JP2023062729A - 歩行補助装置 - Google Patents

歩行補助装置 Download PDF

Info

Publication number
JP2023062729A
JP2023062729A JP2021172787A JP2021172787A JP2023062729A JP 2023062729 A JP2023062729 A JP 2023062729A JP 2021172787 A JP2021172787 A JP 2021172787A JP 2021172787 A JP2021172787 A JP 2021172787A JP 2023062729 A JP2023062729 A JP 2023062729A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
resistance
clutch
output shaft
rotary damper
user
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2021172787A
Other languages
English (en)
Inventor
正 小田島
Tadashi Odajima
英明 服部
Hideaki Hattori
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2021172787A priority Critical patent/JP2023062729A/ja
Priority to DE102022122938.6A priority patent/DE102022122938A1/de
Priority to US17/943,272 priority patent/US20230131281A1/en
Priority to CN202211128557.4A priority patent/CN115998586A/zh
Publication of JP2023062729A publication Critical patent/JP2023062729A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F5/0123Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations for the knees
    • A61F5/0125Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations for the knees the device articulating around a single pivot-point
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H1/00Apparatus for passive exercising; Vibrating apparatus; Chiropractic devices, e.g. body impacting devices, external devices for briefly extending or aligning unbroken bones
    • A61H1/02Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
    • A61H1/024Knee
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132Additional features of the articulation
    • A61F2005/0137Additional features of the articulation with two parallel pivots
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132Additional features of the articulation
    • A61F2005/0155Additional features of the articulation with actuating means
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61FFILTERS IMPLANTABLE INTO BLOOD VESSELS; PROSTHESES; DEVICES PROVIDING PATENCY TO, OR PREVENTING COLLAPSING OF, TUBULAR STRUCTURES OF THE BODY, e.g. STENTS; ORTHOPAEDIC, NURSING OR CONTRACEPTIVE DEVICES; FOMENTATION; TREATMENT OR PROTECTION OF EYES OR EARS; BANDAGES, DRESSINGS OR ABSORBENT PADS; FIRST-AID KITS
    • A61F5/00Orthopaedic methods or devices for non-surgical treatment of bones or joints; Nursing devices; Anti-rape devices
    • A61F5/01Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces
    • A61F5/0102Orthopaedic devices, e.g. splints, casts or braces specially adapted for correcting deformities of the limbs or for supporting them; Ortheses, e.g. with articulations
    • A61F2005/0132Additional features of the articulation
    • A61F2005/0172Additional features of the articulation with cushions
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H3/00Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about
    • A61H2003/007Appliances for aiding patients or disabled persons to walk about secured to the patient, e.g. with belts
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/01Constructive details
    • A61H2201/0165Damping, vibration related features
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/12Driving means
    • A61H2201/1253Driving means driven by a human being, e.g. hand driven
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/14Special force transmission means, i.e. between the driving means and the interface with the user
    • A61H2201/1445Overrunning clutches; One-way clutches
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164Feet or leg, e.g. pedal
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/164Feet or leg, e.g. pedal
    • A61H2201/1642Holding means therefor
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/16Physical interface with patient
    • A61H2201/1602Physical interface with patient kind of interface, e.g. head rest, knee support or lumbar support
    • A61H2201/165Wearable interfaces
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61HPHYSICAL THERAPY APPARATUS, e.g. DEVICES FOR LOCATING OR STIMULATING REFLEX POINTS IN THE BODY; ARTIFICIAL RESPIRATION; MASSAGE; BATHING DEVICES FOR SPECIAL THERAPEUTIC OR HYGIENIC PURPOSES OR SPECIFIC PARTS OF THE BODY
    • A61H2201/00Characteristics of apparatus not provided for in the preceding codes
    • A61H2201/50Control means thereof
    • A61H2201/5053Control means thereof mechanically controlled

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Rehabilitation Therapy (AREA)
  • Physical Education & Sports Medicine (AREA)
  • Pain & Pain Management (AREA)
  • Epidemiology (AREA)
  • Nursing (AREA)
  • Orthopedic Medicine & Surgery (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Vascular Medicine (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

【課題】抵抗力発生範囲の制約を無くすことができる歩行補助装置を提供すること。【解決手段】本発明にかかる歩行補助装置10は、使用者の膝に対応する箇所に位置する出力軸cにおいて回転自在に連結される一対のリンク部材であって、一方が使用者の大腿側に固定され、他方が使用者の下腿側に固定される一対のリンク部材11,12と、出力軸cに対して伝達される抵抗力であって、出力軸cにおける一対のリンク部材11,12の回転運動に対する抵抗力を発生させるロータリダンパ13と、ロータリダンパ13が発生させる抵抗力を、一対のリンク部材11,12の回転方向のうち一方に制限するワンウェイギヤ14と、ロータリダンパ13による抵抗力の伝達及び遮断を切替えるクラッチ15と、を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、歩行補助装置に関する。
近年、リハビリ現場などで使用者の歩行を補助するための歩行補助装置が実用化に向けて開発されている。このような歩行補助装置は、使用者の脚に装着され、使用者の膝関節の伸展動作を補助する構成である。特許文献1には、脚部の大腿部及び下腿部それぞれに沿って設けられる一対のリンク部材が、膝関節を軸に回動する機構を用いた技術が開示されている。
特開2018-114175号公報
特許文献1に開示されたような一対のリンク部材は、粘性抵抗を有するダンパなどで接続されることによって、使用者の歩行状態に合わせて膝関節の回動運動への抵抗力を発生させることができる。
例えば、ダンパとしては、直動型ダンパを用いることができる。ただし、直動型ダンパの伸縮範囲は有限である。そのため、直動型ダンパを用いる場合、その伸縮範囲内において抵抗力を発生させることが可能であるが、このような伸縮範囲による抵抗力発生範囲の制約を無くして、より多彩な使用状況に対応可能な歩行補助装置を実現したいという要求がある。
本発明は、上述のような問題点に鑑み、抵抗力発生範囲の制約を無くすことができる歩行補助装置を提供するものである。
本発明にかかる歩行補助装置は、使用者の脚に装着され、前記使用者の歩行を補助する歩行補助装置であって、前記使用者の膝に対応する箇所に位置する出力軸において回転自在に連結される一対のリンク部材であって、一方が前記使用者の大腿側に固定され、他方が前記使用者の下腿側に固定される一対のリンク部材と、前記出力軸に対して伝達される抵抗力であって、前記出力軸における前記一対のリンク部材の回転運動に対する抵抗力を発生させるロータリダンパと、前記ロータリダンパが発生させる前記抵抗力を、前記一対のリンク部材の回転方向のうち一方に制限するワンウェイギヤと、前記ロータリダンパによる前記抵抗力の伝達及び遮断を切替えるクラッチと、を備える。このように、ロータリダンパを用いることで、直動型ダンパにおけるような伸縮範囲による抵抗力発生範囲の制約を無くすことができる。また、このような前提で、ワンウェイギヤ及びクラッチを用いて、ロータリダンパが抵抗力を発生させる範囲を調整可能とすることで、常に使用者の動きに対して抵抗力がかかった状態にするのではなく、使用者の動きに合わせて、抵抗力発生のONとOFFとを切替えることができる。
また、本発明にかかる歩行補助装置は、前記クラッチによる抵抗力の伝達及び遮断の切替えを制御する制御部をさらに備える。これにより、使用者の動きに合わせて、抵抗力発生のONとOFFとに自由度を持たせることができる。
本発明により、抵抗力発生範囲の制約を無くすことができる歩行補助装置を提供することができる。
本発明の実施形態1にかかる歩行補助装置の構成図である。 本発明の実施形態1にかかる歩行補助装置の外観を部分的に示す図である。 従来の歩行補助装置に用いられる直動型ダンパの構造を示す図である。
以下、図面を参照しつつ、実施の形態について説明する。なお、図面は簡略的なものであるから、この図面の記載を根拠として実施形態の技術的範囲を狭く解釈してはならない。また、同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略する。また、以下の実施形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む。)に言及する場合、特に明示した場合及び原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
さらに、以下の実施形態において、その構成要素は、特に明示した場合及び原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合及び原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似又は類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等(個数、数値、量、範囲等を含む。)についても同様である。
<本発明に想到するまでの検討経緯>
歩行時の膝折れを防ぐことによって、安定な歩行を安心に提供する歩行補助装置が知られている。歩行補助装置は、電動モータなどのアクチュエータを用いたものが多くみられる。しかし、このようなアクチュエータを用いた場合、歩行補助装置は大型化や重量過大の問題が生じる。そのため、粘性抵抗を有するダンパ機構による解決手法を用いることができる。
歩行補助装置のダンパ機構に用いられる粘性抵抗は、歩行のタイミングに合わせて粘性抵抗の増減、すなわち抵抗力発生のONとOFFとを切り替える必要がある。そのため、ダンパ機構には、十分な抵抗力を発生させる機能と合わせて、抵効力発生のONとOFFとの切り替えを制御する機能も必須となる。現状では、ダンパ機構には、伸縮動作の縮み側において粘性抵抗を発揮する直動型ダンパが用いられている。直動型ダンパは、特に外部の抵抗力調整つまみによる内部絞りの開閉によって抵抗力発生のONとOFFとが切り替えられるものが採用されている。
従来の歩行補助装置に用いられる直動型ダンパ20の構造について、図3を用いて説明する。図3は、直動型ダンパ20の構造を示す図である。図3に示すように、直動型ダンパ20は、インナーチューブ21にオイル22が充填されており、伸縮動作に応じてピストンリング23がオイル22を流動させる。また、直動型ダンパ20は、インナーチューブ21に押し戻し用ばね24を備えるため、粘性抵抗を有するものとして機能する。さらに、直動型ダンパ20は、インナーチューブ21に充填されたオイル22の流速が速くなるにつれて、抵抗が大きくなる。すなわち、直動型ダンパ20の抵抗はピストンの動作速度に概ね比例する。
歩行補助装置に直動型ダンパ20を用いる場合、以下のような2つの問題がある。
1つ目の問題は、ダンパ機構が縮み切ってしまうと、それ以上抵抗力が出せない点である。上述のように、直動型ダンパ20が有する粘性抵抗は速度に比例する。そのため、直動型ダンパ20は、急な膝折れに大きな抵抗力を発揮するために、大きな速度でピストンを縮める必要がある。直動型ダンパ20は、膝関節屈曲の単位角度当たりの縮み量が大きい場合、膝が曲がり切る前にダンパが縮み切ってしまう。そのため、大きな抵抗力を発揮するための関節角度範囲は、大きくならない。そのため、適用できる関節角度範囲が狭くなることから、歩行補助装置の利用場面が制限される虞がある。
2つ目の問題は、ダンパ機構が縮小した後の伸長動作に時間がかかる場合があり、伸長を補助する仕組みは粘性力がOFFの時のダンパによる抵抗力を増やしてしまう点である。縮んだダンパは除荷されると、押し戻し用ばね24によって伸長される。直動型ダンパ20を用いると、ダンパ機構が伸長してから次に縮小するまでに、抵抗力が生まれない時間が発生してしまう。
上述した2つの問題は、直動型ダンパ20の仕組みに起因する問題である。そのため、歩行補助装置のダンパ機構に直動型ダンパ20を用いる限り、これらの問題は避けることができない。そこで、そのような問題を解決することが可能な、以下の実施形態にかかる歩行補助装置10が見いだされた。
<実施形態>
本実施形態にかかる歩行補助装置10について、図1及び図2を用いて説明する。図1は、本実施形態にかかる歩行補助装置10の構成図である。図2は、本実施形態にかかる歩行補助装置10の外観を部分的に示す図である。図2に示すように、歩行補助装置10は、使用者の脚に装着され、使用者の歩行を補助する。
図1に示す歩行補助装置10は、大腿側リンク部材11、下腿側リンク部材12、ロータリダンパ13、ワンウェイギヤ14、クラッチ15、クラッチギヤ16、及びギヤ17、18を備える。大腿側リンク部材11及び下腿側リンク部材12は、一対のリンク部材の一例である。
大腿側リンク部材11は、使用者の大腿部に固定される部材である。下腿側リンク部材12は、使用者の下腿部に固定される部材である。大腿側リンク部材11及び下腿側リンク部材12それぞれの一方の端部は、出力軸cにおいて連結されるとともに回転自在に固定される。出力軸cは、使用者の膝に対応する箇所に位置する軸である。
ロータリダンパ13は、大腿側リンク部材11に固定される。ロータリダンパ13は、出力軸cに対して伝達される抵抗力を発生させる。ロータリダンパ13が発生させる抵抗力は、出力軸cにおける大腿側リンク部材11及び下腿側リンク部材12それぞれの回転運動に対する抵抗力である。ロータリダンパ13は、回転する機構を有し、回転力に対して抵抗力を発生する回転型のダンパである。
ワンウェイギヤ14は、ロータリダンパ13が発生した抵抗力が出力軸cにかかる方向を制限する。ワンウェイギヤ14は、ロータリダンパ13が発生させる抵抗力を、大腿側リンク部材11及び下腿側リンク部材12の回転方向のうち一方に制限する。ワンウェイギヤ14は、出力軸cに対して正回転時である膝曲げ時にトルクを伝達し、逆回転時である膝伸ばし時は空転する歯車である。ロータリダンパ13及びワンウェイギヤ14は、軸c1に固定される。ワンウェイギヤ14とギヤ18とは、噛み合う。そのため、ロータリダンパ13の抵抗が出力軸cに伝達される。
クラッチ15は、大腿側リンク部材11又は下腿側リンク部材12のいずれかにおいて、ロータリダンパ13による抵抗力の伝達及び遮断を切替える。クラッチ15は、ロータリダンパ13が固定される大腿側リンク部材11とは異なる下腿側リンク部材12に固定される。なお、図1の例では、ロータリダンパ13は大腿側リンク部材11に固定されることとしているが、これに限らず、ロータリダンパ13を下腿側リンク部材12に固定することもできる。このとき、クラッチ15は、大腿側リンク部材11に固定される。なお、ロータリダンパ13及びクラッチ15は、出力軸cと軸c1との間のギヤ(数に制約はなし)にクラッチの機能を持たせた場合には、必ずしも異なるリンク部材上になくてもよい。ただし、ここでいうクラッチが、回転と固定とを切り替えるものでかつリンク部材に固定するもの、という定義である場合は、ロータリダンパ13及びクラッチ15は、異なるリンク部材に固定する必要がある。
クラッチ15は、クラッチギヤ16と噛み合わせることができる。クラッチ15及びクラッチギヤ16は、任意に配置される軸c2に固定される。クラッチ15がクラッチギヤ16を固定している状態、すなわちクラッチ15がONであるとき、クラッチギヤ16と下腿側リンク部材12の互いの回転を軸c2において固定する。クラッチギヤ16と、ギヤ17とは噛み合う。また、ワンウェイギヤ14は、ギヤ18と噛み合う。さらに、ギヤ17とギヤ18とは、噛み合う。そのため、クラッチ15がクラッチギヤ16を固定していない状態、すなわちクラッチ15がOFFであるとき、クラッチギヤ16及びギヤ17、18は空転する。また、ワンウェイギヤ14は、軸c1に固定されているため、許可されていない方向へは、トルクを伝えようとするものの、ギヤ18が空転するため、出力軸cにトルクが伝わることはない。
ギヤ17は、任意に配置される軸c3において回転自在に固定され、ギヤ18は出力軸cにおいて回転自在に固定される。出力軸cからみたロータリダンパ13及びクラッチ15への減速比はどちらも1より小さい。つまり、出力軸cのギヤ18の1回転に対してロータリダンパ13又はクラッチ15の軸は1回転以上に回転する。
歩行補助装置10は、回転する限り抵抗力を発生し続ける回転型のロータリダンパ13を、ダンパ機構に採用することによって、直動型ダンパ20の持つ根本的な問題を回避することができる。クラッチ15がONの状態のときに、すべてのギヤが大腿側リンク部材11及び下腿側リンク部材12に対して固定され、ロータリダンパ13の抵抗力が出力軸cに伝達される。クラッチ15がOFFの状態のとき、下腿側リンク部材12の回転によってはロータリダンパ13の出力軸c1を回転させないため、抵抗力は発生しない。
クラッチ15のON、OFFに関わらず、膝の運動がワンウェイギヤ14の空転方向の回転を生むときにはロータリダンパ13に回転力が伝わらず抵抗力は発生しない。ワンウェイギヤ14の方向とギヤの数を適切に配置することによって、クラッチ15が取り得る状態と発生する抵抗力との関係は表1のとおりとなる。表1に示すように、クラッチ15がONの時は、ワンウェイギヤ14を介して出力軸cに抵抗が伝達されるため、膝曲げ時に抵抗が発生する。膝伸ばし時には、ワンウェイギヤ14が空転するため、クラッチ15のON、OFFに関わらず、出力軸cに抵抗は発生しない。
Figure 2023062729000002
表1に示される挙動によれば、歩行補助装置10は、歩行中の立脚の際に膝が曲がることを阻害し、それ以外のタイミングにおいては抵抗がない状態となるように機能する。
上述のように、歩行補助装置10は、回転型のロータリダンパ13を用いるため、直動型ダンパ20におけるような伸縮範囲による抵抗力発生範囲の制約を無くすことができる。そのため、歩行補助装置10は、より多彩な使用状況に対応可能となる。
また、ロータリダンパ13は、関節角度に依らず抗力を発生できるため、抵抗力が要求される膝角度に制限がない。このことは、直動型ダンパ20が有する、ダンパ機構が縮み切ってしまうとそれ以上抵抗力を発揮できない、という1つ目の問題を解決する。さらに、出力軸cからロータリダンパ13への減速比が1より小さいので、膝関節の角速度以上の速さでロータリダンパ13が回るため大きな粘性抵抗が出力軸cに伝達される。出力軸cに伝達された抵抗力は、1を超える減速比で伝えられるため、より大きく発揮される。このことから、小型軽量のロータリダンパ13を用いても大きな抵抗力を発揮することができる。
また、ロータリダンパ13とワンウェイギヤ14の組み合わせによって、逆回転の場合には抵抗力を発生しないので、膝伸展時は無抗力となる。また、直後の膝屈曲に対してロータリダンパ13はどの角度からでも抵抗力を発生させるため即座に抵抗力が出力軸cに伝達される。このことは、直動型ダンパ20が有する、ダンパ機構が伸長してから次に縮小するまでに、抵抗力が生まれない時間が発生してしまう、という2つ目の問題を解決する。
なお、クラッチ15による抵抗力の伝達及び遮断、すなわち抵抗力発生のON及びOFFの切替えを制御する、図示しない制御部を用いてもよい。制御部によるクラッチ15のON及びOFFの判定が遅れたとしても、ワンウェイギヤ14の効果によって膝の伸展を阻害することはない。この点は直動型ダンパ20を用いた場合と同様に担保されている。制御部は、使用者の歩くリズム、すなわち膝の動きに応じた角度の変化と脛の動きに基づいたタイミングによって、クラッチ15のON及びOFFを切替えてもよい。
また、図1の例では、ワンウェイギヤ14はロータリダンパ13の軸に配置しているが、これに限らず、クラッチ15の軸に配置してもよい。ワンウェイギヤ14をクラッチ15の軸に設置した場合、ロータリダンパ13が発生させる抵抗力とクラッチ15の担う保持抗力のうち後者が小さいならば、ワンウェイギヤ14の軸受けとしては、より許容トルクの小さな軸受けを選択できる。そのため、歩行補助装置10の小型化や低コスト化を図ることが可能となる。また、歩行補助装置10は膝に用いるように説明したが、膝に限らず、肘や腰などの関節の運動に抵抗力を発揮させる装置として用いることもできる。
以上、本発明を上記の実施形態に即して説明したが、本発明は上記の実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、本願特許請求の範囲の請求項の発明の範囲内で当業者であればなし得る各種変形、修正、組み合わせを含むことは勿論である。
10 歩行補助装置
11 大腿側リンク部材
12 下腿側リンク部材
13 ロータリダンパ
14 ワンウェイギヤ
15 クラッチ
16 クラッチギヤ
17,18 ギヤ

Claims (5)

  1. 使用者の脚に装着され、前記使用者の歩行を補助する歩行補助装置であって、
    前記使用者の膝に対応する箇所に位置する出力軸において回転自在に連結される一対のリンク部材であって、一方が前記使用者の大腿側に固定され、他方が前記使用者の下腿側に固定される一対のリンク部材と、
    前記出力軸に対して伝達される抵抗力であって、前記出力軸における前記一対のリンク部材の回転運動に対する抵抗力を発生させるロータリダンパと、
    前記ロータリダンパが発生させる前記抵抗力を、前記一対のリンク部材の回転方向のうち一方に制限するワンウェイギヤと、
    前記ロータリダンパによる前記抵抗力の伝達及び遮断を切替えるクラッチと、
    を備える、
    歩行補助装置。
  2. 前記クラッチによる前記抵抗力の伝達及び遮断の切替えを制御する制御部をさらに備える、
    請求項1に記載の歩行補助装置。
  3. 前記ロータリダンパ及び前記クラッチは、前記出力軸を挟んで別々の方向に配置される、
    請求項1又は2に記載の歩行補助装置。
  4. 前記出力軸からみた前記ロータリダンパ及び前記クラッチへの減速比は、1よりも小さい、
    請求項1から3のいずれか1項に記載の歩行補助装置。
  5. 前記クラッチは、前記出力軸を通るギヤの回転を固定することで、前記抵抗力を伝達する、
    請求項1から4のいずれか1項に記載の歩行補助装置。
JP2021172787A 2021-10-22 2021-10-22 歩行補助装置 Pending JP2023062729A (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021172787A JP2023062729A (ja) 2021-10-22 2021-10-22 歩行補助装置
DE102022122938.6A DE102022122938A1 (de) 2021-10-22 2022-09-09 Gehhilfe
US17/943,272 US20230131281A1 (en) 2021-10-22 2022-09-13 Walking assist device
CN202211128557.4A CN115998586A (zh) 2021-10-22 2022-09-16 步行辅助装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021172787A JP2023062729A (ja) 2021-10-22 2021-10-22 歩行補助装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023062729A true JP2023062729A (ja) 2023-05-09

Family

ID=85796072

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021172787A Pending JP2023062729A (ja) 2021-10-22 2021-10-22 歩行補助装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US20230131281A1 (ja)
JP (1) JP2023062729A (ja)
CN (1) CN115998586A (ja)
DE (1) DE102022122938A1 (ja)

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6912208B2 (ja) 2017-01-19 2021-08-04 トヨタ自動車株式会社 歩行補助装具

Also Published As

Publication number Publication date
CN115998586A (zh) 2023-04-25
US20230131281A1 (en) 2023-04-27
DE102022122938A1 (de) 2023-04-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2014045433A1 (ja) 関節運動装置
JP6846355B2 (ja) 人工手用の指節の制御
CN109328046B (zh) 半主动型机械关节
JP6752820B2 (ja) 人工手用の手の平ユニット
KR102032500B1 (ko) 보행 보조 장치
US20210122040A1 (en) Decentralized rotary actuator
KR101019452B1 (ko) 자동 손가락 운동 장치
US11173092B2 (en) Joint exoskeleton auxiliary driving mechanism
JP2010063780A (ja) 手首補助装置
EP2981240B1 (en) Mechanical linkage
JP2023062729A (ja) 歩行補助装置
CN114286655A (zh) 接头装置
KR102067124B1 (ko) 외골격 시스템의 가변 탄성 액추에이터를 이용한 반력 조절 장치 및 방법
JP4682018B2 (ja) 関節支持装具
JP2010131106A (ja) リハビリ装置
JP2008260089A (ja) 関節機構
JP2008253329A (ja) 上肢リハビリトレーニング機器
JP7482450B2 (ja) トルクリミッター
Szekeres A biomechanical analysis of static progressive elbow flexion splinting
JP2023153533A (ja) 膝用装具
TW201406508A (zh) 具有多軸轉動機構之機器人
JP2010279471A (ja) リハビリ装置
KR20180120435A (ko) 보행보조용 무릎 지지장치
JP2022133997A (ja) 継手装置
JP2024027688A (ja) 補助装具の補助力を生成する補助力生成機構、及び補助装具

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20231026

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20240412

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20240416

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240517

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240625