JP4620012B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば高齢者や歩行機能障害者等の利用者の歩行を補助する歩行補助装置に関する。

利用者の歩行を補助する装置として、下記特許文献１に示されているように、利用者が着座可能な着座部材としてサドル状の着座部を有し、利用者の歩行に伴って移動可能な歩行介助装置が知られている。その着座部は、利用者の腰部を前後から挟むように側面視Ｕ字状に形成され、着座部の表面には、歩行者が及ぼす力を検出する圧力センサを配置した検出器が設けられている。着座部の両側には、主脚と補助脚を左右に１本ずつ配置して構成した多関節形の脚が装設され、主脚及び補助脚は、それぞれ一又は複数個の関節を備えた多関節機構で構成されている。脚の各関節部には、駆動用モータや減速機などからなる関節駆動機構が装着されている。主脚の先端には回転駆動機構，クラッチ，ブレーキを備えた駆動輪を備えると共に、補助脚の先端には自由に回転する従動輪を備えている。
特許第３１５６３６７号公報（図８）

着座部材として上記の着座部を備えた歩行介助装置においては、着座部の前部が歩行者の下腹部に接触するため、歩行時に着座部が柔らかい下腹部を押しながら後方にずれやすい。また、歩行時に脚と着座部が干渉して歩行介助装置が上下方向軸周りに回転し、安定感が損なわれる。

本発明は、以上に鑑み、利用者に対する着座部材の後方へのずれを抑制して着座時の安定性を向上できる歩行補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、利用者が跨ぐようにして着座可能な着座部材と、該着座部材を支持する支持部材とを有する歩行補助装置であって、前記着座部材には、これに着座する利用者に対し該着座部材が後方に位置ずれするのを防止する後方移動防止部を備え、該後方移動防止部は前記利用者の鼠径部に接触するように左右に分岐する二又形状に形成されていることを特徴とする。

本発明の歩行補助装置においては、着座部材に着座する利用者と接触する部位の前端部が当該利用者の鼠径部に接触する。ここで、鼠径部とは人体の正面側で脚が胴体に繋がる部位であり、この部位は下腹部と脚の付け根との間における谷部となっている。利用者が着座したときは、その谷部に着座部材の前端部が当接するので、着座部材はしっかり保持され、歩行時に後方にずれるのが防止される。

従って、本発明によれば、着座時の安定性を向上できる歩行補助装置が提供される。

また、本発明の歩行補助装置において、着座部材の後方移動防止部は左右に分岐する二又形状に形成されている。これにより、後方移動防止部は左右方向に撓み易くなるので、利用者の前方に振り出される脚が着座部材に当接しても、その当接力を後方移動防止部の撓みで吸収し、脚の当接による着座部材のヨーイングを抑制する、すなわち利用者が着座部材から受ける上下方向軸周りの回転力を低減することができる。

なお、後方移動防止部の二又形状は上記に限らず、少なくとも利用者の鼠径部に接触する二又部があればよい。例えば、後方移動防止部は二又部を有して、その先端が合わさっている形状、或いは二又部の間を弾性率の小さい部材で連結した形状でもよい。

また、着座部材の後方移動防止部は、前後方向の弾性率が左右方向の弾性率より大きくなるように形成されることが好ましい。ここで、後方移動防止部の左右方向の弾性率は、着座部材のヨーイングを防止する点で比較的小さくすることが望まれるが、後方移動防止部の前後方向の弾性率も小さくすると、後方移動防止部が利用者に当接して前後方向に撓みやすくなり、この撓みで着座部材が利用者に対し後方にずれる可能性がある。しかしながら、後方移動防止部の前後方向の弾性率が大きくなるように形成することにより、後方移動防止部が前後方向に撓みにくくなり、着座部材が利用者に対し後方に位置ずれするのを防止できる。

更に、着座部材は、利用者の身体の背面側に接触して、該着座部材が前方に位置ずれするのを防止する前方移動防止部を有することが好ましい。これにより、利用者に対する着座部材の前方への位置ずれを抑制することができる。

以下、本発明の実施形態の歩行補助装置について説明する。図１乃至図３に示す歩行補助装置は、利用者Ｐが跨ぐようにして着座する着座部を構成する着座部材１と、この着座部材１を支持する支持部材としての左右一対の脚リンク２Ｌ，２Ｒとを備えている。

各脚リンク２Ｌ，２Ｒは、着座部材１の下面に設けた第１関節部３に連結される第１リンク部４と、第１リンク部４の下端に回転式の第２関節部５を介して連結される第２リンク部６とを備える屈伸自在なリンクで構成される。また、第２リンク部６の下端には、第３関節部７を介して、利用者の左右の各足平に装着される接地部材８が連結されている。更に、各脚リンク２Ｌ，２Ｒには第２関節部５用の駆動源９が搭載され、この駆動源９による第２関節部５の回転駆動で、各脚リンク２Ｌ，２Ｒに接地部材８と着座部材１との間の距離を長くする伸び方向の力を加え、利用者の体重の少なくとも一部を支持する支持力（以下、「体重免荷アシスト力」という）を発生させる。各脚リンク２Ｌ，２Ｒで発生された体重免荷アシスト力は、着座部材１を介して利用者Ｐの胴体に伝達され、利用者Ｐの脚に作用する荷重が軽減される。

第１関節部３は、利用者が着座部材１に着座した状態で利用者の左右の大腿骨頭間の横方向幅内に位置するように配置されている。そのため、体重免荷アシスト力は、利用者の左右の大腿骨頭間において着座部材１に作用することになり、体重免荷アシスト力が確実に利用者の胴体に伝達される。

本実施形態の歩行補助装置は、利用者Ｐが足平に接地部材８を装着して着座部材１に着座するだけで使用することができ、殆ど束縛感を受けない。また、脚リンク２Ｌ，２Ｒの第１関節部３及び第１リンク部４は利用者Ｐの股下に位置するため、歩行時の腕振りに際し、利用者の手が第１関節部３や第１リンク部４に当たることがなく、自由な腕振りが可能になる。更に、装置が小型になって、狭い場所でも使用でき、束縛感の軽減及び腕振りの自由さの確保と相俟って、使い勝手が著しく向上する。

着座部材１は、図４に示すように、前後方向中間に横幅が後部１ａ及び前部１ｂよりも狭い「くびれ」部１ｃを有する形状の着座部を構成している。その前部１ｂは、上方に湾曲し、かつ後部１と共に横幅が広く形成されている。そして、着座部全体は、側面から見て着座した利用者の股間を包み込むようなＵ字形状になっている。

本実施形態では、着座部材１は、カーボンファイバー等で形成される芯材１０１から成り、この芯材１０１の上面にクッション材１０２を取り付け、これら芯材１０１とクッション材１０２とをカバー１０３で覆うことで着座部を形成している。

芯材１０１は、図５に示すように、前部１０１ｂが横方向中間部を切欠いた二又形状に形成されると共に、上面となる表面側では、前部１０１ｂからくびれ部１０１ｃを経て後部１０１ａまで横方向中央に延びる溝ないし窪み１０４が形成されており、この窪み１０４の両側にクッション材１０２を取り付けている。また、前部１０１ｂの二又形状に分岐した各分岐部は、アーチ状の断面形状に形成されている。

なお、下面となる裏面側では、上面側に湾曲した前部１０１ｂの下端から後部１０１ａまでほぼ平坦に形成されると共に、芯材１０１の周縁部は肉厚が薄く、側方からの脚の当接力を柔軟に吸収できるようにしている。

本実施形態によれば、図２及び図３に示すように、カバー１０３で覆った着座部材１に対し、利用者Ｐは左右の脚をくびれ部１ｃの横方向両側に位置させて着座する。このとき、着座部材１の前部１ｂは、利用者Ｐの鼠径部Ｑに接触することとなる。このため、着座部材１はしっかり保持され、利用者Ｐが歩行する時に着座部材１が後方に位置ずれしないように防止される。すなわち、着座部材１の前部１ｂは、利用者に対し着座部材が後方に位置ずれするのを防止する後方移動防止部となっている。

また、着座部材１の後部１ａは、中間のくびれ部１ｃよりも横幅が広く形成されているので、利用者の身体の背面側、具体的には利用者を後方から見たときに見える部分で、脚の付け根部分に接触して、利用者に対し着座部材１が前方に位置ずれするのを防止する前方移動防止部となっている。更に、この後部１ａは、利用者の左右の坐骨を受けるのに十分な横幅（例えば、最大で120 ｍｍ）を有することにより、利用者に対し、坐骨接触にて体重免荷アシスト力を確実に伝達することができる。

本実施形態では、上記のように着座部材１の横幅が広い後部１ａと前部１ｂにより、利用者に対する着座部材１の前後方向の位置ずれを抑制するので、利用者は前後方向に安定して着座することができる。

また、着座部材１を構成する芯材１０１の前部１０１ｂを二又形状に形成したことで、着座部材１の後方移動防止部をなす前部１ｂは、左右方向の弾性率が小さくなり、横方向に撓み易くなる。そのため、前方に振り出される脚が着座部材１の前部１ｂに当接しても、その当接力を前部１ｂの撓みで吸収し、脚の当接で利用者が着座部材１から受ける上下方向軸周りの回転力を低減することができる。

更に、前部１０１ｂの二又形状に分岐した各分岐部の断面形状がアーチ状に形成されることで、前後方向の弾性率が大きくなっている。これにより、前部１０１ｂが前後方向に撓みにくくなり、前部１０１ｂが前後方向に撓むことで着座部材１が利用者に対して後方に位置ずれするのを防止できる。

なお、着座部材１の前部１ｂは、二又形状に形成されない場合でも、前後方向の弾性率が左右方向の弾性率より大きくなるように形成する、例えば左右方向の中心線（左右方向の中心を通り前後方向に延びる線）に沿って弾性体を設置することで、左右方向には撓みやすく、前後方向には撓みにくくすることができる。これにより、二又形状に形成した場合と同様の効果が得られる。

以上のように、着座部材１は、利用者の着座時の股間部や接触部の状態などを考慮した座面の形状を有する等、その形態に工夫を施したものであるが、本実施形態では、着座部材１を更に安定化させるために種々の工夫を施している。以下、これについて説明する。

図６及び図７に示すように、各脚リンク２Ｌ，２Ｒ用の各第１関節部３は、前後方向に長手の円弧状の案内軌道３２とこれを支持する支持板３３とから成る関節部材３１で構成されている。尚、案内軌道３２は、支持板３３に形成する円弧状の溝で構成することも可能である。

各脚リンク２Ｌ，２Ｒの第１リンク部４の上端部には、案内軌道３２を上下から挟む上下各一対のローラ４１ａを有するスライダ４１が取付けられており、案内軌道３２にスライダ４１がローラ４１を介して移動自在に係合する。かくして、各脚リンク２Ｌ，２Ｒは、案内軌道３２の曲率中心を中心にして前後方向に揺動することになり、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点は案内軌道３２の曲率中心になる。

図２に示すように、案内軌道３２の曲率中心、即ち、各第１関節部３における各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点３ａは、着座部材１の上方に位置する。ここで、利用者Ｐが上半身を前傾する等して、着座部材１に対する利用者Ｐの上半身の体重の作用点が、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点３ａの前方にずれると、着座部材１が前下がりに傾斜する。そして、着座部材１がこのまま傾斜し続けると、着座部材１が利用者Ｐに対し後方にずれてしまう。然し、本実施形態では、着座部材１の前下がりの傾斜に伴い体重作用点は揺動支点３ａの下側で後方に変位し、該支点３ａと体重作用点との間の前後方向距離が減少して、着座部材１に作用する回転モーメントも減少する。そして、体重作用点が揺動支点３ａの真下の位置まで変位したところで、着座部材１に作用する回転モーメントが零になり、この状態で着座部材１が安定する。このようにして着座部材１が自動的に安定状態に収束するため、着座部材１が利用者Ｐの股下で前後方向にずれることを抑制できる。

各脚リンク２Ｌ，２Ｒの上端部に設けられたスライダ４１は、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの第２関節部５と各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点３ａ（案内軌道３２の曲率中心）とを結ぶ線Ｌ１よりも後方に位置する案内軌道３２の部分に係合している。これにより、利用者Ｐの各脚の前方への振り出しに追従する各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前方への揺動ストロークを案内軌道３２の長さをそれ程長くせずに確保できる。尚、案内軌道３２の前後の各端部には、第１リンク部４の離脱防止のためのストッパ３２ａが取付けられている。

各脚リンク２Ｌ，２Ｒ用の各第１関節部３を構成する各関節部材３１は、着座部材１の下面の横方向中央に取付けられる前後一対の支持ブロック３４，３４に夫々支持させた前後方向の支軸３５，３５に、支持板３３の前後の上端部に取り付けたヒンジ部材３６，３６において横方向に揺動自在に軸支される。従って、各第１関節部３は、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動を許容する自由度に加えて、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの横方向への揺動を許容する自由度を持つことになり、利用者Ｐの脚を外転できるようになる。

また、左側の脚リンク２Ｌ用の関節部材３１と、右側の脚リンク２Ｒ用の関節部材３１とは、共通の支軸３５で軸支されている。即ち、左側の脚リンク２Ｌの横方向の揺動支点と、右側の脚リンク２Ｒの横方向の揺動支点とが、前後方向の同一軸線上に位置する。

この実施形態では、片脚支持状態において、遊脚側脚リンクの重量の作用箇所である遊脚側脚リンクの横方向の揺動支点が、支持脚側の横方向の揺動支点と同一軸線（支軸３５）上に位置するから、着座部材１に支持脚側脚リンクの横方向の揺動支点を中心とする横転モーメントは作用しない。従って、片脚支持状態での着座部材１のローリングを防止できる。なお、遊脚側の脚リンクの重量は支持脚側の脚リンクを介して床面に伝達され、着座部材１には、遊脚側の脚リンクの重量は作用しない。

また、第１関節部３における各脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点３ａと第３関節部７とを結ぶ線を基準線Ｌ２（図２参照）とすれば、各脚リンク２Ｌ，２Ｒは、利用者Ｐの直立状態においても、第２関節部５が基準線Ｌ２の前方に張り出す屈曲状態になるような長さに形成されている。そして、駆動源９の制御で着座部材１の高さを利用者Ｐに合わせて自動的に調節できるようにしている。そのため、個人毎に専用の装置を製作したり脚リンクの長さを調節したりする必要がなく、汎用性があってコストダウンを図ることができる。

更に、各脚リンク２Ｌ，２Ｒの上端のスライダ４１には、前後方向において基準線Ｌ２に対し第２関節部５とは反対側である後方に張り出す板部材から成る張出し部４２が取り付けられ、この張出し部４２に駆動源９を搭載している。これによれば、利用者Ｐの直立時に、駆動源９を除く各脚リンク２Ｌ，２Ｒの重量によって各脚リンク２Ｌ，２Ｒに発生する、第３関節部７を中心にした前傾方向の揺動モーメントが、駆動源９の重量により発生する逆向きの揺動モーメントにより減殺される。即ち、駆動源９がカウンタウェイトとして機能して、駆動源９を含む脚リンク２Ｌ，２Ｒ全体の揺動モーメントは小さくなる。その結果、着座部材１に作用する前方への押し力も小さくなり、安定性を確保できる。

また、利用者Ｐの脚を前方に振り出す際には、駆動源９の重量により前後方向の揺動支点３ａを中心にした前方への揺動モーメントが発生し、このモーメントで脚の前方への振り出しがアシストされる。従って、第２関節部５が基準線Ｌ２の前方に張出すように脚リンク２Ｌ，２Ｒが屈曲している場合に問題になる、脚の前方への振り出しに対する抵抗感を解消できる。また、重量物たる駆動源９と揺動支点３ａとの間の距離が短くなるので、第１関節部３回りの脚リンク２Ｌ，２Ｒの慣性モーメントが小さくなる。従って、歩行時に利用者Ｐの脚が脚リンク２Ｌ，２Ｒの慣性モーメントを受けて重く感じることを防止できる。

駆動源９により発生する駆動力は、駆動力伝達手段９１を介して第２関節部５に伝達される。駆動力伝達手段９１は、軽量化とコストダウンとを図るため、第２関節部５と駆動源９とを結ぶワイヤ９１ａを用いたワイヤ式伝達機構で構成されている。なお、駆動力伝達手段９１としては、第２リンク部６の第２関節部５から離れた部分に第１リンク部４と平行に連結されるリンクを用いた平行リンク機構や、油圧シリンダを用いた油圧伝達機構も使用できる。

駆動源９からは２本のワイヤ９１ａが導出されており、駆動源９から一方のワイヤ９１ａが繰り出されるとき他方のワイヤ９１ａが駆動源９に引き込まれる。駆動源９は、電動モータと、このモータにより駆動されるワイヤ９１ａ用の駆動プーリとで構成される。両ワイヤ９１ａ，９１ａは、第１リンク部４の第２関節部５の近傍部分に形成したフランジ４３と駆動源９との間に配設した２本のガイドチューブ９１ｂ，９１ｂに挿通されている。また、第２リンク部６に第２関節部５の軸５１と同軸上のプーリ５２を固定し、このプーリ５２に２本のワイヤ９１ａ，９１ａを互いに逆方向から巻きつけ、各ワイヤ９１ａの端末をプーリ５２に固定している。かくして、駆動源９によるワイヤ９１ａ，９１ａの繰り出しと引き込みによりプーリ５２が回転され、この回転により、第２リンク部６が第１リンク部４に対し第２関節部５の軸５１を中心にして揺動し、脚リンク２Ｌ，２Ｒが屈伸される。尚、図示しないが、プーリ５２の側面に円弧状の溝を形成すると共に、第１リンク部４にこの溝に係合する突起部を形成し、第１リンク部４に対する第２リンク部６の揺動ストロークを所定範囲に規制している。

第３関節部７は、図６に示すように、第２リンク部６の下端に２軸の力センサ１０を介して連結されるヨーク７１と、ヨーク７１の下端部に横設した軸７２に回転自在に且つ軸方向に傾動自在に連結した可動子７３とから成るフリージョイントで構成される。ここで、前述の体重免荷アシスト力は、横方向から見て、第１関節部３における脚リンク２Ｌ，２Ｒの前後方向の揺動支点３ａと第３関節部７とを結ぶ上記基準線Ｌ２上に作用する。そして、基準線Ｌ２上に作用する実際の体重免荷アシスト力（正確には、体重免荷アシスト力と着座部材１及び各脚リンク２Ｌ，２Ｒの重量による力との合力）を、力センサ１０で検出される２軸方向の力の検出値に基づいて算出している。

接地部材８は、靴８１と、靴８１に組み込まれた高剛性の鐙状連結リング８２とを備えている。連結リング８２の上面にはカラー８３が立設され、このカラー８３に第３関節部７の可動子７３の下端が連結されている。また、図２に示すように、連結リング８２の下辺部には靴８１の中敷となる弾性板８４が載っており、弾性板８４の下面に、利用者の足平の中趾節関節（ＭＰ関節）部分と踵部分とに作用する荷重を検出する前後一対の圧力センサ８５，８５が取付けられている。そして、各接地部材８の両圧力センサ８５，８５の検出値に基づいて、利用者の両足平に作用する全荷重に対する各足平の作用荷重の割合を算出し、予め設定される体重免荷アシスト力の設定値に各足平の荷重割合を乗算した値を、各脚リンクで発生すべき体重免荷アシスト力の制御目標値とし、上記力センサ１０の検出値に基づいて算出される実際の体重免荷アシスト力が制御目標値になるように駆動源９を制御している。

尚、片脚支持状態では、支持脚側の脚リンクのみで設定値の体重免荷アシスト力を発生させる。この場合、遊脚側の脚リンクの駆動源の駆動を停止して、第２関節部５を自由回転状態にしてもよいが、遊脚側の脚リンクに駆動源により屈曲方向の力を加え、遊脚の足平の持ち上げをアシストすることも可能である。

更に、図３に示すように、第３関節部７が接地部材８の横幅中央より横方向内方に位置するように、連結リング８２の上面のカラー８３が横方向内側にずらして配置される。これにより、支軸３５と第３関節部７との間の横方向距離が短くなり、接地部材８及び着座部材１に作用する横力が小さくなって、接地部材８と着座部材１の安定性が確保される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。例えば、複数の車輪を有する小型の台車状の接地部材に立設される自立可能な単一の脚リンクを着座部材の下面の連結部に連結し、利用者の歩行に合わせて車輪を駆動するようにしても良い。また、片方の脚が骨折等で不自由な利用者の歩行を補助するため、上記実施形態の左右の脚リンク２Ｌ，２Ｒのうち利用者の不自由な脚側の脚リンクのみを残して他方の脚リンクを省略することも可能である。また、脚リンク２Ｌ，２Ｒの中間の第２関節部５，５´用の駆動源を脚リンク２Ｌ，２Ｒに搭載せずに、着座部材１の後方に取付けるブラケットに搭載しても良い。更に、第２関節部５，５´を伸び方向(接地部材８と着座部材１との間の距離を長くする方向)に付勢する付勢手段を設け、駆動源を省略することも可能である。

本発明の第１実施形態の歩行補助装置の斜視図。 第１実施形態の歩行補助装置の側面図。 第１実施形態の歩行補助装置の正面図。 第１実施形態の歩行補助装置の着座部材の斜視図。 (Ａ)着座部材の芯材の表面側から見た斜視図、(Ｂ)同芯材の裏面図。 第１実施形態の第１関節部の部分の斜視図。 第１実施形態の着座部分の側面図。

符号の説明

１…着座部材、２Ｌ，２Ｒ…脚リンク、３…第１関節部、５…第２関節部、７…第３関節部、８…接地部材、９…駆動源、１０１…芯材、１０２…クッション材、１０３…カバー、１０４…窪み。

Claims (3)

1. 利用者が跨ぐようにして着座可能な着座部材と、該着座部材を支持する支持部材とを有する歩行補助装置であって、
   前記着座部材は、これに着座する利用者に対し該着座部材が後方に位置ずれするのを防止する後方移動防止部を備え、該後方移動防止部は前記利用者の鼠径部に接触するように左右に分岐する二又形状に形成されていることを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記後方移動防止部は、前後方向の弾性率が左右方向の弾性率より大きくなるように形成されていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
3. 前記着座部材は、前記利用者の身体の背面側に接触して、該着座部材が前方に位置ずれするのを防止する前方移動防止部を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の歩行補助装置。

Images