JP2009082538A

JP2009082538A - 歩行補助装置

Info

Publication number: JP2009082538A
Application number: JP2007257216A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Kudo; 工藤　　浩
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-10-01
Filing date: 2007-10-01
Publication date: 2009-04-23
Anticipated expiration: 2027-10-01
Also published as: US8388559B2; WO2009044507A1; US20100210980A1; JP4784771B2

Abstract

【課題】荷重伝達部１と、利用者の足平に装着される足平装着部２と、荷重伝達部と足平装着部との間に設けられる脚リンク３とを備える歩行補助装置であって、足平装着部は、利用者の足首より前方位置で脚リンクの下端に少なくとも正面視左右方向の軸線回りの回転自由度を持つように連結される連結部材２２を備えるものにおいて、連結部材が脚リンクから伝達される荷重の方向変化で前後にぐらつくことを防止できるようにする。
【解決手段】足平装着部２は、脚リンク３から連結部材２２に伝達される荷重の矢状面における作用範囲よりも外側で利用者の足平により踏み付け可能な剛性板から成る踏み板部材２３を備える。連結部材２２は踏み板部材２３に該踏み板部材２３に対する正面視左右方向の軸線回りの回転が制限されるように結合される。
【選択図】図１

Description

本発明は、利用者の脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助する歩行補助装置に関する。

従来、この種の歩行補助装置として、荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、荷重伝達部と足平装着部との間に設けられる脚リンクとを備え、利用者の体重の少なくとも一部を荷重伝達部を介して脚リンクで支えることにより、利用者の脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助するようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記従来例のものにおいて、足平装着部は、靴と、靴に組付けた、利用者の足先部分を挿通自在な鐙状の連結部材とを備えている。そして、連結部材を利用者の足首より前方位置で脚リンクの下端に少なくとも正面視左右方向の軸線回りの回転自由度を持つように連結している。これにより、足平装着部が利用者の足首の動きに追従して脚リンクに対し動くようになり、足首の動きの自由度が確保される。

然し、連結部材がこのような回転自由度を持つように脚リンクに連結されると、脚リンクから連結部材に伝達される荷重の作用方向が連結部材に対し歩行中に前後に傾く。これにより連結部材に前後方向の回転モーメントが作用して、連結部材が前後にぐらつく。そして、連結部材のぐらつきにより連結部材に接する靴の部分が擦られて損耗し、足平装着部の耐久性を確保することが困難になる。
特開２００７−２０９０９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、足平装着部の耐久性を向上できるようにした歩行補助装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、荷重伝達部と足平装着部との間に設けられる脚リンクとを備え、利用者の体重の少なくとも一部を荷重伝達部を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、足平装着部は、利用者の足首より前方位置で脚リンクの下端に少なくとも正面視左右方向の軸線回りの回転自由度を持つように連結される連結部材を備えるものにおいて、足平装着部は、脚リンクから連結部材に伝達される荷重の矢状面（前後方向に沿う面）における作用範囲よりも外側で利用者の足平により踏み付け可能な剛性板から成る踏み板部材を備え、連結部材は踏み板部材に該踏み板部材に対する正面視左右方向の軸線回りの回転が制限されるように結合されていることを特徴とする。

本発明によれば、脚リンクから連結部材に伝達される荷重の作用方向が連結部材に対し歩行中に前後に傾いて、連結部材に前後方向の回転モーメントが作用しても、連結部材に結合される踏み板部材が荷重の作用範囲の外側で利用者の足平により踏み付けられるため、連結部材は前後にぐらつかない。従って、連結部材のぐらつきに起因する足平装着部の損耗を生じず、足平装着部の耐久性が向上する。

また、連結部材を靴に接着等で固定しなくても、上記の如く踏み板部材の踏み付けにより連結部材の安定性が確保される。そのため、連結部材を結合した踏み板部材を靴内に単純に挿入するだけで済む。従って、連結部材を固定した専用の靴を製作する必要がなく、利便性が向上する。

更に、本発明においては、足平装着部を靴と靴に着脱自在に外装されるアダプタとで構成することも可能である。この場合、このアダプタに踏み板部材と連結部材とを設けておけば、踏み板部材が利用者の足平により靴底を介して踏み付けられて、連結部材の安定性が確保される。これによれば、利用者が履きなれた靴をそのまま使用することができ、利便性が一層向上する。

また、本発明において、連結部材は、利用者の足平の足指関節と舟状骨との間の部分の横方向内側を通るように、踏み板部材に片持ち状態で結合されることが望ましい。これによれば、上記従来例の鐙状の連結部材と異なり、足平が連結部材で拘束されず、装着感が向上する。

また、本発明においては、踏み板部材に該踏み板部材を横断するように溝部が設けられることが望ましい。ここで、踏み板部材が利用者の足平の踵から足先に亘って延在する１枚の剛性板で構成する場合、歩行時に曲がる必要がある部分（足指関節下等）に上記溝部を設けることで、踏み板部材の曲がりが許容され、歩行がしやすくなる。

また、足平装着部が踏み板部材の下に配置される接地部材を有し、この接地部材に利用者の踏力を検出可能な圧力センサが設けられる場合、踏み板部材に上記溝部を設けて、この溝部に圧力センサ用の配線を通すことにより、配線の断線を防止することができる。

以下、本発明の実施形態の歩行補助装置について説明する。歩行補助装置は、図１及び図２に示す如く、利用者Ｐが跨ぐようにして着座する荷重伝達部たる着座部材１と、利用者の左右の足平に装着される左右一対の足平装着部２，２と、着座部材１と左右の足平装着部２，２との間に設けられる左右一対の脚リンク３，３とを備えている。

各脚リンク３は、着座部材１に上端の第１関節部３１を介して前後方向に揺動自在に連結される第１リンク部材３２と、第１リンク部材３２の下端に回転式の第２関節部３３を介して連結される第２リンク部材３４とで構成される屈伸自在なリンクで構成される。第２リンク部材３４の下端には、第３関節部３５を介して足平装着部２が連結されている。

また、第１リンク部材３２には第２関節部３３用の駆動ユニット４が搭載されている。そして、駆動ユニット４による第２関節部３３の回転駆動で各脚リンク３を伸び方向、即ち、着座部材１を押し上げる方向に動作させ、利用者の体重の少なくとも一部を支持する支持力(以下、体重免荷アシスト力という)を発生させるようにしている。各脚リンク３で発生された体重免荷アシスト力は着座部材１を介して利用者Ｐの体幹に伝達され、利用者Ｐの脚に作用する荷重が軽減される。

着座部材１は、利用者Ｐが着座するサドル状のシート部１ａと、シート部１ａを支持する下面の支持フレーム１ｂとで構成されている。

各脚リンク３の上端の第１関節部３１は、着座部材１の下側に設けられた円弧状のガイドレール３１ａを備えている。そして、このガイドレール３１ａに、各脚リンク３を第１リンク部材３２の上端部に固定されるスライダー３２ａに軸着した複数のローラ３２ｂを介して移動自在に係合させている。かくして、各脚リンク３２はガイドレール３１ａの曲率中心を中心にして前後方向に揺動することになり、各脚リンク３の前後方向の揺動支点はガイドレール３１ａの曲率中心になる。

また、ガイドレール３１ａは、着座部材１の支持フレーム１ｂの前端の立上り部に前後方向に長手の支軸３１ｂを介して軸支されている。従って、ガイドレール３１ａは、着座部材１に横方向に揺動自在に連結される。これにより、各脚リンク３の横方向への揺動が許容されて、利用者Ｐの脚を外転できるようになる。尚、ガイドレール３１ａの曲率中心及び支軸３１ｂの軸線はシート部１ａより上方に位置する。そのため、利用者Ｐの体重移動で着座部材１が上下左右に大きく傾動することを防止できる。

駆動ユニット４は、電動モータ４１と、これに連結される減速機４２と、減速機４２の出力部材たるクランクアーム４２ａと第２関節部３３の関節軸３３ａより上方に伸びる第２リンク部材３４の上端部とを連結する伝動リンク４３とで構成される。そして、電動モータ４１から減速機４２を介して出力される動力が伝動リンク４３を介して第２リンク部材３４に伝達され、第２リンク部材３４が第１リンク部材３２に対し関節軸３３ａを中心にして揺動して、脚リンク３が屈伸されるようにしている。

各足平装着部２は、靴２１と、靴２１に組み込んだ連結部材２２とを備えている。そして、各脚リンク３の下端に利用者Ｐの足首より前方位置で連結部材２２が第３関節部３５を介して連結されている。第３関節部３５は、正面視左右方向の第１軸３５ａと、上下方向の第２軸３５ｂと、前後方向の第３軸３５ｃとを有する３軸構造に構成されている。

図３を参照して、各足平装着部２の接地部材たる靴底２１ａには、利用者の踏力を検出するための圧力センサ５が設けられている。そして、靴２１内に圧力センサ５を上方から覆うようにして中敷２１ｂが装着されている。更に、第３関節部３５には２軸の力センサ６が組み込まれている。これら圧力センサ５及び力センサ６の検出信号は着座部材１の支持フレーム１ｂに収納したコントローラ７に入力される。コントローラ７は、圧力センサ５及び力センサ６からの信号に基づき、電動モータ４１を制御して脚リンク３の第２関節部３３を駆動し、上記体重免荷アシスト力を発生させる歩行アシスト制御を実行する。

ここで、体重免荷アシスト力は、矢状面（前後方向に沿う鉛直な投影面）において、第１関節部３１における脚リンク３の前後方向の揺動支点と、第３関節部３５における脚リンク３の前後方向の揺動支点たる第１軸３５ａとを結ぶ線(以下、基準線という)上に作用する。そこで、歩行アシスト制御では、基準線上に作用する実際の体重免荷アシスト力(正確には体重免荷アシスト力と着座部材１及び各脚リンク４の重量による力との合力)を力センサ６で検出される２軸方向の力の検出値に基づいて算出する。また、各足平装着部２の圧力センサ５の検出力に基づいて、利用者Ｐの両足平にかかる全踏力に対する各足平の踏力の割合を算出する。次に、予め設定される体重免荷アシスト力の設定値に各足平の踏力割合を乗算した値を各脚リンク３で発生すべき体重免荷アシスト力の制御目標値として算出する。そして、力センサ６の検出値に基づいて算出される実際の体重免荷アシスト力が制御目標値になるように電動モータ４１を制御する。

ところで、足平装着部２の連結部材２２は脚リンク３に対し正面視左右方向の軸線回り、即ち、第３関節部３５の第１軸３５ａ回りの回転自由度を持つように連結される。そのため、脚リンク３から連結部材２２に伝達される荷重（体重免荷アシスト力）の作用方向は歩行中に前後に傾き、連結部材２２に前後方向の回転モーメントが作用する。そして、この回転モーメントで連結部材２２が前後にぐらつくと、連結部材２２に接する靴２１の部分が擦られて損耗し、靴２１の耐久性が損なわれる。

そこで、本実施形態では、図３及び図４に示す如く、脚リンク３から連結部材２２に伝達される荷重の矢状面における作用範囲よりも外側で利用者の足平Ｆにより踏み付け可能な剛性板から成る踏み板部材２３を設け、この踏み板部材２３を中敷２１ｂの下側で接地部材たる靴底２１ａ上に載置している。そして、連結部材２２を踏み板部材２３に該踏み板部材２３に対する正面視左右方向の軸線回りの回転が制限されるように結合している。尚、図３では靴２１の靴底２１ａ及び中敷２１ｂ以外の部分を省略している。また、図３で２２ａは、第３関節部３５の第１軸３５ａ用の取付孔を示している。

ここで、通常歩行時に脚リンク３から連結部材２２に伝達される荷重の矢状面における作用範囲は、第１軸３５ａを通る鉛直線から前後２３．５°の角度内に収まる。そして、足平Ｆの踵はこの作用範囲よりも後方に位置する。そこで、本実施形態では、踵で踏み板部材２３が踏み付けられるようにしている。また、踏み板部材２３と連結部材２２とを一体成形している。

以上の構成によれば、連結部材２２に前後方向の回転モーメントが作用しても、踏み板部材２３が荷重の作用範囲の外側で利用者の足平Ｆ（踵）により踏み付けられるため、踏み板部材２３に結合される連結部材２２は前後にぐらつかない。従って、連結部材２２のぐらつきに起因する靴２１の損耗を生じず、足平装着部２の耐久性が向上する。

また、連結部材２２を靴２１に接着等で固定しなくても、上記の如く踏み板部材２３の踏み付けにより連結部材２２の安定性が確保される。そのため、連結部材２２を結合した踏み板部材２３を靴２１内に単純に挿入するだけで済む。従って、連結部材２２を固定した専用の靴を製作する必要がなく、利便性が向上する。

また、本実施形態において、連結部材２２は、利用者の足平Ｆの足指関節（ＭＰ関節）Ｆａと舟状骨Ｆｂとの間の部分の横方向内側を通るように、踏み板部材２３に片持ち状態で結合されている。これによれば、上記従来例の鐙状の連結部材と異なり、足平Ｆが連結部材２２で拘束されず、装着感が向上する。更に、本実施形態では、連結部材２２を曲面状に形成して、連結部材２２の剛性を向上できるようにしている。

尚、踏み板部材２３は足平Ｆの踵で踏み付けられる部分から前方にのびる部分を有し、この前方部分は足平ＦのＭＰ関節Ｆａより手前で終端している。このままでは、踏み板部材２３が靴２１内で前方に位置ずれする可能性がある。そこで、踏み板部材２３に、靴２１の先端部に達するように可撓性を有する延長板部２３ａを連設し、踏み板部材２３の位置ずれを防止できるようにしている。

ここで、踏み板部材２３を足平Ｆの踵部から足先に亘って延在する１枚の剛性板で構成することも考えられる。然し、これでは、利用者の足指の動きの自由度、特に、足指の背屈が阻害される。これに対し、本実施形態の如く踏み板部材２３の延長板部２３ａを可撓性を有するものにすれば、足指の動きの自由度が確保され、有利である。尚、ＭＰ関節Ｆａの直下から前後１５ｍｍ程度の範囲に位置する延長板部２３ａの部分が可撓性を有していれば、足指の動きの自由度を確保できる。従って、この部分より前方に位置する延長板部２３ａの部分は剛性板で形成されていても良い。

前記圧力センサ５は、踵側の１箇所と足先側の横方向に離れた２箇所との計３箇所に配置されている。そして、踏み板部材２３にこれら圧力センサ５に対する逃げ孔２３ｂを開設している。これによれば、連結部材２２を介して踏み板部材２３に伝達される脚リンク３からの荷重が圧力センサ５に作用しない。従って、利用者の踏力を圧力センサ５で正確に検出できる。

次に、図５及び図６を参照して、踏み板部材２３の構造を変更した第２実施形態について説明する。この踏み板部材２３は、利用者の足平の踵から足先に亘って延在する１枚の剛性板で構成されている。そして、ＭＰ関節の下に位置する踏み板部材２３の部分の下面に、踏み板部材２３を横断するように第１の溝部２３ｃを形成している。尚、各足指のＭＰ関節の位置は前後にずれているため、第１の溝部２３ｃは踏み板部材２３を斜めに横断するように形成される。これによれば、第１の溝部２３ｃで踏み板部材２３が屈曲可能になる。そのため、踵から足先に亘って延在する１枚の剛性板で踏み板部材２３を構成するにも拘わらず、足指の背屈が許容され、支障なく歩行することができる。

また、踏み板部材２３には、上記第１実施形態のものと同様に、接地部材たる靴底２１ａの足先側の２箇所と踵側の１箇所に配置する圧力センサ５に対する逃げ孔２３ｂが形成されている。上記第１の溝部２３ｃは、足先側の圧力センサ５に対する逃げ孔２３ｂに交わるように形成される。更に、踵の下に位置する踏み板部材２３の部分の下面に、踵側の圧力センサ５に対する逃げ孔２３ｂに交わるようにして踏み板部材２３を横断する第２の溝部２３ｄが形成されている。

そして、各圧力センサ５用の配線５ａを各溝部２３ｃ、２３ｄに通して連結部材２２まで導き、連結部材２２から脚リンク３に沿わせて配設して、着座部材１の支持フレーム１ｂ内のコントローラ７に接続している。これによれば、配線５ａが利用者の足平に触れず、履き心地が良好になると共に、配線５ａに踏力が作用することを防止する保護溝として溝部２３ｃ，２３ｄが機能し、配線５ａの断線が防止される。

次に、図７及び図８を参照して、足平装着部２の構造を変更した第３実施形態について説明する。この足平装着部２は、靴２１と、靴２１に着脱自在に外装されるアダプタ２４とで構成されている。アダプタ２４は靴２１の靴底２１ａを載せるソール部２４ａを有するサンダル状であり、アダプタ２４を靴２１に外装固定するための面ファスナ付きの前後一対のバンド２４ｂ，２４ｃを備えている。尚、アダプタ２４は、紐等で靴２１に緊締されるものであっても良い。

また、アダプタ２４には、上記第１実施形態の第３関節部３５の第１軸３５ａ用の取付孔２２ａを形成した連結部材２２と剛性板から成る踏み板部材２３とが設けられている。踏み板部材２３は、脚リンクから連結部材２２に伝達される荷重の矢状面における作用範囲よりも外側に位置する利用者の足平の部分である踵により靴底２１ａを介して踏み付けられるように、アダプタ２４のソール部２４ａの後部上面に鋲等で固定されている。また、連結部材２２は、アダプタ２４を靴２１に外装した状態で利用者の足平の足指関節と舟状骨との間の部分の横方向内側を通るように、踏み板部材２３に片持ち状態で一体に結合されている。

第３実施形態のものでも、踏み板部材２３の踏み付けにより連結部材２２の安定性が確保され、連結部材２２が前後にぐらつかない。従って、連結部材２２のぐらつきに起因する足平装着部２の損耗が防止されて、耐久性が向上する。また、第２実施形態では、靴２１に連結部材２２及び踏み板部材２３を装着する必要がないため、利用者が履きなれた靴２１をそのまま使用でき、利便性が一層向上する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、脚リンク３が中間に回転式の第２関節部３３を有する屈伸自在なリンクで構成されているが、直動式の第２関節部を有する伸縮自在なリンクで脚リンクを構成しても良い。また、荷重伝達部を利用者の腰回りに装着するハーネスで構成することも可能である。更に、片方の脚が骨折等で不自由な利用者の歩行を補助するため、上記実施形態の左右の脚リンクリンク３，３のうち利用者の不自由な脚側の脚リンクのみを残して他方の脚リンクを省略することも可能である。

本発明歩行補助装置の第１実施形態の側面図。第１実施形態の正面図。第１実施形態の足平装着部の側面図。図３の足平装着部に備える連結部材及び踏み板部材の平面図。第２実施形態の連結部材及び踏み板部材の平面図。図５のＶＩ−ＶＩ線で切断した拡大断面図。第３実施形態の足平装着部の斜視図。図７の足平装着部のアダプタを示す斜視図。

符号の説明

１…着座部材（荷重伝達部）、２…足平装着部、２１…靴、２１ａ…靴底（接地部材）、２２…連結部材、２３…踏み板部材、２３ｃ，２３ｄ…溝部、２４…アダプタ、３…脚リンク、５…圧力センサ、５ａ…配線。

Claims

荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、荷重伝達部と足平装着部との間に設けられる脚リンクとを備え、利用者の体重の少なくとも一部を荷重伝達部を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、足平装着部は、利用者の足首より前方位置で脚リンクの下端に少なくとも正面視左右方向の軸線回りの回転自由度を持つように連結される連結部材を備えるものにおいて、
足平装着部は、脚リンクから連結部材に伝達される荷重の矢状面における作用範囲よりも外側で利用者の足平により踏み付け可能な剛性板から成る踏み板部材を備え、連結部材は踏み板部材に該踏み板部材に対する正面視左右方向の軸線回りの回転が制限されるように結合されていることを特徴とする歩行補助装置。
前記足平装着部は、靴と、この靴に着脱自在に外装されるアダプタとで構成され、このアダプタに前記踏み板部材と前記連結部材とが設けられていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
前記連結部材は、利用者の足平の足指関節と舟状骨との間の部分の横方向内側を通るように、踏み板部材に片持ち状態で結合されることを特徴とする請求項１又は２記載の歩行補助装置。
前記踏み板部材に該踏み板部材を横断するように溝部が設けられていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
前記足平装着部は前記踏み板部材の下に配置される接地部材を有し、この接地部材に利用者の踏力を検出可能な圧力センサが設けられ、この圧力センサ用の配線が前記溝部に通されることを特徴とする請求項４記載の歩行補助装置。