JP6982303B2 - 下肢支援装置、下肢支援装置セット、および下肢支援装置セットの制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、可変保持特性を有する直動ダンパ、下肢支援装置、下肢支援装置セット、および下肢支援装置セットの制御方法に関する。

従来、身体の一部の機能に障碍を有する使用者が使用する身体支援装置として、下記非特許文献１に示すような、可変保持特性を有する直動ダンパ（以下、単に直動ダンパという）を備えた上肢支援装置が知られている。
この上肢支援装置における直動ダンパでは、筒状のシリンダの内部に、軸方向の一方側に向けて付勢部材により付勢され、かつ電磁誘導コイルが巻回されたボビンが配置されている。ボビンの軸方向の一方側の端部には、外部からロッドが連結されている。また、シリンダの内部には磁気粘性流体が充填されている。

そして、電磁誘導コイルに電流を流すことで、ボビンとシリンダとの間の径方向の隙間に位置する磁気粘性流体に保持力を発揮させ、シリンダ内における磁気粘性流体の粘性を変化させることができる。このため、電磁誘導コイルに流す電流値を制御して、付勢部材からボビンを介してロッド部材が受ける付勢力の大きさを調整し、所望する上肢の動作に合わせて取出すことで、上肢の動作を支援することができる。

Ｔａｋａｈｉｒｏ Ｏｈｂａ, Ｈｉｄｅｋｉ Ｋａｄｏｎｅ ａｎｄ Ｋｅｎｊｉ Ｓｕｚｕｋｉ,"Ａｎ Ｅｌａｓｔｉｃ Ｌｉｎｋ Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｗｉｔｈ ａ Ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｆｌｕｉｄ Ｆｏｒ Ｅｌｂｏｗ Ｏｒｔｈｏｔｉｃｓ",Ｐｒｏｃ.ｏｆ ２０１２ ＩＥＥＥ／ＲＳＪ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｒｏｂｏｔｓ ａｎｄ Ｓｙｓｔｅｍｓ （ＩＲＯＳ２０１２），２７８９−２７９４, ２０１２.

このような直動ダンパを、下肢支援装置に採用することが想定される。しかしながら、前記従来の直動ダンパでは、電磁誘導コイルに電流を流した際の磁気粘性流体の保持力を大きくすることが難しく、直動ダンパの保持力を大きくすることが困難であった。このため、このような従来の直動ダンパを備える身体支援装置を、上肢よりも大きな保持力が必要となる下肢に適用するのが困難であった。

本発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって、高い保持力を発揮することができる直動ダンパを提供することを目的とする。

本発明の一態様は、筒状のシリンダと、前記シリンダの内周面と径方向に隙間をあけて配置され、かつ前記シリンダ内に軸方向に移動可能に配置された柱状のボビンと、外部から前記ボビンの軸方向の端部に連結されたロッドと、前記ボビンを軸方向に付勢する付勢部材と、前記シリンダ内に充填された磁気粘性流体と、前記ボビンの外周面に巻回された電磁誘導コイルと、を備え、前記ボビンにおける軸方向の端部には、軸方向に向けて突出するとともに、前記ロッドが内側に嵌合することで連結される連結筒部が形成されている可変保持特性を有する直動ダンパ（以下、単に直動ダンパという）である。

また、本発明の一態様は、前述した直動ダンパにおいて、前記ロッドは、前記ボビンの軸方向における両端部に各別に連結されている。
また、本発明の一態様は、前述した直動ダンパにおいて、前記ボビンの外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部が形成され、前記収容凹部の外径は、前記ロッドの外径よりも大きい。
また、本発明の一態様は、前述した直動ダンパにおいて、前記ボビンの外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部が軸方向に間隔をあけて複数形成され、前記電磁誘導コイルは、複数の前記収容凹部における外周面に、各別に巻回されている。

また、本発明の一態様は、前述した直動ダンパと、障碍脚に装着される第１装着体と、前記障碍脚の足部が載置される第１足載部と、前記第１装着体から前記第１足載部に向けて延びる第１支柱部と、前記第１支柱部に対して前記第１足載部を回動可能に連結する第１回転軸部と、前記第１足載部の底部に設けられた第１接地センサと、前記第１支柱部に対する前記第１足載部の回動動作を検出する第１角度センサと、前記第１接地センサおよび前記第１角度センサから得られた動作情報に基づいて、前記直動ダンパの前記電磁誘導コイルに電流を流すことで、前記直動ダンパを制御する制御部と、前記制御部による前記直動ダンパの制御に際して、電力を供給する内部電源と、を備えた下肢支援装置である。

また、本発明の一態様は、健常脚および健常腕のうち、少なくともいずれかに装着される第２装着体と、前記健常脚の足部が載置される第２足載部と、前記第２装着体から前記第２足載部に向けて延びる第２支柱部と、前記第２支柱部に対して前記第２足載部を回動可能に連結する第２回転軸部と、前記第２足載部の底部に設けられた第２接地センサと、前記第２支柱部に対する前記第２足載部の回動動作を検出する第２角度センサと、前記第２接地センサおよび前記第２角度センサから得られた動作情報を処理する処理部と、を備えた下肢支援補助装置、および前述した下肢支援装置を有する下肢支援装置セットである。

また、本発明の一態様は、筒状のシリンダと、前記シリンダの内周面と径方向に隙間をあけて配置され、かつ前記シリンダ内に軸方向に移動可能に配置された柱状のボビンと、外部から前記ボビンの軸方向の端部に連結されたロッドと、前記ボビンを軸方向に付勢する付勢部材と、前記シリンダ内に充填された磁気粘性流体と、前記ボビンの外周面に巻回された電磁誘導コイルと、を備えた直動ダンパと、障碍脚に装着される第１装着体と、前記障碍脚の足部が載置される第１足載部と、前記第１装着体から前記第１足載部に向けて延びる第１支柱部と、前記第１支柱部に対して前記第１足載部を回動可能に連結する第１回転軸部と、前記第１足載部の底部に設けられた第１接地センサと、前記第１支柱部に対する前記第１足載部の回動動作を検出する第１角度センサと、前記第１接地センサおよび前記第１角度センサから得られた動作情報に基づいて、前記直動ダンパの前記電磁誘導コイルに電流を流すことで、前記直動ダンパを制御する制御部と、前記制御部による前記直動ダンパの制御に際して、電力を供給する内部電源と、を備えた下肢支援装置、および健常脚および健常腕のうち、少なくともいずれかに装着される第２装着体と、前記健常脚の足部が載置される第２足載部と、前記第２装着体から前記第２足載部に向けて延びる第２支柱部と、前記第２支柱部に対して前記第２足載部を回動可能に連結する第２回転軸部と、前記第２足載部の底部に設けられた第２接地センサと、前記第２支柱部に対する前記第２足載部の回動動作を検出する第２角度センサと、前記第２接地センサおよび前記第２角度センサから得られた動作情報を処理する処理部と、を備えた下肢支援補助装置、を有する下肢支援装置セットにおける制御方法であって、前記第２接地センサ、および前記第２角度センサが検出した前記健常脚における足部の動作情報に基づいて、前記下肢支援装置の前記第１接地センサが前記障碍脚における前記第１足載部の接地を検出した際に、前記電磁誘導コイルに流す電流を制御する、下肢支援装置セットの制御方法である。

また、本発明の一態様は、前述した下肢支援装置セットの制御方法において、前記処理部は、前記第２角度センサが検出した前記健常脚における足部の動作情報を送信する送信部を備え、前記制御部は、前記送信部から送信された前記動作情報を受信する受信部を備え、前記第１接地センサが前記障碍脚における前記第１足載部の接地を検出した際に、前記電磁誘導コイルに流す電流値を時々刻々と変化させる。

本発明によれば、高い保持力を発揮することができる直動ダンパを提供することができる。

本発明の一実施形態に係る下肢支援装置の側面図である。 図１に示す下肢支援装置における直動ダンパ本体の縦断面図である。 図１に示す下肢支援装置を用いた歩行状態、接地センサの検出状態、および電磁誘導コイルに流す電流波形を示す図である。 本発明の一実施形態に係る下肢支援補助装置の側面図である。

以下、図１から図４を参照し、本発明の一実施形態に係る可変保持特性を有する直動ダンパ（以下、単に直動ダンパという）１０、下肢支援装置１、下肢支援装置セット、および下肢支援装置セットの制御方法について説明する。

（下肢支援装置１）
まず、本実施形態に係る下肢支援装置１について説明する。本実施形態では、右脚用の下肢支援装置１を例に挙げて説明する。また、下肢支援装置１が支援する障碍とは、足部をその後端部回りに、脚部に対して回動させる動作（つま先を上下に動かす動作）を正常に行えない状態を指す。

図１に示すように、本実施形態に係る下肢支援装置１は、直動ダンパ１０と、障碍脚に装着される第１装着体２０と、障碍脚の足部が載置される第１足載部２１と、第１装着体２０から第１足載部２１に向けて延びる第１支柱部２２と、を備えている。
以下の説明において、第１支柱部２２が延びる方向を上下方向といい、第１足載部２１のつま先と踵を結ぶ方向を前後方向という。第１足載部２１の左右方向を左右方向という。

直動ダンパ１０は、上下方向に沿って延びている。直動ダンパ１０の上端部は第１支柱部２２と連結されている。
第１装着体２０は、帯状部材であり、一端部と他端部とを互いに固着して、筒状にすることで、障碍脚に装着される。第１装着体２０の両端部には、面ファスナーやスナップボタン等の固着部材（図示せず）が設けられている。

第１足載部２１には、載置される足部を上方から固定する固定帯２１Ａが設けられている。図示の例では、固定帯２１Ａは前後方向に間隔をあけて複数設けられている。
第１支柱部２２は、左右方向に間隔をあけて２つ設けられている。２つの第１支柱部２２のうち、使用者における左右方向の外側に位置する第１支柱部２２に、直動ダンパ１０が連結されている。

また、下肢支援装置１は、第１支柱部２２に対して第１足載部２１を回動可能に連結する第１回転軸部２３と、第１足載部２１の底部に設けられた第１接地センサ２４と、第１支柱部２２に対する第１足載部２１の回動動作を検出する第１角度センサ２５と、を備えている。

第１回転軸部２３は、左右方向の外側に位置する第１支柱部２２に連結されている。第１回転軸部２３は、第１足載部２１の後端部と、第１支柱部２２の下端部とを互いに連結している。
第１回転軸部２３は、左右方向から見た側面視で、円形状をなしている。第１回転軸部２３には、その円弧に沿って切り欠かれた扇状の切欠き部２３Ａが形成されている。
図示の例では、切欠き部２３Ａの周方向の大きさは、中心角が９０°以上となっている。切欠き部２３Ａには、上方を向き、かつ直動ダンパ１０の後述する下側ロッド１４Ａが押圧可能な押圧面２３Ｂが形成されている。

第１接地センサ２４には、第１足載部２１の底部のうち、前後方向におけるつま先側に位置する前側第１接地センサ２４Ａと、第１足載部２１の底部のうち、前後方向における踵側に位置する後側第１接地センサ２４Ｂと、がある。
第１角度センサ２５は、第１回転軸部２３内に設けられている。

また、下肢支援装置１は、第１接地センサ２４および第１角度センサ２５から得られた動作情報に基づいて、直動ダンパ１０の電磁誘導コイル１７に電流を流すことで、直動ダンパ１０を制御する制御部２６と、制御部２６に電力を供給する内部電源２７と、を備えている。
制御部２６および内部電源２７は、直動ダンパ１０における後述するブラケット１１の内部に配置されている。
また、本実施形態では、制御部２６は、後述する下肢支援補助装置２の送信部から送信された健常脚における足部の動作情報を受信する受信部２８を備えている。

（直動ダンパ１０）
次に、本実施形態に係る直動ダンパ１０について説明する。
直動ダンパ１０は、左右方向の外側に位置する第１支柱部２２に連結されたブラケット１１と、ブラケット１１の内部に配置された直動ダンパ本体１０Ａと、を備えている。ブラケット１１は筒状部材であり、例えば金属材料等により形成されている。ブラケット１１の上端部が、第１支柱部２２に連結されている。

図２に示すように、直動ダンパ本体１０Ａは、円筒状のシリンダ１２と、シリンダ１２内に軸方向に移動可能に配置された円柱状のボビン１３と、外部からボビン１３の軸方向の端部に連結されたロッド１４と、を備えている。
以下の説明において、シリンダ１２の中心軸線Ｏに沿う軸方向と直交する方向を径方向という。また、図示の例では、軸方向が上下方向と一致している。

シリンダ１２は磁性材料により形成されている。シリンダ１２における軸方向の両端部には、径方向の外側に向けて突出する固定フランジ部１２Ａが形成されている。固定フランジ部１２Ａには、閉塞板１２Ｂが各別に固定されている。
閉塞板１２Ｂの軸方向から見た中央部には、閉塞板１２Ｂを軸方向に貫く挿通孔１２Ｃが形成されている。挿通孔１２Ｃにロッド１４が各別に挿通されている。

挿通孔１２Ｃの内周面には、径方向の外側に向けて窪む収容溝１２Ｄが形成されている。収容溝１２Ｄ内には、ロッド１４の外周面に当接するシールリング１９が収容されている。
シールリング１９がロッド１４の外周面に当接していることで、後述するシリンダ１２内に充填された磁気粘性流体１６が漏れるのを防ぐことができる。

ボビン１３は、軸方向に延びるとともに、シリンダ１２の内周面と径方向に隙間をあけて、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。ボビン１３は磁性材料により形成されている。
本実施形態では、ボビン１３の外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部１３Ａが軸方向に間隔をあけて複数形成されている。図示の例では、収容凹部１３Ａはボビン１３の外周面に２つ形成されている。なお、収容凹部１３Ａはボビン１３の外周面に３つ以上形成されてもよい。
収容凹部１３Ａの外周面は、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。

ボビン１３の外周面のうち、収容凹部１３Ａを除く部分が、シリンダ１２の内周面と近接する近接部１３Ｂとなっている。図示の例では、軸方向に間隔をあけて３つの近接部１３Ｂが形成されている。
シリンダ１２の内周面と、ボビン１３の近接部１３Ｂとの間には径方向の隙間が小さくされたオリフィス部Ｆが各別に形成されている。図示の例では、軸方向に間隔をあけて３つのオリフィス部Ｆが形成されている。

そして本実施形態では、ボビン１３における軸方向の端部には、軸方向に向けて突出するとともに、ロッド１４が内側に嵌合する連結筒部１８が形成されている。連結筒部１８は、中心軸線Ｏと同軸に配置され、ボビン１３における軸方向のロッド１４側を向く両端面に、各別に形成されている。

ロッド１４は、軸方向に延びるとともに、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。本実施形態では、ロッド１４はボビン１３の軸方向における両端部に各別に連結されている。ロッド１４は非磁性材料により形成されている。ボビン１３を通るように形成される後述する磁気回路Ｍが乱れるのを防ぐためである。

図１に示すように、ボビン１３を軸方向に挟む一対のロッド１４のうち、ボビン１３から下方に向けて延びる下側ロッド１４Ａが、ブラケット１１の下端部から下方に向けて突出している。
下側ロッド１４Ａの下端部には、合成樹脂材料により形成されたカバー１４Ｃが装着されている。下側ロッド１４Ａのカバー１４Ｃが、第１回転軸部２３の切欠き部２３Ａにおける押圧面２３Ｂに当接している。

また本実施形態では、図２に示すように、ボビン１３における収容凹部１３Ａの外径は、ロッド１４の外径よりも大きい。図示の例では、収容凹部１３Ａの外径は、ボビン１３における連結筒部１８の外径よりも大きい。なお、このような態様に限られず、収容凹部１３Ａの外径は、ボビン１３における連結筒部１８の外径よりも小さくてもよい。

また直動ダンパ本体１０Ａは、ボビン１３を軸方向に付勢する付勢部材１５と、シリンダ１２内に充填された磁気粘性流体１６と、ボビン１３の外周面に巻回された電磁誘導コイル１７と、を備えている。
付勢部材１５は、ボビン１３の上方に配置され、ボビン１３を下方に向けて付勢している。

図示の例では、付勢部材１５はコイルバネであり、上側ロッド１４Ｂを径方向の外側から囲むように、中心軸線Ｏと同軸に配置されている。
付勢部材１５の内側には、ボビン１３における一対の連結筒部１８のうち、上方に位置する上側連結筒部１８Ａが嵌合されている。これにより、付勢部材１５がボビン１３に対して径方向に位置ずれするのを抑制することができる。

磁気粘性流体１６は、シリンダ１２内に充満するように充填されている。磁気粘性流体１６としては、例えば、絶縁性のオイルと、主に鉄系粒子と、の混合材料等を採用することができる。絶縁性のオイルとは、例えば炭化水素油等であり、鉄系粒子とは、例えばカルボニル鉄等である。なお、このような材料に限られず、他の材料により構成された磁気粘性流体を採用してもよい。

電磁誘導コイル１７は図示しない配線等により、ブラケット１１内に設けられた制御部２６と接続されている。本実施形態では、電磁誘導コイル１７は、複数の収容凹部１３Ａにおける外周面に、各別に巻回されている。図示の例では、２つの電磁誘導コイル１７が２つの収容凹部１３Ａに各別に巻回されている。

電磁誘導コイル１７と制御部２６とを接続する配線は、例えば挿通孔１２Ｃを通して引き通される。電磁誘導コイル１７には、この配線を通して、内部電源２７から制御部２６に供給される電力が供給される。
なお、配線は、閉塞板１２Ｂに形成された不図示の孔を通して引き通されてもよい。また、上側ロッド１４Ｂを中空状に形成し、配線を上側ロッド１４Ｂの内部を通して、引き通してもよい。

次に、このように構成された直動ダンパ１０の動作について説明する。
図２に示す状態から、下側ロッド１４Ａを上方に向けてシリンダ１２内に押し込むと、下側ロッド１４Ａと連結されたボビン１３が、付勢部材１５からの付勢力に抗してシリンダ１２内を上方に向けて移動する。これにより、シリンダ１２内に充填された磁気粘性流体１６は、シリンダ１２の内周面と、ボビン１３の外周面との間に形成された隙間を通過して、上方から下方に向けて移動する。
すなわち、直動ダンパ１０は、磁気粘性流体１６の粘性特性に基づいた粘性ダンパとして作用する。

また、上側ロッド１４Ｂは、下側ロッド１４Ａがシリンダ１２内に押し込まれた体積だけ、シリンダ１２の外側に押し出される。ここで、本実施形態に係る下側ロッド１４Ａおよび上側ロッド１４Ｂは、互いに同一径とされている。このため、下側ロッド１４Ａのシリンダ１２内への移動に伴うシリンダ１２内の空間容積の変化を抑えることができる。

また、例えば付勢部材１５が軸方向に圧縮された状態で、ボビン１３の電磁誘導コイル１７に電流を流すと、電磁誘導コイル１７が磁界を発生させる。そして、図２に２点鎖線で示すような、ボビン１３、オリフィス部Ｆ内に位置する磁気粘性流体１６、およびシリンダ１２の周壁にまたがる磁気回路Ｍが形成される。これにより、シリンダ１２内のうち、オリフィス部Ｆ内に位置する磁気粘性流体１６の粘性が増加し、保持力が生じる。
このような磁気粘性流体１６が発揮する保持力は、磁気粘性流体１６が停止している状態においても、磁気粘性流体１６が磁気回路から受ける磁場の影響で硬化することによって発揮することができる。

このため、下側ロッド１４Ａからの上方に向けた押込み力を解除しても、直動ダンパ１０の保持力により、付勢部材１５の付勢力を保持することで、付勢部材１５が復元変形することなく、シリンダ１２内におけるボビン１３の軸方向の位置が維持される。
そして、電磁誘導コイル１７に流した電流を遮断すると、磁気粘性流体１６の粘性が減少し、直動ダンパ１０の保持力が低下することにより、磁気粘性流体１６により保持されていた付勢部材１５の付勢力が解放される。これにより、付勢部材１５が復元変形することで、ボビン１３が下方に向けて押圧され、下側ロッド１４Ａがシリンダ１２、およびブラケット１１から下方に向けて押し出される。

ここで、電磁誘導コイル１７に電流を流した際に発生する磁気回路Ｍの向きについて説明する。
図２に示すように、磁気回路Ｍは、ボビン１３の内部において、軸方向の端部から中央部に向けて延びるとともに、シリンダ１２の周壁において、軸方向の中央部から外側に向けて延びている。このため、複数のオリフィス部Ｆのうち、軸方向の中央に位置する中央オリフィス部Ｆ１では、２つの電磁誘導コイル１７からの磁気回路が重なるように延びている。
これにより、中央オリフィス部Ｆ１内に位置する磁気粘性流体１６は、他の２つのオリフィス部Ｆ内に位置する磁気粘性流体１６よりも高い粘性を発揮する。

以上説明したように、本実施形態に係る直動ダンパ１０によれば、ボビン１３における軸方向の端部に連結筒部１８が形成され、連結筒部１８の内側にロッド１４が嵌合することで、ボビン１３と連結筒部１８とが連結されている。このため、例えばボビン１３の軸方向の端部に、軸方向の内側に向けて窪む凹部を形成し、この凹部に非磁性材料により形成されたロッド１４を嵌合するような構成等と比較して、ボビン１３の軸方向の端部における磁性材料からなる断面積（例えば図２のＡ−Ａ’視における近接部１３Ｂの面積）を大きく確保することができる。
これにより、電磁誘導コイル１７に電流を流した際に、ボビン１３の内部に磁気回路を形成しやすくすることが可能になり、オリフィス部Ｆ内に位置する磁気粘性流体１６の粘性を大きくして、直動ダンパ１０に高い保持力を発揮させることができる。

また、本実施形態に係る直動ダンパ１０によれば、ロッド１４がボビン１３の軸方向の両端部に各別に連結されている。このため、下側ロッド１４Ａのシリンダ１２内への移動に伴って、シリンダ１２内の空間容積が減少するのを抑えることができる。
これにより、ボビン１３の軸方向の移動に伴って、磁気粘性流体１６が圧縮されることを、シリンダ１２にアキュムレータのような内圧調整部材を設けることなく、抑えることができる。したがって、シリンダ１２内に磁気粘性流体１６が充満するように充填させたとしても、簡易な構成により直動ダンパ１０の粘性ダンパとしての減衰特性を安定させることができる。

また、本実施形態に係る直動ダンパ１０によれば、ボビン１３における収容凹部１３Ａの外径が、ロッド１４の外径よりも大きい。このため、ボビン１３のうち、軸方向に沿って延びる部分の断面積を大きく確保することが可能になり、電磁誘導コイル１７に電流を流した際に、ボビン１３の内部に磁気回路Ｍを形成しやすくすることができる。
これにより、オリフィス部Ｆ内に位置する磁気粘性流体１６の粘性を更に大きくして、直動ダンパ１０に高い保持力を発揮させることができる。

また、本実施形態に係る直動ダンパ１０によれば、ボビン１３の外周面に軸方向に間隔をあけて複数形成された収容凹部１３Ａの外周面に、電磁誘導コイル１７が各別に巻回されている。このため、ボビン１３の近接部１３Ｂのうち、電磁誘導コイル１７により軸方向に挟まれる近接部１３Ｂには、複数の電磁誘導コイル１７からの磁気回路が重複して形成される。
これにより、中央オリフィス部Ｆ１内に位置する磁気粘性流体１６に、より大きな粘性を発揮させることが可能になり、より一層効果的に直動ダンパ１０に高い保持力を発揮させることができる。

次に、図３を用いて、このような直動ダンパ１０の動作に基づいた下肢支援装置１の動作について説明する。
まず、障碍脚の踵が接地する前の状態において、直動ダンパ１０の下側ロッド１４Ａは、第１回転軸部２３の押圧部を下方に向けて押圧している状態とする。
そして、図３（ａ）に示すように、障碍脚の踵が接地すると、下肢支援装置１の後側第１接地センサ２４Ｂが検知する。これにより、電磁誘導コイル１７に所定の電流Ｉ_ｔが流されると、磁気粘性流体１６が一定の粘性を発揮し、直動ダンパ１０が一定の力で保持される。

この際、使用者の前方への移動に伴って、障碍脚の足部は、後端部回りにつま先が接地する向きに次第に回動してゆく。このときの足部の回動動作を、直動ダンパ１０の保持力Ｆ１により支援し、回動トルクＴ１を与えることで緩やかに接地させることができる。
ここで、直動ダンパ１０の保持力とは、付勢部材１５による下方に向けた付勢力、およびボビン１３の外周面と、シリンダ１２の内周面と、の隙間を磁気粘性流体１６が通過することによる直動ダンパ１０の粘性ダンパとしての粘性力、および磁気粘性流体１６が停止している状態において、磁場の影響で硬化することによって発揮する保持力により決まる力である。そして、直動ダンパ１０の可変保持特性とは、直動ダンパ１０の粘性ダンパとしての減衰特性、および磁気粘性流体１６の保持力が、電磁誘導コイル１７に流す電流値Ｉ_ｔの大きさにより変更することで、任意に調整できる特性を意味する。

そして、図３（ｂ）に示すように、障碍脚のつま先が接地すると、前側第１接地センサ２４Ａが検知する。この際、第１足載部２１が、第１回転軸部２３回りに回動したことで、直動ダンパ１０の下側ロッド１４Ａは、シリンダ１２内に上方に向けて最も押し込まれた状態となっている。そして、電磁誘導コイル１７に最大電流Ｉ_ｍａｘが流されると、直動ダンパ１０が最大の力で保持される。

これにより、図３（ｃ）に示すように、付勢部材１５の下方に向けた付勢力を、直動ダンパ１０の保持力により保持する。その結果、脚部が足部に対して、足部の後端部回りに前方に向けて回動することで、下側ロッド１４Ａと押圧面２３Ｂとの間に隙間が生じても、下側ロッド１４Ａのシリンダ１２内における位置を維持することができる。

そして、図３（ｄ）に示すように、障碍脚の足部の踵が地面から離れると、これを後側第１接地センサ２４Ｂが検知する。これにより、電磁誘導コイル１７に流れていた電流を遮断することで、直動ダンパ１０の保持力により保持されていた付勢部材１５の付勢力が解放される。そして、付勢部材１５が復元変形することで、ボビン１３が下方に向けて押圧され、下側ロッド１４Ａがブラケット１１の下方に向けて変位する。

そして、下側ロッド１４Ａが第１回転軸部２３の押圧面２３Ｂを下方に向けて押圧力Ｆ２により押圧することで、第１足載部２１に回動力Ｔ２を与え、第１足載部２１が、後端部回りにつま先が地面から離れる向きに次第に回動してゆく。この際、直動ダンパ１０の下側ロッド１４Ａは、下方に向けて最も押し出された状態となる。これにより、障碍脚の足部のつま先が、地面に引っかかることなく、使用者が歩行することができる。
そして、障碍脚の脚部が前方に移動することで、図３（ａ）に示す踵が接地する状態となり、このような一連の動作を繰り返すことで、下肢支援装置１が使用者の歩行を支援することができる。

以上説明したように、本実施形態に係る下肢支援装置１によれば、直動ダンパ１０が高い保持力を発揮することができるので、直動ダンパ１０の保持力により保持する付勢部材１５の付勢力を高く設定することができる。このため、直動ダンパ１０の下側ロッド１４Ａが第１回転軸部２３の押圧面２３Ｂを下方に向けて押圧する際の押圧力や、電流を流した際の応答性等を広い範囲で設定することが可能になる。
これにより、下肢支援装置１の仕様値に自由度を与えることができ、下肢支援装置１の利便性を高めることができる。

ここで、電磁誘導コイル１７に流される電流値について詳述する。図３（ａ）に示したような、障碍脚の足部が、後端部回りにつま先が接地する向きに回動してゆく回動動作の速度は、使用者やその歩行速度によりばらつきがあり、個別に設定する必要がある。
また、図３（ｄ）に示したような、障碍脚の足部が、その後端部回りにつま先が地面から離れる回動動作の速度についても、同様に個別に設定する必要がある。この場合には、例えば図３（ｄ）に破線Ｂで示すように、電磁誘導コイル１７に流す電流を緩やかに遮断することで、直動ダンパ１０における下側ロッド１４Ａが下方に向けて押し出される速度を管理することとなる。
そこで、健常脚を用いて足部の動作情報を把握し、電流の制御を行うことができる。このように、下肢支援装置１の使用を補助するものとして、健常脚および健常腕のうち、少なくともいずれかに装着される下肢支援補助装置２を用いることができる。以下の説明では、健常脚に装着される下肢支援補助装置２について説明する。

（下肢支援装置セット）
次に、本実施形態に係る下肢支援装置セットについて説明する。
下肢支援装置セットは、前述した下肢支援装置１、および下肢支援補助装置２を有している。本実施形態では、左脚用の下肢支援補助装置２を例に挙げて説明する。

下肢支援補助装置２は、健常脚に装着され、健常脚の足部の動作を検出し、その情報に基づいて下肢支援装置セットの制御を補助する補助器具である。
図４に示すように、下肢支援補助装置２は、健常脚に装着される第２装着体３０と、健常脚の足部が載置される第２足載部３１と、第２装着体３０から第２足載部３１に向けて延びる第２支柱部３２と、第２支柱部３２に対して第２足載部３１を回動可能に連結する第２回転軸部３３と、を備えている。

第２装着体３０、第２足載部３１、および第２支柱部３２はそれぞれ、下肢支援装置１における、第１装着体２０、第１足載部２１、および第１支柱部２２それぞれと左右対称となるように構成されている。
第２回転軸部３３は、左右方向から見た側面視で円形状をなしている。すなわち、第２回転軸部３３には切欠き部が形成されていない。

また、下肢支援補助装置２は、第２足載部３１の底部に設けられた第２接地センサ３４と、第２支柱部３２に対する第２足載部３１の回動動作を検出する第２角度センサ３５と、を備えている。
第２接地センサ３４には、下肢支援装置１と同様に、第２足載部３１の底部のうち、前後方向におけるつま先側に位置する前側第２接地センサ３４Ａと、第２足載部３１の底部のうち、前後方向における踵側に位置する後側第２接地センサ３４Ｂと、がある。
第２角度センサ３５は、第２回転軸部３３内に設けられている。

また、下肢支援補助装置２は、第２接地センサ３４および第２角度センサ３５から得られた足部の動作情報を処理する処理部３６を備えている。
処理部３６は、図示の例では、第２回転軸部３３内に設けられているが、例えば第２足載部３１内に設けてもよい。処理部３６には、第２接地センサ３４および第２角度センサ３５により検出された動作情報が伝達される。

ここで、足部の動作情報とは、第２角度センサ３５により得られる歩行時の足部の後端部回りの回動角速度や、および第２接地センサ３４により得られる踵とつま先それぞれの接地の態様等である。
また、処理部３６は、第２角度センサ３５が検出した健常脚における足部の動作情報を送信する送信部３８を備えている。送信部３８から送信された情報が、下肢支援装置１の受信部２８から制御部２６に伝達される。

次に、下肢支援装置セットの制御方法について説明する。
本実施形態に係る下肢支援装置セットの制御方法は、下肢支援補助装置２における、第２角度センサ３５が検出した健常脚における足部の動作情報に基づいて、下肢支援装置の第１接地センサ２４が障碍脚における第１足載部２１の接地を検出した際に、電磁誘導コイル１７に流す電流を制御する。ここで、電流を制御するとは、電流値を設定するとともに、電流波形を決めることを意味する。

下肢支援補助装置２による健常脚における足部の動作情報の取得は、障碍脚に下肢支援装置１を装着した状態で、健常脚に下肢支援補助装置２を装着して行ってもよい。また、健常脚における足部の動作情報の取得は、障碍脚に下肢支援装置１を装着することなく、健常脚にのみ下肢支援補助装置２を装着した状態で行ってもよい。
すなわち、健常脚における動作情報の取得、および障碍脚における下肢支援装置１の動作設定は、脚動作開始前、脚動作開始中（歩行中）の両方若しくはどちらか一方で行う（歩行前にスタティックにパラメータを設定しても、歩行中にダイナミックにパラメータを設定しても良い）。

また、本実施形態に係る下肢支援装置セットの制御方法は、健常脚における足部の動作情報を下肢支援補助装置２における送信部３８から、下肢支援装置１における受信部２８に送る。そして、第１接地センサ２４が障碍脚における第１足載部２１の接地を検出した際に、電磁誘導コイル１７に流す電流値を時々刻々と変化させる。

この場合、使用者は両足に下肢支援装置１および下肢支援補助装置２を各別に装着した状態で歩行する。この際、使用者の標準的な歩行速度における健常脚の動作情報に基づいて、電磁誘導コイル１７に流す電流値の基準値を設定しておくことができる。
そして、使用者の歩行速度に合わせて、すなわち、健常脚の足部の回動角速度の変化に合わせて、電磁誘導コイル１７に流す電流値を変化させる。

以上説明したように、本実施形態に係る下肢支援セットによれば、下肢支援装置１および下肢支援補助装置２を有している。このため、健常脚の動作情報を下肢支援補助装置２により取得することで、障碍脚に装着される下肢支援装置１に所望される仕様値（例えば、電流値の大きさやその時間変化）を正確に把握することができる。

また、本実施形態に係る下肢支援装置セットの制御方法によれば、下肢支援補助装置２を用いて、健常脚における足部の動作情報に基づいて、下肢支援装置１における電磁誘導コイル１７に流す電流を制御する。このため、個人毎にばらつきのある足部の動作に基づいて、使用者にとって歩きやすい状態で下肢支援装置１を制御することができる。これにより、下肢支援装置１の利便性を向上することができる。

また、本実施形態に係る下肢支援装置セットの制御方法によれば、下肢支援補助装置２の送信部３８、および下肢支援装置１の受信部２８を用いて、電磁誘導コイル１７に流す電流値を時々刻々と変化させる。このため、使用者の歩行速度が変化した際に、歩行速度の変化に基づく足部の角速度変化を検出し、障碍脚の足部が最適な角速度となるように、電磁誘導コイル１７に流す電流を変化させることができる。これにより、下肢支援装置１の利便性をより一層効果的に向上することができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることができる。
例えば、上記実施形態においては、下肢支援装置セットの制御方法として、ボビン１３に連結筒部１８が形成された直動ダンパ１０を備えた下肢支援装置１を用いた構成を示したが、このような態様に限られない。下肢支援装置セットの制御方法は、ボビン１３に連結筒部１８が形成されていない直動ダンパ１０を用いた下肢支援装置１に対して適用してもよい。

また、上記実施形態においては、直動ダンパ１０のロッド１４は、ボビン１３の軸方向における両端部に各別に連結されている構成を示したが、このような態様に限られない。ロッド１４は、ボビン１３の軸方向における一方側の端部にのみ連結されてもよい。この場合、ロッド１４は、軸方向のうち、シリンダ１２内における付勢部材１５が配置された側と反対側（図示の例では下側）にのみ配置される。

また、上記実施形態においては、ボビン１３の外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部１３Ａが形成されている構成を示したが、このような態様に限られない。ボビン１３の外周面に収容凹部１３Ａが形成されなくてもよい。
また、上記実施形態においては、ボビン１３の収容凹部１３Ａの外径は、ロッド１４の外径よりも大きい構成を示したが、このような態様に限られない。収容凹部１３Ａの外径は、ロッド１４の外径よりも小さくてもよい。

また、上記実施形態においては、ボビン１３の外周面に収容凹部１３Ａが軸方向に間隔をあけて複数形成され、電磁誘導コイル１７が複数の収容凹部１３Ａにおける外周面に各別に巻回された構成を示したが、このような態様に限られない。収容凹部１３Ａがボビン１３の外周面に１つだけ形成され、その収容凹部１３Ａに電磁誘導コイル１７が巻回されてもよい。

また、上記実施形態においては、シリンダ１２が円筒状をなし、ボビン１３が円柱状をなしている構成を示したが、このような態様に限られない。例えば、シリンダ１２が角筒状をなし、ボビン１３が角柱状をなしてもよい。

また、上記実施形態においては、下肢支援補助装置２として、健常脚に装着される構成を示したが、このような態様に限られない。下肢支援補助装置として、健常腕に装着され、健常腕の動作を検出し、その情報に基づいて下肢支援装置セットの制御を補助する補助器具を採用してもよい。
この場合には、一般に歩行時における腕部および脚部それぞれの動作には一定の相関があることが知られており、使用者の腕部の動作に基づいて、下肢支援装置１に所望される障碍脚を支援する動作を把握することができる。また、下肢支援補助装置は、健常脚および健常腕の双方に装着してもよい。

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能であり、また、上記した変形例を適宜組み合わせてもよい。

１ 下肢支援装置
２ 下肢支援補助装置
１０ 可変保持特性を有する直動ダンパ
１２ シリンダ
１３ ボビン
１４ ロッド
１５ 付勢部材
１６ 磁気粘性流体
１７ 電磁誘導コイル
１８ 連結筒部
２０ 第１装着体
２１ 第１足載部
２２ 第１支柱部
２３ 第１回転軸部
２４ 第１接地センサ
２５ 第１角度センサ
２６ 制御部
２７ 内部電源
２８ 受信部
３０ 第２装着体
３１ 第２足載部
３２ 第２支柱部
３３ 第２回転軸部
３４ 第２接地センサ
３５ 第２角度センサ
３６ 処理部
３８ 送信部

Claims (7)

1. 筒状のシリンダと、前記シリンダの内周面と径方向に隙間をあけて配置され、かつ前記シリンダ内に軸方向に移動可能に配置された柱状のボビンと、外部から前記ボビンの軸方向の端部に連結されたロッドと、前記ボビンを軸方向に付勢する付勢部材と、前記シリンダ内に充填された磁気粘性流体と、前記ボビンの外周面に巻回された電磁誘導コイルと、を備え、前記ボビンにおける軸方向の端部には、軸方向に向けて突出するとともに、前記ロッドが内側に嵌合することで連結される連結筒部が形成されている可変保持特性を有する直動ダンパと、
   障碍脚に装着される第１装着体と、
   前記障碍脚の足部が載置される第１足載部と、
   前記第１装着体から前記第１足載部に向けて延びる第１支柱部と、
   前記第１支柱部に対して前記第１足載部を回動可能に連結する第１回転軸部と、
   前記第１足載部の底部に設けられた第１接地センサと、
   前記第１支柱部に対する前記第１足載部の回動動作を検出する第１角度センサと、
   前記第１接地センサおよび前記第１角度センサから得られた動作情報に基づいて、前記可変保持特性を有する直動ダンパの前記電磁誘導コイルに電流を流すことで、前記可変保持特性を有する直動ダンパを制御する制御部と、
   前記制御部による前記可変保持特性を有する直動ダンパの制御に際して、電力を供給する内部電源と、を備え、
   前記可変保持特性を有する直動ダンパが、前記第１支柱部と前記第１回転軸部との間に配置されている、下肢支援装置。
2. 前記ロッドは、前記ボビンの軸方向における両端部に各別に連結されている、請求項１に記載の下肢支援装置。
3. 前記ボビンの外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部が形成され、
   前記収容凹部の外径は、前記ロッドの外径よりも大きい、請求項１又は２に記載の下肢支援装置。
4. 前記ボビンの外周面には、径方向の内側に向けて窪む収容凹部が軸方向に間隔をあけて複数形成され、
   前記電磁誘導コイルは、複数の前記収容凹部における外周面に、各別に巻回されている、請求項１から３のいずれか１項に記載の下肢支援装置。
5. 健常脚および健常腕のうち、少なくともいずれかに装着される第２装着体と、
   前記健常脚の足部が載置される第２足載部と、
   前記第２装着体から前記第２足載部に向けて延びる第２支柱部と、
   前記第２支柱部に対して前記第２足載部を回動可能に連結する第２回転軸部と、
   前記第２足載部の底部に設けられた第２接地センサと、
   前記第２支柱部に対する前記第２足載部の回動動作を検出する第２角度センサと、
   前記第２接地センサおよび前記第２角度センサから得られた動作情報を処理する処理部と、を備えた下肢支援補助装置、および、請求項１から４のいずれか１項に記載された下肢支援装置を有する下肢支援装置セット。
6. 請求項５に記載の下肢支援装置セットにおける制御方法であって、
   前記第２接地センサ、および第２角度センサが検出した前記健常脚における足部の動作情報に基づいて、前記下肢支援装置の前記第１接地センサが前記障碍脚における前記第１足載部の接地を検出した際に、前記電磁誘導コイルに流す電流を制御する、下肢支援装置セットの制御方法。
7. 前記処理部は、前記第２角度センサが検出した前記健常脚における足部の動作情報を送信する送信部を備え、
   前記制御部は、前記送信部から送信された前記動作情報を受信する受信部を備え、
   前記第１接地センサが前記障碍脚における前記第１足載部の接地を検出した際に、前記電磁誘導コイルに流す電流値を時々刻々と変化させる、請求項６に記載の下肢支援装置セットの制御方法。

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