(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装着者に装着される動作支援装具１と、
この動作支援装具１に取付けられたアクチュエータ２と、
このアクチュエータ２に電流を供給する駆動電流生成手段４と、
この駆動電流生成手段４に指令信号を発信して、前記アクチュエータ２に動力を発生させる制御装置５と、
からなる歩行支援装置であって、
前記動作支援装具１は、
装着者の大腿の上端付近に装着される支持体３と、
この支持体３に設けた支持軸31と、
この支持軸31に一端が連結され、装着者の大腿に沿って装着される、装着者の大腿の長さと概ね等しい長さの大腿支持部リンク17と、
この大腿支持部リンク17の他端に設けた連結軸36と、
この連結軸36に一端が連結され、装着者の下腿に沿って装着される、装着者の下腿の長さと概ね等しい長さの下腿支持部リンク23と、
この下腿支持部リンク23の他端に設けた連結軸38と、
この連結軸38に前部が連結され、装着者の足に装着される足支持部25と、を備え、
前記アクチュエータ２は、
その出力軸30が、前記支持軸31の後方斜め上側に位置するように、前記支持体３に取付けられており、
前記動作支援装具１は、
前記出力軸30に一端が固定された大腿支持部リンク11と、
この大腿支持部リンク11の他端に設けた連結軸32と、
この連結軸32に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された大腿支持部リンク18と、
前記連結軸32に一端が連結され、他端が前方斜め上方に向かう大腿支持部リンク12と、
この大腿支持部リンク12の他端に設けた連結軸33と、
この連結軸33に一端が連結され、前記支持軸31に他端が連結された大腿支持部リンク15と、
前記連結軸33に一端が連結され、前記支持軸31の上方を通り、他端が前方斜め下方に向かう大腿支持部リンク13と、
この大腿支持部リンク13の他端に設けた連結軸34と、
この連結軸34に一端が連結され、前記支持軸31に他端が連結された大腿支持部リンク14と、
前記連結軸34に一端が連結され、前記大腿支持部リンク17と略平行で前記大腿支持部リンク17と概ね同じ長さの大腿支持部リンク16と、
この大腿支持部リンク16の他端に設けた連結軸35と、
この連結軸35に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された、前記大腿支持部リンク14と略平行で前記大腿支持部リンク14と概ね同じ長さの下腿支持部リンク20と、
前記連結軸35に一端が連結され、前記連結軸38に他端が連結された下腿支持部リンク22と、
前記連結軸32に一端が連結され、前記大腿支持部リンク18よりも後方に位置する大腿支持部リンク19と、
この大腿支持部リンク19の他端に設けた連結軸37と、
この連結軸37に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された、前記下腿支持部リンク20と概ね同じ長さの下腿支持部リンク21と、
前記連結軸37に一端が連結され、前記足支持部25の後部に他端が連結された、前記下腿支持部リンク23と略平行な下腿支持部リンク24と、をさらに備え、
この下腿支持部リンク24の前記他端は、
前記足支持部25の後部に上下方向にスライド自在に設けた連結軸39に連結されており、
前記出力軸30が回転すると、
前記大腿支持部リンク12と前記大腿支持部リンク18が連動して動くことで、前記支持軸31を支点として、前記大腿支持部リンク14と前記大腿支持部リンク16と前記下腿支持部リンク20と前記大腿支持部リンク17からなる略平行四辺形の四節リンクが動作し、前記連結軸36が前記支持軸31を中心として、前記大腿支持部リンク17を半径とする一定の円弧運動を行うとともに、
前記大腿支持部リンク19が前記出力軸30の回転に連動して動くことで、前記連結軸36の動きに連動しながら前記連結軸36を基準として、前記下腿支持部リンク21と前記下腿支持部リンク23と前記足支持部25と前記下腿支持部リンク24からなる四節リンクが動作することで、前記連結軸38が楕円運動を行うように構成した、
歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装着者の歩行時における股関節と、膝関節と、足関節の筋力補助を行うことで歩行動作を支援する歩行支援装置に関し、大腿支持部と、下腿支持部と、足支持部からなる脚部がリンク機構で構成される動作支援装具を一つのアクチュエータで動作させて歩行支援を行う歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
加齢や疾病によって下肢の筋力が低下すると、歩行障害や高さがある障害物や段差を乗り越えるときに足を引っ掛けたりして転倒するケースが多くなり、安全に日常生活を送ることが困難となる。そのため、歩行補助装置（特許文献１参照）や自立歩行支援機（特許文献２参照）が提案されているが、筋力補助を行う関節に対して一つ以上のアクチュエータが必要である。
【特許文献１】特開２００３−１３５５４３号公報
【特許文献２】特開２００４−２６１６２２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、以上の技術によれば、筋力補助を行う膝や足首などの各関節に対して一つ以上のアクチュエータを配置するため、筋力補助を行う関節数が増えるに従って重量が増加し、コストも高くなる。また、制御面においても複数のアクチュエータを適切に制御するとともに、装着者に身体的な危害を加えないようにハード面においても安全性の確保が不可欠となる。そこで、この発明は一つのアクチュエータで股関節と、膝関節と、足関節の筋力補助を行うことで、装着者の通常歩行時の膝と足首の動きをほぼ実現する歩行支援装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記課題を解決するために、装着者に装着される動作支援装具１と、この動作支援装具１に取付けられたアクチュエータ２と、このアクチュエータ２に電流を供給する駆動電流生成手段４と、この駆動電流生成手段４に指令信号を発信して、前記アクチュエータ２に動力を発生させる制御装置５と、からなる歩行支援装置であって、前記動作支援装具１は、装着者の大腿の上端付近に装着される支持体３と、この支持体３に設けた支持軸31と、この支持軸31に一端が連結され、装着者の大腿に沿って装着される、装着者の大腿の長さと概ね等しい長さの大腿支持部リンク17と、この大腿支持部リンク17の他端に設けた連結軸36と、この連結軸36に一端が連結され、装着者の下腿に沿って装着される、装着者の下腿の長さと概ね等しい長さの下腿支持部リンク23と、この下腿支持部リンク23の他端に設けた連結軸38と、この連結軸38に前部が連結され、装着者の足に装着される足支持部25と、を備え、前記アクチュエータ２は、その出力軸30が、前記支持軸31の後方斜め上側に位置するように、前記支持体３に取付けられており、前記動作支援装具１は、前記出力軸30に一端が固定された大腿支持部リンク11と、この大腿支持部リンク11の他端に設けた連結軸32と、この連結軸32に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された大腿支持部リンク18と、前記連結軸32に一端が連結され、他端が前方斜め上方に向かう大腿支持部リンク12と、この大腿支持部リンク12の他端に設けた連結軸33と、この連結軸33に一端が連結され、前記支持軸31に他端が連結された大腿支持部リンク15と、前記連結軸33に一端が連結され、前記支持軸31の上方を通り、他端が前方斜め下方に向かう大腿支持部リンク13と、この大腿支持部リンク13の他端に設けた連結軸34と、この連結軸34に一端が連結され、前記支持軸31に他端が連結された大腿支持部リンク14と、前記連結軸34に一端が連結され、前記大腿支持部リンク17と略平行で前記大腿支持部リンク17と概ね同じ長さの大腿支持部リンク16と、この大腿支持部リンク16の他端に設けた連結軸35と、この連結軸35に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された、前記大腿支持部リンク14と略平行で前記大腿支持部リンク14と概ね同じ長さの下腿支持部リンク20と、前記連結軸35に一端が連結され、前記連結軸38に他端が連結された下腿支持部リンク22と、前記連結軸32に一端が連結され、前記大腿支持部リンク18よりも後方に位置する大腿支持部リンク19と、この大腿支持部リンク19の他端に設けた連結軸37と、この連結軸37に一端が連結され、前記連結軸36に他端が連結された、前記下腿支持部リンク20と概ね同じ長さの下腿支持部リンク21と、前記連結軸37に一端が連結され、前記足支持部25の後部に他端が連結された、前記下腿支持部リンク23と略平行な下腿支持部リンク24と、をさらに備え、この下腿支持部リンク24の前記他端は、前記足支持部25の後部に上下方向にスライド自在に設けた連結軸39に連結されており、前記出力軸30が回転すると、前記大腿支持部リンク12と前記大腿支持部リンク18が連動して動くことで、前記支持軸31を支点として、前記大腿支持部リンク14と前記大腿支持部リンク16と前記下腿支持部リンク20と前記大腿支持部リンク17からなる略平行四辺形の四節リンクが動作し、前記連結軸36が前記支持軸31を中心として、前記大腿支持部リンク17を半径とする一定の円弧運動を行うとともに、前記大腿支持部リンク19が前記出力軸30の回転に連動して動くことで、前記連結軸36の動きに連動しながら前記連結軸36を基準として、前記下腿支持部リンク21と前記下腿支持部リンク23と前記足支持部25と前記下腿支持部リンク24からなる四節リンクが動作することで、前記連結軸38が楕円運動を行うように構成した、歩行支援装置を提案する。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によって、一つのアクチュエータで股関節と、膝関節と、足関節の筋力補助を行うことで、装着者の通常歩行時の膝と足首の動きをほぼ実現する歩行支援装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態における歩行支援装置の全体図である。歩行支援装置は、大腿支持部と下腿支持部と足支持部からなる脚部を構成する動作支援装具1と、上記動作支援装具1を動作させる一つのアクチュエータ2と、上記アクチュエータ2に動力を発生させるための指令信号を生成する制御装置5と、電流を上記アクチュエータ2に供給する駆動電流生成手段4を備える。
【００１１】
図２の動作支援装具1では、支持体3にはアクチュエータ2と支持軸31が固定されている。今回はアクチュエータ2としてDCモータを用いている。装着者の大腿に大腿支持部を構成している四節リンク右側の大腿支持部リンク17を、装着者の下腿に下腿支持部を構成している四節リンク左側の下腿支持部リンク23を、装着者の足に足支持部25を図略のベルトにより装着している。大腿支持部リンク17と下腿支持部リンク23の長さは、装着者の大腿と下腿の長さとする。
【００１２】
大腿支持部リンク11の一端はアクチュエータ出力軸30に固定され、もう一端は大腿支持部リンク12と大腿支持部リンク18と大腿支持部リンク19が連結軸32により連結されている。大腿支持部リンク12の残りの一端は大腿支持部リンク13と大腿支持部リンク15が連結軸33により連結されている。大腿支持部リンク13の残りの一端は大腿支持部リンク16と大腿支持部リンク14が連結軸34により連結されている。大腿支持部リンク14の残りの一端と大腿支持部リンク15の残りの一端は支持軸31に連結されている。
【００１３】
大腿支持部リンク17の一端は支持軸31に連結され、もう一端は大腿支持部リンク18の残りの一端と下腿支持部リンク20と下腿支持部リンク23と下腿支持部リンク21が連結軸36により連結されている。大腿支持部リンク16の残りの一端は下腿支持部リンク20の残りの一端と下腿支持部リンク22が連結軸35により連結されている。大腿支持部リンク19の残りの一端と下腿支持部リンク21の残りの一端と下腿支持部リンク24が連結軸37により連結されている。
【００１４】
大腿支持部リンク11がアクチュエータ2によりアクチュエータ出力軸30を中心として回転すると、大腿支持部リンク12と大腿支持部リンク18が連動して動くことで、支持軸31を支点として、大腿支持部リンク14と大腿支持部リンク16と大腿支持部リンク20と大腿支持部リンク17からなる四節リンクが動作することで、連結軸36は支持軸31を中心、大腿支持部リンク17を半径として一定の円弧運動を行う。
【００１５】
また、足支持部25は下腿支持部リンク22の残りの一端と下腿支持部リンク23の残りの一端が連結軸38により連結されている。下腿支持部リンク24の残りの一端は足支持部25に備える可動式の機構に連結軸39により連結されている。
【００１６】
大腿支持部リンク11がアクチュエータ2によりアクチュエータ出力軸30を中心として回転すると、大腿支持部リンク19が連動して動くことで、連結軸36自身の動きに連動しながら連結軸36を基準として、下腿支持部リンク21と下腿支持部リンク23と足支持部25と下腿支持部リンク24からなる四節リンクが動作することで、連結軸38は楕円運動を行う。
【００１７】
図３の動作支援装具1の動作の状態では、大腿支持部リンク17と下腿支持部リンク23がほぼ直線となる立脚期において装着者と動作支援装具1が分担して体を支えており、もう一方の脚が前に動くのに従って地面から足支持部25の踵部分が浮いた後に全体が離れ、遊脚期を経て再び地面に着地して立脚期となる。
【００１８】
図４の足支持部25では、歩行時のバランスをとるために装着者のつま先部分は足支持部25で支持されていない。また、遊脚期の初期は踵を後ろに持ち上げるために下腿支持部リンク24が上に移動するために、連結軸39は足支持部25に備える可動式の機構上部に接する。足関節の筋力低下によりつま先が下がると足支持部25に備える可動式の機構下部に連結軸39が接するので、それ以上つま先が下がるのを防止する。スプリング26は連結軸39が滑らかにそして安定して可動するために用いている。
【００１９】
制御装置5では、装着者の歩行周期を予め調べておき、左右の脚の位相差を考慮して指令信号を生成する。今回はパーソナルコンピュータを用いているが、マイコン等を用いることで支持体3に配置することも可能である。
【００２０】
駆動電流生成手段4では、制御装置5からの指令信号が入力されると、この指令に基づいて駆動電流を生成して、アクチュエータ2に供給することで動作支援装具1を動作させる。
【００２１】
人の歩行パターンは決まっており、そのパターンで歩行したときには違和感を受けない。図５に動作支援装具1の装着時と通常歩行時における装着者の膝と足首の軌道を示す。図５より、膝に関してはよく一致しており、足首についてもほぼ一致していることから、動作支援装具1は装着者の通常歩行時の膝と足首の動きをほぼ実現することができる。また、歩行パターンの差異に起因する違和感はほとんどない。
【００２２】
人の歩行は，腸腰筋による大腿の屈曲と大殿筋による屈伸が繰り返されている。図６に動作支援装具1の装着時と通常歩行時における装着者の腸腰筋の筋電位を示す。図６より、装具を装着することで生じる筋電位が通常歩行時の約20％まで減少しており、動作支援装具1により腸腰筋の筋力補助がなされている。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明に係る歩行支援装置の全体図である。
【図２】動作支援装具を示した図である。
【図３】動作支援装具の動作の状態を示した図である。
【図４】足支持部を示した図である。
【図５】動作支援装具装着時と通常歩行時の膝と足首の軌道を示した図である。
【図６】動作支援装具装着時と通常歩行時における装着者の筋電位を示した図である。
【符号の説明】
【００２４】
１ 動作支援装具
２ アクチュエータ
３ 支持体
４ 駆動電流生成手段
５ 制御装置
１１ 大腿支持部リンク11
１２ 大腿支持部リンク12
１３ 大腿支持部リンク13
１４ 大腿支持部リンク14
１５ 大腿支持部リンク15
１６ 大腿支持部リンク16
１７ 大腿支持部リンク17
１８ 大腿支持部リンク18
１９ 大腿支持部リンク19
２０ 下腿支持部リンク20
２１ 下腿支持部リンク21
２２ 下腿支持部リンク22
２３ 下腿支持部リンク23
２４ 下腿支持部リンク24
２５ 足支持部
２６ スプリング
３０ アクチュエータ出力軸
３１ 支持軸
３２ 連結軸32
３３ 連結軸33
３４ 連結軸34
３５ 連結軸35
３６ 連結軸36
３７ 連結軸37
３８ 連結軸38
３９ 連結軸39
【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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