专利名称：腰部辅助装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及腰部辅助构造。
背景技术：
以往，已知有一种用于辅助使用者上半身的前屈动作的辅助装置。例如，专利文献 1公开了一种包括腰安装部、背安装部、关节部和第一致动器的腰部辅助装置，所述关节部以能够向使用者前方倾倒的方式将背安装部与腰安装部进行连接；所述第一致动器在工作状态下用于控制背安装部向使用者前方倾倒。在专利文献1的腰部辅助装置中，还设置有安装在使用者下肢的下肢安装部和将腰安装部束紧在下肢安装部的束紧部件，以限制腰安装部与背安装部同向旋转。该束紧部件由橡胶管等能够容易变形的部件构成，因而根据使用者的姿势状态，有时束紧部件产生松弛，或者下肢安装部错位。在束紧部件松弛或者下肢安装部错位的状态下，当第一致动器工作时，第一致动器的位移被用于对束紧部件的松弛和下肢安装部错位进行修正，并存在立起方向的力不能适当地传递到背安装部的情况。专利文献1 日本特开2009-011818号公报
发明内容
本发明考虑到上述情况，其目的是提供一种腰部辅助装置，在安装了腰部辅助装置的状态下，能够稳定地对使用者的前屈动作进行辅助。技术方案1记载的腰部辅助装置包括上半身安装部，其被安装在使用者的上半身，并能够随使用者向前方的倾倒而移动；支撑部，其被安装在所述上半身安装部，并且向使用者的躯干前方侧或躯干后方侧延伸，以支撑使用者的躯干前方侧或躯干后方侧；下肢安装部，其被安装在使用者的下肢的至少前方；连接部，其一端部被连接在所述下肢安装部，另一端部以允许所述上半身安装部的所述随动的方式，通过关节部可相对移动地与所述上半身安装部连接，在所述相对移动时所述连接部能够维持非弯曲形状；致动器，其在工作状态下，能使抵抗使用者向前方倾倒的力作用于所述上半身安装部。在技术方案1记载的腰部辅助装置中，上半身安装部被安装在使用者的上半身 (可以是背部或胸部)，并能够随使用者向前方的倾倒而移动。另外，支撑部被安装在上半身安装部，并向使用者的躯干前方侧或躯干后方侧延伸，以支撑使用者的躯干前方侧或躯干后方侧。下肢安装部被安装在使用者的下肢的至少前方。连接部的一端部被连接在下肢安装部，另一端部通过关节部可相对移动地与上半身安装部连接。以允许上半身安装部的所述随动的方式，与上半身安装部进行连接。而且， 在该相对移动时连接部能够维持非弯曲形状。当使用者进行前屈动作时，上半身安装部随使用者向前方的倾倒而移动。当在该前屈状态下使致动器工作时，则抵抗使用者向前方倾倒的力作用于上半身安装部。另一方面，由于与下肢安装部连接的连接部维持为非弯曲形状，所以作用有与上半身安装部相反方向的力，从而在上半身安装部和连接部上沿相对移动的方向作用有力。由于连接部的另一端被下肢安装部维持在规定的位置，所以能够使用连接部的反作用力，从而使力稳定地作用于背安装部。将上体的重量倚靠在安装于上半身安装部的支撑部或上半身安装部的使用者，利用抵抗向前方倾倒的力，来减轻前倾姿势时的负担。技术方案2记载的腰部辅助装置的特征在于，所述致动器将使用者的立起方向的力作用于所述上半身安装部。于是，致动器通过将使用者的立起方向的力作用于上半身安装部，除了能够减轻上述使用者的前倾姿势时的负担以外，还能够对使用者的立起动作进行辅助。技术方案3记载的腰部辅助装置的特征在于，所述关节部使所述上半身安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转。在技术方案3记载的腰部辅助装置中，在使用者的前屈动作时，上半身安装部和连接部，围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转。而且，在致动器工作时，力沿着与前屈时相反地相对旋转的方向作用于上半身安装部和连接部，由此，使背安装部向前方的倾倒停止。技术方案4记载的腰部辅助装置的特征在于，在所述连接部，在比所述关节部更靠所述下肢安装部侧的位置形成有第二关节部，所述第二关节部使所述下肢安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转。在技术方案4记载的腰部辅助装置中，在使用者的前屈动作时，在第二关节部处， 下肢安装部和连接部能够围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转，由此，从上半身安装部经由连接部到下肢安装部，能够进一步成为跟随使用者的前屈状态的形状。技术方案5记载的腰部辅助装置的特征在于，所述上半身安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的前后方向的轴相对旋转。根据技术方案5记载的腰部辅助装置，连接部相对于上半身安装部能够向远离躯干的方向旋转，并能够提高使用者下肢的动作自由度。技术方案6记载的腰部辅助装置的特征在于，还包括腰安装部，所述腰安装部通过所述关节部与所述连接部及上半身安装部进行连接，并被安装在使用者的腰部。根据技术方案5记载的腰部辅助装置，在致动器工作时，通过腰安装部能够阻止上半身安装部向使用者的前方侧移动，并能够更稳定地对前倾姿势进行辅助。技术方案7记载的腰部辅助装置的特征在于，还包括臀安装部，所述臀安装部与所述连接部连接，并被安装在使用者的臀部。根据技术方案7记载的腰部辅助装置，在致动器工作时，通过臀安装部能够阻止上半身安装部向使用者的前方侧移动，并能够更稳定地对前倾姿势进行辅助。技术方案8记载的腰部辅助装置的特征在于，所述致动器是通过向内部供给空气而缩短的气动致动器。这样，作为致动器使用气动致动器，能够停止上半身安装部向使用者前方的倾倒。此外，本发明的致动器如技术方案9记载的那样，可以配置在上半身安装部，也可以配置在连接部，还可以配置在上述二者上。技术方案10记载的腰部辅助装置的特征在于，线缆从所述致动器的一端伸出，在所述关节部设置有沿周部缠绕所述线缆的旋转体，并形成离合机构，所述离合机构为了从所述致动器开始工作时，将所述线缆的张力作用于所述上半身安装部及所述连接部，而在所述致动器工作时对所述旋转体与所述上半身安装部或所述连接部进行固定。
在技术方案10记载的腰部辅助装置中，从致动器的一端伸出的线缆被缠绕在旋转体的周部。由于上半身安装部和连接部进行相对移动，两者的位置关系发生变化，所以线缆长度也包含缠绕量，形成能够应对相对移动的长度。因此，在致动器工作时，通过将旋转体固定在上半身安装部或连接部上，从而与线缆长度无关地，将线缆的张力从致动器开始工作时就作用于上半身安装部及连接部。
技术方案10记载的腰部辅助装置的特征在于，线缆从所述致动器的一端伸出，在所述关节部设置有沿周部缠绕所述线缆的旋转体，并包括预张力附加机构，该预张力附加机构为了从所述致动器开始工作时，将所述线缆的张力作用于所述上半身安装部及所述连接部，而对所述线缆附加预张力。
在技术方案11记载的腰部辅助装置中，从致动器的一端伸出的线缆被缠绕在旋转体的周部。由于上半身安装部和连接部进行相对移动，两者的位置关系发生变化，所以线缆的长度也包含缠绕量，形成能够应对相对移动的长度。因此，通过预张力附加机构对线缆附加预张力，由此，能够将线缆的张力从致动器开始工作时就作用于上半身安装部及连接部。
发明的效果
如上所述，根据本发明，在安装了腰部辅助装置的状态下，能够稳定地对使用者的前倾姿势进行辅助。
图1是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置的立体图。
图2是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。
图3是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。
图4A是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置所包括的致动器的简图。
图4B是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置所包括的致动器的简图。
图5是表示本发明第一实施方式的腰部辅助装置所包括的致动器的供排气机构的简图。
图6是本发明第一实施方式的腰部辅助装置的简要说明图。
图7是本发明第一实施方式的腰部辅助装置的变形例的简要说明图。
图8是本发明第一实施方式的腰部辅助装置的其他变形例的简要说明图。
图9是本发明第一实施方式的腰部辅助装置的其他变形例的简要说明图。
图IOA是用于说明从本发明第一实施方式的腰部辅助装置中拆除腰框架部的情况下的动作的说明图。
图IOB是用于说明从本发明第一实施方式的腰部辅助装置中拆除腰框架部的情况下的动作的说明图。
图IOC是用于说明本发明第一实施方式的腰部辅助装置的动作的说明图。
图IOD是用于说明本发明第一实施方式的腰部辅助装置的动作的说明图。
图11是表示本发明第二实施方式的腰部辅助装置的立体图。图12是表示本发明第二实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图13是表示本发明第二实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图14是表示本发明第二实施方式的腰部辅助装置所包括的致动器的供排气机构的简图。图15是表示本发明第二实施方式的腰部辅助装置的离合机构的分解立体图。图16是表示在本发明第二实施方式的腰部辅助装置的离合机构中，皮带轮 (pulley)没有被固定在盘上的状态的剖视图。图17是表示在本发明第二实施方式的腰部辅助装置的离合机构中，皮带轮被固定在盘上的状态的剖视图。图18是表示气动致动器的收缩率和输出的关系的曲线图。图19是表示本发明第一、第二实施方式的变形例的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图20是表示本发明第三实施方式的腰部辅助装置的立体图。图21是表示本发明第三实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图22是表示本发明第三实施方式的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图23是本发明第三实施方式的离合器部附近的放大图。图M是本发明第三实施方式的离合器部附近的放大图。图25是表示本发明第三实施方式的腰部辅助装置所包括的致动器的供排气机构的简图。图沈是表示本发明第三实施方式的变形例的腰部辅助装置的使用状态的侧视图。图27A是本发明第三实施方式的变形例的上连接框架96附近的放大图。图27B是本发明第三实施方式的变形例的上连接框架96附近的放大图。图27C是本发明第三实施方式的变形例的上连接框架96附近的放大图。
具体实施例方式[第一实施方式]以下，参照附图详细说明本发明的第一实施方式。此外，为方便说明，将图中的箭头FR所示的使用者的前方侧作为前侧，上下左右的方向以朝向该前方侧观察时的方向为基准。图1 图3示出了第一实施方式的腰部辅助装置10。图1示出了未安装状态的腰部辅助装置10，图2及图3示出了使用者安装状态下的腰部辅助装置10。如这些图所示， 腰部辅助装置10包括作为上半身安装部的背部框架14、作为前支撑部的肩带22、作为下肢安装部的大腿板18和作为连接部的连接框架20。背部框架14被安装在使用者的背部，所述背部框架14包括左右一对侧框架 (side frame)部14A ；对左右一对侧框架部14A进行连接的中央框架(center frame)部 14B、14C。此外，左右一对侧框架部14A形成左右对称的结构。侧框架部14A为纵长筒状，并沿使用者背部的上下方向相互分开配置。侧框架部14A的下端与下侧部14D进行连接并固定。下侧部14D从左右一对侧框架部14A的各个下端向斜前方延伸，并被配置在使用者腰部左右的两侧。
以对左右一对侧框架部14A的上端进行连接的方式来配置中央框架部14B，并以对左右一对侧框架部14A的中间部进行连接的方式来配置中央框架部14C。
在下侧部14D上，设置有作为腰安装部的腰框架部12。以横穿左右一对下侧部14D 的方式，将腰框架部12配置为，与中央框架部14B大致平行。在腰框架部12的中央，安装有腰板12A。腰框架部12的二字形的两侧前端通过关节部16，能够以相对旋转的方式连接在背部框架14及连接框架20上。
另外，在下侧部14D的上端构成有滑轮部44。在滑轮部44上缠绕有后述的线缆 42，将线缆42的方向从使用者的背面侧引导到斜前方侧。
在侧框架部14A上安装有肩带22。将肩带22设置为左右一对，各个肩带的一端被安装在中央框架部14B的中央，其另一端分别被安装在侧框架部14A的下端部。左右一对肩带22在中央部上由带22A进行连接，肩带22与使用者的上半身紧密接触，以便不偏离背部框架14。
在下侧部14D的下端形成关节部16。通过关节部16，对连接框架20和背部框架 14(下侧部14D)进行连接。在关节部16的前方，设置有腰带13。腰带13以连接左右一对关节部16的方式进行架设，并被配置在使用者的腰前。以后再说明关于关节部16的详细情况。
连接框架20为纵长的形状，并沿使用者的下肢进行配置。连接框架20的一端(上端)通过关节部16与下侧部14D连接。下侧部14D和连接框架20，以能够围绕沿着使用者的左右方向的旋转轴S而相对旋转的方式进行连接。连接框架20由即使与背部框架14进行相对旋转也不弯曲的刚性部件构成。
在连接框架20的另一端侧，固定有大腿板18。大腿板18形成覆盖使用者的下肢前方的弯曲形状。大腿板18被配置在使用者的下肢前方。
关节部16包括固定在下侧部14D的下端部的盘沈；从盘沈向肩宽方向外侧立设的旋转轴观；以自由旋转的方式支撑被旋转轴观支撑的圆盘状的旋转体对。另外，配置有腰框架部12的两端部12B。此外，左右一对关节部16是左右对称的结构。
盘沈位于使用者的侧腰部，旋转轴观从使用者的侧腰部向肩宽方向外侧延伸。在旋转体M的轴心，形成以相对旋转自如的方式与旋转轴观嵌合的圆孔(省略图示)，在旋转体M的圆周面上，形成有能够缠绕后述的线缆42的槽24A。此外，旋转体M不必是圆盘状，也可以是半圆盘状或椭圆盘状等。
在盘沈的内侧配置有腰框架部12的两端部12B。以能够围绕旋转轴观旋转的方式来安装两端部12B。
将连接框架20的一端固定在旋转体M上，连接框架20能够与旋转体M —起旋转。从左侧观察时，盘沈相对于旋转体M沿逆时针方向旋转，由此，背部框架14向相同方向转动。另外，从左侧观察时，盘26相对于旋转体M沿顺时针方向旋转，由此，背部框架14 向相同方向转动。
此时，由于大腿板18与使用者的下肢前方接触，所以连接框架20的位置被限制在沿着使用者下肢的位置。因此，背部框架14和连接框架20以关节部16的旋转轴观为中心进行相对旋转。另外，腰部辅助装置10包括致动器40。致动器40分别被收纳在背部框架14的一对的侧框架部14A内。致动器40是气动致动器(液压致动器，所谓的McKitDben型人工肌肉)。如图4(A)、图4(B)所示，气动致动器AC包括膨胀收缩体即内管IC ；和用于覆盖内管IC的网状的覆盖体即网状套管MS。网状套管MS由例如不具有伸缩性的高张力纤维等线材而构成。另外，网状套管MS的长度(轴)方向的两端部被固定在内管IC的长度方向的两端部。如图4⑶所示，内管IC因向其内部供给空气而产生膨胀。而且，内管IC的膨胀通过网状套管MS被转换为气动致动器AC整体的长度的缩小。即，当空气被供给于气动致动器AC时，其直径扩大，同时长度缩小。因该长度的缩小，而使气动致动器AC产生朝向其缩短方向的力F。如图5所示，致动器40通过开关SW与压缩机CP连接。开关SW设有供气开关Sl 和排气开关S2，在供气开关Sl闭合(ON)且排气开关S2断开(OFF)的情况下，从压缩机CP 向致动器40供给压缩空气，在排气开关S2闭合且供气开关Sl断开的情况下，致动器40内的空气被排出。如图1 图3所示，在致动器40的下端侧安装有线缆42。线缆42的一端部，从致动器40的下端伸出，并缠绕在滑轮部44上从而使其改变方向，并被固定在旋转体M的槽 24A 中。在此，致动器40是在自然长度(最大长度)的状态下，并在至少允许背部框架14 前倾的范围内，即背部框架14前倾时，将线缆42向旋转体M缠绕所增加的量作为余量，并将线缆42缠绕固定在旋转体M上。此外，图6示出了对本实施方式的腰部辅助装置10进行简化的说明图。在图6中， 示出了在前倾状态的背部框架14中致动器40工作时的状态。以下，对本实施方式的作用进行说明。使用者在焊接作业等的上半身前倾姿势下进行规定作业时，当进行前屈动作时， 背部框架14随着使用者上体的前倾而前倾。此时，背部框架14与连接框架20进行相对旋转，所述背部框架14围绕关节部16的旋转轴S进行旋转。连接框架20被大腿板18限制在沿着使用者下肢的位置处。在背部框架14前倾的状态下，当开关SW的供气开关Sl闭合且排气开关S2断开时，向致动器40进行供气，从而使致动器40缩短。致动器40缩短，并在缩短的过程中线缆42形成无余量的状态，从而产生张力 F(参见图3及图6)。由此，向连结框架20作用Y方向的旋转力。但是，由于连接框架20 被大腿板18限制，所以不能向Y方向旋转。因此，致动器40的缩短表现为背部框架14向 X方向的旋转。此时，由于朝向立起旋转方向X的力通过肩带22而作用在前倾的使用者的上体，所以能够对使用者抬起上体的动作进行辅助。并且，通过使朝向立起旋转方向X的力大于朝向使用者前方的倾倒力，能够使背部框架14向立起方向X旋转，从而使使用者的上体抬起。而且，当开关SW的供气开关Sl断开，且排气开关S2断开时，则停止向致动器40 供气，致动器40内的气压停止上升，并且使致动器40停止缩短。在该状态下，背部框架14向X方向的旋转会停止。
在该状态下，当前倾的使用者的上体重量施加到肩带22时(前倾的上体倚靠在肩带22时)，则成为上体被悬挂在背部框架14的状态。因此，使用者不使用腰背部的肌肉 (竖脊肌等)就能够维持前倾姿势。这样，即使维持致动器40的缩短，也能够实现对使用者维持前倾姿势进行辅助。
在这里，无论致动器40是否缩短，由于旋转体M的从左侧观察时沿顺时针方向的旋转是自由的，因此使用者能够自由地从前倾姿势向直立姿势抬起上体。
根据本实施方式，由于将与大腿板18连接的、由刚性部件构成的连接框架20维持为非弯曲形状，所以在致动器40工作时，能够使与背部框架14相反方向的旋转力(围绕旋转轴S)易于作用在连接框架20上。这样，使用连接框架20的旋转力(反作用力)，能够使立起旋转方向X的力稳定地作用在背部框架14上。
此外，在本实施方式中，虽然在一对侧框架部14A上分别配置有致动器40，但也可以仅在任意一个的侧框架部14A上配置致动器40。
另外，在本实施方式中，将致动器40沿着侧框架部14A的上下方向进行了配置，但也可以如图7所示，将致动器40沿着中央框架14C的横向配置。该情况也与图6所示的情况相同，能够使立起旋转方向X的力作用在背部框架14上。
另外，在本实施方式中，针对将致动器40安装在背部框架14的例子进行了说明， 但也可以如图8所示，将致动器40配置在连接框架20侧。在该情况下，线缆42固定在盘 26侧。即使将致动器40配置在连接框架20侧时，也能够通过张力F，使立起旋转方向X的力作用在背部框架14，并能够使与背部框架14相反的旋转方向Y的力作用在连接框架20。 由此，能够稳定地辅助如下情况使用者在前倾姿势时的负担减轻、前倾姿势的维持、上体的立起动作。
另外，可以如图9所示，将致动器40配置在背部框架14和连接框架20的两个部件上。
另外，在本实施方式中，对于1个致动器40使用了 1个气动致动器，但也可以根据所需的辅助力，使用多个气动致动器。在该情况下，与气动致动器的个数相应的线缆42被固定在旋转体M上。
另外，在本实施方式中，设置有腰框架部12，但腰框架部12也不是必需的。尤其是，通过设置腰框架部12，在致动器40工作时，能够阻止背部框架14向使用者的前方侧移动。即，在没有腰框架部12的情况下，在图10(A)所示的前倾状态下，当使致动器40工作时，则如图10(B)所示，关节部16向前方移动，从而使立起方向的力难以作用于使用者。在设置了腰框架部12的情况下，在图10(C)所示的前倾状态下，当使致动器40工作时，则如图10(D)所示，关节部16向前方的移动被腰框架部12限制，从而使立起方向的力有效地作用于使用者，并能够更稳定地对使用者进行辅助。不仅将腰带13配置在关节部16的前方而且还配置在后方，来代替腰框架部12，通过腰带将关节部16固定在使用者的髋关节部。
另外，在本实施方式中，将大腿板18作成仅覆盖使用者的下肢前侧的形状，但也可以采用覆盖使用者的下肢全周的结构。尤其是，通过仅覆盖前方，能够省去安装的繁琐， 与覆盖全周的情况相比，也能够提高使用者的安装感。
[第二实施方式]
以下，对本发明的第二实施方式进行说明。此外，对于与第一实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细说明。在本实施方式的腰辅助装置50中，致动器被配置在连接框架20侧这一点与第一实施方式不同。另外，在关节部16上设置离合机构这一点也与第一实施方式不同。如图11 图13所示，连接框架52呈纵长筒状，并沿着使用者的下肢进行配置。连接框架52的一端部，通过臂M以能够旋转的方式被安装在旋转轴观上，并与下侧部14D 连接。在连接框架52的另一端部，安装有大腿板18。在连接框架52的筒内，收纳有下致动器70。下致动器70的自身结构与致动器40相同。如图14所示，下致动器70通过开关SW 与压缩机CP连接。当供气开关Sl闭合且排气开关S2断开时，从压缩机CP向下致动器70 供给压缩空气，当排气开关S2闭合且供气开关S 1断开时，下致动器70内的空气被排出。下致动器70的线缆72从下致动器70的上端侧伸出，一端被固定在后述的皮带轮 68上。在左右的关节部16上分别构成有离合机构60。如图15所示，离合机构60包括 控制空气室部件62、隔膜(diaphragm) 64、盘66和皮带轮68。控制空气室部件62大致呈圆板状，并在外侧面的圆周方向形成凹状的控制空气室62A(参见图16及图17)。另外，在外周面上开有与控制空气室62A连通的控制空气口 62B。控制空气口 62B通过开关SW与压缩机CP连接。当供气开关Sl闭合且排气开关S2 断开时，从压缩机CP通过控制空气口 62B向控制空气室62A供给压缩空气，当排气开关S2 闭合且供气开关Sl断开时，控制空气室62A内的空气被排出。在控制空气室部件62的中央部开有轴孔62C，在该轴孔62C中贯通有旋转轴观。将隔膜64粘接在控制空气室部件62的外侧面，并构成控制空气室62A的壁面的一部分。控制空气室62A被隔膜64进行密闭。隔膜64由具有弹性的膜构成，将所述隔膜 64制成能根据控制空气室62A内的气压而变形，并且能够使控制空气室62A扩大或缩小。盘66呈大致圆板的形状，并被固定在下侧部14D的前端部。另外，盘66被配置在隔膜64的外侧。在盘66的中央部开有轴孔66A，在该轴孔66A中贯通有旋转轴观。另外， 在盘66上以轴孔66A为中心并沿圆周方向以相等间隔而开设有10个销孔66B。将销孔66B 的靠皮带轮68 —侧制成稍小的直径，从而形成阶梯D。在销孔66B中贯通有后述的销80。皮带轮68呈圆板状并被配置在盘66的外侧面。在皮带轮68的外周形成槽68A。 另外，在皮带轮68的中央部设置有推力轴承68C，所述推力轴承68C以能够相对旋转的方式安装在旋转轴观上。在皮带轮68上开有11个销孔68B，所述销孔68B与销孔66B并列、且孔彼此之间的间隔比销孔66B稍短。销80从隔膜64侧插入到各销孔66B中。如图16所示，在销80的外周安装有弹簧82，弹簧82的一端与阶梯D抵接。销80在弹簧82的作用下向隔膜64侧施加力。由此， 在隔膜64的推压力没有作用于销80的状态下，如图16所示，向控制空气室62A侧推压隔膜64而使其变形，销80的前端部收纳在盘66内而不向皮带轮68侧突出。当向控制空气室62A供给压缩空气，且控制空气室62A内的压力变高时，如图17所示，销80被隔膜64推向皮带轮68侧，所述销80的前端向皮带轮68侧突出，通过皮带轮68的稍微旋转，从而使销80中的任意一个插入到销孔68B中的任意一个。控制空气室部件62、隔膜64和盘66，与旋转轴28 一起旋转并被固定在旋转轴28
10上。皮带轮68的结构如下，在没有插入销80的状态下能够围绕旋转轴观旋转，而当销80 中的任意一个插入到销孔68B中的任意一个时，则皮带轮68被固定在盘66上并与旋转轴 28 一起旋转。旋转体M及连接框架52，以相对于旋转轴观可旋转的方式而被安装在旋转轴28上。
从下致动器70延伸出的线缆72的端部，固定在皮带轮68的槽68A中，并沿槽68A 进行缠绕。要确保线缆72的长度为，能够跟随连接框架20向使用者前方进行旋转的充分长度。在臂讨和皮带轮68之间，安装有例如由扭转弹簧构成的拉伸弹簧74，从左侧观察时向逆时针方向对皮带轮68施加力。由此，线缆72的余量部分被缠绕在皮带轮68上，并成为向下致动器70提供预张力的状态。该预张力为致动器的额定值的5 10%左右，由此， 能够提高致动器的使用效率。
以下，对本实施方式的作用进行说明。
当使用者进行前屈动作时，背部框架14跟随使用者上体的前倾而前倾。此时，开关SW的供气开关Sl断开，背部框架14和连接框架52围绕关节部16的旋转轴S进行相对旋转。在进行该相对旋转时，由于背部框架14和连接框架52被离合机构60切断连接，所以背部框架14能够自由地跟随着前倾。
在背部框架14前倾的状态下，当将开关SW的供气开关Sl闭合且排气开关S2断开时，向下致动器70及控制空气室62A进行供气。由此，下致动器70缩短。控制空气室62A 的内压升高，隔膜64从图16所示的状态变形为图17所示的状态，销80被插入到皮带轮68 的销孔68B中。由此，皮带轮68被固定在盘66上，从而限制线缆72的放出。因此，能够与拉伸弹簧74的作用相结合，下致动器70从开始缩短时，就能够使线缆72产生张力F。
通过张力F，以旋转轴S为中心、并沿旋转方向Y的力作用在连接框架52，以旋转轴S为中心、并沿与连接框架52相反的旋转方向X的力作用在背部框架14。此时，由于立起旋转方向X的力通过肩带22而作用在前倾的使用者的上体，所以能够对使用者立起上体的动作进行辅助。另外，还能够减轻前倾姿势时的负担，并能够容易地维持前倾姿势。并且，立起旋转方向X的力，大于向使用者前方倾倒的力，从而能够使背部框架14向立起方向 X旋转，并能够让使用者的上体立起。
当将开关SW的供气开关Sl断开，并将排气开关S2断开时，则停止向致动器供气， 下致动器70内及控制空气室62A内的气压停止上升，并且使下致动器70的缩短停止。在该状态下，背部框架14会停止。
在该状态下，当前倾的使用者的上体重量施加在肩带22时(前倾的上体倚靠在肩带22时)，则成为上体被悬挂在背部框架14的状态。因此，使用者不使用腰背部的肌肉 (竖脊肌等)就能够维持前倾姿势。这样，即使维持为下致动器70的缩短，也能够实现对使用者维持前倾姿势进行辅助。
根据本实施方式，由于包括具有拉伸弹簧74的离合机构60，所以在下致动器70工作时，由线缆72缠绕的皮带轮68被固定在盘66上。由此，可限制从下致动器70放出线缆 72，并能够在下致动器70工作之后立即使线缆72产生张力F。
在这里，对一般的气动致动器的动作特性进行说明。图18示出了气动致动器的收缩率和输出之间关系的曲线图。从曲线图可知，由于气动致动器随着收缩率升高而输出降低，因此为了有效地利用气动致动器，就需要在收缩动作的初期负担较大的负荷。
在本实施方式中，如前所述，由于通过拉伸弹簧74解决了线缆的松弛，能够在下致动器70工作之后立即使线缆72产生张力F，所以对于下致动器70来说，不需要进行与线缆72的余量长度吸收部分相对应的缩短，能够有效地利用下致动器70。此外，在本实施方式中，设置有在下致动器70工作时使线缆72产生张力F的离合机构60，但也可以在第一实施方式中的致动器40侧，利用与离合机构60相同的结构。另外，在前述的第一、第二实施方式中，作为上半身安装部，使用了安装在使用者的背部的背部框架14，但如图19所示，也可以采用安装在使用者的胸部的胸部框架21。[第三实施方式]以下，对本发明的第三实施方式进行说明。此外，对于与第一、第二实施方式相同的结构标注相同的附图标记，并省略详细说明。图20 图22示出了第三实施方式的腰部辅助装置90。图20示出了未安装状态的腰部辅助装置90，图21及图22示出了安装在使用者上的状态的腰部辅助装置90。如这些图所示，腰部辅助装置90包括作为上半身安装部的背部框架94 ；作为前支撑部的肩带 22 ；作为下肢安装部的大腿板18 ；作为连接部的上连接框架96、连接框架52。背部框架94被安装在使用者的背部，并包括左右一对侧框架部94A ；和对左右一对侧框架部94A进行接合的中央框架部94B、94C。将左右的侧框架部94A及中央框架部94B 作成一体化结构。以对左右的侧框架部94A的中间部进行连接的方式来配置中央框架部 94C。在左右的侧框架部94A的下端形成第一关节部95。利用第一关节部95对背部框架94和上连接框架96进行连接。在第一关节部95的前方设置有腰带13。腰带13以连接左右一对上连接框架96的方式进行架设，并被配置在使用者的腰前。上连接框架96呈长方形的板状，并沿着使用者的腰且以长度方向作为上下方向进行配置。背部框架94(左右的侧框架部94A)以能够围绕沿着使用者左右方向的旋转轴 Sl与上连接框架96彼此相对旋转的方式，通过后述的盘93而被连接在上连接框架96的上端侧。上连接框架96由即使与背部框架94进行相对旋转也不弯曲的刚性部件构成。在上连接框架96的下端形成第二关节部97。利用第二关节部97，并通过后述的盘21对上连接框架96和连接框架52进行连接。以能够围绕沿着使用者左右方向的旋转轴S2而彼此相对旋转的方式，对上连接框架96和连接框架52进行连接。连接框架52由即使与上连接框架96相对旋转也不弯曲的刚性部件构成。在连接框架52的另一端侧固定有大腿板18。大腿板18被配置在使用者的下肢前方。如图22及图23所示，第一关节部95包括固定在左右的侧框架部94A的下端部的盘93 ；从盘93向肩宽方向外侧(或内侧)立设的旋转轴93S ；能够以自由旋转的方式被支撑旋转轴93S支撑的圆盘状的旋转体93A。此外，左右一对第一关节部95是左右对称的结构。盘93位于使用者的侧腰部，旋转轴93S从使用者的侧腰部向肩宽方向外侧延伸。 在旋转体93A的轴心，形成以相对旋转自如的方式与旋转轴93S嵌合的圆孔(省略图示)， 在旋转体93A的圆周面上，形成有能够缠绕线缆72的槽(未图示)。旋转体93A被固定在上连接框架96，上连接框架96及旋转体93A，能够与盘93及背部框架94进行相对旋转。在上连接框架96的上侧并在使用者的后方侧，设置有止挡部件94D。止挡部件94D 沿着使用者的左右方向，从上连接框架96向内侧突出。止挡部件94D具有如下功能，在背部框架94向箭头X方向旋转，同时上连接框架96向箭头Y方向旋转从而相互接近并形成了规定角度时，通过与盘93抵接，从而阻止大于等于该角度的旋转。第二关节部97包括安装在连接框架52的上端部的盘21 ；从盘21向肩宽方向外侧(或内侧)立设的旋转轴21S;能够以自由旋转的方式被支撑旋转轴21S支撑的圆盘状的旋转体21A。此外，左右一对第二关节部97是左右对称的结构。盘21位于使用者的髋关节外部，旋转轴21S向使用者的肩宽方向外侧延伸。在旋转体21A的轴心，形成以相对旋转自如的方式与旋转轴21S嵌合的圆孔(省略图示)，在旋转体21A的圆周面上，形成有能够缠绕线缆72的槽(未图示)。旋转体21A被固定在上连接框架96，上连接框架96及旋转体21A，能够与盘21及连接框架52进行相对旋转。在上连接框架96的下侧并在使用者的后方侧，设置有止挡部件52D。止挡部件52D 沿着使用者的左右方向，从上连接框架96向内侧突出。止挡部件52D具有如下功能，在连接框架52向箭头Y方向旋转，同时上连接框架96向箭头X方向旋转从而相互接近并形成了规定角度时，通过与盘21抵接，从而阻止大于等于该角度的旋转。另外，连接框架52通过铰链21H与盘21连接。通过铰链21H，连接框架52相对于上连接框架96，能够围绕沿着平行于使用者身体侧面的方向而被配置的旋转轴S3进行相对旋转。由此，连接框架52能够跟随使用者大腿的开闭动作。在上连接框架96上安装有臀框架部86。臀框架部86沿着使用者的臀后方被配置在一个上连接框架96和另一个上连接框架96之间。在臀框架部86的中央部安装有臀板 88，并使其对应于使用者的臀位置。腰部辅助装置90包括下致动器70。与第二实施方式相同，下致动器70被配置在连接框架52侧。在下致动器70的上端侧，安装有线缆72。线缆72的一端部，从下致动器 70的上端伸出并被缠绕在旋转体21A上，经由后述的离合器部100而被缠绕在旋转体93A 上，并被固定在旋转体93A的槽中。如图23及图M所示，离合器部100被设置在上连接板96上，并包括一对滑轮部 102、活塞部104、气缸部106及锁定部108。气缸部106被固定在上连接板96的中央部且使用者的后方侧。锁定部108被配置在气缸部106内，锁定部108的中央具有锁定孔108A。 在锁定孔108A中贯通有活塞部104。活塞部104被配置在横穿旋转体93A和旋转体21A之间的方向上，在离合器部100不工作时，能够沿该方向移动。一对滑轮部102，以2个滑轮 102K跨过活塞部104的方式，通过支撑板103被安装在活塞部104的前端侧，并能够与活塞部104 —起移动。在2个滑轮101上以跨过二者的方式缠绕有线缆72。在活塞部104的支撑板103和气缸106之间，配置有盘簧105。通过盘簧105，向使用者的前方对活塞部104施力。由此，线缆72不会松弛，并被缠绕在旋转体21A、滑轮10 及旋转体93A上。在致动器40不工作时，活塞部104在锁定孔108A内进行自由移动，并能够向使用者的前后方向移动。另一方面，在下致动器70工作时，通过对锁定部108的右侧或左侧空间的气压进行控制从而使锁定部108倾斜，锁定孔108的止回功能会发挥作用，从而进行如下控制，即虽然能够向使用者的前方方向(线缆的松弛消除方向)移动但不能向其反方向移动。
如图25所示，下致动器70通过开关SW与压缩机CP连接。另外，开关SW与离合器部100连接。当供气开关Sl闭合且排气开关S2断开时，从压缩机CP向下致动器70供给压缩空气，并可发挥离合器部100的止回功能。另外，当排气开关S2闭合且供气开关Sl 断开时，下致动器70内的空气被排出，并且不发挥离合器部100的止回功能。此外，也可以独立地设置用于离合器部100的空气控制的开关。
以下，对本实施方式的作用进行说明。
当使用者进行前屈动作时，背部框架94跟随使用者上体的前倾而前倾。此时，开关SW的供气开关Sl断开，背部框架94和上连接框架96围绕第一关节部95的旋转轴Sl 进行相对旋转。另外，上连接框架96和连接框架52围绕第二关节部97的旋转轴S2进行相对旋转。在进行该相对旋转时，由于离合器部100的活塞部104能够进行后退移动(向使用者后方移动)，所以线缆72被缠绕，背部框架94能够自由地跟随着前倾(参见图23)。
在背部框架94前倾的状态下，当开关SW的供气开关Sl闭合且排气开关S2断开时，向下致动器70进行供气，并可发挥离合器部100的止回功能，并且气缸部106内被加压。由此，活塞部104被推向使用者前方，虽然能够向前方移动但不能向后方移动，从而消除线缆72的松弛(参见图24)。由此，当下致动器70缩短时，能够从开始缩短时使线缆72 产生张力F。
通过张力F，从而将以旋转轴Si、S2这两轴为中心的旋转方向Y的力作用于连接框架52，以旋转轴Si、S2这两轴为中心且与连接框架52相反的旋转方向X的力作用于背部框架94。此时，由于立起旋转方向X的力通过肩带22作用在前倾的使用者上体，所以能够对使用者立起上体的动作进行辅助。另外，能够减轻前倾姿势时的负担，并能够容易维持前倾姿势。并且，立起旋转方向X的力，要大于向使用者前方倾倒的力，由此，能够使背部框架94向立起旋转方向X旋转，并能够让使用者的上体立起。
当将开关SW的供气开关Sl断开，并且将排气开关S2断开时，则停止向致动器供气，下致动器70内的气压停止上升，并且使下致动器70的缩短停止。在该状态下，背部框架94会停止。
在该状态下，当前倾的使用者上体的重量施加在肩带22时(前倾的上体倚靠在肩带22时)，则成为上体被悬挂在背部框架94的状态。因此，使用者不使用腰背部的肌肉 (竖脊肌等)，就能够维持前倾姿势。这样，即使维持为下致动器70的缩短，也能够实现对使用者维持前倾姿势进行辅助。
在本实施方式中，由于包括离合器部100，所以与第二实施方式的情况相同，能够在下致动器70工作之后立即使线缆72产生张力F，所以对于下致动器70来说，不需要进行与线缆72的余量长度吸收部分相对应的缩短，能够有效地利用下致动器70。
另外，在本实施方式中，作为上半身安装部，使用了安装在使用者背部的背部框架 94，但如图沈所示，也可以采用安装在使用者胸部的胸部框架94F。
另外，在本实施方式中，离合器部100使用了 2个滑轮101，但也可以由1个滑轮 10 构成。另外，作为线缆72的张力附加机构，也可以采用其他结构。例如，如图27A、图27B、图27C所示，形成臂110、滑轮101和导槽112，所述臂110的一端以能够旋转的方式被轴支撑在上连接框架96 ；所述滑轮10 被固定在具有锯齿状端面的臂110上；所述导槽 112沿滑轮101的轨迹构成。而且，将盘簧105的一端和另一端分别固定在上连接框架96 和臂110上。具有锯齿状端面的臂110与具有棘爪的臂113啮合，臂113与气缸114连接。该构造的目的是使用腰部辅助装置的人能够自由活动，并且，在为了拾取物品而前屈时线缆拉伸、直立的情况下，线缆可以松弛。在空气进入气缸而进行工作的情况下，通过棘轮机构偏移，导槽112能够移动，以一定的力能抑制线缆，从而可发挥防止线缆松弛或脱落的功能。在使用者为了拾取物品而进行腰部辅助时，空气被提供给致动器40而使其收缩， 从而牵引线缆，并产生立起方向的力。与此同时，从气缸114排出空气。于是如图27A、图 27B所示，无论线缆及滑轮101位于哪个位置，具有棘爪的臂113都能够与臂110的锯齿状端面进行啮合并保持，因此致动器40不松弛而进行收缩，所以能够有效地向使用者的前方 Fr施加力。以上，通过特定的实施方式详细说明了本发明，但本发明不限于所述实施方式，在本发明的范围内能够实施其他的各种实施方式。例如，在本实施方式中，作为致动器使用了气动致动器，但也可以将通过电机工作而被缠绕在旋转体、或者从旋转体放出的线缆作为致动器使用。另外，也可以将用于使旋转体不能旋转或者自由旋转的离合器作为致动器。
权利要求
1.一种腰部辅助装置，包括上半身安装部，其被安装在使用者的上半身，并能够随使用者向前方的倾倒而移动；支撑部，其被安装在所述上半身安装部，并且向使用者的躯干前方侧或躯干后方侧延伸，以支撑使用者的躯干前方侧或躯干后方侧；下肢安装部，其被安装在使用者的下肢的至少前方；连接部，其一端部被连接在所述下肢安装部，另一端部以允许所述上半身安装部的所述随动的方式，通过关节部可相对移动地与所述上半身安装部连接，在所述相对移动时所述连接部能够维持非弯曲形状；致动器，其在工作状态下，能使抵抗使用者向前方倾倒的力作用于所述上半身安装部。
2.如权利要求1所述的腰部辅助装置，其特征在于，所述致动器将使用者的立起方向的力作用于所述上半身安装部。
3.如权利要求1或2所述的腰部辅助装置，其特征在于，所述关节部构成为，使所述上半身安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转。
4.如权利要求3所述的腰部辅助装置，其特征在于，在所述连接部，在比所述关节部更靠所述下肢安装部侧的位置形成有第二关节部，所述第二关节部使所述下肢安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的左右方向的轴相对旋转。
5.如权利要求1 4中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，构成为，所述上半身安装部和所述连接部能够围绕沿着使用者的前后方向的轴相对旋转。
6.如权利要求1 5中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，还包括腰安装部， 所述腰安装部通过所述关节部与所述连接部及上半身安装部连接，并被安装在使用者的腰部。
7.如权利要求1 5中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，还包括臀安装部，所述臀安装部与所述连接部连接，并被安装在使用者的臀部。
8.如权利要求1 7中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，所述致动器是通过向内部供给空气而缩短的气动致动器。
9.如权利要求1 8中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，所述致动器配置在所述上半身安装部和所述连接部中的至少一方。
10.如权利要求1 9中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，线缆从所述致动器的一端伸出；在所述关节部设置有沿周部缠绕所述线缆的旋转体；并形成离合机构，所述离合机构为了从所述致动器开始工作时，将所述线缆的张力作用于所述上半身安装部及所述连接部，而在所述致动器工作时对所述旋转体与所述上半身安装部或所述连接部进行固定。
11.如权利要求1 10中任一项所述的腰部辅助装置，其特征在于，线缆从所述致动器的一端伸出；在所述关节部设置有沿周部缠绕所述线缆的旋转体；并包括预张力附加机构，所述预张力附加机构为了从所述致动器开始工作时，将所述线缆的张力作用于所述上半身安装部及所述连接部，而对所述线缆附加预张力。
全文摘要
腰部辅助装置包括背部框架(14)，其被安装在使用者的背部，并能够随使用者向前方的倾倒而移动；肩带(22)，其被安装在背安装部，并向使用者的躯干前方侧延伸，以支撑使用者的躯干前方侧；大腿板(18)，其被安装在使用者的下肢前方；连接框架(20)，其一端部被连接在大腿板(18)，另一端部通过关节部(16)可相对移动地与背部框架(14)连接，在相对移动时所述连接框架(20)能够维持非弯曲形状；致动器(40)，其在工作状态下，能停止背部框架(14)向使用者前方的倾倒。
文档编号A61F5/01GK102548514SQ20108004291
公开日2012年7月4日 申请日期2010年3月4日 优先权日2009年9月28日
发明者佐藤裕, 小林宏, 小林宽征, 山本公平, 桥本卓弥, 石渡英治, 铃木启太 申请人:学校法人东京理科大学