JP6651037B1 - 歩行補助装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】倒立振子構造を用いることで小型化を図るとともに、アシスト力が使用者に対して好適に伝わりやすくし、できるだけ自然な歩行姿勢も得られるようにする。【解決手段】使用者の歩行時に、使用者の左右の足の間に位置し、駆動源10の駆動力で前方へ移動し得る移動体20と、移動体20の上部に設けられ、前後に傾動し得るサドル支持体30と、サドル支持体30の前後の傾動を検出するサドル支持体前後傾動検出手段31と、サドル支持体30の上部に設けられたサドル40と、サドル40の前部に設けられ、使用者によって掴まれるハンドル50と、サドル支持体前後傾動検出手段31によるサドル支持体30の前方への傾動が検出されたときサドル支持体30を起立させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方へ移動させる制御部60を備えている。【選択図】図2

Description

本発明は、倒立振子構造を用いた歩行補助装置に関するものである。
従来、倒立振子構造を用いた歩行補助装置として、例えば特許文献1に見られるように、利用者の歩行を補助することの可能な全方向移動車両であって、基体9と、基体9に接続され、床面上の互いに直交する二方向を含む全方向に駆動力を発生する移動動作部5及びアクチュエータ装置7と、基体9を伸縮させる直動アクチュエータ14と、基体9に接続され、利用者の荷重を受けるシート3と、伸縮機構を制御することで荷重受け部の高さ制御を行うと共に、駆動機構を制御することで基体9の姿勢制御を行う制御ユニット50と、を備える全方向移動車両が知られている。
この全方向移動車両は、同文献0130段落に記載されているように、
「図8(a)に示すように、利用者が全方向移動車両1に搭乗して移動することもでき、また、図8(b)に示すように、利用者の歩行を補助するために全方向移動車両1を利用することもできるため、利便性の向上を図ることができる。」ものである。
そして、歩行補助装置として使用する際には、同0128段落に記載されているように、利用者が歩行する際には、
「図8(b)に示すように、シート3を利用者の尻部等の所定部位に押し付けて体重を支えながら、歩行に合わせて移動可能であるため、利用者の歩行を補助することの可能な全方向移動車両」となるものである。
この全方向移動車両は、倒立振子構造を用いているため、車両全体としての小型化を図ることが可能である。
しかし、この全方向移動車両は、歩行補助装置として利用される際に、同文献図8(b)に示されるように、基体9および移動動作部(車輪体)5は、使用者の左右の足の間には位置せず、使用者の左右の足の後方にあって、左右の足の後方から直動アクチュエータ14およびシート3を介して使用者にアシスト力を付与しようとするものであるため、アシスト力が使用者に対して好適に伝わらないおそれがあるとともに、使用者の歩行姿勢も不自然になりがちである。
なお、従来、例えば特許文献2に見られるように、
「使用者がシートを快適な高さに調節し車体に跨って乗り、車体部が人体の重量を支え脚部の負担を大幅に軽減すると共に、両足での正常な歩行方式で車体を動かして運動することができ、長距離の歩行補助に使用できると同時に、休憩時には、両足で軽く支えると車体により体が支持され、安定したバランスをすぐにとることができる、歩行補助車」(同文献要約欄)
が知られている。
しかし、この歩行補助車は駆動源を有していないため、アシスト力は得られない。
また、倒立振子構造でもないため、サドルを支持するためのフレーム構造が全体的に大型化するという難点も有している。
また、従来、例えば特許文献3に見られるように、
「3個以上の車輪を有する歩行補助車両において、前記車両の操作者によるキック蹴り出しをいずれかの車輪の回転数の変化により検出し、キック蹴り出しが検出された場合電動モータによりいずれかの車輪駆動を行うことを特徴とする歩行補助車両」(同文献請求項1)
も知られている。
この歩行補助車両によればアシスト力は得られるが、倒立振子構造でないため、サドルを支持するためのフレーム構造が全体的に大型化するという難点を有している。
特許第5358371号公報 実用新案登録第3105110号公報 特開2015-29891号公報
本発明が解決しようとする課題は、倒立振子構造を用いることで装置全体としての小型化を図るとともに、アシスト力が使用者に対して好適に伝わりやすくし、できるだけ自然な歩行姿勢も得られるようにすることができる歩行補助装置を提供することである。
上記課題を解決するために本発明の歩行補助装置は、
使用者(U)の歩行時に、前記使用者(U)の左右の足の間(C1)に位置し、駆動源(10)の駆動力で前方(Fr)へ移動し得る移動体(20)と、
この移動体(20)の上部に設けられ、前後に傾動し得るサドル支持体(30)と、
このサドル支持体(30)の前後の傾動を検出するサドル支持体前後傾動検出手段(31)と、
前記サドル支持体(30)の上部に設けられたサドル(40)と、
前記使用者(U)によって掴まれるハンドル(50)と、
前記サドル支持体前後傾動検出手段(31)によるサドル支持体(30)の前方(Fr)への傾動が検出されたとき、前記サドル支持体(30)を起立させるように前記駆動源(10)を駆動して移動体(20)を前方(Fr)へ移動させる制御部(60)と、
を備え
記移動体(20)は、前記使用者(U)の足を載せるための足載せ部を有しない、左右の側板(21L,21R)を有し、この左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる駆動輪(11)が配置され
前記ハンドル(50)は、前記サドル(40)の前部中央から上方へ延びる支柱(51)と、この支柱(51)の上部から左右に延びる左右延出部(52)とを有し、前記サドル支持体(30)および前記サドル(40)とともに前後に傾動することを特徴とする。
この歩行補助装置は、次のようにして使用される。
使用者が、サドルに跨がるようにしてサドル上に腰を下ろし、ハンドルを掴むことで使用され、制御部によって以下のように制御され、作動する。
使用者が前傾姿勢を取り、それに伴って、サドル支持体およびサドルが前方へ傾動し、その傾動がサドル支持体前後傾動検出手段で検出されると、制御部が、前記駆動源を駆動して、サドル支持体を起立させるように移動体を前方へ移動させるように移動体を制御する。
サドル支持体を起立させる移動体の前方へ移動は、サドル支持体およびサドルを介して使用者にアシスト力を与える。
使用者が前傾姿勢を取りながら歩行する(左右の足を交互に踏み出す)と、サドル支持体は前方に傾けられてその傾動がサドル支持体前後傾動検出手段で検出されるから、制御部は、サドル支持体を起立させるように、駆動源を駆動して移動体を前方へ移動させ続け、使用者に対してアシスト力が付与され続ける。
このようにアシスト力が付与されるとき、使用者はサドルに跨がってハンドルを掴んだ状態で歩くので、アシスト力は使用者に対して好適に伝わりやすい。また、移動体は使用者の左右の足の間に位置して前方へ移動するので、使用者は自然な歩行姿勢で歩行しやすい。
そして、移動体、サドル支持体、およびサドルは、倒立振子構造をなすから、装置全体として小型化を図りやすい。
以上のように、この発明の歩行補助装置によれば、倒立振子構造を用いることで装置全体としての小型化を図るとともに、アシスト力が使用者に対して好適に伝わりやすくし、できるだけ自然な歩行姿勢も得られるようにすることが可能となる。
しかも、前記移動体は、使用者の足を載せるための足載せ部を有しない、左右の側板を有し、この左右の側板の間に、当該移動体を走行させる駆動輪が配置されているので、前述した特許文献1のものと異なり、移動体の左右の側板が足載せ部を有していないので、使用者は、移動体の左右に沿って左右の足を交互に踏み出しやすくなり、結果として、より自然な歩行姿勢が得られやすくなる。駆動輪は左右の側板の間に配置されているので、使用者の足と干渉しにくくなる。
また、前記ハンドルは、前記サドルの前部中央から上方へ延びる支柱と、この支柱の上部から左右に延びる左右延出部とを有し、前記サドル支持体およびサドルとともに前後に傾動する構成となっているので、ハンドルを持ってハンドルとともにサドル支持体およびサドルを前傾させやすくなるとともに、ハンドルが使用者の歩行の邪魔にならないようにすることができる。
この歩行補助装置においては、
前記移動体(20)は、前記左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる単一の駆動輪(11)と、この駆動輪(11)の後方において左右に配置された一対の補助輪(12)とが配置されている構成とすることができる。
このように構成すると、駆動輪の後方に左右一対の補助輪が配置されているので、この装置の不使用時には、補助輪を利用して立てておくことができる。
駆動輪および補助輪は左右の側板の間に配置されているので、使用者の足と干渉しにくい。
この歩行補助装置においては、
前記移動体(20)は、前記左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる、左右に併設した一対の駆動輪(11L,11R)と、この一対の駆動輪(11L,11R)の間の後方に配置された補助輪(12)とを備えている構成とすることができる。
このように構成すると、駆動輪が左右に併設した一対の駆動輪で構成されることで、移動体、サドル支持体、およびサドルが左右方向に傾動しにくくなるため、アシスト力が使用者に対して良好に伝わりやすくなる。
この歩行補助装置においては、
前記サドル支持体はガスシリンダーを有する構成とすることができる。
このように構成すると、ガスシリンダーを操作してサドルの高さを調整することができる。
この歩行補助装置においては、
前記ハンドルには、前記移動体の走行を制動するブレーキを操作するブレーキレバーが設けられている構成とすることができる。
このように構成すると、使用者はブレーキレバーの操作で移動体の移動速度を調整することが可能となる。
本発明に係る歩行補助装置の実施の形態を示す図で、(a)は平面図、(b)は左側面図(図(a)の正面図)、(c)は正面図(図(b)の左側面図)。 (a)は使用状態説明図、(b)は装置1を後方から見た図。 装置1のブロック図。 作動を説明するフローチャート。 駆動輪の変形例を示す概略平面図。 サドルの変形例を示す図で、(a)は概略平面図、(b)は概略正面図。
以下、本発明に係る歩行補助装置の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとし、以下の説明において、前後、左右、上下は、使用者から見た方向に従い、必要に応じて図面に、前方をFr、後方をRr、左側をL、右側をR、上方をU、下方をD、として示す。各図において、同一部分ないし相当する部分には、同一の符号を付してある。
図1、図2に示すように、この実施の形態の歩行補助装置1は、
使用者Uの歩行時に、使用者の左右の足UL,URの間C1に位置し、駆動源10の駆動力で前方へ移動し得る移動体20と、
この移動体20の上部に設けられ、前後に傾動し得るサドル支持体30と、
このサドル支持体30の前後の傾動を検出するサドル支持体前後傾動検出手段31と、
サドル支持体30の上部に設けられたサドル40と、
使用者によって掴まれるハンドル50と、
サドル支持体前後傾動検出手段31によるサドル支持体30の前方Frへの傾動が検出されたとき、サドル支持体30を起立させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frへ移動させる制御部60と、
を備え、
サドル支持体30はガスシリンダーを有し、
移動体20は、使用者Uの足を載せるための足載せ部を有しない、左右の側板21L,21Rを有し、この左右の側板21L,21Rの間に、当該移動体20を走行させる駆動輪11が配置されている。
この歩行補助装置1は、図2(a)に示すように、使用者Uが、サドル40に跨がるようにしてサドル40上に腰を下ろし、ガスシリンダー30を操作してサドル40の高さを調整し、ハンドル50を掴み、次のようにして使用され、制御部60によって以下のように制御され、作動する。
図2(a)に示すように、使用者Uが前傾姿勢を取り、それに伴って、サドル支持体30およびサドル40が前方Frへ傾動し、その傾動がサドル支持体前後傾動検出手段31で検出されると、制御部60が、サドル支持体30を起立(直立)させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frへ移動させるように移動体20を制御する。
サドル支持体30を起立させようとする移動体20の前方Frへの移動は、サドル支持体30およびサドル40を介して使用者Uにアシスト力F1を与える。
使用者Uが、サドル40に腰掛けた状態で前傾姿勢を取りながら歩行する(左右の足UL,URを交互に踏み出す)と、サドル支持体30が前方Frに傾けられてその傾動がサドル支持体前後傾動検出手段31で検出されるから、制御部60は、サドル支持体30を起立させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frへ移動させ続け、使用者Uに対してアシスト力F1が付与され続ける。
このようにアシスト力F1が付与されるとき、使用者Uはサドル40に跨がり着座してハンドル50を掴んだ状態で歩くので、アシスト力F1は使用者Uに対して好適に伝わりやすい。また、移動体20は使用者Uの左右の足UL,URの間C1に位置して前方Frへ移動するので、使用者Uは自然な(少なくとも自然に近い)歩行姿勢で歩行しやすい。
そして、移動体20、サドル支持体30、およびサドル40は、倒立振子構造をなすから、装置1は全体として小型化を図りやすい。
以上のように、この歩行補助装置1によれば、倒立振子構造を用いることで装置全体としての小型化を図るとともに、アシスト力F1が使用者Uに対して好適に伝わりやすくし、できるだけ自然な歩行姿勢も得られるようにすることが可能となる。
しかも、移動体20は、使用者Uの足を載せるための足載せ部を有しない、左右の側板21L,21Rを有し、この左右の側板21L,21Rの間に、当該移動体20を走行させる駆動輪11が配置されているので、前述した特許文献1のものと異なり、移動体20の左右の側板21L,21Rが足載せ部を有していないので、使用者Uは、移動体20の左右に沿って左右の足UL,URを交互に踏み出しやすくなり、結果として、より自然な歩行姿勢が得られやすくなる。駆動輪11は左右の側板21L,21Rの間に配置されているので、使用者Uの足UL,URと干渉しにくくなる。
図1,図2に示す駆動輪11は単一の駆動輪であり、この駆動輪11の後方において左右に一対の補助輪12,12が配置されている。
このように構成すると、この歩行補助装置1の不使用時には、図1に示すように補助輪12を利用して立てておくことができる。
駆動輪11および補助輪12は左右の側板21L,21Rの間に配置されているので、使用者Uの足UL,URと干渉しにくい。
ハンドル50は、サドル40の前部中央42(図1)から上方へ延びる支柱51と、この支柱51の上部から左右に延びる左右延出部52,52とを有し、サドル支持体30およびサドル40とともに前後に傾動する構成となっている。
このように構成すると、ハンドル50を持ってハンドル50とともにサドル支持体30およびサドル40を前傾させやすくなるとともに、支柱51および左右延出部52,52が使用者の足と干渉しないため、ハンドル50が使用者Uの歩行の邪魔にならないようにすることができる。
図1に示すように、ハンドル50には、ブレーキレバー55を設けることができる。ブレーキレバー55は、インホイールモータに適した公知のディスクブレーキ(図示せず)と連動させ、駆動輪11の回転(すなわち移動体20の走行)を制動することができる。
このように構成すると、使用者Uはこのブレーキレバー55の操作で移動体20の移動速度を調整することが可能となる。
図1において、1sは装置全体の電源スイッチ(押しボタンスイッチ)、1bはバッテリである。
駆動源10および駆動輪11は適宜の公知の構成のものを採用することができる。例えば、公知のインホイールモータを採用することができる。インホイールモータは移動体20の左右の側板21L,21Rの間に支持する。
移動体20は全体として箱形状であり、その内部に制御部60が配置される。
この実施の形態のサドル支持体30は、移動体20の上部に一体に設けられいる。したがって、サドル支持体30が前方Frへ傾動すると、移動体20も一緒に傾倒する。サドル支持体30および移動体20の回動中心は、駆動輪11の回動中心と一致している。なお、サドル支持体30は、移動体20の上部に支持軸等によって回動可能に支持することもできる。
サドル支持体30は、ガスシリンダーを有しているので、使用者Uの体格(主として股下の長さ)に応じて伸縮できる構造となっている。
この実施の形態では、移動体20に固定された外筒32と、この外筒32にスライド可能(出没可能)に設けられた内筒33とを有する公知の構造のガスシリンダーを採用した。34は内筒33の上下動の操作を行うための操作レバーである。
サドル支持体前後傾動検出手段31は、サドル支持体30の前後の傾動を検出することができる公知の適宜のセンサ(例えば、角度センサ、角速度センサ、ジャイロセンサ等)で構成することができる。サドル支持体前後傾動検出手段31は、サドル支持体30または移動体20に設ける。図示のものは、サドル支持体30に設けられている。
サドル40は、基部43と、この基部43の上部を覆うクッション材44とを有し、基部43がサドル支持体30の上部に一体に固定されている。
したがって、サドル40はサドル支持体30と一緒に前後左右に傾動する。
制御部60は、サドル支持体前後傾動検出手段31によるサドル支持体30の前方Frへの傾動が検出されたとき、サドル支持体30を起立させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frへ移動させる制御を行う。
すなわち、制御部60は、サドル支持体前後傾動検出手段31によるサドル支持体30の前方Frへの傾動が検出されたときに、サドル支持体30を起立させるように、倒立振子制御を行う。
図3は、この歩行補助装置1のブロック図、図4はフローチャートである。
図3において、22は移動体20の速度を検出する速度センサであり、公知の適宜のセンサ(例えばインホイールモータ(10)が備えるエンコーダ)で構成することができる。
制御部60は、この装置1の電源スイッチ1s(図1)が入れられると、図4に示すように、制御をスタートし、サドル支持体30を起立(直立)させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frまたは後方Rrへ移動させる制御、すなわち、倒立振子制御を行う。
したがって、前述したように(図2(a)に示すように)、使用者Uが前傾姿勢を取り、それに伴って、サドル支持体30およびサドル40が前方Frへ傾動し、その傾動がサドル支持体前後傾動検出手段31で検出されると、制御部60が、サドル支持体30を起立(直立)させるように駆動源10を駆動して移動体20を前方Frへ移動させるように移動体20を制御することとなる。
なお、使用者Uが歩行を止めると、サドル支持体30を直立させた状態で移動体20の移動は停止する。
移動体20の駆動制御は、公知の倒立振子制御を用いることができる。
すなわち、制御部60は、サドル支持体30の傾斜角度、角速度、角加速度、移動体20の速度、加速度に基づき、サドル支持体30を直立させるように、移動体20を移動させる。
なお、サドル支持体30の傾斜角度、角速度、角加速度は、サドル支持体前後傾動検出手段31の検出結果に基づき制御部60が算出する。移動体20の速度、加速度は、速度センサ22の検出結果に基づき制御部60が算出する。
この実施の形態のように、装置1の電源スイッチ1sが入れられた時から倒立振子制御が行われるようにすると、使用者がサドル40に跨り、立ち座り高さにサドル高さを合わせる際にも、サドル支持体30が直立するように移動体20が制御されるため、使用者のサドル40への跨がり動作、サドル高さ調整動作に関してもサポートすることが可能となる。
また、この実施の形態の歩行補助装置のように、使用者が歩行する際、足が床につくことにより、使用者の体重がサドル40と床面とに分散され、これによって、倒立振子制御が不安定化することもあり得るが、この実施の形態のように、ハンドル50を取り付け、ハンドル50に、歩行時の体重を掛けることができるようにすることで、倒立振子制御の不安定化を軽減させることが可能になる。また、ハンドル50は左右のバランスを取るのにも有効である。
例えば図7に示すように、駆動輪は、左右に分割した(左右に併設した)2輪11L,11Rで構成することもできる。
このように構成すると、駆動輪が左右に併設した一対の駆動輪11L,11Rで構成されることで、移動体20、サドル支持体30、およびサドル40が左右方向に傾動しにくくなるため、アシスト力F1が使用者に対して良好に伝わりやすくなる。
また、補助輪12は一対の駆動輪11L,11Rの間の後方に1つ設ければ足りる。
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において適宜変形実施可能である。
例えば、
装置全体の電源スイッチ1sの代わりに、サドル支持体30が所定角度(例えば1〜2度程度)前傾したときに自動的にONするスイッチ(例えばリミットスイッチ)を設けてもよい。
図6に示すように、サドル40には背部46を設け、この背部46から、前方に向かって平面視U字形のハンドル50を設けてもよい。
このように構成すると、サドル40の前方からサドル40に着座しやすくなる。また、背部46の後部に物入れ等3を設けることが可能となる。
U: 使用者
1: 歩行補助装置
10: 駆動源
20: 移動体
30: サドル支持体
31: サドル支持体前後傾動検出手段
40: サドル
50: ハンドル
60: 制御部
21L,21R: 左右の側板
11: 駆動輪
12: 補助輪
51: 支柱
52: 左右延出部
55: ブレーキレバー

Claims (5)

  1. 使用者(U)の歩行時に、使用者(U)の左右の足の間(C1)に位置し、駆動源(10)の駆動力で前方(Fr)へ移動し得る移動体(20)と、
    この移動体(20)の上部に設けられ、前後に傾動し得るサドル支持体(30)と、
    このサドル支持体(30)の前後の傾動を検出するサドル支持体前後傾動検出手段(31)と、
    ドル支持体(30)の上部に設けられたサドル(40)と、
    使用者(U)によって掴まれるハンドル(50)と、
    ドル支持体前後傾動検出手段(31)によるサドル支持体(30)の前方(Fr)への傾動が検出されたとき、サドル支持体(30)を起立させるように駆動源(10)を駆動して移動体(20)を前方(Fr)へ移動させる制御部(60)と、
    を備え
    動体(20)は、使用者(U)の足を載せるための足載せ部を有しない、左右の側板(21L,21R)を有し、この左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる駆動輪(11)が配置され
    ンドル(50)は、サドル(40)の前部中央から上方へ延びる支柱(51)と、この支柱(51)の上部から左右に延びる左右延出部(52)とを有し、サドル支持体(30)およびサドル(40)とともに前後に傾動することを特徴とする歩行補助装置。
  2. 請求項1において、
    動体(20)は、左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる単一の駆動輪(11)と、この駆動輪(11)の後方において左右に配置された一対の補助輪(12)とが配置されていることを特徴とする歩行補助装置。
  3. 請求項1において、
    動体(20)は、左右の側板(21L,21R)の間に、当該移動体(20)を走行させる、左右に併設した一対の駆動輪(11L,11R)と、この一対の駆動輪(11L,11R)の間の後方に配置された補助輪(12)とを備えていることを特徴とする歩行補助装置。
  4. 請求項1〜3のうちいずれか一項において、
    ドル支持体(30)はガスシリンダーを有することを特徴とする歩行補助装置。
  5. 請求項1〜4のうちいずれか一項において、
    ンドル(50)には、移動体(20)の走行を制動するブレーキを操作するブレーキレバー(55)が設けられていることを特徴とする歩行補助装置。
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