JP5113550B2 - 体幹サポート機構付き長下肢装具 - Google Patents

Description

本発明は、下肢麻痺患者の歩行を助けるために用いられる長下肢装具に関するものであり、特に、下肢（脚部）に装着される長下肢支持部材を、その上端部のところで連結するとともに、それぞれの長下肢支持部材が、装着者の仮想股関節回転中心点を支点にして揺動運動することができるようにし、更に、このような長下肢支持部材の膝関節部及び足関節部にもジョイント機構を設けるとともに、これら各ジョイント機構部における作動を電動モータの駆動力にて補助させるようにしたものである。そして更に、このような長下肢装具において、上記両長下肢支持部材の作動を支持する股関節モジュールのところに、当該股関節モジュールから上方へ伸びるように形成されるものであって装着者の腹部周りである体幹を保持するように形成された体幹サポート機構を設けるようにした。

従来の、下肢麻痺患者用の装具としては、例えば特開平１１−３６９号公報に記載の如く、下肢（脚部）に装着される長下肢支持部材をその上端部のところで連結するとともに、それぞれの長下肢支持部材が、装着者の仮想股関節回転中心点を支点にして揺動運動をすることができるようになっているものが挙げられる。そして、上記揺動運動が別途設けられた電動モータの駆動力によって補助されるようにしたもの等が挙げられる（特開平１１−２２６０７０号公報参照）。
特開平１１−３６９号公報 特開平１１−２２６０７０号公報

ところで、上記従来のものは、股関節モジュールを形成するジョイント機構部が、その正面視において所定の開き角度を有した状態で設定されるようになっているものである。そして、このような補助装具を装着した者（装着者）は、一般に、仮想股関節回転中心点を支点とした一方の下肢（脚部）の振出し運動によって歩行運動が開始されるようになっているものである。そして更に、この一方の下肢の振出し運動が、別途設けられた電動モータの駆動力によって補助されるようになっているものである。従って、この従来のものにおいては、装着者の脚の振出し運動が、一方の脚を支点にして、もう一方の脚を上記開き角度を頂角とする円錐面上を振れ廻るように運動させることによって形成されることとなり、一般的な歩行運動とは異なるものである。そのため、装具装着者にとっては違和感を感ぜざるを得ないと言う問題点がある。このような問題点を解決するために、長下肢支持部材の股関節モジュール部における開き角度の値をゼロにするとともに、膝関節部周り及び足関節部周りにもジョイント機構を設けて、これら各ジョイント機構を電動モータにて動力補助（パワーアシスト）させるようにし、更に、上記両長下肢支持部材の上端部のところに設けられる股関節モジュールのところに、装着者の腹部周りである体幹を保持する体幹サポート機構を設けるようにした動力補助機構付き長下肢装具を提供しようとするのが、本発明の目的（課題）である。

上記課題を解決するために、本発明においては次のような手段を講ずることとした。すなわち、請求項１記載の発明である第一の発明においては、下肢麻痺患者の歩行を助けるために用いられる長下肢装具に関して、装着者の下肢全体を保持するものであって装着者下肢の内側に沿うように設けられる長下肢支持部材と、当該長下肢支持部材の上端部のところに設けられるものであって、左右に設けられる本長下肢支持部材を、その正面視において開き角度ゼロの状態で平行なように保持するとともに、その側面視において上記左右の長下肢支持部材を所定の範囲内にて揺動運動可能なように支持し、更に、当該揺動運動の運動中心位置が上記装着者の仮想股関節回転中心点と合致するように形成された股関節モジュールと、当該股関節モジュールの上方部に設けられるものであって、装着者の腹部周りである体幹を保持するとともに、所定の面積を有する滑らかな曲面からなり、かつ、帯状の形態からなる体幹保持部並びに当該体幹保持部が装着された状態において装着者の前側部である前身頃の中心線に沿うように形成されるものであって、上記帯状の形態からなる体幹保持部の、その長手方向中央部のところから下方へ向かって垂直状に形成される支柱からなり、更には、これらが所定の熱可塑性合成樹脂材からなる体幹サポート部を基礎に形成される体幹サポート機構と、上記体幹サポート部を形成する支柱の下方部のところに設けられるものであって本体幹サポート部を形成する支柱を０°〜２０°の範囲内にて相対変位が可能なように支持するように形成されたヒンジ機構と、本長下肢装具装着者の膝関節部周りであって上記長下肢支持部材の軸線上またはその延長線上に設けられるとともに上記長下肢支持部材の上半部と下半部とを相対回転運動が可能なように連結する膝関節モジュールと、上記長下肢支持部材の下端部のところであって本長下肢支持部材の軸線上またはその延長線上に設けられるとともに装着者の足の部分を保持する足載置体を上記長下肢支持部材に対して相対回転運動可能なように連結する足関節モジュールと、これら各関節モジュールのところに設けられるものであって当該各関節モジュールを形成する各機構を駆動する動力補助機構と、当該各動力補助機構の作動を制御するものであってマイクロプロセッサユニットを主に形成される制御手段と、からなるようにした構成を採ることとした。

次に、請求項２記載の発明である第二の発明について説明する。このものも、その基本的な点は上記請求項１記載の発明である第一の発明と同じである。すなわち、本発明は、請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具に関して、上記股関節モジュールを、中央に設けられるメインブロックと、当該メインブロックの両側面部のところに設けられるものであって正面視において左右平行なように設けられる二つの円弧状レールと、これら円弧状レールの各々のところを摺動運動するスライダを内包するものであって長下肢支持部材の取付けられる基礎となるキャリアと、上記メインブロックの両側面部のところであって上記円弧状レールの下側のところに当該円弧状レールと同心円状に設けられるものであって側面部に歯部を有する円弧状ラックと、上記両キャリアのところに設けられるものであって上記円弧状ラックの側面部に設けられた歯部とそれぞれ噛合い係合するピニオンギアと、当該各ピニオンギアに連結されるものであってそれぞれのピニオンギアを駆動する電動モータを主に形成される股関節動力補助機構と、からなるようにした構成を採ることとした。

次に、請求項３記載の発明である第三の発明について説明する。このものも、その基本的な点は上記請求項１記載の発明である第一の発明と同じである。すなわち、本発明は、請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具に関して、上記膝関節モジュールを、上記長下肢支持部材を形成する上半部と下半部とを相対回転運動可能なように連結するジョイント機構からなるものであって、本長下肢装具装着者の膝関節部周りの内側に取付けられることを基本とするとともに、上記長下肢支持部材を形成する上半部または下半部のうちのいずれか一方側に設けられるホイール及び残りのもう一方側に設けられるウオームにて形成されるウオーム・ホイール機構からなるようにし、更に、当該膝関節モジュールを駆動する膝関節動力補助機構を、上記ウオーム・ホイール機構を形成する上記ウオームを回転駆動する電動モータを主に形成させるようにした構成を採ることとした。

次に、請求項４記載の発明である第四の発明について説明する。このものも、その基本的な点は上記請求項１記載の発明である第一の発明と同じである。すなわち、本発明は、請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具に関して、上記足関節モジュールを、上記長下肢支持部材を形成する下半部と上記足載置体とを相対回転運動可能なように連結するジョイント機構からなるものであって、本長下肢装具装着者の足関節部周りの内側に取付けられることを基本とするとともに、上記長下肢支持部材の下半部側に設けられるウオーム及び上記足載置体側に設けられるホイールにて形成されるウオーム・ホイール機構にて形成させ、当該足関節モジュールを駆動する足関節動力補助機構を、上記ウオーム・ホイール機構を形成する上記ウオームを回転駆動する電動モータを主に形成させるようにした構成を採ることとした。

第一の発明によれば、本長下肢装具を装着した者（装着者）は、自分の脚を交互に振出すように意識することによって、上記動力補助機構の補助を受けて交互歩行を円滑に行うことができるようになる。特に、本発明のものにおいては、従来のものにおけるような股関節モジュール機構部において所定の開き角度が設けられるようになっているものとは異なり、開き角度が０（ゼロ）の値を有するように設定されていることより、従来のものの如く、一方の脚を基点にして他方の脚を所定の頂角を有する円錐面内にて振り廻すような運動をすることなく、左右の脚を交互に真っ直ぐ前方へと振出すことができるようになる。その結果、健常者と同じような脚の交互振出し運動を行うことができるようになる。また、本発明のものにおいては、各モジュールが本長下肢装具装着者の下肢の内側面に沿うように設けられた長下肢支持部材の、その長手方向軸線上に設けられるようになっていることより、各モジュールが左右に出張ったりするようなことが無くなり、全体的にスリムな形態またはコンパクトな形態にまとめ上げられるようになる。その結果、本長下肢装具装着者の車椅子への着座等が円滑に行なわれるようになる。更に、本発明のものにおいては、股関節モジュールの上方部に体幹サポート機構を設けるようにしたので、本長下肢装具装着者は、その腹部周りである体幹が上記体幹サポート機構によって支持されることとなる。これによって、本長下肢装具装着者の歩行運動等がより円滑に行なわれることとなる。

また、本発明のものにおいては、体幹サポート機構を、所定の面積を有する曲面形態からなるものであって、Ｃ.Ｆ.Ｒ.Ｐを初めとした所定の熱可塑性合成樹脂材にて形成される体幹サポート部と、当該体幹サポート部を形成する支柱の下方部のところに０°〜２０°の範囲内にて前方への傾動が可能なように形成されたヒンジ機構と、からなるようにしたので、本装具装着者は、歩行の際に、上記腹部周りである体幹が上記体幹サポート機構によって柔らかく支持されるようになり、歩行動作等を安定した状態で行なうことができるようになる。

また、第二の発明のものにおいても、上記第一の発明のものと基本的には同じような効果を得ることができるようになる。特に、本発明のものにおいては、股関節モジュールが、メインブロックを基礎にして、当該メインブロックの側面部に左右平行なように設けられる二つの円弧状レール、更には当該各円弧状レールと同心円状に設けられる左右の円弧状ラック等にて形成されるようになっているものである。そして、このような構成からなる上記各円弧状レール上をスライド移動するキャリア、更には上記各円弧状ラック上を移動するピニオンギアの作動によって本長下肢装具装着者の左右の脚の振出し運動が補助されるようになっているものである。従って、本長下肢装具装着者は健常者とほとんど変わらないような脚の振出し運動を行うことができるようになる。

また、第三の発明のものにおいても、上記第一の発明のものと基本的には同じような効果を得ることができるようになる。すなわち、本発明のものにおいては、本長下肢装具を装着した者（装着者）は、左右の脚を真っ直ぐ前方へと交互に振出すことができるようになり、これによって健常者と同様の歩行運動を行うことができるようになる。そして、これらに加えて、本発明のものにおいては、膝関節部周りに設けられる膝関節モジュールが、膝関節動力補助機構によって補助（パワーアシスト）されるようになっていることより、装着者は上記股関節モジュールの作動と連動した状態で補助（パワーアシスト）を受けるようになる。また、これらのパワーアシスト作動は、股関節部、膝関節部の各部が、それぞれ同期した状態で連動制御されるようになっていることより、装着者の歩行運動は円滑に補助されることとなる。その結果、本装具装着者は健常者とほとんど変わらないような円滑な歩行運動を行うことができるようになる。

また、第四の発明のものにおいても、上記第一の発明のものと基本的には同じような効果を得ることができるようになる。すなわち、本長下肢装具を装着した者（装着者）は、左右の脚を真っ直ぐ前方へと交互に振出すことができるようになり、これによって健常者と同様の歩行運動を行うことができるようになる。そして、これらに加えて、更に、本長下肢装具には、その足関節部周りに設けられる足関節モジュールにも動力補助機構が設けられるようになっていることより、装着者は、当該足関節動力補助機構の動力補助（パワーアシスト）を受けることとなる。従って、装着者は足首周りの作動が、上記脚の作動及び膝関節部の作動と連動した状態で補助（パワーアシスト）されるようになる。また、これらのパワーアシスト作動は、股関節部、膝関節部、足関節部の各部が、それぞれ同期した状態で連動制御されるようになっていることより、装着者の歩行運動は円滑に補助されることとなる。その結果、本装具装着者は健常者とほとんど変わらないような円滑な歩行運動を行うことができるようになる。

本発明を実施するための最良の形態について、図１ないし図９を基に説明する。本実施の形態にかかるものは、図１ないし図３に示す如く、患者の下肢（脚部）全体を支持する長下肢支持部材５、５’と、これら左右の長下肢支持部材５、５’を、その上端部のところにて連結するとともに、上記両長下肢支持部材５、５’を、その正面視において開き角度ゼロの状態で平行なように保持するとともに、その側面視において上記左右の長下肢支持部材５、５’を所定の範囲内にて揺動運動可能なように支持する股関節モジュール１と、当該股関節モジュール１の前端部のところであって本股関節モジュール１から上方へ突出するように設けられる体幹サポート機構８と、からなることを基本とするものである。

そして、このような股関節モジュール１を基礎とする両長下肢支持部材５、５’の揺動運動は、その運動中心位置が上記装着者の仮想股関節回転中心点とほぼ合致するように形成されるようになっているものである。そして更に、このような両長下肢支持部材５、５’の運動は、上記股関節モジュール１の前端部のところに設けられた体幹サポート機構８にて本装具装着者の腹部周りである体幹が保持（サポート）されることによって確保されるようになっているものである。このような両長下肢支持部材５、５’の中間部であって本長下肢装具装着者の膝関節部あたりに相当するところには、上記両長下肢支持部材５、５’の上半部５１、５１’と下半部５２、５２’とを相対回転運動が可能なように連結する膝関節モジュール２、２’が設けられるようになっている（図２，図３参照）。また、上記両長下肢支持部材５、５’を形成する下半部５２、５２’の下端部のところには装着者の足の部分を保持する足載置体６、６’が上記長下肢支持部材５、５’を形成する下半部５２、５２’の下端部に対して相対回転運動可能なように連結されるようになっている。そして、当該連結部のところには、足関節モジュール３、３’が設けられるようになっている。また、これら各関節モジュール１、１’、２、２’、３、３’のところには各モジュールを駆動する各動力補助機構１５、１５’、２１、２１’、３１、３１’（図３，図４，図８参照）が設けられるようになっており、当該各動力補助機構１５、１５’、２１、２１’、３１、３１’のところにはマイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）を主に形成される制御手段４からの指令が入力されるようになっているものである（図１参照）。

このような基本構成からなるものにおいて、上記左右の長下肢支持部材５、５’を連結する股関節モジュール１は、図４及び図５に示す如く、本股関節モジュール１の作動の基盤を成すメインブロック１６と、当該メインブロック１６の両側面部のところに左右平行なように設けられるものであって上記左右の両長下肢支持部材５、５’の運動の基礎をなす左右の円弧状スライドレール１２、１２’と、当該左右のスライドレール１２、１２’上をスライド移動するものであって装着者の仮想股関節回転中心点を基点にして上記両長下肢支持部材５、５’のスイング運動（揺動運動）を支持する左右のキャリア１１、１１’と、からなることを基本とするものである。なお、上記構成からなるものにおいて、上記円弧状のスライドレール１２、１２’上を移動するキャリア１１、１１’は、例えば図４ないし図６に示す如く、その内部にスライダ１１１、１１１’がアタッチメント１１２、１１２’を介して設けられるようになっている。そして、上記スライダ１１１、１１１’が上記スライドレール１２、１２’上をスライド移動することによって最終的にはキャリア１１、１１’が上記円弧状のスライドレール１２、１２’上を移動するようになっているものである。

次に、このような股関節モジュール１の前端部のところに設けられる体幹サポート機構８の構成について説明する。このものは、図１ないし図３、更には図９に示す如く、装着者の腹部周りである体幹を保持するようになっているものであって所定の面積を有する滑らかな曲面形態からなる体幹保持部８５５及び当該体幹保持部８５５の中央部から下方へ向って垂直状に形成される支柱８５１からなるものであって、これら各部がＣ．Ｆ．Ｒ．Ｐ等を初めとした所定の熱可塑性合成樹脂材にて一体的に成形される体幹サポート部８５と、当該体幹サポート部８５を形成する支柱８５１の下方部付近に設けられるものであって本体幹サポート部８５を形成する上記支柱８５１を所定の角度（α）の範囲内（図９参照）にて相対変位が可能なように支持する上方のヒンジ８１２並びに当該上方のヒンジ８１２の下方部に設けられる下方のヒンジ８１１からなるダブルヒンジ機構８１と、からなるものである。なお、上記αの値としては、本実施の形態においては０°〜２０°の値が採られるようになっており、このαの値は調整ネジ機構８１５にて上記範囲内にて適宜調整することができるようになっているものである。このような構成を採ることによって、本装具装着者は、その腹部周りである体幹が上記体幹サポート部８５を形成する上方のヒンジ８１２の作動によって柔らかく支持されるようになり、歩行動作時における体幹保持が円滑に行なわれるようになる。更には立位状態の感知を正確に行なうことができるようになる。具体的には、自分の身体が歩行時において、前に倒れ過ぎていないか、あるいは後方に傾いてはいないか等が正確に感知されるようになる。また、本装具装着者の腹部へは、上記体幹サポート部８５からの圧迫感等が入力（フィードバック）されるようになる。これによって、装着者が身体のバランスを崩した際における、その危険認知等が正確に行なわれるようになる。また、このような構成からなるものにおいて、上記ダブルヒンジ機構８１を形成する下方のヒンジ８１１のところにはフック装置８９が設けられるようになっている。このフック装置８９を解放作動させることによって、体幹サポート部８５を形成する支柱８５１を前方へと倒し、これによって、ダブルヒンジ機構８１を形成する下方のヒンジ８１１を支点にして上記体幹サポート部８５全体を前方へ９０°傾動させることができるようになる。その結果、装着者の車椅子等への着座にあたっては、その着座動作等が円滑に行なえるようになる。

次に、上記股関節モジュール１を形成する上記スライドレール１２、１２’の下方部のところには、例えば図６に示す如く、上記仮想股関節回転中心点（Ｏ_１）を基点にして上記左右のスライドレール１２、１２’と同心円状に形成される左右の円弧状ラック１３、１３’が設けられるようになっている。そして、このような左右の各円弧状ラック１３、１３’のところには、例えば図４ないし図６に示す如く、当該各円弧状ラック１３、１３’と、それぞれ係合するものであって股関節動力補助機構１５、１５’にて駆動されるピニオンギア１４、１４’が設けられるようになっている。そして更に、この各ピニオンギア１４、１４’は、それぞれが左右の各キャリア１１、１１’のところに支持されるとともに、同じく当該各キャリア１１、１１’のところに取付けられるものであって各股関節動力補助機構１５、１５’を形成する各電動モータ１５５、１５５’に連結されるようになっているものである（図４参照）。このような各股関節動力補助機構１５、１５’を形成する各電動モータ１５５、１５５’の作動によって上記各ピニオンギア１４、１４’が回転駆動され、最終的には、上記左右の円弧状ラック１３、１３’上を各ピニオンギア１４、１４’は往復移動することとなる（図４，図６参照）。なお、このようなピニオンギア１４、１４’を有する股関節動力補助機構１５、１５’の揺動運動は別途設けられたそれぞれのストッパ１９、１９’によって規制されるようになっている（図５，図６参照）。

なお、このような電動モータ１５５、１５５’は、別途設けられた制御手段４からの指令に基づいて適宜駆動されるようになっているものである。このような制御手段４からの指令に基づいて上記各電動モータ１５５、１５５’が適宜作動し、これによって、各ピニオンギア１４、１４’が回転駆動され、当該ピニオンギア１４、１４’は、それぞれ上記左右の円弧状ラック１３、１３’上を移動することとなる。その結果、当該ピニオンギア１４、１４’を保持する各キャリア１１、１１’は、当該各キャリア１１、１１’内に設けられたスライダ１１１、１１１’を介して上記左右のスライドレール１２、１２’上をそれぞれ移動することとなる。このような各キャリア１１、１１’の移動（揺動運動）によって、上記両長下肢支持部材５、５’は、例えば図６に示すように装着者の仮想股関節回転中心点（Ｏ_１）を基点にして揺動運動をすることとなる。これによって、装着者の下肢の振出し運動が形成されることとなる。

なお、このような構成からなる股関節モジュール１を形成する各部材、特に、上記円弧状ラック１３、１３’及び当該円弧状ラック１３、１３’と噛合い係合する各ピニオンギア１４、１４’並びに当該ピニオンギア１４、１４’を保持する両キャリア１１、１１’等は、本装置の正面視において、例えば図２及び図４に示す如く、左右の各部材が上下方向において平行なように配置されるようになっているものである。その結果、左右の両長下肢支持部材５、５’も、その正面視において平行なように配置されるようになる。すなわち、本実施の形態にかかるものは、従来のものにおいて左右の両長下肢支持部材５、５’が、正面視において、ある一定の頂角をもった状態で配置されるようになっているものとは、この点において大きく異なるものである。このような平行配置をすることによって、本実施の形態にかかる長下肢装具を装着した者は、左右の脚を、ほぼ健常者と同じように前方へと振出すことができるようになる。

次に、このような構成からなる各キャリア１１、１１’のところには、図４及び図５に示す如く、電動モータ１５５、１５５’を主に形成される股関節動力補助機構１５、１５’が設けられるようになっている。そして、上記各電動モータ１５５、１５５’のところには当該電動モータ１５５、１５５’からの動力が減速機構等を介して伝達されるように上記ピニオンギア１４、１４’がそれぞれ連結されるようになっている。そして更に、このようなピニオンギア１４、１４’は、それぞれが上記円弧状ラック１３、１３’の歯部と噛合い係合して、当該円弧状ラック１３、１３’上を移動するようになっているものである。なお、上記電動モータ１５５、１５５’は、一般に、その取付位置が長下肢支持部材５、５’の軸線上またはその延長線上にくるようになっているものである。そして、当該電動モータ１５５、１５５’からの動力が上記ピニオンギア１４、１４’へと適宜伝達されるようになっているものである。なお、このように電動モータ１５５、１５５’からの動力にて上記円弧状ラック１３、１３’上を移動するピニオンギア１４、１４’の移動範囲並びに当該ピニオンギア１４、１４’と一体となって上記円弧状スライドレール１２、１２’上を移動するキャリア１１、１１’の揺動運動範囲、すなわち、図６及び図７に示す揺動運動角度（θ）の値は、本長下肢装具を装着した者（患者）の仮想股関節回転中心点（Ｏ_１）を基点にして約２０°〜４５°の範囲内に設定されるようになっているものである。

次に、このような構成からなる左右の長下肢支持部材５、５’は、基本的には図１に示す如く、本長下肢装具装着者の下肢の内側面に沿うように設けられるようになっているものである。すなわち、内側系の長下肢装具が形成されるようになっているものである。そして、このような構成からなるものにおいて、本長下肢支持部材５、５’のところに設けられる上記各膝関節モジュール２、２’及び各足関節モジュール３、３’は、すべて、長下肢支持部材５、５’の軸線上または当該軸線の延長線上に設けられるようになっているものである。そして、また、上記左右の長下肢支持部材５、５’は、例えば図１ないし図３に示す如く、上半部５１、５１’と下半部５２、５２’とに二分割されるとともに、これら上半部５１、５１’と下半部５２、５２’との間には、これら二つの部材間を回転自在なように連結するものであってヒンジ機構を主に形成される膝関節モジュール２、２’が設けられるようになっている。そして、この膝関節モジュール２、２’は、図１ないし図３に示す如く、ジョイント機構５５、５５’を基礎に形成されるものであって、当該ジョイント機構５５、５５’を中心にして膝関節動力補助機構２１、２１’の動力補助（パワーアシスト）を受けて上記長下肢支持部材５、５’の上半部５１、５１’と下半部５２、５２’との間を相対的に回転運動させるようになっているものである（図８参照）。

これらジョイント機構５５、５５’を基礎に形成される膝関節モジュール２、２’の構成について、図８を基に説明する。このものは、まず、長下肢支持部材５、５’を形成する上半部５１、５１’と下半部５２、５２’とが、例えば図１ないし図３に示す如く、ジョイント機構５５、５５’を介して相対回転運動が可能なように連結されるとともに、その上半部５１、５１’にはカフ５９が設けられ、当該カフ５９を介して装着者の大腿部のところに上記上半部５１、５１’が装着されるようになっているものである。また、下半部５２、５２’にもカフ５９が設けられ、当該カフ５９を介して下半部５２、５２’が装着者の脛のところに装着されるようになっているものである。従って、このような長下肢支持部材５、５’を装着した者は、例えば図３に示す如く、上記ジョイント機構５５、５５’のところを支点にして、下肢の内側に設けられた長下肢支持部材５、５’の上半部５１、５１’または下半部５２、５２’の支えを受けた状態で膝関節部の屈曲運動をすることができるようになる。

そして、このようなジョイント機構５５、５５’のところには、ウオーム・ホイール機構を形成するウオームを駆動するものであって電動モータを主に形成される膝関節動力補助機構２１、２１’が設けられるようになっている（図８参照）。このものは、図８に示す如く、上記ジョイント機構５５、５５’の回転中心（ヒンジ中心）と同一軸心上に設けられるものであって上記長下肢支持部材５、５’を形成する上半部５１、５１’または下半部５２、５２’のうちのいずれか一方側の部材に固定的に取付けられるホイール７１と、残りのもう一方側の部材に取付けられるものであって上記ホイール７１と噛合い係合するように設けられるウオーム７２と、からなるものである。そして、このような構成からなる上記ウオーム７２のところには、当該ウオーム７２を回転駆動する電動モータ７５が設けられるようになっている。このような構成を採ることにより、上記電動モータ７５の作動が開始されると、ウオーム７２が回転運動を開始するとともに、当該ウオーム７２は上記ホイール７１を回転駆動することとなる。

ところで、本実施の形態のものにおいては、上記ホイール７１は、上記長下肢支持部材５、５’を形成する上半部５１、５１’側に固定的に取付けられるようになっているので、上記ウオーム７２はホイール７１の周りを相対回転運動をするようになる。また、上記ホイール７１の中心は上記ジョイント機構５５、５５’の回転中心（ヒンジ中心）と一致するようになっているものである。これらのことから、上記電動モータ７５及びウオーム７２の作動に伴って、長下肢支持部材５、５’を形成する上半部５１、５１’と下半部５２、５２’とは、ジョイント機構５５、５５’を中心にして相対屈曲運動をするようになる。これによって、装着者は、上記電動モータ７５を主に形成される動力補助機構２１、２１’の補助を受けて膝関節部において屈曲運動を行うことができるようになる。なお、このような構成からなるジョイント機構５５、５５’まわりには、図８に示す如く、上記ホイール７１とウオーム７２との間の相対回転角度を検出するためのエンコーダ７７が、上記ウオーム７２と直列に設けられる電動モータ７５の端末部のところに設けられるようになっている。そして、このエンコーダ７７にて検出されたデータ（信号）は、図１に示す制御手段４のところにフィードバックされるようになっているものである。

次に、このような構成からなる左右の長下肢支持部材５、５’の最下端部には、図１ないし図３に示す如く、装着者のフット部が載せられる足載置体６、６’が設けられるようになっている。そして、このものも、上記膝関節部におけると同様、長下肢支持部材５、５’の下半部５２、５２’の最下端部のところと、足載置体６、６’の上端部６６のところとが回転中心点（Ｏ_６）を介して回転自在なように連結されるとともに、ここのところには上記足載置体６、６’を自由に回転運動させる足関節モジュール３、３’が設けられるようになっている。この足関節モジュール３、３’も、上記膝関節モジュール２、２’と同様、いずれか一方側、本実施の形態においては主に足載置体６側に設けられるものであって回転中心点（Ｏ_６）を中心にして取付けられるホイール７１と、当該ホイール７１と噛合うように設けられるものであって上記長下肢支持部材５、５’の下半部５２、５２’の最下端部のところに取付けられるウオーム７２と、からなることを基本とするものである。このような構成からなるものにおいて、上記ウオーム７２のところには当該ウオーム７２を駆動するものであって制御手段４からの指令に基づき作動する電動モータ７５を主に形成される足関節動力補助機構３１、３１’が設けられるようになっている。なお、このような構成からなる足関節モジュール３、３’は、例えば図１及び図２に示す如く、長下肢支持部材５、５’の下半部５２、５２’の軸線上またはその延長線上に設けられるようになっているものである。

次に、このような構成からなる各動力補助機構１５、１５’、２１、２１’、３１、３１’の作動制御等を行う制御手段４について説明する。このものは、図１に示す如く、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）を主に形成されるものであって、股関節モジュール１の作動を補助する股関節動力補助機構１５、１５’の作動制御、及び上記股関節モジュール１の作動に続いて行われるものであって上記長下肢支持部材５、５’の上半部５１、５１’と下半部５２、５２’との間の相対屈曲運動を補助する膝関節動力補助機構２１、２１’の作動制御（図８参照）、更には足関節モジュール３、３’の作動を補助する足関節動力補助機構３１、３１’の作動制御（図３参照）を行うようになっているものである。そして、これら一連の制御は、予めＲＯＭ部に入力されたデータ及びプログラムに基づいて行われるようになっているものである。なお、これらの制御作用を行う本制御手段４は、一体的にまとめられた状態で、例えば装着者の腰部等に取付けられるようになっているものである。

次に、このような構成からなる本実施の形態のものについての作動態様等について説明する。まず、図４及び図５において、股関節モジュール１のところに設けられた一方の股関節動力補助機構１５を形成する電動モータ１５５が作動を開始する、すなわち、回転運動を開始すると、これに伴なって、当該電動モータ１５５に連結される一方のピニオンギア１４が回転駆動され、当該ピニオンギア１４は、一方の円弧状ラック１３上を転動運動することとなる。その結果、上記ピニオンギア１４を一体的に有する上記一方のキャリア１１は、例えば図７に示す如く、スライドレール１２上をスライダ１１１を介して移動することとなる。このキャリア１１の移動によって、一方の長下肢支持部材５は所定の距離だけ、すなわち、仮想股関節中心点（Ｏ_１）を中心にしてθの値の角度だけ移動することとなる。

次に、上記股関節モジュール１を駆動する一方の股関節動力補助機構１５の作動に連動して、一方の長下肢支持部材５のジョイント機構５５周りに設けられた膝関節モジュール２を形成する膝関節動力補助機構２１が、制御手段４からの指令（信号）に基づいて作動をする。その結果、上記一方の長下肢支持部材５の振出し運動に連動した状態でジョイント機構５５を中心にした長下肢支持部材５の上半部５１及び下半部５２間の相対屈曲運動が開始されることとなる。これら一連の作動によって、装着者は膝関節部の屈曲運動を伴った脚部の振出し運動を行うことができるようになる。

このようにして装着者の左右の脚部（下肢）のうち、いずれか一方の脚部（下肢）が前方に振り出され、そして、この前方に振り出されたいずれか一方の下肢の、その足の部分（足載置体）６の部分が着地するようになると（図３参照）、これに連動して、次に、上記制御手段４からの信号に基づき、上記足関節モジュール３を形成する足関節動力補助機構３１中の電動モータ７５（図８参照）が作動する。これによって、一方の足載置体６は、その上端部６６に形成された長下肢支持部材５の下半部５２の下端部との連結点（Ｏ_６）を中心にして適宜回転運動をし、足載置体６は、まず、そのかかと部６１の部分が着地するようになる。そして、このような運動に続いて、つま先部６５も地面に接触するようになる。このようにして、上記振出された装着者のフット部は足載置体６を介して全体が着地するようになる。なお、このような一連の作動において、本実施の形態のものにおいては、股関節モジュール１の前端部に設けられた体幹サポート機構８が装着者の腹部周りである体幹を柔かく保持（サポート）するようになる。これによって、装着者は、自分自身が正常に立った状態にあることを認知（感知）した状態で足の振出し運動等を円滑に行なうことができるようになる。

次に、このような状態から上記股関節モジュール１に設けられたもう一方（他方）の股関節動力補助機構１５’が作動、具体的には当該他方の股関節動力補助機構１５’を形成する電動モータ１５５’が制御手段４からの新たな指令に基づいて作動を開始する。これによって、上記の場合と同様の行程を経て、もう一方（他方）のキャリア１１’が振出し運動を開始することとなる。すなわち、上記他方の電動モータ１５５’の作動によって他方のピニオンギア１４’が回転駆動され、当該他方のピニオンギア１４’は上記他方の円弧状ラック１３’上を転動運動することとなる。その結果、上記ピニオンギア１４’を一体的に保持するもう一方（他方）のキャリア１１’は上記他方のスライドレール１２’上をスライダ１１１’を介して所定の角度（θ）だけ移動をする。このような他方のキャリア１１’の移動に基づいて、他方の長下肢支持部材５’の振出し運動が開始されることとなる。

そして、このような、他方の股関節動力補助機構１５’の作動に連動して、当該他方の長下肢支持部材５’に設けられた膝関節モジュール２’、更には足関節モジュール３’が次々に連動して作動し、これによって、当該他方の長下肢支持部材５’の振出し運動が進められることとなる。このような股関節モジュール１を基点にした両長下肢支持部材５、５’の交互振出し運動が、上記制御手段４に予め組込まれたプログラム等に従って進められることによって、更には、股関節モジュール１の前端部に設けられた体幹サポート機構８の作動によって、健常者とほとんど変わらないような状態で進められることとなる。その結果、本長下肢装具装着者は円滑な歩行運動を行うことができるようになる。

本発明の全体構成を示す立体正面図である。 本発明の主要部を成す長下肢支持部材、各関節モジュール、及び体幹サポート機構の全体構成を示す正面図である。 本発明の主要部を成す長下肢支持部材、各関節モジュール、及び体幹サポート機構を示す側面図である。 本発明にかかる股関節モジュールの全体構成を示す正面図及びその一部断面図である。 本発明にかかる股関節モジュール及び体幹サポート機構の全体構成を示す展開斜視図である。 本発明にかかる股関節モジュールの作動状態を示す作動説明図である。 本発明にかかる股関節モジュールを形成するスライドレールとスライダとの関係を示す作動説明図である。 本発明にかかる膝関節モジュール及び足関節モジュールに用いられる動力補助機構の全体構成を示す一部断面図である。 本発明にかかる体幹サポート機構の全体構成を示す側面図である。

符号の説明

１ 股関節モジュール
１１ キャリア
１１’ キャリア
１１１ スライダ
１１１’ スライダ
１１２ アタッチメント
１１２’ アタッチメント
１２ スライドレール
１２’ スライドレール
１３ 円弧状ラック
１３’ 円弧状ラック
１４ ピニオンギア
１４’ ピニオンギア
１５ 股関節動力補助機構
１５’ 股関節動力補助機構
１５５ 電動モータ
１５５’ 電動モータ
１６ メインブロック
１９ ストッパ
１９’ ストッパ
２ 膝関節モジュール
２’ 膝関節モジュール
２１ 膝関節動力補助機構
２１’ 膝関節動力補助機構
３ 足関節モジュール
３’ 足関節モジュール
３１ 足関節動力補助機構
３１’ 足関節動力補助機構
４ 制御手段
５ 長下肢支持部材
５’ 長下肢支持部材
５１ 上半部
５１’ 上半部
５２ 下半部
５２’ 下半部
５５ ジョイント機構
５５’ ジョイント機構
５９ カフ
６ 足載置体
６’ 足載置体
６１ かかと部
６５ つま先部
６６ 上端部
６６’ 上端部
７ コイルスプリング
７１ ホイール
７２ ウオーム
７５ 電動モータ
７７ エンコーダ
８ 体幹サポート機構
８１ ダブルヒンジ機構
８１１ 下方のヒンジ
８１２ 上方のヒンジ
８１５ 調整ネジ機構
８５ 体幹サポート部
８５１ 支柱
８５５ 体幹保持部
８９ フック装置

Claims (4)

1. 装着者の下肢全体を保持するものであって装着者下肢の内側に沿うように設けられる長下肢支持部材と、当該長下肢支持部材の上端部のところに設けられるものであって、左右に設けられる本長下肢支持部材を、その正面視において開き角度ゼロの状態で平行なように保持するとともに、その側面視において上記左右の長下肢支持部材を所定の範囲内にて揺動運動可能なように支持し、更に、当該揺動運動の運動中心位置が上記装着者の仮想股関節回転中心点と合致するように形成された股関節モジュールと、当該股関節モジュールの上方部に設けられるものであって、装着者の腹部周りである体幹を保持するとともに、所定の面積を有する滑らかな曲面からなり、かつ、帯状の形態からなる体幹保持部並びに当該体幹保持部が装着された状態において装着者の前側部である前身頃の中心線に沿うように形成されるものであって、上記帯状の形態からなる体幹保持部の、その長手方向中央部のところから下方へ向かって垂直状に形成される支柱からなり、更には、これらが所定の熱可塑性合成樹脂材からなる体幹サポート部を基礎に形成される体幹サポート機構と、上記体幹サポート部を形成する支柱の下方部のところに設けられるものであって本体幹サポート部を形成する支柱を０°〜２０°の範囲内にて相対変位が可能なように支持するように形成されたヒンジ機構と、本長下肢装具装着者の膝関節部周りであって上記長下肢支持部材の軸線上またはその延長線上に設けられるとともに上記長下肢支持部材の上半部と下半部とを相対回転運動が可能なように連結する膝関節モジュールと、上記長下肢支持部材の下端部のところであって本長下肢支持部材の軸線上またはその延長線上に設けられるとともに装着者の足の部分を保持する足載置体を上記長下肢支持部材に対して相対回転運動可能なように連結する足関節モジュールと、これら各関節モジュールのところに設けられるものであって当該各関節モジュールを形成する各機構を駆動する動力補助機構と、当該各動力補助機構の作動を制御するものであってマイクロプロセッサユニットを主に形成される制御手段と、からなることを特徴とする体幹サポート機構付き長下肢装具。
2. 請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具において、上記股関節モジュールを、中央に設けられるメインブロックと、当該メインブロックの両側面部のところに設けられるものであって正面視において左右平行なように設けられる二つの円弧状レールと、これら円弧状レールの各々のところを摺動運動するスライダを内包するものであって長下肢支持部材の取付けられる基礎となるキャリアと、上記メインブロックの両側面部のところであって上記円弧状レールの下側のところに当該円弧状レールと同心円状に設けられるものであって側面部に歯部を有する円弧状ラックと、上記両キャリアのところに設けられるものであって上記円弧状ラックの側面部に設けられた歯部とそれぞれ噛合い係合するピニオンギアと、当該各ピニオンギアに連結されるものであってそれぞれのピニオンギアを駆動する電動モータを主に形成される股関節動力補助機構と、からなるようにしたことを特徴とする体幹サポート機構付き長下肢装具。
3. 請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具において、上記膝関節モジュールを、上記長下肢支持部材を形成する上半部と下半部とを相対回転運動可能なように連結するジョイント機構からなるものであって、本長下肢装具装着者の膝関節部周りの内側に取付けられることを基本とするとともに、上記長下肢支持部材を形成する上半部または下半部のうちのいずれか一方側に設けられるホイール及び残りのもう一方側に設けられるウオームにて形成されるウオーム・ホイール機構からなるようにし、更に、当該膝関節モジュールを駆動する膝関節動力補助機構を、上記ウオーム・ホイール機構を形成する上記ウオームを回転駆動する電動モータを主に形成させるようにしたことを特徴とする体幹サポート機構付き長下肢装具。
4. 請求項１記載の体幹サポート機構付き長下肢装具において、上記足関節モジュールを、上記長下肢支持部材を形成する下半部と上記足載置体とを相対回転運動可能なように連結するジョイント機構からなるものであって、本長下肢装具装着者の足関節部周りの内側に取付けられることを基本とするとともに、上記長下肢支持部材の下半部側に設けられるウオーム及び上記足載置体側に設けられるホイールにて形成されるウオーム・ホイール機構にて形成させ、当該足関節モジュールを駆動する足関節動力補助機構を、上記ウオーム・ホイール機構を形成する上記ウオームを回転駆動する電動モータを主に形成させるようにした構成からなることを特徴とする体幹サポート機構付き長下肢装具。

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