JP4110203B2 - 動作支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、アクチュエータを用いて、人体の肘、手首または膝等の動作を支援する動作支援装置および動作支援方法に関する。

従来から、運動機能に障害を持つ患者に対して、手足、胴または首等の各部の筋力を回復させるための、各種訓練装置が開発されている。

また、体力がなくなったお年寄りの日常動作を支援したり、介護者の肉体的負担を軽減したりするために、歩行支援装置、階段昇降用リフト装置または抱きかかえ用リフト装置等の各種装置が、筋力を補助する目的で各種開発されている。

これらの装置において、使用者が装着することによって、自らの筋力を補助するための技術が、例えば、特開２００１−２８６５１９号公報、または、特開２００１−２７６１０１号公報に提案されている。

まず、特開２００１−２８６５１９号公報に記載の装置は、使用者の関節部分に曲げ方向の補助力を付与するアクチュエータと、このアクチュエータの動きを制御する制御手段と、アクチュエータの両側に取り付けられた一対の装着部とを有する。この技術によれば、アクチュエータを動作させることによって、関節の屈曲および伸展の動作支援を行うことができた。

また、特開２００１−２７６１０１号公報に記載の装置は、可撓性を有し、円筒状の、使用者の関節部を包み込んで密着する装着部と、この装着部の外周に一体化されたアクチュエータとを有する。この技術によっても、アクチュエータを動作させることにより、装着部を曲げて、関節の屈曲および伸展の動作支援をすることができた。

しかしながら、これらの従来技術においては、使用者の関節の屈曲および伸展の支援をする場合に、制御手段によって指示された、または、あらかじめ定められた方向および力でしか動作支援ができなかった。このため、使用者が望む方向と異なる方向に動作支援してしまったような場合や、使用者が望む力とは異なる力、たとえば強すぎる力で動作支援したような場合には、使用者の筋肉や関節を痛めてしまったり、逆に力が弱すぎる場合には、筋力を補助する効果が低下してしまったりする可能性があった。

本発明は、これらの課題に鑑みてなされたもので、使用者の動作支援を行う場合に、使用者の望む方向および力で動作支援することが可能な動作支援装置および動作支援方法を提供するものである。

本発明の動作支援装置は、使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、複数の装着部の間に懸架されるアクチュエータと、使用者に装着され、筋肉の動きを検知するセンサと、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御する制御部とを備えたことを特徴としている。

このような構成により、制御部が、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御することができるので、使用者の動作意図が動作支援装置に反映されて、使用者の望む方向および力で動作支援を行うことができる。また、関節にアクチュエータや装着部がかからないため、使用者の関節の動作を邪魔せずに、動作支援することができる。

また、制御部は、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きを補助するような力を前記アクチュエータに発生させる構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、筋力が弱った者に対するリハビリ用途に適した動作支援装置を実現できる。

また、アクチュエータに空気を供給する空気圧源を備え、アクチュエータが空気圧式ゴム人工筋であり、制御部は、空気圧式ゴム人工筋の空気圧を制御することにより、アクチュエータを動作させる構成であってもよい。

このような構成により、アクチュエータとしてゴム人工筋を用いるので、人体に当たって不快感を与える可能性の低い構成を実現できる。また、四肢の先端部分に取り付けた場合でも、アクチュエータであるゴム人工筋が軽いことから、四肢の付根にかかるモーメントが小さくなり、人体への負担が低減する。さらに、動作範囲がゴム人工筋の収縮限界によって決まっているので、使用者の関節の可動域を超えずに、関節に過度な負担を与えない。

また、一対の装着部の間に、複数の前記アクチュエータが懸架され、複数のアクチュエータは、関節に対して互いに拮抗する位置に配置される構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、一つの関節に対して、屈曲と伸展といった互いに異なる動きの支援を行うことができる。

また、一対の装着部の間に、一対のアクチュエータが配置される構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、バランスをとってスムーズに動き支援を行うことができる。また、関節の動作軸とアクチュエータの動作軸との垂直関係がずれることを防止することができる。また、関節に対して、それぞれ拮抗する形で、４本以上のアクチュエータが配置される場合には、関節の屈曲および伸展のみならず、回旋動作も支援することが可能となる。

さらに、装着部の間に、弾性体のジョイントを有する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、屈曲と伸展のみならず、回旋動作についても支援することができる。

また、センサが、使用者の所定の部位に取り付けられ、アクチュエータが、使用者の所定の部位の動作を支援するように取り付けられる構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、使用者の筋肉の動きを検出して、その検出された筋肉の動きを支援することができる。

また、センサが、使用者の一の部位に取り付けられ、アクチュエータが、使用者の他の部位の動作を支援するように設けられ、一の部位と他の部位とが、左右対称な部位である構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、センサを使用者の健常な側の部位に取り付け、アクチュエータを使用者の筋力の弱った部位に取り付けることで、健常な側と筋力の弱った側どちらをも動かして、体の半身の筋力が弱った使用者に対してより適切なリハビリを行うことができる。

さらに、複数のセンサを有し、複数のセンサのうち、一部のセンサが、使用者の他の部位に取り付けられる構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、使用者の筋力が弱った部位の動きを検知することができるので、使用者の筋力の回復度合いを知ることができる。

また、センサが、使用者に対して指示を行う指示者の所定の部位に取り付けられ、アクチュエータは、使用者の所定の部位に取り付けられる構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、指示者の動きに従って、使用者が動きを行いやすくなり、効果的なリハビリを行うことができる。

さらに、アクチュエータを複数有し、複数のアクチュエータが、複数の使用者それぞれの所定の部位に取り付けられる構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、指示者の動きによって、複数の使用者が動作支援を受けることが可能となる。

また、制御部は、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、その筋肉の動きに対して負荷となるように前記アクチュエータを制御する構成であってもよい。

このような構成によれば、さらに、リハビリ用途のみならず、エクササイズ等のトレーニング用途にも適応可能となる。

次に、本発明の動作支援方法は、使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、複数の装着部の間に懸架されるアクチュエータと、使用者に装着され、筋肉の動きを検知するセンサとを備えた動作支援装置を用いた動作支援方法であって、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御することを特徴としている。

このような方法により、センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、アクチュエータを制御することができるので、使用者の望む方向および力で動作支援を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置５０を腕に装着した状態を示す斜視図であり、図２は、図１に示す状態の動作支援装置５０を背面から見た斜視図である。また、図３は、動作支援装置５０のアクチュエータユニット５４部分の斜視図である。

図１〜図３に示したように、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置５０は、使用者の肘関節をまたいで配置される、装着部であり、上腕に装着されるカフ１および前腕に装着されるカフ２、肘の屈曲方向の動きを補助するために、カフ１およびカフ２の間に懸架された状態で、一対に配置された、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５、ならびに、肘の伸展方向の動きを補助するために、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５の生ずる力を打ち消すことができるような位置（以下、このような位置を「拮抗する位置」と記す）に一対に配置された、ゴム人工筋６およびゴム人工筋７を備える。

さらに、動作支援装置５０は、前腕部に装着されたカフ２に対して、手首の関節をまたいだ掌の位置に装着されるカフ３、カフ２およびカフ３の間に配置された、手首の掌屈方向の動きを補助するためのアクチュエータであるゴム人工筋８およびゴム人工筋９、ならびに、ゴム人工筋８およびゴム人工筋９と拮抗する位置に、手首の背屈方向の動きを補助するように配置された、ゴム人工筋１０およびゴム人工筋１１を備える。

ゴム人工筋４〜１１としては、例えばマッキベン型の空気圧式ゴム人工筋とも呼ばれる、空気弁を有するシリンダ部とスリーブ部とを有するマッキベン型の空気圧アクチュエータを用いることができる。マッキベン型の空気圧アクチュエータを用いた場合には、空気弁を通して、シリンダ部を加圧して膨張させることにより、スリーブ部の作用によって、アクチュエータが縮み、逆に、その状態からシリンダ部を減圧するとアクチュエータが伸びる。

また、動作支援装置５０は、カフ１およびカフ２の間に配置されるジョイント１７、ならびに、カフ２およびカフ３の間に配置されるジョイント１８を備える。動作支援装置５０において、ジョイント１７およびジョイント１８は、それぞれ弾性体を用いて構成されているので、使用者の各関節での屈曲、伸展動作に加えて、ねじり（回旋）動作をも支援することができる。

なお、ここで、ゴム人工筋４〜１１、カフ１〜３およびジョイント１７，１８を総称して、アクチュエータユニット５４と記す。

動作支援装置５０は、さらに、使用者の上腕の表側に、上腕二頭筋の動きを検知するように配置されるセンサ１２、上腕の裏側に、上腕三頭筋の動きを検知するように配置されるセンサ１３、使用者の前腕の表側に配置されるセンサ１４、前腕の裏側に配置されるセンサ１５、および、センサ１２〜１５の出力を検知して、その出力に応じて、使用者の動作を支援するようにゴム人工筋４〜１１を制御する制御部１６を備える。

センサ１２〜１５としては、使用者の筋力を測定できるセンサであれば、歪ゲージ等の、様々な公知のセンサを用いることができる。

ここで、センサ１２〜１５を総称してセンサユニット５２と記す。

制御部１６は、専用回路のハードウェアによって、その機能が実現されてもよいし、後述する制御ステップを実現するようなプログラムを記述して、コンピュータに実行させることによってもその機能を実現することができる。

ここで、動作支援装置５０の機能について、詳細に説明する。図４は、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置５０の機能ブロック図である。図４に示したように、動作支援装置５０において、センサユニット５２のセンサ１２〜１５は、それぞれ制御部１６に接続されている。また、制御部１６は、センサ１２〜１５それぞれの出力を検知して、使用者がいかなる動きをしようとしているのかを判定し、その結果にもとづいて、空気圧源２２の接続されたゴム人工筋４〜１１それぞれの空気弁を開閉制御して空気圧を変化させることにより、ゴム人工筋４〜１１それぞれを動作させ、使用者の所望の部位に対して、所望の方向および所望の力で動作支援を行うことができる。

次に、動作支援装置５０による使用者の動作支援方法についてさらに詳細に説明する。図５は、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置５０によって、使用者の肘を屈曲させた状態を示す図である。また、図６は、動作支援装置５０が使用者の動作支援を行う際の動作ステップを示すフローチャートである。

まず、図６に示したように、動作支援装置５０の制御部１６が、センサ１２〜１５からの出力検知を開始する（Ｓ２）。

ステップＳ２において、制御部１６がセンサ１２〜１５からの出力を検知した場合には、制御部１６は、その出力から、使用者がどの関節を、どのような方向に動作させようとしているのかを判定する（Ｓ４）。

次に、制御部１６は、前述のように、ゴム人工筋４〜１１の空気弁を開閉制御することによって、ゴム人工筋４〜１１それぞれに所望の動作をさせる（Ｓ６）。そして、制御部１６は、ステップＳ２に戻り、再度センサ１２〜１５の検知を開始する。

例えば、ステップＳ４において、制御部１６が、センサ１２〜１５の出力を検知して、使用者が「肘関節の屈曲」をしようとしていると判定した場合には、図５に示したように、制御部１６は、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５の空気弁を制御して、それぞれのシリンダ内部を加圧することにより、対となるゴム人工筋４およびゴム人工筋５を収縮させて、カフ３およびカフ２の間に引っ張り方向の付勢力を付与することにより、使用者の肘関節の屈曲を補助する力を加えることができる。

図７は、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置５０の制御部１６の機能について説明するための図である。図７においては、一例として、上側にセンサ１２から検出された、使用者の上腕二頭筋の動きについてのグラフを示し、下側に、そのときに制御部１６がゴム人工筋４，５に印加する力についてのグラフを示す。それぞれのグラフは、縦軸に力の大きさＰを示し、横軸に時間ｔをとって示している。

例えば、制御部１６が、センサ１２によって、図７の上側のグラフに示したような上腕二頭筋の屈曲の動きを検知した場合、制御部１６は、検出された力が所定の閾値Ｐ１を超えた場合（時刻Ｔ１）に、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５に、図７の下側のグラフに示したような収縮方向の付勢力Ｐ２を付与するように、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５それぞれの空気弁を制御する。これによって、使用者の上腕二頭筋に対して、収縮方向の付勢力Ｐ２を付与することができる。その一方で、検出された力が所定の閾値Ｐ１を下回った場合（時刻Ｔ２）には、制御部１６は、付勢力Ｐ２を解除する。これによって、使用者が筋肉から力を抜いた場合に、動作支援装置５０から意図しない力が付与されることを防止できる。

ここで、制御部１６は、センサ１２によって検出された力が所定の閾値Ｐ１を超えた場合（時刻Ｔ１）と、必ずしも同時に付勢力Ｐ２を付与する必要はない。付勢力Ｐ２を付与するタイミングに、多少の遅れが生じた方が、使用者に安心感を与える場合もあるので、この遅れ量を調整可能としておくことが望ましい。例えば、この遅れ量（具体的には、センサ１２によって検出された力が所定の閾値Ｐ１を越えた時刻Ｔ１と付勢力Ｐ２を付与する時刻とのずれ量）を調整するためのスイッチやダイヤル等の調整部を設けておき、調整部を使用者に操作させることによって、使用者をもっとも安心感をもった状態で動作支援することが可能となる。

なお、実用的には、所定の閾値Ｐ１と付勢力Ｐ２との関係を、
Ｐ１＞Ｐ２
としておくことにより、使用者により意識させることなく、動作支援を行うことができる。

また、動作支援に用いる付勢力Ｐ２やゴム人工筋の可動範囲に上限を設けておくことにより、使用者への過度な負担を防止することができる。

また、動作支援に用いる付勢力Ｐ２は、時間とともに変化させてもよい。例えば、リハビリ開始時は、付勢力Ｐ２を大きくしておいて、時間とともに付勢力Ｐ２を小さくし、リハビリ終了時には、再び付勢力Ｐ２を大きくすることで、ウォーミングアップとクールダウンとを行って、より使用者に安全性の高い構成を実現できる。

なお、動作支援装置５０は、ゴム人工筋４およびゴム人工筋５を同時に同じ長さだけ収縮させることにより、使用者の関節の動作軸とゴム人工筋４およびゴム人工筋５の動作軸との垂直関係を保つことができる。これにより、効率よく、ゴム人工筋の出力を使用者の筋肉に伝達することができるとともに、使用者の関節の動作軸とゴム人工筋の動作軸とが垂直からずれることによる使用者の関節への負担をも低減することができる。

また、例えば、図６のステップＳ４において、制御部１６が、使用者は肘を伸展させようとしていると判定した場合には、制御部１６は、ステップＳ６において、ゴム人工筋６およびゴム人工筋７を収縮させることによって、肘の伸展の動作支援を行うことができる。さらに、手首の動作支援についても、前述の肘を動作支援する場合と同様に、ゴム人工筋８およびゴム人工筋９を収縮させることによって、掌屈の動作支援が可能となり、ゴム人工筋１０およびゴム人工筋１１を収縮させることにより、背屈の動作支援が可能となる。

さらに、ステップＳ４において、制御部１６が、使用者が肘を回旋させようとしていると判定した場合には、ステップＳ６において、制御部１６が、ゴム人工筋４、ゴム人工筋９およびゴム人工筋１０を収縮させるような制御を行うことにより、前腕の内旋を動作支援することができる。また、制御部１６がゴム人工筋５、ゴム人工筋８およびゴム人工筋１１を収縮させることにより、前腕の外旋を動作支援することができる。なお、動作支援装置５０においては、前述のように、カフ１〜３を接続するために、弾性体のジョイント１７およびジョイント１８を用いているために、関節でのねじり動作を容易にすることができる。

以上述べたように、本発明の第１の実施の形態における動作支援装置においては、センサから出力される信号を検知して、制御部が、使用者がどのような動作をしようとしているか判定し、その判定結果にもとづいて、ゴム人工筋を動作させるので、使用者が望む方向および力の動作を、適切に支援することができる。

動作支援装置５０は、関節の内側に挟まるような部品を有しないため、関節を深く屈曲させることができ、重量物を持つといった作業、すなわち、工場や引越し業者等での荷物の運搬等にも応用展開可能である。

また、動作支援装置５０においては、アクチュエータとして、柔らかい空気圧式のゴム人工筋を使用しているので、使用者が痛みを感じにくいとともに、患者を抱きかかえるなどの、医療や介護分野にも応用展開することができる。

（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態である動作支援装置６０について説明する。図８は、動作支援装置６０の構成を示す図である。

図８に示したように、動作支援装置６０は、センサユニット６２、アクチュエータユニット６４および制御部６６を備える。動作支援装置６０と、第１の実施の形態における動作支援装置５０とが異なるところは、センサユニット６２が、使用者のアクチュエータユニット６４の装着された腕と逆の腕に装着されている点である。

このような構成とすることにより、動作支援装置６０は、制御部６６が、センサユニット６２の取り付けられた方の腕の動きを検知して、その動きを支援するように、他方の腕をアクチュエータユニット６４のゴム人工筋によって動作させることができる。

このような構成とすることにより、動作支援装置６０を用いれば、半身が麻痺したような使用者にとって、有効なリハビリを行うことができる。例えば、使用者の左腕が麻痺しているような場合、センサユニット６２を麻痺してない健常な側の腕（右腕）に取り付け、アクチュエータユニット６４を麻痺している側の腕（左腕）に取り付ける。このとき、センサ２２を、使用者の右腕の上腕の表側に配置し、センサ２３を、使用者の右腕の上腕の裏側に配置し、センサ２４を、使用者の右腕の前腕の表側に配置し、センサ２５を、使用者の右腕の前腕の裏側に配置する。

このような構成とすれば、使用者は、自らの健常な方の腕を動かすことで、制御部１６がセンサユニット６２を通して自らの健常な腕の筋肉の動きを検知し、その動きにもとづいて、アクチュエータユニット６４によって、麻痺した側の腕の対応する筋肉の動作を支援することができる。すなわち、使用者は、動作支援装置６０を用いて、健常な側の腕を見ながら、自らの両腕を同じように動かそうとすることにより、回復のイメージを持ちながら、意欲を持って自らの麻痺した側の腕を動かしてリハビリすることができる。このようなリハビリは、作業療法士等からの指示を受けることなく、使用者自らが、比較的長時間リハビリを行うことができるので、回復に要する時間を短縮することができ、半身麻痺の者に対して大変有効であることが、例えば、文献１（「脳にマラカスの雨が降る」、栗本慎一郎著、光文社刊、２０００年６月２６日発売）および文献２（「Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ−ｉｎｄｕｃｅｄ ｍｏｖｅｍｅｎｔ ｔｈｅｒａｐｙにより上肢機能が改善した脳卒中方麻痺の一例」、Ｊｐｎ Ｊ Ｒｅｈａｂｉｌ Ｍｅｄ、Ｖｏｌ４０，Ｎｏ１２，２００３）に示されている。

このように、本発明の第２の実施の形態における動作支援装置６０を用いれば、麻痺側の筋肉に無意識のうちに筋力を発生させて、筋力のみならずバランス感覚や神経ネットワークをも増強させることができる。

なお、動作支援装置６０においては、健常な側の腕にセンサユニット６２を装着し、麻痺した側の腕にアクチュエータユニット６４を装着した例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、前述の構成に加えて、さらに、麻痺した側の腕にもセンサユニットを装着して、制御部６６が麻痺した側の腕の筋肉の動きを検知することによって、使用者の筋力の回復度合いを測定することも可能である。

さらにこのとき、制御部６６は、使用者の筋力の回復度合いを測定して、その結果に応じて、動作支援する量を変化させる（例えば、筋力が回復するほど、支援量を減らす）ことにより、より効果的なリハビリが可能である。

また、センサユニット６２の装着される側の腕に、グリップ等を握らせておいて、グリップに圧力センサ等を設けることにより、使用者の握力を検知して、その握力の変化によって、安全スイッチが働くような構成としておけば（例えば、握力が低下した場合には、安全スイッチを働かせて、装置をオフする）、安全性に優れた構成が実現できるとともに、力のこもった状態の腕の方が、筋力のセンシングがしやすいので、より効果的なリハビリが可能となる。

また、本実施の形態においては、センサユニット６２が検知したのと同じ動きをアクチュエータユニット６４にさせる例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、アクチュエータユニット６４に、センサユニット６２が検出した動作と逆位相（例えば、センサユニット６２が肘の屈曲を検知した場合には、アクチュエータユニットに肘の伸展をさせる）の動きをさせることも可能である。このような動きをさせた場合には、使用者にとって、あたかも太鼓をたたいているかのような（足に装着した場合には、足踏みをしているかのような）楽しさを感じさせることができる。

さらに、図９に示した、本発明の第２の実施の形態における動作支援装置８０の別の例のように、使用者の一方の腕にセンサユニット８２を装着しておき、制御部８６がその出力を検知して、その出力にもとづいて、使用者の他方の腕に装着されたアクチュエータユニット８４、および、使用者のいずれか一方の脚に装着されたアクチュエータユニット８５をそれぞれ動作支援することも可能である。

この場合にも、制御部８６は、アクチュエータユニット８４および８５に、センサユニット８２が検出した動作と逆位相の動きをさせる。このような構成にすれば、例えば、使用者は、自らが健常な側の片腕を振ることを意識しながら歩行を行うことで、他方の腕および脚が動作支援されて、自然に自らが歩行しているイメージを持ちながら歩行リハビリを行うことができる。

なお、この場合に、センサユニット８２を一方の脚に取り付け、アクチュエータユニット８４および８５を他方の脚および一方の腕に取り付けることによっても、同様の効果を得ることができる。

（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態における動作支援装置７０について説明する。

図１０は、本発明の第３の実施の形態における動作支援装置７０の構成を示す図である。

図１０に示したように、動作支援装置７０は、センサユニット７２、アクチュエータユニット７４、ならびに、センサユニット７２およびアクチュエータユニット７４に接続された制御部７６を備える。

動作支援装置７０が、第１の実施の形態における動作支援装置５０および第２の実施の形態における動作支援装置６０ともっとも異なるところは、センサユニット７２とアクチュエータユニット７４が別の者に取り付けられていることである。また、本実施の形態においては、動作支援装置７０が、一つのセンサユニット７２に対して、アクチュエータユニット７４を複数備える例を示している。

動作支援装置７０のセンサユニット７２は、作業療法士やインストラクターといった、使用者に指示を行う者（以下、指示者と記す）の任意の部位（例えば右腕）に取り付けられ、アクチュエータユニット７４は、使用者の、指示者にセンサユニット７２が取り付けられた部位と同じ部位に取り付けられる。

制御部７６は、指示者に取り付けられたセンサユニット７２からの出力を検知して、指示者のどの部位の筋肉がどのように動こうとしているのかを判定し、その結果にもとづいて、使用者に取り付けられたアクチュエータユニット７４のゴム人工筋を動作させる。アクチュエータユニット７４が複数設けられている場合には、制御部７６は、複数のアクチュエータユニット７４に対して制御を行う。

このように、動作支援装置７０を用いることによって、使用者は、指示者の動きに合わせて動くことが容易になる。これは、動作支援装置７０によって、使用者の、指示者の動きに対応する筋肉が同様に動くように動作支援されるからである。

また、動作支援装置７０が複数のアクチュエータユニット７４を有する場合には、指示者が複数の使用者に対して一度に運動の指示を行うことができ、さらに、複数の使用者それぞれは、指示者の動きと同じ動きをするように、筋肉を動作支援されるので、病院やリハビリ施設などでのリハビリを支援する装置として大変有用である。この場合、複数の使用者が一度にリハビリを受けることができるので、より使用者の意欲を高めることができる。

なお、本発明の実施の形態における動作支援装置では、アクチュエータとして、ゴム人工筋を用いた例について述べてきたが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、モータとワイヤーの組み合わせでアクチュエータの機能を実現した場合にも同等の効果が得られる。この場合には、駆動源としては電源を用いて、制御部はモータの回転制御を行うことによって、本発明の動作支援装置の機能を実現することができる。

また、本発明の実施の形態における動作支援装置では、それぞれの関節の屈曲および伸展の動作支援に用いるゴム人工筋がそれぞれ二つずつ配置されるものとしたが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、それぞれの関節の動作支援される方向について、ゴム人工筋が一つ配置された構成や、三つ以上配置された構成であってもよい。

さらに、本発明の実施の形態における動作支援装置では、センサとして、歪ゲージを用いた構成を示したが、本発明はこの構成に限定されるものではない。筋肉の動きを検出できるセンサであれば、いかなるセンサを使用することも可能であり、例えば、位置センサ、力覚センサ、トルクセンサ、重力センサ、重力加速度センサ、速度センサ、加速度センサ、角度センサ、角速度センサ、音声センサ、筋電位センサ、変位センサ、圧力センサ、空気圧センサ、脳波センサ、流量センサ、温度センサ、湿度センサ、静電気センサ、赤外線センサ、光電センサ、振動センサ、衝撃センサ、電流センサ、電圧センサ、磁気センサまたは超音波センサ等の各種センサを用いることができる。

さらにまた、本発明の実施の形態における動作支援装置では、装着部が、カフであるとして説明を行ったが、本発明はこの構成に限定されない。例えば、装着部として、衣服とカフとを組み合わせたものを用いることで、あたかも衣服を着用するかのようにして、動作支援装置を装着することができるので、使用者が抵抗感なく装着可能な構成を実現できる。この場合、カフと衣服とを着脱自在としておくことにより、衣服の部分を自由に洗濯することができるので、実用性に優れた構成を実現できる。

また、装着部に、ヒータを埋め込んでおくことによって、冷えた環境下で運動を行うことによる関節の故障を防止することができる。なお、この場合には、温度センサを備えた構成として、外気温に合わせてヒータのオンオフを行うことが実用的である。

また、本発明の実施の形態における動作支援装置では、制御部が、センサによって検知された筋肉の動きを補助するようにアクチュエータを動作させる例を示したが、本発明はこの例に限定されるものではない。例えば、制御部が、センサによって検知された筋肉の動きに対して、負荷となるような方向（例えば、センサが肘の屈曲を検知した場合には、肘を伸展させる方向）の力をアクチュエータに印加させることにより、リハビリ用途のみならず、エクササイズやトレーニング等のスポーツ分野への応用も可能である。

さらに、本発明の実施の形態における動作支援装置では、装着される部位が腕であるとして説明を行ったが、本発明はこの例に限定されるものではない。手足の指や膝、足首、股関節、腰、首、肩等、関節のあるところであれば、腕以外のどのような人体の部位にも装着することが可能である。

以上述べたように、本発明によれば、使用者の望む方向および力で動作支援を行うことができるという格別な効果を奏することができるので、人体の肘、手首または膝等の動作を支援する動作支援装置および動作支援方法等として有用である。

本発明の第１の実施の形態における動作支援装置を腕に装着した状態を示す斜視図 本発明の第１の実施の形態における、図１に示す状態の動作支援装置を背面から見た斜視図 本発明の第１の実施の形態における動作支援装置のアクチュエータユニット部分の斜視図 本発明の第１の実施の形態における動作支援装置の機能ブロック図 本発明の第１の実施の形態における動作支援装置によって、使用者の肘を屈曲させた状態を示す図 本発明の第１の実施の形態における動作支援装置が使用者の動作支援を行う際の動作ステップを示すフローチャート 本発明の第１の実施の形態における動作支援装置の制御部の機能について説明するための図 本発明の第２の実施の形態における動作支援装置の構成を示す図 本発明の第２の実施の形態における動作支援装置の別の例を示す図 本発明の第３の実施の形態における動作支援装置の構成を示す図

符号の説明

１，２，３ カフ（装着部）
４〜１１ ゴム人工筋（アクチュエータ）
１２〜１５，２２〜２５ センサ
１６，６６，７６，８６ 制御部
１７，１８ ジョイント
２２ 空気圧源
５０，６０，７０，８０ 動作支援装置
５２，６２，７２，８２ センサユニット
５４，６４，７４，８４，８５ アクチュエータユニット

Claims (4)

1. 使用者の関節をまたいで装着される複数の装着部と、
   使用者の第１の部位に装着され、筋肉の動きを検知するセンサと、
   前記複数の装着部の間に懸架され使用者の第２の部位の動作を支援するように設けられるアクチュエータと、
   前記センサが検知した筋肉の動きにもとづいて、前記アクチュエータを制御する制御部とを備え、
   前記第１の部位と第２の部位は、互いに使用者の左右反対側の半身に位置する左右対称な部位であることを特徴とする動作支援装置。
2. 前記センサを複数有し、
   前記複数のセンサのうち、一部のセンサが、使用者の前記第２の部位に取り付けられるように設けられ、
   前記制御部は、前記第２の部位に取り付けられたセンサの検知結果に基づき、前記第２の部位の動作支援量を変化させることを特徴とする請求項１に記載の動作支援装置。
3. 第２のアクチュエータを有し、
   前記第２のアクチュエータが、使用者の前記第１および第２の部位とは異なる部位の動作を支援するように設けられ、
   前記制御部は、前記第１の部位に取り付けられたセンサが検知した筋肉の動きにもとづいて、前記アクチュエータおよび前記第２のアクチュエータを制御することを特徴とする請求項１または２に記載の動作支援装置。
4. 前記制御部は、使用者の前記第１の部位に取り付けられたセンサが検知した筋肉の動きと同位相または逆位相の動きをさせるように前記アクチュエータを制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の動作支援装置。

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