(57)【要約】【課題】消費電力のより少ない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１は、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他端が連結される第４のリンクと、第２のリンクに形成された、湾曲部と、第４のリンクを復元するための復元補助手段と、を有し、セルフロック可能な４節リンク機構を含む関節部と、第３のリンクと第４のリンクとで成す角度が、１８０°以上であることを検出する検出部と、検出部の検出結果に基づいて、電源供給を遮断する電源遮断部と、を備える。【選択図】図２
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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であって、
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他端が連結される第４のリンクと、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、を有し、セルフロック可能な４節リンク機構を含む関節部と、
前記第３のリンクと前記第４のリンクとで成す角度であって、前記４節リンク機構の内角を成す角度が、１８０°以上であることを検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に基づいて、電源供給を遮断する電源遮断部と、
を備える歩行支援装置。
【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に記載の技術では、アクチュエータの動力により歩行支援装置を稼働させる。一般に、アクチュエータは、歩行支援装置に搭載された電源装置から供給される電力を利用する。歩行支援装置は、長時間稼働可能であることが望ましいが、歩行支援装置は、装着したユーザと共に移動するため、搭載された電源装置から供給される電力しか使用できない。
【０００６】
歩行支援装置に搭載可能な電源装置の電源容量は限られており、従って、歩行支援装置は、稼働時の消費電力を抑えなくてはならないという問題があった。
【０００７】
本発明は、消費電力のより少ない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】
【０００８】
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であって、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他端が連結される第４のリンクと、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、を有し、セルフロック可能な４節リンク機構を含む関節部と、前記第３のリンクと前記第４のリンクとで成す角度であって、前記４節リンク機構の内角を成す角度が、１８０°以上であることを検出する検出部と、前記検出部の検出結果に基づいて、電源供給を遮断する電源遮断部と、を備える。
【０００９】
これにより、消費電力のより少ない歩行支援装置を提供することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明にかかる技術によれば、消費電力のより少ない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】
【００１１】
【図１】実施の形態にかかる歩行支援装置を示す図である。
【図２】実施の形態にかかる歩行支援装置の制御系の構成のブロック図を示す。
【図３】実施の形態にかかる関節部を詳細に示す図である。
【図４】実施の形態にかかる補助リンクが屈折した場合の関節部を示す図である。
【図５】実施の形態にかかるロック検知センサの検出範囲を示す図である。
【図６】実施の形態にかかるロック検知センサの検出範囲を示す図である。
【図７】実施の形態にかかる電源遮断部の制御を示す図である。
【図８】従来の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】
【００１２】
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。
【００１３】
本実施の形態の歩行支援装置１は、図１乃至図３に示すように、上腿装着部２０と、関節部３０と、下腿装着部４０と、膝装着部５０と、駆動部６０と、荷重検出センサ７０と、角度検出センサ８０と、姿勢検出センサ９０と、ロック検出センサ（検出部）１００と、制御部１１０と、電源装置１２０と、を有する。歩行支援装置１は、駆動部６０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。
【００１４】
上腿装着部２０は、ユーザの上腿部に装着される。上腿装着部２０は、上腿リンク２１、前面保持部２２と、後面保持部２３と、を有する。上腿リンク２１は、ユーザの上腿の側方に配置される。上腿リンク２１の下端部は、関節部３０を介して下腿装着部４０と連結されている。上腿リンク２１の上端部には、前面保持部２２が設けられている。また、上腿リンク２１の長手方向の略中間部分には、後面保持部２３が設けられている。
【００１５】
前面保持部２２は、ユーザの上腿部前面に接触する。前面保持部２２は、例えば板状部材であって、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。前面保持部２２の内側面には、スポンジ等の緩衝材が設けられていることが望ましい。
【００１６】
後面保持部２３は、ユーザの上腿部後面に接触する。後面保持部２３は、例えば上腿リンク２１にユーザの前後方向に回転可能に設けられている。これにより、前面保持部２２と共に、ユーザの上腿部を挟み込んで、上腿装着部２０をユーザの上腿に固定できる。後面保持部２３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。後面保持部２３の内側面には、スポンジ等の緩衝材が設けられていることが望ましい。
【００１７】
関節部３０は、歩行支援装置１の膝関節を成す。関節部３０は、４節リンク機構３１と、復元補助機構３２と、を有する。関節部３０は、ユーザの膝関節の屈伸にあわせ、上腿装着部２０に反力をとって、駆動部６０の出力を、４節リンク機構３１を介して下腿装着部４０に伝達する。なお、関節部３０の構成については後述する。
【００１８】
下腿装着部４０は、下腿リンク４１と、足搭載部４２と、を有する。下腿リンク４１は、ユーザの下腿の側方に配置される。下腿リンク４１の上端部は、関節部３０と連結されている。下腿リンク４１の下端部は、足搭載部４２と連結されている。
【００１９】
足搭載部４２は、ユーザの足を支持する。足搭載部４２は、下腿リンク４１に対して回転可能に連結されている。本実施の形態の足搭載部４２は、踵保持部４２ａと、足裏保持部４２ｂと、を有する。踵保持部４２ａ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４２ｂは、板状形状であって、ユーザの足が置かれるものである。
【００２０】
膝装着部５０は、ユーザの膝近傍に装着される。膝装着部５０は、関節部３０に設けられている。つまり、膝装着部５０は、関節部３０をユーザの膝近傍に固定する。なお、膝装着部５０の構成は、歩行支援装置１をユーザの膝近傍に固定できる構成であれば、特に限定されない。
【００２１】
駆動部６０は、関節部３０に駆動力を伝達する。つまり、駆動部６０は、膝関節を駆動する。駆動部６０は、駆動モータ６１と、減速機６２と、を有する。駆動モータ６１は、制御部１１０の制御信号に基づいて駆動する。駆動モータ６１の駆動力は、減速機６２に入力される。
【００２２】
減速機６２は、駆動モータ６１から入力される駆動力を増幅して関節部３０に伝達する。これにより、下腿装着部４０が上腿装着部２０に対してユーザの前後方向に回転駆動する。
【００２３】
荷重検出センサ７０は、ユーザの足裏に作用する荷重を検出する。荷重検出センサ７０は、足搭載部４２の足裏保持部４２ｂに設けられる。荷重検出センサ７０としては、一般的な荷重検出センサを用いることができる。ユーザの歩行に伴って、ユーザの足裏から足搭載部４２の足裏保持部４２ｂに伝達される荷重は増加したり、減少したりするが、荷重検出センサ７０は当該荷重を検出して、検出信号を制御部１１０に出力する。
【００２４】
角度検出センサ８０は、関節部３０に設けられており、上腿装着部２０に対する下腿装着部４０の回転角度を検出する。角度検出センサ８０は、検出信号を制御部１１０に出力する。角度検出センサ８０としては、一般的な角度検出センサを用いることができ、例えばエンコーダ等を用いることができる。
【００２５】
姿勢検出センサ９０は、上腿装着部２０に設けられており、地面に対する上腿装着部２０の角度を検出する。姿勢検出センサ９０は、検出信号を制御部１１０に出力する。姿勢検出センサ９０としては、一般的な姿勢検出センサ９０を用いることができ、例えばジャイロセンサ等を用いることができる。
【００２６】
ロック検出センサ１００は、詳細は後述するが、４節リンク機構３１の第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とで成す角度であって、４節リンク機構３１の内角を成す角度θ１が１８０°以上となったことを検出し、検出信号を制御部１１０に出力する。
【００２７】
制御部１１０は、一般的な歩行支援装置と同様に、荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０及び姿勢検出センサ９０の検出信号に基づいて、駆動部６０の駆動モータ６１を制御する制御信号を生成し、当該制御信号に基づいてユーザの歩行を支援するように駆動モータ６１を制御する。なお、本実施の形態においては、制御部１１０の駆動モータ６１の制御は本質的部分ではないので、説明を省略するが、一般的な歩行支援装置と同様に実施することができる。
【００２８】
この制御部１１０は、詳細は後述するが、ロック検出センサ１００の検出信号に基づいて、電源装置１２０から駆動モータ６１や各種センサへの電源供給を遮断する電源遮断部１１０ａを有する。
【００２９】
電源装置１２０は、歩行支援装置１の電力源である。電源装置１２０は、例えば一般的なバッテリ等を有し、制御部１１０を介して駆動モータ６１や各種センサへ電源を供給する。
【００３０】
次に、関節部３０の構成について説明する。関節部３０は、図３に示すように、４節リンク機構３１を有する。４節リンク機構３１は、第１のリンク３１１と、第２のリンク３１２と、第３のリンク３１３と、第４のリンク３１４と、を有する。
【００３１】
第１のリンク３１１は、上腿装着部２０と連結されている。本実施の形態の第１のリンク３１１は、上腿装着部２０の下端部が連結される突出片３１１ａを備えており、突出片３１１ａに上腿装着部２０の下端部が連結される。
【００３２】
第１のリンク３１１の一方の端部は、第２のリンク３１２の一方の端部に回転可能に連結されている。本実施の形態では、当該連結部の回転軸３１５が歩行支援装置１の膝軸とされる。
【００３３】
第１のリンク３１１の他方の端部は、第３のリンク３１３の一方の端部に回転可能に連結されている。本実施の形態では、第３のリンク３１３の一方の端部に駆動部６０からの駆動力が伝達される。
【００３４】
第２のリンク３１２は、下腿装着部４０と連結されている。本実施の形態の第２のリンク３１２は、下腿装着部４０の上端部が連結される突出片３１２ａを備えており、突出片３１２ａに下腿装着部４０の上端部が連結される。
【００３５】
また、第２のリンク３１２は、膝装着部５０と連結されている。本実施の形態の第２のリンク３１２は、膝装着部５０が連結される突出片３１２ｂを備えており、突出片３１２ｂに膝装着部５０が連結される。
【００３６】
第２のリンク３１２の他方の端部は、第４のリンク３１４の一方の端部に回転可能に連結されている。
第３のリンク３１３の他方の端部は、第４のリンク３１４の他方の端部に回転可能に連結されている。
【００３７】
つまり、第１のリンク３１１及び第２のリンク３１２で膝リンクを構成し、第３のリンク３１３及び第４のリンク３１４で補助リンクを構成している。
【００３８】
ここで、各リンクは、以下の関係を満たしている。第１のリンク３１１の長さＬ１と第２のリンク３１２の長さＬ２との和が、第３のリンク３１３の長さＬ３と第４のリンク３１４の長さＬ４との和より長く、且つ第２のリンク３１２の長さＬ２が第３のリンク３１３の長さＬ３より長い。
【００３９】
このような関係を満たすことにより、ユーザの膝が伸展状態で、補助リンクを成す第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とが一直線上、即ち第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とで成し、４節リンク機構３１の内角側の角度θ１が略１８０°となると、ユーザの膝が伸展した状態で４節リンク機構３１をセルフロック状態とすることができる。
【００４０】
ここで、外力等が関節部３０に作用して、第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とで成す角度θ１が所定の角度より大きくならないように、第２のリンク３１２のストッパー３１２ｃと第４のリンク３１４のストッパー３１４ａとが接触する構成とされている。
【００４１】
このとき、相互のストッパーが頻繁に接触すると、ユーザが不快感を抱くため、第２のリンク３１２は、ユーザの膝正面方向に凸に湾曲した形状の湾曲部３１２ｄを有する。これにより、膝の伸展状態時での、第２のリンク３１２のストッパー３１２ｃと、第４のリンク３１４のストッパー３１４ａと、の間隔が広くなり、補助リンクが外力等によりユーザの膝正面方向に屈折（即ち、第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とで成す角度θ１が１８０°以上となった状態）しても、第２のリンク３１２のストッパー３１２ｃと、第４のリンク３１４のストッパー３１４ａとの接触が抑制されている。
【００４２】
このような構成では、補助リンクがユーザの膝正面方向に屈折した際に、第４のリンク３１４は、図４のＮ１で示すように、ストッパー３１４ａが第２のリンク３１２のストッパー３１２ｃに接触する位置まで可動範囲となる。つまり、第４のリンク３１４の可動範囲が広くなり、その結果、駆動モータ６１による制御範囲が広くなり、駆動モータ６１の出力増加を招く。なお、第４のリンク３１４のストッパー３１４ａにおける、第２のリンク３１２のストッパー３１２ｃと接触する位置を点Ｐで示している。
【００４３】
本実施の形態では、第２のリンク３１２と第４のリンク３１４との間に復元補助機構３２を配置し、第４のリンク３１４をユーザの膝正面方向とは逆側に復元させる。これにより、駆動モータ６１の制御範囲を狭くすることができ、駆動モータ６１の出力を低減することができる。
【００４４】
ちなみに、本実施の形態の復元補助機構３２としては、ばねを用いており、一端部が第２のリンク３１２の湾曲部３１２ｄに接続され、他端部が自由端とされている。なお、復元補助機構３２は、第４のリンク３１４に対して復元力を与えることができる構成であれば特に限定されず、例えばゴムや磁石等を用いても良い。
【００４５】
ここで、図４では、復元補助機構３２により、第４のリンク３１４が押し戻された際（即ち復元補助機構３２が略自然長となった状態）の第４のリンク３１４の点Ｐと、第２のリンク３１２と第４のリンク３１４との連結部と、を結んだ直線をＮ２で示している。また、図４では、第４のリンク３１４を膝正面方向とは逆側に制御可能な限界位置まで駆動モータ６１により第４のリンク３１４を膝正面方向に回転させた際の第４のリンク３１４の点Ｐと、第２のリンク３１２と第４のリンク３１４との連結部と、を結んだ直線をＮ３で示している。さらに図４では、４節リンク機構３１がセルフロック状態となった際の第４のリンク３１４の点Ｐと、第２のリンク３１２と第４のリンク３１４との連結部と、を結んだ直線をＮ４で示している。このように、駆動モータ６１により第４のリンク３１４を制御可能な限界位置は、復元補助機構３２により第４のリンク３１４を復元可能な領域内であれば良い。
【００４６】
次に、制御部１１０における、ロック検出センサ１００を用いた電源制御を説明する。上述のような４節リンク機構３１は、第３のリンク３１３と第４のリンク３１４とが成す角度θ１が１８０°以上、即ち補助リンクが折り返し点を超えると、駆動モータ６１の駆動力を４節リンク機構３１に出力しなくても、安定した状態となる。つまり、４節リンク機構３１の補助リンクが折り返し点を超えると、駆動モータ６１の出力を停止することができる。このとき、駆動モータ６１を制御するために各条件を検出している、荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０及び姿勢検出センサ９０等の検出も停止することができる。
【００４７】
本実施の形態の歩行支援装置１は、ロック検出センサ１００によって４節リンク機構３１の補助リンクが折り返し点を超えたことを検出し、検出信号を制御部１１０の電源遮断部１１０ａに出力する。そして、電源遮断部１１０ａは、検出信号に基づいて、駆動モータ６１及び荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０、姿勢検出センサ９０への電源供給を遮断する。これにより、消費電力を低減でき、電源装置１２０を小型化することができる。
【００４８】
ちなみに、歩行支援装置１の全体の制御を司る制御部１１０や故障を検出するための検出センサ等への電源の供給は停止しない。
【００４９】
次に、制御部１１０の電源遮断部１１０ａにおける、ロック検出センサ１００を用いた電源制御を詳細に説明する。ちなみに、図５及び図６では、第４のリンク３１４の角度θ２（図３）が（１）の場合、図４のＮ４で示す第４のリンク３１４の状態であり、第４のリンク３１４の角度θ２が（２）の場合、図４のＮ２で示す第４のリンク３１４の状態であり、第４のリンク３１４の角度θ２が（３）の場合、図４のＮ３で示す第４のリンク３１４の状態であり、第４のリンク３１４の角度θ２が（４）の場合、図４のＮ１で示す第４のリンク３１４の状態である。
【００５０】
復元補助機構３２と第２のリンク３１２との間に、ロック検出センサ１００として荷重検出センサを配置した場合、第４のリンク３１４が（１）の状態から（２）の状態までは、第４のリンク３１４は復元補助機構３２に接触しない。このとき、ロック検出センサ１００が検出する荷重はほぼ０であるので、制御部１１０の電源遮断部１１０ａは４節リンク機構３１の補助リンクが折り返し点を超えていないと判断し、駆動モータ６１及び荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０、姿勢検出センサ９０等への電源供給の遮断を行わない。
【００５１】
一方、第４のリンク３１４が（２）の状態を超えると、第４のリンク３１４は復元補助機構３２を押し込み、それによる荷重をロック検出センサ１００が検出し、検出信号を制御部１１０の電源遮断部１１０ａに出力する。電源遮断部１１０ａは、当該検出信号に基づいて、例えば検出した荷重が予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、当該荷重が閾値以上であると、４節リンク機構３１の補助リンクが折り返し点を超えたと判断し、駆動モータ６１及び荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０、姿勢検出センサ９０等への電源供給を遮断する。
【００５２】
このように４節リンク機構３１がセルフロック状態になる場合としては、例えばユーザの膝が伸展した立脚状態を想定できる。そのため、図７に示すように、歩行支援装置１を装着した側の足が立脚状態となると、駆動モータ６１及び荷重検出センサ７０、角度検出センサ８０、姿勢検出センサ９０等への電源供給を遮断することができ、省電力化に寄与できる。
【００５３】
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。例えば、上記実施の形態では、ロック検出センサ１００として荷重検出センサを用いたが、補助リンクが折り返し点を超えたことを検出することができれば、他の検出センサを用いることができ、例えばタッチセンサ、リミットスイッチ、フォトインタラプタ等を用いることができる。
【００５４】
例えば、上記実施の形態では、ロック検出センサ１００を復元補助機構３２と第２のリンク３１２との間に配置したが、用いるセンサ等に応じて適宜設定できる。
【００５５】
例えば、上記実施の形態の電源遮断部１１０ａは、制御部１１０に備えられているが、別に構成しても良い。
【符号の説明】
【００５６】
１  歩行支援装置
２０  上腿装着部
２１  上腿リンク
２２  前面保持部
２３  後面保持部
３０  関節部
３１  ４節リンク機構
３２  復元補助機構
４０  下腿装着部
４１  下腿リンク
４２  足搭載部
４２ａ  踵保持部
４２ｂ  足裏保持部
５０  膝装着部
６０  駆動部、６１  駆動モータ、６２  減速機
７０  荷重検出センサ
８０  角度検出センサ
９０  姿勢検出センサ
１００  ロック検出センサ
１１０  制御部、１１０ａ  電源遮断部
１２０  電源装置
３１１  第１のリンク、３１１ａ  突出片
３１２  第２のリンク、３１２ａ  突出片、３１２ｂ  突出片、３１２ｃ  ストッパー、３１２ｄ  湾曲部
３１３  第３のリンク
３１４  第４のリンク、３１４ａ  ストッパー
３１５  回転軸
４００  歩行支援装置
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
【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】
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【図８】
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