(57)【要約】【課題】転倒を早期に検知し、転倒を防止することが可能な転倒防止装置を提供する。【解決手段】ユーザ２の転倒を防止する転倒防止装置１００において、一端がユーザ２に装着され、ユーザ２の移動に伴って転倒防止装置１００から引き出されまたは引き込まれることで移動する第一ロープ１０２と、第一ロープ１０２の制動を行わない通常位置から、制動を行うための制動位置へ移動可能な制動用部材と、第一ロープ１０２の移動における加速度に応じて慣性体１２０により発生した慣性力を制動用部材に作用させることで、制動用部材を制動位置の方向へ付勢する付勢手段と、制動用部材が、制動位置まで移動した場合に、第一ロープ１０２を制動する制動手段と、付勢手段による付勢の方向と反対の方向へ制動用部材を付勢することで、ユーザ２が転倒を開始したと推定される所定の加速度未満である場合に、制動手段による制動を制限する制限手段と、を備えた。【選択図】図２Ａ
2009017922.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザの転倒を防止する転倒防止装置であって、
一端が前記ユーザに装着され、該ユーザの移動に伴って前記転倒防止装置から引き出されまたは該転倒防止装置に引き込まれることで移動する接続部材と、
前記接続部材の制動を行わない通常位置から、前記接続部材の制動を行うための制動位置へ移動可能な制動用部材と、
前記接続部材の移動における加速度に応じて慣性力を発生させる慣性体と、
前記慣性体によって発生した慣性力を前記制動用部材に作用させることで、前記制動用部材を前記制動位置の方向へ付勢する付勢手段と、
前記制動用部材が、前記制動位置まで移動した場合に、前記接続部材を制動する制動手段と、
前記付勢手段による付勢の方向と反対の方向へ該制動用部材を付勢することで、前記加速度が、前記ユーザが転倒を開始したと推定される所定の加速度未満である場合に、前記制動手段による制動を制限する制限手段と、
を備える転倒防止装置。
【請求項２】
前記制限手段は、前記付勢手段による付勢の方向と反対の方向へ、該制動用部材を付勢する弾性部材を有する、
請求項１に記載の転倒防止装置。
【請求項３】
前記弾性部材の取り付け位置、該弾性部材の種類、該弾性部材のバネ定数、および前記慣性体の慣性モーメントのうち少なくとも何れか一を変更することで、前記所定の加速度を調節する調節手段を更に備える、
請求項２に記載の転倒防止装置。
【請求項４】
前記接続部材を介して伝達された、前記制動で転倒防止された前記ユーザの荷重によって、前記制動が行われている状態を維持する制動維持手段を更に備える、
請求項１から３の何れかに記載の転倒防止装置。
【請求項５】
請求項１から４の何れかに記載の転倒防止装置と、
前記転倒防止装置が前記ユーザの歩行に伴って移動することを可能とする移動可能化手段と、
を備える、前記ユーザが歩行訓練を行うための歩行支援装置。
【請求項６】
請求項１から４の何れかに記載の転倒防止装置と、
前記ユーザの体重の一部を支持することで、該ユーザ自身の体重によって該ユーザにかかる負荷を軽減させる免荷手段と、
を備える、前記ユーザが歩行訓練を行うための歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザの転倒を防止する転倒防止装置、およびこの転倒防止装置を備える歩行支援装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、歩行障害者や高齢者等の歩行訓練には、例えば、壁に取り付けられた手摺棒や、ユーザが押し進めることで歩行訓練を行う歩行器等が用いられている。しかし、前記手摺棒や歩行器等を用いた歩行訓練では、ユーザの転倒を防ぐことは困難であり、介助者が付き添った上で訓練を行う必要があった。
【０００３】
ここで、介助者の負担を軽減するための装置として、ユーザを支持する支持具が接続されたワイヤーを、アクチュエータによって制御する歩行支援装置がある（特許文献１を参照）。
【０００４】
また、本願発明者によって提案された歩行支援装置として、装置とユーザとを連結し、装置とユーザ間の距離が一定の距離に達するか、または装置とユーザ間の相対速度が一定の速度に達した場合に、連結に用いた部材を制動することで、ユーザの転倒を防止する歩行支援装置がある（特許文献２を参照）。この歩行支援装置は、距離または速度の検出および制動に、コンピュータ、ポテンショメータ、モータ等を用いないことで、コンパクト且つ安価な歩行支援装置を提供することを可能としている。
【０００５】
また、コイルバネの内側に、直径が軸方向に向かって徐々に広がるガイドロッドを挿入し、このガイドロッドにコイルバネの一部を巻きつけることでバネの展開可能な有効バネ長さを変化させ、バネの剛性を変化させる「剛性可変機構」技術がある（非特許文献１を参照）。
【特許文献１】特開２００６−２３９１５０号公報
【特許文献２】特開２００５−３４２３０６号公報
【非特許文献１】小金澤鋼一、山崎政道、石川夏男  著、「剛性可変機能を有する拮抗筋型腱駆動システムとその制御」日本ロボット学会誌  Ｖｏｌ．１８  Ｎｏ．７、ｐｐ．１００３〜１０１０、２０００
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本願発明者の提案による上記歩行支援装置によれば、コンパクト且つ安価な歩行支援装置を提供することが可能である。しかし、この歩行支援装置においては、転倒の検出に距離または速度が用いられているため、ユーザが転倒を開始してから所定の距離または所定の速度に達するまでは転倒が検知されず、転倒検知が遅れがちになる。特に、下肢の筋力が衰えているユーザが自らの体重を下肢で支えられなくなって崩れ落ちる場合など、高加速度で転倒が発生した場合、可能な限り早い時点で転倒を検知し、転倒を防止することが望ましい。
【０００７】
そこで本発明は、コンパクト且つ安価であるという特長を損なわずに、転倒を早期に検知し、転倒を防止することが可能な転倒防止装置および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】
【０００８】
本発明は、上記した課題を解決するために、加速度に応じて発生する慣性力を用いて制
動を行うことで、コンパクト且つ安価であるという特長を損なわずに、患者が高加速度で転倒した場合に、その転倒を距離または速度に基づいて検知する場合よりも早く検知し、転倒を防止することが可能な転倒防止装置を提供することを可能にした。
【０００９】
詳細には、本発明は、ユーザの転倒を防止する転倒防止装置であって、一端が前記ユーザに装着され、該ユーザの移動に伴って前記転倒防止装置から引き出されまたは該転倒防止装置に引き込まれることで移動する接続部材と、前記接続部材の制動を行わない通常位置から、前記接続部材の制動を行うための制動位置へ移動可能な制動用部材と、前記接続部材の移動における加速度に応じて慣性力を発生させる慣性体と、前記慣性体によって発生した慣性力を前記制動用部材に作用させることで、前記制動用部材を前記制動位置の方向へ付勢する付勢手段と、前記制動用部材が、前記制動位置まで移動した場合に、前記接続部材を制動する制動手段と、前記付勢手段による付勢の方向と反対の方向へ該制動用部材を付勢することで、前記加速度が、前記ユーザが転倒を開始したと推定される所定の加速度未満である場合に、前記制動手段による制動を制限する制限手段と、を備える転倒防止装置である。
【００１０】
接続部材は、ユーザの移動に伴って転倒防止装置から引き出され、または引き込まれることで、ユーザの移動に応じた加速度で移動する。接続部材は、例えば、一端がユーザに装着された状態で転倒防止装置に引き出され、または引き込まれることで、適度な張力が維持されるロープ等である。
【００１１】
接続部材の移動速度が変化した場合（即ち、加速度が発生した場合）、転倒防止装置において、加速度に応じた慣性力が慣性体により発生する。本発明では、加速度に応じて発生した慣性力を制動用部材に作用させることで、制動用の部材を移動させ、制動を行うこととした。更に、この制動用部材が所定の加速度以上にならないと制動位置まで移動しないように制限手段で制限することで、加速度によって転倒を検知し、制動を行うことを可能とした。ここで、所定の加速度とは、ユーザが転倒を開始したと推定するために予め設定された加速度である。
【００１２】
また、本発明において、前記制限手段は、前記付勢手段による付勢の方向と反対の方向へ、該制動用部材を付勢する弾性部材を有してもよい。なお、本願において、「付勢」との語は、力を作用させることを意味し、力を加えて押すことや、引張ること等、力を作用させる行為全般を含む意味で用いる。
【００１３】
また、前記弾性部材の取り付け位置、該弾性部材の種類、該弾性部材のバネ定数、および前記慣性体の慣性モーメントのうち少なくとも何れか一を変更することで、前記所定の加速度を調節する調節手段を更に備えてもよい。
【００１４】
このような調節手段を備えることで、ユーザや環境に応じて、転倒防止装置が転倒を検知する加速度を変更することが可能となる。
【００１５】
また、本発明は、前記接続部材を介して伝達された、前記制動で転倒防止された前記ユーザの荷重によって、前記制動が行われている状態を維持する制動維持手段を更に備えてもよい。
【００１６】
制動が行われた場合、接続部材が制動されるために加速度が所定の加速度未満となる。この場合、転倒防止装置の構造によっては制動用部材が制動位置から離れることとなるため、ユーザが再び転倒を開始しないように制動を維持する手段が必要である。本発明では、転倒防止されたユーザによって引き続きかけられる荷重によって制動状態を維持する制動維持手段を備えることで、制動用部材が制動位置から離れた場合にも、制動を維持する
ことを可能とした。
【００１７】
また、本発明は、上記転倒防止装置と、前記転倒防止装置が前記ユーザの歩行に伴って移動することを可能とする移動可能化手段と、を備える、前記ユーザが歩行訓練を行うための歩行支援装置である。接続部材が所定の加速度以上となった場合に転倒を防止する転倒防止装置と、ユーザと共に移動することを可能にする移動可能化手段とを歩行支援装置に備えることで、ユーザが安全に歩行訓練を行うことが可能となり、ユーザと介助者の双方の負担を軽減することが可能となる。
【００１８】
また、本発明は、上記転倒防止装置と、前記ユーザの体重の一部を支持することで、該ユーザ自身の体重によって該ユーザにかかる負荷を軽減させる免荷手段と、を備える、前記ユーザが歩行訓練を行うための歩行支援装置である。体重免荷装置を備えることで、自己の体重を支えることが困難なユーザであっても、多大な負荷を受けることなく歩行訓練を行うことが可能となるとともに、介助者の負担を軽減させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によって、コンパクト且つ安価であるという特長を損なわずに、転倒を早期に検知し、転倒を防止することが可能な転倒防止装置および歩行支援装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
本発明に係る転倒防止装置を備える歩行支援装置の実施の形態について、図面に基づいて説明する。本実施形態に係る歩行支援装置は、歩行障害者や高齢者等のユーザの歩行支援に用いられる。
【００２１】
＜第一の実施形態＞
図１Ａは、本実施形態に係る歩行支援装置の全体の概略構成を示す正面図であり、図１Ｂは、本実施形態に係る歩行支援装置の全体の概略構成を示す側面図である。歩行支援装置１は、転倒防止装置１００と、体重免荷装置２００と、フレーム３００と、キャスタ４００とを備える。
【００２２】
転倒防止装置１００は、ユーザ２に装着されるハーネス１０１と、ハーネス１０１が一端に接続される第一ロープ１０２と、ハーネス１０１を装着したユーザ２を上から吊り下げるように第一ロープ１０２を導くプーリ１０３ａ、１０３ｂと、ユーザ２によって引かれる第一ロープ１０２を引き出しまたは引き込む転倒防止装置本体部１１０と、を備え、転倒防止装置本体部１１０によって第一ロープ１０２を制動することでユーザ２の転倒を防止する。転倒防止装置本体部１１０の詳細な構成については後述する。
【００２３】
体重免荷装置２００は、転倒防止装置１００に接続される第二ロープ２０１と、体重免荷装置本体部２１０と、を備える。体重免荷装置本体部２１０は、第二ロープ２０１を介して転倒防止装置１００を引くことで、ハーネス１０１を装着したユーザ２自身の体重による負荷を軽減させる。体重免荷装置２００を設けることにより、自己の体重を支えることが困難なユーザ２であっても、多大な負荷を受けることなく歩行訓練を行うことが可能となるとともに、介助者の負担を軽減させることが出来る。体重免荷装置本体部２１０は、例えば、第二ロープ２０１と連結されたバネ等の弾性部材とすることが出来る（図示は省略する）。この弾性部材による力は、第二ロープ２０１、および転倒防止装置１００を介してユーザ２に伝えられ、ユーザ２は免荷力を得ることが出来る。なお、弾性部材はバネ以外の弾性部材（例えば、ゴム等）であってもよいし、バネを採用する場合も、線形バネ、定荷重バネ、非線形バネ、回転バネ等、種々のバネから最適なものを採用することが好ましい。また、バネを弾性部材として用いた場合には、振動が発生するおそれがあるた
め、ユーザ２に不要な振動を加えることを防ぐために必要に応じてダンパーを併設することが望ましい。
【００２４】
キャスタ４００は、歩行支援装置１がユーザ２の移動に伴って移動可能となるように、フレーム３００の下部に設けられる。但し、歩行支援装置１を移動可能とするための手段としては、歩行支援装置１全体が天井から吊り下げられる構成など、その他の構成が採用されてもよい。
【００２５】
図２Ａは、本実施形態に係る転倒防止装置１００の詳細な構成を示す分解図であり、図２Ｂは、本実施形態に係る転倒防止装置１００が組立てられた状態（但し、慣性体１２０のみ取り外された状態）の構成を示す図である。転倒防止装置１００は、回転軸１１１と、ベアリング１１２ａおよび１１２ｂを介して回転軸１１１を支持する取付フレーム１１３と、ユーザ２に装着されるハーネス１０１が一端に接続される第一ロープ１０２と、第一ロープ１０２が巻かれた第一ドラム１１５と、体重免荷装置２００に取り付けられる第二ロープ２０１が巻かれた第二ドラム１１６と、ラチェットホイール１１７と、ストッパ取付板１１８と、ストッパ１１９と、所定の慣性モーメントを有する慣性体１２０と、ツメ回転板１２１と、ツメ１２２と、を備える。また、第一ドラム１１５、第二ドラム１１６、ラチェットホイール１１７、ストッパ取付板１１８は回転軸１１１に固定されており、回転軸１１１と一体となって回転する。なお、図３Ａは転倒防止装置１００を慣性体１２０側から見た図である。また、図３Ｂは、慣性体１２０を外した状態の転倒防止装置１００を慣性体１２０側から見た図である。
【００２６】
ストッパ取付板１１８は、ガイドバー１２３を有し、ツメ回転板１２１の内部を回転するように回転軸１１１に取り付けられ、第一ロープ１０２が引き出され、あるいは引き込まれるのに伴って回転する。
【００２７】
ストッパ１１９は、外周に設けられた係合部１３７、中心部に設けられた回転軸１１１が通る穴、ガイドバー１２３が挿入される第二ガイド穴１２４、および第二ピン１２５を有し、回転するストッパ取付板１１８のガイドバー１２３によって回転する。
【００２８】
慣性体１２０は、中心部に設けられた回転軸１１１が通る穴と、ガイドバー１２３と接触しないように設けられた穴と、第二ピン１２５が挿入されるピン穴１２６とを有し、回転するストッパ１１９の第二ピン１２５によって回転する。また、ストッパ１１９とストッパ取付板１１８は第二バネ１３９を介して連結され（図４を参照）、第二バネ１３９は、慣性体１２０による慣性トルクが第二ピン１２５に作用することで圧縮される。
【００２９】
ツメ回転板１２１は、中央部に設けられた回転軸１１１が通る穴と、内周に設けられた内歯１２７とを有する。また、第一バネ１２８は、一端がツメ回転板１２１に、他端が取付フレーム１１３のバネ取付部１３２に取り付けられ、ツメ回転板１２１を付勢する。ツメ回転板１２１は、通常、第一バネ１２８によって付勢されることで定位置にあるが、ストッパ１１９の係合部１３７が内歯１２７に係合することで回転する。また、ツメ回転板１２１は、第一ガイド穴１２９を有する。
【００３０】
ツメ１２２は、第一ピン１３８で取付フレーム１１３に取り付けられており、ツメ回転板１２１の第一ガイド穴１２９に挿入されるガイドピン１３０を有する。回転するツメ回転板１２１の第一ガイド穴１２９によってガイドピン１３０が付勢されることで、ツメ１２２の先端が回転軸１１１側に移動する。
【００３１】
ラチェットホイール１１７は、ツメ回転板１２１の回転に伴って回転軸１１１側に移動したツメ１２２が噛み合う外歯１３１を有する。ラチェットホイール１１７の外歯１３１
とツメ１２２が噛み合うことで、ラチェットホイール１１７の回転と共に回転軸１１１および第一ドラム１１５の回転が制限され、第一ロープ１０２が制動される。
【００３２】
図５Ａおよび図５Ｂは、ストッパ１１９に作用する力を示す図である。第一ロープ１０２が上方に動くと第一ドラム１１５および回転軸１１１を介してストッパ取付板１１８は回転し、ガイドバー１２３がストッパ１１９を回転させる（図中のＦ１の力）。ストッパ１１９が回転するとストッパ１１９に取り付けられた第二ピン１２５が慣性体１２０を回転させようとする。このとき、ストッパ１１９の回転の角加速度に比例した慣性トルクＴ（＝「慣性体１２０の慣性モーメントＩｚ」×「ストッパ１１９の角加速度」）が発生し、ストッパ１１９の第二ピン１２５には図中の力Ｆ２（＝「慣性トルクＴ」／「ピンの中心から回転軸１１１の中心までの距離ｄ」）が作用する。ここで、ストッパ１１９は第二バネ１３９で付勢されるため、ストッパ１１９はバネによる力Ｆｋと力Ｆ２がつりあう位置まで変位する。なお、慣性体１２０の慣性モーメントおよび第二バネ１３９は、設定加速度に至ったときに、ストッパ１１９の係合部１３７がツメ回転板１２１内の内歯１２７と接触するように調節されている（調節方法については後述する）。
【００３３】
図６は、加速度が設定加速度に至り、ストッパ１１９がツメ回転板１２１内の内歯１２７と接触する場合の転倒防止装置１００の状態の遷移を示す図である。第一ロープ１０２の加速度が設定加速度未満のときは、ストッパ１１９は内歯１２７と接触せず内歯内を回転する（図６（ａ）を参照）。第一ロープ１０２の加速度が設定加速度に至ると、ストッパ１１９は内歯１２７と接触する（図６（ｂ）を参照）。その後、ストッパ１１９は内歯１２７に沿って回転し内歯１２７との噛み合い位置まで移動し内歯１２７と噛み合う（図６（ｃ）を参照）。ストッパ１１９の係合部１３７と内歯１２７が噛み合った後、ストッパ１１９はツメ回転板１２１を回転させる（図６（ｄ）および（ｅ）を参照）。ツメ回転板１２１が回転することにより、ガイドピン１３０が第一ガイド穴１２９に付勢されてツメ１２２が回転軸１１１側へ移動し、ラチェットホイール１１７の外歯と噛み合い、第一ロープ１０２が制動され転倒が防止される（図６（ｆ）を参照）。
【００３４】
ここで、ラチェットホイール１１７とツメ１２２が確実に噛み合うようにするため、ストッパ１１９およびラチェットホイール１１７の回転は共に回転軸１１１の回転と同期しており、ツメ回転板１２１はストッパ１１９によって回転させられるまで第一バネ１２８によって定位置に維持され、且つ、ラチェットホイール１１７の歯の数とツメ回転板１２１内の内歯１２７の歯の数は同数となっている。このようにすることにより、ストッパ１１９がツメ回転板１２１内のどの内歯１２７と噛み合っても、噛み合った瞬間での、ツメ１２２と、このツメ１２２と噛み合うラチェットホイール１１７の歯との幾何学的関係を同一にすることが出来る。これにより、ツメ１２２の頂点とラチェットホイール１１７の歯の頂点が衝突して制動に失敗するような状態は発生せず、確実にツメ１２２とラチェットホイール１１７の外歯１３１が噛み合う。
【００３５】
図７は、転倒防止後の制動維持および制動解除の流れを示す図である。転倒防止後は第一ロープ１０２が停止することによりストッパ１１９に作用する力Ｆ２（図５Ｂを参照）が消失し、ストッパ１１９は元の位置に戻る。但し、第一ロープ１０２がユーザ２の体重により引っ張られている限りラチェットホイール１１７にはツメ１２２方向にトルクが掛かるため、ラチェットホイール１１７のロックは維持される（図７（ａ）を参照）。その後、ユーザ２が立ち上がり、体重免荷装置２００より第二ロープ２０１が引かれることによりラチェットホイール１１７が逆回転し（図７（ｂ）を参照）、さらにツメ回転板１２１が第一バネ１２８により元の位置に戻されることによってロックが解除される（図７（ｃ）を参照）。
【００３６】
図８Ａは、図２Ａに示した転倒防止装置１００における、ツメ回転板のバリエーション
を示す図である。また、図８Ｂは、図８Ａに示すツメ回転板１２１ｂの平面図である。ツメ回転板１２１ｂに複数（図には４つの場合を示す。）の第一ガイド穴１２９ａ〜１２９ｄを設け、複数（図では４つ）のツメ１２２ａ〜１２２ｄを配置する（図９を参照）。複数のツメ１２２ａ〜１２２ｄは第一ガイド穴１２９ａ〜１２９ｄにより同時にラチェットホイール１１７の歯と噛み合うため、荷重を複数のツメ１２２ａ〜１２２ｄで支えることが出来る。これにより、荷重が分散され、夫々のラチェットホイール１１７の歯あるいは夫々のツメ１２２ａ〜１２２ｄに作用する力が減少し、装置の強度および耐久性を向上させることが出来る。
【００３７】
図９は、加速度が設定加速度に至り、ストッパ１１９がツメ回転板１２１ｂ内の内歯１２７と接触する場合の転倒防止装置１００の状態の遷移を示す図である。第一ロープ１０２の加速度が設定加速度に至ると、ストッパ１１９が内歯１２７と接触する（図９（ａ）を参照）。ストッパ１１９が内歯１２７と接触すると、ストッパ１１９は内歯１２７に沿って回転し内歯１２７との噛み合い位置まで移動し内歯１２７と噛み合う（図９（ｂ）を参照）。ストッパ１１９の係合部１３７と内歯１２７が噛み合った後、ストッパ１１９はツメ回転板１２１ｂを回転させる（図９（ｃ）を参照）。ツメ回転板１２１ｂが回転することにより、ガイドピン１３０が第一ガイド穴１２９ａ〜１２９ｄに付勢されてツメ１２２ａ〜１２２ｄが回転軸１１１側へ移動し、ラチェットホイール１１７の外歯と噛み合い、第一ロープ１０２が制動され転倒が防止される（図９（ｄ）を参照）。
【００３８】
＜第二の実施形態＞
図１０は、本実施形態に係る転倒防止装置の詳細な構成を示す図である。転倒防止装置１００ｂは、図２を用いて説明した転倒防止装置１００のバリエーションであり、図１Ａおよび図１Ｂに示すような歩行支援装置１に設けられる。転倒防止装置１００ｂは、取付フレーム１１３、取付フレーム１１３にベアリング１１２ａ、１１２ｂを介して取り付けられる回転軸１１１、第一ロープ１０２、第一ドラム１１５、第二ドラム１１６、ブレーキドラム１４０、アーム１４１、ガイドピン１３０ｂを有する半円形ブレーキ１４２、ねじりコイルバネ１４３、および長方形穴１４４を有する慣性体１２０ｂを備える。また、第一ドラム１１５、第二ドラム１１６およびブレーキドラム１４０内に設置されたアーム１４１は回転軸１１１に固定されており、回転軸１１１と一体となって回転する。半円形ブレーキ１４２に取り付けられた４つのガイドピン１３０ｂは慣性体１２０ｂの４つの長方形穴１４４に挿入される。慣性体１２０ｂはねじりコイルバネ１４３を介して回転軸１１１と接続されている。半円形ブレーキ１４２はアーム１４１の回転によりブレーキドラム１４０内を回転する。
【００３９】
図１１は、本実施形態における転倒防止装置１００ｂの状態の遷移を示す図である。第一ロープ１０２が上方へある加速度で動いたとすると、慣性体１２０ｂには加速度に比例する慣性トルクが発生する。この加速度が設定加速度以上である場合、慣性体１２０ｂはねじりコイルバネ１４３を介して回転軸１１１と接続されているため、慣性トルクはバネによる付勢に打ち勝ち、慣性体１２０ｂと回転軸１１１の回転にずれが生じる。慣性体１２０ｂと回転軸１１１の回転のずれが発生すると、半円形ブレーキのガイドピン１３０ｂと慣性体１２０ｂの長方形穴１４４との幾何学的関係により半円形ブレーキ１４２がスライドし、半円形ブレーキ１４２の外周に設けられたブレーキパッド１４５がブレーキドラム１４０の内周面に押し付けられる（図１１（ｂ）を参照）。ブレーキパッド１４５とブレーキドラム１４０内周面との間に作用する摩擦力によって回転軸１１１の回転が抑制され、第一ロープ１０２が制動されることで転倒が防止される。転倒が防止された後も、第一ロープ１０２が引っ張られている限り、アーム１４１により発生する力Ｆａにより制動は維持される。その後、ユーザ２が立ち上がることで力Ｆａが消失し、体重免荷装置２００によって第二ロープ２０１が引かれることにより、ロックが解除される（図１２を参照）。
【００４０】
なお、本実施形態と同様の構成を備える転倒防止装置において、半円形ブレーキの外周に、ブレーキパッド１４５に代えてギア状の部材を設け、ブレーキドラム１４０内周に内歯を設けることとしてもよい（図１３を参照）。
【００４１】
＜設定加速度の調整＞
次に、設定加速度の調整方法を説明する。設定加速度の調整方法には、様々な方法が採用されることが考えられ、例えば、以下のような方法が挙げられる。
【００４２】
図１４は、バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図である。この方法は、図２の転倒防止装置１００に対して適用することが出来る。ストッパ１１９とストッパ取付板１１８の間の第二バネ１３９にネジ１９１とナット１９２により変位を与えることでバネ力を変化させ、設定加速度を変化させる。なお、図１４に示す例では、ネジ１９１およびナット１９２はストッパ取付板１１８に設けられているが、ネジ１９１およびナット１９２はストッパ１１９に設けられてもよいし、バネの初期位置を変化させるための機構として、ネジ１９１とナット１９２以外の構成を採用することとしてもよい。
【００４３】
また、バネを取り替えることで、設定加速度を調整することとしてもよい（図示は省略する）。この方法は、図２および図１０の何れの転倒防止装置１００に対しても適用出来る。例えば、第二バネ１３９（図１０の場合はねじりコイルバネ１４３）自体を剛性の異なるものと交換することにより、設定加速度を変化させることが出来る。
【００４４】
図１５は、慣性モーメントを変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図である。この方法は、図２および図１０の何れの転倒防止装置に対しても適用することが出来る。ネジ１９３により回転の中心から慣性体１２０ｃまでの距離を調節し、慣性モーメントを変化させる。慣性モーメントを変化させることにより、設定加速度を変化させることが出来る。
【００４５】
図１６は、「剛性可変機構」（非特許文献１を参照）を用いてバネの剛性を変化させることで、設定加速度を調整する転倒防止装置の構成を示す図である。転倒防止装置１００ｃは、半円形ブレーキ１４２が移動してブレーキドラム１４０内周に接触することで第一ロープ１０２を制動する点において、図１０に示した転倒防止装置１００ｂと同様であるが、一端が慣性体１２０ｂに取り付けられたねじりコイルバネ１４３ｂと、ねじりコイルバネ１４３ｂの他端が取り付けられたステイ１５０と、ステイ１５０のネジ部に結合されることで取り付けられたガイドロッド１５１と、を備える点で、転倒防止装置１００ｂと異なる。なお、ステイ１５０は回転軸１１１に固定されており、ガイドロッド１５１にはテーパが設けられている。
【００４６】
図１７は、「剛性可変機構」によってバネの剛性を調整する部分の詳細を示す図である。ガイドロッド１５１を慣性体１２０ｂ方向に進む向きに回転させると、ガイドロッド１５１はねじりコイルバネ１４３ｂを押し拡げながら、ねじりコイルバネ１４３ｂ内を進む。その結果、ねじりコイルバネ１４３ｂの展開可能な部分の長さ（有効バネ長さ）が減少し、バネ定数が増加する。反対に、ガイドロッド１５１を逆側に回転させると有効バネ長さが増加し、バネ定数が減少する。このようにバネ定数を変化させると、バネ力も変化するため、設定加速度を変化させることが出来る。また、弾性部材の種類や、弾性部材の長さを変えることで、設定加速度を変化させてもよい。
【００４７】
図１８は、「剛性可変機構」を用いてバネの剛性を変化させることで、設定加速度を調整する転倒防止装置の構成を示す図である。転倒防止装置１００ｄは、半円形ブレーキ１
４２が移動してブレーキドラム１４０内周に接触することで第一ロープ１０２を制動する点で、図１０に示した転倒防止装置１００ｂと同様であるが、一端が慣性体１２０ｂに取り付けられたねじりコイルバネ１４３ｃと、ねじりコイルバネ１４３ｃの他端がフランジ部に固定されることで取り付けられたガイドロッド１５１ｂと、ボルト１５２とネジ穴１５３を用いてガイドロッド１５１ｂに取り付けられたステイ１５０ｂと、を備える点で、転倒防止装置１００ｂと異なる。なお、ステイ１５０ｂは回転軸１１１に固定されており、ガイドロッド１５１ｂにはテーパが設けられている。
【００４８】
図１９は、「剛性可変機構」によってバネの剛性を調整する部分の詳細を示す図である。ガイドロッド１５１ｂの中心部には回転軸１１１が挿入される穴を有し、回転軸１１１に対してガイドロッド１５１ｂは自由回転する。ガイドロッド１５１ｂを回転させると、ねじりコイルバネ１４３ｃがねじられ、コイル径が減少しガイドロッド１５１ｂの径の大きい部分から順にねじりコイルバネ１４３ｃが巻きついていく。その結果、ねじりコイルバネ１４３ｃの展開可能な部分の長さ（有効バネ長さ）が減少し、バネ定数が増加する。即ち、ガイドロッド１５１ｂのねじり量を調節することによりバネ定数を変化させることが出来る。ガイドロッド１５１ｂのねじり量を調節した後、図１９（ａ）に示すようにボルト１５２によりガイドロッド１５１ｂを固定する。これにより、バネ定数を調節することが出来るため、設定加速度を変化させることが出来る。なお、ここでは、例としてガイドロッド１５１ｂを固定する手段としてボルト１５２を用いたが、コイルバネをねじった後でガイドロッド１５１ｂを固定することが可能であれば、他の方法が採用されてもよい。
【００４９】
図２０から図２３は、バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図である。この方法は、図１０の転倒防止装置１００ｂに対して適用することが出来る。
【００５０】
図２０は、ねじりコイルバネ１４３の初期位置を変化させることで、設定加速度を変化させる場合の構成を示す図である。慣性体を回転軸に取り付ける、ねじりコイルバネ１４３の取り付け位置を変化させることで、設定加速度を調整することが出来る。なお、半円形ブレーキ１４２のガイドピン１３０ｂは通常状態では図２０に示すように慣性体１２０ｂの長方形穴１４４の端に位置しているため、ねじりコイルバネ１４３のスプリングトルク方向（第一ロープ１０２が引っ張られたときに慣性体１２０ｂにより発生する慣性モーメントの方向とは逆方向）に慣性体１２０ｂにトルクが生じた場合、ガイドピン１３０ｂが動くことができないため半円形ブレーキ１４２は慣性体１２０ｂとともに動く（転倒防止時とは逆方向に半円形ブレーキ１４２がスライドすることはない）。
【００５１】
なお、ねじりコイルバネ１４３の一端を慣性体１２０ｂに取り付け、回転軸１１１に取り付けられたステイ１５０ｃに他端を取り付けることとしてもよい（図２１を参照）。ねじりコイルバネの取付方法としては、ステイ１５０ｃにブロック形状の突起１８１を複数設け、任意の突起１８１の位置にねじりコイルバネ１４３の端を係止させ、バネの初期位置を変更することとしてもよいし（図２２を参照）、慣性体１２０ｂ側にブロック形状の突起１８２を複数設け、任意の突起１８２の位置にねじりコイルバネ１４３の他端を係止させ、バネの初期位置を変更することとしてもよい（図２３を参照）。以上のようにすることにより、バネによるトルクを変化させ、設定加速度を変化させることが出来る。
【００５２】
＜第三の実施形態＞
図２４は、速度および加速度の双方に基づいて転倒を防止することが可能な転倒防止装置の構成を示す図である。加速度に基づく転倒防止装置１００ｅに速度検知機構を取り付けることにより、所定の加速度が発生した場合か、または所定の速度に達した場合に転倒を防止することが出来る。具体的には、慣性体の外周に歯を刻み、歯を刻んだ慣性体を第
一ギア１２０ｄとし、回転軸１１１に固定された第二ギア１６１、および第二ギア１６１と噛み合いロータリダンパ１６３に回転を伝える第三ギア１６２を設ける。ロータリダンパ１６３の回転軸には第二ストッパ１６４が取り付けられており、第二ストッパ１６４には他端が図示しないフレームに取り付けられたバネ１６５が取り付けられている。
【００５３】
図２５は、転倒防止装置１００ｅを第一ギア１２０ｄ側から見た図である。回転軸１１１の速度が増加すると、ロータリダンパ１６３の回転軸に速度に比例した制動トルクが発生する。回転軸に設定速度以上の速度が発生した場合、第二ストッパ１６４はスプリングトルクに打ち勝ち第一ギア１２０ｄと噛み合う。第一ギア１２０ｄが第二ストッパ１６４により拘束された後、回転軸１１１は第一ロープ１０２により引っ張られており回転し続けようとするため、ストッパ１１９も回転軸１１１とともに回転し続けようとする。しかし、第一ギア１２０ｄが第二ストッパ１６４により拘束されているため、第一ギア１２０ｄからストッパ１１９の第二ピン１２５に反作用力が発生する。この反作用力が生じるとストッパ１１９はスライドし、ツメ回転板１２１内部の内歯１２７と噛み合う。１１９が内歯１２７と噛み合った後は、図６に示したものと同様のプロセスで第一ロープ１０２が制動され、転倒が防止される。
【００５４】
転倒が防止された後は、回転軸１１１の回転が停止するため、第二ストッパ１６４はバネ１６５により元の位置まで戻り、第一ギア１２０ｄの拘束が消失する。そして、それに伴いストッパ１１９にも反作用力が作用しなくなりストッパ１１９も元の位置に戻る。但し、加速度に基づく転倒防止の場合と同様に、第一ロープ１０２が引っ張られている限りロックは解除されない。ロックは加速度の場合と同様にユーザ２が立ち上がることによって解除される。
【００５５】
なお、半円形ブレーキ１４２を用いる構造の転倒防止装置１００ｆにおいても、図２４と同様の速度検知機構を取り付けることにより、速度および加速度に基づいて転倒を防止することが可能である（図２６を参照）。
【００５６】
本実施形態に拠れば、加速度の検出および制動に、コンピュータ、モータ等を用いないことで、コンパクト且つ安価な転倒防止装置および歩行支援装置を提供することが可能である。更に、加速度に基づいて転倒を検出することで、高加速度を伴う転倒に対して、速度や距離に基づいて転倒を検出する場合よりも早期に転倒を検出し、転倒を防止することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１Ａ】実施形態に係る歩行支援装置の全体の概略構成を示す正面図である。
【図１Ｂ】実施形態に係る歩行支援装置の全体の概略構成を示す側面図である。
【図２Ａ】実施形態に係る転倒防止装置の詳細な構成を示す分解図である。
【図２Ｂ】実施形態に係る転倒防止装置が組立てられた状態の構成を示す図である。
【図３Ａ】転倒防止装置を慣性体側から見た図である。
【図３Ｂ】慣性体を外した状態の転倒防止装置を慣性体側から見た図である。
【図４】ストッパおよびストッパ取付板の連結方法を示す図である。
【図５Ａ】ストッパに作用する力を示す図（１）である。
【図５Ｂ】ストッパに作用する力を示す図（２）である。
【図６】転倒防止装置の状態の遷移を示す図である。
【図７】転倒防止後の制動維持および制動解除の流れを示す図である。
【図８Ａ】図２Ａに示した転倒防止装置における、ツメ回転板のバリエーションを示す図である。
【図８Ｂ】図８Ａに示すツメ回転板の平面図である。
【図９】転倒防止装置の状態の遷移を示す図である。
【図１０】実施形態に係る転倒防止装置の詳細な構成を示す図である。
【図１１】実施形態における転倒防止装置の状態の遷移を示す図である。
【図１２】転倒防止後の制動解除の流れを示す図である。
【図１３】半円形ブレーキの他の実施形態を示す図である。
【図１４】バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図である。
【図１５】慣性モーメントを変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図である。
【図１６】剛性可変機構を用いて設定加速度を調整する転倒防止装置の構成を示す図である。
【図１７】剛性可変機構によってバネの剛性を調整する部分の詳細を示す図である。
【図１８】剛性可変機構を用いて設定加速度を調整する転倒防止装置の構成を示す図である。
【図１９】剛性可変機構によってバネの剛性を調整する部分の詳細を示す図である。
【図２０】ねじりコイルバネの初期位置を変化させることで設定加速度を変化させる場合の構成を示す図である。
【図２１】バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図（１）である。
【図２２】バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図（２）である。
【図２３】バネの初期位置を変化させることで、設定加速度を調整する方法について示す図（３）である。
【図２４】速度および加速度の双方に基づいて転倒を防止することが可能な転倒防止装置の構成を示す図である。
【図２５】転倒防止装置を第一ギア側から見た図である。
【図２６】速度および加速度の双方に基づいて転倒を防止することが可能な、半円形ブレーキを用いた転倒防止装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００５８】
１  歩行支援装置
１００  転倒防止装置
１０１  ハーネス
１０２  第一ロープ
１１０  転倒防止装置本体部
１１５  第一ドラム
１１６  第二ドラム
１１７  ラチェットホイール
１１８  ストッパ取付板
１１９  ストッパ
１２０  慣性体
１２１  ツメ回転板
１２２  ツメ
１２３  ガイドバー
１２５  第二ピン
１２８  第一バネ
１２９  第一ガイド穴
１３０  ガイドピン
１３９  第二バネ
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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【図７】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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