JP4872821B2

JP4872821B2 - 歩行補助装置

Info

Publication number: JP4872821B2
Application number: JP2007162360A
Authority: JP
Inventors: 康池内; 淳芦原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2007-06-20
Filing date: 2007-06-20
Publication date: 2012-02-08
Anticipated expiration: 2027-06-20
Also published as: WO2008155944A1; JP2009000195A; US8303525B2; US20100076355A1

Description

本発明は、利用者の脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助する歩行補助装置に関する。

従来、この種の歩行補助装置として、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、着座部材を押し上げる方向に脚リンクを駆動可能な駆動源とを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、駆動源で脚リンクを着座部材の押し上げ方向に駆動することにより、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して脚リンクで支えられるようになり、利用者の脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助できる。

ところで、上記従来例の歩行補助装置を使用する際は、先ず、着座部材をその下面に指をかけた状態で利用者の股部に当接する位置まで持ち上げて、歩行補助装置の装着作業を行った後に、駆動源により脚リンクを着座部材の押上げ方向に駆動して、利用者の体重の少なくとも一部を支える歩行アシスト制御を行うようにしている。ここで、着座部材を持ち上げると、これに追従して脚リンクが引き上げられるため、駆動源を含む脚リンクの重量が着座部材の下面に掛けた指に負荷として作用し、指が滑って着座部材をうまく持ち上げられなくなることがある。その結果、利用者が自力で歩行補助装置を装着できず、他人の助力が必要になることが間々ある。
特開２００７−２０９０９号公報

本発明は、以上の点に鑑み、上記従来例を改良して利用者が自力で容易に装着できるようにした歩行補助装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、着座部材を押し上げる方向に脚リンクを駆動可能な駆動源とを備え、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、前記着座部材に設けられて利用者が把持可能な把持部と、該把持部を把持したことを検出する把持検出手段と、前記着座部材が利用者の股部に当接したことを検出する着座検出手段と、前記駆動源用の制御手段とを備え、前記制御手段は、把持検出手段で把持部の把持が検出されたときに、着座検出手段で利用者の股部への着座部材の当接が検出されるまで前記脚リンクを着座部材の押し上げ方向に駆動する装着アシスト制御を行うように構成されていることを特徴とする。

本発明によれば、利用者が把持部を把持することで着座部材を持ち上げやすくなる。そのため、歩行補助装置を利用者が自力で容易に装着でき、使い勝手が良好になる。

しかも、把持検出手段で把持部の把持が検出されたときに、前記装着アシスト制御が行われることにより、利用者が把持部を把持するだけで、着座部材が利用者の股部に当接する位置まで押し上げられる。従って、利用者に負担を掛けることなく歩行補助装置を装着することができる。

また、脚リンクの下端に利用者の足平に装着される接地部材が連結されている場合には、利用者の足平への接地部材の装着を検出する足平検出手段を備え、制御手段は、足平検出手段で利用者の足平への接地部材の装着が検出されるまで上記装着アシスト制御の実行を禁止するように構成されていることが望ましい。これによれば、接地部材を足平に装着する前に把持部を不用意に把持しても、装着アシスト制御は開始されず、着座部材の意図しない押し上げで利用者を驚かせることがない。

また、本発明は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、着座部材を押し上げる方向に脚リンクを駆動可能な駆動源とを備え、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、前記着座部材に設けられて利用者が把持可能な把持部と、該把持部を把持したことを検出する把持検出手段と、前記駆動源用の制御手段とを備え、前記把持検出手段は前記把持部に作用する持ち上げ方向の力及び押下げ方向の力を検出する力センサで構成され、前記制御手段は、前記脚リンクにより利用者の体重の少なくとも一部を支える体重免荷アシスト力を発生させて歩行を補助する歩行アシスト制御の実行中に、前記力センサが持ち上げ方向の力を検出したときその力に応じて脚リンクで発生すべき体重免荷アシスト力の設定値を増加させ、前記力センサが押下げ方向の力を検出したときその力に応じて脚リンクで発生すべき体重免荷アシスト力の設定値を減少させるアシスト力設定変更制御を行うように構成されていることを特徴とする。
これによれば、歩行アシスト制御中に利用者が把持部を把持してこれに力を加えることにより、体重免荷アシスト力を利用者の好みに応じて増減でき、使い勝手が向上する。

この場合、制御手段は、力センサにより把持部の押下げ方向の力が検出されている間、上記アシスト力設定変更制御で体重免荷アシスト力の設定値を次第に減少させ、この設定値が所定の下限値未満に減少したとき、脚リンクにより着座部材を歩行補助装置の重量分の力で支える自重補償制御を行を行うように構成されていることが望ましい。これによれば、利用者が把持部を把持して押下げ力をある程度の時間加え続けることにより、自重補償制御が開始される。そして、自重補償制御が開始されると、把持部の押下げに追従して着座部材が下降するようになり、利用者が股部から着座部材を離脱させて椅子等に座ることができる。

尚、脚リンクの下端に利用者の足平に装着される接地部材が連結されている場合には、利用者の足平への接地部材の装着を検出する足平検出手段を備え、制御手段は、自重補償制御の実行中に足平検出手段により利用者の足平への接地部材の装着が検出されなくなったときに、駆動源による脚リンクの駆動を停止する停止制御を行うように構成されていることが望ましい。これによれば、利用者が足平から接地部材を取外すことにより、別途のスイッチ操作を要することなく歩行補助装置を停止状態にすることができ、使い勝手が向上する。

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。歩行補助装置は、図１乃至図３に示す如く、利用者Ｐが跨ぐようにして着座する着座部材１と、着座部材１に連結される左右一対の脚リンク２，２とを備えている。

各脚リンク２は、着座部材１に設けた第１関節部３に連結される第１リンク部材４と、第１リンク部材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リンク部材６とを備える屈伸自在なリンクで構成される。また、第２リンク部材６の下端には、第３関節部７を介して、利用者Ｐ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。

各脚リンク２には、更に、第２関節部５用の駆動源９が搭載されている。そして、駆動源９による第２関節部５の回転駆動で各脚リンク２を伸び方向、即ち、着座部材１を押し上げる方向に駆動し、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)を発生させるようにしている。各脚リンク２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の体幹に伝達され、利用者Ｐの脚に作用する荷重が軽減される。

着座部材１は、利用者Ｐが着座するサドル状のシート部１ａと、シート部１ａを支持する下面の支持フレーム１ｂと、シート部１ａの後側で立上る支持フレーム１ｂの後端の立上り部に取り付けた腰当て部１ｃとで構成されている。また、腰当て部１ｃには、利用者Ｐが把持可能なアーチ状の把持部１ｄが設けられている。

利用者Ｐが歩行補助装置を装着する際は、先ず、利用者Ｐの左右の各足平に各接地部材８を装着し、次に、着座部材１を持ち上げて利用者Ｐの股部に当接させる。ここで、本実施形態では、着座部材１に把持部１ｄが設けられているため、把持部１ｄを把持することで着座部材１が持ち上げやすくなり、歩行補助装置の装着作業が容易になる。

また、着座部材１は、各脚リンク２用の第１関節部３を構成する円弧状のガイドレール３ａを備えている。そして、このガイドレール３ａに、各脚リンク２を第１リンク部材４の上端部に固定されるスライダー４ａに軸着した複数のローラ４ｂを介して移動自在に係合させている。かくして、各脚リンク２はガイドレール３ａ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２の前後方向の揺動支点はガイドレール３ａの曲率中心になる。

また、ガイドレール３ａは、着座部材１の支持フレーム１ｂの後端の立上り部に前後方向の支軸３ｂを介して軸支されている。従って、ガイドレール３ａは、着座部材１に横方向に揺動自在に連結されることになり、各脚リンク２の横方向への揺動が許容されて、利用者Ｐの脚を外転できるようになる。尚、ガイドレール３ａの曲率中心及び支軸３ｂの軸線はシート部１ａより上方に位置する。そのため、利用者Ｐの体重移動で着座部材１が上下左右に大きく傾動することを防止できる。

駆動源９は、各脚リンク２の第１リンク部材４の上端部外側面に取付けた減速機９ａ付きの電動モータで構成されている。そして、減速機９ａの出力部材たる駆動プーリ９ｂと第２リンク部材６に第２関節部５の関節軸５ａと同心に固定した従動プーリ６ａとをワイヤ、チェーン、ベルト等の巻掛け伝動部材９ｃを介して連結している。これによれば、駆動源９から減速機９ａを介して出力される動力が巻掛け伝動部材９ｃを介して第２リンク部材６に伝達され、第２リンク部材６が第１リンク部材４に対し関節軸５ａを中心にして揺動して、脚リンク２が屈伸される。尚、第１リンク部材４には、巻掛け伝動部材９ｃを覆うカバー４ｃが取付けられている。

各接地部材８は、靴８ａと、靴８ａに固定した上方にのびる連結部材８ｂとを備えている。そして、この連結部材８ｂに各脚リンク２の第２リンク部材６が３軸構造の第３関節部７を介して連結されている。また、図１に示すように、靴８ａ内に設けられる中敷８ｃの下面に、利用者Ｐ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１０，１０が取付けられている。この圧力センサ１０は利用者Ｐの足平への接地部材８の装着を検出する足平検出手段としても機能する。更に、第２関節部７には２軸の力センサ１１が組み込まれている。

また、着座部材１には、利用者Ｐの股部への着座部材１の当接を検出する着座検出手段たる圧力センサ１２が設けられている。更に、把持部１ｄには、把持部１ｄに作用する力を検出する歪ゲージやロードセルから成る力センサ１３が組み込まれている。この力センサ１３は、把持部１ｄを把持したことを検出する把持検出手段として機能する。また、着座部材１の支持フレーム１ｂには、制御手段たるコントローラ１４とバッテリ１５とが内蔵されている。

上記圧力センサ１０、力センサ１１、圧力センサ１２及び力センサ１３の検出信号はコントローラ１４に入力される。そして、コントローラ１４はこれらセンサからの信号に基づいて駆動源９を制御して脚リンク２を駆動する。

コントローラ１４による制御内容は図４に示す通りであり、先ず、Ｓ１のステップで圧力センサ１０からの信号に基づいて利用者Ｐの足平に接地部材８が装着されたか否かを判別する。圧力センサ１０の検出圧力が所定値以上になったきは、利用者Ｐの足平に接地部材８が装着されたと判断してＳ２のステップに進み、力センサ１３からの信号に基づいて把持部１ｄが把持されたか否か、より正確には、把持部１ｄが持ち上げられたか否かを判別する。力センサ１３の検出力が所定値以上になったときは、把持部１ｄが持ち上げられたと判断してＳ３のステップに進み、装着アシスト制御を実行する。

装着アシスト制御では、力センサ１３により検出される把持部１ｄの実持ち上げ力と予め設定した目標持ち上げ力との偏差に基づきＰＤ制御等で算出される電流を駆動源９たるモータに通電する。これにより、実持ち上げ力が目標持ち上げ力と等しくなるように駆動源９が制御されて、脚リンク２が着座部材１の押し上げ方向に駆動される。

次に、Ｓ４のステップにおいて、圧力センサ１２の検出圧力に基づき利用者Ｐの股部に着座部材１が当接したか否かを判別し、当接するまで装着アシスト制御を継続する。そして、圧力センサ１２の検出圧力が所定値以上になって利用者Ｐの股部に着座部材１が当接したと判別されたとき、Ｓ５のステップに進んで上記体重免荷アシスト力を発生させる歩行アシスト制御を実行する。

ここで、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２の前後方向の揺動支点と、第３関節部７における脚リンク２の前後方向の揺動支点とを結ぶ線(以下、基準線という)上に作用する。そこで、歩行アシスト制御では、基準線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２の重量による力との合力)を力センサ１１で検出される２軸方向の力の検出値に基づいて算出する。また、各接地部材８の圧力センサ１０の検出圧力に基づいて、利用者Ｐ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する。次に、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５で発生すべき体重免荷アシスト力の制御目標値として算出する。そして、力センサ１１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を制御する。

ところで、利用者Ｐが歩行補助装置を装着すべく着座部材１を持ち上げると、これに追従して脚リンク２が引き上げられるため、駆動源９を含む脚リンク２の重量が着座部材１に作用する。然し、本実施形態では、装着アシスト制御で着座部材１を押し上げる方向に脚リンク２が駆動されるため、着座部材１の持ち上げ負荷が軽減される。特に、目標持ち上げ力が零に設定されていれば、利用者Ｐに着座部材１を持ち上げるための負荷が掛からず、歩行補助装置の装着作業が極めて容易になる。

また、本実施形態では、各接地部材８の圧力センサ１０からの検出信号に基づいて利用者の各足平への各接地部材８の装着が検出されない限り、把持部１ｄを把持しても装着アシスト制御は実行されない。従って、接地部材８を足平に装着する前に把持部１ｄを不用意に把持しても、装着アシスト制御は開始されず、着座部材１の意図しない押し上げで利用者Ｐを驚かせることがない。

また、歩行アシスト制御中に把持部１ｄを把持してこれに力が加えられたときに、体重免荷アシスト力の設定値を変更する制御（アシスト力設定変更制御）を行うようにしている。その詳細は図５に示す通りであり、先ず、Ｓ１０１のステップにおいて力センサ１３により把持部１ｄの持ち上げ力を計測する。次に、Ｓ１０２のステップで把持部１ｄの持ち上げ力が所定の第１閾値（例えば、５Ｎ）を上回ったか否かを判別する。持ち上げ力が第１閾値を上回っていれば、Ｓ１０３のステップで体重免荷アシスト力の設定値を所定量増加する。次に、Ｓ１０４のステップで体重免荷アシスト力の設定値が所定の上限値を上回ったか否かを判別し、上限値以下であればＳ１０１のステップに戻って上記の処理を繰り返す。そして、体重免荷アシスト力の設定値が上限値を上回ったときは、Ｓ１０５のステップで体重免荷アシスト力の設定値を上限値に置き換えて、Ｓ１０１のステップに戻る。

把持部１ｄの持ち上げ力が第１閾値以下の場合は、Ｓ１０２のステップからＳ１０６のステップに進んで、持ち上げ力が負の値に設定される所定の第２閾値（例えば、−２Ｎ）未満であるか否か、即ち、把持部１ｄの押下げ力が第２閾値の絶対値を上回ったか否かを判別する。そして、持ち上げ力が第２閾値以上であればＳ１０１のステップに戻る。

把持部１ｄの持ち上げ力が第２閾値未満である場合は、Ｓ１０７のステップに進んで体重免荷アシスト力の設定値を所定量減少させる。次に、Ｓ１０８のステップで体重免荷アシスト力の設定値が所定の下限値未満になったか否かを判別し、下限値以上であればＳ１０１のステップに戻って上記の処理を繰り返す。

従って、第１閾値を上回る力で把持部１ｄを持ち上げている間は体重免荷アシスト力の設定値が上限値に達するまで次第に増加し、把持部１ｄの持ち上げを解除すると、体重免荷アシスト力の設定値は解除時点の値に維持される。また、第２閾値の絶対値を上回る力で把持部１ｄを押下げている間は体重免荷アシスト力の設定値が下限値に達するまで次第に減少し、把持部１ｄの押下げを解除すると、体重免荷アシスト力の設定値は解除時点の値に維持される。

体重免荷アシスト力の設定値が下限値未満になったときは、Ｓ１０９のステップに進み、脚リンク２により着座部材１を歩行補助装置の重量分の力で支える自重補償制御を開始する。自重補償制御では、上記装着アシスト制御と同様に、力センサ１３により検出される把持部１ｄの実持ち上げ力と予め設定した目標持ち上げ力（例えば、零）との偏差に基づきＰＤ制御等で算出される電流を駆動源９たるモータに通電する。そのため、脚リンク２は、把持部１ｄの押下げに追従して着座部材１が下降するように駆動される。そして、把持部１ｄの押下げを解除すると、着座部材１は解除時点の位置に保持される。

次に、Ｓ１１０のステップに進み、圧力センサ１２の検出圧力に基づき利用者の股部に着座部材１が当接しているか否かを判別する。利用者が着座部材１を持ち上げる等して股部に着座部材１が当接したときは、Ｓ１１１のステップで歩行アシスト制御を再開して、Ｓ１０１のステップに戻る。一方、股部に着座部材１が当接していなければ、Ｓ１１２のステップに進み、圧力センサ１０からの信号に基づいて利用者Ｐの足平から接地部材８が取外されたか否かを判別する。足平に接地部材８が装着されたままであれば、Ｓ１０９のステップに戻るが、接地部材８が取外されたときは、Ｓ１１３のステップに進み、駆動源９への通電を停止して、駆動源９による脚リンク２の駆動を停止する停止制御を行い、一連の制御を終了する。

上記アシスト力設定変更制御によれば、歩行アシスト制御中に利用者が把持部１ｄを把持してこれに力を加えることにより、体重免荷アシスト力を利用者の好みに応じて増減でき、使い勝手が向上する。また、把持部１ｄをある程度の時間押下げ続けると、自重補償制御が行われて、把持部１ｄの押下げに追従して着座部材１が下降するようになり、利用者が股部から着座部材１を離脱させて椅子等に座ることができる。更に、利用者が足平から接地部材８を取外すと、停止制御が行われるため、別途のスイッチ操作を要することなく歩行補助装置を停止状態にすることができ、使い勝手が向上する。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、着座部材１の後端部に把持部１ｄを設けているが、着座部材１の前端部または前後両端部に把持部を設けることも可能である。但し、着座部材１の前端部に把持部が存在すると、利用者が物を持ち運ぶ等の作業を行う場合に把持部が邪魔になることがある。そのため、着座部材１の後端部のみに把持部１ｄを設ける上記実施形態の方が使い勝手を良くする上で有利である。尚、把持部１ｄは、着座部材１の後端部から利用者の腰部の側方位置にのびる形状に形成されていても良い。また、着座部材１に備える第１関節部３のガイドレール３ａに把持部１ｄを取付けることも可能である。

また、上記実施形態では、各脚リンク２が中間に回転式の第２関節部５を有する屈伸自在なリンクで構成されているが、直動式の第２関節部を有する伸縮自在なリンクで脚リンクを構成しても良い。更に、上記実施形態では、第１関節部３を円弧状のガイドレール３ａを有するものに構成して、第１関節部３における各脚リンク２の前後方向の揺動支点を着座部材１のシート部１ａの上方に位置させるようにしているが、第１関節部３の構造はこれに限定されない。例えば、各脚リンク２の上端部を前後方向に揺動自在に軸支する軸を有する単純な構造の関節部で第１関節部３を構成することも可能である。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２，２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。

本発明の実施形態の歩行補助装置の斜視図。実施形態の歩行補助装置の側面図。実施形態の歩行補助装置の正面図。実施形態の歩行補助装置の制御手段による制御内容を示すフロー図。実施形態の歩行補助装置の制御手段が行うアシスト力設定変更制御の内容を示すフロー図。

符号の説明

１…着座部材、１ｄ…把持部、２…脚リンク、８…接地部材、９…駆動源、１０…圧力センサ（足平検出手段）、１２…圧力センサ（着座検出手段）、１３…力センサ（把持検出手段）、１４…コントローラ（制御手段）。

Claims

利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、着座部材を押し上げる方向に脚リンクを駆動可能な駆動源とを備え、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、
前記着座部材に設けられて利用者が把持可能な把持部と、該把持部を把持したことを検出する把持検出手段と、前記着座部材が利用者の股部に当接したことを検出する着座検出手段と、前記駆動源用の制御手段とを備え、
前記制御手段は、把持検出手段で把持部の把持が検出されたときに、着座検出手段で利用者の股部への着座部材の当接が検出されるまで前記脚リンクを着座部材の押し上げ方向に駆動する装着アシスト制御を行うように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
請求項１記載の歩行補助装置であって、前記脚リンクの下端に利用者の足平に装着される接地部材が連結されているものにおいて、
利用者の足平への接地部材の装着を検出する足平検出手段を備え、
前記制御手段は、足平検出手段で利用者の足平への接地部材の装着が検出されるまで前記装着アシスト制御の実行を禁止するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、着座部材を押し上げる方向に脚リンクを駆動可能な駆動源とを備え、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して脚リンクで支えるようにした歩行補助装置であって、
前記着座部材に設けられて利用者が把持可能な把持部と、該把持部を把持したことを検出する把持検出手段と、前記駆動源用の制御手段とを備え、
前記把持検出手段は前記把持部に作用する持ち上げ方向の力及び押下げ方向の力を検出する力センサで構成され、
前記制御手段は、前記脚リンクにより利用者の体重の少なくとも一部を支える体重免荷アシスト力を発生させて歩行を補助する歩行アシスト制御の実行中に、前記力センサが持ち上げ方向の力を検出したときその力に応じて脚リンクで発生すべき体重免荷アシスト力の設定値を増加させ、前記力センサが押下げ方向の力を検出したときその力に応じて脚リンクで発生すべき体重免荷アシスト力の設定値を減少させるアシスト力設定変更制御を行うように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
請求項３記載の歩行補助装置であって、前記制御手段は、前記力センサにより前記把持部の押下げ方向の力が検出されている間、前記アシスト力設定変更制御で前記体重免荷アシスト力の設定値を次第に減少させ、この設定値が所定の下限値未満に減少したとき、前記脚リンクにより前記着座部材を歩行補助装置の重量分の力で支える自重補償制御を行うように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
請求項４記載の歩行補助装置であって、前記脚リンクの下端に利用者の足平に装着される接地部材が連結されているものにおいて、
利用者の足平への接地部材の装着を検出する足平検出手段を備え、
前記制御手段は、前記自重補償制御の実行中に足平検出手段により利用者の足平への接地部材の装着が検出されなくなったときに、前記駆動源による前記脚リンクの駆動を停止する停止制御を行うように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。