(57)【要約】      （修正有）【課題】簡単な構造で軽量コンパクトに実現することができる、新規な構造の歩行運動補助具を提供すること。【解決手段】装用者Ｐの歩行運動を補助する歩行運動補助具であって、装用者Ｐの脚部に取り付けられる第一の装着部と胴部に取り付けられる第二の装着部が左右の補助力伝達部でつながれていると共に、左右両方の補助力伝達部に回転駆動力を及ぼすモータに対する電源装置４８からの給電が、センサの歩行運動検出信号に基づいて制御装置４６によって制御されて、モータ４２の出力軸４４の回転方向が制御装置４６によって制御されるようになっており、出力軸４４が一方へ回転することにより、補助力伝達部作動機構６６が左右の補助力伝達部の一方を引くとともに他方を繰り出す一方、出力軸４４が他方へ回転することにより、補助力伝達部作動機構６６が左右の補助力伝達部の一方を繰り出すとともに他方を引くようにした。【選択図】図５
2016202580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装用者の左右各一方の脚部に取り付けられる左右の第一の装着部と、
該装用者の胴部に取り付けられる第二の装着部と、
該左右の第一の装着部と該第二の装着部をつなぐ左右の補助力伝達部と、
該装用者の歩行運動を検出するセンサと、
該第二の装着部に支持されるモータと、
該モータに電力を供給する電源装置と、
該モータに対する該電源装置からの給電を該センサによって検出された歩行運動検出信号に基づいて制御して、該モータの出力軸の回転方向を制御する制御装置と、
該モータの回転駆動力を該左右の補助力伝達部に及ぼして、該モータの該出力軸が一方へ回転することにより左右の該補助力伝達部の一方を引くとともに他方を繰り出し、さらに該出力軸が他方へ回転することにより左右の該補助力伝達部の一方を繰り出すとともに他方を引く補助力伝達部作動機構と
を、有することを特徴とする歩行運動補助具。
【請求項２】
前記左右の補助力伝達部における前記各第二の装着部側が互いに連続してつながっている請求項１に記載の歩行運動補助具。
【請求項３】
前記補助力伝達部作動機構が前記モータによって回転作動せしめられて回転方向に応じて前記左右の補助力伝達部の巻取りと繰出しを行うドラムを含んで構成されていると共に、該ドラムには該左右の補助力伝達部の前記つながっている部分が挿通されて位置決めされる挿通孔が形成されており、該挿通孔の両端が該ドラムの外周面で互いに周方向逆向きに開口している請求項２に記載の歩行運動補助具。
【請求項４】
前記センサが前記装用者の股関節の角度を検出する角度センサを含んでおり、該センサが該装用者の脚部に装着されている請求項１〜３の何れか一項に記載の歩行運動補助具。
【請求項５】
前記第二の装着部には前記モータと前記電源装置と前記制御装置とを収容するケースが取り付けられていると共に、該ケースに収容されて前記装用者の上半身の動きに基づいて歩行運動を検出する上半身センサを含んで前記センサが構成されている請求項１〜４の何れか一項に記載の歩行運動補助具。
【請求項６】
前記制御装置が、前記モータの発生力が前記装用者の歩行補助に必要とされる力に前記左右の補助力伝達部の摺動抵抗によって損失する力を加えた大きさとなるように該モータを制御する請求項１〜５の何れか一項に記載の歩行運動補助具。
【請求項７】
前記モータがブラシレスモータとされていると共に、前記制御手段が該モータをベクトル制御する請求項１〜６の何れか一項に記載の歩行運動補助具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、装用者の歩行動作をモータの出力によって補助する歩行運動補助具に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、筋力の低い高齢者や障害者などの歩行をサポートするために、各種の歩行運動補助具が提案されている。歩行運動補助具としては、特許第４２００４９２号公報（特許文献１）のように、硬質のフレームを装用者の脚部に装着して、かかるフレームをモータなどの駆動力によって動かすことにより、装用者の脚部を強制的に動かす補助力を及ぼす外骨格タイプのものがある。一方、本出願人は、先の出願である特開２０１２−１９２０１３号公報（特許文献２）などにおいて、柔軟な構造の運動補助具を提案している。すなわち、特許文献２では、関節部を挟んで一方の側に取り付けられる第一の装着部と他方の側に取り付けられる第二の装着部とを、補助力伝達部によって相互に連結した構造を有しており、補助力伝達部を通じて第一の装着部と第二の装着部の間に駆動源の出力を作用させることで、関節運動を補助するようになっている。そして、股関節を挟んだ両側に第一の装着部と第二の装着部を取り付けて使用することにより、歩行運動を補助することが可能とされている。
【０００３】
ところで、歩行運動補助具では、左右の脚部に補助力を及ぼして歩行運動を補助することから、左脚に補助力を及ぼすモータと、右脚に補助力を及ぼすモータとが、それぞれ設けられており、特許文献２では、それらモータの出力軸に対して左右各一方の補助力伝達部が取り付けられている。そして、たとえばそれらモータの出力軸が同期して制御されることにより、左右の補助力伝達部の巻取りと繰出しによって歩行に必要な補助力が左右の脚部に及ぼされるようになっている。
【０００４】
しかしながら、装用者が身に付ける特許文献２のような運動補助具では、二つのモータを備える構造では重量が大きくなって、たとえば長時間に亘る使用では装用者の負担になるおそれがある。さらに、二つのモータを配設することにより、構造が複雑になると共に、収容スペースが大きく必要となって運動補助具全体の小型化が制限されたるおそれもあった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４２００４９２号公報
【特許文献２】特開２０１２−１９２０１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上述の事情を背景に為されたものであって、その解決課題は、簡単な構造で軽量コンパクトに実現することができる、新規な構造の歩行運動補助具を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、このような課題を解決するために為された本発明の態様を記載する。なお、以下に記載の各態様において採用される構成要素は、可能な限り任意の組み合わせで採用可能である。
【０００８】
すなわち、本発明の第一の態様は、装用者の歩行を補助する歩行運動補助具であって、装用者の左右各一方の脚部に取り付けられる左右の第一の装着部と、該装用者の胴部に取り付けられる第二の装着部と、該左右の第一の装着部と該第二の装着部をつなぐ左右の補助力伝達部と、該装用者の歩行運動を検出するセンサと、該第二の装着部に支持されるモータと、該モータに電力を供給する電源装置と、該モータに対する該電源装置からの給電を該センサによって検出された歩行運動検出信号に基づいて制御して、該モータの出力軸の回転方向を制御する制御装置と、該モータの回転駆動力を該左右の補助力伝達部に及ぼして、該モータの該出力軸が一方へ回転することにより左右の該補助力伝達部の一方を引くとともに他方を繰り出し、さらに該出力軸が他方へ回転することにより左右の該補助力伝達部の一方を繰り出すとともに他方を引く補助力伝達部作動機構とを、有することを、特徴とする。
【０００９】
このような本発明の第一の態様に従う構造とされた歩行運動補助具によれば、歩行動作において左右の脚部が交互に補助力を要することに着目して、モータの出力軸の回転方向を制御装置によって歩行周期検出信号に基づいて制御するようにしたことで、一つのモータによって左右の補助力伝達部に補助力を及ぼすことが可能とされている。それ故、モータを少なくすることができて、モータの配設スペースを小さくすることができると共に、軽量化や構造の簡略化、信頼性の向上などが図られる。
【００１０】
本発明の第二の態様は、第一の態様に記載された歩行運動補助具において、前記左右の補助力伝達部における前記各第二の装着部側が互いに連続してつながっているものである。
【００１１】
第二の態様によれば、左右の補助力伝達部を第二の装着部側においてつないで連続させることで、部品点数の削減が図られて、補助力伝達部を補助力伝達部作動機構に取り付ける作業も簡単になる。なお、左右の補助力伝達部が互いに連続しているとは、必ずしも全体が一体で形成されている場合だけをいうものではなく、別々に形成された左右の補助力伝達部の第二の装着部側が相互に後固着されて連続せしめられた場合なども含む。
【００１２】
本発明の第三の態様は、第二の態様に記載された歩行運動補助具において、前記補助力伝達部作動機構が前記モータによって回転作動せしめられて回転方向に応じて前記左右の補助力伝達部の巻取りと繰出しを行うドラムを含んで構成されていると共に、該ドラムには該左右の補助力伝達部の前記つながっている部分が挿通されて位置決めされる挿通孔が形成されており、該挿通孔の両端が該ドラムの外周面で互いに周方向逆向きに開口しているものである。
【００１３】
第三の態様によれば、補助力伝達部作動機構による左右の補助力伝達部の引きこみと繰り出しが、出力軸に接続されたドラムの回転による巻取りと繰出しによって実現されることから、モータが発生する回転出力を、直線的な作動に変換する機構を要することなく、簡単な構造で利用することができる。なお、ドラムは、モータの出力軸に直接固定されて接続されていても良いし、減速歯車列などを介して間接的に接続されていても良い。
【００１４】
また、左右の補助力伝達部のつながっている部分が挿通孔に挿通されて位置決めされることにより、補助力伝達部がドラムに対して外れることなく保持されて、ドラムによる補助力伝達部の巻取りと繰出しが安定して実現されることから、目的とする歩行補助力を優れた信頼性をもって得ることができる。特に、挿通孔の両端開口部がドラムの外周面で周方向の逆向きに開口しており、左右の補助力伝達部における挿通孔から露出する部分が周方向各一方へ案内されることから、ドラムの回転に対して左右の補助力伝達部の巻取りと繰出しがよりスムーズに実現され得る。
【００１５】
本発明の第四の態様は、第一〜第三の何れか一つの態様に記載された歩行運動補助具において、前記センサが前記装用者の股関節の角度を検出する角度センサを含んでおり、該センサが該装用者の脚部に装着されているものである。
【００１６】
第四の態様によれば、装用者の脚部に装着されるセンサによって装用者の足の動きを股関節角度として直接的に検出することにより、装用者の歩行運動（歩行周期など）を精度良く検出することができる。
【００１７】
本発明の第五の態様は、第一〜第四の何れか一つの態様に記載された歩行運動補助具において、前記第二の装着部には前記モータと前記電源装置と前記制御装置とを収容するケースが取り付けられていると共に、該ケースに収容されて前記装用者の上半身の動きに基づいて歩行運動を検出する上半身センサを含んで前記センサが構成されているものである。
【００１８】
第五の態様によれば、電気的に相互に接続されるモータと電源装置と制御装置が、一つのケースに収容されることにより、配線を短くすることができると共に、装用者の関節を跨いで配線を延ばす必要がなくなって断線し難くなることから、信頼性の向上も図られる。さらに、収容されたモータと電源装置と制御装置を保護するためにケースが硬質とされる場合には、複数箇所に設ける必要がないことによって、装用者の動作が阻害され難くなる。
【００１９】
また、装用者の上半身の動きに基づいて歩行周期などを検出する上半身センサを採用して、上半身センサもケースに収容することにより、上半身センサを第二の装着部側に配することができて、制御装置と上半身センサを繋ぐ配線が股関節を跨いで延びるのを防ぐことができる。
【００２０】
本発明の第六の態様は、第一〜第五の何れか一つの態様に記載された歩行運動補助具において、前記制御装置が、前記モータの発生力が前記装用者の歩行補助に必要とされる力に前記左右の補助力伝達部の摺動抵抗によって損失する力を加えた大きさとなるように該モータを制御するものである。
【００２１】
第六の態様によれば、補助力伝達部の摩擦によるエネルギー損失を考慮してモータの発生力を制御することにより、装用者の左右の脚部に対して目的とする大きさの補助力をより高精度に作用させることができる。
【００２２】
本発明の第七の態様は、第一〜第六の何れか一つの態様に記載された歩行運動補助具において、前記モータがブラシレスモータとされていると共に、前記制御手段が該モータをベクトル制御するものである。
【００２３】
第七の態様によれば、ベクトル制御によってモータの発生トルクを直接的に制御することにより、左右の脚部に及ぼされる補助力を高精度に制御することが可能となる。さらに、モータがブラシレスモータとされていることにより、信頼性の向上が図られると共に、フラットなトルク特性によって、ベクトル制御による高精度なトルク制御が有利に実現され得る。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、モータの出力軸の回転方向を制御装置によって歩行周期検出信号に基づいて制御することで、一つのモータによって左右の補助力伝達部に補助力を及ぼすことができて、モータの配設スペースを小さくすることができると共に、歩行運動補助具の軽量化や構造の簡略化、信頼性の向上などが図られる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第一の実施形態としての歩行運動補助具を装用状態で示す図であって、装用者の前方から見た図。
【図２】図１に示す歩行運動補助具を装用状態で示す図であって、装用者の後方から見た図。
【図３】図１に示す歩行運動補助具を構成する駆動装置と補助力伝達ワイヤの正面図。
【図４】図３に示す駆動装置と補助力伝達ワイヤの右側面図。
【図５】図３に示す駆動装置と補助力伝達ワイヤの縦断面図であって、図６のＶ−Ｖ断面に相当する図。
【図６】図５のＶＩ−ＶＩ断面でケースを切断して示す右側面図。
【図７】図３に示す駆動装置を構成する第二のプーリとドラムを拡大して示す正面図。
【図８】図７に示す第二のプーリとドラムの右側面図。
【図９】図７に示すドラムの背面図。
【図１０】図３に示す駆動装置と補助力伝達ワイヤの作動を説明する図であって、右脚が遊脚である場合を示す図。
【図１１】図３に示す駆動装置と補助力伝達ワイヤの作動を説明する図であって、左脚が遊脚である場合を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。
【００２７】
図１，２には、本発明の第一の実施形態としての歩行運動補助具１０が、装用者Ｐの装着状態で示されている。この歩行運動補助具１０は、左右の第一の装着部１２，１２と第二の装着部１４が補助力伝達部１６で相互に連結された構造を有している。以下の説明において、上下方向とは、原則として図１中の上下方向を言う。
【００２８】
より詳細には、第一の装着部１２は、帯状の布などで形成されて、長さ方向端部に設けられたベルクロテープやフックなどによって両端部を着脱自在に連結可能とされており、装用者Ｐが脚部（本実施形態では膝部）に巻き付けて装着できるようになっている。なお、第一の装着部１２は、たとえば、予め環状とされて、脚を挿通することで装着される構造でも良いし、装用者Ｐの着衣（パンツ）の前部などに固定可能とされていても良い。
【００２９】
さらに、本実施形態では、第一の装着部１２にセンサ１８が取り付けられている。このセンサ１８は、装用者Ｐの股関節の角度を検出するジャイロセンサなどの角度センサであって、左右の第一の装着部１２，１２にそれぞれ取り付けられている。そして、それら左右のセンサ１８，１８によって、装用者Ｐの左右脚部の動きが検出されて、装用者Ｐの歩行運動が検出されるようになっており、センサ１８，１８の歩行運動検出信号に基づいて、後述する制御装置４８が歩行動作の開始タイミングの検知や装用者Ｐの歩行周期の計測などを実行するようになっている。なお、センサ１８は、後述する制御装置４８に対して、有線で接続されて検出信号を送信するようになっていても良いが、本実施形態のように制御装置４８とセンサ１８が股関節に対して両側に配される場合には、検出信号を無線によって送信するようにすれば、股関節を跨ぐ配線を避けることができる。
【００３０】
第二の装着部１４は、布などで形成された腰帯部２０を備えている。この腰帯部２０は、第一の装着部１２と同様にベルクロテープやフック、ジョイントなどによって両端部を着脱自在に連結して環状とすることが可能であり、装用者Ｐが腰部に巻き付けて装着できるようになっている。さらに、本実施形態の第二の装着部１４は、装用者Ｐが腕を通して肩に掛ける左右の肩紐部２２を備えている。この肩紐部２２は、装用者Ｐが後述する駆動装置３０をリュックサックのように背負うことができるように設けられている。このように、第二の装着部１４は、装用者Ｐの胴部（上半身）に装着されるようになっている。
【００３１】
また、装用者Ｐの脚部に装着される左右の第一の装着部１２，１２と、装用者Ｐの胴部に装着される第二の装着部１４は、補助力伝達部１６によって相互に連結されている。この補助力伝達部１６は、装用者Ｐの股関節を跨ぐように延びており、左右の第一の装着部１２，１２の各一方に連結される左右の牽引帯２４，２４を備えている。牽引帯２４は、帯状の布などで形成されており、バックル２６などによって長さを調節可能とされていることが望ましい。また、牽引帯２４は、本実施形態において伸縮性の小さい材料で形成されて、目的とする補助力を高精度に伝達し易くされているが、弾性的に伸縮可能とすれば、補助力が脚部に対して緩やかに及ぼされると共に、装用者Ｐの脚力が後述する駆動装置３０に伝わり難くなることで耐久性の向上も図られ得る。なお、補助力伝達部１６が牽引帯２４とは別にコイルスプリングなどの弾性体を備えていても、牽引帯２４に弾性を付与する場合と同様の効果を得ることができる。
【００３２】
左右の牽引帯２４，２４は、一端が左右の第一の装着部１２，１２の各一方に連結されていると共に、他端が補助力伝達ワイヤ２８の両端に連結されており、この補助力伝達ワイヤ２８が第二の装着部１４に取り付けられた駆動装置３０に繋がっている。
【００３３】
駆動装置３０は、図３〜６に示すように、中空のケース３２を備えている。ケース３２は、略開口箱状の前部３４と後部３６が開口端部を相互に突き合わせた態様で相互に固定されており、前部３４と後部３６の間に収容空所３８が形成されている。また、ケース３２の前部３４の開口部には、中間板４０が嵌め込まれてねじ止めされており、収容空所３８が中間板４０によって前後に隔てられている。このケース３２は、前部３４が第二の装着部１４に取り付けられており、第二の装着部１４が装用者Ｐに装着されることにより、装用者Ｐによって背負われるようになっている。
【００３４】
ケース３２には、モータ４２が収容されている。本実施形態のモータ４２は、アウタロータ型のブラシレスモータであって、図示しないアウタロータに固設された出力軸４４を備えている。この出力軸４４は、ロータなどを収容するモータハウジングに対して回転駆動するようになっており、後述する電源装置４６からの通電方向に応じて正逆両方向の回転が許容されている。そして、モータ４２は、モータハウジングを備える本体部分が中間板４０よりも後部３６側に配されていると共に、モータハウジングが中間板４０に固定されてケース３２によって支持されている。さらに、モータ４２の出力軸４４は、中間板４０よりも前部３４側へ突出している。なお、後述する減速装置５２の減速比を小さくしてバックラッシを抑えながら、トルクを効率的に得るために、アウタロータ型のモータ４２が好適であるが、インナロータ型のモータも採用可能である。さらに、モータ４２は、ブラシレスモータに限定されるものではなく、ブラシ付ＤＣモータなども採用され得る。
【００３５】
また、モータ４２には、電源装置４６が接続されている。電源装置４６は、モータ４２に電力を供給するバッテリーなどであって、モータ４２と後述する制御装置４８に対して電気的に接続されている。なお、電源装置４６からモータ４２に供給される電力は、後述する制御装置４８の制御信号によってインバータ回路で制御される。
【００３６】
また、モータ４２には、制御装置４８が接続されている。制御装置４８は、電源装置４６からモータ４２への供給電圧を制御することで、モータ４２のＯＮ／ＯＦＦと発生トルクと出力軸４４の回転方向とを、センサ１８，１８の歩行運動検出信号に基づいてそれぞれ制御する。なお、本実施形態では、電源装置４６と制御装置４８がプリント基板５０に実装されており、プリント基板５０の図示しないプリント配線にモータ４２の端子が接続されることによって、モータ４２と電源装置４６と制御装置４８が電気的に接続されている。
【００３７】
さらに、制御装置４８は、モータ４２をベクトル制御するようになっており、モータ４２に印加される電力の大きさを制御して、モータ４２の発生トルクを制御する。なお、ベクトル制御に際しては、ベクトル制御アルゴリズムが実装されて市場に供給されるＩＣを利用することにより、例えばモータ４２の電機子電流の検出値に基づいて回転作動が目標値となるように供給電圧をコントロールすることによって実行することが可能である。また、モータ４２のベクトル制御では、より高精度な制御を可能とするために、モータ４２におけるロータとステータの周上での相対位置を検出する図示しない位置センサを設けて、位置センサの検出結果に基づくフィードバック制御をすることが望ましいが、位置センサを設けることなく、たとえばステータの三相電流値からロータとステータの相対位置を演算で求めることもできる。
【００３８】
本実施形態の制御装置４８は、モータ４２の発生力が、装用者Ｐの歩行運動の補助に必要な力の大きさに対して、補助力伝達部１６の各部の摺動抵抗によって損失する力の分だけ大きくなるように、モータ４２の出力を制御する。これにより、後述する歩行運動の補助において、装用者Ｐの脚部に及ぼされる力が、歩行運動の補助に必要な大きさにより精度良く調節されて、歩行運動をより効果的に補助することができる。なお、補助力伝達部１６の摺動抵抗としては、補助力伝達ワイヤ２８と後述するドラム６６の接触や、補助力伝達ワイヤ２８と後述するガイドチューブ８６の摺接の他、牽引帯２４，２４や補助力伝達ワイヤ２８と装用者Ｐの衣服との摺接などによる摩擦抵抗がある。
【００３９】
また、モータ４２の出力軸４４には、減速装置５２が取り付けられている。減速装置５２は、出力軸４４に固定されて出力軸４４とともに回転する第一の歯車５４と、第一の歯車５４と噛み合う第二の歯車５６と、第二の歯車５６と同じ回転軸５８に固定される第一のプーリ６０と、第一のプーリ６０から歯付ベルト６２によってトルクを伝達される第二のプーリ６４とを備えている。そして、出力軸４４の回転駆動力が、第一の歯車５４と第二の歯車５６の噛み合いと、第一のプーリ６０と第二のプーリ６４のベルト伝動とによって、所定の減速比で伝達されるようになっている。
【００４０】
さらに、図５，６に示すように、第二のプーリ６４には、補助力伝達部作動機構としてのドラム６６が取り付けられている。ドラム６６は、大径部分６８と小径部分７０を有する段付きの略円板形状とされており、小径部分７０にはワイヤ保持溝７２が形成されている。このワイヤ保持溝７２は、図７に示すように、中間部分が中心軸周りで半周を超え且つ一周に満たない長さで周方向に延びていると共に、両端部分が湾曲しながら延びて小径部分７０の外周面に達しており、両端開口部が小径部分７０の外周面において互いに周方向逆向きに開口している。なお、ドラム６６は、必ずしも円形断面を有するものに限定されず、たとえば半円形断面や多角形断面などであっても、後述するように回転作動によって補助力伝達ワイヤ２８の巻取りと繰出しを実現できるものであれば良い。
【００４１】
このドラム６６は、小径部分７０が第二のプーリ６４の軸方向一方の面に重ね合わされて、周上の三箇所でボルト７４によって固定されることにより、減速装置５２を介してモータ４２の出力軸４４に間接的に接続されている。これにより、ドラム６６は、モータ４２の出力が所定の減速比で減速されて伝達されるようになっており、モータ４２によって回転作動せしめられるようになっている。また、ドラム６６のワイヤ保持溝７２が第二のプーリ６４の軸方向端面で覆われることによって、ドラム６６と第二のプーリ６４の間を延びる挿通孔７６が形成されており、挿通孔７６の両端開口部がドラム６６の外周面において周方向で互いに逆向きに開口している。さらに、第二のプーリ６４の軸方向端部は、ドラム６６の大径部分６８と略同じ径寸法とされており、第二のプーリ６４とドラム６６の大径部分６８との間には、周方向へ連続して延びるワイヤ巻回溝７８が形成されている（図６参照）。
【００４２】
また、ドラム６６には、補助力伝達部１６の第二の装着部１４側を構成する補助力伝達ワイヤ２８が取り付けられている。補助力伝達ワイヤ２８は、中間部分が挿通孔７６に挿通されて位置決めされている一方、挿通孔７６から延び出した部分が、ドラム６６の小径部分７０の外周面に沿ってワイヤ巻回溝７８内を延びていると共に、小径部分７０の左右両側から下方へ延び出している。そして、下方へ向かって延びる補助力伝達ワイヤ２８の左右両側部分が、ケース３２の下部に形成されたワイヤ連通孔８０を通じて外部に延び出している。
【００４３】
さらに、本実施形態では、ケース３２のワイヤ連通孔８０にワイヤカバー８２の上端部が固定されている。このワイヤカバー８２は、両端部分が挿通された補助力伝達ワイヤ２８を支持する硬質の支持金具８４，８４とされて、上側の支持金具８４がケース３２に固定されていると共に、中間部分が湾曲を許容される柔軟なエラストマやゴム弾性体で形成されたガイドチューブ８６とされている。
【００４４】
さらにまた、補助力伝達ワイヤ２８の両端部は、ワイヤカバー８２の先端から更に外方へ延び出して露出しており、両端に固定された左右の連結部材８８，８８が左右の牽引帯２４，２４の他端に連結されている。これにより、左右の第一の装着部１２，１２と第二の装着部１４とを連結する補助力伝達部１６が、左右の牽引帯２４，２４と補助力伝達ワイヤ２８とによって構成されている。本実施形態の補助力伝達部１６は、ケース３２から延び出して外部に露出した部分が左右一対とされている一方で、それら左右部分の第二の装着部１４側の端部が、補助力伝達ワイヤ２８で構成されて、互いに連続してつながった構造とされている。このように、補助力伝達部１６のつながった部分が補助力伝達ワイヤ２８で構成されていることにより、本実施形態の補助力伝達部１６の左右部分は、何れも、第二の装着部１４側においてドラム６６に取り付けられている。
【００４５】
そして、左右の牽引帯２４，２４と補助力伝達ワイヤ２８の両端部分とで構成される補助力伝達部１６の左右部分は、モータ４２によって回転作動せしめられたドラム６６による巻取りと繰出しによって、長さを変更可能とされている。すなわち、モータ４２の出力軸４４が右回転すると、図１０に示すように、ドラム６６が左回転せしめられて、補助力伝達部１６の右部分がドラム６６によって巻き取られて短くなると共に、補助力伝達部１６の左部分がドラム６６によって繰り出されて長くなる。一方、モータ４２の出力軸４４が左回転すると、図１１に示すように、ドラム６６が右回転せしめられて、補助力伝達部１６の右部分がドラム６６によって繰り出されて長くなると共に、補助力伝達部１６の左部分がドラム６６によって巻き取られて短くなる。したがって、モータ４２の出力軸４４の回転方向を制御装置４８によって制御することにより、補助力伝達部１６の左右部分の何れか一方を引いて短くすると共に、何れか他方を繰り出して長くすることができるようになっている。
【００４６】
このような構造とされた歩行運動補助具１０は、図１，２に示すように、左右の第一の装着部１２，１２が装用者Ｐの左右の脚部（膝部）に装着される一方で、第二の装着部１４の左右の肩紐部２２，２２が装用者Ｐの肩部に掛けられると共に、第二の装着部１４の腰帯部２０が装用者Ｐの腰部に装着される。これにより、左右の第一の装着部１２，１２に取り付けられたセンサ１８，１８が装用者Ｐの左右の脚部に装着されると共に、第二の装着部１４に取り付けられた駆動装置３０が装用者Ｐによって背負われて支持される。さらに、第一の装着部１２，１２と第二の装着部１４を繋ぐ補助力伝達部１６は、ケース３２から延び出した補助力伝達ワイヤ２８が、装用者Ｐの後方から側方を通って前方へ延びており、補助力伝達ワイヤ２８の下部と牽引帯２４が装用者Ｐの大腿部の前面に沿って上下に延びている。なお、ガイドチューブ８６が、腰帯部２０の表面に固定されて、装用者Ｐの背中から腰部の前面まで湾曲して延びており、ガイドチューブ８６によって案内された補助力伝達ワイヤ２８が、大腿部の前方で左右の牽引帯２４，２４に連結されている。
【００４７】
かくの如き装用状態において、歩行運動補助具１０は、センサ１８，１８から制御装置４８に送信される歩行運動検出信号に基づいて、制御装置４８がモータ４２を制御することにより、装用者Ｐの脚部に対して歩行運動を補助する補助力を及ぼすようになっている。
【００４８】
すなわち、センサ１８，１８が大腿部の角度変化を検出して、制御装置４８が歩行運動の開始を検知すると、モータ４２に電力を供給して出力軸４４を回転させる。出力軸４４の回転方向は、補助力伝達部１６の左右部分において、センサ１８，１８の歩行運動検出信号に基づいて検知される遊脚側がドラム６６によって巻き取られると共に、接地脚側がドラム６６によって繰り出されるように決定される。
【００４９】
図１０には、このような動作の一例として、右脚が遊脚である場合を示した。図１０では、図５の初期状態に対して、補助力伝達部１６におけるケース３２から露出した右部分が左部分よりも短くなっている。すなわち、モータ４２の出力軸４４の回転が減速装置５２を介してドラム６６に伝達されて、ドラム６６が周方向一方へ回転することにより、補助力伝達部１６の右部分がドラム６６で巻き取られるとともに左部分がドラム６６から繰り出される。これにより、遊脚である右脚には、補助力伝達部１６を引っ張ることによって大腿部を持ち上げる方向の補助力が及ぼされると共に、接地脚である左脚は、補助力伝達部１６によって拘束されることなく動作可能とされる。
【００５０】
本実施形態では、ドラム６６が図５に示す初期位置から周方向両側へそれぞれ半周以下の回転をするようになっており、補助力伝達ワイヤ２８がドラム６６によって二周以上の長さで多重に巻き取られるのを防ぐことによって、作動の信頼性が高められている。もっとも、ドラム６６が初期位置から周方向両側へ半周以上の回転を許容されて、補助力伝達ワイヤ２８がドラム６６によって多重に巻き取られ得るようにしても良く、補助力伝達部１６のストローク（左右部分の長さの変化量）を小さなドラム６６によって効率的に得ることが可能になる。なお、補助力伝達ワイヤ２８がドラム６６によって多重に巻き取られる構造を採用する場合には、テンショナーを設けて補助力伝達ワイヤ２８の弛みを防ぐことにより、補助力伝達ワイヤ２８が絡むのを回避して作動の信頼性を高めることが望ましい。
【００５１】
また、図１０では右脚が遊脚となる場合を例示したが、左脚が遊脚となる場合には、モータ４２の出力軸４４を上記とは逆向きに回転させて、図１１に示すように、ドラム６６を逆向きに回転させることにより、補助力伝達部１６の左部分をドラム６６で巻き取って、左脚に大腿部を引き上げる補助力を作用させることができる。
【００５２】
そして、センサ１８，１８から制御装置４８に送信される歩行運動検出信号に基づいて、モータ４２の出力軸４４の回転方向やモータ４２の出力トルクなどを制御することにより、左右の脚部に交互に適切な補助力を作用させて、装用者Ｐの歩行動作を補助することができる。なお、制御装置４８によるモータ４２の制御では、たとえば、センサ１８，１８の検出信号から装用者Ｐの歩行運動の周期を計測して、計測された歩行運動の周期に基づいて補助力を作用させる時間や補助力の大きさ（モータ４２の発生トルク）の変化などを設定することもできる。本実施形態では、センサ１８，１８によって検出される股関節角度の変化に基づいて左右何れの脚が遊脚となるかを特定することにより、遊脚に対して補助力の作用を開始すると共に、歩行運動の周期に対して所定の割合で設定された時間が経過することにより、補助力を解除するようになっている。もっとも、センサ１８，１８の検出信号に基づくモータ４２の制御は特に限定されるものではなく、たとえば、モータ４２の出力による補助の開始タイミングと終了タイミングの両方が、予め設定された股関節角度の変化をセンサ１８，１８が検出することで決定されるようにしても良い。
【００５３】
このように、本実施形態に従う構造とされた歩行運動補助具１０によれば、モータ４２の出力軸４４の回転方向に応じてドラム６６が対応方向に回転して、ドラム６６が補助力伝達部１６の左右何れか一方の部分を巻き取るとともに左右何れか他方の部分を繰り出すようになっており、モータ４２の出力軸４４の回転方向を制御装置４８で制御することにより、一つのモータ４２によって左右の脚部に補助力を及ぼすことができる。したがって、補助力伝達部１６の左右部分を別々のモータで操作する構造に比して、モータ４２を少なくすることができて、モータ４２の配設スペースを小さくすることができると共に、軽量化や構造の簡略化、信頼性の向上などが図られる。
【００５４】
さらに、補助力伝達部１６の左右部分の長さを変更する補助力伝達部作動機構が、回転作動するドラム６６によって構成されており、補助力伝達部１６の左右部分がドラム６６の回転によって巻き取られる或いは繰り出されることにより長さを変更されて、巻取り側において脚部に補助力が及ぼされるようになっている。これにより、モータ４２が発生する回転出力を直線的な出力などに変換する必要がなく、補助力伝達部作動機構の構造を簡単なものとすることができると共に、回転作動であることから補助力伝達部作動機構の小型化も実現し易い。
【００５５】
また、補助力伝達部１６の左右部分は、第二の装着部１４側においてケース３２内で互いに連続してつながっており、補助力伝達部が左右独立している場合に比して、部品点数の削減が図られると共に、ドラム６６への取付け作業も簡単になる。
【００５６】
さらに、補助力伝達部１６を構成する補助力伝達ワイヤ２８が挿通孔７６に挿通されて位置決めされることにより、補助力伝達ワイヤ２８がドラム６６に対して外れることなく保持される。それ故、ドラム６６による補助力伝達部１６の巻取りと繰出しが安定して実現されて、歩行運動の補助力を高い信頼性をもって装用者Ｐに及ぼすことができる。
【００５７】
また、本実施形態では、装用者Ｐの歩行運動を検出するセンサ１８，１８が、第一の装着部１２，１２に取り付けられており、装用者Ｐの脚部の動きを股関節角度として直接的に検出するようになっている。それ故、装用者Ｐの歩行運動の周期などの歩行状態を精度良く検出して、歩行運動の補助をより有効に行うことができる。
【００５８】
また、本実施形態では、電気的に相互に接続されるモータ４２と制御装置４８と電源装置４６が一つのケース３２に収容されていることにより、それらケース３２によって容易に保護することができると共に、それらを繋ぐ配線を短くすることも可能となる。さらに、硬質のモータ４２と電源装置４６と制御装置４８を一つのケース３２にまとめて収容すると共に、ケース３２を動き量の少ない装用者Ｐの背中に配することで、装用者Ｐの動作の妨げになり難くされている。
【００５９】
また、本実施形態では、制御装置４８がモータ４２をベクトル制御するようになっており、制御装置４８がモータ４２の発生トルクを直接的に制御することから、装用者Ｐの左右の脚部に及ぼされる補助力をより高精度に制御することができる。
【００６０】
以上、本発明の実施形態について詳述してきたが、本発明はその具体的な記載によって限定されない。例えば、装用者Ｐの歩行運動を検出するセンサは、第二の装着部１４に取り付けることもできる。具体的には、たとえば、モータ４２と電源装置４６と制御装置４８に加えて、歩行運動検出用の上半身センサをケース３２に収容することにより、センサと制御装置４８を有線で接続する場合にも股関節を跨ぐ配線が不要になることから、断線などの不具合が回避される。なお、第二の装着部１４に取り付ける上半身センサを採用する場合には、たとえば肩の動きなど装用者Ｐの上半身の動きによって歩行運動を検出することができる。
【００６１】
また、モータ４２の出力によって補助力伝達部１６の長さを変更する補助力伝達部作動機構は、回転作動によって補助力伝達部１６の巻取りと繰出しを行うドラム６６に限定されず、たとえば、補助力伝達部作動機構としてラック−ピニオン機構を採用することもできる。すなわち、ラック−ピニオン機構によってモータ４２の出力軸４４の回動を直動に変換して、ラックによる補助力伝達部１６の直線的な引込み又は繰出しによって補助力を伝達するようにしても良い。
【００６２】
また、制御装置４８によるモータ４２の制御として、ベクトル制御を例示したが、たとえば電流値制御などの他の制御方法も採用可能である。
【００６３】
また、減速装置５２の具体的な構成は、特に限定されず、必要な減速比や力の伝達距離などに応じて適宜に変更され得る。
【００６４】
また、前記実施形態では、補助力伝達部１６の左右部分が、第二の装着部１４側で互いに連続してつながったものとされているが、たとえば、第二の装着部１４側でも分かれた左右独立の補助力伝達部を採用して、それら左右の補助力伝達部の一端を左右の第一の装着部１２，１２の各一方に取り付けると共に、他端をそれぞれドラムなどの補助力伝達部作動機構に取り付けるようにしても良い。要するに、前記実施形態の補助力伝達部１６では、左右の補助力伝達部の第二の装着部１４側が一体的に連続せしめられた態様を例示したが、左右の補助力伝達部は相互に独立していても良いし、後固着などによって第二の装着部１４側の端部が連結されて連続していても良いし、初めから一体で形成されていても良い。なお、補助力伝達部は、全体を一体で形成しても良く、必ずしも牽引帯２４，２４と補助力伝達ワイヤ２８のような別部材を組み合わせて構成する必要はない。
【００６５】
また、第二の装着部は、たとえば、肩紐部２２が省略されて、腰帯部２０に相当する部分だけで構成されていても良く、その場合には、ケース３２が腰帯部２０の背面などに固定され得る。
【符号の説明】
【００６６】
１０：歩行運動補助具、１２：第一の装着部、１４：第二の装着部、１６：補助力伝達部、１８：センサ、３２：ケース、４２：モータ、４４：出力軸、４６：電源装置、４８：制御装置、６６：ドラム（補助力伝達部作動機構）、７６：挿通孔
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１】
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【図２】
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