KR20070110061A

KR20070110061A - 보행 보조 장치

Info

Publication number: KR20070110061A
Application number: KR1020077020248A
Authority: KR
Inventors: 쥰 아시하라; 유타카 히키
Original assignee: 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2005-05-27
Filing date: 2006-05-29
Publication date: 2007-11-15
Also published as: KR100856847B1; EP1905407B1; RU2007148517A; BRPI0607422A2; CA2598091C; RU2389469C2; CA2598091A1; US8002719B2; US20080289670A1; EP1905407A4; WO2006126709A1; DE602006015649D1; EP1905407A1

Abstract

하중 전달부(1)에 제 1 관절(3)을 통하여 연결되는 다리 링크(2L, 2R)를 구비하는 보행 보조 장치로서, 각 다리 링크(2L, 2R)는 중간의 제 2 관절부(5, 5)에서 굴신 자유롭고, 또한, 다리 링크(2L, 2R)의 요동 지지점(3a)과 다리 링크(2L, 2R)의 하단의 제 3 관절부(7, 7)를 연결하는 선을 기준선(L2)으로 하여, 이용자의 직립 상태에서도, 제 2 관절부(5, 5)가 기준선(L2)의 전방으로 튀어나오는 굴곡 상태로 되는 길이로 형성되어 있는 것에 있어서, 이용자의 직립 상태에서 다리 링크(2L, 2R)에 발생하는 전방 경사 방향의 모멘트를 감소시켜서, 안정성을 향상시킨다. 각 다리 링크(2L, 2R)에 기준선(L2)에 대하여 제 2 관절부(5, 5)와는 전후 방향 반대측으로 튀어나오는 돌출부(42, 42)를 설치하고, 여기에 제 2 관절부(5, 5)용의 구동원(9, 9)을 탑재하여, 기준선(L2)의 전후의 중량 밸런스를 잡는다. 구동원(9, 9)의 구동력은 구동력 전달 수단(91, 91)을 통하여 제 2 관절부(5, 5)에 전달된다.

보행 보조 장치, 하중 전달부, 관절부, 다리 링크, 구동원

Description

보행 보조 장치{WALKING ASSISTANCE DEVICE}

본 발명은 이용자의 다리에 작용하는 하중을 경감하여 보행을 보조하는 보행 보조 장치에 관한 것이다.

종래, 이 종류의 보행 보조 장치로서, 하중 전달부와, 이 하중 전달부에 연결되는 다리 링크를 구비하고, 이용자의 체중의 적어도 일부를 하중 전달부를 통하여 다리 링크로 지지하고, 이용자의 다리에 작용하는 하중을 경감하여, 이용자의 보행을 보조하는 것이 알려져 있다(예를 들면, 일본 특개 2003-220102호 공보 참조). 이것에서 하중 전달부는 이용자의 허리 둘레에 장착되는 허리지지 벨트로 구성되고, 허리지지 벨트의 횡방향 양측에 사람의 고관절에 상당하는 제 1 관절부를 통하여 좌우 1쌍의 다리 링크를 연결하고 있다. 또한, 다리 링크는 상하방향 중간에 사람의 무릎관절에 상당하는 제 2 관절부를 갖는 굴신 자유로운 링크로 구성된다. 또, 다리 링크의 하단에는, 이용자의 족평(足平)에 장착되는 족평 장착부가 제 3 관절부를 통하여 연결되어 있다. 그리고, 다리 링크에 제 2 관절부와 동축상의 구동원을 탑재하고, 이 구동원에 의한 제 2 관절부의 회전 구동으로 사용자의 체중의 일부를 지탱하는 체중부하 감쇄 어시스트력을 발생시키도록 하고 있다.

그런데, 다리 링크는, 일반적으로, 이용자의 직립 상태에서 신장 상태가 되 도록, 이용자의 다리의 길이에 맞춘 길이로 형성되지만, 이것에서는, 개인마다 전용의 장치를 제작하는 것이 필요하게 되어, 비용이 높아진다. 그 때문에, 제 1 관절부에서의 다리 링크의 전후 방향의 요동 지지점과 제 3 관절부를 연결하는 선을 기준선으로 하여, 다리 링크를 이용자의 직립 상태에서도, 제 2 관절부가 기준선보다도 전방 또는 후방으로 튀어나오는 굴곡 상태로 되는 길이로 형성하는 것이 요망된다. 이것에 의하면, 구동원의 제어로 하중 전달부의 높이를 이용자에 맞추어 자동조절할 수 있다. 따라서, 개인마다 전용의 장치를 제작할 필요가 없고, 범용성이 있어 비용 절감을 도모할 수 있다.

그러나, 이용자의 직립 상태에서 다리 링크가 굴곡 상태로 되어 있으면, 이하의 문제를 일으킨다. 즉 이용자의 직립 상태에서는 상기 기준선이 거의 연직으로 되기 때문에, 제 2 관절부가 기준선보다 전방으로 튀어나와 있는 경우에는, 제 2 관절부와 동축 상의 구동원을 포함하는 다리 링크의 중량에 의해 다리 링크에 제 3 관절부를 중심으로 한 전방 경사 방향의 요동 모멘트가 발생하여, 하중 전달부에 전방으로 미는 힘이 작용하게 된다. 또, 제 2 관절부가 기준선보다 후방으로 튀어나와 있는 경우에는, 다리 링크에 제 3 관절부를 중심으로 한 후방 경사 방향의 요동 모멘트가 발생하고, 하중 전달부에 후방으로의 미는 힘이 작용하게 된다.

본 발명은 이러한 배경을 감안하여 이루어진 것으로, 이용자의 직립 상태에서도 굴곡 상태로 되는 길이의 다리 링크를 사용함에도 불구하고, 하중 전달부에 전후 방향의 미는 힘이 작용하는 것을 방지하여 안정성을 향상할 수 있도록 한 보행 보조 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

그리고, 이 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하중 전달부와, 이 하중 전달부에 제 1 관절부를 통하여 전후 방향으로 요동 자유롭게 연결되는 다리 링크를 구비하고, 이용자의 체중의 적어도 일부를 하중 전달부를 통하여 다리 링크로 지탱하도록 한 보행 보조 장치로서, 상기 다리 링크는 상하방향 중간에 제 2 관절부를 갖는 굴신 자유로운 링크로 구성되고, 상기 다리 링크의 하단에, 이용자의 족평에 장착되는 족평 장착부가 제 3 관절부를 통하여 연결되고, 또한, 상기 제 1 관절부에서의 상기 다리 링크의 전후 방향의 요동 지지점과 상기 제 3 관절부를 연결하는 선을 기준선으로 하여, 상기 다리 링크는 이용자의 직립 상태에서도, 상기 제 2 관절부가 기준선의 전방 또는 후방으로 튀어나오는 굴곡 상태로 되는 길이로 형성되는 것에 있어서, 상기 다리 링크에, 상기 기준선에 대하여 상기 제 2 관절부는 전후 방향 반대측으로 튀어나오는 돌출부가 설치되고, 이 돌출부에 웨이트 부재가 탑재되는 것을 특징으로 한다.

이용자의 직립 시에는, 다리 링크의 중량(웨이트 부재를 제외함)에 의해 다리 링크에 제 3 관절부를 중심으로 한 전방 경사 방향(제 2 관절부가 기준선의 전방으로 튀어나오는 경우) 또는 후방 경사 방향(제 2 관절부가 기준선의 후방으로 튀어나오는 경우)으로의 요동 모멘트가 발생한다. 그러나, 본 발명에 의하면, 웨이트 부재가 기준선을 사이에 두고 제 2 관절부와는 전후 방향 반대측에 위치하게 되고, 그 때문에 다리 링크의 중량에 의한 요동 모멘트와는 역방향의 요동 모멘트가 웨이트 부재의 중량에 의해 발생한다. 즉 웨이트 부재가 카운터 웨이트로서 기능하여, 웨이트 부재를 포함하는 다리 링크 전체의 요동 모멘트는 작아진다. 그 결과, 이 요동 모멘트에 의해 하중 전달부에 작용하는 전후 방향의 미는 힘도 작아져, 안정성이 향상된다.

또한, 제 2 관절부가 기준선의 전방으로 튀어나오도록 다리 링크가 굴곡되어 있는 경우, 이용자의 다리를 전방으로 흔들어 내밀 때에, 다리 링크에 제 1 관절부에 있어서의 전후 방향의 요동 지지점을 중심으로 한 후방으로의 요동 모멘트가 발생하여, 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기에 대한 저항력이 된다. 여기에서, 본 발명에 의하면, 제 2 관절부가 기준선의 전방으로 튀어나오는 경우, 돌출부가 기준선의 후방으로 튀어나오므로, 돌출부에 탑재하는 웨이트 부재의 중량에 의해 제 1 관절부에서의 전후 방향의 요동 지지점을 중심으로 한 전방으로의 요동 모멘트가 발생하고, 이 모멘트로 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기가 어시스트 된다. 따라서, 제 2 관절부가 기준선의 전방으로 튀어나오도록 다리 링크가 굴곡되어 있는 경우에도, 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기에 저항감을 주지는 않는다.

그런데, 제 1 관절부 주위의 다리 링크의 관성 모멘트가 커지면, 보행 시에 이용자의 다리가 다리 링크의 관성 모멘트를 받아서 무겁게 느껴진다. 이 경우, 다리 링크의 제 1 관절부측의 단부에 돌출부를 설치하면, 이것에 탑재하는 웨이트 부재와 제 1 관절부 사이의 거리가 짧아진다. 따라서, 제 1 관절부 주위의 다리 링크의 관성 모멘트를 작게 할 수 있어, 보행하기 쉬워진다.

여기에서, 웨이트 부재는 제 2 관절부용의 구동원으로 구성되는 것이 바람직하다. 즉 제 2 관절부용의 구동원은 원래 다리 링크에 탑재되어 있는 것으로, 이 구동원을 웨이트 부재에 겸용함으로써, 다리 링크의 중량 증가를 회피할 수 있어, 합리적이다. 이 경우, 구동원에 의해 발생하는 구동력이 구동력 전달 수단을 통하여 제 2 관절부에 전달되도록 한다.

또한, 구동력 전달 수단은 제 2 관절부와 구동원을 연결하는 와이어를 사용한 와이어식 전달기구로 구성되는 것이 바람직하다. 여기에서, 평행 링크를 사용한 링크 기구나, 유압 실린더를 사용한 유압 전달 기구로 구동력 전달 수단을 구성하는 것도 가능하다. 그러나, 와이어식 전달 기구 쪽이 경량화 및 코스트 다운을 도모할 수 있어, 유리하다.

도 1은 본 발명의 실시형태의 보행 보조 장치의 사시도,

도 2는 실시형태의 보행 보조 장치의 측면도,

도 3은 실시형태의 보행 보조 장치의 정면도,

도 4는 실시형태의 보행 보조 장치의 제 1 관절부의 부분의 사시도,

도 5는 실시형태의 보행 보조 장치의 제 1 관절부의 부분의 측면도,

도 6은 실시형태의 보행 보조 장치의 다리 링크의 하단 부분의 사시도,

도 7a는 실시형태의 보행 보조 장치의 착좌 부재의 사시도, 7b는 착좌 부재의 심재의 사시도이다.

(부호의 설명)

1 착좌 부재(하중 전달부), 2L, 2R 다리 링크,

3 제 1 관절부 4 제 1 링크부

42 돌출부 5 제 2 관절부,

7 제 3 관절부 8 족평 장착부

9 구동원 91 구동력 전달 수단

91a 와이어

이하, 본 발명의 실시형태의 보행 보조 장치에 대해 설명한다. 보행 보조 장치는 도 1 내지 도 3에 도시하는 바와 같이, 이용자(P)가 걸터앉듯이 하여 착좌하는 하중 전달부인 착좌 부재(1)와, 착좌 부재(1)의 하측에 배치되는 좌우 1쌍의 다리 링크(2L, 2R)를 구비하고 있다.

각 다리 링크(2L, 2R)는 착좌 부재(1)의 하면에 제 1 관절부(3)를 통하여 전후 방향으로 요동 자유롭게 연결되는 제 1 링크부(4)와, 제 1 링크부(4)의 하단에 제 2 관절부(5)를 통하여 연결되는 제 2 링크부(6)를 구비하는 굴신 자유로운 링크로 구성된다. 또, 제 2 링크부(6)의 하단에는, 제 3 관절부(7)를 통하여, 이용자의 좌우의 각 족평에 장착되는 족평 장착부(8)가 연결되어 있다. 각 다리 링크(2L, 2R)에는 또한 제 2 관절부(5)용의 구동원(9)이 탑재되어 있다. 그리고, 구동원(9)에 의한 제 2 관절부(5)의 회전구동으로 각 다리 링크(2L, 2R)에 펴는 방향의 힘을 가하여, 이용자의 체중의 적어도 일부를 지지하는 지지력(이하, 체중부하 감쇄 어시스트력이라고 함)을 발생시킨다. 각 다리 링크(2L, 2R)에서 발생된 체중부하 감쇄 어시스트력은 착좌 부재(1)를 통하여 이용자(P)의 동체에 전달되어, 이용자(P)의 다리에 작용하는 하중이 경감된다. 또한, 도시하지 않지만, 구동원(9) 용의 전원 및 컨트롤러는 이용자가 짊어지는 백팩에 수납된다.

본 실시형태의 보행 보조 장치는 이용자(P)가 족평에 족평 장착부(8)를 장착하고 착좌 부재(1)에 착좌하는 것만으로 사용할 수 있어, 거의 속박감을 받지 않는다. 또, 다리 링크(2L, 2R)의 제 1 관절부(3) 및 제 1 링크부(4)는 이용자(P)의 가랑이 아래에 위치하기 때문에, 보행 시에 팔을 흔들 때에 사람이 제 1 관절부(3)나 제 1 링크부(4)에 부딪히지 않아, 자유로운 팔 흔들기가 가능하게 된다. 또한, 장치가 소형으로 되어, 좁은 장소에서도 사용할 수 있어, 속박감의 경감 및 팔 흔들기의 자유로움의 확보와 아울러 사용편리성이 현저하게 향상된다.

각 다리 링크(2L, 2R)용의 각 제 1 관절부(3)는 도 4, 도 5에 명시하는 바와 같이, 전후 방향으로 긴 원호 형상의 안내 궤도(32)와, 안내 궤도(32)를 지지하는 지지판(33)으로 이루어지는 관절 부재(31)로 구성되어 있다. 또한, 본 실시형태에서는 안내 궤도(32)를 원호 형상의 레일로 구성하고 있지만, 지지판(33)에 형성하는 원호 형상의 홈으로 안내 궤도(32)를 구성하는 것도 가능하다. 각 다리 링크(2L, 2R)의 제 1 링크부(4)의 상단부에는, 안내 궤도(32)를 상하에서 끼우는 상하 각 1쌍의 롤러(41a)를 갖는 슬라이더(41)가 부착되어 있고, 안내 궤도(32)에 슬라이더(41)가 롤러(41a)를 통하여 이동 자유롭게 걸어맞추어진다. 이렇게 하여, 각 다리 링크(2L, 2R)는 안내 궤도(32)의 곡률 중심을 중심으로 하여 전후 방향으로 요동하게 되고, 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점은 안내 궤도(32)의 곡률 중심이 된다.

도 2에 도시하는 바와 같이, 안내 궤도(32)의 곡률 중심, 즉 각 제 1 관절 부(3)에서의 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)은 착좌 부재(1)의 상방에 위치한다. 여기에서, 이용자(P)가 상반신을 앞으로 기울이는 등 하여 착좌 부재(1)에 대한 이용자(P)의 상반신의 체중의 작용점이 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)의 전방으로 벗어나면, 착좌 부재(1)가 전방 하향으로 경사진다. 그리고, 착좌 부재(1)가 이대로 계속해서 경사지면, 착좌 부재(1)가 이용자(P)에 대하여 후방으로 벗어나 버린다. 그러나, 본 실시형태에서는 착좌 부재(1)의 전방 하향의 경사에 따라 체중 작용점은 요동 지지점(3a)의 하측에서 후방으로 변위하고, 이 지지점(3a)과 체중 작용점 사이의 전후 방향 거리가 감소하여, 착좌 부재(1)에 작용하는 회전 모멘트도 감소한다. 그리고, 체중 작용점이 요동 지지점(3a)의 바로 아래의 위치까지 변위한 지점에서, 착좌 부재(1)에 작용하는 회전 모멘트가 0이 되고, 이 상태에서 착좌 부재(1)가 안정된다. 이렇게 하여 착좌 부재(1)가 자동적으로 안정 상태로 수속되기 때문에, 착좌 부재(1)가 이용자(P)의 가랑이 아래에서 전후 방향으로 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

또, 각 다리 링크(2L, 2R)의 상단부인 슬라이더(41)는 각 다리 링크(2L, 2R)의 제 2 관절부(5)와 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)(안내 궤도(32)의 곡률 중심)을 연결하는 선(L1)보다도 후방에 위치하는 안내 궤도(32)의 부분에 걸어맞추어져 있다. 이것에 의해, 이용자(P)의 각 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기에 추종하는 각 다리 링크(2L, 2R)의 전방으로의 요동 스크로크를 안내 궤도(32)의 길이를 그다지 길게 하지 않고 확보할 수 있다. 한편, 안내 궤도(32)의 전후의 각 단부에는 제 1 링크부(4)의 이탈 방지를 위한 스토퍼(32a)가 부착되 어 있다.

또, 좌우의 각 다리 링크(2L, 2R)용의 각 제 1 관절부(3)를 구성하는 상기 각 관절 부재(31)는 착좌 부재(1)의 하면의 횡방향 중앙에 부착되는 전후 1쌍의 지지 블록(34, 34)에 각각 지지시킨 전후 방향의 지지축(35, 35)에, 지지판(33)의 전후의 상단부에 부착한 힌지 부재(36, 36)를 통하여 축지지된다. 따라서, 각 관절 부재(31)(제 1 관절부(3))는 착좌 부재(1)의 하면에 횡방향으로 요동 자유롭게 연결되게 된다. 이것에 의해, 각 다리 링크(2L, 2R)의 횡방향으로의 요동이 허용되어, 이용자(P)의 다리를 외전(外轉)할 수 있게 된다.

또, 좌측의 다리 링크(2L)용의 관절 부재(31)와 우측의 다리 링크(2R)용의 관절 부재(31)는 공통의 지지축(35)으로 축지지되어 있다. 즉, 좌측의 다리 링크(2L)용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점과 우측의 다리 링크(2R)용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점이 전후 방향의 동일 축선 상에 위치한다. 여기에서, 외다리 지지상태에서는, 미착지 다리(족평이 바닥면으로부터 떨어져 있는 다리)측의 다리 링크의 중량(후술하는 바와 같이 다리 링크에 이것을 굴곡시키는 방향의 힘을 더하여 미착지 다리의 들어올림을 보조하는 어시스트력을 발생시키는 경우에는 이 어시스트력)이 당해 다리 링크용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점을 통하여 착좌 부재(1)에 작용한다. 그리고, 좌측의 다리 링크(2L)용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점과 우측의 다리 링크(2R)용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점이 떨어져 있으면, 외다리 지지 상태에서는, 착좌 부재(1)에, 미착지 다리측의 다리 링크의 중량에 의해, 지지 다리(족평이 바닥면에 접지해 있는 다리)측의 다리 링크용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점을 중심으로 한 횡전(橫轉) 모멘트가 작용하여, 착좌 부재(1)가 롤링한다.

이에 반해, 본 실시형태에서는 외다리 지지 상태에서, 미착지 다리측 다리 링크의 중량의 작용 개소인 미착지 다리측 다리 링크용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점이 지지 다리측 다리 링크용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점과 동일 축선(지지축(35)) 상에 위치하기 때문에, 착좌 부재(1)에 지지 다리측 다리 링크용의 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점을 중심으로 한 횡전 모멘트는 작용하지 않는다. 따라서, 외다리 지지 상태에서의 착좌 부재(1)의 롤링을 방지할 수 있다. 또한, 미착지 다리측의 다리 링크의 중량은 지지 다리측의 다리 링크를 통하여 바닥면에 전달되고, 착좌 부재(1)에는 미착지 다리측의 다리 링크의 중량은 작용하지 않는다.

또, 제 1 관절부(3)에서의 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)와 제 3 관절부(7)를 연결하는 선을 기준선(L2)(도 2 참조)으로 하여, 각 다리 링크(2L, 2R)는 이용자(P)의 직립 상태에서도, 제 2 관절부(5)가 기준선(L2)의 전방으로 튀어나오는 굴곡 상태로 되는 길이로 형성되어 있다. 그리고, 구동원(9)의 제어로 착좌 부재(1)의 높이를 이용자(P)에 맞추어 자동적으로 조절할 수 있게 되어 있다. 그러므로, 개인마다 전용의 장치를 제작하거나, 다리 링크의 길이를 조절할 필요가 없고, 범용성이 있어 비용절감을 도모할 수 있다.

여기에서, 이용자(P)의 직립 상태에서, 기준선(L2)은 거의 연직으로 되어, 제 2 관절부(5)를 포함하여 다리 링크(2L, 2R)의 대부분의 부분이 제 3 관절부(7) 보다 전방에 위치하게 된다. 따라서, 구동원(9)을 제 2 관절부(5)와 동축상에 배치한 경우에는, 이용자(P)의 직립 상태에서, 구동원(9)을 포함하는 각 다리 링크(2L, 2R)의 중량에 의해, 각 다리 링크(2L, 2R)에 제 3 관절부(7)를 중심으로 한 전방 경사 방향의 큰 요동 모멘트가 발생한다. 그리고, 이 요동 모멘트로 착좌 부재(1)에 전방으로의 미는 힘이 작용하게 된다. 또한, 이용자(P)의 다리를 전방으로 흔들어 내밀 때에, 다리 링크(2L, 2R)에 제 1 관절부(3)에서의 전후 방향의 요동 지지점(3a)을 중심으로 한 후방으로의 요동 모멘트가 발생하여, 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기에 대한 저항감을 주게 된다. 또, 구동원(9)을 제 2 관절부(5)와 동축상에 배치하면, 제 1 관절부(3) 주위의 다리 링크(2L, 2R)의 관성 모멘트가 커져, 보행 시에 이용자(P)의 다리가 다리 링크(2L, 2R)의 관성 모멘트를 받아 무겁게 느껴진다.

그래서, 본 실시형태에서는 각 다리 링크(2L, 2R)의 제 1 관절부(3)측의 단부, 즉 제 1 링크부(4)의 상단의 슬라이더(41)에, 기준선(L2)에 대하여 제 2 관절부(5)와는 전후 방향 반대측인 후방으로 튀어나오는 판 부재로 이루어지는 돌출부(42)를 부착하고, 이 돌출부(42)에 웨이트 부재로서 제 2 관절부(5)용의 구동원(9)을 탑재하고 있다. 이것에 의하면, 이용자(P)의 직립 시에, 구동원(9)을 제외한 각 다리 링크(2L, 2R)의 중량에 의해 각 다리 링크(2L, 2R)에 발생하는 제 3 관절부(7)를 중심으로 한 전방 경사 방향의 요동 모멘트가 구동원(9)의 중량에 의해 발생하는 역방향의 요동 모멘트에 의해 감쇄된다. 즉 구동원(9)이 카운터 웨이트로서 기능하여, 구동원(9)을 포함하는 다리 링크(2L, 2R) 전체의 요동 모멘트는 작아진다. 그 결과, 착좌 부재(1)에 작용하는 전방으로의 미는 힘도 작아져, 안정성이 향상된다.

또한, 이용자(P)의 다리를 전방으로 흔들어 내밀 때는, 구동원(9)의 중량에 의해 전후 방향의 요동 지지점(3a)을 중심으로 한 전방으로의 요동 모멘트가 발생하고, 이 모멘트로 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기가 어시스트 된다. 따라서, 제 2 관절부(5)가 기준선(L2)의 전방으로 튀어나오도록 다리 링크(2L, 2R)가 굴곡되어 있는 경우에 문제가 되는 다리의 전방으로의 흔들어 내밀기에 대한 저항감을 해소할 수 있다. 또, 중량물인 구동원(9)과 요동 지지점(3a) 사이의 거리가 짧아지고, 그 때문에 제 1 관절부(3) 주위의 다리 링크(2L, 2R)의 관성 모멘트가 작아진다. 따라서, 보행 시에 이용자(P)의 다리가 다리 링크(2L, 2R)의 관성 모멘트를 받아 무겁게 느껴지는 것을 방지할 수 있다.

구동원(9)에 의해 발생하는 구동력은 구동력 전달 수단(91)을 통하여 제 2 관절부(5)에 전달된다. 구동력 전달 수단(91)으로서는, 제 2 링크부(6)의 제 2 관절부(5)로부터 떨어진 부분에 제 1 링크부(4)와 평행하게 연결되는 링크를 사용한 평행 링크기구나, 유압실린더를 사용한 유압 전달기구도 사용할 수 있다. 그러나, 본 실시형태에서는 경량화와 비용 절감을 도모하기 위해, 제 2 관절부(5)와 구동원(9)을 연결하는 와이어(91a)를 사용한 와이어식 전달기구로 구동력 전달 수단(91)을 구성하고 있다.

그 상세한 것은 이하와 같다. 즉 구동원(9)으로부터는 2개의 와이어(91a)가 도출되어 있고, 구동원(9)으로부터 일방의 와이어(91a)가 풀려 내올 때 타방의 와 이어(91a)가 구동원(9)에 끌려 들어간다. 한편, 구동원(9)은 전동 모터와 이 모터에 의해 구동되는 와이어(91a)용의 구동 풀리로 구성된다. 양 와이어(91a, 91a)는 제 1 링크부(4)의 제 2 관절부(5)의 근방 부분에 형성한 플랜지(43)와 구동원(9) 사이에 배열 설치한 2개의 가이드 튜브(91b, 91b)에 삽입통과되어 있다. 또, 제 2 링크부(6)에 제 2 관절부(5)의 축(51)과 동축 상의 풀리(52)을 고정하고, 이 풀리(52)에 2개의 와이어(91a, 91a)를 서로 역방향으로 둘러 감고, 각 와이어(91a)의 단말을 풀리(52)에 고정하고 있다. 이렇게 하여, 구동원(9)에 의한 와이어(91a, 91a)의 풀러내기와 끌어들이기에 의하여, 풀리(52)가 회전되고, 이 회전으로 제 2 링크부(6)가 제 1 링크부(4)에 대하여 제 2 관절부(5)의 축(51)을 중심으로 하여 요동하고, 다리 링크(2L, 2R)가 굴신된다. 또한, 도시하지 않지만, 풀리(52)의 측면에 원호 형상의 홈을 형성함과 아울러, 제 1 링크부(4)에 이 홈에 걸어맞추어지는 돌기부를 형성하여, 제 1 링크부(4)에 대한 제 2 링크부(6)의 요동 스크로크를 소정 범위로 규제하고 있다.

제 3 관절부(7)는 도 6에 도시하는 바와 같이, 제 2 링크부(6)의 하단에, 2축의 힘 센서(10)를 통하여 연결되는 요크(71)과, 요크(71)의 하단부에 횡방향으로 설치한 축(72)에 회전 자유롭고 또한 축방향으로 경동 자유롭게 연결한 가동자(73)로 이루어지는 프리 조인트로 구성된다. 여기에서, 상기한 체중부하 감쇄 어시스트력은 횡방향으로부터 보아, 제 1 관절부(3)에서의 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)과 제 3 관절부(7)를 연결하는 상기 기준선(L2) 상에 작용한다. 그리고, 기준선(L2) 상에 작용하는 실제의 체중부하 감쇄 어시스트력(정확하 게는 체중부하 감쇄 어시스트력과 착좌 부재(1) 및 각 다리 링크(2L, 2R)의 중량에 의한 힘과의 합력)을 힘 센서(10)로 검출되는 2축방향의 힘의 검출값에 기초하여 산출하고 있다.

족평 장착부(8)는 구두(81)와, 구두(81)에 포함된 도 6에 도시하는 고강성의 등자 모양 연결 링(82)을 구비하고 있다. 연결 링(82)의 상면에는 칼라(83)가 세워 설치되고, 이 칼라(83)에 제 3 관절부(7)의 가동자(73)의 하단이 연결되어 있다. 또, 도 2에 도시하는 바와 같이 연결 링(82)의 하변부에는 구두(81) 중간 깔개가 되는 탄성판(84)이 놓여 있다. 탄성판(84)의 하면에는, 이용자의 족평의 중지절관절(MP 관절) 부분과 발뒤꿈치 부분에 작용하는 하중을 검출하는 전후 1쌍의 압력 센서(85, 85)가 부착되어 있다.

각 다리 링크(2R, 2L)의 제어 시에는, 각 족평 장착부(8)의 양 압력 센서(85, 85)의 검출값에 기초하여 이용자의 양 족평에 작용하는 전체 하중에 대한 각 족평의 작용 하중의 비율을 산출한다. 다음에, 미리 설정되는 체중부하 감쇄 어시스트력의 설정값에 각 족평의 하중 비율을 승산한 값을 각 다리 링크에서 발생할 체중부하 감쇄 어시스트력의 제어 목표값으로서 산출한다. 그리고, 상기 힘 센서(10)의 검출값에 기초하여 산출되는 실제의 체중부하 감쇄 어시스트력이 제어 목표값이 되도록 구동원(9)을 제어하고 있다. 또, 외다리 지지 상태에서는, 지지 다리측의 다리 링크만으로 설정값의 체중부하 감쇄 어시스트력을 발생시킨다. 이 경우, 미착지 다리측의 다리 링크의 구동원의 구동을 정지하여, 제 2 관절부(5)를 자유회전 상태로 한다. 또한, 미착지 다리측의 다리 링크에 구동원에 의해 굴곡 방 향의 힘을 가하여, 미착지 다리의 족평의 들어올림을 어시스트하는 것도 가능하다.

그런데, 체중부하 감쇄 어시스트력은, 전방으로부터 보아, 제 1 관절부(3)의 횡방향의 요동 지지점인 지지축(35)과 제 3 관절부(7)를 연결하는 선 상에 작용한다. 그러므로 지지축(35)과 제 3 관절부(7) 사이의 횡방향 거리가 길어지면, 체중부하 감쇄 어시스트력의 횡방향 성분이 커져, 족평 장착부(8) 및 착좌 부재(1)에 작용하는 횡방향 힘이 증가한다. 그래서, 본 실시형태에서는 도 3에 도시하는 바와 같이, 제 3 관절부(7)가 족평 장착부(8)의 횡폭 중앙보다 횡방향 안쪽에 위치하도록, 연결 링(82)의 상면의 칼라(83)를 횡방향 내측으로 조금 옮겨서 배치하고 있다. 이것에 의하면, 지지축(35)과 제 3 관절부(7) 사이의 횡방향 거리가 짧아져, 족평 장착부(8) 및 착좌 부재(1)에 작용하는 횡방향 힘이 작아져, 족평 장착부(8)와 착좌 부재(1)의 안정성이 향상된다.

이상과 같이 착좌 부재(1)의 안정화를 위한 여러 연구를 하고 있지만, 본 실시형태에서는 착좌 부재(1) 그 자체에도 연구를 하고 있다. 이하, 이것에 대하여 상세히 설명한다. 착좌 부재(1)는 도 7a에 도시하는 바와 같이, 전후 방향 중간에 후방부(1a)와 전방부(1b)에 비해 가로 폭을 좁힌 네킹부(1c)를 갖는 형상으로 형성되어 있다. 또, 전방부(1b)는 상방으로 만곡하고(도 2 참조), 또한, 횡방향 중간부가 절결된 두 갈래 형상으로 형성되어 있다. 이용자는 좌우의 다리를 네킹부(1c)의 횡방향 양측에 위치시켜 착좌 부재(1)에 착좌한다. 이것에 의하면, 폭이 넓은 후방부(1a)와 전방부(1b)에 의하여 이용자에 대한 착좌 부재(1)의 전후 방향의 위치 벗어남을 억제할 수 있고, 또한, 전방부(1b)가 상방으로 만곡해 있기 때문 에, 보행 시에 전방으로 흔들어 내미는 다리가 전방부(1b)에 부딪히기 어렵게 되어, 보행 시의 다리의 움직임의 자유도가 확보된다. 또한, 전방부(1b)를 두 갈래 형상으로 형성함으로써 전방부(1b)가 횡방향으로 휘기 쉽게 된다. 그 때문에, 전방으로 흔들어 내밀어지는 다리가 전방부(1b)에 맞닿아도, 이 맞닿는 힘을 전방부(1b)의 휨으로 흡수하여, 다리의 맞닿음으로 착좌 부재(1)가 요잉하는 것을 억제할 수 있다. 또, 이용자의 가랑이 사이 부분 등이 전방부(1b)에 부딪히지 않아, 안정감이 좋아진다. 후방부(1a)는 이용자의 좌우의 좌골을 받는데 충분한 횡폭을 가지고 있다. 그 때문에 이용자에 대하여 좌골 접촉에 의해 체중부하 감쇄 어시스트력을 확실하게 전달할 수 있다.

또한, 착좌 부재(1)는 카본 파이버 등으로 형성되는 심재(芯材)(101)와, 심재(101)의 상면에 부착한 쿠션재(102)와, 이들 심재(101)와 쿠션재(102)를 씌우는 커버(103)로 구성되어 있다. 심재(101)에는, 도 7b에 도시하는 바와 같이, 전후 방향으로 뻗어 있는 횡방향 중앙의 오목부(104)가 형성되어 있고, 오목부(104)의 양측에 쿠션재(102)를 부착하고 있다. 또, 심재(101)의 둘레 가장자리부의 두께를 얇게 하고, 측방으로부터의 다리의 맞닿는 힘을 유연하게 흡수할 수 있게 하고 있다.

이상, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명이 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 제 2 관절부(5)와 동축 상에 구동원(9)을 설치하고, 돌출부(42)에 배터리 등의 중량물을 웨이트 부재로서 탑재하는 것도 가능하다. 또, 각 다리 링크는, 이용자의 직립 상태에서, 기준선의 후방에 제 2 관절부가 튀어나오는 굴곡 상태로 되어 있어도 되며, 이 경우에는, 각 다리 링크에 기준선의 전방으로 튀어나오는 돌출부를 설치하고, 이것에 구동원이나 배터리 등을 웨이트 부재로서 탑재한다. 또, 상기 실시예에서는 제 1 관절부(3)를 원호 형상의 안내 궤도(32)를 갖는 것으로 구성하고, 제 1 관절부(3)에서의 각 다리 링크(2L, 2R)의 전후 방향의 요동 지지점(3a)이 착좌 부재(1)의 상방에 위치하도록 하고 있지만, 각 다리 링크(2L, 2R)의 상단부를 전후 방향으로 요동 자유롭게 축지지하는 횡방향의 축을 갖는 단순한 구조의 관절부로 제 1 관절부(3)을 구성하는 것도 가능하다. 또한, 하중 전달부를 종래예와 같은 허리지지 벨트로 구성하는 것도 가능하다. 또한, 한쪽 다리가 골절 등으로 부자유스러운 이용자의 보행을 보조하기 위해서, 상기 실시형태의 좌우의 다리 링크(2L, 2R) 중 이용자의 부자유스러운 다리측의 다리 링크만을 남기고 다른 쪽의 다리 링크를 생략하는 것도 가능하다.

Claims

하중 전달부와, 이 하중 전달부에 제 1 관절부를 통하여 전후 방향으로 요동 자유롭게 연결되는 다리 링크를 구비하고, 이용자의 체중의 적어도 일부를 하중 전달부를 통하여 다리 링크로 지탱하도록 한 보행 보조 장치로서,

상기 다리 링크는 상하방향 중간에 제 2 관절부를 갖는 굴신 자유로운 링크로 구성되고, 상기 다리 링크의 하단에 이용자의 족평에 장착되는 족평 장착부가 제 3 관절부를 통하여 연결되고, 또한, 상기 제 1 관절부에서의 상기 다리 링크의 전후 방향의 요동 지지점과 상기 제 3 관절부를 연결하는 선을 기준선으로 하여, 상기 다리 링크는 이용자의 직립 상태에서도, 상기 제 2 관절부가 기준선의 전방 또는 후방으로 튀어나오는 굴곡 상태로 되는 길이로 형성되는 것에 있어서,

상기 다리 링크에 상기 기준선에 대하여 상기 제 2 관절부와는 전후 방향 반대측으로 튀어나오는 돌출부가 설치되고, 이 돌출부에 웨이트 부재가 탑재되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 2 관절부는 상기 기준선의 전방으로 튀어나오고, 상기 돌출부는 상기 기준선의 후방으로 튀어나오는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 돌출부는 상기 다리 링크의 상기 제 1 관절부측의 단부에 설치되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 웨이트 부재는 상기 제 2 관절부용의 구동원으로 구성되고, 이 구동원에 의해 발생하는 구동력이 구동력 전달 수단을 통하여 상기 제 2 관절부에 전달되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 구동력 전달 수단은 상기 제 2 관절부와 상기 구동원을 연결하는 와이어를 사용한 와이어식 전달 기구로 구성되는 것을 특징으로 하는 보행 보조 장치.