本開示は、過渡状態における力を計測する力計測センサ構造、複合型力計測センサ構造、負荷制御装置、筋力訓練支援装置及び動作支援装置に関する。
これまで、人体の動作を支援する動作支援装置が開発されている（例えば、特許文献１及び２参照。）。 この動作支援装置では、筋肉の動きを検知するセンサが用いられている。 しかし、筋肉にセンサを設けることは困難な場合がある。 一方、一般的に力を計測する方法としては、例えば、歪みゲージによって電気抵抗の変化を計測し、歪みを算出し、印加されている力を計測する方法や、歪みによる圧電効果を計測し、印加されている力を計測する方法等がある。
国際公開公報第２００７／０４３３０８号
特開２００８−１２３５８号公報
動的な力のなかでも、人力は一定の力ではなく、初期に加わる力が大きく、その後の力は初期に比べて小さくなる。 また、初期とその後では、力の印加方向も変化する場合がある。 人力による動作を支援しようとする場合には、むしろ初期の力ではなく、その後の力を計測する必要がある。 しかし、このような場合、歪みゲージを用いた力センサや、圧電効果を利用した力センサでは、初期の大きな力を検出してしまうため、その後の力とは異なる大きさ、方向の力を検出してしまうという問題があった。 初期の大きな力を計測した場合には、動作支援のために供給される動力が過剰となってしまい思わぬ動きをする場合がある。 また、初期とその後の力の方向が異なる場合には、動作支援の方向が全く逆になってしまうという問題があった。 そこで、本開示の目的は、人力のように一定の力でなく、初期に比べてその後の力が小さくなる力を計測する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測できる力計測センサを提供することである。
本開示に係る力計測センサ構造は、第１の端部と第２の端部とを有する軸と、
前記軸に沿って前記第１の端部と前記第２の端部との間を移動可能に設けられた中間子と、
前記軸に沿って前記第１の端部と前記中間子との間に設けられた第１の弾性部材と、
前記軸に沿って前記第２の端部と前記中間子との間に設けられた第２の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、
を備え、
前記第１及び第２の弾性部材は、前記中間子を支持すると共に、前記中間子に対して、前記軸に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記リニアポテンショメータによって、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出して前記中間子に加わっている力を計測する。 上記の概括的かつ特定の態様は、上記力計測センサ構造を用いた負荷制御装置、動作支援装置及び筋力訓練支援装置として実現してもよい。
本開示に係る力計測センサ構造によれば、初期に比べてその後の力が小さくなる力を計測する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測できる。
本開示の実施の形態１に係る力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。 図１の力計測センサ構造の分解斜視図である。 本開示の実施の形態１に係る力計測センサ構造の変形例の構成を示す斜視図である。 （ａ）は、図１及び図３の力計測センサ構造１０、１０ａにおいて、中間子に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子が上向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図であり、（ｂ）は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す正面図であり、（ｃ）は、中間子に下向き（−）方向の力が印加され、中間子が下向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図である。 本開示の実施の形態１に係る負荷制御装置の構成を示す斜視図である。 図５の負荷制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図６の制御部の物理的な構成例を示すブロック図である。 図６の制御部の機能的な構成例を示すブロック図である。 本開示の実施の形態１に係る動作支援装置／筋力訓練支援装置の構成を示す斜視図である。 図９の動作支援装置／筋力訓練支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態１に係る動作支援装置の動作を説明するフローチャートである。 本開示の実施の形態１に係る筋力訓練支援装置の動作を説明するフローチャートである。 本開示の実施の形態２に係る力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。 図１３の力計測センサ構造の分解斜視図である。 （ａ）は、図１３の力計測センサ構造において、中間子に時計回り（＋）方向の力が印加され、中間子が時計回り（＋）方向に移動した場合の位置を示す正面図であり、（ｂ）は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す正面図であり、（ｃ）は、中間子に反時計回り（−）方向の力が印加され、中間子が反時計回り（−）方向に移動した場合の中間子の位置を示す正面図である。 本開示の実施の形態２に係る負荷制御装置の構成を示す斜視図である。 図１６の負荷制御装置の機能的な構成を示すブロック図である。 図１７の制御部の物理的な構成例を示すブロック図である。 図１７の制御部の機能的な構成例を示すブロック図である。 本開示の実施の形態２に係る動作支援装置／筋力訓練支援装置の構成を示す斜視図である。 図２０の動作支援装置／筋力訓練支援装置の機能的な構成を示すブロック図である。 本開示の実施の形態２に係る動作支援装置の動作を説明するフローチャートである。 本開示の実施の形態２に係る筋力訓練支援装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態３に係る力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。 図２４の力計測センサ構造の分解斜視図である。 （ａ）は、図２４の力計測センサ構造において、中間子に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子が上向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図であり、（ｂ）は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す正面図であり、（ｃ）は、中間子に下向き（−）方向の力が印加され、中間子が下向きに移動した場合の中間子の位置を示す正面図である。 実施の形態４に係る複合型力計測センサ構造の構成を示す斜視図である。 図２７の複合型力計測センサ構造の分解斜視図である。 図２７の複合型力計測センサ構造のＡ−Ａ方向から見た断面図である。 図２７の複合型力計測センサ構造のＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 （ａ）は、図２７の複合型力計測センサ構造において、中間子に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子が上向きに移動した場合の中間子の位置を示す斜視図であり、（ｂ）は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示す斜視図であり、（ｃ）は、中間子に下向き（−）方向の力が印加され、中間子が下向きに移動した場合の中間子の位置を示す斜視図である。 （ａ）は、図２７の複合型力計測センサ構造において、中間子に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子が上向きに移動した場合の中間子の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図であり、（ｂ）は、中間子に力が印加されていない場合の中間子の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図であり、（ｃ）は、中間子に下向き（−）方向の力が印加され、中間子が下向きに移動した場合の中間子の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図である。
本開示の第１態様に係る力計測センサ構造は、第１の端部と第２の端部とを有する軸と、
前記軸に沿って前記第１の端部と前記第２の端部との間を移動可能に設けられた中間子と、
前記軸に沿って前記第１の端部と前記中間子との間に設けられた第１の弾性部材と、
前記軸に沿って前記第２の端部と前記中間子との間に設けられた第２の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータと、
を備え、
前記第１及び第２の弾性部材は、前記中間子を支持すると共に、前記中間子に対して、前記軸に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記リニアポテンショメータによって、前記軸に沿った前記中間子の一次元方向の位置を検出して前記中間子に加わっている力を計測する。 本開示の第２態様に係る力計測センサ構造は、支点に対して回転可能な長さを有する測定子と、
前記測定子の所定位置に設けられた中間子と、
前記測定子の延在する方向と交差する方向について、前記中間子の両端に設けられ、前記中間子を支持する第１及び第２の弾性部材と、
前記中間子と接続され、前記第１の弾性部材と前記中間子と前記第２の弾性部材とを結ぶ円弧における前記中間子の回転角度の変化を検出する回転ポテンショメータと、
を備え、
前記第１及び第２の弾性部材は、前記円弧に沿って、前記中間子の前記支点を中心とする回転方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であって、
前記回転ポテンショメータによって、前記円弧における前記中間子の回転角度の変化を検出して前記中間子に加わっている力を計測する。 本開示の第３態様に係る力計測センサ構造は、前記第１態様又は前記第２態様に係る力計測センサ構造において、前記第１及び第２の弾性部材は、バネ、ゴム、エア（空気）等の群から選ばれる一種以上の部材から構成されていてもよい。 本開示の第４態様に係る力計測センサ構造は、前記第１態様又は前記第２態様に係る力計測センサ構造において、前記中間子と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、前記中間子に力を伝達する把持部をさらに備えてもよい。 本開示の第５態様に係る負荷制御装置は、前記第１態様から第４態様のいずれかの前記力計測センサ構造と、
前記力計測センサ構造の前記第１及び第２の弾性部材から前記中間子に印加する負荷を変化させる駆動部と、
計測された前記中間子に加わっている力に応じて前記駆動部を制御する制御部と、
を備える。 本開示の第６態様に係る負荷制御装置は、前記第５態様に係る負荷制御装置において、前記駆動部は、前記第１及び第２の弾性部材から前記中間子に印加する負荷の大きさと、負荷の方向とを変化させてもよい。 本開示の第７態様に係る動作支援装置は、前記第５態様又は前記第６態様の前記負荷制御装置を備え、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された前記中間子に加わっている力を軽減するように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の動きを支援する。 本開示の第８態様に係る動作支援装置は、前記第７態様の動作支援装置において、前記負荷制御装置を使用者の身体に装着する装着部をさらに備えてもよい。 本開示の第９態様に係る筋力訓練支援装置は、前記第５態様又は前記第６態様の前記負荷制御装置を備え、
前記制御部は、前記使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、前記中間子に所定の力が印加されるように前記駆動部を制御して、前記使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援する。 本開示の第１０態様に係る筋力訓練支援装置は、前記第９態様の筋力訓練支援装置において、前記負荷制御装置を使用者の身体に装着する装着部をさらに備えてもよい。 本開示の第１１態様に係る力計測センサ構造は、前記第４態様において、前記把持部は、使用者が鉛直方向に支持可能な表面形状を有してもよい。 本開示の第１２態様に係る力計測センサ構造は、前記第４態様において、前記把持部は、使用者が水平方向に支持可能な表面形状を有してもよい。 本開示の第１３態様に係る複合型力計測センサ構造は、前記第４態様の２つの第１及び第２の力計測センサ構造を組み合わせた複合型力計測センサ構造であって、
前記第１及び第２の力計測センサ構造のそれぞれの軸を互いに平行に配置し、
前記第１及び第２の力計測センサ構造のそれぞれの把持部を連結して一つの把持部とする。 本開示の第１４態様に係る複合型力計測センサ構造は、前記第１３態様において、前記第１及び第２の力計測センサ構造は、いずれか一方のリニアポテンショメータのみを有する。 以下、本開示に係る力計測センサ構造、複合型力計測センサ構造、負荷制御装置、動作支援装置、及び、筋力訓練支援装置について、添付図面を用いて説明する。 なお、図面において、実質的に同一の部材には同一の符号を付している。 （実施の形態１）
＜力計測センサ構造＞
図１は、実施の形態１に係る力計測センサ構造１０の構成を示す概略斜視図である。 図２は、図１の力計測センサ構造１０の分解斜視図である。
この力計測センサ構造１０は、第１の端部５ａと第２の端部５ｂとを有する軸１と、軸１に沿って第１の端部５ａと第２の端部５ｂとの間を移動可能に設けられた中間子２と、軸１に沿って第１の端部５ａと中間子２との間に設けられた第１の弾性部材３ａと、軸１に沿って第２の端部５ｂと中間子２との間に設けられた第２の弾性部材３ｂと、中間子２と接続され、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出するリニアポテンショメータ４と、を備える。 第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、中間子２を支持すると共に、中間子２に対して、軸１に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であるように設けられている。 この力計測センサ構造１０では、リニアポテンショメータ４によって、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出して中間子２に加わっている力を計測することができる。 以下に、この力計測センサ構造１０を構成する各部材について説明する。 ＜軸＞
軸１は、中間子２、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂを支持するものであって、中間子２の動きをその両端部５ａ、５ｂの間に規定する。 なお、図１及び２では、中間子２及び第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、軸１が貫通するように設けているが、これに限られず、例えば、中間子２の側面に設けた溝を軸１が通るようにしてもよい。 また、軸１の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。 ＜中間子＞
中間子２は、軸１に沿ってその両端部５ａ、５ｂの間で移動可能に設けられる。 中間子２の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。 ＜第１及び第２の弾性部材＞
第１の弾性部材３ａは、軸１に沿って第１の端部５ａと中間子２との間に設けられる。 第２の弾性部材３ｂは、軸１に沿って第２の端部５ｂと中間子２との間に設けられる。 また、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、中間子２の両端に設けられているので、中間子２を支持する。 この第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、中間子２を支持すると共に、中間子２に対して、軸１に沿った一次元方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能であるように設けられている。 ＜リニアポテンショメータ＞
リニアポテンショメータ４は、中間子２と接続され、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出する。 このリニアポテンショメータ４は、一次元方向の位置を検出することができるものであればよく、通常使用されるリニアポテンショメータ４を用いることができる。 なお、図１及び図２では、リニアポテンショメータ４の一方の端部を第１の弾性部材３ａ側の端部に固定しているが、これに限られるものではなく、第２の弾性部材３ｂ側の端部に固定してもよい。 （変形例）
図３は、本開示の実施の形態１の変形例に係る力計測センサ構造１０ａの構成を示す斜視図である。 この変形例に係る力計測センサ構造１０ａでは、図１の力計測センサ構造１０と対比すると、中間子２に把持部（グリップ）１２を設けている点で相違する。 この把持部１２を使用者が手で握ることによって、中間子２に力を印加しやすくできる。 なお、図３では、把持部１２は、手で握るのに適したグリップ形状としているが、これに限られず、例えば、足で踏むペダル形状としてもよい。 把持部１２は、上肢又は下肢と連動して、中間子２に力を印加できるものであればよい。 また、本開示の実施の形態１の変形例に係る力計測センサ構造１０ａは、一端にフック１３を有する。 このフック１３は、移動させる対象物を吊下げることができる。 図４（ａ）は、図１及び図３の力計測センサ構造１０、１０ａにおいて、中間子２に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子２が上向きに移動した場合の中間子２の位置を示す正面図であり、図４（ｂ）は、中間子２に力が印加されていない場合の中間子２の位置を示す正面図であり、図４（ｃ）は、中間子２に下向き（−）方向の力が印加され、中間子２が下向きに移動した場合の中間子２の位置を示す正面図である。
図４（ａ）に示すように、中間子２が上向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが圧縮されると共に、第２の弾性部材３ｂが伸長されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に下向きの負荷がかかる。 一方、図４（ｃ）に示すように、中間子２が下向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが伸長されると共に、第２の弾性部材３ｂが圧縮されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に上向きの負荷がかかる。 この力計測センサ構造１０、１０ａでは、リニアポテンショメータ４によって、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出して、中間子２に加わっている力を計測する。 例えば、中間子２の位置が上向きの場合には、中間子２には下向きの負荷がかかっていることがわかる。 一方、中間子２の位置が下向きの場合には、中間子２には上向きの負荷がかかっていることがわかる。 ＜負荷制御装置＞
図５は、実施の形態１に係る負荷制御装置２０の構成を示す斜視図である。 図６は、図５の負荷制御装置２０の機能的な構成を示すブロック図である。
図５及び図６に示すように、この負荷制御装置２０は、力計測センサ構造１０ａと、その上部に固定されたワイヤ１１と、ワイヤ１１を巻き取る、あるいは、放出するモータ（駆動部）１６と、モータ（駆動部）１６を制御する制御部１８と、を備える。 ワイヤ１１は、力計測センサ構造１０ａの上端に固定されているので、モータ（駆動部）１６を駆動してワイヤ１１を巻き取ってワイヤ１１を上向きに引っ張る、あるいは、逆回転させてワイヤ１１を放出してゆるめることで、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に印加する負荷を変化させることができる。 制御部１８は、計測された中間子２に加わっている力に応じて駆動部１６を制御する。 以下に、この負荷制御装置２０を構成する各部材について説明する。
＜駆動部＞
駆動部１６は、例えば、ワイヤ１１を巻き取る、あるいは、逆方向に回転させてワイヤ１１を放出することができるモータ等を使用できる。 駆動部１６の構成はモータに限られず、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に印加する負荷を変化させることができるものであれば使用できる。 例えば、上記モータ１６では、ワイヤ１１を引っ張って、第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂを固定する上端を上向き又は下向きに移動させるのに対して、第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂと中間子２との相対位置を上向き又は下向きに変化させて、第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂから中間子２にかかる負荷を変化させるものであってもよい。 ＜制御部＞
図７は、図６の制御部１８の物理的な構成例を示すブロック図である。 図８は、図６の制御部１８の機能的な構成例を示すブロック図である。
この制御部１８は、例えば、図７に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ２２、記憶部２３、入力部２４、出力部２５等を備えたパーソナルコンピュータによって実現してもよい。 また、この制御部１８の機能的な構成は、図８に示すように、ポテンショメータの値を読み取るポテンショメータ読み取り部２６と、中間子２に印加されている力を算出する中間子印加力算出部２７と、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に加える負荷を制御する弾性部材負荷制御部２８と、を備えてもよい。 ＜動作支援装置及び筋力訓練支援装置＞
図９は、実施の形態１に係る支援装置２９（動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂ）の構成を示す概略斜視図である。 図１０は、図９の支援装置２９（動作支援装置３０ａ／筋力訓練支援装置３０ｂ）の機能的な構成を示すブロック図である。 なお、動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂを総称する場合、支援装置２９と称する。
この支援装置２９（動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂ）は、上記負荷制御装置２０と、身体用装着部３２ａとを備える。 なお、負荷制御装置２０の力計測センサ構造１０ａには、把持部１２を備える。 この把持部１２は、力計測センサ構造１０ａの中間子２と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、中間子２に力を伝達する。 具体的には、把持部１２は、手で握って力を印加しやすくするために設けられている。 なお、把持部１２は、図９の例では手で握ることができる形状としているが、これに限られず、上肢又は下肢の動きと連動するように、上肢又は下肢に固定してもよい。 また、身体用装着部３２ａによって装着しやすくしてもよい。 なお、身体用装着部３２ａは、この支援装置２９（動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂ）の構成に必須のものではない。 ＜動作支援装置＞
この支援装置２９（動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂ）は、動作支援装置３０ａとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子２に加わっている力を軽減するように駆動部１６を制御して、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
具体的には、使用者が把持部１２を握って中間子２を上向きに持ち上げる動作を行った場合、図４（ａ）に示されるように、中間子２は上向きに移動する。 この場合、第１の弾性部材３ａは圧縮され、第２の弾性部材３ｂは伸長され、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２には下向きの力がかかる。 そこで、リニアポテンショメータ４で中間子２の位置が上向きにあることを検出した場合には、モータ（駆動部）１６を駆動させてワイヤ１１を巻き上げて上向きに引っ張って使用者の上向きに持ち上げる動作を支援する。
また、使用者が把持部１２を握って中間子２を下向きに押し下げる動作を行った場合、図４（ｃ）に示されるように、中間子２は下向きに移動する。 この場合、第１の弾性部材３ａは伸長され、第２の弾性部材３ｂは圧縮され、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２には上向きの力がかかる。 そこで、リニアポテンショメータ４で中間子２の位置が下向きにあることを検出した場合には、モータ（駆動部）１６を駆動させてワイヤ１１を逆方向に回転させてワイヤ１１をゆるめて使用者の下向きに押し下げる動作を支援する。 ＜動作支援フローチャート＞
図１１は、本開示の実施の形態１に係る動作支援装置３０ａの動作を説明するフローチャートである。
（１）リニアポテンショメータ４の値を読み込む（Ｓ０１）。
（２）リニアポテンショメータ４の値は上向き（＋）方向か否か判断し（Ｓ０２）、上向き（＋）方向の場合には、ワイヤ１１を巻き取って上向き方向の動作を支援するようにモータを駆動する（Ｓ０３）。 その後、上記ステップＳ０１に戻り、再度リニアポテンショメータ４の値を読み込む。 一方、リニアポテンショメータ４の値が上向きでない場合には、次のステップＳ０４に移動する。
（３）リニアポテンショメータ４の値は下向き（−）方向か否か判断し（Ｓ０４）、下向き（−）方向の場合には、ワイヤ１１を放出して下向き方向の動作を支援するようにモータを駆動する（Ｓ０５）。 その後、上記ステップＳ０１に戻り、再度リニアポテンショメータ４の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。 これによって、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。 ＜筋力訓練支援装置＞
この支援装置２９（動作支援装置３０ａ及び筋力訓練支援装置３０ｂ）は、筋力訓練支援装置３０ｂとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子２に加わっている力を増加するように駆動部１６を制御して、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
具体的には、リニアポテンショメータ４で中間子２の位置が既定値より上向きにあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも大きな力が印加されていることがわかる。 そこで、モータ（駆動部）１６を駆動させてワイヤ１１を巻き上げて上向きに引っ張って、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
また、リニアポテンショメータ４で中間子２の位置が既定値より下向きにあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも小さな力が印加されていることがわかる。 そこで、モータ（駆動部）１６を駆動させてワイヤ１１を逆方向に回転させてワイヤ１１をゆるめて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。 ＜筋力訓練支援フローチャート＞
図１２は、本開示の実施の形態１に係る筋力訓練支援装置３０ｂの動作を説明するフローチャートである。
（１）リニアポテンショメータ４の値を読み込む（Ｓ１１）。
（２）リニアポテンショメータ４の値は規定値より上向き（＋）方向か否か判断し（Ｓ１２）、規定値より上向き（＋）方向の場合には、ワイヤ１１を巻き取って規定値の負荷となるようにモータ１６を駆動する（Ｓ１３）。 その後、上記ステップＳ１１に戻り、再度リニアポテンショメータ４の値を読み込む。 一方、リニアポテンショメータ４の値が規定値より上向きでない場合には、次のステップＳ１４に移動する。
（３）リニアポテンショメータ４の値は規定値より下向き（−）方向か否か判断し（Ｓ１４）、規定値より下向き（−）方向の場合には、ワイヤ１１を放出して規定値の負荷となるようにモータ１６を駆動する（Ｓ１５）。 その後、上記ステップＳ１１に戻り、再度リニアポテンショメータ４の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。 これによって、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。 以上の説明から明らかなように、本開示の実施の形態１に係る支援装置２９（動作支援装置３０ａおよび筋力訓練支援装置３０ｂ）は、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂで中間子２を支持する構成としているため、使用者が急な動きを行っても、力計測センサ構造１０、１０ａが過敏に反応し過ぎることはない。 従って、使用者の動作に適した範囲で、支援装置２９（動作支援装置３０ａおよび筋力訓練支援装置３０ｂ）の最適化が可能となる。
特に、動作支援装置３０ａとして用いる場合、作業内容に応じて第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の特性が向上し、使用者に掛かる負荷を軽減できる。 同様に、筋力訓練支援装置３０ｂとして用いる場合、使用者が回復すべき機能に応じて第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の負荷を最適化できる。 つまり、各方向に対する最適な負荷を設定できる。 よって、使用者は、上向き方向に対して最適な負荷による訓練と下向き方向に対して最適な負荷による訓練とを同時に行うことが可能となり、訓練時間を短縮できる。 （実施の形態２）
＜力計測センサ構造＞
図１３は、本開示の実施の形態２に係る力計測センサ構造１０ｂの構成を示す斜視図である。 図１４は、図１３の力計測センサ構造１０ｂの分解斜視図である。
この力計測センサ構造１０ｂは、支点７に対して回転可能な長さを有する測定子６と、測定子６の所定位置に設けられた中間子２と、測定子６の延在する方向と交差する方向について、中間子２の両端に設けられ、中間子２を支持する第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂと、中間子２と接続され、第１の弾性部材３ａと中間子２と第２の弾性部材３ｂとを結ぶ円弧における中間子２の回転角度の変化を検出する回転ポテンショメータ９と、を備える。 また、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、中間子２に対して、上記円弧に沿って、中間子２の支点７を中心とする回転方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能に設けられている。 さらに、回転ポテンショメータ９によって、上記円弧における中間子２の回転角度の変化を検出して中間子２に加わっている力を計測することができる。
測定子６の支点７となる回転軸は、ベース１４に設けられている。 また、第１の弾性部材３ａを上端は第１のバネ受け１５ａで受けており、第２の弾性部材３ｂの下端は第２のバネ受け１５ｂで受けている。 第１及び第２のバネ受け１５ａ、１５ｂは、ベース１４に設けられている。 ベース１４に設けられた支点７は、測定子６に設けられた軸受７ａと嵌合する。 以下に、この力計測センサ構造１０ｂを構成する各部材について説明する。 ＜測定子＞
測定子６は、回転軸（支点）７に対して回転可能に設けられている。 測定子６の所定値に中間子２を設け、中間子に印加される力を計測するために、測定子６は剛体からなることが好ましい。 測定子６の材料としては、剛体であればよく、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。 ＜中間子＞
中間子２は、測定子６の所定位置に設けられる。 中間子２の材料は、例えば、鉄、ステンレス、アルミニウム、木材、竹等の力計測において通常使用可能なものであれば使用することができる。 ＜第１及び第２の弾性部材＞
第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂは、測定子６の延在する方向と交差する方向について、中間子２の両端に設けられ、中間子２を支持する。 この第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂは、中間子２に対して、第１の弾性部材３ａと中間子２と第２の弾性部材３ｂとを結ぶ上記円弧に沿って、中間子２の支点７を中心とする回転方向の互いに対向する方向に負荷を印加可能に設けられている。 ＜回転ポテンショメータ＞
回転ポテンショメータ９は、中間子２と接続され、第１の弾性部材３ａと中間子２と第２の弾性部材３ｂとを結ぶ円弧における中間子２の回転角度の変化を検出する。 回転ポテンショメータ９によって、円弧における中間子２の回転角度の変化を検出して中間子２に加わっている力を計測することができる。 図１５（ａ）は、図１３の力計測センサ構造１０ｂにおいて、中間子２に時計回り（＋）方向の力が印加され、中間子２が時計回り（＋）方向に移動した場合の位置を示す正面図であり、図１５（ｂ）は、中間子２に力が印加されていない場合の中間子２の位置を示す正面図であり、図１５（ｃ）は、中間子２に反時計回り（−）方向の力が印加され、中間子２が反時計回り（−）方向に移動した場合の中間子２の位置を示す正面図である。
図１５（ａ）に示すように、中間子２が時計回り（＋）方向の位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが圧縮されると共に、第２の弾性部材３ｂが伸長されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に反時計回り（−）方向の負荷がかかる。 一方、図１５（ｃ）に示すように、中間子２が反時計回り（−）方向の位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが伸長されると共に、第２の弾性部材３ｂが圧縮されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に時計回り（＋）方向の負荷がかかる。 この力計測センサ構造１０ｂでは、回転ポテンショメータ９によって、第１の弾性部材３ａと中間子２と第２の弾性部材３ｂとを結ぶ円弧における中間子２の回転角度の変化を検出して、中間子２に加わっている力を計測する。 例えば、中間子２の位置が時計回り（＋）方向の場合には、中間子２には反時計回り（−）方向の負荷がかかっていることがわかる。 一方、中間子２の位置が反時計回り（−）方向の場合には、中間子２には時計回り（＋）方向の負荷がかかっていることがわかる。 ＜負荷制御装置＞
図１６は、本開示の実施の形態２に係る負荷制御装置２０ａの構成を示す斜視図である。 図１７は、図１６の負荷制御装置２０ａの機能的な構成を示すブロック図である。
図１６及び図１７に示すように、この負荷制御装置２０ａは、力計測センサ構造１０ｂと、第１及び第２のバネ受け１５ａ、１５ｂを設けたベース１４を回転させるモータ（駆動部）１６と、モータ（駆動部）１６を制御する制御部１８と、を備える。 また、測定子６の先端に手で握ることができる把持部１２ａを設けている。 さらに、この負荷制御装置２０ａを上腕用装着部３１ａ、３１ｂによって上腕に装着することができる。 上記モータ（駆動部）１６によって、第１及び第２のバネ受け１５ａ、１５ｂを設けたベース１４を回転させることによって、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に印加する負荷を変化させることができる。 以下に、この負荷制御装置２０ａを構成する各部材について説明する。
＜駆動部＞
駆動部１６は、例えば、第１及び第２のバネ受け１５ａ、１５ｂを設けたベース１４を回転させることができるモータ等を使用できる。 駆動部１６の構成はモータに限られず、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に印加する負荷を変化させることができるものであれば使用できる。 例えば、第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂと中間子２との相対位置を上向き又は下向きに変化させて、第１の弾性部材３ａ及び第２の弾性部材３ｂから中間子２にかかる負荷を変化させるものであってもよい。 ＜制御部＞
図１８は、図１７の制御部１８の物理的な構成例を示すブロック図である。 図１９は、図１７の制御部１８の機能的な構成例を示すブロック図である。
この制御部１８は、例えば、図１８に示すように、ＣＰＵ２１、メモリ２２、記憶部２３、入力部２４、出力部２５等を備えたパーソナルコンピュータによって実現してもよい。 また、この制御部１８の機能的な構成は、図１９に示すように、ポテンショメータの値を読み取るポテンショメータ読み取り部２６と、中間子２に印加されている力を算出する中間子印加力算出部２７と、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２に加える負荷を制御する弾性部材負荷制御部２８と、を備えてもよい。 ＜動作支援装置／筋力訓練支援装置＞
図２０は、本開示の実施の形態２に係る支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ／筋力訓練支援装置３０ｄ）の構成を示す斜視図である。 図２１は、図２０の支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ／筋力訓練支援装置３０ｄ）の機能的な構成を示すブロック図である。
この支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ及び筋力訓練支援装置３０ｄ）は、上記負荷制御装置２０ａと、上腕用装着部３１ａ、３１ｂと、身体用装着部３２ｂとを備える。 なお、負荷制御装置２０ａの力計測センサ構造１０ｂには、把持部１２ａを備える。 この把持部１２ａは、力計測センサ構造１０ｂの中間子２と接続され、使用者の上肢又は下肢の動きと連動して、中間子２に力を伝達する。 具体的には、把持部１２ａは、手で握って力を印加しやすくするために設けられている。 なお、把持部１２ａは、図２０の例では手で握ることができる形状としているが、これに限られず、上肢又は下肢の動きと連動するように、上肢又は下肢に固定してもよい。 また、上腕用装着部３１ａ、３１ｂによって装着しやすくしてもよい。 さらに、制御部１８や電源３３等は、身体用装着部３２ｂで身体に装着してもよい。 なお、上腕用装着部３１ａ、３１ｂ及び身体用装着部３２ｂは、この支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ及び筋力訓練支援装置３０ｄ）の構成に必須のものではない。 ＜動作支援装置＞
この支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ及び筋力訓練支援装置３０ｄ）は、動作支援装置３０ｃとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子２に加わっている力を軽減するように駆動部１６を制御して、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。
具体的には、使用者が把持部１２ａを握って中間子２を時計回り（＋）方向に持ち上げる動作を行った場合、図１５（ａ）に示されるように、中間子２は時計回り（＋）方向に移動する。 この場合、第１の弾性部材３ａは圧縮され、第２の弾性部材３ｂは伸長され、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２には反時計回り（−）方向の力がかかる。 そこで、回転ポテンショメータ９で中間子２の回転角度が時計回り（＋）方向にあることを検出した場合には、モータ（駆動部）１６を駆動させてベース１４を時計回り（＋）方向に回転させて、使用者の時計回り（＋）方向に持ち上げる動作を支援する。
また、使用者が把持部１２ａを握って中間子２を反時計回り（−）方向に押し下げる動作を行った場合、図１５（ｃ）に示されるように、中間子２は反時計回り（−）方向に移動する。 この場合、第１の弾性部材３ａは伸長され、第２の弾性部材３ｂは圧縮され、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから中間子２には時計回り（＋）方向の力がかかる。 そこで、回転ポテンショメータ９で中間子２の回転角度が反時計回り（−）方向にあることを検出した場合には、モータ（駆動部）１６を駆動させてベース１４を反時計回り（−）方向に回転させて、使用者の反時計回り（−）方向に押し下げる動作を支援する。 ＜動作支援フローチャート＞
図２２は、本開示の実施の形態２に係る動作支援装置３０ｃの動作を説明するフローチャートである。
（１）回転ポテンショメータ９の値を読み込む（Ｓ２１）。
（２）回転ポテンショメータ９の値は時計回り（＋）方向か否か判断し（Ｓ２２）、時計回り（＋）方向の場合には、時計回り方向の動作を支援するようにモータを駆動してベース１４を時計回りに回転させる（Ｓ２３）。 その後、上記ステップＳ２１に戻り、再度回転ポテンショメータ９の値を読み込む。 一方、回転ポテンショメータ９の値が時計回り方向でない場合には、次のステップＳ２４に移動する。
（３）回転ポテンショメータ９の値は反時計回り（−）方向か否か判断し（Ｓ２４）、反時計回り（−）方向の場合には、逆時計回り方向の動作を支援するようにモータを駆動してベースを反時計回り方向に回転させる（Ｓ２５）。 その後、上記ステップＳ２１に戻り、再度回転ポテンショメータ９の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。 これによって、使用者の上肢又は下肢の動きを支援することができる。 ＜筋力訓練支援装置＞
この支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃ及び筋力訓練支援装置３０ｄ）は、筋力訓練支援装置３０ｄとして機能させる場合には、使用者の上肢又は下肢の動きに応じて、計測された中間子２に加わっている力を増加するように駆動部１６を制御して、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。
具体的には、回転ポテンショメータ９で中間子２の位置が既定値より時計回り（＋）方向にあることを検出した場合には、筋力訓練であらかじめ設定された使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも大きな力が印加されていることがわかる。 そこで、モータ（駆動部）１６を駆動させてベース１４を時計回り（＋）方向に回転させて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。
また、回転ポテンショメータ９で中間子２の位置が既定値より反時計回り（−）方向にあることを検出した場合には、あらかじめ設定された筋力訓練で使用者の上肢又は下肢に加えられる既定値の力よりも小さな力が印加されていることがわかる。 そこで、モータ（駆動部）１６を駆動させてベース１４を反時計回り（−）方向に回転させて、使用者の上肢又は下肢に加えられる力が既定値の力となるようにして、使用者の筋力訓練を支援する。 この筋力訓練支援装置３０ｄでは、回転ポテンショメータ９によって中間子２の回転角度を検出し、使用者に加わっている力が既定値より大きい場合には軽減し、既定値より小さい場合には大きくして、使用者に加わる負荷を一定の負荷とすることができる。 これによって、使用者の筋力訓練において、使用者の動きにかかわらず一定の負荷に保つことができる。 ＜筋力訓練支援フローチャート＞
図２３は、本開示の実施の形態２に係る筋力訓練支援装置３０ｄの動作を説明するフローチャートである。
（１）回転ポテンショメータ９の値を読み込む（Ｓ３１）。
（２）回転ポテンショメータ９の値は規定値より時計回り（＋）方向か否か判断し（Ｓ３２）、規定値より時計回り（＋）方向の場合には、規定値の負荷となるようにモータを駆動してベースを時計回り方向に回転させる（Ｓ３３）。 その後、上記ステップＳ３１に戻り、再度回転ポテンショメータ９の値を読み込む。 一方、回転ポテンショメータ９の値が規定値より時計回り方向でない場合には、次のステップＳ３４に移動する。
（３）回転ポテンショメータ９の値は規定値より反時計回り（−）方向か否か判断し（Ｓ３４）、規定値より反時計回り（−）方向の場合には、規定値の負荷となるようにモータを駆動してベースを反時計回りに回転させる（Ｓ３５）。 その後、上記ステップＳ３１に戻り、再度回転ポテンショメータ９の値を読み込む。
以上の各ステップを繰り返す。 これによって、使用者の上肢又は下肢の筋力訓練を支援することができる。 以上の説明から明らかなように、本開示の実施の形態２に係る支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃおよび筋力訓練支援装置３０ｄ）は、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂで中間子２を支持する構成としているため、使用者が急な動きを行っても、力計測センサ構造１０ｂが過敏に反応し過ぎることはない。 従って、使用者の動作に適した範囲で、支援装置２９ａ（動作支援装置３０ｃおよび筋力訓練支援装置３０ｄ）の最適化が可能となる。
特に、動作支援装置３０ｃとして用いる場合、作業内容に応じて第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の特性が向上し、使用者に掛かる負荷を軽減できる。 同様に、筋力訓練支援装置３０ｄとして用いる場合、使用者が回復すべき機能に応じて第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂを調整すれば、上記説明で示した上向き方向と下向き方向の負荷を最適化できる。 つまり、各方向に対する最適な負荷を設定できる。 よって、使用者は、上向き方向に対して最適な負荷による訓練と下向き方向に対して最適な負荷による訓練とを同時に行うことが可能となり、訓練時間を短縮できる。 （実施の形態３）
図２４は、実施の形態３に係る力計測センサ構造１０ｃの構成を示す斜視図である。 図２５は、図２４の力計測センサ構造１０ｃの分解斜視図である。
図３の力計測センサ構造１０ａでは、把持部１２は、使用者が鉛直方向に支持可能なグリップ形状を有している。 一方、この力計測センサ構造１０ｃでは、図３の力計測センサ構造１０ａと対比すると、中間子２に設けた把持部１２ｂにおいて、使用者が水平方向に支持可能な凹凸形状の支持部１９を有する点で相違する。 この把持部１２ｂの支持部１９を使用者が手で水平に支持することによって、中間子２に力を印加しやすくできる。 なお、図２４では、把持部１２ｂを、手で支えるのに適した凹凸形状としているが、これに限られず、例えば、水平方向に握ることができる水平なグリップ形状としてもよい。 あるいは、円環状のグリップ形状であってもよい。 さらに、上記円環の一部を直線形状にしたものであってもよい。 また、図２４では、把持部１２ｂの支持部１９を上方に設けているが、これに限られず、下方又は中央等の上下方向のいずれの位置に設けてもよい。 なお、把持部１２ｂは、上肢又は下肢と連動して、中間子２に力を印加できるものであればよい。 また、実施の形態３に係る力計測センサ構造１０ｃは、一端にフック１３を有する。 このフック１３は、移動させる対象物を載置することができる。 このフック１３の形状は、移動させる対象物の形状、大きさに応じて適宜選択すればよい。
なお、図２４に示されるように、この力計測センサ構造１０ｃでは、第１の端部５ａ及び第２の端部５ｂと、フック１３と、を一体的に構成している。 これによって部品点数を減らすことができ、製造工程を簡素化できる。
また、図２４では、図３と同様に、フック１３は、第２の端部５ｂ側に設けられている。 また、この力計測センサ構造１０ｃでは、図２５の分解斜視図に示すように、把持部１２ｂ側には軸１に平行な２本の溝３４を設け、フック１３側には上記溝３４に沿って移動可能な２本の櫛歯３５を設けている。 この溝３４と櫛歯３５とを互いに嵌合するように把持部１２ｂとフック１３とを組み合わせている。 これによって、把持部１２ｂとフック１３とを、軸１に沿った一軸方向に限って相対移動させることができる。
なお、中間子２は、軸１に挿通されているので、本来的には軸１に沿った一軸方向の移動のみが可能な構造である。 しかし、把持部１２ｂに水平方向に過剰な負荷が印加された場合には、中間子２が軸１から離れる力を受けて、その結果、軸１を損傷してしまう可能性もある。 この力計測センサ構造１０ｃでは、上記のように軸１に平行な溝３４と、該溝３４に沿って移動可能な櫛歯３５とを組合せている。 これによって、たとえ把持部１２ｂに水平方向に過剰な負荷が印加された場合であっても、軸１を損傷することなく、把持部１２ｂとフック１３とを、軸１に沿った一軸方向に限って相対移動させることができる。 図２６（ａ）は、図２４の力計測センサ構造１０ｃにおいて、中間子２に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子２が上向きに移動した場合の中間子２の位置を示す正面図であり、図２６（ｂ）は、中間子２に力が印加されていない場合の中間子２の位置を示す正面図であり、図２６（ｃ）は、中間子２に下向き（−）方向の力が印加され、中間子２が下向きに移動した場合の中間子２の位置を示す正面図である。
図２６（ａ）に示すように、中間子２が上向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが圧縮されると共に、第２の弾性部材３ｂが伸長されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に下向きの負荷がかかる。 一方、図２６（ｃ）に示すように、中間子２が下向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが伸長されると共に、第２の弾性部材３ｂが圧縮されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に上向きの負荷がかかる。 この力計測センサ構造１０ｃでは、リニアポテンショメータ４によって、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出して、中間子２に加わっている力を計測する。 例えば、中間子２の位置が上向きの場合には、中間子２には下向きの負荷がかかっていることがわかる。 一方、中間子２の位置が下向きの場合には、中間子２には上向きの負荷がかかっていることがわかる。 （実施の形態４）
図２７は、実施の形態４に係る複合型力計測センサ構造１０ｆの構成を示す斜視図である。 図２８は、図２７の複合型力計測センサ構造１０ｆの分解斜視図である。 図２９は、一対の第２の弾性部材３ｂの中心線を通る平面で図２７の複合型力計測センサ構造１０ｆを切断した断面の構造を示すＡ−Ａ方向から見た断面図である。 図３０は、図２７の第１の力計測センサ構造１０ｅの第２の弾性部材３ｂの中心線を通り、かつ前後方向に平行な平面で当該第１の力計測センサ構造１０ｄを切断した断面の構造を示すＢ−Ｂ方向から見た断面図である。 なお、図２７の第２の力計測センサ構造１０ｅの第２の弾性部材３ｂの中心線を通り、かつ前後方向に平行な平面で当該第２の力計測センサ構造１０ｅを切断した断面の構造は、図３０に示される断面図と実質的に同様である。 図２７に示されるように、複合型力計測センサ構造１０ｆは、第１の力計測センサ構造１０ｄと、第２の力計測センサ構造１０ｅとを連結した構造を有している。 第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅのそれぞれは、本開示の実施の形態３に係る力計測センサ構造１０ｃを変形した構造を有する。 第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅの力計測センサ構造１０ｃに対する相違点について説明する。 第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅのそれぞれは、力計測センサ構造１０ｃの把持部１２ｂを変形した把持部１２ｃを備えている。 把持部１２ｃは、第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅのそれぞれの中間子２を連結するように把持部１２ｂを変形した構造を有する。 具体的には、第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅのそれぞれの把持部１２ｃは、水平方向に延材すると共に一体化した構造を有する。 第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅの水平方向の幅は、互いを把持部１２ｃで連結することによって構成した複合型力計測センサ構造１０ｆの水平方向の幅が、力計測センサ構造１０ｃと略同じ幅になるように決定されるものとする。 第１の力計測センサ構造１０ｄ及び第２の力計測センサ構造１０ｅのワイヤは、複合型力計測センサ構造１０ｆの上方で一体化することによって、当該複合型力計測センサ構造１０ｆのワイヤ１１として構成される。 また、複合型力計測センサ構造１０ｆでは、第１の力計測センサ構造１０ｄのみがリニアポテンショメータ４を有し、第２の力計測センサ構造１０ｅのリニアポテンショメータ４は取り外されている。 この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、２つの第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅを組み合わせて構成している。 これによって、把持部１２ｃに印加される負荷を２つの力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅに分散できるので、一つの力計測センサ構造によって構成する場合よりも小さなばね定数のばねを第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂとして使用することができる。 なお、図２７では、２つの力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅを組み合わせて複合型力センサ構造１０ｆを構成しているが、これに限られず２以上の力計測センサ構造を組み合わせて複合型力計測センサ構造を構成してもよい。
また、この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅを左右対称に配置し、その間にそれぞれの中間子２と連結した把持部１２ｃを設けている。 上記左右対称の配置によって安定性を向上させることができる。 また、この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅのそれぞれの把持部を連結して一つの把持部１２ｃとしている。 この把持部１２ｃは、使用者が水平方向に把持可能なグリップ形状を有するので、鉛直方向に印加される負荷を支えやすくなる。 また、把持部１２ｂをそれぞれの中間子２と連結して一体化しているので、中間子２に負荷を伝えやすい。 さらに、この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、フック１３は、端部５ｂに対してアタッチメント方式（取り替え可能）で連結されている。 このようにフック１３をアタッチメント方式としたことによって、様々な対象物の形状、大きさに応じて、フック１３の形状等を適宜選択できる。 図３１（ａ）は、図２７の複合型力計測センサ構造１０ｆにおいて、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅのそれぞれの中間子２に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子２が上向きに移動した場合の中間子２の位置を示す斜視図であり、図３１（ｂ）は、中間子２に力が印加されていない場合の中間子２の位置を示す斜視図であり、図３１（ｃ）は、中間子２に下向き（−）方向の力が印加され、中間子２が下向きに移動した場合の中間子２の位置を示す斜視図である。
図３２（ａ）は、図２７の複合型力計測センサ構造１０ｆにおいて、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅのそれぞれの中間子２に上向き（＋）方向の力が印加され、中間子２が上向きに移動した場合の中間子２の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図であり、図３２（ｂ）は、中間子２に力が印加されていない場合の中間子２の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図であり、図３２（ｃ）は、中間子２に下向き（−）方向の力が印加され、中間子２が下向きに移動した場合の中間子２の位置を示すＣ−Ｃ方向から見た断面図である。
なお、この図３１（ａ）〜（ｃ）は、把持部１２ｃの位置関係を見やすくするものである。 一方、図３２（ａ）〜（ｃ）は、中間子２の位置関係を見やすくするものである。 図３１（ａ）及び図３２（ａ）に示すように、中間子２が上向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが圧縮されると共に、第２の弾性部材３ｂが伸長されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に下向きの負荷がかかる。 一方、図３１（ｃ）及び図３２（ｃ）に示すように、中間子２が下向きの位置にある場合には、第１の弾性部材３ａが伸長されると共に、第２の弾性部材３ｂが圧縮されるため、第１及び第２の弾性部材３ａ、３ｂから、中間子２に上向きの負荷がかかる。 この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、リニアポテンショメータ４によって、軸１に沿った中間子２の一次元方向の位置を検出して、中間子２に加わっている力を計測する。 例えば、中間子２の位置が上向きの場合には、中間子２には下向きの負荷がかかっていることがわかる。 一方、中間子２の位置が下向きの場合には、中間子２には上向きの負荷がかかっていることがわかる。 なお、この複合型力計測センサ構造１０ｆでは、上述したように、第１の力計測センサ構造１０ｄと第２の力計測センサ構造１０ｅとのうち、第１の力計測センサ構造１０ｄのリニアポテンショメータ４のみとしており、第２の力計測センサ構造１０ｅのリニアポテンショメータは取り外している。 これは、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅのそれぞれの中間子２は、軸１に対して実質的に同一の位置にあるものと考えられるため、重複するリニアポテンショメータ４を外すためである。 もちろん、第１及び第２の力計測センサ構造１０ｄ、１０ｅのそれぞれにリニアポテンショメータ４を配置しておいてもよい。 なお、上記様々な実施の形態のうちの任意の実施の形態を適宜組み合わせることにより、それぞれの実施の形態において有する効果を奏するようにできる。 本開示は、添付図面を参照しながら実施の形態に関連して充分に記載されているが、この技術の熟練した人々にとっては種々の変形や修正は明白である。 そのような変形や修正は、添付した特許請求の範囲による本開示の範囲から外れない限りにおいて、その中に含まれると理解されるべきである。
本開示に係る力計測センサ構造は、初期に比べてその後の力が小さくなる力を計測する場合において、初期の力ではなくその後の力を計測できる。 そこで、この力計測センサ構造は、人力による動作を支援する動作支援装置及び筋力訓練支援装置に使用できる。
１ 軸２ 中間子３ａ 第１の弾性部材３ｂ 第２の弾性部材４ リニアポテンショメータ５ａ 第１の端部５ｂ 第２の端部６ 測定子７ 支点（回転軸）
７ａ 軸受９ 回転ポテンショメータ１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ 力計測センサ構造１０ｆ 複合型力計測センサ構造１１ ワイヤ１２、１２ａ、１２ｂ、１２ｃ 把持部（グリップ）
１３ フック１４ ベース１５ａ、１５ｂ バネ受け１６ モータ（駆動部）
１８ 制御部１９ 支持部２０、２０ａ 負荷制御装置２１ ＣＰＵ
２２ メモリ２３ 記憶部２４ 入力部２５ 出力部２６ ポテンショメータ読み取り部２７ 中間子印加力算出部２８ 弾性部材負荷制御部２９、２９ａ 支援装置３０ａ、３０ｃ 動作支援装置３０ｂ、３０ｄ 筋力訓練支援装置３１ａ、３１ｂ 上腕用装着部３２ａ、３２ｂ 身体用装着部３３ 電源３４ 溝３５ 櫛歯 |
