JP2022133999A - 継手装置 - Google Patents

Abstract

【課題】動力源の動力より連接部を伸展及び屈曲させることが可能な継手装置を提供する。【解決手段】電動義足１は、膝下側部材１０と、膝上側部材２０と、膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を変更可能に連接する膝関節機構３０と、伸縮することにより膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を変更可能な伸縮装置４０と、を備える。伸縮装置４０は、モータＭと、モータＭの動力を伝達する変速機Ｔと、を備える。変速機Ｔは、モータＭの動力を第１変速比で伝達する第１変速機構Ｔ１と、モータＭの動力を第１変速比とは異なる第２変速比で伝達する第２変速機構Ｔ２と、を備える。【選択図】図３

Description

本発明は、継手装置に関する。

従来、２つの部材を連接する連接部に用いられる継手装置として、２つの部材の成す角を変更可能な伸縮装置を備えるものが知られている。このような継手装置として、例えば、膝関節に用いられる義足がある。特許文献１には、切断脚の断端部に装着される義足の大腿ソケット内に切断脚の断端部の筋肉の収縮運動を検知するセンサを設け、膝継手部の屈曲及び伸展の抵抗を調整する液圧シリンダーの可変バルブの絞り具合を、センサからの検知情報により制御することが記載されている。

特開平１１－１９１０５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の義足では、屈曲及び伸展の抵抗を発生させることはできても、屈曲及び伸展の動力を発生させることはできなかった。

本発明は、動力源の動力により連接部を伸展及び屈曲させることが可能な継手装置を提供する。

第１発明は、
第１部材と、
第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
前記伸縮装置は、
動力源と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を備え、
前記動力伝達部は、
前記動力を第１変速比で伝達する第１動力伝達路と、
前記動力を前記第１変速比とは異なる第２変速比で伝達する第２動力伝達路と、を備える。

第２発明は、
第１部材と、
第２部材と、
前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態と、加重を受けない非加重状態と、を遷移するように設けられ、
前記伸縮装置は、
動力源と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、
前記動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える断続機構と、
前記断続機構を制御する断続機構制御部と、を備え、
前記断続機構制御部は、
前記加重状態のときに前記接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに前記遮断状態に制御する。

本発明によれば、動力源の動力を伝達する動力伝達部を介して連接部を伸展及び屈曲させることができる。

本発明の第１実施形態の電動義足を斜め前方から見た斜視図である。 図１の電動義足を斜め後方から見た斜視図である。 図１の電動義足の内部構造を示す図である。 図１の電動義足の動力伝達部の拡大図である。 図４の動力伝達部が第１変速状態にあるときの動力伝達部の動力伝達を示す図である。 図４の動力伝達部が第２変速状態にあるときの動力伝達部の動力伝達を示す図である。 図４の動力伝達部がフリー状態にあるときの動力伝達部の動力伝達を示す図である。 階段を昇る際に、膝関節機構を屈曲した状態からの伸展を説明する図である。 階段を昇る際に、膝関節機構を伸展した状態からの屈曲を説明する図である。 本発明の第２実施形態の電動義足の動力伝達部の斜視図である。 図８の動力伝達部の断面図である。 平地を歩行する際における、断続機構の状態を説明する図である。 電動義足の制御システムの機能ブロック図である。 電動義足のセンサなどを説明する図である。 図６の平地歩行時のトルク伝達経路の切替フローを説明する図である。 図６の平地歩行時に電動義足に作用する加重等を示すグラフである。 図１４のＡ部分の拡大図である。 図１４のＢ部分の拡大図である。

以下、本発明の継手装置の一例としての電動義足の各実施形態とこの電動義足の平地歩行時の制御について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明では、電動義足の使用者を基準に前後方向、左右方向、上下方向を定義する。図面には、電動義足の前方をＦｒ、後方をＲｒ、左側をＬ、右側をＲ、上方をＵ、下方をＤとして示す。

＜第１実施形態＞
［電動義足］
本実施形態の電動義足１は、ひざのない人のための義足であり、図６に示すように上半身３と相対回動する一方の大腿部４に装着され、下腿部５として機能する。電動義足１は、図１～図３に示すように、ひざの下側に位置する膝下側部材１０と、ひざの上側に位置する膝上側部材２０と、膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を変更可能に連接する膝関節機構３０と、伸縮することにより膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を変更可能な伸縮装置４０と、を備える。

膝上側部材２０は、不図示のソケットに連結されるアダプター２１が設けられた上壁部２２と、上壁部２２の左右両端から下方に延びる一対の上側側壁部２３と、を備え、前後方向から見て下方が開口する略Ｕ字形状を有する。

膝下側部材１０は、脚部１１が設けられた下壁部１２と、下壁部１２の左右両端から上方に延びる一対の下側側壁部１３と、を備え、前後方向から見て上方が開口する略Ｕ字形状を有する。

膝上側部材２０の一対の上側側壁部２３間には、膝下側部材１０の一対の下側側壁部１３が回動部３５を中心に回転可能に連結される。この機構により、膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角が変更可能に連接され、膝関節機構３０が構成される。

膝上側部材２０と膝下側部材１０との間に形成された空間には、膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を変更可能な伸縮装置４０が設けられる。

伸縮装置４０は、図４も参照して、回転動力を出力するモータＭと、モータＭの動力を伝達する変速機Ｔと、変速機Ｔに動力伝達可能に接続され、変速機Ｔから出力される回転動力を並進運動に変換する第１スピンドルユニットＳＰ１と、モータＭと後述する変速機Ｔの第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２との間に介装される断続機構５０と、モータＭから出力される回転動力を、断続機構５０の作動子５５の並進運動に変換する第２スピンドルユニットＳＰ２と、を備える。

変速機Ｔは、天板部６１と、底板部６２と、これら天板部６１及び底板部６２の左右両端を連結する一対の側板部６３と、を備え、前後方向から見て矩形形状を有する変速機ケース６０を備える。変速機ケース６０は、底板部６２から下方に延びる一対の回動翼６４が膝下側部材１０の下壁部１２から上方に延びる回動支持壁１４に下揺動部７０を中心に揺動可能且つ移動不能に支持される。

モータＭは、出力軸７１が天板部６１を貫通して変速機ケース６０の内部に突出するように変速機ケース６０の天板部６１の前方且つ上方に配置される。第１スピンドルユニットＳＰ１は、前後方向において断続機構５０を挟んでモータＭとは反対側に配置される。言い換えると、モータＭは、断続機構５０よりも前後方向において前方に配置され、第１スピンドルユニットＳＰ１は、断続機構５０よりも前後方向において後方に配置されている。これにより、電動義足１にモータＭを搭載しても、前後方向のバランスを保持しながら、電動義足１が幅方向に大きくなるのを抑制できる。

モータＭから出力される回転動力を、断続機構５０の作動子５５の並進運動に変換する第２スピンドルユニットＳＰ２は、前後方向においてモータＭと第１スピンドルユニットＳＰ１との間に配置される。モータＭの出力軸７１、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５は、互いに平行に配置され、膝関節機構３０が完全に伸展した状態において、上下方向を向くように配置されている。

第１スピンドルユニットＳＰ１は、雄ねじ７３ａが形成された第１スピンドル７３と、雌ねじ７４ａが形成されたスリーブ７４と、を有し、第１スピンドル７３の回転によりスリーブ７４が第１スピンドル７３の軸心に沿って並進運動する。本実施形態では、第１スピンドル７３は、変速機Ｔによって伝達されたモータＭの回転動力を受けて回転運動を行う。一方、スリーブ７４は、膝上側部材２０の上壁部２２から下方に延びる一対の内側側壁部２４に上揺動部２５を中心に揺動可能且つ移動不能に取り付けられる。したがって、変速機Ｔによって伝達されたモータＭの回転動力を受けて第１スピンドル７３が一方側（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転すると、スリーブ７４が変速機Ｔから離れるように並進移動し、第１スピンドル７３が他方側（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転すると、スリーブ７４が変速機Ｔに近づくように並進移動する。

即ち、第１スピンドル７３の回転方向に応じてスリーブ７４と変速機Ｔとの距離が伸縮する。スリーブ７４は、前述したように膝上側部材２０に移動不能に取り付けられているため、第１スピンドル７３の回転方向に応じてスリーブ７４と変速機Ｔとの距離が伸縮することで、変速機Ｔが取り付けられた膝下側部材１０とスリーブ７４が取り付けられた膝上側部材２０とが、回動部３５を中心に回転する。これにより、膝上側部材２０と膝下側部材１０との成す角が変わる。

変速機Ｔは、図４に示すように、モータＭの出力軸７１に設けられる出力ギヤ７２と、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５の略中央部に設けられ、出力ギヤ７２と噛み合う入力ギヤ７７と、第１変速機構Ｔ１と、第２変速機構Ｔ２と、を備える。

第１変速機構Ｔ１は、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５の上側に移動不能に設けられた第１駆動ギヤ７８と、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３に第１スピンドル７３と一体回転するように設けられ、第１駆動ギヤ７８と噛み合う第１従動ギヤ７９とから構成される。

第２変速機構Ｔ２は、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５の下側に移動不能に設けられた第２駆動ギヤ８０と、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３に第１スピンドル７３と一体回転するように設けられ、第２駆動ギヤ８０と噛み合う第２従動ギヤ８１とから構成される。

第１変速機構Ｔ１は、モータＭの動力を第１変速比で伝達する。第２変速機構Ｔ２は、モータＭの動力を第１変速比とは異なる第２変速比で伝達する。変速比の異なる２つの動力伝達路を備えることで、膝関節機構３０における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。第１変速比及び第２変速比は異なっていればよく、第１変速機構Ｔ１と第２変速機構Ｔ２とは、いずれか一方が減速機構で他方が増速機構であってもよく、いずれか一方が等速機構で他方が減速機構又は増速機構であってもよく、両方が減速機構であってもよく、両方が増速機構であってもよい。

第１変速比を、第１変速機構Ｔ１におけるモータＭ側の回転数である変速前回転数に対する、第１変速機構Ｔ１における反モータＭ側（第１スピンドルユニットＳＰ１側）の回転数である変速後回転数の比率とし、第２変速比を、第２変速機構Ｔ２におけるモータＭ側の回転数である変速前回転数に対する、第２変速機構Ｔ２における反モータＭ側（第１スピンドルユニットＳＰ１側）の回転数である変速後回転数の比率としたとき、第１変速比は、第２変速比よりも小さくなるよう構成されることが好ましい。

例えば、第１変速機構Ｔ１の第１変速比が１より小さい場合、反モータＭ側（第１スピンドルユニットＳＰ１側）の回転数はモータＭ側の回転数よりも減少し、トルクが増加する。第２変速機構Ｔ２の第２変速比が１より大きい場合、反モータＭ側（第１スピンドルユニットＳＰ１側）の回転数はモータＭ側の回転数よりも増加し、トルクが減少する。この場合、第１駆動ギヤ７８は、第２駆動ギヤ８０よりも小径となり、第１駆動ギヤ７８とモータＭとを近接配置することができる。本実施形態では、第１変速機構Ｔ１が第２変速機構Ｔ２よりもモータＭの近くに配置されている。より具体的には、モータＭが、第１駆動ギヤ７８の前方に第１駆動ギヤ７８と上下方向でオーバーラップするように配置されている。

第１変速機構Ｔ１と第２変速機構Ｔ２とは、断続機構５０により切り替えられる。断続機構５０は、第１変速機構Ｔ１における動力の遮断及び接続を切り替える上側クラッチ５０Ｕと、第２変速機構Ｔ２における動力の遮断及び接続を切り替える下側クラッチ５０Ｄと、入力ギヤ７７と一体に回転する作動子５５と、を備える。

上側クラッチ５０Ｕは、モータＭ側の係合子である第１係合子５１と、第１変速機構Ｔ１側の係合子である第２係合子５２と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第１係合子５１は、入力ギヤ７７と一体に回転するように作動子５５及び入力ギヤ７７の上方に設けられる。第２係合子５２は、第１係合子５１と係合可能に第１駆動ギヤ７８の下方に第１駆動ギヤ７８と一体に回転するように設けられる。第２係合子５２及び第１駆動ギヤ７８は、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５の上方に、第２スピンドル７５に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。

下側クラッチ５０Ｄは、モータＭ側の係合子である第３係合子５３と、第２変速機構Ｔ２側の係合子である第４係合子５４と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第３係合子５３は、入力ギヤ７７と一体に回転するように作動子５５及び入力ギヤ７７の下方に設けられる。第４係合子５４は、第３係合子５３と係合可能に第２駆動ギヤ８０の上方に第２駆動ギヤ８０と一体に回転するように設けられる。第４係合子５４及び第２駆動ギヤ８０は、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５の下方に、第２スピンドル７５に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。

作動子５５は、上記したように入力ギヤ７７と一体回転するように入力ギヤ７７に取り付けられるとともに、その上部と下部に第１係合子５１及び第３係合子５３が一体回転するように取り付けられている。作動子５５は、第２スピンドル７５の略中央、即ち、上下方向で第１駆動ギヤ７８と第２駆動ギヤ８０との間に介装されている。ここで、作動子５５は、第２スピンドルユニットＳＰ２のスクリューナット７６である。第２スピンドルユニットＳＰ２は、雄ねじが形成された第２スピンドル７５と、雌ねじが形成されたスクリューナット７６（作動子５５）と、を有し、入力ギヤ７７の回転に伴って、スクリューナット７６（作動子５５）が第２スピンドル７５の軸心に沿って回転しながら並進運動する。

スクリューナット７６（作動子５５）は、モータＭが第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転するときに、並進運動の移動方向である上下方向において上方に移動し、モータＭが第１方向とは反対側の第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転するときに、上下方向において下方に移動する。このように、モータＭの回転方向を変えることで、作動子５５の移動方向を変えることができる。

断続機構５０は、作動子５５が第２スピンドル７５の軸心に沿って並進運動することで第１変速状態、第２変速状態、フリー状態の３つの状態を取りうる。

第１変速状態では、図５Ａに示すように、モータＭが第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転し、スクリューナット７６（作動子５５）が上方に移動することで、第１係合子５１と第２係合子５２とが接続状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕが接続状態となり、下側クラッチ５０Ｄが遮断状態となる。第１変速状態では、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、入力ギヤ７７、作動子５５、第１係合子５１、第２係合子５２、第１駆動ギヤ７８、第１従動ギヤ７９、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。

第２変速状態では、図５Ｂに示すように、モータＭが第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転し、スクリューナット７６（作動子５５）が下方に移動することで、第１係合子５１と第２係合子５２とが遮断状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが接続状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕが遮断状態となり、下側クラッチ５０Ｄが接続状態となる。第２変速状態では、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、入力ギヤ７７、作動子５５、第３係合子５３、第４係合子５４、第２駆動ギヤ８０、第２従動ギヤ８１、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。

フリー状態では、図５Ｃに示すように、第１係合子５１と第２係合子５２とが遮断状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕ及び下側クラッチ５０Ｄがともに遮断状態となる。フリー状態では、モータＭが停止し、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転によって第１従動ギヤ７９及び第２従動ギヤ８１が回転するが、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転が、第１従動ギヤ７９、第１駆動ギヤ７８、第２係合子５２に伝達されるものの第１係合子５１へは伝達されない。同様に、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転が、第２従動ギヤ８１、第２駆動ギヤ８０、第４係合子５４に伝達されるものの第３係合子５３へは伝達されない。

即ち、断続機構５０は、第１変速状態及び第２変速状態では、上側クラッチ５０Ｕ及び下側クラッチ５０Ｄのいずれか一方が接続状態となり、フリー状態では、上側クラッチ５０Ｕ及び下側クラッチ５０Ｄが遮断状態となる。以下では、第１変速状態及び第２変速状態を断続機構５０の接続状態と称し、フリー状態を断続機構５０の遮断状態と称することがある。

なお、図４～図５Ｃ中、符号Ｄは、ロータリーダンパであり、モータＭの回転時に、スクリューナット７６（作動子５５）が確実に並進移動できるように第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５に適度な抵抗を与える。ロータリーダンパＤは、ロータリーダンパＤの回転軸に設けられる第１ダンパーギヤ８６と、第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５に第２スピンドル７５と一体回転するように設けられ、第１ダンパーギヤ８６と噛み合う第２ダンパーギヤ８７とから構成される。ロータリーダンパＤは、変速機ケース６０の底板部６２の前方且つ上方であって、モータＭの下方に配置されている。

このように構成された電動義足１では、これまでの受動ダンパーを備える受動義足では、非義足側の足（健常脚）で一段ずつ上がらざるをえなかった階段の昇段動作をスムーズに行うことが可能となる。

具体的に説明すると、図６に示すように、電動義足１を前に出して階段を昇る際に電動義足１に外部から加重された状態で、膝関節機構３０を屈曲した状態から伸展するとき大きな動力が必要となる。

このとき、図５Ａに示すように、モータＭを第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転させることで、モータＭの動力が出力ギヤ７２から入力ギヤ７７に伝達される。入力ギヤ７７が第２方向（図５Ａの矢印Ｄ２方向）に回転することで、作動子５５は第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５周りを回転しつつ第２スピンドル７５に案内されて上方に移動する。そして、作動子５５及び入力ギヤ７７の上方に設けられた第１係合子５１が第１駆動ギヤ７８の下方に設けられた第２係合子５２と係合し、断続機構５０が第１変速状態となる。

断続機構５０が第１変速状態のとき、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、入力ギヤ７７、作動子５５、第１係合子５１、第２係合子５２、第１駆動ギヤ７８、第１従動ギヤ７９、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。第１駆動ギヤ７８が入力ギヤ７７とともに第２方向（図５Ａの矢印Ｄ２方向）に回転することで、第１従動ギヤ７９が第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転し、第１従動ギヤ７９が第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転することで、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３が第１方向（図５Ａの矢印Ｄ１方向）に回転する。これにより、スリーブ７４が変速機Ｔから離れるように並進移動し、変速機Ｔが取り付けられた膝下側部材１０に対し、スリーブ７４が取り付けられた膝上側部材２０が回動部３５を中心に回転して、膝関節機構３０が伸展する。

一方、階段の昇段動作をスムーズに行うためには、図７に示すように、健常脚に加重がされた状態、言い換えると電動義足１に外部から加重がされていない状態で、膝関節機構３０が伸展した状態から屈曲させる（持ち上げる）必要がある。膝関節機構３０が伸展した状態から屈曲させる際には、大きな動力は必要ないが素早い動作が必要となる。

このとき、図５Ｂに示すように、モータＭを第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転させることで、モータＭの動力が出力ギヤ７２から入力ギヤ７７に伝達される。入力ギヤ７７が第１方向（図５Ｂの矢印Ｄ１方向）に回転することで、作動子５５は第２スピンドルユニットＳＰ２の第２スピンドル７５周りを回転しつつ第２スピンドル７５に案内されて下方に移動する。そして、作動子５５及び入力ギヤ７７の下方に設けられた第３係合子５３が第２駆動ギヤ８０の上方に設けられた第４係合子５４と係合し、断続機構５０が第２変速状態となる。

断続機構５０が第２変速状態のとき、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、入力ギヤ７７、作動子５５、第３係合子５３、第４係合子５４、第２駆動ギヤ８０、第２従動ギヤ８１、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。第２駆動ギヤ８０が入力ギヤ７７とともに第１方向（図５Ｂの矢印Ｄ１方向）に回転することで、第２従動ギヤ８１が第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転し、第２従動ギヤ８１が第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転することで、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３が第２方向（図５Ｂの矢印Ｄ２方向）に回転する。これにより、スリーブ７４が変速機Ｔに近づくように並進移動し、スリーブ７４が取り付けられた膝上側部材２０に対し、変速機Ｔが取り付けられた膝下側部材１０が回動部３５を中心に回転して、膝関節機構３０が屈曲する。

このように構成された電動義足１では、モータＭの動力を伝達する変速機Ｔを介して膝関節機構３０を伸展及び屈曲させることができる。膝関節機構３０の回動範囲は１８０°以下に制限されており、膝関節機構３０が伸展した状態では膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角は約１８０°であり、膝関節機構３０が屈曲した状態ではこの成す角が１８０°未満となる。

変速機Ｔは、変速比の異なる２つの動力伝達路を備えるので、膝関節機構３０における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。特に、階段の昇る際に膝関節機構３０の屈曲時と伸展時とでは求められる動作スピード及び発生動力が異なるところ、膝関節機構３０の屈曲時と伸展時とで動力伝達路を変えることができる。

また、モータＭと変速機Ｔとの間に介装される断続機構５０が、モータＭと第１変速機構Ｔ１との間に介装される上側クラッチ５０Ｕと、モータＭと第２変速機構Ｔ２との間に介装される下側クラッチ５０Ｄと、を有するので、２つの動力伝達路を適切に切り替えることができる。

特に、伸縮装置４０は、モータＭから出力される回転動力を、作動子５５の並進運動に変換する第２スピンドルユニットＳＰ２を備えるので、１つのモータＭで作動子５５の制御と膝関節機構３０における伸展と屈曲の制御とを実現できる。さらに、１つの作動子５５によって、変速機Ｔを第１変速状態と、第２変速状態と、フリー状態とに切り替え可能に構成されるので、２つの動力伝達路が同時に接続されることを回避できる。

階段を降りる際及び平地を歩行する際には、モータＭの動力が必要ないのでモータＭが停止される。以下の説明では、外部から加重がされていない脚、言い換えると体重を支えていない状態の脚を遊脚と称し、外部から加重がされている脚、言い換えると体重を支えている状態の脚を立脚と称する。なお、電動義足１には、常に電動義足１の重力による重さ（自重）が作用しているが、自重は外部からの加重に含まれない点に留意されたい。

モータＭが停止した状態で電動義足１に外部から加重されると、進展した状態の膝関節機構３０が加重に耐えかねて屈曲してしまう、いわゆる膝折れが発生する虞がある。そこで、階段の降段時及び平地歩行時には、使用者の意図しない膝折れを防止するため、電動義足１に外部から加重がされた状態（立脚）では、断続機構５０が接続状態に維持される。一方、電動義足１に外部から加重がされていない状態（遊脚）では断続機構５０が遮断状態に維持され、膝関節機構３０を屈曲した状態からスムーズに伸展させることが可能となっている。

図１０は、平地を歩行する際における、断続機構５０の状態を説明する図である。
即ち、平地歩行の際、電動義足１に外部から加重がされた加重状態（図１０のＩ立脚）では、モータＭが停止され且つ断続機構５０が接続状態に維持される。なお、断続機構５０は、上側クラッチ５０Ｕが接続状態であり且つ下側クラッチ５０Ｄが遮断状態である第１変速状態であってもよく、上側クラッチ５０Ｕが遮断状態であり且つ下側クラッチ５０Ｄが接続状態である第２変速状態であってもよい。好ましくは、第２変速状態である。

一方、平地歩行の際、電動義足１に外部から加重がされていない非加重状態（図１０のＩＩＩ遊脚）では、モータＭが停止され且つ断続機構５０が上側クラッチ５０Ｕ及び下側クラッチ５０Ｄがともに遮断状態となるフリー状態に維持される。平地歩行の際の断続機構５０の接続状態から遮断状態への切替（図１０のＩＩ離地）、及び断続機構５０の遮断状態から接続状態への切替（図１０のＩＶ着地直前）の制御（以下、平地歩行制御）については、後述する。

＜第２実施形態＞
第２実施形態の電動義足１は、伸縮装置４０の構成が第１実施形態の電動義足１と異なるものである。より具体的に説明すると、第１実施形態の伸縮装置４０では、作動子５５の並進運動は、モータＭから出力される回転動力が第２スピンドルユニットＳＰ２によって変換されることで実現された。これに対し、第２実施形態の伸縮装置４０では、作動子５５の並進運動は、モータＭとは異なる駆動源であるクラッチアクチュエータＡＣＴと、クラッチアクチュエータＡＣＴの動力を作動子５５に伝達するクラッチフォーク９０と、により実現される。以下の説明では、第２実施形態の電動義足１の伸縮装置４０について図８及び図９を参照しながら説明するが、第１実施形態の電動義足１の伸縮装置４０と同一又は同等の構成について図中に同一の符号を付して説明を省略し、相違点についてのみ説明する。

第２実施形態の伸縮装置４０は、図８及び図９に示すように、回転動力を出力するモータＭと、モータＭの動力を伝達する変速機Ｔと、変速機Ｔに動力伝達可能に接続され、変速機Ｔから出力される回転動力を並進運動に変換する第１スピンドルユニットＳＰ１と、モータＭと変速機Ｔの第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２との間に介装される断続機構５０と、モータＭの出力軸７１及び第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３と平行に配置され断続機構５０を支持するサポートシャフト９５と、並進運動を行うクラッチアクチュエータＡＣＴと、クラッチアクチュエータＡＣＴの動力を断続機構５０の作動子５５に伝達するクラッチフォーク９０と、を備える。

クラッチアクチュエータＡＣＴは、モータＭとは異なる動力源であり、図８中の矢印Ｙ１で示すように、サポートシャフト９５の軸心方向（上下方向）に沿って並進運動を行う。

クラッチフォーク９０は、クラッチフォーク９０の一端部がクラッチアクチュエータＡＣＴに連結され、且つ中間部が揺動軸６５に支持されることで、図８中の矢印Ｙ２で示すように、揺動軸６５を中心に揺動自在に構成される。クラッチフォーク９０の他端部には、揺動軸６５に対しクラッチアクチュエータＡＣＴとは反対側に位置する分岐部９１から二又に分岐し、円弧状に互いに反対方向に延びるアーム９２が設けられる。各アーム９２の先端部には、後述するスライドクラッチ５６に嵌合する連結ピン９３が設けられる。従って、クラッチアクチュエータＡＣＴが並進運動を行うことで、クラッチフォーク９０は揺動軸６５を中心に揺動し、クラッチフォーク９０の連結ピン９３が上下に揺動する。

変速機Ｔは、モータＭの出力軸７１に設けられる出力ギヤ７２と、サポートシャフト９５の略中央部に設けられ、出力ギヤ７２と噛み合う第１入力ギヤ７７Ａ及び第２入力ギヤ７７Ｂと、第１変速機構Ｔ１と、第２変速機構Ｔ２と、を備える。第１入力ギヤ７７Ａ及び第２入力ギヤ７７Ｂは、入力ギヤ７７を構成する。

第１変速機構Ｔ１は、サポートシャフト９５の上側に移動不能に設けられた第１駆動ギヤ７８と、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３に第１スピンドル７３と一体回転するように設けられ、第１駆動ギヤ７８と噛み合う第１従動ギヤ７９とから構成される。

第２変速機構Ｔ２は、サポートシャフト９５の下側に移動不能に設けられた第２駆動ギヤ８０と、第１スピンドルユニットＳＰ１の第１スピンドル７３に第１スピンドル７３と一体回転するように設けられ、第２駆動ギヤ８０と噛み合う第２従動ギヤ８１とから構成される。

なお、第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２の変速比については第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。第１変速機構Ｔ１と第２変速機構Ｔ２とは、断続機構５０により切り替えられる。断続機構５０は、モータＭと第１変速機構Ｔ１との間に介装される上側クラッチ５０Ｕと、モータＭと第２変速機構Ｔ２との間に介装される下側クラッチ５０Ｄと、作動子５５と、を備える。

上側クラッチ５０Ｕは、モータＭ側の係合子である第１係合子５１と、第１変速機構Ｔ１側の係合子である第２係合子５２と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第１係合子５１は、第１入力ギヤ７７Ａと一体に回転するように第１入力ギヤ７７Ａの上方に設けられる。第２係合子５２は、第１係合子５１と係合可能に第１駆動ギヤ７８の下方に第１駆動ギヤ７８と一体に回転するように設けられる。第２係合子５２及び第１駆動ギヤ７８は、サポートシャフト９５の上方に、サポートシャフト９５に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。

下側クラッチ５０Ｄは、モータＭ側の係合子である第３係合子５３と、第２変速機構Ｔ２側の係合子である第４係合子５４と、を備える噛み合いクラッチである。より詳しく説明すると、第３係合子５３は、第２入力ギヤ７７Ｂと一体に回転するように第２入力ギヤ７７Ｂの下方に設けられる。第４係合子５４は、第３係合子５３と係合可能に第２駆動ギヤ８０の上方に第２駆動ギヤ８０と一体に回転するように設けられる。第４係合子５４及び第２駆動ギヤ８０は、サポートシャフト９５の下方に、サポートシャフト９５に対し相対回転自在に且つ移動不能に取り付けられている。

作動子５５は、クラッチフォーク９０の連結ピン９３と常時係合する円環状のスライドクラッチ５６と、スライドクラッチ５６とともに並進運動を行う軸受５７と、を備え、上下方向において第１入力ギヤ７７Ａと第２入力ギヤ７７Ｂとの間に配置されている。

スライドクラッチ５６には、クラッチフォーク９０の連結ピン９３が係合する連結孔が設けられ、連結孔は、クラッチフォーク９０の揺動を吸収しスライドクラッチ５６の上下方向の並進運動に変換する。

軸受５７は、スライドクラッチ５６に回転不能に支持された外輪５７ａと、第１係合子５１が設けられた第１入力ギヤ７７Ａと第３係合子５３が設けられた第２入力ギヤ７７Ｂと一体回転するように構成された内輪５７ｂと、外輪５７ａと内輪５７ｂとの間に配置され、外輪５７ａと内輪５７ｂとの相対回転を許容する転動体５７ｃと、を備える。

内輪５７ｂは、第１入力ギヤ７７Ａ及び第２入力ギヤ７７Ｂとともにサポートシャフト９５にキー連結されたサポートフランジ９６の外周部に上下方向に並進移動可能に支持されている。

スライドクラッチ５６及び軸受５７（作動子５５）は、クラッチアクチュエータＡＣＴによってクラッチフォーク９０の一端部が下方に移動するときに、サポートシャフト９５に沿って上方に移動し、クラッチアクチュエータＡＣＴによってクラッチフォーク９０の一端部が上方に移動するときに、サポートシャフト９５に沿って下方に移動する。なお、スライドクラッチ５６及び外輪５７ａと、第１入力ギヤ７７Ａとの間には上下方向に所定の隙間が設けられ、非回転部材であるスライドクラッチ５６及び外輪５７ａに対し、第１入力ギヤ７７Ａが干渉しないように構成される。同様に、スライドクラッチ５６及び外輪５７ａと、第２入力ギヤ７７Ｂとの間には上下方向に所定の隙間が設けられ、非回転部材であるスライドクラッチ５６及び外輪５７ａに対し、第２入力ギヤ７７Ｂが干渉しないように構成される。

断続機構５０は、スライドクラッチ５６及び軸受５７（作動子５５）がサポートシャフト９５の軸心に沿って上下方向に並進運動することで第１変速状態、第２変速状態、フリー状態の３つの状態を取りうる。

第１変速状態では、スライドクラッチ５６及び軸受５７（作動子５５）が上方に移動することで、図５Ａと同様に、第１係合子５１と第２係合子５２とが接続状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕが接続され、下側クラッチ５０Ｄが遮断される。第１変速状態では、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、第１入力ギヤ７７Ａ（内輪５７ｂ及び第２入力ギヤ７７Ｂ）、第１係合子５１、第２係合子５２、第１駆動ギヤ７８、第１従動ギヤ７９、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。

第２変速状態では、スライドクラッチ５６及び軸受５７（作動子５５）が下方に移動することで、図５Ｂと同様に、第１係合子５１と第２係合子５２とが遮断状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが接続状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕが遮断され、下側クラッチ５０Ｄが接続される。第２変速状態では、モータＭの動力が、出力ギヤ７２、第２入力ギヤ７７Ｂ（内輪５７ｂ及び第１入力ギヤ７７Ａ）、第３係合子５３、第４係合子５４、第２駆動ギヤ８０、第２従動ギヤ８１、第１スピンドルユニットＳＰ１へと伝達される。

フリー状態では、図５Ｃと同様に、第１係合子５１と第２係合子５２とが遮断状態となり且つ第３係合子５３と第４係合子５４とが遮断状態となる。言い換えると、上側クラッチ５０Ｕが遮断され、下側クラッチ５０Ｄが遮断される。フリー状態では、モータＭが停止し、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転によって第１従動ギヤ７９及び第２従動ギヤ８１が回転するが、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転が、第１従動ギヤ７９、第１駆動ギヤ７８、第２係合子５２に伝達されるものの第１係合子５１へは伝達されない。同様に、第１スピンドルユニットＳＰ１の回転が、第２従動ギヤ８１、第２駆動ギヤ８０、第４係合子５４に伝達されるものの第３係合子５３へは伝達されない。

このように構成された電動義足１では、第１実施形態と同様に、モータＭの動力を伝達する変速機Ｔを介して膝関節機構３０を伸展及び屈曲させることができるとともに、第１実施形態の電動義足１で説明した作用効果が得られる。また、第２実施形態の電動義足１では、膝関節機構３０を伸展及び屈曲させるためのモータＭとは異なる動力源であるクラッチアクチュエータＡＣＴを利用して作動子５５を切り替えるので、より安定的に作動子５５を切り替えることができる。

＜平地歩行制御＞
続いて、上記した第１実施形態及び第２実施形態の電動義足１を用いた平地歩行制御について、第２実施形態の電動義足１を例に説明する。

図１１及び図１２に示すように、電動義足１には、膝下側部材１０の下部（例えば、脚部１１）に設けられた荷重センサである加重／抜重センサ２０１と、膝下側部材１０に設けられ膝下側部材１０の地面に対する角度（対地角）を検出可能な姿勢センサである脛ＩＭＵ（Inertial Measurement Unit）２０３と、膝下側部材１０と膝上側部材２０との成す角を検出する回転角センサである膝角度センサ２０５と、が設けられる。

電動義足１の制御システム１００は、膝下側部材１０に加わる加重ＦＺを取得する加重／抜重取得部１０２と、電動義足１が非加重状態から加重状態に遷移することを取得する加重遷移取得部１１３と、電動義足１が加重状態から非加重状態に遷移することを取得する非加重遷移取得部１１４と、下腿部５の中心線ＣＬ５と大腿部４の中心線ＣＬ４との角度である膝角度θを取得する膝角度取得部１０３と、膝関節機構３０の回動部３５を通って鉛直方向に延びる鉛直線ＬＮ１に対する下腿部５の角度である下腿角度αを算出する下腿角度算出部１０７と、下腿角度αの角速度である下腿角速度を算出する下腿角速度算出部１１１と、下腿角度αの角加速度である下腿角加速度を算出する下腿角加速度算出部１１２と、股関節６を通って鉛直方向に延びる鉛直線ＬＮ２に対する大腿部４の角度である大腿角度βを算出する大腿角度算出部１０６と、モータＭを制御するモータ制御部１０８と、断続機構５０の状態を制御する断続機構制御部１１０と、を備える。なお、第１実施形態では、モータ制御部１０８が断続機構制御部１１０も兼ねることに留意されたい。

加重／抜重取得部１０２は、加重／抜重センサ２０１から膝下側部材１０に加わる軸力である加重ＦＺを取得する。膝下側部材１０に加わる加重ＦＺは、加重／抜重センサ２０１の検出値であってもよく、予測値であってもよい。本実施形態では、膝下側部材１０に加わる加重ＦＺが引張方向のときを正方向とする。

膝角度取得部１０３は、１８０°から膝角度センサ２０５で検出される成す角を引くことで膝角度θを取得する。膝角度θは、下腿部５の中心線ＣＬ５と大腿部４の中心線ＣＬ４とが一致するときを０°として、膝関節機構３０が屈曲するにつれて正方向に大きな値となる。

下腿角度算出部１０７は、脛ＩＭＵ２０３で得られる下腿部５の対地角に基づいて下腿角度αを取得する。下腿角度αは、膝関節機構３０の回動部３５を通って鉛直方向に延びる鉛直線ＬＮ１に対し下腿部５が後方にあるとき正の値となり、鉛直線ＬＮ１に対し下腿部５が前方にあるとき負の値となる。また、以下の説明では、下腿部５の上端部が下腿部５の下端部よりも前方に位置する傾き方を下腿部５の前傾状態と称し、下腿部５の上端部が下腿部５の下端部よりも後ろに位置する傾き方を下腿部５の後傾状態と称する。したがって、下腿部５が前傾状態のとき下腿角度αは正の値をとり、下腿部５が後傾状態のとき下腿角度αは負の値をとる。

下腿角速度算出部１１１は、下腿角度算出部１０７で取得した下腿角度αの単位時間当たりの変化量である下腿角速度を算出する。

下腿角加速度算出部１１２は、下腿角速度算出部１１１で算出した下腿角速度の単位時間当たりの変化量である下腿角加速度を算出する。

大腿角度算出部１０６は、脛ＩＭＵ２０３で得られる下腿部５の対地角及び膝角度センサ２０５で膝角度θに基づいて大腿角度βを算出する。大腿角度βは、鉛直線ＬＮ２に対し大腿部４が後方にあるとき正の値となり、仮想線ＬＮに対し大腿部４が前方にあるとき負の値となる。また、以下の説明では、大腿部４の上端部が大腿部４の下端部よりも前方に位置する傾き方を大腿部４の前傾状態と称し、大腿部４の上端部が大腿部４の下端部よりも後ろに位置する傾き方を大腿部４の後傾状態と称する。したがって、大腿部４が前傾状態の大腿角度βは正の値をとり、大腿部４が後傾状態のとき大腿角度βは負の値をとる。

モータ制御部１０８は、モータＭの駆動／停止、モータＭの駆動時の出力を制御する。モータ制御部１０８は、平地歩行の際、上述したようにモータＭを停止する。

断続機構制御部１１０は、平地歩行の際、上述したように電動義足１が加重状態（立脚）のとき、断続機構５０を接続状態に制御し、電動義足１が非加重状態（遊脚）のとき、断続機構５０を遮断状態に制御する。また、断続機構制御部１１０は、加重遷移取得部１１３が非加重状態から加重状態に遷移することを取得したときに断続機構５０を遮断状態から接続状態に切り替え、非加重遷移取得部１１４が加重状態から非加重状態に遷移することを取得したときに断続機構５０を接続状態から遮断状態に切り替える。

加重遷移取得部１１３が非加重状態から加重状態への遷移を適切に判定しなければ、電動義足１の遊脚終了時に伸縮装置４０の内部で機械要素同士が接触してしまい異音が発生してしまう。一方、非加重遷移取得部１１４が加重状態から非加重状態への遷移を適切に判定しなければ、健常脚のように足首を自在に屈曲できない電動義足１では立脚終了時につま先が地面につっかかってしまう。以下、この遷移判定について図１３～図１６を参照しながら具体的に説明する。

図１４は、平地歩行時に電動義足１に作用する加重ＦＺ、膝角度θ、下腿角度α、下腿角速度、大腿角度β、を示すグラフであり、図１４中の太実線は、断続機構５０の接続状態と遮断状態との間の切替を示している。図１５は図１４のＡ部分の拡大図であり、図１６は図１４のＢ部分の拡大図である。

［遊脚中＿接続状態への遷移条件］
先ずは、電動義足１が遊脚であるときの接続状態への遷移条件について図１３、図１４、及び図１６を参照しながら説明する。

（第１接続条件＿Ｐ１）
膝角度θ＜θｔｈ

θｔｈ（°）は、膝が伸展直前の状態であって機械要素同士が接触しないための閾値であり、例えば０°～１０°である。加重遷移取得部１１３が膝角度θに基づいて非加重状態から加重状態への遷移を判定することで、膝角度θが閾値θｔｈを超えて膝関節機構３０が伸展することが回避される。これにより、機械要素同士の接触を回避することができ、遷移時に異音が発生することが抑制される。

（第２接続条件＿Ｐ２）
ＦＺ＞Ｆｔｈ
ただし、Ｆｔｈ＜０（Ｎ）

Ｆｔｈ（Ｎ）は、下腿部５（電動義足１）が遊脚であることを判定する閾値である。加重遷移取得部１１３が、膝下側部材１０に加わる加重ＦＺに基づいて非加重状態から加重状態への遷移を判定することで、第１接続条件の下では電動義足１が遊脚であるという推定が正しいことを検証でき、非加重状態から加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（第３接続条件＿Ｐ３）
下腿角速度＜ωｔｈ１
ただし、ωｔｈ１（ｄｅｇ／ｓ）＜０

ωｔｈ１（ｄｅｇ／ｓ）は、下腿部５（電動義足１）が後傾方向に回転していることを判定する閾値である。加重遷移取得部１１３は、下腿角度αの角速度（下腿角速度）に基づいて非加重状態から加重状態への遷移を判定することで、電動義足１の遊脚終了直前を検出することができ、非加重状態から加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

加重遷移取得部１１３は、第１接続条件を満たしたとき、好ましくは第１接続条件に加えて第２接続条件及び第３接続条件の少なくとも一つを満たしたとき、より好ましくは第１接続条件～第３接続条件の全てを満たしたとき、非加重状態から加重状態への遷移と判定し、断続機構制御部１１０は、断続機構５０を遮断状態から接続状態に切り替える。

このような条件に基づき加重遷移取得部１１３が非加重状態から加重状態への遷移と判定し、断続機構制御部１１０が断続機構５０を遮断状態から接続状態に切り替えることで、遊脚終了直前（立脚開始直前）に電動義足１をスムーズに遊脚から立脚に遷移させることができ、遷移時の機械要素同士の接触による異音の発生を防止できる。

［立脚中＿遮断状態への遷移条件］
続いて、電動義足１が立脚であるときの遮断状態への遷移条件について図１３、図１４、及び図１５を参照しながら説明する。

（第１遮断条件＿Ｑ１）
下腿角速度＞ωｔｈ２
ただし、ωｔｈ２（ｄｅｇ／ｓ）＞０

ωｔｈ２（ｄｅｇ／ｓ）は、下腿部５が前傾していることを判定する閾値である。即ち、非加重遷移取得部１１４は、下腿部５の下腿角速度に基づいて加重状態から非加重状態への遷移を判定する。

（第２遮断条件＿Ｑ２）
下腿角加速度＞αｔｈ
ただし、αｔｈ（ｄｅｇ／ｓ^２）＞０

αｔｈ（ｄｅｇ／ｓ^２）は、下腿部５の前傾が加速していること示している。即ち、非加重遷移取得部１１４は、下腿部５の下腿角加速度に基づいて加重状態から非加重状態への遷移を判定する。第１遮断条件及び第２遮断条件により、立脚終了直前（遊脚開始直前）を検出することができ、遊脚に遷移する際につま先が地面に引っかかることを抑制できる。

（第３遮断条件＿Ｑ３）
ＦＺ≦Ｆｔｈ
ただし、Ｆｔｈ＜０（Ｎ）

Ｆｔｈは、上記した第２接続条件の閾値と同じ値であり、ここでは下腿部５（電動義足１）が立脚であることを判定する閾値である。なお、この第３遮断条件の閾値は第２接続条件の閾値とは異なる値であってもよい。非加重遷移取得部１１４は、膝下側部材１０に加わる加重ＦＺに基づいて加重状態から非加重状態への遷移を判定することで、第１遮断条件及び第２遮断条件の下では電動義足１が立脚であるという推定が正しいことを検証でき、非加重状態から加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（第４遮断条件＿Ｑ４）
大腿角度β＞０°

第４遮断条件は、下腿部５（電動義足１）が前傾していることを判定する条件である。非加重遷移取得部１１４は、大腿角度βに基づいて加重状態から非加重状態への遷移を判定する。これにより立脚終了直前（遊脚開始直前）の判定をより適切に行うことができ、加重状態から非加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

非加重遷移取得部１１４は、第１遮断条件及び第２遮断条件を満たしたとき、好ましくはさらに第３遮断条件及び第４遮断条件の少なくとも一つを満たしたとき、より好ましくはさらに第３遮断条件及び第４遮断条件の両方を満たしたとき、加重状態から非加重状態への遷移と判定し、断続機構制御部１１０は、断続機構５０を接続状態から遮断状態に切り替える。

このような条件に基づき非加重遷移取得部１１４が加重状態から非加重状態への遷移と判定し、断続機構制御部１１０が断続機構５０を接続状態から遮断状態に切り替えることで、立脚終了直前（遊脚開始直前）に電動義足１をスムーズに立脚から遊脚に遷移させることができ、遷移時につま先が地面に引っかかることが抑制される。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、本発明の継手装置の一実施形態としての電動義足を例示したが、これに限らず、上肢（腕関節）に適用してもよく、装着主体としては人間以外の他の動物であってもよく、ロボットであってもよい。

また、上記実施形態では、１つのモータＭの動力が断続機構５０を介して第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２に伝達されるように構成されたが、これに限らず、２つの動力源と第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２との間にそれぞれ断続機構を設けてもよい。

さらに、第１変速機構Ｔ１及び第２変速機構Ｔ２は、必ずしも両方が設けられる必要はなく、いずれか一方のみが設けられていればよい。

また、断続機構５０は、噛み合いクラッチに限らず、摩擦クラッチ、遠心クラッチ等の他のクラッチ機構でもよく、連続変速比切替機構等のクラッチレス機構でもよい。

また、本明細書には少なくとも以下の事項が記載されている。なお、括弧内には、上記した実施形態において対応する構成要素等を示しているが、これに限定されるものではない。

（１） 第１部材（膝下側部材１０）と、
第２部材（膝上側部材２０）と、
前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部（膝関節機構３０）と、
伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置（伸縮装置４０）と、を備える継手装置（電動義足１）であって、
前記伸縮装置は、
動力源（モータＭ）と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部（変速機Ｔ）と、を備え、
前記動力伝達部は、
前記動力を第１変速比で伝達する第１動力伝達路（第１変速機構Ｔ１）と、
前記動力を前記第１変速比とは異なる第２変速比で伝達する第２動力伝達路（第２変速機構Ｔ２）と、を備える、継手装置。

（１）によれば、動力源の動力を伝達する動力伝達部を介して連接部を伸展及び屈曲させることができる。また、動力伝達部は、変速比の異なる２つの動力伝達路を備えるので、連接部における伸展と屈曲の動作スピード及び発生動力を切り替えることができる。

（２） （１）に記載の継手装置であって、
前記伸縮装置は、
前記第１動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える第１断続機構（上側クラッチ５０Ｕ）と、
前記第２動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える第２断続機構（下側クラッチ５０Ｄ）と、を備える、継手装置。

（２）によれば、第１断続機構及び第２断続機構により、２つの動力伝達路を適切に切り替えることができる。

（３） （２）に記載の継手装置であって、
前記継手装置は、前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する制御部（モータ制御部１０８、断続機構制御部１１０）をさらに備え、
前記制御部は、
前記第１断続機構及び前記第２断続機構の何れか一方を接続する接続状態（接続状態）と、
前記第１断続機構及び前記第２断続機構を遮断する遮断状態（フリー状態）と、を切り替えるよう制御する、継手装置。

（３）によれば、接続状態により連接部を伸展及び屈曲させる際に抵抗を発生させることができ、遮断状態により連接部を伸展及び屈曲させる際に抵抗を発生させないことができる。

（４） （３）に記載の継手装置であって、
前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態（立脚）と、加重を受けない非加重状態（遊脚）と、を遷移するように設けられ、
前記制御部は、
前記非加重状態から前記加重状態に遷移することを取得する加重遷移取得部（加重遷移取得部１１３）と、
前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する断続機構制御部（モータ制御部１０８、断続機構制御部１１０）と、を備え、
前記断続機構制御部は、
前記加重状態のときに前記接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに前記遮断状態に制御し、
前記加重遷移取得部が前記非加重状態から前記加重状態に遷移することを取得したときに、
前記遮断状態から前記接続状態に切り替えるよう制御する、継手装置。

（４）によれば、加重状態のときに連接部に抵抗を発生させることで動力源が停止していても連接部が加重に負けて急激に屈曲することが回避される。一方、非加重状態のときに連接部に抵抗を発生させないことで連接部をスムーズに伸展させることができる。

（５） （４）に記載の継手装置であって、
前記継手装置は義足であって、
１８０°から前記成す角を差し引いた角度を膝角度（膝角度θ）とした場合、
前記加重遷移取得部は、前記膝角度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（５）によれば、遊脚から立脚への遷移時に膝角度に基づいて遷移を判定することで、機械要素同士の接触を回避することができ、異音の発生を抑制できる。

（６） （５）に記載の継手装置であって、
前記加重遷移取得部は、前記加重に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（６）によれば、非加重状態から加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（７） （５）又は（６）に記載の継手装置であって、
前記第１部材を膝下側部材、且つ、前記第２部材を膝上側部材とし、
前記連接部を通る鉛直線に対する前記第１部材の角度を下腿角度とした場合、
前記加重遷移取得部は、前記下腿角度の角速度（下腿角速度）に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（７）によれば、非加重状態から加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（８） （３）に記載の継手装置であって、
前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態（立脚）と、加重を受けない非加重状態（遊脚）と、を遷移するように設けられ、
前記制御部は、
前記加重状態から前記非加重状態に遷移することを取得する非加重遷移取得部（非加重遷移取得部１１４）と、
前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する断続機構制御部（モータ制御部１０８、断続機構制御部１１０）と、を備え、
前記断続機構制御部は、
前記加重状態のときに前記接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに前記遮断状態に制御し、
前記非加重遷移取得部が前記加重状態から前記非加重状態に遷移することを取得したときに、
前記接続状態から前記遮断状態に切り替えるよう制御する、継手装置。

（８）によれば、立脚から遊脚への遷移時に適切に断続機構を切り替えることで、スムーズな遷移を行うことができる。

（９） （８）に記載の継手装置であって、
前記継手装置は義足であって、
前記第１部材を膝下側部材、且つ、前記第２部材を膝上側部材とし、
前記連接部を通る鉛直線に対する前記第１部材の角度を下腿角度とした場合、
前記非加重遷移取得部は、前記下腿角度の角速度（下腿角速度）及び前記下腿角度の角加速度（下腿角加速度）に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（９）によれば、つま先が地面に引っかかることを抑制できる。

（１０） （９）に記載の継手装置であって、
前記非加重遷移取得部は、前記加重に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（１０）によれば、加重状態から非加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（１１） （９）又は（１０）に記載の継手装置であって、
股関節を通る鉛直線に対する前記第２部材の角度を大腿角度（大腿角度β）とした場合、
前記非加重遷移取得部は、前記大腿角度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。

（１１）によれば、加重状態から非加重状態への遷移の推定精度を向上できる。

（１２）第１部材（膝下側部材１０）と、
第２部材（膝上側部材２０）と、
前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部（膝関節機構３０）と、
伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置（伸縮装置４０）と、を備える継手装置（電動義足１）であって、
前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態（立脚）と、加重を受けない非加重状態（遊脚）と、を遷移するように設けられ、
前記伸縮装置は、
動力源（モータＭ）と、
前記動力源の動力を伝達する動力伝達部（変速機Ｔ）と、
動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える断続機構（断続機構５０）と、
前記断続機構を制御する断続機構制御部（モータ制御部１０８、断続機構制御部１１０）と、を備え、
前記断続機構制御部は、
前記加重状態のときに接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに遮断状態に制御する、継手装置。

（１２）によれば、動力源の動力を伝達する動力伝達部を介して連接部を伸展及び屈曲させることができる。また、加重状態のときに断続機構を接続状態とすることで連接部を伸展及び屈曲させる際に抵抗を発生させることができ、動力源が停止していても連接部が加重に負けて急激に屈曲することが回避される。一方、断続機構を遮断状態とすることで連接部を伸展及び屈曲させる際に抵抗を発生させないことができ、連接部をスムーズに伸展させることができる。

（１３） （１２）に記載の継手装置であって、
前記断続機構制御部は、前記非加重状態から前記加重状態に遷移したとき又は遷移することを予測したときに、前記遮断状態から前記接続状態に切り替えるよう制御する、継手装置。

（１３）によれば、非加重状態から加重状態への遷移時に適切に断続機構を切り替えることで、異音の発生を抑制できる。

（１４） （１２）に記載の継手装置であって、
前記断続機構制御部は、前記加重状態から前記非加重状態に遷移したとき又は遷移することを予測したときに、前記接続状態から前記遮断状態に切り替えるよう制御する、継手装置。

（１４）によれば、加重状態から非加重状態への遷移時に適切に断続機構を切り替えることで、スムーズな遷移を行うことができる。

１ 電動義足（継手装置）
１０ 膝下側部材（第１部材）
２０ 膝上側部材（第２部材）
３０ 膝関節機構（連接部）
４０ 伸縮装置
５０ 断続機構
５０Ｄ 下側クラッチ（第２断続機構）
５０Ｕ 上側クラッチ（第１断続機構）
１０８ モータ制御部（制御部）
１１０ 断続機構制御部（制御部）
１１３ 加重遷移取得部
Ｍ モータ（動力源）
Ｔ 変速機（動力伝達部）
Ｔ１ 第１変速機構（第１動力伝達路）
Ｔ２ 第２変速機構（第２動力伝達路）

Claims (14)

1. 第１部材と、
   第２部材と、
   前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
   伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
   前記伸縮装置は、
   動力源と、
   前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、を備え、
   前記動力伝達部は、
   前記動力を第１変速比で伝達する第１動力伝達路と、
   前記動力を前記第１変速比とは異なる第２変速比で伝達する第２動力伝達路と、を備える、継手装置。
2. 請求項１に記載の継手装置であって、
   前記伸縮装置は、
   前記第１動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える第１断続機構と、
   前記第２動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える第２断続機構と、を備える、継手装置。
3. 請求項２に記載の継手装置であって、
   前記継手装置は、前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、
   前記第１断続機構及び前記第２断続機構の何れか一方を接続する接続状態と、
   前記第１断続機構及び前記第２断続機構を遮断する遮断状態と、を切り替えるよう制御する、継手装置。
4. 請求項３に記載の継手装置であって、
   前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態と、加重を受けない非加重状態と、を遷移するように設けられ、
   前記制御部は、
   前記非加重状態から前記加重状態に遷移することを取得する加重遷移取得部と、
   前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する断続機構制御部と、を備え、
   前記断続機構制御部は、
   前記加重状態のときに前記接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに前記遮断状態に制御し、
   前記加重遷移取得部が前記非加重状態から前記加重状態に遷移することを取得したときに、
   前記遮断状態から前記接続状態に切り替えるよう制御する、継手装置。
5. 請求項４に記載の継手装置であって、
   前記継手装置は義足であって、
   １８０°から前記成す角を差し引いた角度を膝角度とした場合、
   前記加重遷移取得部は、前記膝角度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
6. 請求項５に記載の継手装置であって、
   前記加重遷移取得部は、前記加重に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
7. 請求項５又は６に記載の継手装置であって、
   前記第１部材を膝下側部材、且つ、前記第２部材を膝上側部材とし、
   前記連接部を通る鉛直線に対する前記第１部材の角度を下腿角度とした場合、
   前記加重遷移取得部は、前記下腿角度の角速度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
8. 請求項３に記載の継手装置であって、
   前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態と、加重を受けない非加重状態と、を遷移するように設けられ、
   前記制御部は、
   前記加重状態から前記非加重状態に遷移することを取得する非加重遷移取得部と、
   前記第１断続機構及び前記第２断続機構を制御する断続機構制御部と、を備え、
   前記断続機構制御部は、
   前記加重状態のときに前記接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに前記遮断状態に制御し、
   前記非加重遷移取得部が前記加重状態から前記非加重状態に遷移することを取得したときに、
   前記接続状態から前記遮断状態に切り替えるよう制御する、継手装置。
9. 請求項８に記載の継手装置であって、
   前記継手装置は義足であって、
   前記第１部材を膝下側部材、且つ、前記第２部材を膝上側部材とし、
   前記連接部を通る鉛直線に対する前記第１部材の角度を下腿角度とした場合、
   前記非加重遷移取得部は、前記下腿角度の角速度及び前記下腿角度の角加速度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
10. 請求項９に記載の継手装置であって、
    前記非加重遷移取得部は、前記加重に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
11. 請求項９又は１０に記載の継手装置であって、
    股関節を通る鉛直線に対する前記第２部材の角度を大腿角度とした場合、
    前記非加重遷移取得部は、前記大腿角度に基づいて前記遷移を判定する、継手装置。
12. 第１部材と、
    第２部材と、
    前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能に連接する連接部と、
    伸縮することにより前記第１部材と前記第２部材との前記成す角を変更可能な伸縮装置と、を備える継手装置であって、
    前記継手装置は、外部からの加重を受ける加重状態と、加重を受けない非加重状態と、を遷移するように設けられ、
    前記伸縮装置は、
    動力源と、
    前記動力源の動力を伝達する動力伝達部と、
    動力伝達路における動力の遮断及び接続を切り替える断続機構と、
    前記断続機構を制御する断続機構制御部と、を備え、
    前記断続機構制御部は、
    前記加重状態のときに接続状態に制御し、且つ、前記非加重状態のときに遮断状態に制御する、継手装置。
13. 請求項１２に記載の継手装置であって、
    前記断続機構制御部は、前記非加重状態から前記加重状態に遷移したとき又は遷移することを予測したときに、前記遮断状態から前記接続状態に切り替えるよう制御する、継手装置。
14. 請求項１２に記載の継手装置であって、
    前記断続機構制御部は、前記加重状態から前記非加重状態に遷移したとき又は遷移することを予測したときに、前記接続状態から前記遮断状態に切り替えるよう制御する、継手装置。

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