(57)【要約】      （修正有）【課題】股関節に対応する位置に設けた補助動力発生装置が発生する力の脚部への伝達効率を高め、且つ身体の負担を軽減し得る歩行補助装置を提供する。【解決手段】下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置(股関節アクチュエータ10)を備えた歩行補助装置を、補助動力発生装置を股関節の側方に固定するための腰部装具1と、下腿部に装着される下腿部装具2と、補助動力発生装置と下腿部装具とを連結する力伝達部材(連結バー25)とを有するものとする。これにより、補助動力発生装置が発生する股関節回りのトルクが、膝よりも下方に伝達されるので、大腿部に力を直接付与する場合に比して、身体の作用点に加わる力を軽減することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置を備えた歩行補助装置であって、
前記補助動力発生装置を股関節の側方に固定するための腰部装具と、下腿部に装着される下腿部装具と、前記補助動力発生装置と前記下腿部装具とを連結する力伝達部材とを有することを特徴とする歩行補助装置。
【請求項２】
前記腰部装具は、腹筋下部を中心とする下腹部から左右の腸骨陵部および仙腸関節を通る後背部にかけて装着されるものであることを特徴とする請求項１に記載の歩行補助装置。
【請求項３】
前記下腿部装具は、ヒフク筋下部とアキレス腱上部との間に少なくともその一部が装着されるものであることを特徴とする請求項１若しくは２に記載の歩行補助装置。
【請求項４】
各部の重量が、前記腰部装具、前記力伝達部材、そして前記下腿部装具の順に小さくなるように配分されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の歩行補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主に股関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
外傷や疾病、あるいは加齢による筋力低下で自力歩行が困難となった人のために、股関節や膝関節にアクチュエータを装着し、アクチュエータが発生する動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている。
【０００３】
従来、これらの歩行補助装置においては、腰部に装着した装具に固定されたアクチュエータが発生する回転力を大腿部に装着した補助具に伝達し、股関節を支点にして大腿部を前後に旋回動させることにより、脚を前後に振り出す運動が下肢に与えられていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開昭５８−１６３３６４号公報（第１図〜第４図）
【特許文献２】
特開２０００−１６６９９７号公報（図１、図３、図９）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかるに、上記公報に開示された従来の技術によると、アクチュエータの駆動トルクを大腿部に加えようとした場合、トルク中心から力の作用点までの距離をさほど大きくすることができないため、大腿部に加わる作用力が大きくなり、身体の負担が大きくなりがちであった。また大腿部には太い筋肉があり、かなり強く締め付けても装具がずれ易いため、アクチュエータが発生する力の伝達効率が低くなりがちであった。
【０００６】
本発明は、このような従来技術の問題点を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、股関節に対応する位置に設けた補助動力発生装置が発生する力の脚部への伝達効率を高め、且つ身体の負担を軽減することのできる歩行補助装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような目的を果たすために、本発明の請求項１は、下肢の運動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方に補助動力発生装置（股関節アクチュエータ１０）を備えた歩行補助装置において、補助動力発生装置を股関節の側方に固定するための腰部装具（１）と、下腿部に装着される下腿部装具（２）と、補助動力発生装置と下腿部装具とを連結する力伝達部材（連結バー２５）とを有することを特徴とするものとした。
【０００８】
このようにすれば、補助動力発生装置が発生する股関節回りのトルクが、膝よりも下方に伝達されるので、大腿部に力を直接付与する場合に比して、身体の作用点に加わる力を軽減することができる。
【０００９】
請求項２においては、腰部装具を、腹筋下部を中心とする下腹部から左右の腸骨陵部および仙腸関節を通る後背部にかけて装着されるものとした。これにより、股関節回りのトルクを腰部全体で受け止めるように構成し得るので、身体に加わる補助動力発生装置の反力が分散され、使用者の負担を軽減することができる。また筋肉の動きが大きい大腿部には何も固定しないので、装具がずれ難くなる。
【００１０】
請求項３においては、下腿部装具を、ヒフク筋下部とアキレス腱上部との間に少なくともその一部（帯状部２４）が装着されるものとした。これにより、筋肉の動きが少ない部位に装着するので、装具がずれ難くなり、下腿部への力の伝達効率を高めることができる。
【００１１】
請求項４においては、人体の動力学を考慮し、人体の構成と同様に、腰部装具、力伝達部材、そして下腿部装具の順に小さくなるように各部の重量が配分されるものとした。これにより、慣性質量を最小化し得るので、動力発生装置自体を小型化することができる。また装具に無理な力が加わらないので、使用者の負担を軽減し得ることはもとより、歩行補助装置の耐久性の向上をも企図することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明に基づき構成された歩行補助装置の人体への装着状態を示している。この歩行補助装置は、腰部装具１と、下腿部装具２と、駆動ユニット３とから構成されており、腰部装具１と下腿部装具２とを下肢に固定し、これらを介して駆動ユニット３が発生する回転トルクを下肢に伝えることにより、低下した筋力を補う力を人体に与える機能を備えている。
【００１４】
腰部装具１は、図２に示すように、背当て部４と、ベルト部５と、ライニング部６とからなっている。
【００１５】
背当て部４は、図３に併せて示すように、左右の腸骨陵部（骨盤前面端点）７から仙腸関節（脊柱と骨盤の接合点）８を通る後背部に当接するように、平面視が概ねＵ字形をなしており、その左右両端に設けられた股部駆動源連結部９に連結される減速機付き電動モータからなる股関節アクチュエータ１０の駆動力を受け止めることができるように、実質的な剛体で構成されている。そして背当て部４の後背部は中空に形成されており、その内部には、図には明示されていないが、制御回路と、電動モータ及び制御回路に電力を供給するバッテリーとが内蔵されている。また背当て部４の直接人体に当接する部分には、クッションパッド１１が設けられている。
【００１６】
ベルト部５は、比較的硬質な材料で形成され、且つ背当て部４の左右両側部に一体的に設けられたベルト結合部１３の内面にボルト止めされる左右一対の基部１４と、各基部１４の前端に固着された左右一対のウェブ部１５と、各ウェブ部１５の遊端に取り付けられた左右一対のバックル１６とからなっている。そしてベルト部５の内面、つまり人体の腰回りとの対向面には、圧着ファスナなどを利用して保護用のライニング部６が貼り付けられるようになっている。
【００１７】
背当て部４に設けられたクッションパッド１１は、腰椎１７に沿う窪みに当たる中央パッド１８と、腰椎１７の左右にて後方へ僅かに膨出する脊柱起立筋の左右両外側に当たる側部パッド１９とからなっている。またライニング部６には、腸骨陵部７に当たる腸骨パッド２０が設けられている。これらにより、総計５箇所のパッドが腰回りの要所に当たり、背当て部４がずれないように保持されるようになっている。なお、剛体からなる股部駆動源連結部９が身体に直接当接すると、痛みを与えるおそれがあり、また万一転倒した際に身体に大きな衝撃が加わるおそれがあるので、これらを緩和するために、股部駆動源連結部９との間に挟まれて股関節側面に当たる股関節パッド２１がライニング部６に設けられている。
【００１８】
各ウェブ部１５は、基部１４の上下に固着された２本の平織りベルトをその遊端で統合して各バックル１６に結合し、前側が狭くなるＶ字形をなしている。これらウェブ部１５の上側部分１５Ｕは、腸骨陵部７に対応する部位に位置する基部１４との結合点から、臍と恥骨との中間部（丹田）に位置するバックル１６へ向けて、外腹斜筋の筋繊維が走る方向に沿って延在している。そしてウェブ部１５の下側部分１５Ｌは、股関節の側方に位置する基部１４との結合点からバックル１６へ向けて、内腹斜筋の繊維の走る方向に沿って延在している。
【００１９】
脊柱の直立姿勢は、背筋、胸筋、および腹筋のバランスで維持されるが、歩行機能に障害を来たした人の筋力低下は、下肢に限らずこれらの筋肉群にも当然表れ、特に腹筋の筋力低下は、腹腔を下垂させると共に脊柱を側面視Ｓ字形に湾曲させ、歩行の際の直立姿勢の維持を困難にする。それが本発明装置によれば、直立姿勢の維持に特に大切な腹直筋、外腹斜筋、内腹斜筋、腹横筋などが重なっている丹田と呼ばれる下腹部中央にバックル１６を位置させてウェブ部１５に緊締力を加えることにより、左右の腸骨陵部７および仙腸関節８を通る後背部にかけて装着された背当て部４が脊柱の湾曲を矯正し、骨盤を安定させて姿勢を正しくすると同時に、腹腔圧を高め、内臓を正しい位置に持ち上げる作用を発揮する。またウェブ部１５は比較的広い面積で下腹部に当接するので、腹腔に加わる圧力が下腹部の全体に均一に分散され、圧迫感が軽減される。
【００２０】
他方、下腿部装具２は、図４に併せて示すように、前脛骨筋上部の両側からヒフク筋２２の下部とアキレス腱２３の上部との間の下肢関節を動かした時の皮膚の動きが比較的少ない部位に巻き付く帯状部２４を備えている。これによれば、膝の屈伸運動により周囲長が変化するふくらはぎ及び足首の運動に伴って皮膚が動くアキレス腱２３を避けているので、適度な緊締力をもってしっかりと下腿部に装具を固定することができる。
【００２１】
駆動ユニット３は、図５に併せて示すように、テレスコピック式に伸縮可能な力伝達部材としての連結バー２５の各端に減速機付き電動モータからなる股関節アクチュエータ１０並びに膝関節アクチュエータ２６をそれぞれ結合してなるものであり、背当て部４の股関節の側方に対応する位置に設けられた股部駆動源連結部９、並びに下腿部装具２の膝関節の側方に対応する位置に設けられた膝部駆動源連結部２７に対し、着脱自在なように構成されている。
【００２２】
さて、上記の本発明装置においては、直立姿勢から脚を前方へ振り出す運動は、股部駆動源連結部９に軸が固定された股関節アクチュエータ１０を図６における時計回り（矢印Ａ）に回転駆動し、これに一体結合された連結バー２５を旋回させることによって行われる。連結バー２５が旋回運動を行うと、その遊端に結合された膝関節アクチュエータ２６及びこれに膝部駆動源連結部２７を介して結合された下腿部装具２が前方へ振り出される。そしてヒフク筋２２の下部とアキレス腱２３の上部との間の皮膚の動きが比較的少ない部位に当接した帯状部２４がこの部分を前方へ（矢印Ｂ）押すことにより、脚を前方へ振り出す運動に対する補助力が下肢に与えられる。これによれば、股関節アクチュエータ１０のトルク中心から力作用点までの距離（Ｌ寸法）を最大化できるので、ヒフク筋２２の下部とアキレス腱２３の上部との間に作用する帯状部２４の面圧が低くなり、使用者の負担を軽減し得る。
【００２３】
本発明装置は、股関節アクチュエータ１０を含む腰部装具１、膝関節アクチュエータ２６を含む連結バー２５、そして下腿部装具２の順に小さくなるように重量配分がなされている。これにより、回転半径が大きくなる部分ほど慣性質量が小さくなるので、消費エネルギが最小化され、股関節アクチュエータ１０の所要駆動力を最小化し得るので、補助動力発生ユニット３を小型化することができる。これと同時に、動力伝達効率の向上により、各部に無理な力が加わらないようにすることができるので、歩行補助装置の耐久性の向上をも企図することができる。
【００２４】
人が歩行する場合、一方の脚を前方へ振り出しつつ重心を前方へ移動させるが、この際、股関節アクチュエータ１０と膝関節アクチュエータ２６とを適宜に連携させることにより、より一層滑らかで自然な脚部の運動を実現し得る。
【００２５】
膝関節の屈伸運動については、しゃがむ運動は、上体の重量を支えるように制動力をかけつつ両アクチュエータ１０・２６を回転させる。そして立ち上がる運動は、関節を伸ばす向きに両アクチュエータ１０・２６を回転駆動して上体を持ち上げる。このようにして両アクチュエータ１０・２６の駆動力、制動力を適宜に制御することにより、筋肉の伸縮運動の補助作用を好適に実現することができる。
【００２６】
本発明装置は、テーピングを施したのと同様な緊締力が特定の筋肉に作用するように製造された運動用スパッツＳ（特開２００１−２１４３０３号公報を参照されたい）の上に装着すると、スパッツＳを形成する繊維の緊締力による筋肉支持作用と相俟って、運動機能を高める上により一層効果的である。また本発明装置は、駆動トルクを逆に作用させれば負荷トルクを関節に作用させることができるので、運動機能補助装置としての用途のみならず、医療用、リハビリテーション用、並びに筋力増強トレーニング用の負荷発生装置としても利用することができる。
【００２７】
【発明の効果】
以上詳述した通り本発明によれば、以下の如き格別な効果を奏することができる。
１．股関節の側方に固定された股関節アクチュエータと、下腿部に装着された下腿結合部との間を、連結バーで連結するものとしたので、股関節アクチュエータが発生する股関節回りのトルクが、膝よりも下方に伝達されることとなり、大腿部に直接トルクを付与する場合に比して、身体の作用点に加わる力を軽減することができる。
２．腹筋下部を中心とする下腹部から左右の腸骨陵部および仙腸関節を通る後背部にかけて腰部装具を装着するものとしたので、股関節回りのトルクが腰部全体で受け止められてその反力が分散されることから、使用者の負担を軽減することができる。また筋肉の動きが大きい大腿部には何も固定しないので、装具がずれ難くなる。
３．ヒフク筋下部とアキレス腱上部との間の筋肉の動きが少ない部位に下腿部装具の帯状部を装着するので、装具がずれ難くなり、下腿部への力の伝達効率を高めることができる。
４．腰部装具、力伝達部材、そして下腿部装具の順に小さくなるように各部の重量を配分するものとしたので、慣性質量を最小化でき、動力発生装置自体を小型化することができる。また装具に無理な力が加わらないので、使用者の負担を軽減し得ることはもとより、歩行補助装置の耐久性の向上をも企図することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明装置を装着した状態の下半身を示す斜視図
【図２】本発明装置の腰部装具の構成を示す分解斜視図
【図３】背当て部と人体との関係を示す説明図
【図４】下腿部装具を下腿部に装着した状態を示す説明図
【図５】本発明装置の要部斜視図
【図６】本発明装置を装着した状態を図式的に示す下半身の側面図
【符号の説明】
１  腰部装具
２  下腿部装具
３  駆動ユニット
９、２７  駆動源連結部
１０、２６  アクチュエータ
２４  帯状部
２５  連結バー
【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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