JP4071754B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

Description

本発明は、使用者の大腿部を股関節アクチュエータで股関節まわりに前後方向に揺動させ、かつ使用者の下腿部を膝関節アクチュエータで膝関節まわりに前後方向に揺動させて歩行を補助する歩行補助装置に関する。

使用者の腹部に巻き付けた腹帯１４の側面に固定した第１リンク１８と、使用者の大腿部に巻き付けた上部脚当て１５ｆ，１５ｒの側面に固定した第２リンク２０とを、股関節の外側に位置する電気アクチュエータ１２により連結し、電気アクチュエータ１２で第１リンク１８に対して第２リンク２０を前後方向に揺動させることで、使用者の大腿部の動きを補助する歩行補助装置が、下記特許文献１により公知である。

この歩行補助装置は上記構造により、使用者の大腿部に沿って配置された第２リンク２０の上端が腰部に対して揺動可能に枢支され、その下端部が上部脚当て１５ｆ，１５ｒにより大腿部に対して移動不能に固定されることになる。
特開２００２−３０１１２４号公報

図９は歩行補助装置を装着した使用者の右大腿部を正面から見た模式図であり、Ａ点は、歩行補助装置の前記第２リンク２０の上端の枢支点を示し、Ｂ点は第２リンク２０の下端の大腿部への固定点を示し、Ｃ点は使用者の膝関節を示し、Ｄ点は使用者の股関節を示している。四角形ＡＢＣＤを四節リンクと考えたとき、辺ＡＤは使用者の腰部に固定されており、辺ＡＢは前記第２リンク２０に相当し、辺ＣＤは大腿骨に相当し、辺ＢＣは前記上部脚当て１５ｆ，１５ｒに相当する。

歩行補助装置を装着した使用者が歩行するとき、辺ＢＣはＡ点およびＤ点を中心として紙面に直交する方向に揺動するが、そのときに辺ＢＣが紙面内で左右方向に僅かに移動することが避けられない。このとき、辺ＡＢ（第２リンク２０）と、辺ＢＣ（上部脚当て１５ｆ，１５ｒ）との成す角度θは固定されているため、辺ＢＣが紙面内で左右方向に移動するためには、Ｃ点において滑りが発生する必要がある。つまり、使用者の大腿部に巻き付けた上部脚当て１５ｆ，１５ｒが、その大腿部に対して擦れることになる。このように、上部脚当て１５ｆ，１５ｒが大腿部に対して擦れると、大腿部の皮膚が引っ張られて使用者に違和感を与える問題が発生する。

本発明は前述の事情に鑑みてなされたもので、大腿装具の大腿フレームに設けた大腿部結合部材が使用者の大腿部に擦れて違和感を与えるのを防止することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１に記載された発明によれば、使用者の大腿部に沿って装着される大腿装具と、使用者の下腿部に沿って装着される下腿装具と、使用者の腰部に対して大腿装具を前後揺動させるべく股関節の側方に配置された股関節アクチュエータと、大腿装具に対して下腿装具を前後揺動させるべく膝関節の側方に配置された膝関節アクチュエータとを備え、大腿装具を、その骨格を構成する大腿フレームと、大腿フレームに設けられて大腿部に結合される大腿部結合部材とで構成した歩行補助装置において、大腿部結合部材を大腿フレームに対して相対移動可能に支持したことを特徴とする歩行補助装置が提案される。

また請求項２に記載された発明によれば、請求項１の構成に加えて、大腿部結合部材を大腿フレームの長手方向に沿って摺動可能、かつ大腿フレームに対して左右方向に延びる支軸まわりに回転可能に支持したことを特徴とする歩行補助装置が提案される。

請求項１の構成によれば、使用者の大腿部に沿って装着される大腿装具を、その骨格を構成する大腿フレームと、大腿フレームに対して相対移動可能に支持されて大腿部に結合される大腿部結合部材とで構成したので、股関節アクチュエータで使用者の腰部に対して大腿装具を前後揺動させたときに、大腿装具の揺動中心の位置と股関節の位置とがずれているために大腿部結合部材が大腿部に対して追従し難くなっても、大腿部結合部材を大腿フレームに対して相対移動させることで大腿部に対してスムーズに追従させ、使用者の違和感を解消することができる。

請求項２の構成によれば、大腿部結合部材が大腿フレームの長手方向に沿って摺動し、かつ大腿フレームに対して左右方向に延びる支軸まわりに回転するので、大腿部結合部材を使用者の大腿部の動きに一層スムーズに追従させ、使用者の違和感をより効果的に解消することができる。

以下、本発明の実施の形態を、添付の図面に示した本発明の実施例に基づいて説明する。

図１〜図６は本発明の一実施例を示すもので、図１は歩行補助装置の全体斜視図、図２は図１の２方向矢視図、図３は図２の３方向矢視図、図４は図３の４−４線拡大断面図、図５は大腿装具の分解斜視図。図６は図３の６−６線拡大断面図である。

図１〜図３に示すように、使用者の左右の脚に装着して歩行を補助する歩行補助装置は、使用者の腰部の左右両側部および後部を囲むように装着される腰装具１１と、腰装具１１の左右両端に前後揺動自在に枢支され、使用者の左右の大腿部の外側面に沿うように装着される左右の大腿装具１２，１２と、左右の大腿装具１２，１２の下端に前後揺動自在に枢支され、使用者の左右の下腿部の外側面に沿うように装着される左右の下腿装具１３，１３と、下腿装具１３，１３の下端に左右方向に延びる支点ピン１４を介して前後揺動自在に枢支された足フレーム１５とを備える。足フレーム１５は使用者が履く靴に固定される。

腰装具１１は前方に向けて開放したＵ字状の腰フレーム１６と、その後面に使用者の背中に沿うように立設されたバックプレート１７と、バックプレート板１７の後面に支持されたバックパック１８とで構成されており、バックパック１８の内部にはバッテリおよび制御装置が収納される。腰フレーム１６の左右前端に設けられた円弧状のアクチュエータ取付部１６ａ，１６ａに、短い円筒状を成す股関節アクチュエータ１９，１９のハウジングが固定される。

次に、図４および図５を併せて参照しながら大腿装具１２，１２の構造を説明する。左右の大腿装具１２，１２は面対称な構造を有しているため、その代表として右側の大腿装具１２の構造を説明する。

大腿装具１２の骨格を構成する大腿フレーム２１は、断面長方形のパイプ材よりなる中央フレーム２２と、中央フレーム２２の上端内面に上下摺動自在に嵌合する上部フレーム２３と、中央フレーム２２の下端内面に上下摺動自在に嵌合する下部フレーム２４とで構成される。上部フレーム２３および下部フレーム２４は、上下方向に所定間隔で整列する複数個（実施例では４個）のピン孔２３ａ…，２４ａ…を備えており、これらのピン孔２３ａ…，２４ａ…に対向可能な２個のピン孔２２ａ，２２ｂが中央フレーム２２の上部および下部に１個ずつ設けられる。

中央フレーム２２の上側のピン孔２２ａと、上部フレーム２３の４個のピン孔２３ａ…の何れか１個とに固定ピン２５を挿通し、抜け止めピン２６で抜け止めすることで、中央フレーム２２に対する上部フレーム２３の上方への突出量を４段階に調整することができる。また中央フレーム２２の下側のピン孔２２ｂと、下部フレーム２４の４個のピン孔２４ａ…の何れか１個とに固定ピン２７を挿通し、抜け止めピン２８で抜け止めすることで、中央フレーム２２に対する下部フレーム２４の下方への突出量を４段階に調整することができる。

中央フレーム２２の内面にそってガイドレール２９が２本のボルト３０，３０および２個のナット３１，３１で固定されており、このガイドレール２９にスライダ３２が摺動自在に嵌合する。スライダ３２に植設した支軸３３にワッシャ３４およびボールベアリング３５のインナーレースが嵌合してクリップ３６で係止され、ボールベアリング３５のアウターレースに大腿部結合部材３７の回転部材３８が回転自在に圧入される。大腿部結合部材３７は、回転部材３８の上部に２本のボルト３９，３９で上向きに固定された第１腕部４０と、第１腕部の４０の上端に固定されて使用者の大腿部に弾性的に係合するＵ字状の第１大腿結合部４１と、回転部材３８の下部に２本のボルト４２，４２で下向きに固定された第２腕部４３と、第２腕部の４３の下端に固定されて使用者の大腿部に弾性的に係合するＵ字状の第２大腿結合部４４とで構成される。

股関節アクチュエータ１９のロータ１９ａに固定された出力部材４５の下端は二股になっており、そこに前後方向に延びる上部支点ピン４６を介して上部フレーム２３の上端が左右揺動自在に枢支される。また下部フレーム２４の下端が、連結部材４７の二股になった上端部、前後方向に延びる下部支点ピン４８を介して左右揺動自在に枢支される。

次に、図１〜図３および図６を併せて参照しながら下腿装具１３，１３の構造を説明する。左右の下腿装具１３，１３は面対称な構造を有しているため、その代表として右側の下腿装具１３の構造を説明する。

下腿装具１３は、大腿装具１２の大腿フレーム２１と実質的に同一構造を有するもので、その骨格を構成する下腿フレーム５１は、断面長方形のパイプ材よりなる中央フレーム５２と、中央フレーム５２の上端内面に上下摺動自在に嵌合する上部フレーム５３と、中央フレーム５２の下端内面に上下摺動自在に嵌合する下部フレーム５４とで構成される。上部フレーム５３および下部フレーム５４は、上下方向に所定間隔で整列する複数個（実施例では３個）のピン孔５３ａ…，５４ａ…を備えており、これらのピン孔５３ａ…，５４ａ…に対向可能な２個のピン孔５２ａ，５２ｂが中央フレーム５２の上部および下部に１個ずつ設けられる。

中央フレーム５２の上側のピン孔５２ａと、上部フレーム５３の３個のピン孔５３ａ…の何れか１個とに固定ピン５５を挿通し、抜け止めピン５６で抜け止めすることで、中央フレーム５２に対する上部フレーム５３の上方への突出量を３段階に調整することができる。また中央フレーム５２の下側のピン孔５２ｂと、下部フレーム５４の３個のピン孔５４ａ…の何れか１個とに固定ピン５７を挿通し、抜け止めピン５８で抜け止めすることで、中央フレーム５２に対する下部フレーム５４の下方への突出量を３段階に調整することができる。

大腿装具１２の下端に位置する連結部材４７に固定した円弧状のアクチュエータ取付ブラケット５９に、短円筒状の膝関節アクチュエータ６０のハウジングが固定される。膝関節アクチュエータ６０のロータ６０ａに固定された出力部材６１の下端に、前後方向に延びる上部支点ピン６２を介して下腿フレーム５１の上部フレーム５３が左右揺動可能に枢支される。また下腿フレーム５１の下部フレーム５４の下端に、前後方向に延びる下部支点ピン６３を介して、足フレーム１５を支点ピン１４を介して支持する連結部材６４が左右揺動可能に枢支される。

次に、上記構成を備えた第１実施例の作用を説明する。

使用者が歩行補助装置を装着した状態で、股関節アクチュエータ１９，１９が作動すると腰装具１１に対して左右の大腿装具１２，１２が所定の周期で交互に前後揺動し、膝関節アクチュエータ６０，６０が作動すると大腿装具１２，１２に対して左右の下腿装具１３，１３が所定の周期で交互に前後揺動することで、使用者の歩行が補助される。

股関節アクチュエータ１９が作動して腰装具１１に対して大腿装具１２が前後揺動するとき、大腿装具１２の大腿フレーム２１の上端に位置する揺動支点（つまり股関節アクチュエータ１９の回転軸）の位置と、使用者の股関節の位置とが左右方向にずれているため、仮に大腿フレーム２１に対して大腿部結合部材３７が相対移動不能に固定されていると、歩行に伴って大腿部結合部材３７が大腿部に擦れて使用者に違和感を与えることになる。

しかしながら本実施例では、大腿部結合部材３７を支持するスライダ３２が大腿フレーム２１に固定したガイドレール２９に沿って上下摺動自在であり、かつ大腿部結合部材３７がスライダ３２に設けた左右方向に延びる支軸３３まわりに回転自在であるため、大腿フレーム２１と使用者の大腿部との移動軌跡のずれを大腿部結合部材３７の上下動および回転で吸収し、大腿部結合部材３７が使用者の大腿部に擦れるのを防止して違和感を解消することができる。

ところで、１台の歩行補助装置を体格が異なる複数の使用者で共用するとき、大腿装具１２，１２の大腿フレーム２１，２１の長さを調整することで、体格の差を吸収して快適な装着感を得ることができる。また歩行補助装置を一人の使用者で使用する場合でも、腰装具１１、大腿装具１２，１２および下腿装具１３，１３の装着位置の微妙なずれにより、歩行補助装置が身体にフィットせずに違和感を与える場合があるが、その場合にも大腿フレーム２１の長さを調整することで違和感を解消することができる。

その調整作業は、大腿フレーム２１の中央フレーム２２に対する上部フレーム２３の突出量を調整し、中央フレーム２２の上部のピン孔２２ａと上部フレーム２３の４個のピン孔２３ａ…の何れかとに固定ピン２５を挿通して抜け止めピン２６で係止し、かつ大腿フレーム２１の中央フレーム２２に対する下部フレーム２４の突出量を調整し、中央フレーム２２の下部のピン孔２２ｂと下部フレーム２４の４個のピン孔２４ａ…の何れかとに固定ピン２７を挿通して抜け止めピン２８で係止するだけで良く、面倒なボルトによる締結作業が不要なために極めて簡単である。

また大腿フレーム２１の上端は上部支点ピン４６で股関節アクチュエータ１９に連なる出力部材４５に枢支されており、かつ大腿フレーム２１の下端は下部支点ピン４８で膝関節アクチュエータ６０に連なる連結部材４７に枢支されているため、大腿フレーム２１を使用者の大腿部の左右方向の動きに追従させ、大腿部結合部材３７が使用者の大腿部に擦れるのを一層効果的に防止して違和感を解消することができる。

尚、下腿装具１３の下腿フレーム５１も、上述した大腿装具１２の大腿フレーム２１と同様の構造で長さ調整が可能であり、かつ上部支点ピン６２および下部支点ピン６３により使用者の下腿部の左右方向の動きに追従可能であるため、使用者の体格に合わせた寸法調整が容易であり、しかも使用者の違和感を解消することができる。

次に、図７および図８に基づいて本発明の第２実施例を説明する。

第２実施例は大腿装具１２の構造が第１実施例と異なっており、その他の構造は第１実施例と同じである。また第２実施例の説明において、第１実施例の部材に対応する部材に第１実施例と同じ符号を付すことで、重複する説明を省略する。

第２実施例の大腿装具１２の大腿フレーム２１は、断面四角形のパイプよりなる下部フレーム７１と、下部フレーム７１の上端に摺動自在に嵌合する上部フレーム７２とで構成されており、下部フレーム７１および上部フレーム７２の側面にそれぞれ突設した一対のブラケット７１ａ，７２ａに、油圧シリンダ７３の両端部がピン７４，７５で連結される。従って、油圧シリンダ７３を伸縮させると、下部フレーム７１からの上部フレーム７２の突出量が変化することで、大腿フレーム２１の長さを任意に調整することができる。また油圧シリンダ７３はダンパ機能を有しており、それを伸縮させようとする荷重に対して減衰力を発生する。

下部フレーム７１の内面に固定したガイドレール２９に摺動自在に係合するスライダ３２に、支軸３３を介して大腿部結合部材３７を回転自在に枢支した構造は、第１実施例と同じである。

この第２実施例によれば、大腿フレーム２１の長さを油圧シリンダ７３を伸縮させることで任意に調整することができるので、その調整作業がより一層容易になる。しかも油圧シリンダ７３はダンパ機能を有しているため、大腿フレーム２１に大きな荷重が加わったときに油圧シリンダ７３が伸縮することで、衝撃を吸収することができる。

第２実施例のその他の作用効果は、上述した第１実施例の作用効果と同じである。

以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明を逸脱することなく種々の設計変更を行うことが可能である。

例えば、実施例の歩行補助装置は歩行を補助する場合に使用するものとして説明したが、使用者が重量物を持ち上げる際に脚力を増加させるために使用しても良い。

歩行補助装置の全体斜視図 図１の２方向矢視図 図２の３方向矢視図 図３の４−４線拡大断面図 大腿装具の分解斜視図 図３の６−６線拡大断面図 第２実施例に係る、前記図４に対応する図 図７の８−８線拡大断面図 股関節および膝関節と歩行用補助装置の支点との関係を示す模式図

符号の説明

１２ 大腿装具
１３ 下腿装具
１９ 股関節アクチュエータ
２１ 大腿フレーム
３３ 支軸
３７ 大腿部結合部材
６０ 膝関節アクチュエータ

Claims (2)

1. 使用者の大腿部に沿って装着される大腿装具（１２）と、使用者の下腿部に沿って装着される下腿装具（１３）と、使用者の腰部に対して大腿装具（１２）を前後揺動させるべく股関節の側方に配置された股関節アクチュエータ（１９）と、大腿装具（１２）に対して下腿装具（１３）を前後揺動させるべく膝関節の側方に配置された膝関節アクチュエータ（６０）とを備え、
   大腿装具（１２）を、その骨格を構成する大腿フレーム（２１）と、大腿フレーム（２１）に設けられて大腿部に結合される大腿部結合部材（３７）とで構成した歩行補助装置において、
   大腿部結合部材（３７）を大腿フレーム（２１）に対して相対移動可能に支持したことを特徴とする歩行補助装置。
2. 大腿部結合部材（３７）を大腿フレーム（２１）の長手方向に沿って摺動可能、かつ大腿フレーム（２１）に対して左右方向に延びる支軸（３３）まわりに回転可能に支持したことを特徴とする、請求項１に記載の歩行補助装置。
   

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