JPWO2013132662A1 - 多節リンク膝継手 - Google Patents

Abstract

センサーの設置空間や配線の問題を生じさせずに膝部の屈曲角度を検出することができる多節リンク膝継手を提供する。四節リンク膝継手（１０）は、四節リンク機構の膝部（３０）と、膝部（３０）の動作を制限する流体シリンダー（４０）と、流体シリンダー（４０）の伸縮量としてシリンダーチューブ（４１）に対するピストンロッド（４２）の位置を検出する位置検出装置（６０）と、位置検出装置（６０）によって検出された位置を変換して膝部（３０）の屈曲角度を取得するコンピューターとを備えていることを特徴とする。

Description

本発明は、多節リンク機構の膝部を備えている継手である多節リンク膝継手に関する。

従来、膝部を備えている継手として、単軸の膝部を備えている継手である単軸膝継手と、多節リンク機構の膝部を備えている継手である多節リンク膝継手とが知られている。

多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、種々の利点を備えている。

例えば、多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、膝部の瞬間回転中心の位置が股関節に近い位置にあるので、単軸膝継手と比較して、立脚初期に膝折れし難いという利点を備えている。

また、多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、膝部の屈曲時に下腿長が短くなるので、歩行によって振り出される場合に、爪先と地面との距離が大きいため、爪先が地面に引っかかり難いという利点を備えている。この利点によって、多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、上下移動のない綺麗な歩容を得ることができる。

また、多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、座位時に膝頭が突き出し難いという利点を備えている。

また、多節リンク膝継手は、単軸膝継手と比較して、膝離断や長断端の義足使用者が使用しても健肢の大腿長に近い長さにすることができるという利点を備えている。

そして、従来、多節リンク膝継手として、多節リンク機構の膝部と、膝部の動作を補助するエアシリンダーと、エアシリンダーの動作を制御するコンピューターとを備えている膝継手が知られている（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２０００−１３９９７４号公報 特開２００４−１６７１０６号公報

従来の多節リンク膝継手におけるコンピューターは、膝部の屈曲角度に応じてエアシリンダーの動作を制御することができれば、より好ましいと考えられる。

しかしながら、多節リンク膝継手においては、屈曲角度によらず回転中心の位置が一定である単軸の膝部ではなく、図８に示すように屈曲角度の変化に応じて回転中心の位置が変化する多節リンク機構の膝部であり、かつ膝部の動作範囲が大きいため、膝部を構成するリンクのうち互いに接続されている特定の２本のリンクのなす角度を検出するだけでは、膝部の屈曲角度を検出することができない。なお、図８は、背景技術の説明図であって、多節リンク膝継手９０の膝部９２の屈曲角度の変化に応じた膝部９２の回転中心の位置の変化を示す図である。多節リンク膝継手９０は、フレーム９１と、多節リンク機構の膝部９２とを備えている。膝部９２は、義足使用者の大腿部側ソケットが接続されるための大腿接続部９３ａを備えている上部リンク９３と、フレーム９１に固定される下部リンク９４と、上部リンク９３および下部リンク９４が連結された前部リンク９５と、上部リンク９３および下部リンク９４が連結された後部リンク９６とを備えている。下部リンク９４は、後部リンク９６を回転可能に支持する軸９４ａを備えている。前部リンク９５は、上部リンク９３を回転可能に支持する軸９５ａと、下部リンク９４に回転可能に支持される軸９５ｂとを備えている。後部リンク９６は、上部リンク９３を回転可能に支持する軸９６ａを備えている。白抜きの丸が複数付いている曲線９７は、膝部９２の屈曲角度の変化に応じた膝部９２の回転中心の位置の軌跡を表す線である。曲線９７上の白抜きの丸は、その近傍に描かれている角度が膝部９２の屈曲角度である場合の膝部９２の回転中心の位置を示している。多節リンク膝継手９０の図８に示す状態は、膝部９２の屈曲角度が０°である場合の状態である。

更に、多節リンク膝継手においては、各リンクは膝部の屈曲角度の変化と共にその相対的な位置関係が大きく変化する。

つまり、多節リンク膝継手においては、膝部の屈曲角度を検出するための回転角度センサーを膝部に設置することは、設置空間上の問題、配線上の問題、意匠上の問題など、様々な問題によって困難である。

そこで、本発明は、センサーの設置空間や配線の問題を生じさせずに膝部の屈曲角度を検出することができる多節リンク膝継手を提供することを目的とする。

本発明の多節リンク膝継手は、多節リンク機構の膝部と、前記膝部の動作を制限または補助するシリンダーと、前記シリンダーの伸縮量を検出する伸縮量検出手段と、前記伸縮量検出手段によって検出された前記伸縮量を変換して前記膝部の屈曲角度を取得する角度取得手段とを備えていることを特徴とする。

この構成により、本発明の多節リンク膝継手は、膝部の動作を制限または補助するシリンダーの伸縮量を変換することによって、膝部の屈曲（あるいは伸展）角度を検出することができる。すなわち、本発明の多節リンク膝継手は、センサーの設置空間や配線の問題を生じさせずに膝部の屈曲角度を検出することができる。

また、本発明の多節リンク膝継手の前記伸縮量検出手段は、磁石と、前記磁石の位置を検出する磁気センサーとを備えており、前記磁石および前記磁気センサーの一方は、前記シリンダーのピストンロッドに収納されており、前記磁石および前記磁気センサーの他方は、前記シリンダーのシリンダーチューブに対して固定されており、前記伸縮量検出手段は、前記伸縮量として、前記シリンダーチューブに対する前記ピストンロッドの位置を前記磁石および前記磁気センサーによって検出しても良い。

この構成により、本発明の多節リンク膝継手は、シリンダーの伸縮量としてシリンダーチューブに対するピストンロッドの位置を磁気式の方法で検出するので、シリンダーチューブに対するピストンロッドの位置を接触式または光学式の方法で検出する構成と比較して、使用されることによって生じる汚損による検出精度の低下の可能性を低減することができる。

また、本発明の多節リンク膝継手の前記磁石は、前記ピストンロッドに収納されており、前記磁気センサーは、前記シリンダーチューブに対して固定されていても良い。

この構成により、本発明の多節リンク膝継手は、磁石がピストンロッドに収納されているので、外力によって磁石が破損することを防止することができる。また、本発明の多節リンク膝継手は、磁気センサーがピストンロッドに収納されている構成と比較して、磁気センサーの配線の配置を容易化することができる。

また、本発明の多節リンク膝継手の前記磁石は、前記膝部の動作範囲に相当する前記シリンダーのストロークより長く前記ピストンロッドの延在方向に延在しており、磁化方向が前記ピストンロッドの延在方向であり、前記磁気センサーは、前記磁石が発生させる磁界の大きさによって前記磁石の位置を検出しても良い。

この構成により、本発明の多節リンク膝継手は、シリンダーのシリンダーチューブに対するピストンロッドの位置を検出するために必要な磁石の数を１つにすることができる。

また、本発明の多節リンク膝継手の前記磁石は、前記膝部の動作範囲に相当する前記シリンダーのストロークより長く前記ピストンロッドの延在方向に延在しており、磁化方向が前記ピストンロッドの延在方向であり、前記磁気センサーは、前記磁石が発生させる磁界の大きさによって前記磁石の位置を検出し、前記磁石は、延在方向に直交する断面が円形であっても良い。

この構成により、本発明の多節リンク膝継手は、磁石の延在方向に延在する軸を中心として磁石が回転しても、磁石と、磁気センサーとの位置関係の変化を抑えることができる。したがって、本発明の多節リンク膝継手は、磁石をピストンロッド内で回転しないように固定する必要が無く、構成の簡素化が図れると共に、シリンダーチューブに対するピストンロッドの位置の検出精度の低下を抑えることができる。

本発明の多節リンク膝継手は、センサーの設置空間や配線の問題を生じさせずに膝部の屈曲角度を検出することができる。

膝部の屈曲角度が０°である場合の本発明の一実施の形態に係る四節リンク膝継手の側面断面図である。 膝部の屈曲角度が９０°である場合の図１に示す四節リンク膝継手の側面断面図である。 図１に示す四節リンク膝継手のブロック図である。 図３に示す信号処理回路のブロック図である。 （ａ）は、図１に示すピストンロッド、磁石および磁気センサーの側面断面図である。（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。 図１に示すシリンダーチューブに対するピストンロッドの位置と、Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。 図１に示すシリンダーチューブに対するピストンロッドの位置と、膝部の屈曲角度との関係を示すグラフである。 背景技術の説明図であって、多節リンク膝継手の膝部の屈曲角度の変化に応じた膝部の回転中心の位置の変化を示す図である。

以下、本発明の一実施の形態について、図面を用いて説明する。

まず、本実施の形態に係る多節リンク膝継手としての四節リンク膝継手の構成について説明する。

図１は、膝部３０の屈曲角度が０°である場合の本実施の形態に係る四節リンク膝継手１０の側面断面図である。図２は、膝部３０の屈曲角度が９０°である場合の四節リンク膝継手１０の側面断面図である。図３は、四節リンク膝継手１０のブロック図である。

図１〜図３に示すように、四節リンク膝継手１０は、フレーム２０と、四節リンク機構の膝部３０と、油を作動流体とし、抗力を発生することで膝部３０の動作を制限するシリンダーである流体シリンダー４０と、流体シリンダー４０の特性を変化させるための駆動装置５０と、流体シリンダー４０の伸縮量として、流体シリンダー４０のシリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置を検出する伸縮量検出手段としての位置検出装置６０と、位置検出装置６０から出力される信号を処理する信号処理回路７０と、駆動装置５０の動作を制御することによって流体シリンダー４０の特性（発生させる抗力の大きさ）を制御するコンピューター８０と、駆動装置５０、信号処理回路７０およびコンピューター８０などの各種部品に電力を供給する図示していない電池とを備えている。

なお、駆動装置５０、信号処理回路７０、コンピューター８０および電池は、図１および図２において図示されていないが、実際にはフレーム２０または流体シリンダー４０に取り付けられている。

フレーム２０には、膝部３０が固定されている。フレーム２０は、図示していない足部のパイプが接続されるための足接続部２１を、膝部３０が設けられる側とは反対側の端に備えている。また、フレーム２０は、シリンダーチューブ４１を回転可能に支持する軸２２を備えている。なお、四節リンク膝継手１０は、足部と組み合わせられて義足となる。

膝部３０は、義足使用者の大腿部側ソケットが接続されるための大腿接続部３１ａを備えている上部リンク３１と、フレーム２０に固定される下部リンク３２と、上部リンク３１および下部リンク３２が連結された前部リンク３３と、上部リンク３１および下部リンク３２が連結された後部リンク３４とを備えている。上部リンク３１は、ピストンロッド４２を回転可能に支持する軸３１ｂを備えている。下部リンク３２は、後部リンク３４を回転可能に支持する軸３２ａを備えている。前部リンク３３は、上部リンク３１を回転可能に支持する軸３３ａと、下部リンク３２に回転可能に支持される軸３３ｂとを備えている。後部リンク３４は、上部リンク３１を回転可能に支持する軸３４ａを備えている。

軸３１ｂは、軸３３ａと軸３４ａを結んだ線よりも上方に配置されている。また、シリンダーチューブ４１を回転可能に支持する軸２２は、フレーム２０の下方に配置されている。したがって、流体シリンダー４０は、フレーム２０の内側で伸縮かつ揺動できるように収納されている。

流体シリンダー４０は、シリンダーチューブ４１と、シリンダーチューブ４１に対して移動可能であるピストンロッド４２と、シリンダーチューブ４１に移動可能に収納されてピストンロッド４２が固定されたピストン４３とを備えている。ピストンロッド４２は、非磁性材料で形成されている。また、ピストンロッド４２は、後述の磁石６１を収納するための空間が形成されたロッド本体４２ａと、ロッド本体４２ａに固定されるロッドエンド４２ｂと、ピストンロッド４２内で磁石６１を挟み込んで固定するために所定の長さに調整されているスペーサー４２ｃ、４２ｄとを備えている。ロッド本体４２ａには、雌ネジが形成されている。ロッドエンド４２ｂには、ロッド本体４２ａの雌ネジと組み合わされる雄ネジが形成されている。

位置検出装置６０は、ピストンロッド４２に収納された磁石６１と、シリンダーチューブ４１に対して固定されていて磁石６１の位置を検出する磁気センサー６２とを備えている。磁石６１は、例えばアルニコ磁石である。磁気センサー６２は、磁石６１が発生させる磁界の大きさによって磁石６１の位置を検出するセンサーであって、例えばホール素子である。

なお、ピストンロッド４２は、ロッド本体４２ａにスペーサー４２ｃ、磁石６１、スペーサー４２ｄの順に収納させられた後、ロッドエンド４２ｂの雄ネジと、ロッド本体４２ａの雌ネジとが締め付けられることによって、内部の所定の位置に磁石６１が固定される。

コンピューター８０は、例えばＭＣＵ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。コンピューター８０は、磁気センサー６２によって検出された位置を変換して膝部３０の屈曲角度、すなわち大腿接続部３１ａに接続される義足使用者の大腿部に対する四節リンク膝継手１０の屈曲（あるいは伸展）角度を取得するようになっており、本発明の角度取得手段を構成している。

図４は、信号処理回路７０のブロック図である。

図４に示すように、信号処理回路７０は、磁気センサー６２に入力される温度変化の少ない基準電圧であるＶｒｅｆを図示していない電池からの電源電圧であるＶｃｃから生成する電圧リファレンス７１ａを含んでいる基準電源部７１と、磁気センサー６２の出力電圧であるＶ_Ｈを調整する信号調整部７２と、磁気センサー６２の温度特性をキャンセルするために温度に対する補正を信号調整部７２の出力に行う温度補正部７３と、温度補正部７３の出力からノイズを除去するフィルター部７４とを備えている。

信号調整部７２は、Ｖ_Ｈを増幅する増幅回路７２ａと、増幅回路７２ａによって増幅された電圧にオフセット電圧としてＶｒｅｆを加えるオフセット回路７２ｂとを含んでいる。ここで、増幅回路７２ａの増幅率は、例えば５０倍である。

温度補正部７３は、電気抵抗の温度変化が少ない抵抗器７３ａと、温度の上昇に比例して電気抵抗が増大するＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）サーミスター７３ｂとを含んでいる。ここで、抵抗器７３ａの電気抵抗の温度係数は、例えば±１０ｐｐｍ／℃である。ＰＴＣサーミスター７３ｂの電気抵抗の温度係数は、例えば約７９００ｐｐｍ／℃である。磁気センサー６２の電気抵抗の温度係数は、例えば約−２０００ｐｐｍ／℃である。

信号処理回路７０から出力される信号であるＶｏｕｔは、磁気センサー６２の出力電圧であるＶ_Ｈと、増幅回路７２ａの増幅率であるＧＡＩＮと、ＰＴＣサーミスター７３ｂの電気抵抗であるＰＴＣと、抵抗器７３ａの電気抵抗であるＲ１と、オフセット回路７２ｂのオフセット電圧であるＶｒｅｆとを使用して、次のように表すことができる。
Ｖｏｕｔ＝（Ｖ_Ｈ×ＧＡＩＮ）×（１＋ＰＴＣ／Ｒ１）＋Ｖｒｅｆ
・・・式（１）

図５（ａ）は、ピストンロッド４２、磁石６１および磁気センサー６２の側面断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＩ−Ｉ断面図である。

図５に示すように、磁石６１は、磁化方向がピストンロッド４２の延在方向、すなわち、矢印１０ａで示す方向である。また、磁石６１は、矢印１０ａで示す方向に直交する断面が円形である円柱磁石である。

仮に、磁気センサー６２が磁石６１の一端の近傍の位置から他端の近傍の位置まで変化するように、磁気センサー６２に対して磁石６１を矢印１０ａで示す方向に移動させるとする。その場合、磁石６１の両端、すなわち、磁石６１の磁極の近傍では、磁界の変化率が急激に変化するので、磁気センサー６２に対する磁石６１の位置と、上述のＶｏｕｔとの間には線形性が認められない。しかしながら、磁石６１の中央部分の近傍では磁界の変化率が略一定であるので、磁気センサー６２に対する磁石６１の位置と、上述のＶｏｕｔとの間には線形性が認められる。したがって、この線形性が認められる範囲を使用する目的で、磁石６１としては、膝部３０（図１参照）の屈曲角度が例えば０°から９０°まで変化する場合の流体シリンダー４０（図１参照。）のストローク、すなわち、膝部３０の動作範囲に相当する流体シリンダー４０のストロークより長く矢印１０ａで示す方向に延在している磁石が使用されている。具体的には、本実施の形態においては、磁石６１は、膝部３０の屈曲角度が０°から９０°まで変化する場合の流体シリンダー４０のストロークの約２倍の長さである。なお、磁石６１の長さは、上述の線形性が認められる範囲を使用することができる長さであれば良く、膝部３０の屈曲角度が０°から９０°まで変化する場合の流体シリンダー４０のストロークの約２倍の長さである必要はない。ただし、矢印１０ａで示す方向における磁石６１に対する磁気センサー６２の位置が四節リンク膝継手１０の製造時に設計上の位置からずれてしまう可能性があることを考慮して、磁石６１の長さは、上述の線形性が認められる範囲を使用することができる最低限の長さより、ある程度余裕を持って長く設定されることが好ましい。上述の線形性が認められる範囲を使用することができる最低限の長さは、磁石６１の磁力の強さ、磁石６１の形状、磁石６１に対する磁気センサー６２の距離など、種々の条件によって異なる。

なお、矢印１０ａで示す方向に直交する方向における磁石６１と、磁気センサー６２との距離６０ａは、磁気センサー６２に対する磁石６１の位置と、上述のＶｏｕｔとの間の線形性が高くなる距離に設計されている。

矢印１０ａで示す方向に直交する平面上において、磁石６１の中心軸と、磁気センサー６２とを結ぶ直線と直交する方向、すなわち、矢印１０ｂで示す方向における磁気センサー６２の位置のずれは、磁石６１の中心軸と、磁気センサー６２とを結ぶ直線の方向、すなわち、矢印１０ｃで示す方向における磁気センサー６２の位置のずれと比較して、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、Ｖｏｕｔとの間の線形性への影響が小さいことが実験によって明らかになっている。矢印１０ｂで示す方向における磁気センサー６２の位置のずれは、矢印１０ｃで示す方向における磁気センサー６２の位置のずれと比較して、設計上の位置からのずれの量が同一であっても、Ｖｏｕｔに影響を与える「磁石６１との距離」のずれにおいてはずれの量が小さいので、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、Ｖｏｕｔとの間の線形性への影響が小さいと考えられる。

図６は、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、Ｖｏｕｔとの関係を示すグラフである。ここで、図６において、０ｍｍ、２２．１７ｍｍの位置は、それぞれ膝部３０の屈曲角度が０°、９０°である場合の位置である。

図６に示すように、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置、すなわち、磁気センサー６２に対する磁石６１の位置と、Ｖｏｕｔとの間には線形性が認められる。

したがって、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置であるＬｘは、膝部３０の屈曲角度が０°から９０°まで変化する場合のシリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置の変化である２２．１７ｍｍと、膝部３０の屈曲角度が０°である場合に信号処理回路７０から出力される信号であるＶ_０と、膝部３０の屈曲角度が９０°である場合に信号処理回路７０から出力される信号であるＶ_９０と、上述のＶｏｕｔを使用して、次のように表すことができる。
Ｌｘ＝２２．１７×（Ｖｏｕｔ−Ｖ_０）／（Ｖ_９０−Ｖ_０）・・・式（２）

図７は、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、膝部３０の屈曲角度との関係を示すグラフである。

図７に示すように、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、膝部３０の屈曲角度との関係は、四節リンク膝継手１０の構造、すなわち、上部リンク３１、下部リンク３２、前部リンク３３、後部リンク３４を連結する軸３２ａ、軸３３ａ、軸３３ｂ、軸３４ａの軸間距離と、ピストンロッド４２を回転可能に支持する軸３１ｂの位置と、シリンダーチューブ４１を回転可能に支持する軸２２の位置とによって機械的に定まっている。すなわち、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置と、膝部３０の屈曲角度との関係は、構造が異なる四節リンク膝継手１０同士では異なる場合もあるが、構造が同一の四節リンク膝継手１０同士では同一である。

例えば、膝部３０の屈曲角度であるＫａは、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置であるＬｘを使用して、次のように表すことができる。
Ｋａ＝０．００４１×Ｌｘ^３−０．０７７３×Ｌｘ^２
＋３．７５５９×Ｌｘ＋０．９８８６・・・式（３）

この場合、上述の式（２）および式（３）に基づいて、膝部３０の屈曲角度であるＫａは、上述のＶ_０、Ｖ_９０およびＶｏｕｔを使用して、次のように表すことができる。
Ｋａ＝０．００４１
×［２２．１７×（Ｖｏｕｔ−Ｖ_０）／（Ｖ_９０−Ｖ_０）］^３
−０．０７７３
×［２２．１７×（Ｖｏｕｔ−Ｖ_０）／（Ｖ_９０−Ｖ_０）］^２
＋３．７５５９
×［２２．１７×（Ｖｏｕｔ−Ｖ_０）／（Ｖ_９０−Ｖ_０）］
＋０．９８８６ ・・・式（４）

次に、四節リンク膝継手１０の動作について説明する。

信号処理回路７０は、磁気センサー６２の出力電圧であるＶ_Ｈを式（１）に示すように処理してコンピューター８０にＶｏｕｔを入力する。

コンピューター８０は、信号処理回路７０からＶｏｕｔが入力されると、予め記憶しているＶ_０およびＶ_９０と、信号処理回路７０から入力されたＶｏｕｔとに基づいて、式（４）に示すように処理して膝部３０の屈曲角度であるＫａを生成する。

そして、コンピューター８０は、生成したＫａに基づいて、駆動装置５０の動作を制御することによって流体シリンダー４０の特性を変化させる。なお、コンピューター８０は、Ｋａ以外の情報にも基づいて駆動装置５０の動作を制御しても良い。

したがって、膝部３０の動作は、流体シリンダー４０によって制限される。すなわち、流体シリンダー４０が発生させる抗力により、膝部３０の変形する動きが制限される。

なお、四節リンク膝継手１０は、個体毎に、膝部３０の屈曲角度が０°、９０°にさせられた状態で実際に信号処理回路７０からＶ_０、Ｖ_９０を出力させられ、その出力させられたＶ_０およびＶ_９０がコンピューター８０に記憶させられることによって、式（４）に示す膝部３０の屈曲角度Ｋａの検出精度を個体毎に維持することができる。すなわち、四節リンク膝継手１０の製造時に磁石６１に対する磁気センサー６２の位置が四節リンク膝継手１０の個体毎に微妙に異なってしまう可能性があるが、そのような四節リンク膝継手１０の個体差が膝部３０の屈曲角度Ｋａの検出精度に影響することは、実際に出力されたＶ_０およびＶ_９０がコンピューター８０に記憶させられることによって抑えられることができる。

以上に説明したように、四節リンク膝継手１０は、膝部３０の動作を制限する流体シリンダー４０の伸縮量、すなわち、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置を変換することによって、膝部３０の屈曲角度を検出することができる。すなわち、四節リンク膝継手１０は、回転角度センサーを用いる方法以外の方法によって膝部３０の屈曲（あるいは伸展）角度を検出することができる。したがって、四節リンク膝継手１０は、センサーの設置空間や配線の問題を生じさせずに膝部の屈曲角度を検出することができる。

また、四節リンク膝継手１０は、流体シリンダー４０の伸縮量としてシリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置を磁気式の方法で検出するので、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置を接触式または光学式の方法で検出する構成と比較して、使用されることによって生じる汚損による検出精度の低下の可能性を低減することができる。更に磁石６１はピストンロッド４２内に収納されているため、外力や四節リンク膝継手１０における他の部分との接触により磁石６１が破損あるいは磨耗することが無い。また、四節リンク膝継手１０は、磁気センサー６２がピストンロッド４２に収納されていないので、磁気センサー６２がピストンロッド４２に収納されている構成と比較して、磁気センサー６２の配線の配置を容易化することができる。

なお、四節リンク膝継手１０は、例えば、ピストンロッド４２の外周に、その長手方向に白色と黒色など着色を交互にしたものを光学的に検出したり、Ｎ極とＳ極を交互に着磁したものを磁気的に検出したりすることで、ピストンロッド４２の位置を検出してもよい。また、シリンダーチューブ４１を非磁性とし、ピストン４３に磁石を内蔵し、ピストン４３の移動方向に沿って複数の磁気センサーを配置してピストン４３の位置を検知しても良い。またこれに限られず、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２あるいはピストン４３の位置を接触式またはその他の光学式、磁気式の方法で検出するようになっていても良い。つまり、どのような方法であれ、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２あるいはピストン４３の位置、すなわち、流体シリンダー４０の伸縮量が測定できさえすれば良い。

四節リンク膝継手１０は、膝部３０の屈曲角度が０°から９０°まで変化する場合の流体シリンダー４０のストロークより長く磁石６１がピストンロッド４２の延在方向に延在しており、磁石６１の磁化方向がピストンロッド４２の延在方向であり、磁石６１が発生させる磁界の大きさによって磁気センサー６２が磁石６１の位置を検出するので、流体シリンダー４０のシリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置を検出するために必要な磁石の数を１つにすることができる。

四節リンク膝継手１０は、磁石６１が延在方向に直交する断面が円形であるので、ピストンロッド４２がシリンダーチューブ４１に対して回転することによって磁石６１の延在方向に延在する軸を中心として磁石６１が回転しても、磁石６１と、磁気センサー６２との位置関係の変化を抑えることができる。したがって、四節リンク膝継手１０は、磁石６１をピストンロッド４２内で回転しないように固定する必要が無く、構成の簡素化が図れると共に、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置の検出精度の低下を抑えることができる。

また、四節リンク膝継手１０は、磁石６１が延在方向に直交する断面が円形であるので、磁石６１がピストンロッド４２に組み込まれる時、流体シリンダー４０がフレーム２０および膝部３０に連結される時、磁気センサー６２が流体シリンダー４０に取り付けられる時など、組み立てられる時に、予定されていた磁石６１の状態と比較して、磁石６１の延在方向に延在する軸を中心として磁石６１が回転したとしても、磁石６１と、磁気センサー６２との位置関係が予定されていた位置関係と異なっている可能性を低減することができる。したがって、四節リンク膝継手１０は、組み立てられる時に、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置の検出精度が低下することを抑えることができる。

なお、磁石６１は、延在方向に直交する断面が円形でなくても良い。例えば、磁石６１がピストンロッド４２内で回転しないように固定されている場合や、シリンダーチューブ４１に対するピストンロッド４２の位置の検出精度が比較的低くても良い場合には、磁石６１は、円柱磁石ではなく、角柱の磁石であっても良い。

本発明の膝部の機構は、本実施の形態において四節リンク機構であるが、四節リンク機構以外の多節リンク機構であっても良い。

本発明のシリンダーは、本実施の形態において油圧を用いた流体シリンダーであるが、例えば空気などの気体を用いた流体シリンダーであっても良い。この場合、義足全体としては、立脚相ではなく、遊脚相での制御となり、流体シリンダーは、抗力の代わりに反発力（即ち伸展するのを補助する力）を生じさせ、この反発力がコンピューターによって制御される。

本発明の伸縮量検出手段は、本実施の形態において、ピストンロッド４２に収納された磁石６１と、シリンダーチューブ４１に対して固定されていて磁石６１の位置を検出する磁気センサー６２とを備えたものである。しかしながら、本発明の伸縮量検出手段は、ピストンロッド４２に磁気センサーが収納され、シリンダーチューブ４１に磁石が固定されているものであっても良い。

１０ 四節リンク膝継手（多節リンク膝継手）
３０ 膝部
４０ 流体シリンダー（シリンダー）
４１ シリンダーチューブ
４２ ピストンロッド
４３ ピストン
６０ 位置検出装置（伸縮量検出手段）
６１ 磁石
６２ 磁気センサー
８０ コンピューター（角度取得手段）

Claims (5)

1. 多節リンク機構の膝部と、前記膝部の動作を制限または補助するシリンダーと、前記シリンダーの伸縮量を検出する伸縮量検出手段と、前記伸縮量検出手段によって検出された前記伸縮量を変換して前記膝部の屈曲角度を取得する角度取得手段とを備えていることを特徴とする多節リンク膝継手。
2. 前記伸縮量検出手段は、磁石と、前記磁石の位置を検出する磁気センサーとを備えており、
   前記磁石および前記磁気センサーの一方は、前記シリンダーのピストンロッドに収納されており、
   前記磁石および前記磁気センサーの他方は、前記シリンダーのシリンダーチューブに対して固定されており、
   前記伸縮量検出手段は、前記伸縮量として、前記シリンダーチューブに対する前記ピストンロッドの位置を前記磁石および前記磁気センサーによって検出することを特徴とする請求項１に記載の多節リンク膝継手。
3. 前記磁石は、前記ピストンロッドに収納されており、
   前記磁気センサーは、前記シリンダーチューブに対して固定されていることを特徴とする請求項２に記載の多節リンク膝継手。
4. 前記磁石は、前記膝部の動作範囲に相当する前記シリンダーのストロークより長く前記ピストンロッドの延在方向に延在しており、磁化方向が前記ピストンロッドの延在方向であり、
   前記磁気センサーは、前記磁石が発生させる磁界の大きさによって前記磁石の位置を検出することを特徴とする請求項２または請求項３に記載の多節リンク膝継手。
5. 前記磁石は、前記膝部の動作範囲に相当する前記シリンダーのストロークより長く前記ピストンロッドの延在方向に延在しており、磁化方向が前記ピストンロッドの延在方向であり、
   前記磁気センサーは、前記磁石が発生させる磁界の大きさによって前記磁石の位置を検出し、
   前記磁石は、延在方向に直交する断面が円形であることを特徴とする請求項３に記載の多節リンク膝継手。

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