JP2019177055A - 足関節・足部の運動支援装置 - Google Patents

Abstract

【課題】足関節・足部の動きの多様性を向上させることができる足関節・足部の運動支援装置を提供することを課題とする。【解決手段】足関節５０および足部５１の運動を支援する足関節・足部の運動支援装置１００であって、足首から末端側の足の挿入が可能とされ、足が挿入された際に足を押圧することにより足の姿勢を調節する第１の空気圧アクチュエータユニット２０と、第１の空気圧アクチュエータユニットを保持する保持部３０と、保持部を前後左右に傾斜させることを可能にする第２の空気圧アクチュエータユニット４０とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、リハビリテーションの際等に足関節・足部の可動域訓練等に使用することが可能な足関節・足部の運動支援装置に関する。

事故や病気により関節を動かすことができない状態が長く続いてしまうと関節に拘縮が生じることがある。拘縮が生じると、関節可動域が縮小して生活活動が著しく制限されてしまう。そのように関節可動域が縮小することを関節可動域制限と呼ぶ。関節可動域制限が発症し得る関節の中でも足関節・足部の関節（「足関節・足部の関節」は、足首から末端までの関節を含む）は、歩行する上で重要な関節である。そこで、従来、足関節・足部の関節の関節可動域制限を予防または改善することが可能な関節可動域訓練装置が開発されており、その一例が非特許文献１に開示されている。

非特許文献１に記載の関節可動域訓練装置は、複数の袋状空気圧アクチュエータを備えており、その複数の袋状空気圧アクチュエータの間に足部を挿入可能となっている。この関節可動域訓練装置においては、各袋状空気圧アクチュエータにより足部を押圧することで、足関節・足部の背屈動作等を行うことが可能となっている。

また、足首の屈伸運動を行う器具として、特許文献１に記載されているものがある。特許文献１には、床面等に配置される本体部と、この本体部の左右に配置されたステップ部と、このステップ部を回動させるモータとを備えた運動器具が開示されている。この運動器具においては、ステップ部に使用者の足部を配置した状態でモータを駆動することにより足首の屈伸運動を行うことが可能となっている。また、特許文献１の図１７には、上記の本体部を床面に対して傾斜させて、上記のステップ部と使用者の足部との位置関係を調節可能とすることが開示されている。

特許第６０８０３３２号公報 谷口浩成、他２名，「空気圧アクチュエータによる足関節の関節可動域訓練手法に関する検討」，ＬＩＦＥ２０１６講演論文集，ＬＩＦＥ２０１６，２０１６年９月，ｐ．４５７−４５９

ところで、足関節・足部の関節は、底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反といった多様な動作をすることが可能な構造を有しているが、非特許文献１および特許文献１のいずれの技術においても、足関節・足部の関節に上記の８つの動作のうちの限られた動作しかさせることができないという問題があった。

具体的には、特許文献１の技術においては、ステップ部を前後方向に傾斜させることしかできないため、できたとしても足関節に底屈動作および背屈動作をさせることしかできなかった。

また、非特許文献１の技術においては、足関節・足部の関節に底屈動作、背屈動作、内転動作、外転動作をさせることについては記載されているが、内返し動作、外返し動作、内反動作、および外反動作をさせることについては記載されておらず、これら４つの動作については行うことができない可能性があった。

なお、非特許文献１の技術においては、内返し動作、外返し動作等を行うために足裏側の袋状空気圧アクチュエータ（非特許文献１のFig2参照）を足幅方向に並べて、足幅方向両側の袋状空気圧アクチュエータの高さを個別に調節することも考えられる。しかし、足幅方向両側の袋状空気圧アクチュエータどうしの間隔の調節が難しい（間隔が狭すぎるとアクチュエータどうしが干渉し、間隔が広すぎると使用者の足のサイズによってはアクチュエータどうしの隙間に足が嵌ってしまう）という問題があった。また、袋状空気圧アクチュエータに代えてベローズ状空気圧アクチュエータを使用することも考えられるが、ベローズ状空気圧アクチュエータは荷重によって座屈する可能性があるという問題があった。

また、使用者の足関節・足部の関節の可動域限界は外部からは分かりにくい為、使用者の足関節・足部に過度の負担がかからないように慎重に関節可動域訓練を行う必要があり、安全性確保の観点も重要である。

そこで、本願発明では、足関節・足部の運動支援を行う際に足関節・足部に８つの動作を行わせることができる安全な足関節・足部の運動支援装置を提供することを目的とする。

（１）本発明は、足関節・足部の運動を支援する足関節・足部の運動支援装置であって、足首から末端側の足の挿入が可能とされ、当該足が挿入された際に当該足を押圧することにより当該足の姿勢を調節する第１の空気圧アクチュエータと、前記第１の空気圧アクチュエータを保持する保持部と、前記保持部を前後左右に傾斜させることを可能にする第２の空気圧アクチュエータと、を備えることを特徴とする足関節・足部の運動支援装置である。

本発明によれば、第１の空気圧アクチュエータによる姿勢の調節と第２の空気圧アクチュエータによる傾斜とが実行されることによって、足首から末端側の足の姿勢の多様性を向上させ、これにより、足関節・足部の運動支援（足関節・足部の可動域訓練等）を行う際に足関節・足部に８つの動作（底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反）を行わせることが可能となる。

なお、足関節（Ancle joint）は、足首の関節をいい、距腿関節ともいう。また、足部は足首より末端側の部分をいう。足部の関節には、例えば、距骨下関節（Subtalar joint）、ショパール・リスフラン関節（ Chopart/Lisfrane joints）等の関節が含まれる。また、「足」は足首から下肢の末端までの部分（足首から足の指まで）をいい、足関節および足部を含む。

また、姿勢の固定・調節を行う第１の空気圧アクチュエータとともに、保持部を前後左右に傾斜させる前記第２の空気圧アクチュエータも空気圧を動力とするものである。このため、可動域訓練を行う際に、可動域が想定より狭い使用者であっても、しなやかに保持部の傾斜角度が変化しうる為、足関節・足部に過大な力が加わらず、使用者の足関節・足部に無理がかからず安全に可動域訓練等を行うことができる。

また、第２の空気圧アクチュエータの駆動および制御は、第１の空気圧アクチュエータと共通のコンプレッサ等および制御部で行いうるため、設備構成が簡易になる。

なお、第１の空気圧アクチュエータおよび第２の空気圧アクチュエータは、各々、複数の空気圧アクチュエータで構成されていてもよいし、単独の空気圧アクチュエータで構成されていてもよい。複数の空気圧アクチュエータで第１の空気圧アクチュエータを構成すれば、複数の空気圧アクチュエータ間で押圧力が分散されるため、よりしなやかに足を押圧することができる。したがって、複数の空気圧アクチュエータで第１の空気圧アクチュエータを構成することが好ましい。第２の空気圧アクチュエータを複数の空気圧アクチュエータで構成した場合においても、よりしなやかに傾斜角度を変化させることができる。

また、第１の空気圧アクチュエータおよび第２の空気圧アクチュエータの種類は特に限定されるものではないが、例えば、袋状の空気圧アクチュエータ（エアバッグ）に空気を出し入れすることによって袋状の空気圧アクチュエータを膨張・収縮させるものであってもよいし、エアシリンダに空気を出し入れすることによってエアシリンダを伸縮させるものであってもよい。袋状の空気圧アクチュエータを採用すれば、空気圧アクチュエータが柔軟性を有するため、よりしなやかに足を押圧し、また、よりしなやかに保持部の傾斜度合いを変化させることができる。したがって、袋状のアクチュエータを採用することが好ましい。

（２）上記（１）の発明において、前記第２の空気圧アクチュエータは、前記保持部の所定の部分を一定高さの基準位置として、当該基準位置が前記保持部の揺動中心となるように前記保持部を前後左右に傾斜させることが可能に構成されていることを特徴とする。

（２）の構成によれば、使用者に対する保持部の相対位置が大きくは変化しないので、使用者は本支援装置の使用中に体幹の姿勢をほとんど変更する必要がなく、使用者の体に掛かる負担を抑えることができる。また、本支援装置の誤作動等に対する安全性を高めることができる。

（３）上記（１）または（２）の発明において、前記第１の空気圧アクチュエータは、前記足における踵部を保持する踵部用空気圧アクチュエータと、前記足における甲部を押圧する甲部用空気圧アクチュエータと、前記足における足裏部を押圧する足裏部用空気圧アクチュエータと、前記足における右側部の前後方向前側部分、前後方向中央部分、および前後方向後側部分のうち前記前後方向前側部分を押圧する右側部用空気圧アクチュエータと、前記足における左側部の前後方向前側部分、前後方向中央部分、および前後方向後側部分のうち前記前後方向前側部分を押圧する左側部用空気圧アクチュエータとを有し、前記踵部用空気圧アクチュエータ、前記甲部用空気圧アクチュエータ、前記足裏部用空気圧アクチュエータ、前記右側部用空気圧アクチュエータ、および前記左側部用空気圧アクチュエータのうち、少なくともいずれか１つによる押圧動作と、前記第２の空気圧アクチュエータによる傾斜動作とが行われることを特徴とする。

（３）の構成によれば、踵部用空気圧アクチュエータ、甲部用空気圧アクチュエータ、足裏部用空気圧アクチュエータ、右側部用空気圧アクチュエータ、および左側部用空気圧アクチュエータのうち、少なくともいずれか１つによる押圧動作と、第２の空気圧アクチュエータによる傾斜動作とが行われることにより、底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反の８つの動作を足関節・足部に行わせることができる。また、これらの８つの動作をこれらの空気圧アクチュエータの組み合わせにより行うことができる。

（４）上記（１）から（３）のいずれか１つの発明において、前記第１の空気圧アクチュエータと前記第２の空気圧アクチュエータとを協働して駆動させるための制御部を備えることを特徴とする。

ここで、「協働して駆動させる」とは、例えば、第１の空気圧アクチュエータと前記第２の空気圧アクチュエータの駆動動作のうち、一方の空気圧アクチュエータの一連の動作が完結してから他の空気圧アクチュエータの一連の動作を開始するのではなく、一方の空気圧アクチュエータの動作と他方の空気圧アクチュエータの動作とを同時的又は、所定のタイミング、所定の順序で逐次的に行うことをいう。

（４）の構成においては、第１の空気圧アクチュエータの動作期間と、第２の空気圧アクチュエータの動作期間とが少なくとも一部の期間において重複していてもよいし、互いの動作期間が必ずしも重複していなくてもよい。例えば、第１の空気圧アクチュエータの動作を開始させた後、第１の空気圧アクチュエータの動作を終了させる前に、第２の空気圧アクチュエータの動作を開始してもよいし、逆に、第２の空気圧アクチュエータの動作を開始させた後、第２の空気圧アクチュエータの動作を終了させる前に、第１の空気圧アクチュエータの動作を開始してもよい。また、第１の空気圧アクチュエータの動作期間と、第２の空気圧アクチュエータの動作期間とが同じであってもよい。つまり、第１の空気圧アクチュエータの動作を開始させるタイミングと、第２の空気圧アクチュエータの動作を開始させるタイミングとが同時であり、第１の空気圧アクチュエータの動作を終了させるタイミングと、第２の空気圧アクチュエータの動作を終了させるタイミングとが同時であってもよい。

（４）の構成によれば、前記第１の空気圧アクチュエータと、第２の空気圧アクチュエータとが協働した動作で足部の姿勢を変化させることができるため、足関節・足部の動作の多様性をさらに向上させることができる。したがって、例えば、使用者の足関節・足部の状態（可動域の大きさ等）に応じて適切な運動支援を行うことができる。また、動作時間を第１の空気圧アクチュエータと前記第２の空気圧アクチュエータを個々別々に行う場合に比べ、短縮することができ、効率よく可動域訓練等が行える。

本発明によれば、足関節・足部の運動支援を行う際に足関節・足部に８つの動作を行わせることができる安全な足関節・足部の運動支援装置を提供することができる。

足関節・足部の８つの動作を示す図であり、（ａ）は底屈動作、（ｂ）は背屈動作、（ｃ）は内転動作、（ｄ）は外転動作、（ｅ）は内返し動作、（ｆ）は外返し動作、（ｇ）は内反動作、（ｈ）は外反動作を示す図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置の初期状態の一例を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置の制御系統を示すブロック図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に底屈動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に背屈動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に内転動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に外転動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に内返し動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置の左側面図、（ｄ）は運動支援装置の右側面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に外返し動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置の左側面図、（ｄ）は運動支援装置の右側面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に内反動作を行わせた状態を示す図であり、（（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に外反動作を行わせた状態を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。 （ａ）は実施例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に底屈動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節に底屈動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフであり、（ｂ）は実施例に係る右足関節・足部の運動支援装置により右足関節に内転動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に内転動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフである。横軸目盛は被験者番号、縦軸は角度（°）を示す。尚、（ａ）（ｂ）の両図とも、最大可動域の値も示されている。 （ａ）は実施例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に内返し動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に内返し動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフであり、（ｂ）は実施例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に内転動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により右足関節・足部に外返し動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフである。横軸目盛は被験者番号、縦軸は角度（°）を示す。尚、（ａ）（ｂ）の両図とも、最大可動域の値も示されている。 （ａ）は実施例に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に内反動作を行わせた場合の試験結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節・足部に内反動作を行わせた場合の試験結果を示すグラフである。

以下、本発明に係る足関節・足部の運動支援装置の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置は、例えば、リハビリテーションの現場で使用することができるが、これに限定されるものではなく、リハビリテーション以外の目的で使用することも可能である。

底屈動作および背屈動作等には、足関節の他、距骨下関節およびショパール・リスフラン関節も動作に関与する。また、内転動作、外転動作、内返し動作、および外返し動作等には、距骨下関節（Subtalar joint）、ショパール・リスフラン関節の他、足関節も動作に関与する。したがって、これらの動作において、足関節の運動と足部の関節の運動とを分けて考えることは困難である（一般社団法人日本足の外科学会，インターネットURL:
1522393354897_0.pdf
，［平成３０年３月２８日検索］を参照）。そこで、本明細書では、「足関節・足部」の動作を一体の動きとしてとらえ、「足関節・足部」の動作として表記することとする。

ここで、足関節・足部の動作の種類について、図１を参照しつつ説明する。

図１は足関節・足部の８つの動作を示す図であり、（ａ）は底屈動作、（ｂ）は背屈動作、（ｃ）は内転動作、（ｄ）は外転動作、（ｅ）は内返し動作、（ｆ）は外返し動作、（ｇ）は内反動作、（ｈ）は外反動作を示す図である。なお、図１には傾斜角度または回転角度の数値が記載されているが、ここに記載されている数値は一例であり、数値の変更は可能である。

底屈動作とは、図１の（ａ）に示されるように、足関節・足部を足の裏（足底）の方向に折り曲げる運動のことである。具体的には、例えば、爪先立ちするときのように、足（下肢における足関節より末端側の部分）を下腿（すね）からまっすぐにする運動を指す。

背屈動作とは、図１の（ｂ）に示されるように、足の甲（足背）の側に足関節・足部を運動させることである。

内転動作とは、図１の（ｃ）に示されるように、足関節・足部を内側に回転させることである。

外転動作とは、図１の（ｄ）に示されるように、足関節・足部を外側に回転させることである。

内返し動作とは、図１の（ｅ）に示されるように、足底が内方を向くように足関節・足部を運動させることである。

外返し動作とは、図１の（ｆ）に示されるように、足底が外方を向くように足関節・足部を運動させることである。

内反動作とは、図１の（ｇ）に示されるように、底屈動作と内転動作と内返し動作との複合動作である。回外動作とも言う。

外反動作とは、図１の（ｈ）に示されるように、背屈動作と外転動作と外返し動作との複合動作である。回内動作とも言う。

＜足関節・足部の運動支援装置とその駆動＞
図２は、本実施形態に係る足関節・足部の運動支援装置の初期状態の一例を示す図であり、（ａ）は動作ユニットを右側から見たときの部分断面図、（ｂ）は動作ユニットを上側から見たときの部分断面図、（ｃ）は運動支援装置を左側から見たときの部分断面図、（ｄ）は運動支援装置を右側から見たときの部分断面図である。なお、図２および図３においては、後述のハウジングを、便宜上、断面で示している。後述の図４〜図１１についても同様である（ただし、図８の（ｃ），（ｄ）、図９の（ｃ），（ｄ）を除く）。

動作ユニットは、後述の第１の空気圧アクチュエータユニット２０と、この第１の空気圧アクチュエータユニット２０を保持する後述のハウジング３０とを併せたものをいい、直接足部を圧迫して固定し、所定の方向から足に圧力を加えて足関節・足部を動作させるものである。

傾斜ユニットは、上記動作ユニットを傾斜させるものをいう。上記のハウジング３０の底部の下面の略中央部に取り付けられ、ハウジング３０を揺動可能に支持する後述のボールジョイント６０と、このボールジョイント６０を支持する後述の台座７０と、動作ユニットを傾斜させるための第２の空気圧アクチュエータユニット４０とを備える。

動作ユニットのハウジング３０は、アルミ板を箱状に曲げ底部周りをアルミ桟で補強したものである。ハウジング３０の底部の略中央にボールジョイント６０のソケットが固定されている。傾斜ユニットの台座７０は、金属板を桟で補強したものである。この台座７０の上面にボールジョント６０が立設されている。

なお、図２の（ａ）において矢印Ｘで示す方向を前後方向とし、図２の（ｂ）において矢印Ｙで示す方向を左右方向とする。また、図２の（ａ），（ｃ），（ｄ）においては、便宜上、後述する左側壁部をその周縁部を除いて向こう側が透けて見えるように記載している。また、図２の（ｂ）においては、便宜上、後述する天井部の図示を省略している。後述の図４〜図１１についても同様である。

図２に示されるように、足関節・足部の運動支援装置１００（以下、「運動支援装置１００」と称する）は、下肢における足首から末端側（先）の部分、すなわち足（foot）が挿入されて足を押圧することにより足の姿勢を調節する第１の空気圧アクチュエータユニット２０と、第１の空気圧アクチュエータユニット２０を保持するハウジング３０と、ハウジング３０を揺動可能な状態で支持するボールジョイント６０と、ハウジング３０を傾斜させることが可能な第２の空気圧アクチュエータユニット４０と、ボールジョイント６０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０を支持する台座７０とを備えている。第１の空気圧アクチュエータユニット２０による姿勢の調節と第２の空気圧アクチュエータユニット４０による傾斜とが共に実行されるようになっている。なお、第１の空気圧アクチュエータユニット２０には、必ずしも足の全体が挿入されなくてもよく、後述する８つの動作（底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反）を行うことができる程度に、少なくとも足の一部が挿入されて押圧されるとよい。

また、運動支援装置１００は、さらに、後述の各空気圧アクチュエータに送る圧縮空気を生成するコンプレッサ（図示略）と、各空気圧アクチュエータ内の空気を排出する排気ポンプ（図示略）と、コンプレッサで生成された圧縮空気を各アクチュエータに送ることが可能であるとともに、各空気圧アクチュエータ内の空気を排気ポンプへ送る可撓性のエアチューブ（図示略）と、このエアチューブに設けられた空気弁（図示略）と、この空気弁を制御する制御部２００（図３参照）と、この制御部２００に対して使用者が指示を与えることが可能な操作入力部３００（図３参照）とを備えている。なお、高圧管、減圧管が装置近傍までひかれているような場合は、高圧管、減圧管にエアチューブを接続すればよいため、コンプレッサや排気ポンプは不要であるが、本実施形態ではコンプレッサと排気ポンプを用いた。

上記運動支援装置１００には、空気制御用に常用されるアキュミュレータや、除湿器、その他流量計、圧力計、安全弁等が付設されていることが好ましい。

第１の空気圧アクチュエータユニット２０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０に属する各空気圧アクチュエータに送気又は排気するためのエアチューブの途中には空気弁が設けられている。個別の空気弁の開閉操作を自動または手動で行うこともできるが、一つの部位用の複数の空気圧アクチュエータをまとめて一つの弁で開閉してもよいし、協働動作を行う場合用に、複数の部位の空気圧アクチュエータをまとめて開閉動作してもよい。

第１の空気圧アクチュエータユニット２０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０の協働動作を行うためには、第１の空気圧アクチュエータユニット２０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０に属する特定の空気圧アクチュエータに対し同時又は一定のタイミングで給排気できるようにそれらにつながる空気弁は電磁弁であることが好ましく、電磁弁をシーケンス制御等の制御を行うための制御部を有していることが好ましい。

図３に示される例では、運動支援装置１００は、第１の空気圧アクチュエータユニット２０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０の協働動作するための制御部２００を備えている。制御部２００では、第１の空気圧アクチュエータユニット２０および第２の空気圧アクチュエータユニット４０における個別の空気圧アクチュエータの膨張、収縮を一定の時系列で行わせるシーケンス制御を行うことが可能である。のみならず、一方の空気圧アクチュエータユニットにおける動作が完全に終了してから他方の空気圧アクチュエータユニットを動作させるのではなく、一方の空気圧アクチュエータユニットにおける個別の空気圧アクチュエータの膨張、収縮が完全に終了する前に、他の空気圧アクチュエータの個別の空気圧アクチュエータの膨張・収縮動作を行うシーケンス動作をも可能とするものである。

また、空気圧アクチュエータ内の圧力を検知する圧力センサのみならず、足にかかる圧力を検知するために、足と接する空気圧アクチュエータ外表面に１乃至複数の圧力センサが設けられていてもよく、それらの検知した値を表示する手段があってもよく、自動制御の場合には制御系への入力値として扱ってもよい。安全性が高まるからである。

以下の説明では、第１の空気圧アクチュエータユニット２０と、第１の空気圧アクチュエータユニット２０を保持するハウジング３０とを総称して、「動作ユニット」と称する場合がある。また、ボールジョイント６０と、第２の空気圧アクチュエータユニット４０と、台座７０とを総称して、「傾斜ユニット」と称する場合がある。

第１の空気圧アクチュエータユニット２０（本発明の「第１の空気圧アクチュエータ」に相当する）は、下肢における踵部５２を保持する踵部用空気圧アクチュエータ３と、下肢における甲部５３を押圧する第１の甲部用空気圧アクチュエータ１および第２の甲部用空気圧アクチュエータ６と、下肢における足裏部５４を押圧する足裏部用空気圧アクチュエータ２と、下肢における右側部５５を押圧する右側部用空気圧アクチュエータ５と、下肢における左側部５６を押圧する左側部用空気圧アクチュエータ４とを備えている。

踵部用空気圧アクチュエータ３（以下、「踵部用アクチュエータ３」と称する）は、ハウジング３０の底部の上面に固定されている。踵部用アクチュエータ３は、可撓性を有する複数の袋で構成されている。各袋には、上記のコンプレッサで生成された圧縮空気を上記の袋に送り込む可撓性のエアチューブ（図示略）が接続されている。また、このエアチューブには、上記の袋内の空気を排出する上記の排気ポンプが接続されている。第１の甲部用空気圧アクチュエータ１、第２の甲部用空気圧アクチュエータ６、足裏部用空気圧アクチュエータ２、右側部用空気圧アクチュエータ５、および左側部用空気圧アクチュエータ４においても同様である。

複数（例えば２つ）の袋は、各々、例えば、帆布とアルミニウムシート、およびプラスチックフィルムを積層した積層シートにより構成されている。上記の複数の袋は、例えば四角形状に形成されるとともに、膨らんだときに全体の膨張ストロークが大きくなるように、互いに厚み方向に連結されている。また、袋が膨らんだ状態から、コンプレッサからの圧縮空気の供給を停止し、排気ポンプによって袋内の空気を排出することにより、袋を萎ませることができる。第１の甲部用空気圧アクチュエータ１、第２の甲部用空気圧アクチュエータ６、足裏部用空気圧アクチュエータ２、右側部用空気圧アクチュエータ５、および左側部用空気圧アクチュエータ４においても同様である。

踵部用アクチュエータ３の複数の袋は、空気が入ることにより主に袋の厚みを増す方向に膨らむことにより踵部を後方から包み込むように押圧することができる。

第１の甲部用空気圧アクチュエータ１（以下、「第１の甲部用アクチュエータ１」と称する）は、ハウジング３０の天井部（図示略）の下面に固定されている。なお、図２の（ｂ）においては、便宜上、甲部用空気圧アクチュエータ１の図示を省略している。

第１の甲部用アクチュエータ１を構成する複数（例えば３つ）の袋は、空気が入ることにより下方に向かって膨らむことができ、膨らむことにより甲部を上方から押圧することができる。

第２の甲部用空気圧アクチュエータ６（以下、「第２の甲部用アクチュエータ６」と称する）は、第１の甲部用アクチュエータ１よりも後方において、左右方向に延びるように配置されており、その両端部がハウジング３０の底部の上面に固定されている。なお、図２の（ａ）においては、便宜上、第２の甲部用アクチュエータ６の図示を省略している。

第２の甲部用アクチュエータ６を構成する複数（例えば４つ）の袋は、各々、例えば、踵部用アクチュエータ３と同様の素材により構成されている。上記の複数の袋は、空気が入ることにより下方に向かって膨らむことができ、膨らむことにより第１の甲部用アクチュエータ１よりも後方で甲部５３を上方から押圧することができる。そして、第２の甲部用アクチュエータ６と踵部用アクチュエータ３とで踵部５２を上下から挟み込むことにより、踵部５２を保持することができる。

足裏部用空気圧アクチュエータ２（以下、「足裏部用アクチュエータ２」と称する）は、第１の甲部用アクチュエータ１の下方で、かつ、踵部用アクチュエータ３よりも前方に配置されており、ハウジング３０の底部の上面に固定されている。なお、図２の（ｂ）においては、便宜上、足裏部用アクチュエータ２の図示を省略している。

足裏部用アクチュエータ２を構成する複数（例えば３つ）の袋は、空気が入ることにより上方に向かって膨らむことができ、膨らむことにより甲部用空気圧アクチュエータ１の下方で足裏部を下方から押圧することができる。

右側部用空気圧アクチュエータ５（以下、「右側部用アクチュエータ５」と称する）は、第１の甲部用アクチュエータ１の右斜め下方で、かつ、踵部用アクチュエータ３の右斜め前方に配置されており、ハウジング３０の右側側壁部３２の内面に固定されている。なお、図２の（ａ）においては、便宜上、右側部用アクチュエータ５の図示を省略している。

右側部用アクチュエータ５を構成する複数（例えば３つ）の袋は、空気が入ることにより左側方に向かって膨らむことができ、膨らむことにより第１の甲部用アクチュエータ１の右斜め下方で足の右側部５５を押圧することができる。

左側部用空気圧アクチュエータ４（以下、「左側部用アクチュエータ４」と称する）は、第１の甲部用アクチュエータ１の左斜め下方で、かつ、踵部用アクチュエータ３の左斜め前方に配置されており、ハウジング３０の左側側壁部３３の内面に固定されている。なお、図２の（ａ）においては、便宜上、左側部用アクチュエータ４の図示を省略している。

左側部用アクチュエータ４を構成する複数（例えば３つ）の袋は、空気が入ることにより右側方に向かって膨らむことができ、膨らむことにより第１の甲部用アクチュエータ１の左斜め下方で足の左側部５６を押圧することができる。

ハウジング３０は、平面視で四角形状の底部３１と、底部３１の右側縁から立ち上がる右側側壁部３２と、底部３１の左側縁から立ち上がる左側側壁部３３と、右側側壁部３２と上記の左側側壁部３３との間を架け渡すように設けられる天井部（図示略）とを備えている。

ハウジング３０の後側端部には、開口部３４が形成されている。開口部３４は、足を挿通可能な大きさを有している。使用者は、この開口部３４を通じてハウジング３０内に足を挿入することができる。

ボールジョイント６０は、棒状部材の先端に金属球を設けた構造のボールスタッドと、上記の金属球に球面接触するソケットとを備えている。本実施形態では、例えば、ボールスタッドが下側に位置してソケットが上側に位置した状態で、ボールジョイント６０は台座７０の上に立設されている。ボールジョイント６０は、ハウジング３０の底板部の略中央部を一定高さで揺動可能に支持する。これにより、第２の空気圧アクチュエータユニット４０は、ハウジング３０における底部の略中央部を一定高さの基準位置として、この基準位置がハウジング３０の揺動中心となるようにハウジング３０を前後左右に傾斜させることが可能となる。なお、ボールジョイント６０は、ハウジング３０と使用者との距離を略一定に保ちつつハウジング３０の傾斜角度が前後左右に変えられるものであればよく、ボールとソケット相当部分はユニバーサルジョイント等であってもよいがボールジョイント６０はその動作等がシンプルであるため好ましい。

第２の空気圧アクチュエータユニット４０（本発明の「第２の空気圧アクチュエータ」に相当する）は、ハウジング３０の左側前部の下方に設けられた第１の左側前部空気圧アクチュエータ７および第２の左側前部空気圧アクチュエータ１１と、ハウジング３０の左側後部の下方に設けられた第１の左側後部空気圧アクチュエータ９および第２の左側後部空気圧アクチュエータ１３と、ハウジング３０の右側前部の下方に設けられた第１の右側前部空気圧アクチュエータ８および第２の右側前部空気圧アクチュエータ１２と、ハウジング３０の右側後部の下方に設けられた第１の右側後部空気圧アクチュエータ１０および第２の右側後部空気圧アクチュエータ１４とを備えている。

第１の左側前部空気圧アクチュエータ７（以下、「第１の左側前部アクチュエータ７」と称する）および第２の左側前部空気圧アクチュエータ１１（以下、「第２の左側前部アクチュエータ１１」と称する）は、台座７０の上面に固定された第２の左側前部アクチュエータ１１の上に第１の左側前部アクチュエータ７を位置させた状態で互いに上下２段に連結された状態で配置されている。

第１の左側前部アクチュエータ７および第２の左側前部アクチュエータ１１は、可撓性を有する袋で構成されている。各袋には、上記のコンプレッサで生成された圧縮空気を上記の袋に送り込む上記のエアチューブが接続されている。また、このエアチューブには、上記の袋内の空気を排出する上記の排気ポンプが接続されている。第１の左側後部空気圧アクチュエータ９、第２の左側後部空気圧アクチュエータ１３、第１の右側前部空気圧アクチュエータ８、第２の右側前部空気圧アクチュエータ１２、第１の右側後部空気圧アクチュエータ１０、および第２の右側後部空気圧アクチュエータ１４についても同様である。

各袋は、各々、例えば、アルミニウムシートにプラスチックフィルムを積層した積層シートにより構成されている。各袋は、空気が入ることにより上下方向に膨らむことができるとともに、膨らんだときに例えば柱状となるように形成され、膨らむことによりハウジング３０の左側前部を持ち上げることができる。また、袋が膨らんだ状態から、コンプレッサからの圧縮空気の供給を停止し、排気ポンプによって袋内の空気を排出することにより、袋を萎ませることができる。第１の左側後部空気圧アクチュエータ９、第２の左側後部空気圧アクチュエータ１３、第１の右側前部空気圧アクチュエータ８、第２の右側前部空気圧アクチュエータ１２、第１の右側後部空気圧アクチュエータ１０、および第２の右側後部空気圧アクチュエータ１４についても同様である。

第２の空気圧アクチュエータユニット４０を構成する各空気圧アクチュエータは、上記例では、すべて袋式のものであるが、袋式以外のものを採用してもよい。例えば、軸方向に伸縮するエアシリンダと、このエアシリンダの上下に設けられたボールジョイント６０のような角度可変連結具とを備えたエアシリンダ式のアクチュエータを採用し、このシリンダ式のアクチュエータにより、ハウジング３０の底板部３１と台座７０とを連結してもよい。この場合、エアシリンダへの空気の出し入れによりエアシリンダの長さを調整することができる。また、第２の空気圧アクチュエータを構成する空気圧アクチュエータには、袋式のアクチュエータとエアシリンダ式のアクチュエータとが混在していてもよい。この場合、各々の袋又はエアシリンダへの空気の出し入れにより、ハウジング３０の傾斜角度を前後左右自在な角度に調整してその角度を固定することができる。

第２の空気圧アクチュエータユニット４０を構成する各空気圧アクチュエータ７〜１４は、前部（指先側）の左方及び右方と後部（足首側）の左方及び右方とに計４か所配置されており、上段（ハウジング３０側）の４つの空気圧アクチュエータ７〜１０と下段（台座７０側）の４つの空気圧アクチュエータ１１〜１４とが高さ方向に２段に積まれた構造になっている。空気の満杯充填時には下段（台座７０側）の空気圧アクチュエータ１１〜１４の方が上段（ハウジング３０側）の空気圧アクチュエータ７〜１０よりも高く、高さが１．５倍程度にされている。下段の４つの空気圧アクチュエータ１１〜１４は空気の満杯充填時は互いに同じ高さになるように構成されており、同様に上段の４つの空気圧アクチュエータ７〜１０も空気の満杯充填時は互いに同じ高さになるように構成されている。

第２の空気圧アクチュエータユニット４０を構成する各空気圧アクチュエータ７〜１４は、いずれも、空気の満杯充填時は半径が互いに等しい円柱状の形状をなしており、上段の空気圧アクチュエータ７〜１０の下方の底面と下段の空気圧アクチュエータ１１〜１４の上方の底面とが合わされて縫合されている。

例えば本運動支援装置１００を用いた関節可動域訓練の初期状態においては足の指先側を上げるが、この場合は第２の空気圧アクチュエータユニット４０を構成する空気圧アクチュエータ７〜１４のうち、前部（指先側）の左右の空気圧アクチュエータ７、８、１１、１２は、上段の空気圧アクチュエータ７、８及び下段の空気圧アクチュエータ１１、１２のいずれも満杯に空気が充填されるが、後部（足首側）の左右の空気圧アクチュエータ９、１０、１３、１４は、上段の空気圧アクチュエータ９、１０及び下段の空気圧アクチュエータ１３、１４のいずれも空気の充填量を少なくして高さを下げる。

しかし、関節可動域訓練の内、外転、内転動作の時には、後述するようにハウジング３０の底部を水平状態に保ち第１の空気圧アクチュエータユニット２０により横方向につま先を押すが、この水平状態を保つためには、第２の空気圧アクチュエータユニット４０を構成する空気圧アクチュエータ７〜１４のうち下段の各空気圧アクチュエータ１１〜１４は満杯に空気が充填され、上段の各空気圧アクチュエータ７〜１０は空気の充填量を少なくして同じ高さ（ボールジョイント６０の高さ）とされる。

なお、第２の空気圧アクチュエータユニット４０の一部を他のアクチュエータ、例えばＸＹテーブル式やリンク式の機構に置き換えてもよい。少なくとも一部が空気圧アクチュエータであることにより下記のように剛構造ではなく柔構造になる。ただ、すべてが空気式の場合には、より柔構造になるため、又、駆動・制御を第１の空気圧アクチュエータユニット２０と同種のものにできるため、好ましい。

袋状の空気圧アクチュエータは、その内部で空気が圧縮されることにより柔軟性（弾力性）を有する。したがって、第２の空気圧アクチュエータユニット２０を構成する個々の空気圧アクチュエータ間で力が分散され、しなやかにハウジング３０の傾斜も変化しうる為、使用者の足に過大な力が加わらず安全である。

このように第２の空気圧アクチュエータユニット４０が上下に複数の袋状の空気圧アクチュエータ７〜１４が高さ方向に積まれているものであれば、更にしなやかな構造となり、過度の力がかかった場合には柔軟に変形することができる為、より安全である。

第１の左側後部空気圧アクチュエータ９（以下、「第１の左側後部アクチュエータ９」と称する）および第２の左側後部空気圧アクチュエータ１３（以下、「第２の左側後部アクチュエータ１３」と称する）は、台座７０の上面に固定された第２の左側後部アクチュエータ１３の上に第１の左側後部アクチュエータ９を位置させた状態で互いに上下２段に連結された状態で配置されている。

第１の左側後部アクチュエータ９および第２の左側後部アクチュエータ１３は、各々、空気が入ることにより上下方向に膨らむことができるとともに、膨らんだときに例えば柱状となるように形成され、膨らむことによりハウジング３０の左側後部を持ち上げることができる。

第１の右側前部空気圧アクチュエータ８（以下、「第１の右側前部アクチュエータ８」と称する）および第２の右側前部空気圧アクチュエータ１２（以下、「第２の右側前部アクチュエータ１２」と称する）は、台座７０の上面に固定された第２の右側前部アクチュエータ１２の上に第１の右側前部アクチュエータ８を位置させた状態で互いに上下２段に連結された状態で配置されている。

第１の右側前部アクチュエータ８および第２の右側前部アクチュエータ１２は、各々、空気が入ることにより上下方向に膨らむことができるとともに、膨らんだときに例えば柱状となるように形成され、膨らむことによりハウジング３０の右側前部を持ち上げることができる。

第１の右側後部空気圧アクチュエータ１０（以下、「第１の右側後部アクチュエータ１０」と称する）および第２の右側後部空気圧アクチュエータ１４（以下、「第２の右側後部アクチュエータ１４」と称する）は、台座７０の上面に固定された第２の右側後部アクチュエータ１４の上に第１の右側後部アクチュエータ１０を位置させた状態で互いに上下２段に連結された状態で配置されている。

第１の右側後部アクチュエータ１０および第２の右側後部アクチュエータ１４は、各々、空気が入ることにより上下方向に膨らむことができるとともに、膨らんだときに例えば柱状となるように形成され、膨らむことによりハウジング３０の右側後部を持ち上げることができる。

個別の空気圧アクチュエータにつながる空気弁のスイッチを並べた操作盤を用いて各動作に対する動作制御を行うことができるが、「ひねり」動作を含む動作は左右の回転を含むため第１の空気圧アクチュエータユニット２０と第２の空気圧アクチュエータユニット４０とを協働させて駆動させることが好ましい。この場合には、そのような運動動作ごとの一連の第１の空気圧アクチュエータユニット２０と第２の空気圧アクチュエータユニット４０中の特定のアクチュエータの駆動順序（同期を含む）、駆動タイミングを予めプログラム化してそのように制御させるための制御部を有することが好ましい。各空気圧アクチュエータに通じる空気弁は電気回路で制御できるため電磁弁であることが好ましい。

制御部２００は、コンプレッサおよび排気ポンプ、多数の電磁弁等の制御に関する所定のプログラムおよびデータが記憶されたＲＯＭおよびＲＡＭと、ＲＯＭおよびＲＡＭに記憶されたプログラムおよびデータに基づいて、所定の処理を実行可能なＣＰＵとを備えている。

操作入力部３００は、例えば、底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反といった足関節の動作の中から任意の動作を選択することが可能な動作選択ボタンと、電源のオン、オフを指示することが可能な電源ボタンとを備えている。電源ボタンを操作して電源をオンにすることにより、例えば、運動支援装置１００を後述の初期状態にセットすることができる。また、運動支援装置１００を初期状態にセットした後、機能選択ボタンを操作して上記の８つの動作の中から動作を選択することにより、選択した動作を行うための所定の動作を運動支援装置１００に行わせることができる。

次に、運動支援装置１００の動作について説明する。なお、ここでは、右足の足関節５０および足部５１の運動支援を行う場合について説明する。

運動支援装置１００は、上述のように、足を挿入可能とされた第１の空気圧アクチュエータユニット２０で直接足を圧迫する動作ユニットと、動作ユニットを第２の空気圧アクチュエータユニット４０で傾斜させる傾斜ユニットと、動作ユニットを揺動可能に支持するボールジョイント６０とその台座７０とを備えている。動作ユニットおよび傾斜ユニットを組み合わせて動かすことで、ＲＯＭ訓練（関節可動域訓練。自力で身体を自由に動かすことが難しい患者が、関節の拘縮・変形を起こさないために実施する訓練をいう）を実現している。これにより、底屈，背屈，内転，外転，内返し，外返し，内反，外反の８動作を行うことができる。運動支援装置１００においては、図２に示すように足を挿入した状態で空気圧アクチュエータ３，６，７，８，１１，１２に空気を供給した状態が初期状態である。空気圧アクチュエータ３，６は踵部５２の固定を行っており、空気圧アクチュエータ７，８，１１，１２で動作ユニットを手前（後側）に約４５度傾けている。初期状態で動作ユニットを手前に傾けることで、足関節５０の角度が９０度に近づくため、運動支援時や実験時に足関節５０の角度の変位を測定しやすくなる。以下に各動作の実現方法を示す。図に示す動作はすべて右足の動作である。

まず、底屈動作の実現方法を図４を参照しつつ説明する。ＲＯＭ訓練を受ける者は、座位または仰向け位にて、動作ユニットの中に右足を入れる（以下他の動作も同様である）。最初に動作ユニット内の空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、傾斜ユニットの内、空気圧アクチュエータ７，８，１１，１２の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給する。これらの動作を同時に行うことでＲＯＭ訓練時間を短縮することができる。そして、動作ユニットが奥（前側）に約１０度傾いた時に空気圧アクチュエータ９，１０に空気を供給し、動作ユニットをさらに奥（前側）に傾けることで底屈動作を実現する。

次に、背屈動作の実現方法を図５を参照しつつ説明する。初期状態から空気圧アクチュエータ２に空気を供給することで背屈動作を実現する。なお、底屈と背屈の両方とも右足と左足とで実現方法が同じである。

次に、内転動作の実現方法を図６を参照しつつ説明する。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給する。これらの動作を同時に行うことでＲＯＭ訓練時間を短縮することができる。そして、動作ユニットが略水平になった後に、空気圧アクチュエータ５に空気を供給し、つま先を左側に向かって押すことで内転動作を実現する。また、内転動作の最後に空気を供給する対象を空気圧アクチュエータ５から空気圧アクチュエータ４に変更し、つま先を押す方向を左側から右側に変更することで外転動作になる（図７参照）。なお、第１の空気圧アクチュエータユニット２０に左足を挿入した場合は、右足を挿入した場合の内転動作が外転動作になり、右足を挿入した場合の外転動作が内転動作になる。

次に、内返し動作の実現方法を図８を参照しつつ説明する。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給する。これらの動作を同時に行うことでＲＯＭ訓練時間を短縮することができる。そして、動作ユニットが略水平になった後に、空気圧アクチュエータ１２，１４の空気を排出し空気圧アクチュエータ７，９に空気を供給して、動作ユニットを右側に傾けることで内返し動作を実現する。また、内返し動作の最後に空気を排出する対象を空気圧アクチュエータ１２，１４から空気圧アクチュエータ１１，１３に変更し、空気を供給する対象を空気圧アクチュエータ７，９から空気圧アクチュエータ８，１０に変更し、動作ユニットを傾ける方向を右側から左側に変更することで外返し動作になる（図９参照）。なお、第１の空気圧アクチュエータユニット２０に左足を挿入した場合は、右足を挿入した場合の内返し動作が外返し動作になり、右足を挿入した場合の外返し動作が内返し動作になる。

次に、内反動作の実現方法を図１０を参照しつつ説明する。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８，１１，１２の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給する。これらの動作を同時に行うことでＲＯＭ訓練時間を短縮することができる。そして、動作ユニットが奥（前側）に約１０度傾いた時に空気圧アクチュエータ９，１０に空気を供給し、動作ユニットをさらに奥に傾けることで底屈動作を実現する。底屈動作を実現した後に空気圧アクチュエータ５に空気を供給し、つま先を左側に向かって押すことで内反動作を実現する。底屈動作が実現する前につま先を左側に向かって押してしまうと、足がずれてROM訓練が失敗する可能性が高くなるため、底屈動作が実現した後に次の動作をすることでROM訓練の精度を高めている。なお、第１の空気圧アクチュエータユニット２０に左足を挿入した場合は、最後に空気を供給する対象を空気圧アクチュエータ５から空気圧アクチュエータ４に変更し、つま先を押す方向を左側から右側に変更することで内反動作を実現することができる。

次に、外反動作の実現方法を図１１を参照しつつ説明する。最初に空気圧アクチュエータ２に空気を供給し背屈動作を実現する。背屈動作を実現した後に空気圧アクチュエータ４に空気を供給し、つま先を右側に向かって押すことで外反動作を実現する。背屈動作が実現する前につま先を右側に向かって押してしまうと、足がずれてROM訓練が失敗する可能性が高くなるため、背屈動作が実現した後に次の動作をすることでＲＯＭ訓練の精度を高めている。なお、第１の空気圧アクチュエータユニット２０に左足を挿入した場合は、最後に空気を供給する対象を空気圧アクチュエータ４から空気圧アクチュエータ５に変更し、つま先を押す方向を右側から左側に変更することで外反動作を実現することができる。

なお、動作ユニットと傾斜ユニットとを一方のユニットにおける動作が完全に終了してから他方のユニットを動作させる場合は、足関節５０を最大可動域まで動かすことはできるが、所要時間が増える可能性がある。例えば、底屈動作の場合は動作ユニットの動作期間と傾斜ユニットの動作期間とを上記のように重複させることにより約４５秒で底屈動作を行うことができるが、一方のユニットにおける動作が完全に終了してから他方のユニットを動作させる場合は、約１．５倍位（約１分１０秒位）の時間を要する。すなわち、動作ユニットの動作期間と傾斜ユニットの動作期間とを重複させる場合には、一方のユニットにおける動作が完全に終了してから他方のユニットを動作させる場合と比べて、動作時間を短縮することができる。したがって、足関節５０および足部５１に行わせる動作の種類に応じて、適宜、動作期間を重複させたり、或いは、一方のユニットにおける動作が完全に終了してから他方のユニットを動作させる、といったように各ユニットの動作のさせ方を使い分けてもよい。例えば、比較的短い時間で足関節５０および足部５１の動作を行いたい場合には、２つのユニットの動作期間を重複させてもよい。また、ゆっくりと時間をかけて足関節５０および足部５１の動作を行いたい場合には、一方のユニットにおける動作が完全に終了してから他方のユニットを動作させてもよい。

以上に説明した運動支援装置１００における制御部２００の役割をまとめると以下の通りである。

最初に、支援装置１００を初期状態とするため、ハウジング３０の傾斜角度を所定の角度に戻し、使用者が片足を動作ユニット中においた状態でその片足を仮固定する。

次に、８つの動作の内の特定の動作のスタート姿勢になるように、第２の空気圧アクチュエータユニット４０を作動させて動作ユニットを適宜傾斜させ、動作ユニットの第１の空気圧アクチュエータユニット２０中の必要な空気圧アクチュエータを膨張させて足を適切な姿勢に固定する。

次に、選んだ動作により動作ユニット中の第１の空気圧アクチュエータユニット２０における足を加圧する側にある空気圧アクチュエータを膨張させ、反対側の空気圧アクチュエータを収縮させ、所定の位置でそれ以上凹まないような圧力を維持するように足を固定する。この時、足にひねりを加えて３次元的な運動をさせるためには、傾斜ユニットを用いて、動作ユニットのハウジング３０の姿勢を三次元の特定角度になるようにさせるため、第１の空気圧アクチュエータユニット２０中の適切な一又は複数の空気圧アクチュエータと第２の空気圧アクチュエータユニット４０中の適切な一又は複数の空気圧アクチュエータを膨張及び又は収縮させる。

この第１の空気圧アクチュエータユニット２０と第２の空気圧アクチュエータユニット４０の動作を、協働的に、同時あるいは細かく逐次的に行えば、足に無理な力をかけず、必要な方向からの機械的圧力付加操作ができ、１セットの動作時間も短時間で行うことができるため好ましい。

８つの動作ごとに足の特定部分の軌跡を想定し、更に個人の可動域データを加味することにより、各空気圧アクチュエータの膨張速度、収縮速度、及び加速度等を予め想定し設定して各空気圧アクチュエータ等を制御することにより、より安全円滑に運動動作をすることができる。

このように、第１の空気圧アクチュエータユニット２０による姿勢の調節と、第２の空気圧アクチュエータユニット４０による傾斜とが協働して行われることによって、足の姿勢の多様性を向上させ、これにより、足関節５０および足部５１の運動支援（足関節５０および足部５１の可動域訓練等）を行う際に足関節５０および足部５１に８つの動作（底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反）を行わせることが可能となる。特に、内返し、外返し、内反、外反のような足関節５０および足部５１をひねるような動作については、上記の協働した動作が極めて有効である。

第１の空気圧アクチュエータユニット２０と第２の空気圧アクチュエータユニット４０とを同時に制御した場合、第１の空気圧アクチュエータユニット２０の動作と、第２の空気圧アクチュエータユニット４０の動作とが合成された動作となり、その合成された動作で足の姿勢を変化させることができるため、足関節５０および足部５１の動作の多様性をさらに向上させることができる。したがって、例えば、使用者の足関節５０および足部５１の状態（可動域の大きさ等）に応じて適切な運動支援を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第１の空気圧アクチュエータユニット２０による足の固定と加圧と第２の空気圧アクチュエータユニット４０によるハウジングの傾斜が行われるので、足の姿勢の多様性を向上させ、これにより、足関節５０および足部５１の動作の多様性を向上させることができる。

具体的には、底屈動作、背屈動作、内転動作、外転動作、内返し動作、外返し動作、内反動作、外反動作の全てを足関節５０および足部５１に行わせることができる。したがって、例えばリハビリテーションの現場において、足関節５０および足部５１が拘縮状態になることを効果的に抑制することができる。また、空気圧アクチュエータを使用しているので、足関節５０および足部５１に無理な負荷が加わりにくく、安全に運動を行うことができる。

また、ハウジング３０は、その底部の略中心部の位置が一定高さとなるようにボールジョイント６０により支持されている。したがって、使用者に対するハウジング３０の位置がほとんど変化しないので、使用者は本支援装置１００を使用する際に体幹の姿勢をほとんど変える必要がなく、使用者の体に掛かる負担を抑えることができ、本運動支援装置１００を安全に使用することができる。

また、第２の空気圧アクチュエータユニット４０は、ハウジング３０を前後左右に傾斜させることが可能とされている。したがって、ハウジング３０を前後左右に傾斜させることで、足の姿勢の多様性をより一層向上させ、これにより、足関節５０の動きの多様性を効果的に向上させることができる。また、リンク式やＸＹ支持台等ではなく、空気圧アクチュエータを使用するので、本運動支援装置１００を安全に使用することができる。

また、第１の空気圧アクチュエータユニット２０による足の固定および加圧動作と、第２の空気圧アクチュエータユニット４０によるハウジング３０の傾斜動作とが協働して行われるので、足関節５０および足部５１の動作の多様性をさらに向上させることができる。したがって、例えば、使用者の足関節５０および足部５１の状態（可動域の大きさ等）に応じて適切な運動支援を行うことができる。また、足関節５０および足部５１に無理な力をかけず、必要な方向からの機械的圧力付加操作を行うことができ、１セットの動作時間も短時間で行うことができる。

＜実施例＞
上記の実施形態に係る運動支援装置１００を、実施例に係る運動支援装置１００として、以下の試験を行った。運動支援装置１００は、複数の空気圧アクチュエータ（甲部用アクチュエータ１、足裏部用アクチュエータ２、踵部用アクチュエータ３、左側部用アクチュエータ４、右側部用アクチュエータ５、甲部用アクチュエータ６、第１の左側前部アクチュエータ７、第１の右側前部アクチュエータ８、第１の左側後部アクチュエータ９、第１の右側後部アクチュエータ１０、第２の左側前部アクチュエータ１１、第２の右側前部アクチュエータ１２、第２の左側後部アクチュエータ１３、第２の右側後部アクチュエータ１４）を有する運動支援装置本体と、上記の空気圧アクチュエータ１〜６を保持するハウジング３０と、各空気圧アクチュエータを駆動するためのコンプレッサ、排気ポンプ、電磁弁と、それらコンプレッサ、排気ポンプ、電磁弁を制御する制御部２００とを備えている。運動支援装置本体は、足を挿入する開口部を有するアルミ板製のハウジング３０の内側に、帆布、アルミニウムシート、およびプラスチックフィルムを積層した積層シートにより構成されてなる複数の空気圧アクチュエータ１〜６が取り付けられた動作ユニットと、動作ユニットを前後左右に搖動するための複数の空気圧アクチュエータ７〜１４、ハウジング３０の底板の略中央部が一定高さで揺動中心となるようにこの底板の略中央部を支持するボールジョイント６０、ボールジョイント６０を支持する台座７０を有する傾斜ユニットと、を備えている。

（関節可動域訓練の試験）
次に、実施例に係る運動支援装置１００で足関節５０および足部５１の運動を行った場合と、比較例に係る運動支援装置で足関節および足部の運動を行った場合とについて、足関節の可動角度についての試験を行った。

（試験方法）
図２（ａ）に示される動作ユニットを、比較例に係る運動支援装置とした。

被験者は健康な成人男性５名とした。実施例に係る運動支援装置１００と、比較例に係る運動支援装置の両方とも右足を対象とした。また、底屈、内転、内返し（実施例のみ）、外返し（実施例のみ）、内反の５動作について３回ずつ足関節の可動角度を測定した。空気圧アクチュエータに空気を入れる圧力は比較例では２０ｋＰａ、実施例の第１の空気圧アクチュエータでは２０ｋＰａ、第２の空気圧アクチュエータでは１５ｋＰａとした。

まず、被験者の最大関節可動域を自らの手で曲げて測定した。その後、ベッドに仰向けで横たわってもらい、実施例に係る運動支援装置１００および比較例に係る運動支援装置を使用して関節可動域訓練を行った。

底屈動作については、以下のように行った。被験者は、座位または仰向け位にて、動作ユニットの中に右足を入れる（以下他の動作も同様である）。最初に動作ユニット内の空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、傾斜ユニットの内、空気圧アクチュエータ７，８，１１，１２の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給する。そして、動作ユニットが奥（前側）に約１０度傾いた時に空気圧アクチュエータ９，１０に空気を供給し、動作ユニットをさらに奥（前側）に傾けることで底屈動作を実現した。

内転動作については、以下のように行った。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給した。そして、動作ユニットが略水平になった後に、空気圧アクチュエータ５に空気を供給し、つま先を左側に向かって押すことで内転動作を実現した。

内返しの動作については、以下のように行った。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給した。そして、動作ユニットが略水平になった後に、空気圧アクチュエータ１２，１４の空気を排出し空気圧アクチュエータ７，９に空気を供給して、動作ユニットを右側に傾けることで内返し動作を実現した。また、内返し動作の最後に空気を排出する対象を空気圧アクチュエータ１２，１４から空気圧アクチュエータ１１，１３に変更し、空気を供給する対象を空気圧アクチュエータ７，９から空気圧アクチュエータ８，１０に変更し、動作ユニットを傾ける方向を右側から左側に変更することで外返し動作を行った。

また、内反動作については、以下のように行った。最初に空気圧アクチュエータ１に空気を供給し足のつま先を浮かないように押さえ込むと同時に、空気圧アクチュエータ７，８，１１，１２の空気を排出し、空気圧アクチュエータ１３，１４に空気を供給した。そして、動作ユニットが奥（前側）に約１０度傾いた時に空気圧アクチュエータ９，１０に空気を供給し、動作ユニットをさらに奥に傾けることで底屈動作を実現した。底屈動作を実現した後に空気圧アクチュエータ５に空気を供給し、つま先を左側に向かって押すことで内反動作を実現した。

実施例に係る運動支援装置１００を使った場合の関節可動角度と、比較例に係る運動支援装置を使った場合の関節可動角度とを測定し、それぞれについて平均値を算出した。測定方法はハウジングへの足の挿入部、踵の位置、爪先の位置をもとに目視でデジタル角度計をあてて測定した。内反は角度の測定が困難だったため、被験者に主観で評価をしてもらい、内反動作ができている＝〇、内反動作ができているがもう少し曲がると思う＝△、内反動作ができていない＝×、として評価してもらった。

図１２の（ａ）は実施例に係る運動支援装置により足関節５０および足部５１に底屈動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節および足部に底屈動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフであり、（ｂ）は実施例に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節および足部に内転動作を行わせた場合の試験結果と、比較例に係る足関節・足部の運動支援装置により足関節および足部に内転動作を行わせた場合の試験結果とを示すグラフである。なお、縦軸は角度、横軸は被験者番号である。なお、（ａ）（ｂ）の両図ともに、使用者が自分で測定した最大可動域の値も示されている。

図１２の（ａ）から分かるように、底屈の際の足関節の可動角度について、実施例は比較例を大きく上回っており、最大可動域に近い値を示している。また、図１２の（ｂ）から分かるように、内転の際の足関節の可動角度について、実施例は比較例を大きく上回っており、最大可動域に近い値を示している。したがって、足関節５０の可動角度を効果的に大きくすることができる。具体的には、比較例に係る運動支援装置では、足関節の可動角度を広げると足部５１の保持も不安定となり安定した運動支援ができず、また、限られた大きさの装置内で実現できる可動角度も限られていた。一方、実施例に係る運動支援装置１００では、動作ユニットで足を安定的に固定圧迫できる範囲で動かしつつ、さらに傾斜ユニットで動かすことで、足関節５０および足部５１に不適切な負荷をかけることなく、足部５１を安定に保持しつつ足関節５０の可動角度を大きくすることができる。

図１３の（ａ）は実施例に係る運動支援装置１００により足関節５０および足部５１に内返し動作を行わせた場合の試験結果と最大可動域値を示すグラフであり、（ｂ）は実施例に係る運動支援装置１００により足関節に外返し動作を行わせた場合の実験結果と最大可動域値を示すグラフである。

なお、比較例に係る運動支援装置では、内返し動作、外返し動作を行わせることができなかった。

図１３の（ａ）から分かるように、実施例に係る運動支援装置１００によれば、内返し動作および外返し動作を行うことができる。したがって、足関節５０の動きの多様性を向上させることができる。実施例では、動作ユニットで足部５１を安定的に固定圧迫しつつ、さらに傾斜ユニットで左右に傾けることにより、足部５１を安定的に保持しつつ足関節５０および足部５１に内返し動作および外返し動作を行わせることが可能となる。

図１４の（ａ）は運動支援装置１００により足関節５０および足部５１に内反動作を行わせた場合の試験結果を示すグラフであり、（ｂ）は比較例に係る運動支援装置により足関節および足部に内反動作を行わせた場合の試験結果を示すグラフである。前述のように内反動作は角度の測定が困難であったため、被験者に主観で評価をしてもらい、内反動作ができている＝〇、内反動作ができているがもう少し曲がると思う＝△、内反動作ができていない＝×、として評価してもらったが、図１４の（ａ）からわかるように、実施例に係る運動支援装置１００によれば、９割以上で内反動作ができているとの被験者の主観評価が得られている。一方、図１４の（ｂ）によれば、比較例に係る運動支援装置によれば、内反動作ができているとの評価は５割にとどまっていた。

また、実施例では、動作ユニットと傾斜ユニットとが協働して動作することで、足部５１を安定的に固定圧迫できる範囲で動作ユニットを作動させつつ、動作ユニットの動作状況に合わせて傾斜ユニットを作動させることで、足部５１がずれることなく精度よく、短時間で動作を行うことができた。

図１２〜図１４の試験結果から、実施例に係る運動支援装置１００によれば、足関節５０の動きの多様性を向上させるとともに、可動範囲を効果的に大きくできることが示された。

本発明によれば、足関節・足部の多様な可動域訓練を安全に行うことができるので、例えばリハビリテーションの現場等において、理学療法士の負担を減らしつつ、効果的に拘縮を抑制することが可能となる。また、空気圧アクチュエータの反復動作によってマッサージ効果も得ることも可能となる。

１ 第１の甲部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
２ 足裏部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
３ 踵部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
４ 左側部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
５ 右側部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
６ 第２の甲部用空気圧アクチュエータ（第１の空気圧アクチュエータユニット２０）
７ 第１の左側前部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
８ 第１の右側前部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
９ 第１の左側後部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
１０ 第１の右側後部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
１１ 第２の左側前部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
１２ 第２の右側前部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
１３ 第２の左側後部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
１４ 第２の右側後部空気圧アクチュエータ（第２の空気圧アクチュエータユニット４０）
２０ 第１の空気圧アクチュエータユニット
３０ ハウジング
４０ 第２の空気圧アクチュエータユニット
６０ ボールジョイント
７０ 台座
１００ 足関節・足部の運動支援装置
２００ 制御部

Claims (4)

1. 足関節・足部の運動を支援する足関節・足部の運動支援装置であって、
   足首から末端側の足の挿入が可能とされ、当該足が挿入された際に当該足を押圧することにより当該足の姿勢を調節する第１の空気圧アクチュエータと、
   前記第１の空気圧アクチュエータを保持する保持部と、
   前記保持部を前後左右に傾斜させることを可能にする第２の空気圧アクチュエータと、
   を備える
   ことを特徴とする足関節・足部の運動支援装置。
2. 前記第２の空気圧アクチュエータは、前記保持部の所定の部分を一定高さの基準位置として、当該基準位置が前記保持部の揺動中心となるように前記保持部を前後左右に傾斜させることが可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の足関節・足部の運動支援装置。
3. 前記第１の空気圧アクチュエータは、
   前記足における踵部を保持する踵部用空気圧アクチュエータと、
   前記足における甲部を押圧する甲部用空気圧アクチュエータと、
   前記足における足裏部を押圧する足裏部用空気圧アクチュエータと、
   前記足における右側部の前後方向前側部分、前後方向中央部分、および前後方向後側部分のうち前記前後方向前側部分を押圧する右側部用空気圧アクチュエータと、
   前記足における左側部の前後方向前側部分、前後方向中央部分、および前後方向後側部分のうち前記前後方向前側部分を押圧する左側部用空気圧アクチュエータとを有し、
   前記踵部用空気圧アクチュエータ、前記甲部用空気圧アクチュエータ、前記足裏部用空気圧アクチュエータ、前記右側部用空気圧アクチュエータ、および前記左側部用空気圧アクチュエータのうち、少なくともいずれか１つによる押圧動作と、前記第２の空気圧アクチュエータによる傾斜動作とが行われる
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の足関節・足部の運動支援装置。
4. 前記第１の空気圧アクチュエータと前記第２の空気圧アクチュエータとを協働して駆動させるための制御部を備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の足関節・足部の運動支援装置。