(57)【要約】【課題】義足の小型化およびコスト低減の上で有効な調整システムの提供。【解決手段】電子制御回路１００が、駆動機構９０に制御指令を出し可変制御弁８０の弁開度を制御する．無線利用の調整システムでは、外部設定器２００と義足１０側の電子制御回路１００とのデータの伝送を無線で行い、電子制御回路１００のデータ設定を行う。そのため、外部設定器２００の送受信部２３０に対して、義足１０側に通信機能をもつ通信器３００が必要である。ここでは、通信器３００を、義足１０を装着すべき装着者の側で、義足１０の外部に調整時のみ一時的に配置する。【選択図】図３
2005034508.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大腿側の第１の構成部材と下腿側の第２の構成部材とがひざの部分で伸展および／または屈曲可能であり、しかも、そのひざの伸展および／または屈曲を補助するため、前記第１および第２の両構成部材の間に流体圧制御装置を備え、その流体圧制御装置は、前記ひざの伸展および／または屈曲に伴う流体の流れを絞る可変制御弁を含み、さらに、その可変制御弁の開度を制御するため、義足装着者の歩行に適合する弁開度の設定データを記憶し、そのデータに基づいて歩行に応じた弁開度の制御信号を出力する電子制御回路、およびその電子制御回路からの制御信号に応じて前記可変制御弁の開度を制御する駆動機構を備える義足に適用するためのシステムであり、前記電子制御回路に対し、義足装着者に適合するデータを無線通信によって与える義足調整システムにおいて、
義足装着者の歩行に応じた弁の開度のデータを入力する入力部、およびその入力部を通して入力されたデータを通信する機能をもつ通信部を含む設定器であり、義足の外部から遠隔操作が可能な外部設定器と、
その外部設定器からの通信データを受信し、ケーブルを通して前記電子制御回路に伝送するための通信器とがあり、
前記通信器を、義足を装着すべき装着者の側で、義足の外部に一時的に配置することを特徴とする、無線利用の義足調整システム。
【請求項２】
前記義足は前記第１および第２の構成部材の外側を被うカバーをさらに備え、そのカバーには、一端を前記電子制御回路に接続した前記ケーブルの他端側をカバーの外側に引き出す部分がある、請求項１の義足調整システム。  
【請求項３】
前記通信器は、前記カバーの外側であって、前記ひざの部分よりも上方に位置する、請求項２の義足調整システム。  
【請求項４】
前記流体圧制御装置は、内部に流体圧を得るための空間をもつハウジング本体と、そのハウジング本体の内部を第１室と第２室とに区画する仕切り部材と、前記第１室と第２室とを連絡する連絡通路とを備え、そして、その連絡通路の途中に前記可変制御弁が位置する、請求項１の義足調整システム。
【請求項５】
前記一時的とは、前記電子制御回路に対し、前記外部設定器を遠隔操作することにより義足装着者の歩行に適合するデータを設定するときだけである、請求項１の義足調整システム。  
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ひざの部分で屈曲および／または伸展可能な義足に対し、義足装着者の歩行に適合するデータを無線通信によって与える、無線利用の義足調整システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の義足の代表例は大腿義足である。大腿義足は、大腿側の第１の構成部材と下腿側の第２の構成部材とがひざの部分で屈曲および／または伸展可能であり、通常、その屈曲および／または伸展を補助するため、空圧あるいは油圧の流体圧制御装置を備えている。流体圧制御装置としては、往復動ピストンを含むピストンタイプや揺動ベーンを含むロータリタイプ等が利用されている。そのような流体圧制御装置は、第１および第２の両構成部材の間に支持され、たとえば、ひざの屈曲に対して抵抗力を与える機能を果たす。適正な抵抗力は、歩行の形態に応じて変化する。そこで、流体圧制御装置は、屈曲に伴う流体の流れを絞る可変制御弁を含み、その可変制御弁の弁開度（つまり、絞りの程度）を歩行形態に応じて制御することが知られている。弁開度自体を制御すること自体は、電子制御回路あるいはマイクロプロセッサを用いた技術によって、容易に実行することができる。
【０００３】
しかし、歩行に応じた弁開度の制御特性は、義足装着者ごとに異なる。したがって、義足を装着するに先立ち、義足側の電子制御回路に対し、各装着者の歩行に適した弁開度の制御データを設定し与えることが必要である。
【０００４】
義足の電子制御回路に対し義足装着者の歩行に適した制御データを設定する場合、一般には、義足の歩行訓練の段階で、義肢装具士等の専門家が中心となり、制御データの設定を行う。その場合、装着者が装着する義足側と、義足とは離れたところに位置する専門家（つまり、外部設定器をもつ専門家）との間で、各種のデータのやり取り（伝送あるいは送受信）を伴う。このデータのやり取りは、義足側と外部設定器とをケーブルで接続した有線形態で行うこともできるが、そのようなケーブルを用いることなく義足側と外部設定器との間を無線で通信することができる。後者の無線による方法によれば、データ設定のための歩行時にケーブルが邪魔になることなく、スムーズに作業を進めることができる。次のような特許文献が無線による技術を示している。
【特許文献１】特開平５−３３７１４６号公報（イギリス特許公開ＧＢ  ２２６８０７０  Ａに対応）
【特許文献２】イギリス特許公開ＧＢ  ２２８０６０９  Ａ
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
無線による今までの技術においては、義足側の通信器が専ら義足の内部に位置する。すなわち、その通信器は、データを設定する調整のときだけでなく、調整を終えた後の段階（義足を実際に使用する段階）にも、義足の内部に残ったままである。いわば義足の一部となる通信器は、義足を重くし大型にもするし、義足のコストを高めることにもなる。また、特許文献１のように、赤外線での送受信機能をもたせるような場合には、わずかな電力とはいえ、赤外線の通信回路を動作させるための待機電力が必要であり、その分だけ余分な電池容量が必要になる。
この発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、無線通信のための通信器に関係する問題を解決することを課題とする。
発明の着眼点
【０００６】
義足内部の電子制御回路と義足外部の外部設定器との間の送受信は、電子制御回路に対し義足装着者に適合するデータを設定する調整のときだけ必要な事項である。調整後における普段の義足使用時には、不要な事項である。とすれば、調整の前後にわたって義足の内部に配置していた義足側の通信器は、義足の調整のときだけ一時的に義足側に付随していれば良い。調整が終われば、義足側の通信器は不要であるため、義足から取り外してしまうことができる。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
そのような着眼に基づき、この発明では、義足側の通信器を義足側に一時的に配置し、調整を終えた後でその通信器を義足から取り外すようにする。もう少し詳しくいうと、この発明の無線利用の義足調整システムにおいては、義足装着者の歩行に応じた弁の開度のデータを入力する入力部、およびその入力部を通して入力されたデータを通信する機能をもつ通信部を含む設定器であり、義足の外部から遠隔操作が可能な外部設定器と、その外部設定器からの送信データを受信し、ケーブルを通して義足内部の電子制御回路に伝送するための通信器とがあり、その通信器を、義足を装着すべき装着者の側で、義足の外部に一時的に配置することに特徴がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
この発明で対象とする義足は、大腿側の第１の構成部材と下腿側の第２の構成部材とがひざの部分で屈曲および／または伸展可能であり、その屈曲および／または伸展を補助するため、それら第１および第２の両構成部材の間に支持された流体圧制御装置を備える義足である。この発明を実施するとき、義足は、通常、第１および第２の両構成部材の外側を被うカバーを備え、そのカバーには、一端を電子制御回路に接続したケーブルの他端側をカバーの外側に引き出す部分がある。その引き出す部分としては、カバーに設けたスリットや切欠き孔、あるいはカバーが弾性変形することに伴って生じる隙間を適用することができる。
【０００９】
また、義足の外部に一時的に配置する通信器は、カバーの外側であって、ひざの部分よりも上方に位置させるようにすると良い。たとえば、その通信器を専用のベルト等で大腿部や腰の部分に取り付けおよび取り外し可能に装着する。そうすれば、義足の調整時と調整を終えた後とにおいて、つまり、通信器を取り付けた状態と通信器を取り外した状態とにおいて、義足のひざ下の重量がほとんど変わらない。したがって、普段の義足使用状態に近い形態で、義足の調整を行うことができる。
【実施例】
【００１０】
図１は、この発明を適用する大腿義足１０の全体像を示している。大腿義足１０は、切断した断端を入れるための樹脂ソケット２０、ひざの屈曲−伸展の機能を得るためのひざ継手３０および接地部分となる足部４０を備える。また、大腿義足１０は、義足の軸線方向の長さを装着者に適合させるため、長さ調節可能なアダプタ５０や軸線周りの回転を可能にする回転継手５２をそれぞれ備える。そして、それらの構成部材の外側を脚形態のカバー６０が被う。  
【００１１】
ひざ継手３０の部分を見ると、大腿義足１０は、大腿側の第１の構成部材（ニー部材）３１０と下腿側の第２の構成部材（フレーム部材）３２０とを回転可能に連結するひざ軸３３０を備える。さらに、大腿義足１０は、屈曲−伸展の機能を補助するための流体圧制御装置としてシリンダ装置７０を備える。この実施例の場合、流体圧制御装置７０は、空圧を利用したエアシリンダ装置である。エアシリンダ装置としては、たとえばＵＳＰ５，８９９，９４３号の明細書などが示す公知のものを適用することができる。
【００１２】
図２は、ひざ継手３０の部分の断面構造を明らかしている。ひざ継手３０のフレーム部材３２０の内部上方には、ひざ軸３３０の周りに位置するブレーキ機構１２、ニー部材３１０側のマグネット１４ｍとフレーム部材３２０側の近接スイッチ１４ｓとを含むセンサ１４０がある。また、エアシリンダ装置７０は、ピストンロッド７２の一端に第１の支持点６０１、ハウジング部材である筒型のシリンダ本体７４の下部に第２の支持点７０２をそれぞれもつ。ピストンロッド７２は、シリンダ本体７４の内部に、仕切り部材としてのピストン７６を保持する。ピストン７６は、シリンダ本体７４の内部を第１室７０１と第２室７０２とに区画する。ひざが屈曲および伸展するとき、第１室７０１と第２室７０２との間にエアが流れる。第１室７０１と第２室７０２とを連絡する連絡通路が、ピストン７６の内部およびシリンダ本体７４の内部にある。それらの連絡通路は互いに並列である。シリンダ本体７４の中の連絡通路の途中に、弁の開度あるいは絞り具合を可変にした可変制御弁８０がある。可変制御弁８０は、ひざの屈曲に対して抵抗力を与えるための弁である。その弁の開度を大きくすればするほど屈曲に対する抵抗力を小さくし、また逆に、開度を小さくすればするほど屈曲に対する抵抗力を大きくする。
【００１３】
可変制御弁８０はニードル弁であり、ニードルを軸線方向に移動させることによって、弁の開度を変えることができる。駆動機構９０が、可変制御弁８０のニードルの移動を行う。駆動機構９０は、電子制御可能なステッピングモータ９２と、そのステッピングモータ９２の回転を直線運動に変換するねじ部９４とを備える。ねじ部９４が生じる直線的な動きによって、可変制御弁８０のニードルを軸線方向に移動させることができる。
【００１４】
駆動機構９０は、エアシリンダ装置７０のシリンダボトム側に位置する。そのシリンダボトム側には、また、駆動機構９０に制御指令を与える電子制御回路１００がある。電子制御回路１００は、後でさらに詳しく説明するようにマイクロコンピュータ機能をもつ。その回路１００には、バッテリ１５０に接続するための電源端子１５１、および義足装着者の各人に適合した制御データを設定するためのコネクタ５１０、さらには、マグネット１４ｍと近接スイッチ１４ｓとからなるセンサ（つまり、歩行速度検出のためのセンサ）１４０からの信号を受けるセンサ端子１４１がある。ここで、電源端子１５１およびセンサ端子１４１は、それぞれリード線を通してバッテリ１５０あるいはセンサ１４０に接続されている。それに対し、コネクタ５１０は、その差込み口をフレーム部材３２０に設けた開口窓３２０ｗに臨ませている。
【００１５】
図３は、この発明による義足調整システムのブロック図を示している。調整の対象は、すでに述べた大腿義足１０である。そして、調整の内容は、大腿義足１０を装着者の歩行に適合させるため、義足１０の内部の電子制御回路１００に対し制御データを設定することである。義足の調整自体は、義肢装具士などの専門家が行う作業である。専門家は、データ設定機能をもつ設定器をもち、義足１０を装着した装着者から離れたところから、その設定器２００を通して制御データの設定を行う。したがって、外部設定器２００と義足１０の電子制御回路１００との間でデータの伝送を行うことが必要である。その伝送方法として、一つには、義足１側のコネクタ５１０と外部設定器２００との間をケーブルによって電気的な接続をとる有線形態があり、もう一つの形態として、無線による方法がある。無線による方法によれば、義足１０を装着した装着者の歩行を妨げることなく、自然の歩行に近い状態で調整を行うことができる。なお、設定すべき制御データとしては、一般的には、歩行速度−弁開度の特性であるが（たとえば、特開平６−１８９９９３号公報参照）、下腿の振り角度やシリンダ内圧と弁開度との関係に基づく特性を用いることもできる。
【００１６】
外部設定器２００は、たとえば複数のキーを含みデータの入力をするための入力部２１０と、その入力部２１０に入力されたデータを演算、処理するＣＰＵ２２０と、ＣＰＵ２２０からのデータを外部に通信する機能をもつ送受信部（通信部）２３０と、ＣＰＵ２２０のデータを表示する表示部２４０とを備える。外部設定器２００の送受信部２３０からの送信データは、通信器３００を通して義足１０内部の電子制御回路１００に伝送される。電子制御回路１００に対し制御データを設定することからすれば、通信器３００は少なくとも受信機能をもつことが必要である。しかし、好ましくは、通信器３００が受信と送信との両機能をもつようにすると良い。そうすれば、外部設定器２００と通信器３００とが送受信可能であり、外部設定器２００側で各種の事項を確認することができる。たとえば、通信器３００側からデータ受信確認信号を外部設定器２００側に送ることにより、外部設定器２００からのデータ送信が正常に行われたか否かを外部設定器２００側で把握することができる。また、現時点における義足１０側の設定データ、あるいは、義足１０の歩行データ（その瞬間の歩行速度や弁開度データ）を確認することもできる。なお、電子制御回路１００はマイクロコンピュータ機能をもち、データを演算、処理するＣＰＵ１２０と、ＣＰＵ１２０とデータのやり取りをしつつデータを記憶するメモリ１３０とを備える。この電子制御回路１００は、すでに述べたように、メモリ１３０内の制御データに基づいて、駆動機構９０を通して可変絞り弁８０の弁開度を制御するものである。
【００１７】
通信器３００は、通信機能をもつ点から、外部設定器２００側の送受信部２３０と同様な構成である。通信器３００は、電波を送受信するアンテナ３４０と、アンテナ３４０からの信号を無線周波数に変換するＲＦ回路部３５０と、ＲＦ回路部３５０の信号を変調／復調するベースバンド部３６０とを備える。また、通信器３００は、それ自体にＣＰＵ３３０および自らの電源としてのバッテリ３７０を内蔵している。通信器３００は、自らのバッテリ３７０によって、データの送受信を行うことができ、義足１０側のバッテリ１５０を消耗させることがない。そして、通信器３００内のＣＰＵ３３０は、有線形態で調整を行っていた義足を無線通信によって調整可能にする。というのは、ＣＰＵ３３０は、信号の無線化処理、および無線信号を従来の有線式義足で処理することができる信号に変換するからである。このような通信器３００は、一端にコネクタ３１０をもつ短い接続ケーブル３２０を付属している。この発明では、通信器３００を義足１０の装着者側で、義足１０の外部に一時的に配置する。    
【００１８】
図４は、義足１０を調整するために、通信器３００を義足１０に取り付けた状態を示している。ケースに入った通信器３００については、ベルトなどの専用取付け具１３００を義足１０のカバー６０上、大腿部に巻き付けるように取り付ける。そして、付属する接続ケーブル３２０の端のコネクタ３１０を義足１０側のコネクタ５１０に接続する。このコネクタの接続を行うため、義足１０のフレーム部材３２０の開口窓３２０ｗに臨むカバー６０の部分に、予めスリット（切欠き）を設けておく。そのスリットを通して接続ケーブル３２０側のコネクタ３１０をカバー６０の外部から内部へと通し、コネクタ３１０とコネクタ５１０とを接続する。図５は、通信器３００の別の取付け例を示している。図４の例では、通信器３００の下方から接続ケーブル３２０を延ばし、その接続ケーブル３２０をカバー６０の外側に配置していた。それに対し、図５の例では、接続ケーブル３２０を通信器３００の上方に延ばし、樹脂ソケット２０とカバー６０との間を利用して接続ケーブル３２０の大部分をカバー６０の内側に配置するようにしている。  
【００１９】
通信器３００は、電子制御回路１００に対し、外部設定器２００を遠隔操作することにより義足装着者の歩行に適合するデータを設定するときだけ、義足１０に取り付けておく。制御データの設定を終えれば、その通信器３００は不要であり、義足１０から取り外すことになる。したがって、義足装着者は、通信器３００をもたない義足１０によって、普段の歩行を行うことができる。通信器３００については、複数の義足に対応できるように構成する。それによって、義肢装具士などの専門家は、外部設定器２００と通信器３００とを複数の義足に対して共通に用いることができる。
【００２０】
前記実施例では、義足の遊脚相の制御について、また、流体圧制御装置７０としてエアシリンダ装置の例について説明した。しかし、この発明は、義足の立脚相の制御にも適用することができるし、同じ義足における遊脚相と立脚相の両方に対して適用することができる。勿論、流体圧制御装置としては、ピストンタイプであるエアシリンダ装置のほか、揺動ベーンを含むロータリタイプのものをも適用することができる。ピストンタイプの装置を立脚相制御に用いた例としては、たとえば、ＵＳＰ２,５３０,２８６号、あるいはＵＳＰ２,５６８,０５３号などが明らかにしている。また、ロータリタイプの装置を用いたものについては、たとえば、ＵＳＰ５,７０４,９４５号（特開平８−３１７９４４号に対応）、ＵＳＰ５,３８３,９３９号（特開平５−２１２０７０号に対応）、あるいはＵＳＰ２,６６７,６４４号などが明らかにしている。なお、たとえば義足の立脚相制御としてイールディング制御にこの発明を適用するとき、設定すべき制御データとしては、義足への荷重の有無を検出（判別）する荷重センサに関係するしきい値や、歩行速度と弁開度との特性などがある。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明を適用する義足の一例を示す図である。
【図２】図１の義足のひざ継手の部分を示す断面構造図である。
【図３】この発明による義足調整システムの一実施例を示すブロック図である。
【図４】義足に通信器を取り付けた状態の一例を示す図である。
【図５】義足に通信器を取り付けた状態の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１０  義足（大腿義足）
３１０  第１の構成部材（ニー部材）
３２０  第２の構成部材（フレーム部材）
６０  カバー
７０  流体圧制御装置（エアシリンダ装置）
７４  ハウジング本体（シリンダ本体）
７６  仕切り部材（ピストン）
７７１  第１室
７７２  第２室
８０  可変制御弁
９０  駆動機構
１００  電子制御回路
１４０  センサ
１５０  バッテリ
２００  外部設定器
３００  通信器
３１０，５１０  コネクタ
１３００  ベルト（専用取付け具）
【図１】
2005034508.tif 000003
【図２】
2005034508.tif 000004
【図３】
2005034508.tif 000005
【図４】
2005034508.tif 000006
【図５】
2005034508.tif 000007