JP2017143899A

JP2017143899A - 歩行補助装置の評価方法

Info

Publication number: JP2017143899A
Application number: JP2016026023A
Authority: JP
Inventors: 伯文酒井; Norifumi Sakai; 渉前北; Wataru Maekita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-15
Filing date: 2016-02-15
Publication date: 2017-08-24

Abstract

【課題】実際の人の歩行動作を模擬した歩行補助装置の評価を行うことができる、歩行補助装置の評価方法を提供する。
【解決手段】本発明に係る歩行補助装置４の評価方法は、歩行補助装置４に荷重をかける荷重負荷手段としてのアクチュエータ３と、歩行補助装置４においてダミー脚部２の足平部２１が装着される足フレーム４１１の地面に対向する接地可能領域と地面との間に挟まれて配置される接地部材５０と、用いて歩行補助装置４を評価する評価方法であって、接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を調整することにより、接地可能領域においてアクチュエータ３によりかけられる荷重の荷重力線が交わる位置が接触位置に近づくようにするものである。
【選択図】図１

Description

本発明は歩行補助装置の評価方法に関し、特に歩行補助装置に荷重をかけて行う歩行補助装置の評価方法に関する。

近年、急性期の脳卒中麻痺患者用などにその歩行を補助するための様々の歩行補助装置が開発されている。例えば、歩行補助装置は、ユーザの体重入力と姿勢により、ユーザの脚部が立脚及び遊脚のいずれかを判定する。歩行補助装置は、立脚時には膝関節角度を維持するために膝伸展方向にトルクを発生させる。一方、歩行補助装置は、立脚後期〜遊脚時に膝関節を屈曲させ、歩行時の患脚のつまずきを防止すると共に、患脚の振出しにより歩行を補助する。歩行補助装置は、このような動作をユーザの急性期、リハビリ初期などに行うことで正しい歩行の習得を手助けするため、特に、その強度、耐久性などが求められる。一方で、上述したような歩行補助装置における強度、耐久性を評価するための様々な評価装置が知られている。

特許文献１では、歩行補助装置に対し、オフセット部材を介して荷重をかけ、歩行補助装置の強度及び耐久性を評価する評価方法について開示している。

特開２０１４−１４７６３６号公報

歩行補助装置の評価方法としては、実際の人の歩行動作を再現した評価が行われることが望ましい。このため、歩行補助装置への荷重のかけ方として多様なかけ方が求められる。特許文献１では、オフセット部材を介した荷重により、歩行補助装置にかかるモーメントを再現しているが、歩行補助装置への荷重のかけ方によっては、歩行補助装置が傾倒してしまう可能性がある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、実際の人の歩行動作を模擬した歩行補助装置の評価を行うことができる、歩行補助装置の評価方法を提供することを目的とする。

本発明は、歩行補助装置に荷重をかける荷重負荷手段と、前記歩行補助装置において足が装着される足フレームの地面に対向する接地可能領域と前記地面との間に挟まれて配置される接地部材と、用いて前記歩行補助装置を評価する評価方法であって、前記接地可能領域における前記接地部材が接触する接触位置を調整することにより、前記接地可能領域において前記荷重負荷手段によりかけられる荷重の荷重力線が交わる位置が前記接触位置に近づくようにするものである。

本発明によれば、実際の人の歩行動作を模擬した歩行補助装置の評価を行うことができる。

実施の形態１にかかる評価装置の概略構成を示す図である。荷重力線が足フレームの接地可能領域における踵側にある場合について、歩行補助装置の側面図とともに図示した模式図である。人の歩行動作において脚部が踵から着地する場合の荷重力線について模式的に示す図である。接地部材が足フレーム接地可能領域におけるつま先側にある場合の荷重力線を歩行補助装置の側面図とともに図示した模式図である。人の歩行動作において脚部がつま先から着地する場合の荷重力線について模式的に示す図である。実施の形態２にかかる評価装置の概略構成を示す図である。実施の形態３にかかる評価装置の概略構成を示す図である。実施の形態４にかかる評価装置の概略構成を示す図である。実施の形態５にかかる評価装置の概略構成を示す図である。

実施の形態１
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明の一実施の形態にかかる評価装置は、ユーザの脚部に装着されその歩行を補助する歩行補助装置の性能、強度、耐久性などを評価するものである。

図１は、実施の形態１にかかる評価装置１の概略構成を示す図である。図１に示すように、評価装置１は、人の脚部を模したダミー脚部２と、ダミー脚部２に対して荷重を負荷する体重荷重用のアクチュエータ３と、ダミー脚部２に装着される歩行補助装置４と、接地部材５０と、を備えている。

ダミー脚部２は、例えば回動可能な関節部を有し、人の脚部を模した形状を備えている。ダミー脚部２は、足としての足平部２１と、足平部２１に足首関節部２２を介して回動可能に連結された下腿部２３と、下腿部２３に膝関節部２４を介して回動可能に連結された上腿部２５と、を有している。なお、図１に示すダミー脚部２の構成は一例であり、これに限らず、任意の構成が適用可能である。

アクチュエータ３は、荷重負荷手段の一具体例であり、オフセット部材３２などを介してダミー脚部２の上腿部２５の上端に連結されており、オフセット部材３２を介してダミー脚部２に対して任意の荷重を負荷することができる。アクチュエータ３は、例えば、油圧機構、あるいはモータ機構などより構成されている。アクチュエータ３は、リンク機構３１に対して垂直方向の荷重を負荷する。

アクチュエータ３の脇には、アクチュエータ傾倒防止ガイド３３が設けられている。アクチュエータ傾倒防止ガイド３３は、アクチュエータ３自体の水平方向の移動を規制する。なお、アクチュエータ３の動作の際、アクチュエータ３の本体自体が垂直方向に移動してしまうことを防ぐ必要がある。このため、アクチュエータ傾倒防止ガイド３３が、アクチュエータ３の本体の垂直方向の移動を規制してもよい。

オフセット部材３２は、ダミー脚部２にかける荷重の水平方向の位置を、ダミー脚部２に対し所定のオフセット長ｙだけずらすための部材である。これにより、ダミー脚部２に対して垂直方向の体重入力の荷重だけでなく、モーメント荷重も負荷することができる。オフセット部材３２は、例えば、一端がダミー脚部２の上腿部２５の上端に連結され、他端がアクチュエータ３に連結された、略棒状の治具である。オフセット部材３２の長さ（オフセット長）を変更することで容易にオフセット量を変更でき、より多彩な患者の歩行モードに対応した歩行補助装置４の評価が可能となる。

歩行補助装置４は、ユーザの患脚に装着され、患脚の動作を調整することにより、その歩行の補助を行うためのものである。歩行補助装置４は、ダミー脚部２に装着されダミー脚部２を支持し複数の関節部を有するフレーム部４１と、フレーム部４１の各関節部を回転駆動する第１及び第２モータユニット４２、４３と、を有している。

フレーム部４１は、足フレーム４１１と、足フレーム４１１に足首関節部４１２を介して回動可能に連結された下腿フレーム４１３と、下腿フレーム４１３に膝関節部４１４を介して回動可能に連結された上腿フレーム４１５と、から構成されている。

足フレーム４１１は、ダミー脚部２の足平部２１に装着されるもので、足プレート９２と靴９４と一対の足リンク９６を有している。足プレート９２は、一対の足リンク９６を接続している。靴９４は、一般的な靴と同じ形態のものであり、足プレート９２の上面（ダミー脚部２の足平部２１に対向する面）に設けられている。ダミー脚部２の足平部２１に靴９４を装着すると、足プレート９２は、ダミー脚部２の足平部２１の下方（足裏側）に配置される。また、足リンク９６は、ダミー脚部２の足平部２１の側方に配置される。

下腿フレーム４１３はダミー脚部２の下腿部２３に装着される。上腿フレーム４１５はダミー脚部２の上腿部２５に装着される。下腿フレーム４１３及び上腿フレーム４１５には、ユーザの下腿部及び上腿部との接触を緩和するためのパッド４１６がそれぞれ設けられている。

第１及び第２モータユニット４２、４３は、駆動手段の一具体例であり、例えば、モータ、減速機構、センサなどから構成されている。第１及び第２モータユニット４２、４３は、フレーム部４１の足首関節部４１２及び膝関節部４１４にそれぞれ設けられている。

第１モータユニット４２は、フレーム部４１の足首関節部４１２を回転駆動することで、下腿フレーム４１３に対して足フレーム４１１を相対回動させる。第２モータユニット４３は、フレーム部４１の膝関節部４１４を回転駆動することで、上腿フレーム４１５に対して下腿フレーム４１３を相対回動させる。

接地部材５０は、歩行補助装置４において足が装着される足フレーム４１１の地面に対向する領域（以下、「接地可能領域」という）と地面との間に挟まれて配置される。ダミー脚部２に対してダミー脚部２を傾倒させてしまうモーメントがかかった場合にも接地部材５０が当該モーメントを受けるのでダミー脚部２の傾倒を防止することができる。また、足フレーム４１１の接地可能領域において接地部材５０を介して接地させると、足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置が荷重に対する支点となるため支点の位置を任意に設定することができる。

本発明にかかる、歩行補助装置４の評価方法では、接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を調整することにより、接地可能領域において荷重負荷手段としてのアクチュエータ３によりかけられる荷重の荷重力線が交わる位置が接触位置に近づくようにする。ここで荷重力線とは、アクチュエータ３による荷重負荷の力ベクトルとオフセット部材３２によってダミー脚部２に及ぼされる力の力ベクトルとを合成した力ベクトルである。

図２は、荷重力線が足フレーム４１１の接地可能領域における踵側にある場合について、歩行補助装置４の側面図とともに図示した模式図である。図２に示すように、足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を、接地可能領域における踵側に移動させることで、荷重力線は足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を通る。これにより、図３に示す、人の歩行動作において脚部が踵から着地する場合について模擬することができる。

図４は、荷重力線が足フレーム４１１の接地可能領域におけるつま先側にある場合について、歩行補助装置４の側面図とともに図示した模式図である。図４に示すように、足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を、接地可能領域におけるつま先側に移動させることで、荷重力線は足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を通る。これにより、図５に示す、人の歩行動作において脚部がつま先から着地する場合について模擬することができる。

以上より、本実施の形態にかかる、歩行補助装置の評価方法によれば、歩行補助装置の傾倒を抑制しつつ、立脚から遊脚を繰り返す実際の歩行動作中に発生する様々な足の着き方を再現して評価することが可能となる。したがって、この評価方法によれば、実際の人の歩行動作を模擬した歩行補助装置の評価を行うことができる。

実施の形態２
次に、実施の形態２について説明する。本実施の形態では、荷重負荷手段としてのアクチュエータ３による荷重位置を変更するための荷重位置移動装置が設けられる点で、実施の形態１と異なる。図６は、実施の形態２に係る評価装置１０１の概略的なシステム構成を示す構成図である。なお、実施の形態１と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。図６に示すように、本実施の形態にかかる評価装置１０１は、実施の形態１にかかる構成に加え、荷重位置移動装置としてのアクチュエータ６２をさらに有している。アクチュエータ６２は、アクチュエータ３による荷重位置を、歩行補助装置４の前後方向および左右方向で時間と共に変化させる。

本実施の形態にかかる、歩行補助装置の評価方法によれば、歩行補助装置の傾倒を抑制しつつ、立脚から遊脚を繰り返す実際の歩行動作中に発生する様々な足の着き方を再現して評価することが可能となる。したがって、この評価方法によれば、実際の人の歩行動作を模擬した歩行補助装置の評価を行うことができる。

実施の形態３
次に、実施の形態３について説明する。本実施の形態では、接地部材５０を移動させるための接地部材移動装置が設けられる点で、実施の形態１と異なる。図７は、実施の形態３に係る評価装置２０１の概略的なシステム構成を示す構成図である。なお、実施の形態１と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。図７に示すように、本実施の形態にかかる評価装置２０１は、実施の形態１にかかる構成に加え、接地部材移動装置としてのアクチュエータ６３をさらに有している。アクチュエータ６３は、接地部材５０を前後方向および左右方向に移動させ、足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を時間と共に変化させる。

実施の形態４
次に、実施の形態４について説明する。本実施の形態では、荷重負荷手段としてのアクチュエータ３による荷重位置を変更するための荷重位置移動装置、接地部材５０を移動させるための接地部材移動装置および荷重位置移動装置と接地部材移動装置とを同期制御する制御装置３０５が設けられる点で、上記実施の形態と異なる。図８は、実施の形態４に係る評価装置３０１の概略的なシステム構成を示す構成図である。なお、実施の形態１〜３と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。図８に示すように、本実施の形態にかかる評価装置３０１は、実施の形態１にかかる構成に加え、荷重位置移動装置としてのアクチュエータ６２、接地部材移動装置としてのアクチュエータ６３およびこれらを同期制御する制御装置３０５をさらに有している。

アクチュエータ６２は、例えば、センサを内蔵しており、アクチュエータ３による荷重位置を変更した際に、そのときの荷重位置を検出し、その検出した検出値を制御装置４０５に対して送信する。また、アクチュエータ６３は、例えば、センサを内蔵しており、接地部材５０を移動した際に、そのときの足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置を検出し、その検出した検出値を制御装置４０５に対して送信する。

制御装置３０５は、アクチュエータ６２及びアクチュエータ６３を所定の歩行軌跡を再現するよう同期制御する。制御装置３０５は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＣＰＵ５１によって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）５２、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）５３、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）５４、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３及びインターフェイス部５４は、データバスなどを介して相互に接続されている。

荷重位置移動装置としてのアクチュエータ６２と接地部材移動装置としてのアクチュエータ６３とを制御装置３０５により同期制御することで、足フレーム４１１の接地可能領域における接地部材５０が接触する接触位置とアクチュエータ３による荷重位置とを連続的に変化させて評価を行うことができる。

実施の形態５
次に、実施の形態５について説明する。実施の形態４では、荷重位置移動装置と接地部材移動装置とを同期制御するが、本実施の形態では、さらに、荷重位置移動装置と接地部材移動装置と荷重負荷手段とを同期制御する。図９は、実施の形態５に係る評価装置４０１の概略的なシステム構成を示す構成図である。なお、実施の形態１〜４と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。図９に示すように、本実施の形態にかかる評価装置４０１は、実施の形態１にかかる構成に加え、荷重位置移動装置としてのアクチュエータ６２と、接地部材移動装置としてのアクチュエータ６３と、アクチュエータ６２、アクチュエータ６３およびアクチュエータ３を同期制御する制御装置４０５と、をさらに有している。

制御装置４０５は、アクチュエータ３、アクチュエータ６２及びアクチュエータ６３を所定の歩行軌跡を再現するよう同期制御する。制御装置４０５は、例えば、演算処理、制御処理等と行うＣＰＵ（Central Processing Unit）５１、ＣＰＵ５１によって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたＲＯＭ（Read Only Memory）５２、各種のデータなどを記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）５３、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部（Ｉ／Ｆ）５４、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。ＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３及びインターフェイス部５４は、データバスなどを介して相互に接続されている。

アクチュエータ３は、制御装置４０５から送信される駆動指令信号に応じて、ダミー脚部２に対して垂直方向の荷重を負荷する。アクチュエータ３は、例えば、センサを内蔵しており、ダミー脚部２に荷重を負荷した際に、そのときの荷重値及び変位値（オフセット部材３２の移動量など）を検出し、その検出した検出値を制御装置４０５に対して送信する。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、上記の実施の形態では、アクチュエータ３によりダミー脚部２に荷重をかけているが、これに限るものではなく、例えば重りを負荷することによって荷重をかけてもよい。

１、１０１、２０１、３０１、４０１評価装置
２ダミー脚部
３、６２、６３アクチュエータ
４歩行補助装置
３２オフセット部材
３３アクチュエータ傾倒防止ガイド
５０接地部材
３０５、４０５制御装置

Claims

歩行補助装置に荷重をかける荷重負荷手段と、前記歩行補助装置において足が装着される足フレームの地面に対向する接地可能領域と前記地面との間に挟まれて配置される接地部材と、用いて前記歩行補助装置を評価する評価方法であって、
前記接地可能領域における前記接地部材が接触する接触位置を調整することにより、前記接地可能領域において前記荷重負荷手段によりかけられる荷重の荷重力線が交わる位置が前記接触位置に近づくようにする、歩行補助装置の評価方法。