JP2010194302A - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】膝関節に相当する関節部が利用者の体幹から前方に飛び出す量を減少させるようにした歩行補助装置を提供する。
【解決手段】第１関節部を介して利用者を支持して荷重を伝達可能な支持部材１０に揺動支点（曲率中心３２ａ）を中心に揺動自在に連結される第１リンク２２と第２関節部（第３関節部３０）を介して第１リンクに連結される第２リンク２６などを備えると共に、利用者が支持部材に支持されるとき、アクチュエータを動作させて第１リンクと第２リンクを相対変位させて利用者の歩行を補助する装置において、スライダに固定されるギヤとアクチュエータに連結されるギヤからなる距離減少機構７０を備え、それにより、第２関節部を中心として第１リンクと第２リンクがなす角度が減少するにつれ、第２関節部から揺動支点までの距離ｄを減少させる。
【選択図】図８

Description

この発明は歩行補助装置に関し、より詳しくは利用者の下半身に装着させてその歩行を補助する歩行補助装置の膝関節が前方に飛び出す量を減少させるようにしたものに関する。

近年、利用者の歩行を補助する歩行補助装置としては、例えば下記の特許文献１記載の技術が知られている。

特許文献１記載の歩行補助装置にあっては、利用者を支持して荷重を伝達可能な支持部材と、利用者の足部を収容自在な靴部と、股関節に相当する関節部を介して支持部材に揺動支点を中心として揺動自在に連結される第１リンク（大腿リンク）と、靴部に連結されると共に、膝関節に相当する関節部を介して第１リンクに連結される第２リンク（下腿リンク）とを有する脚リンクと、第１リンクと第２リンクに連結されるアクチュエータとを備え、利用者が支持部材に支持されるとき、アクチュエータを動作させて第１リンクと第２リンクを相対変位させて利用者の荷重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じて利用者の歩行を補助するように構成される。

特開２００７−２０９０９号公報

特許文献１記載の歩行補助装置にあっては上記のように構成することで、利用者の身長の差異を膝関節に相当する関節部の角度を調整することで吸収できるなどの利点がある反面、この関節部が利用者の体幹から前方に飛び出してしまうため、鉛直軸回りの慣性力を増加させると共に、外観上で違和感を与える不都合があった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、膝関節に相当する関節部が利用者の体幹から前方に飛び出す量を減少させるようにした歩行補助装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、利用者を支持して利用者の荷重を伝達可能な支持部材と、揺動機構からなる第１関節部を介して前記支持部材に揺動支点を中心に揺動自在に連結されると共に、第１リンクと前記第１リンクに第２関節部を介して連結される第２リンクを有する脚リンクと、アクチュエータとを備え、前記アクチュエータを駆動して前記第１リンクと前記第２リンクを相対変位させて利用者の荷重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じさせて利用者の歩行を補助する歩行補助装置において、前記第２関節部を中心として前記第１リンクと第２リンクがなす角度が減少するにつれ、前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる距離減少機構を備える如く構成した。

請求項２に係る歩行補助装置にあっては、前記第１関節部は前記支持部材に固定されて前記揺動支点を曲率中心とする円弧状のガイドレールと、前記ガイドレールに移動自在に係合されるスライダとからなり、前記脚リンクが前記ガイドレールの曲率中心を中心として揺動自在に前記支持部材に連結されると共に、前記アクチュエータは、前記第１リンクにおいて前記第１関節部と前記第２リンクを連結する連結ロッドに接続される如く構成した。

請求項３に係る歩行補助装置にあっては、前記距離減少機構は、前記スライダに固定されるスライダ側ギヤと、前記スライダ側ギヤに噛合すると共に、前記アクチュエータに連結されるリンク側ギヤと、一端が前記リンク側ギヤに固定されると共に、他端が前記連結ロッドに回動自在に連結されるロッカアームとからなり、前記リンク側ギヤを前記アクチュエータで駆動して前記ロッカアームを回動させて前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる如く構成した。

請求項４に係る歩行補助装置にあっては、前記スライダ側ギヤの歯数が前記リンク側ギヤの歯数より大きい如く構成した。

請求項５に係る歩行補助装置にあっては、前記距離減少機構は、前記スライダに固定されるウォームとギヤからなるウォームギヤ機構の一方と、前記連結ロッドに固定されると共に、前記アクチュエータに連結される前記ウォームギヤ機構の他方とからなり、前記他方を前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる如く構成した。

請求項６に係る歩行補助装置にあっては、前記距離減少機構は、前記スライダに形成されるガイドと、前記ガイドに移動自在に係合されると共に、前記連結ロッドに固定される第２のスライダとからなり、前記第２のスライダを前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる如く構成した。

請求項７に係る歩行補助装置にあっては、前記距離減少機構は、前記スライダと前記連結ロッドを移動自在に連結するリンク機構からなり、前記リンク機構を前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる如く構成した。

請求項１にあっては、利用者を支持して利用者の荷重を伝達可能な支持部材と、揺動機構からなる第１関節部を介して前記支持部材に揺動支点を中心に揺動自在に連結されると共に、第１リンクと前記第１リンクに第２関節部を介して連結される第２リンクを有する脚リンクと、アクチュエータとを備え、前記アクチュエータを駆動して前記第１リンクと前記第２リンクを相対変位させて利用者の荷重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じさせて利用者の歩行を補助する歩行補助装置において、第２関節部を中心として第１リンクと第２リンクがなす角度が減少するにつれ、第２関節部から揺動支点までの距離を減少させる距離減少機構を備える如く構成したので、第２関節部を膝関節相当の関節とするとき、その関節部が利用者の体幹から前方に飛び出す量を減少させることができ、鉛直軸回りの慣性力を低減できると共に、外観上の違和感も減少させることができる。

請求項２に係る歩行補助装置にあっては、第１関節部は支持部材に固定されて揺動支点を曲率中心とする円弧状のガイドレールと、ガイドレールに移動自在に係合されるスライダとからなり、脚リンクがガイドレールの曲率中心を中心として揺動自在に支持部材に連結されると共に、アクチュエータは、第１リンクにおいて第１関節部と第２リンクを連結する連結ロッドに接続される如く構成したので、上記した効果に加え、膝関節に相当する第２関節部の角度を調整することで利用者の身長の差異を効果的に吸収することができる。

請求項３に係る歩行補助装置にあっては、距離減少機構は、スライダに固定されるスライダ側ギヤと、それに噛合すると共に、アクチュエータに連結されるリンク側ギヤと、一端がリンク側ギヤに固定されると共に、他端が連結ロッドに回動自在に連結されるロッカアームとからなり、リンク側ギヤをアクチュエータで駆動してロッカアームを回動させて連結ロッドを後退させ、よって第２関節部から揺動支点までの距離を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、構造を簡易にすることができる。

請求項４に係る歩行補助装置にあっては、スライダ側ギヤの歯数がリンク側ギヤの歯数より大きい如く構成したので、上記した効果に加え、減速してトルクを増加させることができ、その分だけアクチュエータを小型にすることができる。

請求項５に係る歩行補助装置にあっては、距離減少機構は、スライダに固定されるウォームとギヤからなるウォームギヤ機構の一方と、第１リンクに固定されると共に、アクチュエータに連結される他方とからなり、他方をアクチュエータで駆動して連結ロッドを後退させ、よって第２関節部から揺動支点までの距離を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、第２関節部が利用者の体幹から前方に飛び出す量を一層滑らかに減少させることができる。

請求項６に係る歩行補助装置にあっては、距離減少機構は、スライダに形成されるガイドと、ガイドに移動自在に係合されると共に、連結ロッドに固定される第２のスライダとからなり、第２のスライダをアクチュエータで駆動して連結ロッドを後退させ、よって第２関節部から揺動支点までの距離を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、ギヤを用いないことでフリクションを低減させることができる。

請求項７に係る歩行補助装置にあっては、距離減少機構は、スライダと連結ロッドを移動自在に連結するリンク機構からなり、リンク機構をアクチュエータで駆動して連結ロッドを後退させ、よって第２関節部から揺動支点までの距離を減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、同様に、ギヤを用いないことでフリクションを低減させることができる。

この発明の第１実施例に係る歩行補助装置の斜視図である。 図１に示す歩行補助装置の側面図である。 図１に示す歩行補助装置の正面図である。 図１などに示す駆動機構と第１リンクなどの側面断面図である。 図１などに示す距離減少機構を含む歩行補助装置（写真で示す）の側面図である。 図１などに示す第３関節部の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の距離減少機構の動作を示す拡大側面図である。 図６に示す距離減少機構の背面図である。 図６に示す距離減少機構を含む歩行補助装置（写真で示す）の側面図である。 図１に示す歩行補助装置において膝角度に対する第１リンクの長さを示すグラフである。 図６に示す距離減少機構を用いたときの歩行補助装置において脚リンクの長さに対する第３関節部が前方に飛び出す量を示すグラフである。 この発明の第２実施例に係る距離減少機構の第３関節部の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す拡大側面図である。 図１１に示す第１関節部付近の断面図である。 図１２のXIII−XIII線断面図である。 この発明の第３実施例に係る距離減少機構の第３関節部の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す拡大側面図である。 この発明の第４実施例に係る距離減少機構の第３関節部の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す拡大側面図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係る歩行補助装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の第１実施例に係る歩行補助装置の斜視図、図２はその側面図、図３はその正面図である。

図１から図３を参照して説明すると、歩行補助装置Ｄは、利用者（人）Ｐが跨ぐように着座（跨座）することで利用者を支持可能な支持部材（荷重伝達部材）１０と、利用者の左右の足部に装着される左右一対の靴部１２と、支持部材１０と左右一対の靴部１２との間に設けられる、左右一対の脚リンク１４と、駆動機構１６を備え、支持部材１０に設けられたベルト（図示せず）を介して利用者Ｐの下半身に装着されてその歩行を補助する。

左右の脚リンク１４はアルミ材からなり、それぞれ支持部材１０に（人でいえば股関節に相当する）第１関節部２０を介して連結される第１リンク（大腿リンク）２２と、靴部１２に（人でいえば足首関節に相当する）第２関節部２４を介して連結される第２リンク（下腿リンク）２６と、第１リンク２２と第２リンク２６とを連結する（人でいえば膝関節に相当する）第３関節部３０とを備える。

脚リンク１４の第１リンク２２と第２リンク２６は駆動機構１６に連結され、第１リンク２２と第２リンク２６は駆動機構１６により、第３関節部３０を中心として、より正確には第３関節部３０の関節軸３０ａを中心として相対変位（駆動）させられる。

支持部材１０は、利用者Ｐが跨座自在なサドル状のシート部１０ａと、シート部１０ａに隣接して配置されてシート部１０ａを支持する支持フレーム１０ｂと、支持フレーム１０ｂにおいてシート部１０ａの後端（利用者Ｐから見て）を越えて立ち上がり、利用者Ｐの腰に当接自在な腰当て部１０ｃとを備える。腰当て部１０ｃには利用者Ｐの把持可能に把持部（グリップ）１０ｄが取り付けられる。

シート部１０ａはクッション材から製作されると共に、支持フレーム１０ｂと腰当て部１０ｃは、シート部１０ａに比して剛性の高い素材から製作される。

各脚リンク１４と支持部材１０を連結する第１関節部２０の揺動機構は、支持部材１０に固定される円弧状のガイドレール３２と、ガイドレール３２に係合されると共に、各脚リンク１４の一端に固定されるスライダ３４とからなる。図２では左側のガイドレール３２のみ示すが、図３に示す如く、ガイドレール３２とスライダ３４は右側にも設けられる。ガイドレール３２とスライダ３４もアルミ材からなる。

スライダ３４には複数個のローラ３６が取り付けられる。ローラ３６はガイドレール３２に形成された溝内に転動自在に収容され、よってスライダ３４は、図２に矢印で示す如く、移動自在にガイドレール３２に係合される。

即ち、脚リンク１４は、ガイドレール３２の曲率中心３２ａを中心として（揺動支点として）支持部材１０の長手方向に揺動自在に構成される。またガイドレール３２は支持部材１０の腰当て部１０ｃに、支持部材１０の長手方向に配置された支軸３８に軸支され、支軸３８を中心として支持部材１０の横方向に揺動自在に構成される。

このように脚リンク１４はガイドレール３２の曲率中心３２ａを揺動支点として前後方向（利用者Ｐの進行において）に揺動自在に構成されることから、支持部材１０に対して利用者Ｐの上半身の体重（荷重）の作用点が揺動支点３２ａの前方にずれて支持部材１０が前下がりに傾斜した場合、揺動支点３２ａが支持部材１０の重力方向において上方に位置するため、体重の作用点は揺動支点３２ａの下方で後方に変位し、揺動支点３２ａと体重の作用点との前後方向距離が減少して支持部材１０に対する回転モーメントも減少する。

次いで、体重作用点が揺動支点３２ａの真下まで変位したところで支持部材１０に作用する回転モーメントは零になり、支持部材１０は安定する。このように支持部材１０が自動的に安定状態に収束するため、支持部材１０が利用者Ｐの股下位置で前後方向にずれることがない。

また、ガイドレール３２は揺動支点（支軸）３８を介して横方向（利用者Ｐの進行において）に揺動自在に構成されることから、脚リンク１４を横方向に揺動させることができ、利用者Ｐは脚を自由に外転させることができる。

靴部１２は、利用者Ｐの足部が収容自在な靴１２ａと、靴１２ａの内部に配置されて利用者Ｐの足を戴置可能なＬ字状（利用者Ｐの進行方向から見たとき）のカーボン材からなる連結部材１２ｂと、連結部材１２ｂの底面に配置されるウレタンゴムなどのゴム状弾性材からなる中敷１２ｃとを備える。連結部材１２ｂには各脚リンク１４の第２リンク２６が３軸構造の第２関節部２４を介して連結される。

図４は駆動機構１６と第１リンク２２などの側面断面図である。

駆動機構１６は、第１リンク２２の先端の付近に配置されるアクチュエータ（電動モータ）４０と、アクチュエータ４０の回転を減速機４０ａ（図３に示す）で減速して出力する出力軸４０ｂと、出力軸４０ｂに固定されるロッカアーム（駆動クランクアーム）４２と、第２リンク２６に第３関節部３０の関節軸３０ａと同心に固定された従動クランクアーム４４と、ロッカアーム４２と従動クランクアーム４４を連結する、換言すればアクチュエータ４０に接続されると共に、第１関節部２０と第２リンク２６を連結する連結ロッド４６で構成される。このように、第１リンク２２は具体的には、第１リンク２２とロッカアーム４２と従動クランクアーム４４と連結ロッド４６からなる４節機構から構成される。

即ち、第１リンク２２は中空構造にされ、その内部に連結ロッド４６が収容される。連結ロッド４６は、一端がロッカアーム４２に枢着部４６ａで、他端が従動クランクアーム４４に枢着部４６ｂで枢着、即ち、回転自在に連結される。

図４に示す如く、第１リンク２２において連結ロッド４６の駆動クランクアーム４２への枢着部４６ａと従動クランクアーム４４への枢着部４６ｂとを結ぶ線が、アクチュエータ４０の出力軸４０ｂと第３関節部３０の関節軸３０ａとを結ぶ線に斜交するように配置される。第１リンク２２にはバッテリケース２２ａが添設され、その内部にはバッテリ５０が収容され、アクチュエータ４０などに動作用の電力を供給する。

次いで、利用者Ｐの歩行を補助する歩行アシスト制御について説明する。

図２に示す如く、靴部１２において中敷１２ｃの下面には前後一対の１軸の力センサ６０が設けられ、利用者Ｐの足部の中趾節関節（ＭＰ関節）部分と踵部分とに作用する荷重（圧力）に応じた出力を生じると共に、第２関節部２４には２軸の力センサ６２が組み込まれ、第２関節部２４に作用する力（支持部材１０と各脚リンク１４の重量による力との合力）に応じた出力を生じる。

上記したセンサ６０，６２の出力は、支持部材１０の支持フレーム１０ｂの内部に収納されたコントローラ６４に送られる。コントローラ６４はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力Ｉ／Ｏを備えたマイクロコンピュータからなり、利用者Ｐの歩行を補助するアシスト力を発生するアシスト制御を実行する。

即ち、コントローラ６４は、予め設定されるアシスト力の設定値に、力センサ６０の出力から算出された利用者Ｐの両足部に作用する全荷重に対する各足部の荷重の割合を乗算し、よって得た積を各脚リンク１４で発生すべきアシスト力の目標値とする。アシスト力の設定値は、例えば、装置Ｄの荷重（重量）を６０［Ｎ］、アシスト力を３０［Ｎ］とすると、９０［Ｎ］となる。

アシスト力は、図２において第１関節部２０における脚リンク１４の前後方向の揺動支点３２ａと第２関節部２４における脚リンク１４の前後方向の揺動支点とを結ぶ線（以下「基準線」といい、Ｌ１で示す）の上に作用することから、コントローラ６４は、力センサ６２の出力に基づき、基準線Ｌ１上に作用する実際のアシスト力を検出し、検出された実際のアシスト力が目標値となるように駆動機構１６の動作を制御する。

より具体的にはコントローラ６４は、利用者Ｐが支持部材１０のシート部１０ａに着座して支持されるとき、駆動機構１６のアクチュエータ４０を駆動して連結ロッド４６を介して脚リンク１４の第１リンク２２と第２リンク２６を第３関節部３０の関節軸３０ａを中心として相対変位させ、利用者Ｐの荷重の少なくとも一部を支持する支持力、即ち、アシスト力を生じさせて利用者Ｐの歩行を補助する。

脚リンク１４で発生されたアシスト力は支持部材１０を通じて利用者Ｐの体幹に伝達され、利用者Ｐの脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助する。利用者Ｐとしては、工場などで立ち作業する作業者なども予定される。

この実施例に係る歩行補助装置Ｄにおいて特徴的なことは、第３関節部３０を中心として第１リンク２２と第２リンク２６がなす角度（以下「膝角度」という）が減少するにつれ、第２関節部（第３関節部３０。より正確には第３関節部３０の関節軸３０ａ）から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離を減少させる距離減少機構７０を備える如く構成したことにある。図示の簡略化のため、図１などで距離減少機構７０の図示を省略した。

以下、それについて説明する。

図５は距離減少機構７０を含む装置Ｄ（写真で示す）の側面図、図６は図１などに示す第３関節部３０の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の距離減少機構７０の動作を示す拡大側面図、図７はその背面図である。

図示の如く、距離減少機構７０は、スライダ３４に固定されるスライダ側ギヤ７０ａと、スライダ側ギヤ７０ａに噛合すると共に、アクチュエータ４０に連結されるリンク側ギヤ７０ｂと、前記したロッカアーム４２とからなる。ロッカアーム４２は一端がリンク側ギヤ７０ｂに固定されると共に、他端が連結ロッド４６に回動自在に連結される。

スライダ側ギヤ７０ａはセクタ歯車からなり、スライダ３４にボルト止めされた三角形状の２枚のプレート７０ａ１に取り付けられ、２枚のプレート７０ａ１を介してスライダ３４に固定される。リンク側ギヤ７０ｂは、図７に示す如く、アクチュエータ４０、より具体的にはその出力軸４０ｂに固定（連結）される。尚、スライダ側ギヤ７０ａの歯数はリンク側ギヤ７０ｂの歯数より大きく、例えばスライダ側２：リンク側１などに設定される。

図８から図１０を参照して距離減少機構７０の動作および作用を説明する。

図８は距離減少機構７０を含む歩行補助装置Ｄの側面図、図９は膝角度に対する第１（大腿）リンク２２の長さを示すグラフ、図１０は脚リンク１４の長さに対する第３関節部（膝関節）３０が前方に飛び出す量を示すグラフである。

前記した如く、歩行補助装置Ｄは第３関節部３０が利用者Ｐの体幹から前方に飛び出すように構成して利用者Ｐの身長の差異を吸収しているが、その結果、鉛直軸回りの慣性力が増加すると共に、外観上で違和感を与える不都合があった。

そこで、この実施例においては、図６に示すように第３関節部３０から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離を減少させる距離減少機構７０を備え、リンク側ギヤ７０ｂをアクチュエータ４０で駆動してロッカアーム４２を回動させることで、連結ロッド４６を後退させるようにした。

それにより、図８に示す如く、膝角度が減少、換言すれば第３関節部３０が屈曲するにつれ、第３関節部３０（より正確には第３関節部３０の関節軸３０ａ）から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄを減少、より具体的には最長、長、中、短と減少させるように構成した。

即ち、リンク側ギヤ７０ｂをアクチュエータ４０で駆動してロッカアーム４２を回動させて連結ロッド４６を後退させ、よって第１関節部２０を利用者の進行方向において後方に後退させる、換言すれば図９に示す如く、膝角度が減少するにつれ、第１リンク２２の長さを実質的に減少させるように構成した。

これにより、図１０に示す如く、脚リンク１４の長さが減少、即ち、膝角度が減少するにつれ、膝関節が前方に飛び出す量（第３関節部３０が利用者Ｐの進行方向前方に飛び出す量）を、距離減少機構７０を設けない場合に比し、矢印で示す量だけ減少することができた。

上記した如く、この実施例にあっては、利用者Ｐを支持して利用者の荷重を伝達可能な支持部材１０と、揺動機構からなる第１関節部２０を介して前記支持部材１０に揺動支点（曲率中心３２ａ）を中心に揺動自在に連結されると共に、第１リンク２２と前記第１リンク２２に第２関節部（第３関節部３０）を介して連結される第２リンク２６を有する脚リンク１４と、アクチュエータ４０とを備え、前記アクチュエータ４０を駆動して前記第１リンク２２と第２リンク２６を相対変位させて利用者Ｐの荷重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じて利用者Ｐの歩行を補助する歩行補助装置Ｄにおいて、前記第２関節部（第３関節部３０）を中心として前記第１リンク２２と第２リンク２６がなす角度が減少するにつれ、前記第２関節部（第３関節部３０。より正確にはその関節軸３０ａ）から前記揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄを減少させる距離減少機構７０を備える如く構成したので、第２関節部（第３関節部３０）を膝関節相当の関節とするとき、その第２関節部（第３関節部３０）が利用者Ｐの体幹から前方に飛び出す量をその分だけ減少させることができ、鉛直軸回りの慣性力を低減できると共に、外観上の違和感も減少させることができる。

また、前記第１関節部２０は前記支持部材１０に固定されて前記揺動支点を曲率中心３２ａとする円弧状のガイドレール３２と、前記ガイドレール３２に移動自在に係合されるスライダ３４とからなり、前記脚リンク１４が前記ガイドレール３２の曲率中心３２ａを中心として揺動自在に前記支持部材１０に連結されると共に、前記アクチュエータ４０は、前記第１リンク２２において前記第１関節部２０と前記第２リンク２６を連結する連結ロッド４６に接続される如く構成したので、上記した効果に加え、膝関節に相当する第２関節部（第３関節部３０）の角度を調整することで利用者Ｐの身長の差異を効果的に吸収することができる。

また、前記距離減少機構７０は、前記スライダ３４に固定されるスライダ側ギヤ７０ａと、前記スライダ側ギヤ７０ａに噛合すると共に、前記アクチュエータ４０に連結されるリンク側ギヤ７０ｂと、一端が前記リンク側ギヤ７０ｂに固定されると共に、他端が前記連結ロッド４６に回動自在に連結されるロッカアーム４２とからなり、前記リンク側ギヤ７０ｂを前記アクチュエータ４０で駆動して前記ロッカアーム４２を回動させて前記連結ロッド４６を後退させ（第１リンク２２の長さを実質的に減少させ）、よって前記第２関節部（第３関節部３０）から前記揺動支点までの距離ｄを減少させる如く構成したので、上記した効果に加え、構造を簡易にすることができる。

また、前記スライダ側ギヤ７０ａの歯数が前記リンク側ギヤ７０ｂの歯数より大きい如く構成したので、上記した効果に加え、減速してトルクを増加させることができ、その分だけアクチュエータ４０を小型にすることができる。

図１１は第２実施例に係る距離減少機構７０の第３関節部３０の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す拡大側面図、図１２は図１１（ａ）に示す第１関節部２０付近の断面図、図１３は図１２のXIII―XIII線断面図である。

図示の如く、第２実施例にあっては、駆動機構１６のアクチュエータ４０の出力軸４０ｂは、連結ロッド４６の軸方向と平行に配置されるように構成した。アクチュエータ４０は第１実施例と同様に電動モータからなる。

図１２と図１３を参照して説明すると、第２実施例において駆動機構１６は、アクチュエータ（電動モータ）４０の出力軸４０ｂからベルトプーリ機構（後述）を介して伝達される回転駆動力を直動軸７２の軸方向の並進力に変換するボールネジ機構７４を収容した筐体７６を備える。筺体７６は大略ボックス状の主筐体７６ａと、その一端に固定された中空の副筐体７６ｂから構成され、それらの内部を直動軸７２が挿入される。

図１１（ａ）（ｂ）などに示す如く、第１リンク２２には第３関節部３０の関節軸３０ａと平行な軸を有する支軸８０が横方向から貫通させられ、筐体７６は支軸８０の軸回りに揺動可能なように第１リンク２２に支持される。主筐体７６ａの内部にはボールネジ機構７４の主要部が収容される。直動軸７２はボールネジ機構７４のネジ軸として利用され、その外表面には螺旋状のネジ溝７２ａが刻設される。

ボールネジ機構７４は直動軸７２に同軸に嵌められた筒状のナット部材７４ａと、ナット部材７４ａの内周にネジ溝７２ａに係合するように保持された複数個のボール７４ｂとを備え、ナット部材７４ａを直動軸７２の軸回りに回転させることにより、ボール７４ｂがネジ溝７２ａに沿って移動しつつ、直動軸７２がナット部材７４ａに対して軸方向に移動するように構成される。

ナット部材７４ａの一端には、ナット部材７４ａと同軸に直動軸７２に嵌められる筒状部材８２が固定される。筒状部材８２は直動軸７２との間に間隙を有しつつ、筐体７６の内部に収容される。ナット部材７４ａと筒状部材８２は、直動軸７２の軸回りに一体に回転するように、筐体７６に支承される。

アクチュエータ４０の出力軸４０ｂには前記したベルトプーリ機構８４の駆動プーリ８４ａが固定されると共に、筒状部材８２には被動プーリ８４ｂが固定され、両者は副筐体７６ｂに穿設された切り欠き部を通って延びるベルト８４ｃで連結される。

これにより、アクチュエータ４０が出力軸４０ｂから出力する回転駆動力はベルトプーリ機構８４を介して筒状部材８２に伝達され、筒状部材８２とナット部材７４ａが一体に回転駆動され、それに伴って直動軸７２が軸方向に移動される。

即ち、アクチュエータ４０の回転駆動力が、ベルトプーリ機構８４とボールネジ機構７４を介して直動軸７２の軸方向の並進力に変換され、直動軸７２によって連結ロッド４６が軸方向に移動させられるように構成される。

上記を前提として図１１に戻って説明すると、第２実施例の距離減少機構７０はウォーム８６ａとギヤ８６ｂからなるウォームギヤ機構８６を備える。ウォームギヤ機構８６の一方、具体的にはギヤ８６ｂはスライダ３４にボルト８６ｂ１を介して固定される。

他方、アクチュエータ４０の出力軸４０ｂはベルトプーリ機構８４の駆動プーリ８４ａの先端側で延長させられ、その外表面にウォーム８６ａ、即ち、ウォームギヤ機構８６の他方が刻設され、ギヤ８６ｂと噛合する。ウォーム８６ａはステー８６ａ１を介して主筐体７６ａ、換言すれば連結ロッド４６の基端に取り付けられる。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。

かかる構成において、アクチュエータ４０が駆動され、減速機４０ａを介してその出力軸４０ｂが回転されると、ウォーム８６ａは進退し、それによって連結ロッド４６の基端が図１１に示すよう後退する。

即ち、図１１（ａ）（ｂ）に示す如く、第３関節部３０の屈曲時、ウォーム８６ａを後退させて連結ロッド４６を後退させる（第１リンク２２の長さを実質的に減少させる）ことで、第３関節部３０から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄをａだけ減少させることができ、それによって膝関節が前方に飛び出す量（第３関節部３０が利用者Ｐの進行方向前方に飛び出す量）をその分だけ減少することができる。

上記した如く、第２実施例にあっては、前記距離減少機構７０は、前記スライダ３４に固定されるウォーム８６ａとギヤ８６ｂからなるウォームギヤ機構８６の一方と、前記連結ロッド４６に固定されると共に、前記アクチュエータ４０に連結される前記ウォームギヤ機構８６の他方とからなり、前記他方を前記アクチュエータ４０で駆動して前記連結ロッド４６を後退させ、よって前記第２関節部（第３関節部３０）から前記揺動支点までの距離ｄを減少させる如く構成したので、第３関節部３０を膝関節相当の関節とするとき、第２関節部（第３関節部３０）が利用者Ｐの体幹から前方に飛び出す量をその分だけ減少させることができ、鉛直軸回りの慣性力を低減できると共に、外観上の違和感も減少させることができる。また、第２関節部（第３関節部３０）が利用者の体幹から前方に飛び出す量を一層滑らかに減少させることができる。

図１４はこの発明の第３実施例に係る距離減少機構７０の第３関節部３０の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す部分断面側面である。

第３実施例に係る歩行補助装置Ｄは第２実施例の変形例であり、ウォームギヤ機構に代え、ガイドと第２のスライダを備えるようにした。即ち、図１４（ａ）に示す如く、第３実施例に係る距離減少機構７０にあってはスライダ３４の先端側が横方向に拡大されて幅広に形成されると共に、そこにガイド９０、より具体的には９０ａ、９０ｂが形成される。ガイド９０ａはスライダ３４の先端に穿設されたスロットからなり、ガイド９０ｂはスライダ３４に突設されたピンからなる。

第２のスライダ９２はガイド９０に移動自在に係合され、三角形状の第２のスライダ９２ａとプレート状の第２のスライダ９２ｂを備える。

第２のスライダの一方９２ａにはピン９２ａ１が突設されると共に、他方９２ｂにはスロット９２ｂ１が穿設される。第２のスライダの一方９２ａはピン９２ａ１をスロット９０ａに挿入させると共に、他方９２ｂはスロット９２ｂ１にガイド９０ｂのピンを挿入させることで、ガイド９０ａ，９０ｂに移動自在に係合される。

第２のスライダの一方９２ａは主筐体７６ａ、換言すれば連結ロッド４６の基端に取り付けられると共に、他方９２ｂは連結ロッド４６の途中に固定される。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。

かかる構成において、アクチュエータ４０が駆動され、その出力軸４０ｂが回転されると、第２のスライダの一方９２ａは進退する。即ち、図１４（ａ）と図１４（ｂ）の対比から明らかな如く、第３関節部３０の屈曲時、第２のスライダ９２ａを後退させて連結ロッド４６を後退させる（第１リンクの長さを実質的に減少させる）ことで、第３関節部３０から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄをｂだけ減少させ、膝関節が前方に飛び出す量（第３関節部３０が利用者Ｐの進行方向前方に飛び出す量）をその分だけ減少することができる。

尚、第２のスライダの他方９２ｂは、一方９２ａのガイド９０ａに対する横方向の移動を案内するために設けられ、アクチュエータ４０が駆動されても進退しない。

上記した如く、第３実施例にあっては、前記距離減少機構７０は、前記スライダ３４に形成されるガイド９０と、前記ガイド９０に移動自在に係合されると共に、前記連結ロッド４６に固定される第２のスライダ９２ａ，９２ｂとからなり、前記第２のスライダ９２ａ，９２ｂを前記アクチュエータ４０で駆動して前記連結ロッド４６を後退させ、よって前記第２関節部（第３関節部３０。より正確にはその関節軸３０ａ）から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄを減少させる如く構成したので、第２関節部（第３関節部３０）を膝関節相当の関節とするとき、第２関節部（第３関節部３０）が利用者Ｐの体幹から前方に飛び出す量をその分だけ減少させることができ、鉛直軸回りの慣性力を低減できると共に、外観上の違和感も減少させることができる。ギヤを用いないことでフリクションを低減させることができる。

図１５はこの発明の第４実施例に係る距離減少機構７０の第３関節部３０の屈曲時（膝関節角度の減少時）と伸展時（膝関節角度の増加時）の状態を示す部分断面側面である。

第４実施例に係る歩行補助装置Ｄは第３実施例の変形例であり、第２のスライダに代え、リンク機構を備えるようにした。即ち、図１５（ａ）に示す如く、距離減少機構７０にあっては、第３実施例と同様、スライダ３４の先端側が横方向に拡大されて幅広に形成されると共に、そこにリンク機構９４、より具体的には第３のリンク９４ａ、第４のリンク９４ｂの一端が連結される。

第３のリンク９４ａの他端は主筐体７６ａ、換言すれば連結ロッド４６の基端に取り付けられると共に、第４のリンク９４ｂは連結ロッド４６の途中に固定される。尚、残余の構成は第１実施例と異ならない。

かかる構成において、リンク機構９４はスライダ３４と連結ロッド４６を移動自在に連結することから、アクチュエータ４０が駆動され、その出力軸４０ｂが回転されると、リンク機構９４を介して連結ロッド４６はスライダ３４に対して進退する。

即ち、図１５（ａ）（ｂ）に示す如く、第３関節部３０の屈曲時、リンク機構９４を介して連結ロッド４６を後退させる（第１リンクの長さを実質的に減少させる）ことで、第３関節部３０から揺動支点までの距離ｄをｃだけ減少させ、膝関節が前方に飛び出す量（第３関節部３０が利用者Ｐの進行方向前方に飛び出す量）をその分だけ減少することができる。

上記した如く、第４実施例にあっては、前記距離減少機構７０は、前記スライダ３４と前記連結ロッド４６を移動自在に連結するリンク機構９４からなり、前記リンク機構９４を前記アクチュエータ４０で駆動して前記連結ロッド４６を後退させ、よって前記第２関節部（第３関節部３０。より正確にはその関節軸３０ａ）から揺動支点（曲率中心３２ａ）までの距離ｄを減少させる如く構成したので、第２関節部（第３関節部３０）を膝関節相当の関節とするとき、その関節部３０が利用者Ｐの体幹から前方に飛び出す量をその分だけ減少させることができ、鉛直軸回りの慣性力を低減できると共に、外観上の違和感も減少させることができる。同様に、ギヤを用いないことでフリクションを低減させることができる。

尚、この発明を実施例から説明したが、この発明は実施例に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、駆動機構として電動モータを例示したが、それに止まるものではない。

Ｄ 歩行補助装置、１０ 支持部材、１０ａ シート部、１０ｂ 支持フレーム、１０ｃ 腰当て部、１０ｄ 把持部、１２ 靴部、１２ａ 靴、１２ｂ 連結部材、１２ｃ 中敷、１４ 脚リンク、１６ 駆動機構、２０ 第１関節部、２２ 第１リンク、２４ 第２関節部、２６ 第２リンク、３０ 第３関節部（第２関節部）、３２ ガイドレール、３２ａ 曲率中心（揺動支点）、３４ スライダ、３６ ローラ、４０ アクチュエータ（電動モータ）、４０ａ 減速機、４０ｂ 出力軸、４２ ロッカアーム（駆動クランクアーム）、４４ 従動クランクアーム、４６ 連結ロッド、５０ バッテリ、６０ 圧力センサ、６２ 力センサ、６４ コントローラ、７０ 距離減少機構、７０ａ スライダ側ギヤ、７０ｂ リンク側ギヤ、７２ 直動軸、７２ａ ネジ溝、７４ ボールネジ機構、７４ａ ナット部材、７６ 筐体、７６ａ 主筐体、７６ｂ 副筐体、８０ 支軸、８２ 筒状部材、８４ ベルトプーリ機構、８４ａ 駆動プーリ、８４ｂ 被動プーリ、８４ｃ ベルト、８６ ウォームギヤ機構、８６ａ ウォーム、８６ｂ ギヤ、９０ ガイド、９２ 第２のスライダ、９４ リンク機構、９４ａ 第３のリンク、９４ｂ 第４のリンク

Claims (7)

1. 利用者を支持して利用者の荷重を伝達可能な支持部材と、揺動機構からなる第１関節部を介して前記支持部材に揺動支点を中心に揺動自在に連結されると共に、第１リンクと前記第１リンクに第２関節部を介して連結される第２リンクを有する脚リンクと、アクチュエータとを備え、前記アクチュエータを駆動して前記第１リンクと前記第２リンクを相対変位させて利用者の荷重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じさせて利用者の歩行を補助する歩行補助装置において、前記第２関節部を中心として前記第１リンクと第２リンクがなす角度が減少するにつれ、前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させる距離減少機構を備えたことを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記第１関節部は前記支持部材に固定されて前記揺動支点を曲率中心とする円弧状のガイドレールと、前記ガイドレールに移動自在に係合されるスライダとからなり、前記脚リンクが前記ガイドレールの曲率中心を中心として揺動自在に前記支持部材に連結されると共に、前記アクチュエータは、前記第１リンクにおいて前記第１関節部と前記第２リンクを連結する連結ロッドに接続されることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
3. 前記距離減少機構は、前記スライダに固定されるスライダ側ギヤと、前記スライダ側ギヤに噛合すると共に、前記アクチュエータに連結されるリンク側ギヤと、一端が前記リンク側ギヤに固定されると共に、他端が前記連結ロッドに回動自在に連結されるロッカアームとからなり、前記リンク側ギヤを前記アクチュエータで駆動して前記ロッカアームを回動させて前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
4. 前記スライダ側ギヤの歯数が前記リンク側ギヤの歯数より大きいことを特徴とする請求項３記載の歩行補助装置。
5. 前記距離減少機構は、前記スライダに固定されるウォームとギヤからなるウォームギヤ機構の一方と、前記連結ロッドに固定されると共に、前記アクチュエータに連結される前記ウォームギヤ機構の他方とからなり、前記他方を前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
6. 前記距離減少機構は、前記スライダに形成されるガイドと、前記ガイドに移動自在に係合されると共に、前記連結ロッドに固定される第２のスライダとからなり、前記第２のスライダを前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
7. 前記距離減少機構は、前記スライダと前記連結ロッドを移動自在に連結するリンク機構からなり、前記リンク機構を前記アクチュエータで駆動して前記連結ロッドを後退させ、よって前記第２関節部から前記揺動支点までの距離を減少させることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。