JP5316994B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は歩行補助装置に係り、更に詳しくは、高齢者や片麻痺患者等の歩行機能が低下した使用者が安定した歩行を行うことができるように、当該使用者の歩行を補助する歩行補助装置に関する。

高齢者や片麻痺患者等の歩行機能が低下した使用者の歩行を補助する装置として、吊り下げ型の体重免荷装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この体重免荷装置にあっては、使用者の身体を上方から吊り下げることで、使用者の体重を上方から支える構造となっているため、装置全体の高さを人間の身長よりも高く設定しなければならない等、装置全体の大型化を招来するという問題がある。また、前記体重免荷装置では、上方から吊り下げられたハーネスと呼ばれる装着具を使用者に装着しなければならないため、自由な動きに制約のある片麻痺患者等の使用者自らがハーネスを装着するのは難しいという問題もある。

ところで、特許文献２には、サドル型の体重免荷装置となる歩行補助装置が開示されている。この歩行補助装置は、使用者が跨ぐようにして着座する着座部材と、着座部材に連結した脚リンクと、当該脚リンクの下端側に連なり、使用者の足に装着される左右一対の靴型の接地部材と、前記着座部材を押し上げる方向に前記脚リンクを駆動可能な駆動源とを備えている。使用者は、着座部材に着座した状態で、接地部材の中に両足を入れて歩行動作を行うと、使用者の体重の一部が脚リンクで支えられながら着座部材が押し上げられることで、使用者に免荷力が付与され、脚力の低下した使用者の歩行支援が可能となる。

特開２００２−３５０６５号公報 特開２００９−１９５号公報

しかしながら、前記歩行補助装置にあっては、脚リンクに連なる接地部材を使用者の足に装着しなければならず、当該装着が面倒であるばかりか、歩行動作時に、使用者の股間に脚リンクが常時存在することになるため、自然な歩行感覚が得られないという不都合がある。また、高齢者、片麻痺患者、骨折患者等の歩行機能が低下した使用者は、歩行時に左右方向の安定性を損ない易いことから、前記免荷力の他に左右方向への適切な介助力を与える必要がある。しかしながら、前記歩行補助装置は、使用者に前記介助力を付与するものでないため、歩行安定性の劣る使用者には適用できないという不都合もある。更に、使用者が腰を振って歩行する際に、着座部材が使用者の腰の動きに連動しないため、使用者は、着座部材から抵抗を受けて自然な歩行感覚を得られないという不都合もある。

本発明は、このような不都合に着目して案出されたものであり、その目的は、面倒な装着作業が不要であり、且つ、上下方向の免荷力と左右方向の介助力を使用者に適宜付与しながら、使用者が自然な歩行感覚で歩行できるように使用者の歩行を補助する歩行補助装置を提供することにある。

（１）前記目的を達成するため、本発明は、使用者を上方から吊り下げずに左右方向の介助力と上下方向の免荷力を前記使用者に付与することで、当該使用者の歩行動作を補助する歩行補助装置であって、
前記介助力及び前記免荷力を前記使用者に付与可能に動作する介助用動作ユニットと、当該介助用動作ユニットの動作を制御する制御装置とを備え、
前記介助用動作ユニットは、前記使用者の身体の一部を支持する身体支持手段と、前記介助力を付与するように前記身体支持手段を動作させる介助力付与手段と、前記免荷力を付与するように前記身体支持手段を動作させる免荷力付与手段とを備え、
前記身体支持手段は、前記使用者の臀部付近を支持する着座部材と、当該着座部材と一体的に動作するとともに、前記使用者の腰部の左右両側に接触若しくは近接するように配置される骨盤支持部材とを備え、
前記着座部材及び前記骨盤支持部材は、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の骨盤の回転中心付近で交わる直交３軸回りに回転可能に設けられ、
前記介助力付与手段は、前記制御装置の制御により、前記着座部材及び前記骨盤支持部材を左右方向に移動させることで前記介助力を前記使用者に付与する、という構成を採っている。

（２）また、前記介助力付与手段は、前記身体支持手段を左右方向に移動させる左右移動機構と、前記身体支持手段の左右方向の移動状態を検出する左右移動センサとを備え、
前記免荷力付与手段は、前記身体支持手段を上下方向に移動させる上下移動機構と、前記使用者の体重により前記身体支持手段に作用する外力の大きさを検出する上下力センサとを備え、
前記制御装置は、前記介助力付与手段の動作を制御する介助力制御手段と、前記免荷力付与手段の動作を制御する免荷力制御手段とを含み、
前記介助力制御手段では、前記左右移動センサの検出値に応じて前記左右移動機構の動作を制御し、
前記免荷力制御手段では、前記上下力センサにより検出された外力の大きさに応じて、所望の免荷力が得られるように前記上下移動機構の動作を制御する、という構成を採ることが好ましい。

（３）更に、前記左右移動センサは、前記身体支持手段の左右方向の移動量を測定する左右移動量検出センサを備え、
前記介助力制御手段では、前記左右移動量検出センサで測定された前記移動量が所定の閾値を超えると、前記閾値を超える前までの移動方向と反対の方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御する、という構成を採ることが好ましい。

（４）また、前記左右移動センサは、前記身体支持手段に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きを測定する左右力センサを更に備え、
前記介助力制御手段では、前記身体支持手段の左右方向の移動量が所定の閾値以下のときに、前記左右力センサにより測定された外力の大きさに応じて当該外力の作用方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御する、という構成を採ることが好ましい。

（５）また、前記左右移動センサは、前記身体支持手段に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きを測定する左右力センサを備え、
前記介助力制御手段では、前記左右力センサにより測定された外力の大きさに応じて当該外力の作用方向と反対方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御する、という構成を採用することもできる。

（６）また、前記介助用動作ユニットは、前記使用者の身体を捩る方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段を更に備え、
前記制御装置は、前記回転手段の回転を制御することで前記使用者の歩行時の骨盤動作を促進する歩行促進制御手段を更に含む、という構成をも併せて採用することができる。

（７）更に、前記介助用動作ユニットは、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の身体の捩り方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段と、前記捩り方向における前記身体支持手段の回転量を測定する捩り回転センサとを更に備え、
前記制御装置は、前記捩り回転センサの測定値から前記使用者の歩行状態を検出する歩行状態検出手段を更に備え、
前記免荷力制御手段では、前記歩行状態検出手段で検出された前記歩行状態に基づき、前記使用者の片脚が立脚状態にあるときに付与される前記免荷力の大きさが左右各脚で異なるように、前記上下移動機構の動作を制御する、という構成を採用することもできる。

（８）また、前記使用者の歩行に合わせて前記介助用動作ユニットを移動させる移動体を更に備え、
前記移動体は、前記介助用動作ユニットを移動可能に回転する左右両側の駆動輪と、当該左右両側の駆動輪を独立して駆動させる左右両側の駆動装置とを備え、
前記介助用動作ユニットは、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の身体の捩り方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段と、前記捩り方向における前記身体支持手段の回転量を測定する捩り回転センサとを更に備え、
前記制御装置は、前記捩り回転用センサで測定された前記回転量に応じて前記各駆動装置の駆動をそれぞれ制御する移動制御手段を備える、という構成をも併せて採用することができる。

なお、本明細書及び特許請求の範囲及びにおいて、特に明示しない限り、「免荷力」とは、使用者の体重によって脚にかかる荷重を軽減するために使用者に与えられる外力を意味し、「介助力」とは、使用者の歩行バランスを保つように使用者に与えられる外力を意味する。

なお、本明細書及び特許請求の範囲において、「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」は、特に明記しない限り、歩行補助装置を使用者が使用している際に、当該使用者及び歩行補助装置を正面から見たときにおける「左」、「右」、「前」、「後」、「上」、「下」を意味する。

前記（１）、（２）の構成によれば、介助用動作ユニットにより、上下方向の免荷力のみならず左右方向の介助力をも使用者に与えることができ、しかも、身体支持手段が、使用者の歩行動作を阻害せずに当該使用者の身体の一部を支持可能な構造になっているため、使用者は、前記免荷力と前記介助力が付与されながら、自然な歩行感覚で歩行することができる。また、装置の使用時には、使用者が着座部材に着座して骨盤支持部材を自身の腰回りに配置するだけで良く、従来の吊り上げ型の体重免荷装置のような面倒な装着作業を不要にできる。

前記（３）のように構成することで、使用者が、歩行動作時に左右何れか一方に傾いて転倒の虞がある場合に、当該転倒の虞を自動的に察知して、当該転倒方向と逆方向への介助力を使用者に与えることができ、左右方向の歩行安定性の劣る使用者にも適用可能となる。

前記（４）の構成によれば、使用者が、歩行動作時に左右方向に動いたときでも、転倒の虞がなければ、使用者の横方向の動きに対して身体支持手段を連動させることができる。従って、身体支持手段は、使用者の歩行時の腰の動きに応じてパッシブ（受動的）に、前記直交３軸回りの回転動作と左右方向の並進動作を行うことができ、使用者は、より自然な歩行動作を行うことができる。

前記（５）の構成によれば、使用者の左右方向における身体の傾き度合いに応じて、当該傾きをキャンセルする方向の介助力を大きくすることができ、歩行動作時における使用者の姿勢に応じた適切な介助力を使用者に与えることができる。

前記（６）の構成により、適切な歩行動作に必要となる骨盤の回転動作を使用者に促すことができる。

前記（７）の構成によれば、片麻痺状態や片足骨折状態等の使用者のように、両脚間で体重支持能力が異なる場合、体重支持能力の劣る側の脚に体重が掛かるときに、反対側の脚のときよりも免荷力を大きくすることができ、左右各脚の状態に合わせて適正な免荷力を使用者に付与させることができる。

前記（８）のように構成することにより、使用者の歩行移動に伴って、介助用動作ユニットが追従移動することになるため、トレッドミルを使ったその場での歩行に限らず、前記介助力及び前記免荷力を付与できる状態での歩行移動が可能になる。また、歩行時における使用者の腰の動きに基づいて使用者の歩行状態が検出され、当該歩行状態によって移動体の動作制御がなされるため、光学的な距離センサ及びその検出機構等の追従用の特別な装置や構造が不要となり、比較的簡単な構成で、介助用動作ユニットを使用者の歩行に追従させることができる。

本実施形態に係る歩行補助装置の概略斜視図。 前記歩行補助装置の上側部分の概略拡大斜視図。 介助力付与手段を含む一部分の概略拡大斜視図。 図３の概略縦断面図。 制御装置の機能を説明するためのブロック図。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１には、本実施形態に係る歩行補助装置の概略斜視図が示され、図２には、前記歩行補助装置の上側部分の概略拡大斜視図が示されている。これらの図において、前記歩行補助装置１０は、使用者Ｈに対して左右方向の介助力と上下方向の免荷力を付与可能に動作する介助用動作ユニット１１と、介助用動作ユニット１１を使用者Ｈの歩行に追従して移動させる移動体１２と、介助用動作ユニット１１及び移動体１２の動作を制御する制御装置１３とを備えて構成されている。

前記介助用動作ユニット１１は、使用時に使用者Ｈの後方に配置されるようになっており、使用者Ｈの腰部及び臀部に一部分が接触して所定の動作を行うアーム部１５と、当該アーム部１５を片持ち状に支持するアーム保持部１６とにより構成される。

前記アーム部１５は、使用者Ｈの骨盤における直交３軸回りの回転運動及び左右方向の揺動を規制しないように、４自由度で動作可能になっている。すなわち、アーム部１５は、使用者Ｈが自然な歩行動作を行えるように、使用者Ｈの腰部及び臀部に接触する部分が、直交３軸回りで回転可能、且つ、１方向（左右方向）に移動（並進）可能に設けられている。ここで、アーム部１５は、前記直交３軸が、使用者Ｈの骨盤の回転中心を想定した１点で交わるようになっており、骨盤の回転運動に対する追従性が確保されている。

具体的に、図２に示されるように、前記アーム部１５は、使用者Ｈの身体を支持する身体支持手段１８と、左右方向に延びるＸ軸回りに相対回転可能となるように身体支持手段１８に連結される連結手段１９と、前後方向に延びるＹ軸及び上下方向に延びるＺ軸それぞれの回りに連結手段１９を回転させる回転手段２１と、連結手段１９に連なって、使用者Ｈに左右方向に介助力を付与する介助力付与手段２５とを備えて構成されている。

前記身体支持手段１８は、使用者Ｈの腰回りに配置されて前方が開放する平面視ほぼコ字状の腰回りフレーム２８と、腰回りフレーム２８の前端側に連なる左右一対の骨盤支持部材３１，３１と、腰回りフレーム２８の後側に固定された着座部材３２とを備えて構成されている。

前記骨盤支持部材３１は、歩行補助装置１０の使用時（装置使用時）に、使用者Ｈの腰部の左右両側に接触若しくは近接するように配置されるとともに、腰回りフレーム２８に対する位置及び姿勢を使用者Ｈの体型に合わせて変えることが可能になっている。この骨盤支持部材３１は、歩行補助装置１０の使用前（装置使用前）に、腰回りフレーム２８の内側に使用者Ｈが入った状態（図１参照）で、当該使用者Ｈの腰部に対して適切な位置で固定され、その状態で歩行補助装置１０が使用される。

前記着座部材３２は、腰回りフレーム２８の内側の後側部分における左右ほぼ中央付近に固定されており、使用者Ｈの臀部を支持できる形状となっている。すなわち、着座部材３２は、使用者Ｈが腰掛けられる形状となっており、腰掛け部分の前後方向の長さ及び左右方向の幅は、装置使用時に使用者Ｈの自然な歩行動作を阻害しないようなサイズとなっている。

前記連結手段１９は、腰回りフレーム２８の前寄り部分の左右両側から外側に延びるフレーム連結軸３３，３３と、フレーム連結軸３３，３３を支持する支持部材３４，３４と、支持部材３４，３４に固定されるとともに、後方に向かって上向きに傾斜するサイドアーム３６，３６と、各サイドアーム３６，３６の後端側にそれぞれ連なる接続部材３８，３８と、各接続部材３８，３８の間に掛け渡される前後一対のリアアーム４０，４０とを備えて構成されている。

前記フレーム連結軸３３は、一端側が腰回りフレーム２８側に固定される一方、他端側が前記Ｘ軸回りに回転自在に支持部材３４に取り付けられている。これによって、腰回りフレーム２８は、フレーム連結軸３３に対してＸ軸回りに回転自在となり、使用者Ｈの歩行動作に合わせてパッシブ（受動的）にＸ軸回りに回転可能となる。

前記各リアアーム４０，４０は、左右方向に延びる角棒状をなしており、それらの左右両端側がアーム連結軸４１，４１で接続部材３８，３８に連結されている。アーム連結軸４１，４１は、接続部材３８，３８に対して軸線回りに回転可能に取り付けられ、これにより、各リアアーム４０，４０は、水平面にほぼ沿う方向に回転可能となる。従って、リアアーム４０，４０の左右両端側がそれぞれ一つの接続部材３８に回転可能に取り付けられているため、接続部材３８，３８及びリアアーム４０，４０は平行リンク構造となり、各リアアーム４０，４０は一体的に回転動作可能となる。

前記回転手段２１は、図３及び図４に示されるように、介助力付与手段２５側の前端側に固定された固定部材４３と、固定部材４３から後方に延び、固定部材４３に対して回転可能に取り付けられた揺動用回転軸４４と、揺動用回転軸４４に対して回転不能に固定され、固定部材４３に片持ち支持されているブロック状の揺動部材４５と、揺動部材４５の上面側に固定され、リアアーム４０，４０を囲むように配置された門状部材４６と、門状部材４６の内部で上下方向に延び、各リアアーム４０，４０を前記Ｚ軸回りに回転可能に支持する前後２本の捩り用回転軸４７，４７（図４参照）と、後側（図４中右側）の捩り用回転軸４７に連なって当該捩り用回転軸４７を回転させる捩り用モータ４８と、前側の捩り用回転軸４７の回転角度を測定するエンコーダからなる捩り回転センサ４９とを備えて構成されている。

以上の構成によれば、前記固定部材４３、揺動用回転軸４４、及び揺動部材４５により、ジンバル構造が構成され、揺動部材４５は、固定部材４３に対して前記Ｙ軸回りに揺動可能となる。従って、捩り用回転軸４７，４７を介して揺動部材４５に繋がっている各リアアーム４０，４０は、揺動部材４５に連動してＹ軸回りに揺動可能となる。その結果、リアアーム４０，４０を含む連結手段１９は身体支持手段１８に繋がっているため、当該身体支持手段１８は、パッシブ（受動的）状態で前記Ｙ軸回りに揺動可能になり、使用者Ｈの歩行動作に合わせて、使用者Ｈの体幹部分を中心に上下方向に揺動することになる。

前記捩り用モータ４８は、前記制御装置１３による制御により駆動する。ここで、捩り用モータ４８が回転駆動すると、当該回転方向に捩り用回転軸４７が回転し、これにより、後側のリアアーム４０が、捩り用回転軸４７を中心にして前記Ｚ軸回りに回転する。このとき、前述した構造上、前側のリアアーム４０も、後側のリアアーム４０に連動して、捩り用回転軸４７を中心に後側のリアアーム４０と同一方向に回転する。従って、捩り用モータ４８が駆動すると、各リアアーム４０，４０を含む連結手段１９に繋がっている身体支持手段１８は、制御装置１３の制御によってアクティブ（能動的）に、使用者Ｈの体幹部分を中心として使用者Ｈの身体を捩る方向（身体捩り方向）に回転可能となる。また、捩り用モータ４８の駆動が停止すると、身体支持手段１８は、パッシブ状態で身体捩り方向に回転自在となっている。なお、捩り用モータ４８を省略し、パッシブ状態のみで、身体支持手段１８を身体捩り方向に回転自在にしても良い。

前記介助力付与手段２５は、図３及び図４に示されるように、身体支持手段１８を左右方向に移動させる左右移動機構５１と、身体支持手段１８の左右方向の移動状態を検出する左右移動センサ５２とを備えて構成されている。

前記左右移動機構５１は、送りねじ構造が採用されており、前記アーム保持部１６側に固定された平板状のベース５５と、ベース５５の左右両端側で起立する起立部材５６，５６と、各起立部材５６，５６の間の前後２箇所に掛け渡された棒状の左右ガイド部材５８，５８と、左右ガイド部材５８，５８の延出方向（左右方向）に沿って摺動可能に各左右ガイド部材５８，５８に取り付けられた左右スライド部材５９と、各左右ガイド部材５８，５８の下方に配置され、各起立部材５６，５６間で回転可能に掛け渡された左右移動用ねじ軸６０と、制御装置１３の制御により駆動し、左右移動用ねじ軸６０を回転させる左右移動用モータ６２と、左右移動用ねじ軸６０に係り合うナットが取り付けられた左右移動部材６３とを備えている。

前記左右スライド部材５９は、その上面側に前記固定部材４３が固定されており、これによって、固定部材４３は、左右スライド部材５９に連動して左右方向に移動可能となる。

前記左右移動部材６３は、左右移動用ねじ軸６０の回転により当該左右移動用ねじ軸６０の延出方向（左右方向）に移動可能となっているとともに、左右スライド部材５９に連なっている。従って、左右移動部材６３が左右方向に移動すると、左右スライド部材５９も一体的に左右方向に移動する。

以上の左右移動機構５１は、次のように動作する。左右移動用モータ６２が回転駆動すると、当該回転方向に左右移動用ねじ軸６０が回転し、その回転方向に応じて左右移動部材６３が左右何れかの方向に移動し、これに伴って、左右移動部材６３に一体化されている左右スライド部材５９も左右ガイド部材５８，５８に沿って同一方向に移動する。従って、左右移動用モータ６２が駆動すると、左右スライド部材５９上に固定された回転手段２１が左右方向に移動し、連結手段１９を介して回転手段２１に繋がっている身体支持手段１８も左右方向に移動する。その結果、制御装置１３による後述の制御により、身体支持手段１８から使用者Ｈに対し、横方向（左右方向）の介助力が付与されることになる。

前記左右移動センサ５２は、左右移動用ねじ軸６０の回転量を測定するエンコーダからなる左右移動量検出センサ６４と、左右スライド部材５９と左右移動部材６３の間に配置され、左右スライド部材５９に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きを測定するロードセルからなる左右力センサ６５とを備えて構成されており、各センサ６４，６５からの電気信号は制御装置１３に伝送される。

前記左右移動量検出センサ６４では、左右移動用ねじ軸６０の回転量が測定されることで、左右移動部材６３から各部材を介して連なる身体支持手段１８の左右方向における移動量及び移動方向が検出可能になる。

前記左右力センサ６５では、左右スライド部材５９に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きが測定されることで、左右スライド部材５９から各部材を介して連なる身体支持手段１８に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きが検出可能になる。

前記アーム保持部１６は、図１及び図４に示されるように、前記制御装置１３に固定されて上下方向に延びる中空の支柱７０と、当該支柱７０の内部に設けられ、使用者Ｈに上下方向の免荷力を付与する免荷力付与手段７１とを備えて構成されている。

前記免荷力付与手段７１は、図４に示されるように、アーム部１５を上下方向に移動させる上下移動機構７２と、使用者Ｈの体重によりアーム部１５に作用する外力の大きさを測定するロードセルからなる上下力センサ７３とを備えている。

前記上下移動機構７２は、送りねじ構造が採用されており、支柱７０内で回転可能に上下方向に延びる上下移動用ねじ軸７４と、制御装置１３の制御により駆動して上下移動用ねじ軸７４を回転させる上下移動用モータ７５と、上下移動用ねじ軸７４に係り合うナットが取り付けられた上下移動部材７７と、支柱７０内の所定部位に上下両端側が固定されるとともに、上下方向に延びる一対の上下ガイド部材７８，７８と、上下ガイド部材７８，７８の延出方向に沿って摺動可能に各上下ガイド部材７８，７８に取り付けられた上下スライド部材７９と、前記アーム部１５側のベース５５と上下スライド部材７９とに固定されるとともに、アーム部１５全体を支持するアーム支持部材８２とを備えて構成されている。

前記上下移動部材７７は、上下移動用ねじ軸７４の回転により当該上下移動用ねじ軸７４の延出方向（上下方向）に移動可能となっている。また、上下移動部材７７は、上下力センサ７３を介して上下スライド部材７９に連なっており、これによって、上下移動部材７７が昇降すると、上下スライド部材７９も一体的に昇降する。

以上のように構成された上下移動機構７２は、次のように動作する。上下移動用モータ７５が回転駆動すると、当該回転方向に上下移動用ねじ軸７４が回転し、当該回転方向に応じて上下移動部材７７が上昇若しくは下降する。これにより、当該上下移動部材７７に一体化されている上下スライド部材７９も上下ガイド部材７８に沿って上昇若しくは下降する。従って、上下スライド部材７９には、アーム部１５を支持するアーム支持部材８２が固定されているため、上下移動用モータ７５が駆動すると、アーム部１５全体が上下方向に移動することになる。当該上下方向の移動は、後述するように制御装置１３で制御され、これによって、上下方向の免荷力が使用者Ｈに適正に付与される。

前記上下力センサ７３は、上下移動部材７７とその下方に配置された上下スライド部材７９の間に配置されており、使用者Ｈが着座部材３２に着座することで、当該使用者Ｈの体重による下向きの外力が着座部材３２に作用すると、当該外力が上下スライド部材７９に伝達され、着座部材３２に掛かる外力の大きさが測定可能となる。なお、上下力センサ７３からの電気信号も制御装置１３に伝送される。

前記移動体１２は、図１に示されるように、制御装置１３から前方に延びる左右一対のフレーム９０，９０と、各フレーム９０，９０の前側にそれぞれ回転可能に取り付けられ、介助用動作ユニット１１を移動可能に回転する左右の駆動輪９１，９１と、制御装置１３の制御によって左右の駆動輪９１，９１にそれぞれ駆動力を付与する左右の駆動装置としての追従用モータ９２，９２と、制御装置１３の下方に位置し、接地面に対して揺動しながら回転可能に設けられたキャスタ９３とを備えて構成されている。

前記制御装置１３は、図５に示されるように、前記介助力付与手段２５（図４等参照）の動作を制御する介助力制御手段９４と、使用者Ｈの歩行状態を検出する歩行状態検出手段９５と、前記免荷力付与手段７１（図４等参照）の動作を制御する免荷力制御手段９６と、回転手段２１（図４等参照）の回転動作を制御することで使用者Ｈの歩行時の骨盤動作を促進する歩行促進制御手段９８と、移動体１２の移動を制御する移動制御手段９９とを備えている。

前記介助力制御手段９４は、身体支持手段１８を強制的に左右方向に動かす強制動作モードによる制御と、使用者Ｈの歩行時の転倒を防止するために身体支持手段１８を左右方向に動かす転倒防止モードによる制御とがあり、これらモードは、使用者Ｈや介助者等によって予め選択される。

前記強制動作モードは、左右移動用モータ６２の回転方向を一定のタイミングで切り替えることで、身体支持手段１８を一定のリズムで左右方向に動かすようになっている。この強制動作モードは、歩行時における重心移動が困難な使用者Ｈに好適となり、当該使用者が、身体支持手段１８の動作に合わせて歩行することで、歩行時の適切な重心移動を訓練することが可能になる。

前記転倒防止モードでは次の制御がなされる。すなわち、左右移動用モータ７５の停止状態から、使用者Ｈの歩行時の重心移動によって身体支持手段１８が左右何れか一方向に押されると、そのときに身体支持手段１８に作用する外力の大きさと当該外力の方向が左右力センサ６５で検出される。そして、前記外力の作用する方向に身体支持手段１８が移動するように左右移動用モータ６２が回転する。ここで、前記外力が大きい程、身体支持手段１８の移動量が多くなるように左右移動用モータ６２の駆動が制御される。この際、身体支持手段１８の左右方向の移動量が左右移動量検出センサ６４で検出され、前記移動量が所定の閾値を超えた場合には、使用者Ｈが転倒する虞があると判断されて、前記閾値を超える前までの移動方向と逆方向に身体支持手段１８が所定量移動するように、左右移動用モータ６２の駆動が制御される。このとき、身体支持手段１８の移動量が大きくなる程、使用者Ｈに付与される前記逆方向への介助力が大きくなるように、左右移動用モータ６２のトルク制御を行っても良い。従って、この転倒防止モードによれば、使用者Ｈは、自然な歩行動作が身体支持手段１８により阻害されることなく歩行でき、しかも、左右移動量検出センサ６４の検出値により転倒の可能性があると判断されると、使用者Ｈに対し、転倒を阻止する介助力が与えられることになる。

なお、前記介助力制御手段９４では、前記強制動作モードによる制御と、前記転倒防止モードでの制御との何れか一方の制御のみを行うようにしても良い。

前記歩行状態検出手段９５では、捩り用モータ４８の駆動が停止した状態で、所定時間毎における捩り回転センサ４９の測定値から、当該各測定時における使用者Ｈの歩行状態が検出される。具体的に、先ず、捩り用モータ４８の駆動が停止しているときに、使用者Ｈの歩行動作によって骨盤が前記身体捩り方向に回転すると、当該回転に伴って、身体支持手段１８及び連結手段１９が一体的に前記Ｚ軸回りに回転する。このとき、身体支持手段１８及び連結手段１９の回転角度が捩り回転センサ４９により検出され、身体支持手段１８の回転方向及び回転量が特定されるとともに、前記回転角度から身体支持手段１８の回転角速度が算出される。そこで、身体支持手段１８の回転方向及び回転量から、予め記憶されたデータや数式等を用いることにより、使用者Ｈの左右どちらの脚が前方に踏み出した状態にあるかが検出され、それに基づき使用者Ｈの歩行周期（第１の歩行状態）が検出される。また、身体支持手段１８の回転角速度から、予め記憶されたデータや数式等を用いることにより、使用者Ｈの歩行速度（第２の歩行状態）が検出される。更に、身体支持手段１８の回転量が所定値以上になったときは、使用者Ｈの歩行時に方向転換がなされたと判断され、身体支持手段１８の回転方向及び回転量から、予め記憶されたデータや数式等を用いることにより、使用者Ｈの歩行時における進行方向及び方向転換角度（第３の歩行状態）が検出される。

前記免荷力制御手段７１では次の制御がなされる。先ず、装置使用前に、図示しないスイッチを操作することで、前記スイッチの操作に応じて着座部材３２が昇降するように上下移動用モータ７５の駆動が制御される。つまり、ここでは、使用者Ｈが起立した状態で、着座部材３２により使用者Ｈの臀部を支持できるように、着座部材３２の高さ調節がされる。次に、装置使用時において、予め指定された所望の免荷力が使用者Ｈに対して与えられるように、上下移動用モータ７５の駆動が制御される。すなわち、使用者Ｈの臀部が着座部材３２に支持されているときに、当該着座部材３２は、使用者Ｈの両脚以外で体重を支える部分となるため、着座部材３２に作用する下向きの外力の大きさが、使用者Ｈの両脚にかかる荷重負担を軽減する免荷力の大きさとなる。このため、上下力センサ７３で測定された外力の大きさが、予め指定された免荷力よりも小さい場合は、使用者Ｈの両脚にかかる荷重が過大であると判断され、着座部材３２が上昇するように上下移動モータ７５が駆動制御される。その一方、上下力センサ７３で測定された外力の大きさが、予め指定した免荷力よりも大きい場合は、使用者Ｈの両脚にかかる荷重が過小であると判断され、着座部材３２が下降するように上下移動用モータ７５が駆動制御される。そして、このような着座部材３２の昇降により、上下力センサ７３で測定された外力の大きさが、予め指定した免荷力に達すると、上下移動用モータ７５の駆動を停止し、着座部材３２の昇降が停止される。

また、前記免荷力制御手段７１では、歩行状態検出手段９５で検出された前記第１の歩行状態に応じ、免荷力の大きさが変わるように上下移動用モータ７５の駆動を制御することもできる。すなわち、片麻痺状態や片足骨折状態等の使用者Ｈのように、両脚間で体重支持能力が異なる場合、体重支持能力の劣る側の脚に体重がかかるときには、反対側の脚よりも免荷力が大きくなるように、上下移動用モータ７５の駆動が制御される。

前記歩行促進制御手段９８では、身体支持手段１８が周期的に前記Ｚ軸回りに揺動するように、捩り用モータ４８の駆動が制御され、これによって、使用者Ｈは、歩行時における骨盤の捩り動作が促進されることになる。

前記移動制御手段９９では、歩行状態検出手段９５で検出された前記第２及び第３の歩行状態に応じて、左右の追従モータ９２，９２の駆動が制御される。すなわち、歩行状態検出手段９５で使用者Ｈが直進状態であると検出された場合、検出された使用者Ｈの歩行速度とほぼ同一の速度で歩行補助装置１０が直進するように、左右の駆動輪９１，９１を同一速度で回転させる。一方、歩行状態検出手段９５で使用者Ｈが方向転換状態にあると検出された場合、検出された各歩行状態つまり使用者Ｈの歩行時における進行方向、方向転換角度、及び歩行速度から、予め記憶された所定の数式を用いて、使用者Ｈの歩行に追従して歩行補助装置１０が移動するように、左右の駆動輪９１，９１に速度差が付けられる。

従って、このような実施形態によれば、使用者Ｈは、使用に際して、着座部材３２に着座しながら、自身の腰部の側方に骨盤支持部材３１を配置すれば良いため、従来の吊り下げ式の体重免荷装置のように、装着具の面倒な装着作業を行わずに済むという効果を得る。

また、身体支持手段１８は、使用者Ｈの歩行動作に合わせて、使用者Ｈの歩行回転中心での直交３軸回りの回転と左右方向の並進とが可能になっており、しかも、アーム部１５により、左右方向の介助力及び上下方向の免荷力を使用者Ｈに付与可能になっている。従って、使用者Ｈが自然な歩行感覚で歩行しながら、当該使用者Ｈに適切な介助力と免荷力を与えることができる。

なお、前記実施形態においては、移動体１２により介助用動作ユニット１１が使用者Ｈの歩行に追従する構成を図示説明したが、本発明はこれに限らず、移動体１２を省略し、介助用動作ユニット１１を固定配置しても良い。この場合は、使用者Ｈがトレッドミル上で歩行訓練動作をする場合等において好適となり、介助用動作ユニット１１をトレッドミルの後方に配置することで、前述と同様の効果が得られる。

その他、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。

１０ 歩行補助装置
１１ 介助用動作ユニット
１２ 移動体
１３ 制御装置
１８ 身体支持手段
２１ 回転手段
２５ 介助力付与手段
３１ 骨盤支持部材
３２ 着座部材
４９ 捩り回転センサ
５１ 左右移動機構
５２ 左右移動センサ
６４ 左右移動量検出センサ
６５ 左右力センサ
７１ 免荷力付与手段
７２ 上下移動機構
７３ 上下力センサ
９１ 駆動輪
９２ 追従用モータ（駆動装置）
９４ 介助力制御手段
９５ 歩行状態検出手段
９６ 免荷力制御手段
９８ 歩行促進制御手段
９９ 移動制御手段
Ｈ 使用者

Claims (8)

1. 使用者を上方から吊り下げずに左右方向の介助力と上下方向の免荷力を前記使用者に付与することで、当該使用者の歩行動作を補助する歩行補助装置であって、
   前記介助力及び前記免荷力を前記使用者に付与可能に動作する介助用動作ユニットと、当該介助用動作ユニットの動作を制御する制御装置とを備え、
   前記介助用動作ユニットは、前記使用者の身体の一部を支持する身体支持手段と、前記介助力を付与するように前記身体支持手段を動作させる介助力付与手段と、前記免荷力を付与するように前記身体支持手段を動作させる免荷力付与手段とを備え、
   前記身体支持手段は、前記使用者の臀部付近を支持する着座部材と、当該着座部材と一体的に動作するとともに、前記使用者の腰部の左右両側に接触若しくは近接するように配置される骨盤支持部材とを備え、
   前記着座部材及び前記骨盤支持部材は、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の骨盤の回転中心付近で交わる直交３軸回りに回転可能に設けられ、
   前記介助力付与手段は、前記制御装置の制御により、前記着座部材及び前記骨盤支持部材を左右方向に移動させることで前記介助力を前記使用者に付与することを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記介助力付与手段は、前記身体支持手段を左右方向に移動させる左右移動機構と、前記身体支持手段の左右方向の移動状態を検出する左右移動センサとを備え、
   前記免荷力付与手段は、前記身体支持手段を上下方向に移動させる上下移動機構と、前記使用者の体重により前記身体支持手段に作用する外力の大きさを検出する上下力センサとを備え、
   前記制御装置は、前記介助力付与手段の動作を制御する介助力制御手段と、前記免荷力付与手段の動作を制御する免荷力制御手段とを含み、
   前記介助力制御手段では、前記左右移動センサの検出値に応じて前記左右移動機構の動作を制御し、
   前記免荷力制御手段では、前記上下力センサにより検出された外力の大きさに応じて、所望の免荷力が得られるように前記上下移動機構の動作を制御することを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
3. 前記左右移動センサは、前記身体支持手段の左右方向の移動量を測定する左右移動量検出センサを備え、
   前記介助力制御手段では、前記左右移動量検出センサで測定された前記移動量が所定の閾値を超えると、前記閾値を超える前までの移動方向と反対の方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御することを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
4. 前記左右移動センサは、前記身体支持手段に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きを測定する左右力センサを更に備え、
   前記介助力制御手段では、前記身体支持手段の左右方向の移動量が所定の閾値以下のときに、前記左右力センサにより測定された外力の大きさに応じて当該外力の作用方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御することを特徴とする請求項３記載の歩行補助装置。
5. 前記左右移動センサは、前記身体支持手段に作用する左右方向の外力の大きさ及び向きを測定する左右力センサを備え、
   前記介助力制御手段では、前記左右力センサにより測定された外力の大きさに応じて当該外力の作用方向と反対方向に前記身体支持手段が移動するように、前記左右移動機構の動作を制御することを特徴とする請求項２又は３記載の歩行補助装置。
6. 前記介助用動作ユニットは、前記使用者の身体を捩る方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段を更に備え、
   前記制御装置は、前記回転手段の回転を制御することで前記使用者の歩行時の骨盤動作を促進する歩行促進制御手段を更に含むことを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
7. 前記介助用動作ユニットは、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の身体の捩り方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段と、前記捩り方向における前記身体支持手段の回転量を測定する捩り回転センサとを更に備え、
   前記制御装置は、前記捩り回転センサの測定値から前記使用者の歩行状態を検出する歩行状態検出手段を更に備え、
   前記免荷力制御手段では、前記歩行状態検出手段で検出された前記歩行状態に基づき、前記使用者の片脚が立脚状態にあるときに付与される前記免荷力の大きさが左右各脚で異なるように、前記上下移動機構の動作を制御することを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。
8. 前記使用者の歩行に合わせて前記介助用動作ユニットを移動させる移動体を更に備え、
   前記移動体は、前記介助用動作ユニットを移動可能に回転する左右両側の駆動輪と、当該左右両側の駆動輪を独立して駆動させる左右両側の駆動装置とを備え、
   前記介助用動作ユニットは、前記使用者の歩行動作に合わせて、当該使用者の身体の捩り方向に前記身体支持手段を回転させる回転手段と、前記捩り方向における前記身体支持手段の回転量を測定する捩り回転センサとを更に備え、
   前記制御装置は、前記捩り回転用センサで測定された前記回転量に応じて前記各駆動装置の駆動をそれぞれ制御する移動制御手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。

Images