JP2019122514A - 関節補助ユニット、歩行補助装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】左右の関節に兼用して装着可能な関節補助ユニット等を提供する。【解決手段】関節補助ユニット20は、関節部の一端側に装着される第1のリンク21と、関節部の他端側に装着され、第1のリンク21に対して回転可能に連結される第2のリンク22と、第2のリンク22を回転駆動する駆動部と、第2のリンク22の回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部30と、を備える。そして、回転規制部30は、一方のリンクに設けられる係合体31と、他方のリンクに設けられ、係合体31と係合する係合部33と、を備え、係合部33は、第2のリンク22の回転方向に応じて移動する係合体31を異なる方向に案内する2つの案内経路34、35と、2つの案内経路34、35を連絡する連絡経路39と、を有し、係合体31は、連絡経路39を介して2つの案内経路34、35の間を移動可能である。【選択図】図2

Description

本発明は、利用者の関節の動きを補助する関節補助ユニット等に関する。
変形性膝関節症の患者等における歩行運動、屈伸動作、リハビリテーション等の補助に使用される歩行補助装置が従来から知られている。この種の歩行補助装置は、複数存在し(例えば、特許文献1参照)、例えば特許文献1に示す歩行補助装置は、ユーザの膝関節に装着され、アクチュエータを用いて膝関節回りを前後方向に揺動させる脚リンクを備えた関節補助ユニットを具備している。
脚リンクは、回転駆動により屈伸自在な一対のリンクを備え、リンクの回転軸を駆動する駆動源を搭載し、駆動源によるリンクの回転駆動で利用者の脚の運びを補助する。
特許第4092322号公報
ところで、脚リンクは、左右の脚に装着した際に駆動方向が異なるため、左右別々に専用の装置を製造する必要があり、コストが高騰する要因となっていた。
また、通常、歩行補助装置は左右の歩行補助ユニットを一対として製造販売され、購入する側は、片側の歩行補助ユニットのみが必要であっても左右両方の歩行補助ユニットを購入する必要があった。
一方で、歩行補助ユニットに設けられている関節補助ユニットが左右兼用であれば、汎用性があってコストダウンを容易に図ることができる。
そこで、本発明は上記問題を課題の一例として為されたもので、左右の関節に兼用して装着可能な関節補助ユニット等を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。なお、本発明の理解を容易にするため図面の参照符号を括弧書きで付するが、本発明はこれに限定されるものではない。
すなわち、請求項1に記載の関節補助ユニット(20)は、ユーザの関節部回りに装着される関節補助ユニットであって、前記関節部の一端側に装着される第1のリンク(21)と、前記関節部の他端側に装着され、前記第1のリンクに対して回転可能に連結される第2のリンク(22)と、前記第2のリンクを回転駆動する駆動部と、前記第2のリンクの回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部(30)と、を備え、前記回転規制部は、一方の前記リンクに設けられる係合体(31)と、他方の前記リンクに設けられ、前記係合体と係合する係合部(33)と、を備え、前記係合部は、前記第2のリンクの回転方向に応じて移動する前記係合体を異なる方向に案内する2つの案内経路(34、35)と、2つの前記案内経路を連絡する連絡経路(39)と、を有し、前記係合体は、前記連絡経路を介して2つの前記案内経路の間を移動可能であることを特徴とする。
また、請求項2に記載の関節補助ユニットは、請求項1に記載の関節補助ユニットにおいて、各前記案内経路は、前記係合体の移動範囲を規制する規制部(36a、36b)を有していることを特徴とする。
また、請求項3に記載の関節補助ユニットは、請求項1、又は請求項2に記載の関節補助ユニットにおいて、前記係合体を一方又は他方の前記案内経路に移動する移動ユニット(40)を備えていることを特徴とする。
また、請求項4に記載の関節補助ユニットは、請求項1〜3のいずれか一項に記載の関節補助ユニットにおいて、前記係合体を一方から他方の前記案内経路に移動した際に、機械的に前記駆動部の回転方向を切替える切替手段を備えていることを特徴とする。
また、請求項5に記載の歩行補助装置(S)は、脚の膝関節から上腿部(16)にかけて装着される上腿装着ユニット(5)と、前記膝関節から下腿部(17)にかけて装着される下腿装着ユニット(10)と、前記膝関節に装着される関節補助ユニット(20)と、を備え、前記関節補助ユニットは、前記上腿装着ユニットと連結される第1のリンクと、前記下腿装着ユニットと連結され、前記第1のリンクに対して回転可能に連結される第2のリンクと、前記第2のリンクを回転駆動する駆動部と、前記第2のリンクの回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部と、を備え、前記回転規制部は、一方の前記リンクに設けられる係合体と、他方の前記リンクに設けられ、前記係合体と係合する係合部と、を備え、前記係合部は、前記第2のリンクの回転方向に応じて移動する前記係合体を異なる方向に案内する2つの案内経路と、2つの前記案内経路を連絡する連絡経路と、を有し、前記係合体は、前記連絡経路を介して2つの前記案内経路の間を移動可能であることを特徴とする。
関節補助ユニットを反転させるだけで左右の脚に兼用して装着することができコストの低減化を図れる。また、予め規定された膝関節の可動域を超えて動作しないため、安全に使用できる。また、関節補助ユニットの機械的な切替動作と動力源(モータ等)の電気的な制御プログラムの切替動作を同時にできるため操作性と安全性に優れている。
歩行補助装置の使用状態を示す模式図であり、図1(a)は脚を伸展させた状態を示し、図1(b)は脚を屈曲させた状態を示す。 歩行補助装置の関節補助ユニットの構成を示す模式図である。 移動ユニットの動作例を説明するための断面を示す模式図である。 第2のリンクに形成された案内経路の一例を示す模式図である。 移動ユニットの構成を説明するための模式図である。 左脚に装着される関節補助ユニットの動作例を示す模式図であり、図6(a)は伸展状態を示し、図6(b)は屈曲状態を示す。 右脚に装着される関節補助ユニットの動作例を示す模式図であり、図7(a)は伸展状態を示し、図7(b)は屈曲状態を示す。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、関節補助ユニットを、利用者の膝関節に用いた歩行補助装置について説明を行う。また、以下の説明において、「屈曲動作」とは、膝関節を曲げる動作をいい、「伸展動作」とは、膝関節が伸びる動作をいう。
図1に示すように、本実施形態の歩行補助装置Sは、利用者の脚に装着されるもので、左右の脚に兼用して装着可能な歩行補助ユニットUを備えている。この歩行補助ユニットUは、脚の膝関節から上腿部16にかけて装着される上腿装着ユニット5と、膝関節から下腿部17にかけて装着される下腿装着ユニット10と、膝関節に装着される関節補助ユニット20と、を備えている。なお、歩行補助装置Sは、例えば、利用者の腰部に装着される腰部装着ユニット2に連結されて用いられ、両脚に補助が必要な場合には、歩行補助ユニットUが左右のそれぞれの脚に装着される。
この歩行補助ユニットUは、動力源としての例えばモータの駆動により上腿装着ユニット5に対して下腿装着ユニット10を前後方向に揺動させることで、使用者に対して、例えば、図1(a)に示す伸展動作と、図1(b)に示す屈曲動作を適正に行わせ、歩行補助を行う。
腰部装着ユニット2は、利用者の腰に巻回して取り付けられる腰ベルト3を備え、腰ベルト3の左右には、上腿装着ユニット5と連結される連結具4が設けられている。
上腿装着ユニット5は、利用者の上腿部16の側面に配置される平板状の上腿部プレート6を有し、上端部が腰部装着ユニット2に連結具7を介して回転可能に連結され、上腿部プレート6は上腿部16の外側面に沿って立ち上がるようにして取り付けられる。また、上腿部プレート6には、上腿部16の一部に接触させる接触部材や接触部材を上腿部16に密着させる面ファスナ等の取付具8が設けられており、この取付具8によって上腿部プレート6が膝上に固定して取り付けられる。
また、下腿装着ユニット10は、利用者の下腿部17の側面に配置される平板状の下腿部プレート11を有し、上端部が上腿部プレート6との間で関節補助ユニット20を介して連結され、下腿部プレート11は下腿部17の外側面に沿って垂下して取り付けられる。また、下腿部プレート11には、膝下に接触、及び足首に接触させる接触部材や接触部材を膝下及び足首に密着させる面ファスナ等の取付具12が設けられており、この取付具12によって下腿部プレート11の下端部が膝下及び足首の外側面に固定して取り付けられる。
図1及び図2に示すように、関節補助ユニット20は、利用者の膝関節の外側面に配置され、上腿部プレート6に連結される平板状の第1のリンク21と、この第1のリンク21との間で屈伸自在に連結され、下腿部プレート11に取り付けられる平板状の第2のリンク22と、第1のリンク21に対して第2のリンク22を前後方向に回転運動させる図示しない駆動部と、第2のリンク22の回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部30と、を備えている。
第1のリンク21と第2のリンク22は、例えば、図3に示すように、第2のリンク22が利用者側に配置されるように第1のリンク21に重ね合されて4つのピン状の固定ネジ25を用いて相互に回転可能に連結され、第1のリンク21の外側に配置される図示しない駆動部の駆動によって第2のリンク22を回転運動させる。
駆動部は、図示しないが、動力源としてのモータ、モータの回転力を第2のリンク22に伝達する動力伝達機構、モータを駆動制御する制御基板、モータに電源を供給するバッテリ等を備え、例えば、第1のリンク21に積載されて筐体24内に収容される。
図2及び図3に示すように、回転規制部30は、ピン状の突起31(本願の係合体の一例)と、この突起31と係合する係合部33と、を備えている。図3に示すように、突起31は、第1のリンク21に設けられ、第2のリンク22側へと突出して設けられている。
係合部33は、第2のリンク22に形成され、第2のリンク22の2つの異なる方向の回転動作に応じて突起31を案内する2つの案内経路34、35を有する。
第1の案内経路34は、図4において、第2のリンク22の外周縁に形成される外周溝36を有し、この外周溝36に沿って突起31を時計回りに案内する。この外周溝36の一端と他端には、外側に突出する突出部36a、36b(本願の規制部の一例)が形成され、この一対の突出部36a、36bによって突起31の移動が規制され、突起31の移動範囲が規定される。
第2の案内経路35は、図4において、第2のリンク22の外周縁内側に形成される内周溝37を有し、この内周溝37に沿って突起31を反時計回りに案内する。この内周溝37の一端と他端は閉塞されており、この一端と他端によって突起31の移動が規制され、突起31の移動範囲が規定される。
また、各々の案内経路34、35は、第2のリンク22の回転中心と突起31との距離を半径とした円弧状に形成された突起31と係合する係合部分33aを有し、第2のリンク22の回転に応じて突起31が係合部分33aに沿って移動する。
また、図4に示すように、各案内経路34、35に形成されている係合部分33aは、半径の異なる円弧状に形成されており、2つの案内経路34、35は、連絡経路39によって連絡する。
第1の案内経路34と第2の案内経路35は、第1のリンク21と第2のリンク22の伸展動作時を基準に第2のリンク22の回転動作に対応して形成されているとともに、鉛直方向において各案内経路34、35の端部同士が重なるように配置される。連絡経路39はこの端部同士を連絡するように鉛直方向に直線状に延びて形成されており、各案内経路34、35は夫々独立して設けられている。
そして、この連絡経路39を用いて2つの案内経路34、35間で突起31を移動することによって第2のリンク22の回転方向を切り替えることが可能である。
なお、案内経路34、35及び連絡経路39の位置は一例であって、限定されるものではなく、第2のリンク22に適宜配置され変更可能である。なお、案内経路34、35及び連絡経路39の変更にともなって、突起31の位置や後述する移動ユニット40の位置も適宜変更される。
また、案内経路34、35は、膝関節の可動域にしたがって設計され、この案内経路34、35による突起31の移動範囲により可動域(第2のリンク22の回動域)が規定される。
また、関節補助ユニット20は、図3及び図5に示すように、突起31を第1の案内経路34と第2の案内経路35の間で移動させる移動ユニット40を備えており、この移動ユニット40は、第1のリンク21に設けられている。この移動ユニット40は、連絡経路39において、リンク機構によって突起31を各案内経路34、35に移動させる。
移動ユニット40は、突起31を移動する突起移動部材41と、突起移動部材41を操作する操作部材42と、で構成されたリンク機構を備えている。
突起移動部材41は、直線状に延びる部材であって、先端部に突起31が取り付けられ、基端部に操作部材42が連結ピン43等によって相互に回転可能に連結されている。この突起移動部材41は、第1のリンク21に形成された少なくとも鉛直方向に直線状に延びる溝45に配置され、操作部材42の操作によりこの溝45内を所定の範囲で移動する。
操作部材42は、直線状に延びる部材であって、先端部は、第1のリンク21の側方外側に突出して所定の範囲で回転可能に設けられ、基端部には突起移動部材41が連結ピン43等によって相互に回転可能に連結されている。
この操作部材42は、先端部が、突起31を第1の案内経路34上に保持する第1の位置と、突起31を第2の案内経路35上に保持する第2の位置との間をスライドにより移動可能に設けられており、この操作部材42のスライド操作により連結ピン43を介して突起移動部材41を鉛直方向に移動させ、突起31を連絡経路39内で移動させる。
そして、図2及び図5(a)に示すように、例えば、操作部材42が第2の位置に配置されて突起31が連絡経路39の下端部に配置されると、第2の案内経路35にしたがって突起31を移動可能となり第2のリンク22を反時計回りに回転可能である。一方、図5(b)に示すように、操作部材42が第1の位置に配置され突起移動部材41が引き上げられて、突起31が連絡経路39の上端部に配置されると、第1の案内経路34にしたがって突起31を移動可能となり第2のリンク22を時計回りに回転可能である。
このように本実施形態の移動ユニット40は、操作部材42のスライド操作によって、第1の案内経路34又は第2の案内経路35に切り替えて突起31を所定の案内経路34、35にしたがって移動可能となっており、第2のリンク22の動作(回転)方向を切り替え可能となっている。
また、この移動ユニット40には、操作部材42が操作された際に自動的に制御プログラムを切り替えて、本実施形態では動力源による回転方向を切り替える電気的切替ユニット(本願の切替手段の一例)が設けられている。
電気的切替ユニットは、接点51の移動により動力源による回転方向を切り替えるスイッチ50を備え、このスイッチ50の操作によって動力源の回転方向が切り替えられる。
このスイッチ50は、第1のリンク21に形成された溝45内であって、突起移動部材41に隣接して設けられており、操作部材42の操作による突起移動部材41の移動により、突起移動部材41が接点51を押圧し接点51を移動し動力源の回転方向を逆回転させる逆回転位置と(図5(b))、突起移動部材41が接点51を押圧せずに接点51を移動しないで動力源の回転方向を正回転させる正回転位置と(図5(a))、の間で操作される。
そして、操作部材42が操作されて、図2に示すように、突起31が第2の案内経路35に配置された際には、突起移動部材41により接点が押圧されず、スイッチ50が正回転位置に操作されるため、動力源は正回転され、第2のリンク22を反時計回りに回転させる。一方、突起31が第1の案内経路34に切り替えられた際には、突起移動部材41により接点が押圧され、スイッチ50が逆回転位置に操作されるため、動力源は逆回転され、第2のリンク22を時計回りに回転させる。
このように本実施形態の電気的切替ユニットは、操作部材42のスライド操作による案内経路34、35の切り替え動作に対応して、自動的に制御プログラムの切り替え(例えば動力源の回転方向)が可能となっており、案内経路34、35の切り替えと同時に電気的な制御プログラムの切り替えができ便利であり操作性の向上を容易に図ることが可能であるとともに、機械的な動作と電気的な制御プログラムの切り替え動作を独立して行う際に生じるおそれのある誤作動を防止できる。
次に、本実施形態の歩行補助装置Sの動作例を説明する。なお、本実施形態では、歩行補助ユニットUが右脚に装着された場合、第2のリンク22を反時計回りに回転させて第2の案内経路35を用いるものとし、歩行補助ユニットUが左脚に装着された場合、第2のリンク22を時計回りに回転させて第1の案内経路34を用いるものとして説明を行う。
まず、歩行補助ユニットUを左脚に装着した場合の動作例について図6を用いて説明する。
使用者の左脚に歩行補助ユニットUを装着後、操作部材42が第1の位置に配置されているかを確認する。ここで、操作部材42が第2の位置に配置されている場合には、操作部材42をスライド操作して第1の位置に移動する。
操作部材42が第1の位置に配置されると、突起31が第1の案内経路34の一端側に配置される。なお、操作部材42が第1の位置に配置されると同時に、図5(b)に示すように、接点51が押圧され、スイッチ50が逆回転位置に操作される。
次に、使用者が図示しない歩行補助ユニットUの電源をON操作することで、上述した駆動部が駆動する。具体的には、関節補助ユニット20は、動力源を逆回転で回転制御することで第2のリンク22を駆動し、突起31を第1の案内経路34にしたがって移動させ、図6(a)に示す伸展動作位置から図6(b)に示す屈曲動作位置の間で第2のリンク22を揺動させる。
また、第1の案内経路34は突出部36a、36bによって突起31の移動範囲が規制されるため、予め規定された利用者の膝関節の可動域に達すると突起31の移動が規制されるため、所定の可動域を超えて第2のリンク22が駆動するおそれがなく、利用者は歩行補助ユニットUを安全に使用することができる。
次に、歩行補助ユニットUを右脚に装着した場合の動作例について図7を用いて説明する。
使用者の右脚に歩行補助ユニットUを装着後、操作部材42が第2の位置に配置されているかを確認する。ここで、操作部材42が第1の位置に配置されている場合には、操作部材42をスライド操作して第2の位置に移動する。
操作部材42が第2の位置に配置されると、突起31が第2の案内経路35の一端側に配置される。なお、操作部材42が第2の位置に配置されると同時に、図5(a)に示すように、接点51が押圧されず、スイッチ50が正回転位置に操作される。
次に、使用者が図示しない歩行補助ユニットUの電源をON操作することで、動力源が駆動する。具体的には、関節補助ユニット20は、動力源を正回転で回転制御することで第2のリンク22を駆動し、突起31を第2の案内経路35にしたがって移動させ、図7(a)に示す伸展動作位置から図7(b)に示す屈曲動作位置の間で第2のリンク22を揺動させる。
また、第2の案内経路35は内周溝37の一端と他端によって突起31の移動範囲が規制されるため、予め規定された利用者の膝関節の可動域に達すると突起の移動が規制されるため、所定の可動域を超えて第2のリンク22が駆動するおそれがなく、利用者は歩行補助ユニットUを安全に使用することができる。
次に、歩行補助装置Sの使用者への装着例を図1を用いて説明する。なお、便宜的に、歩行補助ユニットUを右脚に装着する一例について詳述する。
本実施形態の歩行補助装置Sは、連結具4、7を用いて、腰部装着ユニット2と歩行補助ユニットUが分離可能となっており、使用者の腰部に腰部装着ユニット2を装着した後、右脚の上腿部16及び下腿部17に歩行補助ユニットUを装着して使用される。
まず、腰部装着ユニット2は、連結具4が使用者の上腿部16の外側面に沿うように配置されるようにして、腰ベルト3の長さが調整されて腰部に装着される。
次に、歩行補助ユニットUが、右脚に装着される。具体的には、取付具8、12を用いて上腿装着ユニット5および下腿装着ユニット10が利用者の上腿部16と下腿部17に装着され、歩行補助装置Sの装着を終了する。
次に、操作部材42を操作して、図7に示すように、突起31を連絡経路39の下端部に配置する。その際、動力源の回転方向も第2のリンク22の回転方向と一致するように制御される。
一方で、この歩行補助装置Sは左右兼用で使用することが可能となっており、上記同様に左脚に装着した場合には、操作部材42を操作して、図6に示すように、突起31を連絡経路39の上端部に配置すればよい。
このように本実施形態の歩行補助装置Sは、操作部材42のスライド操作のみで、自動的に制御プログラムの切り替えが可能であるとともに下腿装着ユニット10の動作方向を切り替えることができ操作性に優れているとともに、機械的な動作と電気的な制御プログラムの切り替え動作を独立して行う際に生じるおそれのある誤作動を防止できる。また、歩行補助ユニットUを反転させるだけで左右の脚に兼用して装着することができコストの低減化を図れる。また、下腿装着ユニット10は、回転規制部30により、予め規定された膝関節の可動域を超えて動作しないため、安全に歩行補助装置Sを使用することができる。
なお、本願は本実施形態に限定されるものではなく、種々の形態にて実施することが可能である。例えば、第1の案内経路34は、第2のリンク22の外周縁に形成されているが、第1及び第2の案内経路34、35の両方を第2のリンク22の内側に形成しても構わない。また、移動ユニット40は2つの部材を用いたリンク機構としているが、1つの部材で突起31を移動するようにしても良いし、3つ以上の部材を用いたリンク機構としても構わない。
S…歩行補助装置
20…関節補助ユニット
21…第1のリンク
22…第2のリンク
31…突起
33…係合部
34…第1の案内経路
35…第2の案内経路
39…連絡経路
40…移動ユニット

Claims (5)

  1. ユーザの関節部回りに装着される関節補助ユニットであって、
    前記関節部の一端側に装着される第1のリンクと、
    前記関節部の他端側に装着され、前記第1のリンクに対して回転可能に連結される第2のリンクと、
    前記第2のリンクを回転駆動する駆動部と、
    前記第2のリンクの回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部と、を備え、
    前記回転規制部は、
    一方の前記リンクに設けられる係合体と、他方の前記リンクに設けられ、前記係合体と係合する係合部と、を備え、
    前記係合部は、
    前記第2のリンクの回転方向に応じて移動する前記係合体を異なる方向に案内する2つの案内経路と、2つの前記案内経路を連絡する連絡経路と、を有し、
    前記係合体は、前記連絡経路を介して2つの前記案内経路の間を移動可能であることを特徴とする関節補助ユニット。
  2. 各前記案内経路は、前記係合体の移動範囲を規制する規制部を有していることを特徴とする請求項1に記載の関節補助ユニット。
  3. 前記係合体を一方又は他方の前記案内経路に移動する移動ユニットを備えていることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の関節補助ユニット。
  4. 前記係合体を一方から他方の前記案内経路に移動した際に、機械的に前記駆動部の回転方向を切替える切替手段を備えていることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一項に記載の関節補助ユニット。
  5. 脚の膝関節から上腿部にかけて装着される上腿装着ユニットと、前記膝関節から下腿部にかけて装着される下腿装着ユニットと、前記膝関節に装着される関節補助ユニットと、を備え、
    前記関節補助ユニットは、
    前記上腿装着ユニットと連結される第1のリンクと、
    前記下腿装着ユニットと連結され、前記第1のリンクに対して回転可能に連結される第2のリンクと、
    前記第2のリンクを回転駆動する駆動部と、
    前記第2のリンクの回転方向及び回転範囲を規制する回転規制部と、を備え、
    前記回転規制部は、
    一方の前記リンクに設けられる係合体と、他方の前記リンクに設けられ、前記係合体と係合する係合部と、を備え、
    前記係合部は、
    前記第2のリンクの回転方向に応じて移動する前記係合体を異なる方向に案内する2つの案内経路と、2つの前記案内経路を連絡する連絡経路と、を有し、
    前記係合体は、前記連絡経路を介して2つの前記案内経路の間を移動可能であることを特徴とする歩行補助装置。
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