JP2501862B2 - 大腿義足および大腿義足用立脚相遊脚相判別装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、断端周辺に残存筋を有する大腿切断者用の
大腿義足及び大腿義足用立脚相遊脚相判別装置に関す
る。

（従来の技術） 第６図は、健常者が歩行している時の右半身の姿勢の
変化を順次に示す。（ａ）はかかと、（ｂ）は膝、
（ｃ）は股、（ｄ）は下腿部、（ｅ）は大腿部を示し、
着床してから離床するまでが立脚相で、矢印で示すよう
なほぼ垂直方向の床反力（ｆ）を受ける。

離床から次の着床までは遊脚相である。

第７図はエヤーシリンダ（ｇ）を使用する一般的な大
腿義足の１例を示す（特公昭52−47638号参照）。大腿
フレーム部（ｈ）と下腿フレーム部（ｉ）は膝軸（ｊ）
で枢支連結され、両部間にエヤーシリンダ（ｇ）が介設
されている。立脚相では両部はストツパ（ｋ）で当接し
て膝折れが防止され、遊脚相では膝軸（ｊ）下方の下腿
フレーム部（ｉ）は１種の振り子として働くが、エヤー
シリンダ（ｇ）の流動抵抗による制動力と空気圧縮によ
る反発力を利用して下腿制御筋群の働きを代償する。前
記特公ではエヤーシリンダ（ｇ）の内部構造により下腿
フレーム部の振上がり、振出し、緩衝が一定の歩行速度
で適当となるよう調整される。

第８図（イ）（ロ）は従来技術の大腿義足の他の１例
を示す。その下腿フレーム部（ｉ）に組込まれた体重ス
イッチ（ｌ）は第８図（ハ）に示すように金属板電極
（m1）（m2）間に加圧導電性ゴム（ｎ）を挟み一定の荷
重がかかるとONになり、第８図（ニ）の制御回路ブロッ
クダイアグラムに示すように、このON信号によりマイク
ロコンピユータ（ｏ）が作動しドライバ（ｐ）、ロータ
リソレノイド（ｑ）を介しエヤーシリンダ（ｇ）のバル
ブ（ｒ）を制御する。（ｓ）はその電源の電池である。

（発明が解決しようとする問題点） 第８図の従来技術の大腿義足は、力学解析により遊脚
相での多段階にわたる制御を行うようにプログラムが組
まれるので、通常歩行者、散歩時、交叉点横断時等の歩
行各速度に応じた制御が可能であり、制御特性をモデル
に近付けることができ、機能的に義足の運動性は比較的
良好である。しかしこの大腿義足は構造上、次の諸点で
改善の必要が認められる。

（ｉ）体重スイッチのために大きなスペースが必要で、
全長が長くなる傾向がある。このことは小人用、婦人用
への適用を困難にする。

（ii）体重スイッチは、地面の状況による床反力の変化
により、また軸部摺動部の劣化により誤作動する可能性
が高い。このことは安全性の点で問題が起こり得る。

（iii）体重スイッチは接触式のセンサであるため摺動
部が摩擦し寿命が短い。

（iv）調整、メンテナンスが概して厄介である。

（ｖ）体重スイッチの配線が外部に露出するため断線し
易い。

（vi）体重スイッチのON−OFFのために必要な作動部片
間の変位は誤作動の原因となる。また歩行フイーリング
を悪くする原因ともなる。

（vii）重量のある体重スイッチを下腿フレーム下部に
設けるため取付具を含めた重心位置が下位になり、装着
者が実重量以上に重く感ずる。

本発明は上記する点に鑑みなされたものであって、制
御性と安全性が向上した小型軽量かつ長寿命の大腿義足
を提供することを目的とする。さらに、本発明は、信頼
性が高く軽量の大腿義足用立脚相遊脚相判別装置を提供
することを他の目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記する目的を達成するための請求項１に係る本発明
は、大腿フレーム部と下腿フレーム部とを膝軸で枢支連
結し、前記大腿フレーム部と下腿フレーム部との間にシ
リンダを介設し、該シリンダを伸縮制御して大腿フレー
ム部と下腿フレーム部その相対角度を変化せしめる大腿
義足において、膝軸近傍に設けられて前記大腿フレーム
部と下腿フレーム部との相対角度を検出する角変位検出
手段と、該角変位検出手段からの検出信号に基づき立脚
相か遊脚相かを判別する相判別手段と、該相判別手段か
らの信号に基づき前記シリンダを伸縮制御するシリンダ
伸縮手段とを有することを特徴とする大腿義足である。

また、請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明の
角変位検出手段を、大腿フレーム部の前方下部に取り付
けられた近接片と、下腿フレーム部の前上部内側に取り
付けられて前記近接片との接近隔離を検出するセンサと
で構成したものである。

さらに、請求項３に係る本発明は、大腿義足用として
用いられる立脚相遊脚相判別装置であって、大腿義足の
大腿フレーム部の前方下部に取り付けられた近接片と、
大腿義足の下腿フレーム部の前上部内側に取り付けられ
て前記近接片との接近隔離を検出するセンサと、該セン
サの出力信号に基づき立脚相か遊脚相かを判別する相判
別手段とからなる立脈相遊脚相判別装置である。

（作 用） 請求項１に係る発明によれば、大腿フレーム部と下腿
フレーム部との相対角度を膝軸近傍に設けられた角変位
検出手段によって検出し、この角変位検出手段からの検
出信号に基づき立脚相か遊脚相かを相判別手段によって
判別し、該相判別手段からの信号に基づき前記シリンダ
を伸縮制御する大腿義足であるから、大腿義足装着者の
個性差の出易い義足への体重のかけ方とは関係なく歩行
に伴い規則的に起こる膝軸まわりの両フレーム部の屈伸
の変化状況によって立脚相か遊脚相かを判別できるの
で、判別が正確にでき制御性が向上した大腿義足を提供
することができる。また、摺動抵抗部分がないので、長
寿命かつ長期にわたって信頼性が高く安全性が向上した
大腿義足を提供することができる。

また、膝部近傍に設けられた角変位検出手段によって
検出するので、従来の体重スチッチに比して、小型化と
軽量化ができ、婦人用や子供用の小型のものも製作する
ことができるようになる。

また、請求項２に係る発明によれば、角変位検出手段
が、大腿フレーム部の前方下部に取り付けられた近接片
と、下腿フレーム部の前上部内側に取り付けられて前記
近接片との近接隔離を検出するセンサとで構成されてい
る大腿義足であるから、荷重をセンサで直接受けず、か
つ摺動抵抗部分がないので、長寿命かつ長期にわたって
信頼性が高い大腿義足を提供することができる。

さらに、請求項３に係る本発明によれば、大腿義足の
大腿フレーム部の前方下部に取り付けられた近接片と、
大腿義足の下腿フレーム部の前上部内側に取り付けられ
て前記近接片との接近隔離を検出するセンサとからによ
って立脚相か遊脚相を判別する判別装置であるから、体
重スイッチのように大きい荷重のもとに変位するものと
は異なり、センサに直接荷重が作用しないので、小型で
感度の良いものを選択できるだけでなく、地面の状況に
影響されず、さらに摺動抵抗部分がないので、長寿命で
長期にわたって信頼性が高い大腿義足用の立脚相遊脚相
判別装置を提供することができる。

（実施例） 以下、本発明の遊脚相コントロール大腿義足を第１〜
５図を参照し実施例に即して具体的に説明する。

第１図はその第１実施例の本発明要部の縦断側面図、
第２図はその正面図を示し、図示省略されている従来技
術と均等の関連各部は必要に応じその図示説明を参照す
るものとする。

第１および２図において、装着者にはめあわせるソケ
ットの取付板として示されている大腿フレーム部（１）
の部分と下腿フレーム部（２）の部分とは膝軸（３）で
枢支連結される。この例では膝軸（３）は下腿フレーム
（２）の側に固定され、大腿フレーム（１）がブツシユ
（４）を介し膝軸（３）のまわりに回転自在に保持され
ている。

大腿フレーム部（１）の軸後方延長部は下腿フレーム
部（２）と従来技術におけると同様なバルブ等の流通制
御手段を含むエヤーシリンダ（５）により連結され、エ
ヤーシリンダ（５）にはそのバルブ操作を制御するロー
タリソレノイド（６）が設けられている。

下腿フレーム部（２）の両側上端と大腿フレーム部
（１）の軸前方延長部との間にはゴム質からなる過伸展
防止用ストツパ（７）を両側に設ける。そして膝軸
（３）の近傍位置として両ストツパ間の間隔を利用し、
下腿フレーム部の前上部内側には近接スイツチからなる
膝角センサ（８）を取付け、これと相対するように大腿
フレーム部（１）の軸前方延長部には金属板からなる近
接片（９）を取付ける。センサ（８）と近接片（９）と
は接近、離隔により膝軸（３）まわりの両フレーム部の
なす相対角度の変化を検出し（角変位検出手段を構成す
る。）、その検出信号により従来技術と同様にマイクロ
コンピユータ（相判別手段を構成する。）において立脚
相及び遊脚相を判別し、その制御信号によりロータリソ
レノイド（６）を操作してエヤーシリンダ（５）のバル
ブ類を多段階制御し（シリンダ伸縮手段を構成する。）
遊脚相における下腿フレーム部の運動をコントロールす
る。

上記実施例において、センサ（８）は膝軸角度が伸長
状態前後の一定角度範囲になればそれを検出するもので
あればよく、従ってその種類および膝軸近傍の取付位置
の如何は問わない。例えば前記の近接スイッチに限ら
ず、同じく非接触式の光電スイッチ、接触式のリミット
スイッチ、ポテンショメータ等も使用可能である。また
制御装置は例示のマイクロコンピユータに限らず、同等
の機能を持つI/Oチツプ、コンパレータ等のICチツプの
組合わせからなるものでもよい。

第３図はこの種実施例の制御動作のフローチヤートを
示す。その制御動作は図中記入の順序と方式で行われ
る。

第４図は若干変更した実施例の変更部分の縦断面図を
示し、均等部分は同一符号で示す。

この実施例は前実施例の近接センサに代わり、ポテン
シヨメータ（10）を膝軸（３）に設けたもので、大腿フ
レーム部（１）に取付けた接触子（11）と相俟って膝軸
角度の検出をする。ポテンシヨメータは角度変化の連続
的検出が可能のためエヤーシリンダのバルブの開度の連
続的変更も可能である。

しかし本発明の目的上、膝軸角度が一定範囲内にある
立脚相の時間を的確に検出すればよいため、その作動は
第５図（イ）のフローチヤートおよび第５図（ロ）の時
間、角度座標の検出値信号の図表に示すように、一定の
閾値（TH）でコンパレートし信号が閾値以下の時間ｔを
測定して立脚相時間とする。

（発明の効果） 請求項１に係る発明によれば、立脚相か遊脚相かを正
確に判別することで制御性が向上し、摺動抵抗部分をな
くすることで安全性が向上した大腿義足を提供すること
ができ、断端周辺に残存筋を有する大腿切断者がより健
常者に近い歩行をすることができるようになる。また、
省スペース・軽量化ができ、婦人用や子供用の小型のも
のを製作することができ、大腿切断をした婦人や子供が
健常者に近い歩行をすることができできるようになる。

また、請求項２に係る発明によれば、さらに長寿命で
長期にわたって信頼性が高い義足を提供することがで
き、大腿切断者が義足をメンテナンスする作業を軽減す
ることができる。

さらに、請求項３に係る発明によれば、大腿義足用と
して小型で感度の良い判別装置とすることができるだけ
でなく、地面の状況に影響されず、長寿命で長期にわた
って信頼性が高い判別装置を提供することができる。し
たがって、この判別装置を使用することによって、信頼
性が高く小型軽量の大腿義足を製作することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の１実施例の遊脚相コントロール大腿義
足の要部の縦断側面図、第２図はその正面図、第３図は
その制御動作のフローチヤート図、第４図は本発明の変
更実施例の変更部分の縦断面図、第５図（イ）はその制
御動作のフローチヤート図、第５図（ロ）はその時間、
角度座標上の信号検出の図表、第６図は健常者の歩行状
況の変化を順序に示す線図、第７図は従来技術の大腿義
足の１例の側面図、第８図（イ）は従来技術の大腿義足
の他例の側面図、第８図（ロ）はその正面図、第８図
（ハ）はその体重スイッチの略示説明図、第８図（ニ）
はその制御回路のブロックダイアグラムである。 （１）……大腿フレーム部、（２）……下腿フレーム
部、（３）……膝軸、（４）……ブツシユ、（５）……
エヤーシリンダ、（６）……ロータリソレノイド、
（７）……ストツパ、（８）……センサ、（９）……近
接片、（10）……ポテンシヨメータ、（11）……接触
子、（TH）……閾値、（ｔ）……時間、（ａ）……かか
と、（ｂ）……膝、（ｃ）……股、（ｄ）……下腿部、
（ｅ）……大腿部、（ｆ）……床反力、（ｇ）……エヤ
ーシリンダ、（ｈ）……大腿フレーム部、（ｉ）……下
腿フレーム部、（ｊ）……膝軸、（ｋ）……ストツパ、
（ｌ）……体重スイッチ、（m1）（m2）……金属板電
極、（ｎ）……加圧導電性ゴム、（ｏ）……マイクロコ
ンピユータ、（ｐ）……ドライバ、（ｑ）……ロータリ
ソレノイド、（ｒ）……バルブ、（ｓ）……電池。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 雨森 邦夫 兵庫県神戸市垂水区狩口台２丁目25― 204 (72)発明者 松田 宏務 兵庫県明石市大久保町大窪1264―16 (72)発明者 奥 英久 兵庫県明石市西新町２丁目２―16―208 (72)発明者 中川 昭夫 兵庫県伊丹市梅ノ木４丁目５―13 (72)発明者 北山 一郎 兵庫県神戸市西区玉津町出合18―３― 303 (72)発明者 吉田 勝彦 兵庫県高砂市米田町米田933―27 (72)発明者 竹田 勝 兵庫県神戸市垂水区乙木２丁目１―15 (72)発明者 中根 登史夫 兵庫県明石市大久保町高丘５丁目８―１

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】大腿フレーム部と下腿フレーム部とを膝軸
   で枢支連結し、前記大腿フレーム部と下腿フレーム部と
   の間にシリンダを介設し、該シリンダを伸縮制御して大
   腿フレーム部と下腿フレーム部その相対角度を変化せし
   める大腿義足において、 膝軸近傍に設けられて前記大腿フレーム部と下腿フレー
   ム部との相対角度を検出する角変位検出手段と、該角変
   位検出手段からの検出信号に基づき立脚相か遊脚相かを
   判別する相判別手段と、該相判別手段からの信号に基づ
   き前記シリンダを伸縮制御するシリンダ伸縮手段とを有
   することを特徴とする大腿義足。
2. 【請求項２】前記角変位検出手段が、大腿フレーム部の
   前方下部に取り付けられた近接片と、下腿フレーム部の
   前上部内側に取り付けられて前記近接片との接近隔離を
   検出するセンサとからなることを特徴とする請求項１記
   載の大腿義足。
3. 【請求項３】大腿義足の大腿フレーム部の前方下部に取
   り付けられた近接片と、大腿義足の下腿フレーム部の前
   上部内側に取り付けられて前記近接片との接近隔離を検
   出するセンサと、該センサの出力信号に基づき立脚相か
   遊脚相かを判別する相判別手段とからなることを特徴と
   する大腿義足用立脚相遊脚相判別装置。