JP2010035899A - 歩行補助装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】膝関節用電動モータの負担を軽減し、併せて使用者の膝部の慣性質量の増加によって自然な歩行感が損なわれることを回避すること。
【解決手段】腰部装具に、股間関節用電動モータ１１０と膝関節用電動モータ１２０とを同軸配置し、股間関節用電動モータ１１０の出力部材１１６に大腿部装着具２０を固定連結し、膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６と下腿部装着具４０とをリンク式の伝動機構９０によって駆動連結し、膝関節用電動モータ１２０が発生する動力を伝動機構９０によって下腿部装着具４０に伝達する。
【選択図】図１

Description

本発明は、歩行補助装置に関し、特に、下肢部の運動機能が低下したヒトの歩行をアシストする歩行補助装置に関する。
障害や加齢等によって下肢部の運動機能が低下したヒトの歩行をアシストする歩行補助装置として、使用者の腰部に装着される腰部装具と、使用者の大腿部に装着される大腿部装着具と、使用者の下腿部に装着される下腿部装着具と、使用者の膝関節の側部に対応する位置にあって前記大腿部装着具に対して前記下腿部装着具を前後方向に回動可能に接続する膝関節部接続手段と、使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置されて前記腰部装具に取り付けられ、大腿部装着具に大腿部の運動を補助するための補助力を与える股間関節用電動モータと、膝関節部接続手段部分に取り付けられ、下腿部装着具に下腿部の運動を補助するための補助力を与える膝関節用電動モータとを有する歩行補助装置が知られている（例えば、特許文献１）。
上述の歩行補助装置は、左右２個ずつ、合計４の電動モータを有するから、４モータ式と呼ばれ、股間関節用電動モータの出力によって大腿部の運動を補助すると共に、膝関節用電動モータの出力によって下腿部の運動を補助することができる。
特開２００６−７５２２６号公報
上述の歩行補助装置では、膝関節用電動モータが膝関節部分にあるため、股間関節用電動モータは、膝関節用電動モータごと大腿フレームを回動駆動することになり、股間関節用電動モータの負担（負荷）が大きくなり、消費電力の増加を招くことになる。また、挙動が大きい膝関節の部分に、重量物である電動モータがあると、使用者の膝部の慣性質量が大きくなり、自然な歩行感が損なわれ、使用者の歩調の乱れを招く原因になる。
本発明が解決しようとする課題は、股間関節用電動モータの負荷を軽減し、併せて自然な歩行感が得られ、使用者に与える違和感の低減を図って適切な歩行補助を行うことである。
本発明による歩行補助装置は、使用者の腰部に装着される腰部装具と、使用者の大腿部に装着される大腿部装着具と、使用者の下腿部に装着される下腿部装着具と、使用者の膝関節の側部に対応する位置にあって前記大腿部装着具に対して前記下腿部装着具を前後方向に回動可能に接続する膝関節部接続手段と、使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置され前記腰部装具に取り付けられた動力発生装置とを有し、動力発生装置は股間関節用動力発生手段と膝関節用動力発生手段とを有し、前記股間関節用動力発生手段の出力部材に前記大腿部装着具が固定され、前記膝関節用動力発生手段の出力部材と前記前記下腿部装着具とが当該両者間に設けられた伝動機構によって駆動連結され、前記膝関節用動力発生手段が発生する動力を伝動機構によって前記下腿部装着具に伝達する構造になっている。
この発明による歩行補助装置によれば、股間関節用動力発生手段に加えて膝関節用動力発生手段も使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置され、膝関節用動力発生手段が膝関節部分に存在しないから、その分、股間関節用電動モータの負荷が軽減され、併せて膝関節部分に膝関節用動力発生手段が存在することによる使用者の膝部の慣性質量を増加することが回避される。これにより、使用者の膝部の慣性質量の増加によって自然な歩行感が損なわれるがなくなり、使用者に与える違和感の低減が図られ、適切な歩行補助を行うことができる。また、装置全体として、大腿部から下腿部へ向かうに従って慣性質量が小さくなる装置設計が可能になり、このことによっても、自然な歩行感を損なわない歩行補助を行えるようになる。
また、膝関節用動力発生手段が下肢部で体幹部に近くて歩行時の動きが少ない股間関節の側部に配置されるので、歩行によって膝関節用動力発生手段の位置が大きく変動することがなく、膝関節用動力発生手段が膝関節を動かすための慣性モーメントによる負荷が、当該膝関節用動力発生手段の配置位置変動に伴って増大することが回避される。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記動力発生装置は、前記腰部装具に装着される固定ケース部材を含み、前記股間関節用動力発生手段と前記膝関節用動力発生手段は各々電気モータにより構成され、前記固定ケース部材に前記股間関節用動力発生手段のステータ部材が固定され、前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に当該股間関節用動力発生手段の出力部材が固定され、前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に前記膝関節用動力発生手段のステータ部材が一体連結され、前記膝関節用動力発生手段のロータ部材に当該膝関節用動力発生手段の出力部材が固定されている。
この発明による歩行補助装置によれば、股間関節用動力発生手段のロータ部材に膝関節用動力発生手段が搭載された構造であるから、股間関節用動力発生手段の出力移動（回動変位）によって股間関節が動かされることに併せて膝関節用動力発生手段の位置も歩行による膝関節の移動分移動することになり、膝関節用動力発生手段によって膝関節を動かすのに必要な運動量（回動変位量）の設定が、股間関節が動かされることによって移動した膝関節の位置を基準として容易に適正に行うことができるようになる。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、更に、前記固定ケース部材に対する前記股間関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第１のストッパ機構と、前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に対する前記膝関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第２のストッパ機構とを有する。更には、前記固定ケース部材に対する前記膝関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第３のストッパ機構を有する。
この発明による歩行補助装置によれば、第１のストッパ機構によって股間関節の動きが通常の歩行時になることが保証され、第２のストッパ機構によって膝関節の動きが通常の歩行時になることが保証され、自然な歩行感を損なわない歩行補助が保証される。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記動力発生装置は、腰部装具に対して使用者の開脚方向と同じ方向に回動可能に取り付けられ、また、膝関節部接続手段は、前後方向に加えて、少なくとも使用者の開脚方向と同じ方向にも回動可能に多軸構造になっている。
この発明による歩行補助装置によれば、動力発生装置が腰部装具に対して使用者の開脚方向と同じ方向に回動可能に取り付けられていることにより、動力発生装置が使用者の開脚運動を損なうことがない。また、膝関節部接続手段が使用者の開脚方向と同じ方向にも回動可能であることによっても使用者の開脚運動が損なうことがない。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記大腿部装着具は、使用者の大腿部の前部に当接する大腿部前側パッドと、使用者の大腿部の後部に当接する大腿部後側パッドとを有する。
この発明による歩行補助装置によれば、大腿部前側パッドと大腿部後側パッドとで、使用者の大腿部を前後に挟んで、大腿部に歩行補助力を与えることになり、歩行補助力を大腿部に確実に与えることができる。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記下腿部装着具は、使用者の下腿部の膝側前部に当接する下腿部前側パッドと、前記下腿部前側パッドと高さ違いで使用者の下腿部の踝側後部に当接する下腿部後側パッドとに有する。
この発明による歩行補助装置によれば、上側に位置する下腿部前側パッドと下側に位置する下腿部後側パッドとで、使用者の下腿部に高さ違いで挟んで、使用者の下腿部に、歩行時の膝関節を中心とした下腿部の動きに即した回転モーメントを、装具が使用者に与える拘束感を最小限して効率よく与えることができる。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、更に、使用者の足部に装着される足部装着具と、使用者の足関節の側部に対応する位置にあって前記下腿部装着具に対して前記足部装着具を前後方向に回動可能に接続する足関節部接続手段とを有する。
この発明による歩行補助装置によれば、足部は、底屈、背屈以外の自由度をなくしているから、下肢を殆ど動かすことができない障害者が歩行した際に、足が内返し、外返し方向に暴れ動くことを阻止し、足部の動きが安定するように拘束できる。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記足部装着具は使用者の足裏を載置されて床反力を受ける足裏載置部分を含んでいる。
この発明による歩行補助装置によれば、足裏載置部分が床反力を受けるので、使用者の床反力負担が軽減され、使用者の歩行負荷をより一層軽減できる。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記伝動機構は、平行リンク機構により構成されている。
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記伝動機構は、大腿部装着具と膝関節部接続手段とを連結する可撓性ワイヤと、前記膝関節用動力発生手段が発生する動力によって前記可撓性ワイヤにテンションを選択的に与えるテンション付与部材により構成されている。
本発明による歩行補助装置によれば、股間関節用動力発生手段に加えて膝関節用動力発生手段も使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置され、膝関節用動力発生手段が膝関節部分に存在しないから、その分、股間関節用電動モータの負荷が軽減され、併せて膝関節部分に膝関節用動力発生手段が存在することによる使用者の膝部の慣性質量を増加することが回避される。これにより、使用者の膝部の慣性質量の増加によって自然な歩行感が損なわれるがなくなり、使用者に与える違和感の低減が図られ、適切な歩行補助を行うことができる。また、膝関節用動力発生手段が下肢部で体幹部に近くて歩行時の動きが少ない股間関節の側部に配置されるので、歩行によって膝関節用動力発生手段の位置が大きく変動することがなく、膝関節用動力発生手段が膝関節を動かすための慣性モーメントによる負荷が、当該膝関節用動力発生手段の配置位置変動に伴って増大することが回避される。
以下に、本発明による歩行補助装置の実施形態を、図１〜図４を参照して説明する。
図１に示されているように、本実施形態の歩行補助装置は、大きく分けて、使用者の腰部に装着される腰部装具１０と、使用者の左右の大腿部に装着される左右の大腿部装着具２０と、使用者の左右の下腿部に装着される左右の下腿部装着具４０と、使用者の左右の膝関節の側部に対応する位置にあって大腿部装着具２０に対して下腿部装着具４０を前後方向に回動可能に接続する左右の膝関節部接続部６０と、使用者の左右の足部に装着される左右の足部装着具７０と、使用者の左右の足関節の側部に対応する位置にあって下腿部装着具４０に対して足部装着具４０を前後方向に回動可能に接続する左右の足関節部接続部８０とにより構成されている。
当該歩行補助装置は、更に、使用者の左右の股間関節の側部に対応する位置に配置されて腰部装具１０に取り付けられた左右の動力発生装置１００と、リンク式の左右の伝動機構９０とを有する。
腰部装具１０は、使用者の腰部の背部側を取り囲む平面視略Ｃ字形の金属製の腰部フレーム１２と、腰部フレーム１２の前側の左右両端部に取り付けられた側部サポートフレーム１４と、腰部フレーム１２に取り付けられた背部パッド１６とを有する。背部パッド１６は使用者の仙骨部分に当接する部分を含むものであり、スポンジ等を内蔵して弾力性を有する構造になっている。側部サポートフレーム１４の上端には、側部サポートフレーム１４を体幹に装着するための締結長さ調節可能な前後の体幹ベルト２０１、２０２が取り付けられている。腰部フレーム１２の前側の左右両端部には、腰部フレーム１２を腰部に装着するための締結長さ調節可能な腹部ベルト２０３が取り付けられている。なお、腹部ベルト２０３は面ファスナ等によって締結長さ調節可能になっていてよい。
大腿部装着具２０は、上下バー２２と、上下バー２２に上下二段に取り付けられた横転コの字形のばね性を有するパッド支持金具２４、２６と、パッド支持金具２４、２６の前側端部に取り付けられて使用者の大腿部の前部に当接する大腿部前側パッド２８と、パッド支持金具２４、２６の後側端部に取り付けられて使用者の大腿部の後部に当接する大腿部後側パッド３０とを有する。
詳細には、パッド支持金具２４、２６は、各々水平姿勢で、コの字形中間部を上下バー２２の内側面に固定されて前後に突出している。パッド支持金具２４、２６の前側端部に、当該パッド支持金具２４、２６を上下に橋渡しするように大腿部前側パッド２８が取り付けられ、パッド支持金具２４、２６の後側端部に、当該パッド支持金具２４、２６を上下に橋渡しするように大腿部後側パッド３０が取り付けられている。そして、この大腿部前側パッド２８と大腿部後側パッド３０とは、ほぼ同じ高さ位置にて前後に相対向している。
大腿部前側パッド２８と大腿部後側パッド３０は、各々、複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部３２によって、横幅方向中間部を、上下左右に取付位置調整可能にパッド支持金具２４、２６に取り付けられている。
これにより、使用者の体格等に応じて、大腿部前側パッド２８、大腿部後側パッド３０の配置位置を調節することができる。なお、上下バー２２は、２部品構成で、長さ調節可能の構造を採用されていてもよい。
大腿部前側パッド２８、大腿部後側パッド３０は、金属薄板、プラスチックス成形品等により構成され、使用者の大腿部にフィットするよう弾力性を有する。
下腿部装着具４０は、上下バー４２と、上下バー４２の上端側に取り付けられて前方に突出したＬ字形のばね性を有するパッド支持金具４４と、上下バー４２の下端側に取り付けられて後方に突出したＬ字形のばね性を有するパッド支持金具４６と、パッド支持金具４４の先端に取り付けられて使用者の下腿部の膝側前部に当接する下腿部前側パッド４８と、パッド支持金具４４に取り付けられた下腿部前側パッド装着用の下腿ベルト２０４と、パッド支持金具４６の先端に取り付けられて使用者の下腿部の踝側後部に当接する下腿部後側パッド５０と、パッド支持金具４６に取り付けられた下腿部後側パッド装着用の下腿ベルト２０５とを有する。下腿部前側パッド４８と下腿部後側パッド５０は、高さ違いで、前後に相対向している。
詳細には、上下バー４２は、上側部材４２Ａと下側部材４２Ｂとを複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による連結部５２によって長さ調整可能に連結したものにより構成されている。パッド支持金具４４は複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部５４によって前後に取付位置調整可能に上側部材４２Ａに取り付けられている。もう一つのパッド支持金具４６は複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部５６によって前後に取付位置調整可能に下側部材４２Ｂに取り付けられている。
下腿部前側パッド４８は複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部５７によって上下左右に取付位置調整可能にパッド支持金具４４の先端に取り付けられている。下腿部後側パッド５０は複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部５８によって上下左右に取付位置調整可能にパッド支持金具４６の先端に取り付けられている。
これにより、使用者の体格等に応じて、下腿部前側パッド４８、下腿部後側パッド５０の配置位置を調節することができる。なお、下腿ベルト２０４、２０５は面ファスナ等による締め付け長さ調整可能のものであってよい。
大腿部前側パッド２８、大腿部後側パッド３０、下腿部前側パッド４８、下腿部後側パッド５０は、各々、金属薄板、プラスチックス成形品等により構成され、使用者の大腿部にフィットするよう弾力性を有する。
膝関節部接続部６０は、使用者の膝関節の側部に対応する位置に配置されて、大腿部装着具２０の上下バー２２の下端部に、下腿部装着具４０の上下バー４２の上端部を枢軸６２によって前後方向に回動可能に連結している。膝関節部接続部６０はヒンジ部６４を有している。これにより、膝関節部接続部６０は、枢軸６２による前後方向回動に加えて、ヒンジ部６４によって少なくとも使用者の開脚方向と同じ方向（左右方向）にも回動可能な多軸構造になっている。
足部装着具７０は、使用者の足裏を載置されて床反力を受ける足裏載置板７２と、足裏載置板７２より上方に起立形成された上下バー部７４とを有する。なお、上下バー部７４も、長さ調節可能の構造を採用されていてもよい。
足関節部接続部８０は、使用者の足関節の側部に対応する配置されて、下腿部装着具４０の上下バー４２の下端部に、足部装着具７０の上下バー部７４の上端部を枢軸８２によって前後方向に回動可能に連結している。足関節部接続部８０はヒンジ部８４を有している。これにより、足関節部接続部８０は、枢軸８２による前後方向回動に加えて、ヒンジ部８４によって少なくとも使用者の開脚方向と同じ方向（左右方向）にも回動可能な多軸構造になっている。
つぎに、図２、図３を参照して、動力発生装置１００の詳細を説明する。動力発生装置１００は、股間関節用動力発生手段である股間関節用電動モータ１１０と、膝関節用動力発生手段である膝関節用電動モータ１２０とを同一軸線状に有する。
動力発生装置１００は、外部突出の取付片１０４を腰部装具１０の腰部フレーム１２の左右の端部にヒンジ手段１０６（図１参照）によって使用者の開脚方向と同じ方向（左右方向）に回動可能に取り付けられた円筒形状の固定ケース部材１０２と、固定ケース部材１０２の内側に回転可能に嵌合した円筒形状の中間連結筒体１０８とを有する。
股間関節用電動モータ１１０は、ステータ部材１１２と、ステータ部材１１２に対して自身の中心軸線周りに回転可能に設けられたロータ部材１１４とを有する回転型のものであり、ステータ部材１１２をボルト等によって固定ケース部材１０２の端部１０２Ａの外側面に固定されている。
中間連結筒体１０８は、端部１０８Ａに固定ケース部材１０２の端部１０２Ａに形成された中心開口部１０２Ｂに回転可能に嵌合する円環状突条部１０８Ｂを有している。股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１４は中間連結筒体１０８の円環状突条部１０８Ｂにボルト等によって固定連結されている。これにより、中間連結筒体１０８は股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１４と一体回転する。
中間連結筒体１０８には当該中間連結筒体１０８の開口端側のフランジ部１０８Ｃにボルトによって固定されて中間連結筒体１０８の蓋体をなす股間関節用電動モータ１１０の出力部材１１６が取り付けられている。出力部材１１６は径方向外方に突出したアーム部１１６Ａを一体に有している。アーム部１１６Ａには、複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による取付部１１８によって大腿部装着具２０の上下バー２２の上端部が長さ調整可能に固定連結されている。
膝関節用電動モータ１２０は、ステータ部材１２２と、ステータ部材１２２に対して自身の中心軸線周りに回転可能に設けられたロータ部材１２４とを有する回転型のものであり、ステータ部材１２２を中間連結筒体１０８内に嵌め込まれている。ステータ部材１２２はボルト等によって股間関節用電動モータ１１０の出力部材１１６に固定連結されている。これにより、股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１４に膝関節用電動モータ１２０のステータ部材１２２が一体連結された構造になる。
膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４には、ボルト等によって膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６が固定連結されている。出力部材１２６は、股間関節用電動モータ１１０の出力部材１１６の中心部に開けられた中心開口１１６Ｂに相対回転可能に嵌合して中心開口１１６Ｂより外部に突出している。
出力部材１２６は径方向外方に突出したアーム部１２６Ａを一体に有している。アーム部１２６Ａには、図１に示されているように、枢軸ピン９２によって伝動機構９０のリンク部材９４の一端が枢動可能に連結されている。
膝関節部接続部６０の枢軸６２は下腿部装着具４０の上下バー４２の上端部に固定装着された軸体であり、当該軸体に伝動機構９０の一部をなすアーム部材９６の一端部が固定されている。つまり、アーム部材９６は下腿部装着具４０の上下バー４２と一体のものである。アーム部材９６の先端部には枢軸ピン９８によってリンク部材９４の他端が枢動可能に連結されている。
膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４の回転中心から枢軸ピン９２によるリンク部材９４の枢支点までの長さと、枢軸６２の中心から枢軸ピン９８によるリンク部材９４の枢支点までの長さは、互いに等しい。これにより、伝動機構９０は、平行リンク機構をなし、膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４の回転を下腿部装着具４０の上下バー４２に伝達する。この平行リンク機構をなす伝動機構９０は、大腿部装着具２０の前方にある。
なお、リンク部材９４、上側部材９４Ａと下側部材９４Ｂとを複数個のボルト通し孔を有するボルト締結等による連結部９９によって長さ調整可能に連結したものにより構成されている。
図２、図３に示されているように、中間連結筒体１０８の円環状突条部１０８Ｂには可動側ストッパ突起１０８Ｄが形成されている。固定ケース部材１０２の中心開口部１０２Ｂには可動側ストッパ突起１０８Ｄが当接するストッパ壁部１０２Ｃと１０２Ｄとが所定の回転角離れた位置に設けられている。可動側ストッパ突起１０８Ｄとストッパ壁部１０２Ｃ、１０２Ｄとで第１のストッパ機構が構成され、固定ケース部材１０２に対する股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１２の最大回転角範囲が、ストッパ壁部１０２Ｃと１０２Ｄの回転角範囲をもって、機械的に設定される。
これにより、股間関節の動きが、例えば、屈曲９０度、伸展３０度に制限され、股間関節の動きが通常の歩行時になることが保証される。
また、膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６のアーム部１２６Ａが第２のストッパ機構の可動側ストッパ突起を兼ねており、股間関節用電動モータ１１０の出力部材１１６の中心開口１１６Ｂには、アーム部１２６Ａが当接するストッパ壁部１１６Ｃと１１６Ｄとが所定の回転角離れた位置に設けられている。アーム部１２６Ａとストッパ壁部１１６Ｃ、１１６Ｄとで第２のストッパ機構が構成され、股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１４に対する膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４の最大回転角範囲が、ストッパ壁部１１６Ｃと１１６Ｄの回転角範囲をもって機械的に設定される。
これにより、膝関節の動きが、例えば、屈曲９０度、伸展０度に制限され、膝関節の動きが通常の歩行時の状態になることが保証される。
更に固定ケース部材１０２に対する膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４の最大回転角範囲を機械的に設定する第３のストッパ機構として、出力部材１２６のアーム部１２６Ａの膝関節屈曲方向の回転を戸当たり式に規制するストッパ壁部１０２Ｅが固定ケース部材１０２に一体形成されている。
本実施形態では、股間関節の可動域を屈曲９０度〜伸展３０度、膝関節の可動域を伸展０度〜屈曲９０度と設定しており、そのそれそれの関節で見れば、十分に安全な可動域設定であるが、二つの関節の動きを組み合わせた時、例えば、股間関節を９０度屈曲したまま、膝関節を伸ばすと（伸展０度）、人によっては腱を伸ばしてしまう虞がある。これは、腿裏のハムストリングスが骨盤と下肢とを繋ぐ２関節筋であることに起因する。
第３のストッパ機構は、ハムストリングスを痛めないようにするためのものであり、股間関節が９０度屈曲している状態では、膝関節を４５度屈曲した状態より伸展できないようにしている。つまり、膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６のメカニカルストッパを股間関節用電動モータ１１０のステータ部分に設けたことにより、膝関節の伸ばせる角度が股間関節の回転角度に依存して制限されることになる。
上述の構成による歩行補助装置の使用に際しては、足部装着具７０の足裏載置板７２上に使用者の足裏を載せ、腹部ベルト１４の締結によって腰部装具１０を使用者の腰部に装着し、大腿部前側パッド２８と大腿部後側パッド３０とで使用者の大腿部を前後に挟むようにして大腿部装着具２０を使用者の大腿部に装着する。
腰部装具１０には、図には示されていないが、電源ユニット、制御ユニットが取り付けられる。制御ユニットは、マイクロコンピュータを含む電子制御式のものであり、電子パッド支持金具２４、２６の上下バー２２に対する連結部やパッド支持金具４４、４６の上下バー４２に対する連結部等に設けられた６軸型力センサ（図示省略）や、足裏載置板７２に設けられた床反力センサ（図示省略）等よりセンサ信号を入力し、股間関節用電動モータ１１０、膝関節用電動モータ１２０の動作を制御する。
この制御のもとに、股間関節用電動モータ１１０が駆動され、ロータ１１４の回転が、中間連結部材１０８、出力部材１１６を介して大腿部装着具２０に伝達される。また、膝関節用電動モータ１２０が駆動され、ロータ１２４の回転が、出力部材１２６、伝動機構９０を介して下腿部装着具２０に伝達される。これにより、使用者の大腿部と下腿部とに歩行アシスト力が与えられ、歩行補助が行われる。
この歩行補助において、大腿部前側パッド２８と大腿部後側パッド３０とで、使用者の大腿部を前後に挟んで、大腿部に歩行補助力を与えるから、歩行補助力を大腿部に確実に与えることができる。また、上側に位置する下腿部前側パッド４８と下側に位置する下腿部後側パッド５０とで、使用者の下腿部に高さ違いで挟むので、使用者の下腿部に、歩行時の膝関節を中心とした下腿部の動きに即した回転モーメントを、装具が使用者に与える拘束感を最小限にして効率よく与えることができる。
この動作において、固定ケース部材１０２に対する股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１２の最大回転角範囲が、ストッパ壁部１０２Ｃと１０２Ｄの回転角範囲をもって、機械的に設定され、股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１２に対する膝関節用電動モータ１２０のロータ部材１２４の最大回転角範囲が、ストッパ壁部１１６Ｃと１１６Ｄの回転角範囲をもって機械的に設定されるので、股間関節、膝関節の動きが、通常の歩行時の状態になることが保証される。これにより、自然な歩行感を損なわない歩行補助が保証される。
上述したように、本実施形態の歩行補助装置では、股間関節用電動モータ１１０に加えて膝関節用電動モータ１２０も使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置され、膝関節用電動モータ１２０が膝関節部分に存在しないから、股間関節用電動モータの負荷が軽減される。併せて膝関節部分に膝関節用電動モータ１２０が存在することによる使用者の膝部の慣性質量を増加することが回避される。これにより、使用者の膝部の慣性質量の増加によって自然な歩行感が損なわれるがなくなり、使用者に与える違和感の低減が図られ、適切な歩行補助を行うことができる。また、装置全体として、大腿部から下腿部へ向かうに従って慣性質量が小さくなる装置設計が可能になり、このことによっても、自然な歩行感を損なわない歩行補助を行えるようになる。
また股間関節用電動モータ１１０のロータ部材１１４に膝関節用電動モータ１２０が搭載された構造になっているので、股間関節用電動モータ１１０の出力移動（回動変位）によって股間関節が動かされることに併せて膝関節用電動モータ１２０の位置も歩行による膝関節の移動分移動することになり、膝関節用電動モータ１２０によって膝関節を動かすのに必要な回動変位量の設定が、股間関節が動かされることによって移動した膝関節の位置を基準として容易に適正に行うことができる。
たとえば、図４に示されているように、股間関節用電動モータ１１０によって大腿部装着具２０がＡ位置よりＢ位置に移動すると、これに伴い膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６も、Ｃ位置からＤ位置へ、大腿部装着具２０のＡ位置からＢ位置への回動角と同じ角度分変位する。そして、下腿部装着具４０をＥ位置よりＦ位置へ移動させたい場合、その回動角度分、膝関節用電動モータ１２０の出力部材１２６をＤ位置よりＧ位置へ回動させればよい。
また、動力発生装置１００の腰部装具１０に対する取り付けがヒンジ手段１０６によって使用者の開脚方向と同じ方向に回動可能であること、膝関節部接続部６０がヒンジ手段６４によって使用者の開脚方向と同じ方向に回動可能であることにより、使用者の開脚運動が損なわれることがない。
また、足部装着具７０が使用者の足部に装着されることにより、歩行補助装置の重量負担が使用者の足部にも分散されるから、歩行補助装置の装着感が改善される。しかも、足関節部接続部８０の作用により、足部は、底屈、背屈以外の自由度をなくしているから、下肢を殆ど動かすことができない障害者が歩行した際に、足が内返し、外返し方向に動くことを防ぎ、足部の動きが安定するように拘束できる。更には、足部装着具７０の足裏載置部分７２が床反力を受けるので、使用者の床反力負担が軽減し、使用者の歩行負担がより一層軽減する。
つぎに、本発明による歩行補助装置の他の実施形態を、図５、図６を参照して説明する。
本実施形態では、大腿部装着具２０の上下バー２２の上端近傍に前方突出の上部アーム部１３１が固着されている。膝関節部接続部６０のアーム部材９６は前方に突出していて、当該アーム部材９６の先端と上部アーム部１３１の先端とが可撓性（柔軟性）を有するワイヤ１３２によって連結されている。
膝関節用電動モータ１２０のアーム部１２６Ａの先端にはコロ１３３が取り付けられている。コロ１３３は、アーム部１２６Ａが膝関節用電動モータ１２０によって回動駆動されることにより、ワイヤ１３２に選択的にテンションを与える。
本実施形態は、上述した構成以外は、前述の実施形態と実質的に同一構成である。
図５（ａ）、（ｂ）は、立脚時の状態を、図６（ａ）、（ｂ）は遊脚時の状態を各々示している。
立脚時には、膝関節用電動モータ１２０によってアーム部１２６Ａが図で見て時計廻り方向に回動されることにより、コロ１３３がワイヤ１３２にテンションを与える。ワイヤ１３２にテンションを与えられることにより、膝関節の伸展がアシストされる。
遊脚時には、膝関節用電動モータ１２０を駆動せず、アーム部１２６Ａがワイヤ１３２にテンションを与えない位置のままにしておくことにより、膝関節にアシスト力を与えない。これにより、遊脚時には、装置装着者は、ワイヤ１３２の柔軟性がある弛みによって膝関節を自由に動かすことができる。
上述の立脚時、遊脚時の膝関節用電動モータ１２０とワイヤ１３２の作用は、ヒトの大腿直筋と同等の役割をすることになり、自然な歩行感が得られる。
本発明による歩行補助装置の一つの実施形態を示す斜視図である。 本実施形態の歩行補助装置に用いられる動力発生装置を右側から見た分解斜視図である。 本実施形態の歩行補助装置に用いられる動力発生装置を左側から見た分解斜視図である。 本実施形態の歩行補助装置の動作を模式的に示す説明図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明による歩行補助装置の他の実施形態の立脚時の状態を模式的に示す図である。 （ａ）、（ｂ）は、本発明による歩行補助装置の他の実施形態の遊脚時の状態を模式的に示す図である。
符号の説明
１０ 腰部装具
１２ 腰部フレーム
１４ 腹部ベルト
１６ 背部パッド
２０ 大腿部装着具
２２ 上下バー
２４、２６ パッド支持金具
２８ 大腿部前側パッド
３０ 大腿部後側パッド
３２ 取付部
４０ 下腿部装着具
４２ 上下バー
４４、４６ パッド支持金具
４８ 下腿部前側パッド
５０ 下腿部後側パッド
５２ 連結部
５４、５６ 取付部
６０ 膝関節部接続部
６２ 枢軸
６４ ヒンジ部
７０ 足部装着具
７２ 足裏載置板
７４ 上下バー部
８０ 足関節部接続部
８２ 枢軸
８４ ヒンジ部
９０ 伝動機構
９２枢軸
９４ リンク部材
９６ アーム部材
９８ 枢軸
９９ 連結部
１００ 動力発生装置
１０２ 固定ケース部材
１０２Ｃ、１０２Ｄ ストッパ壁部
１０４ 取付片
１０６ ヒンジ手段
１０８ 中間連結部材
１０８Ｄ 可動側ストッパ突起
１１０ 股間関節用電動モータ
１１２ ステータ部材
１１４ ロータ部材
１１６ 出力部材
１１６Ｃ、１１６Ｄ ストッパ壁部
１１８ 取付部
１２０ 膝関節用電動モータ
１２２ ステータ部材
１２４ ロータ部材
１２６ 出力部材
１２６Ａ アーム部
１３１ 上部アーム部材
１３２ ワイヤ

Claims (12)

  1. 使用者の腰部に装着される腰部装具と、
    使用者の大腿部に装着される大腿部装着具と、
    使用者の下腿部に装着される下腿部装着具と、
    使用者の膝関節の側部に対応する位置にあって前記大腿部装着具に対して前記下腿部装着具を前後方向に回動可能に接続する膝関節部接続手段と、
    使用者の股間関節の側部に対応する位置に配置され、前記腰部装具に取り付けられた動力発生装置とを有し、
    動力発生装置は、股間関節用動力発生手段と膝関節用動力発生手段とを有し、
    前記股間関節用動力発生手段の出力部材に前記大腿部装着具が固定され、
    前記膝関節用動力発生手段の出力部材と前記前記下腿部装着具とが当該両者間に設けられた伝動機構によって駆動連結され、前記膝関節用動力発生手段が発生する動力を伝動機構によって前記下腿部装着具に伝達する歩行補助装置。
  2. 前記動力発生装置は、前記腰部装具に装着される固定ケース部材を含み、前記股間関節用動力発生手段と前記膝関節用動力発生手段は各々電気モータにより構成され、
    前記固定ケース部材に前記股間関節用動力発生手段のステータ部材が固定され、前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に当該股間関節用動力発生手段の出力部材が固定され、
    前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に前記膝関節用動力発生手段のステータ部材が一体連結され、前記膝関節用動力発生手段のロータ部材に当該膝関節用動力発生手段の出力部材が固定されている請求項１に記載の歩行補助装置。
  3. 前記固定ケース部材に対する前記股間関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第１のストッパ機構と、
    前記股間関節用動力発生手段のロータ部材に対する前記膝関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第２のストッパ機構とを有する請求項１または２に記載の歩行補助装置。
  4. 前記固定ケース部材に対する前記膝関節用動力発生手段のロータ部材の最大回転角範囲を機械的に設定する第３のストッパ機構を有する請求項３に記載の歩行補助装置。
  5. 前記動力発生装置は、腰部装具に対して使用者の開脚方向と同じ方向に回動可能に取り付けられている請求項１から４の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  6. 前記膝関節部接続手段は、前後方向に加えて、少なくとも使用者の開脚方向と同じ方向にも回動可能に多軸構造になっている請求項１から５の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  7. 前記大腿部装着具は、使用者の大腿部の前部に当接する大腿部前側パッドと、使用者の大腿部の後部に当接する大腿部後側パッドとを有する請求項１から６の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  8. 前記下腿部装着具は、使用者の下腿部の膝側前部に当接する下腿部前側パッドと、前記下腿部前側パッドと高さ違いで使用者の下腿部の踝側後部に当接する下腿部後側パッドとに有する請求項１から６の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  9. 使用者の足部に装着される足部装着具と、
    使用者の足関節の側部に対応する位置にあって前記下腿部装着具に対して前記足部装着具を前後方向に回動可能に接続する足関節部接続手段とを有する請求項１から８の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  10. 前記足部装着具は使用者の足裏を載置されて床反力を受ける足裏載置部分を含んでいる請求項９に記載の歩行補助装置。
  11. 前記伝動機構は、平行リンク機構である請求項１から１０の何れか一項に記載の歩行補助装置。
  12. 前記伝動機構は、大腿部装着具と膝関節部接続手段とを連結する可撓性ワイヤと、前記膝関節用動力発生手段が発生する動力によって前記可撓性ワイヤにテンションを選択的に与えるテンション付与部材により構成されている請求項１から１０の何れか一項に記載の歩行補助装置。
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