CN102470071A

CN102470071A - 行走辅助装置

Info

Publication number: CN102470071A
Application number: CN2010800316184A
Authority: CN
Inventors: 海老原康弘; 大石耕太; 村田康弘
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-04-02
Filing date: 2010-04-02
Publication date: 2012-05-23
Anticipated expiration: 2030-04-02
Also published as: JP5170316B2; EP2554150A4; US8439852B2; EP2554150A1; WO2011125155A1; US20120016277A1; CN102470071B; JPWO2011125155A1; EP2554150B1

Abstract

行走辅助装置包括：大腿单元，配置在使用者的大腿上；小腿单元，配置在使用者的小腿上；脚单元，配置在使用者的脚上；膝位置关节单元，将大腿单元和小腿单元可摆动地连结；以及脚踝位置关节单元，将小腿单元和脚单元可摆动地连结。小腿单元具有沿使用者的小腿延伸的第一更换部件及第二更换部件，通过将第一更换部件及第二更换部件中的至少一者更换为长度不同的更换部件，能够调整小腿单元的长度。

Description

行走辅助装置

技术领域

本发明涉及辅助人行走的行走辅助装置，特别涉及安装在人腿上的行走辅助装置。

背景技术

日本专利文献特开平9-173398号公报(以下称为专利文献1)公开了行走辅助装置。行走辅助装置被构成为能够安装在人腿上，并通过调节腿的动作，能够辅助人行走。行走辅助装置包括：配置在大腿上的大腿单元；配置在小腿上的小腿单元；配置在脚上的脚单元；以及将大腿单元和小腿单元可摆动地连结的膝位置关节单元。

发明内容

这种行走辅助装置优选能够与安装该行走辅助装置的使用者的体型相配合来调整其尺寸。因此，例如专利文献1的行走辅助装置构成为：小腿单元的上侧部分和下侧部分通过螺栓连接、并通过使该螺栓孔成为长孔，能够调整小腿单元的长度。通过此构成，能够根据使用者的体型精细地调整小腿单元的长度。

发明所要解决的问题

但是，上述构造需要在小腿单元上形成长孔，结果导致小腿单元的强度降低。此外，施加在小腿单元上的力的方向与长孔的长度方向实质上一致，因此一旦对小腿单元施加很大的力，则导致螺栓沿长孔移动，小腿单元的长度也会发生意想不到的变化。

鉴于上述问题，本发明提供一种无需形成长孔而能够调整行走辅助装置的尺寸的技术。

为了解决问题的手段

本发明具体化为辅助使用者行走的行走辅助装置。该行走辅助装置包括：大腿单元，配置在使用者的大腿上；小腿单元，配置在使用者的小腿上；脚单元，配置在使用者的脚上；膝位置关节单元，将大腿单元和小腿单元可摆动地连结；以及脚踝位置关节单元，将小腿单元和脚单元可摆动地连结。小腿单元具有沿使用者的小腿延伸的第一更换部件及第二更换部件，通过将第一更换部件更换为长度不同的第一更换部件并将第二更换部件更换为长度不同的第二更换部件，能够调整小腿单元的长度。

该行走辅助装置具有通过更换第一更换部件和第二更换部件来调整小腿单元的长度的结构。根据该结构，无需在小腿单元上形成长孔，从而能够避免小腿单元的强度降低。此外，即使对小腿单元施加很大的力，小腿单元的长度也不会变化，从而能够稳定地辅助使用者的行走。

此外，在上述行走辅助装置中，并非仅仅设置单一的更换部件，而是设置包括第一更换部件和第二更换部件在内的多个更换部件。由此，利用第一更换部件和第二更换部件的组合，能够多级数地调整小腿单元的长度。例如，在仅利用第一更换部件调整小腿单元的长度时，为了将小腿单元的长度调整为30级，必须准备长度互不相同的30个第一更换部件。与此相对，利用第一更换部件和第二更换部件的组合，作为一个例子，如果准备长度互不相同的10个第一更换部件和长度互不相同的3个第二更换部件、总计13个更换部件，就能够将小腿单元的长度调整为30级。

上述第一更换部件和第二更换部件既可以由同一材料形成，也可以由互不相同的材料形成。这里，当第一更换部件和第二更换部件由互不相同的材料形成，并且第一更换部件和第二更换部件的密度互不相同时，优选使密度大的更换部件比密度小的更换部件短。也就是说，如果第一更换部件的密度比第二更换部件的密度大，则优选第一更换部件比第二更换部件短。通过该结构，能够减轻小腿单元的重量，还能够减轻使用者的负担并减小施加在膝位置关节单元上的负荷。

此外，当第一更换部件的密度比第二更换部件的密度大时，优选所述第一更换部件比所述第二更换部件更靠近膝位置关节单元布置。根据该结构，小腿单元的重心位于膝位置关节单元附近，从而能够减小以膝位置关节单元为基准的小腿单元的惯性矩。由此，能够减轻使用者的负担并减小施加在膝位置关节单元上的负荷。

优选第一更换部件由金属形成，并优选第二更换部件由纤维加强材料形成。一般来讲，金属容易加工，因此如果用金属形成第一更换部件，就能够利用低成本准备多个第一更换部件。另一方面，一般情况下纤维加强材料的比强度大，因此如果使用纤维加强材料形成第二更换部件，就能够确保小腿单元的强度，同时有意地减轻其重量。

另外，一般情况下，纤维加强材料难于加工，因此如果较多地准备由纤维加强材料形成的第二更换部件，会导致成本的增大。因此，在为了调整小腿单元的长度而准备多个第一更换部件及第二更换部件时，优选相比于由难以加工的纤维加强材料形成的第二更换部件，更多地准备由容易加工的金属形成的第一更换部件。例如，当将小腿单元的长度调整为30级时，与准备3个第一更换部件和10个第二更换部件相比，优选准备10个第一更换部件和3个第二更换部件。由此，能够利用较低的成本准备用于更换的第一更换部件和第二更换部件。

优选的是：脚单元具有沿脚掌配置的脚掌构件和从脚掌构件向脚踝位置关节单元延伸的第三更换部件，通过将第三更换部件更换为长度不同的第三更换部件，能够调整从脚掌构件到脚踝位置关节单元的距离。根据该结构，不必在脚单元上形成长孔，就能够调整脚踝位置关节单元相对于使用者的脚踝的位置。

本发明提供用于调整上述行走辅助装置的尺寸的调整方法。该调整方法包括以下工序：准备长度互不相同的多个第一更换部件和长度互不相同的多个第二更换部件；根据使用者的体型选择多个第一更换部件中的一个和多个第二更换部件中的一个；以及使用选择出的第一更换部件和第二更换部件来组装行走辅助装置的小腿单元。根据该调整方法，通过选择的第一更换部件和第二更换部件的组合，能够多级数地调整小腿单元的长度，所述多级数比准备的第一更换部件及第二更换部件的总数更大。

附图说明

图1是表示行走辅助装置的外观的立体图。

图2是表示行走辅助装置的框架结构的立体图。

图3是表示第一更换部件和第二更换部件的结合部分的图。

具体实施方式

参照附图对本发明的实施例进行说明。图1是表示实施例的行走辅助装置10的立体图。行走辅助装置10是安装在使用者的腿100上并辅助安装了该装置的使用者行走的装置。行走辅助装置10例如用于靠自己的力量行走困难的使用者的功能恢复训练(康复治疗)。在此情况下，行走辅助装置10安装在使用者的产生了功能障碍的腿上，通过主动地调节该腿的动作，来辅助使用者的行走。

如图1所示，行走辅助装置10包括：配置在使用者的大腿102上的大腿单元20；配置在使用者的小腿104上的小腿单元40；以及配置在使用者的脚106上的脚单元60。此外，行走辅助装置10还包括：将大腿单元20和小腿单元40可摆动地连结的一对膝位置关节单元30；和将小腿单元40和脚单元60可摆动地连结的一对脚踝位置关节单元50。一对膝位置关节单元30隔着使用者的膝103与膝103同轴配置。也就是说，一个膝位置关节单元30在膝103的外侧与膝103同轴配置，另一个膝位置关节单元30在膝103的内侧与膝103同轴配置。同样地，一对脚踝位置关节单元50隔着使用者的脚踝105与脚踝105同轴配置。也就是说，一个脚踝位置关节单元50在脚踝105的外侧与脚踝105同轴配置，另一个脚踝位置关节单元50在脚踝105的内侧与脚踝105同轴配置。

行走辅助装置10还包括控制单元70、驱动单元80以及传感器单元90。作为一个例子，控制单元70设置在大腿单元20上，驱动单元80设置在膝位置关节单元30上，传感器单元90设置在脚踝位置关节单元50上。驱动单元80内置有马达、减速器、以及传感器类，能够驱动膝位置关节单元30。也就是说，能够使小腿单元40相对于大腿单元20摆动。传感器单元90具备各种传感器，能够检测出脚踝位置关节单元50的角度，还能够检测出脚单元60是否与地面接触。控制单元70具备小型计算机和蓄电池，并与驱动单元80及传感器单元90电连接。控制单元70输入来自传感器单元90的检测信号，并基于输入的检测信号控制驱动单元80的动作。由此，根据使用者的实际行走，随时间调节行走辅助装置10的动作。

接着，参照附图2，对行走辅助装置10的框架结构进行说明。图2表示行走辅助装置10的框架结构的立体图。

首先，对大腿单元20的框架结构进行说明。如图2所示，大腿单元20包括大腿板构件22、一对大腿柱构件24、以及一对大腿基座构件26。大腿板构件22配置在使用者的大腿102的前方。大腿板构件22设置有衬垫及带(省略图示)，并通过带被牢牢固定在使用者的大腿102上。换言之，使用者的大腿102通过带牢牢地紧固在大腿板构件22上。由此，使用者的大腿102相对于大腿板构件22，无论对于前后方向、左右方向、上下方向中的哪一个方向，均被保持为不能移动。

大腿板构件22由一对大腿柱构件24支撑。大腿柱构件24被固定在大腿基座构件26上，该大腿基座构件26被固定在膝位置关节单元30上。作为一个例子，本实施例的大腿板构件22和大腿柱构件24由碳纤维加强塑料(CFPR)形成。碳纤维加强塑料是纤维加强材料的一种，具有较高的比强度。由此，通过称为碳纤维加强塑料的纤维加强材料，能够减轻大腿板构件22及大腿柱构件24的重量。

接着，参照附图2、附图3，对小腿单元40的框架结构进行说明。这里，图3表示小腿单元40的框架结构的分解图。小腿单元40包括一对膝侧基座构件42、膝板构件43、一对第一柱构件44、一对第二柱构件46和一对脚踝侧基座构件48。膝板构件43配置在使用者的膝103的前方，并从前方与使用者的膝103的下部(即小腿104的上部)抵接。膝板构件43由一对膝侧基座构件42支承。另外，小腿单元40除了膝板构件43以外不与使用者的小腿104抵接。也就是说，使用者的小腿104仅由小腿单元40的膝板构件43仅从前方保持。

膝侧基座构件42是L形的板状构件。膝侧基座构件42由金属材料形成，具体地说，是由铝形成。一个膝侧基座构件42在使用者的小腿104的外侧被固定在一个膝位置关节单元30上，另一个膝侧基座构件42在使用者的小腿104的内侧被固定在另一个膝位置关节单元30上。也就是说，膝侧基座构件42经由膝位置关节单元30可摆动地与大腿基座构件26连结。在位于膝侧基座构件42的前方的端部上安装有膝板构件43。

第一柱构件44是细长的板状构件。第一柱构件44由金属材料形成，具体地说，是由铝形成。一个第一柱构件44位于使用者的小腿104的外侧，其上端固定于一个膝侧基座构件42。另一个第一柱构件44位于使用者的小腿104的内侧，其上端固定于另一个膝侧基座构件42。各第一柱构件44沿使用者的小腿104向下方延伸，在其下端固定有第二柱构件46的上端。具体情况后述，但是第一柱构件44是能够根据使用者的体型更换的第一更换部件。也就是说，本实施例的行走辅助装置10能够通过将第一柱构件44更换为不同尺寸(长度)的第一柱构件，来调整小腿单元40的尺寸(长度)。

第二柱构件46是杆状构件。第二柱构件46由纤维加强材料形成，具体地说，是由碳纤维加强塑料(CFRP)形成。但是，在第二柱构件46的两端设置有由金属材料(具体地说是铝)形成的配件47。一个第二柱构件46位于使用者的小腿104的外侧，其上端固定于一个第一柱构件44。另一个第二柱构件46位于使用者的小腿104的内侧，其上端固定于另一个第一柱构件44。各第二柱构件46沿使用者的小腿104向下方延伸，其下端固定于脚踝侧基座构件48。具体情况后述，但是第二柱构件46是能够根据使用者的体型更换的第二更换部件。也就是说，本实施例的行走辅助装置10能够通过将第二柱构件46更换为不同的尺寸(长度)的第二柱构件，来调整小腿单元40的尺寸(长度)。

脚踝侧基座构件48是板状构件。脚踝侧基座构件48由金属材料形成，具体地说，是由铝形成。一个脚踝侧基座构件48在使用者的小腿104的外侧被固定在一个脚踝位置关节单元50上，另一个脚踝侧基座构件48在使用者的小腿104的内侧被固定在另一个脚踝位置关节单元50上。

如上所述，第一柱构件44和第二柱构件46是能够根据使用者的体型更换的更换部件。由此，如图3所示，第一柱构件44和第二柱构件46被构成为通过螺栓12、14、16固定，并能够容易地更换。例如，第一柱构件44的上端通过多个螺栓12被固定在膝侧基座构件42上。此外，第二柱构件46的上端通过多个螺栓14被固定在第一柱构件44的下端。此外，第二柱构件46的下端通过多个螺栓14被固定在脚踝侧基座构件48上。因此，只要将这些螺栓12、14、16拆下，就可以分别更换第一柱构件44和第二柱构件46。

如前所述，第二柱构件46由CFRP形成。因此，在第二柱构件46的两端设置有用于接受螺栓14、16的配件47。在该配件47上设置有呈板状突出的榫部47a。另一方面，在第二柱构件46和足踝侧基座构件48上，分别形成有接受榫部47a的榫槽44a、48a。通过该结构，将第一柱构件44和第二柱构件46不摇摆地牢牢固定。

在本实施例的行走辅助装置10中，通过更换第一柱构件44和第二柱构件46，能够调整小腿单元40的长度。也就是说，准备长度互不相同的多个第一柱构件44和长度互不相同的多个第二柱构件46，根据使用者的体型从中选择一个第一柱构件44和一个第二柱构件46。然后，通过使用选择出的第一柱构件44和一个第二柱构件46来组装小腿单元40，能够将小腿单元40调整为与使用者的体型相应的尺寸。根据该构造，无需在小腿单元40上形成用于调整尺寸的长孔，能够避免小腿单元40的强度降低。另外，即使对小腿单元40施加很大的力，小腿单元40的长度也不会变化。因此，能够稳定地辅助使用者的行走。

此外，在本实施例的行走辅助装置10中，并非仅仅设置单一的更换部件，而是设置包括第一柱构件44和第二柱构件46在内的多个更换部件。由此，利用第一柱构件44和第二柱构件46的组合，能够多级数地调整小腿单元40的长度。例如，在仅利用第一柱构件44调整小腿单元40的长度时，为了将小腿单元40的长度调整为30级，需要准备长度互不相同的30个第一柱构件44。对此，根据第一柱构件44和第二柱构件46的组合，作为一个例子，如果准备长度互不相同的10个第一柱构件44和长度互不相同的3个第二柱构件46、总计13个更换部件，就可以将小腿单元40的长度调整为30级。也就是说，能够多级数地调整小腿单元40的长度，所述多级数比准备的第一柱构件44及第二柱构件46的总数更大。

在本实施例中，第一柱构件44由铝形成，第二柱构件46由CFRP形成。这里，铝的密度(比重)比CFRP的密度(比重)大。因此，密度大的第一柱构件44相比于密度小的第二柱构件46设计得短。根据该结构，能够减轻小腿单元40的重量。也就是说，当第一柱构件44和第二柱构件46由不同的材料形成时，如果将由密度大的材料形成的构件设计得短、将由密度小的材料形成的构件设计得长，则能够减轻小腿单元40的重量。由此，能够减轻使用者的负担并减小施加在膝位置关节单元30上的负荷。

在本实施例中，由铝形成的第一柱构件44比由CFRP形成的第二柱构件46位于膝位置关节单元30的附近。也就是说，密度大的第一柱构件44比密度小的第二柱构件46位于膝位置关节单元30的附近。根据该结构，小腿单元40的重心位于膝位置关节单元30的附近，从而能够减小以膝位置关节单元30为基准的小腿单元40的惯性矩。这样，当第一柱构件44和第二柱构件46由不同的材料形成时，通过将由密度大的材料形成的构件相对于由密度小的材料形成的构件配置在膝位置关节单元30的附近，能够减小以膝位置关节单元30为基准的小腿单元40的惯性矩。由此，能够减轻使用者的负担并减小施加在膝位置关节单元30上的负荷。

这里，对调整小腿单元40的尺寸(长度)的方法进行补充。一般情况下，CFRP难于加工，因此如果较多地准备由CFRP形成的第二柱构件46，会导致成本的增大。与此相对，铝比较容易加工，所以能够用较低的成本制造由铝形成的第一柱构件44。因此，在准备多个第一柱构件44及多个第二柱构件46时，相比于由CFRP形成的第二柱构件46，优选更多地准备由铝形成的第一柱构件44。例如，当将小腿单元40的长度调整为30级时，相比于准备3个第一柱构件44和10个第二柱构件46，优选准备10个第一柱构件44和3个第二柱构件46。由此，能够利用较低的成本准备用于更换的第一柱构件44和第二柱构件46。

接着，参照图2，对脚单元60的框架结构进行说明。脚单元60包括脚掌板构件62、一对脚柱构件64和一对脚基座构件66。脚掌板构件62配置在使用者的脚106的下方、即使用者的脚掌。脚掌板构件62被构成为能够固定使用者的鞋(图示省略)。由此，使用者的脚106相对于脚掌板构件62，无论在前后方向、左右方向、上下方向中的哪一个方向上，均被保持为不能移动。此外，在脚掌板构件62上设置有向其两侧延伸的位置调整板63。

脚柱构件64是板状构件。脚柱构件64由金属材料形成，具体地说，是由铝形成。一个脚柱构件64在使用者的脚106的外侧被固定在脚掌板构件62上，另一个脚柱构件64在使用者的脚106的内侧被固定在脚掌板构件62上。另外，各脚柱构件64并非被直接固定在脚掌板构件62上，而是被固定在脚掌板构件62的位置调整板63上。各脚柱构件64从脚掌板构件62向上方伸出，其上端被固定在脚基座构件66上。

脚基座构件66是细长的块状构件。脚基座构件66由金属材料形成，具体地说，是由铝形成。一个脚基座构件66在使用者的脚106的外侧被固定在一个脚踝位置关节单元50上，另一个脚基座构件66在使用者的脚106的内侧被固定在另一个脚踝位置关节单元50上。也就是说，脚基座构件66通过脚踝位置关节单元50被可摆动地连结于小腿单元40的脚踝侧基座构件48。

在脚单元60中，脚柱构件64是能够根据使用者的体型更换的第三更换部件。也就是说，本实施例的行走辅助装置10能够通过将脚柱构件64更换为尺寸不同的脚柱构件，来调整脚单元60的尺寸。另外，这里所说的脚单元60的尺寸，是指从脚掌板构件62到脚踝位置关节单元50的距离。也就是说，通过更换脚柱构件64，能够调整脚踝位置关节单元50相对于使用者的脚踝105的位置。

下面列举行走辅助装置10的其他特征。膝位置关节单元30由一对构成，分别位于使用者的膝的外侧和内侧。小腿单元40具有一对第一柱构件44和一对第二柱构件46。各第一柱构件44的上端经由一对膝侧基座构件42与一对膝位置关节单元30分别连结，各第一柱构件44的下端与一对第二柱构件46各自的上端连结。

小腿单元40的上端由位于使用者的膝的两侧的一对膝侧基座构件42、及通过使用者的膝的前方、连结一对膝侧基座构件42的每个的膝板构件43构成。一对膝侧基座构件42被平行配置。

以上，详细地说明了本发明的具体例子，但这些仅为举例说明，并不限定权利要求书。权利要求书记载的技术包含了对上述举例说明的具体例子进行种种变形、变更后的技术。

在本说明书或附图中说明的技术要素单独地或通过各种组合发挥技术上的有用性，并不限于提出申请时权利要求中记载的组合。此外，在本说明书或附图中举例说明的技术在同时达到多个目的或者达到其中一个目的本身上具有技术上的有用性。

Claims

1.一种行走辅助装置，用于辅助使用者行走，所述行走辅助装置的特征在于，包括：

大腿单元，配置在使用者的大腿上；

小腿单元，配置在使用者的小腿上；

脚单元，配置在使用者的脚上；

膝位置关节单元，将大腿单元和小腿单元可摆动地连结；以及

脚踝位置关节单元，将小腿单元和脚单元可摆动地连结，

小腿单元具有沿使用者的小腿延伸的第一更换部件及第二更换部件，通过将第一更换部件更换为长度不同的第一更换部件并将第二更换部件更换为长度不同的第二更换部件，能够调整小腿单元的长度。

2.如权利要求1所述的行走辅助装置，其特征在于，

所述第一更换部件的密度比所述第二更换部件的密度大，并且所述第一更换部件比所述第二更换部件短。

3.如权利要求2所述的行走辅助装置，其特征在于，

所述第一更换部件比所述第二更换部件更靠近膝位置关节单元布置。

4.如权利要求2或3所述的行走辅助装置，其特征在于，

所述第一更换部件由金属形成，所述第二更换部件由纤维加强材料形成。

5.如权利要求1至4中任一项所述的行走辅助装置，其特征在于，

所述脚单元具有沿脚掌配置的脚掌构件和从脚掌构件向脚踝位置关节单元延伸的第三更换部件，通过将第三更换部件更换为长度不同的第三更换部件，能够调整从脚掌构件到脚踝位置关节单元的距离。

6.一种调整方法，用于调整如权利要求1至5中任一项所述的行走辅助装置的尺寸，所述调整方法的特征在于，包括以下工序：

准备长度互不相同的多个第一更换部件和长度互不相同的多个第二更换部件；

根据使用者的体型选择多个第一更换部件中的一个和多个第二更换部件中的一个；以及

使用选择出的第一更换部件和第二更换部件来组装行走辅助装置的小腿单元，

通过选择的第一更换部件和第二更换部件的组合，能够多级数地调整小腿单元的长度，所述多级数比准备的第一更换部件及第二更换部件的总数更大。

7.如权利要求6所述的调整方法，其特征在于，

所述第一更换部件由金属形成，所述第二更换部件由纤维加强材料形成，

与所述第二更换部件相比，更多地准备所述第一更换部件。