WO2011125155A1 - 歩行補助装置 - Google Patents

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WO2011125155A1
WO2011125155A1 PCT/JP2010/056092 JP2010056092W WO2011125155A1 WO 2011125155 A1 WO2011125155 A1 WO 2011125155A1 JP 2010056092 W JP2010056092 W JP 2010056092W WO 2011125155 A1 WO2011125155 A1 WO 2011125155A1
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WO
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unit
replacement part
user
lower leg
replacement
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PCT/JP2010/056092
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康弘 海老原
耕太 大石
康弘 村田
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トヨタ自動車株式会社
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    • A61H1/02—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising
    • A61H1/0237—Stretching or bending or torsioning apparatus for exercising for the lower limbs
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    • A61H2201/5058—Sensors or detectors
    • A61H2201/5069—Angle sensors

Definitions

  • the present invention relates to a walking assistance device that assists a person's walking, and more particularly, to a walking assistance device that is attached to a person's leg.
  • Patent Document 1 JP-A-9-173398 discloses a walking assist device.
  • the walking assist device is configured to be attachable to a person's leg and can assist a person's walking by adjusting the movement of the leg.
  • the walking assist device includes a thigh unit disposed on the thigh, a lower leg unit disposed on the lower leg, a foot unit disposed on the foot, and a knee position joint unit that swingably connects the thigh unit and the lower leg unit. It has.
  • this type of walking assistance device can be adjusted in size according to the body shape of the user wearing it. Therefore, for example, in the walking assist device of Patent Document 1, the length of the lower leg unit can be adjusted by fastening the upper part and the lower part of the lower leg unit with bolts and using the bolt hole as a long hole. It is configured. According to this configuration, the length of the lower leg unit can be finely adjusted according to the user's body shape.
  • the above-described structure needs to form a long hole in the lower leg unit, and as a result, the strength of the lower leg unit is reduced.
  • the direction in which the force is applied to the lower leg unit and the longitudinal direction of the elongated hole substantially match, if a strong force is applied to the lower leg unit, the bolt moves along the elongated hole, and the length of the lower leg unit Can change unintentionally.
  • the present invention provides a technique that enables the size adjustment of the walking assistance device without requiring the formation of a long hole.
  • the present invention is embodied in a walking assist device that assists the user in walking.
  • the walking assist device includes a thigh unit disposed on the user's thigh, a thigh unit disposed on the user's lower leg, a foot unit disposed on the user's foot, and the thigh unit and the lower leg unit coupled to be swingable.
  • a knee position joint unit, and an ankle position joint unit that swingably connects the lower leg unit and the foot unit.
  • the lower leg unit has a first replacement part and a second replacement part extending along the user's lower leg, and each length of the first replacement part and the second replacement part is changed to one having a different length. Is adjustable.
  • This walking assist device has a structure that adjusts the length of the lower leg unit by exchanging the first replacement part and the second replacement part. According to this structure, there is no need to form a long hole in the lower leg unit, and a decrease in strength of the lower leg unit can be avoided. Even if a strong force is applied to the lower leg unit, the length of the lower leg unit does not change, and the user's walking can be stably supported.
  • the length of the lower leg unit can be adjusted in multiple stages by the combination of the first replacement part and the second replacement part. For example, when adjusting the length of the lower leg unit only with the first replacement part, 30 first replacement parts having different lengths are prepared in order to adjust the length of the lower leg unit to 30 levels. There is a need. On the other hand, according to the combination of the first replacement part and the second replacement part, as an example, ten first replacement parts having different lengths and three second replacement parts having different lengths are used. If a total of 13 replacement parts are prepared, the length of the lower leg unit can be adjusted to 30 levels.
  • the first replacement part and the second replacement part described above can be formed of the same material, or can be formed of different materials.
  • the replacement part with the higher density is replaced with the lower replacement part. It is preferable to make it shorter than the replacement part. That is, if the first replacement part has a higher density than the second replacement part, the first replacement part is preferably shorter than the second replacement part. According to this structure, the weight of the crus unit can be reduced, and the load on the user and the load applied to the knee position joint unit can be reduced.
  • the first replacement part when the first replacement part has a higher density than the second replacement part, the first replacement part is preferably located closer to the knee position joint unit than the second replacement part.
  • the center of gravity of the lower leg unit is located near the knee position joint unit, and the moment of inertia of the lower leg unit based on the knee position joint unit can be reduced. Thereby, the burden concerning a user and the load added to a knee position joint unit can be reduced.
  • the first replacement part is preferably formed of metal
  • the second replacement part is preferably formed of a fiber reinforced material. Since metal is generally easy to process, if the first replacement part is made of metal, many first replacement parts can be prepared at low cost. On the other hand, since the fiber reinforced material generally has a large specific strength, if the second replacement part is formed of the fiber reinforced material, the weight can be significantly reduced while securing the strength of the lower leg unit.
  • first replacement parts and second replacement parts are generally difficult to process, providing a large number of second replacement parts made of fiber reinforced materials increases costs. Therefore, when preparing a plurality of first replacement parts and second replacement parts in order to adjust the length of the lower leg unit, it is difficult to process the first replacement parts formed of metal that is easy to process. It is preferable to prepare more than the second replacement part formed of a material. For example, when the length of the lower leg unit is adjusted to 30 levels, 10 first replacement parts and 3 second replacement parts are prepared rather than preparing 3 first replacement parts and 10 second replacement parts. Parts should be prepared. Accordingly, the first replacement part and the second replacement part for replacement can be prepared at a relatively low cost.
  • the foot unit has a sole member disposed along the sole and a third replacement part extending from the sole member toward the ankle position joint unit, and replaces the third replacement part with a different length. Accordingly, it is preferable that the distance from the sole member to the ankle position joint unit can be adjusted. According to this structure, the position of the ankle position joint unit can be adjusted with respect to the user's ankle without forming a long hole in the foot unit.
  • the present invention provides an adjustment method for adjusting the size of the walking assist device described above.
  • This adjustment method includes a step of preparing a plurality of first replacement parts having different lengths, a plurality of second replacement parts having different lengths, and a plurality of first replacement parts according to a user's body shape. And a step of selecting one of the plurality of second replacement parts, and a step of assembling the lower leg unit of the walking assistance device using the selected first replacement part and second replacement part.
  • the length of the lower leg unit can be adjusted in multiple stages by the combination of the first replacement part and the second replacement part to be selected, rather than the total number of prepared first replacement parts and second replacement parts. Can do.
  • the perspective view which shows the external appearance of a walking assistance apparatus The perspective view which shows the frame structure of a walking assistance apparatus.
  • FIG. 1 is a perspective view illustrating a walking assist device 10 according to the embodiment.
  • the walking assist device 10 is a device that is attached to the user's leg 100 and assists the user who is wearing it.
  • the walking assist device 10 is used, for example, for function recovery training (rehabilitation) for a user who has difficulty in walking on his own.
  • the walking assist device 10 is attached to a leg causing a user's functional disorder, and assists the user's walking by actively adjusting the movement of the leg.
  • the walking assist device 10 includes a thigh unit 20 disposed on the user's thigh 102, a crus unit 40 disposed on the user's lower leg 104, and a foot unit 60 disposed on the user's foot 106. It has. Further, the walking assist device 10 includes a pair of knee position joint units 30 that connect the thigh unit 20 and the lower leg unit 40 so as to be swingable, and a pair that connects the lower leg unit 40 and the foot unit 60 so as to be swingable. The ankle position joint unit 50 is provided. The pair of knee position joint units 30 are arranged coaxially with the knee 103 with the user's knee 103 in between.
  • one knee position joint unit 30 is disposed coaxially with the knee 103 on the outer side of the knee 103, and the other knee position joint unit 30 is disposed coaxially with the knee 103 on the inner side of the knee 103.
  • the pair of ankle position joint units 50 is disposed coaxially with the ankle 105 with the ankle 105 of the user interposed therebetween. That is, one ankle position joint unit 50 is disposed coaxially with the ankle 105 outside the ankle 105, and the other ankle position joint unit 50 is disposed coaxially with the ankle 105 inside the ankle 105.
  • the walking assist device 10 further includes a control unit 70, a drive unit 80, and a sensor unit 90.
  • the control unit 70 is provided in the thigh unit 20, the drive unit 80 is provided in the knee position joint unit 30, and the sensor unit 90 is provided in the ankle position joint unit 50.
  • the drive unit 80 incorporates a motor, a speed reducer, and sensors, and can drive the knee position joint unit 30. That is, the lower leg unit 40 can be swung with respect to the thigh unit 20.
  • the sensor unit 90 has various sensors and can detect the angle of the ankle position joint unit 50 and whether the foot unit 60 is in contact with the ground.
  • the control unit 70 includes a small computer and a battery, and is electrically connected to the drive unit 80 and the sensor unit 90.
  • the control unit 70 inputs a detection signal from the sensor unit 90 and controls the operation of the drive unit 80 based on the input detection signal. Thereby, operation
  • movement of the walking assistance apparatus 10 is adjusted with time according to a user's actual walk.
  • FIG. 2 shows a perspective view of the frame structure of the walking assist device 10.
  • the thigh unit 20 includes a thigh plate member 22, a pair of thigh pillar members 24, and a pair of thigh base members 26.
  • the thigh plate member 22 is disposed in front of the user's thigh 102.
  • the thigh plate member 22 is provided with a pad and a belt (not shown), and is firmly fixed to the user's thigh 102 by the belt.
  • the user's thigh 102 is strongly tightened to the thigh plate member 22 by the belt.
  • the user's thigh 102 is held immovable with respect to the thigh plate member 22 in any of the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction.
  • the thigh plate member 22 is supported by a pair of thigh pillar members 24.
  • the thigh pillar member 24 is fixed to the thigh base member 26, and the thigh base member 26 is fixed to the knee position joint unit 30.
  • the thigh plate member 22 and the thigh pillar member 24 of the present embodiment are formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • Carbon fiber reinforced plastic is a kind of fiber reinforced material and has high specific strength. Therefore, when the fiber reinforced material such as carbon fiber reinforced plastic is used, the thigh plate member 22 and the thigh pillar member 24 can be reduced in weight.
  • FIG. 3 shows an exploded view of the frame structure of the lower leg unit 40.
  • the crus unit 40 includes a pair of knee side base members 42, a knee plate member 43, a pair of first pillar members 44, a pair of second pillar members 46, and a pair of ankle side base members 48.
  • the knee plate member 43 is disposed in front of the user's knee 103 and comes into contact with the lower part of the user's knee 103 (that is, the upper part of the lower leg 104) from the front.
  • the knee plate member 43 is supported by a pair of knee-side base members 42.
  • the crus unit 40 does not contact the user's crus 104 except for the knee plate member 43. That is, the user's lower leg 104 is held only from the front only by the knee plate member 43 of the lower leg unit 40.
  • the knee base member 42 is an L-shaped plate member.
  • the knee side base member 42 is made of a metal material, and more specifically is made of aluminum.
  • One knee base member 42 is fixed to one knee position joint unit 30 outside the user's lower leg 104, and the other knee base member 42 is the other knee inside the user's lower leg 104. It is fixed to the position joint unit 30. That is, the knee-side base member 42 is swingably connected to the thigh base member 26 via the knee position joint unit 30.
  • a knee plate member 43 is attached to an end portion located in front of the knee side base member 42.
  • the first pillar member 44 is an elongated plate-like member.
  • the first pillar member 44 is made of a metal material, and more specifically is made of aluminum.
  • One first pillar member 44 is located outside the user's lower leg 104, and its upper end is fixed to one knee-side base member 42.
  • the other first pillar member 44 is located inside the user's lower leg 104, and its upper end is fixed to the other knee-side base member 42.
  • Each first pillar member 44 extends downward along the user's lower leg 104, and the upper end of the second pillar member 46 is fixed to the lower end thereof.
  • the first pillar member 44 is a first replacement part that can be replaced according to the body shape of the user. That is, the walking assistance device 10 of the present embodiment can adjust the size (length) of the lower leg unit 40 by exchanging the first pillar member 44 with a different size (length).
  • the second pillar member 46 is a rod-shaped member.
  • the second pillar member 46 is formed of a fiber reinforced material, and more specifically is formed of carbon fiber reinforced plastic (CFRP).
  • CFRP carbon fiber reinforced plastic
  • metal fittings 47 made of a metal material (specifically, aluminum) are provided at both ends of the second pillar member 46.
  • One second pillar member 46 is located outside the user's lower leg 104, and its upper end is fixed to one first pillar member 44.
  • the other second pillar member 46 is located inside the user's lower leg 104, and its upper end is fixed to the other second pillar member 46.
  • Each second pillar member 46 extends downward along the user's lower leg 104, and the lower end thereof is fixed to the ankle side base member 48.
  • the second pillar member 46 is a second replacement part that can be replaced according to the body shape of the user. That is, the walking assistance device 10 of the present embodiment can adjust the size (length) of the crus unit 40 by replacing the second pillar member 46 with a different size (length).
  • the ankle side base member 48 is a plate-like member.
  • the ankle side base member 48 is made of a metal material, and more specifically is made of aluminum.
  • One ankle side base member 48 is fixed to one ankle position joint unit 50 on the outside of the user's lower leg 104, and the other ankle side base member 48 is on the other side of the user's lower leg 104. It is fixed to the position joint unit 50.
  • the first pillar member 44 and the second pillar member 46 are replacement parts that can be replaced according to the body shape of the user. Therefore, as shown in FIG. 3, the first pillar member 44 and the second pillar member 46 are fixed by bolts 12, 14, and 16, and are configured to be easily exchangeable.
  • the upper end of the first pillar member 44 is fixed to the knee base member 42 by the plurality of bolts 12.
  • the upper end of the second pillar member 46 is fixed to the lower end of the first pillar member 44 by a plurality of bolts 14.
  • the lower end of the second pillar member 46 is fixed to the ankle side base member 48 by a plurality of bolts 14. Therefore, when the bolts 12, 14, 16 are removed, the first pillar member 44 and the second pillar member 46 can be exchanged.
  • the second pillar member 46 is formed of CFRP. Therefore, metal fittings 47 for receiving the bolts 14 and 16 are provided at both ends of the second pillar member 46.
  • the metal fitting 47 is provided with a tenon portion 47a protruding in a plate shape.
  • the second pillar member 46 and the ankle side base member 48 are formed with tenon grooves 44a and 48a for receiving the tenon portion 47a, respectively. With this structure, the first pillar member 44 and the second pillar member 46 are firmly fixed without wobbling.
  • the length of the lower leg unit 40 can be adjusted by exchanging the first pillar member 44 and the second pillar member 46. That is, a plurality of first pillar members 44 having different lengths and a plurality of second pillar members 46 having different lengths are prepared, and one first pillar member is selected according to the user's body shape. 44 and one second pillar member 46 are selected. Then, by assembling the crus unit 40 using the selected first pillar member 44 and one second pillar member 46, the crus unit 40 can be adjusted to a size corresponding to the body shape of the user. According to this structure, it is not necessary to form a long hole for size adjustment in the crus unit 40, and a decrease in strength of the crus unit 40 can be avoided. Even if a strong force is applied to the lower leg unit 40, the length of the lower leg unit 40 does not change. Therefore, it is possible to stably assist the user's walking.
  • the length of the lower leg unit 40 can be adjusted in multiple stages by the combination of the first pillar member 44 and the second pillar member 46.
  • the 30 first pillar members 44 having different lengths are arranged. It is necessary to prepare.
  • the length of the crus unit 40 can be adjusted to 30 levels. In other words, the length of the crus unit 40 can be adjusted in multiple steps from the total number of the first pillar members 44 and the second pillar members 46 prepared.
  • the first pillar member 44 is made of aluminum
  • the second pillar member 46 is made of CFRP.
  • aluminum has a density (specific gravity) larger than that of CFRP. Therefore, the first pillar member 44 having a high density is designed to be shorter than the second pillar member 46 having a low density.
  • the weight unit 40 can be reduced in weight. That is, when the first pillar member 44 and the second pillar member 46 are formed of different materials, the one formed from a material having a high density is designed to be short, and the one formed from a material having a low density is designed to be long. 40 can be reduced in weight. Thereby, the burden concerning a user and the load added to the knee position joint unit 30 can be reduced.
  • the first pillar member 44 made of aluminum is located closer to the knee position joint unit 30 than the second pillar member 46 made of CFRP. That is, the first pillar member 44 having a high density is positioned closer to the knee position joint unit 30 than the second pillar member 46 having a low density.
  • the center of gravity of the crus unit 40 is located near the knee position joint unit 30, and the moment of inertia of the crus unit 40 with respect to the knee position joint unit 30 can be reduced.
  • the knee position joint unit 30 is formed of a material having a higher density than that of a material having a lower density. The moment of inertia of the crus unit 40 with respect to the knee position joint unit 30 can be reduced. Thereby, the burden concerning a user and the load added to the knee position joint unit 30 can be reduced.
  • the second pillar member 46 formed of CFRP can be manufactured at a relatively low cost. Therefore, when preparing the plurality of first pillar members 44 and the plurality of second pillar members 46, it is better to prepare more first pillar members 44 formed of aluminum than the second pillar members 46 formed of CFRP. . For example, when the length of the crus unit 40 is adjusted to 30 levels, ten first pillar members 44 and three are provided rather than three first pillar members 44 and ten second pillar members 46. The second pillar member 46 may be prepared. Thereby, the first pillar member 44 and the second pillar member 46 for replacement can be prepared at a relatively low cost.
  • the foot unit 60 includes a sole plate member 62, a pair of foot pillar members 64, and a pair of foot base members 66.
  • the sole plate member 62 is disposed below the user's foot 106, that is, on the sole of the user.
  • the sole plate member 62 is configured to fix a user's shoes (not shown). Accordingly, the user's foot 106 is held immovably with respect to the sole plate member 62 in any of the front-rear direction, the left-right direction, and the up-down direction.
  • the sole plate member 62 is provided with a position adjusting plate 63 extending to both sides thereof.
  • the foot pillar member 64 is a plate-like member.
  • the foot pillar member 64 is made of a metal material, and more specifically is made of aluminum.
  • One foot pillar member 64 is fixed to the foot plate member 62 outside the user's foot 106, and the other foot pillar member 64 is fixed to the foot plate member 62 inside the user's foot 106.
  • Each foot pillar member 64 is not directly fixed to the sole plate member 62 but is fixed to the position adjustment plate 63 of the sole plate member 62.
  • Each foot pillar member 64 extends upward from the sole plate member 62, and its upper end is fixed to the foot base member 66.
  • the foot base member 66 is an elongated block-shaped member.
  • the foot base member 66 is made of a metal material, and more specifically is made of aluminum.
  • One foot base member 66 is fixed to one ankle position joint unit 50 outside the user's foot 106, and the other foot base member 66 is connected to the other ankle position joint inside the user's foot 106. It is fixed to the unit 50. That is, the foot base member 66 is swingably connected to the ankle side base member 48 of the crus unit 40 by the ankle position joint unit 50.
  • the foot pillar member 64 is a third replacement part that can be replaced according to the body shape of the user. That is, the walking assistance device 10 of the present embodiment can adjust the size of the foot unit 60 by replacing the foot pillar member 64 with a different size.
  • the size of the foot unit 60 means the distance from the sole plate member 62 to the ankle position joint unit 50. That is, by replacing the foot pillar member 64, the position of the ankle position joint unit 50 with respect to the user's ankle 105 can be adjusted.
  • the knee position joint unit 30 is configured as a pair, and each is positioned outside and inside the user's knee.
  • the lower leg unit 40 includes a pair of first pillar members 44 and a pair of second pillar members 46.
  • the upper ends of the first pillar members 44 are connected to the pair of knee position joint units 30 via the pair of knee base members 42, and the lower ends are the upper ends of the pair of second pillar members 46, respectively. It is linked to.
  • the upper end of the crus unit 40 has a pair of knee-side base members 42 located on both sides of the user's knee and a knee plate member 43 that connects each of the pair of knee-side base members 42 through the front of the user's knee. It consists of The pair of knee-side base members 42 are arranged in parallel.

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Abstract

　歩行補助装置は、ユーザの大腿に配置される大腿ユニットと、ユーザの下腿に配置される下腿ユニットと、ユーザの足に配置される足ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結している膝位置関節ユニットと、下腿ユニットと足ユニットを揺動可能に連結している足首位置関節ユニットを備えている。下腿ユニットは、ユーザの下腿に沿って伸びる第１交換部品及び第２交換部品を有しており、第１交換部品と第２交換部品の少なくとも一方を長さの異なるものに交換することによって、その長さが調整できるように構成されている。

Description

歩行補助装置
　本発明は、人の歩行を補助する歩行補助装置に関し、特に、人の脚に装着される歩行補助装置に関する。
　特開平９－１７３３９８号公報（以下、特許文献１）に、歩行補助装置が開示されている。歩行補助装置は、人の脚に装着可能に構成されており、脚の動作を調節することによって、人の歩行を補助することができる。歩行補助装置は、大腿に配置される大腿ユニットと、下腿に配置される下腿ユニットと、足に配置される足ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結している膝位置関節ユニットを備えている。
　この種の歩行補助装置は、それを装着するユーザの体型に合わせて、そのサイズを調整できることが好ましい。そのことから、例えば特許文献１の歩行補助装置では、下腿ユニットの上側部分と下側部分をボルトによって締結するとともに、そのボルト穴を長穴とすることによって、下腿ユニットの長さを調整できるように構成されている。この構成によると、ユーザの体型に応じて下腿ユニットの長さを細かく調整することができる。
　しかしながら、上記した構造は下腿ユニットに長穴を形成する必要があり、その結果、下腿ユニットの強度低下を招いてしまう。また、下腿ユニットに力が加わる方向と、長穴の長手方向が実質的に一致するため、下腿ユニットに強い力が加えられると、長穴に沿ってボルトが移動してしまい、下腿ユニットの長さが意図せず変化することも起こり得る。
　上記の問題を鑑み、本発明は、長穴の形成を必要とすることなく、歩行補助装置のサイズ調整を可能とする技術を提供する。
　本発明は、ユーザの歩行を補助する歩行補助装置に具現化される。この歩行補助装置は、ユーザの大腿に配置される大腿ユニットと、ユーザの下腿に配置される下腿ユニットと、ユーザの足に配置される足ユニットと、大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結している膝位置関節ユニットと、下腿ユニットと足ユニットを揺動可能に連結している足首位置関節ユニットを備えている。下腿ユニットは、ユーザの下腿に沿って伸びる第１交換部品及び第２交換部品を有し、第１交換部品と第２交換部品のそれぞれを長さの異なるものに交換することによって、その長さが調整可能であることを特徴とする。
　この歩行補助装置は、第１交換部品と第２交換部品を交換することによって、下腿ユニットの長さを調整する構造を有している。この構造によると、下腿ユニットに長穴を形成する必要がなく、下腿ユニットの強度低下を避けることができる。また、下腿ユニットに強い力が加えられても、下腿ユニットの長さが変化することがなく、ユーザの歩行を安定して補助することができる。
　さらに、上記した歩行補助装置では、単一の交換部品のみではなく、第１交換部品と第２交換部品を含む、複数の交換部品が設けられている。そのことから、第１交換部品と第２交換部品の組み合わせによって、下腿ユニットの長さを多段階に調整することができる。例えば、第１交換部品のみで下腿ユニットの長さを調整する場合、下腿ユニットの長さを３０段階に調整するためには、互いに長さの異なる３０個の第１交換部品を用意しておく必要がある。それに対して、第１交換部品と第２交換部品の組み合わせによれば、一例ではあるが、互いに長さの異なる１０個の第１交換部品と、互いに長さの異なる３個の第２交換部品の、合計１３個の交換部品を用意しておけば、下腿ユニットの長さを３０段階に調整することができる。
　上記した第１交換部品と第２交換部品は、同一の材料で形成することもできるし、互いに異なる材料で形成することもできる。ここで、第１交換部品と第２交換部品を互いに異なる材料で形成し、第１交換部品と第２交換部品の密度が互いに異なる場合は、密度の大きい方の交換部品を、密度の小さい方の交換部品よりも短くすることが好ましい。即ち、第１交換部品が、第２交換部品よりも密度が大きいとすれば、第１交換部品は、第２交換部品よりも短いことが好ましい。この構造によると、下腿ユニットの軽量化を図ることができ、ユーザにかかる負担や、膝位置関節ユニットに加わる負荷を低減することができる。
　加えて、第１交換部品が、第２交換部品よりも密度が大きい場合、第１交換部品は、第２交換部品よりも膝位置関節ユニットの近くに位置することが好ましい。この構造によると、下腿ユニットの重心が膝位置関節ユニットの近くに位置し、膝位置関節ユニットを基準とする下腿ユニットの慣性モーメントを小さくすることができる。それにより、ユーザにかかる負担や、膝位置関節ユニットに加わる負荷を低減することができる。
　第１交換部品は、金属によって形成することが好ましく、第２交換部品は、繊維強化材料によって形成することが好ましい。一般に金属は加工が容易であることから、第１交換部品を金属で形成すれば、多くの第１交換部品を低コストで用意することができる。一方、一般に繊維強化材料は比強度が大きいことから、第２交換部品を繊維強化材料で形成すれば、下腿ユニットの強度を確保しながら、その重量を有意に低減することができる。
　なお、一般に繊維強化材料は加工が難しいので、繊維強化材料で形成する第２交換部品を多く用意することは、コストの増大を招く。そのことから、下腿ユニットの長さを調整するために、複数の第１交換部品及び第２交換部品を用意する場合は、加工しやすい金属で形成する第１交換部品を、加工し難い繊維強化材料で形成する第２交換部品よりも、多く用意することが好ましい。例えば、下腿ユニットの長さを３０段階に調整する場合、３個の第１交換部品と１０個の第２交換部品を用意するよりも、１０個の第１交換部品と３個の第２交換部品を用意するとよい。それにより、交換用の第１交換部品と第２交換部品を、比較的に低コストで用意することができる。
　足ユニットは、足裏に沿って配置される足裏部材と、足裏部材から足首位置関節ユニットに向けて伸びる第３交換部品を有し、第３交換部品を長さの異なるものに交換することによって、足裏部材から足首位置関節ユニットまでの距離を調整可能であることが好ましい。この構造によると、足ユニットに長穴を形成することなく、ユーザの足首に対して足首位置関節ユニットの位置を調整することができる。
　本発明は、上記した歩行補助装置のサイズを調整する調整方法を提供する。この調整方法は、長さが互いに異なる複数の第１交換部品と、長さが互いに異なる複数の第２交換部品を用意する工程と、ユーザの体型に応じて、複数の第１交換部品のなかの一つと、複数の第２交換部品のうちの一つを選択する工程と、選択した第１交換部品と第２交換部品を用いて、歩行補助装置の下腿ユニットを組み立てる工程を備えている。この調整方法によると、選択する第１交換部品と第２交換部品の組み合わせによって、用意した第１交換部品及び第２交換部品の合計数よりも、下腿ユニットの長さを多段階に調整することができる。
歩行補助装置の外観を示す斜視図。 歩行補助装置のフレーム構造を示す斜視図。 第１交換部品と第２交換部品の結合部分を示す図。
　本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。図１は、実施例の歩行補助装置１０を示す斜視図である。歩行補助装置１０は、ユーザの脚１００に装着され、装着したユーザの歩行を補助する装置である。歩行補助装置１０は、例えば、自力歩行が困難となったユーザの機能回復訓練（リハビリテーション）に用いられる。この場合、歩行補助装置１０は、ユーザの機能障害を起こしている脚に装着され、その脚の動作を能動的に調節することによって、ユーザの歩行を補助する。
　図１に示すように、歩行補助装置１０は、ユーザの大腿１０２に配置される大腿ユニット２０と、ユーザの下腿１０４に配置される下腿ユニット４０と、ユーザの足１０６に配置される足ユニット６０を備えている。また、歩行補助装置１０は、大腿ユニット２０と下腿ユニット４０を揺動可能に連結している一対の膝位置関節ユニット３０と、下腿ユニット４０と足ユニット６０を揺動可能に連結している一対の足首位置関節ユニット５０を備えている。一対の膝位置関節ユニット３０は、ユーザの膝１０３を挟んで、膝１０３と同軸に配置される。即ち、一方の膝位置関節ユニット３０は、膝１０３の外側において膝１０３と同軸に配置され、他方の膝位置関節ユニット３０は、膝１０３の内側において膝１０３と同軸に配置される。同様に、一対の足首位置関節ユニット５０は、ユーザの足首１０５を挟んで、足首１０５と同軸に配置される。即ち、一方の足首位置関節ユニット５０は、足首１０５の外側において足首１０５と同軸に配置され、他方の足首位置関節ユニット５０は、足首１０５の内側において足首１０５と同軸に配置される。
　歩行補助装置１０はさらに、制御ユニット７０と駆動ユニット８０とセンサユニット９０を備えている。一例ではあるが、制御ユニット７０は大腿ユニット２０に設けられており、駆動ユニット８０は膝位置関節ユニット３０に設けられており、センサユニット９０は足首位置関節ユニット５０に設けられている。駆動ユニット８０は、モータ、減速器、及びセンサ類を内蔵しており、膝位置関節ユニット３０を駆動することができる。即ち、大腿ユニット２０に対して下腿ユニット４０を揺動させることができる。センサユニット９０は、各種のセンサを有しており、足首位置関節ユニット５０の角度の検出や、足ユニット６０が地面に接触しているのか否かを検出することができる。制御ユニット７０は、小型のコンピュータやバッテリを有しており、駆動ユニット８０及びセンサユニット９０へ電気的に接続されている。制御ユニット７０は、センサユニット９０からの検出信号を入力し、入力した検出信号に基づいて駆動ユニット８０の動作を制御する。それにより、歩行補助装置１０の動作が、ユーザの実際の歩行に応じて経時的に調節される。
　次に、図２を参照して、歩行補助装置１０のフレーム構造について説明する。図２は、歩行補助装置１０のフレーム構造の斜視図を示している。
　最初に、大腿ユニット２０のフレーム構造について説明する。図２に示すように、大腿ユニット２０は、大腿プレート部材２２と、一対の大腿ピラー部材２４と、一対の大腿ベース部材２６を備えている。大腿プレート部材２２は、ユーザの大腿１０２の前方に配置される。大腿プレート部材２２は、パッド及びベルトが設けられており（図示省略）、ベルトによってユーザの大腿１０２に強く固定される。言い換えれば、ユーザの大腿１０２が、ベルトによって大腿プレート部材２２に強く締め付けられる。それにより、ユーザの大腿１０２は、大腿プレート部材２２に対して、前後方向、左右方向、上下方向のいずれの方向についても、移動不能に保持される。
　大腿プレート部材２２は、一対の大腿ピラー部材２４によって支持されている。大腿ピラー部材２４は、大腿ベース部材２６に固定されており、その大腿ベース部材２６は、膝位置関節ユニット３０に固定されている。一例ではあるが、本実施例の大腿プレート部材２２と大腿ピラー部材２４は、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。炭素繊維強化プラスチックは、繊維強化材料の一種であり、高い比強度を有している。そのことから、炭素繊維強化プラスチックといった繊維強化材料によると、大腿プレート部材２２及び大腿ピラー部材２４の軽量化を図ることができる。
　次に、図２、図３を参照して、下腿ユニット４０のフレーム構造について説明する。ここで、図３は、下腿ユニット４０のフレーム構造の分解図を示している。下腿ユニット４０は、一対の膝側ベース部材４２と、膝プレート部材４３と、一対の第１ピラー部材４４と、一対の第２ピラー部材４６と、一対の足首側ベース部材４８を備えている。膝プレート部材４３は、ユーザの膝１０３の前方に配置され、ユーザの膝１０３の下部（即ち、下腿１０４の上部）に前方から当接する。膝プレート部材４３は、一対の膝側ベース部材４２によって支持されている。なお、下腿ユニット４０は、膝プレート部材４３を除いて、ユーザの下腿１０４に当接しない。即ち、ユーザの下腿１０４は、下腿ユニット４０の膝プレート部材４３のみによって、前方のみから保持される。
　膝側ベース部材４２は、Ｌ字形状の板状部材である。膝側ベース部材４２は、金属材料によって形成されており、詳しくは、アルミニウムによって形成されている。一方の膝側ベース部材４２は、ユーザの下腿１０４の外側において、一方の膝位置関節ユニット３０に固定されており、他方の膝側ベース部材４２は、ユーザの下腿１０４の内側において、他方の膝位置関節ユニット３０に固定されている。即ち、膝側ベース部材４２は、膝位置関節ユニット３０を介して、大腿ベース部材２６へ揺動可能に連結されている。膝側ベース部材４２の前方に位置する端部には、膝プレート部材４３が取り付けられている。
　第１ピラー部材４４は、細長い板状部材である。第１ピラー部材４４は、金属材料によって形成されており、詳しくは、アルミニウムによって形成されている。一方の第１ピラー部材４４は、ユーザの下腿１０４の外側に位置しており、その上端は、一方の膝側ベース部材４２に固定されている。他方の第１ピラー部材４４は、ユーザの下腿１０４の内側に位置しており、その上端は、他方の膝側ベース部材４２に固定されている。各々の第１ピラー部材４４は、ユーザの下腿１０４に沿って下方へ伸びており、その下端には第２ピラー部材４６の上端が固定されている。詳しくは後述するが、第１ピラー部材４４は、ユーザの体型に応じて交換可能な第１の交換部品である。即ち、本実施例の歩行補助装置１０は、第１ピラー部材４４を異なるサイズ（長さ）のものに交換することによって、下腿ユニット４０のサイズ（長さ）を調整することができる。
　第２ピラー部材４６は、ロッド状の部材である。第２ピラー部材４６は、繊維強化材料によって形成されており、詳しくは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）によって形成されている。ただし、第２ピラー部材４６の両端には、金属材料（詳しくはアルミニウム）で形成された金具４７が設けられている。一方の第２ピラー部材４６は、ユーザの下腿１０４の外側に位置しており、その上端は、一方の第１ピラー部材４４に固定されている。他方の第２ピラー部材４６は、ユーザの下腿１０４の内側に位置しており、その上端は、他方の第２ピラー部材４６に固定されている。各々の第２ピラー部材４６は、ユーザの下腿１０４に沿って下方へ伸びており、その下端は足首側ベース部材４８に固定されている。詳しくは後述するが、第２ピラー部材４６は、ユーザの体型に応じて交換可能な第２の交換部品である。即ち、本実施例の歩行補助装置１０は、第２ピラー部材４６を異なるサイズ（長さ）のものに交換することによっても、下腿ユニット４０のサイズ（長さ）を調整することができる。
　足首側ベース部材４８は、板状部材である。足首側ベース部材４８は、金属材料によって形成されており、詳しくは、アルミニウムによって形成されている。一方の足首側ベース部材４８は、ユーザの下腿１０４の外側において、一方の足首位置関節ユニット５０に固定されており、他方の足首側ベース部材４８は、ユーザの下腿１０４の内側において、他方の足首位置関節ユニット５０に固定されている。
　前述したように、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６は、ユーザの体型に応じて交換可能な交換部品である。そのことから、図３に示すように、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６は、ボルト１２、１４、１６によって固定されており、容易に交換できるように構成されている。例えば、第１ピラー部材４４の上端は、複数のボルト１２によって、膝側ベース部材４２に固定されている。また、第２ピラー部材４６の上端は、複数のボルト１４によって、第１ピラー部材４４の下端に固定されている。そして、第２ピラー部材４６の下端は、複数のボルト１４によって、足首側ベース部材４８に固定されている。従って、それらのボルト１２、１４、１６を取り外すと、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６をそれぞれ交換することができる。
　先に説明したように、第２ピラー部材４６はＣＦＲＰによって形成されている。そのことから、第２ピラー部材４６の両端には、ボルト１４、１６を受け入れるための金具４７が設けられている。この金具４７には、板状に突出するほぞ部４７ａが設けられている。一方、第２ピラー部材４６と足首側ベース部材４８には、ほぞ部４７ａを受け入れるほぞ溝４４ａ、４８ａがそれぞれ形成されている。この構造により、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６は、ぐらつくことなく、しっかりと固定される。
　本実施例の歩行補助装置１０では、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６を交換することによって、下腿ユニット４０の長さを調整することができる。即ち、長さが互いに異なる複数の第１ピラー部材４４と、長さが互いに異なる複数の第２ピラー部材４６を用意しておき、そのなかから、ユーザの体型に応じて一つの第１ピラー部材４４と一つの第２ピラー部材４６を選択する。そして、選択した第１ピラー部材４４と一つの第２ピラー部材４６を用いて下腿ユニット４０を組み立てることで、下腿ユニット４０をユーザの体型に応じたサイズに調整することができる。この構造によると、サイズ調整用の長穴を下腿ユニット４０に形成する必要がなく、下腿ユニット４０の強度低下を避けることができる。また、下腿ユニット４０に強い力が加えられても、下腿ユニット４０の長さが変化することがない。従って、ユーザの歩行を安定して補助することができる。
　さらに、本実施例の歩行補助装置１０では、単一の交換部品のみではなく、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６を含む、複数の交換部品が設けられている。そのことから、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６の組み合わせによって、下腿ユニット４０の長さを多段階に調整することができる。例えば、第１ピラー部材４４のみで下腿ユニット４０の長さを調整する場合、下腿ユニット４０の長さを３０段階に調整するためには、互いに長さの異なる３０個の第１ピラー部材４４を用意しておく必要がある。それに対して、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６の組み合わせによれば、一例ではあるが、互いに長さの異なる１０個の第１ピラー部材４４と、互いに長さの異なる３個の第２ピラー部材４６の、合計１３個の交換部品を用意しておけば、下腿ユニット４０の長さを３０段階に調整することができる。即ち、用意した第１ピラー部材４４及び第２ピラー部材４６の合計数よりも、下腿ユニット４０の長さを多段階に調整することができる。
　本実施例では、第１ピラー部材４４をアルミニウムによって形成し、第２ピラー部材４６をＣＦＲＰによって形成している。ここで、アルミニウムは、ＣＦＲＰよりも密度（比重）が大きい。そのことから、密度の大きい第１ピラー部材４４は、密度の小さい第２ピラー部材４６に対して、短く設計されている。この構造によると、下腿ユニット４０の軽量化を図ることができる。即ち、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６を異なる材料で形成する場合は、密度の大きい材料で形成するものは短く設計し、密度の小さい材料で形成するものは長く設計すると、下腿ユニット４０の軽量化を図ることができる。それにより、ユーザにかかる負担や、膝位置関節ユニット３０に加わる負荷を低減することができる。
　本実施例では、アルミニウムで形成された第１ピラー部材４４の方が、ＣＦＲＰで形成された第２ピラー部材４６よりも、膝位置関節ユニット３０の近くに位置している。即ち、密度の大きい第１ピラー部材４４が、密度の小さい第２ピラー部材４６よりも、膝位置関節ユニット３０の近くに位置している。この構造によると、下腿ユニット４０の重心が膝位置関節ユニット３０の近くに位置し、膝位置関節ユニット３０を基準とする下腿ユニット４０の慣性モーメントを小さくすることができる。このように、第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６を異なる材料で形成する場合は、密度の大きい材料で形成するものを、密度の小さい材料で形成するものよりも、膝位置関節ユニット３０の近くに配置することで、膝位置関節ユニット３０を基準とする下腿ユニット４０の慣性モーメントを小さくすることができる。それにより、ユーザにかかる負担や、膝位置関節ユニット３０に加わる負荷を低減することができる。
　ここで、下腿ユニット４０のサイズ（長さ）を調整する方法について補足する。一般に、ＣＦＲＰは加工が難しいので、ＣＦＲＰで形成する第２ピラー部材４６を多く用意することは、コストの増大を招く。それに対して、アルミニウムは比較的に加工が容易なことから、アルミニウムで形成する第２ピラー部材４６は、比較的に低コストで作製することができる。従って、複数の第１ピラー部材４４及び複数の第２ピラー部材４６を用意する場合は、アルミニウムで形成する第１ピラー部材４４を、ＣＦＲＰで形成する第２ピラー部材４６よりも、多く用意するとよい。例えば、下腿ユニット４０の長さを３０段階に調整する場合、３個の第１ピラー部材４４と１０個の第２ピラー部材４６を用意するよりも、１０個の第１ピラー部材４４と３個の第２ピラー部材４６を用意するとよい。それにより、交換用の第１ピラー部材４４と第２ピラー部材４６を、比較的に低コストで用意することができる。
　次に、図２を参照して、足ユニット６０のフレーム構造について説明する。足ユニット６０は、足裏プレート部材６２と、一対の足ピラー部材６４と、一対の足ベース部材６６を備えている。足裏プレート部材６２は、ユーザの足１０６の下方、即ち、ユーザの足裏に配置される。足裏プレート部材６２は、ユーザの靴（図示省略）を固定できるように構成されている。それにより、ユーザの足１０６は、足裏プレート部材６２に対して、前後方向、左右方向、上下方向のいずれの方向についても、移動不能に保持される。また、足裏プレート部材６２には、その両側へ伸びる位置調整プレート６３が設けられている。
　足ピラー部材６４は、板状部材である。足ピラー部材６４は、金属材料によって形成されており、詳しくは、アルミニウムによって形成されている。一方の足ピラー部材６４は、ユーザの足１０６の外側において、足裏プレート部材６２に固定されており、他方の足ピラー部材６４は、ユーザの足１０６の内側において、足裏プレート部材６２に固定されている。なお、各々の足ピラー部材６４は、足裏プレート部材６２へ直接に固定されておらず、足裏プレート部材６２の位置調整プレート６３へ固定されている。各々の足ピラー部材６４は、足裏プレート部材６２から上方へ伸びており、その上端は足ベース部材６６に固定されている。
　足ベース部材６６は、細長いブロック状の部材である。足ベース部材６６は、金属材料によって形成されており、詳しくは、アルミニウムによって形成されている。一方の足ベース部材６６は、ユーザの足１０６の外側において、一方の足首位置関節ユニット５０に固定されており、他方の足ベース部材６６は、ユーザの足１０６の内側において、他方の足首位置関節ユニット５０に固定されている。即ち、足ベース部材６６は、足首位置関節ユニット５０によって、下腿ユニット４０の足首側ベース部材４８と揺動可能に連結されている。
　足ユニット６０においても、足ピラー部材６４は、ユーザの体型に応じて交換可能な第３の交換部品となっている。即ち、本実施例の歩行補助装置１０は、足ピラー部材６４を異なるサイズのものに交換することによって、足ユニット６０のサイズを調整することができる。なお、ここでいう足ユニット６０のサイズとは、足裏プレート部材６２から足首位置関節ユニット５０までの距離を意味する。即ち、足ピラー部材６４を交換することによって、ユーザの足首１０５に対する足首位置関節ユニット５０の位置を調整することができる。
　歩行補助装置１０のその他の特徴を列記する。膝位置関節ユニット３０は、一対で構成されており、それぞれがユーザの膝の外側と内側に位置する。下腿ユニット４０は、一対の第１ピラー部材４４と一対の第２ピラー部材４６を有している。夫々の第１ピラー部材４４の上端は、一対の膝側ベース部材４２を介して、一対の膝位置関節ユニット３０の夫々に連結しており、下端は一対の第２ピラー部材４６のそれぞれの上端に連結している。
　下腿ユニット４０の上端は、ユーザの膝の両側に位置する一対の膝側ベース部材４２と、ユーザの膝の前方を通って一対の膝側ベース部材４２の夫々を連結している膝プレート部材４３で構成されている。一対の膝側ベース部材４２は平行に配置されている。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示にすぎず、請求の範囲を限定するものではない。請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。
　本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組み合わせによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組み合わせに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (7)

  1. 　ユーザの歩行を補助する歩行補助装置であって、
    　ユーザの大腿に配置される大腿ユニットと、
    　ユーザの下腿に配置される下腿ユニットと、
    　ユーザの足に配置される足ユニットと、
    　大腿ユニットと下腿ユニットを揺動可能に連結している膝位置関節ユニットと、
    　下腿ユニットと足ユニットを揺動可能に連結している足首位置関節ユニットを備え、
    　下腿ユニットは、ユーザの下腿に沿って伸びる第１交換部品及び第２交換部品を有し、第１交換部品と第２交換部品のそれぞれを長さの異なるものに交換することによって、その長さが調整可能であることを特徴とする歩行補助装置。
  2. 　前記第１交換部品は、前記第２交換部品よりも密度が大きく、かつ、前記第２交換部品よりも短いことを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
  3. 　前記第１交換部品は、前記第２交換部品よりも膝位置関節ユニットの近くに位置することを特徴とする請求項２に記載の歩行補助装置。
  4. 　前記第１交換部品は、金属によって形成されており、
    　前記第２交換部品は、繊維強化材料によって形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の歩行補助装置。
  5. 　前記足ユニットは、足裏に沿って配置される足裏部材と、足裏部材から足首位置関節ユニットに向けて伸びる第３交換部品を有し、第３交換部品を長さの異なるものに交換することによって、足裏部材から足首位置関節ユニットまでの距離を調整可能であることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の歩行補助装置。
  6. 　請求項１から５のいずれか一項に記載の歩行補助装置のサイズを調整する調整方法であって、
    　長さが互いに異なる複数の第１交換部品と、長さが互いに異なる複数の第２交換部品を用意する工程と、
    　ユーザの体型に応じて、複数の第１交換部品のなかの一つと、複数の第２交換部品のうちの一つを選択する工程と、
    　選択した第１交換部品と第２交換部品を用いて、歩行補助装置の下腿ユニットを組み立てる工程を備え、
    　選択する第１交換部品と第２交換部品の組み合わせによって、用意した第１交換部品及び第２交換部品の合計数よりも、下腿ユニットの長さを多段階に調整できることを特徴とする調整方法。
  7. 　前記第１交換部品は金属によって形成されており、前記第２交換部品は、繊維強化材料によって形成されており、
    　前記第１交換部品を、前記第２交換部品よりも、多く用意することを特徴とする請求項６に記載の調整方法。
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