JP7398087B2 - 歩行補助機構 - Google Patents
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Description
本発明の第一実施形態における歩行補助装置1は、利用者の歩行を補助するものである。歩行補助装置1は、例えば、装着部2と、左右一対の腰側リンク3と、左右一対の大腿側リンク4と、左右一対の股関節側揺動軸5と、左右一対の下腿側リンク6と、左右一対の膝関節側揺動軸7と、左右一対の膝伸ばし姿勢維持機構8と、左右一対の膝曲げ姿勢許容機構9と、歩行姿勢保証部10と、を備える。このうち、腰側リンク3と、大腿側リンク4と、股関節側揺動軸5と、下腿側リンク6と、膝関節側揺動軸7と、膝伸ばし姿勢維持機構8と、膝曲げ姿勢許容機構9と、により、歩行補助機構1Aが構成される。歩行補助装置1は、左右一対の歩行補助機構1Aが利用者の左右に配置される。
図1および図2を参照して、装着部2について説明する。装着部2は、図2に示すように、利用者900の腰部910付近に巻き付けて、利用者900の腰部910付近に装着されるものである。装着部2は、図1に示すように、腰回り側ベルト部25により構成される。腰回り側ベルト部25は、利用者900の腰部910回りに巻かれて装着されるものであり、例えば、腰側ベルト部22と、第一腹側ベルト部23と、第二腹側ベルト部24と、連結機構27と、(図示しない)長さ調整部と、を有する。
図1~図3を参照して、腰側リンク3について説明する。腰側リンク3は、図2に示すように、利用者900の腰部910付近に配置されるリンクである。腰側リンク3は、それぞれ利用者900の左右両側に一つずつ配置される。
図1~図5を参照して、大腿側リンク4、および股関節側揺動軸5について説明する。大腿側リンク4は、図2および図3に示すように、利用者900の大腿部920に沿って配置される。そして、大腿側リンク4は、図3に示すように、大腿側リンク本体部40と、第一大腿側凸部41と、第二大腿側凸部42と、大腿側延長部43と、により構成される。
図1~図5を参照して、下腿側リンク6、および膝関節側揺動軸7について説明する。下腿側リンク6は、図2および図3に示すように、利用者900の下腿部940に沿って配置される。そして、下腿側リンク6は、図3に示すように、下腿側リンク本体部60と、下腿側凸部61と、により構成される。
図3~図8を参照して、膝伸ばし姿勢維持機構8について説明する。膝伸ばし姿勢維持機構8は、大腿側リンク4と下腿側リンク6との相対角β(図4(A)~(C)参照)が大きくなる膝伸ばし姿勢を維持するよう、大腿側リンク4と下腿側リンク6の相対揺動を規制するものである。膝伸ばし姿勢とは、歩行補助装置1を装着した利用者900が膝を伸ばした状態となるような大腿側リンク4および下腿側リンク6の姿勢を指す。膝伸ばし姿勢において大腿側リンク4および下腿側リンク6との相対角βは、略180度付近となる。そして、膝伸ばし姿勢維持機構8は、図3に示すように、例えば、下腿側規制軸80と、大腿側規制軸81と、第一規制側リンク82と、中間規制軸83と、第二規制側リンク84と、ストッパ機構85と、を有する。
下腿側規制軸80は、図5(A),(B)に示すように、下腿側リンク6において膝関節側揺動軸7よりも前後方向Zの後方(Z1)側に設けられる。具体的に下腿側規制軸80は、例えば、下腿側凸部61における前後方向Zの後方(Z1)側の先端62付近に設けられる。下腿側規制軸80は、下腿側凸部61と一体となって移動する。そして、下腿側規制軸80は、幅方向X(図5(A),(B)の紙面に垂直な方向)に延びる。
大腿側規制軸81は、図5(A),(B)に示すように、大腿側リンク4において膝関節側揺動軸7よりも前後方向Zの後方(Z1)側に設けられる。具体的に大腿側規制軸81は、大腿側リンク4の第一大腿側凸部41に設けられる。大腿側規制軸81は、大腿側リンク4(第一大腿側凸部41)と一体となって移動する。そして、大腿側規制軸81は、幅方向Xに延びる。
第一規制側リンク82は、図5(A),(B)に示すように、下腿側規制軸80を揺動軸として下腿側凸部61(下腿側リンク6)に対して相対揺動可能に、自身の一端付近が下腿側規制軸80を介して下腿側凸部61(下腿側リンク6)に連結される。第一規制側リンク82は、例えば、楕円柱体により構成されるが、これに限定されるものではなく、その他の形状のもので構成されてもよい。
本実施形態では、図5(A),(B)に示すように、下腿側凸部61(下腿側リンク6)と、第一規制側リンク82と、第二規制側リンク84と、第一大腿側凸部41(大腿側リンク4)とが、それぞれ膝関節側揺動軸7と、下腿側規制軸80と、大腿側規制軸81と、中間規制軸83と、によって相対揺動可能に連結されて四節リンク機構が構成される。
図5~図8を参照して、ストッパ機構85について説明する。ストッパ機構85は、第一規制側リンク82および第二規制側リンク84をブレーキ姿勢にするものである。ブレーキ姿勢とは、下腿側リンク6が前後方向Zの後方(Z1)側に揺動するように下腿側リンク6に対して外力が加えられても、下腿側リンク6の揺動を規制するような第一規制側リンク82および第二規制側リンク84の姿勢を指す。具体的にブレーキ姿勢は、図5(A)および図6(A)に示すように、中間規制軸83を基準とした第一規制側リンク82と第二規制側リンク84の開き具合を意味する相対開角αが180度(図5(A)参照)又は180度以上(図6(A)参照)となるような第一規制側リンク82および第二規制側リンク84の姿勢を指す。ストッパ機構85は、第一規制側リンク82と第二規制側リンク84の相対開角αの上限を180度又は180度以上に画定する。
図1~図11を参照して、膝曲げ姿勢許容機構9について説明する。膝曲げ姿勢許容機構9は、図4(C)に示すように、大腿側リンク4が腰側リンク3に対して所定の基準相対角θ1を成す位置よりも、前後方向Zの後方(Z1)側(図4では反時計回り側)に揺動した状態にあるとき、膝伸ばし姿勢維持機構8の規制を解除して、大腿側リンク4と下腿側リンク6との相対角βが小さくなる膝曲げ姿勢になることを許容するものである。所定の基準相対角θ1として、例えば、利用者が起立状態にあって大腿側リンク4が鉛直方向に延びる姿勢をとっているときの腰側リンク3に対する大腿側リンク4の相対角θを相対角θ2としたとき(図4(B)参照)、θ1<θ2となるような角度が一例として挙げられる。なお、図4(C)に示す所定の基準相対角θ1は一例であって傾斜度合いは図4(C)に示す態様に限定されない。
次に、ワイヤ(連動部材92)が連結体90(連結部90A)を移動させる構成について説明する。ワイヤ(連動部材92)は、一方が腰側リンク3(補助部31)に繋がっており、他方が連結体90に繋がっている。図9(A),(B)に示すように、ワイヤ(連動部材92)が腰側リンク3(補助部31)から連結体90に向かう途中まで、ワイヤ(連動部材92)は、大腿側リンク4よりも前後方向Zの前方(Z2)側で大腿側リンク4と対向する状態にある。
図11を参照して、ワイヤ(連動部材92)が連結体90(連結部90A)を移動させる別の構成について説明する。図11(A),(B)に示すように、例えば、ワイヤ(連動部材92)は、大腿側リンク4よりも前後方向Zの後方(Z1)側で大腿側リンク4と対向する状態にあってもよい。
図12および図13を参照して、ワイヤ(連動部材92)が連結体90(連結部90A)を移動させるさらに別の構成について説明する。移動機構91は、レバー部材70と、係合部材75とを有する。レバー部材70は、ワイヤ(連動部材92)は、膝関節側揺動軸7を軸として回動する。図12に示すように、ワイヤ(連動部材92)は、レバー部材70に一方側が取付けられてもよい。以上のようなレバー部材70は、円盤状の本体部71と、第一凸部72と、第二凸部73と、第三凸部74を有する。
図14を参照して、歩行姿勢保証部10について説明する。歩行姿勢保証部10は、利用者の歩行姿勢を保証するものである。つまり、利用者の歩行姿勢とは、一方側の足が前方側に揺動する場合、他方側の足は後方側に揺動するような姿勢を指す。
図17を参照して、歩行補助装置1の利用者900の歩行動作について説明する。時刻T0の利用者900は、足960Aが足960Bよりも前方側に位置する。このとき、大腿側リンク4の鉛直方向に対する角度γは、略プラス22度となっている。この状態において、足960A側の(図示しない)歩行補助機構は、膝伸ばし姿勢維持機構8により大腿側リンク4と下腿側リンク6の相対揺動を規制されて、膝伸ばし姿勢となる。
<第二実施形態>
図18~図20を参照して、装着部2について説明する。装着部2は、図18に示すように、例えば、第一ベルト部20と、第二ベルト部21と、を備える。第一ベルト部20は、第二ベルト部21よりも高さ方向Yの下方(Y2)側に配設される。第一ベルト部20は、概ね人体の腰部に相当する位置に設けられる。第二ベルト部21は、概ね人体の腰部より高さ方向Yの上方(Y1)側に相当する位置に設けられる。
第一ベルト部20は、腰回り側ベルト部25と、股側ベルト部26と、を有する。腰回り側ベルト部25は、本発明の第一実施形態における歩行補助装置1のものと同様であり、すでに説明済みであるため、説明を省略する。なお、本実施形態の腰回り側ベルト部25は、図18に示すように、それぞれが一体形成されており、第一実施形態のものと見かけは異なるが、これは一例であって、別部材が繋がれた態様であってもよい。このことは、第一実施形態の腰回り側ベルト部25についても同様である。
利用者900が第一ベルト部20を装着すると、図19および図20(A)に示すように、腰回り側ベルト部25は、利用者900の腰部910回りを取り囲んで腰部910を締め付ける。そして、股側ベルト部26は、利用者900の股部970において利用者900を下方側から支持する。
図18および図21を参照して、本実施形態において第二ベルト部21は、図18に示すように、腰回り側ベルト部25により構成されてもよい。ただし、本実施形態において第二ベルト部21は、第一ベルト部20における腰回り側ベルト部25とは、幅や連結機構の態様が異なっているが、これに限定されるものではなく、第一ベルト部20における腰回り側ベルト部25と同様の態様であってもよい。また、本実施形態において第二ベルト部21は、第一ベルト部20よりも高さ方向Yの上方(Y1)側に配設される。具体的に第二ベルト部21は、利用者900の腰部910よりも上方側に巻かれるものである。
図22~図26を参照して、本実施形態における膝伸ばし姿勢維持機構8について以下説明する。本実施形態における膝伸ばし姿勢維持機構8は、図22および図23に示すように、第一実施形態における膝伸ばし姿勢維持機構8と同様に、下腿側規制軸80と、大腿側規制軸81と、第一規制側リンク82と、中間規制軸83と、第二規制側リンク84と、ストッパ機構85と、を有する。そして、本実施形態においても下腿側凸部61(下腿側リンク6)と、第一規制側リンク82と、第二規制側リンク84と、第一大腿側凸部41(大腿側リンク4)とが、それぞれ膝関節側揺動軸7と、下腿側規制軸80と、大腿側規制軸81と、中間規制軸83によって相対揺動可能に連結されて、四節リンク機構が構成される。本実施形態における膝伸ばし姿勢維持機構8では、下腿側凸部61と下腿側規制軸80との連結態様、ストッパ機構85とが、第一実施形態における膝伸ばし姿勢維持機構8と異なるので、その点について以下説明する。
下腿側凸部61は、図22および図23に示すように、前後方向Zの中間地点63に下腿側規制軸案内部64を有する。下腿側規制軸案内部64は、下腿側規制軸80を案内方向Gに案内する。案内方向Gとは、大腿側リンク4に対して下腿側リンク6が膝伸ばし姿勢にある場合において、高さ方向Yの下方(Y2)側から上方(Y1)側に進むにしたがって大腿側リンク4に接近する(または、前後方向Zの後方(Z1)側から前方(Z2)側に進む)ように傾斜する方向を指す。図23において案内方向Gは、第一規制側リンク82および第二規制側リンク84がブレーキ姿勢にあるときにおける下腿側規制軸80の中心と中間規制軸83の中心(または大腿側規制軸81の中心)とを結ぶ直線(図23における一点鎖線参照)に沿う方向である。なお、案内方向Gは、例えば、第一規制側リンク82と第二規制側リンク84の開き具合を意味する相対開角αが180度以上(図6(A)参照)となる場合であっても、下腿側規制軸80の中心と中間規制軸83の中心または大腿側規制軸81の中心とを結ぶ直線に沿う方向となる。
図23を参照して、本実施形態におけるストッパ機構85について説明する。本実施形態におけるストッパ機構85は、第一実施形態におけるストッパ機構85と同様に、連結体90と、案内部87と、付勢部88と、移動範囲限定部89と、を有する。本実施形態における連結体90と、案内部87と、移動範囲限定部89とは、第一実施形態におけるものと同様であり、既に説明済みであるため、説明を省略する。
図23~図26を参照して、本実施形態におけるストッパ機構85の動作について説明する。下腿側凸部61(下腿側リンク6)が大腿側リンク4に対して膝伸ばし位置にある膝伸ばし姿勢(図24(B)参照)から、下腿側凸部61(下腿側リンク6)が大腿側リンク4に対して膝曲げ位置にある膝曲げ姿勢(図25(A)参照)になると、ロッド882は、下腿側凸部61(下腿側リンク6)によりシリンダー880の軸方向のシリンダー880の基端880A側に押圧されて、シリンダー880の内部側に移動する。このとき、ピストン881は、ロッド882と共に同方向に移動し、ガスを圧縮する。そして、さらに、膝曲げ姿勢の度合いが大きくなると、さらに、ロッド882はピストン881と共に同方向に移動して(図25(B)および図26参照)、ガスを圧縮して、ガスから逆方向に強い反力を受ける。
図27および図28を参照して、本実施形態における膝曲げ姿勢許容機構9について以下説明する。本実施形態における歩行補助装置1でも、図27(A)~(C)に示すように、大腿側リンク4が腰側リンク3に対して成す相対角θの値に応じて、膝曲げ姿勢許容機構9は、大腿側リンク4と下腿側リンク6との相対角βが小さくなる膝曲げ姿勢になることを許容する。膝曲げ姿勢許容機構9は、第一実施形態と同様で、連結体90(連結部90A)と、移動機構91と、を有するが、第一実施形態とは移動機構91の態様が異なる。具体的に本実施形態では、連動部材案内部93以降のワイヤ(連動部材92)の経路が異なる。つまり、図28(A)に示すように、本実施形態においてワイヤ(連動部材92)は、連動部材案内部93以降は、大腿側リンク4(大腿側リンク本体部40)よりも前後方向Zの前方(Z2)側において高さ方向Yの上方(Y1)側に延在して、大腿側延長部43の途中に設けられた孔43Cを、開口43Dを通じて通過して、前後方向Zの後方(Z1)側に案内され、さらに腰側リンク3に設けられる長さ調整機構33まで延在する。
1A 歩行補助機構
2 装着部
3 腰側リンク
4 大腿側リンク
5 股関節側揺動軸
6 下腿側リンク
7 膝関節側揺動軸
8 姿勢維持機構
9 姿勢許容機構
10 歩行姿勢保証部
20 第一ベルト部
21 第二ベルト部
22 腰側ベルト部
23 第一腹側ベルト部
24 第二腹側ベルト部
25 腰回り側ベルト部
26 股側ベルト部
27 連結機構
27A 第一連結部
27B 第二連結部
30 ベースリンク
31 補助部
31A 把持部
31B 補助側凹部
31C 上方部
33 長さ調整機構
33A 巻取り部
33B 摘み部
40 大腿側リンク本体部
41 第一大腿側凸部
42 第二大腿側凸部
43,43A,43B 大腿側延長部
43C 孔
43D 開口
44,44A,44B 先端部
45 凸部
46 ワイヤ対向面
47 凹部
47A 凹面
60 下腿側リンク本体部
61 下腿側凸部
61A 接触面
64 案内溝
70 レバー部材
75 係合部材
80 下腿側規制軸
81 大腿側規制軸
82 第一規制側リンク
83 中間規制軸
84 第二規制側リンク
85 ストッパ機構
87 案内部
88 付勢部
89 移動範囲限定部
89A 接触部
90 連結体
90A 連結部
90AA 先端面
90B 案内側係合部
90C 貫通孔
90CA 端面
90D 貫通孔の下端部
91 移動機構
92 連動部材
93 連動部材案内部
100 腰側連結部材
110 架設リンク
120 架設リンク案内部
121 側面側案内部
122 背面側案内部
123 延長側揺動軸
210 帯状体
212 帯状体保持部
213 第七連結部
214 第八連結部
260 尻側支持部
260A 第一分岐部
260B 第二分岐部
261 第一股支持部
262 第二股支持部
263A 第三連結部
263B 第四連結部
263C 第五連結部
263D 第六連結部
264,265 孔
880 シリンダー
881 ピストン
882 ロッド
883 第一付勢側軸
884 第二付勢側軸
900 利用者
910 腰部
920 大腿部
930 股関節
940 下腿部
950 膝関節
960A,960B 足
970 股部
971 尻
973 右足
974 左足
Claims (10)
- 利用者の前後方向の歩行を補助する歩行補助機構であって、
前記利用者の腰部側に配置される腰側リンクと、
前記利用者の大腿部に沿って配置されると共に、股関節側揺動軸によって、前記利用者の前後方向に相対揺動可能に前記腰側リンクに連結される大腿側リンクと、
前記利用者の下腿部に沿って配置されると共に、膝関節側揺動軸によって、前記前後方向に相対揺動可能に前記大腿側リンクに連結される下腿側リンクと、
前記大腿側リンクと前記下腿側リンクとの相対角が大きくなる膝伸ばし姿勢を維持するよう、前記大腿側リンクと前記下腿側リンクの相対揺動を規制する膝伸ばし姿勢維持機構と、
前記大腿側リンクが前記腰側リンクに対して所定の基準相対角を成す位置よりも後方側に位置するとき、前記膝伸ばし姿勢維持機構の前記規制を解除して、前記大腿側リンクと前記下腿側リンクとの相対角が小さくなる膝曲げ姿勢になることを許容する膝曲げ姿勢許容機構と、
を備え、
前記膝伸ばし姿勢維持機構は、
前記下腿側リンクにおいて前記膝関節側揺動軸から離れた位置に設けられ、前記下腿側リンクと一体となって移動する下腿側規制軸と、
前記大腿側リンクにおいて前記膝関節側揺動軸から離れた位置に設けられ、前記大腿側リンクと一体となって移動する大腿側規制軸と、
前記下腿側規制軸を揺動軸として前記下腿側リンクに対して相対揺動可能に設けられる第一規制側リンクと、
前記第一規制側リンクにおいて前記下腿側規制軸から離れた位置に設けられる中間規制軸と、
前記大腿側規制軸を揺動軸として前記大腿側リンクに対して相対揺動可能に設けられると共に、前記中間規制軸を介して前記第一規制側リンクと相対揺動可能に連結される第二規制側リンクと、
前記中間規制軸を基準とした前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの開き具合を意味する相対開角が180度又は180度以上となるブレーキ姿勢で、前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの前記相対開角の上限を画定するストッパ機構と、
を有し、
前記膝関節側揺動軸と、前記下腿側規制軸と、前記大腿側規制軸と、前記中間規制軸によって四節リンク機構が構成され、
前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクが前記ブレーキ姿勢となる場合に、前記大腿側リンクと前記下腿側リンクが膝伸ばし姿勢となり、
前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの前記相対開角が180度未満となる場合に、前記大腿側リンクと前記下腿側リンクが膝曲げ姿勢となることを特徴とする、歩行補助機構。 - 前記膝伸ばし姿勢維持機構は、
前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの前記相対開角が大きくなる方向に、前記第一規制側リンクおよび/または前記第二規制側リンクを付勢する付勢部を有することを特徴とする、
請求項1に記載の歩行補助機構。 - 前記膝伸ばし姿勢維持機構は、
前記大腿側リンクと前記下腿側リンクが膝伸ばし姿勢となる方向に前記下腿側リンクを
付勢する付勢部を有することを特徴とする、
請求項1に記載の歩行補助機構。 - 前記膝曲げ姿勢許容機構は、
前記第一規制側リンク、前記第二規制側リンク及び前記中間規制軸の少なくともいずれかに設けられる連結体と、
前記連結体を移動させることで、前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの前記相対開角を180度未満に変位させる移動機構と、
を有することを特徴とする、
請求項1~3のいずれかに記載の歩行補助機構。 - 前記移動機構は、前記腰側リンクに対する前記大腿側リンクの相対角の変化に連動して、前記連結体を移動させることを特徴とする、
請求項4に記載の歩行補助機構。 - 前記移動機構は、一方が前記腰側リンクに繋がると共に、他方が前記連結体に繋がる連動部材を有し、
前記大腿側リンクが前記腰側リンクに対して前記所定の基準相対角を成す位置よりも後方側に位置するとき、前記連動部材が前記連結体を移動させて、前記第一規制側リンクと前記第二規制側リンクの前記相対開角を180度未満とする
ことを特徴とする、
請求項5に記載の歩行補助機構。 - 前記連動部材がワイヤであり、前記ワイヤが前記連結体を引っ張ることで、前記連結体を移動させることを特徴とする、
請求項6に記載の歩行補助機構。 - 前記連動部材に接触して前記連動部材の経路を変位させる接触部が前記股関節側揺動軸に対して径方向にずれて配置されており、
前記腰側リンクと前記大腿側リンクが相対揺動する動作に連動して、前記接触部が前記腰側リンクに接近・離反することで、前記連動部材が前記大腿側リンクに対して相対移動されて、前記連動部材の経路が変位されることを特徴とする、
請求項6または7に記載の歩行補助機構。 - 前記移動機構は、前記腰側リンクと前記大腿側リンクが相対揺動する動作に連動して、前記連動部材を巻き取る巻取り機構を有し、
前記連動部材は、前記大腿側リンクが前記腰側リンクに対して前記所定の基準相対角を成す位置よりも後方側に位置するとき、前記巻取り機構により巻き取られた状態にあることを特徴とする、
請求項6または7に記載の歩行補助機構。 - 前記巻取り機構は、
前記股関節側揺動軸を中心に回動すると共に、前記連動部材の一端側が固定されるレバー部材と、
前記股関節側揺動軸を中心に前記前記大腿側リンクと共に揺動すると共に、前記レバー部材に係合する係合部材と、
前記レバー部材の回動を規制する回動規制部と、
を有し、
前記レバー部材は、揺動する前記係合部材に押圧されて回動し、
前記回動規制部により前記レバー部材の回動が規制されると、前記係合部材は前記レバー部材との間に位相差が生じて、前記レバー部材により前記連動部材が巻き取られることを特徴とする、
請求項9に記載の歩行補助機構。
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