(57)【要約】【課題】下肢機能に障害や衰えがある人のために、股関節、膝関節、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。【解決手段】歩行支援装置は、大腿支持部、下腿支持部、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1を一つのアクチュエータ2により動作することで、装着者の歩行動作を支援する。動作支援装具1は、股関節の筋力補助を行うことで大腿を前に持ち上げ、膝関節の筋力補助を行うことで歩幅を確保し、足関節の筋力補助を行うことでつま先が下がるのを防止することで、自然な歩行が可能になり転倒の危険性を低下させる。また、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。【選択図】  図1
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、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と、上記動作支援装具を動作させる一つのアクチュエータと、上記アクチュエータ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と、電流を上記アクチュエータに供給する駆動電流生成手段を備えることを特徴とする歩行支援装置。
【請求項２】
請求項１に記載の歩行支援装置において、
上記動作支援装具は、上記大腿支持部を構成する四節リンクを主とするリンク機構と、上記下腿支持部を構成する四節リンクを主とするリンク機構と、上記装着者の足を保持する上記足支持部から構成されるとともに、一つの上記アクチュエータで上記動作支援装具を動作させ、上記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ことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項３】
請求項１に記載の歩行支援装置において、
上記装着者の膝に対応する上記大腿支持部下端は、上記アクチュエータの動きに連動して、上記装着者の通常歩行時の膝の動きを実現する一定の円弧運動を行うことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項４】
請求項１に記載の歩行支援装置において、
上記装着者の足首に対応する上記下腿支持部下端は、上記アクチュエータの動きと、上記大腿支持部を構成するリンク機構の動きに連動して、上記装着者の通常歩行時の足首の動きをほぼ実現する楕円運動を行うことを特徴とする歩行支援装置。
【請求項５】
請求項１に記載の歩行支援装置において、
上記足支持部は、上記下腿支持部を構成するリンク機構の動きに連動して上記装着者のつま先が下がるのを防止するために、上記下腿支持部下端と上記装着者の土踏まずから踵までが接する上記足支持部の連結部が可動式の機構を備えることを特徴とする歩行支援装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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】
以上の課題を解決するためになされた第一の発明は、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は、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と、上記動作支援装具を動作させる一つのアクチュエータと、上記アクチュエータ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と、電流を上記アクチュエータに供給する駆動電流生成手段を備えることを特徴とする。
【０００５】
また、第二の発明の動作支援装具は、上記大腿支持部を構成する四節リンクを主とするリンク機構と、上記下腿支持部を構成する四節リンクを主とするリンク機構と、上記装着者の足を保持する上記足支持部から構成されるとともに、一つの上記アクチュエータで上記動作支援装具を動作させることで上記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ことを特徴とする。
【０００６】
また、第三の発明の上記大腿支持部下端は、上記大腿支持部を構成するリンク機構の各リンク長を調整することで、上記アクチュエータの動きに連動して、上記装着者の通常歩行時の膝の動きを実現する一定の円弧運動を行うことを特徴とする。
【０００７】
また、第四の発明の上記下腿支持部下端は、上記下腿支持部を構成するリンク機構の各リンク長を調整することで、上記アクチュエータの動きと、上記大腿支持部を構成するリンク機構の動きに連動して、上記装着者の通常歩行時の足首の動きをほぼ実現する楕円運動を行うことを特徴とする。
【０００８】
また、第五の発明の上記足支持部は、上記下腿支持部を構成するリンク機構の動きに連動して上記装着者のつま先が下がるのを防止するために、上記下腿支持部下端と上記足支持部の連結部が、弾性体またはスプリングなどを介する可動式の機構を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
以上の五つの発明により、装着者の脚に適合するリンク長さで大腿支持部と、下腿支持部と、足支持部からなる脚部である動作支援装具を構成し、装着者の歩行周期に基づいてアクチュエータに動力を発生させるために、指令信号に従って駆動電流を生成することで、大腿支持部で股関節の筋力補助を行うことで大腿を前に持ち上げ、下腿支持部で膝関節の筋力補助を行うことで歩幅を確保し、足支持部で足関節の筋力補助を行うことでつま先が下がるのを防止する。その結果、装着者は通常歩行時の膝と足首の動きをほぼ実現する自然な歩行動作が可能になり転倒の危険性が低下する。動作支援装具は一つのアクチュエータで動作されるため、歩行支援装置の軽量化と低コスト化を図ることができる。また、動作支援装具の脚部を構成する大腿支持部、下腿支持部、足支持部が連動して一定の動きである人の歩行時における脚の膝と足首の動きをほぼ実現することができるので、下肢機能が低下している人の機能回復を目的としたリハビリ装置としての効果を併せ持っている。
【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
１２  大腿支持部リンク
１３  大腿支持部リンク
１４  大腿支持部リンク
１５  大腿支持部リンク
１６  大腿支持部リンク
１７  大腿支持部リンク
１８  大腿支持部リンク
１９  大腿支持部リンク
２０  下腿支持部リンク
２１  下腿支持部リンク
２２  下腿支持部リンク
２３  下腿支持部リンク
２４  下腿支持部リンク
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
３３  連結軸
３４  連結軸
３５  連結軸
３６  連結軸
３７  連結軸
３８  連結軸
３９  連結軸
【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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