JP4624200B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

装着者の転倒を防止した状態で該装着者に歩行を行わせる歩行補助装置に関する。

上体及び左右の脚に装着されて脚の移動を所定方向に規制する歩行矯正部を台車に固定して、装着の転倒を防止しつつ、歩行矯正部によって規制された適正な歩行運動（歩行訓練）を行わせる歩行補助装置が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、この歩行補助装置は、台車のフレームに一端を固定したゴムひもの他端を歩行運動者の足首付近に固定することで、歩行補助力を付与するようになっている。
２００４年１月作成の「Ｔｈｅ Ｄａｖｉｄ Ｈａｒｔ Ｃｌｉｎｉｃ」のカタログ

しかしながら、上記の如き従来の歩行補助装置では、人体に装着された歩行矯正部の連結ロッドを台車に設けた柱部に挿し込んで固定した状態で使用する構造であるため、介助者の助けがなくては装着部を台車に取り付けることが困難であった。一方、介助者にとっては、歩行運動を行う者の体格が小さい場合には問題がないが、歩行装着部を装着した者の体格が大きくなると介助労力が増してしまう問題があった。

さらに、上記の如き従来の歩行補助装置において、自立歩行が特に困難な者に対しても歩行運動を行わせることができるように、歩行補助性能の改善が望まれてきている。

本発明は上記事実を考慮して、容易に装着して歩行運動を行うことができる歩行補助装置を得ることが第１の目的である。また本発明は、歩行補助性能が良好な歩行補助装置を得ることが第２の目的である。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明に係る歩行補助装置は、人体に装着され、装着者が転倒を防止された状態で歩行を行い得るように該装着者を支持する歩行補助装置であって、上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に、下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられる装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持する支持部と、前記支持部と装着部との間に設けられ、前記支持部に対する装着部の高位を変更可能な高位可変装置と、を備えている。

請求項１記載の歩行補助装置では、少なくとも体幹及び下肢において装着部を装着した本装置の使用者は、高位可変装置を介して装着部を支持する支持部によって転倒を防止された状態で、歩行運動を行う。使用者が本歩行補助装置を装着する際には、例えば着座状態で装着部を体幹及び下肢に装着し、高位可変装置によって装着部を上方に移動しながら装着者を座位から立位に移行させる。これにより、装着部を装着した使用者を持ち上げたりすることなく、装着部を使用者が歩行運動を行い得る位置で支持部に対して支持させることができる。

このように、請求項１記載の歩行補助装置では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

請求項２記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項１記載の歩行補助装置において、前記装着部を前記支持部に対し持ち上げる方向に前記高位可変装置を駆動可能な駆動装置をさらに備えた。

請求項２記載の歩行補助装置では、駆動装置が作動すると、高位可変装置が伸張して装着部が支持部に対し持ち上がる。すなわち、駆動装置が生じる駆動力で使用者を座位から立位に移行させることができる。

請求項３記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項２記載の歩行補助装置において、前記高位可変装置はエアシリンダであり、前記駆動装置は前記エアシリンダに空気を供給する空気供給装置である。

請求項３記載の歩行補助装置では、シリンダ及びロッドの何れか一方が支持部に固定されると共に、他方が装着部に固定されたエアシリンダのシリンダに空気（圧）を供給すると、エアシリンダが伸張して使用者を座位から立位に移行させることができる。空気圧を用いるため、歩行補助装置は全体として小型軽量に構成され、また構造が簡単である。

請求項４記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項１乃至請求項３何れか１項記載の歩行補助装置において、前記高位可変装置は、前記支持部側に固定される基部と、前記装着部に固定される可動部と、該可動部と装着部との取付高さを変更可能な取付高調節部とを有して構成されている。

請求項４記載の歩行補助装置では、装着部と可動部との相対変位方向における取付位置が取付高調節部よって調整可能であるため、使用者の体格に応じて支持部に対する装着部の位置を調節し得る。このため、１台の歩行補助装置を異なる人で共用することができ、また身体の成長に合わせて支持部に対する装着部の位置を容易に調節することができる。

請求項５記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項１乃至請求項４何れか１項記載の歩行補助装置において、前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置をさらに備えた。

請求項５記載の歩行補助装置では、使用者が歩行運動を行う際、補助力付与装置のアクチュエータが歩行補助力を生じる。このため、特に自立歩行が困難な使用者であっても、支持部にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置からの歩行補助力を受けて、装着部によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

請求項６記載の発明に係る歩行補助装置は、上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられ、下肢の動きを所定方向に案内する装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持し、前記装着部を装着した人の転倒を防止する支持部と、前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置と、を備えている。

請求項６記載の歩行補助装置では、少なくとも体幹及び下肢において装着部を装着した使用者は、該装着部を歩行面に対し支持する支持部によって転倒を防止された状態で、歩行運動を行う。この際、補助力付与装置のアクチュエータが歩行補助力を生じる。このため、特に自立歩行が困難な使用者であっても、支持部にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置からの歩行補助力を受けて、装着部によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

このように、請求項６記載の歩行補助装置では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

請求項７記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項５又は請求項６記載の歩行補助装置において、前記装着部は、装着した人の股関節の動きに追従して角変位する第１関節と、装着した人の膝関節の動きに追従して角変位する第２関節とを含んで構成されており、前記補助力付与装置は、前記第１関節を曲げる方向の力を生じる第１アクチュエータと、前記第２関節を曲げる方向の力を生じる第２アクチュエータと、前記第１関節を伸ばす方向の力を生じる第３アクチュエータとを含んで構成されている。

請求項７記載の歩行補助装置では、第１及び第３アクチュエータが適宜のタイミングで動作して第１関節を屈曲又は伸展させ、これと同期するように第２アクチュエータが第２関節を屈曲することで、使用者に対し適当な歩行補助力が付与される。第１アクチュエータは大臀筋を、第２アクチュエータはハムストロングを、第３アクチュエータは大腿直筋をそれぞれ補助するように機能するため、効果的かつ自然な（違和感のない）歩行補助力を得ることができる。また、使用者の各部の筋力の強弱に応じて、作動するアクチュエータを異ならせて効果的な歩行補助を行うことも可能である。

請求項８記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項７記載の歩行補助装置において、前記第１乃至第３アクチュエータは、内部に空気が供給されて短縮しながら該短縮方向の力を生じる空気圧式アクチュエータである。

請求項８記載の歩行補助装置では、各アクチュエータが空気の供給に伴って短縮しつつ歩行補助力を生じる空気圧式のアクチュエータであるため、簡単な構造で上記各筋肉を補助する機能を実現することができる。

請求項９記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項７又は請求項８記載の歩行補助装置において、前記補助力付与装置は、前記第１関節、前記第２関節の各変位を検出する回転検出器と、前規格化移転検出器の検出角度に応じて前記第１乃至第３アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を含んで構成されている。

請求項９記載の歩行補助装置では、制御装置が関節角度（の時間変化）に応じてアクチュエータの動作を制御するため、使用者の運動機能に応じて適切な歩行補助力を付与することができる。例えば、使用者の筋力が弱い部分や補助力による矯正が必要な部位に大きな歩行補助力を付与して、使用者に適切な歩行運動を行わせることが可能になる。

以上説明したように本発明に係る歩行補助装置は、容易に装着して歩行運動を行うことができるという優れた効果を有する。また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行補助性能が良好であるという優れた効果を有する。

本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置としての歩行補助装置１０について、図１乃至図７に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、矢印Ａにて示す歩行訓練者の歩行方向を前側とし、上下左右の方向は、この歩行方向を向いてみた場合の方向を基準とする。

図１には、歩行訓練者が装着した状態の歩行補助装置１０が斜視図にて示されており、図２には、未装着状態の歩行補助装置１０が斜視図にて示されている。これらの図に示される如く、歩行補助装置１０は、人体に装着される装着部（歩行矯正部）としてのブレース１２が台車１４に支持されて構成されている。

ブレース１２は、平面視で前方に開口した略半円状（Ｕ字状）に形成された腰フレーム１６を備えており、腰フレーム１６は、後述する自動リフト装置６４を介して台車１４に取り付けられている。腰フレーム１６の左右方向中央部の前面には、その内側に入り込ませた人体の体幹における腰部に当接する腰当板１６Ａが取り付けられている。図１に示される如く、腰フレーム１６は、その左右両端にそれぞれ連結された腰ベルト１８によって人体の腰部に装着されるようになっており、腰ベルト１８は後部が人体の臀部に下側から支持するように巻き掛けられる。これにより、腰フレーム１６が装着者の体重を台車１４に伝える（支持させる）構成とされている。なお、図１以外の図では、腰ベルト１８の図示を省略している。

また、図２に示される如く、腰フレーム１６の左右両端には、それぞれ略上下方向に長手とされた左右一対の縦フレーム２０の下端が固着されている。左右の縦フレーム２０は、それぞれの上端が装着者の胸部に至る程度の長さとされている。各縦フレーム２０の下端側（腰フレーム１６よりも上側）には、前後方向に長手とされたサブフレーム２２の前端が固定されている。図１に示される如く、左右の縦フレーム２０の各上端は、共通の胸ベルト２３を介して人体の胸部に装着されるようになっている。なお、図１以外の図では、胸ベルト２３の図示を省略している。

さらに、腰フレーム１６における各縦フレーム２０の接合部よりもさらに前方の開口端近傍には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸２４を介して、略上下方向に長手とされた膝上フレーム２６の上端がヒンジ軸２４廻りの回動可能に連結されている。腰フレーム１６とヒンジ軸２４と膝上フレーム２６とで、股関節に対応する第１関節Ｋ１を構成している。各膝上フレーム２６の上部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム２８の前端が固定されており、各膝上フレーム２６の下部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム３０の後端が固定されている。

さらにまた、各膝上フレーム２６の下端には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸３２を介して、略上下方向に長手とされた膝下フレーム３４の上端がヒンジ軸３２廻りの回動可能に連結されている。膝上フレーム２６とヒンジ軸３２と膝下フレーム３４とで、膝関節に対応する第２関節Ｋ２を構成している。各膝下フレーム３４の下部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム３６の前端が固定されている。一方、各膝下フレーム３４における第２関節Ｋ２の直下には、平面視で前向きに開口する半円状に形成され人体の脚における膝下部を後側から受ける膝下受け３８が取り付けられている。図１に示される如く、各膝下受け３８は、中間部が該膝下受け３８の背面側に固定された脚ベルト４０によって、それぞれ左右異なる脚の膝下部に独立して装着されるようになっている。なお、図１以外の図では、脚ベルト４０の図示を省略している。

また、各膝下フレーム３４の下端には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸４２を介して、略上下方向に長手とされた足フレーム４４の上端がヒンジ軸３８廻りの回動可能に連結されている。膝下フレーム３４とヒンジ軸４２と足フレーム４４とで、足首関節に対応する第３関節Ｋ３を構成している。さらに、各足フレーム４４の下端には、それぞれ靴Ｓの靴底に装着可能な靴保持部４６がヒンジ軸４２廻りの回動可能に連結されている。

以上説明したブレース１２は、腰ベルト１８によって腰フレーム１６が体幹下部である腰部に、胸ベルト２３によって各縦フレーム２０の上端が体幹上部である胸部に、それぞれ脚ベルト４０によって膝下受け３８が下肢における膝下部に、靴保持部４６が靴Ｓすなわち足に装着されて、主に下肢の運動方向を各関節Ｋ１、Ｋ２、Ｋ３の回動方向に規制するように人体に装着される構成である。

台車１４は、前後方向に長手とされたセンタフレーム４８を備えている。センタフレーム４８の前端には、左右方向に長手とされた前輪フレーム５０の長手方向中央部が固定的に連結されており、該前輪フレーム５０の左右両端には、それぞれ上下方向に沿う支軸５２が連結されている。各支軸５２には、それぞれアーム５４が該支軸５２廻りの回転可能に支持されており、各アーム５４の下端には、車輪５６の軸心が回転自在に支持されている。図１に示される如く、前輪フレーム５０の左右方向中央部にはゴムひも５５の一端が引っ掛けられるようになっており、このゴムひも５５の他端は膝下フレーム３４の下部に取り外し可能に係止されるようになっている。

一方、センタフレーム４８の後端には、上下方向に長手とされた縦パイプ５８の上下方向の中間部が固定的に連結されている。縦パイプ５８の後方には、リヤフレーム６０を介して左右方向に長手とされた後輪フレーム６２が連結されている。後輪フレーム６２の長手方向両端には、それぞれ車輪５６の軸心が回転自在に支持されている。本台車１４すなわち歩行補助装置１０では、前後計４つの車輪５６のみが使用される歩行面に接するようになっている。なお、リヤフレーム６０には、上下方向の変位を吸収するためのサスペンション構造を採用しても良い。また、台車１４は、４つの車輪５６を有する構成に代えて、２つ、３つ又は５つ以上の車輪５６を備えた構成とすることができる。

この台車１４には、高位可変装置としての自動リフト装置６４が設けられている。自動リフト装置６４は、縦パイプ５８の上端部に固定された上ブロック６６と、縦パイプ５８の下端近傍に固定された下ブロック６８とを備えている。上ブロック６６、下ブロック６８は、それぞれ凹部を有する本体と６６Ａ、６８Ａと押さえ部６６Ｂ、６８Ｂとが、各凹部に入り込ませた縦パイプ５８を挟み込んだ状態で互いに締結されることで、縦パイプ５８すなわち台車１４に固定されている。上下のブロック６６、６８の本体６６Ａ、６８Ａは、上下方向に長手とされた左右一対の連結板７０にて連結されている。

また、自動リフト装置６４は、高位可変装置としてのエアシリンダ７２を備えている。エアシリンダ７２は、シリンダ７２Ａ内に設けられたピストン７２Ｂ（図５参照）に、一端がシリンダ７２Ａの外側に位置する伸縮ロッド７２Ｃの他端が固定されて構成されており、ピストン７２Ｂがシリンダ７２Ａ内を摺動することで、伸縮ロッド７２Ｃがシリンダ７２Ａに対し伸縮する構造とされている。

図1乃至図３に示される如く、エアシリンダ７２は、シリンダ７２Ａの下端部が上ブロック６６に固定されており、シリンダ７２Ａの上端から突出している伸縮ロッド７２Ｃ（の上端）が上下動するようになっている。この伸縮ロッド７２Ｃの上端には、リフタ７４の上端が固定されている。リフタ７４は、エアシリンダ７２の前方に並列して配置された本体７４Ａと、該本体７４Ａの上端から後方に延設され伸縮ロッド７２Ｃの上端に固定された上フランジ７４Ｂと、本体７４Ａの加担から前方に延設された下フランジ７４Ｃとを有する。

リフタ７４の下フランジ７４Ｃには、ガイドロッド７６の上端が固定されている。ガイドロッド７６は、台車１４の縦パイプ５８内に挿入され上下方向の移動のみが許容されるように支持されている。これにより、自動リフト装置６４では、エアシリンダ７２の伸縮ロッド７２Ｃがシリンダ７２Ａに対し伸張すると、ガイドロッド７６が縦パイプ５８（内に配設したリニアガイド）にガイドされつつリフタ７４が図６（Ａ）に示す初期位置から図６（Ｂ）に示す如く上昇するようになっている。リフタ７４の初期位置は、図３に示される如く、エアシリンダ７２が最も短縮している場合の位置とされ、この実施形態では、下フランジ７４Ｃが上ブロック６６の上側近傍に位置する位置とされている。また、エアシリンダ７２の最大ストロークは、略３００ｍｍとされている。

そして、図５に示される如く、自動リフト装置６４は、空気源としての空気ボンベ７８を備えている。空気ボンベ７８は、電空レギュレータ８０を介してシリンダ７２Ａの下端近傍に配置された空気出入口７２Ｄに連通されている。電空レギュレータ８０は、空気出入口７２Ｄと空気ボンベ７８とを連通するポートと、空気出入口と外部（大気）とを連通するポートとを独立して開閉可能に構成されており、制御装置８２に制御されてシリンダ７２Ａ内におけるピストン７２Ｂの空気出入口７２Ｄ側の内圧を設定圧力にするように各ポートを開閉するようになっている。

制御装置８２は、昇降スイッチ８４に電気的に接続されており、昇降スイッチ８４が昇側に操作されるとシリンダ７２Ａの空気圧が所定圧力になるように電空レギュレータ８０を制御してリフタ７４を初期位置から所定量だけ上昇させ、昇降スイッチ８４が降側に操作されるとシリンダ７２Ａ内の圧力を大気圧まで低下するように電空レギュレータ８０を制御するようになっている。なお、制御装置８２は、例えば歩行補助装置１０を複数人で共用する場合などには、使用者の体格（身長、体重）に応じてリフタ７４の上昇量を変化させたり上昇量を一定に保つように、設定圧力を適宜変更する構成とされても良い。

空気ボンベ７８、電空レギュレータ８０、制御装置８２は、台車１４上の適宜位置に搭載されている。この空気ボンベ７８、電空レギュレータ８０、制御装置８２が本発明における駆動装置を構成する。なお、空気ボンベに代えてコンプレッサや空気ポンプ等を備えても良い。

以上説明した自動リフト装置６４は、上記の通りブレース１２を台車１４に対し支持している。具体的には、自動リフト装置６４を構成するリフタ７４の下フランジ７４Ｃに、連結部材８３（図７参照））を介して、ブレース１２を構成する腰フレーム１６の左右方向中央部（後端部）が固定されている。これにより、歩行補助装置１０は、リフタ７４の初期位置からの上昇によって、図１に示される如くブレース１２の腰フレーム１６すなわち使用者の腰部を上方に移動させ得る構成とされている。

そして、リフタ７４の初期位置は、図４に示す椅子８６に着座した使用者の腰部の位置に対応しており、リフタ７４の上昇位置は、立位をとる使用者の腰部の位置に対応している。椅子８６は、座部８６Ａの左右方向中央に前後方向に長手とされて前方に開口するスリット８６Ｂが形成されており、スリット８６Ｂに台車１４の縦パイプ５８回りの部分を入り込ませる状態から、後方に移動して台車１４に干渉することなく引き抜くことができるように構成されている。

次に、第１の実施形態の作用を説明する。

上記構成の歩行補助装置１０では、使用者は、図４に示す椅子８６に着座した姿勢でブレース１２を装着する。具体的には、腰ベルト１８を臀部の下に回り込むように巻き付けて腰フレーム１６を腰部に装着し、胸ベルト２３を胸部に巻き回して左右の縦フレーム２０に胸部を固定し、脚ベルト４０を膝下受け３８の外側から膝下部分に巻き付けて装着し、靴Ｓに靴保持部４６を取り付ける。また、ゴムひも５５の他端を、膝下フレーム３４の下部に係止する。

ブレース１２を装着した使用者は、昇降スイッチ８４を昇側に操作する。すると、制御装置８２が電空レギュレータ８０を制御し、エアシリンダ７２のシリンダ７２Ａの内圧を上昇させる。これにより、歩行補助装置１０では、図７（Ａ）に示す座位から、エアシリンダ７２の伸縮ロッド７２Ｃが伸張してリフタ７４が上昇させつつ、図７（Ｂ）に示される如く、リフタ７４の下フランジ７４Ｃに取り付けられているブレース１２を装着した使用者を着座状態から立ち上がらせる。電空レギュレータ８０はシリンダ７２Ａの内圧を一定に保つので、使用者は立位（起立状態）が維持される。

次いで、補助者が椅子８６を後方に引き抜く。この状態で、歩行補助装置１０の使用者は、装着した多関節構造のブレース１２によって動作を規制されながら、かつブレース１２が取り付けられた台車１４によって転倒を防止されながら、適正な歩行姿勢で歩行運動を行う。このとき、ゴムひも５５の復元力が歩行補助力として作用する。

使用者が歩行補助装置１０のブレース１２を取り外す際には、補助者がスリット８６Ｂに縦パイプ５８が入り込むように椅子８６を後方からセットする。そして、使用者が昇降スイッチ８４を降側に操作すると、制御装置８２が電空レギュレータ８０を制御して、エアシリンダ７２のシリンダ内圧を大気圧にする。すると、使用者の体重によってリフタ７４が下降しつつ伸縮ロッド７２Ｃが短縮し、使用者が立位から椅子８６への着座状態（座位）に移行する。この着座状態で使用者はブレース１２を取り外す。

ここで、歩行補助装置１０では、自動リフト装置６４を備えるため、ブレース１２を装着した使用者を容易に歩行可能状態にすることができる。具体的には、台車１４とブレース１２とが伸縮装置である自動リフト装置６４を介して連結されているため、ブレース１２を装着した使用者を介助者が持ち上げて、該ブレース１２に設けた連結ロッドを台車１４の縦パイプに挿し込むといった動作を従来の如き動作を行うことなく、座位でブレース１２を装着した使用者を、自動リフト装置６４を伸張させながら立位すなわち歩行可能姿勢に移行させることができる。これにより、介助者又は補助者の労力が軽減される。

特に、自動リフト装置６４では、空気圧（動力）でリフタ７４を上昇させて使用者を座位から立位に移行させる構成であるため、使用者を人手で立ち上がらせる必要もなく、介助者又は補助者の労力が一層軽減される。

このように、第１の実施形態に係る歩行補助装置１０では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

また、自動リフト装置６４の動力源としてエアシリンダ７２を採用しているため、構造が簡単であり、歩行補助装置１０は、使用者を容易に歩行可能状態にすることができる機能を備えつつ、全体として小型軽量に構成される。さらに、エアシリンダ７２を用いたため、自動リフト装置６４を運動吸収装置として用いることも可能である。すなわち、使用者に適正な歩行運動を行わせるためには、歩行に伴う使用者の台車１４に対する上下動を許容する必要があるが、エアシリンダ７２が空気ばね装置の如く機能することで、使用者の上下動を許容（吸収）することができる。これにより、例えば従来リヤフレーム６０に設けられていたサスペンション機能を不要とし、台車１４の構造を簡素化することも可能である。

さらに、歩行補助装置１０では、エアシリンダ７２の内圧すなわち電空レギュレータ８０の設定を変更することで、リフタ７４の上昇量を調節することができる。これにより、体格の異なる使用者が歩行補助装置を共用することも可能になる。

（他の実施形態）
次に本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第１の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については上記第１の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を、図示を省略する場合がある。

（第２の実施形態）
図８には、第２の実施形態に係る歩行補助装置９０を構成する自動リフト装置９２が斜視図にて示されている。この図に示される如く、自動リフト装置９２は、リフタ７４に代えて伸縮部としてのリフタ９４を備えている。リフタ９４は、上端に設けられた図示しない上フランジ７４Ｂにおいて伸縮ロッド７２Ｃの先端に固定されている。このリフタ９４には、第１の実施形態における下フランジ７４Ｃと同様に連結部材８３を介してブレース１２が固定される取付部材９６が固定されるようになっている。

取付部材９６は、ガイドロッド７６を前後から挟み込んで保持し得る一対の半体９６Ａにて構成されており、ガイドロッド７６を挟み込んだ一対の半体９６Ａを貫通する左右一対のボルト９８が、リフタ９４に設けられたボルト孔９４Ａにそれぞれ螺合することで、該リフタ９４に固定されるようになっている。

そして、リフタ９４には、左右一対のボルト９８が螺合可能なボルト孔９４Ａが高さ方向に沿って複数設けられている。これにより、ボルト９８を螺合するボルト孔９４Ａ（の高さ）を変更することで、リフタ９４すなわち台車１４に対する取付部材９６すなわちブレース１２の支持高さを変更可能な構成が実現されている。この実施形態では、ボルト孔９４Ａは、１０ｍｍ間隔で１５段階の高さ調節を行い得るように設けられている。なお、自動リフト装置９２においては、エアシリンダ７２のシリンダ７２Ａが本発明における基部に相当する。

歩行補助装置９０の他の構成は、歩行補助装置１０の対応する構成と同じである。したがって、第２の実施形態に係る歩行補助装置９０によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本歩行補助装置９０では、台車１４に対するブレース１２の支持高さを調節可能であるため、電空レギュレータ８０の設定変更に頼ることなく、使用者の体格に合わせた座位、立位（特に、座位）の調節が可能である。

（第３の実施形態）
図９には、第３の実施形態に係る歩行補助装置１００が斜視図にて示されている。この図に示される如く、歩行補助装置１００は、使用者に歩行補助力を付与するための補助力付与装置１０２を備える点で、第１の実施形態に係る歩行補助装置１０とは異なる。

補助力付与装置１０２は、股関節の屈曲を補助する第１アクチュエータ１０４と、膝関節の屈曲を補助する第２アクチュエータ１０６と、股関節の伸展を補助する第３アクチュエータ１０８とを備えている。図１０に示される如く、第１乃至第３アクチュエータ１０４、１０６、１０８は、それぞれ使用者の左右の脚に対応して左右一対設けられている。以下、左右小アクチュエータを区別して説明する場合には、右側のアクチュエータの符号に「Ａ」の添え字を、左側のアクチュエータの符号に「Ｂ」の添え字を付すこととする。

この実施形態では、第１乃至第３アクチュエータ１０４、１０６、１０８は、それぞれ圧縮空気が供給されると短縮して短縮方向の力を生じる空気圧式のアクチュエータ、所謂ＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉とされている。

左右の第１アクチュエータ１０４は、一端が腰フレーム１６の腰当板１６Ａ取付部位から上方に突設した係止部１６Ｂに係止されると共に、他端がサブフレーム３０の後端から後方に突出した係止部３０Ａ（膝上フレーム２６の下端近傍）に係止されており、短縮することで股関節に対応する第１関節Ｋ１を屈曲させる力を生じるようになっている。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示される如く、第１アクチュエータ１０４は、図１２（Ｃ）に示す人体の大臀筋に相当する力を生じる構成とされている。

左右の第２アクチュエータ１０６は、一端が係止部３０Ａに係止されると共に他端がサブフレーム３６の後端近傍に係止されており、短縮することで膝関節に対応する第２関節Ｋ２を屈曲させる力を生じるようになっている。なお、第２アクチュエータ１０６の一端をサブフレーム２８の後端近傍に係止する構成としても良い。図１２（Ａ）、図１２（Ｂ）に示される如く、第２アクチュエータ１０６は、図１２（Ｃ）に示す人体のハムストロングに相当する力を生じる構成とされている。

左右の第３アクチュエータ１０８は、一端がサブフレーム２２の前端から前方に突出した係止部２２Ａに係止されると共に、他端がサブフレーム３０の前端近傍に係止されており、短縮することで第１関節Ｋ１を伸展する方向の力を生じるようになっている。第１関節Ｋ１の伸展には比較的大きな力を要することから、第３アクチュエータ１０８は、左右各２本ずつ設けられている。図１２（Ｂ）に示される如く、第３アクチュエータ１０８は、図１２（Ｄ）に示す人体の大体直筋に相当する力を生じる構成とされている。

図１１に示される如く、第１乃至第３アクチュエータ１０４、１０６、１０８は、それぞれ対応する電空レギュレータ１１０を介して空気ボンベ７８に接続されている。電空レギュレータ１１０の機能は、自動リフト装置６４の電空レギュレータ８０と同じである。したがって、電空レギュレータ１１０の動作によって、各アクチュエータ１０４、１０６、１０８に空気ボンベ７８の圧縮空気を供給して補助力を生じさせ、各アクチュエータの圧縮空気を排出して力補助宝庫等は反対向きの人体の動作を許容するようになっている。

各電空レギュレータ１１０は、制御装置１１２に電気的に接続されており、該制御装置１１２の指令に基づいて、対応するアクチュエータ１０４、１０６、１０８に供給する空気圧を変化させ又は維持するようになっている。制御装置１１２の制御については、第３の実施形態と作用と共に一例を示す。制御装置１１２は、制御装置８２と一体に構成されても良い。

歩行補助装置１００の他の構成は、歩行補助装置１０の対応する構成と同じである。したがって、第３の実施形態に係る歩行補助装置１００によっても、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

以下、第３の実施形態に係る歩行補助装置１００における歩行補助装置１０とは異なる作用を説明する。

上記構成の歩行補助装置１００では、補助力付与装置１０２が設けられたブレース１２を装着した使用者が歩行可能状態になると、制御装置１１２は、所定のタイミングチャートに従って各電空レギュレータを制御する。図１３は、そのタイミングチャートの一例を示す。この例では、各電空レギュレータ１１０に６段階の圧力が設定されており、各アクチュエータ１０４、１０６、１０８の長さを段階的に切り替えるようになっている。各アクチュエータ１０４、１０６、１０８は、遊びを消費してそれ以上短縮すると、歩行補助力を生じる。

図１３の例では、右足の第１アクチュエータ１０４Ａ及び第２アクチュエータ１０６Ａをわずかの位相差で作動して、それぞれ右側の第１及び第２関節Ｋ１、Ｋ２を屈曲する補助力を付与すると共に、ほぼ同じタイミングで左側の第３アクチュエータ１０８Ｂを作動して左側の第１関節Ｋ１を伸展する歩行補助力を付与する。この動作の開始から略２秒後には、左右の足の動作が上記と逆である動作が開始される。すなわち、左足の第１アクチュエータ１０４Ｂ及び第２アクチュエータ１０６Ｂをわずかの位相差で作動して、それぞれ左側の第１及び第２関節Ｋ１、Ｋ２を屈曲する補助力を付与すると共に、ほぼ同じタイミングで右側の第３アクチュエータ１０８Ａを作動して右側の第１関節Ｋ１を伸展する歩行補助力を付与する。制御装置１１２は、以上の動作を繰り返す。

図１４に、実際の歩行結果を示す。図１４（Ａ）は、人間と同様の股関節、膝関節を有する人形に本歩行補助装置１００を装着した場合の歩行実験結果であり、図１４（Ｂ）は下肢に障害を有する人が本歩行補助装置１００を装着した場合の歩行実験結果である。各図の縦軸の角度は、右側の第１関節Ｋ１、第２関節Ｋ２に設けたロータリエンコーダの出力を角度に変換したものである。これらの図から、ほぼ付与した歩行補助力に対応する各関節の角変位が得られることがわかる。また、自ら立位を維持できず歩行力を生じない人形の場合には関節の変位に若干の乱れが生じるものの、ある程度の脚力を備えた人に適用した場合には、安定した関節の角変位すなわち適切な歩行状態が得られることが確かめられた。

ここで、歩行補助装置１００では、補助力付与装置１０２のアクチュエータが歩行補助力を生じるため、特に自立歩行が困難な人であっても、台車１４にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置１０２からの歩行補助力を受けて、ブレース１２によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

特に、補助力付与装置１０２が、歩行の際に主に用いる各筋肉に対応して、大臀筋に相当する第１アクチュエータ１０４、ハムストロングに相当する第２アクチュエータ１０６、大腿直筋に相当する第３アクチュエータ１０８を備えるため、効果的かつ自然な（違和感のない）歩行補助力を得ることができる。また、例えば使用者の筋力が弱い部分に大きな歩行補助力を付与し、筋力の強い部分に対しては歩行補助力を小さくする等のきめ細かい歩行補助が可能となる。

このように、第３の実施形態に係る歩行補助装置１００では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。また、歩行補助装置１００では、歩行補助性能が良好である。

また、歩行補助装置１００では、第１乃至第３アクチュエータ１０４、１０６、１０８がそれぞれ空気の供給に伴って短縮しつつ歩行補助力を生じる空気圧式のアクチュエータ（ＭｃＫｉｂｂｅｎ型人工筋肉）であるため、簡単な構造で上記各筋肉を補助する機能を実現することができる。

（第４の実施形態）
図１５には、第４の実施形態に係る歩行補助装置１２０が斜視図にて示されている。また、図１６には、歩行補助装置１２０を構成する補助力付与装置１２２がブロック図にて示されている。これらの図に示される如く、歩行補助装置１２０は、補助力付与装置１２２が左右の第１関節Ｋ１、第２関節Ｋ２の各変位に応じた信号を出力する回転検出器としてのロータリエンコーダ１２４、１２６、１２８、１３０と、各ロータリエンコーダ１２４、１２６、１２８、１３０の出力信号に基づいて各関節Ｋ１、Ｋ２が所定の回転プロファイルをとるようにフィードバック制御又はフィードフォワード制御を行う制御装置１３２とを備える点で、歩行補助装置１００とは異なる。

制御装置１３２は、左右の第１関節Ｋ１、第２関節Ｋ２の角度が使用者に歩行を行わせるべく互いに同期して、それぞれ所定の回転プロファイルを取る（角変位する）ように（例えば予め定められた歩行パターンとの差をなくすように）、各ロータリエンコーダ１２４、１２６、１２８、１３０の出力信号に基づいて、各アクチュエータ１０４、１０６、１０８への空気圧供給を制御するように構成されている。歩行補助装置１２０の他の構成は、歩行補助装置１００の対応する構成と同じである。

したがって、第４の実施形態に係る歩行補助装置１２０によっても、基本的に第３の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、歩行補助装置１２０では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。また、歩行補助装置１２０では、歩行補助性能が良好である。特に、制御装置１３２が各ロータリエンコーダ１２４、１２６、１２８、１３０の出力信号に基づいて、各アクチュエータ１０４、１０６、１０８への空気圧供給を制御するため、例えば、左右の脚で健常度、障害の度合い、疲労度が異なる場合等に、障害度の高い脚（関節）や疲労度の大きい脚（筋力が弱い部分など）に大きな補助力を付与して適正な歩行運動を行わせることが可能になる。

なお、歩行補助装置１００、１２０では、復元力で歩行補助力を付与するゴムひも５５を備えない構成とすることも可能である。さらに、歩行補助装置１００では、自動リフト装置６４を有する好ましい構成には限定されず、自動リフト装置６４を備えない歩行補助装置に補助力付与装置１０２を適用しても良い。

本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置の使用状態を示す斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置のエアシリンダ伸張状態の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置のエアシリンダ短縮状態の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置の装着準備状態の斜視図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置の要部を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置を示す図であって、（Ａ）は短縮状態の模式図、（Ｂ）は伸張状態の模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置を示す図であって、（Ａ）は使用者が座位をとる状態の模式図、（Ｂ）は使用者が立位をとる状態の模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る車両用歩行補助装置を構成する高さ調節構造を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置の使用状態を示す斜視図である。 本発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示す斜視図である。 発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示すブロック図である。 （Ａ）は本発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の背面図、（Ｂ）は本発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の側面図、（Ｃ）は第１及び第２アクチュエータが対応する人体の筋肉を示す説明図、（Ｄ）は第３アクチュエータが対応する人体の筋肉を示す説明図である。 発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。 発明の第３の実施形態に係る歩行補助装置による歩行補助実験結果を示す図であって、（Ａ）は人形に適用した場合の結果を示す線図、（Ｂ）は人に適用した結果を示す線図である。 本発明の第４の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示す斜視図である。 発明の第４の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示すブロック図である。

符号の説明

１０ 歩行補助装置
１２ ブレース（装着部）
１４ 台車（支持部）
６４ 自動リフト装置（高位可変装置）
７２ エアシリンダ（高位可変装置）
７２Ａ シリンダ（基部）
７８ 空気ボンベ（駆動装置）
８０ 電空レギュレータ（駆動装置）
８２ 制御装置（駆動装置）
９０ 歩行補助装置
９２ 自動リフト装置（高位可変装置）
９６ 取付部材（可動部）
１００・１２０ 歩行補助装置
１０２・１２２ 補助力付与装置
１０４ 第１アクチュエータ
１０６ 第２アクチュエータ
１０８ 第３アクチュエータ
１３２ 制御装置
Ｋ１ 第１関節
Ｋ２ 第２関節

Claims (9)

1. 人体に装着され、装着者が転倒を防止された状態で歩行を行い得るように該装着者を支持する歩行補助装置であって、
   上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に、下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられる装着部と、
   前記装着部を歩行面に対し支持する支持部と、
   前記支持部と装着部との間に設けられ、前記支持部に対する装着部の高位を変更可能な高位可変装置と、
   を備えた歩行補助装置。
2. 前記装着部を前記支持部に対し持ち上げる方向に前記高位可変装置を駆動可能な駆動装置をさらに備えた請求項１記載の歩行補助装置。
3. 前記高位可変装置はエアシリンダであり、前記駆動装置は前記エアシリンダに空気を供給する空気供給装置である請求項２記載の歩行補助装置。
4. 前記高位可変装置は、前記支持部側に固定される基部と、前記装着部に固定される可動部と、該可動部と装着部との取付高さを変更可能な取付高調節部とを有して構成されている請求項１乃至請求項３の何れか１項記載の歩行補助装置。
5. 前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置をさらに備えた請求項１乃至請求項４の何れか１項記載の歩行補助装置。
6. 上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられ、下肢の動きを所定方向に案内する装着部と、
   前記装着部を歩行面に対し支持し、前記装着部を装着した人の転倒を防止する支持部と、
   前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置と、
   を備えた歩行補助装置。
7. 前記装着部は、装着した人の股関節の動きに追従して角変位する第１関節と、装着した人の膝関節の動きに追従して角変位する第２関節とを含んで構成されており、
   前記補助力付与装置は、前記第１関節を曲げる方向の力を生じる第１アクチュエータと、前記第２関節を曲げる方向の力を生じる第２アクチュエータと、前記第１関節を伸ばす方向の力を生じる第３アクチュエータとを含んで構成されている請求項５又は請求項６記載の歩行補助装置。
8. 前記第１乃至第３アクチュエータは、内部に空気が供給されて短縮しながら該短縮方向の力を生じる空気圧式アクチュエータである請求項７記載の歩行補助装置。
9. 前記補助力付与装置は、
   前記第１関節、前記第２関節の各変位を検出する回転検出器と、
   前規格化移転検出器の検出角度に応じて前記第１乃至第３アクチュエータの動作を制御する制御装置と
   を含んで構成されている請求項７又は請求項８記載の歩行補助装置。

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