JP4326259B2 - 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、下肢、つまり主に股関節や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は、ベルト等を締め付けて腰部、大腿部および下腿部に固定する装具を介してアクチュエータを下肢に固定することが一般的であった。
【0004】
【特許文献1】
特開昭58−163364号公報(第1図〜第4図)
【特許文献2】
特開平7−163607号公報(第1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によると、あくまでも自己の筋肉の衰えをカバーするために補助装置を利用する人の場合は、特に筋肉の牽引収縮による断面積(周囲長)の変化が大きい大腿部を装具で締め付けると、それが却って筋肉の動きを阻害することとなっていた。例えば、筋肉が伸びている立位で丁度良いように装具を締め付けると、筋肉が収縮するしゃがんだ時には大腿部に強い圧迫感を覚えることとなり、この逆にしゃがんだ時に丁度良いように装具を締め付けると、立った時には弛みを生じてしまうことが考えられる。
【0006】
伸縮可能なゴム材などで装具を構成することも考えられるが、つまるところ、弛まないようにするためにはある程度以上の強い締め付け力が必要であり、違和感や苦痛を使用者に全く感じさせることのないように装具を構成することは極めて困難であった。
【0007】
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、使用者自身の筋肉の運動を妨げることがなく、しかも装着状態がずれることのない歩行補助装置を提供することにある。
【0008】
【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、本発明による歩行補助装置は、下肢の運動に補助力を与える歩行補助装置であって、股関節の運動に補助力を与える股関節アクチュエータ(10)を股関節の側方に固定するべく、腹筋下部を中心とする下腹部および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腰部装具(1)と、膝関節の運動に補助力を与える膝関節アクチュエータ(26)を膝関節の側方に固定するべく、脛上部の両側からヒフク筋を避けてアキレス腱上部に装着される下腿部装具(2)とを有する。
【0009】
この構成によれば、腰部装具と下腿部装具の双方が、皮膚の動きが少なく、筋肉の伸縮による周囲長の変化が少ない身体部位に装着され、運動時の圧迫感が少なくて済む上に装具がずれたりせずに済む。
【0010】
この腰部装具により、所謂丹田を圧迫することで骨盤の圧力反射で腹腔全体に圧力が加わり、直立姿勢が安定する。しかも下腹部に加わるベルト(15)の拘束圧力の負担が少なくて済む。また下腿部装具により、膝関節の屈伸運動を補助する電動モータなどのアクチュエータを、使用者自身の筋肉の運動を妨げず、且つずれないように装着することができる。
【0011】
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、更に、前記下腿部装具は、足部に装着する靴部を含む。これにより、装具全体の重量を大地にて受け止めるように構成することができるので、身体の負担を軽減することができる。
【0012】
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記股関節アクチュエータと前記膝関節アクチュエータとを連結バーによって連結してなる駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットの前記股関節アクチュエータが前記腰部装具に連結され、前記膝関節アクチュエータが前記下腿部装具に連結される。これにより、補助動力発生装置(股関節アクチュエータと膝関節アクチュエータ)を含む装具の全体を3分割構成とすることができるので、装着性の向上を企図し得る。
【0013】
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、前記駆動ユニットの上端が前記腰部装具に連結され、前記駆動ユニットの下端が前記下腿部装具に連結されることを特徴とするものとした。これにより、駆動ユニットの両端に設けられた各アクチュエータの駆動反力が各装具にてしっかりと受け止められるようにすることができる。
【0014】
【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。
【0015】
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、補助動力を発生する駆動ユニット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。
【0016】
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。
【0017】
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。
【0018】
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の前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。
【0019】
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、剛体からなる股部動力伝達部9が人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肉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、股部動力伝達部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。
【0020】
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前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。
【0021】
さて、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から仙腸関節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。
【0022】
背当て部4及びベルト部5は、図4に示すように、体幹や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(図中の腰部に網線を付した部分)に装着されるように構成されている。従ってこれによると、太股を上げ下げする股関節の運動や上体の前屈運動を妨げることがなく、しかも大腿筋の伸縮による大腿囲の変化に影響されることもない。
【0023】
この構成によれば、背当て部4の主たる拘束点(5箇所のパッド18・19・20)を体形差が比較的少ない背中側に設定するので、使用者の体形の違いに対応するにはベルト部5のみを交換するだけで済むことから、背当て部4を共通化することができ、腰部装具1の製作コストの低減に寄与し得る。
【0024】
他方、下腿部装具2は、図5に併せて示したように、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の上部との間の皮膚の動きが比較的少ない部位(図4中の下腿部に網線を付した部分)を覆うように、下腿部に巻き付く帯状部24を備えている。これによれば、下腿部装具2の主たる拘束点が膝の屈伸運動に伴って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装具2を下腿部に固定することができる。
【0025】
下腿部装具2は、図6に示すように、足部31に装着する靴32の足首に対応する部位にその下端部を連結することもできる。このようにすれば、装具全体の重量を大地にて受け止めるように構成し得るので、身体の負担を軽減することができる。ここで下腿部装具2の靴32に対する連結部33は、歩行時の足首の動きを阻害しないように回動可能にしてあれば、靴32自体が爪先の運動などには対応可能なようにできているので、さほどの違和感を与えずに済む。
【0026】
駆動ユニット3は、図7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等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、背当て部4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、着脱自在なように構成されている。このように、腰部装具1、下腿部装具2、および駆動ユニット3を互いに分割した構成を採るものとすれば、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ものとなる。
【0027】
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。
【0028】
【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.下肢の股関節や膝関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置を、運動時に筋肉が牽引収縮することの影響を受け難い部位に装着するものとしたので、筋肉の伸縮による周囲長の変化に影響されないために運動時の圧迫感を軽減することができる上、運動時の皮膚表面の動きが少ない部位に装着するので、装具のずれを抑制することができる。
2.腹筋下部を中心とする下腹部および左右の腸骨陵部から仙腸関節を通る後背部にかけて腰部装具を装着するものとしたので、所謂丹田を圧迫することで骨盤の圧力反射で腹腔全体に圧力が加わり、正しい姿勢を安定的にとり易くなる上、下腹部に加わるベルトの拘束圧力の負担を軽減することができる。また脛上部の両側からヒフク筋を避けてアキレス腱上部に装着される下腿部装具を装着するものとしたので、膝関節の屈伸運動を補助するアクチュエータを、使用者自身の筋肉の運動を妨げず、且つずれないように装着することができる。
3.下腿部装具の拘束点に足部を含ませることにより、装具全体の重量を大地にて受け止めるように構成することができるので、身体の負担を軽減することができる。
4.補助動力発生装置を含む装具の全体を、股関節アクチュエータと膝関節アクチュエータとを連結してなる駆動ユニットと、腰部装具と、下腿部装具とからなる3分割構成としたので、装着性の向上を企図することができる。
5.駆動ユニットの上端を腰部装具に連結し、駆動ユニットの下端を下腿部装具に連結するものとしたので、駆動ユニットの両端に設けられた各アクチュエータの駆動反力が各装具にてしっかりと受け止められるようにすることができる。
【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】本発明装置と人体との関係を示す説明図
【図5】下腿部装具を下腿部に装着した状態を示す説明図
【図6】下腿部装具の別例を示す要部斜視図
【図7】駆動ユニットの斜視図
【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
5 ベルト部
9、27 駆動源連結部
10、26 アクチュエータ
11 クッションパッド
16 バックル
25 連結バー
31 足部
Claims (3)
- 下肢の運動に補助力を与える歩行補助装置であって、
股関節の運動に補助力を与える股関節アクチュエータを股関節の側方に固定するべく、腹筋下部を中心とする下腹部および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腰部装具と、
膝関節の運動に補助力を与える膝関節アクチュエータを膝関節の側方に固定するべく、脛上部の両側からヒフク筋を避けてアキレス腱上部に装着される下腿部装具と、
を有する歩行補助装置。 - 前記下腿部装具は、足部に装着する靴部を含む請求項1に記載の歩行補助装置。
- 前記股関節アクチュエータと前記膝関節アクチュエータとを連結バーによって連結してなる駆動ユニットを含み、当該駆動ユニットの前記股関節アクチュエータが前記腰部装具に連結され、前記膝関節アクチュエータが前記下腿部装具に連結される請求項1また2に記載の歩行補助装置。
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