JP2018143572A

JP2018143572A - 脚装具

Info

Publication number: JP2018143572A
Application number: JP2017042769A
Authority: JP
Inventors: 伯文酒井; Norifumi Sakai
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-07
Filing date: 2017-03-07
Publication date: 2018-09-20

Abstract

【課題】足底部の高さをかさばらせることなく、つま先の角度調節ができる脚装具の構造を提供すること。
【解決手段】本発明にかかる脚装具は、ユーザの脚に装着され、歩行を補助する脚装具であって、膝関節部１２ａ、１２ｂと、膝関節部１２ａ、１２ｂのそれぞれに一端側が連結される第一下腿フレーム１３と、第二下腿フレーム１７と、第一および第二下腿フレーム１３、１７の他端側に連結される足底部１８と、を備える。第二下腿フレーム１７は伸縮可能な構造を有し、膝関節部１２ａと足底部１８との間に、脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能な回転ジョイント１４が第一下腿フレーム１３と同軸上に設けられる。第二下腿フレーム１７と膝関節部１２ｂとは、フリージョイント１６ａを介して連結され、第二下腿フレーム１７と前記足底部１８とは、フリージョイント１６ｂを介して連結される。足底部１８は脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、脚装具に関するものである。

片麻痺などで脚を自由に動かせない患者のために、歩行動作を補助する脚装具が知られている。多様なユーザが無理なく脚装具を装着できるように、各パーツの向きや長さを調整できる脚装具が提案されている。たとえば、特許文献１では、足底部に複数枚のプレートを備え、そのプレートの回転によってつま先の向きを調節できる脚装具が開示されている。

特許第５２９９２３９号公報

上述のように、つま先の角度調節機構として複数枚のプレートを足底部に備えると、足底部の高さがかさばり、歩きづらくなってしまうという問題があった。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、足底部の高さをかさばらせることなく、つま先の角度調節ができる脚装具の構造を提供するものである。

本発明にかかる脚装具は、ユーザの脚に装着され、前記ユーザの歩行を補助する脚装具であって、前記ユーザの膝を支える第１および第２の膝関節部と、前記第１および第２の膝関節部のそれぞれに一端側が連結され、前記ユーザの下腿の外側に互いに対向配置される第１および第２の下腿フレームと、前記第１および第２の下腿フレームの他端側に連結され、前記ユーザの足底に配置される足底部と、を備え、前記第２の下腿フレームは伸縮可能な構造を有し、前記第１の膝関節部と前記足底部との間において、脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能なジョイントが前記第１の下腿フレームと同軸上に設けられており、前記第２の下腿フレームと前記第２の膝関節部とは、第１のフリージョイントを介して連結され、前記第２の下腿フレームと前記足底部とは、第２のフリージョイントを介して連結されており、前記足底部は脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能であることを特徴としたものである。

本発明により、つま先の角度調節機構を脚装具のフレームに設けることができる。これによって、足底部に角度調節機構を設ける必要がなくなり、足底部の高さをかさばらせることなく、つま先の角度調節ができる脚装具の構造を提供することができる。

本発明の実施形態にかかる脚装具を示す斜視図である。本発明の実施形態にかかる脚装具が備える回転ジョイントの斜視図である。本発明の実施形態にかかる脚装具が備える回転ジョイントの断面図である。本発明の実施形態にかかる脚装具が備える第二下腿フレームの斜視図である。本発明の実施形態にかかる脚装具が備える第二下腿フレームの断面図である。固定ナットにより締め付けた第二下腿フレームを示す、図５に相当する断面図である。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載および図面は、適宜、簡略化されている。
なお、当然のことながら、図１およびその他の図面に示した右手系ｘｙｚ座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面であり、図面間で共通である。

まず、図１を参照して、実施形態にかかる脚装具１について説明する。図１は、実施形態にかかる脚装具１の斜視図である。脚装具１の底部は水平面（ｘｙ平面）上に置かれており、足底の長手方向をｘ軸方向、足底の幅方向をｙ軸方向に一致させている。ここで足底のつま先側をｘ軸正側、かかと側をｘ軸負側とする。

脚装具１は、ユーザの脚部に装着され、ユーザの歩行補助に用いられる。
図１に示すように、脚装具１は、ユーザの脚部が挿入される装着部１０と、駆動ユニット１９と、を備える。
装着部１０は、上腿フレーム１１と、一対の膝関節部１２ａ、１２ｂと、第一下腿フレーム１３と、回転ジョイント１４と、足首関節部１５と、一対のフリージョイント１６ａ、１６ｂと、第二下腿フレーム１７と、足底部１８と、から構成され、それぞれのパーツは互いに摺動可能あるいは回転可能に連結されている。このため、装着部１０の形状はユーザの脚部の形状に合わせて調整可能になっている。

まず、装着部１０の各パーツの詳細および連結関係について説明する。
上腿フレーム１１は、ユーザの上腿を支持するものである。上腿フレーム１１の下端には一対の膝関節部１２ａ、１２ｂがｙ軸方向に並んで対向配置され、ユーザの膝を左右両側（ｙ軸正負両側）から支持する。この膝関節部１２ａ、１２ｂの動作は、上腿フレーム１１に備えられた駆動ユニット１９によって制御される。

第一下腿フレーム１３と第二下腿フレーム１７は、ユーザの下腿の外側に、ｙ軸方向に並んで対向配置される。第一下腿フレーム１３と第二下腿フレーム１７は、いずれも上下に摺動可能に連結された二つの棒状部材で構成されており、ユーザの下腿の長さに合わせて長さを調節できる。すなわち、伸縮可能な構造を有している。
なお、第一下腿フレーム１３は必ずしも伸縮可能である必要はない。

第一下腿フレーム１３の上端は、膝関節部１２ａとロール軸周りに回転可能に連結され、下端は、回転ジョイント１４を介して足首関節部１５とヨー軸周り、すなわち第一下腿フレーム１３の長手方向周りに回転可能に連結されている。足首関節部１５は、ロール軸、ピッチ軸周りの角度調整が可能な機構を備えており、その下端は足底部１８に連結されている。

第二下腿フレーム１７の上端は、フリージョイント１６ａを介して膝関節部１２ｂとロール軸、ピッチ軸、ヨー軸周りに回転可能に連結されており、下端は、フリージョイント１６ｂを介して足底部１８とロール軸、ピッチ軸、ヨー軸周りに回転可能に連結されている。
ここでフリージョイント１６ａ、１６ｂは全方向に回転可能なジョイントであり、たとえばボールジョイントが用いられる。

足底部１８は装着部１０において最下部のパーツであり、ユーザの足底に配置される。
ここで、本発明にかかる脚装具１では、回転ジョイント１４がヨー軸周りに回転可能であるとともに、フリージョイント１６ａ、１６ｂに連結された第二下腿フレーム１７が伸縮可能であるため、足底部１８は脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能となる。具体的には、たとえば足底部１８のつま先方向がｘ軸正方向からｙ軸負方向へ向かって回転する場合、回転ジョイント１４もｘ軸正方向からｙ軸負方向へ向かって回転するとともに、第二下腿フレーム１７は伸長しながら、フリージョイント１６ｂを介して足底部１８の動きに追随することができる。このときフリージョイント１６ｂは、回転ジョイント１４を軸として、ｙ軸正方向からｘ軸正方向に向かって弧を描くように円周上を移動する。また、フリージョイント１６ａは、位置を維持したまま、フリージョイント１６ｂおよび第二下腿フレーム１７の動きに追従するように回転する。このようにして、足底部１８にヨー軸回転機構を設けずに、足底部１８の高さをかさばらせることなく、つま先の角度調節を可能にすることができる。
なお、足底部１８はユーザの荷重を検知するセンサーを備えていてもよい。ユーザの歩行バランス情報等を取得し、リハビリ治療に活かせるからである。

次に、図２および図３を参照して、回転ジョイント１４の詳細な構造について説明する。図２は、ｘｙ平面上に置いた回転ジョイント１４の斜視図であり、図３は、そのｚｘ平面における断面図である。
図２に示すように、回転ジョイント１４は、軸部１４１と、軸支持部１４２と、固定ピン１４３と、を備える。
軸部１４１は第一下腿フレーム１３に固定され、軸支持部１４２は足首関節部１５に固定されている。後述するように、軸部１４１と軸支持部１４２はヨー軸周りに回転可能に連結されているため、第一下腿フレーム１３と足首関節部１５は、回転ジョイント１４を介してヨー軸周りに回転可能に連結されることになる。すなわち、足首関節部１５に接続された足底部１８も、回転ジョイント１４を軸としてヨー軸周りに回転可能となる。

ここで、さらに軸部１４１と軸支持部１４２の詳細な構造について説明する。図２に示すように、軸部１４１は、軸１４１ａと、軸１４１ａの下端に固定された円板部１４１ｂと、を備えている。図３に示すように、軸部１４１は全体として断面Ｔ字型に形成されている。
なお、軸部１４１は、１本の棒状部材を切削加工して形成されていてもよいし、複数の棒状部材を接合することで形成されていてもよい。

図２に示すように、軸支持部１４２は、軸部１４１の円板部１４１ｂを収容する収容部１４６を有する底付き筒状部材である。軸支持部１４２は、蓋部１４２ａと、蓋部１４２ａの下端に固定された壁部１４２ｂと、壁部１４２ｂの下端に固定された底部１４２ｃと、を備える。
また図３に示すように、蓋部１４２ａは、軸１４１ａが貫入される軸貫通孔１４４と、固定ピン１４３が貫入されるピン貫通孔１４５と、を備える。壁部１４２ｂは、円板部１４１ｂが挿入される収容部１４６を備える。軸貫通孔１４４と収容部１４６は、ヨー軸周りに対称な形であると好ましく、たとえば図２および図３に示すような、円板部１４１ｂに対応した円柱状の空洞であるとよい。
なお、軸支持部１４２は分解が可能な構造になっていてもよい。

図２および図３に示すように、軸１４１ａは、軸貫通孔１４４の内径よりもわずかに小さな外径をもつ円柱であって、軸貫通孔１４４を貫通する。
円板部１４１ｂは、軸貫通孔１４４の内径よりも大きく、収容部１４６の内径よりもわずかに小さな外形をもつ円柱であって、収容部１４６内でヨー軸周りに回転可能である。円板部１４１ｂの高さは、収容部１４６の深さよりもわずかに低いと好ましい。これは、軸部１４１と軸支持部１４２の、上下方向の揺動を抑制するためである。
このような構成により、軸部１４１と軸支持部１４２は互いに外れることなく、ヨー軸周りに回転可能に連結される。

図３に示すように、固定ピン１４３はピン貫通孔１４５に差し込まれ、固定ピン１４３の底面は円板部１４１ｂの上面と接触している。このため固定ピン１４３に上から押圧をかけると、円板部１４１ｂの底面が収容部１４６の底面に押しつけられる。このようにして、軸部１４１と軸支持部１４２の自由回転を止め、第一下腿フレーム１３と足首関節部１５の、ヨー軸周りの連結角度を固定させることができる。固定ピン１４３には、自身の上下方向の位置を固定するストッパー等を備えていると好ましい。
なお固定ピン１４３は、軸部１４１と軸支持部１４２の自由回転を止めるためのロック機構の一例であり、たとえばクラッチを用いたロック機構を代わりに採用しても構わない。

以上の例では、回転ジョイント１４を第一下腿フレーム１３と足首関節部１５の間に設けた場合を示したが、足底部１８をヨー軸周りに回転させるためには、第一下腿フレーム１３と同軸上のどこかに回転ジョイント１４を設ければ十分である。
換言すると、回転ジョイント１４は膝関節部１２ａと第一下腿フレーム１３の間にあってもよいし、足首関節部１５に組み込んでもよい。また、軸部１４１と軸支持部１４２の上下は逆転していてもよい。

これに対して、第二下腿フレーム１７は、足底部１８の回転に合わせて、伸縮やねじりを伴った動作を必要とする。
そこで次に、図４および図５を参照して、第二下腿フレーム１７の詳細な構造について説明する。図４は、長手方向がｚ軸方向となるように置いた第二下腿フレーム１７の斜視図であり、図５は、そのｚｘ平面における断面図である。

図４に示すように、第二下腿フレーム１７は、軸部１７１と、外筒部１７２と、固定ナット１７３と、を備える。後述するように、軸部１７１と外筒部１７２は、長手方向を軸として摺動可能かつ回転可能に連結されている。
なお、軸部１７１と外筒部１７２の上下は逆転してもよい。

図４および図５に示すように、軸部１７１は円柱部材であって、外筒部１７２は円筒部材である。軸部１７１の外径は外筒部１７２の内径よりもわずかに小さく、軸部１７１は外筒部１７２の内側に組み込まれ、お互い摺動可能かつ長手方向の軸周りに回転可能に連結されている。固定ナット１７３は、軸部１７１が貫通される孔部と、外筒部１７２が当接される開口部を備え、軸部１７１と外筒部１７２の連結部分に嵌合されている。また、外筒部１７２と固定ナット１７３は、それぞれ対向するテーパ面１７４、１７５を備えている。

ここで、固定ナット１７３を締めつけた状態を図６に示す。固定ナット１７３を締め付けると、対向するテーパ面１７４、１７５が互いに押し付けられ、外筒部１７２は内側へと押圧される。これにより、外筒部１７２の内壁面は軸部１７１の外周面に押しつけられ、固定される。

次に、一対のフリージョイント１６ａ、１６ｂの詳細な構造について説明する。フリージョイント１６ａ、１６ｂは、それぞれボール１６１ａ、１６１ｂと、ボールホルダー１６２ａ、１６２ｂと、を備える。
ボール１６１ａ、１６１ｂは球状部材である。ボールホルダー１６２ａ、１６２ｂは、それぞれボール１６１ａ、１６１ｂの外周面に対応した球状の空間を有する。ボール１６１ａ、１６１ｂは、それぞれボールホルダー１６２ａ、１６２ｂの内部に収容され、全方向に回転可能に連結されている。

ボール１６１ａは軸部１７１の上端に固定され、ボールホルダー１６２ａは膝関節部１２ｂの下端に固定されている。このため、膝関節部１２ｂと第二下腿フレーム１７は回転可能に連結される。また、ボール１６１ｂは外筒部１７２の下端に固定され、ボールホルダー１６２ｂは足底部１８の上端に固定される。このため、第二下腿フレーム１７と足底部１８はヨー軸周りに回転可能に連結される。
以上の構成により、膝関節部１２ｂと足底部１８との間を結ぶ第二下腿フレーム１７は、伸縮やねじりを伴う動きが可能になる。

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。

１脚装具
１０装着部
１１上腿フレーム
１２ａ、１２ｂ膝関節部
１３第一下腿フレーム
１４回転ジョイント
１５足首関節部
１６ａ、１６ｂフリージョイント
１７第二下腿フレーム
１８足底部
１９駆動ユニット
１４１軸部
１４１ａ軸
１４１ｂ円板部
１４２軸支持部
１４２ａ蓋部
１４２ｂ壁部
１４２ｃ底部
１４３固定ピン
１４４軸貫通孔
１４５ピン貫通孔
１４６収容部
１６１ａ、１６１ｂボール
１６２ａ、１６２ｂボールホルダー
１７１軸部
１７２外筒部
１７３固定ナット
１７４、１７５テーパ面

Claims

ユーザの脚に装着され、前記ユーザの歩行を補助する脚装具であって、
前記ユーザの膝を支える第１および第２の膝関節部と、
前記第１および第２の膝関節部のそれぞれに一端側が連結され、前記ユーザの下腿の外側に互いに対向配置される第１および第２の下腿フレームと、
前記第１および第２の下腿フレームの他端側に連結され、前記ユーザの足底に配置される足底部と、を備え、
前記第２の下腿フレームは伸縮可能な構造を有し、
前記第１の膝関節部と前記足底部との間において、脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能なジョイントが前記第１の下腿フレームと同軸上に設けられており、
前記第２の下腿フレームと前記第２の膝関節部とは、第１のフリージョイントを介して連結され、
前記第２の下腿フレームと前記足底部とは、第２のフリージョイントを介して連結されており、
前記足底部は脚長方向軸のヨー軸周りに回転可能な、
脚装具。