本发明涉及一种要穿戴在用户关节上以辅助用户身体的运动的关节机构。
背景技术：
jp2012-90758a所公开的、用于辅助用户腿部运动的传统腿部矫形器包括：大腿连杆，该大腿连杆要附接到大腿；小腿连杆，该小腿连杆要附接到小腿；以及脚部连杆，该脚部连杆要附接到脚部。在jp2012-90758a所公开的腿部矫形器中，小腿连杆包括u形上架、u形下架以及中间架。小腿连杆的u形上架的各个端部在膝关节的对应侧处可旋转地连接到大腿连杆，并且上架在其长度方向上的大致中心部分位于膝盖的前面和斜下方。u形下架的各个端部在踝关节的对应侧处可旋转地连接到脚部连杆，并且下架在其长度方向上的大致中心部分被定位在脚踝的前面和斜上方。中间架具有：上端，该上端在膝盖前面和斜下方的位置处连接到上架；和下端，该下端在脚踝前面和斜上方的位置处连接到下架。在该腿部矫形器中，为了允许不管小腿肚部分处的肌肉条件的个体差异如何而都使用腿部矫形器并防止腿部矫形器妨碍在行走期间除了上面配合有腿部矫形器的部分之外的腿部的运动或任意其他运动，小腿连杆被构造为布置在用户的胫部的前面，并且腿部矫形器没有要放置在胫部内侧上的结构部件。
附带地，由股骨和胫骨构成的膝关节(狭义上的膝关节；即，胫股关节)为简单起见而经常被认为是屈戍关节，但实际上是螺旋关节，并且可以经受屈曲/伸展运动(弯曲/拉伸运动)以及旋转运动。屈曲/伸展运动是股骨在胫骨上滚动的滚动运动和股骨在胫骨上滑动的滑动运动的组合。因此，膝关节的运动轴线的位置取决于关节角度(弯曲角度)而移动。
然而，在传统腿部矫形器中，大腿连杆和小腿连杆由布置在用户膝关节的任一侧面处的一对关节可旋转地连接到彼此，使得大腿连杆和小腿连杆可围绕由该对关节确定的固定轴线旋转(枢转)。因此，取决于关节角度，该对关节的位置(因此还有大腿连杆和小腿连杆的相对旋转轴线)可能偏离膝关节的运动轴线，这在屈曲/伸展运动发生时对用户引起不适。
技术实现要素：
鉴于现有技术的这种问题，本发明的主要目的是提供一种可以减轻在运动期间对运动辅助装置的用户引起的不适的、运动辅助装置的关节机构。
为了实现这种目的，本发明的一个方面提供了一种关节机构24，该关节机构可枢转地连接第一连杆21和第二连杆22，该第一连杆和第二连杆分别配合在用户u的第一身体部分17和第二身体部分18，以辅助用户的运动，第一和第二身体部分经由关节1连接到彼此，第一连杆在配合在第一身体部分上时沿着第一身体部分的伸展侧延伸，第二连杆在配合在第二身体部分上时沿着第二身体部分的伸展侧延伸，关节机构包括：第一滑动构件33，该第一滑动构件连接到第一连杆，并且设置有第一滑动轨道33b，该第一滑动轨道在侧视图中具有远离关节凸出的弧形；中间滑动构件40，该中间滑动构件设置有被构造为与第一滑动轨道协作的第一对应滑动轨道41b和在侧视图中具有远离关节凸出的弧形的第二滑动轨道42c，并且连接到第一滑动构件，以便能够沿着第一滑动轨道滑动；以及第二滑动构件37，该第二滑动构件设置有被构造为与第二滑动轨道协作的第二对应滑动轨道37b，连接到中间滑动构件，以便能够沿着第二滑动轨道滑动，并且连接到第二连杆，其中，第一和第二滑动轨道具有彼此不同的曲率中心c1、c2。
根据该结构，因为中间滑动构件可相对于第一滑动构件滑动时所沿着的第一滑动轨道和第二滑动构件可相对于中间滑动构件滑动时所沿着的第二滑动轨道具有不同的曲率中心，所以第二滑动构件相对于第一滑动构件的瞬时旋转中心位于将第一滑动轨道的曲率中心和第二滑动轨道的曲率中心连接到彼此的线段上。因为中间滑动构件沿着第一滑动轨道滑动(即，围绕第一滑动轨道的曲率中心枢转)，所以线段连同第二滑动轨道的曲率中心一起围绕第一滑动轨道的曲率中心旋转，以限定扇形区域a2，第二滑动构件的瞬时旋转中心可以位于该扇形区域中。换言之，(连接到第二滑动构件的)第二连杆相对于第一连杆的瞬时旋转中心可在扇形区域内移动，并且这减轻在移动关节时对用户引起的不适。
在上述结构中，优选地，中间滑动构件40包括：第一中间滑动构件41，该第一中间滑动构件设置有第一对应滑动轨道41b和在侧视图中具有远离关节凸出的弧形的第三滑动轨道41c，并且连接到第一滑动构件33，以便能够沿着第一滑动轨道33b滑动；以及第二中间滑动构件42，该第二中间滑动构件设置有第二滑动轨道42c和被构造为与第三滑动轨道协作的第三对应滑动轨道42b，并且连接到第一中间滑动构件，以便可沿着第三滑动轨道滑动，其中，第三滑动轨道具有与第一滑动轨道和第二滑动轨道的曲率中心不同的曲率中心c3。
根据该结构，可以加宽第二滑动构件相对于第一滑动构件的瞬时旋转中心可以定位的区域。
在上述结构中，优选地，第二滑动轨道42c具有与第一滑动轨道33b的曲率半径r1不同的曲率半径r2。
根据该结构，可以根据期望调节将第一滑动轨道的曲率中心和第二滑动轨道的曲率中心连接到彼此的线段的长度，借此，可以给予由线段的旋转限定的扇形区域以期望的尺寸。
在上述结构中，优选地，第三滑动轨道41c具有与第一滑动轨道33b的曲率半径r1和第二滑动轨道42c的曲率半径r2中的至少一者不同的曲率半径r3。
根据该结构，可以根据期望调节将第一滑动轨道的曲率中心和第二滑动轨道的曲率中心连接到彼此的线段的长度，借此，可以给予由线段的旋转限定的扇形区域以期望的尺寸。
在上述结构中，优选地，第一滑动构件33和第二滑动构件37中的至少一者连接到第一连杆21和第二连杆22中对应的一者，以便可围绕与关节1的运动轴线1x平行的枢轴线枢转。
根据该结构，可以将第一连杆与第二连杆之间的相对角度调节为与用户的关节在基本(自然)姿势中的角度一致。
在上述结构中，优选地，关节机构还包括弹性构件45，该弹性构件连接到第一连杆21以及连接到第二连杆22和第二滑动构件37中的一者，使得在扩张时，弹性构件沿用于伸展关节的方向在第一连杆和第二连杆上产生力矩。
根据该结构，可以用简单结构产生用于伸展关节(或用于使第一连杆和第二连杆更靠近彼此)的力矩(张力)。
在上述结构中，优选地，关节机构还包括力矩调节机构57，该力矩调节机构被构造为通过沿弹性构件45的扩张方向调节弹性构件到第一连杆21的连接位置来调节从弹性构件产生的力矩。
根据该结构，可以在第一连杆和第二连杆上施加适合于各个用户的辅助力矩的量。
在上述结构中，优选地，第一身体部分是大腿17，第二身体部分是小腿18，并且关节是膝关节1，其中，第一滑动构件33、中间滑动构件40以及第二滑动构件37被构造为设置在膝关节的前面。
根据该结构，在用户屈曲/伸展膝关节时，第二滑动构件相对于第一滑动构件的瞬时旋转中心可以根据膝关节的运动轴线的移动而移动，因此，可以减轻在膝关节的屈曲/伸展运动期间对用户引起的不适。
在上述结构中，优选地，第一和第二滑动轨道被构造为使得第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以定位的区域a包括膝关节1的运动轴线1x的轨迹。
根据该结构，确保膝关节机构可以跟随用户膝关节的运动轴线的移动，从而减轻在膝关节的屈曲/伸展运动期间对用户引起的不适。还可以限定第二滑动构件相对于第一滑动构件的瞬时旋转中心可以定位的区域，使得该区域包括多个用户的膝关节的运动轴线的轨迹，使得多个用户可以共同使用膝关节机构。
本发明的有益效果
由此，根据本发明的一个方面，提供了一种可以减轻在运动期间对用户引起的不适的关节机构。
附图说明
图1是人右腿的膝关节的立体图；
图2是沿着矢状平面的、人右腿的膝关节的剖面图；
图3是采用根据本发明的实施方式的膝关节机构的运动辅助装置的右腿部分的立体图，其中，膝关节机构被示出为处于与膝关节的伸展状态对应的收缩状态；
图4是图3所示的膝关节机构的分解立体图；
图5是沿着图3中的线v-v截取的剖面图；
图6是沿着图3中的线vi-vi截取的剖面图；
图7是右腿的膝关节的示意内侧视图，示出了膝关节机构的瞬时旋转中心可以存在的区域；以及
图8是与图6类似并示出处于与膝关节的屈曲状态对应的展开状态的膝关节机构的剖面图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施方式。
首先，将参照图1和图2描述人的膝关节1。图1是人的膝关节1的立体图。膝关节1在广义上指多关节，该多关节包括由股骨2和胫骨3构成的胫股关节4和由股骨2和髌骨5构成的髌股关节6。在更广泛的意义上，膝关节1还可以包括由胫骨3和腓骨7构成的胫腓关节8。在狭义上说，膝关节1指胫股关节4。在该描述中，术语“膝关节1”在狭义上用于指胫股关节4。
膝关节1是能够执行屈曲/伸展运动和旋转运动的螺旋关节，但为简单起见经常被认为是屈戌关节，并且具有以下结构：在该结构中，在股骨2下端的、股骨的外侧髁和内侧髁经由外侧半月板11和内侧半月板12等分别接触处于胫骨3上端处的、胫骨的外侧髁和内侧髁。膝关节1由围绕膝关节1的前交叉韧带13、后交叉韧带14、内侧副韧带15、外侧副韧带16等来稳定。膝关节1的旋转运动小于膝关节的屈曲/伸展运动，并且在本描述中，膝关节1的运动被看作由屈曲和伸展构成的屈曲/伸展运动，并且膝关节1的运动轴线1x(参见图2)被看作侧向(沿着前平面)延伸。
在膝关节1经受屈曲运动时，随着股骨2相对于处于固定状态的胫骨3移动，股骨髁在胫骨髁上的向后滚动和向前滑动同时发生。在屈曲的初始阶段期间，股骨髁仅经受本质上向后的滚动，并且随着屈曲进行，向前滑动的比例增大。其后，终止向前滑动，并且股骨髁在那里滚动。在膝关节1的伸展运动中，股骨髁以相反顺序经受上述过程。作为膝关节1的上述运动的结果，如果膝关节1在胫骨3相对于处于固定状态的股骨2移动的情况下经受屈曲运动，则膝关节1的运动轴线1x如以下所说明的来移动。
图2是示出了沿着矢状平面的、人右腿膝关节1的剖面图。如图2所示，在膝关节2处于伸展状态(或处于屈曲的初始阶段)时，膝关节1的运动轴线1x位于股骨髁的下端部在前后方向上的大致中心部分处。随着膝关节1屈曲且膝关节1的关节角度(弯曲角度)增大(这里，膝关节1的关节角度被定义为随着膝关节1从伸展状态屈曲而增大)，膝关节1的运动轴线1x如由图2中的点和箭头所示的向后且随后向上移动。另一方面，在膝关节1从屈曲状态开始的伸展运动中，膝关节1的运动轴线1x以相反方式移动；即，随着关节角度减小，膝关节1的运动轴线1x从股骨髁的后端部向下移动，然后向前移动。
由此，为了跟随膝关节1的运动轴线1x的这种移动，本实施方式的膝关节机构24被构造为使得其枢轴线可移动。在下文中，将详细描述设置有膝关节机构24的运动辅助装置20。在以下描述中，用户笔直站立时的肢体位置被称为基本肢体位置，并且将描述运动辅助装置20的结构，假定上面配合有运动辅助装置20的用户u的肢体处于基本肢体位置中。
图3是采用实施方式的膝关节机构24的运动辅助装置20的右腿部分的立体图，其中，膝关节机构24被示出为处于与膝关节1的伸展状态对应的收缩状态。运动辅助装置20是用于辅助用户u的身体的运动的装置，并且例如可以被构造为辅助用户u的腿部的行走运动或辅助用户u的腿部的弯曲和拉伸(屈曲和伸展)运动。运动辅助装置20被构造为在配合在用户u的腿部上时接触地面，使得用户u不必承受装置的全部重量。
运动辅助装置20作为其主要部件包括：大腿连杆21，该大腿连杆被构造为布置在用户u的大腿17之前，以沿着大腿17垂直延伸；小腿连杆22，该小腿连杆被构造为布置在用户u的小腿18的前部之前，以沿着小腿18垂直延伸；以及脚部保持构件23，该脚部保持构件被构造为保持用户u的脚部19。大腿连杆21和小腿连杆22由膝关节机构24连接到彼此，并且小腿连杆22和脚部保持构件23由脚部关节机构25连接到彼此。
如上所述，用户u的膝关节1的运动轴线1x侧向延伸，并且在基本肢体位置中，膝关节1处于其中小腿18相对于大腿17笔直伸展的完全伸展状态，并且在屈曲膝关节1时，围绕膝关节1相对于大腿17向后旋转小腿18。即，相对于膝关节1，前侧是伸展侧，并且后侧是屈曲侧。因此，大腿连杆21、膝关节机构24以及小腿连杆22分别设置在大腿17、膝关节1以及小腿18的伸展侧上。
大腿连杆21通过加工诸如铝的金属材料来形成，并且具有大腿连杆主体26，该大腿连杆主体具有符合大腿17的前表面的弯曲横截面形状。在大腿连杆主体26的前表面上设置沿垂直方向线性延伸的一对左右第一导轨27。进一步地，在左右第一导轨27之间的、在大腿连杆主体26的前表面的部分处设置沿垂直方向线性延伸的第二导轨28。第一导轨27与具有向后开放的通道状形状的滑动器29可滑动地接合。
滑动器29设置有能够调节滑动器29在第一导轨27上的位置的位置调节构件30。位置调节构件30包括要由用户操作的操作构件31和被构造为与第二导轨28选择性啮合的锁定构件32。锁定构件32可以由操作构件32的操作在解锁状态与锁定状态之间切换，在解锁状态下，锁定构件32与第二导轨28脱离，以允许滑动器29相对于第二导轨28(因此还有第一导轨27)的滑动，在锁定状态下，锁定构件32与第二导轨28接合，以防止滑动器29相对于第二导轨28(因此还有第一导轨27)滑动。即，在锁定构件32处于解锁状态时，滑动器29可以沿着第一导轨27滑动，并且在锁定构件32处于锁定状态时，滑动器29固定到第一导轨27。
大腿连杆21的下端连接到作为膝关节机构24一部分的第一滑动构件33。在该实施方式中，第一滑动构件33与大腿连杆21一体形成，由此固定到大腿连杆21。
小腿连杆22由合适处理的棒状和/或管状构件形成，这些构件由诸如铝的金属制成。小腿连杆22在其上端处设置有内部形成有侧向延伸的通孔的板状上连接部34。小腿连杆22经由连接销35可枢转地连接到作为膝关节机构24一部分的第二滑动构件37，该连接销侧向延伸以穿过上连接部34的通孔。稍后将详细描述包括第一滑动构件33和第二滑动构件37的膝关节机构24。
小腿连杆22的下端连接到上部构件38，该上部构件构成脚部关节机构25的上部并形成铰链机构。上部构件38通过处理诸如由铝制成的金属板来形成，并且在平面图中具有u形，以在上部构件38的左后端和右后端被放置在脚部关节的任一侧的情况下包围小腿18的下前部。上部构件38的左后端和右后端分别可枢转地连接到左下部构件和右下部构件39，其中，下部构件39构成脚部关节机构25的下部。具体地，下部构件39的后端由上部构件38的后端可枢转地支撑，使得枢轴线存在于脚部关节的跖屈/背屈轴线上。
脚部保持构件23连接到下部构件39的前端。脚部保持构件23是运动辅助装置的、要与地面接触的部分，并且被构造为将用户u的脚部19保持为置于其脚部放置面上。脚部保持构件23可以由于脚部关节机构25的、可枢转地连接到上部构件38的下部构件39而围绕跖屈/背屈轴线枢转。
图4是图3所示的膝关节机构24的分解立体图。如图4所示，膝关节机构24除了包括前面提及的第一滑动构件33和第二滑动构件37之外，还包括中间滑动构件40，该中间滑动构件包括第一中间滑动构件41和第二中间滑动构件42，并且介于第一滑动构件33与第二滑动构件37之间。在所例示的实施方式中，第二滑动构件37布置在第一滑动构件33之前。第一中间滑动构件41布置在第一滑动构件33一侧上，而第二中间滑动构件42布置在第二滑动构件37一侧上(即，第一中间滑动构件41布置在第二中间滑动构件42的后方)。第一滑动构件33、第二滑动构件37、第一中间滑动构件41以及第二中间滑动构件42中的每一个通过处理金属板(诸如由铝制成的金属板)来形成，并且以弯曲方式垂直延伸，以便在侧视图中朝前(或远离膝关节1)凸出。滑动构件33、37、41以及42分别具有沿着其任一侧缘延伸的多对左右侧壁33a、37a、41a、42a。
第二滑动构件37在其下端处一体形成有向下突出的左右销支撑部43。销支撑部43支撑用于可枢转地支撑小腿连杆22的连接销35。一对固定构件33分别可拆卸地安装在设置在大腿连杆21中的滑动器29的正面上和第二滑动构件37的正面上，以固定由图4中的虚线示出的弹性构件45。两个固定构件33分别将弹性构件45的上端和下端固定到滑动器29和第二滑动构件37，借此，滑动器29和第二滑动构件37经由弹性构件45连接到彼此。
图5是沿着图3中的线v-v截取的剖面图。如图4和图5所示，第一滑动构件33、第一中间滑动构件41以及第二中间滑动构件42的左侧壁和右侧壁33a、41a、42a均被形成为朝前突出。另一方面，第二滑动构件37的左侧壁和右侧壁37a被形成为向后突出。第一中间滑动构件41被定位在第一滑动构件33的左侧壁和右侧壁33a内侧，第二中间滑动构件42被定位在第一中间滑动构件41的左侧壁和右侧壁41a内侧，并且第二滑动构件37被定位在第二中间滑动构件42的左侧壁和右侧壁42a内侧。
第一滑动构件33的左侧壁和右侧壁33a的内表面分别形成有左第一滑动轨道和右第一滑动轨道33b，其中，每个第一滑动轨道33b由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。第一中间滑动构件41的左侧壁和右侧壁41a的外表面分别形成有左第一对应滑动轨道和右第一对应滑动轨道41b，这些第一对应滑动轨道被构造为与第一滑动轨道33b相对并协作，其中，每个第一对应滑动轨道41b与相对的第一滑动轨道33b对应地由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。协作的各对第一滑动轨道33b和第一对应滑动轨道41b限定具有圆形横截面的第一导槽46。多个钢珠50(轴承钢珠)插入各第一导槽46中，使得第一滑动构件33和第一中间滑动构件41可以经由钢珠50沿着第一导槽46相对于彼此滑动。
第一中间滑动构件41的左侧壁和右侧壁41a的内表面分别形成有左第三滑动轨道和右第三滑动轨道41c，其中，每个第三滑动轨41c由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。第二中间滑动构件42的左侧壁和右侧壁42a的外表面分别形成有左第三对应滑动轨道和右第三对应滑动轨道42b，这些第三对应滑动轨道被构造为与第三滑动轨道41c相对并协作，其中，每个第三对应滑动轨道42b与相对的第三滑动轨道41c对应地由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。协作的各对第三滑动轨道41c和第三对应滑动轨道42b限定具有圆形横截面的第三导槽47。第三导槽47被定位成比第一导槽46稍微向前。多个钢珠50插入各第三导槽47中，使得第一中间滑动构件41和第二中间滑动构件42可以经由钢珠50沿着第三导槽47相对于彼此滑动。
第二中间滑动构件42的左侧壁和右侧壁42a的内表面分别形成有左第二滑动轨道和右第二滑动轨道42c，其中，每个第二滑动轨道42c由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。第二滑动构件37的左侧壁和右侧壁37a的外表面分别形成有左第二对应滑动轨道和右第二对应滑动轨道37b，这些第二对应滑动轨道被构造为与第二滑动轨道42c相对并协作，其中，每个第二对应滑动轨道37b与相对的第二滑动轨道42c对应地由导槽来限定，该导槽被弯曲为在侧视图中具有朝前凸出的弧形。协作的各对第二滑动轨道42c和第二对应滑动轨道37b限定具有圆形横截面的第二导槽48。第二导槽48被定位为比第三导槽47稍微向前。多个钢珠50插入各第二导槽48中，使得第二中间滑动构件42和第二滑动构件37可以经由钢珠50沿着第二导槽48相对于彼此滑动。
第一滑动构件33具有两个第一销构件51，该两个第一销构件在两个侧向间隔开的位置处从后侧附接到第一滑动构件。每个第一销构件51具有：头部；和轴，该轴从头部延伸，并且包括形成有阳螺纹的基端部和形成有光滑表面的末端部。在轴的螺纹基端部与在第一滑动构件33中形成的对应阴螺纹孔配合的情况下，每个第一销构件51固定到第一滑动构件33，使得其轴的光滑末端部从第一滑动构件33的正面突出，使得各第一销构件51充当滑动销。第一中间滑动构件41在与两个第一销构件51对应的位置处设置有两个第一导向狭槽52，该两个第一导向狭槽在内部接收各第一销构件51的轴，使得由两个第一销构件51引导第一中间滑动构件41相对于第一滑动构件33的滑动。
第一中间滑动构件41具有单个第三销构件53，该单个第三销构件在侧向中心位置处从后侧附接到第一中间滑动构件。第三销构件53具有与第一销构件51的结构类似的结构，并且在第三销构件的轴的螺纹基端部与在第一中间滑动构件41中形成的对应阴螺纹孔配合的情况下，第三销构件53固定到第一中间滑动构件41，使得轴的光滑末端部从第一中间滑动构件41的正面突出。第二中间滑动构件42在与第三销构件53对应的侧向中心位置处设置有单个第三导向狭槽54，该单个第三导向狭槽接收第三销构件53的轴，使得由第三销构件53引导第二中间滑动构件42相对于第一中间滑动构件41的滑动。
第二中间滑动构件42具有两个第二销构件55，该两个第二销构件比第一销构件51更向内地、在两个侧向间隔开的位置处从后侧附接到第二中间滑动构件。每个第二销构件55具有与第一销构件51的结构类似的结构，并且在第二销构件的轴的螺纹基端部与在第二中间滑动构件42中形成的对应阴螺纹孔配合的情况下，各第二销构件55固定到第二中间滑动构件42，使得其轴的光滑末端部从第二中间滑动构件42的正面突出。第二滑动构件37在与两个第二销构件55对应的位置处设置有两个第二导向狭槽56，该两个第二导向狭槽接收各第二销构件55的轴，使得由两个第二销构件55引导第二滑动构件37相对于第二中间滑动构件42的滑动。
图6是沿着图3中的线vi-vi截取的剖面图。在图6中，膝关节机构24被示出为处于收缩状态，在该状态下，滑动构件33、41、42以及37中的每一者的大部分与邻近的滑动构件重叠。如图6所示，第一滑动轨道33b的曲率中心c1、第二滑动轨道42c的曲率中心c2以及第三滑动轨道41c的曲率中心c3彼此不同。具体地，第一滑动轨道33b的曲率中心c1位于相对靠前的位置处且在三个曲率中心中位于最低的位置处，第三滑动轨道41c的曲率中心c3位于相对靠前且较高的位置处，并且第二滑动轨道42c的曲率中心c2位于较高位置处且在三个曲率中心中位于最靠后的位置处。另外，第一滑动轨道33b的曲率半径r1、第二滑动轨道42c的曲率半径r2以及第三滑动轨道41c的曲率半径r3彼此不同。在所例示的实施方式中，构成在三个导槽46、47以及48中的位于最靠后位置处(即，最靠近膝关节1)的第一导槽46(图5)的第一滑动轨道33b的曲率半径r1是三个曲率半径中最小的曲率半径。因为由第二滑动轨道42c形成的第二导槽48(图6)在三个导槽46、47以及48中位于最靠前的位置处，并且第二滑动轨道42c的曲率中心c2在三个曲率中心中位于最靠后的位置处，所以第二滑动轨道42c的曲率半径r2是三个曲率半径中最大的曲率半径。第三滑动轨道41c的曲率半径r3具有在第一滑动轨道33b的曲率半径r1与第二滑动轨道42c的曲率半径r2之间的值。
图7是右腿膝关节1的示意内侧视图，示出了膝关节机构24的瞬时旋转中心可以存在的区域a。因为第二滑动构件37可沿着第二滑动轨道42c相对于第二中间滑动构件42滑动，所以第二滑动构件37可围绕第二滑动轨道42c的曲率中心c2旋转(枢转)。第二滑动构件37还可连同第二中间滑动构件42一起沿着第三滑动轨道41c滑动，因此可围绕第三滑动轨道41c的曲率中心c3旋转(枢转)。因此，在图6所示的状态下(即，在收缩状态下)，如果第二中间滑动构件42(连同第二滑动构件37一起)沿着第三滑动轨道41c的滑动以及第二滑动构件37沿着第二滑动轨道42c的滑动同时发生，则第二滑动构件37围绕在将第二滑动轨道42c的曲率中心c2和第三滑动轨道41c的曲率中心c3连接到彼此的线段l1上的点旋转，其中，线段l1上的旋转点的位置根据两个滑动运动之间的比例来确定。即，在这种情形下的第二滑动构件37的瞬时旋转中心在线段l1上。应注意，因为第二中间滑动构件42从图6所示的状态沿着第三滑动轨道41c滑动(即，围绕第三滑动轨道41c的曲率中心c3枢转)，所以第二滑动轨道42c的曲率中心c2连同线段l1一起围绕第三滑动轨道41c的曲率中心c3旋转到图7所示的点c2’，借此，根据第二中间滑动构件42沿着第三滑动轨道41c的可滑动范围由点c3、c2以及c2’限定扇形区域a1。由此，在这种情况下，第二滑动构件37的瞬时旋转中心可以位于扇形区域a1中或可在该区域内移动，该扇形区域由线段l1围绕第三滑动轨道41c的曲率中心c3的旋转来限定。
另外，第二滑动构件37还可连同第一和第二中间滑动构件41、42一起(即，连同中间滑动构件40一起)沿着第一滑动轨道33b滑动，因此可围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1旋转。因此，在图6所示的状态下(即，在收缩状态下)，如果中间滑动构件40(连同第二滑动构件37一起)沿着第一滑动轨道33b的滑动以及第二滑动构件37沿着第二滑动轨道42c的滑动同时发生，则第二滑动构件37围绕在将第二滑动轨道42c的曲率中心c2和第一滑动轨道33b的曲率中心c1连接到彼此的线段l2上的点旋转，其中，线段l2上的旋转点的位置根据两个滑动运动之间的比例来确定。即，在这种情形下的第二滑动构件37的瞬时旋转中心在线段l2上。应注意，因为中间滑动构件40(更具体地为第一中间滑动构件41)从图6所示的状态沿着第一滑动轨道33b滑动(即，围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1枢转)，所以第二滑动轨道42c的曲率中心c2连同线段l2一起围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1旋转到图7所示的点c2”，借此，根据中间滑动构件40(更具体地为第一中间滑动构件41)沿着第一滑动轨道33b的可滑动范围、由点c1、c2以及c2”限定扇形区域a2。由此，在这种情况下，第二滑动构件37的瞬时旋转中心可以位于扇形区域a2中或可在该区域内移动，该扇形区域由线段l2围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1的旋转来限定。
进一步地，在中间滑动构件40(更具体地为第一中间滑动构件41)从图6所示的状态围绕第一中间滑动构件41的曲率中心c1旋转时，设置在中间滑动构件40的第二中间滑动构件42中的第三滑动轨道41c的曲率中心c3也围绕第一中间滑动构件41的曲率中心c1旋转到图7所示的点c3’，并且由点c1、c3以及c3’限定的、第二滑动构件37的瞬时旋转中心可以位于的另一个扇形区域(图7中未示出)。而且，因为第二滑动构件37可连同第二中间滑动构件42围绕点c3’一起旋转，所以可以通过围绕点c3’旋转用于连接点c3’和点c2”的线段(图7中未示出)来限定第二滑动构件37的瞬时旋转中心可以位于的又一个扇形区域(图7中未示出)。通过组合这些扇形区域，获得由图7中的粗实线包围的区域a，作为第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心(还可以被称为关节角度机构24的瞬时旋转中心)可以位于的区域。该区域a被限定为包括在由图7中的实曲线指示的膝关节1的屈曲/伸展期间的、用户u的膝关节1的运动轴线1x的轨迹。更具体地，膝关节机构24的滑动构件的滑动轨道被设计为使得第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以位于的区域a包括膝关节1的运动轴线1x的轨迹。
附带地，膝关节1的运动轴线1x的移动方式可以取决于因人而异的骨骼的尺寸和形状而变化。即，由于个体差异，各种用户的膝关节1的运动轴线1x的轨迹可以分布在如由图7中的虚线示出的特定区域1xa上。在本实施方式中，膝关节机构24的瞬时旋转中心(第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心)的区域a被限定为包括其中多个用户的膝关节1的运动轴线1x的轨迹可以存在的区域1xa(以虚线示出)的大致整个部分，使得多个用户可以共同使用膝关节机构24。
图8是与图6类似并示出处于与膝关节1的屈曲状态对应的展开状态的膝关节机构24的剖面图。在膝关节机构24的展开状态下，与在处于收缩状态时相比，滑动构件33、41、42以及37中的每一者中的更小部分与邻接的滑动构件重叠，使得膝关节机构24的长度更长，并且由膝关节机构24连接的大腿连杆21和小腿连杆22之间的距离大于在收缩状态下。在用户u屈曲膝关节1(使小腿18向后枢转)时，保持接合到小腿18下端的脚部19的脚部保持构件23向后移动，并且连接到脚部保持构件23的小腿连杆22在膝关节机构24的邻接滑动构件相对于彼此滑动的情况下随同小腿18一起向后枢转。
此时，由小腿连杆22的向后枢转使布置在膝关节1的前方且连接锁定在大腿连杆21上的滑动器29和连接到小腿连杆22的第二滑动构件37的弹性构件45扩张，并且弹性构件产生朝向伸展状态推动已屈曲的膝关节1的力矩。即，弹性构件45充当张力弹性构件，在屈曲膝关节1时，该张力弹性构件沿伸展膝关节1的方向在第一连杆(大腿连杆21)和第二连杆(小腿连杆22)上产生辅助力矩。随着膝关节1的弯曲角度增大，弹性构件45更加扩张。因此，弯曲角度增大越多，在膝关节1上给予的用于伸展膝关节1的辅助力矩越大。
另外，如图3和图4所示，可沿第二导轨28的延伸方向由位置调节构件30调节弹性构件45所附接到的滑动器29的位置，并且这允许调节处于基本肢体位置中(或在膝关节1处于伸展状态时)的弹性构件45的张力。即，第二导轨28、滑动器29以及位置调节构件30构成力矩调节机构57，该力矩调节机构用于通过沿弹性构件45的扩张方向调节弹性构件45到大腿连杆21的连接位置来调节由弹性构件45产生的力矩。
在下文中，将描述具有上述结构的膝关节机构24的技术优点。
如图6和图7所示，膝关节机构24包括第一滑动构件33、中间滑动构件40以及第二滑动构件37，其中，中间滑动构件40相对于第一滑动构件33滑动时可沿着的第一滑动轨道33b和第二滑动构件37相对于中间滑动构件40滑动时可沿着的第二滑动轨道42c具有不同的曲率中心c1、c2。因此，第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心位于连接第一滑动轨道33b的曲率中心c1和第二滑动轨道42c的曲率中心c2的线段l2上，并且随着中间滑动构件40沿着第一滑动轨道33b滑动(即，围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1枢转)，线段l2连同第二滑动轨道42c的曲率中心c2一起围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1旋转，以限定扇形区域a2。即，第二滑动构件37的瞬时旋转中心可以位于扇形区域a2中或可在该区域内移动，该扇形区域由线段l2围绕第一滑动轨道33b的曲率中心c1的旋转来限定。换言之，(连接到第二滑动构件37的)小腿连杆22相对于大腿连杆21的瞬时旋转中心可在扇形区域a2内移动，并且这减轻在移动膝关节1时对用户u引起的不适。
如图4和图5所示，中间滑动构件40包括：第一中间滑动构件41，该第一中间滑动构件经由第一滑动轨道33b可滑动地连接到第一滑动构件33；和第二中间滑动构件42，该第二中间滑动构件经由第二滑动轨道42c可滑动地连接到第二滑动构件37，并且经由第三滑动轨道41c可滑动地连接到第一中间滑动构件41，其中，第三滑动轨道41c的曲率中心c3与第一滑动轨道33b的曲率中心c1和第二滑动轨道42c的曲率中心c2不同。从而，第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以位于的区域可以从扇形区域a2加宽到如图7所示的区域a。
进一步地，第二滑动轨道42c的曲率半径r2与第一滑动轨道33b的曲率半径r1不同。从而，可以根据期望调节将第一滑动轨道33b的曲率中心c1和第二滑动轨道42c的曲率中心c2连接到彼此的线段l2的长度，借此，可以给予由线段l2围绕曲率中心c1的旋转限定的扇形区域a2以期望的尺寸。
第三滑动轨道41c的曲率半径r3与第一滑动轨道33b的曲率半径r1和第二滑动轨道42c的曲率半径r2不同。从而，可以根据期望调节将第三滑动轨道41c的曲率中心c3和第二滑动轨道42c的曲率中心c2连接到彼此的线段l1的长度，借此，可以给予由线段l1围绕曲率中心c3的旋转限定的扇形区域a1以期望的尺寸。
如图3所示，第二滑动构件37连接到小腿连杆22，以便可围绕与膝关节1(图2)的运动轴线1x平行的枢轴线枢转，并且这使得大腿连杆21与小腿连杆22之间的相对角度能够被调节为与处于基本(自然)姿势的用户u的膝关节1的角度一致。应注意，代替或除了第二滑动构件37之外，第一滑动构件33还可以连接到大腿连杆21，以便可围绕与膝关节1的运动轴线1x平行的枢轴线枢转。
如图8所示，膝关节机构24设置有弹性构件45，该弹性构件连接到大腿连杆21和第二滑动构件37，使得在扩张时，弹性构件45沿伸展膝关节1的方向或沿使大腿连杆21和小腿连杆22更靠近彼此的方向在大腿连杆21和第二滑动构件37上(并因此在连接到第二滑动构件37的小腿连杆22上)产生因张力而产生的力矩。由此，可以用简单结构产生用于伸展膝关节1的力矩(张力)。
如图4所示，膝关节机构24还包括力矩调节机构57，该力矩调节机构被构造为通过沿弹性构件45的扩张方向调节弹性构件45到大腿连杆21的连接位置来调节从弹性构件45产生的力矩，并且这使得适应各用户的辅助力矩的量能够施加在大腿连杆21和小腿连杆22上。
在所例示的实施方式中，根据本发明的关节机构被具体实施为膝关节机构24。从而，在用户u屈曲/伸展膝关节1时，第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以根据如图7所示的膝关节1的运动轴线1x的移动而移动，因此，可以减轻在膝关节1的屈曲/伸展运动期间对用户u引起的不适。
如图7所示，第二滑动轨道37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以位于的区域a包括用户u的膝关节1的运动轴线1x的轨迹，借此，确保膝关节机构24可以跟随用户u的膝关节1的运动轴线1x的移动，从而减轻在膝关节1的屈曲/伸展运动期间对用户u引起的不适。还可以限定第二滑动构件37相对于第一滑动构件33的瞬时旋转中心可以位于的区域a，使得该区域a包括多个用户的膝关节1的运动轴线1x的轨迹，使得多个用户可以共同使用膝关节机构24。
前面已经描述了本发明的优选实施方式，但本发明不限于上述实施方式，并且各种修改和变更是可以的。例如，在上述实施方式中，邻接滑动构件被构造为经由钢珠50滑动，但邻接滑动构件可以被构造为经由导轨机构相对于彼此滑动，该导轨机构包括具有凸出物的构件和具有可滑动地接收凸出物的凹部的构件。进一步地，在前述实施方式中，第二滑动构件37和小腿连杆22可滑动地连接到彼此，但它们可以固定连接到彼此或可以一体形成到彼此。同样，包括本发明的关节机构的运动辅助装置可以配合在用户的肘部上，而不是配合在膝盖上，以辅助由用户手臂进行的物体的提起或推动。此外，可以在由权利要求限定的本发明的范围内适当改变上述实施方式所示的本发明的结构元件的具体结构、数量、角度、材料等。进一步地，不是上述实施方式所示的所有结构元件是必须不可缺少的，并且可以酌情选择性地采用它们。