动作辅助装置技术领域
本发明涉及对从上体倾动的状态恢复到基本姿态的动作以及维
持倾动姿态的动作进行辅助的动作辅助装置。
背景技术
已知在现有技术中具有下述一种动作辅助装置(参照专利文献
1)。该动作辅助装置具备：配装在利用者腿部的大腿护具；配装在
利用者上身的胸部护具；连接在大腿护具上的大腿支承臂：连接在
胸部护具上的上身支承臂；以及，配装在利用者腰部的腰部护具。
该动作辅助装置对利用者作用以下一种力：该力通过用于连接
大腿支承臂和腰部护具的线圈弹簧的弹力以及上身支承臂自身具有
的弹力而形成，上身相对腿部的倾斜越大该力越大，该力用于使大
腿支承臂和上身支承臂所成的角度变大。由该力对从上身倾动状态
恢复到基本姿态(上身和腿部的相对位置成为利用者处于通常的直
立状态的位置上时的姿态)的动作进行辅助。
另外，该动作辅助装置的上身支承臂装设成相对腰部护具能够
在上下方向上滑动，连接在上身支承臂上的胸部护具相对利用者的
抵接位置在上下方向上的规定范围内能够进行调节。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第2736619号公报
发明内容
然而，因为预先设计的构成部件的弹力导致专利文献1中记载
的动作辅助装置会将抑制上身相对腿部倾动的力作用到利用者身
上。因此，在利用该动作辅助装置时，根据利用者体型不同，在将
用于辅助动作的力施加到利用者身上时，会让利用者感到不适。
本发明是鉴于上述问题而作出的，目的在于提供一种能够减轻
在辅助动作时可能产生的利用者的不适感、以及对适当的姿态施加
适当的力。
本发明的动作辅助装置的特征在于具备：第一矫正部，其配装
在利用者的腿部；第二矫正部，其配装在利用者的上身；第一支架，
其与第一矫正部连接；第二支架，其与第二矫正部连接；致动器，
其通过将驱动力传递给第一支架或第二支架，经由第一矫正部以及
第二矫正部将力作用到利用者身上；姿态推测传感器，其检测上身
相对铅垂平面的姿态角度，所述铅垂平面以利用者前后方向为垂线
方向；控制部，其控制致动器的驱动，使得让姿态角度相对基准姿
态角度的偏差变小的力作用到利用者身上；和，触发传感器，其检
测触发事件的发生，控制部把所述触发传感器检测到触发事件时由
姿态推测传感器检测到的姿态角度设定成基准姿态角度。
这样，在本发明的动作辅助装置中，控制部将被检测到触发事
件发生时由姿态推测传感器检测到的姿态角度设定成基准姿态角
度。因此，能够将作用到利用者上的力的大小和力施加的位置调整
为对应了各利用者不同的基本姿态(上身和腿部的相对位置成为利
用者在通常直立状态下的位置时的姿态)的数值或位置。
另外，本发明的动作辅助装置的控制部基于被设定的基准姿态
角度，控制致动器，使得作用于利用者身上的力成为让姿态推测传
感器检测到的姿态角度与基准姿态角度的偏差变小的力。
因此，根据本发明的动作辅助装置，能够以各利用者不同的基
本姿态为基准，对利用者施加对应于利用者上身的倾动是适当的力。
所以，根据本发明的动作辅助装置，能够实现减轻在辅助动作时可
能产生的利用者的不适感。
此外，在本发明的动作辅助装置中，优选为所述触发传感器是
检测力大小的力传感器，所述力是指为了控制利用者上身相对铅垂
平面的倾动而通过所述致动器作用于所述利用者上的力，所述铅垂
平面以利用者前后方向为垂线方向，所述控制部驱动致动器，使得
针对保持基本姿态的利用者让所述第二矫正部与利用者之间的空隙
减少，所述力传感器检测到的力成为规定的值或规定范围内的值时，
将姿态推测传感器检测到的姿态角度设定成基准姿态角度。
像这样构成为利用作为触发传感器的力传感器，能够自动地设
定基准姿态角度，从而能够进一步简单地实现减轻利用者的不适感。
另外，在本发明的动作辅助装置中，优选为触发传感器是利用
者在任意时机输入信号的设定开关，控制部将从设定开关检测到信
号时由姿态推测传感器检测到的姿态角度设定成基准姿态角度。
像这样构成为利用者能够将任意角度设定成基准姿态角度，能
够简单地设定适当的基准姿态角度，从而进一步简单地实现减轻利
用者的不适感。
此外，在本发明的动作辅助装置中，优选为第二矫正部在利用
者一侧具有与利用者抵接的抵接部件，该抵接部件的固定位置能够
相对第二支架在上下方向上移动。
以能够不让利用者感到不适的方式来施加控制姿态的力的抵接
位置根据利用者的体型不同而不同。因此，只要构成为直接向利用
者施加力的抵接部件相对第二矫正部的固定位置能够移动，由于力
施加的位置能够对应利用者的体型进行更改，从而进一步简单地实
现减轻利用者的不适感。
另外，在本发明的动作辅助装置中，优选为第二矫正部在利用
者一侧具有与利用者抵接的抵接部件，该抵接部件形成从利用者侧
面看时带圆弧的形状。
只要以这种方式构成，能够不受利用者体型差异的影响，易于
让抵接部件以适当的角度与利用者抵接。
此外，在本发明的动作辅助装置中，优选为在第二矫正部与利
用者的抵接部分上设置抵接部件，该抵接部件能够相对第二矫正部
以与利用者左右方向成平行的轴线为中心进行转动。
通过以上述方式构成，与下述情况相比，能够不受利用者体型
差异的影响，易于让抵接部件以适当的角度与利用者抵接。所述情
况是：构成为与第二支架连接的第二矫正部的抵接部件相对第二矫
正部被固定。
另外，在本发明的动作辅助装置中，优选为第二矫正部在利用
者前方一侧具有与利用者抵接的抵接部件，该抵接部件的左右方向
上的大小能够覆盖下述范围：从利用者的右侧第六肋骨与第六肋软
骨的接合部到左侧第六肋骨与第六肋软骨的接合部之间的范围，以
及从利用者的右侧第七肋骨与第七肋软骨的接合部到左侧第七肋骨
与第七肋软骨的接合部之间的范围；并且，该抵接部件的上下方向
上的大小能够覆盖下述范围：从利用者的右侧第六肋骨与第六肋软
骨的接合部到右侧第七肋骨与第七肋软骨的接合部之间的范围，以
及从利用者的左侧第六肋骨与第六肋软骨的接合部到左侧第七肋骨
与第七肋软骨的接合部之间的范围。
抵接部件的抵接位置是比第六肋骨要靠上方时，则与胸部抵接。
另一方面，当抵接位置是比第七肋骨要靠下方时，则与剑状突起(胸
骨)等身体表面抵接。因此，抵接部位的位置多数被调整为对第六
肋骨及第七肋骨施加用于辅助动作的力。
因此，只要将抵接部件的大小设定成能够覆盖第六肋软骨和第
六肋骨的接合部以及第七肋软骨和第七肋骨的接合部，就能够进一
步简单地实现减轻利用者的不适感。并且，设定成这种大小，也不
会妨碍到利用者的腕部活动。
附图说明
图1是表示本发明实施例中的动作辅助装置的概略构成的斜视图。
图2是表示图1的动作辅助装置的概略构成的侧视图。
图3是表示图1的动作辅助装置的第二支架和第二矫正部的概略构
成的图，图3A是后视图，图3B是图3A的I-I线截面图，图3C是II-II
线截面图。
图4是表示图1的动作辅助装置的衬垫(pad)大小的图。
图5是表示对利用者施加的力相对于图1的动作辅助装置的基准姿
态角度与姿态角度间的偏差的图表，图5A是表示设定成下述构成时的
图表：力在偏差成为规定值之前按曲线增加，力在偏差超过规定值时形
成恒定。图5B是表示设定成力按直线方式增加的构成时的图表。图5C
是表示设定成力按曲线方式增加的构成时的图表。图5D是表示设定成
力以阶段性增加的构成时的图表。
图6表示配装了图1的动作辅助装置的利用者处于前倾状态下的侧
视图。
图7表示进行图1的动作辅助装置的校准时对利用者施加的力相对
于历时的图表。
符号说明
1动作辅助装置
10腰带
11致动器
12第一支架
13第一矫正部
13a腿带
14第二支架
15第二矫正部
15a衬垫(抵接部件)
15b主体部
15c铰链部
15d导轨槽
15e主体部侧闩锁部
15f衬垫基部
15g衬垫部
15h突起部
15i衬垫基部侧闩锁部
15j推压部
C控制部
P利用者
PS姿态推测传感器
TS触发传感器
具体实施方式
首先，参照图1至图3说明本实施例的动作辅助装置的构成。
如图1所示，动作辅助装置1具备配装在利用者P腰部的腰带10
和左右一对的致动器11。该左右一对的致动器11通过腰带10配装在利
用者P身上时被安装在利用者P的腰部附近。
另外，动作辅助装置1具备左右一对的第一支架12和第一矫正部
13。所述左右一对的第一支架12从各个致动器11的下方向利用者P的
大腿部前方延伸，所述第一矫正部13与第一支架12的各个下端部连接
并分别配装在利用者P的左右腿部。
此外，动作辅助装置1具备第一支架14和第一矫正部15。所述第
一支架14从致动器11的上方向利用者P的上身(比髋关节的旋转轴靠
上方的部位)前面延伸，所述第二矫正部15与第一支架14的上端部连
接并配装在利用者P上身。另外，致动器11并不一定要安装在腰部附
近，也可以配置在其他位置。此外，第一支架12和第二支架14虽然以
经由致动器11能够转动的方式联结，但是也可以以能够转动的方式直
接将第一支架12和第二支架14联结。
第二支架14中内置有姿态推测传感器PS和用于控制致动器11驱
动的控制部C。姿态推测传感器PS检测以利用者P前后方向为垂线方
向的铅垂平面与第一支架14所成的角度(以下称为“姿态角度θ”，参照
图2)。
在本实施例中的该姿态角度θ伴随利用者P上身(从侧面看利用者
P时上身(腹部及胸部)的中心线与铅垂平面所成的角度)相对以利用
者P前后方向为垂线方向的铅垂平面的姿态角度的减少而减少。
致动器11中内置有角度传感器(未图示)。角度传感器检测第一
支架12和第二支架14所成的角度(以下称为“倾斜角度φ”，参照图2)。
本实施例中的该倾斜角度φ伴随利用者P上身相对腿部的相对倾斜
角度(从侧面看利用者P时上身(腹部及胸部)的中心线与腿部(大腿
部)的中心线所成的角度)的增加而增加。因此，在倾斜角度φ比基本
姿态时的倾斜角度(基本倾斜角度φ0)小时，能够判定利用者P处于
前倾姿态(前屈状态)。
左右一对的第一支架12构成为经由致动器11能够相对第二支架
14在利用者P的前后方向上独立进行摆动。第一支架12通过由致动器
11传递的驱动力进行摆动。
第一矫正部13具有腿带13a。通过将腿带13a配装到利用者P的大
腿部上，第一支架12及第一矫正部13被固定为与利用者P的腿部一体
活动。
另外，第一支架12的长度、第一矫正部13的固定位置以及第一支
架13固定到利用者P的腿部的方法并不仅限于上述形态，第一支架12
也可以是以和利用者P的腿部一体摆动的形式构成。例如，还可以省略
腿带13a，使用弹性部件等让第一矫正部13以一直只是轻微地被推向利
用者P的腿部的方式构成。此外，也可以将腿部13a固定在利用者P的
小腿部上，而不是大腿部。
第二支架14经由致动器11以能够转动的方式与第一支架12连接。
因此，当第一支架12对利用者P施加力时，第二支架14因为力的反作
用以其与第一支架12的连接位置为中心在利用者P的前后方向上摆动。
第二矫正部15在利用者P一侧具有作为抵接部件的衬垫15a。此外，
第二矫正部15具有对由第二矫正部15施加到利用者P上身的力进行检
测的力传感器(未图示)。
第二矫正部15的衬垫15a形成为上下方向的截面形状具有向利用
者一侧形成凸面的半圆状。即，从利用者P的侧面看时衬垫15a形成带
圆弧的形状。因此，衬垫15a不会受利用者P体型差的影响，相对利用
者P能够以合适的角度抵接。作为从侧面看利用者P时的带圆弧形状，
例如可以采用半球形或半椭圆形等。
另外，衬垫15a也可以构成为：相对第二矫正部15的主体部15b
(参照图3)以与利用者P的左右方向平行的轴线为中心，在规定范围
内能够转动。此外，也可以使衬垫15a构成为在带有圆弧形状的基础上
能够转动。
如图3A所示，第二矫正部15具备主体部15b、将主体部15b联结
到第二支架14上的铰链部15c。由于具备铰链部15c，主体部15b相对
第二支架14的固定角度能够在利用者P前后方向上进行变化。
另外，主体部15b在其背面(利用者P一侧)具备一对导轨槽15d
和主体部侧闩锁部15e。所述一对导轨槽15d沿上下方向上形成，用于
固定衬垫15a。所述主体部侧闩锁部15e在一对导轨槽15d之间沿上下
方向形成。
如图3B所示，第二矫正部15的衬垫15a由衬垫基部15f和衬垫部
15g构成。所述衬垫基部15f以相对主体部15b能够移动的方式连接在
该主体部15b上。所述衬垫部15g安装在衬垫部15f的利用者P一侧的
面上，该衬垫部15g通过橡胶等具有弹性的部件形成。
此外，衬垫15a在衬垫基部15f和衬垫部15g设置有力传感器(未
图示)。作为力传感器，例如可以采用表面压力传感器或压力传感器、
多轴力传感器。
衬垫基部15f在主体部15b一侧形成有突起部15h。该突起部15h
与形成于主体部15b上的导轨槽15d卡合，以能够使衬垫15a相对主体
部15b沿上下方向滑动的方式固定该衬垫15a。
如图3C所示，在衬垫基部15f的下方设置有：衬垫基部侧闩锁部
15i以及设置在衬垫基部侧闩锁部15i的下端部的推压部15j。
衬垫基部侧闩锁部15i形成为具有凸形部的板状构件，所述凸形部
与主体部侧闩锁部15e的凹凸对应。另外，衬垫基部侧闩锁部15i通过
有弹性的材料形成。通过手指对推压部15j进行推压使该推压部15j发
生弯曲，从而解除与主体部侧闩锁部15e的卡合。
在具有这种构成的第二矫正部15中，衬垫15a能够相对主体部15b
(即，相对第二支架14)在上下方向上移动其固定位置。因此，能够对
应利用者P的体型简单地调整力施加的位置。
另外，当衬垫15a的抵接位置是利用者P的第六肋骨的上方位置时，
该衬垫15a与胸部抵接，当该抵接位置是利用者P的第七肋骨下方的位
置时，该衬垫15a则与剑状突起(胸骨)、内脏对应部位抵接。因此，
多数将衬垫15a的抵接位置调整到利用者P的第六肋骨及第七肋骨的位
置。
所以，如图4所示，在本实施例的动作辅助装置1中，衬垫15a左
右方向上的大小形成为能够覆盖下述范围的大小：从一般体型的利用者
P的右侧第六肋骨CR61与第六肋软骨CR62的接合部到左侧第六肋骨
CL61与第六肋软骨CL62的接合部之间的范围，以及从利用者P的右
侧第七肋骨CR71与第七肋软骨CR72的接合部到左侧第七肋骨CL71
与第七肋软骨CL72的接合部之间的范围。
同时，衬垫15a的上下方向的大小形成为能够覆盖下述范围的大小：
从利用者P的右侧第六肋骨CR61与第六肋软骨CR62的接合部到右侧
第七肋骨CL71与第七肋软骨CL72的接合部之间的范围，以及从利用
者P的左侧第六肋骨CL61与第六肋软骨CL62的接合部到左侧第七肋
骨CL71与第七肋软骨CL72的接合部之间的范围。
只要将衬垫15a构成为上述大小，该衬垫15a相对于利用者P上身
的横向宽度不会太大，衬垫15a也不会妨碍利用者P的腕部活动。
此外，从衬垫15a上方看时(参照图3B)，衬垫15a形成具有两
个凸部的形状。这两个凸部位于与第六肋骨CR61与第六肋软骨CR62
的接合部以及第七肋骨CR71与第七肋软骨CR72的接合部抵接的位置
上。
接着，参照图5说明动作辅助装置1为了控制上身相对腿部的前倾
姿态或是为了维持姿态而施加到利用者P上的力。
通过内置于第二支架14的控制部C驱动致动器11，由上述方式构
成的动作辅助装置1向第一支架12传递驱动力，并经由第一矫正部13
及第二矫正部15将控制上身相对腿部的姿态的力施加到利用者P身上。
通过下述方式来控制动作辅助装置1对利用者P施加的力：姿态角
度θ相对基准姿态角度θ0的偏差dθ(即，dθ＝θ0-θ)越大，抑制上身相
对腿部的倾动的程度越大。
具体而言，如图5A所示，在本实施例的动作辅助装置1中，控制
部C控制致动器11，使得当偏差dθ是规定值以下的值时，要控制的力
F随偏差dθ的增加而呈曲线增加，而当偏差dθ的值超过规定值时，力
F形成恒定。该力F的大小以利用者P保持前倾姿态时施加在腰部的负
荷为基准来进行确定。
此外，相对偏差dθ进行控制的力F并不一定要限定于具有上述变
化的构成。例如，如图5B所示，也可以是力F相对偏差dθ呈直线增加，
也可以按照如图5C所示呈曲线增加的方式构成，还可以按照如图5D
所示呈阶段性增加的方式构成。
接着，参照图2及图6至图7说明利用者P在控制上身相对腿部的
前倾姿态时的动作辅助装置1的使用方法。
为了辅助下述动作，首先利用者P在配装好动作辅助装置后，为了
控制姿态而对施加于利用者P的力的作用位置进行校准。所述动作是
指：从上身相对腿部前倾的前倾姿态(如图6所示姿态)变成基本姿态
(如图2所示的姿态(上身和腿部的相对位置构成利用者通常直立状态
时的位置的姿态))的动作，或是维持前倾姿态的动作。
具体而言，首先，在利用者P配装好动作辅助装置1后，在按下校
准开关(未图示)前，调整衬垫15a的位置，使得衬垫部15g与利用者
P具有肋骨的位置抵接。
这时，当利用者P保持基本姿态时，由于连接有第二支架14等构
造物的自重，衬垫15g在离开利用者P的位置上保持稳定。在这种状态
下，利用者P按下设置在第二支架14等上的校准开关(未图示)。
内置在第二支架14的控制部C接收到校准开关的信号后，由致动
器11对第一支架12传递驱动力，并经由连接在第一支架12上的第一
矫正部13，对利用者P的腿部逐渐开始加大力。作为其反作用，与致
动器11一体构成的第二支架14上连接的第二矫正部15逐渐接近利用
者P的上身并与上身抵接，并且在抵接后，对利用者P的上身开始加力
并逐渐增大。
这时，如图7所示，从第二支架14抵接到利用者P身上(t＝0时)
开始，施加在利用者P的力Fc伴随时间t增加按曲线的方式增大。
并且，当作为内置于第二矫正部15的触发传感器TS的力传感器(未
图示)检测到规定的值Fc0(例如是不会让利用者感到不适且能够控制
上身倾动的值)的时刻t0时，控制部C对该时刻t0(出现触发事件(trigger
event)的时刻)的姿态角度θ进行记忆，将该角度θ设定成基准姿态角
度θ0，并结束校准。
这时的规定值Fc0基于保存在控制部C内的数据图(map)进行确
定。该数据图例如基于利用者P的身高、体重等利用者P体型事先进行
确定。
另外，在校准中设定的基准姿态角度θ0并不一定是力传感器检测
到的力成为规定值Fc0时的角度，也可以是检测到的力成为以规定值为
中心的规定范围内的值时的角度。
此外，校准方法并不仅限于上述方法。例如，也可以将校准开关(设
定开关)作为触发传感器，把利用者P按下校准开关的动作作为触发事
件，在按下开关时的姿态角度θ设定成基准姿态角度θ0。通过这种构成，
利用者能够将任意的姿态角度θ设定成基准姿态角度θ0。
通过进行上述校准，基准姿态角度θ0从作为初期状态而被暂时设
定的基准姿态角度被更改到与实际进行使用的利用者P的体型相适合
(即，对应了利用者P的基本姿态)的基准姿态角度。
在校准结束后，角度传感器检测到的倾斜角度成为比基本姿态时
的倾斜角度小的角度时，控制部C判定利用者P的上身相对腿部前
倾(处于前屈状态(例如从直立状态到坐到椅子等上的状态))，动作
辅助装置1将控制上身相对腿部的前倾姿态的力作用到利用者P身上。
具体而言，利用者P如图6所示，形成上身相对腿部前倾的前倾姿
态，当角度传感器检测到的倾斜角度比基本姿态时的倾斜角度小、
且姿态推测传感器PS检测的姿态角度θ比基准姿态角度θ0大时，控制
部C驱动致动器，将驱动力传递到第一支架12和第二支架14上。
然后，从连接在第一支架12上的第一矫正部13向利用者P的腿部
作用向利用者P的后方旋转的力(图6中逆时针转动的力)。作为其反
作用，从连接在第二支架14上的第二矫正部15向利用者P的上身作用
向利用者P后方旋转的力(图6中顺时针转动的力)。
这时，控制部C控制致动器11的驱动，使得角度传感器检测到的
角度θ与基准角度θ0的偏差dθ越大，抑制上身相对腿部的倾动的力F
越大(参照图5)。
如上述说明，在本实施例的动作辅助装置1中，作为内置于第二矫
正部15的触发传感器TS的力传感器检测到规定的值(例如是不会让利
用者P感到不适、且能够控制上身倾动的值)时(检测到出现触发事件
时)，检测到出现触发事件时姿态推测传感器PS检测到的姿态角度θ
被控制部C设定成基准姿态角度θ0。因此，能够将作用到利用者P的
力的大小和力施加的位置调整到与各利用者不同的基本姿态对应的数
值或位置上。
另外，本实施例的动作辅助装置1的控制部C基于被设定的基准姿
态角度θ0控制致动器11，使得作用于利用者P身上的力成为让姿态推
测传感器PS检测到的姿态角度θ与基准姿态角度θ0的偏差dθ变小的
力。
此外，本实施例的动作辅助装置1的控制部C基于角度传感器检测
到的利用者P的上身相对腿部的相对倾斜角判定利用者是否处于前屈
状态，并仅在前屈状态下，对所述致动器11进行控制。
因此，根据本实施例的动作辅助装置1，能够以各利用者P不同的
基本姿态为基准，将对应利用者P的上身倾动是合适的力施加到利用者
身上。
所以，根据本实施例的动作辅助装置1，能够实现减轻在辅助动作
时可能产生的利用者的不适感。即使在就座时，也能够适当地调整对上
身倾动作用的力。
另外，本发明的动作辅助装置利用检测上身相对腿部的相对倾斜角
度的角度传感器，能够检测到从利用者的基本姿态产生的后屈动作，并
停止致动器11的输出。因此，即使在姿态推测传感器PS出错时，能够
防止向利用者的后屈方向施加力。
以上，就图示的实施例进行了说明。但是，本发明并不仅限于该种
形态。
例如，在上述实施例中，第二矫正部15构成为从前方对利用者
P施加控制姿态的力。但是，本发明的动作辅助装置并不仅限于此种
构成。例如，使第二矫正部构成为从前后施加控制姿态的力，在利
用者上身相对腿部处于后倾时(例如，将物体抬高到脸上的高度时)，
能够向前倾方向作用力，来减轻利用者腰部过度伸展而造成的负荷，
从而能够辅助动作。