JP2022116580A

JP2022116580A - 歩行支援具

Info

Publication number: JP2022116580A
Application number: JP2021012809A
Authority: JP
Inventors: 和徳長谷; Kazunori Hase; 直登原口; Naoto Haraguchi
Original assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Current assignee: Tokyo Metropolitan Public University Corp
Priority date: 2021-01-29
Filing date: 2021-01-29
Publication date: 2022-08-10

Abstract

【課題】２つ以上の部位を紐状体で連結する歩行支援具において、従来の構成に比べて、取り回しを容易にすること。【解決手段】一端が上部（２）に固定され且つ他端が下方に延びる第１の紐状体（１１）、を有する上部（２）と、一端が下部（３）に固定され且つ他端が上方に延びて他端が第１の紐状体（１１）の他端に着脱可能な第２の紐状体（２１）を有する下部（３）と、第１の紐状体（１１）および第２の紐状体（２１）の少なくとも一方の他端部に対応して配置され、紐状体（１１，２１）の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ紐状体（１１，２１）の厚さ方向を覆うガイド（１７，２７）と、を備えた歩行支援具（１）。【選択図】図１

Description

本発明は、人が装着して、人の歩行時に歩行の支援を行う歩行支援具に関する。

高齢者や身体障害者の歩行を支援する歩行支援具に関し、モータを使用して動作を支援する構成が知られている（特許文献１）。モータを使用する構成では、モータによって大きな動力が得られるが、人間が装着する観点としては危険性が懸念されたり、充電が必要、高価格という問題がある。
モータを使用しない歩行支援具に関し、下記の特許文献２－４に記載の技術が公知である。

特許文献２（特開２０１７－１０４２７１号公報）には、歩行支援用具（１）として、人が上半身に装着する上部（２）と下半身に装着する下部（３）とを有する構成が記載されている。特許文献２では、上部（２）の肩や背中に左右一対の上部非伸縮性紐状体（３２Ｆ，３２Ｂ，３３Ｆ，３３Ｂ）の上端が固定され、下部（３）の膝や膝裏に左右一対の下部非伸縮性紐状体（２１）の下端が固定され、上部非伸縮性紐状体（３２Ｆ，３２Ｂ，３３Ｆ，３３Ｂ）の下端と下部非伸縮性紐状体（２１）の上端とが連結されることで、上体の動きを股関節に伝えて、歩行時の上体の回旋運動により、股関節の屈伸運動を補助する構成となっている。

特許文献３（特開２０１６－１９８２７３号公報）には、歩行支援装具（１）として、腰に装着される腰部ベルト（２）と、大腿部に装着される大腿ベルト（１３）を有する構成が記載されている。特許文献３では、腰部ベルト（２）の背中側に肩バンド（２４）の端が固定されている。大腿吊り上げ用弾性帯（２１）は、下端が大腿ベルト（１３）にファスナー（１６，１７）で装着され、上端が腰部ベルト（２）にファスナー（７，１７）装着されている。そして、肩バンド（２４）が背中側から肩を経由して前方に垂れ下がり、肩バンド（２４）の先端の雄部材（２５）が腰部ベルト（２）に端が固定されたベルトの雌部材（４）に連結されている。なお、特許文献３では、大腿吊り上げ用弾性帯（２１）は、ファスナー（７，１６，１７）で取り付けた後、上下両端部で押さえ片（３，１４）で大腿吊り上げ用弾性帯（２１）が剥がれないように押さえている。

特許文献４（特開２０１０－１２３２８号公報）には、筋力制御装置（１）として、人の腰に装着された装着ベルト（２）と膝に装着された装着ベルト（３）との間が連結リボン（４）で連結された構成が記載されている。特許文献４では、連結リボン（４）が臀部や大腿部の裏面に沿って配置されており、臀部に沿った部分には、ガイド部材（６）で連結リボン（４）が覆われた構成が記載されている。

特開２０１２－０８１１２６号公報特開２０１７－１０４２７１号公報特開２０１６－１９８２７３号公報（「００１２」－「００２１」）特開２０１０－１２３２８号公報

（従来技術の問題点）
特許文献２に記載の構成では、非装着前の状況では、４本の下部非伸縮性紐状体（２１）が膝部から下方に垂れ下がった状態となるため、上下の紐状体どうしを連結する際に、紐状体を所定の位置に持って行く必要があり、連結作業が面倒である（取り回しが大変）という問題がある。特に、２組の紐状体を連結する組み合わせを間違えやすい問題がある。紐状体を連結する組み合わせを間違えると、目的とする歩行支援効果が得られない問題もある。
特許文献３に記載の構成でも、特許文献２と同様に、肩バンド（２４）の取り回しが大変であるという問題がある。
特許文献４に記載の技術のように、腰と膝の動作の連動では、上半身の動きが利用されず、歩行支援の効果は限定的となる問題がある。

本発明は、２つ以上の部位を紐状体で連結する歩行支援具において、従来の構成に比べて、取り回しを容易にすることを技術的課題とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項１に記載の発明の歩行支援具は、
人の上半身に装着可能な上部であって、一端が前記上部に固定され且つ他端が下方に延びる第１の紐状体、を有する前記上部と、
人の下半身に装着可能な下部であって、一端が前記下部に固定され且つ他端が上方に延びて他端が前記第１の紐状体の他端に着脱可能な第２の紐状体を有する前記下部と、
前記第１の紐状体および第２の紐状体の少なくとも一方の他端部に対応して配置され、紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ紐状体の厚さ方向を覆うガイドと、
を備えたことを特徴とする。

前記技術的課題を解決するために、請求項２に記載の発明の歩行支援具は、
人の上半身に装着可能な上部であって、一端が前記上部に固定され且つ他端が下方に延びる第１の紐状体、を有する前記上部と、
人の下半身に装着可能な下部であって、一端が前記下部に固定され且つ他端が上方に延びて他端が前記第１の紐状体の他端に着脱可能な第２の紐状体を有する前記下部と、
前記第１の紐状体の少なくとも他端部に対応して配置され、前記第１の紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ前記第１の紐状体の厚さ方向を覆う第１のガイドと、前記第２の紐状体の少なくとも他端部に対応して配置され、前記第２の紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ前記第２の紐状体の厚さ方向を覆う第２のガイドと、を有するガイドと、
を備えたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の歩行支援具において、
内表面が低摩擦材料で構成された前記ガイド、
を備えたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれかに記載の歩行支援具において、
前記紐状体の長手方向および幅方向に伸縮可能な材料で構成された前記ガイド、
を備えたことを特徴とする。

請求項１，２に記載の発明によれば、２つ以上の部位を紐状体で連結する歩行支援具において、従来の構成に比べて、取り回しを容易にすることができる。
請求項３に記載の発明によれば、ガイドと紐状体との摩擦力が大きくなることが低減され、内表面が低摩擦材料で構成されていない場合に比べて、紐状体の動きが妨げられることが低減される。
請求項４に記載の発明によれば、ガイドが伸縮不能な場合に比べて、利用者が上部や下部を着脱する作業をスムーズに行うことができる。

図１は本発明の実施例１の歩行支援具の説明図であり、図１Ａは前方から見た図（正面図）、図１Ｂは後方から見た図（背面図）である。図２は、実施例１の下側のジョイントの説明図である。図３は歩行支援具を利用者が装着していない状態の説明図であり、図３Ａは実施例１の場合の説明図、図３Ｂは従来の構成の場合の説明図である。図４は実施例１の変形例の説明図である。図５は歩行時の時の股関節屈伸モーメント、股関節屈伸角度、体幹回旋角度の説明図であり、図５Ａは平地歩行時の１周期の股関節屈伸モーメントの一例の説明図、図５Ｂは平地歩行時の１周期の股関節屈伸角度の一例の説明図、図５Ｃは平地歩行時の１周期の体幹回旋角度の一例の説明図である。図６は歩行時の状態の説明図であり、図６Ａは踵接地時での側方から見た状態の説明図、図６Ｂは図６Ａにおいて上方から見た説明図、図６Ｃは図６Ａにおいて後方から見た状態の説明図、図６Ｄはつま先離地時での側方から見た状態の説明図、図６Ｅは図６Ｄにおいて上方から見た説明図、図６Ｆは図６Ｄにおいて前方から見た状態の説明図である。図７は歩行支援具のモデルの説明図である。図８は体幹左旋回伝達ベルトの実験結果の説明図であり、縦軸はベルト変位と圧力の比、横軸はベルト取り付け位置を示している。図９はベルトのバネ定数の違いによる官能実験結果の説明図であり、図９Ａは横軸にバネ定数、縦軸に官能スコアを取ったグラフ、図９Ｂは評価項目の一覧表である。図１０は歩行支援効果の計算方法のフローチャートである。図１１はM_suitの算出方法についての概要の説明図である。図１２は歩行周期、歩幅、歩行速度の実験結果の説明図であり、図１２Ａは平地歩行時の歩行周期、歩幅、歩行速度の結果の一覧表、図１２Ｂは階段歩行時の歩行周期、歩幅、歩行速度の結果の一覧表、図１２Ｃは歩行周期、歩幅、歩行速度の正規化の計算方法の一覧表である。図１３は股関節モーメント測定結果の説明図であり、図１３Ａは平地歩行時、図１３Ｂは階段上り動作時、図１３Ｃは階段下り動作時の測定結果である。図１４は歩行支援具の着用／未着用での股関節モーメントの比較結果の説明図であり、図１４Ａは平地歩行時の結果、図１４Ｂは階段上り動作時の結果である。図１５は歩行支援具の着用／未着用での平地歩行時の筋電図計測結果である。図１６は歩行支援具の着用／未着用での快適さの官能試験結果の説明図である。図１７は平地歩行時の歩行支援具による支援モーメントの説明図であり、横軸に歩行周期、縦軸に支援モーメントを取ったグラフである。図１８は階段歩行時の歩行支援具による支援効果の説明図であり、図１８Ａは支援モーメント、図１８Ｂは体幹前傾角度、図１８Ｃは股関節屈伸角度である。図１９は支援効果の予測結果の説明図であり、図１９Ａは横軸に体格を取り縦軸に支援効果を取った相関分析結果、図１９Ｂは横軸に体格を取り縦軸に支援モーメントを取った相関分析結果、図１９Ｃは横軸に体格を取り縦軸に股関節モーメントを取った相関分析結果である。図２０は支援効果の予測結果の説明図であり、図２０Ａは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に支援効果を取った相関分析結果、図２０Ｂは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に支援モーメントを取った相関分析結果、図２０Ｃは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に股関節モーメントを取った相関分析結果である。

次に図面を参照しながら、本発明の実施の形態の具体例である実施例を説明するが、本発明は以下の実施例に限定されるものではない。
なお、以下の図面を使用した説明において、理解の容易のために説明に必要な部材以外の図示は適宜省略されている。

図１は本発明の実施例１の歩行支援具の説明図であり、図１Ａは前方から見た図（正面図）、図１Ｂは後方から見た図（背面図）である。
図１において、本発明の実施例１の歩行支援具１は、上部の一例としての上インナー２と、下部の一例としての下インナー３と、を有する。実施例１の上インナー２は、半袖シャツ状に形成されており、人が上半身に装着する（着る）ことが可能な構成となっている。実施例１の下インナー３は、長ズボン状（股引状）に形成されており、人が下半身に装着する（着る）ことが可能な構成となっている。なお、各インナー２，３の形状は、例示したシャツ状やズボン状に限定されず、任意の形態とすることが狩野である。

上インナー２には、第１の紐状体の一例としての上ベルト１１が支持されている。実施例１の上ベルト１１は、上右前ベルト１２と、上右後ろベルト１３と、上左前ベルト１４と、上左後ろベルト１５とを有する。各上ベルト１２～１５は、長尺の紐状、帯状に構成されている。

上右前ベルト１２の一端部（上端部）１２ａは、上インナー２の左肩甲骨に対応する位置に縫い止められており（固定されており）、左脇腹を経由して、右前腰部に向けて延びている。上右前ベルト１２の他端部（下端部）１２ｂには、連結部材の一例としての上右前ジョイント１２ｃが支持されている。
上右後ろベルト１３の一端部（上端部）１３ａは、上右前ベルト１２と同様に、上インナー２の左肩甲骨に対応する位置に縫い止められている（固定されている）。上右後ろベルト１３は、背中に沿って右後ろ腰部に向けて延びている。上右後ろベルト１３の他端部（下端部）１３ｂには、連結部材の一例としての上右後ろジョイント１３ｃが支持されている。

上左前ベルト１４の一端部（上端部）１４ａは、上インナー２の右肩甲骨に対応する位置に縫い止められており（固定されており）、右脇腹を経由して、左前腰部に向けて延びている。上左前ベルト１４の他端部（下端部）１４ｂには、連結部材の一例としての上左前ジョイント１４ｃが支持されている。
上左後ろベルト１５の一端部（上端部）１５ａは、上左前ベルト１４と同様に、上インナー２の右肩甲骨に対応する位置に縫い止められている（固定されている）。上左後ろベルト１５は、背中に沿って左後ろ腰部に向けて延びている。上左後ろベルト１５の他端部（下端部）１５ｂには、連結部材の一例としての上左後ろジョイント１５ｃが支持されている。

実施例１の上インナー２には、図１の破線で示すように、上ベルト１１（１２～１５）の厚さ方向外側を覆うように、ガイドの一例であって第１のガイドの一例としての上ガイドカバー１７が設けられている。実施例１の上ガイドカバー１７は、上ベルト１１の幅方向の外縁部で上インナー２に縫い止められており（固定されており）、内部に各ベルト１２～１５が長手方向に移動可能な空間が形成された袋状に形成されている。実施例１では、各ベルト１２～１５の下端部１２ｂ～１５ｂおよび各ジョイント１２ｃ～１５ｃの部分のみが外部に露出するように上ガイドカバー１７が形成されている。

下インナー３には、第２の紐状体の一例としての下ベルト２１が支持されている。実施例１の下ベルト２１は、下右前ベルト２２と、下右後ろベルト２３と、下左前ベルト２４と、下左後ろベルト２５とを有する。各下ベルト２２～２５は、長尺の紐状、帯状に構成されている。
下右前ベルト２２の一端部（下端部）２２ａは、下インナー３の右膝に対応する位置に縫い止められており（固定されており）、右前腰部に向けて上方に延びている。下右前ベルト２２の他端部（上端部）２２ｂには、連結部材の一例としての下右前ジョイント２２ｃが支持されている。

下右後ろベルト２３の一端部（下端部）２３ａは、下インナー３の右膝裏に対応する位置に縫い止められており（固定されており）、右後腰部に向けて上方に延びている。下右後ろベルト２３の他端部（上端部）２３ｂには、連結部材の一例としての下右後ろジョイント２３ｃが支持されている。
下左前ベルト２４と下左後ろベルト２５は、下右前ベルト２２と下右後ろベルト２３と左右対称に設けられている。

実施例１の下インナー３には、図１の破線で示すように、各下ベルト２２～２５の厚さ方向外側を覆うように、ガイドの一例であって第２のガイドの一例としての下ガイドカバー２７が設けられている。実施例１の下ガイドカバー２７は、各ベルト２２～２５のそれぞれに対応して配置されている。各下ガイドカバー２７は、各ベルト２２～２５の幅方向の外縁部で下インナー３に縫い止められており（固定されており）、内部にベルト２２～２５が長手方向に移動可能な空間が形成された袋状に形成されている。実施例１では、各ベルト２２～２５の上端部２２ｂ～２５ｂおよび各ジョイント２２ｃ～２５ｃの部分のみが外部に露出するように下ガイドカバー２７が形成されている。

実施例１では、上ベルト１１は非伸縮性の材料で構成されているが、下ベルト２１は伸縮性のベルト（一例として、エラストマー）で構成されている。
実施例１の各ガイドカバー１７，２７は、伸縮性の材料の一例としての天然ゴムで構成されている。したがって、利用者が上インナー２や下インナー３を着たり脱いだりする（着脱する）際や歩行する際に、ガイドカバー１７，２７が伸縮して、動きを妨げられることが低減されている。なお、伸縮性の材料として、天然ゴムに限定されず、合成ゴムや伸縮可能な編み方をされた布等、従来公知の任意の伸縮性の材料を使用することが可能である。なお、ガイドカバー１７，２７は伸縮性の材料で構成することが望ましいが、非伸縮性の材料を使用することも可能である。

また、実施例１の各ガイドカバー１７，２７の内表面には、低摩擦材料の一例としてのフッ素樹脂が皮膜されている。したがって、ガイドカバー１７，２７と、各ベルト１１，２１との摩擦が低減される。よって、ベルト１１，２１とガイドカバー１７，２７との摩擦で、ベルト１１，２１の動きが妨げられたり、利用者の動きに違和感が発生することが抑制される。
さらに、実施例１の各ガイドカバー１７，２７の外表面には、低摩擦材料の一例としてのフッ素樹脂が皮膜されている。したがって、歩行支援具１を利用者が装着した状態で、上に服やズボン、上着等を着ても、服等との間の摩擦で動きが妨げられることが抑制される。

なお、低摩擦材料として、フッ素樹脂に限定されず、表面が平滑な任意の材料、例えば、ＰＥＴ樹脂等の合成樹脂を使用することも可能であるが、ベルト１１，２１や衣服との摩擦で静電気を帯びにくい材料を採用することが望ましい。また、ガイドカバー１７，２７の表面に成膜する構成に限定されず、低摩擦材料のフィルムを貼り付けたり、縫い止めたりする構成とすることも可能である。なお、ガイドカバー１７，２７の表面を低摩擦材料で構成することが望ましいが、低摩擦材料で構成しない構成とすることも可能である。

図２は、実施例１の下側のジョイントの説明図である。
実施例１の上側のジョイント１２ｃ～１５ｃと、下側のジョイント２２ｃ～２５ｃとは連結可能に構成されている。一例として、実施例１では、上側のジョイント１２ｃ～１５ｃが雌部材で構成され、下側のジョイント２２ｃ～２５ｃが雄部材で構成されているが、雄部材と雌部材の組み合わせが逆とすることも可能である。
図２において、実施例１の下側のジョイント２２ｃ～２５ｃには、長さ調整用の溝２８が形成されており、溝２８を通過するベルト２２～２５の長さを手動で調整可能に構成されている。

（実施例１の作用）
図３は歩行支援具を利用者が装着していない状態の説明図であり、図３Ａは実施例１の場合の説明図、図３Ｂは従来の構成の場合の説明図である。
前記構成を備えた実施例１の歩行支援具１では、利用者が上インナー２と下インナー３とを着る前の状態では、図３Ａに示すように、各ベルト１１，２１は、ガイドカバー１７，２７の内部に収容され、上インナー２と下インナー３の表面に沿った状態で保持されている。
図３Ｂに示すように、ガイドカバー１７，２７が設けられていない従来の構成では、利用者が下インナー０１を着る前の状態では、ベルト０２は、下端部０２ａ（膝の位置）から重力で下方に垂れ下がった状態となっている。したがって、利用者は下インナー０１を着た後、前後左右４本のベルト０２を屈んで持ちあげて、それぞれ上側のジョイントに連結する必要があった。また、連結する際も、長い４本のベルト０２の連結先を間違えやすい問題もあった。したがって、従来の構成では、ベルトの取り回しが大変であるという問題があった。

これに対して、ガイドカバー１７，２７が設けられた実施例１では、図３Ａに示すように、利用者が各インナー２，３を着ていない状態でもジョイント１２ｃ～１５ｃ，２２ｃ～２５ｃが垂れ下がらず、所定の位置に保持される。したがって、利用者が各インナー２，３を着た後に、ジョイント１２ｃ～１５ｃ，２２ｃ～２５ｃを連結する際に、屈んだりする必要がなく、連結先も間違えることなく、連結作業が容易である。すなわち、ベルト１１，２１の取り回しが容易になっている。
なお、実施例１の歩行支援具では、ジョイント１２ｃ～１５ｃ，２２ｃ～２５ｃが連結された状態では、歩行時の上半身の左回旋（左手側が前に出る動き）、すなわち、体幹の動きが、上側の右ベルト１２，１３と下側の右ベルト２２，２３で下半身の右膝に伝達され、股関節の屈曲、伸展が促され、歩行が支援される。同様に、歩行時の上半身の右回旋（右手側が前に出る動き）が、上側の左ベルト１４，１５と下側の左ベルト２４，２５で下半身の左膝に伝達され、歩行が支援される。

（実施例１の変形例）
図４は実施例１の変形例の説明図である。
図１の構成では、ガイドカバー１７，２７は、ベルト１１，２１のほぼ全体を覆う構成を例示したが、これに限定されない。図４に示すように、少なくとも、ベルト１１，２１の他端部の近傍、すなわち、ジョイント１２ｃ～１５ｃ，２２ｃ～２５ｃの近傍の部分にのみ、ガイドカバー１７′，２７′を設ける構成とすることも可能である。この構成とすることで、ガイドカバー１７′，２７′のサイズが小さくなり、歩行支援具１を軽量化することが期待できる。なお、衣服との摩擦については、図１に示す構成の方が摩擦低減効果は大きい。

（実施例の歩行支援具１の原理および実験例）
（支援原理の詳細説明）
図５は歩行時の時の股関節屈伸モーメント、股関節屈伸角度、体幹回旋角度の説明図であり、図５Ａは平地歩行時の１周期の股関節屈伸モーメントの一例の説明図、図５Ｂは平地歩行時の１周期の股関節屈伸角度の一例の説明図、図５Ｃは平地歩行時の１周期の体幹回旋角度の一例の説明図である。
図５Ａの波形に類似したモーメントを歩行支援具１によって発生させるため、図５Ｂに示す股関節屈伸角度と図５Ｃに示す体幹回旋角度に着目した。図５Ａの股関節屈伸モーメントは歩行周期０％付近で伸展モーメントが大きく発生し、歩行周期５０％付近で屈曲モーメントが大きく発生するが、図５Ｂ、図５Ｃの股関節屈伸角度、体幹回旋角度も同じく歩行周期０％、５０％付近で大きく屈伸、回旋しているのがわかる。実施例１の歩行支援具１は、この股関節屈伸と体幹回旋の運動を利用し、その動きに連動して股関節を支援している。具体的には、ベルト１１として、弾性素材(エラストマー)を使用し、股関節屈伸と体幹回旋の運動によってエラストマーを伸長させる。その際に発生するエラストマーの弾性力を股関節まわりに作用させることで、股関節の運動を支援する。

実施例１の歩行支援具１では、下インナー３の後ろ側のベルト２３，２５が股関節伸展支援ベルトの機能を有する。また、下インナー３の前側のベルト２２，２４が股関節屈曲支援ベルトの機能を有する。さらに、上インナー２の左側のベルト１４，１５が体幹右回旋伝達ベルトの機能を有する。また、上インナー２の右側のベルト１２，１３が体幹左回旋伝達ベルトの機能を有する。
股関節伸展支援ベルト２３，２５は下端が膝関節付近に固定され、大腿部後方と上後腸骨棘上を通過して、上インナー２の後ろ側のベルト１３，１５と接続される。股関節伸展支援ベルト２３，２５と接続されたベルト１３，１５はそれぞれが交差する形で背中を通過し、肩甲骨付近に上端が固定される。股関節屈曲支援ベルト２２，２４は下端が膝関節付近に固定され、大腿部前方と上前腸骨棘上を通過して上インナー２の前側のベルト１２，１４と接続される。股関節屈曲支援ベルト２２，２４と接続されたベルト１２，１４はそれぞれが交差する形で上半身側面を通過し、肩甲骨付近に上端が固定される。下ベルト２１（２２～２５）はエラストマーを使用した伸縮性のベルトとなっており、股関節屈曲と体幹回旋の運動によって伸長し、その伸長量に比例した弾性力を発生する。上ベルト１１（１２～１５）は非伸縮性のベルトであり、体幹回旋の運動をダイレクトに下ベルト２１に伝達する。

図６は歩行時の状態の説明図であり、図６Ａは踵接地時での側方から見た状態の説明図、図６Ｂは図６Ａにおいて上方から見た説明図、図６Ｃは図６Ａにおいて後方から見た状態の説明図、図６Ｄはつま先離地時での側方から見た状態の説明図、図６Ｅは図６Ｄにおいて上方から見た説明図、図６Ｆは図６Ｄにおいて前方から見た状態の説明図である。
図６Ａ～図６Ｃにおいて、歩行周期０％のとき（踵が接地する時）、体幹右回旋の運動が体幹右回旋伝達ベルト１４，１５を介して、股関節伸展支援ベルト２３，２５に伝達し、股関節伸展支援ベルト２３，２５が伸長する。さらに股関節屈曲によって股関節伸展支援ベルト２３，２５が伸長する。体幹右回旋と股関節屈曲によって伸長した股関節伸展支援ベルト２３，２５には弾性力が作用するため、股関節伸展方向にモーメントが作用し、股関節伸展の運動をサポート（支援、補助）する。

図６Ｄ～図６Ｆにおいて、股関節が伸展して歩行周期５０％になると（つま先が地面から離れると）、体幹左回旋の運動が体幹左回旋伝達ベルト１２，１３を介して股関節屈曲支援ベルト２２，２４に伝達し、股関節屈曲支援ベルト２２，２４が伸長する。さらに股関節伸展によって股関節屈曲支援ベルト２２，２４が伸長する。体幹左回旋と股関節伸展によって伸長した股関節屈曲支援ベルト２２，２４には弾性力が作用するため、股関節屈曲方向にモーメントが作用し、股関節屈曲の運動をサポートする。
そして股関節が屈曲して最初の歩行周期０％の状態（図６Ａ～図６Ｃ参照）に戻る。これら一連の支援が繰り返し作用することで、歩行時の股関節運動を支援することが可能となる。

（構造設計の説明）
図７は歩行支援具のモデルの説明図である。
まず歩行支援効果αを式(1)で定義する。

ここで、M_hip：股関節モーメント、M_suit：歩行支援ウェアが発揮する支援モーメントである。支援モーメントM_suitは、式(2)で表される。

ここで、k_e：ベルトのばね定数、x_hip：股関節屈伸によるベルト変位、x_trunk：体幹運動によるベルト変位、L：股関節－ベルト間の距離である（図７参照）。式(1)，(2)より、歩行支援効果αは式(3)で表される。

式(3)より、支援効果を得るためにはベルト変位x_hip，x_trunkとばね定数k_eを向上させる必要がある。

ベルト変位x_hip，x_trunkは、股関節屈伸と体幹回旋の運動によって発生するため、それらの運動が効率良くベルトに伝達されるのが望ましい。ただしベルトは着用者の身体を沿うような配置になるため、その位置によっては身体を圧迫してしまう可能性がある。以上のことから、ベルト変位が大きくかつベルトからの圧迫が小さくなるベルトの配置を探索的に調べた。
方法は等身大マネキン(アヴィス社、ＨＢ０１４８)を用いて歩行姿勢を再現し、複数のベルト配置におけるベルト変位と圧力分布を測定し、ベルト変位と圧力の比(変位／圧力)が最大となる位置を探索した。一例として体幹左回旋伝達ベルト１２，１３の実験結果を図８に示す。

図８は体幹左旋回伝達ベルトの実験結果の説明図であり、縦軸はベルト変位と圧力の比、横軸はベルト取り付け位置を示している。
なお、図８の横軸のベルト取り付け位置は、下肢から伸びてきたベルトを取り付ける位置を胸部中心からの距離で示している。また、図８において、ベルト圧力についてはベルト張力によって正規化を行っている。
図８の結果から、測定の結果５００ｍｍ（肩甲骨付近）の位置で変位－圧力比が最大となり、この位置を最適ベルト位置として決定した。

ベルト１１，２１のばね定数k_eは、支援効果向上のために大きくするのが望ましい。しかし過度にばね定数を大きくすると、ベルトに変位を発生させるのに必要な力も大きくなるため、着用者の負担感、不快感につながる恐れがある。そのためベルトの弾性特性と装着時の官能特性の関係を調べた。健常成人男性５名（年齢２３．６±２．２歳、身長１．７６±０．０４［ｍ］）を対象に、ばね定数１．４Ｎ／ｍｍから０．４Ｎ／ｍｍまでの６種類のベルトを着用した歩行を数分間行い、各印象を図９の表１に示す８評価項目に７段階で被験者に記入させるＳＤ法を用いて評価した。実験結果を図９に示す。

図９はベルトのバネ定数の違いによる官能実験結果の説明図であり、図９Ａは横軸にバネ定数、縦軸に官能スコアを取ったグラフ、図９Ｂは評価項目の一覧表である。
図９において、ばね定数の増加により不快感の評点に有意な変化が見られ、特に“Tight－Loose”の項目においてばね定数１．４Ｎ／ｍｍと１．２Ｎ／ｍｍが０．６Ｎ／ｍｍと０．４Ｎ／ｍｍに比べて有意に大きかったことから、ばね定数１．４Ｎ／ｍｍと１．２Ｎ／ｍｍは被験者に与える不快感が大きいと判断し、それ以下のばね定数の素材で最も支援効果が得られるばね定数１．０Ｎ／ｍｍを最適素材に決定した。

決定したベルト位置とベルト素材を踏まえて、実施例１の歩行支援具（歩行支援ウェア）１を製作した。歩行支援具１は上インナー２と下インナー３とを腰回りで接続する構造となっている。これにより通常の衣服を着る感覚で歩行支援ウェアを着用できるようになり、着易さの向上を図った。

（評価試験の実験方法）
歩行支援具１の機能評価を目的として歩行実験を行った。今回開発した歩行支援具１は歩行時の股関節モーメントを支援することで歩行支援効果を狙ったものであることから、歩行時の股関節モーメントを測定して歩行支援効果を評価することを目的としている。健常成人男性１３名（年齢：２５．５±５．１歳、身長：１．７４±０．０５ｍ、体重：６７．４±７．０ｋｇ）を対象とし、平地歩行と階段歩行を歩行支援ウェア着用と未着用でそれぞれ行った。計測装置にはモーションキャプチャカメラ１６台（Natural Point社、OptiTrack Flex3）、装着式フォースプレート（テック技販社、M3D-FP-U95(80)）、据置式フォースプレート（テック技販社、TF-4060-D）、筋電センサ４台（S&ME社、DL-142）、自作の張力計４台を用いた。筋電センサの貼付位置は腹斜筋と脊柱起立筋とした。またＳＤ法による官能実験も行った。

（解析方法）
図１０は歩行支援効果の計算方法のフローチャートである。
解析ソフトウェア（ノビテック社、Venus 3D）によって処理したモーションキャプチャデータとフォースプレートデータより、筋骨格モデルによる動作解析に基づき股関節モーメントを算出し、歩行支援具１の歩行支援効果の評価を行った。計算方法の概要を図１０に示す。
図１０において、まず予め人間の身体筋骨格系をモデリングした筋骨格モデルに計測したモーションキャプチャデータを入力し、各関節の角度、角速度、角加速度等の運動データを取得する。次にこれら取得した運動データと計測したフォースプレートデータを筋骨格モデルに入力して逆動力学計算を行うことで各関節にかかる関節反力と関節モーメントを算出する。

ここで算出される股関節モーメントをM_netとすると、M_netは歩行時の運動データと床反力データによって算出されるため、歩行支援ウェア着用時と未着用時で両者を比較しても、歩行に変化がなければ値は変わらない。しかしその内訳を見ると、M_netは式(4)のように人間が発揮する股関節モーメントM_hipと歩行支援ウェアが発揮するモーメントM_suitを合わせたモーメントとなっている。

つまり歩行支援具１着用時においては、歩行支援具１が発揮するモーメントM_suitが作用する分、人間が発揮するモーメントM_hipが減少する。このM_hipの減少分を歩行支援ウェア未着用時と比較することで、歩行支援効果の評価を行う。

図１１はM_suitの算出方法についての概要の説明図である。
図１１において、M_suitはベルト張力と股関節位置より式(5)で表される。

ここで、Fは張力計で計測したベルト張力、R₁は図１１のマーカ１の位置ベクトル、R₂は図１１のマーカ２の位置ベクトル、R_hipは股関節の位置ベクトルであり、これらの位置はモーションキャプチャによって取得したデータを用いる。式(4)と式(5)より、歩行支援具１着用時における人間が発揮する股関節モーメントM_hipは式(6)で表される。

式(6)で算出したM_hipと歩行支援ウェア未着用時の股関節モーメントを比較し、歩行支援効果の評価を行う。

（実験結果の説明）
（歩行周期、歩幅、歩行速度）
図１２は歩行周期、歩幅、歩行速度の実験結果の説明図であり、図１２Ａは平地歩行時の歩行周期、歩幅、歩行速度の結果の一覧表、図１２Ｂは階段歩行時の歩行周期、歩幅、歩行速度の結果の一覧表、図１２Ｃは歩行周期、歩幅、歩行速度の正規化の計算方法の一覧表である。
なお、図１２Ａ、図１２Ｂにおいて、図１２Ｃに示す計算方法で、表の値はすべて試験者の身長と重力加速度を用いて正規化されている。
図１２において、歩行支援具１着用時と未着用時の値をt検定（有意水準５％）によって比較したところ、全ての項目において有意な差は見られなかった。このことから、開発した歩行支援具１は歩行周期、歩幅、歩行速度などの巨視的な歩行の基本因子には影響を及ぼさないと考えられる。よってこれらの影響は無いものとして、股関節モーメントの評価を行う。

（股関節モーメント）
図１３は股関節モーメント測定結果の説明図であり、図１３Ａは平地歩行時、図１３Ｂは階段上り動作時、図１３Ｃは階段下り動作時の測定結果である。
図１４は歩行支援具の着用／未着用での股関節モーメントの比較結果の説明図であり、図１４Ａは平地歩行時の結果、図１４Ｂは階段上り動作時の結果である。
図１３Ａ、図１４Ａより、平地歩行時は歩行周期５０－１００％の区間において歩行支援具１の着用により約２５％の減少が見られた。図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ｂより、階段歩行時は上り動作時に約１５％の有意な減少が見られた。

（筋電図）
図１５は歩行支援具の着用／未着用での平地歩行時の筋電図計測結果である。
なお、図１５では１歩行周期中の％ＭＶＣの平均値を示している。
図１５において、筋電図は、平地歩行時、階段歩行時共に歩行支援ウェア着用時と未着用時で有意な差は見られなかった。

（官能実験）
図１６は歩行支援具の着用／未着用での快適さの官能試験結果の説明図である。
なお、図１６では、実線は歩行支援具１着用時の評点の平均値、破線は未着用時の評点の平均値を示している。
図１６において、全体的に歩行支援ウェア着用時に不快感は増す傾向が見られ、“不快－快適”、“落ち着かない－落ち着く”、“きつい－ゆるい”、“重い－軽い”、“抵抗がある－抵抗がない”、“不自由な－自由な”の６項目で有意な差が見られた。

（平地歩行支援効果）
股関節モーメント比較結果（図１３Ａ、図１４Ａ）より、歩行周期５０－１００％の区間において歩行支援ウェア着用により股関節モーメントに約２５％の減少が見られた。歩行周期５０－１００％は両脚支持期から遊脚期にあたり、この区間においては歩行支援具１の着用により２５％の支援効果が得られることがわかった。約２５％という値に関しては、現存する歩行支援ウェアに比べて高い値であり、体幹運動を用いることで支援効果の高い歩行支援具１が得られた。

図１７は平地歩行時の歩行支援具による支援モーメントの説明図であり、横軸に歩行周期、縦軸に支援モーメントを取ったグラフである。
一方で歩行周期０－５０％の区間で支援効果が得られなかったことについて、図１３Ａの平地歩行時股関節モーメントは歩行周期１００％付近の踵接地直前の伸展モーメントに比べ、歩行周期０％の踵接地直後において大きな伸展モーメントが働いていることがわかる。
しかし、図１７の歩行支援具１が発揮する支援モーメントは歩行周期０％の踵接地直後と歩行周期１００％付近の踵接地直前でほぼ同様の値の伸展モーメントが発生するようになっている。つまりこの支援モーメントの値では歩行周期１００％の踵接地直前の伸展モーメントは支援できるが、歩行周期０％の踵接地直後の伸展モーメントは十分に支援できず、支援効果が得られなかったものと考えられる。

（階段歩行支援効果）
股関節モーメントの比較結果（図１３Ｂ、図１３Ｃ、図１４Ｂ）から、上り動作時は歩行支援ウェア着用により約１５％の有意な減少があることがわかった。このことから、上り動作時は歩行支援ウェア着用により支援効果が得られることがわかる。

図１８は階段歩行時の歩行支援具による支援効果の説明図であり、図１８Ａは支援モーメント、図１８Ｂは体幹前傾角度、図１８Ｃは股関節屈伸角度である。
なお、図１８Ｂは正が前傾、負が後傾であり、図１８Ｃは正が伸展、負が屈曲を示している。
図１８において、上り動作時の支援モーメントは歩行周期０％の踵接地付近において伸展モーメントが発生している。これは階段上り動作時の体幹前傾と股関節屈曲が大きいため、それにより股関節伸展を支援するエラストマーベルトの張力が増加し、伸展側の支援モーメントが増加したものである。この伸展側の支援モーメントの作用が上り動作時の支援効果につながったものと考えられる。

（体幹部への負担と不快感について）
体幹部分の筋電図測定結果（図１５参照）より、歩行支援具１着用によって筋電図に変化は見られなかった。このことから、歩行支援具１の着用によって体幹部分の著しい筋負担になることはないものと考えられる。また官能実験の結果より、歩行支援具１が着用者へ不快感を与えていることがわかった。この不快感の原因について筋電図測定結果も含めて考えると、体幹部分への負担ではなく、その他（エラストマーベルトによる体の圧迫など）が原因であることが推測される。製作した歩行支援具１はベルト位置最適化の際にベルト圧力が低下する位置にベルトを配置するように設計したが、これは各ベルト位置から相対的に圧力の小さい位置を選択したものである。したがって人体各部の許容される圧力値（圧迫を感じやすい部分や感じにくい部分など）の考慮をしていないため、これらを含めた設計が必要であると考えられる。また製作した歩行支援具１の上インナー２は主に背面にベルト１１が固定されているため、背面側に上インナー２が引っ張られ、前面の首元を上インナー２が圧迫してしまう問題が見られた。以上の点を改善することで不快感が低減し、より実用性の高い歩行支援ウェアが期待できる。

（高齢者着用時の支援効果予測）
今回開発した歩行支援具１は高齢者の歩行支援を目的としたものである。しかし本実験は若年者を被験者としたため、本実験で得られた支援効果が高齢者に対しても同様に得られるかは定かではない。そこで本実験で得られた１３名のデータを使用し、高齢者に対しての支援効果予測を行った。具体的には高齢者は若年者に比べて比較的体格が小さく、歩行時の体幹運動も小さいことが考えられるため、本実験の被験者の体格と体幹回旋角度が支援効果に影響を及ぼすのかを調べた。方法は相関分析を用いる。図１９に結果を示す。

図１９は支援効果の予測結果の説明図であり、図１９Ａは横軸に体格を取り縦軸に支援効果を取った相関分析結果、図１９Ｂは横軸に体格を取り縦軸に支援モーメントを取った相関分析結果、図１９Ｃは横軸に体格を取り縦軸に股関節モーメントを取った相関分析結果である。
図２０は支援効果の予測結果の説明図であり、図２０Ａは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に支援効果を取った相関分析結果、図２０Ｂは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に支援モーメントを取った相関分析結果、図２０Ｃは横軸に体幹回旋角度を取り縦軸に股関節モーメントを取った相関分析結果である。
なお、図１９において、体格は、被験者の身長と体重の積とした。また、図２０において、横軸は歩行時の最大の体幹回旋角度を取った。

図１９Ａ、図２０Ａにおいて、支援効果については有意な相関は見られなかった。図１９Ｂ、図１９Ｃ、図２０Ｂ、図２０Ｃにおいて、歩行支援具１の支援モーメントと股関節モーメントについて、それぞれ体格と体幹回旋角度に対して相関分析を実施したところ、体格と支援モーメント、体幹回旋角度と支援モーメントの間に正の相関が見られた。これは体格が大きいほど支援モーメントを発揮するエラストマーベルトに発生する変位が大きくなるためであり、また体幹回旋角度が大きいほどエラストマーベルトの変位が大きくなるためである。一方で体格と股関節モーメント、体幹回旋角度と股関節モーメントの間にも正の相関が見られた。これは体格が大きいほど床反力が増大して股関節に発生するモーメントも大きくなるためであり、また体幹回旋角度が大きいほど歩行速度などが大きい傾向にあり、ダイナミックに歩行しているため、結果として股関節モーメントが大きくなったためと考えられる。
以上の結果より、高齢者着用時の支援効果を予測すると、体格が小さいあるいは体幹運動が小さい高齢者が着用した場合、歩行支援具１の支援モーメントは低下するが、支援対象の股関節モーメントの値も小さいため、その支援効果（割合）は変わらない。したがって、高齢者が着用した場合でも、本実験と同等の支援効果が得られるものと予測できる。

（変更例）
以上、本発明の実施例を詳述したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で、種々の変更を行うことが可能である。
例えば、前記実施例において、上インナー２において上ベルト１１を固定する位置を肩甲骨の付近とする構成を例示したが、これに限定されない。実験等に応じて支援効果が高まったり、不快感が減少する位置に変更することが可能である。また、実施例１では、上右前ベルト１２の固定位置と上右後ろベルト１３の固定位置が一致する構成を例示したが、これに限定されない。各ベルト１２，１３の固定位置が異なる位置とすることが可能である。

前記実施例において、ガイドカバー１７，２７を上インナー２と下インナー３の両方に設けることが望ましいが、上インナー２と下インナー３のいずれか一方にのみ設ける構成とすることも可能である。

１…歩行支援具、
２…上部、
３…下部、
１１…第１の紐状体、
１２ａ～１５ａ…第１の紐状体の一端、
１２ｂ～１５ｂ…第１の紐状体の他端、
１７…第１のガイド、
１７，２７…ガイド、
２１…第２の紐状体、
２２ａ～２５ａ…第２の紐状体の一端、
２２ｂ～２５ｂ…第２の紐状体の他端、
２７…第２のガイド。

Claims

人の上半身に装着可能な上部であって、一端が前記上部に固定され且つ他端が下方に延びる第１の紐状体、を有する前記上部と、
人の下半身に装着可能な下部であって、一端が前記下部に固定され且つ他端が上方に延びて他端が前記第１の紐状体の他端に着脱可能な第２の紐状体を有する前記下部と、
前記第１の紐状体および第２の紐状体の少なくとも一方の他端部に対応して配置され、紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ紐状体の厚さ方向を覆うガイドと、
を備えたことを特徴とする歩行支援具。
人の上半身に装着可能な上部であって、一端が前記上部に固定され且つ他端が下方に延びる第１の紐状体、を有する前記上部と、
人の下半身に装着可能な下部であって、一端が前記下部に固定され且つ他端が上方に延びて他端が前記第１の紐状体の他端に着脱可能な第２の紐状体を有する前記下部と、
前記第１の紐状体の少なくとも他端部に対応して配置され、前記第１の紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ前記第１の紐状体の厚さ方向を覆う第１のガイドと、前記第２の紐状体の少なくとも他端部に対応して配置され、前記第２の紐状体の長手方向および幅方向に沿って移動可能に支持し且つ前記第２の紐状体の厚さ方向を覆う第２のガイドと、を有するガイドと、
を備えたことを特徴とする歩行支援具。
内表面が低摩擦材料で構成された前記ガイド、
を備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の歩行支援具。
前記紐状体の長手方向および幅方向に伸縮可能な材料で構成された前記ガイド、
を備えたことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の歩行支援具。