JP2002191652A - 下肢駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】下腿用運動機構部のリンク部材の長さを長くし
ないで、十分な動作ストロークを確保できる下肢駆動装
置を提供する。 【解決手段】下肢駆動装置の基台３０は患者４０を横臥
させるベッド３１の下部に斜めに取り付けられ、下腿用
運動機構部２０の第２駆動軸２２は大腿用運動機構部１
０の第１駆動軸１２より高い位置に配置されている。こ
の様に配置されているので、第３のリンク部材２６およ
び第４のリンク部材２７を、従来の下肢駆動装置に比べ
て短くできる。そのため、下腿用運動機構部２０を軽量
にできるとともに剛性を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、人の下肢を保持
して運動させることにより、下肢を受動的に動かすこと
でリハビリテーションを行う下肢駆動装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】本出願人は、特開平１１−３４７０８１
号公報で下肢駆動装置を提案している。図５は前記公報
に記載された下肢駆動装置の側面図である。図におい
て、１０は大腿用運動機構部、２０は下腿用運動機構部
であり、ともに同じ基台３０に据え付けられてそれぞれ
患者４０の大腿４１と下腿４２を駆動する。大腿用運動
機構部１０は、患者４０の大腿４１部に装着する大腿装
着部１１と、基台３０に設けられ基台３０に内蔵したモ
ータ（図示せず）によって駆動される第１駆動軸１２、
連動駆動軸１３、フリージョイント１４、直動のフリー
ジョイントすなわちスライド機構１５と、第1 の駆動軸
１２と連動駆動軸１３を連結する第１のリンク部材１６
と、連動駆動軸１３とフリージョイント１４を連結する
第２のリンク部材１７と力検出器１８から構成されてい
る。大腿用運動機構部１０を使用する時は、第１駆動軸
１２、連動駆動軸１３、フリージョイント１４および股
関節４３の４点が概ね平行四辺形の各頂点となるように
配置される。 連動駆動軸１３は第１駆動軸１２と同一
のモータによって駆動され、第１駆動軸１２と連動駆動
軸１３の間の第１のリンク部材１６内の機構を経由して
トルクが伝達されており、第１駆動軸１２に連動して同
じ角度だけ逆向きに動くようになっている。また大腿装
着部１１とフリージョイント１４の間に設けたスライド
機構１５は、患者４０と下肢駆動装置間の適正距離から
のずれと、患者４０の下肢長の個人差により生じる位置
ズレを吸収することができるようになっている。また、
力検出器１８はスライド機構１５の下面にあって、大腿
用運動機構部１０と大腿部４１の間に働く力を検出する
検出器である。このような構成をしているため、股関節
４３または第1 の駆動軸１２の回転角度に関わらず、ま
た多少の位置ずれが残っているのも関わらず大腿部に目
的とする負荷を印加することができる。

【０００３】下腿用運動機構部２０は、患者４０の下腿
部４２に装着する下腿装着部２１と、基台３０に設けら
れ基台３０に内蔵したモータ（図示せず）によって駆動
される第２駆動軸２２、第３駆動軸２３、フリージョイ
ント２４、フリー回転部２５および、第２駆動軸２２と
第３駆動軸２３を連結する第３のリンク部材２６と、第
３駆動軸２３とフリージョイント２４を連結する第４の
リンク部材２７から構成されている。第３駆動軸２３は
基台に内蔵された別のモータ（図示せず）によって駆動
され、第２駆動軸２２と第３駆動軸２３の間の第３のリ
ンク部材２６に内蔵された機構（図示せず）によってト
ルクが伝えられ、第２駆動軸２２の動きとは独立して回
転駆動することができる。フリー回転部２５はフリージ
ョイント２４と下腿装着部２１の間に設けられた回転機
構であり、下腿装着部２１に載せて固定した下腿部４２
の長手方向の軸とフリージョイント２４の回転軸の両方
に垂直な軸回りに自在に回転できるようになっている。
下腿用運動機構部２０は、第２駆動軸２２と第３駆動軸
２３のふたつの独立な駆動軸を持っているため、紙面に
平行な平面内で可動範囲内の任意の位置で下腿部４２に
負荷をかけることが可能である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところがこの従来の下
肢リハビリ装置では次のような問題が生じていた。下腿
用運動機構部は大腿用運動機構部より動作ストロークが
大きいが、下腿用運動機構部と大腿用運動機構部を同じ
高さに配置しているので、下腿用運動機構部のリンク部
材が長くなり、その分機械強度を大きくとるためにサイ
ズが大きく重くなり、装置をコンパクトにまとめるのが
困難であるという問題があった。また、リンク部材が長
いので、質量およびイナーシャが大きくなるので、駆動
用モータの容量が大きくなるという問題もあった。ま
た、リンク部材が長いので、下腿用運動機構部の剛性が
低くなるので、安定性が悪くなり、患者の下腿部への装
着が困難であるという問題もあった。また、リンク部材
が長いので、下腿用運動機構部をコンパクトに折り畳め
ないという問題があった。また、下腿用運動機構部と大
腿用運動機構部が基台の同じ側に取り付けられていたの
で、下腿用運動機構部と大腿用運動機構部が互いに干渉
し、十分な動作ストロークがとれないという問題があっ
た。また、リンク部材が単純な直線の棒だったので、患
者の臀部や、足の踵部とリンク部材が干渉するので、十
分な動作ストロークがとれないという問題があった。ま
た、患者の脚を真っ直ぐ伸ばした姿勢をとったときに、
前記第４のリンク部材の姿勢を任意に選択できないの
で、患者の下肢の長さに合わせて、下腿装着部の位置を
任意に選ぶことができないという問題があった。また、
大腿装着部の底面に力検出器を取付けていたので、患者
の膝を曲げると力検出器と下腿装着部が干渉し十分な膝
曲げ運動ができないという問題があった。そこで、本発
明は下腿用運動機構部のリンク部材の長さを長くしない
で、十分な動作ストロークを確保できる下肢駆動装置を
提供するものである。下腿用運動機構部をコンパクトに
折り畳める下肢駆動装置を提供するものである。また、
大腿用運動機構部と下腿用運動機構部の干渉のない下肢
駆動装置を提供するものである。また、患者の臀部およ
び踵部とリンク部材の干渉のない下肢駆動装置を提供す
るものである。また、患者の下肢の長さに合わせて下腿
装着部の位置の任意に選べる下肢駆動装置を提供するも
のである。また、大腿用運動機構部の力検出器と下腿装
着部の干渉のない下肢駆動装置を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、大腿に力を加えて股関節を回転させる大腿用運動
機構部と下腿に力を加えて膝関節を回転させる下腿用運
動機構部からなる下肢駆動装置において、前記大腿用運
動機構部は基台に据え付けられ、前記基台に内蔵するモ
ータで駆動される第１駆動軸と、該第１駆動軸と第１の
リンク部材で連結され、前記第１駆動軸の回転に従い同
じ角度だけ機械的に逆回転する連動駆動軸と、該連動駆
動軸と第２のリンク部材で連結された回転自在のフリー
ジョイントと、該フリージョイントに連結されたスライ
ド機構と、該スライド機構に固定されて大腿を固定する
大腿装着部と、からなり、前記下腿用運動機構部は前記
基台に据え付けられ、前記基台に内蔵するモータで駆動
される第２駆動軸と、該第２駆動軸と第３のリンク部材
で連結され、前記基台に内蔵するモータで前記第２駆動
軸とは独立して駆動される第３駆動軸と、該第３駆動軸
と第４のリンク部材で連結された回転自在のフリージョ
イントと、該フリージョイントに連結されたフリー回転
部と、該フリー回転部に固定されて下腿を固定する下腿
装着部と、からなり、前記第２駆動軸を前記第１駆動軸
より高い位置に配置するものである。また、前記大腿用
運動機構部と前記下腿用運動機構部を前記基台を挟ん
で、互いに反対側に取り付けるものである。また、前記
第２駆動軸を前記第1 駆動軸より低い位置であって、前
記第１駆動軸より患者の上体寄りに配置するものであ
る。また、前記第２のリンク部材は臀部との干渉を避け
る方向に湾曲し、前記第４のリンク部材は足の踵部との
干渉を避ける方向に湾曲させるものである。また、患者
の脚を真っ直ぐ伸ばした姿勢をとったときに、前記第４
のリンク部材の姿勢を、垂直の姿勢から前記患者の上体
側へ６０°傾けた姿勢と前記患者の足側へ２０°傾けた
姿勢の間で任意に選択できるようにするものである。ま
た、前記大腿装着部の側面に、力検出器と前記フリージ
ョイントを同心に取り付けるものである。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を図に従
って説明する。なお、従来技術と共通する構成要素につ
いては、同一の符号を付して説明を省略する。図１は本
発明の第１の実施例を示す下肢駆動装置の側面図であ
る。図において、下肢駆動装置の基台３０は患者４０を
横臥させるベッド３１の下部に斜めに取り付けられ、下
腿用運動機構部２０の第２駆動軸２２は大腿用運動機構
部１０の第１駆動軸１２より高い位置に配置されてい
る。この様に配置されているので、第３のリンク部材２
６および第４のリンク部材２７を、従来の下肢駆動装置
に比べて短くできる。そのため、下腿用運動機構部２０
を軽量にできるともに剛性を高めることができる。

【０００７】図２は本発明の第２の実施例を示す下肢駆
動装置の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は
（ａ）の矢印Ａの方向からみた平面図である。図におい
て、大腿用運動機構部１０は基台３０の手前（患者４０
の左手側）に配置され、下腿用運動機構部２０は基台３
０の向こう側（患者４０の右手側）に配置されている。
つまり、大腿用運動機構部１０と下腿用運動機構部２０
は基台３０を挟んで、互いに反対側に取付けられてい
る。このように取り付けられているので、大腿用運動機
構部１０と下腿用運動機構部２０をどのように動かして
も、互いに干渉することがない。

【０００８】図３は本発明の第３の実施例を示す下肢駆
動装置の側面図であり、（ａ）は患者の下肢を伸ばした
状態を示し、（ｂ）は患者の下肢を曲げた状態を示す。
図では、説明の都合のために基台の図示を省略してい
が、基台はベッド３２の下部にあって大腿用運動機構１
０の第1 の駆動軸１２と下腿用運動機構２０の第2 の駆
動軸２２を支持している。第２駆動軸２２は第１駆動軸
１２より低い位置であって、しかも患者の上体よりの位
置に配置されている。この様に配置されているので、下
腿用運動機構２０のストロークを大きく取れ、しかも患
者の下肢を伸ばした状態ではコンパクトに折り畳めると
いう効果がある。第４のリンク部材は、図３（ａ）の状
態では、垂直の姿勢から患者４０の上体側へ２３°傾い
た姿勢をとっているが、患者４０の上体側へ６０°傾け
た姿勢と患者４０の足側へ２０°傾けた姿勢の間で任意
に選択できる。第４のリンク部材の姿勢を任意に選択す
ることにより、患者４０の下肢の長さに合わせて下腿装
着部２１の位置を任意に変更できるのである。第２のリ
ンク部材１７および第４のリンク部材２７はそれぞれ、
弓形に湾曲している。これは、患者４０の臀部４５およ
び踵部４６とリンク部材の干渉を避けるための工夫であ
る。図３（ｂ）に示すように、患者４０の下肢を曲げた
時に、第２のリンク部材１７は患者４０の臀部４５を避
けるように湾曲部の弧が上を向く、第４のリンク部材２
７は患者４０の踵部４６を避けるように湾曲部の弧が下
を向くように、それぞれ取り付けられている。

【０００９】図４は本発明の第４の実施例を示す下肢駆
動装置の図であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は
（ａ）の矢印Ａの方向から見た平面図図である。スライ
ド機構１５は大腿装着部１１の側面にあって、更にその
側面に力検出器１８が取付けられ、また、更にその側面
にフリージョイント１４が同軸に取付けられている。こ
のように構成されているので、患者４０の膝を大きく曲
げても、下腿装着部２１と力検出器１８の干渉が発生し
ない。

【００１０】

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、つ
ぎのような効果がある。請求項１に記載の発明は下腿用
運動機構部を大腿用運動機構部より高い位置に配置した
ので、下腿用運動機構部のリンク部材が短くなり、下肢
駆動装置をコンパクトにまとめられる。また、請求項２
に記載の発明は下腿用運動機構部と大腿用運動機構部を
基台を挟んで互いに反対側に取り付けたので、下腿用運
動機構部と大腿用運動機構部が互いに干渉することな
く、十分な動作ストロークをとれる。また、請求項３に
記載の発明は第２駆動軸を第1 駆動軸より低い位置であ
って、しかも患者の上体よりの位置に配置したので、下
腿用運動機構のストロークをを確保しつつ、コンパクト
に折り畳むこと可能である。また、請求項４に記載の発
明はリンク部材を湾曲させたので、リンク部材が患者の
臀部および踵部との干渉することがなくなり、十分な動
作ストロークがとれる。また、請求項５に記載の発明
は、患者の脚を真っ直ぐ伸ばした姿勢をとったときに、
第４のリンク部材の姿勢を任意に選択できるので、患者
の下肢の長さに合わせて下腿装着部の位置を任意に選べ
る。また、請求項６に記載の発明は大腿装着部の側面に
力検出器を取付けたので、力検出器と下腿装着部が干渉
しなくなり、十分な膝曲げ運動ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す下肢駆動装置の側
面図である。

【図２】本発明の第２の実施例を示す下肢駆動装置の図
であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印
Ａの方向からみた平面図である。

【図３】本発明の第３の実施例を示す下肢駆動装置の側
面図であり、（ａ）は患者の下肢を伸ばした状態を示
し、（ｂ）は患者の下肢を曲げた状態を示す。

【図４】本発明の第４の実施例を示す下肢駆動装置の図
であり、（ａ）は側面図であり、（ｂ）は（ａ）の矢印
Ａの方向からみた平面図である。

【図５】従来技術の例を示す下肢駆動装置の側面図であ
る。

【符号の説明】

１０ 大腿用運動機構部 １１ 大腿装着部 １２ 第１駆動軸 １３ 連動駆動
軸 １４ フリージョイント １５ スライド機構 １
６ 第１のリンク部材 １７ 第２のリンク部材 １８ 力検出器 ２０ 下腿用運動機構部 ２１ 下腿装着部 ２２ 第２駆動軸 ２３ 第３駆動
軸 ２４ フリージョイント ２５ フリー回転部 ２
６ 第３のリンク部材 ２７ 第４のリンク部材 ３０ 基台 ３１ ベッド ４０ 患者 ４１ 大腿部 ４２ 下腿部 ４３ 股関節 ４４ 膝
関節 ４５ 臀部 ４６踵部

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 近藤 正志 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 坂口 安幸 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内 (72)発明者 永松 良之 福岡県北九州市八幡西区黒崎城石２番１号 株式会社安川電機内

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大腿に力を加えて股関節を回転させる大腿
   用運動機構部と下腿に力を加えて膝関節を回転させる下
   腿用運動機構部からなる下肢駆動装置において、 前記大腿用運動機構部は基台に据え付けられ、前記基台
   に内蔵するモータで駆動される第１駆動軸と、該第１駆
   動軸と第１のリンク部材で連結され、前記第１駆動軸の
   回転に従い同じ角度だけ機械的に逆回転する連動駆動軸
   と、該連動駆動軸と第２のリンク部材で連結された回転
   自在のフリージョイントと、該フリージョイントに連結
   されたスライド機構と、該スライド機構に固定されて大
   腿を固定する大腿装着部と、からなり、 前記下腿用運動機構部は前記基台に据え付けられ、前記
   基台に内蔵するモータで駆動される第２駆動軸と、該第
   ２駆動軸と第３のリンク部材で連結され、前記基台に内
   蔵するモータで前記第２駆動軸とは独立して駆動される
   第３駆動軸と、該第３駆動軸と第４のリンク部材で連結
   された回転自在のフリージョイントと、該フリージョイ
   ントに連結されたフリー回転部と、該フリー回転部に固
   定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなり、 前記第２駆動軸を前記第１駆動軸より高い位置に配置し
   たことを特徴とする下肢駆動装置。
2. 【請求項２】前記大腿用運動機構部と前記下腿用運動機
   構部を前記基台を挟んで、互いに反対側に取り付けたこ
   とを特徴とする請求項１に記載の下肢駆動装置。
3. 【請求項３】大腿に力を加えて股関節を回転させる大腿
   用運動機構部と下腿に力を加えて膝関節を回転させる下
   腿用運動機構部からなる下肢駆動装置において、 前記大腿用運動機構部は基台に据え付けられ、前記基台
   に内蔵するモータで駆動される第１駆動軸と、該第１駆
   動軸と第１のリンク部材で連結され、前記第１駆動軸の
   回転に従い同じ角度だけ機械的に逆回転する連動駆動軸
   と、該連動駆動軸と第２のリンク部材で連結された回転
   自在のフリージョイントと、該フリージョイントに連結
   されたスライド機構と、該スライド機構に固定されて大
   腿を固定する大腿装着部と、からなり、 前記下腿用運動機構部は前記基台に据え付けられ、前記
   基台に内蔵するモータで駆動される第２駆動軸と、該第
   ２駆動軸と第３のリンク部材で連結され、前記基台に内
   蔵するモータで前記第２駆動軸とは独立して駆動される
   第３駆動軸と、該第３駆動軸と第４のリンク部材で連結
   された回転自在のフリージョイントと、該フリージョイ
   ントに連結されたフリー回転部と、該フリー回転部に固
   定されて下腿を固定する下腿装着部と、からなり、 前記第２駆動軸を前記第１駆動軸より低い位置であっ
   て、前記第１駆動軸より患者の上体寄りに配置したこと
   を特徴とする下肢駆動装置。
4. 【請求項４】 前記第２のリンク部材は臀部との干渉を
   避ける方向に湾曲し、前記第４のリンク部材は足の踵部
   との干渉を避ける方向に湾曲したことを特徴とする請求
   項１から請求項３のいずれかに記載の下肢駆動装置。
5. 【請求項５】 患者の脚を真っ直ぐ伸ばした姿勢をとっ
   たときに、前記第４のリンク部材の姿勢を、垂直の姿勢
   から前記患者の上体側へ６０°傾けた姿勢と前記患者の
   足側へ２０°傾けた姿勢の間で任意に選択できることを
   特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の下
   肢駆動装置。
6. 【請求項６】 前記大腿装着部の側面に、力検出器と前
   記フリージョイントを同心に取り付けたことを特徴とす
   る請求項１から請求項５のいずれかに記載の下肢駆動装
   置。