JP5047692B2

JP5047692B2 - 歩行補助装置

Info

Publication number: JP5047692B2
Application number: JP2007135579A
Authority: JP
Inventors: 淳芦原
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-08-22
Filing date: 2007-05-22
Publication date: 2012-10-10
Anticipated expiration: 2027-05-22
Also published as: KR20080018100A; KR100907836B1; CN101129288B; US7854715B2; JP2008073506A; CN101129288A; US20080051686A1

Description

本発明は、利用者の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、利用者の腰回りに装着される腰支持ベルトを備え、腰支持ベルトの横方向両側に人の股関節に相当する関節部を介して左右一対の脚リンクを連結して成るものが知られている(例えば、特許文献１参照)。

上記従来例のものでは、脚リンクにより発生する支持力を利用者の胴体に確実に伝達するために、腰支持ベルトを腰回りにきつく装着する必要があって、利用者が束縛感を受けやすい。更に、利用者の腰の両側に左右の脚リンクの上端の関節部が張り出すため、歩行時の腕振りに際し関節部や関節部に連結される脚リンクの上部に手が当りやすく、使い勝手が悪くなる。

また、従来、利用者の周りを後側から横方向両側に亘って囲うフレームに、下端の車輪を有する４本の支脚を垂設すると共に、利用者が跨ぐようにして着座するサドル状の着座部材をフレームに取り付け、利用者により着座部材に加えられる力を検出して、この力が所定の目標値になるように車輪を駆動する歩行補助装置も知られている(例えば、特許文献２参照)。

このものでは、利用者の束縛感を軽減できるものの、装置が大型になって狭い場所では使用できない。また、歩行時の腕振りに際しフレームに手が当りやすく、使い勝手は良好にならない。
特開２００３−２２０１０２号公報(０１４３〜０１４９、図１) 特許第３１５６３６７号公報(００２３〜００２８、図８)

上記の如く従来の歩行補助装置には種々の不具合がある。そこで、本願発明者らは、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材を左右一対の脚リンクで下方から支持する歩行補助装置を着想するに至った。これによれば、脚リンクによる支持力を着座部材を介して利用者の股下から胴体に確実に伝達することができる。そして、利用者は着座部材を跨ぐようにしてこれに着座するだけで済み、利用者の束縛感が軽減される。また、着座部材に連結される脚リンクは利用者の股下に位置することになり、歩行時の腕振りに際し脚リンクの上部に手が当たることはなく、自由な腕振りが可能になる。更に、利用者を囲うフレームを備える従来例のものと異なり装置が小型になって、狭い場所でも使用でき、上記した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。

ここで、脚リンクは着座部材に横方向に揺動自在に連結されていることが望ましい。これによれば、利用者の脚を外転させることが可能になり、利用者の脚の動きの自由度が増す。然し、このようにすると、以下の不具合を生ずる。

即ち、脚リンクの横方向の揺動支点を中心にして着座部材が横方向にローリング可能になる。そのため、着座部材に対する体重作用点が脚リンクの横方向の揺動支点に対し横方向にずれると、着座部材が横方向に大きく傾いてしまう。

本発明は、以上の点に鑑み、着座部材に脚リンクを横方向に揺動自在に連結するにも拘らず、着座部材の横方向の安定性を向上できるようにした小型で使い勝手の良い歩行補助装置を提供することをその課題としている。

本発明は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、前記着座部材を下方から支持する左右一対の脚リンクとを備え、各脚リンクが前記着座部材に対して共通の支軸を支点として横方向に揺動自在に連結されている歩行補助装置であって、前記左右の脚リンクの間に、各脚リンクが横方向に揺動するとき当接するストッパ部材が挿入され、該ストッパ部材は前記着座部材に固定されていることを特徴とする。

本発明によれば、左右一対の脚リンクの横方向の揺動支点となる共通の支軸を中心にして着座部材が横方向にローリングすると、着座部材に固定されたストッパ部材が左右の脚リンクの一方に当接し、着座部材がそれ以上横方向に傾くことが防止される。このように着座部材の横方向への傾きが制限されるため、着座部材の横方向の安定性が向上する。

ところで、上記の歩行補助装置において、左右の脚リンクが横方向に大きく開かれていると、ストッパ部材が脚リンクに当接するまでに着座部材が横方向に大きく傾いてしまう。そのため、本発明においては、左右の脚リンクの夫々とストッパ部材とが成す横方向の角度が互いに等しくなる方向にストッパ部材を付勢する付勢手段を備えていることが望ましい。これによれば、左右の脚リンクが成す横方向の角度の等角２分線に直交する姿勢に着座部材が弾力的に維持されることになる。そのため、左右の脚リンクが横方向に大きく開かれている状態における着座部材の横方向の安定性が向上する。

また、上記付勢手段を備える場合、着座部材は、ストッパ部材を含む着座部材の重心位置が脚リンクの横方向の揺動支点より下方に位置するように形成されることが望ましい。これによれば、左右の脚リンクが成す横方向の角度の等角２分線が脚リンクの横方向の揺動支点を通る鉛直線に対し横方向に傾くと、着座部材の重量による上記揺動支点回りのモーメントが発生して、ストッパ部材が上記等角２分線に対し上記鉛直線側ずれる。ここで、上記等角２分線が上記鉛直線に対し横方向に傾くのは、利用者が片脚支持状態で遊脚を外転させた場合である。そして、この場合にストッパ部材が上記等角２分線に対し上記鉛直線側ずれることにより、着座部材の横方向への傾きが小さく抑えられ、より良い装着感が得られる。

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及び図２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、利用者の左右の足平に装着される左右一対の足平装着部材２，２と、着座部材１に上端の第１関節部３を介して連結されると共に両足平装着部材２，２に夫々下端の第２関節部４，４を介して連結され、着座部材１を下方から支持する左右一対の脚リンク５，５とを備えている。

各脚リンク５は第１関節部３と第２関節部４との間の距離を可変する屈伸自在なリンクで構成されている。即ち、各脚リンク５は、着座部材１に第１関節部３を介して連結される上方の第１リンク部６と、各足平装着部材２に第２関節部４を介して連結される下方の第２リンク部７とを回動式の第３関節部８で屈伸自在に連結して成るものに構成されている。各脚リンク５には、第３関節部８用の駆動源９が搭載されている。そして、各脚リンク５に駆動源９による第３関節部８の駆動で第１関節部３と第２関節部４との間の距離を伸ばす方向の力、即ち、各脚リンク５を伸展させる方向の力を加え、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５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。

本実施形態の歩行補助装置は、利用者Ｐの足平に足平装着部材２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５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手が脚リンク５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、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の下側のシートフレーム１ｂとで構成されている。また、各脚リンク５は、上端に第１関節部３用の関節部材３１を備えている。この関節部材３１には、前後方向に長手の円弧状の案内軌道３１ａが形成されている。そして、各脚リンク５の第１リンク部６の上端にスライダ６１を連結し、スライダ６１をこれに軸着した複数のローラ６２を介して案内軌道３１ａに移動自在に係合させている。かくして、各脚リンク５は案内軌道３１ａの曲率中心を中心にして前後方向に揺動自在となる。

図１を参照して、案内軌道３１ａの曲率中心、即ち、各脚リンク５の前後方向の揺動支点５ａ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５の前後方向の揺動支点５ａ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５ａの下側で後方に変位し、該支点５ａ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５ａ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。

また、各脚リンク５のスライダ６１は、各脚リンク５の第３関節部８と各脚リンク５の前後方向の揺動支点５ａとを結ぶ線よりも後方に位置する案内軌道３１ａ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５の前方への揺動ストロークを案内軌道３１ａの長さを左程長くせずに確保できる。

第１関節部３は、着座部材１のシートフレーム１ｂの前端の立上り部に固定した前後方向の支軸３２を備えている。そして、左右の脚リンク５，５の上端の関節部材３１，３１がその前端の立上り部において支軸３２に横方向に揺動自在に軸支されている。従って、各脚リンク５は各関節部材３１を介して着座部材１に横方向に揺動自在に連結されることになり、利用者Ｐの脚を外転できるようになる。

各足平装着部材２は、靴２１と、靴２１内から上方に突出する連結部材２２とを備えている。そして、この連結部材２２に各脚リンク５の第２リンク部７が第２関節部４を介して連結されている。第２関節部４は、横方向の第１軸４１と、上下方向の第２軸４２と前後方向の第３軸４３とを持つ３軸構造のものに構成されている。また、第２関節部４には２軸の力センサ４４が組み込まれている。ここで、上記体重免荷アシスト力は、横方向から見て、脚リンク５の前後方向の揺動支点５ａと、第２関節部４の第１軸４１とを結ぶ線(以下、基準線という)Ｌ上に作用する。そして、基準線Ｌ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５の重量による力との合力)を力センサ４４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。

また、図１に示すように、靴２１内に設けられる中敷２３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２４，２４が取付けられている。

歩行アシスト制御に際しては、先ず、各足平装着部材２の両圧力センサ２４，２４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、上記力センサ４４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。

駆動源９は、電動モータ９１と遊星ギヤ式の減速機９２とで構成されている。そして、電動モータ９１により減速機９２と動力伝達機構１０とを介して第３関節部８が駆動される。第３関節部８は、第１リンク部６の下端部に第２リンク部７の上端部を横方向の関節軸８１を介して軸着するように構成されている。また、動力伝達機構１０は、減速機９２の出力側に設けた第１クランクアーム部１０１と、関節軸８１より上方にのびる第２リンク部７に一体の第２クランクアーム部１０２と、両クランクアーム部１０１，１０２を連結するロッド１０３とで構成されている。これによれば、減速機９２の回転出力が第１クランクアーム部１０１とロッド１０３とを介して第２クランクアーム部１０２に伝達され、第２リンク部７が第１リンク部６に対し関節軸８１を中心にして揺動し、脚リンク５が屈伸する。

ところで、本実施形態では、片脚支持状態において、遊脚(足平が離床している脚)側の脚リンク５の重量により着座部材１が支持脚(足平が着床している脚)側の脚リンク５の横方向の揺動支点を中心にして横方向にローリングすることを防止するため、左右の脚リンク５，５を共通の支軸３２で横方向に揺動自在に軸支している。然し、これでは、両脚支持状態において、支軸３２を中心にして着座部材１が横方向にローリング可能になり、着座部材１が横方向に大きく傾く虞がある。

そこで、本実施形態では、左右の脚リンク５，５の間に着座部材１に連結されるストッパ部材１１を挿入している。より具体的には、着座部材１のシートフレーム１ｂの前端の立上り部に、支軸３２の下方に位置させてストッパ部材１１が固定されている。そして、左右の脚リンク５，５の上端に設けられた関節部材３１，３１の間にストッパ部材１１が挿入されている。

これによれば、支軸３２を中心にした着座部材１の横方向のローリングが各関節部材３１へのストッパ部材１１の当接で制限され、着座部材１の横方向の安定性が向上する。尚、本実施形態ではストッパ部材１１を板材で形成しているが、ストッパ部材１１を箱状に形成し、ストッパ部材１１内に歩行補助装置に設けられるモータドライバ等の付属品を収納しても良い。

ところで、上記第１実施形態のものでは、左右の脚リンク５，５が横方向に大きく開かれると、ストッパ部材１１が各関節部材３１に当接するまでに、着座部材１が横方向に大きく傾いてしまう。そこで、左右の脚リンク５，５が横方向に大きく開かれた状態でも着座部材１の横方向の安定性を向上できるようにした実施形態について以下説明する。

図３に示す第２実施形態では、左右の脚リンク５，５の夫々と上記ストッパ部材１１とが成す横方向の角度が互いに等しくなる方向にストッパ部材１１を付勢する付勢手段が設けられている。より具体的には、左右の脚リンク５，５の関節部材３１，３１の夫々とストッパ部材１１との間に付勢手段たる引張りばね１２，１２を張設している。

これによれば、左右一方の脚リンク５の関節部材３１とストッパ部材１１との間に作用する一方の引張りばね１２の付勢力と、他方の脚リンク５の関節部材３１とストッパ部材１１との間に作用する他方の引張りばね１２の付勢力とのバランスで、左右の脚リンク５，５の夫々とストッパ部材１１とが成す横方向の角度が互いに等しくなる方向にストッパ部材１１が付勢される。そのため、左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに直交する姿勢に着座部材１が弾力的に支持される。従って、左右の脚リンク５，５が横方向に大きく開かれた状態における着座部材１の横方向の安定性が向上する。尚、左右の各脚リンク５の関節部材３１とストッパ部材１１との間に夫々圧縮ばねを介設し、これら圧縮ばねで付勢手段を構成することも可能である。

ここで、付勢手段は、ストッパ部材１１と左右一方の脚リンク５とが成す横方向の角度とストッパ部材１１と他方の脚リンク５とが成す横方向の角度が互いに等しくなる方向にストッパ部材１１が付勢されるように構成されていれば足り、実際に両角度が等しくなることまでを要求されるものではない。例えば、ストッパ部材１１を含む着座部材１の重心位置が脚リンク５の横方向の揺動支点たる支軸３２より下方に位置するように着座部材１を形成した場合、左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａが支軸３２を通る鉛直線に対し横方向に傾くと、着座部材１の重量による支軸３２回りのモーメントが発生して、ストッパ部材１１が上記等角２分線Ａに対し上記鉛直線側ずれる。従って、上記両角度は不等になるが、このことは装着感を向上させる上で有利に働く。即ち、上記等角２分線Ａが上記鉛直線に対し横方向に傾くのは、片脚支持状態で遊脚を外転させた場合である。そして、この場合にストッパ部材１１が上記等角２分線Ａに対し上記鉛直線側ずれることにより、着座部材１の横方向への傾きが小さく抑えられ、より良い装着感が得られる。

次に、図４に示す第３実施形態について説明する。第３実施形態では、左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに直交する姿勢に着座部材１を拘束する拘束機構１３を設けている。この拘束機構１３は、左右の脚リンク５，５の関節部材３１，３１に夫々一端部を軸１３１ａで枢着した長さの等しい一対の短リンク１３１，１３１と、着座部材１のシートフレーム１ｂに支軸３２の直下部に位置させて固定した、上下方向に長手のガイド溝１３２ａを有するガイド部材１３２とで構成されている。そして、両短リンク１３１，１３１の他端部同士を連結する軸１３１ｂをガイド溝１３２ａに摺動自在に係合させている。

ここで、軸１３１ｂは左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度が変化することで上下方向に移動する。そして、両短リンク１３１，１３１が等長であることから、軸１３１ｂの移動軌跡は左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに合致する。そのため、軸１３１ｂが係合するガイド部材１３２もこの等角２分線Ａに合致するように位置決めされる。その結果、着座部材１は等角２分線Ａに直交する姿勢に拘束される。従って、着座部材１は横方向にローリングせず、着座部材１の横方向の安定性が向上する。

ところで、上記第１〜第３実施形態では、左右の脚リンク５，５を共通の支軸３２で横方向に揺動自在に軸支したが、両脚支持状態における着座部材１の横方向のローリング防止のため、左右一方の脚リンク５と他方の脚リンク５とを横方向に離隔した各別の支軸で横方向に揺動自在に軸支することも考えられる。然し、このものでは、両脚支持状態において、左右の脚リンク２Ｌ，２Ｒが横方向に平行リンク的に動き得るようになり、着座部材１が横方向に変位可能になる。この場合、上記第１実施形態と同様に、左右の脚リンク５，５の間に着座部材１に連結されるストッパ部材１１が挿入されていれば、各脚リンク５が着座部材１に対し横方向内方に所定角度以上揺動することをストッパ部材１１で阻止できる。そのため、両脚支持状態における着座部材１の横方向の変位が抑制され、着座部材１の横方向の安定性が向上する。

また、上記第２実施形態や第３実施形態のように左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに直交する姿勢に着座部材１を弾力的に維持し或いは拘束することによっても、着座部材１の横方向の変位を防止できる。ここで、左右の脚リンク５，５を各別の支軸で横方向に揺動自在に軸支する場合、左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに直交する姿勢に着座部材１を拘束する拘束機構１３として、上記第３実施形態と同様の機構を採用することも可能であるが、図５や図６に示すより簡素な機構を採用することも可能である。以下、これについて説明する。

図５に示す第４実施形態においては、左右の脚リンク５、５の関節部材３１，３１に夫々関節部材３１，３１を軸支する各別の支軸３２，３２と同心のギヤ１３３，１３３を形成している。そして、両ギヤ１３３，１３３を互いに噛合させることで拘束機構１３を構成している。また、図６に示す第５実施形態においては、左右の脚リンク５、５の関節部材３１，３１に夫々関節部材３１，３１を軸支する各別の支軸３２，３２と同心のプーリ１３４，１３４を固定している。そして、両プーリ１３４，１３４にベルト１３５をたすき掛けすることで拘束機構１３を構成している。

第４と第５の何れの実施形態においても、左右の脚リンク５，５が互いに反対方向に等角度で揺動する。そのため、左右の脚リンク５，５の夫々と両脚リンク５，５の支軸３２，３２を結ぶ結線の中点を通る垂線との成す角度が等しくなる。即ち、この垂線は左右の脚リンク５，５が成す横方向の角度の等角２分線Ａに合致する。従って、着座部材１はこの等角２分線Ａに直交する姿勢に拘束される。これにより、着座部材１の横方向の変位を防止でき、着座部材１の横方向の安定性が向上する。

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、各脚リンク５の下端に足平装着部材２を連結したが、足平装着部材２を設けずに、各脚リンク５の下端部を利用者の各脚の下腿部に固定し、この固定部より下の脚の部分を反力受けにして体重免荷アシスト力を発生させることも可能である。また、上記実施形態では、各脚リンク５を中間に回動式の第３関節部８を有する屈伸自在なリンクで構成したが、第３関節部８を直動式の関節部とした伸縮自在なリンクで各脚リンク５を構成しても良い。更に、第３関節部８を伸び方向(第１関節部３と第２関節部４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、第３関節部８用の駆動源９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側面図。第１実施形態の歩行補助装置の正面図。第２実施形態の歩行補助装置の要部の拡大正面図。第３実施形態の歩行補助装置の要部の拡大正面図。第４実施形態の歩行補助装置の要部の拡大正面図。第５実施形態の歩行補助装置の要部の拡大正面図。

符号の説明

１…着座部材、５…脚リンク、１１…ストッパ部材、１２…引張りばね(付勢手段)、１３…拘束機構。

Claims

利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、前記着座部材を下方から支持する左右一対の脚リンクとを備え、各脚リンクが前記着座部材に対して共通の支軸を支点として横方向に揺動自在に連結されている歩行補助装置であって、
前記左右の脚リンクの間に、各脚リンクが横方向に揺動するとき当接するストッパ部材が挿入され、該ストッパ部材は前記着座部材に固定されていることを特徴とする歩行補助装置。
前記左右の脚リンクの夫々と前記ストッパ部材とが成す横方向の角度が互いに等しくなる方向に前記ストッパ部材を付勢する付勢手段を備えることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
前記着座部材は、前記ストッパ部材を含む前記着座部材の重心位置が前記脚リンクの横方向の揺動支点より下方に位置するように形成されることを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。