(57)【要約】【課題】補助リンクを復元可能なリンク構造を有する歩行支援装置を提供する【解決手段】本発明にかかる歩行支援装置の関節部は、上腿装着部が連結される第１のリンクと、下腿装着部が連結され、第１のリンクの一端と回転可能に一端が連結される第２のリンクと、第１のリンクの他端と回転可能に一端が連結される第３のリンクと、第２のリンクの他端と回転可能に一端が連結されると共に、第３のリンクの他端と回転可能に連結される第４のリンクと、第１のリンクの一端と第２のリンクの一端とを連結する関節軸と、第１のリンクの他端と第３のリンクの一端とを連結し、アクチュエータに接続された駆動軸と、第２のリンクに形成された、ユーザの膝正面方向に凸に湾曲した形状の湾曲部と、湾曲部と第４のリンクとの間に配置され、第４のリンクを復元するための復元補助手段と、を有するものである。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの下肢に装着される歩行支援装置において、
前記ユーザの上腿部に装着される上腿装着部と、
前記ユーザの下腿部に装着される下腿装着部と、
前記上腿装着部及び前記下腿装着部が連結される、４節リンク機構を含む関節部と、を備え、
前記関節部は、
前記上腿装着部が連結される第１のリンクと、
前記下腿装着部が連結され、前記第１のリンクの一端と回転可能に一端が連結される第２のリンクと、
前記第１のリンクの他端と回転可能に一端が連結される第３のリンクと、
前記第２のリンクの他端と回転可能に一端が連結されると共に、前記第３のリンクの他端と回転可能に連結される第４のリンクと、
前記第１のリンクの一端と前記第２のリンクの一端とを連結する関節軸と、
前記第１のリンクの他端と前記第３のリンクの一端とを連結し、アクチュエータに接続された駆動軸と、
前記第２のリンクに形成された、ユーザの膝正面方向に凸に湾曲した形状の湾曲部と、
前記湾曲部と前記第４のリンクとの間に配置され、前記第４のリンクを復元するための復元補助手段と、を有する、歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの下肢に装着して使用する歩行支援装置に関し、特に関節部分の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユーザの下肢に装着して歩行支援する歩行支援装置であって、上腿部と下腿部とにそれぞれ固定し、膝関節に伝達される動力により当該関節部を駆動するものがある。
【０００３】
特許文献１には、動力付き歩行支援装置が記載されている。図８は、動力付き歩行支援装置４００を示す図である。動力付き歩行支援装置４００は、固定リンク４１１、入力リンク４１２、出力リンク４１３、及び中間リンク４１４を有し、これらは順次回転自在に連結された閉リンク機構として構成される。固定リンク４１１及び出力リンク４１３は、それぞれユーザの下肢の上腿部及び下腿部に固定される膝リンクである。入力リンク４１２及び中間リンク４１４は、固定リンク４１１及び出力リンク４１３を補助するための補助リンクである。入力リンク４１２は、入力軸４１５を介してアクチュエータに接続され、アクチュエータの動力により、膝リンクを屈伸させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−２３２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の歩行支援装置においては通常、膝リンクが屈折している際には、補助リンクはユーザの膝正面方向の反対方向に屈折する。しかしながら、図８（ｂ）のように、例えば外力がかかることにより、膝リンクが屈折している際に、補助リンクが本来の屈折方向とは逆の、ユーザの膝正面方向に屈折してしまうことがある。
【０００６】
本発明は、補助リンクを復元可能なリンク構造を有する歩行支援装置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】
【０００７】
本発明にかかる歩行支援装置は、ユーザの下肢に装着される歩行支援装置において、ユーザの上腿部に装着される上腿装着部と、ユーザの下腿部に装着される下腿装着部と、上腿装着部及び下腿装着部が連結される、４節リンク機構を含む関節部と、を備える。関節部は、上腿装着部が連結される第１のリンクと、下腿装着部が連結され、第１のリンクの一端と回転可能に一端が連結される第２のリンクと、第１のリンクの他端と回転可能に一端が連結される第３のリンクと、第２のリンクの他端と回転可能に一端が連結されると共に、第３のリンクの他端と回転可能に連結される第４のリンクと、第１のリンクの一端と第２のリンクの一端とを連結する関節軸と、第１のリンクの他端と第３のリンクの一端とを連結し、アクチュエータに接続された駆動軸と、第２のリンクに形成された、ユーザの膝正面方向に凸に湾曲した形状の湾曲部と、湾曲部と第４のリンクとの間に配置され、第４のリンクを復元するための復元補助手段と、を有するものである。
【０００８】
これにより、補助リンクが本来の屈折方向とは逆の、ユーザの膝正面方向に屈折した場合に、補助リンクを復元することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明にかかる技術によれば、補助リンクを復元することが可能な歩行支援装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】一般の歩行支援装置の概略を示す図である。
【図２】一般の歩行支援装置の関節部を示す図である。
【図３】一般の歩行支援装置の第４のリンクの可動範囲を示す図である。
【図４】本実施の形態にかかるリンク構造を示す図である。
【図５】ユーザが膝を伸ばした状態での、本実施の形態にかかるリンク構造を示す図である。
【図６】本実施の形態にかかるリンク構造の補助リンクが逆方向に屈折した状態を示す図である。
【図７】本実施の形態にかかる第４のリンクの可動範囲を示す図である。
【図８】一般の動力付き歩行支援装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。本発明は、動力付きの歩行支援装置に適応されるものである。
【００１２】
本願発明を説明するため、まず、一般の歩行支援装置について説明する。図１は、一般の歩行支援装置の概略を示す図である。歩行支援装置１００は、ユーザの上腿部に装着するための上腿装着部２００と、上腿装着部２００と接続された関節部３００と、関節部３００と接続され、ユーザの下腿部に装着するための下腿装着部４００とを有し、アクチュエータからの出力により、ユーザの膝関節の屈伸運動を補助し、歩行を支援するものである。
【００１３】
上腿装着部２００は、ユーザの上腿部前面に装着する前面保持部２１０と、ユーザの上腿部後面に装着する後面保持部２２０とを有する。前面保持部２１０及び後面保持部２２０は、いずれも板状部材であって、ユーザの上腿部の外周形状に倣うように湾曲した形状とされている。また、前面保持部２１０及び後面保持部２２０の湾曲形状の内側は、スポンジ等の緩衝材が設けられていることが望ましい。
【００１４】
関節部３００は、ユーザの膝関節の屈伸にあわせ、上腿装着部２００に反力をとって、アクチュエータの出力を下腿装着部４００に伝達する。下腿装着部４００は、膝装着部４１０と、下腿リンク４２０と、足搭載部４３０とを有する。膝装着部４１０は、ユーザの膝下、すなわち下腿部に装着されるものである。膝装着部４１０は、湾曲形状であって、ユーザに接触する部分には緩衝材が設けられていることが望ましい。
【００１５】
下腿リンク４２０は、関節部３００と、足搭載部４３０とを接続する。足搭載部４３０は、踵保持部４４０と足裏保持部４５０とを有する。踵保持部４４０は、ユーザの踵を覆う形状であって、ユーザの踵に接することにより、ユーザの踵を固定するためのものである。足裏保持部４５０は、板状形状であって、ユーザの足が置かれるものである。
【００１６】
図２は、歩行支援装置１００の関節部３００を示す図である。関節部３００は、リンク構造３１０を有する。リンク構造３１０は、第１のリンク３２０と、第２のリンク３３０と、第３のリンク３４０と、第４のリンク３５０とを有する。ちなみに、本実施の形態では説明を簡潔にするために、第２のリンク３３０との接続部の中心と、第３のリンク３４０の接続部の中心とを結んだ直線部分を第１のリンク３２０と規定している。
【００１７】
第１のリンク３２０は、上腿装着部２００と接続されている。第２のリンク３３０は、下腿装着部４００と接続され、第１のリンク３２０の一端と膝軸３６０を介して一端が接続されている。第３のリンク３４０は、第１のリンク３２０の他端とアクチュエータに接続された駆動軸３７０を介して、一端が接続されている。第４のリンク３５０は、第２のリンク３３０の他端と支持軸３９０を介して一端が接続されると共に、第３のリンク３４０の他端と補助軸３８０を介して他端が接続されている。つまり、本実施の形態のリンク構造３１０は４節リンク構造を有し、第１のリンク３２０と第２のリンク３３０とで膝リンクを成し、第３のリンク３４０と第４のリンク３５０とで補助リンクを成す。
【００１８】
歩行支援装置１００を装着したユーザが膝を曲げた際、膝リンクである第１のリンク３２０及び第２のリンク３３０は、ユーザの膝正面方向に屈折する。補助リンクである第３のリンク３４０と、第４のリンク３５０とは、ユーザの膝正面とは反対方向に屈折する。
【００１９】
ユーザが膝を伸ばすと、リンク構造３１０は、補助リンクである第３のリンク３４０と、第４のリンク３５０とが直線状になり、セルフロック状態となる。この際、第２のリンク３３０が有するストッパー３３１と、第４のリンク３５０が有するストッパー３５１とが接触する。これにより、補助リンクである第３のリンク３４０と、第４のリンク３５０とが、外力によりユーザの膝正面方向に屈折することを防ぎ、また、リンク構造３１０は構造的に固定される。
【００２０】
リンク構造３１０のセルフロックの制御は、アクチュエータからの出力により第３のリンク３４０を介して、第４のリンク３５０を、支持軸３９０を中心として回転させることにより行われる。図３は、第４のリンクの可動範囲を示す図である。図３において、直線Ｌ１は、第２のリンク３３０のストッパー３３１と第４のリンク３５０のストッパー３５１とが接する際、すなわちメカリミットの際の、支持軸３９０の中心点Ｏと、第４のリンク３５０のストッパー３５１の点Ｐとを結んだものである。
直線Ｌ２は、ストッパー３３１及びストッパー３５１が設けられていない場合に、アクチュエータの出力により、第４のリンク３５０を膝正面方向とは逆方向に制御可能な限界位置まで、第４のリンク３５０を膝正面方向に回転させた際の、支持軸３９０の中心点Ｏと、第４のリンク３５０のストッパー３５１の点Ｐとを結んだもの、即ち、アクチュエータにおける第４のリンク３５０の膝正面方向側での制御限界位置である。
【００２１】
図３に示すように、リンク構造３１０においては、第４のリンク３５０がメカリミットの位置まで回転しても、第４のリンク３５０が制御可能であるよう、即ち第４のリンク３５０を膝正面方向とは逆方向に復帰させることができるように、アクチュエータにおける第４のリンク３５０に膝正面方向側での制御限界位置よりも、手前にリミットが設定されている。
【００２２】
そのため、リンク構造３１０では、結果として膝の伸展状態時に、第２のリンク３３０のストッパー３３１と、第４のリンク３５０のストッパー３５１との間隔が狭く、膝の屈伸運動により、第２のリンク３３０と第４のリンク３５０とが頻繁に接触してしまう。
【００２３】
このように、第２のリンク３３０と第４のリンク３５０とが接触することにより衝撃が発生するため、第２のリンク３３０に、より強い耐久性が要求され、結果としてリンク構造３１０の重量が増加するという問題がある。さらに、第２のリンク３３０と第４のリンク３５０とが接触することにより、ユーザに違和感を与えるため、できるだけ接触しないほうがよい。
【００２４】
そこで、本実施の形態にかかるリンク構造はアクチュエータの出力の増加を抑制しつつ、第２のリンク３３０と第４のリンク３５０との接触を抑制するものである。
【００２５】
図４は、本実施の形態にかかるリンク構造１０を示す図である。リンク構造１０は、歩行支援装置に適用されるものであり、該歩行支援装置は、例えば、図１に示す歩行支援装置１００と同様に、上腿装着部２００と、関節部３００と、下腿装着部４００とを有するが、関節部３００の有するリンク構造３１０に換えて、リンク構造１０を有する。
【００２６】
リンク構造１０は、第１のリンク１１と、第２のリンク１２と、第３のリンク１３と、第４のリンク１４と、膝軸１５と、アクチュエータ軸１６と、補助軸１７と、支持軸１８と、復元補助機構１９とを有する。
【００２７】
第１のリンク１１は、ユーザの上腿部に装着するための上腿装着部２００（図１）と接続されている。本実施の形態では、説明を簡潔にするために、第２のリンク１２との接続部分と第３のリンク１３との接続部分とを結んだ直線部分を第１のリンク１１と規定しているが、第１のリンクを成す部材は、アクチュエータ軸１６に回転可能に接続されたフランジ１６１である。
【００２８】
第２のリンク１２は、ユーザの下腿部に装着するための下腿装着部４００（図１）と接続され、第１のリンク１１の一端と膝軸１５を介して一端が接続されている。第２のリンク１２は、ユーザの膝正面方向に凸に湾曲した形状の湾曲部２０を有する。これにより、膝の伸展状態時における、第２のリンク１２のストッパー１２１と、第４のリンク１４のストッパー１４１の間隔は、一般的なリンク構造３１０における第２のリンク３３０のストッパー３３１と、第４のリンク３５０のストッパー３５１との間隔より広くなる。そのため、補助リンク２３が外力等により膝正面方向に屈折しても、第２のリンク１２のストッパー１２１と、第４のリンク１４のストッパー１４１との接触を抑制することができる。
【００２９】
第３のリンク１３は、第１のリンク１１の他端とアクチュエータ２１に接続されたアクチュエータ軸１６を介して、一端が接続されている。
【００３０】
第４のリンク１４は、第２のリンク１２の他端と支持軸１８を介して一端が接続されると共に、第３のリンク１３の他端と補助軸１７を介して他端が接続されている。
【００３１】
つまり、リンク構造１０は、４節リンク構造をなし、第１のリンク１１と、第２のリンク１２とで膝リンク２２を成し、第３のリンク１３と第４のリンク１４とで補助リンク２３を成す。
【００３２】
アクチュエータ２１は、アクチュエータ軸１６を回転させるための動力を発生させ、アクチュエータ軸１６はアクチュエータ２１からの動力により回転する軸である。このアクチュエータ軸１６からの動力が第３のリンク１３に伝達され、リンク構造１０が動作する。
【００３３】
膝軸１５は、補助リンク２３と連動して動作する。膝軸１５により接続された第１のリンク１１と第２のリンク１２とが屈伸することにより、歩行支援装置１全体が動作する。
【００３４】
補助リンク２３は、アクチュエータ軸１６と連動して動作する。補助リンク２３が動作することにより、第１のリンク１１及び第２のリンク１２が動作する。
【００３５】
復元補助機構１９は、湾曲部２０と第４のリンク１４との間に配置され、外力がかかっていない場合に、第４のリンク１４を、アクチュエータ２１の出力により制御可能な位置まで復元するものである。復元補助機構１９は、例えばばねやゴムのような弾性体、又は磁石を利用して構成される。本実施の形態においては、一例として、復元補助機構１９は、ばね２５により構成されているものとして説明する。
【００３６】
図５は、ユーザが膝を伸ばした状態での、リンク構造１０を示す図である。この際、第４のリンク１４は、下腿リンク４２０（図１）とほぼ平行であり、セルフロックされている状態となる。ばね２５は、図５に示す状態の際に、自然長となるように設けられ、一端が膝軸側、すなわち第２のリンク１２の湾曲部２０に接続され、ばね２５の他端は、自由端とされている。
【００３７】
図６は、リンク構造１０の補助リンク２３が、アクチュエータ２１のオ−バーシュートや、ユーザの動作により発生した外力により、膝正面方向、すなわち正常な方向とは逆方向に屈折した状態を示す図である。復元補助機構１９のばね２５は、補助リンク２３が逆方向に屈折している状態で、ばね２５の復元力が、例えば、第４のリンク１４の長手方向とほぼ垂直に作用するよう配置されている。但し、ばね２５は、補助リンク２３が逆方向に屈折した際に、補助リンク２３を膝正面方向とは逆方向に押し戻すように配置されていればよい。
【００３８】
図７は、リンク構造１０の補助リンク２３が逆方向に屈折する際の、第４のリンク１４の可動範囲を示す図である。直線Ｌ４は、ばね２５により、第４のリンク１４が押し戻された際の第４のリンク１４の点Ｐ′と、支持軸１８の中心点Ｏ′とを結んだものを示す。直線Ｌ５は、第４のリンク１４を膝正面方向とは逆方向に制御可能な限界位置までアクチュエータ２１により第４のリンク１４を膝正面方向に回転させた際の第４のリンク１４の点Ｐ′と、支持軸１８の中心点Ｏ′とを結んだものを示す。直線Ｌ６は、第４のリンク１４がメカリミットにある際の第４のリンク１４の点Ｐ′と、支持軸１８の中心点Ｏ′とを結んだものを示す。
【００３９】
図７に示すように、復元補助機構１９は、第４のリンク１４をアクチュエータ２１による第４のリンク１４を制御可能な位置まで復元させる。よって、本実施の形態にかかるリンク構造１０は、膝の伸展状態時における、第２のリンク１２のストッパー１２１と、第４のリンク１４のストッパー１４１との間隔が、図２に記載の一般的なリンク構造３１０における第２のリンク３３０のストッパー３３１と、第４のリンク３５０のストッパー３５１との間隔よりも広くなっているが、復元補助機構１９により、逆方向に屈折した補助リンク２３の復元が可能となる。また、復元補助機構１９により、第４のリンク１４をアクチュエータ２１による制御可能な位置まで復元させるため、図２に記載の一般的なリンク構造３１０におけるアクチュエータの可動範囲に比べて、本実施の形態にかかるアクチュエータ２１の可動範囲を広げる必要がないために、アクチュエータ出力の増加を抑制することが可能となる。よって、アクチュエータの出力増加による、リンク構造１０の質量の増加を抑制することが可能である。
【００４０】
本実施の形態にかかるリンク構造１０は、湾曲部２０及び復元補助機構１９を設けることにより、第４のリンク１４が第２のリンク１２と接触する機会を少なくし、かつ、補助リンク２３が逆方向に屈折した場合に復元可能とした構成である。これにより、第２のリンク１２の強度を上げることなく、また、アクチュエータの出力を増加させることなく、補助リンク２３の逆方向の屈折を復元することができる。しかも、使用時のユーザの快適性を向上させることができる。
【００４１】
本発明は上述した実施の形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは勿論である。
【符号の説明】
【００４２】
１  歩行支援装置
１０  リンク構造
１１  第１のリンク
１２  第２のリンク
１３  第３のリンク
１４  第４のリンク
１５  膝軸
１６  アクチュエータ軸
１７  補助軸
１８  支持軸
１９  復元補助機構
２０  湾曲部
２１  アクチュエータ
２２  膝リンク
２３  補助リンク
２５  ばね
１００  歩行支援装置
１２１  ストッパー
１４１  ストッパー
１６１  フランジ
２００  上腿装着部
２１０  前面保持部
２２０  後面保持部
３００  関節部
３１０  リンク構造
３２０  第１のリンク
３３０  第２のリンク
３３１  ストッパー
３４０  第３のリンク
３５０  第４のリンク
３５１  ストッパー
３６０  膝軸
３７０  アクチュエータ軸
３８０  補助軸
３９０  支持軸
４００  下腿装着部
４１０  膝装着部
４１１  固定リンク
４１２  入力リンク
４１３  出力リンク
４１４  中間リンク
４１５  入力軸
４２０  下腿リンク
４３０  足搭載部
４４０  踵保持部
４５０  足裏保持部
【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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【図７】
2013138784.tif 000009
【図８】
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