CN102985042B

CN102985042B - 步行支援机

Info

Publication number: CN102985042B
Application number: CN201180032291.7A
Authority: CN
Inventors: 佐野明人; 池俣吉人; 藤本英雄
Original assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Current assignee: Nagoya Institute of Technology NUC
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2011-05-25
Publication date: 2016-01-06
Anticipated expiration: 2031-05-25
Also published as: CN102985042A; JP6004482B2; WO2012002078A1; JP6120421B2; JPWO2012002078A1; JP2016013477A; JP2016073752A

Abstract

提供一种穿戴在人身上来支援人的步行的步行支援机。所述步行支援机是通过支援者（5）的协助来进行步行的被动步行机式的步行支援机，包括：两条腿（1），具有经由膝关节（1d）相对旋转的大腿部（1a）和小腿部（1b）；连结件（4），将两条腿（1）能够旋转地进行连结；把手（2），用于协助该步行支援机；以及穿戴件（3），用于将该步行支援机穿戴在被支援者（6）上，所述步行支援机构成为，支援者（5）推动把手（2）而使该步行支援机行走并支援被支援者（6）的步行。

Description

步行支援机

技术领域

本发明涉及一种步行支援机。

背景技术

协助步行的机器人式的机器的开发正在积极进行当中，然而大多为主动型。另外，一般来说穿戴也比较麻烦而且价格较高，因此不能方便地进行利用。

专利文献1公开了一种通过进行髋关节、膝关节、踝关节的肌力辅助，来大致实现膝和脚踝在通常步行时的动作的步行支援装置。

非专利文献1公开了一种借助人的协助来使被称作被动步行机的不具有动力的步行机从而进行平地步行的技术。

另外，本发明人提出了如下两腿被动步行机的专利申请：设置两条被动步行机的腿，在该两腿被动步行机中提高步行的移动效率（参考专利文献2）。这种两腿被动步行机把上身与将两条腿可转动地连结的腰轴连结起来，并在上身与两条腿各自的大腿部的前后拉伸弹性部件，从而具有提高步行的移动效率的上身效果。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-240488号公报

专利文献2：PCT/JP2010/72859

非专利文献

非专利文献1：田部井聪、佐野明人、池俣吉人、林佑史、藤本英雄：「受動歩行機のアシスト平地歩行の実現」、日本機械学会ロボテイクス·メカトロニクス講演会’09講演論文集、2P1-C14、2009年

发明内容

发明要解决的问题

专利文献1记载的步行支援装置使用大型的促动器及控制装置，因此难以方便地使用，成本也较高。另外，穿戴时间较长，非常不便。

非专利文献1或专利文献2记载的步行机借助人的协助进行平地行走无法支援人的步行。

本发明的目的在于提供一种穿戴在人身上来支援人的步行的步行支援机。

解决问题的手段

本发明为一种步行支援机，所述步行支援机是通过人的协助进行步行的被动步行机式的步行支援机，其特征在于，包括：第1腿和第2腿，具有经由膝关节相对旋转的大腿部和小腿部；连结件，将所述第1腿和第2腿能够旋转地进行连接；把手，用于协助该步行支援机；以及穿戴件，用于将该步行支援机穿戴在被支援者上，所述步行支援机构成为，人推动所述把手来使该步行支援机行走并支援被支援者的步行。

另外，本发明为一种步行支援机，所述步行支援机是通过被支援者本身的健全一侧的腿来支援另一侧的腿的步行支援机，其特征在于，包括：腿，具有经由膝关节相对旋转的大腿部和小腿部；穿戴件，用于将该步行支援机穿戴在被支援者上；肩挂件，用于从被支援者的肩膀悬挂该步行支援机；以及弹性部件，分别将所述肩挂件中位于被支援者的上身的前后的部位与所述大腿部之间进行连接，所述步行支援机构成为，通过被支援者本身的健全一侧的腿来支援另一侧的腿。

根据具有上述特征的步行支援机，能够将步行支援机穿戴在人身上来支援人的步行。

附图说明

图1是示出本发明第1实施方式的步行支援机的结构的图。

图2是从斜后方观察图1所示的步行支援机的图，示出设置有穿戴件的实施方式。

图3是示出本发明第2实施方式的步行支援机的结构的图。

图4是示出本发明第2实施方式中的腰关节位置调整机构的结构的图。

图5是用于说明图4所示的腰关节位置调整机构的调整方法的图。

图6是示出本发明第2实施方式中的脚部穿戴件的结构的图。

图7是示出将图6所示的脚部穿戴件安装在两条腿各自的脚上的状态的图。

图8是示出本发明第3实施方式的步行支援机的结构的图。

具体实施方式

（第一实施方式）

图1示出本发明第1实施方式的步行支援机的结构。该图1中示出在支援者5推动步行支援机的把手2、步行支援机步行并支援被支援者6的步行的状态。另外，图2示出从斜后方观察图1所示的步行支援机的结构。

步行支援机是通过支援者5的协助进行步行的被动步行机式的步行支援机（被动步行腿式机器人），包括具有经由膝关节1d来相对转动的大腿部1a和小腿部1b的2条腿（被动步行腿）1、将两条腿1可转动地连结的连结件4、用于协助该步行支援机的把手2、以及用于将该步行支援机穿戴在被支援者6上的穿戴件3，步行支援机构成为支援者5推动把手2而使该步行支援机行走并支援被支援者6的步行。此外，腿1、把手2以及连结件4由例如铝等金属形成，穿戴件3由例如塑料等材料形成。

两条腿1分别具有大腿部1a、小腿部1b、止动器1c、膝关节1d、腰关节1e、脚部1f。大腿部1a和小腿部1b经由膝关节1d相对转动。膝止动器1c是为防止膝的过度伸展而设置的。腰关节1e由通过连结部4把两条腿可转动地连结的部分构成。脚部1f在腿顶端被设置成圆弧状。此外，大腿部1a的长度为例如40cm，小腿部1b的长度为42cm。

把手2设置在连结件4的背面。只要能由支援者5把持，则把手2也可以不是图1、图2所示的形状。

穿戴件3包括腰部穿戴件3a和腿肚穿戴件3b。腰部穿戴件3a安装在腰关节1e上，腿肚穿戴件3b安装在小腿部1b上。腰部穿戴件3a为C字形状，约束人的腰部（具体的说是腰骨）。腿肚穿戴件3b也为C字形状，约束人的腿肚。此外，各穿戴件3a、3b以成为腿1的内侧的方式，具体地说以C字形状的开放部分朝向腿1的内侧的方式进行安装。此外，腰部穿戴件3a也可以不是C字形状，而是约束腰部的形状的、例如从后侧支撑腰部的形状的L字形状。

连结部4可转动地连结两条腿1。为了把被支援者6夹在步行支援机的两条腿1之间并把步行支援机穿戴在被支援者6上，可以对该连结部4设置适当的横向宽度。

以下，关于如上所述的步行支援机的步行支援动作，按照从步行开始到步行停止的一连串动作进行叙述。

首先，支援者5把步行支援机穿戴在被支援者6上并把持把手2。另外。在支援者5和被支援者6之间，决定最先迈出去的一侧的腿。经由把手2从后方推动步行支援机，来使迈出侧的被动步行腿1从地面抬起，作为摆腿期间，将膝弯曲并向前摆出，开始步行。此时，支援者5一边观察被支援者6的腿的动作一边调整推力，使得保持被动步行腿1比被支援者的腿稍快。由此，被支援者6的腿被被动步行腿1自然地引导，能够支援被支援者6的步行。在实验中，确认促进了被实验者的腿的摇摆运动。

在支撑腿的期间，同样经由把手2从后方推动，从而能够辅助被支援者6的支撑腿前倾。

通过反复进行摆腿期间以及支撑腿的期间的上述动作，能够持续进行步行支援。步行速度的调整是通过协助力（推力）的强弱来进行的。当增强协助力时，能提高腿1的摆出速度，从而增加被支援者6的步行速度以及步幅。相反，当减弱协助力时减小步行速度以及步幅。

当被支援者6想要停止步行时，被支援者6的腿的动作变小，因此支援者5看到该状态之后，能够通过缓慢地降低协助力来最终停止步行。

这样，本实施方式的步行支援机是通过具有两条腿1的被动步行机来支援人步行的结构，而且支援者5推动把手2使步行支援机步行并支援被支援者6的步行。与以往的步行协助机不同，该步行支援机本身能够步行。步行支援机被协助而步行接近被支援者6，之后实现对接（也就是说，步行支援机与被支援者6的位置一致）。利用穿戴件3来把步行支援机配置在被支援者6上。在本实施方式的结构的情况下，穿戴时间缩短到约10秒钟，从而能够轻松地穿戴步行支援机。

此外，在步行支援机配置在被支援者6上的状态下，使得在两条腿1各自的顶端处所设置的圆弧状脚部1f着地。由此步行支援机的腿1能够在被支援者6的腿触地的状态下支撑被支援者6。

在进行步行支援的情况下，支援者5一边观察被支援者6的步行状态一边调整协助的量和协助方式。通过添加协助以使步行支援机步行，从而能够与被支援者6的腿运动力学地相互作用并进行步行支援。通过进行这样的步行支援，步行支援机的腿1的摆动很敏捷地进行，因此被支援者6的腿的小腿部自然伸展，腿的摇摆运动得到促进。

此外，在上述的实施方式中，通过穿戴件3把腰骨和腿肚作为最适当的约束点。这样做是基于如下的实验结果：当没有腰约束时难以在小腿部感受到协助，另外，在仅通过腰骨的约束机构添加协助的情况下，也不能获得同样的协助感。然而，只要是能够获得协助感的位置，也可以在腰骨和腿肚以外的位置进行约束。

（第二实施方式）

图3示出本发明第2实施方式的步行支援机的结构。在该实施方式中，对上述第一实施方式实施了多种改进。

如图3所述，步行支援机包括用于调整两条腿1各自的大腿部1a和小腿部1b的长度的长度调整机构7a和7b，并且包括用于调整连结件4的横向宽度的长度调整机构7c。

这些长度调整机构7a、7b、7c可以采用由使得大腿部1a、小腿部1b、连结件4向长度方向滑动并进行保持的滑动机构构成的结构、或者由把螺丝和螺母组合起来的螺杆机构构成的结构等众所周知的结构。

通过使用这样的长度调整机构7a、7b、7c，能够与被支援者的体格相匹配地自由调整大腿部1a和小腿部1b的长度以及连结件4的横向宽度。

另外，在本实施方式中，具备被支援者6使用的把手2。通过把持把手2a将其当作拐杖使用，被支援者6的步行变得更容易。

另外，在该实施方式中，虽然图3中没有示出，但还包括用于调整两条腿各自的腰关节1e的位置的腰关节位置调整机构8（参考图4）。该腰关节位置调整机构8设置在连结件4和腰关节1e之间，如图4所示，由角度调整机构8a和长度方向调整机构8b构成。角度调整机构8a是使长度方向调整机构8b相对于连结件4旋转来进行调整并保持该调整后的状态的结构，长度方向调整机构8b是沿其长边方向移动腰关节1e并保持该调整后的状态的结构。

图5示出该腰关节位置调整机构8的腰关节位置调整方法。首先，从图5（a）的状态开始，使用长度方向调整机构8b使腰关节1e沿其长边方向滑动来进行长度方向的调整，成为图5（b）的状态。之后，使用角度调整机构8a使长度方向调整机构8b转动，成为图5（c）的状态。由此能够调整腰关节1e的位置。

通过该调整，能够将腰关节1e处在被支援者6的大转子位置处。因为人的腿以大转子为中心活动，因此能够通过使腰关节1e位于大转子附近来高效地进行步行支援。

进一步地，在该实施方式中，虽然图3中没有示出，但还包括把被支援者6的脚（脚踝以下的部分）约束在两条腿1各自的脚部1f上的脚部穿戴件9（参考图6）。图7示出脚部穿戴件9安装在两条腿1各自的脚部1f上的状态。

该脚部穿戴件9包括用于搭载并保持被支援者6所穿的拖鞋10的拖鞋保持部9a、将该拖鞋保持部9a与腿1的脚部1f连接的连接部9b、相对于脚部1f可转动地保持连接部9b的转动部9c以及相对于脚部1f可沿图6所示的箭头方向（相对于铅垂方向倾斜的方向）滑动地保持连接部9b的滑动部9d。

通过设置这样的脚部穿戴件9，能够使被支援者6的脚以连接部9b的轴中心旋转，此外能够倾斜于铅垂方向滑动，因此能够提高穿戴性。

此外，在通过该脚部穿戴件9约束被支援者6的脚的情况下，也可以没有约束被支援者6的腿肚的腿肚穿戴件3。

（第1、第2实施方式的变形例）

优选的是，穿戴件3安装在腿1的至少两处，除了上述实施方式所示的要关节1e、小腿部1b和脚部1f以外，还可以考虑在约束大腿部1a、膝关节1d或小腿部1b中的脚踝的位置等安装穿戴件3。然而，如上述实施方式那样，优选腰骨、腿肚和脚部作为约束点，因此，作为穿戴件3可以是安装在腿1的至少两处并把腰部穿戴件3a或者腿肚穿戴件3b或者脚部穿戴件9作为其中一个的组合。

穿戴件3也可以由带等构成来约束被支援者。例如，还可以把图2所示的C字形状的腿肚穿戴件3b与带状物组合，从而能更切实地约束被支援者6的腿肚。另外，关于腿肚穿戴件3b，还可以使用具有按摩功能的穿戴件，使得在进行步行支援的同时对被支援者6的腿肚进行按摩。

把手2优选安装在连结件4上，但也可以安装在除此以外的部件上。

关于连结件4，为了将步行支援机容易地穿戴在被支援者6上，也可以由具有柔软性的柔软材料形成。

构成腿1的大腿部1a、小腿部1b可以不是棱柱形状而是管形状。

步行支援机的腿1可以不是2条而是4条等多于2条的数量。

（第3实施方式）

图8示出本发明第3实施方式的步行支援机的结构。在该实施方式中，步行支援机被设置成：将（a）中所示的步行支援机如（b）所示那样仅穿戴在被支援者6的一侧的腿上，无需支援者的协助，利用被支援者本身的健全的一侧的腿（健腿）14来支援另一侧的腿（患腿）。

因此，在该实施方式中，相对于第1实施方式的结构，两条腿变成一条腿，构成不含把手2的结构。具体地说，该实施方式的步行支援机包括：具有大腿部1a、小腿部1b、止动器1c、膝关节1d以及腰关节1e的腿（被动腿）1；具有腰部穿戴件3a以及腿肚穿戴件3b的穿戴件3；用于把该步行支援机从被支援者6的肩膀悬挂的肩挂件12；以及用于把大腿部1a与肩挂件12相连接的弹性部件（例如聚氨酯片）13，通过被支援者本身的健全的一侧的腿14来支援另一侧的腿15。

此外，肩挂件12通过带状物连接至腰部穿戴件3a。另外，聚氨酯片13包括把肩挂件12中位于被支援者6的上身前侧的部位与大腿部1a的前侧连接的前侧聚氨酯片13a、以及把肩挂件12中位于被支援者6的上身后侧的部位与大腿部1a的后侧连接的后侧聚氨酯片13b。

根据该步行支援机，被动腿1从2条腿变成1条腿，从而能够简单地降低成本。通过在被动腿1上附加肩挂件12来从被支援者6的肩膀悬挂，能够与腰的位置相匹配并能够借助肩膀负担被动腿1的质量的一部分。

另外，由于聚氨酯片13经由肩挂件12连接至被支援者6的上身，因此能够在被动腿1上获得上身效果。该上身效果与专利文献2所记载的相同，具体地说，肩挂件12和在被动腿1的大腿部1a的前后延伸的聚氨酯片13a、13b在摆腿初期促进被动腿1摆出，而在摆腿后期抑制被动腿1的摆出量，在支撑腿的初期抑制被支援者6的上身前倾，而在支撑腿的后期抑制支援者6的上身后倾。

另外，被支援者6的健腿14和被动腿1可以看作经由被支援者6的骨盆连接，因此被动腿1通过被支援者6的健腿14的动作自然地动作，促进与被动腿1连接的患腿15的动作。因此，即使没有支援者，也能够进行被支援者6的步行支援。

此外，对于该实施方式，也可以如第2实施方式那样，包括用于调整大腿部1a、小腿部1b的长度的长度调整机构7a、7b、用于调整腰关节1e的位置的腰关节位置调整机构8以及约束被支援者6的脚的脚部穿戴件9。

附图标记说明

1腿

1a大腿部

1b小腿部

1c膝止动器

1d膝关节

1e腰关节

1f圆弧状的脚部

2把手

3穿戴件

3a腰部穿戴件

3b腿肚穿戴件

4连结件

5支援者

6被支援者

7a、7b、7c长度调整机构

2a被支援者用的把手

8腰关节位置调整机构

8a角度调整机构

8b长度方向调整机构

9脚部穿戴件

9a拖鞋保持部

9b连接部

9c旋转部

9d滑动部

10拖鞋

12肩挂件

13聚氨酯片

14健腿

15患腿

Claims

1.一种步行支援机，通过被支援者本身的一侧的腿的活动促进另一侧的腿的活动，从而支援被支援者的步行，并且只穿戴在所述一侧的腿和所述另一侧的腿中的所述另一侧的腿上，所述步行支援机的特征在于，

包括：一个被动腿，具有在所述被支援者步行时经由膝关节相对旋转的大腿部和小腿部，还具有能够使该被动腿旋转的腰关节；和

穿戴件，用于将所述被动腿穿戴在被支援者的所述另一侧的腿上；

在该步行支援机穿戴在被支援者上的状态下，被支援者的一侧的腿与所述被动腿经由被支援者的骨盆连结，通过被支援者的一侧的腿的活动，所述被动腿自然地动作，促进穿戴有所述被动腿的被支援者的另一侧的腿的活动。

2.根据权利要求1所述的步行支援机，其特征在于，

作为所述穿戴件，包括用于将所述被动腿穿戴在被支援者的腰部的腰部穿戴件，该腰部穿戴件安装在所述被动腿的腰关节上。

3.根据权利要求1或2所述的步行支援机，其特征在于，

包括肩挂件，用于从被支援者的肩膀悬挂所述被动腿。

4.根据权利要求3所述的步行支援机，其特征在于，

所述肩挂件与所述腰部穿戴件连接。

5.根据权利要求3所述的步行支援机，其特征在于，

包括弹性部件，将所述肩挂件中位于被支援者上身的前后的部位与所述大腿部之间分别进行连接。

6.根据权利要求4所述的步行支援机，其特征在于，

7.根据权利要求1或2所述的步行支援机，其特征在于，

包括至少在摆腿初期促进所述被动腿的摆出、在摆腿后期抑制所述被动腿的摆出的机构。

8.根据权利要求7所述的步行支援机，其特征在于，

所述机构在摆腿初期促进所述被动腿的摆出，在摆腿后期抑制所述被动腿的摆出，在支撑腿的初期抑制被支援者的上身前倾，在支撑腿的后期抑制被支援者的上身后倾。

9.根据权利要求1或2所述的步行支援机，其特征在于，

作为所述穿戴件，包括用于将所述被动腿穿戴在被支援者的腿肚上的腿肚穿戴件。