JP2015532175A - 脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボット - Google Patents

Abstract

本発明は、脳卒中患者の歩行リハビリ用ロボットに関するものであり、その構成は、患者の胴部を支持する固定バンドと、前記固定バンドと回転可能に連結された骨盤関節軸と、前記骨盤関節軸から下側に一定の長さで延びる第１アームと、前記第１アームと連結された第１連結関節軸と、前記第１連結関節軸から下側に延びる第２アームと、前記第２アームに回転可能に連結された第２連結関節軸と、前記第２連結関節軸から下側に延びる延長片と、前記延長片から足首関節軸によって回転可能に連結され、患者の足を固定して支持するフットレストとを備えるロボット本体と、前記ロボット本体の固定バンド側を支持する上部フレームと、前記上部フレームを支持する連結フレームと、前記連結フレームと連結されて複数の車輪が設けられた下部フレームとを備える歩行器を含み、前記第１アームと第２アームの角度は、患者の下半身の長さに応じて調節される。【選択図】図１

Description

本発明は、脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットに関するものであり、より詳細には、患者の身体や体型に関係なく、不特定の患者が容易に動作させることができ、また素早く装着することもでき、リハビリテーションにかかる時間とコストが軽減できる脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットに関するものである。

脳卒中や交通事故などで脊髄神経が損傷を受けて歩行困難になった人がよく見られ、関節炎もある場合にはちゃんと立っていることも困難な場合がほとんどである。特に、老人や長期間病床にあった人は、足の筋力が衰え、股関節や膝関節を動かして歩行することは大きな苦痛であった。

このように歩行が困難な人の場合、無理やり歩かせることで、足の筋力を増強させながら下半身の神経が蘇生し、治癒の効果がもたらすこができる。

これらを背景に最近、歩行器がリハビリテーションの手段として多く活用されている。

前記歩行器は、歩行困難な人が立っている状態で、手で掴んで体を寄せることができるフレームの下方に車輪を装着したものであり、使用者は体を歩行器に頼った状態で押して少しずつ進むことになる。

この他にも、歩行が不自由な患者や老人の場合、ベッドに横になった状態で理学療法士が直接足を引いたり伸ばしたりする動作を繰り返して治療を行う。

まず、歩行器の場合、患者が直接歩行器のハンドルを握って歩行するので、体が不自由な患者が歩行動作においてより大きいストレスを受けるとともに、余計に体力の消耗が激しいなどの問題点があった。

また、リハビリテーション療法士が患者の足をマッサージする場合にも、患者が自らリハビリテーション運動をするのではないので、リハビリテーションの効率性が落ちる問題点があり、リハビリテーションの際、いつも一人以上の療法士がとなりに待機していなければならず、リハビリテーション患者の治療費の負担がそれほど大きくならざるをえないという問題点がある。

これらの問題点を補完するための手段として、患者の下半身に自律運動するロボットを装着して、リハビリテーション患者がロボットの動作に応じて自然に足を動かす方法が開発されたが、たいていのリハビリテーションロボットは、患者の下半身の腰、骨盤、膝および足首を結束した状態でリハビリテーションを進めるので、リハビリテーションロボットの動作時間が長すぎる問題があり、また、リハビリテーション対象の患者の身体的特定（体型）にぴったりと合うように設計しなければならないので、リハビリテーションロボットの設計及び製作単価が高くなり、多くの患者に提供できない問題があった。

本発明の目的は、上記のような従来の特性を改善するために提案されたものであって、患者の身体や体型に関係なく、不特定の患者が容易に動作させることができ、また素早く装着することもでき、リハビリテーションにかかる時間とコストが軽減できる脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は次のように構成される。

本発明による脳卒中患者の歩行リハビリテーションテーション用ロボットは、患者の胴部を支持する固定バンドと、前記固定バンドと回転可能に連結された骨盤関節軸と、前記骨盤関節軸から下側に一定の長さで延びる第１アームと、前記第１アームと連結された第１連結関節軸と、前記第１連結関節軸から下側に延びる第２アームと、前記第２アームに回転可能に連結された第２連結関節軸と、前記第２連結関節軸から下側に延びる延長片と、前記延長片から足首関節軸によって回転可能に連結されて、患者の足を固定して支持するフットレストとを備えるロボット本体と、前記ロボット本体の固定バンド側を支持する上部フレームと、前記上部フレームを支持する連結フレームと、前記連結フレームと連結され、複数の車輪が設けられた下部フレームとを備える歩行器とを含み、前記第１アームと第２アームの角度は患者の下半身の長さに応じて調節される。

そして、前記フットレストは、前記第１アームと第２アームの角度の変化に関係なく、常時地面に対して垂直状態を維持する。

また、前記固定バンドは、腰を支持する腰支持部をさらに備える。

そして、前記腰支持部は、幅方向の長さを調節する間隔調節部を備える。

また、前記固定バンドと前記上部フレームとの間には、相互連結状態を維持してリハビリテーション患者が歩行器の外部に離脱することを防止する安全手段がさらに備えられる。

そして、前記安全手段は、ワイヤまたはフレキシブルケーブルのいずれか一つである。

本発明によれば、患者の身体や体型に関係なく、不特定の患者が容易に動作させることができ、また素早く装着することもでき、リハビリテーションにかかる時間とコストが軽減できる。

本発明による脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットを示す斜視図 図１に示す脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットの側面図 図１に示す脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットの背面図 本発明による脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットの動作状態を示す動作状態図 本発明による脳卒中患者の歩行リハビリテーション用ロボットの動作状態を示す動作状態図

以下、本発明の好ましい実施例について添付図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施例は、様々な形態で実施することができ、本明細書で説明する実施例に限定されるものと解釈してはならない。本発明の実施例は、当該発明が属する技術分野における通常の知識を有する者に本発明をより詳細に説明するために提供されるものであり、図面に示された各要素の形状は、説明を明確にするため誇張していることがある。

第１及び／又は第２等の用語は多様な構成要素を説明するのに使用されるが、上記構成要素は上記用語に限定されない。上記用語は、一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ使用される。

本明細書で使用した用語は、単に特定の実施例を説明するために使用されたものであって、本発明を限定しようとする意図ではない。単数の表現は文脈上明らかに異なるものを意味しない限り、複数の表現を含む。本明細書において、「備える（含む）」又は「有する」等の用語は、説示された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はそれらを組み合わせたものが存在することを指定しようとするものであり、１つ若しくはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部分品、又はそれらを組み合わせたものの存在、又は付加の可能性を予め排除するものではないと理解されるべきである。

図１〜図３に示すように、本発明による脳卒中患者の歩行リハビリテーションテーション用ロボット１００は、患者の胴部を支持する固定バンド１１１と、前記固定バンド１１１に回転可能に連結された骨盤関節軸１１２と、前記骨盤関節軸１１２から下側に一定の長さで延びる第１アーム１１３と、前記第１アーム１１３に連結された第１連結関節軸１１４と、前記第１連結関節軸１１４から下側に延びる第２アーム１１５と、前記第２アーム１１５に回転可能に連結された第２連結関節軸１１６と、前記第２連結関節軸１１６から下側に延びる延長片１１６ａと、前記延長片１１６ａから足首関節軸１１７ａにより回転可能に連結されて、患者の足を固定して支持するフットレスト１１７とを備えるロボット本体１１０と、前記ロボット本体１１０の固定バンド１１１側を支持する上部フレーム１２３と、前記上部フレーム１２３を支持する連結フレーム１２４と、前記連結フレーム１２４と連結され、複数の車輪が設けられた下部フレーム１２１とを備える歩行器１２０とを含み、前記第１アーム１１３と第２アーム１１５の角度は、患者の下半身の長さに応じて調節される。

一方、前記骨盤関節軸１１２と第２連結関節軸１１６の内には、電子ねじりばねロック手段（図示せず）が備えられ、前記第１連結関節軸１１４と足首関節軸１１７ａは、自由回転される構造をしており、前記電子ねじりばねロック手段は、歩行中足が地面に引きずられるのを防止して、自然な歩行のために膝関節の屈曲及び伸展を補助するようになっている。

前記ロック手段は、立脚期にはブレーキでロックされて身体を堅固に支持でき、遊脚期には屈曲できるようにロックが解除され、健常者と同様な歩行時の膝角度を保つようにするとともに、膝の屈曲及び伸展力を得るために、電気刺激装置を用いて膝関節の駆動筋肉を刺激し、歩行を補助する。

また、前記ロボット本体１１０の固定バンド１１１と前記上部フレーム１２３とを安全手段１２５で連結し、前記安全手段１２５は、ワイヤやフレキシブルケーブルを用いてもよい。これにより、リハビリ患者が固定バンドによって結束された状態でロボット本体に搭乗し、歩行器との間で安全手段の長さだけ自由に移動する最中にリハビリ患者が倒れる場合、安全手段によって歩行器に支えられて倒れを防止することができる。

そして、前記フットレスト１１７は、前記第１アーム１１３と第２アーム１１５の角度変化に関係なく、常に地面に対して垂直状態を維持することが好ましい。これは、前記第１アームと第２アームがリハビリ患者の身長に合わせて夾角（θ）を変更すると、変更された角度によって高さ（Ｈ）が調整されるが、この時の調節された角度の変化に応じてフットレストの位置が自然に変更されるようにするためである。

また、前記固定バンド１１１は、一定の弾性を有するベルト型であり、前記固定バンド１１１の後端にはリハビリ患者の腰を支持することができる腰支持部１１８が備えられ、前記腰支持部１１８の中央部分は幅方向の長さを調節できるように間隔調節部１１９が備えられる。

前記間隔調節部１１９は、前記腰支持部１１８よりも直径が大きい管形状を用いて、前記腰支持部が間隔調節部の内部に挿脱して間隔を調節できるようにする。

前記足首関節軸１１７ａは、前記第１アーム１１３と第２アーム１１５がリハビリ患者の身長に合わせて角度を調節すると、変換された角度だけ自重によって反対方向に回転して地面と垂直状態を維持することであり、前記第２連結関節軸１１６の動作に応じて回転する場合にも同様の方法で自重によって垂直状態を維持することになる。

また、前記足首関節軸１１７ａには、図示していないが、前、後の回転方向に一定の弾性を付与できるようにスプリングが設けられてもよい。

一方、図２に示すように、連結フレーム１２４の他側に設けられるフレームは、リハビリ患者の体重を考慮してさらに設けられてもよい。

以下、添付図面を参照して、本発明の動作を説明する。

図４及び図５に示すように、まず固定バンド１１１を取外し、リハビリ患者の腰を固定バンドで包んでリハビリ患者の腰を完全に固定した後、腰支持部１１８の幅の間隔を調節してリハビリ患者の腰が支持されるようにする。

この状態でリハビリ患者の足をフットレスト１１７に安着した後、前記フットレスト１１７と共にリハビリ患者の足をバンド（図示せず）で完全に固定する。

この時、リハビリ患者の身長に合わせて第１アーム１１３と第２アーム１１５との夾角が自然に調節され、リハビリ患者の下半身（骨盤から足首までの間隔）に適した角度を形成することになる。

この後、リハビリ患者が搭乗した状態でフットレストと共に足で地面を踏み切る動作を行うと、調整された夾角（θ１）内でリハビリ患者の足の曲げ角度に応じて第１アームと第２アームとの夾角が狭くなり、リハビリ治療ができるようになり、同様に骨盤関節軸と第２連結関節軸もリハビリ患者の動作に合わせて共に動作することになる。

この時、前記骨盤関節軸と第２連結関節軸は、制御部の制御信号に基づいてモータ駆動され、前記第１連結関節軸と足首関節軸は軸のみで連結されており、リハビリ患者の動作に応じて自然に回転することができる。

本実施例では、ロボット本体の動作制御に関する構成を記載していないが、別の制御部を用いて骨盤関節軸１１２、第２連結関節軸１１６を動作させることができ、これらの動作により、リハビリ患者の下半身を自然に運動させて治療し、前記骨盤関節軸１１２、第２連結関節軸１１６は、従来のリハビリロボットのものと同様の構成を備えるので具体的な説明を省略する。

また、前記骨盤関節軸１１２から第２連結関節軸１１６までの最初の高さ（Ｈ）は、リハビリ患者の下半身の長さに応じて、第１アーム１１３と第２アーム１１５の角度によって高さ（Ｈ１）に調節できるのは前述した通りである。

すなわち、前記第１アーム１１３と第２アーム１１５との夾角（θ）が、リハビリ患者が搭乗してリハビリ患者の身長に合わせ調整されると、第２連結関節軸１１６内で調整された夾角（θ１）以内で動作して、それ以上広がらないように調節する。

後で他のリハビリ患者が利用する場合には、制御部を介してロック手段によって調整された状態の角度を初期化させて再利用することができる。

また、本発明では、制御部の具体的な説明を省略したが、前記制御部内にリハビリ患者の身長の情報を予め保存して、複数のリハビリ患者に応じて迅速に高さを調節することもできる。

以上、本発明の好適な実施例について説明したが、これは本発明の技術的内容の理解を助けるための一例であり、本発明の技術的範囲はこれに限定されない。

すなわち、本発明の趣旨及び技術的思想を逸脱しない範囲内において、当該発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、様々な変更や修正、組み合わせ等を行うことに想到できることは明らかである。従って、これらの変更や修正、組み合わせ等も、当然に技術的思想の範囲に属するものである。

Claims (4)

1. 患者の胴部を支持する固定バンドと、前記固定バンドと回転可能に連結された骨盤関節軸と、前記骨盤関節軸から下側に一定の長さで延びる第１アームと、前記第１アームと連結された第１連結関節軸と、前記第１連結関節軸から下側に延びる第２アームと、前記第２アームに回転可能に連結された第２連結関節軸と、前記第２連結関節軸から下側に延びる延長片と、前記延長片において足首関節軸によって回転可能に連結されて患者の足を固定して支持するフットレストとを備えるロボット本体と、
   前記ロボット本体の固定バンド側を支持する上部フレームと、前記上部フレームを支持する連結フレームと、前記連結フレームと連結されて複数の車輪が設けられた下部フレームとを備える歩行器とを含むことを特徴とする、脳卒中患者の歩行リハビリ用ロボット。
2. 前記骨盤関節軸と第２連結関節軸は、駆動関節で構成され、前記第１連結関節軸と足首関節軸は、手動関節で構成され、患者の下半身の長さに関係なく着装できることを特徴とする、請求項１に記載の脳卒中患者の歩行リハビリ用ロボット。
3. 前記固定バンドと前記上部フレームとの間には、相互連結状態を維持し、リハビリ患者が歩行器の外部に離脱することを防止する安全手段をさらに備えることを特徴とする、請求項１に記載の脳卒中患者の歩行リハビリ用ロボット。
4. 前記安全手段は、ワイヤまたはフレキシブルケーブルのいずれかであることを特徴とする、請求項３に記載の脳卒中患者の歩行リハビリ用ロボット。

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