JP2013236741A - 片脚式歩行支援機 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】本発明の片脚式歩行支援機1は、利用者Uの片脚に装着されて歩行を支援する支援機1であり、一方の腰側部U31に装着される腰装着部2と、大腿U11の側方に配される大腿リンク部3と、下腿U12の側方に配される下腿リンク部4と、下腿U12に装着されると共に、下腿リンク部4に取り付けられる下腿装着部5と、上端3aを中心として大腿リンク部3を前後方向に揺動自在な状態で、上端3aと腰装着部2とを接続する腰関節部6と、大腿リンク部3と下腿リンク部4との間における後方側の角度が180°以下の範囲内において、上端4aを中心として下腿リンク部4を揺動自在な状態で、上端4aと下端3bとを接続する膝関節部7と、大腿リンク部3と大腿U11との間に介在するように大腿リンク部3に取り付けられる大腿接触部8とを備える。
【選択図】図2
Description
(片脚式歩行支援機1)
本発明の一実施形態に係る片脚式歩行支援機1を、図1乃至図8を参照しつつ説明する。図1は、片脚式歩行支援機1の平面図であり、図2は、利用者Uに装着された状態の片脚式歩行支援機1の説明図である。本実施形態の片脚式歩行支援機1は、受動歩行型であって、主として、腰装着部2と、大腿リンク部3と、下腿リンク部4と、下腿装着部5と、腰関節部6と、膝関節部7と、大腿接触部8と、トルク発生装置9とを備えている。本実施形態の片脚式歩行支援機1は、右脚用であり、利用者Uの右脚U1に装着されて使用される。右脚用の片脚式歩行支援機1は、例えば、利用者Uの右脚U1が患脚であり、左脚U2が健脚である場合に利用される。なお、図1における右側が前方であり、同図左側が後方であり、同図上側が上方であり、同図下側が下方であるとして、片脚式歩行支援機1を説明する。また、図2における紙面手前側が前方であり、同図の紙面奥側が後方であり、同図上側が上方であり、同図下側が下方であるとする。
図3は、図1に示される腰装着部2付近の拡大図である。腰装着部(腰カフ)2は、利用者Uの腰U3(右側の腰側部U31)に装着される部分であり、全体的には、右側の腰側部U31に密着した状態で腰側部U31を前後方向及び上方から包み込むように湾曲した形状をなしている。この腰装着部2は、人(利用者U)の一方の腰側部(本実施形態の場合、右側の腰側部)U31に対して密着すると共に、腰U3(骨盤)を介して他方の腰側部と向かい合う形で装着される。腰装着部2は、片脚式歩行支援機1が装着されていない左脚(健脚)U2の動き(力)を受け取って、その動き(力)を大腿リンク部3や下腿リンク部4等に伝える機能を備えている。腰装着部2は、合成樹脂を所定形状に加工したものからなり、適度な強度と共に適度な弾性を備えている。そのため、腰装着部2は、適度に若干、押し広げられた状態で腰側部U31に密着することができる。なお、腰装着部2が利用者Uの腰側部U31に対して大きすぎる場合や、腰装着部2が押し広げられ過ぎる場合(柔らかすぎる場合)等では、健脚の動きが腰装着部2に上手く伝わらなくなってしまう。そのため、腰装着部2の大きさ、強度、弾性等の諸条件は、利用者Uの腰側部U31の大きさ、形状等を考慮して、適宜、設定される。腰装着部2は、詳細には、利用者Uの右側の腰側部U31に装着される装着部21と、この装着部21の下端に設けられ、腰関節部6の腰軸61が通される貫通孔22aが設けられる接続部22とを備えている。
大腿リンク部3は、図2に示されるように、主として、右脚U1の大腿U11の側方(外側)に配される部分であり、全体的には、細長く延びた柱状(長手状)をなしている。大腿リンク部3は、アルミニウム等の金属材料を所定形状に加工したものからなる。大腿リンク部3の一方の端部(以下、上端部)3aは、腰装着部2側に配されており、腰装着部2の接続部22と接続される部分となっている。また、大腿リンク部3の他方の端部(以下、下端部)3bは、下腿リンク部4側に配されており、下腿リンク部4と接続される部分となっている。各端部3a,3bは、平面視した際に、それらの間に配されている細長く延びた本体部3cよりも、外側に略円形状に張り出した形をなしている(図1等参照)。略円形状をなした上端部3aの略中心には、後述する腰軸61が通される貫通孔(軸孔)32が設けられている。また、略円形状をなした下端部3bの略中心には、後述する膝軸71が通される貫通孔(軸孔)76が設けられている。大腿リンク部3の長さ(長手方向における長さ)は、上端部3aに設けられている貫通孔32の中心を、利用者Uの腰側部U31に対して、大転子の位置よりも若干上方の位置(例えば、大転子から数センチ上方の位置。つまり、利用者Uの略股関節の位置)に宛がった際に、下端部3bに設けられている貫通孔76の中心が、利用者Uの膝関節の位置にくるように、設定される。なお、下端部3bの貫通孔76の中心位置は、利用者Uの膝関節部分の上端から下端までの範囲内(つまり、膝関節部分の範囲内)において、適宜、設定される。本実施形態の場合、大腿リンク部2の長さは、400mmに設定されている。なお、大腿リンク部3の本体部3cの右側面(つまり、外側の側面)には、長手方向に沿った溝が軽量化等の目的で形成されており、この溝を塞ぐ形で、合成樹脂製のカバー部材31が磁石等を利用して本体部3cに対して、取り外し可能な状態で取り付けられている(図2参照)。他の実施形態においては、前記溝が、大腿リンク部3の本体部3cの左側面(つまり、内側の側面)に形成されてもよい。
下腿リンク部4は、図2に示されるように、主として、右脚U1の下腿(脛)U12の側方(外側)に配される部分であり、全体的には、細長く延びた柱状(長手状)をなしている。下腿リンク部4も、大腿リンク部3と同様、アルミニウム等の金属材料を所定形状に加工したものからなる。なお、本実施形態の場合、下腿リンク部4の長さ(長手方向における長さ)は、大腿リンク部3の長さ(長手方向における長さ)よりも、短く設定されている。下腿リンク部4の長さは、下腿リンク部4に取り付けられる下腿装着部5(後述)が利用者Uの下腿U12に装着できるように、確保されている。本実施形態の場合、下腿リンク部4の長さは、270mmに設定されている。なお、他の実施形態における下腿リンク部4の長さは、これよりも短いものであってもよい。下腿リンク部4の一方の端部(以下、上端部)4aは、大腿リンク部3側に配されており、大腿リンク部3の下端部3bと接続される部分となっている。また、下腿リンク部4の他方の端部(以下、下端部)4bは、利用者Uの足首側に配される部分となっている。なお、図2に示されるように、片脚式歩行支援機1が装着された際、下腿リンク部4の下端部4bの位置は、利用者の足首よりも上方に配されている。上端部4aは、平面視した際に、長手状の本体部4cよりも、外側に略円形状に張り出した形をなしている。これに対して、下端部4bは、半円形状をなしている。また、図1及び図2に示されるように、下腿リンク部4は、大腿リンク部3よりも内側に配される部分となっている。なお、下腿リンク部4の本体部4cの右側面(外側の側面)には、長手方向に沿った溝が軽量化等の目的で形成されており、この溝を塞ぐ形で、合成樹脂製のカバー部材41が磁石等を利用して本体部4cに対して、取り外し可能な状態で取り付けられている(図2参照)。他の実施形態においては、前記溝が、下腿リンク部4の本体部4cの左側面(つまり、内側の側面)に形成されてもよい。
下腿装着部(脛カフ)5は、図1及び図2に示されるように、利用者Uの右脚U1の下腿U12に装着される部分であり、全体的には、略U字状をなすと共に、下腿U12を前後方向から抱き込むような形状をなしている。下腿装着部5は、下腿リンク部4の動き(力)を、利用者Uの下腿U12に動き(力)を伝える(出力する)機能を備えている。下腿装着部5は、平面視した際に、数字の8の字を横倒ししたような形状であって、その前方部分が後方に向かって湾曲すると共に、その後方部分が前方に向かって湾曲した形状となっている。下腿装着部5には、軽量化や、弾性力の向上等の目的で、開口部5aが設けられている。なお、下腿装着部5は、上方から下方に向かって若干、先細り状(テーパー状)をなしている。下腿装着部5の前方部分の端部と、後方部分の端部との間には、上下方向に沿った隙間があり、この隙間から下腿U12が下腿装着部5に対して着脱される。下腿装着部5は、腰装着部2と同様、合成樹脂を所定形状に加工したものからなり、適度な強度と共に適度な弾性を備えている。そのため、下腿装着部5は、適度に若干、押し広げられた状態で下腿U12に密着させることができる。なお、下腿装着部5が下腿U12に対して大きすぎる場合や、下腿装着部5が押し広げられ過ぎる場合(柔らかすぎる場合)等では、下腿リンク部4の動きを、下腿装着部5を介して下腿U12に上手く伝えることができなくなってしまう。そのため、下腿装着部5の大きさ、強度、弾性等の諸条件は、利用者Uの下腿U12の大きさ、形状、位置等を考慮して、適宜、設定される。下腿装着部5は、下腿リンク部4の内側に、取り外し可能な状態でネジ状の固定部材51を利用して固定される。なお、本実施形態の場合、下腿装着部5は、下腿リンク部4に対して、2本のネジ状の固定部材51を利用して固定されている。固定部材51は、1本でも良いが、固定部材51が緩んで下腿装着部5の取付角度が変化してしまうこと等を確実に防止するために、2本以上利用することが好ましい。下腿リンク部4の本体部4cには、長手方向に沿って設けられる厚み方向に貫通した長穴42が設けられており、この長穴42に固定部材51が外側から内側に向かって通された状態で、下腿装着部5が固定部材51によって固定される。なお、長穴42内における固定部材51の位置を、上下方向に変更すれば、下腿装着部5の高さを適宜、調節することができる。また、固定部材51に対する取付角度を前後方向に変更すれば、下腿装着部5の前後方向の傾きを適宜、調節することもできる。下腿装着部5の高さ位置や、下腿装着部5の前後方向の傾き(取付角度)を調整する際は、固定部材51の強さ(締め付け強さ)を適宜、調節することによって、下腿装着部5を下腿リンク部4から取り外さずに行うことができる。下腿装着部5は、図1に示されるように、下腿装着部5の内側に下腿U12が通される方向L1が、下腿リンク部4の長手方向L2に対して後方に傾くように、下腿リンク部4に取り付けられている。前記L1と前記L2との間の角度θ0は、本実施形態の場合、略15°に設定されている。この傾斜角度θ0は、略15°に限定されるものではなく、他の実施形態においては、例えば、利用者Uの体型等に応じて、0<θ0≦30の範囲で適宜、設定することができる。
腰関節部6は、大腿リンク部3の上端部3aと、腰装着部2の接続部22とを、所定の角度範囲内において互いに回転(揺動)自在な状態で、接続する部分である。図4は、図3のA−A’線断面図である。図4には、図3に示される腰軸61の中心Oで交わる2つの線分からなるA−A’線によって切断された腰関節部6付近の断面構造が示されている。図4に示されるように、腰関節部6は、略円柱状をなした腰軸61を備えている。この腰軸61の一端は、腰装着部2の接続部22に設けられている貫通孔22aに挿し込まれた状態で固定されている。つまり、腰装着部2が回転移動すると、腰軸61も同時に回転移動する構成となっている。また、腰軸61は、大腿リンク部3の上端部3aに設けられている貫通孔(軸孔)32と、後述するトルク発生装置9が備えるハウジング96の貫通孔(軸孔)98に、それぞれ挿通されている。大腿リンク部3の上端部3aは、腰軸61を介して腰装着部2に接続されており、前後方向に回転(揺動)自在な状態となっている。
図5は、膝関節部7の断面図である。膝関節部7は、大腿リンク部3の下端部3bと、下腿リンク部4の上端部4aとを、所定の角度範囲内で互いに回転(揺動)自在な状態で、接続する部分である。膝関節部7は、略円柱状をなした膝軸71を備えている。この膝軸71は、大腿リンク部3の下端部3bに設けられている貫通孔(軸孔)76と、下腿リンク部4の上端部4aに設けられている貫通孔(軸孔)46にそれぞれ挿通されている。そして、膝軸71は、下腿リンク部4の上端部4aに対して、貫通孔46に通された状態で固定されている。大腿リンク部3と下腿リンク部4とは、膝軸71を介して互いに接続されている。また、大腿リンク部3と下腿リンク部4とは、共に膝軸71に対して回転(揺動)自在な状態で取り付けられている。なお、下腿リンク部4は、上端部4aにある膝軸71の中心Pを中心として、所定の角度範囲内において揺動自在な状態となっている。ここでいう所定の角度範囲とは、膝軸71の中心Pを中心とした大腿リンク部3と下腿リンク部4との間の角度θ2であり、本実施形態の場合、この角度θ2は、概ね0°〜180°の範囲に設定されている。
図6は、後方から見た状態の大腿接触部8の拡大図である。大腿接触部8は、図2及び図6に示されるように、利用者の右脚U1の大腿U11に宛がわれて、大腿U11を支える部分である。大腿接触部8の大きさは、腰装着部2や下腿装着部5よりも小さく、全体的には、前後方向に扁平状に広がった形をなすと共に、大腿U11の側面形状に沿って湾曲した形をなしている。また、大腿接触部8は、下腿装着部5等と同様、合成樹脂を所定形状に加工したものからなる。大腿接触部8は、大腿U11に宛がわれる湾曲した扁平状の接触部81と、この接触部81に立設されると共に、大腿リンク部3の本体部3cに固定される円柱状の固定部83とを備えている。なお、接触部81には、軽量化等の目的で、開口部82が設けられている。
トルク発生装置9は、カム−バネ機構を利用して、腰軸61周りに、関節トルクを発生させる装置である。トルク発生装置9は、主として、圧縮バネ91と、圧縮バネ91の上端と当接し、前記上端の位置を決定する円柱状の決定部92と、圧縮バネ91の下端と当接し、圧縮バネ91の伸縮に応じて変位する変位部93と、この変位部93に接続されるカムフォロア(ローラフォロア)94と、圧縮バネ91が圧縮されるようにカムフォロア94が圧接されると共に、腰軸61からの距離が周方向に沿って変化する外周面95aを含み、大腿リンク部3の上端部3aに固定されるカム95と、決定部92、圧縮バネ91及び変位部93を収容すると共に、カムフォロア94の位置が外周面95aの周方向に沿って変更されるように、腰軸61に対して回転自在な状態で軸支されるハウジング96と、カムフォロア94の位置が外周面95aの周方向に対して調節された状態で、ハウジング96を腰装着部2に固定する調節固定部97とを備えている。
ここで、片脚式歩行支援機1の使用方法を説明する。先ず、片脚式歩行支援機1の装着方法を説明する。片脚式歩行支援機1は、図2に示されるように、肩掛け用ベルト10と、腰用ベルト12とを備えている。肩掛け用ベルト10は、帯状(長尺状)をなしている。肩掛け用ベルト10の一方の端部11(11a)は、腰装着部2の前側に設けられている前側取付部24に取り付けられ、その他方の端部11(11b)は、腰装着部2の後側に設けられている後側取付部23に取り付けられている。肩掛け用ベルト10は、利用者Uの左側の肩と、右側の腰側部U31とを結ぶように利用者Uに装着される。各取付部23,24には、それぞれ貫通孔23a,24aが設けられており、これらの貫通孔23a,24aにそれぞれ金属製のリング23b,24bが取り付けられている。肩掛け用ベルト10の各端部11(11a,11b)は、各23b,24bに対して、着脱可能な状態で取り付けられている。これに対して、腰用ベルト12は、利用者Uの腰3の周りに巻かれるものであり、肩掛け用ベルト10よりは長さが短いものの、同様に帯状(長尺状)をなしている。腰用ベルト12の一方の端部13(13a)は、前側取付部24のリング24aに対して着脱可能な状態で取り付けられ、その他方の端部13(13b)は、後側取付部23のリング23aに対して着脱可能な状態で取り付けられている。各ベルト10,12の長さ等は、適宜、調節可能な構造となっている。
利用者Uが、片脚式歩行支援機1を装着した状態で、水平な地面上で起立すると、図2に示されるように、大腿リンク部3は、鉛直方向に沿って略真っ直ぐに配される。これに対して、下腿リンク部4は、大腿リンク部3に近付くように、後方に、若干傾斜した状態となっている。そして、下腿リンク部4の長手方向に対して後傾した状態で取り付けられている下腿装着部5は、その前後方向が下腿U12に装着された状態で略水平となり、かつその上下方向が略鉛直方向に沿う形となる。本実施形態の片脚式歩行支援機1を装着すれば、腰装着部2、下腿装着部5及び大腿装着部8からなる3点の支持効果によって、利用者Uは、患脚である右脚U1での片足立ち時のバランス(左右方向のバランス)を保ち易くなり、安定した状態で起立することができる。本実施形態の片脚式歩行支援機1は、上述したように、大腿リンク部3の本体部3cに、大腿U11を外側から支える大腿接触部8が設けられている。この大腿接触部8を備えることによって、右脚U1の安定性が向上すると共に、上述した3点の支持効果が得られることになり、片脚式歩行支援機1を装着した右脚U1での片足立ち時のバランスを保ち易くし、安定した状態で起立することを可能としている。なお、大腿接触部8を大腿リンク部3から取り外した状態で、右脚U1のみで片脚立ちすると、利用者Uの姿勢が不安定となることが、本願発明者によって確かめられている。
次いで、片脚式歩行支援機1を装着した状態での利用者Uの歩行について、説明する。人(利用者U)の歩行では、一方の脚が地面に着地する支持脚として機能すると共に、他方の脚が地面から離れる遊脚として機能する動作が、右脚U1と左脚U2との間で交互に入れ替わって行われる。図7は、片脚式歩行支援機1を装着して利用者Uが歩行する様子を模式的に表した説明図である。図7には、左脚(健脚)U2が支持脚として地面Xに着地し、片脚式歩行支援機1を装着した右脚(患脚)U1が遊脚として地面Xから離れる状態が示されている。本実施形態の片脚式歩行支援機1は、受動歩行を基礎としており、利用者の左脚U2が、腰U3(骨盤)を介して右脚U1に装着されている片脚式歩行支援機1に対して連結されているとみなされる。つまり、腰装着部2は、左脚(健脚)U2の動き(力)を、大腿リンク部3や下腿リンク部4等に伝える機能を備えている。その結果、左脚(健脚)U2の動きによって、右脚U1に装着されている片脚式歩行支援機1が自然に、遊脚の動きと支持脚の動きとを交互に繰り返す脚運動を行う。つまり、利用者Uは、健脚である左脚U2の動きが右脚U1に装着されている片脚式歩行支援機1に伝えられることによって、右脚U1の歩行動作における脚運動が片脚式歩行支援機1によって支援(アシスト)される。
次いで、本発明の実施形態2を、図9〜図12を参照しつつ説明する。本実施形態では、実施形態1の片脚式歩行支援機1が備える下腿リンク部4に取り付けられて使用される円弧足部100を例示する。図9は、円弧足部100の右側面図であり、図10は、円弧足部100の正面図であり、図11は、円弧足部100の左側面図であり、図12は、円弧足部100の高さが調節される機構の説明図である。なお、本実施形態の円弧足部100は、右足用であり、利用者Uの右足(足首から下の部分)を載せて使用されるものである。
本発明は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
Claims (6)
- 利用者の片脚に装着されて、前記利用者の歩行を支援する片脚式歩行支援機であって、
前記利用者の一方の腰側部に装着される腰装着部と、
前記利用者の大腿の側方に配される長手状の大腿リンク部と、
前記利用者の下腿の側方に配される長手状の下腿リンク部と、
前記利用者の下腿に装着されると共に、前記下腿リンク部に取り付けられる下腿装着部と、
前記大腿リンク部の上端を中心として前記大腿リンク部を前記利用者の前後方向に揺動自在な状態で、前記大腿リンク部の前記上端と前記腰装着部とを接続する腰関節部と、
前記大腿リンク部と前記下腿リンク部との間における後方側の角度が180°以下の範囲内において、前記下腿リンク部の上端を中心として前記下腿リンク部を揺動自在な状態で、前記下腿リンク部の前記上端と前記大腿リンク部の下端とを接続する膝関節部と、
前記大腿リンク部と前記大腿との間に介在するように前記大腿リンク部に取り付けられると共に、前記大腿に宛がわれる大腿接触部と、を備える片脚式歩行支援機。 - 前記下腿装着部は、前記下腿リンク部の長手方向に対して後方に傾けられた状態で前記下腿リンク部に取り付けられている請求項1に記載の片脚式歩行支援機。
- 前記腰関節部は、前記大腿リンク部の前記上端を貫通する孔からなる軸孔と、前記軸孔に回転自在な状態で挿通されると共に、前記腰装着部が固定される腰軸とを有し、
圧縮バネと、
前記圧縮バネの一端と当接し、前記一端の位置を決定する決定部と、
前記圧縮バネの他端と当接し、前記圧縮バネの伸縮に応じて変位する変位部と、
前記変位部に接続されるカムフォロアと、
前記圧縮バネが圧縮されるように前記カムフォロアが圧接されると共に、前記腰軸からの距離が周方向に沿って変化する外周面を含み、前記大腿リンク部の前記上端に固定されるカムと、
前記決定部、前記圧縮バネ及び前記変位部を収容すると共に、前記カムフォロアの位置が前記外周面の周方向に沿って変更されるように、前記腰軸に対して回転自在な状態で軸支されるハウジングと、
前記カムフォロアの位置が前記外周面の周方向に対して調節された状態で、前記ハウジングを前記腰装着部に固定する調節固定部と、を有し、前記大腿リンク部を前方に向かって移動させるトルクを発生させるトルク発生装置と、
を備える請求項1又は請求項2に記載の片脚式歩行支援機。 - 前記ハウジングは、前記決定部、前記圧縮バネ及び前記変位部を収容すると共に、前記決定部を取り囲む部分の内面に、前記決定部の位置を前記圧縮バネの伸縮方向に沿って変更可能なネジ内周面を含む筒状の収容部を有し、
前記決定部は、前記ネジ内周面と螺合して前記収容部内で固定されると共に、前記螺合位置が調節されることによって前記収容部内での収容位置が前記伸縮方向において調節されるネジ外周面を含む請求項3に記載の片脚式歩行支援機。 - 前記腰装着部は、前記腰関節部が有する腰軸が前記利用者の大転子の位置よりも上方にずらされた状態で、前記利用者の前記腰に装着される請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の片脚式歩行支援機。
- 前記下腿リンク部の下端から、前記下腿リンク部の長手方向に沿って下方に伸びる足接続部と、
上端が前記足接続部と接続すると共に下端が地面と接触する形で、前記利用者の足の側方に配される足本体部と、
前記足本体部の下端からなり、中心が前記膝関節部よりも前方にある円の円弧に倣った形状をなし、前記利用者の前後方向に亘って形成される円弧接地部と、
前記足本体部の内側において前記円弧接地部よりも上方に設けられると共に、利用者の足が載せられる足載部とを有する円弧足部を備える請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の片脚式歩行支援機。
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