JP2011104035A - 歩行補助装具 - Google Patents

Abstract

【課題】 ユーザが歩行しやすい歩行補助装具を実現する。
【解決手段】 歩行補助装具は、大腿に配置される大腿ユニットと、下腿に配置される下腿ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結しているとともに、膝の両側へ同軸に配置される一対の軸受機構と、大腿ユニットに対して下腿ユニットを揺動させるアクチュエータを備えている。そして、アクチュエータの少なくとも一部は、一対の軸受機構の軸線方向に関して、一対の軸受機構の間の範囲に位置している。
【選択図】図２

Description

本発明は、人の歩行を補助する歩行補助装具に関する。

特許文献１に、人の歩行を補助する歩行補助装具が開示されている。この歩行補助装具は、大腿に配置される大腿ユニットと、下腿に配置される下腿ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結している軸受機構と、大腿ユニットに対して下腿ユニットを揺動させるモータを備えている。軸受機構及びモータは、ユーザの膝に対して外側に配置されている。

特開２００２−３０１１２４号公報

特許文献１に開示された歩行補助装具では、軸受機構やモータがユーザの外側に大きく張り出しており、周囲に存在する物体との接触が起こり易い。また、軸受機構やモータの重量がユーザの脚に偏って負荷されることから、ユーザがバランスを崩しやすく、また、ユーザが意図した位置に脚を運ぶことができないこともある。
上記の問題を鑑み、本発明は、ユーザが歩行しやすい歩行補助装具を実現する。

本発明に係る歩行補助装具は、人の歩行を補助する歩行補助装具であって、大腿に配置される大腿ユニットと、下腿に配置される下腿ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結しているとともに、膝の両側へ同軸に配置される一対の軸受機構と、大腿ユニットに対して下腿ユニットを揺動させるアクチュエータを備えている。そして、アクチュエータの少なくとも一部は、一対の軸受機構の軸線方向に関して、一対の軸受機構の間の範囲に位置している。ここで、アクチュエータは、典型的にはモータであるが、モータに限定されるものではない。また、一対の軸受機構及びアクチュエータは、大腿ユニットに設けられてもよいし、下腿ユニットに設けられてもよい。

この歩行補助装具では、一対の軸受機構がユーザの脚に対して両側にそれぞれ配置されることから、軸受機構の重量がユーザの脚に対して比較的にバランスよく負荷される。さらに、比較的に重量のあるアクチュエータについても、一対の軸受機構に対して大きく張り出すことがなく、ユーザの脚の近くに配置される構造となっているので、アクチュエータの重量がユーザの脚に著しく偏って負荷されることも防止される。ユーザの脚に負荷される重量のバランスが改善されることで、ユーザは歩行時にバランスを保ちやすくなり、また、意図した位置へ脚を運びやすくなる。加えて、アクチュエータが外側へ大きく張り出すことがないので、周囲に存在する物体との接触も防止される。この歩行補助装具によれば、例えば自力で歩行が困難となったユーザでも、比較的に歩行しやすい。

前記した大腿ユニットは、大腿の前面に配置される大腿前面フレームと、大腿前面フレームの一端に固定されており、大腿に対して外側に配置される大腿外側フレームと、大腿前面フレームの他端に固定されており、大腿に対して内側に配置される大腿内側フレームを備えることが好ましい。この場合、前記した一対の軸受機構は、大腿外側フレームと大腿内側フレームにそれぞれ設けられており、前記したアクチュエータは、大腿外側フレームと大腿内側フレームの一方に設けられていることが好ましい。
この構成によると、大腿フレームのみを容易に取り替えることができ、それによって、大腿ユニットのサイズ調整を簡単に行うことができる。軸受機構やアクチュエータが設けられた大腿外側フレーム及び大腿内側フレームについては、共通に用いることができ、両フレームを固定する大腿前面フレームのみを取り替えればよいので、そのサイズ調整は容易に行うことができる。大腿ユニットが適切なサイズに調整されることで、ユーザは違和感や苦痛を受けることなく歩行しやすい。

前記したアクチュエータは、大腿前面フレームに沿って配置されていることが好ましい。この構造によると、大腿ユニットをコンパクトに設計することができ、大腿ユニットの着脱が容易になるとともに、ユーザは歩行しやすい。

前記したアクチュエータは、大腿外側フレームに設けられていることが好ましい。この構造によると、アクチュエータからのトルクを増幅する減速機構や、アクチュエータからのトルクを下腿ユニットへ伝達するベルト機構などを、ユーザにとって邪魔になりにくい大腿外側フレームに併せて設けることができる。

本発明によれば、重量バランスに優れ、周囲の物体との接触も防止される、ユーザによって歩行しやすい歩行補助装具を実現することができる。

歩行補助装具の全体構成を模式的に示す外観図。 大腿ユニット及び下腿ユニットを示す図。 カバーを取り外した状態の大腿ユニットを示す図。 各フレームを互いに分離した状態の大腿ユニットを示す図。

本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、実施例の歩行補助装具１０を模式的に示している。歩行補助装具１０は、ユーザ１００に装着可能な装置であって、装着したユーザ１００の歩行を補助する装置である。歩行補助装具１０は、例えば、自力歩行が困難となったユーザ１００のリハビリテーションに用いられる。歩行補助装具１０を用いることで、ユーザ１００の機能回復を促進できるとともに、ユーザ１００を介助する介助者の労力を低減することも可能となる。

図１に示すように、歩行補助装具１０は、制御ユニット１２と、大腿ユニット２０と、下腿ユニット５０と、足ユニット８０を備えている。大腿ユニット２０と下腿ユニット５０は揺動可能に連結されており、下腿ユニット５０と足ユニット８０は揺動可能に連結されている。詳しくは後述するが、大腿ユニット２０には、大腿ユニット２０と下腿ユニット５０を揺動可能に連結している一対の軸受機構３４や、大腿ユニット２０に対して下腿ユニット５０を揺動させるアクチュエータ（詳しくはモータ３０）が設けられている。

大腿ユニット２０と下腿ユニット５０と足ユニット８０は、補助を必要とするユーザ１００の患脚１１０（ここでは右脚）に配置される。詳しくは、大腿ユニット２０が大腿１１２に配置され、下腿ユニット５０が下腿１１６に配置され、足ユニット８０が足１１８に配置される。
なお、本明細書では、単に患脚（又は脚）１１０と表現した場合、大腿１１２、膝１１４、下腿１１６のみでなく、足１１８（足首よりも先の部分）も含むものとする。

制御ユニット１２は、小型のコンピュータ装置やバッテリを内蔵しており、電気コード（図示省略）を介して大腿ユニット２０等に接続されている。制御ユニット１２は、歩行補助装具１０の各部へ電力を供給するとともに、歩行補助装具１０の各部に設けられたアクチュエータの動作を制御する。それにより、例えば膝１１４の伸展、屈曲を経時的に補助することで、自力歩行が困難となったユーザ１００の歩行を補助する。制御ユニット１２は、一例であるが、ユーザ１００の体幹（腰）に取り付けられる。なお、制御ユニット１２を装着する位置は特に限定されず、例えばユーザ１００の背に装着する構造としてもよい。

図２、図３を参照して、大腿ユニット２０の構成について詳細に説明する。大腿ユニット２０は、大腿フレーム２２を備えている。大腿フレーム２２は、大腿１１２の前面に配置される大腿前面フレーム２２ａと、大腿１１２に対して外側に配置される大腿外側フレーム２２ｂと、大腿１１２に対して内側に配置される大腿内側フレーム２２ｃを備えている。
大腿前面フレーム２２ａは、板状の部材であり、大腿１１２に対して左右方向に伸びている。大腿外側フレーム２２ｂと大腿内側フレーム２２ｃについても、板状の部材であり、大腿前面フレーム２２ａに対して略垂直に固定され、互いに略平行に伸びている。このように、大腿フレーム２２は、概してコの字状の形状を有している。大腿外側フレーム２２ｂは、ユーザ１００の膝１１４に外側から対向する位置まで伸びており、大腿内側フレーム２２ｃは、ユーザ１００の膝１１４に内側から対向する位置まで伸びている。

ここで、大腿に対して外側とは、左脚の大腿であればその左側を意味し、右脚の大腿であればその右側を意味する。同様に、大腿に対して外側とは、左脚の大腿であればその右側を意味し、右脚の大腿であればその左側を意味する。本明細書で使用する「内側」と「外側」という表現は、ユーザ１００の左右方向の中心面を基準とするものであり、当該中心面に向かう側を内側と表現し、当該中心面から離れる側を外側と表現する。

大腿フレーム２２には、一対の軸受機構３４が設けられている。一対の軸受機構３４は、大腿ユニット２０と下腿ユニット５０を揺動可能に連結している。一方の軸受機構３４ｂは、大腿外側フレーム２２ｂに設けられており、ユーザ１００の膝１１４の外側に配置されている。他方の軸受機構３４ｃは、大腿内側フレーム２２ｃに設けられており、ユーザ１００の膝１１４の内側に配置されている。即ち、一対の軸受機構３４は、ユーザ１００の膝１１４の両側にそれぞれ配置されている。一対の軸受機構３４は同軸に位置しており、その回転軸は、膝１１４の回転軸に対して略一致するように、ユーザ１００の左右方向に伸びている。ここで、大腿外側フレーム２２ｂに設けられた軸受機構３４ｂは、遊星歯車機構を内蔵しており、軸受としての機能と減速機としての機能を併せ持つ。即ち、軸受機構３４ｂは、モータ３０からのトルクを増幅して下腿ユニット５０へ伝達する減速機構でもある。

大腿フレーム２２には、モータ３０が設けられている。モータ３０は、大腿ユニット２０に対して下腿ユニット５０を揺動させるアクチュエータである。本実施例では、モータ３０が、大腿外側フレーム２２ｂに固定されている。モータ３０は、大腿外側フレーム２２ｂの内側面（大腿１１２側の面）に設けられており、大腿前面フレーム２２ａの前面に沿って配置されている。この構成によると、モータ３０のほぼ全体が、一対の軸受機構３４の軸線方向（即ち、ユーザ１００の左右方向）に関して、一対の軸受機構３４の間に位置している。その結果、モータ３０が患脚１１０の前方に配置され、モータ３０の重量が患脚１１０にバランスよく負荷される。

ここで、モータ３０は、必ずしもその全体が一対の軸受機構３４の間の範囲に位置する必要はなく、その少なくとも一部が一対の軸受機構３４の間に位置していればよい。ただし、好ましくは、モータ３０の重心位置が、一対の軸受機構３４の間の範囲に位置していると、患脚１１０にモータ３０の重量が偏って負荷されることを、効果的に抑制することができる。

大腿外側フレーム２２ｂには、その外側の面（反大腿１１２側の面）に、ベルト伝達機構３２が設けられている。ベルト伝達機構３２は、モータ３０からの出力トルクを、減速機構でもある軸受機構３４ｂに伝達するトルク伝達機構である。ベルト伝達機構３２は、モータ３０に固定された駆動プーリ３２ａと、大腿外側フレーム２２ｂに対して位置調整可能に設けられた中継プーリ３２ｃと、駆動プーリ３２ａと中継プーリ３２ｃを連結している第１ベルト３２ｂと、軸受機構３４ｂに固定された従動プーリ３２ｅと、中継プーリ３２ｃと従動プーリ３２ｅを連結している第２ベルト３２ｄを備えている。このように、モータ３０からのトルク伝達経路にベルト伝達機構３２を用いると、モータ３０を配置する位置を比較的に自由に設計することが可能となる。

大腿ユニット２０には、大腿保持パッド２４が設けられている。大腿保持パッド２４は、柔軟な部材であり、一例ではあるが、スポンジやウレタンを用いて形成されている。本実施例では、大腿保持パッド２４が大腿前面フレーム２２ａに設けられており、大腿保持パッド２４がユーザ１００の大腿１１２の前面に当接するように構成されている。
大腿ユニット２０には、カバー２６が設けられている。なお、図３では、カバー２６が図示省略されている。カバー２６は、大腿前面フレーム２２ａから大腿外側フレーム２２ｂに亘って設けられており、モータ３０、ベルト伝達機構３２、軸受機構３４ｂを覆い隠している。それにより、ベルト伝達機構３２等の駆動部分に対するユーザ１００の接触や異物の噛み込み等が防止される。

次に、図２を参照して、下腿ユニット５０の構成について説明する。下腿ユニット５０は、主に、下腿フレーム５２によって構成されている。下腿フレーム５２は、下腿１１６の前面に配置される下腿前面フレーム５２ａと、下腿１１６に対して外側に配置される下腿外側フレーム５２ｂと、下腿１１６に対して内側に配置される下腿内側フレーム５２ｃを備えている。

下腿前面フレーム５２ａは、下腿１１６に対して左右方向に伸びており、その両端は下腿外側フレーム５２ｂ及び下腿内側フレーム５２ｃにそれぞれ接続されている。下腿外側フレーム５２ｂは、下腿１１６に沿って上下方向に伸びている。下腿外側フレーム５２ｂの上端は、大腿外側フレーム２２ｂに設けられた軸受機構３４ｂに接続されており、その反対側に位置する下端は、足ユニット８０に接続されている。下腿内側フレーム５２ｃも同様に、下腿１１６に沿って上下方向に伸びている。下腿内側フレーム５２ｃの上端は、大腿内側フレーム２２ｃに設けられた減速機構３４ｃに接続されており、その反対側に位置する下端は、足ユニット８０に接続されている。
下腿前面フレーム５２ａには、下腿１１６の前面に当接する下腿保持パッド５４が設けられている。

図４は、大腿ユニット２０を分解した様子を示している。図４に示すように、大腿ユニット２０は、大腿前面フレーム２２ａと、大腿外側フレーム２２ｂと、大腿内側フレーム２２ｃの三つに分離することができる（カバー２６を除く）。なお、これらのフレーム同士の固定は、複数のボルトによって行われており、容易に分解できるように構成されている。また、モータ３０とベルト伝達機構３２と軸受機構３４ｂといった駆動機構は、全て大腿外側フレーム２２ｂに設けられているので、大腿ユニット２０を分解し、組み立てる際にも、それらの駆動機構を分解、組み立て、再調整する必要は生じない。

上記のような分割されたフレーム構造によると、大腿前面フレーム２２ａを取り替えることで、大腿ユニット２０のサイズ調整を行うことができる。即ち、ユーザ１００の大腿１１２のサイズに応じて、大腿前面フレーム２２ａを適切なサイズのものに取り替えれば、大腿ユニット２０の左右方向の寸法を、ユーザ１００に応じて個々に調整することができる。ここで、モータ３０とベルト伝達機構３２と一方の軸受機構３４ａ（減速機構でもある）が設けられた大腿外側フレーム２２ｂ、及び、他方の軸受機構３４ｂが設けられた大腿内側フレーム２２ｃは、そのまま共通に使用することができる。即ち、構造が簡素な大腿前面フレーム２２ａのみを取り替えればよい。大腿前面フレーム２２ａは、構造が簡素であって製作が容易であり、その取り替えも簡単であることから、全てのユーザ１００に対して個別に用意することも可能である。

以上のように、本実施例の歩行補助装具１０では、一対の軸受機構３４（３４ａ、３４ｂ）が患脚１１０に対して両側にそれぞれ配置されるので、軸受機構３４の重量が患脚１１０に対して比較的にバランスよく負荷される。さらに、比較的に重量のあるモータ３０については、その全体が一対の軸受機構３４の間に位置しており、ユーザ１００の脚１１０の近くに配置されることから、モータ３０に起因する重量のアンバランスも有意に抑制されている。ユーザ１００の患脚１１０に対して軸受機構３４やモータ３０の重量がバランスよく負荷されるので、ユーザ１００は歩行時にバランスを保ちやすく、また、意図した位置にも患脚１１０を運びやすい。加えて、モータ３０が外側へ大きく張り出すこともないので、周囲に存在する物体との接触も防止される。この歩行補助装具１０によれば、例えば自力で歩行が困難となったユーザ１００でも、比較的に歩行しやすい。

また、本実施例の歩行補助装具１０では、大腿ユニット２０が、主に大腿前面フレーム２２ａと大腿外側フレーム２２ｂと大腿内側フレーム２２ｃからなる組立構造を有しており、構造が簡素な大腿前面フレーム２２ａを取り替えることによって、大腿ユニット２０のサイズ調整を容易に行うことができる。特に、モータ３０、ベルト伝達機構３２、減速機構でもある軸受機構３４といった駆動機構が、大腿外側フレーム２２ｂに纏めて設けられているので、大腿前面フレーム２２ａを取り替える際に、これらの駆動機構を分解したり再調整したりする必要が生じない。なお、モータ３０を含む駆動機構は、大腿外側フレーム２２ｂに代えて、大腿内側フレーム２２ｃに設けてもよく、この場合でも、上記した効果を奏することになる。

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

１０：歩行補助装具
２０：大腿ユニット
２２：大腿フレーム
２２ａ：大腿フレームの大腿前面フレーム
２２ｂ：大腿フレームの大腿外側フレーム
２２ｃ：大腿フレームの大腿内側フレーム
３０：モータ
３４：軸受機構
３４ｂ：軸受機構
３４ｃ：軸受機構
５０：下腿ユニット
１００：ユーザ
１１０：患脚
１１２：大腿
１１４：膝
１１６：下腿

Claims (4)

1. 人の歩行を補助する歩行補助装具であって、
   大腿に配置される大腿ユニットと、
   下腿に配置される下腿ユニットと、
   大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結しているとともに、膝の両側へ同軸に配置される一対の軸受機構と、
   大腿ユニットに対して下腿ユニットを揺動させるアクチュエータを備え、
   アクチュエータの少なくとも一部は、一対の軸受機構の軸線方向に関して、一対の軸受機構の間の範囲に位置することを特徴とする歩行補助装具。
2. 前記大腿ユニットは、
   大腿の前面に配置される大腿前面フレームと、
   大腿前面フレームの一端に固定されており、大腿に対して外側に配置される大腿外側フレームと、
   大腿前面フレームの他端に固定されており、大腿に対して内側に配置される大腿内側フレームを備え、
   前記一対の軸受機構は、大腿外側フレームと大腿内側フレームにそれぞれ設けられており、
   前記アクチュエータは、大腿外側フレームと大腿内側フレームの一方に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装具。
3. 前記アクチュエータは、前記大腿前面フレームに沿って配置されていることを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装具。
4. 前記アクチュエータは、大腿外側フレームに設けられていることを特徴とする請求項２又は３に記載の歩行補助装具。

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