JP2013052159A - Walking assistance device - Google Patents

Walking assistance device Download PDF

Info

Publication number
JP2013052159A
JP2013052159A JP2011193411A JP2011193411A JP2013052159A JP 2013052159 A JP2013052159 A JP 2013052159A JP 2011193411 A JP2011193411 A JP 2011193411A JP 2011193411 A JP2011193411 A JP 2011193411A JP 2013052159 A JP2013052159 A JP 2013052159A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
foot
lower leg
orthosis
wearer
brace
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2011193411A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5725553B2 (en
Inventor
昌弘 ▲高▼岩
Masahiro Takaiwa
Toshiro Sokuji
俊郎 則次
Daisuke Sasaki
大輔 佐々木
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Okayama University NUC
Original Assignee
Okayama University NUC
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Okayama University NUC filed Critical Okayama University NUC
Priority to JP2011193411A priority Critical patent/JP5725553B2/en
Publication of JP2013052159A publication Critical patent/JP2013052159A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5725553B2 publication Critical patent/JP5725553B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a walking assistance device made simple and inexpensive without using electric energy at all.SOLUTION: This walking assistance device 20 including a lower leg brace 4, a foot brace 5, and an actuator 3 includes: a support shaft 7 swingably journaling the foot brace 5; and a pump means 2 disposed below a sole front part of a wearer. The actuator 3 includes: a case body 10; a volume variable means 13 to which compressed air is supplied from the pump means 2 to inflate and from which the compressed air is discharged to the pump means 2 to contract; a pressure reception member 11 disposed on one side of the volume variable means 13, receiving pressure at the time of the inflation of the volume variable means 13, and swinging the foot brace 5 in the plantar flexion direction to the lower leg brace 4; and an energizing member 12 energizing the volume variable means 13 through the pressure reception member 11 so as to contract the volume variable means 13. When a tiptoe of the wearer separates from the ground, the compressed air is discharged from the volume variable means 13 to the pump means 2 by the reaction force of the energizing member 12 to swing the foot brace 5 in the dorsiflexion direction to the lower leg brace 4.

Description

本発明は、装着者の体重を利用して、装着者の歩行動作を支援する歩行支援装置に関する。   The present invention relates to a walking support device that supports the walking motion of a wearer using the weight of the wearer.

高齢者の事故要因の上位に歩行時の転倒があげられ、高齢者は一度転倒すると骨折しやすく寝たきりになるケースさえある。これは、高齢者が足関節背屈群筋の筋力低下のため歩行が摺足状となり、わずかな段差でもつまづきやすいためであると考えられる。また、高齢者のみならず、疾病やケガ等により下肢に障害を持つため、歩行が困難になる場合もある。自立した日常生活において歩行は不可欠であり、歩行を支援する装置の開発が進められている。   Falling while walking is one of the top causes of accidents among elderly people, and once elderly people fall, they tend to break easily and even become bedridden. This is considered to be because elderly people tend to stumble with a slight step due to a decrease in muscle strength of the ankle dorsiflexion group muscles. Moreover, since there are obstacles in the lower limbs due to illness or injury as well as elderly people, walking may be difficult. Walking is indispensable in independent daily life, and development of devices that support walking is underway.

これまで幾つかの歩行支援装置が開発されており、歩行支援装置としてはバネ等の受動要素を用いたものと、アクチュエータを用いて能動的に歩行動作を支援するものに別けられる。前者における従来技術としては、踵に設置したバネの反力を利用して踵を持ち上げ易くするもの(特許文献1参照)や、足が上がる際のふくらはぎの筋肉の隆起を利用して爪先を持ち上げるように機構的な工夫をしたもの(特許文献2参照)、内圧の変化で剛性が調整できる空気圧受動要素を用いたもの(非特許文献1参照)などが報告されている。   Several walking assistance devices have been developed so far, and the walking assistance devices are classified into those using passive elements such as springs and those that actively support walking motion using actuators. As the prior art in the former, one that lifts the toe using the reaction force of a spring installed on the heel (see Patent Document 1) or the calf muscle uplift when the foot is raised. As described above, a mechanism devised in this way (refer to Patent Document 2), a technique using a pneumatic passive element whose rigidity can be adjusted by a change in internal pressure (refer to Non-Patent Document 1), and the like have been reported.

一方、後者における従来技術としては、磁場で粘性が変化するMR流体を用いて足関節のモーメントを調整するもの(非特許文献2参照)、空気圧シリンダを用いて下肢全体の動作を支援するもの(非特許文献3)などがある。   On the other hand, as the prior art in the latter, one that adjusts the moment of the ankle joint using an MR fluid whose viscosity changes with a magnetic field (see Non-Patent Document 2), and one that supports the movement of the entire lower limb using a pneumatic cylinder ( Non-patent document 3).

また、非特許文献4に記載された技術は、本願発明者が従来実施していたもので、装着者の体重を利用するという観点では本願発明と原理は同じであるが、アクチュエータや駆動方法の観点で全く異なるものである。   Further, the technique described in Non-Patent Document 4 has been conventionally performed by the inventor of the present application, and the principle is the same as that of the present invention in terms of using the weight of the wearer. It is completely different from the viewpoint.

特開平10−262706号公報JP-A-10-262706 特開2007−195900号公報JP 2007-195900 A

小澤他:空気圧受動要素を利用した短下肢装具の開発、ロボティックスメカトロニクス講演会2007講演論文集、1A2−K02、2007Ozawa et al .: Development of short leg braces using pneumatic passive elements, Proceedings of Robotics and Mechatronics Lecture 2007, 1A2-K02, 2007 赤澤他:メカトロニクスを導入した短下肢装具の研究開発、平成15年度兵庫県福祉のまちづくり工学研究所報告書Akazawa et al .: Research and development of short leg braces using mechatronics, 2003 Hyogo Welfare Community Development Research Institute report Tkasyoshi Fujita et al. ,Development of Pneumatically Assisted Walking System,Proc.of the 6th JFPS Int.Symp.On Fluid Power,pp.734−739,2005Tkayoshi Fuji et al. , Development of Pneumatically Assisted Walking System, Proc. of the 6th JFPS Int. Symp. On Fluid Power, pp. 734-739, 2005 Masahiro Takaiwa et al. ”Development of Energy Autonomous Type Pneumatic Walking Support Shoes”,J.of Robotics and Mechatoronics,Vol.21,No.3,pp.353−358,2009Masahiro Takaiwa et al. “Development of Energy Autonomous Type Pneumatic Walking Support Shoees”, J. Am. of Robotics and Mechatronics, Vol. 21, no. 3, pp. 353-358, 2009

しかしながら、上記のような従来技術の中で、ばねの復元力を利用するものはエネルギーの観点からは優位であるが、その機構上大きな支援効果を達成するのは容易でない。一方、アクチュエータを用いて能動的に支援する装置は高い支援効果が得られる反面、装置が大掛かりとなるなどの問題が生じる。さらに、アクチュエータを用いて能動的に支援する装置は、機構的に複雑で高価なものであったり、アクチュエータ等を駆動する際に電気エネルギーを必要としたりするものであった。
そこで、本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、電気エネルギーを一切使用せず、簡便で安価な歩行支援装置を提供することを目的とする。
However, among the conventional techniques as described above, those using the restoring force of the spring are advantageous from the viewpoint of energy, but it is not easy to achieve a large support effect in terms of the mechanism. On the other hand, a device that actively supports using an actuator can obtain a high support effect, but has a problem that the device becomes large. Furthermore, an apparatus that actively supports using an actuator is mechanically complicated and expensive, or requires electrical energy when driving the actuator or the like.
Then, this invention is made | formed in view of the said subject, and it aims at providing the simple and cheap walk assistance apparatus which does not use any electrical energy.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項1においては、
装着者の下腿に装着される下腿装具と、
前記装着者の足に装着され、前記下腿装具に底屈及び背屈方向に揺動可能に連結される足装具と、
前記下腿装具に対して前記足装具を揺動するアクチュエータと、を備えた歩行支援装置であって、
前記下腿装具の足関節部に設けられ、前記足装具を揺動可能に軸支する支持軸と、
前記装着者の足底前部の下方に配置され、立脚終期における前記装着者の体重移動の際に前記足底前部に踏まれることで、圧縮空気を生成するとともに圧送するポンプ手段と、を備え、
前記アクチュエータは、
前記足装具に一体的に固定されるケース体と、
前記ケース体内に設けられ、前記ポンプ手段に対して気密に連通され、前記ポンプ手段から圧縮空気が供給されて膨張するとともに前記ポンプ手段に圧縮空気が排出されて収縮することで容積が可変な容積可変手段と、
前記支持軸に取り付けられるとともに前記容積可変手段の一側に配置され、前記容積可変手段の膨張時の圧力を受けて、前記下腿装具に対して前記足装具を底屈方向に揺動する板状の受圧部材と、
前記容積可変手段を前記受圧部材を介して収縮させるように付勢する付勢部材と、を備え、
前記装着者の爪先が離地する際に、前記付勢部材の反力により前記容積可変手段から前記ポンプ手段に圧縮空気が排出されることで、前記下腿装具に対して前記足装具を背屈方向に揺動するものである。
That is, in claim 1,
Lower leg brace worn on the lower leg of the wearer;
A foot orthosis that is attached to the foot of the wearer and is connected to the lower leg orthosis so as to be swingable in the direction of plantar flexion and dorsiflexion;
An actuator for swinging the leg brace with respect to the lower leg brace,
A support shaft that is provided at the ankle joint portion of the lower leg orthosis and pivotally supports the foot orthosis such that it can swing;
A pump means that is disposed below the front part of the sole of the wearer, and generates and compresses compressed air by being stepped on the front part of the sole during weight movement of the wearer at the end of stance. Prepared,
The actuator is
A case body integrally fixed to the foot orthosis;
A volume which is provided in the case body, communicates in an airtight manner with the pump means, and expands when compressed air is supplied from the pump means, and the volume is variable by discharging the compressed air to the pump means and contracting. Variable means;
A plate-like shape that is attached to the support shaft and is disposed on one side of the volume variable means, and that swings the foot orthosis in a plantar flexion direction with respect to the lower leg orthosis under pressure when the volume variable means is expanded. A pressure receiving member,
An urging member that urges the variable volume means to contract via the pressure receiving member,
When the toes of the wearer take off, compressed air is discharged from the volume variable means to the pump means by the reaction force of the urging member, so that the foot orthosis is dorsiflexed with respect to the lower leg orthosis. It swings in the direction.

請求項2においては、
前記受圧部材は、前記支持軸に一体的に取り付けられるものである。
In claim 2,
The pressure receiving member is integrally attached to the support shaft.

請求項3においては、
前記受圧部材は、前記支持軸に所定の範囲で揺動可能に取り付けられるものである。
In claim 3,
The pressure receiving member is attached to the support shaft so as to be swingable within a predetermined range.

請求項4においては、
前記容積可変手段は、膨縮可能な袋体と、当該袋体を前記受圧部材との間で保持し、前記受圧部材に対する位置が可変である袋体保持部を備えるものである。
In claim 4,
The volume varying means includes a bag body that can be expanded and contracted, and a bag body holding portion that holds the bag body between the pressure receiving member and a position that is variable with respect to the pressure receiving member.

請求項5においては、
前記容積可変手段は、チューブ体により前記ポンプ手段と気密に連通するものである。
In claim 5,
The volume variable means is in airtight communication with the pump means by a tube body.

本発明によれば、電気エネルギーを一切使用しないため、簡便で安価な装置を提供することができる。   According to the present invention, since no electrical energy is used, a simple and inexpensive apparatus can be provided.

本発明の第1実施形態に係る歩行支援装置の構成を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the structure of the walk assistance apparatus which concerns on 1st Embodiment of this invention. 第1実施形態に係るアクチュエータの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of the actuator which concerns on 1st Embodiment. 歩行支援装置の実施例を示す図。The figure which shows the Example of a walk assistance apparatus. 歩行支援装置による歩行支援動作を示す説明図であり、(a)は足接地状態を示す図、(b)は立脚終期を示す図、(c)は遊脚初期を示す図。It is explanatory drawing which shows the walk assistance operation | movement by a walk assistance apparatus, (a) is a figure which shows a leg | foot contact state, (b) is a figure which shows the stance end stage, (c) is a figure which shows the free leg initial stage. 歩行時の足関節角度を示す図。The figure which shows the ankle joint angle at the time of a walk. 歩行支援装置の発生モーメントを示す図。The figure which shows the generation | occurrence | production moment of a walk assistance apparatus. 歩行支援装置単体の動作を示す図。The figure which shows operation | movement of a walk assistance apparatus single-piece | unit. 歩行支援装置装着時の動作を示す図。The figure which shows the operation | movement at the time of a walk assistance apparatus mounting | wearing. 本発明の第2実施形態に係る歩行支援装置の構成を模式的に示す側面図。The side view which shows typically the structure of the walk assistance apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態に係るアクチュエータの構成を示す正面図。The front view which shows the structure of the actuator which concerns on 2nd Embodiment. 支持軸に取り付けられた受動部材(装着者の前傾姿勢時)を示す一部断面側面図。The partial cross section side view which shows the passive member (at the time of a wearer's forward leaning attitude | position) attached to the support shaft. 支持軸に取り付けられた受動部材(バルーン膨張時)を示す一部断面側面図。The partial cross section side view which shows the passive member (at the time of balloon inflation) attached to the support shaft.

次に、発明の実施の形態を説明する。
先ず、本発明の第1の実施形態に係る歩行支援装置20について図1、図2を用いて説明する。
Next, embodiments of the invention will be described.
First, a walking support device 20 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

歩行支援装置20は、図1に示すように、短下肢装具1と、ポンプ手段2と、アクチュエータ3と、を備える。
なお、図1においては、歩行支援装置20を靴に搭載する状態を考慮して、靴の踵部15も模式的に記載している。
As shown in FIG. 1, the walking assist device 20 includes a short leg brace 1, a pump unit 2, and an actuator 3.
Note that in FIG. 1, the heel part 15 of the shoe is also schematically illustrated in consideration of the state where the walking support device 20 is mounted on the shoe.

短下肢装具1は、側面視略L字状の短下肢用の装具である。短下肢装具1は、短下肢装具1の上部装具であり、装着者の下腿(ひざから足首までの部分)に装着される下腿装具4と、短下肢装具1の下部装具であり、装着者の足に装着され、下腿装具4の足関節部4a(図2参照)にて底屈及び背屈方向に揺動可能に連結される足装具5から構成される。
なお、図1においては、上向き矢印方向(時計回り方向)が底屈方向を示し、下向き矢印方向(反時計回り方向)が背屈方向を示す。
The short leg brace 1 is a brace for a short leg having a substantially L shape in a side view. The short leg brace 1 is an upper brace of the short leg brace 1 and is a lower leg brace 4 worn on the wearer's lower leg (part from the knee to the ankle) and a lower brace of the short leg brace 1. It comprises a foot orthosis 5 that is attached to a foot and is connected to a foot joint portion 4a (see FIG. 2) of the lower leg orthosis 4 so as to be swingable in the bottom flexion and dorsiflexion directions.
In FIG. 1, the upward arrow direction (clockwise direction) indicates the buckling direction, and the downward arrow direction (counterclockwise direction) indicates the dorsiflexion direction.

下腿装具4は、歩行時に装着者の下腿を保持する装具であり、足装具5上に立設して配置され、下腿背面を覆う装具である。下腿装具4は、装着者の下腿背面に当接した状態で、下腿装具4の上端部に配設される着脱可能な装着ベルト6により装着者の下腿前面を止めることで、装着者の下腿を一体的に保持するものである。下腿装具4は、例えば、プラスチック等の合成樹脂や弾性素材を用いて形成可能である。また、下腿装具4は、当該下腿装具4の下端部に位置するとともに装着者の足関節に対応する足関節部4a(図2参照)を有し、当該足関節部4aには支持軸7が一体的に設けられている。   The lower leg brace 4 is a brace that holds the lower leg of the wearer during walking, is placed standing on the leg brace 5 and covers the lower leg back. The lower leg brace 4 is in contact with the lower back of the wearer's lower leg, and is attached to the upper end of the lower leg brace 4 with the detachable attachment belt 6 to stop the front of the lower leg of the wearer. It is to be held integrally. The lower leg brace 4 can be formed using, for example, a synthetic resin such as plastic or an elastic material. The lower leg brace 4 has an ankle joint part 4a (see FIG. 2) that is located at the lower end of the lower leg brace 4 and that corresponds to the wearer's ankle joint. A support shaft 7 is provided on the ankle joint part 4a. It is provided integrally.

支持軸7は、下腿装具4の足関節部4aに設けられ、足装具5を揺動可能に軸支する軸部材である。支持軸7は、その表面に雄ネジ部7aを形成している。支持軸7は、足関節部4a外側面から所定長外側に突出して配置され、下腿装具4の足関節部4aに一体的に固定されている。また、支持軸7は、アクチュエータ3の揺動軸になる。   The support shaft 7 is a shaft member that is provided at the ankle joint portion 4a of the lower leg orthosis 4 and pivotally supports the foot orthosis 5 so as to be swingable. The support shaft 7 has a male screw portion 7a formed on the surface thereof. The support shaft 7 is disposed so as to protrude outward by a predetermined length from the outer surface of the ankle joint portion 4 a and is integrally fixed to the ankle joint portion 4 a of the crus orthosis 4. Further, the support shaft 7 becomes a swing shaft of the actuator 3.

足装具5は、歩行時に装着者の足底後部を保持する装具であり、下腿装具4の足関節部4aに揺動可能に連結され、装着者の足底後部を載置する装具である。ここで、装着者の足の部位名称について説明すると、「足底部」とは、装着者が立地したときに地面に対向する足裏部分をいい、より具体的には、装着者が靴やスリッパ等の履物を履いたときには、当該履物の底に対応する足裏部分をいう。また、上記「足底後部」とは、足底部のうち踵及び土踏まずの部分をいい、後述する「足底前部」とは、足底部のうち踵及び土踏まずの部分を除いた爪先部分をいうものである。足装具5は、装着者の足底後部を載置した状態で、足装具5の側壁部に配設される着脱可能な装着ベルト8により装着者の甲部を止めることで、装着者の足を一体的に保持するものである。足装具5は、例えば、プラスチック等の合成樹脂や弾性素材を用いて形成可能である。また、足装具5は、当該足装具5の上端部に位置するとともに装着者の足関節に対応する足関節部5aを有し、当該足関節部5aには挿通連結部材9(図2参照)が一体的に設けられている。   The foot brace 5 is a brace that holds the rear part of the sole of the wearer during walking, is swingably connected to the ankle joint part 4a of the lower leg brace 4, and is a brace that places the rear part of the sole of the wearer. Here, the name of the part of the foot of the wearer will be described. The “foot sole” means a sole part that faces the ground when the wearer is located. More specifically, the wearer can wear shoes or slippers. When wearing footwear such as footwear, it means the sole portion corresponding to the bottom of the footwear. In addition, the above “rear part of the sole” refers to the part of the heel and the arch of the sole, and the “front part of the sole” described later refers to a toe part of the sole that excludes the part of the heel and the arch. Is. The foot orthosis 5 is placed on the back of the sole of the wearer, and the wearer's upper part is stopped by the detachable mounting belt 8 disposed on the side wall of the foot orthosis 5, thereby Is integrally held. The foot orthosis 5 can be formed using, for example, a synthetic resin such as plastic or an elastic material. Further, the foot orthosis 5 has an ankle joint portion 5a that is located at the upper end portion of the foot orthosis 5 and that corresponds to the wearer's ankle joint, and the insertion joint member 9 (see FIG. 2) is connected to the ankle joint portion 5a. Are provided integrally.

挿通連結部材9は、足装具5の足関節部5aに設けられ、支持軸7を挿通するとともに後述するケース体10と連結するための部材である。挿通連結部材9は、段付き円柱状の部材であり、足装具5の幅方向に支持軸7を挿通するとともに、支持軸7のすべり軸受けとなる挿通孔9a、ケース体10を当接支持するための円柱状突出部9b、及びネジ締結によりケース体10を一体的に固定するための3つの取付突出部9cを有する。   The insertion connecting member 9 is a member that is provided at the foot joint portion 5a of the foot orthosis 5 and that is inserted through the support shaft 7 and connected to the case body 10 described later. The insertion connecting member 9 is a stepped columnar member, and the support shaft 7 is inserted in the width direction of the foot orthosis 5, and the insertion hole 9 a serving as a sliding bearing for the support shaft 7 and the case body 10 are abutted and supported. A columnar protrusion 9b for fixing, and three attachment protrusions 9c for integrally fixing the case body 10 by screw fastening.

ポンプ手段2は、装着者の足底前部の下方に配置され、立脚終期における前記装着者の体重移動の際に前記足底前部に踏まれることで、圧縮空気を生成するとともに圧送するものである。ポンプ手段2としては、例えば、プラスチック製で蛇腹状の足踏み式のフットポンプ等を用いることが可能である。また、図3に示す歩行支援装置20の実施例では、ポンプ手段2として、平面視長方形状で空気を封入可能な食品包装用部材(スパウト付パウチ)を利用したものである。この食品包装用部材をポンプ手段2として用いた場合には、足踏み式のフットポンプに比べて、薄型形状であるため足底前部の下方に配置し易く、コンパクトなフットポンプとなり得る。また、ポンプ手段2は、生成した圧縮空気を外部に圧送するとともに後述する容積可変手段13から圧送されてくる圧縮空気を内部に導入するためのポート2a(図3参照)を備える。また、図3に示すように、ポート2aには、屈曲自在なチューブ体であるエアチューブ14を介してアクチュエータ3内に配設されるバルーン13aに接続されている。エアチューブ14は、ポンプ手段2とバルーン13aとの間において、空気を気密に連通可能な連通手段となる。   The pump means 2 is disposed below the front part of the sole of the wearer, and generates and compresses compressed air by being stepped on the front part of the sole when shifting the weight of the wearer at the end of stance. It is. As the pump means 2, it is possible to use, for example, a plastic bellows-type foot-type foot pump. In the embodiment of the walking support apparatus 20 shown in FIG. 3, a food packaging member (pouch with spout) that can enclose air in a rectangular shape in plan view is used as the pump means 2. When this food packaging member is used as the pump means 2, it can be easily disposed below the front part of the sole because it has a thin shape as compared with a foot-type foot pump, and can be a compact foot pump. The pump unit 2 includes a port 2a (see FIG. 3) for pumping the generated compressed air to the outside and introducing the compressed air pumped from the volume changing unit 13 described later. As shown in FIG. 3, the port 2a is connected to a balloon 13a disposed in the actuator 3 via an air tube 14 which is a bendable tube body. The air tube 14 serves as communication means capable of air-tight communication between the pump means 2 and the balloon 13a.

アクチュエータ3は、下腿装具4に対して足装具5を揺動するためのものであり、足装具5の足関節部5aに取り付けられるベーン型アクチュエータである。アクチュエータ3は、ケース体10、ケース体10の中心部に挿通連結部材9を介して挿通される支持軸7、受圧部材であるベーン11、付勢部材であるねじりコイルばね12、及び容積可変手段13、を備える。   The actuator 3 is for swinging the foot orthosis 5 with respect to the crus orthosis 4 and is a vane-type actuator attached to the ankle joint portion 5 a of the foot orthosis 5. The actuator 3 includes a case body 10, a support shaft 7 that is inserted into the central portion of the case body 10 through an insertion connecting member 9, a vane 11 that is a pressure receiving member, a torsion coil spring 12 that is an urging member, and a volume variable unit. 13.

ケース体10は、有底円筒状のケース部材であり、足装具5に一体的に固定されるものである。ケース体10は、その中央部に支持軸7を挿入して、当該支持軸7を突出して配置するための挿入孔10aが開口されている。ケース体10は、3つの取付突出部9cを介して足装具5に一体的に固定されている。また、ケース体10には、図示しない蓋部材によりケース体10の開口部を閉じることが可能である。   The case body 10 is a bottomed cylindrical case member and is integrally fixed to the foot orthosis 5. The case body 10 has an insertion hole 10a for inserting the support shaft 7 at the center and projecting the support shaft 7 in an open manner. The case body 10 is integrally fixed to the foot orthosis 5 through three attachment protrusions 9c. Further, the opening of the case body 10 can be closed to the case body 10 by a lid member (not shown).

容積可変手段13は、ケース体10内に設けられ、前記ポンプ手段2に対して気密に連通され、前記ポンプ手段2から圧縮空気が供給されて膨張するとともに前記ポンプ手段2に圧縮空気が排出されて収縮することで、容積が可変な手段である。本実施形態における容積可変手段13は、前記支持軸7に対して略対称に配置される二つの膨縮可能な袋体(本実施形態においては、袋状弾性体)であるバルーン13a・13aと、当該バルーン13a・13aを後述する受圧部材であるベーン11との間で保持し、当該ベーン11に対する位置が可変である袋体保持部13b・13bとを備える。袋体保持部13b・13bは、各バルーン13a・13aの一端を保持するためにケース体10内に一体的に設けられた二つの平板状の壁部材である。袋体保持部13b・13bは、ケース体10内において後述する受圧部材であるベーン11と対向する位置に配置され、各バルーン13a・13aは各袋体保持部13b・13bとベーン11における各袋体保持部13b・13bとの各対向面との間に配置される。各袋体保持部13b・13bは、各バルーン13a・13aの膨張時に発生する底屈方向(図1においては、上向き矢印で示す時計回り方向)の押圧に対して受圧可能に配置される。すなわち、各袋体保持部13b・13bは、各バルーン13a・13aの底屈方向の押圧に抗する位置に配置されている。また、袋体保持部13b・13bは、図1に示すように、装着者が直立している状態の場合(バルーン13a・13a収縮時)、ベーン11と所定間隔を維持するように保持される。袋体保持部13b・13bは、袋体保持部13b・13bとベーン11との間隔を、当該間隔の調整機構(図示せず)により、袋体保持部13b・13bを移動させて、ベーン11に対して近接したり、もしくは離間したりしてその間隔を調整することができる。各バルーン13a・13aの一端には、前述したエアチューブ14が連結されており、各バルーン13a・13aとポンプ手段2とを気密に連通している。こうして、前述したポンプ手段2と、各バルーン13a・13aとは、エアチューブ14で連通されるとともに、所定量のエアが予め封入され、気密に保持される。   The variable volume means 13 is provided in the case body 10 and communicates with the pump means 2 in an airtight manner. When the compressed air is supplied from the pump means 2 and expands, the compressed air is discharged to the pump means 2. By contracting, the volume can be changed. The volume varying means 13 in this embodiment includes two balloons 13a and 13a which are two inflatable / deflable bags (in the present embodiment, bag-like elastic bodies) disposed substantially symmetrically with respect to the support shaft 7. The balloons 13a and 13a are held between a vane 11 which is a pressure receiving member to be described later, and bag body holding portions 13b and 13b whose positions with respect to the vane 11 are variable are provided. The bag body holding portions 13b and 13b are two flat wall members provided integrally in the case body 10 in order to hold one end of each balloon 13a and 13a. The bag body holding portions 13b and 13b are disposed in the case body 10 at positions facing a vane 11 that is a pressure receiving member to be described later, and the balloons 13a and 13a are respectively bags in the bag body holding portions 13b and 13b and the vane 11. It arrange | positions between each opposing surface with the body holding | maintenance part 13b * 13b. Each bag holding part 13b * 13b is arrange | positioned so that it can receive pressure with respect to the pressure of the buckling direction (clockwise direction shown by the upward arrow in FIG. 1) which generate | occur | produces when each balloon 13a * 13a expand | swells. That is, each bag holding part 13b * 13b is arrange | positioned in the position resisting the press of the bottom bending direction of each balloon 13a * 13a. Further, as shown in FIG. 1, the bag body holding portions 13 b and 13 b are held so as to maintain a predetermined distance from the vane 11 when the wearer is standing upright (when the balloons 13 a and 13 a are deflated). . The bag body holding portions 13b and 13b move the bag body holding portions 13b and 13b to the interval between the bag body holding portions 13b and 13b and the vane 11 by an adjustment mechanism (not shown) of the interval. The distance can be adjusted by moving closer to or away from the. One end of each of the balloons 13a and 13a is connected to the air tube 14 described above, and the balloons 13a and 13a and the pump means 2 are connected in an airtight manner. Thus, the above-described pump means 2 and each of the balloons 13a and 13a are communicated with each other by the air tube 14, and a predetermined amount of air is sealed in advance and kept airtight.

ベーン11は、支持軸7に一体的に取り付けられるとともに容積可変手段13が有する各バルーン13a・13aの一側に配置され、容積可変手段13の膨張時の圧力を受けて、下腿装具4に対して足装具5を底屈方向に揺動するための板状の受圧部材である。ベーン11の長さ方向中央に形成される略円柱状の基部にはベーン11の短手方向を貫通するとともにその内部に雌ネジ部を形成したネジ孔11aが設けられている。   The vane 11 is integrally attached to the support shaft 7 and is disposed on one side of each of the balloons 13a and 13a included in the volume varying means 13, and receives the pressure when the volume varying means 13 is inflated to the lower leg brace 4. This is a plate-like pressure receiving member for swinging the foot orthosis 5 in the bottom bending direction. A substantially cylindrical base formed at the center in the length direction of the vane 11 is provided with a screw hole 11a penetrating in the lateral direction of the vane 11 and having a female screw portion formed therein.

ねじりコイルばね12は、容積可変手段13が有するバルーン13a・13aを受圧部材であるベーン11を介して収縮させるように付勢する付勢部材である。ねじりコイルばね12は、その中央の環状部に支持軸7を挿入した状態でケース体10の内部奥側に配置される。ねじりコイルばね12は、一方のねじりコイルばね12端部をバルーン13aが当接する面の反対側の面となるベーン11の一側に当接するともに、他方のねじりコイルばね12端部をケース体10内に一体的に突出して設けられたコイル係止部10bに係止されている。   The torsion coil spring 12 is a biasing member that biases the balloons 13a and 13a included in the volume varying means 13 so as to contract via the vane 11 that is a pressure receiving member. The torsion coil spring 12 is disposed on the inner back side of the case body 10 with the support shaft 7 inserted in the center annular portion. The torsion coil spring 12 abuts one end of the torsion coil spring 12 on one side of the vane 11 which is the surface opposite to the surface on which the balloon 13 a abuts, and the other end of the torsion coil spring 12 on the case body 10. It is latched by the coil latching | locking part 10b provided by protruding integrally inside.

こうして、図2に示すように、足装具5が有する挿通連結部材9の挿通孔9aに、下腿装具4が有する支持軸7が挿入される。そして、足装具5の足関節部5aには、3つの取付突出部9cを介してケース体10が取り付けられる。また、ねじりコイルばね12は、その中央の環状部に支持軸7を挿入した状態でケース体10の内部奥側の所定の位置に配置される。ベーン11は、その基部に有する雌ネジ部を支持軸7に形成された雄ネジ部7aに螺合して取り付けられ、ナットにより支持軸7の中途部に一体的に固定される。下腿装具4の足関節部4a外側と足装具5の足関節部5a内側とは、互いに摺動自在に配置される。ケース体10が一体的に固定された足装具5は、ベーン11と下腿装具4との間に連結された支持軸7上に軸支されるとともに、下腿装具4に対して揺動可能に配置される。そして、ケース体10内の袋体保持部13b・13bとベーン11との間にバルーン13a・13aが介装される。こうして、アクチュエータ3は、足装具5の足関節部5aの外側に配置される。   In this way, as shown in FIG. 2, the support shaft 7 included in the crus orthosis 4 is inserted into the insertion hole 9 a of the insertion coupling member 9 included in the foot orthosis 5. And the case body 10 is attached to the foot joint part 5a of the foot orthosis 5 via the three attachment protrusion parts 9c. The torsion coil spring 12 is arranged at a predetermined position on the inner back side of the case body 10 with the support shaft 7 inserted into the center annular portion. The vane 11 is attached by screwing a female screw portion at a base portion thereof to a male screw portion 7 a formed on the support shaft 7, and is integrally fixed to a middle portion of the support shaft 7 by a nut. The outer side of the foot joint 4a of the lower leg orthosis 4 and the inner side of the foot joint 5a of the foot orthosis 5 are slidably arranged. The foot orthosis 5 to which the case body 10 is integrally fixed is pivotally supported on a support shaft 7 connected between the vane 11 and the crus orthosis 4 and is disposed so as to be swingable with respect to the crus orthosis 4. Is done. Balloons 13 a and 13 a are interposed between the bag body holding portions 13 b and 13 b in the case body 10 and the vane 11. Thus, the actuator 3 is disposed outside the ankle joint 5a of the foot orthosis 5.

以上のように、歩行支援装置20には、短下肢装具1の足装具5の足関節部5aにベーン型のアクチュエータ3が取り付けられている。下腿装具4(上部装具)側には、支持軸7を介してベーン11が固定され、足装具5(下部装具)側には、ケース体10が固定されている。アクチュエータ3には、付勢手段としてねじりコイルばね12が内蔵されており、足が尖足(爪先が下に向く動作)する回転(揺動)方向に対してねじりコイルばね12によるばね反力を生じる。また、ベーン11をばね反力に抗して駆動するためにケース体10の袋体保持部13b・13bとベーン11との間ににバルーン13a・13aを挿入している。バルーン13a・13a内の圧力は足底部の前方部に設置したポンプ手段2を踏むことで生成される。具体的な歩行支援装置20を用いた歩行支援動作を以下に述べる。   As described above, the walking assist device 20 has the vane actuator 3 attached to the ankle joint portion 5a of the foot orthosis 5 of the short leg orthosis 1. A vane 11 is fixed to the lower leg orthosis 4 (upper orthosis) via a support shaft 7, and a case body 10 is fixed to the foot orthosis 5 (lower orthosis). The actuator 3 incorporates a torsion coil spring 12 as an urging means, and the spring reaction force of the torsion coil spring 12 is applied to the rotation (swing) direction in which the foot is pointed (the toe moves downward). Arise. Further, in order to drive the vane 11 against the spring reaction force, balloons 13 a and 13 a are inserted between the bag body holding portions 13 b and 13 b of the case body 10 and the vane 11. The pressure in the balloons 13a and 13a is generated by stepping on the pump means 2 installed in the front part of the sole. A specific walking support operation using the walking support device 20 will be described below.

次に、以上のように構成された歩行支援装置20による歩行支援動作について図4を用いて具体的に説明する。   Next, the walking support operation by the walking support device 20 configured as described above will be specifically described with reference to FIG.

図4に歩行支援動作を示す。図4(a)で足が接地した後、図4(b)に示すように重心が前方に移動し、踵が離地する立脚終期となる。この時、足底前部の下方に配置しているポンプ手段2(フットポンプ)を装着者の体重により踏むことで、ポンプ手段2内の空気が圧縮されて、この圧縮空気がポンプ手段2と連通された2個のバルーン13a・13aへ移動する。そして、ねじりコイルばね12によるばね反力に抗してベーン11を駆動することで歩行支援装置20は装着者の足と同様に尖足状態となる。続いて、図4(c)に示すように、爪先が離地することで、バルーン13a・13a内の空気はねじりコイルばね12の復元力を利用してポンプ手段2内へ戻るとともに、足装具5の足関節部5aに背屈モーメントを生じる。すなわち、アクチュエータ3は、装着者の爪先が離地する際に、ねじりコイルばね12の反力により容積可変手段13のバルーン13a・13aからポンプ手段2に圧縮空気が排出することで、下腿装具4に対して足装具5を背屈方向に揺動することができる。歩行支援装置20ではポンプ手段2(フットポンプ)が足底部の前方部に設置されているため踵が離地する立脚終期でしっかりと体重によりポンプ手段2(フットポンプ)を圧縮できるとともに、躓きやすい階段の昇降時にも動作可能である。また、歩行支援装置20においては、ポンプ手段2、バルーン13a・13a、及びエアチューブ14によって空気圧回路が構成されており、当該空気圧回路は完全密封しているので雨天や水たまり等での歩行支援装置20の使用にも耐えられる。また、袋体保持部13b・13bは、ベーン11に対する位置を変更することが可能であるため、例えば、体重の軽い人の場合は、ベーン11と袋体保持部13b・13bとの間隔を、標準間隔(図1に示す袋体保持部13b・13bとベーン11との間隔)よりも近接させたり、体重の重い人の場合は、標準間隔よりも離間させたりすることで、ベーン11と袋体保持部13b・13bとが、各バルーン13a・13aにより受ける受圧量を調整することができる。すなわち、ベーン11と袋体保持部13b・13bとが、各バルーン13a・13aから受ける受圧量を可変とすることで、下腿装具4に対する足装具5の揺動量の調節が可能となり、装着者の体重の軽重への対応が可能となる。   FIG. 4 shows the walking support operation. After the foot contacts the ground in FIG. 4A, the center of gravity moves forward as shown in FIG. At this time, when the pump means 2 (foot pump) disposed below the front part of the sole is stepped on by the weight of the wearer, the air in the pump means 2 is compressed. It moves to the two balloons 13a and 13a communicated. Then, by driving the vane 11 against the spring reaction force caused by the torsion coil spring 12, the walking assist device 20 is in a pointed state, like the wearer's foot. Subsequently, as shown in FIG. 4 (c), the air in the balloons 13a and 13a returns to the pump means 2 by using the restoring force of the torsion coil spring 12 by releasing the toes, and the foot orthosis A dorsiflexion moment is generated at the five foot joints 5a. In other words, the actuator 3 discharges the compressed air from the balloons 13a and 13a of the volume varying means 13 to the pump means 2 by the reaction force of the torsion coil spring 12 when the toe of the wearer leaves, so that the lower leg orthosis 4 In contrast, the foot orthosis 5 can be swung in the dorsiflexion direction. In the walking support device 20, since the pump means 2 (foot pump) is installed in the front part of the sole, the pump means 2 (foot pump) can be firmly compressed by the body weight at the end of the stance where the heel is released, and easy to stroke. It can also be operated when going up and down stairs. Further, in the walking support device 20, a pneumatic circuit is constituted by the pump means 2, the balloons 13a and 13a, and the air tube 14, and since the pneumatic circuit is completely sealed, the walking support device in rainy weather, a puddle, or the like. Can withstand 20 use. Moreover, since the bag holding | maintenance part 13b * 13b can change the position with respect to the vane 11, for example, in the case of a light weight person, the space | interval of the vane 11 and the bag holding | maintenance part 13b * 13b is set. By making the distance closer than the standard interval (the interval between the bag body holding portions 13b and 13b and the vane 11 shown in FIG. 1), or in the case of a person with a heavy weight, the vane 11 and the bag are separated from each other. The amount of pressure received by the body holding portions 13b and 13b by the balloons 13a and 13a can be adjusted. That is, the amount of pressure received by each of the balloons 13a and 13a by the vane 11 and the bag body holding portions 13b and 13b can be adjusted, so that the swing amount of the foot orthosis 5 with respect to the lower leg orthosis 4 can be adjusted. Correspondence to light weight is possible.

次に、歩行動作時における支援効果について実験により検証した結果を示す。   Next, the result verified by experiment about the support effect at the time of walking motion is shown.

(歩行支援装置による歩行支援目標について)
図5に歩行時の足関節角度の変化を示す。足関節角度は直立した状態を基準(0[deg.])とし、背屈(爪先を上に持ち上げる動作)方向を正とする。踵が地面から離れ(図中HO:Heel Off)てから急速に尖足し、爪先が離地(図中TO:Toe Off)した後約20[deg.]背屈している。また、本願発明者が行った先行研究で足を尖足した状態から20[deg.]背屈させるのに必要な足関節モーメントは約2[Nm]である。これより、背屈モーメント2[Nm]、背屈角度20[deg.]を支援率100%時の目標値とする。
(About walking support target by walking support device)
FIG. 5 shows changes in the ankle joint angle during walking. The ankle joint angle is based on an upright state (0 [deg.]), And the dorsiflexion (movement to lift the toe up) direction is positive. After the heel leaves the ground (HO: Heel Off in the figure), the heel is rapidly added, and after the toes are released (TO: Toe Off in the figure), about 20 [deg. ] I'm bent back. Further, in the previous research conducted by the present inventor, 20 [deg. The ankle joint moment necessary for dorsiflexion is about 2 [Nm]. From this, the dorsiflexion moment 2 [Nm], the dorsiflexion angle 20 [deg. ] Is a target value when the support rate is 100%.

次に、図3に示す歩行支援装置20を用いて歩行時の支援効果を調べた実験結果を示す。   Next, the experimental result which investigated the assistance effect at the time of walking using the walking assistance apparatus 20 shown in FIG. 3 is shown.

図6に、直立状態(0[deg.])から尖足状態(約24[deg.])までの、足関節角度とばね反力による背屈モーメントの関係を示す。最大尖足角度で0.9[Nm]のモーメントが得られ、上述した支援目標の約50%となる。図7は装着していない状態の歩行支援装置20に対してフットポンプを踏む動作を繰り返した結果である。図7の上側の波形はポンプ内圧力、図7の下側の波形は足関節角度を示す。繰り返しポンプを踏む動作に応じて約20[deg.]の尖足と初期状態(0[deg.])までの復帰を連続して実行できることが確認できた。   FIG. 6 shows the relationship between the ankle joint angle and the dorsiflexion moment due to the spring reaction force from the standing state (0 [deg.]) To the pointed foot state (about 24 [deg.]). A moment of 0.9 [Nm] is obtained at the maximum cusp angle, which is about 50% of the above-described support target. FIG. 7 shows a result of repeating the operation of stepping on the foot pump with respect to the walking support device 20 in a state where it is not worn. The upper waveform in FIG. 7 shows the pump internal pressure, and the lower waveform in FIG. 7 shows the ankle joint angle. About 20 [deg. It can be confirmed that the pointed foot and the return to the initial state (0 [deg.]) Can be continuously executed.

図8は歩行支援装置20を装着し、足を上げて脱力した状態で、図7で示した実験と同様の実験を行った結果である。図8の上側の波形はポンプ内圧力、図8の下側の波形は足関節角度を示す。なお、フットポンプは他の被験者が踏んでいる。装置側から見ると足が負荷となり尖足角度は−15[deg.]程度と図7に比べて小さいが、フットポンプから足を離した遊脚期に相当する状態では約−5[deg.]まで戻っていることから、装置自体が足を約10[deg.]背屈させていることがわかる。これは要求される背屈角度の約半分であるが、図6からも本装置は約50%の支援率を有するため、ほぼ妥当な結果である。結果として、歩行支援装置20による十分な支援効果が確認できた。   FIG. 8 shows the result of an experiment similar to the experiment shown in FIG. 7 with the walking assistance device 20 worn and the legs lifted and weakened. The upper waveform in FIG. 8 shows the pump internal pressure, and the lower waveform in FIG. 8 shows the ankle joint angle. The foot pump is being stepped on by other subjects. When viewed from the side of the device, the foot is loaded and the cusp angle is −15 [deg. ] And smaller than that of FIG. 7, but about −5 [deg. ] So that the device itself has about 10 [deg. ] You can see that you are bending back. This is about half of the required dorsiflexion angle, but from FIG. 6, this apparatus has a support rate of about 50%, which is almost a reasonable result. As a result, a sufficient support effect by the walking support device 20 was confirmed.

次に、本発明の第2の実施形態に係る歩行支援装置40について図9から図12を用いて説明する。
なお、第2の実施形態に係る歩行支援装置40については、前述した歩行支援装置20と同様の部材及び同様の機能を有する部分については、その説明を省略し、歩行支援装置20と異なる部分について、その説明を行うものとする。
Next, a walking support device 40 according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
In addition, about the walk support apparatus 40 which concerns on 2nd Embodiment, about the part which has the same member and the same function as the walk support apparatus 20 mentioned above, the description is abbreviate | omitted, About a different part from the walk support apparatus 20 The explanation will be given.

歩行支援装置40は、図9に示すように、短下肢装具1と、ポンプ手段2と、アクチュエータ3と、を備える。   As shown in FIG. 9, the walking assist device 40 includes a short leg brace 1, a pump unit 2, and an actuator 3.

短下肢装具1は、側面視略L字状の短下肢用の装具である。短下肢装具1は、短下肢装具1の上部装具であり、装着者の下腿(ひざから足首までの部分)に装着される下腿装具24と、短下肢装具1の下部装具であり、装着者の足に装着され、下腿装具24の足関節部24a(図10参照)にて底屈及び背屈方向に揺動可能に連結される足装具5から構成される。
なお、図9においては、上向き矢印方向(時計回り方向)が底屈方向を示し、下向き矢印方向(反時計回り方向)が背屈方向を示す。
The short leg brace 1 is a brace for a short leg having a substantially L shape in a side view. The short leg brace 1 is an upper brace of the short leg brace 1 and is a leg brace 24 to be worn on the lower leg (part from the knee to the ankle) of the wearer and a lower brace of the short leg brace 1. It is composed of a foot orthosis 5 that is attached to a foot and is connected to a foot joint portion 24a (see FIG. 10) of the lower leg orthosis 24 so as to be swingable in the direction of plantar and dorsiflexion.
In FIG. 9, the upward arrow direction (clockwise direction) indicates the bottom bending direction, and the downward arrow direction (counterclockwise direction) indicates the dorsiflexion direction.

下腿装具24は、歩行時に装着者の下腿を保持する装具であり、足装具5上に立設して配置され、下腿前面を覆う装具である。下腿装具24は、装着者の下腿前面に当接した状態で、下腿装具24の上端部に配設される着脱可能な装着ベルト26により装着者の下腿背面を止めることで、装着者の下腿を一体的に保持するものである。下腿装具24は、例えば、プラスチック等の合成樹脂や弾性素材を用いて形成可能である。また、下腿装具24は、当該下腿装具24の下端部に位置するとともに装着者の足関節に対応する足関節部24aを有し、当該足関節部24aには支持軸27が一体的に設けられている。   The crus brace 24 is a brace that holds the lower leg of the wearer during walking, is erected on the leg brace 5 and covers the front of the crus. The lower leg brace 24 is in contact with the front surface of the wearer's lower leg, and the wearer's lower leg back is stopped by the wearer's lower back with a detachable attachment belt 26 disposed at the upper end of the lower leg brace 24. It is to be held integrally. The lower leg brace 24 can be formed using, for example, a synthetic resin such as plastic or an elastic material. The lower leg brace 24 has an ankle joint part 24a that is located at the lower end of the lower leg brace 24 and corresponds to the wearer's ankle joint, and a support shaft 27 is provided integrally with the ankle joint part 24a. ing.

支持軸27は、下腿装具24の足関節部24aに設けられ、足装具5を揺動可能に軸支する軸部材である。支持軸27は、その表面に摺動部27aを形成しており、後述する受圧部材であるベーン31の摺動孔31aに挿入可能である。摺動部27a外周面には、その半周に亘って、所定幅の案内溝27bが形成されている。当該案内溝27bは、後述するベーン31の基部に取り付けられた位置決めネジ28をベーン31の揺動方向に沿って案内するものである。支持軸27は、足関節部24a外側面から所定長外側に突出して配置され、下腿装具24の足関節部24aに一体的に固定されている。また、支持軸27は、アクチュエータ3の揺動軸になる。   The support shaft 27 is a shaft member that is provided at the ankle joint portion 24a of the lower leg brace 24 and supports the foot brace 5 so as to be swingable. The support shaft 27 has a sliding portion 27a formed on the surface thereof, and can be inserted into a sliding hole 31a of a vane 31 which is a pressure receiving member described later. On the outer peripheral surface of the sliding portion 27a, a guide groove 27b having a predetermined width is formed over the entire circumference. The guide groove 27b guides a positioning screw 28 attached to the base of the vane 31 described later along the swinging direction of the vane 31. The support shaft 27 is disposed so as to protrude outward from the outer surface of the ankle joint portion 24 a by a predetermined length, and is integrally fixed to the ankle joint portion 24 a of the crus orthosis 24. Further, the support shaft 27 becomes a swing shaft of the actuator 3.

アクチュエータ3は、下腿装具24に対して足装具5を揺動するためのものであり、足装具5の足関節部5aに取り付けられるベーン型アクチュエータである。アクチュエータ3は、ケース体10、ケース体10の中心部に挿通連結部材9を介して挿通される支持軸27、受圧部材であるベーン31、付勢部材であるねじりコイルばね12、及び容積可変手段13、を備える。   The actuator 3 is for swinging the foot orthosis 5 with respect to the lower leg orthosis 24 and is a vane type actuator attached to the ankle joint portion 5 a of the foot orthosis 5. The actuator 3 includes a case body 10, a support shaft 27 that is inserted into the center of the case body 10 through the insertion connecting member 9, a vane 31 that is a pressure receiving member, a torsion coil spring 12 that is an urging member, and a variable volume means. 13.

ケース体10は、有底円筒状のケース部材であり、足装具5に一体的に固定されるものである。ケース体10は、その中央部に支持軸27を挿入して、当該支持軸27を突出して配置するための挿入孔10aが開口されている。ケース体10は、3つの取付突出部9cを介して足装具5に一体的に固定されている。また、ケース体10には、図示しない蓋部材によりケース体10の開口部を閉じることが可能である。   The case body 10 is a bottomed cylindrical case member and is integrally fixed to the foot orthosis 5. The case body 10 has a support shaft 27 inserted in the center thereof, and an insertion hole 10a for projecting and arranging the support shaft 27 is opened. The case body 10 is integrally fixed to the foot orthosis 5 through three attachment protrusions 9c. Further, the opening of the case body 10 can be closed to the case body 10 by a lid member (not shown).

ベーン31は、支持軸27に所定の範囲で揺動可能に取り付けられるとともに容積可変手段13が有する各バルーン13a・13aの一側に配置され、容積可変手段13の膨張時の圧力を受けて、下腿装具24に対して足装具5を底屈方向に揺動するための板状の受圧部材である。ベーン31の長さ方向中央に形成される略円柱状の基部にはベーン31の短手方向を貫通するとともにその内部に支持軸27を挿入するための摺動孔31aが設けられている。また、ベーン31の基部には、前記案内溝27bと対応する位置にベーン31の軸方向に垂直にネジ孔が形成され、当該ネジ孔に六角穴付き位置決めネジ28を螺合可能となっている。当該ネジ孔に位置決めネジ28を螺合することで、位置決めネジ28先端は摺動孔31a内に所定長突出するとともに(図11参照)、摺動孔31aに挿入される支持軸27の案内溝27bにより案内され、案内溝27bの一端により係止可能になる。   The vane 31 is attached to the support shaft 27 so as to be swingable within a predetermined range and is disposed on one side of each of the balloons 13a and 13a included in the volume variable means 13, and receives the pressure when the volume variable means 13 is inflated. This is a plate-like pressure receiving member for swinging the foot orthosis 5 in the plantar flexion direction with respect to the lower leg orthosis 24. A substantially cylindrical base formed at the center of the vane 31 in the longitudinal direction is provided with a sliding hole 31a for passing the transverse direction of the vane 31 and inserting the support shaft 27 therein. A screw hole is formed in the base of the vane 31 at a position corresponding to the guide groove 27b perpendicular to the axial direction of the vane 31, and a hexagonal socket positioning screw 28 can be screwed into the screw hole. . By screwing the positioning screw 28 into the screw hole, the tip of the positioning screw 28 protrudes into the sliding hole 31a for a predetermined length (see FIG. 11), and the guide groove of the support shaft 27 inserted into the sliding hole 31a. It is guided by 27b and can be locked by one end of the guide groove 27b.

こうして、図10に示すように、足装具5が有する挿通連結部材9の挿通孔9aに、下腿装具24が有する支持軸27が挿入される。そして、足装具5の足関節部5aには、3つの取付突出部9cを介してケース体10が取り付けられる。また、ねじりコイルばね12は、その中央の環状部に支持軸27を挿入した状態でケース体10の内部奥側の所定の位置に配置される。ベーン31は、その基部に有する摺動孔31a内に支持軸27を挿入して取り付けられ、ナットにより支持軸27の中途部に取り付けられる。また、位置決めネジ28は、支持軸27の基部に設けられたネジ孔へ螺合され、位置決めネジ28の先端が案内溝27b内に突出して設けられる。下腿装具24の足関節部24a外側と足装具5の足関節部5a内側とは、互いに摺動自在に配置される。ケース体10が一体的に固定された足装具5は、ベーン31と下腿装具24との間に連結された支持軸27上に軸支されるとともに、下腿装具24に対して揺動可能に配置される。そして、ケース体10内の袋体保持部13b・13bとベーン31との間にバルーン13a・13aが介装される。こうして、アクチュエータ3は、足装具5の足関節部5aの外側に配置される。   Thus, as shown in FIG. 10, the support shaft 27 of the lower leg brace 24 is inserted into the insertion hole 9 a of the insertion coupling member 9 of the foot brace 5. And the case body 10 is attached to the foot joint part 5a of the foot orthosis 5 via the three attachment protrusion parts 9c. The torsion coil spring 12 is arranged at a predetermined position on the inner back side of the case body 10 with the support shaft 27 inserted in the central annular portion. The vane 31 is attached by inserting the support shaft 27 into a slide hole 31a at the base thereof, and is attached to the middle portion of the support shaft 27 by a nut. The positioning screw 28 is screwed into a screw hole provided in the base portion of the support shaft 27, and the tip of the positioning screw 28 is provided so as to protrude into the guide groove 27b. The outer side of the foot joint part 24a of the lower leg orthosis 24 and the inner side of the foot joint part 5a of the foot orthosis 5 are slidably arranged. The foot brace 5 to which the case body 10 is integrally fixed is pivotally supported on a support shaft 27 connected between the vane 31 and the crus brace 24, and is disposed so as to be swingable with respect to the crus brace 24. Is done. Balloons 13 a and 13 a are interposed between the bag holding portions 13 b and 13 b in the case body 10 and the vane 31. Thus, the actuator 3 is disposed outside the ankle joint 5a of the foot orthosis 5.

次に、以上のように構成された歩行支援装置40による歩行支援動作について図4、図11及び図12を用いて具体的に説明する。   Next, the walking support operation by the walking support device 40 configured as described above will be specifically described with reference to FIGS. 4, 11, and 12.

図4に歩行支援動作を示す。図4(a)で足が接地した後、図4(b)に示すように重心が前方に移動し、踵が離地する立脚終期となる。この時、足底前部の下方に配置しているポンプ手段2(フットポンプ)を装着者の体重により踏むことで、ポンプ手段2内の空気が圧縮されて、この圧縮空気がポンプ手段2と連通された2個のバルーン13a・13aへ移動する。そして、ねじりコイルばね12によるばね反力に抗してベーン31を駆動することで歩行支援装置40は装着者の足と同様に尖足状態となる。続いて、図4(c)に示すように、爪先が離地することで、バルーン13a・13a内の空気はねじりコイルばね12の復元力を利用してポンプ手段2内へ戻るとともに、足装具5の足関節部5aに背屈モーメントを生じる。すなわち、アクチュエータ3は、装着者の爪先が離地する際に、ねじりコイルばね12の反力により容積可変手段13のバルーン13a・13aからポンプ手段2に圧縮空気が排出することで、下腿装具4に対して足装具5を背屈方向に揺動することができる。歩行支援装置40ではポンプ手段2(フットポンプ)が足底部の前方部に設置されているため踵が離地する立脚終期でしっかりと体重によりポンプ手段2(フットポンプ)を圧縮できるとともに、躓きやすい階段の昇降時にも動作可能である。また、歩行支援装置40においては、ポンプ手段2、バルーン13a・13a、及びエアチューブ14によって空気圧回路が構成されており、当該空気圧回路は完全密封しているので雨天や水たまり等での歩行支援装置40の使用にも耐えられる。また、袋体保持部13b・13bは、ベーン31に対する位置を変更することが可能であるため、例えば、体重の軽い人の場合は、ベーン31と袋体保持部13b・13bとの間隔を、標準間隔(図1に示す袋体保持部13b・13bとベーン31との間隔)よりも近接させたり、体重の重い人の場合は、標準間隔よりも離間させたりすることで、ベーン31と袋体保持部13b・13bとが、各バルーン13a・13aにより受ける受圧量を調整することができる。すなわち、ベーン31と袋体保持部13b・13bとが、各バルーン13a・13aから受ける受圧量を可変とすることで、下腿装具24に対する足装具5の揺動量の調節が可能となり、装着者の体重の軽重への対応が可能となる。   FIG. 4 shows the walking support operation. After the foot contacts the ground in FIG. 4A, the center of gravity moves forward as shown in FIG. At this time, when the pump means 2 (foot pump) disposed below the front part of the sole is stepped on by the weight of the wearer, the air in the pump means 2 is compressed. It moves to the two balloons 13a and 13a communicated. Then, by driving the vane 31 against the spring reaction force caused by the torsion coil spring 12, the walking support device 40 is in a pointed state, like the wearer's foot. Subsequently, as shown in FIG. 4 (c), the air in the balloons 13a and 13a returns to the pump means 2 by using the restoring force of the torsion coil spring 12 by releasing the toes, and the foot orthosis A dorsiflexion moment is generated at the five foot joints 5a. In other words, the actuator 3 discharges the compressed air from the balloons 13a and 13a of the volume varying means 13 to the pump means 2 by the reaction force of the torsion coil spring 12 when the toe of the wearer leaves, so that the lower leg orthosis 4 In contrast, the foot orthosis 5 can be swung in the dorsiflexion direction. In the walking support device 40, since the pump means 2 (foot pump) is installed in the front part of the bottom of the foot, the pump means 2 (foot pump) can be firmly compressed by the body weight at the end of the stance where the heel is released, and easy to stroke. It can also be operated when going up and down stairs. In the walking support device 40, a pneumatic circuit is constituted by the pump means 2, the balloons 13a and 13a, and the air tube 14. Since the pneumatic circuit is completely sealed, the walking support device in rainy weather, a puddle, etc. Can withstand use of 40. Moreover, since the bag body holding parts 13b and 13b can change the position with respect to the vane 31, for example, in the case of a lighter person, the interval between the vane 31 and the bag body holding parts 13b and 13b is By making the distance closer than the standard interval (the interval between the bag body holding portions 13b and 13b and the vane 31 shown in FIG. 1), or in the case of a person with a heavy weight, the vane 31 and the bag are separated from each other. The amount of pressure received by the body holding portions 13b and 13b by the balloons 13a and 13a can be adjusted. In other words, the amount of pressure received by each of the balloons 13a and 13a by the vane 31 and the bag body holding portions 13b and 13b is variable, so that the swinging amount of the foot orthosis 5 with respect to the lower leg orthosis 24 can be adjusted. Correspondence to light weight is possible.

さらに、歩行支援装置40では、図11に示すように、装着者が前傾姿勢を取った際に、すなわち、装着者の下腿に一体的に装着された下腿装具24が傾斜する際に、下腿装具24に一体的に固定されている支持軸27がベーン31に対して摺動しても、案内溝27bに対応する所定範囲において位置決めネジ28が係止されることがなく、装着者が自然な前傾姿勢を取ることが可能である。一方、図12に示すように、バルーン13a・13aの膨張時には、ベーン31は支持軸27に設けられた案内溝27bの一端を位置決めネジ28により係止されるため、ベーン31にばねの反力が蓄積させることができる。   Furthermore, in the walking support device 40, as shown in FIG. 11, when the wearer takes a forward leaning posture, that is, when the lower leg brace 24 integrally attached to the lower leg of the wearer is inclined, the lower leg is tilted. Even if the support shaft 27 fixed integrally with the brace 24 slides on the vane 31, the positioning screw 28 is not locked in a predetermined range corresponding to the guide groove 27b, and the wearer can naturally It is possible to take a forward leaning posture. On the other hand, as shown in FIG. 12, when the balloons 13a and 13a are inflated, the vane 31 is locked by the positioning screw 28 at one end of the guide groove 27b provided on the support shaft 27. Can be accumulated.

本実施形態に係る歩行支援装置20、40は、靴やスリッパ等に組み込むことで、屋内・屋外を問わず装着者の歩行支援を行うことができる。   The walking support devices 20 and 40 according to the present embodiment can support walking of the wearer regardless of whether indoors or outdoors, by being incorporated in shoes, slippers, or the like.

以上の如く、本実施形態に係る歩行支援装置20、40は、足が地面に接地時に装着者の体重(位置エネルギー)を利用して足底前部に設置したポンプ手段2であるフットポンプを踏むことで、圧縮空気を生成し、爪先離地時にベーンタイプのアクチュエータ3を駆動することで爪先を上に向けるモーメント(背屈モーメント)を足装具5の足関節部5aに生成することで歩行を支援する機構である。   As described above, the walking support devices 20 and 40 according to the present embodiment have the foot pump that is the pump unit 2 installed in the front part of the sole using the weight (positional energy) of the wearer when the foot is in contact with the ground. By walking, it generates compressed air and drives the vane-type actuator 3 when the toe leaves, generating a moment (dorsiflexion moment) for turning the toes upward in the ankle portion 5a of the foot orthosis 5. It is a mechanism that supports

本発明では、背屈群筋力の低下により遊脚期に尖足状態となり易い高齢者や下肢に障害を持つ人がつまづくことなく歩けることを目指し、足関節の背屈動作を能動的に支援する歩行支援装置を開発したものである。本装置は、装着者の体重(位置エネルギー)を利用して生成した圧縮空気のエネルギーを足関節まわりの仕事に変換するもので、電気エネルギーを一切用いない特徴を有する。そのため、本発明によれば、小型・軽量化を達成でき、少ない製作コストで、簡便で安価な歩行支援装置を提供することができる。   The present invention actively supports the dorsiflexion movement of the ankle joint with the aim of enabling elderly people who tend to be in a cusp state during the swing phase due to a decrease in dorsiflexion group muscle strength and people with disabilities in the lower limbs to walk without tripping. Developed a walking support device. This device converts the energy of compressed air generated using the wearer's weight (potential energy) into work around the ankle joint, and has the feature of not using any electrical energy. Therefore, according to the present invention, it is possible to provide a simple and inexpensive walking support apparatus that can be reduced in size and weight, and can be manufactured at low cost.

1 短下肢装具
2 ポンプ手段
3 アクチュエータ
4 下腿装具
4a 足関節部
5 足装具
7 支持軸
10 ケース体
11、31 ベーン(受圧部材)
12 ねじりコイルばね(付勢部材)
13 容積可変手段
13a バルーン
13b 袋体保持部
20、40 歩行支援装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Short leg brace 2 Pump means 3 Actuator 4 Lower leg brace 4a Ankle joint part 5 Foot brace 7 Support shaft 10 Case body 11, 31 Vane (pressure receiving member)
12 Torsion coil spring (biasing member)
13 Volume variable means 13a Balloon 13b Bag body holding part 20, 40 Walking support device

Claims (5)

装着者の下腿に装着される下腿装具と、
前記装着者の足に装着され、前記下腿装具に底屈及び背屈方向に揺動可能に連結される足装具と、
前記下腿装具に対して前記足装具を揺動するアクチュエータと、を備えた歩行支援装置であって、
前記下腿装具の足関節部に設けられ、前記足装具を揺動可能に軸支する支持軸と、
前記装着者の足底前部の下方に配置され、立脚終期における前記装着者の体重移動の際に前記足底前部に踏まれることで、圧縮空気を生成するとともに圧送するポンプ手段と、を備え、
前記アクチュエータは、
前記足装具に一体的に固定されるケース体と、
前記ケース体内に設けられ、前記ポンプ手段に対して気密に連通され、前記ポンプ手段から圧縮空気が供給されて膨張するとともに前記ポンプ手段に圧縮空気が排出されて収縮することで容積が可変な容積可変手段と、
前記支持軸に取り付けられるとともに前記容積可変手段の一側に配置され、前記容積可変手段の膨張時の圧力を受けて、前記下腿装具に対して前記足装具を底屈方向に揺動する板状の受圧部材と、
前記容積可変手段を前記受圧部材を介して収縮させるように付勢する付勢部材と、を備え、
前記装着者の爪先が離地する際に、前記付勢部材の反力により前記容積可変手段から前記ポンプ手段に圧縮空気が排出されることで、前記下腿装具に対して前記足装具を背屈方向に揺動することを特徴とする歩行支援装置。
Lower leg brace worn on the lower leg of the wearer;
A foot orthosis that is attached to the foot of the wearer and is connected to the lower leg orthosis so as to be swingable in the direction of plantar flexion and dorsiflexion;
An actuator for swinging the leg brace with respect to the lower leg brace,
A support shaft that is provided at the ankle joint portion of the lower leg orthosis and pivotally supports the foot orthosis such that it can swing;
A pump means that is disposed below the front part of the sole of the wearer, and generates and compresses compressed air by being stepped on the front part of the sole during weight movement of the wearer at the end of stance. Prepared,
The actuator is
A case body integrally fixed to the foot orthosis;
A volume which is provided in the case body, communicates in an airtight manner with the pump means, and expands when compressed air is supplied from the pump means, and the volume is variable by discharging the compressed air to the pump means and contracting. Variable means;
A plate-like shape that is attached to the support shaft and is disposed on one side of the volume variable means, and that swings the foot orthosis in a plantar flexion direction with respect to the lower leg orthosis under pressure when the volume variable means is expanded. A pressure receiving member,
An urging member that urges the variable volume means to contract via the pressure receiving member,
When the toes of the wearer take off, compressed air is discharged from the volume variable means to the pump means by the reaction force of the urging member, so that the foot orthosis is dorsiflexed with respect to the lower leg orthosis. A walking support device that swings in a direction.
前記受圧部材は、前記支持軸に一体的に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。   The walking support apparatus according to claim 1, wherein the pressure receiving member is integrally attached to the support shaft. 前記受圧部材は、前記支持軸に所定の範囲で揺動可能に取り付けられることを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。   The walking support device according to claim 1, wherein the pressure receiving member is attached to the support shaft so as to be swingable within a predetermined range. 前記容積可変手段は、膨縮可能な袋体と、当該袋体を前記受圧部材との間で保持し、前記受圧部材に対する位置が可変である袋体保持部を備えることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載の歩行支援装置。   The volume changing means includes a bag body that can be expanded and contracted, and a bag body holding section that holds the bag body between the pressure receiving member and a position that is variable with respect to the pressure receiving member. The walking support device according to any one of claims 1 to 3. 前記容積可変手段は、チューブ体により前記ポンプ手段と気密に連通することを特徴とする請求項1から請求項4の何れか一項に記載の歩行支援装置。   The walking support device according to any one of claims 1 to 4, wherein the volume changing means is in airtight communication with the pump means by a tube body.
JP2011193411A 2011-09-05 2011-09-05 Walking support device Active JP5725553B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011193411A JP5725553B2 (en) 2011-09-05 2011-09-05 Walking support device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011193411A JP5725553B2 (en) 2011-09-05 2011-09-05 Walking support device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2013052159A true JP2013052159A (en) 2013-03-21
JP5725553B2 JP5725553B2 (en) 2015-05-27

Family

ID=48129689

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011193411A Active JP5725553B2 (en) 2011-09-05 2011-09-05 Walking support device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5725553B2 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014213147A (en) * 2013-04-30 2014-11-17 富山県 System and method for measuring walking function recovery state
KR101765450B1 (en) * 2015-06-10 2017-08-09 대한민국 Apparatus of guiding variation of ankle joint angle for ambulatory remedial exercises
JP2020058679A (en) * 2018-10-12 2020-04-16 学校法人東京電機大学 Ankle foot orthosis
CN112451319A (en) * 2020-11-24 2021-03-09 布法罗机器人科技(成都)有限公司 Exoskeleton joint system for assisting walking

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05137742A (en) * 1991-11-14 1993-06-01 Takumi Hino Joint for human body assisting means and human body assisting means
JP2006326185A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Ritsumeikan Ankle foot orthosis
KR100957379B1 (en) * 2008-05-02 2010-05-11 최종섭 Gait aid using weight pressure

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH05137742A (en) * 1991-11-14 1993-06-01 Takumi Hino Joint for human body assisting means and human body assisting means
JP2006326185A (en) * 2005-05-30 2006-12-07 Ritsumeikan Ankle foot orthosis
KR100957379B1 (en) * 2008-05-02 2010-05-11 최종섭 Gait aid using weight pressure

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014213147A (en) * 2013-04-30 2014-11-17 富山県 System and method for measuring walking function recovery state
KR101765450B1 (en) * 2015-06-10 2017-08-09 대한민국 Apparatus of guiding variation of ankle joint angle for ambulatory remedial exercises
JP2020058679A (en) * 2018-10-12 2020-04-16 学校法人東京電機大学 Ankle foot orthosis
CN112451319A (en) * 2020-11-24 2021-03-09 布法罗机器人科技(成都)有限公司 Exoskeleton joint system for assisting walking

Also Published As

Publication number Publication date
JP5725553B2 (en) 2015-05-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10568796B2 (en) Passive power-conservative artificial knee
EP2923685B1 (en) Walking assist device
CA2969884C (en) Powered and passive assistive device and related methods
JP5725553B2 (en) Walking support device
US10543109B2 (en) Prosthetic device and method with compliant linking member and actuating linking member
WO2016160624A1 (en) Lower-leg exoskeleton system and method
KR101842465B1 (en) Lower limb exoskeleton robot and control method thereof
KR101912920B1 (en) Ankle module for gait rehabilitation robot
US20190070059A1 (en) Fall mitigation and recovery methods for a legged mobility exoskeleton device
WO2006078871A3 (en) Lower extremity exoskeleton
KR101425124B1 (en) Gait assistance device including energy storage unit by ratchet
JPWO2011036877A1 (en) Lower limb joint orthosis and control method thereof
KR20120082219A (en) Tendon-driven exoskeletal power assistive robot and driving method thereof
TW201304837A (en) Sport assistive device
KR102072716B1 (en) Gait assistive device
KR101025512B1 (en) Walking Assistant Apparatus for High Walking Stability
US10835407B2 (en) Orthotic device for assisting limb movement
Diteesawat et al. High strength bubble artificial muscles for walking assistance
US9913738B1 (en) Conditional braking knee
EP2943165B1 (en) A vacuum unit
CN112315748B (en) Unpowered lower limb exoskeleton robot
KR101708571B1 (en) Apparatus for assisting muscle strength
Wu et al. A pneumatically-actuated lower-limb orthosis
JP2019141520A (en) Walking support device and walking support shoe
Nunez et al. 2-dof ankle-foot system: Implementation of balance for lower extremity exoskeletons

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20140630

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20150310

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20150313

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20150326

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5725553

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250