの延長線上でリベット９２ｂによって回転可能に連結されている。これは近位側装着部品１２と遠位側装着部品１４の相対位置関係が回転方向以外にずれないようにするためである。 The case 30 of the speed reduction mechanism 16 (connection mechanism portion 16) is provided with a protrusion 30a. The protruding portion 30a is fixed to the proximal mounting portion connecting component 20 with a bolt. Further, the output shaft side rotating component 32 of the speed reduction mechanism 16 is also provided with a protruding portion 32a. The protruding portion 32a is fixed to the distal mounting portion connecting component 40b with a bolt. The speed reduction mechanism 16 rotatably connects the proximal side mounting part 12 and the distal side mounting part 14.
The case 30 is provided with a stopper portion 36. When the output shaft side rotating component 32 rotates by a predetermined angle or more, the stopper portion 36 and the protruding portion 32a of the output shaft side rotating component 32 are configured to contact each other. That is, the stopper portion 36 functions to mechanically limit the rotation range so that the output shaft side rotating component 32 does not rotate more than a predetermined angle.
In the assist device 10 of this embodiment, the upper arm side mounting part 22a of the proximal side mounting part 12 and the forearm side mounting part 42a of the distal side mounting part 14 are rivets 92a on the extension line of the rotation axis L of the elbow joint 104. It is connected rotatably by. Similarly, the upper arm side mounting part 22b of the proximal side mounting part 12 and the forearm side mounting part 42b of the distal side mounting part 14 are rotatably connected by a rivet 92b on the extension line of the rotation axis L of the elbow joint 104. This is to prevent the relative positional relationship between the proximal mounting component 12 and the distal mounting component 14 from deviating except in the rotational direction.

次にモータ１８について説明する。モータ１８は、近位側装着部連結部品２０にボルト留めされたモータ支持板２８に固定されている。モータ１８はモータ支持板２８によって、上腕１００の裏側に配置される。ここで「上腕１００の裏側」とは、使用者が直立姿勢をとったときの上腕の後ろ側である。換言すれば、前腕１０２を伸展させるための上腕１００の伸筋（上腕三頭筋）が位置する側である。モータ１８の一部は、前腕１０２の回転面に直交する方向に計る上腕１００の厚み内であり、かつ前腕１０２の回転限界外の位置において、上腕装着部１２に固定されている。
なお、「前腕１０２の回転面に直交する方向に計る上腕１００の厚み」は図１（Ｂ）に矢印Ｈ０で示されている。また「前腕１０２の回転面に直交する方向に計る上腕１００の厚み」は換言すれば、「前腕１０２と上腕１００の間の関節１０４の回転軸に平行な方向に計る上腕１００の長さ」ということもできる。
モータ１８の出力軸（不図示）にはトルクリミッタ５２を介してプーリ５４が固定されている。モータ１８の出力軸に固定されているプーリ５４と減速機構１６の入力軸３５に固定されているプーリ３４は、ベルト５６により連結されている。即ちモータ１８が回転するとそのトルクはベルト５６を介して減速機構１６に伝達される。 Next, the motor 18 will be described. The motor 18 is fixed to a motor support plate 28 that is bolted to the proximal side mounting part connecting component 20. The motor 18 is disposed on the back side of the upper arm 100 by a motor support plate 28. Here, “the back side of the upper arm 100” is the rear side of the upper arm when the user takes an upright posture. In other words, it is the side where the extensor (triceps) of the upper arm 100 for extending the forearm 102 is located. A part of the motor 18 is fixed to the upper arm mounting portion 12 within a thickness of the upper arm 100 measured in a direction perpendicular to the rotation surface of the forearm 102 and at a position outside the rotation limit of the forearm 102.
The “thickness of the upper arm 100 measured in a direction orthogonal to the rotation surface of the forearm 102” is indicated by an arrow H0 in FIG. In addition, “the thickness of the upper arm 100 measured in a direction perpendicular to the rotation surface of the forearm 102” is, in other words, “the length of the upper arm 100 measured in a direction parallel to the rotation axis of the joint 104 between the forearm 102 and the upper arm 100”. You can also.
A pulley 54 is fixed to an output shaft (not shown) of the motor 18 via a torque limiter 52. A pulley 54 fixed to the output shaft of the motor 18 and a pulley 34 fixed to the input shaft 35 of the speed reduction mechanism 16 are connected by a belt 56. That is, when the motor 18 rotates, the torque is transmitted to the speed reduction mechanism 16 via the belt 56.

次にモータ１８の配置について詳細に説明する。本実施例ではモータ１８は上腕１００の裏側に配置される。ここで「裏側」とは使用者が直立姿勢をとったときの上腕１００の後ろ側である。別言すれば、「裏側」とは上腕１００に対して前腕を伸展方向に回転させる側を意味する。肘関節１０４においては、前腕１０２の上腕１００に対する可動範囲は前腕１０２と上腕１００がほぼ一直線となる状態から前腕１０２と上腕１００が身体の前側でほぼ接触する状態までである。即ち上腕１００の裏側は、前腕１０２の上腕１００に対する可動範囲外となる。このようにモータ１８を前腕の上腕に対する可動範囲外に位置するように配置することによって、モータ１８が前腕１０２の動きを邪魔することを防止することができる。   Next, the arrangement of the motor 18 will be described in detail. In the present embodiment, the motor 18 is disposed on the back side of the upper arm 100. Here, the “back side” is the back side of the upper arm 100 when the user takes an upright posture. In other words, the “back side” means a side on which the forearm is rotated in the extending direction with respect to the upper arm 100. In the elbow joint 104, the movable range of the forearm 102 with respect to the upper arm 100 is from a state where the forearm 102 and the upper arm 100 are substantially in a straight line to a state where the forearm 102 and the upper arm 100 are substantially in contact with each other on the front side of the body. That is, the back side of the upper arm 100 is out of the movable range with respect to the upper arm 100 of the forearm 102. Thus, by arranging the motor 18 so as to be located outside the movable range with respect to the upper arm of the forearm, the motor 18 can be prevented from obstructing the movement of the forearm 102.

さらに上腕１００の裏側（上腕１００に対して前腕を伸展方向に回転させる側）では、前腕１０２の回転限界における前腕１０２と上腕１００との間の空間が上腕の表側（上腕１００に対して前腕を屈曲方向に回転させる側）での前腕１０２の回転限界における前腕１０２と上腕１００との間の空間よりも広いことになる。従ってモータ１８を前腕１０２の上腕１００に対する可動範囲外で上腕１００に対して前腕１０２を伸展方向に回転させた側に位置するように配置することによって、前腕１０２の動きを邪魔することなく十分広い空間にモータ１８を配置することができる。   Further, on the back side of the upper arm 100 (the side on which the forearm is rotated in the extending direction with respect to the upper arm 100), the space between the forearm 102 and the upper arm 100 at the rotation limit of the forearm 102 is the front side of the upper arm (the forearm is placed on the upper arm 100). This is wider than the space between the forearm 102 and the upper arm 100 at the rotation limit of the forearm 102 on the side to be rotated in the bending direction. Therefore, by arranging the motor 18 so as to be positioned outside the movable range of the upper arm 100 with respect to the upper arm 100 and on the side where the forearm 102 is rotated in the extending direction with respect to the upper arm 100, the motor 18 is sufficiently wide without disturbing the movement of the forearm 102. The motor 18 can be disposed in the space.

また本実施例では、モータ１８の重心Ｇが、肘関節１０４の回転軸Ｌに沿った方向での上腕１００の厚みＨ０の内側に位置するように配置される。換言すれば、モータ１８の重心Ｇは、前腕１０２の回転面に直交する上腕１００の厚み内に位置している。このように配置することで、アシスト装置１０の、体の外側への張り出し距離を、連結機構部１６の幅Ｈ１だけとすることができる。従来技術では、モータ１８が連結機構部１６の軸（即ち肘関節１０４の回転軸Ｌの延長上）に配置されている。そのように配置すると、図１に示す連結機構部１６の幅Ｈ１に、さらにモータ１８本体の長さＨ２が加わった長さだけ体の外側へ装置が張り出すこととなる。体の外側への装置の張り出し距離が大きいと、使用者は張り出した部分が他の物体に接触しないように気を使わなければならない。また狭い場所へ入る時に張り出した部分が邪魔となる。使用者の自由な動きを制限することになる。本実施例では、モータ１８を肘関節１０４の回転軸Ｌからオフセットさせて、上腕１００の裏側に配置することによって、体の外側への張り出す部分を低減することができる。またモータ１８を上腕１００の裏側に配置することによって、上腕１００を振り動かした際にモータ１８の自重によって肘関節１０４をひねるように作用するモーメントを生じなくすることができる。   In the present embodiment, the center of gravity G of the motor 18 is arranged so as to be located inside the thickness H0 of the upper arm 100 in the direction along the rotation axis L of the elbow joint 104. In other words, the center of gravity G of the motor 18 is located within the thickness of the upper arm 100 that is orthogonal to the rotational surface of the forearm 102. By arranging in this way, the distance over which the assist device 10 protrudes to the outside of the body can be set to only the width H1 of the coupling mechanism portion 16. In the prior art, the motor 18 is disposed on the axis of the coupling mechanism portion 16 (that is, on the extension of the rotation axis L of the elbow joint 104). With this arrangement, the apparatus projects to the outside of the body by a length obtained by adding the length H2 of the main body of the motor 18 to the width H1 of the coupling mechanism portion 16 shown in FIG. If the device overhangs outside the body, the user must be careful that the overhang does not touch other objects. Also, the overhanging part gets in the way when entering a narrow place. This restricts the free movement of the user. In this embodiment, the motor 18 is offset from the rotation axis L of the elbow joint 104 and disposed on the back side of the upper arm 100, so that a portion protruding to the outside of the body can be reduced. Further, by arranging the motor 18 on the back side of the upper arm 100, when the upper arm 100 is swung, a moment that acts to twist the elbow joint 104 by its own weight can be prevented.

さらに本実施例のモータ１８の配置では、体の外側への装置の張り出し部分を少なくするばかりでなく、次の効果を奏することができる。即ち、モータ１８の重心Ｇを上腕１００の厚みＨ０の範囲内に位置するように配置することで、上腕１００を肘関節１０４の回転面内に振り動かしたときにモータ１８の質量によって上腕１００をひねるように作用するモーメントを生じなくすることができる。従来技術のようにモータ１８が肘関節１０４の回転軸Ｌの延長線上に配置されている場合には、腕を振る際に肘の外側に張り出したモータ１８の質量によって肘関節１０４ばかりか上腕１００にもひねるようなモーメントが加わる。そのようなモーメントが加わると腕を振り難くなる。本実施例ではモータ１８の重心Ｇを上腕１００の厚みＨ０の範囲内に配置することによって、そのような上腕の振りにくさを解消することができる。   Furthermore, the arrangement of the motor 18 according to the present embodiment can not only reduce the protruding portion of the device to the outside of the body, but also achieve the following effects. That is, by arranging the center of gravity G of the motor 18 so as to be positioned within the range of the thickness H0 of the upper arm 100, the upper arm 100 is moved by the mass of the motor 18 when the upper arm 100 is swung in the rotation plane of the elbow joint 104. A moment acting like a twist can be eliminated. When the motor 18 is arranged on the extension line of the rotation axis L of the elbow joint 104 as in the prior art, not only the elbow joint 104 but also the upper arm 100 due to the mass of the motor 18 projecting outside the elbow when the arm is shaken. A twisting moment is also added. When such a moment is applied, it is difficult to swing the arm. In this embodiment, by arranging the center of gravity G of the motor 18 within the range of the thickness H0 of the upper arm 100, such difficulty in swinging the upper arm can be eliminated.

次にアシスト装置１０が筋力を補助する制御について図２と図３を用いて説明する。図２は図１（Ａ）のアシスト装置１０を簡略化して表した側面模式図である。上腕１００にはアシスト装置１０の近位側装着部１２が取り付けられている。前腕１０２にはアシスト装置１０の遠位側装着部１４が取り付けられている。近位側装着部１２と遠位側装着部１４は連結機構部１６に連結されている。また上腕１００の裏側でモータ１８が近位側装着部１２に取り付けられている。但し図２には手先１０６に重量物１０８を持っており、上腕１００には筋電計測電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃが貼り付けられており、手首にも筋電計測電極６２が取り付けられている状態を示してある。筋電計測電極とは、筋肉の収縮や伸展に応じた電位を発生させる電極である。この筋電計測電極は皮膚の表面に貼着されてその皮膚の下にある筋肉の収縮や伸展に応じた電位（これを表面筋電位と称する）を出力する。表面筋電位は筋肉が収縮するほど高い値となる。
本実施例では筋電計測電極６０ａ、６０ｂが上腕二頭筋の表面に貼着されており、上腕二頭筋の表面筋電位を計測する。また筋電計測電極６０ｃが上腕三頭筋の表面に貼着されており、上腕三頭筋の表面筋電位を計測する。さらに手首の部分にも筋電計測電極６２が貼着されている。筋電計測電極６２はリファレンス電極と呼ばれ、筋電計測電極６０ａ、６０ｂ、６０ｃが出力する電位のいわばグランド側に相当する。 Next, control for assisting the muscular strength by the assist device 10 will be described with reference to FIGS. FIG. 2 is a schematic side view of the assist device 10 shown in FIG. A proximal side mounting portion 12 of the assist device 10 is attached to the upper arm 100. The distal mounting portion 14 of the assist device 10 is attached to the forearm 102. The proximal mounting portion 12 and the distal mounting portion 14 are connected to the connecting mechanism portion 16. A motor 18 is attached to the proximal mounting portion 12 on the back side of the upper arm 100. However, in FIG. 2, the hand 106 has a heavy object 108, the myoelectric measurement electrodes 60 a, 60 b, and 60 c are attached to the upper arm 100, and the myoelectric measurement electrode 62 is also attached to the wrist. Is shown. The myoelectric measurement electrode is an electrode that generates a potential corresponding to muscle contraction or extension. The myoelectric measurement electrode is attached to the surface of the skin and outputs a potential (referred to as surface myoelectric potential) corresponding to the contraction or extension of the muscle under the skin. The surface myoelectric potential becomes higher as the muscle contracts.
In this embodiment, myoelectric measurement electrodes 60a and 60b are attached to the surface of the biceps brachii and measure the surface myoelectric potential of the biceps brachii. A myoelectric measurement electrode 60c is attached to the surface of the triceps surae and measures the surface myoelectric potential of the triceps surae. Further, an electromyography measuring electrode 62 is attached to the wrist. The myoelectric measurement electrode 62 is called a reference electrode and corresponds to the ground side of the potential output from the myoelectric measurement electrodes 60a, 60b, 60c.

図２には手先１０６に重量物１０８を持った状態を示してある。図２では紙面の上下方向が鉛直方向に相当する。この状態では重力物１０８の重さに抗するために上腕二頭筋が収縮する。その結果、上腕二頭筋の表面に貼着した筋電計測電極６０ａ、６０ｂが出力する表面筋電位が増加する。筋電計測電極６０ａ、６０ｂの出力が増加したことによって、上腕二頭筋が筋力を発生している状態であることがわかる。
図２に示す状態においての本実施例のアシスト装置１０の制御装置について図３を用いて説明する。
説明を簡略化するため、リファレンス電極６２が出力する表面筋電位をグラントとして計測した上腕二頭筋の表面に貼着した筋電計測電極６０ａ、６０ｂの表面筋電位を合わせてＶＥＭＧとする。アシスト装置１０のコントローラ１１にはこのＶＥＭＧが入力される。コントローラ１１ではまず入力されたＶＥＭＧを全波整流器７０で全波整流する。その後平均化フィルタ７２を通してノイズの除去を行う。平均化した後のＶＥＭＧに乗算器７４で筋電電圧−筋力変換係数「Ｃ」を乗じる。係数「Ｃ」は筋電電圧を筋力の変換するための変換係数であり既知の値である。乗算器７４の出力が上腕二頭筋が出力している筋力の推定値となる。この推定値に乗算器７６でアシスト率「Ｋ」を乗じる。アシスト率「Ｋ」は上腕二頭筋が出力している力に対してどの程度の割合の力をアシスト装置１０で補助するかを決定する係数である。例えばアシスト率Ｋ＝１とすると、上腕二頭筋が出力している筋力と同等の力をアシスト装置１０が出力することになる。この場合、本来必要な力の半分の力で重量物１０８を手先１０６に維持することができる。換言すれば、重量物１０８を保持する力を上腕二頭筋とアシスト装置１０で５０％ずつ分担することになる。
アシスト率「Ｋ」が乗じられた後には、アシスト装置１０の連結機構部１６が出力すべき力（トルク）に必要なモータ出力トルクを算出するためにアシスト力−モータ電流指令値変換係数Ｋｔｃが乗算器７８によって乗じられる。その結果をモータドライバ８０へ出力する。モータドライバ８０は指令値に従って図１又は図２に示すモータ１８に電流を出力する。
なお、上腕二頭筋は引っ張り力により前腕１０２に対して肘関節周りのトルクを与えるが、上腕二頭筋の引っ張り力の前腕１０２に与えるトルクへの換算係数も筋電電圧−筋力変換係数「Ｃ」に含まれている。 FIG. 2 shows a state in which a heavy object 108 is held on the hand 106. In FIG. 2, the vertical direction of the paper corresponds to the vertical direction. In this state, the biceps muscle contracts to resist the weight of the gravity object 108. As a result, the surface myoelectric potential output from the myoelectric measurement electrodes 60a and 60b attached to the surface of the biceps brachii increases. It can be seen that the biceps brachii muscles are generating muscle strength due to the increase in the output of the myoelectric measurement electrodes 60a and 60b.
The control device of the assist device 10 of the present embodiment in the state shown in FIG. 2 will be described with reference to FIG.
In order to simplify the description, the surface myoelectric potentials of the myoelectric measurement electrodes 60a and 60b attached to the surface of the biceps brachii obtained by measuring the surface myoelectric potential output from the reference electrode 62 as a grant are combined to be VEMG . This VEMG is input to the controller 11 of the assist device 10. The controller 11 first full-wave rectifies the input V EMG by the full-wave rectifier 70. Thereafter, noise is removed through the averaging filter 72. The averaged V EMG is multiplied by a myoelectric voltage-muscle conversion coefficient “C” by a multiplier 74. The coefficient “C” is a conversion coefficient for converting myoelectric voltage into muscle force, and is a known value. The output of the multiplier 74 is an estimated value of the muscular strength output by the biceps. The estimated value is multiplied by an assist rate “K” by a multiplier 76. The assist rate “K” is a coefficient that determines how much force the assist device 10 assists with the force output by the biceps. For example, when the assist rate K = 1, the assist device 10 outputs a force equivalent to the muscular strength output by the biceps. In this case, the heavy object 108 can be maintained at the hand 106 with half the force that is originally required. In other words, the force for holding the weight 108 is shared by the biceps and the assist device 10 by 50%.
After the assist rate “K” is multiplied, the assist force-motor current command value conversion coefficient Ktc is calculated in order to calculate the motor output torque necessary for the force (torque) to be output by the coupling mechanism 16 of the assist device 10. Multiplied by a multiplier 78. The result is output to the motor driver 80. The motor driver 80 outputs a current to the motor 18 shown in FIG. 1 or 2 according to the command value.
It should be noted that the biceps muscle gives a torque around the elbow joint to the forearm 102 by a pulling force, but the conversion factor to the torque given to the forearm 102 by the pulling force of the biceps is also a myoelectric voltage-muscle conversion coefficient “ C ”.

上記実施例では、腕に装着して肘関節の周りの回転を補助するパワーアシスト装置（補助装置）を例示した。実施例とほぼ同様の構成で、手首や膝や足首の関節周りの回転を補助する装置も実現できる。
手首関節周りの回転を補助するパワーアシスト装置では、近位側装着部が前腕に装着され、遠位側装着部が掌に装着される。実施例の上腕支持帯２６に相当する支持帯は前腕の形状に合わせて形成される。前腕支持帯４６に相当する支持帯は掌の形状に合わせて形成される。モータは掌の甲と同じ側で近位側装着部（前腕に装着される）に支持される。手首関節では、前腕（近位側身体）に対して掌（遠位側身体）を伸展方向に回転させた側の回転限界の外側の方が広い。なお、掌を伸展させる方向とは、前腕伸筋群によって掌の甲側へ回転させる側である。従ってモータは前腕に対して掌を伸展方向に回転させた側の回転限界の外側の方で近位側（前腕）装着部に固定されることが好ましい。
また、膝関節周りの回転を補助するパワーアシスト装置では、近位側装着部は大腿に装着される。遠位側装着部は下腿に装着される。実施例の上腕支持帯２６に相当する支持帯は大腿の形状に合わせて形成される。前腕支持帯４６に相当する支持帯は下腿の形状に合わせて形成される。またモータは大腿の前側で近位側装着部（大腿に装着される）に支持される。大腿の前側が大腿（近位側身体）に対する下腿（遠位側身体）の可動限界と大腿との間隔の広い側に相当するからである。
また、足首関節周りの筋力を補助する装着型パワーアシスト装置では、近位側装着部は下腿に装着される。遠位側装着部は足平に装着される。実施例の上腕支持帯２６に相当する支持帯は下腿の形状に合わせて形成される。前腕支持帯４６に相当する支持帯は足平の形状に合わせて形成される。またモータは下腿のふくらはぎ側で近位側装着部（大腿に装着される）に支持される。足平を伸展させる側であるふくらはぎ側が下腿（近位側身体）に対する足平（遠位側身体）の可動限界と下腿との間隔の広い側に相当するからである。 In the above embodiment, the power assist device (auxiliary device) that is attached to the arm and assists the rotation around the elbow joint is illustrated. A device that assists rotation around the joints of the wrist, knee, and ankle can be realized with substantially the same configuration as the embodiment.
In the power assist device that assists rotation around the wrist joint, the proximal mounting portion is mounted on the forearm and the distal mounting portion is mounted on the palm. A support band corresponding to the upper arm support band 26 of the embodiment is formed in accordance with the shape of the forearm. A support band corresponding to the forearm support band 46 is formed according to the shape of the palm. The motor is supported on the same side as the back of the palm by a proximal mounting part (mounted on the forearm). In the wrist joint, the outside of the rotation limit on the side where the palm (distal body) is rotated in the extending direction with respect to the forearm (proximal body) is wider. The direction in which the palm is extended is the side on which the forearm extensors are rotated toward the back of the palm. Therefore, it is preferable that the motor is fixed to the proximal side (forearm) mounting portion outside the rotation limit on the side where the palm is rotated in the extending direction with respect to the forearm.
Further, in the power assist device that assists the rotation around the knee joint, the proximal side mounting portion is mounted on the thigh. The distal attachment part is attached to the lower leg. The support band corresponding to the upper arm support band 26 of the embodiment is formed in accordance with the shape of the thigh. A support band corresponding to the forearm support band 46 is formed in accordance with the shape of the lower leg. The motor is supported on the front side of the thigh by a proximal side mounting portion (mounted on the thigh). This is because the front side of the thigh corresponds to the side where the movement limit of the lower leg (distal body) relative to the thigh (proximal body) and the distance between the thigh are wide.
Further, in the wearable power assist device that assists the muscle strength around the ankle joint, the proximal mounting portion is mounted on the lower leg. The distal attachment part is attached to the foot. The support band corresponding to the upper arm support band 26 of the embodiment is formed in accordance with the shape of the lower leg. A support band corresponding to the forearm support band 46 is formed in accordance with the shape of the foot. The motor is supported by the proximal mounting part (mounted on the thigh) on the calf side of the lower leg. This is because the calf side, which is the side on which the foot is extended, corresponds to the side where the movement limit of the foot (distal body) relative to the lower leg (proximal body) and the distance between the lower leg and the lower leg are wide.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
例えばアクチュエータが発生するトルクを遠位側装着部に伝達する伝達部品としては実施例に例示したベルトの他にもギヤ機構により構成されてもよい。
また、本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above.
For example, the transmission component that transmits the torque generated by the actuator to the distal mounting portion may be constituted by a gear mechanism in addition to the belt exemplified in the embodiment.
The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

図１（Ａ）は実施例１の装着型パワーアシスト装置の側面図である。図１（Ｂ）は図１（Ａ）を矢印Ｂの方向からみたときの平面図である。FIG. 1A is a side view of the wearable power assist device according to the first embodiment. 1B is a plan view of FIG. 1A viewed from the direction of arrow B. FIG. 実施例１の装着型パワーアシスト装置を装着して重量物を持った状態を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows the state which mounted | wore with the mounting | wearing type power assist apparatus of Example 1, and had a heavy article. 装着型パワーアシスト装置のコントローラのブロック図である。It is a block diagram of the controller of a mounting | wearing type power assist apparatus.

符号の説明Explanation of symbols

１０：パワーアシスト装置（補助装置）
１１：コントローラ
１２：近位側装着部
１４：遠位側装着部
１６：連結機構部（減速機構）
１８：モータ（アクチュエータ）
２０：近位側装着部連結部品
２２ａ、２２ｂ：上腕側装着部品
２４：Ｕ字形連結部品
２６：上腕支持帯
２８：モータ支持板
３０：ケース
３２：出力軸側回転部品
３４：プーリ
３５：入力軸
４０ａ、４０ｂ：遠位側装着部連結部品
４２ａ、４２ｂ：前腕側装着部品
４４ａ、４４ｂ：Ｕ字形連結部品
４６：前腕支持帯
５２：トルクリミッタ
５４：プーリ
５６：ベルト（伝達部品）
６０ａ、６０ｂ、６０ｃ：筋電計測電極
６２：筋電計測電極
７０：全波整流器
７２：平均化フィルタ
７４、７６、７８：乗算器
８０：モータドライバ
１００：上腕
１０２：前腕
１０４：肘関節 10: Power assist device (auxiliary device)
11: Controller 12: Proximal side mounting part 14: Distal side mounting part 16: Connection mechanism part (deceleration mechanism)
18: Motor (actuator)
20: Proximal side mounting part connecting parts 22a, 22b: Upper arm side mounting part 24: U-shaped connecting part 26: Upper arm support band 28: Motor support plate 30: Case 32: Output shaft side rotating part 34: Pulley 35: Input shaft 40a, 40b: Distal mounting part connecting parts 42a, 42b: Forearm mounting parts 44a, 44b: U-shaped connecting part 46: Forearm support band 52: Torque limiter 54: Pulley 56: Belt (transmission part)
60a, 60b, 60c: myoelectric measurement electrode 62: myoelectric measurement electrode 70: full wave rectifier 72: averaging filter 74, 76, 78: multiplier 80: motor driver 100: upper arm 102: forearm 104: elbow joint

Claims (6)

身体に装着して身体の関節周りの回転を補助する装置であり、
身体の関節の近位側身体に装着される近位側装着部と、
身体の関節の遠位側身体に装着される遠位側装着部と、
近位側装着部と遠位側装着部を回転可能に連結しており、近位側装着部を近位側身体に装着するとともに遠位側装着部を遠位側身体に装着したときに身体の関節の回転軸と同一軸線上に位置する回転軸を有する連結機構部と、
アクチュエータと、
遠位側装着部を近位側装着部に対して連結機構部の回転軸周りに回転させるトルクを遠位側装着部に伝達する伝達部品を備えており、
前記アクチュエータは、遠位側身体の回転限界外の位置において近位側装着部に固定されており、かつ前記アクチュエータの少なくとも一部は、遠位側身体の回転面に直交する方向に計る近位側身体の厚み内に位置することを特徴とする補助装置。 It is a device that is attached to the body and assists rotation around the joints of the body,
A proximal mounting portion to be mounted on a body proximal to a joint of the body;
A distal mounting portion to be mounted on a body distal to the joint of the body;
When the proximal mounting portion and the distal mounting portion are rotatably connected, the body is mounted when the proximal mounting portion is mounted on the proximal body and the distal mounting portion is mounted on the distal body. A coupling mechanism having a rotation axis located on the same axis as the rotation axis of the joint;
An actuator,
A transmission component for transmitting torque for rotating the distal mounting portion around the rotation axis of the coupling mechanism portion relative to the proximal mounting portion to the distal mounting portion;
The actuator is secured to the proximal mounting at a location outside the rotational limit of the distal body, and at least a portion of the actuator is proximally measured in a direction perpendicular to the plane of rotation of the distal body. An auxiliary device characterized by being located within the thickness of the side body. 前記アクチュエータは、近位側身体に対して遠位側身体を伸展方向に回転させた側の回転限界の外側に配置されていることを特徴とする請求項１の補助装置。   The auxiliary device according to claim 1, wherein the actuator is arranged outside a rotation limit on a side where the distal body is rotated in the extending direction with respect to the proximal body. アクチュエータの重心が、前記厚み内に位置していることを特徴とする請求項1又は２に記載の補助装置。   The auxiliary device according to claim 1, wherein the center of gravity of the actuator is located within the thickness. 前記連結機構部は減速機構を兼用しており、減速機構のケースが近位側装着部に固定されており、減速機構の出力軸側回転部品が遠位側装着部に固定されており、減速機構の入力軸に固定されているプーリとアクチュエータの出力軸に固定されているプーリの間がベルトで連結されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の補助装置。   The connecting mechanism part also serves as a speed reduction mechanism, the case of the speed reduction mechanism is fixed to the proximal side mounting part, and the output shaft side rotating part of the speed reduction mechanism is fixed to the distal side mounting part. The auxiliary device according to any one of claims 1 to 3, wherein the pulley fixed to the input shaft of the mechanism and the pulley fixed to the output shaft of the actuator are connected by a belt. . 前記関節は肘関節であり、前記近位側身体は上腕であり、前記遠位側身体は前腕であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の補助装置。   The auxiliary device according to any one of claims 1 to 4, wherein the joint is an elbow joint, the proximal body is an upper arm, and the distal body is a forearm. 前記関節は膝関節であり、前記近位側身体は大腿であり、前記遠位側身体は下腿であることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の補助装置。   The auxiliary device according to any one of claims 1 to 4, wherein the joint is a knee joint, the proximal body is a thigh, and the distal body is a lower leg.
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