JP5299239B2

JP5299239B2 - Leg orthosis

Info

Publication number: JP5299239B2
Application number: JP2009268294A
Authority: JP
Inventors: 耕太大石; 康弘海老原; 志朗小田; 康弘村田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-26
Filing date: 2009-11-26
Publication date: 2013-09-25
Anticipated expiration: 2029-11-26
Also published as: JP2011110176A

Description

本発明は、脚装具に関する。 The present invention relates to a leg brace.

脚の関節を自由に動かせない人のための脚装具が知られている。典型的な脚装具は、下腿装具と足装具と足首ジョイントを備える。下腿装具は、ユーザの脚の下腿に固定される。足装具は、ユーザの足に固定される。足首ジョイントは、足装具をユーザの足首のピッチ軸回りに揺動可能に下腿装具の下端に連結する。脚装具の一例が例えば特許文献１に開示されている。 Leg braces for people who cannot move their leg joints freely are known. A typical leg brace comprises a leg brace, a foot brace and an ankle joint. The lower leg brace is fixed to the lower leg of the user's leg. The foot orthosis is fixed to the user's foot. The ankle joint connects the foot brace to the lower end of the lower leg brace so as to be swingable about the pitch axis of the user's ankle. An example of a leg brace is disclosed in Patent Document 1, for example.

本明細書における「脚装具」は、脚の関節にトルクを加えるアクチュエータを備えており、ユーザの歩行動作を補助する歩行補助装置も含む。歩行補助装置の一例は例えば特許文献２に開示されている。そのような歩行補助装置（脚装具）は、ユーザと接地面との間の荷重を検知する荷重センサを備えている。脚装具は、荷重センサの出力やユーザの関節角に応じてアクチュエータを制御する。なお、モータを備えない脚装具も荷重センサを備えていることがある。そのような脚装具の荷重センサは、例えば歩行などユーザの動作を計測するために用いられる。 The “leg orthosis” in this specification includes an actuator that applies torque to the joint of the leg, and includes a walking assist device that assists the user's walking motion. An example of a walking assist device is disclosed in Patent Document 2, for example. Such a walking assistance device (leg brace) includes a load sensor that detects a load between the user and the ground plane. The leg brace controls the actuator according to the output of the load sensor and the joint angle of the user. Note that leg braces that do not include a motor may include a load sensor. Such load sensors for leg braces are used to measure user actions such as walking.

本明細書で用いる用語を説明しておく。ピッチ軸は、ユーザの体側方向に伸びる軸を意味する。ヨー軸は、ユーザが直立姿勢をとったときに鉛直方向に伸びる軸を意味する。なお、「ピッチ軸」や「ヨー軸」は、ユーザに固定された座標系を基準として定義される。下腿のヨー軸は下腿の長手方向に伸びる中心線に相当する。足のヨー軸は、足裏面と略直交し、足首関節の回転軸を通る直線に相当する。本明細書で用いる「ピッチ軸」や「ヨー軸」は、ロボット工学で一般的に用いられる用語と同じ意味で用いられる。 Terms used in this specification will be explained. The pitch axis means an axis extending in the body side direction of the user. The yaw axis means an axis extending in the vertical direction when the user takes an upright posture. The “pitch axis” and “yaw axis” are defined with reference to a coordinate system fixed to the user. The yaw axis of the lower leg corresponds to the center line extending in the longitudinal direction of the lower leg. The yaw axis of the foot is substantially orthogonal to the back surface of the foot and corresponds to a straight line that passes through the ankle joint rotation axis. As used herein, “pitch axis” and “yaw axis” are used in the same meaning as terms commonly used in robotics.

特開２００７−３０７２１６号公報JP 2007-307216 A 特開２００２−３０１１２４号公報JP 2002-301124 A

歩行時にユーザの足は足首関節のピッチ軸の回りに揺動するため、下腿装具と足装具は、足首のピッチ軸と同軸に配置される足首ジョイントによって連結される。従来、下腿装具と足装具は、ユーザの足首のピッチ軸回りに揺動可能であれば十分であると考えられていた。ところが、脚装具を様々なユーザが試してみると、足装具の揺動がユーザに違和感を与えることがあることが判明した。下腿装具と足装具でユーザの脚が拘束されるため、足首ジョイント周りの足装具の揺動とユーザの足の揺動にずれが生じることが違和感の一因であることが判明した。本明細書が開示する新規な技術は、上記課題に鑑みて創作された。 Since the user's foot swings around the pitch axis of the ankle joint during walking, the lower leg orthosis and the foot orthosis are connected by an ankle joint arranged coaxially with the ankle pitch axis. Conventionally, it has been considered that it is sufficient that the lower leg orthosis and the foot orthosis can swing around the pitch axis of the user's ankle. However, when various users tried the leg braces, it was found that the swing of the leg braces may give the user an uncomfortable feeling. Since the leg of the user is restrained by the lower leg orthosis and the foot orthosis, it has been found that a difference in the swing of the foot orthosis around the ankle joint and the swing of the user's foot is a cause of the uncomfortable feeling. The novel technique disclosed in this specification has been created in view of the above problems.

本明細書が開示する技術は、下腿装具と足装具が足首ジョイントによって連結された脚装具に具現化することができる。この脚装具は、足装具が荷重センサを備えた足底ユニットと、足首ジョイントに対する足底ユニットの取り付け位置を足のヨー軸に交差する面内で調整可能な位置調整機構を有していることを特徴とする。位置調整機構は、足底ユニットのヨー軸周りの角度だけでなく、ヨー軸に交差する面内のピッチ軸方向の位置を調整可能である。そのような位置調整機構を備えることによって、ユーザに与える違和感を低減することができる。 The technology disclosed in the present specification can be embodied in a leg brace in which a lower leg brace and a foot brace are connected by an ankle joint. This leg orthosis has a sole unit in which the foot orthosis has a load sensor, and a position adjustment mechanism capable of adjusting the attachment position of the sole unit with respect to the ankle joint in a plane crossing the yaw axis of the foot. It is characterized by. The position adjustment mechanism can adjust not only the angle around the yaw axis of the sole unit but also the position in the pitch axis direction in the plane intersecting the yaw axis. By providing such a position adjustment mechanism, it is possible to reduce a sense of discomfort given to the user.

位置調整機構の一実施形態は、第１プレートと第２プレートを有している。第１プレートは、足底ユニットをピッチ軸方向に貫通しており、その両端部が足首ジョイントに連結される。第２プレートは、第１プレートに固定されるとともに足底ユニットに固定される。第２プレートはさらに、第１プレートに対するピッチ軸方向の取り付け位置が調整可能であるとともに、足底ユニットに対する足ヨー軸周りの取り付け位置が調整可能であるように構成されている。第１プレートと第２プレートの間で足のピッチ軸方向の位置が調整でき、第２プレートと足底ユニットの間でヨー軸周りの角度が調整できる。 One embodiment of the position adjustment mechanism has a first plate and a second plate. The first plate penetrates the sole unit in the pitch axis direction, and both ends thereof are connected to the ankle joint. The second plate is fixed to the first plate and fixed to the sole unit. The second plate is further configured such that the attachment position in the pitch axis direction with respect to the first plate can be adjusted, and the attachment position around the foot yaw axis with respect to the sole unit can be adjusted. The position of the foot in the pitch axis direction can be adjusted between the first plate and the second plate, and the angle around the yaw axis can be adjusted between the second plate and the sole unit.

上記の脚装具において、足底ユニットが、踵側とつま先側の夫々に配置された少なくとも２個の荷重センサを上下から挟み込む上ソールプレートと下ソールプレートを有しているとよい。そのような構成によって上ソールプレートの上から加わる荷重全体を効果的に計測することができる。なお、上ソールプレートと下ソールプレート間でそれらの縁には、例えばスポンジなどの軟質性素材が配置されていることも好適である。 In the above-mentioned leg orthosis, the sole unit may have an upper sole plate and a lower sole plate that sandwich at least two load sensors arranged on the heel side and the toe side from above and below. With such a configuration, the entire load applied from above the upper sole plate can be effectively measured. Note that it is also preferable that a soft material such as a sponge is disposed between the upper sole plate and the lower sole plate at the edges thereof.

上記の脚装具はさらに、第２プレートが上ソールプレートに固定されていることが好ましい。そのような構成は、上ソールプレートの上から直接伝わるユーザの荷重だけでなく、下腿装具と足装具と第１プレートと第２プレートを介して伝わる荷重成分も含めて計測することができる。 In the above leg brace, it is preferable that the second plate is fixed to the upper sole plate. Such a configuration can measure not only the user's load directly transmitted from above the upper sole plate but also the load component transmitted through the lower leg orthosis, the foot orthosis, the first plate, and the second plate.

位置調整機構の一実施形態では、第２プレートが、下腿の長手方向軸線を中心とする円弧状の第１長孔を有しており、第１長孔を通して足底ユニットにボルト締めされている。そのような構成は、角度調整において踵を中心して足底ユニットをヨー軸周りに回転させることができる。また、他の実施形態では、第１プレートが、足底ユニットのピッチ軸方向に伸びる第２長孔を有しており、第２プレートが第２長孔を通して第１プレートにボルト締めされている。 In one embodiment of the position adjusting mechanism, the second plate has an arc-shaped first elongated hole centering on the longitudinal axis of the lower leg, and is bolted to the sole unit through the first elongated hole. . Such a configuration can rotate the sole unit about the yaw axis around the heel in angle adjustment. In another embodiment, the first plate has a second elongated hole extending in the pitch axis direction of the sole unit, and the second plate is bolted to the first plate through the second elongated hole. .

本明細書が開示する技術の他の実施形態では、位置調整機構が、メインフレームとクランプフレームを備えている。メインフレームは、足底ユニットをピッチ軸方向に貫通しており両端部が足首ジョイントに連結される。クランプフレームは、メインフレームとの間で足底ユニットの一部をクランプする。そのような位置調整機構を有する脚装具では、クランプフレームを緩めることによって、メインフレームに対して足底ユニットの位置を自由に動かすことができる。 In another embodiment of the technology disclosed in this specification, the position adjustment mechanism includes a main frame and a clamp frame. The main frame penetrates the sole unit in the pitch axis direction, and both ends are connected to the ankle joint. The clamp frame clamps a part of the sole unit with the main frame. In the leg brace having such a position adjusting mechanism, the position of the sole unit can be freely moved with respect to the main frame by loosening the clamp frame.

上記他の実施形態の脚装具では、足底ユニットが、踵側とつま先側の夫々に配置された少なくとも２個の荷重センサを上下から挟み込む上ソールプレートと下ソールプレートを有していることが好ましい。そしてさらに、上ソールプレートがメインフレームとクランプフレームの間でクランプされていることが好ましい。そのような構造を有することによって荷重センサが、メインフレームを介して伝わる荷重成分も含めたユーザの全荷重を検知することができる。 In the leg orthosis of the other embodiment, the sole unit may have an upper sole plate and a lower sole plate that sandwich at least two load sensors arranged on the heel side and the toe side from above and below. preferable. Furthermore, it is preferable that the upper sole plate is clamped between the main frame and the clamp frame. By having such a structure, the load sensor can detect the total load of the user including the load component transmitted through the main frame.

上記の脚装具はさらに、靴が足底ユニットの上面に面ファスナで取り付けられていることが好ましい。面ファスナを採用することによって、靴を容易に交換することができる。 In the above-mentioned leg orthosis, it is preferable that the shoe is further attached to the upper surface of the sole unit with a hook-and-loop fastener. By adopting the hook-and-loop fastener, the shoes can be easily replaced.

本明細書が開示する技術のさらに他の実施形態の脚装具は、他の構造のメインフレームを備えている。メインフレームは、支持プレートとリブを有する。支持プレートは、上面と下面に面ファスナを備えているとともに、足底ユニットの長手方向に伸びている。リブは、メインプレートから足底ユニットのピッチ軸方向に伸びており両端部が足首ジョイントに連結される。足底ユニットは、支持プレート下面の面ファスナによってメインフレームの下側に取り付けられる。そして、支持プレート上面の面ファスナによって靴がメインフレームの上側に取り付けられる。２つの面ファスナを採用する上記の脚装具は、靴と足底ユニットそれぞれの位置調整が容易である。 A leg brace according to still another embodiment of the technology disclosed in this specification includes a main frame having another structure. The main frame has a support plate and a rib. The support plate has surface fasteners on the upper surface and the lower surface, and extends in the longitudinal direction of the sole unit. The ribs extend from the main plate in the pitch axis direction of the sole unit, and both ends are connected to the ankle joint. The sole unit is attached to the lower side of the main frame by a surface fastener on the lower surface of the support plate. And a shoe is attached to the upper side of a main frame by the surface fastener of a support plate upper surface. The above-mentioned leg orthosis that employs two hook and loop fasteners can easily adjust the positions of the shoe and the sole unit.

上記の脚装具では、支持プレートの先端が足底ユニット内のつま先側荷重センサよりも前方にまで伸びているとともに、支持プレートの後端が踵側荷重センサよりも後方にまで伸びていることが好ましい。そのような構造では、荷重センサを支持プレートが押し下げるので、荷重を正確に計測することができる。 In the above-mentioned leg orthosis, the tip of the support plate extends to the front of the toe side load sensor in the sole unit, and the rear end of the support plate extends to the back of the heel side load sensor. preferable. In such a structure, the load plate can be accurately measured because the support plate pushes down the load sensor.

本明細書が開示する一つの新規な技術によれば、下腿装具と足装具の位置関係を調整することのできる脚装具を提供することができる。さらに本明細書が開示する他の技術は、下腿装具と足装具の位置関係を調整することができるとともに、その調整が荷重センサに与える影響を抑制した脚装具を提供することができる。 According to one novel technique disclosed in the present specification, it is possible to provide a leg brace that can adjust the positional relationship between the leg brace and the leg brace. Furthermore, another technique disclosed in the present specification can adjust the positional relationship between the lower leg orthosis and the foot orthosis, and can provide a leg orthosis in which the influence of the adjustment on the load sensor is suppressed.

脚装具全体の模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the whole leg brace. 第１実施例の足装具の模式的斜視図である。It is a typical perspective view of the foot orthosis of 1st Example. 第１実施例の足装具の分解図である。It is an exploded view of the foot orthosis of 1st Example. 他の形状の第１プレートの斜視図である。It is a perspective view of the 1st plate of other shape. 第２実施例の足装具の分解図である。It is an exploded view of the foot orthosis of 2nd Example. 第２実施例の足装具の平面図である。It is a top view of the foot orthosis of 2nd Example. 第３実施例の足装具の分解図である。It is an exploded view of the foot orthosis of 3rd Example.

図面を参照して第１実施例の脚装具を説明する。図１に、ユーザＨが装着した脚装具１０の模式的斜視図を示す。この脚装具１０は、ユーザＨの膝関節にトルクを与えて歩行動作を補助することができる。脚装具１０は、上腿装具１２、下腿装具１６、足装具１００、膝ジョイント１３、及び、足首ジョイント１７を備える。 The leg brace of the first embodiment will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a schematic perspective view of a leg brace 10 worn by the user H. The leg brace 10 can assist the walking motion by applying torque to the knee joint of the user H. The leg brace 10 includes an upper leg brace 12, a lower leg brace 16, a leg brace 100, a knee joint 13, and an ankle joint 17.

図面に示す座標系について説明する。図面に示すＸＹＺ座標系においてＸ軸がロール軸に相当し、Ｙ軸がピッチ軸に相当し、Ｚ軸がヨー軸に相当する。ロール軸は、足底ユニット４０の長手方向に伸びており、ピッチ軸は足底ユニット４０の横方向に伸びており、ヨー軸は足底ユニット４０の足裏面に略直交する。 The coordinate system shown in the drawing will be described. In the XYZ coordinate system shown in the drawing, the X axis corresponds to the roll axis, the Y axis corresponds to the pitch axis, and the Z axis corresponds to the yaw axis. The roll axis extends in the longitudinal direction of the sole unit 40, the pitch axis extends in the lateral direction of the sole unit 40, and the yaw axis is substantially orthogonal to the sole surface of the sole unit 40.

上腿装具１２は、ユーザＨの上腿に固定される。なお、上腿装具１２にはコントローラ１１が取り付けられている。下腿装具１６は、ユーザＨの下腿に固定される。下腿装具１６は、ユーザＨの下腿のピッチ軸方向両側に位置するリンク１５ａ、１５ｂと、左右のリンクを連結するとともに下腿装具１６を下腿に固定するための連結バー１４を有している。 The upper thigh brace 12 is fixed to the upper leg of the user H. A controller 11 is attached to the upper thigh orthosis 12. The lower leg brace 16 is fixed to the lower leg of the user H. The lower leg brace 16 has links 15a and 15b located on both sides of the user's lower leg in the pitch axis direction, and a connecting bar 14 for connecting the left and right links and fixing the lower leg brace 16 to the lower leg.

下腿装具１６は、膝ジョイント１３によって上腿装具１２に対して揺動可能に連結されている。膝ジョイント１３は、ユーザの膝の外側に位置するモータ付ジョイント１３ａと、ユーザの膝の内側に位置するサブジョイント１３ｂで構成されている。モータ付ジョイント１３ａとサブジョイント１３ｂはユーザの膝関節のピッチ軸と同軸に位置する。ジョイント１３ａのモータを駆動することによって、ユーザの膝関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。 The lower leg brace 16 is connected to the upper leg brace 12 by a knee joint 13 so as to be swingable. The knee joint 13 includes a motor-equipped joint 13a located outside the user's knee and a sub-joint 13b located inside the user's knee. The motor-equipped joint 13a and the sub-joint 13b are positioned coaxially with the pitch axis of the user's knee joint. By driving the motor of the joint 13a, torque is applied to the user's knee joint to assist the walking motion.

足装具は、ユーザＨの足に固定される。足装具１００は、足首ジョイント１７によって下腿装具１６に対して揺動可能に連結されている。より詳しくは、足装具１００は、足首ジョイント１７から伸びているステー１８に連結されており、足首ジョイント１７の回転によって下腿装具１６に対して揺動する。足首ジョイント１７は、ユーザの足首の外側に位置するモータ付ジョイント１７ａと、ユーザの足首の内側に位置するサブジョイント１７ｂで構成されている。モータ付ジョイント１７ａとサブジョイント１７ｂはユーザの足首のピッチ軸と同軸に位置する。ジョイント１３ａのモータを駆動することによって、ユーザの足首関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。 The foot orthosis is fixed to the foot of the user H. The foot orthosis 100 is slidably connected to the crus orthosis 16 by an ankle joint 17. More specifically, the foot orthosis 100 is connected to a stay 18 extending from the ankle joint 17, and swings with respect to the crus orthosis 16 by the rotation of the ankle joint 17. The ankle joint 17 includes a motor-equipped joint 17a located outside the user's ankle and a sub-joint 17b located inside the user's ankle. The motor-equipped joint 17a and the sub-joint 17b are positioned coaxially with the pitch axis of the user's ankle. By driving the motor of the joint 13a, torque is applied to the user's ankle joint to assist the walking motion.

脚装具１０は、モータ付ジョイント１３ａによって下腿装具１６をピッチ軸周りに揺動させることができ、モータ付ジョイント１７ａによって足装具１００をピッチ軸周りに揺動させることができる。モータはコントローラ１１によって制御される。コントローラ１１は、膝ジョイント１３、足首ジョイント１７に取り付けられたエンコーダ（不図示）と足装具１００に取り付けられた荷重センサの検出に基づいて、ユーザＨの歩行動作を補助するように各モータを駆動する。荷重センサについては後述する。歩行補助のための制御についての説明は省略する。 The leg brace 10 can swing the lower leg brace 16 around the pitch axis by the motor-equipped joint 13a, and can swing the leg brace 100 around the pitch axis by the motor-equipped joint 17a. The motor is controlled by the controller 11. The controller 11 drives each motor to assist the walking motion of the user H based on detection of an encoder (not shown) attached to the knee joint 13 and the ankle joint 17 and a load sensor attached to the foot orthosis 100. To do. The load sensor will be described later. A description of the control for walking assistance is omitted.

脚装具１０では、下腿装具１６がユーザＨの下腿に固定され、足装具１００がユーザＨの足に固定される。ユーザの足の揺動方向と足装具１００の揺動方向がずれていると脚装具１０はユーザに違和感を与えてしまう。脚装具１０の足装具１００は、足首ジョイント１７に対する取り付け位置を容易に調整できる位置調整機構を有している。足装具１００の取り付け位置を調整することによって、ユーザに与える違和感を抑制することができる。 In the leg brace 10, the lower leg brace 16 is fixed to the lower leg of the user H, and the leg brace 100 is fixed to the leg of the user H. If the swinging direction of the user's foot and the swinging direction of the foot brace 100 are deviated, the leg brace 10 will give the user a sense of discomfort. The foot orthosis 100 of the leg orthosis 10 has a position adjustment mechanism that can easily adjust the attachment position with respect to the ankle joint 17. By adjusting the mounting position of the foot orthosis 100, it is possible to suppress a sense of discomfort given to the user.

足装具１００の構造を詳しく説明する。図２は、足装具１００の模式的斜視図であり、図３は足装具１００の分解図である。足装具１００は、ユーザの足に固定する足底ユニット４０と、足首ジョイント１７と足底ユニット４０を連結する位置調整機構４２を備えている。位置調整機構４２は、足首ジョイント１７に対する足底ユニット４０の取り付け位置を調整することができる。より詳しくは、位置調整機構４２は、足のヨー軸に交差する面内で足底ユニットの取り付け位置を調整することができる。 The structure of the foot orthosis 100 will be described in detail. FIG. 2 is a schematic perspective view of the foot orthosis 100, and FIG. 3 is an exploded view of the foot orthosis 100. The foot orthosis 100 includes a sole unit 40 that is fixed to a user's foot, and a position adjustment mechanism 42 that connects the ankle joint 17 and the sole unit 40. The position adjustment mechanism 42 can adjust the attachment position of the sole unit 40 with respect to the ankle joint 17. More specifically, the position adjusting mechanism 42 can adjust the mounting position of the sole unit in a plane that intersects the yaw axis of the foot.

位置調整機構４２は、第１プレート２５と第２プレート２４を有する。位置調整機構４２は、足底ユニット４０の前後方向の略中央に設けられた空間Ｓを通じて足底ユニット４０をピッチ軸方向に貫通している。 The position adjustment mechanism 42 includes a first plate 25 and a second plate 24. The position adjustment mechanism 42 penetrates the sole unit 40 in the pitch axis direction through a space S provided in the approximate center of the sole unit 40 in the front-rear direction.

第１プレート２５の両端には端部孔２５ａが設けられている。端部孔２５ａにステー１８（図１参照）が固定される。別言すると、第１プレート２５の両端が足首ジョイント１７から伸びているステー１８に連結される。さらに詳しく説明すると、下腿装具１６は、下腿のピッチ軸方向の両側に配置されたリンク１５ａ、１５ｂを有しており、足装具１００の第１プレート２５の両端が、足首ジョイント１７を介してそれぞれリンク１５ａ、１５ｂに連結されている。 End holes 25 a are provided at both ends of the first plate 25. The stay 18 (see FIG. 1) is fixed to the end hole 25a. In other words, both ends of the first plate 25 are connected to the stay 18 extending from the ankle joint 17. More specifically, the lower leg device 16 has links 15a and 15b arranged on both sides of the lower leg in the pitch axis direction, and both ends of the first plate 25 of the foot device 100 are respectively connected via the ankle joints 17. It is connected to links 15a and 15b.

第１プレート２５には、足底ユニットのピッチ軸方向に伸びる第２長孔２５ｂが設けられている。第２プレート２４の端部には孔２４ｂが設けられている。第１プレート２５の第２長孔２５ｂと第２プレートの孔２４ｂをボルト２６が通じており、そのボルト２６によって第１プレート２５と第２プレート２４が締結される。 The first plate 25 is provided with a second long hole 25b extending in the pitch axis direction of the sole unit. A hole 24 b is provided at the end of the second plate 24. A bolt 26 passes through the second long hole 25 b of the first plate 25 and the hole 24 b of the second plate, and the first plate 25 and the second plate 24 are fastened by the bolt 26.

足底ユニット４０は、ラバープレート２１、クランププレート２２、上ソールプレート２３、ラバー枠３２、下ソールプレート３３、及びソール２７を有する。上ソールプレート２３と下ソールプレート３３は例えばＣＦＲＰなどの硬質素材で形成されている。上ソールプレート２３と下ソールプレート３３の間に、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃが配置されている。荷重センサ３１ａと３１ｂはつま先側に配置されており、荷重センサ３１ｃは踵側に配置されている。ラバー枠３２は、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃを囲むように配置されている。ラバー枠３２は非常に柔らかい。そのため、ユーザの足が足底ユニット４０の上に載ると、ラバー枠３２が縮み、上ソールプレート２３の下面が３個の荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃに当接する。即ち、足装具１００を装着したユーザの荷重（自重）が上ソールプレート２３全体を押し下げ、これによってユーザの荷重が荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃによって計測される。 The sole unit 40 includes a rubber plate 21, a clamp plate 22, an upper sole plate 23, a rubber frame 32, a lower sole plate 33, and a sole 27. The upper sole plate 23 and the lower sole plate 33 are made of a hard material such as CFRP, for example. Load sensors 31a, 31b, and 31c are arranged between the upper sole plate 23 and the lower sole plate 33. The load sensors 31a and 31b are disposed on the toe side, and the load sensor 31c is disposed on the heel side. The rubber frame 32 is disposed so as to surround the load sensors 31a, 31b, and 31c. The rubber frame 32 is very soft. Therefore, when the user's feet are placed on the sole unit 40, the rubber frame 32 contracts, and the lower surface of the upper sole plate 23 comes into contact with the three load sensors 31a, 31b, and 31c. That is, the load (self-weight) of the user wearing the foot brace 100 pushes down the entire upper sole plate 23, and the load of the user is measured by the load sensors 31a, 31b, and 31c.

第２プレート２４には、円弧状の第１長孔２４ｂが設けられている。第１長孔２４ｂの円弧は、ユーザ下腿の長手方向軸線Ｌをその中心に有する。第２プレート２４の第１長孔２４ｂをボルト２８が通じており、そのボルト２８によって第２プレート２４が上ソールプレート２３に締結される。より詳しくは、ボルト２８は、上ソールプレート２３の上側に配置されるクランププレート２２に締結される。ボルト２８とクランププレート２２によって、上ソールプレート２３と第２プレート２４が一緒にクランプされて相互に固定される。 The second plate 24 is provided with an arc-shaped first long hole 24b. The arc of the first long hole 24b has the longitudinal axis L of the user's lower leg at its center. A bolt 28 passes through the first long hole 24 b of the second plate 24, and the second plate 24 is fastened to the upper sole plate 23 by the bolt 28. More specifically, the bolt 28 is fastened to the clamp plate 22 disposed on the upper side of the upper sole plate 23. The upper sole plate 23 and the second plate 24 are clamped together and fixed to each other by the bolt 28 and the clamp plate 22.

第１長孔２４ｂの円弧は、下腿の長手方向軸線Ｌをその中心に有している。そのため、ボルト２８を緩めると、足底ユニット４０は、ユーザ下腿の長手方向軸線Ｌの周りに回転する。また、第１プレート２５と第２プレート２４を締結しているボルト２６を緩めると、足底ユニット４０をピッチ軸方向に移動させることができる。即ち、この足装具１００の位置調整機構４２は、足首ジョイント１７に対する足底ユニット４０の取り付け位置を足のヨー軸に交差する面内で調整することができる。 The arc of the first long hole 24b has the longitudinal axis L of the lower leg at its center. Therefore, when the bolt 28 is loosened, the sole unit 40 rotates around the longitudinal axis L of the user's lower leg. Further, when the bolt 26 that fastens the first plate 25 and the second plate 24 is loosened, the sole unit 40 can be moved in the pitch axis direction. That is, the position adjustment mechanism 42 of the foot orthosis 100 can adjust the attachment position of the sole unit 40 with respect to the ankle joint 17 in a plane that intersects the yaw axis of the foot.

また、位置調整機構４２は、上ソールプレート２３に固定されている。そのため、ユーザの荷重（自重）のうち、下腿装具１６と足首ジョイント１７を介して足装具１００に伝わる荷重成分も上ソールプレート２３を押し下げる。即ち、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃは、下腿装具１６を通じて足装具１００に伝わる荷重成分を含めた全荷重を検出することができる。 The position adjustment mechanism 42 is fixed to the upper sole plate 23. Therefore, a load component transmitted to the foot orthosis 100 through the lower leg orthosis 16 and the ankle joint 17 among the user's load (self-weight) also pushes down the upper sole plate 23. That is, the load sensors 31a, 31b, and 31c can detect the total load including the load component transmitted to the foot orthosis 100 through the lower leg orthosis 16.

第１実施例の位置調整機構４２は、第１プレート２５と第２プレート２４で構成されている。位置調整機構４２は、これら２個のプレートに代えて、図４に示す１枚の複合プレート１２５によって構成することも好ましい。図２に示す第１プレート２５と第２プレート２４に代えて複合プレート１２５を採用すると、足装具１００に組み込まれた複合プレート１２５は、足底ユニット４０をピッチ軸方向に貫通しており、両端部が足首ジョイント１７に連結されるとともに足底ユニット４０に連結される。複合プレート１２５は、下腿の長手方向軸線Ｌを中心とする円弧状の第１長孔１２５ｂを有しており、第１長孔１２５ｂを通して足底ユニット４０にボルト締めされる。複合プレート１２５はまた、足底ユニット４０のピッチ軸方向に伸びる第２長孔１２５ａを有している。この第２長孔１２５ａを通して足首ジョイント１７から伸びるステー１８がボルト締めされる。第１長孔１２５ｂによって足底ユニット４０のヨー軸周りの角度を調整することができ、第２長孔１２５ａによって足底ユニット４０のピッチ軸方向の位置を調整することができる。 The position adjustment mechanism 42 of the first embodiment is composed of a first plate 25 and a second plate 24. The position adjusting mechanism 42 is preferably constituted by a single composite plate 125 shown in FIG. 4 in place of these two plates. When the composite plate 125 is adopted instead of the first plate 25 and the second plate 24 shown in FIG. 2, the composite plate 125 incorporated in the foot orthosis 100 penetrates the sole unit 40 in the pitch axis direction, The part is connected to the ankle joint 17 and to the sole unit 40. The composite plate 125 has an arc-shaped first elongated hole 125b centered on the longitudinal axis L of the lower leg, and is bolted to the sole unit 40 through the first elongated hole 125b. The composite plate 125 also has a second elongated hole 125 a extending in the pitch axis direction of the sole unit 40. The stay 18 extending from the ankle joint 17 through the second long hole 125a is bolted. The angle around the yaw axis of the sole unit 40 can be adjusted by the first elongated hole 125b, and the position of the sole unit 40 in the pitch axis direction can be adjusted by the second elongated hole 125a.

なお、図１〜図３では図示を省略しているが、ラバープレート２１の上面に、第２実施例で説明する靴５１が面ファスナにて固定される。靴５１を介して足底ユニット４０がユーザの足に固定される。 Although not shown in FIGS. 1 to 3, a shoe 51 described in the second embodiment is fixed to the upper surface of the rubber plate 21 with a hook-and-loop fastener. The sole unit 40 is fixed to the user's foot through the shoe 51.

図５と図６を参照して第２実施例の足装具２００を説明する。図５は、第２実施例の足装具２００の分解図である。図６は、足装具２００の平面図である。足装具２００は、足装具１００の代わりに第１実施例の下腿装具１６に取り付けられる。 A foot orthosis 200 according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 5 and 6. FIG. 5 is an exploded view of the foot orthosis 200 of the second embodiment. FIG. 6 is a plan view of the foot orthosis 200. The foot brace 200 is attached to the lower leg brace 16 of the first embodiment instead of the foot brace 100.

足装具２００の位置調整機構１４２は、メインフレーム５６とクランプフレーム５４を有する。メインフレーム５６は、足底ユニット１４０をピッチ軸横方向に貫通しており両端部が足首ジョイント１７に連結される。クランプフレーム５４は、メインフレーム５６との間で足底ユニット１４０の一部をクランプする。 The position adjustment mechanism 142 of the foot orthosis 200 includes a main frame 56 and a clamp frame 54. The main frame 56 passes through the sole unit 140 in the lateral direction of the pitch axis, and both ends are connected to the ankle joint 17. The clamp frame 54 clamps a part of the sole unit 140 between the main frame 56.

足底ユニット１４０は、靴５１、ラバープレート５２、上ソールプレート５５、ラバー枠３２、下ソールプレート３３、及びソール２７を有する。上ソールプレート５５は、金属製である。下ソールプレート３３は例えばＣＦＲＰなどの硬質素材で作られている。ソール２７は硬質ラバーで作られている。上ソールプレート５５と下ソールプレート３３の間に、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃが配置されている。荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃ、ラバー枠３２、下ソールプレート３３、及びソール２７の構造は第１実施例の足底ユニット４０と同じであるので説明は省略する。 The sole unit 140 includes a shoe 51, a rubber plate 52, an upper sole plate 55, a rubber frame 32, a lower sole plate 33, and a sole 27. The upper sole plate 55 is made of metal. The lower sole plate 33 is made of a hard material such as CFRP, for example. The sole 27 is made of hard rubber. Load sensors 31a, 31b, and 31c are arranged between the upper sole plate 55 and the lower sole plate 33. Since the structures of the load sensors 31a, 31b, and 31c, the rubber frame 32, the lower sole plate 33, and the sole 27 are the same as those of the sole unit 40 of the first embodiment, the description thereof is omitted.

メインフレーム５６の両端に孔５６ａが設けられており、この孔を通じて足首ジョイント１７から伸びるステー１８が固定される。メインフレーム５６には他の孔５６ｂが設けられており、この孔にボルト５３が締結される。メインフレーム５６とクランプフレーム５４の間に上ソールプレート５５が挟み込まれ、それらをボルト５３が締結する。別言すると、足底ユニット１４０は、踵側とつま先側の夫々に位置する３個の荷重センサ３１ａ、３１ｂ、及び３１ｃを上下から挟み込む上ソールプレート５５と下ソールプレート３３を有しており、上ソールプレート５５がメインフレーム５６とクランプフレーム５４の間でクランプされている。 Holes 56a are provided at both ends of the main frame 56, and the stay 18 extending from the ankle joint 17 is fixed through the holes. The main frame 56 is provided with another hole 56b, and the bolt 53 is fastened to this hole. The upper sole plate 55 is sandwiched between the main frame 56 and the clamp frame 54, and the bolts 53 are fastened to them. In other words, the sole unit 140 has an upper sole plate 55 and a lower sole plate 33 that sandwich three load sensors 31a, 31b, and 31c located on the heel side and the toe side from above and below, The upper sole plate 55 is clamped between the main frame 56 and the clamp frame 54.

ボルト５３を緩めることによって、図６の矢印Ａと矢印Ｂが示すように、足底ユニット１４０は、足のヨー軸に直交する面内で回転と移動が可能となる。即ち、メインフレーム５６とクランプフレーム５４が、足首ジョイント１７に対する足底ユニット１４０の位置を調整するための位置調整機構１４２を構成する。この足装具２００は、ボルト５３を緩めることによって足底ユニット１４０のヨー軸交差面内での角度と位置を同時に調整することができる。即ち、この足装具２００は、位置調整が非常にし易い。 By loosening the bolt 53, the sole unit 140 can rotate and move in a plane perpendicular to the yaw axis of the foot, as indicated by arrows A and B in FIG. That is, the main frame 56 and the clamp frame 54 constitute a position adjusting mechanism 142 for adjusting the position of the sole unit 140 with respect to the ankle joint 17. The foot orthosis 200 can simultaneously adjust the angle and position of the sole unit 140 in the plane intersecting the yaw axis by loosening the bolt 53. That is, the foot orthosis 200 is very easy to adjust the position.

ラバープレート５２は、上ソールプレート５５の上面に面ファスナによって取り付けられる。ラバープレート５２の上面に靴５１が面ファスナによって取り付けられる。 The rubber plate 52 is attached to the upper surface of the upper sole plate 55 by a surface fastener. A shoe 51 is attached to the upper surface of the rubber plate 52 by a hook-and-loop fastener.

次に、第３実施例の足装具３００を説明する。図７に、足装具３００の模式的分解斜視図を示す。足装具３００は、足装具１００の代わりに第１実施例の下腿装具１６に取り付けられる。足装具３００の足底ユニット２４０は、靴５１、ラバープレート５２、上ソールプレート２３、ラバー枠３２、下ソールプレート３３、ソール２７、及び、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃを有する。上ソールプレート２３、下ソールプレート３３、ラバー枠３２、ソール２７、及び、荷重センサ３１ａ、３１ｂ、３１ｃについては第１実施例の足底ユニット４０と同様であるので説明は省略する。 Next, the foot orthosis 300 of 3rd Example is demonstrated. FIG. 7 is a schematic exploded perspective view of the foot orthosis 300. The foot brace 300 is attached to the lower leg brace 16 of the first embodiment instead of the foot brace 100. The sole unit 240 of the foot orthosis 300 includes a shoe 51, a rubber plate 52, an upper sole plate 23, a rubber frame 32, a lower sole plate 33, a sole 27, and load sensors 31a, 31b, and 31c. Since the upper sole plate 23, the lower sole plate 33, the rubber frame 32, the sole 27, and the load sensors 31a, 31b, and 31c are the same as those of the sole unit 40 of the first embodiment, the description thereof is omitted.

足装具３００はまた、メインフレーム２４２を備える。このメインフレーム２４２は足装具３００の位置調整機構に相当する。足底ユニット２４０は、メインフレーム２４２によって足首ジョイント１７に連結される。メインフレーム２４２は、足底ユニットの長手方向（前後方向）に伸びる支持プレート２５５と、リブ２５６を有する。支持プレート２５５の上面と下面には面ファスナが設けられている。リブ２５６は、支持プレート２５５から足底ユニットのピッチ軸方向に伸びている。リブ２５６は、足底ユニット２４０からそのピッチ軸方向両側に突出しており、その端部に孔２５６ａが設けられている。孔２５６ａを介して、足首ジョイント１７から伸びるステー１８（図１参照）にメインフレーム２４２が連結される。 The foot orthosis 300 also includes a main frame 242. The main frame 242 corresponds to a position adjustment mechanism for the foot orthosis 300. The sole unit 240 is connected to the ankle joint 17 by the main frame 242. The main frame 242 includes a support plate 255 that extends in the longitudinal direction (front-rear direction) of the sole unit, and a rib 256. Surface fasteners are provided on the upper and lower surfaces of the support plate 255. The ribs 256 extend from the support plate 255 in the pitch axis direction of the sole unit. The rib 256 protrudes from the sole unit 240 to both sides in the pitch axis direction, and a hole 256a is provided at an end thereof. The main frame 242 is connected to the stay 18 (see FIG. 1) extending from the ankle joint 17 through the hole 256a.

上ソールプレート２３（足底ユニット１４０）は、支持プレート２５５の下面の面ファスナによってメインフレーム２４２の下面に固定される。支持プレート２５５の上面の面ファスナによって、メインフレーム２４２の上側にラバープレート５２が固定される。ラバープレート５２にさらに上面に、面ファスナによって靴５１が固定される。 The upper sole plate 23 (sole unit 140) is fixed to the lower surface of the main frame 242 by a surface fastener on the lower surface of the support plate 255. The rubber plate 52 is fixed to the upper side of the main frame 242 by surface fasteners on the upper surface of the support plate 255. A shoe 51 is fixed to the rubber plate 52 on the upper surface by a hook-and-loop fastener.

支持プレート２５５の先端は、つま先側の荷重センサ３１ａ、３１ｂよりもつま先側にまで伸びている。また支持プレート２５５の後端は、踵側荷重センサ３１ｃよりも後方にまで伸びている。支持プレート２５５は金属製であり、ユーザの荷重を受けてもほとんど変形しない。ユーザの荷重は支持プレート２５５を介して荷重センサに伝えられるので、上記の足装具３００は荷重を正確に計測することができる。 The tip of the support plate 255 extends to the toe side from the load sensors 31a and 31b on the toe side. The rear end of the support plate 255 extends further to the rear than the heel side load sensor 31c. The support plate 255 is made of metal and hardly deforms even when it receives a user's load. Since the user's load is transmitted to the load sensor via the support plate 255, the above-mentioned foot brace 300 can accurately measure the load.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

１０：脚装具
１１：コントローラ
１２：上腿装具
１３：膝ジョイント
１４：連結バー
１６：下腿装具
１７：足首ジョイント
２１：ラバープレート
２２：クランププレート
２３、５５：上ソールプレート
２４：第２プレート
２５：第１プレート
２７：ソール
３１ａ、３１ｂ、３１ｃ：荷重センサ
３２：ラバー枠
３３：下ソールプレート
４０、１４０、２４０：足底ユニット
４２、１４２：位置調整機構
５１：靴
５２：ラバープレート
５４：クランプフレーム
５６：メインフレーム
１００、２００、３００：足装具
２４２：メインフレーム（位置調整機構）
２５５：支持プレート
２５６：リブ 10: Leg brace 11: Controller 12: Upper leg brace 13: Knee joint 14: Connection bar 16: Lower leg brace 17: Ankle joint 21: Rubber plate 22: Clamp plate 23, 55: Upper sole plate 24: Second plate 25: First plate 27: soles 31a, 31b, 31c: load sensor 32: rubber frame 33: lower sole plate 40, 140, 240: sole unit 42, 142: position adjusting mechanism 51: shoe 52: rubber plate 54: clamp frame 56: Main frame 100, 200, 300: Foot orthosis 242: Main frame (position adjustment mechanism)
255: Support plate 256: Rib

Claims

A lower leg brace fixed to the user's lower leg;
A foot brace fixed to the user's foot;
An ankle joint for connecting the ankle orthosis to the lower leg orthosis so as to be swingable about the pitch axis of the user's ankle,
The foot orthosis has a sole unit having a load sensor and a position adjustment mechanism capable of adjusting a mounting position of the sole unit with respect to the ankle joint in a plane intersecting the yaw axis of the foot. Leg orthosis.

The position adjustment mechanism is
A first plate penetrating the sole unit in the pitch axis direction and having both ends connected to the ankle joint;
A second plate fixed to the first plate and fixed to the sole unit, the mounting position in the pitch axis direction with respect to the first plate is adjustable, and the mounting position around the yaw axis of the foot with respect to the sole unit The leg brace according to claim 1, further comprising an adjustable second plate.

The leg according to claim 2, wherein the sole unit includes an upper sole plate and a lower sole plate that sandwich at least two load sensors disposed on the heel side and the toe side from above and below, respectively. Brace.

The leg orthosis according to claim 3, wherein the second plate is fixed to the upper sole plate.

The second plate has an arc-shaped first elongated hole centered on the longitudinal axis of the lower leg, and is bolted to the sole unit through the first elongated hole. The leg orthosis according to any one of 4.

The first plate has a second long hole extending in the pitch axis direction of the sole unit, and the second plate is bolted to the first plate through the second long hole. The leg brace according to any one of 1 to 5.

The position adjusting mechanism is
A main frame penetrating the sole unit in the pitch axis direction and having both ends connected to the ankle joint;
The leg orthosis according to claim 1, further comprising a clamp frame that clamps a part of the sole unit between the main frame and the main frame.

The sole unit has an upper sole plate and a lower sole plate for sandwiching at least two load sensors arranged on the heel side and the toe side from above and below, and the upper sole plate is located between the main frame and the clamp frame. The leg orthosis according to claim 7, wherein the leg orthosis is clamped by a clamp.

The leg orthosis according to claim 7 or 8, wherein a shoe is attached to the upper surface of the sole unit with a hook-and-loop fastener.

The position adjusting mechanism is
Has upper and lower surface fasteners and has a support plate extending in the longitudinal direction of the sole unit, and extends from the support plate in the pitch axis direction of the sole unit, and both ends are connected to the ankle joint A main frame having a rib to be
The sole unit is attached to the lower side of the main frame by the surface fastener on the lower surface of the support plate,
The leg orthosis according to claim 1, wherein the shoe is attached to the upper side of the main frame by a surface fastener on the upper surface of the support plate.

The front end of the support plate extends to the front of the toe side load sensor in the sole unit, and the rear end of the support plate extends to the back of the heel side load sensor. Leg orthosis as described in 1.