JP6658117B2

JP6658117B2 - 動作補助装置

Info

Publication number: JP6658117B2
Application number: JP2016043740A
Authority: JP
Inventors: 武史西田; 泰樹加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-07
Filing date: 2016-03-07
Publication date: 2020-03-04
Anticipated expiration: 2036-03-07
Also published as: JP2017158645A

Description

本発明は、動作補助装置に関する。

ユーザの脚部や腕部などの関節を含む部分に装着され、ユーザの動作を補助する動作補助装置が開発されている。特許文献１には、ユーザの脚部に装着される大腿リンクと下腿リンクと足リンクとを有し、ユーザの歩行動作を補助する動作補助装置が記載されている。この動作補助装置では、大腿リンクと下腿リンクとはユーザの腿関節と同軸に位置する腿ジョイントにより回転可能に連結され、下腿リンクと足リンクとは足首ジョイントにより回転可能に連結されている。

特開２０１２−０９５７９３号公報

上述した動作補助装置では、ユーザの関節の可動範囲を超えて動作するのを制限する関節制限部が設けられている。しかしながら、足首、腿、肘などの関節の可動範囲はユーザごとに異なる。このため、関節制限部により関節の可動範囲を細かく調節できることが望ましい。

本発明は、このような背景に鑑みなされるものであり、関節の可動範囲を細かく調節することができる動作補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、ユーザの関節を含む部分に装着され前記関節の動作を補助する動作補助装置であって、前記関節の可動範囲を制限する関節制限部を備え、前記関節制限部は、前記関節の動作とともに揺動し外周において径方向に突出する突起が設けられた揺動部と、前記突起と当接させる受け面が回転軸を中心としてらせん階段状に複数形成され前記回転軸回りに回転させることで前記受け面を変更させて前記揺動部の揺動量を調節することが可能な揺動量調節部と、を有するものである。

本発明によれば、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

実施の形態１にかかる評価装置の概略構成を示す図である。メカストッパの概略構成を示す斜視図である。第１揺動量調節部の概略形状を示す正面図である。第１揺動量調節部を図３の矢印Ａの方向から見た矢視図である。第２揺動量調節部の概略形状を示す正面図である。第２揺動量調節部を図５の矢印Ｂの方向から見た矢視図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部材の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部材の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。実施の形態２にかかる関節制限部としてのメカストッパの概略構成を示す斜視図である。第２揺動量調節部に中間部材が嵌合した状態を示す斜視図である。図１０の矢印Ｃの方向から見た矢視図である。中間部材を第２揺動量調節部と嵌合する側から見た図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。

実施の形態１
以下、本発明の一実施の形態である実施の形態１について図面を参照して詳細に説明する。本発明にかかる動作補助装置は、ユーザの関節を含む部分に装着され関節の動作を補助するものである。

図１は、実施の形態１にかかる動作補助装置４の概略構成を示す図である。図１に示すように、動作補助装置４は、ユーザの脚部に装着され、脚部の動作を調整することにより、その歩行動作の補助を行うためのものである。動作補助装置４は、コントローラ１２と、足フレーム４１１と、足フレーム４１１に足首関節部４１２を介して回動可能に連結された下腿フレーム４１３と、下腿フレーム４１３に膝関節部４１４を介して回動可能に連結された上腿フレーム４１５と、から構成されている。

コントローラ１２は、小型のコンピュータやバッテリを内蔵しており、ケーブル１６を介して動作補助装置４の各部へ電力を供給するとともに、動作補助装置４の各部の動作を制御する。

足フレーム４１１は、ユーザの脚部２の足平部２１に装着されるもので、足プレート９２と靴９４と一対の足リンク９６を有している。足プレート９２は、一対の足リンク９６を接続している。靴９４は、一般的な靴と同じ形態のものであり、足プレート９２の上面（ユーザの脚部２の足平部２１に対向する面）に設けられている。ユーザの脚部２の足平部２１に靴９４を装着すると、足プレート９２は、ユーザの脚部２の足平部２１の下方（足裏側）に配置される。また、足リンク９６は、ユーザの脚部２の足平部２１の側方に配置される。

下腿フレーム４１３はユーザの脚部２の下腿部２３に装着される。上腿フレーム４１５はユーザの脚部２の上腿部２５に装着される。下腿フレーム４１３及び上腿フレーム４１５には、ユーザの下腿部２３及び上腿部２５との接触を緩和するためのパッド４１６がそれぞれ設けられている。

膝関節部４１４には、モータユニット４３が設けられている。モータユニット４３は、駆動手段の一具体例であり、例えば、モータ、減速機構、センサなどから構成されている。モータユニット４３は、膝関節部４１４を回転駆動することで、上腿フレーム４１５に対して下腿フレーム４１３を相対回動させる。

足首関節部４１２はアクチュエータを備えておらず、足フレーム４１１は、ユーザの脚部２の足平部２１の揺動に応じて受動的に揺動する。足首関節部４１２には、関節の可動範囲を制限する関節制限部としてのメカストッパ５０が設けられている。

図２は、メカストッパ５０の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、メカストッパ５０は、揺動量調節部としての第１揺動量調節部５１および第２揺動量調節部５２と、揺動部５３と、ケーシング５４と、を備える。第１揺動量調節部５１は回転軸５１ａを中心として回転可能なようにケーシング５４に取り付けられている。第２揺動量調節部５２は回転軸５２ａを中心として回転可能なようにケーシング５４に取り付けられている。

図３は、第１揺動量調節部５１の概略形状を示す正面図である。図４は、第１揺動量調節部５１を図３の矢印Ａの方向から見た矢視図である。図３および図４に示すように、第１揺動量調節部５１には、複数の受け面５１ｂが回転軸５１ａを中心としてらせん階段状に形成されている。図３および図４に示す例では、第１揺動量調節部５１は６段の受け面５１ｂを有する。

図５は、第２揺動量調節部５２の概略形状を示す正面図である。図６は、第２揺動量調節部５２を図５の矢印Ｂの方向から見た矢視図である。図５および図６に示すように、第２揺動量調節部５２には、複数の受け面５２ｂが回転軸５２ａを中心としてらせん階段状に形成されている。図５および図６に示す例では、第２揺動量調節部５２は１０段の受け面５２ｂを有する。

図２に示すように、ケーシング５４において、揺動軸５３ａを中心としてユーザの関節の動作とともに揺動することができるように配置されている。揺動部５３は、外周において径方向に突出する２つの突起５３ｂが設けられている。２つの突起５３ｂのうちの一方が第２揺動量調節部５２における複数の受け面５２ｂ（図５および図６参照）の１つと当接する。また、２つの突起５３ｂのうちの他方が第１揺動量調節部５１における複数の受け面５１ｂ（図３および図４参照）の１つと当接する。これにより、揺動部５３の揺動運動が制限される。この制限により、動作補助装置４が、ユーザの関節の可動範囲を超えて動作するのを防止することができる。揺動部５３が揺動可能な最大量である限界揺動量は、第１揺動量調節部５１および第２揺動量調節部５２によって調節される。

次に、揺動部５３における限界揺動量の調節方法について説明する。
図７および図８は、第１揺動量調節部５１および第２揺動量調節部５２が揺動部５３の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。図７は、揺動部５３の限界揺動量が比較的大きい場合を示す。図７に示すように、揺動部５３の限界揺動量はθ１である。回転軸５２ａを中心として第２揺動量調節部５２を回転させることによって、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる受け面５２ｂを変更することができる。つまり、第２揺動量調節部５２を回転させることで、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる受け面５２ｂの段の高さを調節することができる。

図８は、揺動部５３の限界揺動量が比較的小さい場合を示す。図７に示す状態から第２揺動量調節部５２を半回転させることで、図８に示す状態へと変化させることができる。図８に示す状態では、図７に示す状態に対して、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる受け面５２ｂの段の高さが高い。揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる受け面５２ｂの段の高さを高くすることで、揺動部５３の限界揺動量をθ１（図７参照）よりも小さいθ２にすることができる。

以上より、第２揺動量調節部５２を回転させ、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる受け面５２ｂの段の高さを調節することによって、揺動部５３の限界揺動量を多段階（限界揺動量：０度、５度、１０度、１５度、・・・）に調節できる。これにより、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

なお、図７に示す状態から、上述した回転軸５２ａを中心として第２揺動量調節部５２を回転させることに加え、回転軸５１ａを中心として第１揺動量調節部５１も回転させて揺動部５３の他方の突起５３ｂと当接させる受け面５１ｂの段の高さを変更させてもよい。このようにすることで、揺動部５３の揺動量をさらに細かく調節することができる。

実施の形態２
実施の形態２にかかる動作補助装置は、ユーザの関節を含む部分に装着され前記関節の動作を補助する動作補助装置であって、前記関節の可動範囲を制限する関節制限部を備え、前記関節制限部は、前記関節の動作とともに揺動し外周において径方向に突出する突起が設けられた揺動部と、受け面が回転軸を中心としてらせん階段状に複数形成され前記前記回転軸回りに回転させることで前記受け面を変更させて前記揺動部の揺動量を調節することが可能な揺動量調節部と、周方向に連なる所定数の前記受け面と嵌合する段差面が形成され前記段差面の反対側の面を前記突起と当接させる中間部材と、を有するものである。

以下、本発明の一実施の形態である実施の形態２について図面を参照して詳細に説明する。なお、実施の形態１と共通の部分には共通の符号を付してその説明を省略する。
実施の形態２にかかる動作補助装置の基本構成は実施の形態１において図１を用いて説明したものと同じである。実施の形態１の動作補助装置との相違点は、関節の可動範囲を制限する関節制限部の構成である。

図９は、実施の形態２にかかる関節制限部としてのメカストッパ１５０の概略構成を示す斜視図である。なお、図９は、実施の形態１の図２に対応する図である。図９に示すように、メカストッパ１５０は、揺動量調節部としての第１揺動量調節部５１および第２揺動量調節部５２と、揺動部５３と、ケーシング５４と、中間部材５５と、を備える。

図１０は、第２揺動量調節部５２に中間部材５５が嵌合した状態を示す斜視図である。また、図１１は、図１０の矢印Ｃの方向から見た矢視図である。図１２は、中間部材５５を第２揺動量調節部５２と嵌合する側から見た図である。図１０、図１１および図１２に示すように、周方向に連なる所定数（本実施の形態の例では所定数は２）の受け面５２ｂと嵌合する段差面５５ａが形成されている。段差面５５ａの反対側にある当接面５５ｂは平面である。また、中間部材５５は、第２揺動量調節部５２の回転軸５２ａと嵌合する軸貫通孔５５ｃが形成されている。回転軸５２ａと中間部材５５の軸貫通孔５５ｃとにはキー溝加工などがされており、中間部材５５の軸回りの動きが規制される。

図１３および図１４は、第１揺動量調節部５１および第２揺動量調節部５２が揺動部５３の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。

図１３は、揺動部５３の限界揺動量が比較的大きい場合を示す。図１３に示すように、中間部材５５の当接面５５ｂに揺動部５３の突起５３ｂを当接させる。中間部材５５の当接面５５ｂの面積は、第２揺動量調節部５２の受け面５２ｂの１つの面積よりも大きい（本実施の形態の例では、図１１に示すように当接面５５ｂの面積は受け面５２ｂの１つの面積の約２倍）。揺動部５３の突起５３ｂが当接する面の面積が小さいと、当接時に面圧が上がり変形や割れが生じやすくなる。中間部材５５を用いることで、実施の形態１の場合に対して、揺動部５３の突起５３ｂが当接する面の面積を大きくすることができるので耐久性を向上させることができる。

揺動部５３の限界揺動量はθ３である。回転軸５１ａを中心として第２揺動量調節部５２を回転させることによって、中間部材５５の当接面５５ｂと嵌合する第２揺動量調節部５２の受け面５１ｂの段の高さを変更することができる。なお、第１揺動量調節部５１の動作については、実施の形態１において図７を用いて説明した動作と同じである。

図１４は、揺動部５３の限界揺動量が比較的小さい場合を示す。図１３に示す状態から第２揺動量調節部５２を半回転させることで、図１４に示す状態へと変化させることができる。図１４に示す状態では、図１３に示す状態に対し、中間部材５５の当接面５５ｂと嵌合する第２揺動量調節部５２の受け面５１ｂの段の高さが高い。これにより、揺動部５３の限界揺動量をθ３（図１３参照）よりも小さいθ４にすることができる。

以上より、第１揺動量調節部５１または第２揺動量調節部５２を回転させることによって、揺動部５３の限界揺動量を多段階に調節できる。これにより、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

４動作補助装置
５０メカストッパ
５１第１揺動量調節部
５１ａ回転軸
５１ｂ受け面
５２第２揺動量調節部
５２ａ回転軸
５２ｂ受け面
５３揺動部
５３ａ揺動軸
５３ｂ突起

Claims

ユーザの関節を含む部分に装着され前記関節の動作を補助する動作補助装置において、
前記関節の可動範囲を制限する関節制限部を備え、
前記関節制限部は、
揺動軸を中心として前記関節の動作とともに揺動し外周において前記揺動軸の径方向の一方の方向と他方の方向に突出する突起が設けられた揺動部と、
前記突起の他方の方向に突出しているものと当接させる受け面が第１の回転軸を中心としてらせん階段状に複数形成され前記第１の回転軸回りに回転させることで前記受け面を変更させて前記揺動部の他方の方向の揺動量を調節することが可能な第１揺動量調節部と、
前記突起の一方の方向に突出しているものと当接させる受け面が第２の回転軸を中心としてらせん階段状に複数形成され前記第２の回転軸回りに回転させることで前記受け面を変更させて前記揺動部の一方の方向の揺動量を調節することが可能な第２揺動量調節部と、を有する動作補助装置。