JP7368458B2

JP7368458B2 - 継手装置

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Publication number: JP7368458B2
Application number: JP2021511993A
Authority: JP
Inventors: 拓洋小野
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2019-03-29
Filing date: 2020-03-27
Publication date: 2023-10-24
Anticipated expiration: 2040-03-27
Also published as: EP3950233A4; US20220168118A1; WO2020203762A1; CN113710433A; JPWO2020203762A1; EP3950233A1

Description

本発明は、継手装置に関する。

二部材を相対移動可能に連接した継手装置として、義肢（義手、義足）が知られている。例えば、膝関節近位で切断された下肢大腿部に装着される義足（大腿義足）は、膝に対応する連接部を中心にして膝上側部材と膝下側部材とを相対的に回転移動可能に連接した膝継手装置の一種である。

義足は、膝関節に対応する連接部を中心として適度な油圧抵抗を伴って屈曲するイールディング機能を備えている。これにより、荷重が掛かった際の急激な膝折れを防止すると共に、義足と健常足とを交互に振り出しながら階段を降りることが可能になっている。

従来、断端を収容するソケット内に設けられた筋肉の収縮運動を検知するセンサの検知情報から、液圧シリンダの可変バルブの絞り具合を制御することにより、膝継手部の屈曲伸展の抵抗を調整するようにした義足が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開平１１－１９１０５号公報

しかしながら、従来の義足は、イールディング機能によって膝を屈曲させることはできるものの、膝の伸展は、義足を振り出すことによって行うしかなく、荷重を掛けて踏ん張った状態で、体を持ち上げながら膝を伸展させることはできない。このため、従来の義足では、自然に近い歩容で階段を昇ることができなかった。

そこで、本発明は、屈曲状態から荷重を掛けて伸展させることが可能な継手装置を提供することを課題とする。

（１）本発明に係る継手装置は、第１部材（例えば、後述の膝下側部材１）と第２部材（例えば、後述の膝上側部材２）とを相対移動可能に連接する連接部（例えば、後述の膝関節機構３）を有する継手装置（例えば、後述の義足１０）であって、前記第１部材と前記第２部材とに亘って動力伝達可能に接続され、伸縮することにより前記連接部を中心とした前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能な伸縮装置（例えば、後述の伸縮装置１２）を有し、前記伸縮装置は、回転動力を生成する回転部（例えば、後述の回転部１２１）と、前記回転部と動力伝達可能に接続され、前記回転部により生成される回転動力を伸縮方向に沿う並進運動に変換する変換部（例えば、後述の変換部１２２）と、を有する。

上記（１）によれば、第１部材と第２部材とを屈曲させた状態から荷重を掛けて伸展させることが可能な継手装置を提供することができる。

（２）（１）に記載の継手装置において、前記回転部は、電力の供給を受けて回転動力を発生する回転電機（例えば、後述の回転電機１２４）を含んでもよい。

上記（２）によれば、回転部による回転動力を回転電機の回転動力によって生成することができる。

（３）（２）に記載の継手装置において、前記回転電機の回転動力を制御する制御部（例えば、後述の制御部１７）を更に有してもよい。

上記（３）によれば、制御部によって回転電機の回転動力を適切に制御することができる。

（４）（３）に記載の継手装置において、前記制御部は、前記伸縮装置に圧縮方向の外力が加わった場合に、前記変換部が伸び方向の並進運動に変換する方向の回転動力を生成するように前記回転電機を制御するようにしてもよい。

上記（４）によれば、回転電機の無駄な電力消費及び発熱を抑えつつ、変換部が伸び方向の並進運動に変換する方向の回転動力を生成するように回転電機を制御することができる。

（５）（１）～（４）のいずれかに記載の継手装置において、前記第１部材が前記第２部材よりも被装着体から遠い末端側となるように被装着体に装着された状態で、前記回転部は、前記変換部よりも前記第２部材から遠い側に配置されるようにしてもよい。

上記（５）によれば、回転部は、外筒とスピンドルとで構成される変換部に比べて大きな重量を有するため、義足と健常足とを交互に振り出す通常の歩行時に、回転部の重量による慣性を有効に利用することができる。また、義足の重心が下がるため、立脚時の姿勢も安定化する。

（６）（１）～（５）のいずれかに記載の継手装置において、前記伸縮装置は、前記回転部と前記変換部との間に、前記回転部から前記変換部への動力伝達を断接可能な断接部（例えば、後述のクラッチ部１２３）を更に有してもよい。

上記（６）によれば、回転部の回転動力を変換部に伝えないように遮断することができるため、回転部に不必要な負荷が掛かることがない。

（７）（６）に記載の継手装置において、前記断接部は、前記回転部側に連結される第１断接部材（例えば、後述の第１係合子１２３ａ）と、前記変換部側に連結される第２断接部材（例えば、後述の第２係合子１２３ｂ）と、を有すると共に、前記第１断接部材と前記第２断接部材とを常時離間する方向に付勢する第１付勢部（例えば、後述のばね１２８）を更に有してもよい。

上記（７）によれば、回転部と変換部との並び方向の外力が第１付勢部の付勢力よりも低下したときに、自動的に断接部を遮断することができる。

（８）（１）～（７）のいずれかに記載の継手装置において、前記回転部は、変速機（例えば、後述の変速機１２５）を更に含んでもよい。

上記（８）によれば、回転部の動力発生源の選定自由度が向上する。

（９）（１）～（８）のいずれかに記載の継手装置において、前記連接部の動作を調整する調整部（例えば、後述のロータリダンパ３２）を更に有してもよい。

上記（９）によれば、第１部材と第２部材との相対的な回転移動の動作を調整できることにより、第１部材と第２部材とが急激に屈曲することを防止することができる。

（１０）（１）～（９）のいずれかに記載の継手装置において、前記伸縮装置は、前記回転体を一方向の回転方向に付勢する第２付勢部（例えば、後述のばね１２８）を更に有してもよい。

上記（１０）によれば、回転体が第２付勢部により一方向に付勢されるため、回転部の回転動力によらずに回転体を一方向に回転させることができる。

（１１）（１）～（１０）のいずれかに記載の継手装置において、前記伸縮装置に加わる圧縮方向の外力を取得する第１取得部（例えば、後述の６軸フォースセンサ１４）を更に有してもよい。

上記（１１）によれば、伸縮装置に加わる圧縮方向の外力から継手装置の状態を推定することができる。

（１２）（１）～（１１）のいずれかに記載の継手装置において、前記第１部材の加速度を取得する第２取得部（例えば、後述の６軸モーションセンサ１５）を更に有してもよい。

上記（１２）によれば、第１部材の加速度から継手装置の状態を推定することができる。

（１３）（１）～（１２）のいずれかに記載の継手装置において、前記第１部材と前記第２部材との成す角を取得する第３取得部（例えば、後述の膝関節角度センサ１６）を更に有してもよい。

上記（１３）によれば、前記第１部材と前記第２部材との成す角から継手装置の状態を推定することができる。

（１４）（１）～（１３）のいずれかに記載の継手装置において、前記回転部に対して回転動力を生成するための電力を供給するバッテリ（例えば、後述のバッテリ１３）を更に有してもよい。

上記（１４）によれば、外部から電力供給することなく、継手装置内の回転部の回転動力を生成することができる。

（１５）（１）～（１４）のいずれかに記載の継手装置において、被装着体の下肢に装着されるものであってもよい。

上記（１５）によれば、被装着体の下肢に装着される継手装置を提供することができる。

（１６）（１５）に記載の継手装置において、下肢の膝関節となる部位に装着されるものであってもよい。

上記（１６）によれば、被装着体の下肢に装着される膝継手装置を提供することができる。

本発明によれば、屈曲状態から荷重を掛けて伸展させることが可能な継手装置を提供することができる。

義足の要部を断面で示す側面図である。伸縮装置に設けられるクラッチ部の一実施形態を模式的に示す拡大図である。断面形状が矩形状の爪部を有するクラッチ部が噛み合った状態を模式的に示す拡大図である。断面形状が鋸刃状の爪部を有するクラッチ部が噛み合った状態を模式的に示す拡大図である。階段に接地した昇段時の義足の状態を示す図である。伸縮装置に設けられるクラッチ部が噛み合った状態を模式的に示す拡大図である。伸縮装置が伸長した際の義足の状態を示す図である。義足を装着した被装着体が階段を昇る様子を模式的に示す図である。

以下、本発明に係る継手装置の一実施形態について図面を用いて詳細に説明する。
本明細書では、継手装置として、下肢大腿部の膝関節となる部位に装着される膝継手装置の一種である大腿義足（以下、単に義足という。）を例示して説明する。

（義足の全体構成）
図１は、義足の要部を断面で示す側面図である。図１に示すように、義足１０は、膝下側部材１と膝上側部材２とを有する。膝下側部材１と膝上側部材２とは、膝関節機構３によって連結されている。膝下側部材１は、本発明の「第１部材」に対応し、膝上側部材２は、本発明の「第２部材」に対応する。膝下側部材１の下端には、足部４が連結されている。膝上側部材２は、膝下側部材１の上端部に配置されている。膝上側部材２の上端には、被装着体（人体、図示せず）の下肢大腿部の断端を収容するソケット５が連結されている。

なお、義足１０における方向は、被装着体が義足１０を装着して立脚した状態における方向を基準とする。即ち、義足１０の上、下は、立脚状態の被装着体の上、下に対応し、図１における上、下を指す。また、義足１０の前、後（正面、背面）は、立脚状態の被装着体の前、後（正面、背面）に対応し、図１における右、左を指す。

（膝関節機構）
膝関節機構３は、義足１０の膝に相当し、中心に配置される回動軸３１を中心にして、膝下側部材１と膝上側部材２とを義足１０の前後方向（図１における時計方向及び反時計方向）に相対的に回転移動可能に連接している。この膝関節機構３は、本発明の「連接部」に対応する。

なお、膝関節機構３の回動軸３１を中心にした膝下側部材１と膝上側部材２との相対的な回転移動に関する以下の説明については、膝下側部材１を不動として、膝上側部材２が図１における前方（時計方向）又は後方（反時計方向）に回転移動するものとして説明する。

本実施形態の膝関節機構３は、膝関節機構３の回転動作を調整するロータリダンパ３２を備えている。ロータリダンパ３２は、膝関節機構３の回動軸３１を中心に回転可能に設けられ、回動軸３１を中心にした膝下側部材１と膝上側部材２との相対的な回転移動の動作を、適度な油圧抵抗を伴う動作に調整する。本実施形態の義足１０は、膝関節機構３にロータリダンパ３２を有することにより、急激な膝折れ防止機能及びイールディング機能を発揮する。このロータリダンパ３２は、本発明の「調整部」に対応する。

（膝上側部材）
膝上側部材２は、膝関節機構３の回動軸３１を中心にして、義足１０の前後方向に回転移動可能に取り付けられている。膝上側部材２は、上端にソケット５を連結するソケット連結用突部２１を有すると共に、このソケット連結用突部２１の直下から義足１０の後方側、具体的には、膝関節機構３の後方側に向けて延びる腕部２２を有する。

（膝下側部材）
膝下側部材１は、義足１０の脛に相当し、義足１０の主要部を構成する。本実施形態の膝下側部材１は、義足１０の下腿部に相当するフレーム１１内に、伸縮装置１２と、バッテリ１３と、６軸フォースセンサ１４と、６軸モーションセンサ１５と、膝関節角度センサ１６と、制御部１７と、を有する。膝関節機構３は、フレーム１１の上端部に配置されている。なお、図１では、各構成部品間を電気的に接続する配線の図示は省略している。

Ａ．伸縮装置
伸縮装置１２は、フレーム１１内の後方側に上下方向に伸縮可能に配置されている。伸縮装置１２の下端は、フレーム１１内の下端部近傍に設けられる第１枢軸１８ａに、取付け部１２ａによって義足１０の前後方向に回動可能に取り付けられている。一方、伸縮装置１２の上端は、フレーム１１内から外部に露出し、膝上側部材２の腕部２２の先端に設けられる第２枢軸１８ｂに、取付け部１２ｂによって義足１０の前後方向に回動可能に取り付けられている。これにより、伸縮装置１２は、膝下側部材１と膝上側部材２とに亘って架設される。伸縮装置１２が伸縮動作すると、膝上側部材２の腕部２２が上下動し、膝関節機構３の回動軸３１を中心として膝上側部材２が回動する。これにより、膝下側部材１と膝上側部材２との成す角が変更される。

本実施形態の伸縮装置１２は、回転動力を生成する回転部１２１と、この回転部１２１により生成される回転動力を伸縮方向に沿う並進運動に変換する変換部１２２と、を有する。回転部１２１と変換部１２２との間には、回転部１２１から変換部１２２への動力伝達を断接可能なクラッチ部１２３が更に設けられている。

ａ１．回転部
回転部１２１は、動力発生源である回転電機１２４を有する。回転電機１２４は、上端が開口する円筒状のハウジング１２０内に収納されており、バッテリ１３から電力の供給を受けて回転動力を発生させる。ハウジング１２０は、取付け部１２ａによってフレーム１１内の下部に配置される第１枢軸１８ａに回動可能に取り付けられている。ハウジング１２０は、第１枢軸１８ａから斜め後方に傾いて配置されている。具体的な回転電機１２４は特に制限されないが、ステッピングモータ、ＤＣモータ等を使用することができる。回転電機１２４は、ハウジング１２０内の最下端に、出力軸（図示せず）を上に向けて収納されている。

本実施形態の回転部１２１は、回転電機１２４と共にハウジング１２０内に収納される変速機１２５を更に有する。変速機１２５は、回転電機１２４の出力軸と連結され、出力軸の回転速度の比率を変えて回転動力を出力する。これにより、回転部１２１に使用する回転電機１２４の選定の自由度を向上させることができる。変速機１２５としては、減速機又は増速機を使用することができる。減速機を使用する場合は、回転電機１２４の回転動力を高トルクの回転動力に変換することができる。一方、増速機を使用する場合は、回転電機１２４の回転動力を高速度の回転動力に変換することができる。

ａ２．変換部
変換部１２２は、下端が開口する円筒状の外筒１２６と、この外筒１２６とハウジング１２０との間に亘って設けられる棒軸状のスピンドル１２７と、を有する。

外筒１２６は、膝上側部材２の腕部２２に配置される第２枢軸１８ｂに取付け部１２ｂによって回動可能に取り付けられると共に、第２枢軸１８ｂからハウジング１２０に向けてフレーム１１内に挿入されている。外筒１２６は、軸方向の略全長に亘って、内周面に螺旋状の雌ねじ１２６ａが設けられている。

スピンドル１２７は、外周面の軸方向の略全長に亘って、外筒１２６内の雌ねじ１２６ａと螺合する雄ねじ１２７ａが設けられている。スピンドル１２７の上端側は、外筒１２６内の雌ねじ１２６ａに螺合することによって、外筒１２６に対して軸周りに回転可能に収容されている。一方、スピンドル１２７の下端側は、ハウジング１２０内の上端に、軸周りに回転可能であるが、軸方向には、後段で説明するクラッチ部１２３による断接移動範囲内での距離の移動のみ可能となるように取り付けられている。スピンドル１２７は、ハウジング１２０内において、回転電機１２４の回転動力を伝達可能に配置されている。このスピンドル１２７は、本発明の「回転体」に対応する。

スピンドル１２７は、ハウジング１２０内の回転電機１２４の回転動力が伝達されると、軸周りに回転する。スピンドル１２７が回転すると、スピンドル１２７に螺合している外筒１２６がスピンドル１２７の軸方向に沿って上下に移動する。その結果、外筒１２６とハウジング１２０との離間距離が変化し、伸縮装置１２の全長が伸縮する。即ち、変換部１２２を構成するスピンドル１２７及び外筒１２６は、回転部１２１により生成される回転動力を伸縮方向に沿う並進運動に変換するように構成される。伸縮装置１２は、伸縮することにより、第２枢軸１８ｂによって外筒１２６が取り付けられる腕部２２を上下動させ、膝上側部材２を、回動軸３１を中心にして義足１０の前後方向に回動させることにより、膝下側部材１と膝上側部材２との成す角を変更する。

なお、本実施形態の伸縮装置１２は、回転部１２１からの回転動力によってスピンドル１２７が軸周りに回転（正回転）することにより、外筒１２６を伸長方向に移動させる一方で、スピンドル１２７が軸周りに上記と反対方向に回転（逆回転）することにより、伸長方向に移動した外筒１２６を収縮方向に移動させるようになっている。このスピンドル１２７の軸周りの逆回転の構成については後段で説明する。

また、本実施形態の伸縮装置１２において、この変換部１２２よりも、回転部１２１の方が、フレーム１１内において膝上側部材２から遠い側（義足１０の足部４に近い側）に配置されている。即ち、スピンドル１２７を挟んで、外筒１２６が義足１０の上側に配置され、回転部１２１を含むハウジング１２０が義足１０の下側に配置されている。回転部１２１は、外筒１２６とスピンドル１２７とで構成される変換部１２２に比べて大きな重量を有するため、義足１０と健常足とを交互に振り出す通常の歩行時に、回転部１２１の重量による慣性を有効に利用することができる。また、義足１０の重心が下がるため、立脚時の姿勢も安定化する。

ａ３．クラッチ部
クラッチ部１２３は、回転部１２１側に連結される第１係合子１２３ａと、変換部１２２側に連結される第２係合子１２３ｂと、を有し、回転部１２１から変換部１２２への動力伝達を断接可能となるように、伸縮装置１２のハウジング１２０内に配置されている。このクラッチ部１２３は、本発明の「断接部」に対応する。また、第１係合子１２３ａは、本発明の「第１断接部材」に対応し、第２係合子１２３ｂは、本発明の「第２断接部材」に対応する。

図２は、伸縮装置１２に設けられるクラッチ部１２３の一実施形態を模式的に示す拡大図である。第１係合子１２３ａは、回転部１２１の変速機１２５の出力軸１２５ａに、スピンドル１２７に向けて上方に突出するように設けられている。一方、第２係合子１２３ｂは、スピンドル１２７の下端部１２７ｂに、変速機１２５に向けて下方に突出するように設けられている。第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとの対向面は、互いに噛み合い可能な爪部１２３ｃ，１２３ｄをそれぞれ有している。

第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂの各爪部１２３ｃ，１２３ｄの具体的形状は、爪部１２３ｃ，１２３ｄ同士が噛み合った際に、回転部１２１の回転動力をスピンドル１２７に伝達可能であれば特に制限はない。図２に示すように、断面形状が台形状の爪部１２３ｃ，１２３ｄであってもよいし、図３Ａに示すように、断面形状が矩形状の爪部１２３ｃ，１２３ｄであってもよい。また、図３Ｂに示すように、断面形状が鋸刃状の爪部１２３ｃ，１２３ｄであってもよい。

変速機１２５の出力側端面１２５ｂとスピンドル１２７の下端面１２７ｃとの間には、ばね１２８が配置されている。ばね１２８は、例えばコイルばね等の適宜の弾発部材からなり、第１係合子１２３ａ及び第２係合子１２３ｂを内側に収容している。ばね１２８は、第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとが離間して爪部１２３ｃ，１２３ｄ同士の噛み合いが解除される方向に、変速機１２５の出力側端面１２５ｂとスピンドル１２７に対して付勢力を常時作用させると共に、スピンドル１２７に対して所定の大きさの軸方向荷重が作用した場合には、軸方向に縮んで、第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとの爪部１２３ｃ，１２３ｄ同士を互いに噛み合わせることができるように構成される。ばね１２８が撓んで第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとが噛み合うことにより、回転部１２１により生成される回転動力が、変速機１２５を介してスピンドル１２７に伝達される。このばね１２８は、本発明の「第１付勢部」に対応する。

本実施形態のばね１２８の付勢力は、膝上側部材２が回動軸３１を中心に後方（反時計方向）に回動して伸縮装置１２に軸方向の荷重が掛かった際に、軸方向に縮み、第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとが互いに噛み合うように設定されている。

なお、図２に示すように、本実施形態のばね１２８は、コイルばねにより構成されている。この場合、ばね１２８の両端部は、変速機１２５の出力側端面１２５ｂとスピンドル１２７の下端面１２７ｃとに対してそれぞれ固定されていてもよい。このような構成とすることにより、ばね１２８は、スピンドル１２７に対して一方向の回転方向に付勢する付勢部材としても機能することができる。即ち、ばね１２８が軸方向に縮んで、第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとが噛み合い、回転部１２１の回転動力がクラッチ部１２３を介してスピンドル１２７に伝達されると、スピンドル１２７は、ばね１２８を回転方向の付勢力に抗して捻じりながら正回転する。そして、伸縮装置１２に掛かる荷重が解除されると、ばね１２８が軸方向に弾性復帰し、第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとの噛み合いが解除されてクラッチ部１２３が切り離される。これにより、ばね１２８が付勢力によって捻じれ状態から軸周りに弾性的に復帰し、スピンドル１２７を逆回転させる。従って、このように構成されるばね１２８は、本発明の「第２付勢部」に対応する。

Ｂ．バッテリ
バッテリ１３は、例えば、充放電可能なリチウムイオン二次電池等により構成され、伸縮装置１２よりも前方側のフレーム１１内に配置されている。バッテリ１３は、回転部１２１の回転電機１２４に対して電力供給可能に接続されると共に、６軸フォースセンサ１４、６軸モーションセンサ１５、膝関節角度センサ１６、制御部１７に対して、それぞれの駆動に必要な電力を供給可能に接続される。一般に、バッテリ１３は、フレーム１１内から取り出し可能に設けられるが、フレーム１１内に配置された状態で、外部と接触又は非接触（有線又は無線）で充電可能に構成されてもよい。

なお、回転電機１２４の非駆動時にスピンドル１２７側から回転力が作用すると、回転電機１２４は発電機として機能し、回転力を電力に変換する。本実施形態のバッテリ１３は、このとき回転電機１２４で変換された電力を回生させることができるように構成されてもよい。

Ｃ．６軸フォースセンサ
６軸フォースセンサ１４は、義足１０の前後、左右、上下の３軸荷重及び３軸モーメントを検出可能なセンサであり、フレーム１１内の下端部に配置されている。６軸フォースセンサ１４は、被装着体に装着された義足１０が足部４を介して接地した際に検出される検出信号に基づいて、伸縮装置１２に加わる圧縮方向の外力の情報を取得する。検出結果は制御部１７に送られる。この６軸フォースセンサ１４は、本発明の「第１取得部」に対応する。

Ｄ．６軸モーションセンサ
６軸モーションセンサ１５は、義足１０の前後、左右、上下の３軸加速度及び３軸角加速度を検出可能なセンサであり、膝関節機構３の直下のフレーム１１内の上部に配置されている。６軸モーションセンサ１５は、被装着体に装着された義足１０が移動する際に検出される検出信号に基づいて、義足１０に作用する加速度の情報を取得する。検出結果は制御部１７に送られる。この６軸モーションセンサ１５は、本発明の「第２取得部」に対応する。

Ｅ．膝関節角度センサ
膝関節角度センサ１６は、例えばロータリエンコーダ等の角度情報を検出可能なセンサであり、膝関節機構３に設けられている。膝関節角度センサ１６は、膝下側部材１と膝上側部材２との相対的な回転移動による両部材が成す角の情報を取得する。検出結果は制御部１７に送られる。この膝関節角度センサ１６は、本発明の「第３取得部」に対応する。

Ｆ．制御部
制御部１７は、例えばＥＣＵ（Electronic Control Unit）からなり、回転電機１２４の回転動力を制御する。詳しくは、制御部１７は、６軸フォースセンサ１４、６軸モーションセンサ１５及び膝関節角度センサ１６から送られる各検出結果に基づいて、義足１０の状態を推定し、回転電機１２４に対して、義足１０の状態に応じた適切な回転動力を生成するための制御信号を出力する。

（義足の動作）
次に、義足１０の具体的な動作について、図１、図４～図７を用いて説明する。図４は、階段に接地した昇段時の義足の状態を示す図である。図５は、伸縮装置に設けられるクラッチ部が噛み合った状態を模式的に示す拡大図である。図６は、伸縮装置が伸長した際の義足の状態を示す図である。図７は、義足を装着した被装着体が階段を昇る様子を模式的に示す図である。

まず、図１は、義足１０の立脚状態を示している。この状態では、義足１０には、図示しない被装着体の下肢大腿部からソケット５を介して、膝上側部材２から足部４に向けた略垂直方向の荷重が加わっている。このとき、膝上側部材２は後方側に回動しておらず、伸縮装置１２には圧縮方向の外力（体重）は作用しないため、伸縮装置１２のスピンドル１２７と回転部１２１との間を離間させるように作用するばね１２８の付勢力により、クラッチ部１２３の第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとは離間している。このため、回転電機１２４が回転駆動していても、回転電機１２４の回転動力がスピンドル１２７に作用することはなく、伸縮装置１２は作動しない。回転電機１２４に負荷が掛からないため、回転電機１２４の発熱も抑制される。

なお、この時点では、制御部１７は、６軸フォースセンサ１４、６軸モーションセンサ１５及び膝関節角度センサ１６から送られる各検出結果から、義足１０が立脚状態にあることを推定し、回転電機１２４に対して駆動停止又は必要以上の回転動力の生成を抑制するように制御している。このため、無駄な電力消費が抑制される。

義足１０が平地歩行（歩行モード）に移行し、立脚相において義足１０の踵側に荷重が掛かると、膝上側部材２が膝関節機構３の回動軸３１を中心に後方（反時計方向）に回動する。膝上側部材２の回動によって腕部２２が下動し、伸縮装置１２の外筒１２６に圧縮方向の外力が掛かると、外筒１２６がスピンドル１２７を回転部１２１に向けて軸方向に押圧し、回転部１２１の変速機１２５とスピンドル１２７との間に配置されるばね１２８を軸方向に縮ませ、クラッチ部１２３の第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとを噛み合わせる。これと同時に、膝関節機構３のロータリダンパ３２が、膝上側部材２の回動動作を適度な油圧抵抗を伴う動作に調整し、急激な膝折れを防止する。なお、このときの伸縮装置１２に掛かる圧縮方向の外力は、回転電機１２４の回転トルクよりも大きな力（荷重）である。このため、回転部１２１は、スピンドル１２７を正回転させるには至らず、伸縮装置１２は伸長しない。

義足１０の歩行モードにおいて、例えば立脚相から遊脚相に移行し、伸縮装置１２に掛かる圧縮方向の外力が解除されると、ばね１２８が軸方向に弾性的に復帰することにより、スピンドル１２７が外筒１２６を元の状態に押し上げ、膝上側部材２を回動軸３１を中心にして前方（時計方向）に回動させる。これにより、義足１０は立脚状態に復帰し、次の荷重負荷に備える。

次に、義足１０によって階段Ｓを昇る場合、図４に示すように、被装着体の大腿部の振り上げにより、義足１０が健常足よりも階段Ｓの上段に振り上げられて接地する。このとき、膝上側部材２は、膝関節機構３の回動軸３１を中心にして後方（反時計方向）に回動して腕部２２の先端を下動させる。即ち、義足１０は膝を屈曲させた状態とされる。腕部２２の下動により、伸縮装置１２に圧縮方向の外力が加わると、外筒１２６がスピンドル１２７を回転部１２１に向けて軸方向に押圧し、回転部１２１の変速機１２５とスピンドル１２７との間に配置されるばね１２８を軸方向に縮ませ、クラッチ部１２３の第１係合子１２３ａと第２係合子１２３ｂとを噛み合わせる。

昇段時に義足１０を階段Ｓ上に振り上げて接地させる際の加速度や接地時に義足１０に掛かる荷重等が６軸フォースセンサ１４、６軸モーションセンサ１５及び膝関節角度センサ１６によって検出されることにより、義足１０の動作が階段Ｓの昇段動作（昇段モード）に移行していることが制御部１７において推定される。これにより、制御部１７は、回転電機１２４に昇段のために必要な回転動力を生成するように信号出力する。詳しくは、制御部１７は、昇段動作時に、伸縮装置１２に圧縮方向の所定の外力が加わった場合に、外筒１２６とスピンドル１２７とで構成される変換部１２２が伸び方向の並進運動に変換する方向の回転動力を発生するように回転電機１２４を制御する。

義足１０が健常足よりも上段に接地した後、大腿部を介して、昇段のために義足１０に対して踏ん張ると、伸縮装置１２に圧縮方向の外力が加わる。しかし、このときの外力は、立脚相において伸縮装置１２に掛かる圧縮方向の外力に比べて小さく、回転電機１２４の回転トルクよりも小さな力（荷重）となる。このため、回転部１２１は、第２係合子１２３ｂに連結されるスピンドル１２７を正回転させる。これにより、図６に示すように、外筒１２６が軸方向の上方に移動して、伸縮装置１２が伸長する。

伸縮装置１２が伸長すると、腕部２２を介して外筒１２６に連結される膝上側部材２が、膝関節機構３の回動軸３１を中心に前方（時計方向）に回動する。その結果、義足１０は、膝上側部材２に連結されるソケット５を前方に傾動させ、図７に示すように、被装着体を持ち上げながら膝を伸展させ、図１に示す立脚状態に復帰する。その後、上記同様の動作を繰り返すことにより、義足１０によって階段Ｓを昇ることが可能となる。本実施形態の義足１０によれば、上段に接地した義足１０に対して踏ん張る荷重を掛け、体を持ち上げながら昇段動作を行うことができるため、自然に近い歩容で階段Ｓを昇ることが可能となる。

［その他の実施形態］
以上の実施形態では、膝関節機構３がロータリダンパ３２を有するものとしたが、ロータリダンパ３２は必ずしも設けられなくてもよい。この場合は、制御部１７は、イールディング動作時の回転電機１２４に対して、伸縮装置１２を伸長させない程度の回転動力を生成するように制御することにより、回転電機１２４の回転動力によって、スピンドル１２７の逆回転に対して、ロータリダンパ３２と同様の抵抗を生じさせるようしてもよい。

以上の実施形態では大腿義足１０を例示したが、本発明の継手装置は、義手でもよく、また、二部材を連接部によって相対移動可能に連接する構成を有する他の継手装置にも広く適用できる。

１膝下側部材（第１部材）
１２伸縮装置
１２１回転部
１２２変換部
１２３クラッチ部（断接部）
１２３ａ第１クラッチ（第１断接部材）
１２３ｂ第２クラッチ（第２断接部材）
１２４回転電機
１２５変速機
１２８ばね（第１付勢部、第２付勢部）
１３バッテリ
１４６軸フォースセンサ（第１取得部）
１５６軸モーションセンサ（第２取得部）
１６膝関節角度センサ（第３取得部）
１７制御部
２膝上側部材（第２部材）
３膝関節機構（連接部）
３２ロータリダンパ（調整部）
１０義足（継手装置）

Claims

第１部材と第２部材とを相対移動可能に連接する連接部を有する継手装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とに亘って動力伝達可能に接続され、伸縮することにより前記連接部を中心とした前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能な伸縮装置を有し、
前記伸縮装置は、回転動力を生成する回転部と、前記回転部と動力伝達可能に接続され、前記回転部により生成される回転動力を伸縮方向に沿う並進運動に変換する変換部と、前記回転部と前記変換部との間に、前記回転部から前記変換部への動力伝達を断接可能な断接部と、を有し、
前記断接部は、前記回転部側に連結される第１断接部材と、前記変換部側に連結される第２断接部材と、前記第１断接部材と前記第２断接部材とを常時離間する方向に付勢する第１付勢部と、を有する、継手装置。
第１部材と第２部材とを相対移動可能に連接する連接部を有する継手装置であって、
前記第１部材と前記第２部材とに亘って動力伝達可能に接続され、伸縮することにより前記連接部を中心とした前記第１部材と前記第２部材との成す角を変更可能な伸縮装置を有し、
前記伸縮装置は、回転動力を生成する回転部と、前記回転部と動力伝達可能に接続され、前記回転部により生成される回転動力を伸縮方向に沿う並進運動に変換する変換部と、前記回転部と前記変換部とに対してそれぞれ固定されるとともに、前記変換部に伝達される前記回転動力の回転方向である正回転方向と反対方向である逆回転方向の付勢力を前記変換部に付与する第２付勢部と、を更に有する、継手装置。
前記回転部は、電力の供給を受けて回転動力を発生する回転電機を含む、請求項１又は２に記載の継手装置。
前記回転電機の回転動力を制御する制御部を更に有する、請求項３に記載の継手装置。
前記制御部は、前記伸縮装置に圧縮方向の外力が加わった場合に、前記変換部が伸び方向の並進運動に変換する方向の回転動力を生成するように前記回転電機を制御する、請求項４に記載の継手装置。
前記第１部材が前記第２部材よりも被装着体から遠い末端側となるように被装着体に装着された状態で、前記回転部は、前記変換部よりも前記第２部材から遠い側に配置される、請求項１～５のいずれか１項に記載の継手装置。
前記回転部は、変速機を更に含む、請求項１～６のいずれか１項に記載の継手装置。
前記連接部の動作を調整する調整部を更に有する、請求項１～７のいずれか１項に記載の継手装置。
前記伸縮装置に加わる圧縮方向の外力を取得する第１取得部を更に有する、請求項１～８のいずれか１項に記載の継手装置。
前記第１部材の加速度を取得する第２取得部を更に有する、請求項１～９のいずれか１項に記載の継手装置。
前記第１部材と前記第２部材との成す前記角を取得する第３取得部を更に有する、請求項１～１０のいずれか１項に記載の継手装置。
前記回転部に対して回転動力を生成するための電力を供給するバッテリを更に有する、請求項１～１１のいずれか１項に記載の継手装置。
被装着体の下肢に装着される、請求項１～１２のいずれか１項に記載の継手装置。
下肢の膝関節となる部位に装着される、請求項１３に記載の継手装置。