JP2023003718A

JP2023003718A - 膝動作支援装置

Info

Publication number: JP2023003718A
Application number: JP2021104966A
Authority: JP
Inventors: 智江前北; Tomoe Maekita
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2021-06-24
Filing date: 2021-06-24
Publication date: 2023-01-17
Also published as: US20220409466A1; DE102022106859A1

Abstract

【課題】ユーザが歩行する際の上腿リンク又は下腿リンクへの負荷を軽減可能な膝動作支援装置を実現する。【解決手段】本開示の一形態に係る膝動作支援装置（１）は、ユーザ（Ｕ）の脚（Ｌ）に装着される膝動作支援装置であって、ユーザ（Ｕ）の上腿に固定される上腿リンク（１１）と、ユーザ（Ｕ）の下腿に固定される下腿リンク（１２）と、ユーザ（Ｕ）の上腿と上腿リンク（１１）との間、又はユーザ（Ｕ）の下腿と下腿リンク（１２）との間に配置される間隔調整部（４０）と、を備える。【選択図】図１

Description

本開示は、膝動作支援装置に関し、例えば、ユーザの脚に装着される膝動作支援装置に関する。

例えば、片麻痺患者などのユーザが歩行訓練を実施する場合、ユーザの患脚の膝折れを防ぐために、当該患脚に膝動作支援装置が装着される。このような膝動作支援装置は、特許文献１に開示されているように、ユーザの患脚の上腿に固定される上腿リンクと、上腿リンクと膝関節部を介して連結され、患脚の下腿に固定される下腿リンクと、膝関節部を駆動するモータユニットと、を備えており、モータユニットの駆動力によってユーザの患脚の膝折れを防ぐための抵抗力を発生させる構成とされている。

特開２０１８－１１４１７５号公報

本出願人は、以下の課題を見出した。ユーザの患脚には個体差があり、例えば、膝下がＯ脚であったり、上腿が太かったり、するが、一般的な膝動作支援装置は、ユーザの患脚の個体差に対応することができる構成とされていない。

そのため、ユーザの患脚の膝関節軸と、膝動作支援装置の上腿リンクと下腿リンクとの回転軸と、を略平行に配置することができず、ユーザが歩行する際に膝動作支援装置の上腿リンク又は下腿リンクに大きな負荷が生じる場合がある。

本開示は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ユーザが歩行する際の上腿リンク又は下腿リンクへの負荷を軽減可能な膝動作支援装置を実現する。

本開示の一態様に係る膝動作支援装置は、ユーザの脚に装着される膝動作支援装置であって、
前記ユーザの上腿に固定される上腿リンクと、
前記ユーザの下腿に固定される下腿リンクと、
前記ユーザの上腿と前記上腿リンクとの間、又は前記ユーザの下腿と前記下腿リンクとの間に配置される間隔調整部と、
を備える。

上述の膝動作支援装置は、
前記下腿リンクを前記ユーザの下腿に固定する下腿固定部と、
前記下腿固定部の前記ユーザの下腿への固定高さ位置を調整可能な高さ調整部と、
を備えることが好ましい。

上述の膝動作支援装置において、前記間隔調整部は、ボルトを介して前記下腿固定部と前記下腿リンクとの間に配置される第１のスペーサであることが好ましい。

上述の膝動作支援装置は、前記上腿リンクを前記ユーザの上腿に固定する上腿固定部を備え、
前記間隔調整部は、ボルトを介して前記上腿固定部と前記上腿リンクとの間に配置される第２のスペーサであることが好ましい。

上述の膝動作支援装置は、前記ユーザの膝の上下を支持する支持ベルトを備えることが好ましい。

本開示によれば、ユーザが歩行する際の上腿リンク又は下腿リンクへの負荷を軽減可能な膝動作支援装置を実現することができる。

実施の形態１の膝動作支援装置をユーザの脚に装着した状態を示す図である。実施の形態１の膝動作支援装置の膝動作支援装置本体をＹ軸－側から見た図である。実施の形態１の膝動作支援装置の上腿固定部のカップと上腿リンクとの固定構造を示す断面図である。実施の形態２の膝動作支援装置を示す図である。

以下、本開示を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。但し、本開示が以下の実施の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、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

＜実施の形態１＞
先ず、本実施の形態の膝動作支援装置の構成を説明する。図１は、本実施の形態の膝動作支援装置をユーザの脚に装着した状態を示す図である。本実施の形態の膝動作支援装置１は、例えば、図１に示すように、片麻痺患者などのユーザＵが歩行訓練を実施する際に患脚Ｌの膝折れを抑制するために、ユーザＵの患脚Ｌに装着される。

ここで、以下の膝動作支援装置１の構成の説明では、説明を明確にするために、直交座標系（ＸＹＺ座標系）を用いて、図１などの状態での膝動作支援装置１の構成を説明する。このとき、Ｘ軸＋側が膝動作支援装置１の前側であり、Ｘ軸－側が膝動作支援装置１の後側である。Ｙ軸＋側が膝動作支援装置１の左側であり、Ｙ軸－側が膝動作支援装置１の右側である。Ｚ軸＋側が膝動作支援装置１の上側であり、Ｚ軸－側が膝動作支援装置１の下側である。

そして、本実施の形態では、ユーザＵの患脚Ｌが左脚であり、膝動作支援装置１は、膝下がＯ脚である左脚に装着するために構成されている。但し、膝動作支援装置１は、患脚Ｌである左脚に装着するための構成とされているが、右脚に装着される場合は、Ｚ軸を対称軸とする線対称の構成とされる。

膝動作支援装置１は、図１に示すように、膝動作支援装置本体１０と、上腿固定部２０と、下腿固定部３０と、間隔調整部４０と、高さ調整部５０（図２を参照）と、支持ベルト６０と、を備えている。

図２は、本実施の形態の膝動作支援装置の膝動作支援装置本体をＹ軸－側から見た図である。図３は、本実施の形態の膝動作支援装置の上腿固定部のカップと上腿リンクとの固定構造を示す断面図である。

膝動作支援装置本体１０は、図２に示すように、上腿リンク１１と、下腿リンク１２と、抵抗力発生部１３と、を備えている。ここで、上腿リンク１１と、下腿リンク１２と、抵抗力発生部１３と、は、ユーザＵが直接に接触しないようにカバーなどで覆われているとよい。

上腿リンク１１及び下腿リンク１２は、例えば、図２に示すように、Ｚ軸方向に長手を有する。上腿リンク１１のＹ軸－側の面には、Ｚ軸方向に間隔を開けてボルト穴１１ａが形成されている。例えば、上腿リンク１１には、２個のボルト穴１１ａを有するボルト穴組１１ｂが形成されている。

下腿リンク１２のＹ軸－側の面にも、Ｚ軸方向に間隔を開けてボルト穴１２ａが形成されている。ここで、詳細な機能は後述するが、下腿リンク１２には、２個のボルト穴１２ａを一組とする複数組のボルト穴組１２ｂが形成されているとよい。

これらの上腿リンク１１のＺ軸－側の端部と下腿リンク１２のＺ軸＋側の端部とは、Ｙ軸方向に延在する関節軸１４を介して相対的に回転可能に連結されている。

抵抗力発生部１３は、例えば、ユーザＵの患脚Ｌが遊脚状態から支持脚状態に移行した際に当該患脚Ｌの膝折れを抑制するために抵抗力を発生し、上腿リンク１１と下腿リンク１２との相対的な回転を制限する。

但し、膝動作支援装置本体１０は、一般的な膝動作支援装置本体を用いることができ、例えば、モータを用いて抵抗力を発生させたり、ダンパーを用いて抵抗力を発生させたり、する構成を採用することができる。

上腿固定部２０は、図１に示すように、上腿リンク１１をユーザＵの患脚Ｌの上腿に固定する。上腿固定部２０は、例えば、カップ２１と、カフ２２と、を備えている。カップ２１は、略半割円筒形状であり、Ｘ軸＋側が開放されている。つまり、カップ２１は、カップ２１をＺ軸方向から見て、略Ｕ字形状である。

カップ２１のＹ軸＋側の部分には、図３に示すように、カップ２１をＹ軸方向に貫通する貫通孔２１ａがＺ軸方向に間隔を開けて形成されており、当該貫通孔２１ａに通されたボルト２を上腿リンク１１のボルト穴１１ａにねじ込むことで、カップ２１が上腿リンク１１に固定されている。

このとき、カップ２１の貫通孔２１ａには、カラー３を介してボルト２が通されているとよい。また、カップ２１の貫通孔２１ａの周辺には、ボルト２のボルト頭を収容するためのザグリ部が形成されているとよい。

カフ２２は、例えば、ベルトであり、カップ２１の内周面に固定されている。そして、カフ２２の一方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの一方が設けられ、カフ２２の他方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの他方が設けられている。

下腿固定部３０は、図１に示すように、下腿リンク１２をユーザＵの患脚Ｌの下腿に固定する。下腿固定部３０は、例えば、カップ３１と、カフ３２と、を備えている。カップ３１は、略半割円筒形状であり、Ｘ軸＋側が開放されている。つまり、カップ３１も、カップ３１をＺ軸方向から見て、略Ｕ字形状である。

カップ３１のＹ軸＋側の部分には、カップ３１をＹ軸方向に貫通する貫通孔がＺ軸方向に間隔を開けて形成されており、当該貫通孔に通されたボルトを下腿リンク１２のボルト穴１２ａにねじ込むことで、カップ３１が下腿リンク１２に固定されている。

このとき、カップ３１の貫通孔には、カラーを介してボルトが通されているとよい。また、カップ３１の貫通孔の周辺には、ボルトのボルト頭を収容するためのザグリ部が形成されているとよい。

カフ３２は、例えば、ベルトであり、カップ３１の内周面に固定されている。そして、カフ３２の一方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの一方が設けられ、カフ３２の他方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの他方が設けられている。

間隔調整部４０は、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸（即ち、関節軸１４の中心を通る中心軸）ＡＸ１と、ユーザＵの患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、を略平行に配置（即ち、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、ユーザＵの患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、の延在方向が一致し、且つ、当該延在方向と直交する方向から見て、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、ユーザＵの患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、を略平行に配置）するために、例えば、図１に示すように、ユーザＵの患脚Ｌの上腿と上腿リンク１１との間に配置される。

詳細には、間隔調整部４０は、スペーサであるとよい。つまり、間隔調整部４０は、図３に示すように、Ｙ軸方向に所定の厚さを有する板体であり、Ｙ軸方向に貫通する貫通孔４０ａを備えている。

間隔調整部４０は、上腿固定部２０のカップ２１と上腿リンク１１との間に配置された状態で、間隔調整部４０の貫通孔４０ａにボルト２が通されることによって、上腿固定部２０のカップ２１と上腿リンク１１とで挟み込まれている。

高さ調整部５０は、図２に示すように、下腿リンク１２に形成された複数組のボルト穴組１２ｂで構成されている。これにより、詳細な機能は後述するが、所望のボルト穴組１２ｂを成すボルト穴１２ａに下腿固定部３０のカップ３１を固定することによって、下腿固定部３０の下腿リンク１２へのＺ軸方向の固定高さ位置を調整することができる。

支持ベルト６０は、図１に示すように、ユーザＵの患脚Ｌの膝のＺ軸＋側及びＺ軸－側を支持する。支持ベルト６０は、第１のベルト６１と、第２のベルト６２と、を備えている。第１のベルト６１は、例えば、弾性部材で構成されているとよい。

第１のベルト６１の一方の端部は、上腿固定部２０のカップ２１の外周部におけるＹ軸－側の部分に固定されている。そして、第１のベルト６１の他方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの一方が設けられている。

第１のベルト６１は、例えば、図１に示すように、上腿リンク１１のＹ軸－側の面における関節軸１４近傍に固定された第１のリング４に通された状態で折り返されて、第１のベルト６１の他方の端部周辺に設けられた面ファスナーのフック又はループの一方が当該第１のベルト６１の一方の端部周辺に設けられた面ファスナーのフック又はループの他方に接合されることで、上腿固定部２０のカップ２１のＸ軸＋側の部分でＹ軸－側に向かうに従ってＺ軸＋側に向かうように斜めに配置される。

第２のベルト６２も、例えば、弾性部材で構成されているとよい。第２のベルト６２の一方の端部は、下腿固定部３０のカップ３１の外周部におけるＹ軸－側の部分に固定されている。そして、第２のベルト６２の他方の端部周辺には、面ファスナーのフック又はループの一方が設けられている。

第２のベルト６２は、例えば、図１に示すように、上腿リンク１１のＹ軸－側の面における関節軸１４近傍に固定された第２のリング５に通された状態で折り返されて、第２のベルト６２の他方の端部周辺に設けられた面ファスナーのフック又はループの一方が当該第２のベルト６２の一方の端部周辺に設けられた面ファスナーのフック又はループの他方に接合されることで、下腿固定部３０のカップ３１のＸ軸＋側の部分でＹ軸－側に向かうに従ってＺ軸－側に向かうように斜めに配置される。

次に、本実施の形態の膝動作支援装置１をユーザＵの患脚Ｌに装着する流れを説明する。先ず、ユーザＵの患脚Ｌの形状に応じて、例えば、ユーザＵの歩行訓練を補助する補助者が間隔調整部４０の枚数を調整したり、高さ調整部５０によって下腿固定部３０のカップ３１の下腿リンク１２への固定高さ位置を調整したり、する。

詳細には、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した際に、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、が略平行に配置されるように、患脚Ｌの膝下のＯ脚具合や上腿と下腿との太さの違いなどに基づいて、補助者が、上腿リンク１１と上腿固定部２０のカップ２１との間に所望の枚数の間隔調整部４０を配置し、上腿固定部２０のカップ２１の貫通孔２１ａ及び間隔調整部４０の貫通孔４０ａにボルト２を通して上腿リンク１１のボルト穴１１ａにねじ込む。これにより、間隔調整部４０を介して上腿固定部２０を上腿リンク１１に固定することができる。

そして、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した際に、下腿固定部３０が患脚Ｌの腓骨頭Ｂ１に接触しないように、患脚Ｌの腓骨頭Ｂ１の位置に基づいて、補助者が、複数組のボルト穴組１２ｂのうち、所望のボルト穴組１２ｂを選択し、下腿固定部３０のカップ３１の貫通孔にボルトを通して下腿リンク１２における選択したボルト穴組１２ｂを成すボルト穴１２ａにねじ込む。これにより、下腿固定部３０を下腿リンク１２の所望の固定高さ位置に固定することができる。

次に、上腿固定部２０のカップ２１にユーザＵの患脚Ｌの上腿を通すと共に、下腿固定部３０のカップ３１に患脚Ｌの下腿を通す。そして、上腿固定部２０のカフ２２を患脚Ｌの上腿に巻き付けて面ファスナーを接合すると共に、下腿固定部３０のカフ３２を患脚Ｌの下腿に巻き付けて面ファスナーを接合する。これにより、上腿固定部２０を患脚Ｌの上腿に固定することができると共に、下腿固定部３０を患脚Ｌの下腿に固定することができる。

このとき、図１に示すように、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、ユーザＵの患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、は略同一直線上に配置されるとよい。これにより、ユーザＵが歩行訓練を実施した際の違和感を軽減することができ、患脚Ｌの負担を低減することができる。

次に、第１のベルト６１を第１のリング４に通して折り返し、面ファフナーを接合する。これにより、第１のベルト６１が患脚Ｌの膝上を斜めに横断するように配置され、第１のベルト６１によって患脚Ｌの膝上をＸ軸－側に押し込むことができる。

また、第２のベルト６２を第２のリング５に通して折り返し、面ファスナーを接合する。これにより、第２のベルト６２が患脚Ｌの膝下を斜めに横断するように配置され、第２のベルト６２によって患脚Ｌの膝下をＸ軸－側に押し込むことができる。

上述のように膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着すると、膝動作支援装置１は、上腿固定部２０によって患脚Ｌの上腿と、下腿固定部３０によって患脚Ｌの下腿と、支持ベルト６０によって患脚Ｌの膝と、を３点支持することができる。これにより、膝動作支援装置１を患脚Ｌに確実に装着することができる。

このとき、上述のように、上腿リンク１１と上腿固定部２０との間に間隔調整部４０が配置されているので、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した状態で、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、を略平行に配置することができる。

これにより、ユーザＵが歩行訓練を実施した際に、上腿リンク１１や下腿リンク１２に作用するねじれを低減することができ、上腿リンク１１や下腿リンク１２の負荷を低減することができる。そのため、一般的な膝動作支援装置に比べて、上腿リンク１１や下腿リンク１２などを剛強に構成する必要がなく、膝動作支援装置１の軽量化及び小型化を実現することができる。

しかも、高さ調整部５０によって下腿固定部３０の下腿リンク１２への固定高さ位置が調整されているので、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した状態で、下腿固定部３０の患脚Ｌの腓骨頭Ｂ１への接触を抑制することができる。これにより、ユーザＵが歩行訓練を実施した際に、患脚Ｌの褥瘡を抑制すると共に、患脚Ｌへの負荷を低減することができる。

このように本実施の形態の膝動作支援装置１は、間隔調整部４０を備えているので、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した状態で、上腿リンク１１と下腿リンク１２との回転軸ＡＸ１と、患脚Ｌの関節軸ＡＸ２と、を略平行に配置することができる。

しかも、高さ調整部５０によって下腿固定部３０の下腿リンク１２への固定高さ位置を調整することができ、膝動作支援装置１を患脚Ｌに装着した状態で、下腿固定部３０の患脚Ｌの腓骨頭Ｂ１への接触を抑制することができる。これにより、ユーザＵが歩行訓練を実施した際に、患脚Ｌの褥瘡を抑制すると共に、患脚Ｌへの負荷を低減することができる。

また、本実施の形態の膝動作支援装置１は、上述のようにユーザＵの患脚Ｌの形状に応じて、上腿リンク１１と上腿固定部２０との間隔を調整したり、下腿固定部３０の下腿リンク１２への固定高さ位置を調整したり、することができるので、汎用性に優れている。

さらに、間隔調整部４０をスペーサで構成し、ボルトを介して間隔調整部４０を上腿リンク１１と上腿固定部２０との間に配置する場合、簡単に間隔調整部４０の枚数を変更することができる。

＜実施の形態２＞
図４は、本実施の形態の膝動作支援装置を示す図である。本実施の形態の膝動作支援装置２０１も、実施の形態１の膝動作支援装置１と略等しい構成とされているが、下腿リンク１２と下腿固定部３０との間に間隔調整部４０が配置されている。これにより、本実施の形態の膝動作支援装置２０１は、例えば、上腿が太い患脚に装着するために構成することができる。

本開示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。

例えば、上記実施の形態の膝動作支援装置は、上腿リンク１１と上腿固定部２０との間、又は下腿リンク１２と下腿固定部３０との間のいずれかに間隔調整部４０を配置しているが、両方の間に配置されていてもよい。

例えば、上記実施の形態の間隔調整部４０は、スペーサで構成しているが、上腿リンク１１と患脚の上腿との間、又は下腿リンク１２と患脚の下腿の間の間隔を調整可能な部材で構成されていればよく、例えば、ウレタンフォームなどで構成してもよい。

例えば、上記実施の形態の上腿固定部２０は、カップ２１とカフ２２とを備えているが、上腿リンク１１を患脚の上腿に固定することができる構成であればよい。同様に、下腿固定部３０も、カップ３１とカフ３２とを備えているが、下腿リンク１２を患脚の下腿に固定することができる構成であればよい。

例えば、上記実施の形態の膝動作支援装置は、支持ベルト６０を備えているが、省略してもよい。

例えば、上記実施の形態の高さ調整部５０は、複数組のボルト穴組１２ｂで構成したが、スライドレールなどで構成してもよく、要するに、下腿固定部３０の下腿リンク１２へのＺ軸方向の固定高さ位置を調整可能な構成であればよい。

１膝動作支援装置
２ボルト
３カラー
４第１のリング
５第２のリング
１０膝動作支援装置本体
１１上腿リンク、１１ａボルト穴、１１ｂボルト穴組
１２下腿リンク、１２ａボルト穴、１２ｂボルト穴組
１３抵抗力発生部
１４関節軸
２０上腿固定部、２１カップ、２１ａ貫通孔、２２カフ
３０下腿固定部、３１カップ、３２カフ
４０間隔調整部、４０ａ貫通孔
５０高さ調整部
６０支持ベルト、６１第１のベルト、６２第２のベルト
２０１膝動作支援装置
ＡＸ１関節軸の中心を通る中心軸
ＡＸ２ユーザの患脚の関節軸
Ｂ１腓骨頭
Ｌ患脚
Ｕユーザ

Claims

ユーザの脚に装着される膝動作支援装置であって、
前記ユーザの上腿に固定される上腿リンクと、
前記ユーザの下腿に固定される下腿リンクと、
前記ユーザの上腿と前記上腿リンクとの間、又は前記ユーザの下腿と前記下腿リンクとの間に配置される間隔調整部と、
を備える、膝動作支援装置。
前記下腿リンクを前記ユーザの下腿に固定する下腿固定部と、
前記下腿固定部の前記ユーザの下腿への固定高さ位置を調整可能な高さ調整部と、
を備える、請求項１に記載の膝動作支援装置。
前記間隔調整部は、ボルトを介して前記下腿固定部と前記下腿リンクとの間に配置される第１のスペーサである、請求項２に記載の膝動作支援装置。
前記上腿リンクを前記ユーザの上腿に固定する上腿固定部を備え、
前記間隔調整部は、ボルトを介して前記上腿固定部と前記上腿リンクとの間に配置される第２のスペーサである、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の膝動作支援装置。
前記ユーザの膝の上下を支持する支持ベルトを備える、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の膝動作支援装置。