特許 6560157 パワーアシスト装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6560157

(24)【登録日】2019年7月26日

(45)【発行日】2019年8月14日

(54)【発明の名称】パワーアシスト装置

(51)【国際特許分類】

   B25J 11/00 20060101AFI20190805BHJP

【ＦＩ】

   B25J11/00 Z

【請求項の数】5

【全頁数】11

(21)【出願番号】特願2016-105743(P2016-105743)

(22)【出願日】2016年5月27日

(65)【公開番号】特開2017-209765(P2017-209765A)

(43)【公開日】2017年11月30日

【審査請求日】2018年11月12日

(73)【特許権者】

【識別番号】514033770

【氏名又は名称】公立大学法人前橋工科大学

(74)【代理人】

【識別番号】100092808

【弁理士】

【氏名又は名称】羽鳥 亘

(74)【代理人】

【識別番号】100140981

【弁理士】

【氏名又は名称】柿原 希望

(72)【発明者】

【氏名】朱 赤

【審査官】 貞光 大樹

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００９−２６８８３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−２１２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２０１４−５０３３２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０２２５６２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１５／０９９８５８（ＷＯ，Ａ２）

【文献】 米国特許出願公開第２０１６／０１３９６６６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２５Ｊ １／００ − ２１／０２

Ａ６１Ｈ １／００ − ５／００

Ａ６１Ｆ ２／５０ − ２／８０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

使用者の上腕の屈曲動作を少なくとも支援する上腕アシストモータと、使用者の前腕の屈曲動作を少なくとも支援する前腕アシストモータと、を有し、使用者が装着して使用者の抗重力作業を支援するパワーアシスト装置において、
使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレームと、
前記メインフレームの下方の使用者の腰位置近傍に固定した横バーと、
前記横バーの左右に設けられたフレーム回転軸と、
下端が前記フレーム回転軸に回動可能に軸支されたサブフレームと、
前記サブフレームの上端に回動可能に設置された肩部と、
前記肩部と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部と、を有し、
使用者の腕の外転動作に応じて前記サブフレームが前記フレーム回転軸を中心に回動することを特徴とするパワーアシスト装置。

【請求項2】

肩部が、サブフレームの上端に回動可能に接続した肩プレートと、
前記肩プレートに回動可能に接続した肩アームと、
腕部と接続するとともに前記肩アームとヒンジ接続した肩ステーと、を有することを特徴とする請求項１記載のパワーアシスト装置。

【請求項3】

腕部が、上腕アシストモータを保持するとともに使用者の上腕に固定される上腕部と、
前腕アシストモータを保持するとともに使用者の前腕に固定される前腕部と、
肩ステーと前記上腕部とを接続し前記上腕アシストモータの回転駆動力が伝達する上腕アシスト回転部と、
前記前腕部と前記上腕部とを接続し前記前腕アシストモータの回転駆動力が伝達する前腕アシスト回転部と、を有することを特徴とする請求項２記載のパワーアシスト装置。

【請求項4】

上腕アシストモータと前腕アシストモータとが、それぞれ１つの筋電センサからの信号に基づいて制御されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のパワーアシスト装置。

【請求項5】

使用者の前腕及び上腕の屈曲・伸展を除く回内・回外、内旋・外旋、内転・外転動作に対応するフリー関節構造を有することを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載のパワーアシスト装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、使用者が装着して使用者の上腕及び前腕の抗重力作業を少なくとも支援するパワーアシスト装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

超高齢化社会をむかえる日本において、高齢者や障害者への介護負担は年々増加傾向にある。特に、寝たきりの高齢者や障害者を持ち上げて移動させるなどの作業は重労働であり、介護者が腰を痛める場合も多い。この問題点に関し、介護者の負担を軽減するための様々な支援機器の開発が行われている。例えば下記［特許文献１］には、使用者の上半身に装着して使用者の上腕の抗重力作業を支援するアシスト装置に関する発明が開示されている。そして、この［特許文献１］に記載の発明は支援動作を行わない使用者の他の腕の動作に対しては受動的に追従する構造を有している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００９−２６８８３９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、［特許文献１］に記載の発明は使用者の外転動作を単純な回動動作により対応している。ただし、人間の上腕の外転動作は図７（ａ）（ｂ）に示すように、肩が若干（概ね１ｃｍ〜１．５ｃｍ程度）上昇するとともに首側に移動するという複雑な挙動を示す。これに対し単純な回動動作では、装置の肩部全体が回動して使用者の実際の肩位置よりも高い位置となる。このため、使用者が違和感や抵抗感を覚えるという問題点がある。

【0005】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、単純な構造で使用者の外転動作を違和感なく行うことが可能なパワーアシスト装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、
（１）使用者の上腕の屈曲動作を少なくとも支援する上腕アシストモータ７２ａと、使用者の前腕の屈曲動作を少なくとも支援する前腕アシストモータ７２ｂと、を有し、使用者が装着して使用者の抗重力作業を支援するパワーアシスト装置において、
使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレーム５０と、
前記メインフレーム５０の下方の使用者の腰位置近傍に固定した横バー５２と、
前記横バー５２の左右に設けられたフレーム回転軸５２ａと、
下端が前記フレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４と、
前記サブフレーム５４の上端に回動可能に設置された肩部６０と、
前記肩部６０と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部７０と、を有し、
使用者の腕の外転動作に応じて前記サブフレーム５４が前記フレーム回転軸５２ａを中心に回動することを特徴とするパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（２）肩部６０が、サブフレーム５４の上端に回動可能に接続した肩プレート６２と、
前記肩プレート６２に回動可能に接続した肩アーム６４と、
腕部７０と接続するとともに前記肩アーム６４とヒンジ接続した肩ステー６６と、を有することを特徴とする上記（１）記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（３）腕部７０が、上腕アシストモータ７２ａを保持するとともに使用者の上腕に固定される上腕部７６と、
前腕アシストモータ７２ｂを保持するとともに使用者の前腕に固定される前腕部７８と、
肩ステー６６と前記上腕部７６とを接続し前記上腕アシストモータ７２ａの回転駆動力が伝達する上腕アシスト回転部７４ａと、
前記前腕部７８と前記上腕部７６とを接続し前記前腕アシストモータ７２ｂの回転駆動力が伝達する前腕アシスト回転部７４ｂと、を有することを特徴とする上記（２）記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（４）上腕アシストモータ７２ａと前腕アシストモータ７２ｂとが、それぞれ１つの筋電センサ１８ａ、１８ｂからの信号に基づいて制御されることを特徴とする上記（１）乃至（３）のいずれかに記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。
（５）使用者の前腕及び上腕の屈曲・伸展を除く回内・回外、内旋・外旋、内転・外転動作に対応するフリー関節構造を有することを特徴とする上記（１）乃至（４）のいずれかに記載のパワーアシスト装置８０を提供することにより、上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明に係るパワーアシスト装置は、下端が回動可能に軸支されたサブフレームの上端に肩部を設置する。そして、使用者の外転動作及び水平外転動作に応じてサブフレームが回動し、肩部全体がメインフレーム側に移動する。また、サブフレームの回動により肩部が使用者の肩の上昇量と同レベル上昇する。これにより、使用者は違和感無く外転動作、水平外転動作を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明に係るパワーアシスト装置の装着状態を示す図である。

【図2】本発明に係るパワーアシスト装置を示す図である。

【図3】本発明に係るパワーアシスト装置の前腕部の屈曲状態を示す図である。

【図4】本発明に係るパワーアシスト装置の上腕部の屈曲状態を示す図である。

【図5】本発明に係るパワーアシスト装置の外転状態を示す図である。

【図6】本発明に係るパワーアシスト装置の装着時の外転状態を示す図である。

【図7】人間の外転時の肩位置を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明に係るパワーアシスト装置の実施の形態について図面に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は本発明に係るパワーアシスト装置８０の装着状態を背面側から見た図であり、図１（ｂ）は、正面側から見た図である。また、図２はパワーアシスト装置８０を背面側から見た斜視図である。尚、図２では装着用のベルト（肩ベルト１０ａ、腰ベルト１０ｂ、横ベルト１０ｃ、ベルト１１ａ、１１ｂ）及びアシストモータ７２ａ、７２ｂの動作に関わる各種ケーブルの記載を省略する。また、図３〜図５ではこれらに加えて制御部１４、筋電センサ１８ａ、１８ｂの記載を省略する。また、ここでは使用者の上半身に装着するタイプのパワーアシスト装置８０を例に説明を行うが、本発明は上半身装着型のパワーアシスト装置に限定される訳ではなく、全身装着型のパワーアシスト装置の他、少なくとも使用者の肩及び腕に装着するパワーアシスト装置に対して適用が可能である。

【0010】

図１、図２に示す、本発明に係るパワーアシスト装置８０は、使用者の背中の中心線に沿って位置するメインフレーム５０と、このメインフレーム５０の下側（使用者の腰部近傍に相当する位置）に固定した横バー５２と、この横バー５２の左右に設けられたフレーム回転軸５２ａと、下端がフレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４と、サブフレーム５４の上端に回動可能に設置された肩部６０と、この肩部６０と接続し使用者の上腕及び前腕に固定された腕部７０と、を有している。

【0011】

メインフレーム５０は平均的な人間の首の付け根位置から腰位置までの長さを有する金属フレームであり、軽量化のためにアルミ等の角パイプもしくは断面楕円のパイプを用いることが好ましい。そして、メインフレーム５０の下端と上端にはベルトステー１２ａ、１２ｂが固定され、上側のベルトステー１２ａの両側には肩ベルト１０ａが固定する。また、下側のベルトステー１２ｂには腰ベルト１０ｂが固定する。尚、ベルトステー１２ａ、１２ｂはある程度の弾性を備えたアクリル等の合成樹脂で構成することが好ましい。

【0012】

また、メインフレーム５０の下側には制御部１４が設置され、この制御部１４には筋電センサ１８ａ、１８ｂからの信号ケーブルと上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂ側への各種ケーブルが接続する。尚、筋電センサ１８ａは使用者の左右の三角筋の中部位置の皮膚にそれぞれ貼着され、各三角筋の筋電位を制御部１４に送信する。また、筋電センサ１８ｂは使用者の左右の二頭筋の位置の皮膚にそれぞれ貼着され、各二頭筋の筋電位を制御部１４に送信する。そして、制御部１４は筋電センサ１８ａからの信号に基づいて上腕アシストモータ７２ａの動作を制御し、筋電センサ１８ｂからの信号に基づいて前腕アシストモータ７２ｂの動作を制御する。

【0013】

また、メインフレーム５０に設置する横バー５２は、サブフレーム５４を回動可能に軸支できれば、如何なるものを用いても良い。本例では、２枚のプレートの所定の位置にフレーム回転軸５２ａを設け、サブフレーム５４の下端近傍に設けられた軸孔にこのフレーム回転軸５２ａを挿入した上でもう一枚のプレートで挟み込むことで、サブフレーム５４を回動可能に軸支している。この際、ねじりバネ等の弾性部材５３をフレーム回転軸５２ａとサブフレーム５４との間等の所定の位置に設置して、サブフレーム５４がメインフレーム５０側に戻るよう付勢することが好ましい。

【0014】

サブフレーム５４は、フレーム回転軸５２ａの位置から平均的な人間の肩甲骨の中ほど程度までの長さを有する金属フレームであり、メインフレーム５０と同様にアルミ等の角パイプもしくは断面楕円のパイプを用いることが好ましい。尚、サブフレーム５４、メインフレーム５０にパイプ部材を用い、さらにメインフレーム５０に制御部１４を設けた場合、肩部６０側からの各種ケーブルをサブフレーム５４、メインフレーム５０内を通して制御部１４と接続することが好ましい。この構成では、各種ケーブルの露出部分が減少し美観上好ましいことに加え、各種ケーブルの障害物等への引っ掛かりを防止することができる。

【0015】

次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０に好適な肩部６０の例を図２を用いて説明する。パワーアシスト装置８０に好適な肩部６０は、サブフレーム５４の上端に回動可能に接続した肩プレート６２と、この肩プレート６２に回動可能に接続した肩アーム６４と、この肩アーム６４の先側とヒンジ接続した肩ステー６６と、を有している。そしてこの肩ステー６６と腕部７０とが後述の上腕アシスト回転部７４ａを介して接続する。

【0016】

肩プレート６２は、サブフレーム５４側が狭い略扇形状もしくは略台形形状の金属プレートであり、前述のようにサブフレーム５４に回動可能に接続する。そして、この肩プレート６２は概ね使用者の肩甲骨上部に位置する。尚、肩プレート６２は内側（メインフレーム５０側）を垂直としたものを用いることが好ましい。この構成によれば、後述のサブフレーム５４の回動時の可動範囲を多く確保することができる。また、肩アーム６４は所定の長さを有する弧状もしくはＬ字状の金属板であり、基側が肩プレート６２に回動可能に接続し先側にヒンジを有している。尚、この肩アーム６４のヒンジの回転軸は肩プレート６２の回転軸に対して垂直なねじれの位置にある。また、肩アーム６４は肩幅の異なる使用者に対応するため、肩プレート６２との接続位置を選択可能なことに加え、長さの異なる複数の肩アーム６４を適宜付け替えて使用することができる。

【0017】

また、肩ステー６６は基側がヒンジを介して肩アーム６４と接続するとともに、先側に腕部７０の上腕アシスト回転部７４ａが固定する。そしてこの上腕アシスト回転部７４ａを介して肩ステー６６と腕部７０とが接続する。尚、このときの上腕アシスト回転部７４ａの回転軸は、肩アーム６４の長さや接続位置を最適化することで、使用者が上腕の屈曲伸展動作を行うときの肩関節の回転軸とほぼ同軸な位置となる。

【0018】

次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０に好適な腕部７０の例を説明する。先ず、パワーアシスト装置８０の腕部７０は、上腕部７６と前腕部７８とを有しており、上腕部７６は基側（肩側）の上腕基部７６ａと前腕側の上腕先部７６ｂとで構成される。そして、上腕基部７６ａはベルト１１ａ等により使用者の上腕に固定される。また、前腕部７８はベルト１１ｂ等により使用者の前腕に固定される。また、上腕基部７６ａと上腕先部７６ｂとは同軸で回動するジョイント７７を介して接続する。このジョイント７７により、使用者の前腕部の回内・回外動作、内旋・外旋動作が可能となる。また、ジョイント７７は伸縮可能となっており、使用者の上腕の長さに応じて長さ調節をすることができる。

【0019】

また、上腕基部７６ａには上腕アシストモータ７２ａとこの上腕アシストモータ７２ａを制御するモータドライバ７３ａとが固定する。そして、上腕アシストモータ７２ａはベルトやチェーン等の動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａと接続する。尚、上腕アシスト回転部７４ａは内部に減速機を有し、この減速機の入力に上腕アシストモータ７２ａの回転力が伝達する。また、減速機の出力は上腕基部７６ａの本体と接続する。そして、上腕アシスト回転部７４ａは前述のように肩ステー６６に固定される。

【0020】

また、前腕部７８には前腕アシストモータ７２ｂと、この前腕アシストモータ７２ｂを制御するモータドライバ７３ｂと、使用者の前腕を支える支持プレート７９と、が固定する。そして、前腕アシストモータ７２ｂはベルトやチェーン等の動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂと接続する。尚、前腕アシスト回転部７４ｂは内部に減速機を有し、この減速機の入力に前腕アシストモータ７２ｂの回転力が伝達する。また、減速機の出力は前腕部７８の本体と接続する。そして、前腕アシスト回転部７４ｂは上腕先部７６ｂに固定される。

【0021】

次に、パワーアシスト装置８０の動作を説明する。先ず、使用者に肩幅に合せて最適な肩アーム６４を選択する。また、最適な位置を選択して肩アーム６４と肩プレート６２とを接続する。次に、この肩アーム６４に腕部７０の接続した肩ステー６６を取付ける。これにより、肩部６０と腕部７０とが接続する。次に、パワーアシスト装置８０を使用者の背に配置し、ベルトステー１２ｂに固定した腰ベルト１０ｂを使用者の腰に巻いて締結する。次に、ベルトステー１２ａに固定した肩ベルト１０ａと腰ベルト１０ｂとを連結し、さらに両方の肩ベルト１０ａを横ベルト１０ｃで連結する。これにより、パワーアシスト装置８０は使用者が背負う形で装着される。

【0022】

次に、サブフレーム５４を所定の角度に開き肩部６０を使用者の肩の適切な位置に配置する。次に、左右の上腕基部７６ａをベルト１１ａを用いて使用者の左右の上腕にそれぞれ固定する。これにより、パワーアシスト装置８０の肩部６０が、使用者の肩に装着される。このとき、上腕アシスト回転部７４ａの回転軸は、使用者の肩関節の上腕の屈曲伸展方向の回転軸とほぼ同軸な位置となる。次に、パワーアシスト装置８０の左右の前腕部７８をベルト１１ｂを用いて使用者の左右の前腕にそれぞれ固定する。このとき、前腕アシスト回転部７４ｂの回転軸が使用者の肘関節の屈曲伸展方向の回転軸とほぼ同軸となるようにジョイント７７の長さ調節を行う。これにより、使用者の前腕はパワーアシスト装置８０の前腕部７８に固定されるとともに、支持プレート７９によって支えられる。次に、筋電センサ１８ａを使用者の左右の三角筋の中部位置の皮膚表面にそれぞれ貼着する。また、筋電センサ１８ｂを使用者の左右の二頭筋の位置の皮膚表面にそれぞれ貼着する。そして、パワーアシスト装置８０を起動する。これにより、図示しないバッテリ等の電源からパワーアシスト装置８０の各部に電力が供給される。

【0023】

次に、使用者が被介護者や重量物を前腕で持ち上げる抗重力動作を行う場合、使用者は手を被介護者や重量物に挿し入れて前腕を屈曲動作する。この屈曲動作により使用者の二頭筋の筋電位が変化する。筋電センサ１８ｂはこの二頭筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの二頭筋の筋電位の変化から使用者の前腕の屈曲動作を認識し、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを動作させる。これにより、前腕アシストモータ７２ｂが回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げた後、前腕部７８に伝達する。このとき、前腕アシスト回転部７４ｂは上腕先部７６ｂと固定しているから、前腕アシストモータ７２ｂからの回転力は、前腕部７８と使用者の前腕を支える支持プレート７９とを前腕アシスト回転部７４ｂを軸にして屈曲方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の前腕の屈曲動作は前腕アシストモータ７２ｂにより支援され、図３に示す屈曲状態となる。尚、図３及び図４、図５では右腕のみの動作を図示しているが、左腕も同様に動作する。

【0024】

次に、使用者がこの状態で保持すると使用者の二頭筋の筋電位が変化する。制御部１４はこの筋電位の変化を筋電センサ１８ｂを介して受信し、使用者が前腕の屈曲動作を停止したことを認識する。そして、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを停止させる。これにより、前腕部７８の屈曲動作は停止する。尚、前腕アシストモータ７２ｂが停止した状態では、前腕アシスト回転部７４ｂの減速機と停止した前腕アシストモータ７２ｂが抵抗として作用するため、これらの抵抗は前腕の屈曲状態維持の支援となる。

【0025】

次に、使用者が持ち上げた被介護者や重量物を下ろす抗重力動作を行う場合、使用者は前腕の屈曲状態を徐々に解除して前腕を下げる伸展動作を行う。筋電センサ１８ｂはこのときの使用者の二頭筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの二頭筋の筋電位の変化から使用者の前腕の伸展動作を認識し、モータドライバ７３ｂを介して前腕アシストモータ７２ｂを逆動作させる。これにより、前腕アシストモータ７２ｂは逆回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して前腕アシスト回転部７４ｂの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げ前腕部７８に伝達する。そしてこの回転力は、前腕部７８と使用者の前腕を支える支持プレート７９とを前腕アシスト回転部７４ｂを軸にして伸展方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の前腕の伸展動作は前腕アシストモータ７２ｂにより支援され、使用者は被介護者や重量物をゆっくりと下ろすことができる。

【0026】

次に、使用者が被介護者や重量物を上腕で持ち上げる抗重力動作を行う場合、使用者は手を被介護者や重量物に挿し入れて上腕を屈曲動作する。この屈曲動作により使用者の三角筋の筋電位が変化する。筋電センサ１８ａはこの三角筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの三角筋の筋電位の変化から使用者の上腕の屈曲動作を認識し、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを動作させる。これにより、上腕アシストモータ７２ａが回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げた後、上腕基部７６ａに伝達する。このとき、上腕アシスト回転部７４ａは肩ステー６６と固定しているから、上腕アシストモータ７２ａの回転力は、上腕部７６を上腕アシスト回転部７４ａを軸にして屈曲方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の上腕の屈曲動作は上腕アシストモータ７２ａにより支援され、図４に示す屈曲状態となる。

【0027】

次に、使用者がこの状態で保持すると使用者の三角筋の筋電位が変化する。制御部１４はこの筋電位の変化を筋電センサ１８ａを介して受信し、使用者が上腕の屈曲動作を停止したことを認識する。そして、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを停止させる。これにより、上腕部７６の屈曲動作は停止する。尚、上腕アシストモータ７２ａの停止した状態では、上腕アシスト回転部７４ａの減速機と停止した上腕アシストモータ７２ａとが抵抗として作用するため、これらの抵抗は使用者の上腕の屈曲状態維持の支援となる。

【0028】

次に、使用者が持ち上げた被介護者や重量物を下ろす抗重力動作を行う場合、使用者は上腕の屈曲状態を徐々に解除して上腕を下げる伸展動作を行う。筋電センサ１８ａはこのときの使用者の三角筋の筋電位の変化を制御部１４に出力する。制御部１４はこの三角筋の筋電位の変化から使用者の上腕の伸展動作を認識し、モータドライバ７３ａを介して上腕アシストモータ７２ａを逆動作させる。これにより、上腕アシストモータ７２ａは逆回転し、この回転力は動力伝達手段７２ｃを介して上腕アシスト回転部７４ａの減速機に入力する。減速機はこの回転力のトルクを上げ上腕部７６に伝達する。そしてこの回転力は、上腕部７６を上腕アシスト回転部７４ａを軸にして伸展方向に所定のトルクでゆっくりと回転させる。これにより、使用者の上腕の伸展動作は上腕アシストモータ７２ａにより支援され、使用者は被介護者や重量物をゆっくりと下ろすことができる。

【0029】

尚、本例に示すパワーアシスト装置８０は、支援動作を前腕と上腕の屈曲伸展動作（抗重力動作）のみに留め、他の動作、例えば回内・回外、内旋・外旋、内転・外転動作等はモータ等によるアシスト動作を行わず、基本的に使用者の動作で動くフリー関節構造としている。このフリー関節構造は、サブフレーム５４、肩プレート６２、肩アーム６４、肩ステー６６、ジョイント７７等の可動部分が、使用者の各動作と連携して動くことで構成される。さらに、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂによる動作支援の荷重を約２０ｋｇ程度に抑えることで、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂを軽量で安価なモータで構成可能としている。またさらに、上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂの動作のオン、オフをそれぞれ一つの筋電センサ１８ａ、１８ｂで制御する。これらの構成により、本例に示すパワーアシスト装置８０は、従来のアシスト装置と比較して大幅な軽量化と低コスト化とを実現している。

【0030】

次に、本発明に係るパワーアシスト装置８０の大きな特徴である外転時の動作を説明する。尚、この外転動作では上腕アシストモータ７２ａ、前腕アシストモータ７２ｂは基本的に動作しない。

【0031】

使用者が上腕を横に広げる外転動作もしくは、上腕を前方に屈曲した後に横方向に開く水平外転動作を行った場合、前述の図７（ｂ）に示すように使用者の肩は若干上昇するとともに首側に移動する。このとき、本発明に係るパワーアシスト装置８０は使用者の外転動作に伴ってサブフレーム５４が、図５、図６に示すように、横バー５２のフレーム回転軸５２ａを中心にメインフレーム５０の方向に回動する。そして、このサブフレーム５４の回動により肩部６０の全体が使用者の外転動作の分、首側（メインフレーム５０側）に移動する。また、サブフレーム５４の回動により肩部６０の位置が上昇する。ここで、例えばフレーム回転軸５２ａから肩プレート６２の上端までの長さを４４ｃｍとし、非外転時（通常時）のメインフレーム５０とサブフレーム５４とのなす角を１４°としたときに、サブフレーム５４の回動による肩部６０の上昇は１．３ｃｍであり、使用者の肩の上昇量と同レベルとなる。またこのことに加え、肩プレート６２、肩アーム６４が適宜回動して、使用者の肩の位置変動に対しフレキシブルに追従する。これらの動作により、使用者は外転動作、水平外転動作を極めて円滑かつ自然に違和感無く行うことができる。

【0032】

以上のように、本発明に係るパワーアシスト装置８０は、下端がフレーム回転軸５２ａに回動可能に軸支されたサブフレーム５４の上端に肩部６０を設置する。そして、使用者の外転動作及び水平外転動作に応じてサブフレーム５４が回動し、肩部６０全体がメインフレーム５０側に移動する。また、サブフレーム５４の回動により肩部６０が使用者の肩の上昇量と同レベル上昇する。これにより、使用者は違和感無く外転動作、水平外転動作を行うことができる。

【0033】

尚、本例で示したパワーアシスト装置８０の構成は一例であり、各部の形状、寸法、構成、機構、制御動作等は上記の例に限定されるわけではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で変更して実施することが可能である。

【符号の説明】

【0034】

１８ａ、１８ｂ 筋電センサ
５０ メインフレーム
５２ 横バー
５２ａ フレーム回転軸
５４ サブフレーム
６０ 肩部
６４ 肩アーム
６６ 肩ステー
６２ 肩プレート
７０ 腕部
７２ａ 上腕アシストモータ
７２ｂ 前腕アシストモータ
７４ａ 上腕アシスト回転部
７４ｂ 前腕アシスト回転部
７６ 上腕部
７８ 前腕部
８０ パワーアシスト装置

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】