JP2018099767A - 動作補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザの歩行動作に伴う中足指節関節の曲げ伸ばし動作に対応して足台部の相対回転を可能にして、足台部の接地面積を比較的大きく確保可能な動作補助装置を提供する。【解決手段】動作補助装置は、人体に装着されるフレーム構造と、人体の中足指節関節よりも後方の足底部が配置され得る後方足台部と、人体の足関節の側方に位置し、フレーム構造及び後方足台部を相対回転可能に連結する足関節部と、中足指節関節よりも前方の足底部が配置され得る前方足台部と、前方足台部及び後方足台部を相対回転可能に連結し、人体の中足指節関節の側方に位置し得る足台部関節部と、を備える。【選択図】図２

Description

本発明は、人体に装着して用いられる動作補助装置に関する。

近年、健常者あるいは障害者の動作を支援あるいは補助する動作補助装置としての人体装着型ロボットが知られている。人体装着型ロボットは、例えば、ユーザに装着される能動関節部と、ユーザの意図又は状態あるいは周囲の状況を検知するためのセンサと、能動関節部に対して回転トルクを付与するアクチュエータと、アクチュエータの駆動制御を行う制御装置とを備えている。一般的に、アクチュエータは、モータと、モータの高速回転を人体の動作に適した低速回転に変換する減速機とを備える。減速機は、例えば、１／５０〜１／２００の変速比で、モータの回転を関節部に伝達する。具体的に、アクチュエータは、例えば、ＤＣモータとハーモニックドライブ（登録商標）又はウォームギヤとの組み合わせにより構成され得る。

ここで、人体装着型ロボットの一態様として、特許文献１には、ユーザの足が置かれ得る足装具である足台を有する装具が開示されている。具体的に、かかる装具の脚フレームアセンブリは、ベルトアセンブリに結合される上側端部と、ユーザの脚の下側部分に結合され得る下側部分とを有し、脚フレームアセンブリの下側部分には足台が結合されている。

特表２０１４−５０８０１０号公報

特許文献１に開示された装具は、足首の位置に設けられた足首フレーム関節を中心に足台が回動可能になっている。一方、特許文献１に開示された装具の足台は、使用時にその形状を保持することができる硬質プラスチック、金属、複合材料、又は他の材料により形成された一枚のプレート状の部品となっている。このため、ユーザの歩行時において、足の中足指節関節（ＭＴＰ：Metatarsopharangeal Joint）の曲げ伸ばし動作に対応して足台の変形が不可能となっている。したがって、歩行時におけるユーザの自然な動作が実現されにくく、ユーザは違和感を受けやすい。

また、足台が直接あるいは靴等を介して地面に接地する状態では、当該接地部分において人体装着型ロボットの重量の少なくとも一部を支えることができる。しかしながら、足台が硬質の材料からなることにより、ユーザの歩行時において、足台が直接あるいは靴等を介して地面に接地する面積が小さくなるため、人体装着型ロボットの重量を支える機能が不十分となって、ユーザが担う重量の負荷が増えやすくなっていた。

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、ユーザの歩行動作に伴う中足指節関節の曲げ伸ばし動作に対応して足台部の相対回転を可能にして、足台部の接地面積を比較的大きく確保可能な、新規かつ改良された動作補助装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、人体に装着されるフレーム構造と、人体の中足指節関節よりも後方の足底部が配置され得る後方足台部と、人体の足関節の側方に位置し、フレーム構造及び後方足台部を相対回転可能に連結する足関節部と、人体の中足指節関節よりも前方の足底部が配置され得る前方足台部と、前方足台部及び後方足台部を相対回転可能に連結し、人体の中足指節関節の側方に位置し得る足台部関節部と、を備えた、動作補助装置が提供される。

動作補助装置は、前方足台部と後方足台部とを足台部関節部を中心に相対回転させる駆動機構を備えてもよい。

駆動機構は、アクチュエータから進退可能に導出されて前方足台部に接続された動力伝達部材を備え、アクチュエータは動力伝達部材を後退移動させることで前方足台部を後方足台部に対して相対回転させてもよい。

上記の駆動機構を第１の駆動機構とし、第１の駆動機構による後方足台部に対する前方足台部の相対回転の方向を第１の方向としたときに、
後方足台部に対して前方足台部を第１の方向とは反対の第２の方向に相対回転させる第２の駆動機構を備えてもよい。

フレーム構造は、人体の膝関節の側方に位置する膝部関節部により相対回転可能に連結された大腿部アーム部材及び下腿部アーム部材を含み、足関節部は、下腿部アーム部材及び後方足台部を相対回転可能に連結してもよい。

以上説明したように本発明によれば、ユーザの歩行動作に伴う中足指節関節の曲げ伸ばし動作に追従して、足台部の接地面積を比較的大きく確保することができる。

本発明の実施の形態に係る動作補助装置の正面図である。 同実施形態に係る動作補助装置の側面図である。 動作補助装置の駆動機構の一例を示す概略説明図である。 同実施形態に係る動作補助装置の足台部の構成例を示す模式図である。 比較例に係る動作補助装置を装着して歩行する様子を示す説明図である。 同実施形態に係る動作補助装置を装着して歩行する様子を示す説明図である。 第１の変形例に係る動作補助装置の足台部の構成例を示す模式図である。 第１の変形例に係る動作補助装置を装着して歩行する様子を示す説明図である。 第２の変形例に係る動作補助装置の足台部の構成例を示す模式図である。 第２の変形例に係る動作補助装置を装着して歩行する様子を示す説明図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（１．動作補助装置の基本構成）
図１及び図２を参照して、本実施形態に係る動作補助装置１の全体構成例について説明する。図１及び図２は、それぞれ、動作補助装置１をユーザが装着している様子を示す正面図及び側面図である。

本実施形態に係る動作補助装置１は、ユーザの下半身の動きを補助することで、歩行動作又は階段昇降動作等の左右の脚の運動を補助するための装置であり、いわゆる外骨格ロボットとも呼ばれる。動作補助装置１は、装着具１０と、アクチュエータ２０と、バッテリユニット（バッテリ装置）２３と、制御ユニット（制御装置）２５とを備える。

本実施形態に係る動作補助装置１において、装着具１０は、左右の脚のそれぞれに対応して、腰部アーム部材３１と、大腿部アーム部材３３と、下腿部アーム部材３５とを備える。腰部アーム部材３１の下端と大腿部アーム部材３３の上端とは、腰部関節部３０を中心に相対回転可能に連結されている。大腿部アーム部材３３の下端と下腿部アーム部材３５の上端とは、膝部関節部４０を中心に相対回転可能に連結されている。本実施形態において、腰部アーム部材３１、腰部関節部３０、大腿部アーム部材３３、膝部関節部４０及び下腿部アーム部材３５が本発明に係るフレーム構造に相当する。フレーム構造のうちの下腿部アーム部材３５の下端には、足台部６０が足関節部５０を中心に相対回転可能に連結されている。

装着具１０のうち、腰部アーム部材３１、大腿部アーム部材３３、及び下腿部アーム部材３５は、例えば、樹脂材料により成形された成形体であり、所定程度の剛性を有し、かつ、軽量化が実現されている。したがって、腰部アーム部材３１、大腿部アーム部材３３、及び下腿部アーム部材３５は、曲げや割れに対する耐性を有する。

腰部アーム部材３１は、人体の腰部に巻き付けられる腰部装着部１５に連結されている。具体的に、腰部アーム部材３１は、腰部装着部１５のうち、例えば身体の側部に位置する部分に連結されている。腰部装着部１５は、人体の腰部に巻き付けられて腰部固定ベルト１３を用いて腰部に固定される。腰部装着部１５は、人体の腰部の外形に対応する形状を保持できる程度に、所定程度の剛性を有している。腰部固定ベルト１３は、例えば、バックル又は面ファスナー等の連結具１１を有し、連結具１１を連結させることにより左右の腰部固定ベルト１３が連結され、腰部装着部１５が腰部に固定される。

腰部アーム部材３１は、腰部装着部１５から下方に延びて設けられている。腰部アーム部材３１と腰部装着部１５とは一体的に形成されていてもよい。腰部アーム部材３１には、腰部関節部３０を介して大腿部アーム部材３３が連結されている。腰部関節部３０は、人体の腰関節の側方に位置するように設けられる。腰部関節部３０では、腰部アーム部材３１の下端と大腿部アーム部材３３の上端とが相対回転可能に連結されている。例えば、腰部関節部３０に設けられた図示しない回転軸部材に対して、大腿部アーム部材３３が回動可能に支持されていてもよい。

大腿部アーム部材３３は、腰部関節部３０から下方に延びて、大腿部に沿って設けられている。大腿部アーム部材３３の長さ方向の中央部には、大腿部装着部３７が連結されている。大腿部アーム部材３３と大腿部装着部３７とは一体的に形成されていてもよい。大腿部装着部３７は、人体の脚のうちの大腿部に巻き付けられ、大腿部固定ベルト３９を用いて大腿部に固定される。大腿部装着部３７は、人体の大腿部の外形に対応する形状を保持できる程度に、所定程度の剛性を有している。大腿部固定ベルト３９は、バックル又は面ファスナー等の図示しない連結具を有し、当該連結具を連結させることにより大腿部固定ベルト３９が大腿部に固定される。

大腿部アーム部材３３には、膝部関節部４０を介して下腿部アーム部材３５が連結されている。膝部関節部４０は、人体の膝関節の側方に位置するように設けられる。膝部関節部４０では、大腿部アーム部材３３の下端と下腿部アーム部材３５の上端とが相対回転可能に連結されている。例えば、膝部関節部４０に設けられた図示しない回転軸部材に対して、下腿部アーム部材３５が回動可能に支持されていてもよい。

下腿部アーム部材３５は、膝部関節部４０から下方に延びて、下腿部に沿って設けられている。下腿部アーム部材３５の長さ方向の中央部には、下腿部装着部４１が連結されている。下腿部アーム部材３５と下腿部装着部４１とは一体的に形成されていてもよい。下腿部装着部４１は、人体の脚のうちの下腿部に巻き付けられ、下腿部固定ベルト４３を用いて下腿部に固定される。下腿部固定ベルト４３は、バックル又は面ファスナー等の図示しない連結具を有し、連結具を連結させることにより下腿部固定ベルト４３が下腿部に固定される。

少なくともここまでに説明した腰部関節部３０を中心とする腰部アーム部材３１と大腿部アーム部材３３との相対回転動作、及び、膝部関節部４０を中心とする大腿部アーム部材３３と下腿部アーム部材３５との相対回転動作は、それぞれアクチュエータ２０により駆動される。本実施形態に係る動作補助装置１において、アクチュエータ２０は、例えば腰部装着部１５に固定されてユーザの背中に配置されたケース５内に備えられている。図２には、１つのアクチュエータ２０が図示されているが、駆動される関節部（能動関節）の数と同数のアクチュエータ２０が備えられる。アクチュエータ２０は、可撓性の動力伝達部材としてのワイヤ２１を巻取り、あるいは、送出することで、腰部アーム部材３１と大腿部アーム部材３３、あるいは、大腿部アーム部材３３と下腿部アーム部材３５とを相対的に回転駆動させる。

ワイヤ２１としては、例えば、ボーデンケーブルが用いられる。ボーデンケーブルが用いられる場合、腰部アーム部材３１、大腿部アーム部材３３及び下腿部アーム部材３５等にボーデンケーブルを固定させつつ、内部のワイヤを進退させることができる。また、ボーデンケーブルが用いられる場合、ボーデンケーブルが外部に露出した状態であっても、ユーザ等の安全性を確保することができる。なお、可撓性の動力伝達部材は、ベルト又はチェーン等に例示される他の可撓性の部材であってもよい。

ここで、本実施形態に係る動作補助装置１は、人体の足裏に配置されて、人体の足底部が載置される足台部６０を備える。かかる足台部６０は、足関節部５０を介して、フレーム構造を構成する下腿部アーム部材３５の下端に連結されている。足関節部５０は、人体の足関節（踝）の側方に位置するように設けられ、下腿部アーム部材３５の下端と足台部６０とが相対回転可能に連結されている。かかる足台部６０は、人体の足関節の曲げ伸ばし動作に対応して、足関節部５０を中心に回動可能に構成されている。かかる足台部６０は、直接あるいは靴底を介して接地した状態で、動作補助装置１の重量を支持する機能を有している。また、足関節部５０が能動関節として構成される場合、足台部６０は、足関節の曲げ伸ばし動作を補助する際の可動部としての機能も有する。足台部６０の構成については、後で詳しく説明する。

この他、動作補助装置１は、ユーザの筋電位信号を検出するための図示しない筋電位センサを有してもよい。筋電位センサは、例えば、人体の大腿部あるいは腓腹部（ふくらはぎ）の表面に配置された表面筋電位検出電極（表面電極）を含んでもよい。筋電位センサは、動作補助装置１により補助される動作を行わせる筋力に対応する運動単位（筋肉）に応じてあらかじめ位置が決定されて配置される。なお、表面電極の数は１個であってもよいし、複数個であってもよい。

例えば、本実施形態に係る動作補助装置１は、主としてユーザの脚の前後運動（歩行動作）を補助する装置であるため、これらの筋電位センサの表面電極は、例えば、人体の大腿四頭筋の筋電位を検出可能な位置に配置されてもよい。このとき、筋電位センサの電極は、近接して配置された２つの電極を含んでもよい。さらには、筋電位センサの電極は、運動単位の筋線維の方向に沿って配列されてもよい。これにより、同じ筋線維の筋電位が検出されやすくなり、２つの検出値の差分を求めてノイズを低減させることができる。

筋電位センサとしては、例えば、静電容量型のセンサが用いられる。静電容量型の筋電位センサでは、検出される筋電位に応じて静電容量が変化し、当該静電容量の変化が電気信号に変換されて出力される。静電容量型の筋電位センサであれば、皮膚の表面に直接接触させることなく、所望の筋肉の筋電位を検出することができる。静電容量型の筋電位センサが用いられる場合、筋電位センサは、例えば、電極部、発振回路及び出力回路を備える。また、筋電位センサは、ＡＤ変換器及び増幅器を備えてもよい。また、筋電位センサは、ＡＤ変換器及び増幅器を備えてもよい。筋電位センサの電極部は、例えば、単極型、双極型又は三極型の電極であってよく、さらに、アレイ型又はマトリックス型の電極であってもよい。

（２．駆動機構）
図３は、動作補助装置１に設けられた能動関節を駆動させる駆動機構のシステム構成の一例を示す模式図である。図３は、それぞれの能動関節における相対回転動作を実現するための駆動機構のシステム構成を示したものである。図３においては、関節部において連結された２つの部材のうちのいずれか一方の部材に設けられたプーリ等の回転部材２７を回転させる回転機構の一構成例と併せて、アクチュエータ２０、バッテリ２３及び制御装置２５がブロック図により示されている。

かかる駆動機構において、アクチュエータ２０により回転駆動され得るそれぞれの関節部（能動関節部）に設けられた回転部材２７は、ワイヤ２１等の可撓性の動力伝達部材を介してアクチュエータ２０により回転駆動される。図示した駆動機構においては、ワイヤ２１の周囲をカバー２２で被覆したボーデンケーブルが動力伝達部材として用いられている。関節部に設けられた回転部材２７の外周面には、ワイヤ２１が配設される図示しない溝が周方向に沿って設けられている。例えば、回転部材２７にはワイヤ２１が巻き付けられており、当該ワイヤ２１の両端部は、アクチュエータ２０から導出されている。アクチュエータ２０は、回転部材２７に巻き付けられたワイヤ２１の両端のうちのいずれか一端側を巻取り、他端側を送出する。

アクチュエータ２０は、例えば、モータと減速機構とを備える。モータは、例えば、ＤＣモータ、ステッピングモータ、又はブラシレスモータ等の回転式のモータを用いることができる。アクチュエータ２０は、回転式のモータを用いたアクチュエータに限らず、リニアモータと回転機構とを備えたアクチュエータであってもよい。かかるアクチュエータ２０を駆動させることにより、減速機構を介して出力される回転トルクがワイヤ２１によって回転部材２７に伝達され、ワイヤ２１と回転部材２７との摩擦によって回転部材２７が回動する。これにより、関節部における２つの部材の相対回転動作が実現される。本実施形態に係る動作補助装置１は、能動関節として、腰関節の左右の側方に１つずつ配置される腰部関節部３０と、左右の膝関節の側方に１つずつ配置される膝部関節部４０と、左右の足関節の側方に１つずつ配置される足関節部５０とを備えている。したがって、アクチュエータ２０は、少なくとも６つのアクチュエータを含んでもよい。

アクチュエータ２０には、バッテリ２３が接続されている。バッテリ２３は、アクチュエータ２０に対して電力を供給する。アクチュエータ２０は、制御装置２５により駆動制御される。制御装置２５は、アクチュエータ２０に対して供給される電力を制御することでアクチュエータ２０を駆動し、回転部材２７を双方向に回転させる。かかる制御装置２５は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサや、ＲＯＭ（Read Only Memory）又はＲＡＭ（Random Access Memory）等の記憶素子、駆動回路等を備えて構成される。

プロセッサは、例えば、あらかじめＲＯＭに記憶されたプログラムを実行することにより、ユーザの意図に応じて回転部材２７を回動させる。例えば、プロセッサには、ユーザの動作意思に基づく筋電位を検出し得る筋電位センサ２９が接続され、プロセッサは、当該筋電位センサ２９のセンサ信号等に基づいて要求補助力を算出し、アクチュエータ２０をフィードフォワード制御してもよい。あるいは、プロセッサには、ユーザの動作に伴って回転部材２７に作用する回転トルクを検出し得るトルクセンサが接続され、検出される回転トルクに基づいて、アクチュエータ２０を制御してもよい。制御装置２５によるアクチュエータ２０の制御方法は、これらの例に限定されない。

（３．足台部の具体的構成例）
次に、本実施形態に係る動作補助装置１の足台部６０の構成例について具体的に説明する。図４は、足台部６０の構成の一例を示す斜視図である。図示した足台部６０は、人体の右脚の足底部用の足台部６０である。

足台部６０は、人体の足底部の前方部分が載置される前方足台部６１と、人体の足底部の後方部分が載置される後方足台部７１とを有する。前方足台部６１及び後方足台部７１は、所定の剛性を有する樹脂成形品、金属プレート等により構成され得る。前方足台部６１と後方足台部７１とは、人体の足底部の中足指節関節の左右の側方に配置された足台関節部７０ａ，７０ｂを中心として相対回転可能に連結されている。つまり、前方足台部６１には、人体の中足指節関節よりも前方の足底部が載置され、後方足台部７１には、人体の中足指節関節よりも後方の足底部が載置される。なお、以下、左右の足台関節部７０ａ，７０ｂを特に区別する場合を除いて、単に足台関節部７０と表記する。

後方足台部７１は、ユーザのかかとが位置し得る部分の左右の両側に保持部材７３ａ，７３ｂを有する。保持部材７３ａ，７３ｂは、それぞれ後方足台部７１から上方に向けて立ち上がるようにして形成されている。また、後方足台部７１は、先端側の左右の両側に連結部７５ａ，７５ｂを有する。連結部７５ａ，７５ｂは、それぞれ後方足台部７１から上方に向けて立ち上がるようにして形成されている。後方足台部７１には、ユーザのかかと及び甲を保護する保護ストラップ８１ｂ，８１ｃが設けられている。

かかと側に設けられた保持部材７３ａ，７３ｂのうち、人体の足底部の外側に位置する保持部材７３ａは、足関節部５０により、フレーム構造を構成する下腿部アーム部材３５の下端に相対回転可能に連結されている。本実施形態では、かかる足関節部５０は、アクチュエータにより回転駆動が制御される能動関節である。例えば、足関節部５０は、図３に示した駆動機構を有し、ワイヤ等の動力伝達部材を介して伝達されるアクチュエータの出力トルクによって回転駆動される。なお、足関節部５０は、ユーザの動作に追従して回転する受動関節であってもよく、ユーザにとって必要な補助動作に応じて能動関節又は受動関節のいずれかが選択され得る。

前方足台部６１は、後端側に、ユーザの足先が挿入される甲押え部材６３を有する。甲押え部材６３は、両端側に前方足台部６１から上方に向けて立ち上げられた連結部６３ａ，６３ｂと、二つの連結部６３ａ，６３ｂの上端部を接続するアッパ部６３ｃとを有する。前方足台部６１には、ユーザのつま先を保護する保護ストラップ８１ａが設けられている。後方足台部７１の右側に設けられた連結部７５ａと、前方足台部６１の右側に設けられた連結部６３ａとは、足台関節部７０ａにおいて相対回転可能に連結されている。同様に、後方足台部７１の左側に設けられた連結部７５ｂと、前方足台部６１の左側に設けられた連結部６３ｂとは、足台関節部７０ｂにおいて相対回転可能に連結されている。左右の足台関節部７０ａ，７０ｂの回転軸は同軸上に配置されている。足台関節部７０は、中足指節関節の曲げ伸ばし動作に伴って、前方足台部６１及び後方足台部７１の相対回転動作を可能にする。

また、本実施形態に係る動作補助装置１において、足台関節部７０は、図３に例示した駆動機構により回転駆動される能動関節として構成されている。具体的に、前方足台部６１の甲押え部材６３の右側部分には、図示しないアクチュエータから導出されたワイヤ２１が接続されている。図示した足台部６０では、ワイヤ２１としてボーデンケーブルが用いられている。具体的に、甲押え部材６３のうち、足台関節部７０ａの高さ位置よりも上方の部分には、ワイヤ２１の端部が結合される係止部６５が設けられ、当該係止部６５にワイヤ２１の端部が結合されている。ワイヤ２１は、後方足台部７１から立ち上がる保持部材７３ａに設けられた係止部７７を通って、下腿部アーム部材３５に沿って上方に延び、図示しないアクチュエータに接続されている。ボーデンケーブルのカバーの端部は係止部７７に固定されており、係止部７７よりも先端側ではワイヤ２１が進退可能になっている。

この場合、図３に示した駆動機構の例において、制御装置２５は、筋電位センサ２９等のセンサ信号に基づき足台関節部７０の要求トルクを演算し、アクチュエータ２０を駆動させてもよい。あるいは、制御装置２５は、トルクセンサを用いて足台関節部７０に作用するトルクを検出し、当該トルクに応じた補助力を生成する力制御を行ってもよい。

アクチュエータによりワイヤ２１を進退させることにより、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に後方足台部７１に対して相対的に回転する。例えば、アクチュエータがワイヤ２１を巻き取ることによって、前方足台部６１の甲押え部材６３が後方足台部７１側に引っ張られ、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に上方に回動する。また、アクチュエータからワイヤ２１が送出される状態では、前方足台部６１の甲押え部材６３が前方に移動可能になり、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に下方に回動可能になる。

動作補助装置１がかかる足台部６０を有することにより、ユーザの足の中足指節関節の曲げ伸ばしに対応して足台部６０の変形が可能になる。これにより、ユーザの歩行時において、ユーザが自然な歩行動作を行いやすくなり、ユーザが受ける違和感を低減することができる。また、ユーザの歩行中に、足台部６０の接地面積が大きく確保されやすくなるため、動作補助装置１のうちの特にフレーム構造の重量が地面によって支持されやすくなる。したがって、動作補助装置１の重量を担うユーザの負荷が軽減されやすくなる。

ここで、図５及び図６を参照して、足台関節部７０を中心とした前方足台部６１と後方足台部７１との相対回転動作が可能な場合及び不可能な場合の歩行動作について説明する。

図５は、足台部１６０が、剛性の高い一枚のプレート状の部材で形成された比較例に係る動作補助装置の装着時における歩行動作を示している。かかる動作補助装置の足台部１６０は、人体の中足指節関節の曲げ伸ばしにかかわらず、大きく変形することがない。このため、ユーザが脚を前方に踏み出してから、脚を後方へ蹴り上げるまでの一連の動作中、足裏が地面にほぼ平行な状態となって足台部１６０全体が接地する状態を除き、足台部１６０の接地面積は極めて小さくなる。したがって、ユーザは、バランスをとることも難しく、自然な歩行動作が困難になって、歩行時に違和感を受けやすい。また、足台部１６０の接地面積が極めて小さい場合には、動作補助装置の重量を地面に伝達しづらいため、ユーザが担う動作補助装置の重量が大きくなりやすく、ユーザの負荷が増大しやすい。

これに対して、図６は、本実施形態に係る動作補助装置１の装着時における歩行動作を示している。図６において、保護ストラップ８１ａ，８１ｂ，８１ｃの図示は省略されている。本実施形態に係る動作補助装置１の足台部６０では、ユーザの足の中足指節関節の曲げ伸ばし動作に追従して、前方足台部６１と後方足台部７１とが足台関節部７０を中心に相対回転する。このため、ユーザが脚を前に踏み出してから、前方足台部６１及び後方足台部７１の全体が接地した後、さらに、脚を後方に蹴り上げる直前においても、少なくとも前方足台部６１の全体の接地状態を保つことができる。このため、ユーザは、自然な歩行動作が可能になって、ユーザの受ける違和感が低減される。また、歩行中に、足台部６０の接地面積が大きくなることから、動作補助装置１の重量が地面に伝達されやすくなり、ユーザが担う動作補助装置１の重量が低減され、ユーザの負担を軽減することができる。

また、本実施形態に係る動作補助装置１の足台部６０は、アクチュエータ２０から出力される動力によって、前方足台部６１及び後方足台部７１の相対的な回転駆動が行われる。したがって、ユーザの歩行時等において、足の中足指節関節の曲げ伸ばし動作に対するアシスト力が生成され、ユーザの歩行動作等を補助することができる。また、かかるアシスト力は、歩行時の蹴り上げ動作に対するアシスト力ともなり得るため、かかる観点においても、本実施形態に係る動作補助装置１は、ユーザの歩行動作等を補助することができる。

（４．変形例）
ここまで、本実施形態に係る動作補助装置１の構成例を説明したが、本実施形態に係る動作補助装置１は、種々の変形が可能である。以下、動作補助装置１の変形例の幾つかを説明する。

（４−１．第１の変形例）
図７は、第１の変形例に係る動作補助装置の足台部８０の構成の一例を示す斜視図である。第１の変形例に係る動作補助装置１では、足台関節部７０が能動関節ではなく受動関節として構成されている。図７に示した足台部８０は、ワイヤ及びワイヤを固定あるいは係止する係止部を有していない点以外、上記の実施形態に係る足台部６０と同一の構成を有する。

図８は、第１の変形例に係る動作補助装置の装着時の歩行動作を示している。図８において、保護ストラップ８１ａ，８１ｂ，８１ｃの図示は省略されている。第１の変形例に係る動作補助装置は、ユーザの足の中足指節関節の曲げ伸ばし動作に追従して、足台関節部７０を中心とする前方足台部６１と後方足台部７１との相対回転動作が可能になっている。このため、ユーザの歩行時等において、ユーザの自然な歩行動作が可能になり、ユーザが受ける違和感が軽減される。また、第１の変形例に係る動作補助装置によっても、ユーザが脚を前方に踏み出してから、脚を後方に蹴り上げるまでの間の足台部６０の接地面積が比較例の場合と比べて大きくなる。したがって、動作補助装置の重量が地面に伝達されやすくなって、ユーザが担う動作補助装置の重量を軽減することができる。

なお、第１の変形例に係る動作補助装置は、足台関節部７０が能動関節ではないため、足先等の動作に障害を持たないユーザによる使用に適している。

（４−２．第２の変形例）
図９は、第２の変形例に係る動作補助装置の足台部９０の斜視図を示している。第２の変形例に係る動作補助装置は、上記実施形態におけるワイヤ２１及びアクチュエータを含む駆動機構を第１の駆動機構としたときに、さらに別のワイヤ２１Ａ及びアクチュエータを含む第２の駆動機構を有する。第２の駆動機構は、上記実施形態における第１の駆動機構による後方足台部７１に対する前方足台部６１の相対回転の方向を第１の方向としたときに、第１の方向とは反対の第２の方向へと前方足台部６１を回転駆動させる。

かかる足台部９０において、前方足台部６１の甲押え部材６３の右側部分には、それぞれ図示しないアクチュエータから導出された２本のワイヤ２１，２１Ａが接続されている。図示した足台部９０においては、ワイヤ２１，２１Ａとして、ボーデンケーブルが用いられている。

具体的に、甲押え部材６３のうち、足台関節部７０ａの高さ位置よりも上方の部分には、ワイヤ２１の端部が結合される係止部６５が設けられ、当該係止部６５にワイヤ２１の端部が結合されている。また、甲押え部材６３のうち、足台関節部７０ａの高さ位置よりも下方の部分には、ワイヤ２１Ａの端部が結合される係止部６６が設けられ、当該係止部６６にワイヤ２１Ａの端部が結合されている。ワイヤ２１，２１Ａは、それぞれ後方足台部７１から立ち上がる保持部材７３ａに設けられた係止部７７，７８を通って、下腿部アーム部材３５に沿って上方に延び、図示しないアクチュエータに接続されている。保持部材７３ａに設けられてワイヤ２１Ａが通る係止部７８は、ワイヤ２１が通る係止部７７とは異なる係止部７８となっているが、一つの係止部に２本のワイヤ２１，２１Ａが通っていてもよい。

第２の変形例に係る動作補助装置では、アクチュエータによりワイヤ２１，２１Ａを進退させることにより、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に後方足台部７１に対して相対的に回転する。例えば、ワイヤ２１がアクチュエータにより巻き取られる一方、ワイヤ２１Ａがアクチュエータから送出されることによって、前方足台部６１の甲押え部材６３が後方に引っ張られ、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に上方に回動する。反対に、ワイヤ２１Ａがアクチュエータにより巻き取られる一方、ワイヤ２１がアクチュエータから送出されることによって、前方足台部６１の甲押え部材６３が前方に引っ張られ、前方足台部６１が足台関節部７０を中心に下方に回動する。

つまり、ワイヤ２１Ａを含む第２の駆動機構は、ワイヤ２１を含む第１の駆動機構により生成される回転トルクに対するカウンタトルクを生成することができる。したがって、第２の変形例に係る動作補助装置は、中足指節関節の曲げ動作についてはワイヤ２１を含む第１の駆動機構によるアシスト力を生成可能であり、中足指節関節の伸ばし動作についてはワイヤ２１Ａを含む第２の駆動機構によるアシスト力を生成可能となっている。このため、特に、脚を後方に蹴り上げる際の動作に対するアシスト力が生成されて、ユーザの歩行動作を補助することができる。

図１０は、第２の変形例に係る動力補助装置の装着時の歩行動作を示している。図１０において、保護ストラップ８１ａ，８１ｂ，８１ｃの図示は省略されている。第２の変形例に係る動作補助装置では、ユーザが脚を前方に踏み出した後、脚を後方に蹴り上げる直前においては、ワイヤ２１を含む第１の駆動機構によって中足指節関節の曲げ動作に対応するアシスト力が生成される。また、ユーザが脚を後方に蹴り上げるときには、ワイヤ２１Ａを含む第２の駆動機構によって中足指節関節の伸ばし動作に追従するアシスト力が生成される。これにより、ユーザによる足先を元に戻す動作に対してアシスト力が生成されて、ユーザの自然な歩行動作の補助が実現される。また、かかるアシスト力は、脚を蹴り上げる力にもなって、ユーザの歩行動作の補助が実現される。

以上説明したように、本実施形態に係る動作補助装置では、人体の足裏が配置される足台部が、人体の中足指節関節の側方に配置された足台関節部により相対回転可能に連結された前方足台部及び後方足台部を備えている。このため、人体の中足指節関節の曲げ伸ばし動作に対応して足台部の変形が可能になる。したがって、ユーザの自然な歩行動作等が可能になって、ユーザが受ける違和感を軽減することができる。

また、本実施形態に係る動作補助装置が、人体の中足指節関節の曲げ伸ばし動作に対応して足台部の変形が可能であるために、足台部の接地面積を大きくすることができる。このため、動作補助装置のうちの特にフレーム構造の重量の一部が効率的に地面に伝達され、ユーザが担う動作補助装置の重量が軽減される。したがって、本実施形態に係る動作補助装置は、動作補助装置の重量を担うユーザの負荷を軽減することができる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態では、ワイヤを用いた駆動機構が用いられていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、一部又は全部の駆動機構が、能動関節部に直接備えられたアクチュエータを含む駆動機構として構成されてもよい。

また、上記実施形態では、足関節部５０により足台部６０に連結されるフレーム構造は、腰部関節部３０及び膝部関節部４０により連結された腰部アーム部材３１、大腿部アーム部材３３及び下腿部アーム部材３５を含んでいたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、フレーム構造が腰部関節部及び膝部関節部の少なくとも一方を有しないで構成されてもよい。

また、上記実施形態では、動作補助装置が、ユーザの両脚の運動を補助する装置として構成されていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、動作補助装置は、ユーザの片脚の運動を補助する装置であってもよい。この場合、腰部アーム部材、大腿部アーム部材、下腿部アーム部材、及び足台部は、左右のいずれか一方にのみ設けられる。

また、上記実施形態では、ユーザの動作意思を検出するセンサとして筋電位センサを備えていたが、本発明はかかる例に限定されない。例えば、筋電位センサの代わりに、筋電位信号以外の生体信号を検出するセンサであってよい。生体信号としては、例えば、脳波、皮膚脳波、電気皮膚反応、又は神経電位などが挙げられるが、これに限定されない。

１ 動作補助装置
１５ 腰部装着部
２０ アクチュエータ
２１，２１Ａ ワイヤ
２５ 制御装置
３０ 腰部関節部
３１ 腰部アーム部材
３３ 大腿部アーム部材
３５ 下腿部アーム部材
４０ 膝部関節部
５０ 足関節部
６０ 足台部
６１ 前方足台部
６３ 甲押え部材
６３ａ，６３ｂ 連結部
７０ａ，７０ｂ 足台関節部
７１ 後方足台部
７５ａ，７５ｂ 連結部

Claims (5)

1. 人体に装着されるフレーム構造と、
   人体の中足指節関節よりも後方の足底部が配置され得る後方足台部と、
   人体の足関節の側方に位置し、前記フレーム構造及び前記後方足台部を相対回転可能に連結する足関節部と、
   人体の中足指節関節よりも前方の足底部が配置され得る前方足台部と、
   前記前方足台部及び前記後方足台部を相対回転可能に連結し、人体の中足指節関節の側方に位置し得る足台部関節部と、
   を備えた、動作補助装置。
2. 前記前方足台部と前記後方足台部とを前記足台部関節部を中心に相対回転させる駆動機構を備える、請求項１に記載の動作補助装置。
3. 前記駆動機構は、アクチュエータから進退可能に導出されて前記前方足台部に接続された動力伝達部材を備え、前記アクチュエータは前記動力伝達部材を後退移動させることで前記前方足台部を前記後方足台部に対して相対回転させる、請求項２に記載の動作補助装置。
4. 前記駆動機構を第１の駆動機構とし、前記第１の駆動機構による前記後方足台部に対する前記前方足台部の相対回転の方向を第１の方向としたときに、
   前記後方足台部に対して前記前方足台部を前記第１の方向とは反対の第２の方向に相対回転させる第２の駆動機構を備える、請求項２又は３に記載の動作補助装置。
5. 前記フレーム構造は、人体の膝関節の側方に位置する膝部関節部により相対回転可能に連結された大腿部アーム部材及び下腿部アーム部材を含み、前記足関節部は、前記下腿部アーム部材及び前記後方足台部を相対回転可能に連結する、請求項１〜４のいずれか１項に記載の動作補助装置。
   

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