OS1-2-5
LIFE2012

2012 年 11 月 2 日－4 日 愛知 (名古屋大学)

開発者と人々をつなぐ無動力歩行支援機
Non-powered Walking Assist Suit Which Connects Developer and People○ 佐野明人（名古屋工業大学）

鈴木光久（（株）今仙技術研究所）

Akihito SANO, Nagoya Institute of Technology
Mitsuhisa SUZUKI, IMASEN NGINEERING CORPORATION
Abstract: he level walking of the passive walker that is realized only by a waist assist is high transfer efficiency verymuch. However, it is necessary to be beyond a potential barrier easily for the autonomy level walking. And, how to walkwalking robot is very similar to a person's. Before, we studied the walking assist device based on human-assisted passivewalking. In this paper, we introduce walking assist device harmonized with human and demonstrate an effect that thewalking assist device gives to human walking.
Key Words: Passive Walking, Walking Assist, Non-Powered, Bond
1. はじめに
近年，「寝たきり」は減少したものの「座らせきり」が多くなってきており，歩行支援の重要性が高まってきている．
また，病気に着目すると，脳卒中（脳梗塞，脳出血）の患者は約 140 万人おり，多くの方が片まひ（歩行障がい）などの後遺症を持つ．これ以外にも，脊髄損傷や変形性股関節・膝関節症などで歩行障がいが生じる．このような背景から，ロボットの分野においても，歩行のアシスト・リハビリテーションへの応用に注目が集まっている．
本研究では，受動歩行に基づく無動力の歩行支援機を提案している[1][2]．本稿では，試作開発した両脚・片脚式の歩行支援機について述べる．
2. アシスト受動歩行受動歩行機は，動力モータやセンサを持たず，制御を一切行わず緩やかな下りスロープを歩くことができる．受動
歩行は，重力効果のみによって，遊脚膝が自然に曲がり，脚の振り抜きが行われる．また，脚軌道があらかじめ決められているわけではなく，ロボットがスロープに触れるとその相互作用によって歩行動作が生まれる．さらに，自然でエネルギー効率が高いことで知られている．
大人サイズの受動歩行機は，ヒトがアシスト力を加えることで，簡単にスロープから我々の生活空間に活動範囲を広げた．図 1 に示すように，ヒト形の足機構や外装が備わった受動歩行機は，極めてヒトに近い歩容を見せる．

3. 両脚式歩行支援機
図 2 に両脚式の歩行支援機を示す．受動歩行機の脚の左右間隔をヒトの腰幅程度に広げ，その間にヒトが入る．

Fig.2 Walking-assist device (biped type)
本研究では，アシストを加えて歩行機が歩くことで，ヒトの脚運動と力学的に相互作用し，歩行支援となり得る影響をヒトに及ぼすものと考えている．支援者は，被支援者の脚の動きを直接制御せず，あくまでも歩行の様子を見ながらアシストの量や仕方を調整する．なお，腰に手を宛がい直接アシストした場合，同様なアシスト感は得られなかった．
高齢者疑似体験キット（膝サポータと足首重り）を被験者に装着し歩行実験を行った．アシストなしの場合は，歩幅 47[cm]，歩行速度 2.2[km/h]であったのに対して，アシス
トありの場合は，歩幅 63[cm]，歩行速度 3.1[km/h]となり，いずれも増大している．
4. 片脚式歩行支援機
図 3 に片脚式の歩行支援機を示す．図からわかるように，足部は付いておらず，大腿部と下腿部から成る 2 リンクシステムである．質量は約 1.5[kg]で比較的軽量である．なお，両脚式，片脚式ともに，受動歩行機をベースとしているため，関節軸はすべで単軸（ピッチ軸）となっており，単純な構造でありながら歩行支援ができる形になっている．また，腰と脛の位置に樹脂製のカフが配置されている．腰のカフは，骨盤をイメージした造形になっており，ヒトの腰を安定して覆えるようになっている．一方，脛のカフは，テーパー状になっている．

Fig.1 Biped anthropomorphic passive walker−1−

ーに内蔵されており，カムフォロワを介してカムに圧接している．なお，カム形状によって任意のトルク特性が生成でき，現行モデルでは，レバーを手前に引くに従って，発生トルクが大きくなる．
なお，股関節バネ機構に関しては，筆者らの受動歩行の研究[4]でその力学的な効果（脚や膝関節への効果など）が明らかになっている．
5. 活用法無動力であることから，次のような長所を有する．（1）
安全性が高い，（2）軽量である，（3）静粛性が高い，（4）低コストである．さらに，歩行中，アシスト感を自らフィードバックして，股関節バネ機構のレバー操作が行えるのがポイントである．なお，レバーを後方で固定することで，適当なアシストが得られる．脚は支持脚期と遊脚期を交互に繰り返す．主に遊脚期での脚の振り運動へのアシスト効果がある（即時的効果）．
Fig.3 Walking-assist device (mono type)
使用方法は，次の通りである．まず，患脚に片脚式歩行支援機を装着する．この場合，健脚と支援機が自身の骨盤を介して一対となり，相互作用することで，支援機の脚が受動的な脚運動を行い，この動きが患脚に作用する．ここで，支援機は減速機がなく高いバックドライバビリティを有しており，自然な脚運動が生起しやすくなっている．ない，両脚式の場合，支援者によるアシストが脚に作用していたが，片脚式の場合は，自身の健脚がアシストの原動力になっている．
装着方法は，腰カフに付いているベルトを肩に掛け，支援機の膝軸とヒトの膝を位置合わせし，腰カフを腰に宛がいベルトの長さを調整する．次に，やや屈んで脛カフを脚の細い箇所からはめ，そのまま体を起せばテーパー状のカフがふくらはぎとフィットし，装着完了である（およそ数秒）．ただし，片まひ患者の場合は，立位では理学療法士（PT）の補助下での装着が望ましく，座位での装着がより安全である．なお，さらに安定的に拘束したい場合は，腰ベルトを装着することで腰での安定性が増し，さらに大腿部側面に小型カフを追加すると同じく安定性が増す．また，まひ側は感覚も低下していることから，ベルトの斜め掛けの効果を今後検証していく．

Fig.4 Hip spring mechanism generating waist torqueさらに，本支援機は，図 4 に示すバネ・カムを用いた股関節バネ機構（腰トルク発生機構）を有している[3]．カムは腰軸（大転子位置）上，大腿部に固定され，バネはレバ−2−

6. 開発者と人々をつなぐ
片脚式歩行支援機が新聞で報道されてから，一般の方々から，電話，メール，手紙を数多く頂いており，その反響の大きさに驚いている[5]．リハビリテーションの場合，急性期，回復期，維持期があるが，能動型が術後の早い段階（急性期）で有効であるのに対して，受動型は回復期から維持期での活用が期待できる．特に，維持期での訪問リハや日常生活（散歩など）において，PT の支援のもとで使用し，できれば一人での利用（一人で装着できることも含む）を促したい．したがって，患者さんや理学療法士とのつながりがとても強くなると考えられる．そのためには，簡単に使って頂ける手軽さを重視し，また利用者が創意工夫できるようにしたい．
名古屋工業大学では，名工大ライフイノベーションプロ
ジェクトを推進しており，その活動の一環として訪問ワークショップを開催している[6]．一方的な講演，展示とは異なり，十分に時間を掛けて，開発した機器を実際に触ってもらい，また分かりづらい工学的用語を避けて，納得いくレベルで理解してもらう．その中で，問題点・改良点などの意見を聴取し，研究開発にフィードバックすることを狙っている．
参考文献[1] 佐野明人，田部井聡，岩月和輝，太田直幸，池俣吉人，
藤本英雄：アシスト受動歩行によるマルチロール歩行機の開発（1），日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'10 講演論文集, 1A2-A12, 2010.
[2] 佐野明人，岩月和輝：無動力歩行支援機の開発，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'12 講演論文集, 2P1-V08, 2012.
[3] 俵慎太郎，渡辺啓仁，池俣吉人，佐野明人：股関節バネ機構による望ましい脚運動に基づく 2 足受動歩行，日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'12 講演論文
集, 1A2-Q01, 2012.
[4] 加藤良樹，池俣吉人，佐野明人：脚運動に対する上体バネ機構の効果，日本機械学会ロボティクス・メカトロニ
クス講演会'12 講演論文集, 1A2-Q02, 2012.
[5] 中日メディカルサイト：
http://iryou.chunichi.co.jp/article/detail/20120113141449198[6] 名工大ライフイノベーションプロジェクト：
http://nlip.web.nitech.ac.jp/