JP5235838B2

JP5235838B2 - 歩行補助装置

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Publication number: JP5235838B2
Application number: JP2009246857A
Authority: JP
Inventors: 淳芦原; 工藤　　浩; 広志松田; 健輿石; 豊日木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-10-27
Publication date: 2013-07-10
Anticipated expiration: 2029-10-27
Also published as: US20100121233A1; US8394038B2; JP2010131372A

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、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材を下方から支える一対の脚リンクとを備え、利用者の体重の少なくとも一部を着座部材を介して両脚リンクで受けることにより、利用者の脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助するようにした歩行補助装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１のものでは、各脚リンクに、ロール方向への揺動範囲に制限のある継手機構としての球面ジョイントからなる足首関節部を介して、利用者の足平に装着される接地部材が連結されている。

特開２００７−５４６１６号公報（段落［００４８］、図３）

球面ジョイントのような揺動範囲に制限を有する継手機構を足首関節部に用いた場合、揺動範囲の制限により、各脚リンクを横方向に広げて開脚する動作が行い難くなる虞がある。

本発明は、ロール方向に揺動範囲の制限を有する足首関節部を備えた歩行補助装置において、利用者が足を開脚し易くすることを目的とする。

［１］本発明は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、該着座部材を下方から支える一対の脚リンクと、該各脚リンクに足首関節部を介して連結される接地部材とを備える歩行補助装置において、前記足首関節部は、前記接地部材が前記脚リンクに対しロール方向の所定範囲で外転側及び内転側へ揺動自在となるように構成されると共に、前記内転側の揺動可能範囲が前記外転側の揺動可能範囲よりも大きくなるように構成されることを特徴とする。

人間の足首は、ロール方向の外転側への揺動範囲は、ロール方向の内転側への揺動範囲に比べて比較的狭い。本発明によれば、足首関節部が、ロール方向内転側の揺動可能範囲がロール方向外転側の揺動可能範囲よりも大きくなるように構成されているため、利用者が足を開脚し易くなる。

［２］本発明において、足首関節部は、一方の端部が脚リンク又は接地部材に連結されたジョイント軸部材と、ジョイント軸部材の他方の端部をロール方向に所定範囲で揺動自在に保持すると共に接地部材又は脚リンクに設けられた保持部とからなる継手機構を有し、ジョイント軸部材は、歩行補助装置が直立状態のときに、ロール方向に揺動可能な所定範囲の中央位置よりもロール方向の外転側に傾いていることが好ましい。

これによれば、足首関節部のジョイント軸部材が、歩行補助装置が直立状態のときに、前記所定範囲の中央位置よりもロール方向の外転側に傾いているため、足首関節部は、直立状態のときに、ロール方向の内転側への揺動可能範囲がロール方向の外転側への揺動可能範囲よりも広くなる。従って、利用者が足を開脚し易くすることができる。又、人間の足首は、ロール方向の外転側への揺動可能範囲は、ロール方向の内転側への揺動可能範囲に比べて比較的狭いため、利用者の足首の動きに適切に追従させることができる。

［３］本発明の継手機構は、例えば、ジョイント軸部材の他方の端部に設けられた球体をロール方向に所定範囲で揺動自在に保持する保持部を備える球面ジョイントで構成することができる。

［４］本発明においては、保持部を、脚リンクにヨー方向に回転自在に設け、ジョイント軸部材を、保持部から横方向に延ばし、ジョイント軸部材の前記一方の端部を、接地部材に連結させてもよい。

このように構成すれば、利用者が足平をヨー方向に回動させると、保持部がジョイント軸部材と共に脚リンクに対してヨー方向に回転する。従って、利用者の足平に装着される接地部材がヨー方向に回転しても、足首関節部のロール方向の内転側及び外転側の揺動可能範囲は変化せず、足首関節部の動きを、利用者の足首の動きにより適切に追従させることができる。

尚、本発明の歩行補助装置において、外は利用者の右脚においては右方向、左脚においては左方向を指し、内は利用者の右脚においては左方向、左脚においては右方向を指す。

本発明の歩行補助装置の実施形態を示す側面図である。本発明の歩行補助装置の実施形態を示す正面図である。図１のIII-III線断面図である。本発明の足首関節部の他の実施形態を示す断面図である。

図１〜図３を参照して、本発明の歩行補助装置の実施形態を説明する。図１及び図２に示すように、歩行補助装置は、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を下方から支え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、足首関節部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、着座部材１の押し上げ力(以下、免荷力という)を発生させるようにしている。各脚リンク２で発生された免荷力は、着座部材１を介して利用者Ｐの体幹に伝達される。即ち、免荷力により利用者Ｐの体重の一部が着座部材１を介して脚リンク２，２で支えられ、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の後端の立ち上が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。

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（足首を外転・内転する方向）に揺動自在に連結される。これにより、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の出力軸上の駆動クランクアーム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クランクアーム６ａとを連結リンク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連結リンク９ｃを介して第２リンク部材６に伝達される。そして、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。

各接地部材８は、靴８ａと、靴８ａに固定され内側で上下方向に延びる連結部材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自由度を有する足首関節部７を介して連結されている。

足首関節部７は、継手機構たる球面ジョイント１００を備えている。球面ジョイント１００は、一方の端部が連結部材８ｂに連結されるジョイント軸部材１０６と、ジョイント軸部材１０６の他方の端部に設けられた球体１０２と、横方向に貫通する保持孔１０４で球体１０２を揺動自在に保持する保持部１０８とで構成されている。

保持部１０８は、その上端部が第２リンク部材６の下端に設けられた上下方向に貫通する貫通孔６ｂに内挿されて回転自在に支持され、第２リンク部材６に対してヨー方向に回転自在となっている。又、ジョイント軸部材１０６は、保持部１０８から横方向内方に向って延び、接地部材８の連結部材８ｂに連結されている。

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。更に、足首関節部７には２軸の力センサ（図示省略）が組み込まれている。

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１２が内蔵され、第１リンク部材４には、バッテリ１３が内蔵されている。

上記圧力センサ１０と力センサ（図示省略）の検出信号はコントローラ１２に入力される。そして、コントローラ１２は、これらセンサ１０からの信号に基づいて駆動源９を制御して第２関節部５を駆動し、上記免荷力を発生させる歩行アシスト制御を実行する。

ここで、免荷力は、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、足首関節部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免荷力（正確には免荷力と着座部材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（図示省略）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、予め設定される免荷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２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（図示省略）の検出値に基づいて算出される実際の免荷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、上述のように構成される球面ジョイント１００を用いた足首関節部７においては、ジョイント軸部材１０６がロール方向に揺動するとき、ジョイント軸部材１０６が保持部１０８に接触するするため、ロール方向の揺動可能な範囲に制限ができる。従って、このロール方向の揺動範囲の制限により、利用者が十分な開脚を行うことができない虞がある。

そこで、実施形態においては、ジョイント軸部材１０６を、歩行補助装置が図１及び図２に示す直立状態のときに、ロール方向に揺動可能な所定範囲φの中央位置よりも角度θだけロール方向外側に傾いた状態となるようにしている。換言すれば、ロール方向において、所定範囲φにおける内転側の揺動可能範囲を外転側の揺動可能範囲よりも広くしている。

例えば、所定範囲φが４０°、角度θを１０°とした場合、ジョイント軸部材１０６を所定範囲φの中央に位置させると、ロール方向内側及び外側共に揺動可能範囲が２０°となる。しかしながら、実施形態のように、ジョイント軸部材１０６を、所定範囲φの中央位置よりも角度θ（１０°）だけロール方向外転側に傾けると、ロール方向内転側への揺動可能範囲が３０°となる。従って、利用者は十分な開脚を行うことが可能となる。

尚、上記の如く足首関節部７を構成した場合、ロール方向外転側への揺動可能範囲が１０°と狭くなるが、人間の足首はロール方向外転側への揺動可能範囲は狭いため、利用者の足首の動きに対して適切に追従させることができる。

又、ジョイント軸部材１０６が図２に示すように外上りに傾いているため、ジョイント軸部材１０６が水平に配置されている場合に比し、保持部１０８が上方に位置することとなる。従って、利用者が靴８ａを履く際に保持部１０８が邪魔とならず、利用者に不快感を与える虞を抑制させることができる。

尚、上記構成に加えて、更に、ジョイント軸部材１０６と連結部材８ｂとが連結される連結部分よりも球体１０２が前方に位置するように、ジョイント軸部材１０６を前後方向に傾ければ、利用者が靴８ａをより履き易くすることができる。

又、実施形態においては、継手機構として球面ジョイント１００を用いているが、これに限らず、保持部がジョイント軸部材をロール方向に所定範囲で揺動自在に保持するものであれば他のものでも同様に本発明の効果を得ることができる。

又、実施形態においては、保持部１０８を脚リンク２に連結し、ジョイント軸部材１０６を連結部材８ｂを介して接地部材８に連結したものを説明したが、保持部１０８を接地部材８に連結し、ジョイント軸部材１０６を脚リンク２に連結させてもよい。

又、実施形態の図３において、保持部１０８を垂直方向に配置し、ジョイント軸部材１０６を外上がりに傾けたものを示したが、これに限らず、ジョイント軸部材１０６を水平方向に配置し、保持部１０８を外側に傾けるように配置しても、「ロール方向の内転側の揺動可能範囲を広げ、利用者の足首の動きに適切に追従させる」という本発明の効果を得ることができる。

この場合、球体１０２を保持する保持部１０８の下端部のみを傾け、第２リンク部材６の貫通孔６ｂで回転自在に軸支される保持部１０８の上端部を垂直方向に延びるように構成すれば、保持部１０８のヨー方向の回転を利用者の足首の動きに適切に追従させることができる。

又、図４に示す如く、第２リンク部材６の下端に設けられた貫通孔６ｂの開口部周辺と保持部１０８との間に鉛直方向に付勢力を発生させるスプリング１０９を設けてもよい。

これによれば、接地部材８等に衝撃が加わっても、スプリング１０９がこの衝撃を吸収するため、脚リンク２に過度の衝撃が加わることを抑制させることができる。又、上述した足首関節部７の構成により利用者が開脚し易くなることに伴い、大きく脚を広げる際に、足首関節部７に従来よりも大きな衝撃が加わる可能性があるが、スプリング１０９でこの衝撃を緩和させることができるため、利用者の乗り心地を更に向上させることができる。尚、図４は、図３に対応する部分を示している。

１…着座部材、１ａ…シート部、１ｂ…支持フレーム、１ｃ…腰当て部、１ｄ…把持部、２…脚リンク、３…第１関節部、３ａ…ガイドレール、３ｂ…支軸、４…第１リンク部材、４ａ…スライダー、４ｂ…ローラ、５…第２関節部、５ａ…関節軸、６…第２リンク部材、６ａ…従動クランクアーム、６ｂ…貫通孔、７…足首関節部、８…接地部材、８ａ…靴、８ｂ…連結部材、８ｃ…中敷、９…駆動源、９ａ…減速機、９ｂ…駆動クランクアーム、９ｃ…連結リンク、１０…圧力センサ、１２…コントローラ、１３…バッテリ、１００…球面ジョイント（継手機構）、１０２…球体、１０４…保持孔、１０６…ジョイント軸部材、１０８…保持部、１０９…スプリング、Ｐ…利用者。

Claims

利用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、該着座部材を下方から支える一対の脚リンクと、該各脚リンクに足首関節部を介して連結される接地部材とを備える歩行補助装置において、
前記足首関節部は、前記接地部材が前記脚リンクに対しロール方向の所定範囲で外転側及び内転側へ揺動自在となるように構成されると共に、前記内転側の揺動可能範囲が前記外転側の揺動可能範囲よりも大きくなるように構成され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において、
前記足首関節部は、一方の端部が前記脚リンク又は前記接地部材に連結されたジョイント軸部材と、該ジョイント軸部材の他方の端部をロール方向に所定範囲で揺動自在に保持すると共に前記接地部材又は前記脚リンクに設けられた保持部とからなる継手機構を有し、
前記ジョイント軸部材は、前記歩行補助装置が直立状態のときに、前記ロール方向に揺動可能な前記所定範囲の中央位置よりも前記ロール方向の外転側に傾いていることを特徴とする歩行補助装置。
請求項２記載の歩行補助装置において、
前記継手機構は、前記ジョイント軸部材の他方の端部に設けられた球体をロール方向に所定範囲で揺動自在に保持する前記保持部を備える球面ジョイントであ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において、
前記保持部は、前記脚リンクにヨー方向に回転自在に設けられ、
前記ジョイント軸部材は、前記保持部から横方向に延び、
前記ジョイント軸部材の一方の端部は、前記接地部材に連結されることを特徴とする歩行補助装置。