JP7082780B2 - アシストウエア - Google Patents
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Description
これらのアシスト装置の駆動方式について見ると、電動モータ等の駆動力を利用してアシストするアクティブタイプのもの(特許文献1、2、3)と、バネやゴム等の弾性的な力を利用するパッシブタイプのもの(特許文献4等)とに分けることができる。また、アシスト装置の装着性について見ると、アクティブタイプのものは電動モータや空気圧等を駆動源とするため機械的なハードな構造を備えることに対し、弾性力を利用するパッシブタイプのものはソフトであり装着性に優れるという特徴がある。
本発明は、パッシブタイプのアシスト装置と同程度の良好な装着性を備えるとともに、アクティブな駆動力を利用することを可能にし、装着性とアシスト性を兼ね備えるアシストウエアを提供することを目的とする。
また、前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、平面形状が長方形のシート状に形成され、アシスト力を作用させる方向を長手方向として、前記本体部に内蔵されていることを特徴とする。
また、前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルシートを積層してゲルシートの層間に柔軟電極を介在させた積層構造に形成されていることを特徴とする。
また、前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、平面形状が長方形のシート状に形成され、アシスト力を作用させる方向を長手方向として、前記下肢装着部に内蔵されていることを特徴とする。
また、前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルシートを積層してゲルシートの層間に柔軟電極を介在させた積層構造に形成されていることを特徴とする。
また、前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータと前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、保護カバーにより、ゲルアクチュエータが伸縮する方向の両端部が開口して、被覆されていることにより、ゲルアクチュエータが電気的に短絡したり、柔軟電極が露出して損傷するといった問題を回避することができる。
また、前記本体部の中央部分に伸縮性生地によって形成された伸縮部が設けられ、前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルアクチュエータの伸縮方向に、前記伸縮部を横断する配置に設けられていることを特徴とする。
図1は本発明に係るアシストウエアの装着例を示す。図1(a)はアシストウエアを装着した状態を背面方向から見た状態、図1(b)は側面方向から見た状態を示す。
本発明に係るアシストウエアは、ヒトの背部に装着される本体部10と、腰部から太腿の後部(臀部)とにかけて装着される下肢装着部20a、20bと、本体部10と下肢装着部20a、20bを使用者に装着させるための取付部とを備える。
本実施形態のアシストウエアを構成する本体部10、下肢装着部20a、20b、取付部は、アシストウエアに装着されるゲルアクチュエータを除き布製である。
肩掛けベルト30a、30bは、本体部10の上部の左右にそれぞれ連結して設けられ、肩を超えて、使用者の胸側に延出するように設けられている。
腰部ベルト32a、32bは、本体部10の下端の両側縁から両側に連結して設けられる。腰部ベルト32a、32bは使用者の腰の位置から左右に延出する。
図2はアシストウエアの全体構成を示す説明図である。上述したように、アシストウエアはシート状のゲルアクチュエータが内蔵される本体部10と、同じくシート状のゲルアクチュエータが内蔵される下肢装着部20a、20bと、アシストウエアを使用者が装着するための肩掛けベルト30a、30b、腰部ベルト32a、32b、下肢取付けベルト34a、34bとを備える。
なお、図2に示す実施形態では、双方の肩掛けベルト30a、30bを胸の前の位置で連結する連結ベルト31a、31bを設けている。
図2で、本体部10にはゲルアクチュエータを収容する収容部10a、10bを左右に二分して設け、それぞれの収容部10a、10bにゲルアクチュエータを収容するようにしている。
本実施形態のアシストウエアでは、ゲルアクチュエータが平面方向に伸縮する作用をアシスト力(駆動力)として利用する。このため、本体部10はその中央部分を伸縮性を有する生地によって形成した伸縮部12とし、伸縮部12を上下方向に横断する配置にゲルアクチュエータを配置する。
図4に、本実施形態のアシストウエアにおいて使用するゲルアクチュエータ50の構成を示す。ゲルアクチュエータ50は長方形状に形成したゲルシートの厚さ方向の両面に柔軟電極51を設け、ゲルシートの長手方向の両端に帯状に電極52a、52bを設けたものである。一方の電極52aはゲルシートの一方の面に設けた柔軟電極と導通し、他方の電極52bはゲルシートの他方の面に設けた柔軟電極と導通する。
図3において、伸縮性を有する生地によって形成した伸縮部12の両側の領域(上側の領域11a、下側の領域11b)は、伸びない生地によって形成されている。
図4に示すゲルアクチュエータ50は、ゲルシートの長手方向の一方の端部に設けた電極52aを本体部10の上側の領域11aにハトメ40により固定し、他方の端部に設けた電極52bを本体部10の下側の領域11bにハトメ40により固定することによって本体部10に取り付けることができる。
ハトメ40を介して本体部10に装着されたゲルアクチュエータは、電極52a、52bを陽極、陰極として電圧を印加する電源に接続される。
図3に示すように、伸縮部12を配置した領域を上下方向に横断するようにゲルアクチュエータ50を装着し、ゲルアクチュエータ50に印加する電圧をON-OFF制御することにより、ゲルアクチュエータ50が長手方向に伸縮する伸縮力をアクティブなアシスト力として利用することができる。
伸縮部12を構成する生地は、所要の伸縮性を有するものであれば素材や織り方法等が限定されるものではない。
図5は、下肢装着部20a、20bの構成に用いる保護カバー14の構成を示す。
本実施形態においては、下肢装着部20a、20bでゲルアクチュエータ50を装着する部位については、保護カバー14によりゲルアクチュエータ50を覆った形態として形成している。
図5(b)は保護カバー14を展開した状態を示す。保護カバー14は、二つ折りにして、図4に示したゲルアクチュエータ50が内部に収容される大きさに形成したもので、保護カバー14を幅方向に二つ折りするようにしてゲルアクチュエータ50を収容し、折り返し端を閉止することにより、ゲルアクチュエータ50の長手方向の両端が開口した形態(長手方向が開口する筒状)となる。
この場合も、保護カバー14の内面に、柔軟電極との滑り性の良い絶縁シートを配置する方法も同様に利用することができる。
図6に下肢装着部20a、20bに装着する下肢取付けベルト34a、34bの構成例を示す。図6(a)は左側の太腿に取り付ける下肢取付けベルト34a、図6(b)は右側の太腿に取り付ける下肢取付けベルト34bの平面図である。
下肢取付けベルト34a、34bは、伸びない生地を用いて、全体形状がベルト状に形成される。ベルト部材の表側と裏側の巻き付け端の位置に、脱着係止用の面ファスナー35を設け、ベルト部材の中途に長手方向に伸縮するゴム部材36を設ける。また、ベルトの中途位置に、ゲルアクチュエータ50の幅寸法と略同幅で側方に延出する接続片部37を設ける。接続片部37はゲルアクチュエータ50の電極(図4の電極52b)をハトメ40で取り付けるための部位である。
左腿に取り付ける下肢装着部20aは、保護カバー14の上部にゲルアクチュエータ50の上側の電極52aをハトメ40により取り付け、ゲルアクチュエータ50の下側の電極52bを左側用の下肢取付けベルト34aの接続片部37にハトメ40により取り付け、保護カバー14を二つ折りし、ゲルアクチュエータ50を保護カバー14で覆って形成する。
右腿に取り付ける下肢装着部20bは、保護カバー14にゲルアクチュエータ50を取り付け、右側用の下肢取付けベルト34bをゲルアクチュエータ50に取り付けて形成する。
本体部10の下端部に下肢装着部20a、20bを装着する方法としては、本体部10の下端部に下肢装着部20a、20bの保護カバー14の上端部を重ね合わせ、本体部10と保護カバー14とゲルアクチュエータ50とをハトメ40で合わせて取り付ける方法により装着することができる。
本実施形態のアシストウエアは、図1(a)、(b)に示すように、肩掛けベルト30a、30bと腰部ベルト32a、32bを長さ調節して連結し、本体部10を背負うようにして装着する。胸の前で連結ベルト31a、31bを連結することで本体部10をしっかりと装着することができる。
下肢装着部20a、20bについては、下肢装着部20a、20bの下端部に取り付けた下肢取付けベルト34a、34bを、それぞれ左側の太腿と右側の太腿を一周させ、面ファスナー35によって係止する。下肢取付けベルト34a、34bにゴム部材36が設けられているから、下肢取付けベルト34a、34bは弾性的に取り付けることができる。
前述したように、下肢装着部20a、20bのゲルアクチュエータ50は、本体部10の下端部(保護カバー14の上部)と下肢取付けベルト34a、34bとの間を連結するように装着されている。下肢取付けベルト34a、34bの取付け位置を腰部(本体部10の下端部)から離し過ぎてしまうと、腰部を屈曲させる動作を開始したときから、ゲルアクチュエータ50による弾性的な引っ張り作用が強く作用するおそれがある。ゲルアクチュエータ50は、アクチュエータそのものも弾性を備えており、電極52a、52b間に電圧を印加しないときでも、ある程度は伸縮性を備えているからである。
下肢装着部20a、20bを弛ませて装着している理由は、使用者が腰を最大に屈曲した状態でゲルアクチュエータ50が最大に伸びた状態になるようにするためである。
腰を最大に屈曲させた状態から腰を伸長させる方向へ反転的に動作が開始されると、ゲルアクチュエータ50に印加する電圧がOFFとなり、ゲルアクチュエータ50は電圧を印加して伸長した状態から元の長さへ戻ろうとする。このゲルアクチュエータ50の復元力は使用者の腰を伸長させる方向へのアシスト力として作用する。
ゲルアクチュエータ50によるこのアシスト作用を、使用者が腰を屈曲させた状態から腰を伸展させる状態に復帰しようとするタイミングに合わせて作用させることにより、腰を屈曲させて重量物を持ち上げるといった作業のアシストに効果的に利用することが可能である。
また、電動モータといった機械的機構を備えないことから、構成が簡易であり、低価格で提供することが可能であり、アシストウエアとして手軽に使用できるという利点もある。
上記実施形態のアシストウエアでは、本体部10と下肢装着部20a、20bにゲルアクチュエータ50を装着する構成としたが、本体部10のみを備える構成とし、下肢装着部20a、20bについては省く構成とすることも可能である。
また、本体部10と下肢装着部20a、20bには平面形状が長方形で、縦横寸法が同一であるゲルアクチュエータ50を共通に使用したが、たとえば本体部10については1枚のシート状のゲルアクチュエータを使用する、といったことも可能である。
上記実施形態のアシストウエアでは、本体部10や下肢装着部20a、20bを構成する基材として繊維状の生地材を使用したが、アシストウエアの生地材には種々の基材を使用することができる。
パッド60を装着することにより、ゲルアクチュエータ50の発生力F1が、腰位置を支持点として引き戻すときのアシスト力F2として作用し、ゲルアクチュエータ50による発生力をより効果的にアシスト力として作用させることが可能である。
アシスト力F1の場合に腰を支点するモーメントがF1・L1であるのに対して、アシスト力F2の場合はF2・L2になるので、L1<L2であることから腰回りのモーメントが増大する。
すなわち、ゲルシートを厚さ方向に積層し、ゲルシートの層間に柔軟電極を介在させた、積層構造のゲルアクチュエータは、平面方向に伸縮すると同時に、厚さ方向にも収縮する。したがって、この厚さ方向の収縮作用により生じる発生力をアシスト力として利用することができる。
ゲルシートを厚さ方向に積層したゲルアクチュエータは、多数層に積層した積層体を厚さ方向に収縮するユニットとして構成し、たとえば、使用者の背面に腰と肩とを結ぶサポート帯を設け、このサポート帯の中間に伸縮方向に合わせて伸縮するようにユニットを配置することにより厚さ方向の伸縮力を腰サポート用のアシスト力として利用することが可能である。
10a、10b ゲルアクチュエータの収容部
12 伸縮部
14 保護カバー
20a、20b 下肢装着部
30a、30b 肩掛けベルト
31a、31b 連結ベルト
32a、32b 腰部ベルト
34a、34b 下肢取付けベルト
35 面ファスナー
36 ゴム部材
40 ハトメ
50 ゲルアクチュエータ
51 柔軟電極
52a、52b 電極
60 パッド
Claims (8)
- ヒトの背部に装着される、ゲルアクチュエータが内蔵された本体部と、該本体部を装着するための取付部とを備えるアシストウエアであって、
前記ゲルアクチュエータは、
ゲルシートの両面に柔軟電極が設けられてシート状に形成されるとともに、前記ゲルシートの面をヒトの背部にならう配置として設けられ、前記柔軟電極間に印加する電圧をONとすると前記ゲルシートの平面方向に伸長し、電圧をOFFとすると元の長さに復帰する作用をなし、
該ゲルアクチュエータの前記柔軟電極間に印加する電圧をON-OFF制御することによりゲルアクチュエータが前記ゲルシートの平面方向に伸縮する伸縮力を利用して、腰部の屈曲動作をアシストすることを特徴とするアシストウエア。 - 前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、平面形状が長方形のシート状に形成され、アシスト力を作用させる方向を長手方向として、前記本体部に内蔵されていることを特徴とする請求項1記載のアシストウエア。
- 前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルシートを積層してゲルシートの層間に柔軟電極を介在させた積層構造に形成されていることを特徴とする請求項1または2記載のアシストウエア。
- 前記本体部に連結して、ヒトの腰部から臀部にかけてゲルアクチュエータが内蔵された下肢装着部が設けられ、
前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルシートの両面に柔軟電極が設けられてシート状に形成されるとともに、前記ゲルシートの面を腰部から臀部にかける面にならう配置として設けられ、前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータの前記柔軟電極間に印加する電圧をONとすると前記ゲルシートの平面方向に伸長し、電圧をOFFとすると元の長さに復帰する作用をなし、
該ゲルアクチュエータの前記柔軟電極間に印加する電圧をON-OFF制御することによりゲルアクチュエータが平面方向に伸縮する伸縮力を利用して、腰部の屈曲動作をアシストすることを特徴とする請求項1~3のいずれか一項記載のアシストウエア。 - 前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、平面形状が長方形のシート状に形成され、アシスト力を作用させる方向を長手方向として、前記下肢装着部に内蔵されていることを特徴とする請求項4記載のアシストウエア。
- 前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルシートを積層してゲルシートの層間に柔軟電極を介在させた積層構造に形成されていることを特徴とする請求項4または5記載のアシストウエア。
- 前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータと前記下肢装着部に内蔵されたゲルアクチュエータは、
保護カバーにより、ゲルアクチュエータが伸縮する方向の両端部が開口して、被覆されていることを特徴とする請求項4~6のいずれか一項記載のアシストウエア - 前記本体部の中央部分に伸縮性生地によって形成された伸縮部が設けられ、
前記本体部に内蔵されたゲルアクチュエータは、ゲルアクチュエータの伸縮方向に、前記伸縮部を横断する配置に設けられていることを特徴とする請求項1~7のいずれか一項記載のアシストウエア。
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