JP5356840B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

この発明は歩行補助装置に関し、より詳しくは利用者の下半身に装着させてその歩行を補助する歩行補助装置の使用感を向上させるようにしたものに関する。

近年、利用者の歩行を補助する歩行補助装置としては、例えば下記の特許文献１記載の技術が知られている。

特許文献１記載の歩行補助装置にあっては、利用者を支持可能な支持部材と、股関節に相当する関節部を介して支持部材に進行方向に平行な方向とそれに直交する左右方向に揺動自在に連結される第１リンク（大腿リンク）と第２リンク（下腿リンク）とを有する脚リンクを備え、利用者が支持部材に支持されるとき、アクチュエータを動作させて第１リンクと第２リンクを相対変位させて利用者の体重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じて利用者の歩行を補助するように構成されると共に、脚リンクの間にストッパ部材を配置するように構成される。

特許文献１記載の歩行補助装置にあっては上記のように構成することで、両脚支持状態において支持部材が左右方向（ロール方向）に揺動するのを抑制することで、その安定性を向上させている。

特開２００８−７３５０６号公報

しかしながら、特許文献１記載の歩行補助装置にあっては、両脚支持状態では支持部材の揺動が抑制されるため、例えば床のゴミを拾うときなど利用者がかがんで上体を横方向に傾ける動作を行う場合、動作によっては利用者に束縛感を与えることがあった。

従って、この発明の目的は上記した課題を解決し、使用感を向上させると共に、両脚支持状態などであっても利用者に束縛感を与えることがないようにした歩行補助装置を提供することにある。

上記した課題を解決するために、請求項１にあっては、利用者を支持可能な支持部材と、前記支持部材に利用者の進行方向に平行な方向と前記進行方向に直交する左右方向とに揺動自在に連結される脚リンクとを備えた歩行補助装置において、前記支持部材の前記左右方向への揺動を開始させる揺動開始部材を備え、前記揺動開始部材は、前記脚リンクの上端に連結されると共に前記支持部材の下部に設けられる連結部材と前記連結部材の前記左右方向において外方に配置されるストッパ部材とからなり、前記連結部材は、一端が前記支持部材を構成するシャフトで貫通させられて前記支持部材の前記左右方向に回転自在となるよう前記支持部材の背面に固定され、前記ストッパ部材は、前記支持部材の腰当て部に固定されると共に、前記支持部材に支持される利用者により前記脚リンクを介して前記連結部材が前記左右方向において外方に所定角度まで外転されるとき、前記連結部材に当接する位置に設けられる如く構成した。

請求項２に係る歩行補助装置にあっては、前記連結部材の当接面と前記ストッパ部材の少なくともいずれかが弾性体からなるように構成した。

請求項３に係る歩行補助装置にあっては、前記連結部材と前記ストッパ部材の間に形成される空隙に挿入可能な係止部材と、利用者によって押圧されて前記係止部材を前記空隙に挿入するプッシュボタンとを備えるように構成した。

請求項１にあっては、利用者を支持可能な支持部材に利用者の進行方向に平行な方向とそれに直交する左右方向とに揺動自在に連結される脚リンクとを備えた歩行補助装置において、支持部材の左右方向への揺動を開始させる揺動開始部材を備え、揺動開始部材は、脚リンクの上端に連結されると共に支持部材の下部に設けられる連結部材と連結部材の左右方向において外方に配置されるストッパ部材とからなり、連結部材は、一端が支持部材を構成するシャフトで貫通させられて支持部材の左右方向に回転自在となるよう支持部材の背面に固定され、ストッパ部材は、支持部材の腰当て部に固定されると共に、支持部材に支持される利用者により脚リンクを介して連結部材が左右方向において外方に所定角度まで外転されるとき、連結部材に当接する位置に設けられる如く構成したので、脚リンクが所定角度まで外転された後は脚リンクの外転に伴って支持部材が揺動するよう

他方、脚リンクが所定角度まで外転されるときに支持部材の左右方向への揺動を開始させる、換言すれば所定角度を超えるまでは支持部材の左右方向への揺動が規制されないように構成したので、例えば床のゴミを拾う場合など利用者がかがんで上体を横方向に傾ける動作を行うときも、利用者に束縛感を与えることがない。

請求項２に係る歩行補助装置にあっては、連結部材の当接面とストッパ部材の少なくともいずれかが弾性体からなるように構成したので、利用者に一層良好な使用感を与えることができる。

請求項３に係る歩行補助装置にあっては、連結部材とストッパ部材の間に形成される空隙に挿入可能な係止部材と、利用者によって押圧されて係止部材を空隙に挿入するプッシュボタンとを備えるように構成したので、上記した効果に加え、利用者が持ち運びするときなどの取り扱いが容易となる。

この発明の第１実施例に係る歩行補助装置の斜視図である。 図１に示す歩行補助装置の側面図である。 図１に示す歩行補助装置の正面図である。 図１などに示す駆動機構と第１リンクなどの側面断面図である。 図１などに示す支持部材の部分断面背面図である。 図５の部分拡大図である。 この発明の第２実施例に係る歩行補助装置を示す、図６と同様の支持部材の部分断面背面図である。

以下、添付図面に即してこの発明に係る歩行補助装置を実施するための形態について説明する。

図１はこの発明の第１実施例に係る歩行補助装置の斜視図、図２はその側面図、図３はその正面図である。

図１から図３を参照して説明すると、歩行補助装置Ｄは、利用者（人）Ｐが跨ぐように着座（跨座）することで利用者Ｐを支持可能な支持部材（荷重伝達部材）１０と、利用者Ｐの左右の足部に装着される左右一対の靴部１２と、支持部材１０と左右一対の靴部１２との間に設けられる、左右一対の脚リンク１４と、駆動機構１６を備え、支持部材１０に設けられたベルト（図示せず）を介して利用者Ｐの下半身に装着されてその歩行を補助する。

左右の脚リンク１４はアルミ材からなり、それぞれ支持部材１０に（人でいえば股関節に相当する）第１関節部２０を介して連結される第１リンク（大腿リンク）２２と、靴部１２に（人でいえば足首関節に相当する）第２関節部２４を介して連結される第２リンク（下腿リンク）２６と、第１リンク２２と第２リンク２６とを連結する（人でいえば膝関節に相当する）第３関節部３０とを備える。

脚リンク１４の第１リンク２２と第２リンク２６は駆動機構１６に連結され、第１リンク２２と第２リンク２６は駆動機構１６により、第３関節部３０を中心として、より正確には第３関節部３０の関節軸３０ａを中心として相対変位（駆動）させられる。

支持部材１０は、利用者Ｐが跨座自在なサドル状のシート部１０ａと、シート部１０ａに隣接して配置されてシート部１０ａを支持する支持フレーム１０ｂと、支持フレーム１０ｂにおいてシート部１０ａの後端（利用者Ｐから見て）を超えて立ち上がり、利用者Ｐの腰が当接される腰当て部１０ｃとを備える。

腰当て部１０ｃには利用者Ｐの把持可能に把持部（グリップ）１０ｄが取り付けられる。シート部１０ａはクッション材から製作されると共に、支持フレーム１０ｂと腰当て部１０ｃは、シート部１０ａに比して剛性の高い素材から製作される。

各脚リンク１４と支持部材１０を連結する第１関節部２０は、支持部材１０に固定される円弧状のガイドレール３２と、ガイドレール３２に係合されると共に、各脚リンク１４の一端に固定されるスライダ３４とからなる。図２では左側のガイドレール３２のみ示すが、図１と図３に示す如く、ガイドレール３２とスライダ３４は右側にも設けられる。ガイドレール３２とスライダ３４もアルミ材からなる。

スライダ３４には複数個のローラ３６が取り付けられる。ローラ３６はガイドレール３２に形成された溝内に転動自在に収容され、よってスライダ３４は、図２に矢印で示す如く、移動自在にガイドレール３２に係合される。

即ち、脚リンク１４は、ガイドレール３２の曲率中心３２ａを中心として（揺動支点として）支持部材１０の長手方向（利用者Ｐの進行方向に平行な方向）に揺動自在に構成される。

またガイドレール３２は支持部材１０の腰当て部１０ｃに、支持部材１０の長手方向に配置された支軸３８に軸支され、支軸３８を中心として支持部材１０の横方向（利用者Ｐの進行方向に平行な方向に直交する左右方向）に揺動自在に構成される。

このように脚リンク１４はガイドレール３２の曲率中心３２ａを揺動支点として前後方向（利用者Ｐの進行において）に揺動自在に構成されることから、支持部材１０に対して利用者Ｐの上半身の体重の作用点が揺動支点３２ａの前方にずれて支持部材１０が前下がりに傾斜した場合、揺動支点３２ａが支持部材１０の重力方向において上方に位置するため、体重の作用点は揺動支点３２ａの下方で後方に変位し、揺動支点３２ａと体重の作用点との前後方向距離が減少して支持部材１０に対する回転モーメントも減少する。

次いで、体重作用点が揺動支点３２ａの真下まで変位したところで支持部材１０に作用する回転モーメントは零になり、支持部材１０は安定する。このように支持部材１０が自動的に安定状態に収束するため、支持部材１０が利用者Ｐの股下位置で前後方向にずれることがない。

また、ガイドレール３２は揺動支点（支軸）３８を介して横方向（利用者Ｐの進行において）に揺動自在に構成されることから、脚リンク１４を横方向に揺動させることができ、利用者Ｐは脚を自由に外転させることができる。この明細書で「外転」は体肢を体幹から遠ざける運動、「内転」は体肢を体幹に近づける運動を意味する。

靴部１２は、利用者Ｐの足部が収容自在な靴１２ａと、靴１２ａの内部に配置されて利用者Ｐの足を戴置可能なＬ字状（利用者Ｐの進行方向から見たとき）のカーボン材からなる部材１２ｂと、部材１２ｂの底面に配置されるウレタンゴムなどのゴム状弾性材からなる中敷１２ｃとを備える。部材１２ｂには各脚リンク１４の第２リンク２６が３軸構造の第２関節部２４を介して連結される。

図４は駆動機構１６と第１リンク２２などの側面断面図である。

駆動機構１６は、第１リンク２２の先端の付近に配置されるアクチュエータ（電動モータ）４０と、アクチュエータ４０の回転を減速機４０ａ（図３に示す）で減速して出力する出力軸４０ｂと、出力軸４０ｂに固定されるロッカアーム（駆動クランクアーム）４２と、第２リンクに第３関節部３０の関節軸３０ａと同心に固定された従動クランクアーム４４と、ロッカアーム４２と従動クランクアーム４４を連結する、換言すればアクチュエータ４０に接続されると共に、第１関節部２０と第２リンク２６を連結する連結ロッド４６で構成される。

即ち、第１リンク２２は中空構造にされ、その内部に連結ロッド４６が収容される。連結ロッド４６は、一端がロッカアーム４２に枢着部４６ａで、他端が従動クランクアーム４４に枢着部４６ｂで枢着、即ち、回転自在に連結される。

図４に示す如く、第１リンク２２において駆動クランクアーム４２の枢着部４６ａと従動クランクアーム４４の枢着部４６ｂとを結ぶ線が、アクチュエータ４０の出力軸４０ｂと第３関節部３０の関節軸３０ａとを結ぶ線に斜交するように配置される。第１リンク２２にはバッテリケース２２ａが添設され、その内部にはバッテリ５０が収容され、アクチュエータ４０などに動作用の電力を供給する。

次いで、利用者Ｐの歩行を補助する歩行アシスト制御について説明する。

靴部１２において中敷１２ｃの下面には前後一対の１軸の力センサ６０が設けられ、利用者Ｐの足部の中趾節関節（ＭＰ関節）部分と踵部分とに作用する荷重（圧力）に応じた出力を生じると共に、第２関節部２４には２軸の力センサ６２が組み込まれ、第２関節部２４に作用する力（支持部材１０と各脚リンク１４の重量による力との合力）に応じた出力を生じる。

上記したセンサ６０，６２の出力は、支持部材１０の支持フレーム１０ｂの内部に収納されたコントローラ６４に送られる。コントローラ６４はＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭおよび入出力Ｉ／Ｏを備えたマイクロコンピュータからなり、利用者Ｐの歩行を補助するアシスト力を発生するアシスト制御を実行する。

即ち、コントローラ６４は、予め設定されるアシスト力の設定値に、力センサ６０の出力から算出された利用者Ｐの両足部に作用する全荷重に対する各足部の荷重の割合を乗算し、よって得た積を各脚リンク１４で発生すべきアシスト力の目標値とする。アシスト力の設定値は、例えば、装置Ｄの荷重（重量）を６０［Ｎ］、アシスト力を３０［Ｎ］とすると、９０［Ｎ］となる。

アシスト力は、図２において第１関節部２０における脚リンク１４の前後方向の揺動支点３２ａと第２関節部２４における脚リンク１４の前後方向の揺動支点とを結ぶ線（以下「基準線」といい、Ｌ１で示す）の上に作用することから、コントローラ６４は、力センサ６２の出力に基づき、基準線Ｌ１上に作用する実際のアシスト力を検出し、検出された実際のアシスト力が目標値となるように駆動機構１６の動作を制御する。

より具体的にはコントローラ６４は、利用者Ｐが支持部材１０のシート部１０ａに着座して支持されるとき、駆動機構１６のアクチュエータ４０を駆動して連結ロッド４６を介して脚リンク１４の第１リンク２２と第２リンク２６を第３関節部３０の関節軸３０ａを中心として相対変位させ、利用者Ｐの体重の少なくとも一部を支持する支持力、即ち、アシスト力を生じさせて利用者Ｐの歩行を補助する。

脚リンク１４で発生されたアシスト力は支持部材１０を通じて利用者Ｐの体幹に伝達され、利用者Ｐの脚に作用する荷重を軽減して歩行を補助する。利用者Ｐとしては、工場などで立ち作業する作業者なども予定される。

このように、この実施例に係る歩行補助装置Ｄは、利用者Ｐを支持可能な支持部材１０と、前記支持部材１０に利用者Ｐの進行方向に平行な方向と前記進行方向に直交する左右方向とに揺動自在に連結される脚リンク１４とを備え、利用者Ｐが前記支持部材１０に支持されるとき、前記脚リンク１４を介して利用者Ｐの体重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じて利用者Ｐの歩行を補助するように構成される。

次いで、この実施例に係る装置Ｄに特徴的な点について説明する。

図５は図１などに示す支持部材１０の部分断面背面図、図６は図５の部分拡大図である。

図示の如く、この実施例に係る装置Ｄにおいて特徴的なことは、脚リンク１４が左右方向において外方に所定角度θまで外転されるとき、支持部材１０の左右方向への揺動を開始させる揺動開始部材７０を備える如く構成したことにある。

揺動開始部材７０は、脚リンク１４に連結されるガイドレール（連結部材）３２と、ガイドレール３２の外方に配置され、ガイドレール３２が左右方向において外方に所定角度θまで外転されるとき、ガイドレールに当接するストッパ部材７０ａとからなる。

即ち、ガイドレール３２の先端は湾曲させられつつ紙面の前後方向において重なり合い、その先端が支軸３８を構成するシャフト３８ａで貫通させられて支持部材１０の支持フレーム１０ｂに固定されるように構成される。シャフト３８ａとガイドレール３２の先端の間にはボールベアリング７２が介挿され、ガイドレール３２（脚リンク１４）の外転（あるいは内転）を容易にする。

ガイドレール３２の当接面３２ｃとストッパ部材７０ａの少なくともいずれかは当接のときの衝撃を緩和するように構成、より具体的には、ストッパ部材７０ａは支持部材１０の腰当て部１０ｃに固定されると共に、ゴムなどの弾性体から製作され、ガイドレール３２と当接するときの衝撃を緩和するように構成される。

上記した構成において、脚リンク１４の外転に応じてガイドレール３２が外転し、所定角度θを超えてストッパ部材７０ａに当接すると、支持部材１０はその時点から揺動を開始し、以後は脚リンク１４が外転されるにつれて揺動し、利用者Ｐに自然な着用感を与える。

また、脚リンク１４は、両脚支持状態においても、所定角度θの間で揺動自在であり、従って支持部材１０も揺動自在であることから、例えば床のゴミを拾う場合など利用者Ｐがかがんで上体を横方向に傾ける動作を行うときも、利用者Ｐに束縛感を与えることがない。

ここで、揺動開始部材７０の付近には、ガイドレール３２とストッパ部材７０ａの間に形成される空隙に挿入可能な係止部材７４と、係止部材７４を空隙に出入させる係止部材出入機構７６が設けられる。

係止部材出入機構７６は、図２に示すように腰当て部１０ｃに内蔵させられ、図１に示すように上下に配置されたプッシュボタン７６ａ，７６ｂを備える。プッシュボタン７６ａ，７６ｂは支点を中心に上下するシーソー部材（図示せず）に接続され、そのシーソー部材の一端（図２でいえば下のプッシュボタン７６ｂに対応する位置）に係止部材７４が固定される。

即ち、係止部材出入機構７６は、図１に示す下のプッシュボタン７６ｂが利用者Ｐによって押されると（押圧操作されると）、その操作に応じて係止部材７４が図６において紙面の前後方向に上昇させられ、ガイドレール３２とストッパ部材７０ａの間に形成される空隙に入れられる（挿入される）一方、上のプッシュボタン７６ａが押されると、下降して空隙から出されるように構成される。

この実施例は、上記の如く、利用者Ｐを支持可能な支持部材１０と、支持部材１０に利用者Ｐの進行方向に平行な方向（長手方向）と進行方向に直交する左右方向（横方向）とに揺動自在に連結される脚リンク１４とを備えた歩行補助装置Ｄ、より具体的には利用者Ｐが支持部材１０に支持されるとき、脚リンク１４を介して利用者Ｐの体重の少なくとも一部を支持するアシスト力を生じて利用者Ｐの歩行を補助する歩行補助装置Ｄにおいて、支持部材１０の左右方向への揺動を開始させる揺動開始部材７０を備え、揺動開始部材７０は、脚リンク１４の上端に連結されると共に支持部材１０の下部に設けられるガイドレール（連結部材）３２とガイドレール３２の左右方向において外方に配置されるストッパ部材７０ａとからなり、ガイドレール３２は、一端が支持部材１０を構成するシャフト３８ａで貫通させられて支持部材１０の左右方向に回転自在となるよう支持部材１０（より具体的には支持フレーム１０ｂ）の背面に固定され、ストッパ部材７０ａは、支持部材１０の腰当て部１０ｃに固定されると共に、支持部材１０に支持される利用者Ｐにより脚リンク１４を介してガイドレール３２が左右方向において外方に所定角度θまで外転されるとき、ガイドレール３２に当接する位置に設けられる如く構成したので、脚リンク１４が所定角度まで外転された後は脚リンク１４の外転に伴って支持部材１０が揺動するようになり、利用者Ｐに良好な使用感を与えることができる。

他方、脚リンク１４が所定角度θまで外転されるときに支持部材１０の左右方向への揺動を開始させる、換言すれば所定角度θを超えるまでは支持部材１０の左右方向への揺動が規制されないように構成したので、例えば床のゴミを拾う場合など利用者Ｐがかがんで上体を横方向に傾ける動作を行うときも、利用者Ｐに束縛感を与えることがない。

また、揺動開始部材７０は、ガイドレール３２の当接面３２ｃとストッパ部材７０ａの少なくともいずれかが当接のときの衝撃を緩和するように構成、より具体的にはストッパ部材７０ａがゴムなどの弾性体から製作されて当接のときの衝撃を緩和するように構成したので、利用者Ｐに一層良好な使用感を与えることができる。

また、ガイドレール（連結部材）３２とストッパ部材７０ａの間に形成される空隙に挿入可能な係止部材７４と、利用者Ｐによって押圧されて係止部材を空隙に挿入するプッシュボタン７６ａとを備えるように構成したので、上記した効果に加え、利用者Ｐが装置Ｄを持ち運びするときなどの取り扱いが容易となる。

図７は第２実施例に係る歩行補助装置Ｄを示す、図５と同様の支持部材１０の部分断面背面図である。

第１実施例に相違する点に焦点をおいて説明すると、第２実施例にあっては、ガイドレール３２の先端には突起３２ｄが形成され、ガイドレール３２が左右方向において外方に外転されるとき、突起３２ｄは相互に接近し、突起３２ｄの間において支持部材１０の支持フレーム１０ｂに固定されるストッパ部材７０ａ１に当接するように構成される。尚、第２実施例にあっては、支軸３８を構成するシャフト３８ａの径を大きくした。

第２実施例にあっても、揺動開始部材７０は、脚リンク１４に連結されるガイドレール（連結部材）３２と、ガイドレール３２が左右方向において外方に所定角度θまで外転されるとき、ガイドレール３２に当接するストッパ部材７０ａ１とからなるように構成したので、第１実施例と同様の効果を得ることができる。

また、第２実施例にあっても、ガイドレール３２の当接面３２ｃとストッパ部材７０ａ１の少なくともいずれかは当接のときの衝撃を緩和するように構成、より具体的には、ストッパ部材７０ａ１は支持部材１０の腰当て部１０ｃに固定されると共に、ゴムなどの弾性体から製作され、ガイドレール３２と当接するときの衝撃を緩和するように構成される。

さらに、第２実施例にあっても、図７に想像線で示す如く、ガイドレール３２（連結部材）とストッパ部材７０ａ１の間に形成される空隙に挿入可能な係止部材７４が設けられ、係止部材出入機構７６（図示せず）を介して空隙に挿入してガイドレール３２の揺動を防止可能なように構成される。これにより、上記した効果に加え、利用者Ｐが装置Ｄを持ち運びするときなどの取り扱いが容易となる。残余の構成および効果は第１実施例と異ならない。

尚、上記においてストッパ部材７０ａ，７０ａ１をゴムなどの弾性体から製作してガイドレール３２の当接面３２ｃとストッパ部材７０ａ，７０ａ１の少なくともいずれかが当接のときの衝撃を緩和するように構成したが、ガイドレール３２の当接面３２ｃに弾性体を貼り付けても良く、あるいはストッパ部材７０ａ、７０ａ１を弾性体から製作しても良い。

Ｄ 歩行補助装置、１０ 支持部材、１０ａ シート部、１０ｂ 支持フレーム、１０ｃ 腰当て部、１０ｄ 把持部、１２ 靴部、１２ａ 靴、１２ｂ 部材、１２ｃ 中敷、１４ 脚リンク、１６ 駆動機構、２０ 第１関節部、２２ 第１リンク、２４ 第２関節部、２６ 第２リンク、３０ 第３関節部、３２ ガイドレール（連結部材）、３２ａ 曲率中心（揺動支点）、３４ スライダ、３６ ローラ、３８ 支軸、４０ アクチュエータ（電動モータ）、４０ａ 減速機、４０ｂ 出力軸、４２ ロッカアーム（駆動クランクアーム）、４４ 従動クランクアーム、４６ 連結ロッド、５０ バッテリ、６０，６２ 力センサ、６４ コントローラ、７０ 揺動開始部材、７０ａ、７０ａ１ ストッパ部材、７２ ボールベアリング、７４ 係止部材、７６ 係止部材出入機構

Claims (3)

1. 利用者を支持可能な支持部材と、前記支持部材に利用者の進行方向に平行な方向と前記進行方向に直交する左右方向とに揺動自在に連結される脚リンクとを備えた歩行補助装置において、前記支持部材の前記左右方向への揺動を開始させる揺動開始部材を備え、前記揺動開始部材は、前記脚リンクの上端に連結されると共に前記支持部材の下部に設けられる連結部材と前記連結部材の前記左右方向において外方に配置されるストッパ部材とからなり、前記連結部材は、一端が前記支持部材を構成するシャフトで貫通させられて前記支持部材の前記左右方向に回転自在となるよう前記支持部材の背面に固定され、前記ストッパ部材は、前記支持部材の腰当て部に固定されると共に、前記支持部材に支持される利用者により前記脚リンクを介して前記連結部材が前記左右方向において外方に所定角度まで外転されるとき、前記連結部材に当接する位置に設けられることを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記連結部材の当接面と前記ストッパ部材の少なくともいずれかが弾性体からなるように構成されることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
3. 前記連結部材と前記ストッパ部材の間に形成される空隙に挿入可能な係止部材と、利用者によって押圧されて前記係止部材を前記空隙に挿入するプッシュボタンとを備えたことを特徴とする請求項２記載の歩行補助装置。

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