JP4093912B2 - 歩行補助装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、股関節並びに膝関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
外傷や疾病、あるいは加齢による筋力低下で自力歩行が困難となった人のために、股関節や膝関節にアクチュエータを装着し、アクチュエータが発生する動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている。
【0003】
従来、これらの歩行補助装置においては、股関節並びに膝関節の各側方にアクチュエータを固定し、これらアクチュエータの駆動トルクを下肢に伝達するために、腰部、大腿部、並びに下腿部のそれぞれにコルセットのような装具を装着しなければならなかった。
【0004】
【特許文献1】
特開昭58−163364号公報(第1図〜第4図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記公報に開示された従来の装具は、その装着が極めて厄介なものであり、下肢の不自由な人にとって、一人で装着することは実質的に不可能と言えるものであった。
【0006】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、使用者個人の身体に合わせて容易に且つしっかりと装着することのできる歩行補助装置を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明の請求項1の歩行補助装置は、股関節の側方に腰部補助動力発生装置(股関節アクチュエータ10)を、膝関節の側方に膝関節補助動力発生装置(膝関節アクチュエータ26)を備え、下肢の運動に補助力を与える歩行補助装置であって、腰部に装着される腰部装具(1)と、下腿部に装着される下腿部装具(2)と、連結バー(25)を含み当該連結バーの一端に前記腰部補助動力発生装置を取り付けられ当該連結バーの他端に前記膝関節補助動力発生装置を取り付けられた駆動ユニット(3)と、
前記腰部装具と前記駆動ユニットの前記腰部補助動力発生装置とを反復着脱可能に連結する腰部駆動源連結手段(股部駆動源連結部9)と、前記下腿部装具と前記駆動ユニットの前記膝関節補助動力発生装置とを反復着脱可能に連結する膝部駆動源連結手段(膝部駆動源連結部27)とを有する。
【0008】
このようにすれば、歩行補助装置が三分割構成となるので装着が容易になる。しかも3つの部分を個別に選択し得るので、使用者の体格や身体の状態(障害の程度)の違いに応じて容易に対応することができる。
【0009】
請求項2においては、腰部装具を、左右の腸骨陵部から仙腸関節を通る後背部にかけて装着される背当て部(4)と、該背当て部の左右各端から延出され且つ腹直筋下部を中心とする下腹部にてバックル(16)で結合されるウェブ部(15)とを有するものとした。これにより、ウェブ部の張力を調節するだけで使用者の好みに合わせて容易に且つしっかりと腰部装具を身体に固定することができる上、大腿部に装着する必要がないので、椅子に腰掛けたままでも腰部に装具を容易に装着することができる。
【0010】
請求項3においては、下腿部装具(2)を、前脛骨筋上部の両側からヒフク筋の下部とアキレス腱の上部との間に巻き付けられる帯状部(24)を有するものとした。これにより、筋肉の動きが少ない部位に装着するので、装着時の違和感が少なく、且つしっかりと下腿部に装具を装着することができる。
【0011】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【0012】
図1は、本発明に基づき構成された歩行補助装置の人体への装着状態を示している。この歩行補助装置は、腰部装具1と、下腿部装具2と、駆動ユニット3とから構成されており、腰部装具1と下腿部装具2とを下肢に固定し、これらを介して駆動ユニット3が発生する回転トルクを下肢に伝えることにより、低下した筋力を補う力を人体に与える機能を備えている。
【0013】
腰部装具1は、図2に示すように、背当て部4と、ベルト部5と、ライニング部6とからなっている。
【0014】
背当て部4は、図3に併せて示すように、左右の腸骨陵部(骨盤前面端点)7から仙腸関節(脊柱と骨盤の接合点)8を通る後背部に当接するように、平面視が概ねU字形をなしており、その左右両端に設けられた股部駆動源連結部9に連結される減速機付き電動モータ等からなる股関節アクチュエータ10の駆動力を受け止めることができるように、実質的な剛体で構成されている。そして背当て部4の後背部は中空に形成されており、その内部には、図には明示されていないが、制御回路と、電動モータ及び制御回路に電力を供給するバッテリーとが内蔵されている。また背当て部4の直接人体に当接する部分には、クッションパッド11が設けられている。
【0015】
ベルト部5は、比較的硬質な材料で形成され、且つ背当て部4の左右両側部に一体的に設けられたベルト結合部13の内面にボルト止めされる左右一対の基部14と、各基部14の前端に固着された左右一対のウェブ部15と、各ウェブ部15の遊端に取り付けられた左右一対のバックル16とからなっている。そしてベルト部5の内面、つまり人体の腰回りとの対向面には、圧着ファスナなどを利用して保護用のライニング部6が貼り付けられるようになっている。
【0016】
背当て部4に設けられたクッションパッド11は、腰椎17に沿う窪みに当たる中央パッド18と、腰椎17の左右にて後方へ僅かに膨出する脊柱起立筋の左右両外側に当たる側部パッド19とからなっている。またライニング部6には、腸骨陵部7に当たる腸骨パッド20が設けられている。これらにより、総計5箇所のパッドが腰回りの要所に当たり、背当て部4がずれないように保持されるようになっている。なお、剛体からなる股部駆動源連結部9が身体に直接当接すると、痛みを与えるおそれがあり、また万一転倒した際に身体に大きな衝撃が加わるおそれがあるので、これらを緩和するために、股部駆動源連結部9との間に挟まれて股関節側面に当たる股関節パッド21がライニング部6に設けられている。
【0017】
各ウェブ部15は、基部14の上下に固着された2本の平織りベルトをその遊端で統合して各バックル16に結合し、前側が狭くなるV字形をなしている。これらウェブ部15の上側部分15Uは、腸骨陵部7に対応する部位に位置する基部14との結合点から、臍と恥骨との中間部(丹田)に位置するバックル16へ向けて、外腹斜筋の筋繊維が走る方向に沿って延在している。そしてウェブ部15の下側部分15Lは、股関節の側方に位置する基部14との結合点からバックル16へ向けて、内腹斜筋の繊維の走る方向に沿って延在している。
【0018】
脊柱の直立姿勢は、背筋、胸筋、および腹筋のバランスで維持されるが、歩行機能に障害を来たした人の筋力低下は、下肢に限らずこれらの筋肉群にも当然表れ、特に腹筋の筋力低下は、腹腔を下垂させると共に脊柱を側面視S字形に湾曲させ、歩行の際の直立姿勢の維持を困難にする。それが本発明装置によれば、直立姿勢の維持に特に大切な腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋などが重なっている丹田と呼ばれる下腹部中央にバックル16を位置させてウェブ部15に緊締力を加えることにより、左右の腸骨陵部7および仙腸関節8を通る後背部にかけて装着された背当て部4が脊柱の湾曲を矯正し、骨盤を安定させて姿勢を正しくすると同時に、腹腔圧を高め、内臓を正しい位置に持ち上げる作用を発揮する。またウェブ部15は比較的広い面積で下腹部に当接するので、腹腔に加わる圧力が下腹部の全体に均一に分散され、圧迫感が軽減される。
【0019】
他方、下腿部装具2は、図4に併せて示すように、前脛骨筋上部の両側からヒフク筋22の下部とアキレス腱23の上部との間の下肢関節を動かした時の皮膚の動きが比較的少ない部位に巻き付く帯状部24を備えている。これによれば、膝の屈伸運動により周囲長が変化するふくらはぎ及び足首の運動に伴って皮膚が動くアキレス腱23を避けているので、適度な緊締力をもってしっかりと下腿部に装具を固定することができる。
【0020】
駆動ユニット3は、図5に併せて示すように、テレスコピック式に伸縮可能な連結バー25の各端に減速機付き電動モータからなる股関節アクチュエータ10並びに膝関節アクチュエータ26をそれぞれ結合してなるものであり、腰部装具1の股関節の側方に対応する位置に設けられた股部駆動源連結部9、並びに下腿部装具2の膝関節の側方に対応する位置に設けられた膝部駆動源連結部27に対し、反復着脱自在なように構成されている。
【0021】
股部駆動源連結部9は、図6に示すように、剛体からなるベルト結合部13の近傍に連結板30を介して結合される基板31と、所定範囲を摺動可能なように基板31の内面に重ね合わされたスライド板32と、基板31に一体結合されるインナカバー33にピン軸34をもって支持される操作レバー35と、スライド板32と操作レバー35との間を連動連結するリンク36とからなっている。そして操作レバー35は、図7に併せて示すように、ピン軸34で軸支された中間部を支点として倒伏位置と起立位置との間を略90°の範囲に渡って回動自在にされている。
【0022】
基板31には、ある円周を4等分する位置に4つの丸孔37が形成されている。またスライド板32には、丸孔37と同一直径且つ同一配置で開けられた4つの大径孔38と、4つの大径孔38のそれぞれから同一方向へ連続的に延出された小径の長孔39とからなる4つのだるま孔40が形成されている。
【0023】
股関節アクチュエータ10の股部駆動源連結部9との対向面には、基部31に設けられた4つの丸孔37に対応する4つのピン41が立設されている。これらのピン41は、丸孔37と略同一直径の拡径頭部42と、長孔39の幅と略等しい直径の首下部43とからなっている。
【0024】
操作レバー35の起立位置では、スライド板32に設けられただるま孔40の大径孔38が基板31の丸孔37と整合している。従って、股関節アクチュエータ10に設けられた4つのピン41を基板31の丸孔37に挿通すると、だるま孔40の大径孔38を経てスライド板32の内面からピン41の拡径頭部42が突出する。この状態で操作レバー35を倒すと、操作レバー35とリンク36を介して連結されたスライド板32が摺動し、スライド板32の長孔39がピン41の首下部43に係合し、拡径頭部42にて長孔39からのピン41の抜け止めがなされる。これにより、股部駆動源連結部9に対し、股関節アクチュエータ10を所謂ワンタッチ操作で着脱することができるようになっている。
【0025】
他方、膝部駆動源連結部27は、図8に示したように、下腿部装具2の上端に一体形成された結合片2aに対し、例えばねじ結合されている。この膝部駆動源連結部27には、一対の係合アーム27aが一体形成されており、各係合アーム27aの先端部には、ロック爪52が形成されている。また、一対の係合アーム27a同士の間には、弾性変形可能な薄肉の弾性アーム27bが、両係合アーム27aと同一方向に延出形成されている。
【0026】
膝関節アクチュエータ26には、膝部駆動源連結部27に形成されたロック爪52と係合して膝関節アクチュエータ26を下腿部装具2に連結するためのラッチ部51が設けられている。このラッチ部51には、図9に示したように、膝部駆動源連結部27に一体形成された一対の係合アーム27a及び弾性アーム27bを差し込み可能なスロット51bが形成されており、その内部には、差し込まれた一対の係合アーム27aの図9における下方にてロック爪52と係合するように、その遊端が斜め上向きに延出された弾性係合片51aが設けられている。
【0027】
係合アーム27a及び弾性アーム27bをラッチ部51のスロット51bに差し込むと、ロック爪52の進行によって弾性係合片51aが図9において下向きに撓む。そして奥の所定位置にロック爪52が達すると、弾性係合片51aが上向きに弾性復元してその遊端部とロック爪52とが係合し、係合アーム27aのスロット51bからの抜け止めがなされる。
【0028】
このように構成されたラッチ機構の係合力は、ラッチ部51の外面に設けられた押釦53を押し込むことで解除される。すなわち、押釦53を図9における下方へ押し込むと、弾性アーム27bを介して弾性係合片51aが押圧され、その遊端部が図9の矢印に示すように下向きに変位する。これにより、弾性係合片51aとロック爪52との係合が解除される。このようにして、膝関節アクチュエータ26に対し、所謂ワンタッチ操作で下腿部装具2を着脱することができるようになっている。
【0029】
上記のように構成された本発明装置は、腰部装具1、下腿部装具2、駆動ユニット3が互いに分割しているので、下肢が不自由な人が装着するに当たり、例えば椅子に腰掛けたままで装着することができる。つまり腰部装具1は単に背当て部4を身体の腰部後背面に当接させて両ウェブ部15を下腹部に回してバックル16を結合させ、ウェブ部15の張力を適宜に調節するだけで簡単に装着することができる。そして下腿部装具2は、単にふくらはぎの下方に巻き付けるだけで装着することができる。
【0030】
そして駆動ユニット3は、連結バー25を大腿部の側方に沿わせた上で、既に装着されている各装具1・2の各駆動源連結部9・27に各アクチュエータ10・26をワンタッチで結合することで身体に装着される。従って、使用者に無理な姿勢を強いることがなく、装着、脱却を他人の手を借りずに簡単に行うことができる。
【0031】
本発明装置は、テーピングを施したのと同様な緊締力が特定の筋肉に作用するように製造された運動用スパッツS(特開2001−214303号公報を参照されたい)の上に装着すると、スパッツSを形成する繊維の緊締力による筋肉支持作用と相俟って、運動機能を高める上により一層効果的である。また本発明装置は、駆動トルクを逆に作用させれば負荷トルクを関節に作用させることができるので、運動機能補助装置としての用途のみならず、医療用、リハビリテーション用、並びに筋力増強トレーニング用の負荷発生装置としても利用することができる。
【0032】
【発明の効果】
以上詳述した通り本発明によれば、以下の如き格別な効果を奏することができる。
1.股関節アクチュエータを反復着脱可能な股部駆動源連結部を備えた腰部装具と、膝関節アクチュエータを反復着脱可能な膝部駆動源連結部を備えた下腿部装具と、両アクチュエータを連結バーを介して一体結合してなる駆動ユニットとの三分割構成としたので、各部を個々に装着し得ることとなり、装着が容易になると共に、3つの部分を個別に選択し得るので、使用者の体格や身体の状態の違いに容易に対応することができる。
2.後背部に装着される背当て部と、該背当て部の左右各端から延出され且つ下腹部にてバックルで結合されるウェブ部とを腰部装具に設けたので、ウェブ部の張力を調節するだけで容易に使用者の好みに合わせることができる上、大腿部に装着する必要がないので、椅子に腰掛けたままでも装具を腰部に容易に装着することができる。
3.前脛骨筋上部の両側からヒフク筋の下部とアキレス腱の上部との間に巻き付けられる帯状部を下腿部装具に設けたので、筋肉の動きが少ない部位に装具を装着することができることから、装着時の違和感が少なく、且つしっかりと装具を下腿部に装着することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明装置を装着した状態の下半身を示す斜視図
【図2】本発明装置の腰部装具の構成を示す分解斜視図
【図3】背当て部と人体との関係を示す説明図
【図4】下腿部装具を下腿部に装着した状態を示す説明図
【図5】本発明装置の要部斜視図
【図6】股関節駆動源連結部の斜視図
【図7】股関節駆動源連結部の操作要領の説明図
【図8】膝部駆動源連結部の斜視図
【図9】膝関節アクチュエータのラッチ部を膝部駆動源連結部に連結した状態の縦断面図
【符号の説明】
1 腰部装具
2 下腿部装具
3 駆動ユニット
4 背当て部
9 股部駆動源連結部
10 股関節アクチュエータ
15 ウェブ部
16 バックル
24 帯状部
25 連結バー
26 膝関節アクチュエータ
27 膝部駆動源連結部
Claims (3)
- 股関節の側方に腰部補助動力発生装置を、膝関節の側方に膝関節補助動力発生装置を備え、下肢の運動に補助力を与える歩行補助装置であって、
腰部に装着される腰部装具と、
下腿部に装着される下腿部装具と、
連結バーを含み当該連結バーの一端に前記腰部補助動力発生装置を取り付けられ当該連結バーの他端に前記膝関節補助動力発生装置を取り付けられた駆動ユニットと、
前記腰部装具と前記駆動ユニットの前記腰部補助動力発生装置とを反復着脱可能に連結する腰部駆動源連結手段と、
前記下腿部装具と前記駆動ユニットの前記膝関節補助動力発生装置とを反復着脱可能に連結する膝部駆動源連結手段と
を有する歩行補助装置。」 - 前記腰部装具は、左右の腸骨陵部から仙腸関節を通る後背部にかけて装着される背当て部と、該背当て部の左右各端から延出され且つ腹筋下部を中心とする下腹部にてバックルで結合されるウェブ部とを有するものであることを特徴とする請求項1に記載の歩行補助装置。
- 前記下腿部装具は、前脛骨筋上部の両側からヒフク筋の下部とアキレス腱の上部との間に巻き付けられる帯状部を有するものであることを特徴とする請求項1若しくは2に記載の歩行補助装置。
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