JP6565736B2

JP6565736B2 - 動作補助装置

Info

Publication number: JP6565736B2
Application number: JP2016032982A
Authority: JP
Inventors: 武史西田; 泰樹加藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-02-24
Filing date: 2016-02-24
Publication date: 2019-08-28
Anticipated expiration: 2036-02-24
Also published as: JP2017148215A

Description

本発明は、動作補助装置に関する。

ユーザの脚部や腕部などの関節を含む部分に装着され、ユーザの動作を補助する動作補助装置が開発されている。特許文献１には、ユーザの脚部に装着される大腿リンクと下腿リンクと足リンクとを有し、ユーザの歩行動作を補助する動作補助装置が記載されている。この動作補助装置では、大腿リンクと下腿リンクとはユーザの腿関節と同軸に位置する腿ジョイントにより回転可能に連結され、下腿リンクと足リンクとは足首ジョイントにより回転可能に連結されている。

特開２０１２−０９５７９３号公報

上述した動作補助装置では、ユーザの関節の可動範囲を超えて動作するのを制限する関節制限部が設けられている。しかしながら、足首、腿、肘などの関節の可動範囲はユーザごとに異なる。このため、関節制限部により関節の可動範囲を細かく調節できることが望ましい。

本発明は、このような背景に鑑みなされるものであり、関節の可動範囲を細かく調節することができる動作補助装置を提供することを目的とする。

本発明は、ユーザの関節を含む部分に装着され前記関節の動作を補助する動作補助装置において、前記関節の可動範囲を制限する関節制限部を備え、前記関節制限部は、ケーシングと、前記ケーシングに揺動可能に取り付けられ、前記関節の動作とともに揺動し外周において径方向に突出する突起が設けられた揺動部と、前記ケーシングに固定された固定部材と当接させる固定部材受け面が回転軸を中心としてらせん階段状に複数形成され、前記回転軸回りに回転させることで前記固定部材受け面を変更させることが可能な第１揺動量調節部と、前記第１揺動量調節部の前記固定部材受け面と軸線方向の反対側において前記突起と当接させる突起受け面が形成され、前記回転軸回りに前記第１揺動量調節部とは独立して回転させることで前記突起受け面を変更させることが可能な第２揺動量調節部と、を有するものである。

本発明によれば、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

実施の形態１にかかる評価装置の概略構成を示す図である。メカストッパの概略構成を示す斜視図である。第１揺動量調節部の概略形状を示す正面図である。第１揺動量調節部を図３の矢印Ａの方向から見た矢視図である。第２揺動量調節部の概略形状を示す正面図である。図５の矢印Ｂから見た矢視図である。図５の矢印Ｃから第２揺動量調節部の受け面を見た矢視図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。第１揺動量調節部および第２揺動量調節部が揺動部の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。変形例１にかかる揺動量調節ユニットについて説明する図である。変形例１にかかる揺動量調節ユニットについて説明する図である。

以下、本発明の一実施の形態である実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。本発明にかかる動作補助装置は、ユーザの関節を含む部分に装着され関節の動作を補助するものである。

図１は、本実施の形態にかかる動作補助装置４の概略構成を示す図である。図１に示すように、動作補助装置４は、ユーザの脚部に装着され、脚部の動作を調整することにより、その歩行動作の補助を行うためのものである。動作補助装置４は、コントローラ１２と、足フレーム４１１と、足フレーム４１１に足首関節部４１２を介して回動可能に連結された下腿フレーム４１３と、下腿フレーム４１３に膝関節部４１４を介して回動可能に連結された上腿フレーム４１５と、から構成されている。

コントローラ１２は、小型のコンピュータやバッテリを内蔵しており、ケーブル１６を介して動作補助装置４の各部へ電力を供給するとともに、動作補助装置４の各部の動作を制御する。

足フレーム４１１は、ユーザの脚部２の足平部２１に装着されるもので、足プレート９２と靴９４と一対の足リンク９６を有している。足プレート９２は、一対の足リンク９６を接続している。靴９４は、一般的な靴と同じ形態のものであり、足プレート９２の上面（ユーザの脚部２の足平部２１に対向する面）に設けられている。ユーザの脚部２の足平部２１に靴９４を装着すると、足プレート９２は、ユーザの脚部２の足平部２１の下方（足裏側）に配置される。また、足リンク９６は、ユーザの脚部２の足平部２１の側方に配置される。

下腿フレーム４１３はユーザの脚部２の下腿部２３に装着される。上腿フレーム４１５はユーザの脚部２の上腿部２５に装着される。下腿フレーム４１３及び上腿フレーム４１５には、ユーザの下腿部２３及び上腿部２５との接触を緩和するためのパッド４１６がそれぞれ設けられている。

膝関節部４１４には、モータユニット４３が設けられている。モータユニット４３は、駆動手段の一具体例であり、例えば、モータ、減速機構、センサなどから構成されている。モータユニット４３は、膝関節部４１４を回転駆動することで、上腿フレーム４１５に対して下腿フレーム４１３を相対回動させる。

足首関節部４１２はアクチュエータを備えておらず、足フレーム４１１は、ユーザの脚部２の足平部２１の揺動に応じて受動的に揺動する。足首関節部４１２には、関節の可動範囲を制限する関節制限部としてのメカストッパ５０が設けられている。

図２は、メカストッパ５０の概略構成を示す斜視図である。図２に示すように、メカストッパ５０は、揺動量調節部としての第１揺動量調節部６１、第２揺動量調節部６２および第３揺動量調節部５１と、揺動部５３と、ケーシング５４と、を備える。第１揺動量調節部６１は回転軸５２ａを中心として回転可能なようにケーシング５４に取り付けられている。第２揺動量調節部６２は回転軸５２ａを中心として回転可能なようにケーシング５４に取り付けられている。第３揺動量調節部５１は回転軸５１ａを中心として回転可能なようにケーシング５４に取り付けられている。

図３は、第３揺動量調節部５１の概略形状を示す正面図である。図４は、第３揺動量調節部５１を図３の矢印Ａの方向から見た矢視図である。図３および図４に示すように、第３揺動量調節部５１は、受け面５１ｂが回転軸５１ａを中心としてらせん階段状に複数形成されている。図３および図４に示す例では、第３揺動量調節部５１は６段の受け面５１ｂを有する。

図５は、揺動量調節ユニット５２の概略形状を示す正面図である。図６は、図５の矢印Ｂから見た矢視図である。図７は、図５の矢印Ｃから見た矢視図である。図５に示すように、揺動量調節ユニット５２は、第１揺動量調節部６１と、第２揺動量調節部６２と、を有する。第１揺動量調節部６１および第２揺動量調節部６２は、固定部材受け面６１ｂと突起受け面６２ｂが互いに軸線方向の反対側になるように配置される。第１揺動量調節部６１と第２揺動量調節部６２は、回転軸５２ａを中心として互いに独立して回転することができる。

図５および図６に示すように、第１揺動量調節部６１には、回転軸５２ａを中心として固定部材受け面６１ｂがらせん階段状に複数形成されている。図５および図６に示す例では、第１揺動量調節部６１は１０段の固定部材受け面６１ｂを有する。また、図５および図７に示すように、第２揺動量調節部６２には、突起受け面６２ｂが回転軸６２ａを中心としてらせん階段状に複数形成されている。図５および図７に示す例では、第２揺動量調節部６２は１０段の突起受け面６２ｂを有する。

図５、図６および図７に示す例では、第１揺動量調節部６１に形成された固定部材受け面６１ｂと第２揺動量調節部６２に形成された突起受け面６２ｂとを同じ形状にしている。なお、第１揺動量調節部６１に形成された固定部材受け面６１ｂと第２揺動量調節部６２に形成された突起受け面６２ｂとは異なる形状（段数が異なるもの）であってもよい。

図２に示すように、ケーシング５４において、揺動軸５３ａを中心としてユーザの関節の動作とともに揺動することができるように配置されている。揺動部５３は、外周において径方向に突出する２つの突起５３ｂが設けられている。２つの突起５３ｂのうちの一方が第２揺動量調節部６２における複数の突起受け面６２ｂ（図５および図７参照）と当接する。また、２つの突起５３ｂのうちの他方が第３揺動量調節部５１における複数の受け面５１ｂ（図３および図４参照）と当接する。さらに、固定部材６４が第１揺動量調節部６１における複数の固定部材受け面６１ｂ（図５および図６参照）と当接する。これにより、揺動部５３の揺動運動が制限される。この制限により、動作補助装置４が、ユーザの関節の可動範囲を超えて動作するのを防止することができる。揺動部５３が揺動可能な最大量である限界揺動量は、第１揺動量調節部６１、第２揺動量調節部６２および第３揺動量調節部５１によって調節される。

次に、揺動部５３における限界揺動量の調節方法について説明する。
図８および図９は、第１揺動量調節部６１および第２揺動量調節部６２が揺動部５３の限界揺動量を調節する方法について説明する図である。図８は、揺動部５３の限界揺動量が比較的大きい場合を示す。図８に示すように、揺動部５３の限界揺動量はθ１である。回転軸５２ａを中心として第２揺動量調節部６２を回転させることによって、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる突起受け面６２ｂの段の高さを変更することができる。また、回転軸５２ａを中心として第１揺動量調節部６１を回転させることによって、固定部材６４と当接させる固定部材受け面６１ｂの段の高さを変更することができる。このようにすることで、揺動部５３の揺動量を調節することができる。

図９は、揺動部５３の限界揺動量が比較的小さい場合を示す。図８に示す状態から第１揺動量調節部６１および第２揺動量調節部６２を半回転させることで、図９に示す状態へと変化させることができる。図９に示す状態では、図８に示す状態に対し、揺動部５３の突起５３ｂと当接させる突起受け面６２ｂの高さが高い。また、図９に示す状態では、図８に示す状態に対し、固定部材６４と当接させる固定部材受け面６１ｂの高さが高い。よって、揺動部５３の限界揺動量をθ１（図７参照）よりも小さいθ２にすることができる。

本発明にかかる実施の形態では、２個の揺動量調節部を、同じ回転軸を中心としてそれぞれの受け面が互いに軸方向の反対側にくるように配置することで、１個の揺動量調節部を配置する場合に対し、関節の可動範囲をより細かく調節することが可能になる。つまり、本実施の形態に示した一例では、１０段の第１揺動量調節部６１と１０段の第２揺動量調節部６２とを同じ回転軸５２ａを中心としてそれぞれの固定部材受け面６１ｂ、６２ｂが互いに軸方向の反対側になるように配置することで、最大５５通りの段数の調節が可能になる（第２揺動量調節部６２のみ配置する場合、段数の調節は１０通りのみ）。

以上より、回転軸５２ａを中心として第１揺動量調節部６１と第２揺動量調節部６２とを回転させることによって、揺動部５３の限界揺動量を多段階（限界揺動量：０度、５度、１０度、１５度、・・・）に調節できる。これにより、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

なお、図７に示す状態から、上述した回転軸５２ａを中心として第１揺動量調節部６１と第２揺動量調節部６２とを回転させることに加え、回転軸５１ａを中心として第３揺動量調節部５１も回転させて揺動部５３の他方の突起５３ｂと当接させる受け面５１ｂの段の高さを変更させてもよい。このようにすることで、揺動部５３の揺動量をさらに細かく調節することができる。

変形例１
図５を用いて説明した揺動量調節ユニット５２は、第１揺動量調節部６１と第２揺動量調節部６２との間に中間調節部を有していてもよい。
図１０および図１１は、変形例１にかかる揺動量調節ユニット１５２について説明する図である。図１０および図１１に示すように、揺動量調節ユニット１５２は、第１揺動量調節部１６１と、第２揺動量調節部１６２と、中間調節部１６３と、を有する。

第１揺動量調節部１６１には、図５および図６を用いて説明した第１揺動量調節部６１と同様に、回転軸５２ａを中心として固定部材受け面６１ｂがらせん階段状に複数形成されている。また、第２揺動量調節部１６２には、第１揺動量調節部１６１の固定部材受け面６１ｂとは軸方向の反対側に嵌合面１６１ｃが形成されている。第２揺動量調節部１６２には、図５および図７を用いて説明した第２揺動量調節部６２と同様に、突起受け面６２ｂが回転軸６２ａを中心としてらせん階段状に複数形成されている。また、第２揺動量調節部１６２には、突起受け面６２ｂと軸方向の反対側に嵌合面１６２ｃが形成されている。

中間調節部１６３において、第１揺動量調節部１６１と対向する面には第１揺動量調節部１６１の嵌合面１６１ｃと嵌め合う嵌合面１６３ａが形成されている。また、第２揺動量調節部１６２と対向する面には第２揺動量調節部１６２の嵌合面１６２ｃと嵌め合う嵌合面１６３ｂが形成されている。なお、中間調節部１６３の軸方向の高さを、ユーザに合わせて適宜調整するようにしてもよい。

第１揺動量調節部６１および第２揺動量調節部６２が揺動部５３の限界揺動量を調節する方法について説明する。
図１０には、揺動部５３の限界揺動量が比較的大きい場合が示されている。揺動部５３の限界揺動量はθ３である。回転軸５２ａを中心として第２揺動量調節部１６２を回転させることによって、揺動部５３の一方の突起５３ｂと当接させる突起受け面６２ｂの段の高さを変更することができる。また、回転軸５２ａを中心として第１揺動量調節部１６１を回転させることによって、固定部材６４と当接させる固定部材受け面６１ｂの段の高さを変更することができる。このようにすることで、揺動部５３の揺動量を調節することができる。

図１１は、揺動部５３の限界揺動量が比較的小さい場合が示されている。図１０に示す状態から第１揺動量調節部１６１および第２揺動量調節部１６２を半回転させることで、図１１に示す状態へと変化させることができる。図１１に示す状態では、図１０に示す状態に対し、揺動部５３の突起５３ｂと当接させる突起受け面６２ｂの高さが高い。また、図１１に示す状態では、図１０に示す状態に対し、固定部材６４と当接させる固定部材受け面６１ｂの高さが高い。よって、揺動部５３の限界揺動量をθ３（図１０参照）よりも小さいθ４にすることができる。

以上より、第１揺動量調節部１６１または第２揺動量調節部１６２を回転させることによって、揺動部５３の限界揺動量を多段階に調節できる。これにより、関節の可動範囲を細かく調節することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

４動作補助装置
５０メカストッパ
５１第３揺動量調節部
５１ａ回転軸
５１ｂ受け面
５２揺動量調節ユニット
５２ａ回転軸
５３揺動部
５３ａ揺動軸
５３ｂ突起
５４ケーシング
６１第１揺動量調節部
６１ｂ固定部材受け面
６２第２揺動量調節部
６２ｂ突起受け面
６４固定部材

Claims

ユーザの関節を含む部分に装着され前記関節の動作を補助する動作補助装置において、
前記関節の可動範囲を制限する関節制限部を備え、
前記関節制限部は、
ケーシングと、
前記ケーシングに揺動軸を中心として揺動可能に取り付けられ、前記関節の動作とともに揺動し外周において径方向に突出する突起が設けられた揺動部と、
前記揺動軸とねじれの位置にある回転軸周りに回転させることが可能で、前記回転軸を中心にらせん階段状に形成された複数の第１水平面を備えた第１揺動量調節部と、
第２水平面を有し、前記第２水平面が前記複数の第１水平面のうちのいずれか１つと当接するように前記ケーシングに固定された固定部材と、
前記第１揺動量調節部の前記第１水平面とは反対側に位置し、前記回転軸回りに前記第１揺動量調節部とは独立して回転させることが可能で、前記第１水平面とは反対側に前記回転軸を中心にらせん階段状に形成された複数の第３水平面を備え、前記複数の第３水平面のうちのいずれか１つが前記突起の先端部分と当接する第２揺動量調節部と、を有する動作補助装置。