JP5091094B2 - 運動アシスト装置および歩行アシスト装置およびそれらに用いられるアクチュエータユニット - Google Patents

Description

本発明は、運動アシスト装置および歩行アシスト装置およびそれらに用いられるアクチュエータユニットに関し、特に、使用者の下肢部に歩行アシスト力を加える歩行アシスト装置に用いられるアクチュエータユニットに関する。

下肢部の筋力低下者のための歩行補助や歩行リハビリテーション等のために、使用者の下肢部、特に大腿部に歩行アシスト力を加える歩行アシスト装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３）。この種の歩行アシスト装置は、使用者の腰部に装着されて使用者の腰部の背部から使用者の左右の腰側部に延在する略Ｃ字形の腰部フレームと、前記腰部フレームが前記左右の腰側部に対応する部分に取り付けられた左右のアクチュエータユニットと、前記アクチュエータユニットに設けられた電動モータ等のアクチュエータが発生する大腿部運動の補助力、つまり歩行アシスト力を大腿部に伝達する大腿部装具とを含む。
特開２００６−３２０３４９号公報 特開２００６−３２０３５０号公報 特開２００７−１５２０３５号公報

上述の歩行アシスト装置では、アクチュエータユニットは、左右の腰側部に対応する部分、つまり、股関節部外側に、身体より外側にはみ出した形態で配置されるから、歩行アシスト装置を装備したヒトの身幅は、自身の身幅よりアクチュエータユニットの外側はみ出し分、多くなる。このため、歩行アシスト装置の着用に慣れないと、歩行中にアクチュエータユニットに障害物が当たる虞がある。

歩行中にアクチュエータユニットに障害物が当たるようなことがあると、アクチュエータユニットに衝撃荷重が作用するため、アクチュエータユニットのアクチュエータや内蔵品の耐久性が低下する原因になる。また、着用者に衝撃による不快感を与えることになる。このようなことから、アクチュエータユニットに障害物が当たっても、アクチュエータユニットのアクチュエータや内蔵品、着用者に大きい衝撃荷重が作用しないことが要望される。

本発明が解決しようとする課題は、歩行アシスト装置のアクチュエータユニットに障害物が当たっても、アクチュエータユニットのアクチュエータや内蔵品、歩行アシスト装置着用者に大きい衝撃荷重が作用しないようにすることである。

本発明によるアクチュエータユニットは、ヒトの身体に装備されてヒトの運動をアシストするアシスト装置に用いられるアクチュエータユニットであって、アシスト力を発生するアクチュエータと、前記アクチュエータの外側を覆蓋する外側カバーとを有し、前記外側カバーが弾性変形による衝撃吸収性を有している。

本発明によるアクチュエータユニットは、好ましくは、前記外側カバーは、ドーム形状をしており、ドーム形状の外周縁部を前記アクチュエータの外周部に係止されている。

本発明によるアクチュエータユニットは、好ましくは、前記外側カバーは、弾性変形部材により構成されている、あるいは前記アクチュエータの外周部に係止される前記外周縁部を高剛性部材により構成され、その他の部分を弾性変形部材により構成されている。

本発明によるアクチュエータユニットは、好ましくは、前記外側カバーは、前記アクチュエータの外周部に係止される前記外周縁部とその他の部分との間に、ゴム状弾性部材により構成されてドーム形状を一周する中間帯部を有する。

本発明によるアクチュエータユニットは、好ましくは、更に、前記アクチュエータの背面側に衝撃吸収性を有する保護パッドが設けられている。

本発明による運動アシスト装置は、上述の発明によるアクチュエータユニットを有する。

本発明による歩行アシスト装置は、ヒトの左右の腰側部に対応する部分に配置される左右のアクチュエータユニットを有し、前記左右のアクチュエータユニットに設けられたアクチュエータが発生する動力をヒトの下肢部に歩行アシスト力として与える歩行アシスト装置であって、前記アクチュエータユニットが上述の発明によるアクチュエータユニットによって構成されている。

本発明による運動（歩行）アシスト装置用のアクチュエータユニットによれば、アクチュエータの外側を覆蓋する外側カバーが弾性変形による衝撃吸収性を有しているので、アクチュエータユニットに障害物が当たった際には、外側カバーの弾性変形によって衝撃エネルギの吸収が行われる。これにより、アクチュエータユニットに障害物が当たっても、アクチュエータユニットのアクチュエータや内蔵品、着用者に大きい衝撃荷重が作用することがない。

以下に、本発明による歩行アシスト装置およびアクチュエータユニットの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態の歩行アシスト装置は、腹部ベルト２０によって使用者（ヒト）の腰部に着脱可能に装着される腰部フレーム１０と、左右のアクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒと、左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒと、左右の軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒとを含む。

腰部フレーム１０は、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による成形品であり、使用者の腰部の背部に位置する中央背部１１から使用者の左右の腰側部（股関節部外側）に延在する左右の延長部１２を有し、平面視で略Ｃ字形をしている。

腰部フレーム１０の左右の延長部１２の先端には、各々、ヒンジ部１３によって左右のアクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒが吊り下げ式に取り付けられている。腰部フレーム１０の中央背部１１には電気機器収納部６０が設けられている。電気機器収納部６０には二次電池を含む電源回路を内蔵した電源ユニットや制御装置（図示省略）が収納されている。電気機器収納部６０は着脱可能なカバー１５によって蓋される。

ヒンジ部１３は、略水平で、使用者の身体の前後水平方向、つまり矢状軸方向に延在するヒンジ軸線を有する。これにより、左右のアクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒは、各々、腰側部（股関節部外側）に吊り下げ式に装着され、上述のヒンジ軸線を中心として揺動可能である。

アクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒは、アクチュエータとして、薄型円筒形の左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒ（図３参照）を有する。左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒは電気機器収納部６０の電源ユニットより電力供給され、制御装置よって左右個別に出力制御され、大腿部運動の補助力、換言すると、歩行アシスト力を発生する。

腹部ベルト２０は、左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒとを個別に含む。左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒは、各々、一端を腰部フレーム１０の中央背部１１の左右両側にピン止めされたベルト留め具２１に通されて長さ調整ベルトバックル２２によって長さ調整可能に係止されている。左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒの他端は、各々、腹部中央部に位置する締結分離可能なバックル２３に通されて折り返し、これより腰部フレーム１０の左右の延長部１２にピン止めされたベルト留め具２４に通されて長さ調整ベルトバックル２５によって長さ調整可能に係止されている。これにより、腹部ベルト２０は、Ｘ掛けの４点で腰部フレーム１０を支持する。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による高剛性の帯板の成形品であり、各々、基端を左右のアクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒの電動モータ１００Ｌ、１００にトルク伝達関係で結合され、基端より使用者の大腿部、本実施形態では大腿部下部の真前部に至る遊端部３２を有する。左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、基端側では大腿部外側部に沿って延在し、遊端部３２側では大腿部前部に沿って延在するように捩られた形状を有する。本実施形態では、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、水平投影面で見て９０度ないし９０度に近い捩れ角をもって捩られた形状になっている。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２には、枢軸３３によって前部パッド部材３４が使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。枢軸３３は、左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が対応する高さ位置における使用者の大腿部下部の水平断面での前額軸方向幅の略１／２の位置に中心軸線を有して矢状軸方向に延在する軸であり、前部パッド部材３４を自身の中心軸線周りに回動可能に支持している。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２には、枢軸３３によって左右の軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒが使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒは、大部分を織布、合成皮革、本皮等、可撓性をする材料により構成され、各々、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように大腿部下部に着脱可能に巻き付けられるものであり、締結分離可能、ベルト長さ調節可能なバックル５１によって解放可能に締結されて閉じループ状をなしている。軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒが使用者の大腿部下部の後側に対応する部分には後部パッド部材５３が取り付けられている。

なお、前部パッド部材３４、後部パッド部材５２の表皮は、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン等の織布、合成皮革、本皮等の高滑性材料によって構成されている。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が使用者の大腿部下部の真前部にあり、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が、当該遊端部の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように、大腿部に巻き付けられる軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒによって大腿部下部に、前部パッド部材３４を挟んで固定されるから、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒが発生する歩行アシスト力は、大腿部下部に、身体の前後方向である矢状軸方向の方向に与えられる。

図３に示されているように、アクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒが腰側部に接する側、つまり、電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの背面側には衝撃吸収性を有する保護パッド１６が取り付けられている。保護パッド１６は、ドーナツ形状をしていて、発泡樹脂、ゲル状物質、三次元立体編物等のクッション部材１６Ａを、ナイロン、ポリエステル、ポリプロピレン等の織布、合成皮革、本皮等の高滑性表皮１６Ｂによって被覆してものであり、専ら前額軸方向（図３で見て左右方向）の衝撃吸収性を有する。

これにより、電動モータ１００Ｌ、１００Ｒが股関節部に直接当たることがなく、着用者に装置装着の違和感を与えることが軽減される。

電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの外側には、当該電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの外側を覆蓋する外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒが取り付けられている。

外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒは、弾性変形による衝撃吸収性を有するものであり、全体をポリプロピレン等の弾性変形部材により構成されている。外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒは、更に、弾性変形体として、ドーム形状をしており、ドーム形状の外周縁部１１２に鈎形の係止爪１１４を有する。電動モータ１００Ｌ、１００Ｒと電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの外周に固定装着された円環部材１１６とによって係合溝部１１８が画定されており、係合溝部１１８に係止爪１１４が係合することにより、外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒが電動モータ１００Ｌ、１００Ｒに固定される。

ドーム形状の外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒは、球面、回転二次曲線面の天井部１２０を有するから、平らな底面による有底円筒体に比して、前額軸方向（図３で見て左右方向）に弾性変形し易い。

このように、外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒが、弾性変形部材により構成されていること、更にはドーム形状をしていることにより、アクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒに外側から障害物が当たった際には、外側カバー１１０Ｒ、１１０Ｌが弾性変形する。

この弾性変形によって衝撃エネルギの吸収が行われ、アクチュエータユニットに障害物が当たっても、電動モータ１００Ｌ、１００Ｒや内蔵品、着用者に大きい衝撃荷重が作用することが回避される。

また、アクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒの背面側（内側）に、衝撃吸収性を有する保護パッド１６が設けられているので、アクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒに外側から障害物が当たった際の衝撃が、保護パッド１６の衝撃吸収性によっても吸収される。

また、保護パッド１６によってアクチュエータユニット１４Ｌ、１４Ｒと股関節部との間の隙間をなくすことができる。よって、この間隙に手などを挟むことを防止できる。

外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒの電動モータ１００Ｌ、１００Ｒに対する取付強度を上げたい場合には、図４に示されているように、係止爪１１４を有する外周縁部１１２を高剛性を有する合成樹脂により構成し、外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒのその他の部分（天井部１２０）をポリプロピレン等の弾性変形部材により構成すればよい。この外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒは、二種樹脂成形法により製造することができる。

また、外側カバー１１０Ｌ、１１０Ｒの弾性変形による衝撃吸収性を高くしたい場合には、図５に示されているように、外周縁部１１２とその他の部分（天井部１２０）との間に、ゴム状弾性部材により構成されてドーム形状を一周する中間帯部１２２を設ければよい。この場合、外周縁部１１２は、天井部１２０と同じポリプロピレン等の弾性変形部材により構成されても、天井部１２０とは異なった高剛性を有する合成樹脂により構成されていてもよい。

本発明による歩行補助装置の一つの実施形態の使用状態を示す前側斜視図。 本発明による歩行補助装置の一つの実施形態の使用状態を示す後側斜視図。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った一つの実施形態の拡大断面図。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った他の実施形態の拡大断面図。 図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った他の実施形態の拡大断面図。

符号の説明

１０ 腰部フレーム
１４Ｌ、１４Ｒ パワーユニットケース
１６ 保護パッド
２０ 腹部ベルト
３０Ｌ、３０Ｒ 大腿部フレーム
３４ 前部パッド部材
５０Ｌ、５０Ｒ 軟質ベルト
１００Ｌ、１００Ｒ 電動モータ
１１０Ｌ、１１０Ｒ 外側カバー
１１２ 外周縁部
１２０ 天井部
１２２ 中間帯部

Claims (6)

1. ヒトの身体に装備されてヒトの運動をアシストするアシスト装置に用いられるアクチュエータユニットであって、
   アシスト力を発生するアクチュエータと、
   前記アクチュエータの外側を覆蓋する外側カバーとを有し、
   前記外側カバーは、外側に膨らんだ球面あるいは回転二次曲線面による天井部と、天井部の外周縁にあって前記アクチュエータの外周部に係止される外周縁部とを有し、少なくとも前記天井部の全体を弾性変形部材により構成されているアクチュエータユニット。
2. 前記外側カバーは、前記外周縁部を高剛性部材により構成され、前記天井部のみを弾性変形部材により構成されている請求項１に記載のアクチュエータユニット。
3. 前記外側カバーは、前記外周縁部と前記天井部との間に、ゴム状弾性部材により構成されてドーム形状を一周する中間帯部を有する請求項１または２に記載のアクチュエータユニット。
4. 前記アクチュエータの背面側に衝撃吸収性を有する保護パッドが設けられている請求項１から３の何れか一項に記載のアクチュエータユニット。
5. 請求項１から４の何れか一項に記載のアクチュエータユニットを有する運動アシスト装置。
6. ヒトの左右の腰側部に対応する部分に配置される左右のアクチュエータユニットを有し、前記左右のアクチュエータユニットに設けられたアクチュエータが発生する動力をヒトの下肢部に歩行アシスト力として与える歩行アシスト装置であって、
   前記アクチュエータユニットが請求項１から４の何れか一項に記載のアクチュエータユニットによって構成されている歩行アシスト装置。

Images