(57)【要約】【課題】違和感がなく適切に装着可能であって、使用者の歩行状態を的確に計測可能な歩行状態計測装置を提供する。【解決手段】歩行状態計測装置Ｓは、使用者の腰部３に装着される腰部装着具１１と、腰部装着具１１に対して揺動可能に連結され、使用者の大腿部５に沿って装着される大腿部装着具１２と、大腿部装着具１３に対して揺動可能に連結され、使用者の下腿部に沿って装着されるとともに使用者の足部７に装着される足部装着具１３と、使用者の屈曲・伸展動作において股関節Ｘ・膝関節Ｙ・又は距腿関節Ｚ回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備え、前記腰部装着具１１、大腿部装着具１２、及び足部装着具１３は、ボールジョイント部２１〜２３を介して前後方向、内転又は外転方向、及び内旋又は外旋方向に揺動可能に連結体４０、４５を用いて連結され、少なくとも大腿部装着具１２と足部装着具１３とを連結する連結体４５は、伸縮可能である。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用者の腰部に装着される腰部装着具と、前記腰部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の大腿部に沿って装着される大腿部装着具と、前記大腿部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の下腿部に沿って装着されるとともに使用者の足部に装着される足部装着具と、使用者の屈曲・伸展動作において股関節・膝関節・又は距腿関節回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備え、
前記腰部装着具、大腿部装着具、及び足部装着具は、ボールジョイント部を介して前後方向、内転又は外転方向、及び内旋又は外旋方向に揺動可能に連結体を用いて連結され、
少なくとも前記大腿部装着具と足部装着具とを連結する前記連結体は、伸縮可能であることを特徴とする歩行状態計測装置。
【請求項２】
前記回転角度検出手段は、
前記各関節回りの回転動作に応じて、前記ボールジョイント部の球体の中心を回転軸の中心として回転する回転体が取り付けられた基体と、
前記球体を摺動可能に受ける受体に取り付けられる前記連結体の両側を挟むようにして前記基体に取り付けられる突起体と、
前記回転体の回転角度を検出するポテンショメータと、
を備えていることを特徴とする請求項１に記載の歩行状態計測装置。
【請求項３】
前記基体と前記ポテンショメータが取り付けられている筐体に前記ポテンショメータによる出力値の中間値が出力されるように位置決めするための貫通孔を形成し、前記貫通孔にピンを挿入して、前記筐体に対して前記基体を位置決めすることを特徴とする請求項２に記載の歩行状態計測装置。
【請求項４】
使用者の腰部に装着される腰部装着具と、前記腰部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の大腿部に沿って装着される大腿部装着具と、駆動部を用いて前記大腿部装着具に対して前後方向に揺動可能に連結され、使用者の下腿部に沿って装着されるとともに使用者の足部に装着される足部装着具と、を備え、
前記腰部装着具、大腿部装着具、及び足部装着具は、ボールジョイント部を介して前後方向、内転又は外転方向、及び内旋又は外旋方向に揺動可能に連結体を用いて連結され、
少なくとも前記大腿部装着具と足部装着具とを連結する前記連結体は、伸縮可能であることを特徴とする歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、使用者の歩行状態を計測する歩行状態計測装置等に関し、特には、使用者の膝関節まわりにおいて、使用者の下腿部に装着される装着具を前後方向に揺動させて歩行を補助する歩行補助装置を用いて利用者の歩行状態を計測する歩行状態計測装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザの歩行を補助する歩行補助装置は従来から種々、存在する（例えば、特許文献１参照）。一例として、この種の歩行補助装置は、特許文献１に示すように、ユーザの下腿部を股関節及び膝関節アクチュエータで股関節及び膝関節回りに前後方向に揺動させて歩行を補助する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４０９２３２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような歩行補助装置を筋力の衰えた老人や傷病者等のリハビリ用として用いる場合、単に筋力等の補強による使用者の負担軽減というよりも、適切な歩行動作をユーザに行わせることが必要である。
【０００５】
このようなリハビリ用途に用いられる歩行補助装置は、夫々の使用者の歩行形態に合わせて動作させることが重要である。ここで、特に重要な点は、ユーザによって筋力のつきかたや骨格の形態は異なり、歩行動作においては、各関節が、屈曲及び伸展運動の他に、内転及び外転運動、内旋及び外旋運動するものの、一般的な歩行補助装置は、屈曲及び伸展のみを考慮したものが多いため、使用者は歩行補助装置の装着に違和感を有し、歩行動作が不自然な動作となってしまい、歩行補助装置の使用による効果を十分に得られない場合が多い。特に膝関節は、膝関節の回転軸が移動するロールバック現象があり、屈曲が浅い場合は、単軸と見なすことができるが、深くなるとこの回転軸の移動が顕著となる。
【０００６】
一方で、適切な歩行補助を行うためには、利用者の歩行状態を的確に知る必要があり、歩行補助装置の装着具が装着される位置を厳密に決める必要があるものの、実際には、装着具の装着位置が多少ずれている場合や、使用によって次第に装着位置がずれる場合があり、検出位置のずれにより正確に計測されていない場合がある。
【０００７】
そこで、このような課題の一例を解消するために、本願は、違和感がなく適切に装着可能であって、使用者の歩行状態を的確に計測可能な歩行状態計測装置等を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決するため、請求項１に記載の歩行状態計測装置（Ｓ）は、使用者の腰部（３）に装着される腰部装着具（１１）と、前記腰部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の大腿部に沿って装着される大腿部装着具（２）と、前記大腿部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の下腿部に沿って装着されるとともに使用者の足部に装着される足部装着具（１３）と、使用者の屈曲・伸展動作において股関節（Ｘ）・膝関節（Ｙ）・又は距腿関節（Ｚ）回りの回転角度を検出する回転角度検出手段と、を備え、前記腰部装着具、大腿部装着具、及び足部装着具は、ボールジョイント部（２１〜２３）を介して前後方向、内転又は外転方向、及び内旋又は外旋方向に揺動可能に連結体（４０、４５）を用いて連結され、少なくとも前記大腿部装着具と足部装着具とを連結する前記連結体（４５）は、伸縮可能であることを特徴とする。
【０００９】
また、請求項２に記載の歩行状態計測装置は、請求項１に記載の歩行状態計測装置において、前記回転角度検出手段は、前記各関節回りの回転動作に応じて、前記ボールジョイント部の球体（２６）の中心を回転軸の中心として回転する回転体（５２）が取り付けられた基体（５３ａ）と、前記球体を摺動可能に受ける受体（２７）に取り付けられる前記連結体（４０、４５）の両側を挟むようにして前記基体（５３ａ）に取り付けられる突起体（５３）と、前記回転体の回転角度を検出するポテンショメータ（５５）と、備えていることを特徴とする。
【００１０】
また、請求項３に記載の歩行状態計測装置は、請求項２に記載の歩行状態計測装置において、前記基体（５３ａ）と前記ポテンショメータが取り付けられている筐体（５０ａ）に前記ポテンショメータによる出力値の中間値が出力されるように位置決めするための貫通孔（７０、７１）を形成し、前記貫通孔にピン（５６）を挿入して、前記筐体に対して前記基体を位置決めすることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項４に記載の歩行補助装置は、使用者の腰部に装着される腰部装着具と、前記腰部装着具に対して揺動可能に連結され、使用者の大腿部に沿って装着される大腿部装着具と、駆動部を用いて前記大腿部装着具に対して前後方向に揺動可能に連結され、使用者の下腿部に沿って装着されるとともに使用者の足部に装着される足部装着具と、を備え、前記腰部装着具、大腿部装着具、及び足部装着具は、ボールジョイント部を介して前後方向、内転又は外転方向、及び内旋又は外旋方向に揺動可能に連結体を用いて連結され、少なくとも前記下腿部装着具と足部装着具とを連結する前記連結体は、伸縮可能であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
使用者の正確な歩行状態を計測することができる。また、装着具を装着しても違和感なく歩行することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】歩行状態表示システムの簡易構成図である。
【図２】歩行動作計測装置の装着状態を示す模式図である。
【図３】歩行動作計測装置の構成を示す模式図である。
【図４】回転角度検出手段の一例を示す図であり、腰部装着プレートに取り付けられる回転角度検出手段の一例を示す断面図である。
【図５】固定用のピンが取り付けられていない状態の図４のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【図６】固定用のピンが取り付けられた状態の図４のＡ−Ａ断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための一形態について、添付図面に基づいて説明する。なお、以下の実施の形態において、「屈曲動作」とは、膝関節を前に曲げる動作をいい、「伸展動作」とは、膝関節が後ろに伸びる動作をいう。また、「内転・外転動作」とは、体の軸に近づく又は遠ざかるように内方又は外方に向かう関節動作をいい、「内旋・外旋動作」とは、体の一部を、その長軸を軸として内側又は外側に回す動作をいう。
【００１５】
まず、本実施形態の歩行状態計測システムは、図１に示すように、使用者に取り付けられる歩行動作計測装置Ｓ（本願の歩行状態計測装置）によって取得された歩行動作情報を端末装置２によって表示する。この歩行動作情報とは、歩行者の歩行動作を示す種々のパラメータであって、例えば、後述するポテンショメータ５５によって測定される情報である。そして、この測定結果に基づいて、適正な歩行動作とのズレを使用者が把握することによって例えば、リハビリを効果的に行うことが可能となる。
【００１６】
なお、端末装置２とは、例えば、一般的にコンピュータと称される装置であって、利用者によって操作され、所定の情報（測定結果等）を表示可能となっている。
【００１７】
次に、歩行動作計測装置Ｓについて詳述する。
【００１８】
図２に示すように、本実施形態の歩行動作計測装置Ｓは、使用者の左右両足にそれぞれ装着される一対の装着ユニット１０を備える。
【００１９】
この装着ユニット１０は、使用者の腰部３に装着される腰部装着具１１と、前記腰部装着具１１とボールジョイント部２１を介して揺動自在に取り付けられ、使用者の左右両側の大腿部５の外側面に沿うように装着される左右の大腿部装着具１２と、左右の大腿部装着具１２とボールジョイント部２２、２３を介して揺動自在に取り付けられ、使用者の左右両側の足部７の外側面に装着される左右の足部装着具１３と、を備えている。
【００２０】
ボールジョイント部２１〜２３は、図４に示すように、球体２６と、この球体２６の外縁形状に形成された窪みを有し、球体２６の動作を当該窪みで摺動可能に受ける環状の受体２７と、を備えている。
【００２１】
本実施形態の歩行動作計測装置Ｓは、腰部装着具１１と、大腿部装着具１２と、足部装着具１３と、が各ボールジョイント部２１〜２３を介して連結されており、このボールジョイント部２１〜２３によって、各装着具１１〜１３が、使用者が歩行動作する際の各関節の伸展及び屈曲動作、大腿部又は下腿部の内転及び外転動作、内旋及び外旋動作に応じて揺動自在に動作するため、使用者は各装着具１１〜１３を装着して歩行した時の違和感がほとんどなく歩行することが可能である。
【００２２】
図２及び図３に示すように、腰部装着具１１は、使用者の腰部３の左右両側を覆い断面が略半円形状に形成された左右一対の腰部装着プレート３１を備え、ベルト３２によって使用者の腰部３に装着可能となっている。
【００２３】
この腰部装着プレート３１は、ボールジョイント部２１が上端部に取り付けられ、略鉛直下方に延びる断面が円筒状のパイプ材からなる連結フレーム４０（本願の連結体）を介して、大腿部装着具１２と連結される。連結フレーム４０は、例えば、２組のフレーム４１、４２で構成され、一方のフレーム４１に対して、他方のフレーム４２の外形が少し小さく形成されており、摺動自在に取り付けられる。すなわち、使用者の動作に応じて変化する腰部装着具１１と大腿部装着具１２の長さに追随してその連結フレーム４０の長さが伸縮する。
【００２４】
また、連結フレーム４０は、内転又は外転方向に屈曲可能なヒンジ部４３を有する連結具４４によって大腿部装着具１２と連結され、当該連結フレーム４０に対する連結具４４の取付位置の変更によって大腿部装着具１２の上下方向の位置を調整可能となっている。
【００２５】
なお、ボールジョイント部２１の球体２６の中心は、使用者の股関節Ｘ側方に位置するように腰部装着具１１の取付位置が調整される。
【００２６】
大腿部装着具１２は、図２及び図３に示すように、大腿部５の外側面に沿うように設けられる大腿部用プレート３５を備え、ベルト３３、３４によって大腿部５に固定される。
【００２７】
この大腿部用プレート３５は、ボールジョイント部２２、２３が上下端部に取り付けられ、略鉛直下方に延びる断面が円筒状のパイプ材からなる連結フレーム４５（本願の連結体）を介して、足部装着具１３と連結される。連結フレーム４５は、上下のフレーム４６、４７と、当該上下のフレーム４６、４７を繋ぐ中間フレーム４８の３組のフレーム４６〜４８で構成されている。中間フレーム４８は、上下のフレーム４６、４７に対して外形が少し小さく形成されており、摺動自在に取り付けられる。すなわち、使用者の動作に応じて変化する大腿部装着具１２と足部装着具１３の長さに追随してその連結フレーム４５の長さが伸縮する。
【００２８】
なお、連結フレーム４５の上端部に取り付けられるボールジョイント部２２の球体２６の中心は、使用者の膝関節Ｙ側方に位置するように大腿部装着具１２の取付位置が調整される。一方、連結フレーム４５の下端部に取り付けられるボールジョイント部２３の球体２６の中心は、使用者の足首の関節（距腿関節）Ｚ側方に位置するように後述する足部装着具１３の取付位置が調整される。
【００２９】
足部装着部１３は、靴本体３７の側面に取り付けられた足部用プレート３６を備えており、この足部用プレート３６には、連結フレーム４５がボールジョイント部２３を介して取り付けられる。また、足部用プレート３６は、上下方向に長さを伸縮可能となっており、この伸縮によってボールジョイント部２３の球体の中心を上述する所定の位置に配置するように調整される。
【００３０】
また、図３に示すように、腰部装着プレート３１、大腿部用プレート３５、足部用プレート３６には、筐体５０が取り付けられており、この筐体５０には、図４に示すように、水平方向に延びる軸５１が取り付けられ、各プレート３１、３５、３６と各ボールジョイント部２１〜２３をそれぞれ連結する。具体的には、当該軸５１は、ボールジョイント部２１〜２３の球体２６と一体的に取り付けられている。なお、以下の説明では、便宜的に、ボールジョイント部２１の使用形態についてのみ説明するが、基本構成は、他のボールジョイント部２２、２３も同様である。
【００３１】
図４に示すように、この筐体５０の内部には、前記軸５１を回転軸（球体２６の中心を回転軸の中心）として回転自在な回転体５２を有する基体５３ａと、この基体５３ａに取り付けられ、連結フレーム４０側に向かって突出し、当該連結フレーム４０を左右で挟み込むように配置される一対の突出体５３と、前記回転体５２と噛み合うようにして取り付けられる図示しない歯車等で構成される動力伝達系５４と、この動力伝達系５４に取り付けられるポテンショメータ５５と、を備えて構成された歩行動作時における股関節の回転角度を検出する回転角度検出手段が設けられている。なお、この筐体５０が大腿部用プレート３５、足部用プレート３６に取り付けられた場合には、膝関節の回転角度、又は距腿関節の回転角度を検出する回転角度検出手段として機能する。
【００３２】
また、機械的に動作する回転角度を電気量として変換できる機器であればポテンショメータ５５に限られるものではなく、公知の技術を適用することができる。
【００３３】
また、図３及び図４に示すように、筐体５０の一側面（外側側面）には、膝関節の回転にともなって突出体５３が移動するために球体２６の中心部を中心とした円弧状の溝５０ａが形成されている。当該溝５０ａは、腰部装着プレート３１に対する連結フレーム４０、大腿部用プレート３５に対する連結フレーム４５、連結フレーム４５に対する足部用プレート３６が前後方向に回転動作したときに突出体５３が（移動）変位する軌跡に沿って形成されており、この溝５０ａによって当該突出体５３の回動範囲（使用者の屈曲、伸展動作）は規制される。
【００３４】
また、突出体５３の可動範囲は取付状態によって変わるため、場合によっては、突出体５３の可動範囲から外れてポテンショメータ５５から出力値を検出できなくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、初期状態（使用者に装着具を取り付けた状態）において、図５に示すように、突出体５３の可動範囲のほぼ中心となる位置（突出体５３の基準となる位置）で突出体５３が位置決めされるように（ポテンショメータ５５による出力値の中間値が出力されるように）、基体５３ａと筐体５０のそれぞれに貫通孔７０、７１を形成し、図６に示すように、筐体５０に対して基体５３ａを固定するために、互いの貫通孔７０、７１にピン５６（図４参照）が着脱可能に取り付けられるようになっている。このようなピン５６を設け、溝５０ａ内において突出体５３が適正に位置決めされることで、ポテンショメータ５５によって確実に回転角度を検出することが可能となる。
【００３５】
そして、このように構成された本実施形態の歩行動作計測装置Ｓによれば、使用者の歩行動作により、各ポテンショメータ５５によって、使用者の股関節Ｘ、膝関節Ｙ、距腿関節Ｚにおける屈曲又は伸展角度を示す出力値が計測される。ポテンショメータ５５は、球体２６を支持する軸３６の回転角度を検出し、当該軸３６は股関節Ｘ、膝関節Ｙ、及び距腿関節Ｚの軸上に配置されているので、屈曲、伸展動作における使用者の股関節Ｘ・膝関節Ｙ・及び距腿関節Ｚ回りの回転角度を正確に計測することができる。
【００３６】
また、ボールジョイント部を用いることによって、腰部装着プレート３１、大腿部用プレート３５、足部用プレート３６は、使用者の伸展及び屈曲動作、内転及び外転動作、内旋及び外旋動作に応じて揺動自在となり、使用者の個々の股関節周辺の動きに応じて各プレート３１、３３、３６があらゆる方向に自由に揺動するため使用者は違和感なく歩行動作計測装置Ｓを身につけて歩行訓練を行うことが可能である。
【００３７】
次に、本実施形態の歩行動作計測装置Ｓの作用を説明する。
【００３８】
使用者が歩行動作計測装置Ｓを装着した状態で、歩行訓練を行うと、腰部装着具１１に対して大腿部装着具１２が所定の周期で交互に前後方向に揺動し、さらには、大腿部装着具１２に対して足部装着具１３が前後方向に揺動し、使用者は、所定の屈曲・伸展動作を行う。
【００３９】
このように屈曲・伸展動作が行われると、各装着具１１、１２、１３の各プレート３１、３５、３６に設けられたポテンショメータ５５によって、股関節・膝関節・距腿関節回りの回転角度が計測される。この回動角度の回転軸は、股関節・膝関節・距腿関節それぞれの側方に位置するため、本実施形態の歩行動作計測装置Ｓでは、各関節の回動角度をリニアに検出できる。この回動角度は、連結フレーム４０、４５の回動にともなって受体２７を挟むようにして配置される突出体５３の変位によって、回転体５２が回転し、その回転が動力伝達系５４を介してポテンショメータ５５へと伝達されることで、検出されるものであり、このようにして使用者の歩行動作による屈曲、伸展角度が正確に検出される。
【００４０】
また、使用者の足部はその骨格や筋肉等により個々異なっており、例えば、歩行動作において、大腿部や下腿部が内転・外転動作をともなったり、内旋・外旋動作をともなうものの、本実施形態の歩行動作計測装置Ｓは、ボールジョイント部１５によって、各プレート３１、３５、３６がほぼあらゆる方向に揺動自在に動作するため、上述した外転・内転動作、外旋・内旋動作に対応して各プレート３１、３５、３６が自由に動作するようになっている。よって、使用者は違和感なく歩行動作計測装置Ｓを使用して歩行訓練を行うことが可能である。
【００４１】
なお、本実施形態は一形態であって、この形態に限定されるものではない。例えば、上記実施の形態では特に説明をしなかったが、モータ等の駆動部を用いて大腿部装着具１２に対して足部装着具１３を強制的に所定の周期で前後方向に揺動させ、所定の屈曲・伸展動作を交互に行わせることで歩行補助を行う歩行補助装置として用いることが可能である。
【符号の説明】
【００４２】
Ｓ    歩行状態計測装置
１１    腰部装着具
１２    大腿部装着具
１３    足部装着具
２１、２２、２３  ボールジョイント部
４０、４５    連結フレーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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