JP2009153660A - 股関節及び膝関節自動股義足 - Google Patents
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Abstract
健常側の歩様情報に基づき義足に内蔵した制御装置・駆動機構が、義足股関節と膝関節を能動的に駆動させ、装着者が安定歩行できる股下離断者と健常者が装着可能な関節自動駆動式股義足の提供。
【解決手段】
本発明は、骨盤と大腿部を支持する股ソケット2と、肩掛ストラップ(8,9)と、股ソケット2の外周側面に取り付けた義足大腿部21を駆動源22で股関節軸27周りに揺動させる股関節駆動機構19と、義足大腿部21下部に取り付けた下腿パイプ38を駆動源34で膝関節軸31周りに揺動させる膝関節駆動機構30を備え、股関節及び膝関節制御機構40が、角度計測器(42,43)による歩行時の健常側大腿部と下腿部の角速度値と、感圧スイッチ(44〜49)による両脚足裏の離着床検知結果を制御コンピュータ41で解析して義足の振り出しを制御する。
【選択図】図1
Description
b=√(9.8/h):h(メートル)は人の重心点高さ。適宜調整する。
Ts=0.5(秒):人の一歩踏み出す所要時間。適宜調整する。
lam=0.2 :制御パラメータ(設定範囲0〜1.0)
K=1.0 :適合パラメータ(設定範囲0〜1.0)
S=0.6 :歩幅理想値(ラジアン)・(設定範囲目安0.1〜1.0)
R1,R2:健側下肢の測定による。
[計算処理過程]
U = R1 - R2 * 0.5
C1=−K*((1.0+lam*lam)*cosh(b*Ts)-2.0*lam)/(b*sinh(b*Ts))
C2=−C1*(b*sinh(b*Ts)/(2.0*(1.0-cosh(b*Ts))))−0.5
[結果]
W = C1 * U + C2 * S
2 股ソケット
5 骨盤下部支持面
8,9 肩掛けストラップ
12 大腿下部支持面
19 股関節駆動機構
20 股継手
20a 固定ブラケット
20b 回転ブラケット
21 義足大腿部
22 股用サーボモータ(股関節用駆動源)
23 股用主動プーリ
24 股用従動プーリ
25 股用タイミングベルト(股用伝達ベルト)
27 股関節軸
28 支持ローラー
30 膝関節駆動機構
31 膝関節軸
34 膝用サーボモータ(膝関節用駆動源)
35 膝用主動プーリ
36 膝用従動プーリ
37 膝用タイミングベルト(膝用伝達ベルト)
38 下腿パイプ
40 股関節及び膝関節駆動機構
41 制御コンピュータ
42 股用ポテンショメータ(第1の角度計測器)
43 膝用ポテンショメータ(第2の角度計測器)
44 感圧ゴムスイッチ(健常側足先用)
45,46 感圧ゴムスイッチ(健常側踵用)
47 感圧ゴムスイッチ(義足側足先用)
48,49 感圧ゴムスイッチ(義足側踵用)
Claims (4)
- 上方から前方にかけて開口し、装着する骨盤の支点位置から前方に向けて引き延ばして形成された下部支持面が、骨盤と大腿部を下方から支持する股ソケットと、
前記股ソケットに取り付けられた複数の肩掛けストラップと、
前記股ソケットの外周側面に股関節軸を取り付ける固定ブラケットと、上端が前記股関節軸に対して回転自在に取り付けられ、下端が前記股ソケットの外周下面に回り込み、前記外周下面に転がり接触する上部の支持ローラーを介して前記股ソケットを支持するとともに下部に義足大腿部を取り付ける回転ブラケットの組み合わせからなる股継手と、前記義足大腿部を取り付けた回転ブラケットを前記股関節軸周りに揺動させる股関節用駆動源を備えた股関節駆動機構と、
義足大腿部の下部に設けられた膝関節軸と、前記膝関節軸に上端が回転自在に取り付けられた下腿パイプと、下腿パイプを前記膝関節軸周りに揺動させる膝関節用駆動源を備えた膝関節駆動機構と、
健常側股関節に取り付けられ歩行時の健常側大腿部の角度を計測する第1の角度計測器と、健常側膝関節に取り付けられ歩行時の健常側下腿部の角度を計測する第2の角度計測器と、健常側及び義足の足底にそれぞれ取り付けられ、健常側下肢と義足の離着床を検知する複数の感圧スイッチと、前記各角度計測値から算出した健常側股関節及び膝関節の角速度と前記両足足裏の離着床検知結果に基づいて義足を健常側下肢とほぼ一致した動作で健常側と交互に振り出させる振りだし指令信号を前記股関節及び膝関節駆動機構に送信する制御コンピュータを備えた股関節及び膝関節制御機構、
を備えたことを特徴とした、股関節及び膝関節自動股義足。 - 前記第1及び第2の角度計測器は、健常側股関節及び膝関節の回転中心にそれぞれ取り付けられると共に前記制御コンピュータに接続されたポテンショメータであって、前記制御コンピュータは、健常側股関節のポテンショメータによって計測される腰部基準軸に対する健常側大腿部の角度情報と、膝関節のポテンショメータによって計測される健常側大腿部に対する健常側下腿部の角度情報の各微分値から歩行時における健常側股関節及び膝関節の角速度をそれぞれ計測することを特徴とした、請求項1記載の股関節及び膝関節自動股義足。
- 前記股関節駆動機構は、前記股関節用駆動源が義足大腿部に内蔵した股用サーボモーターであって、前記股用サーボモーターによって回転する股用主動プーリと、前記股関節軸と同軸の位置に固定された股用従動プーリを備え、前記股用両プーリ間に股用伝達ベルトが取り付けられていることを特徴とした請求項1または2に記載の股関節及び膝関節自動股義足。
- 前記膝関節駆動機構は、前記膝関節用駆動源が義足大腿部に内蔵した膝用サーボモーターであって、前記膝用サーボモーターによって回転する膝用主動プーリと、前記膝関節軸と同軸の位置に固定された膝用従動プーリを備え、前記膝用両プーリ間に膝用伝達ベルトが取り付けられていることを特徴とした請求項1から3のうちいずれかに記載の股関節及び膝関節自動股義足。
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