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技術 歩行補助装置

出願人 学校法人東京理科大学
発明者 小林宏平松万明入江和隆唐渡健夫尾形正明
出願日 2005年7月11日 (14年4ヶ月経過) 出願番号 2005-202135
公開日 2007年1月25日 (12年9ヶ月経過) 公開番号 2007-014698
状態 特許登録済
技術分野 リハビリ用具
主要キーワード 装着準備状態 空気出入口 足フレーム 空気圧供給 各縦フレーム 空気圧式アクチュエータ 足首付近 空気ボンベ
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特許:約8,000万件, クラウドファンディング:約100万年件, 科研費・グラントデータ:約500万件, 発明者・研究者情報:約600万人

この項目の情報は公開日時点(2007年1月25日)のものです。
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図面 (17)

課題

容易に装着して歩行運動を行うことができる歩行補助装置を得る。

解決手段

歩行補助装置10は、上部がベルト18によって人の体幹に装着されると共に、下部が別路40によって人の下肢に装着されるブレース12と、ブレース12を装着した人を転倒しないように支持する台車14と、ブレース12と台車14とを連結する自動リフト装置64を備える。自動リフト装置64は、エアシリンダ72に空気を供給することで台車14に対するブレース12の高さを変更し得る。

概要

背景

上体及び左右の脚に装着されて脚の移動を所定方向規制する歩行矯正部を台車に固定して、装着の転倒を防止しつつ、歩行矯正部によって規制された適正な歩行運動歩行訓練)を行わせる歩行補助装置が知られている(例えば、非特許文献1参照)。また、この歩行補助装置は、台車のフレームに一端を固定したゴムひもの他端を歩行運動者足首付近に固定することで、歩行補助力を付与するようになっている。
2004年1月作成の「The David Hart Clinic」のカタログ

概要

容易に装着して歩行運動を行うことができる歩行補助装置を得る。 歩行補助装置10は、上部がベルト18によって人の体幹に装着されると共に、下部が別路40によって人の下肢に装着されるブレース12と、ブレース12を装着した人を転倒しないように支持する台車14と、ブレース12と台車14とを連結する自動リフト装置64を備える。自動リフト装置64は、エアシリンダ72に空気を供給することで台車14に対するブレース12の高さを変更し得る。

目的

本発明は上記事実を考慮して、容易に装着して歩行運動を行うことができる歩行補助装置を得ることが第1の目的である。また本発明は、歩行補助性能が良好な歩行補助装置を得ることが第2の目的である。

効果

実績

技術文献被引用数
2件
牽制数
3件

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請求項1

人体に装着され、装着者転倒を防止された状態で歩行を行い得るように該装着者を支持する歩行補助装置であって、上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に、下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられる装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持する支持部と、前記支持部と装着部との間に設けられ、前記支持部に対する装着部の高位を変更可能な高位可変装置と、を備えた歩行補助装置。

請求項2

前記装着部を前記支持部に対し持ち上げる方向に前記高位可変装置を駆動可能な駆動装置をさらに備えた請求項1記載の歩行補助装置。

請求項3

前記高位可変装置はエアシリンダであり、前記駆動装置は前記エアシリンダに空気を供給する空気供給装置である請求項2記載の歩行補助装置。

請求項4

前記高位可変装置は、前記支持部側に固定される基部と、前記装着部に固定される可動部と、該可動部と装着部との取付高さを変更可能な取付高調節部とを有して構成されている請求項1乃至請求項3の何れか1項記載の歩行補助装置。

請求項5

前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置をさらに備えた請求項1乃至請求項4の何れか1項記載の歩行補助装置。

請求項6

上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられ、下肢の動き所定方向に案内する装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持し、前記装着部を装着した人の転倒を防止する支持部と、前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置と、を備えた歩行補助装置。

請求項7

前記装着部は、装着した人の股関節の動きに追従して角変位する第1関節と、装着した人の膝関節の動きに追従して角変位する第2関節とを含んで構成されており、前記補助力付与装置は、前記第1関節を曲げる方向の力を生じる第1アクチュエータと、前記第2関節を曲げる方向の力を生じる第2アクチュエータと、前記第1関節を伸ばす方向の力を生じる第3アクチュエータとを含んで構成されている請求項5又は請求項6記載の歩行補助装置。

請求項8

前記第1乃至第3アクチュエータは、内部に空気が供給されて短縮しながら該短縮方向の力を生じる空気圧式アクチュエータである請求項7記載の歩行補助装置。

請求項9

前記補助力付与装置は、前記第1関節、前記第2関節の各変位を検出する回転検出器と、前規格化移転検出器検出角度に応じて前記第1乃至第3アクチュエータの動作を制御する制御装置とを含んで構成されている請求項7又は請求項8記載の歩行補助装置。

技術分野

0001

装着者転倒を防止した状態で該装着者に歩行を行わせる歩行補助装置に関する。

背景技術

0002

上体及び左右の脚に装着されて脚の移動を所定方向規制する歩行矯正部を台車に固定して、装着の転倒を防止しつつ、歩行矯正部によって規制された適正な歩行運動歩行訓練)を行わせる歩行補助装置が知られている(例えば、非特許文献1参照)。また、この歩行補助装置は、台車のフレームに一端を固定したゴムひもの他端を歩行運動者足首付近に固定することで、歩行補助力を付与するようになっている。
2004年1月作成の「The David Hart Clinic」のカタログ

発明が解決しようとする課題

0003

しかしながら、上記の如き従来の歩行補助装置では、人体に装着された歩行矯正部の連結ロッドを台車に設けた柱部に挿し込んで固定した状態で使用する構造であるため、介助者の助けがなくては装着部を台車に取り付けることが困難であった。一方、介助者にとっては、歩行運動を行う者の体格が小さい場合には問題がないが、歩行装着部を装着した者の体格が大きくなると介助労力が増してしまう問題があった。

0004

さらに、上記の如き従来の歩行補助装置において、自立歩行が特に困難な者に対しても歩行運動を行わせることができるように、歩行補助性能の改善が望まれてきている。

0005

本発明は上記事実を考慮して、容易に装着して歩行運動を行うことができる歩行補助装置を得ることが第1の目的である。また本発明は、歩行補助性能が良好な歩行補助装置を得ることが第2の目的である。

課題を解決するための手段

0006

上記目的を達成するために請求項1記載の発明に係る歩行補助装置は、人体に装着され、装着者が転倒を防止された状態で歩行を行い得るように該装着者を支持する歩行補助装置であって、上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に、下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられる装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持する支持部と、前記支持部と装着部との間に設けられ、前記支持部に対する装着部の高位を変更可能な高位可変装置と、を備えている。

0007

請求項1記載の歩行補助装置では、少なくとも体幹及び下肢において装着部を装着した本装置使用者は、高位可変装置を介して装着部を支持する支持部によって転倒を防止された状態で、歩行運動を行う。使用者が本歩行補助装置を装着する際には、例えば着座状態で装着部を体幹及び下肢に装着し、高位可変装置によって装着部を上方に移動しながら装着者を座位から立位移行させる。これにより、装着部を装着した使用者を持ち上げたりすることなく、装着部を使用者が歩行運動を行い得る位置で支持部に対して支持させることができる。

0008

このように、請求項1記載の歩行補助装置では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

0009

請求項2記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項1記載の歩行補助装置において、前記装着部を前記支持部に対し持ち上げる方向に前記高位可変装置を駆動可能な駆動装置をさらに備えた。

0010

請求項2記載の歩行補助装置では、駆動装置が作動すると、高位可変装置が伸張して装着部が支持部に対し持ち上がる。すなわち、駆動装置が生じる駆動力で使用者を座位から立位に移行させることができる。

0011

請求項3記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項2記載の歩行補助装置において、前記高位可変装置はエアシリンダであり、前記駆動装置は前記エアシリンダに空気を供給する空気供給装置である。

0012

請求項3記載の歩行補助装置では、シリンダ及びロッドの何れか一方が支持部に固定されると共に、他方が装着部に固定されたエアシリンダのシリンダに空気(圧)を供給すると、エアシリンダが伸張して使用者を座位から立位に移行させることができる。空気圧を用いるため、歩行補助装置は全体として小型軽量に構成され、また構造が簡単である。

0013

請求項4記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項1乃至請求項3何れか1項記載の歩行補助装置において、前記高位可変装置は、前記支持部側に固定される基部と、前記装着部に固定される可動部と、該可動部と装着部との取付高さを変更可能な取付高調節部とを有して構成されている。

0014

請求項4記載の歩行補助装置では、装着部と可動部との相対変位方向における取付位置が取付高調節部よって調整可能であるため、使用者の体格に応じて支持部に対する装着部の位置を調節し得る。このため、1台の歩行補助装置を異なる人で共用することができ、また身体の成長に合わせて支持部に対する装着部の位置を容易に調節することができる。

0015

請求項5記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項1乃至請求項4何れか1項記載の歩行補助装置において、前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置をさらに備えた。

0016

請求項5記載の歩行補助装置では、使用者が歩行運動を行う際、補助力付与装置のアクチュエータが歩行補助力を生じる。このため、特に自立歩行が困難な使用者であっても、支持部にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置からの歩行補助力を受けて、装着部によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

0017

請求項6記載の発明に係る歩行補助装置は、上側部分が装着者の体幹に取り付けられると共に下側部分が前記装着者の下肢に取り付けられ、下肢の動きを所定方向に案内する装着部と、前記装着部を歩行面に対し支持し、前記装着部を装着した人の転倒を防止する支持部と、前記装着部に設けられ、該装着部を装着した人の下肢が歩行動作を行うように歩行補助力を生じるアクチュエータを含む補助力付与装置と、を備えている。

0018

請求項6記載の歩行補助装置では、少なくとも体幹及び下肢において装着部を装着した使用者は、該装着部を歩行面に対し支持する支持部によって転倒を防止された状態で、歩行運動を行う。この際、補助力付与装置のアクチュエータが歩行補助力を生じる。このため、特に自立歩行が困難な使用者であっても、支持部にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置からの歩行補助力を受けて、装着部によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

0019

このように、請求項6記載の歩行補助装置では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

0020

請求項7記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項5又は請求項6記載の歩行補助装置において、前記装着部は、装着した人の股関節の動きに追従して角変位する第1関節と、装着した人の膝関節の動きに追従して角変位する第2関節とを含んで構成されており、前記補助力付与装置は、前記第1関節を曲げる方向の力を生じる第1アクチュエータと、前記第2関節を曲げる方向の力を生じる第2アクチュエータと、前記第1関節を伸ばす方向の力を生じる第3アクチュエータとを含んで構成されている。

0021

請求項7記載の歩行補助装置では、第1及び第3アクチュエータが適宜のタイミングで動作して第1関節を屈曲又は伸展させ、これと同期するように第2アクチュエータが第2関節を屈曲することで、使用者に対し適当な歩行補助力が付与される。第1アクチュエータは大臀筋を、第2アクチュエータはハムストロングを、第3アクチュエータは大腿直筋をそれぞれ補助するように機能するため、効果的かつ自然な(違和感のない)歩行補助力を得ることができる。また、使用者の各部の筋力強弱に応じて、作動するアクチュエータを異ならせて効果的な歩行補助を行うことも可能である。

0022

請求項8記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項7記載の歩行補助装置において、前記第1乃至第3アクチュエータは、内部に空気が供給されて短縮しながら該短縮方向の力を生じる空気圧式アクチュエータである。

0023

請求項8記載の歩行補助装置では、各アクチュエータが空気の供給に伴って短縮しつつ歩行補助力を生じる空気圧式のアクチュエータであるため、簡単な構造で上記各筋肉を補助する機能を実現することができる。

0024

請求項9記載の発明に係る歩行補助装置は、請求項7又は請求項8記載の歩行補助装置において、前記補助力付与装置は、前記第1関節、前記第2関節の各変位を検出する回転検出器と、前規格化移転検出器検出角度に応じて前記第1乃至第3アクチュエータの動作を制御する制御装置と、を含んで構成されている。

0025

請求項9記載の歩行補助装置では、制御装置が関節角度(の時間変化)に応じてアクチュエータの動作を制御するため、使用者の運動機能に応じて適切な歩行補助力を付与することができる。例えば、使用者の筋力が弱い部分や補助力による矯正が必要な部位に大きな歩行補助力を付与して、使用者に適切な歩行運動を行わせることが可能になる。

発明の効果

0026

以上説明したように本発明に係る歩行補助装置は、容易に装着して歩行運動を行うことができるという優れた効果を有する。また、本発明に係る歩行補助装置は、歩行補助性能が良好であるという優れた効果を有する。

発明を実施するための最良の形態

0027

本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置としての歩行補助装置10について、図1乃至図7に基づいて説明する。なお、説明の便宜上、矢印Aにて示す歩行訓練者歩行方向を前側とし、上下左右の方向は、この歩行方向を向いてみた場合の方向を基準とする。

0028

図1には、歩行訓練者が装着した状態の歩行補助装置10が斜視図にて示されており、図2には、未装着状態の歩行補助装置10が斜視図にて示されている。これらの図に示される如く、歩行補助装置10は、人体に装着される装着部(歩行矯正部)としてのブレース12が台車14に支持されて構成されている。

0029

ブレース12は、平面視で前方に開口した略半円状(U字状)に形成された腰フレーム16を備えており、腰フレーム16は、後述する自動リフト装置64を介して台車14に取り付けられている。腰フレーム16の左右方向中央部の前面には、その内側に入り込ませた人体の体幹における腰部に当接する腰当板16Aが取り付けられている。図1に示される如く、腰フレーム16は、その左右両端にそれぞれ連結された腰ベルト18によって人体の腰部に装着されるようになっており、腰ベルト18は後部が人体の臀部に下側から支持するように巻き掛けられる。これにより、腰フレーム16が装着者の体重を台車14に伝える(支持させる)構成とされている。なお、図1以外の図では、腰ベルト18の図示を省略している。

0030

また、図2に示される如く、腰フレーム16の左右両端には、それぞれ略上下方向に長手とされた左右一対縦フレーム20の下端が固着されている。左右の縦フレーム20は、それぞれの上端が装着者の胸部に至る程度の長さとされている。各縦フレーム20の下端側(腰フレーム16よりも上側)には、前後方向に長手とされたサブフレーム22の前端が固定されている。図1に示される如く、左右の縦フレーム20の各上端は、共通の胸ベルト23を介して人体の胸部に装着されるようになっている。なお、図1以外の図では、胸ベルト23の図示を省略している。

0031

さらに、腰フレーム16における各縦フレーム20の接合部よりもさらに前方の開口端近傍には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸24を介して、略上下方向に長手とされた上フレーム26の上端がヒンジ軸24廻り回動可能に連結されている。腰フレーム16とヒンジ軸24と膝上フレーム26とで、股関節に対応する第1関節K1を構成している。各膝上フレーム26の上部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム28の前端が固定されており、各膝上フレーム26の下部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム30の後端が固定されている。

0032

さらにまた、各膝上フレーム26の下端には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸32を介して、略上下方向に長手とされた膝下フレーム34の上端がヒンジ軸32廻りの回動可能に連結されている。膝上フレーム26とヒンジ軸32と膝下フレーム34とで、膝関節に対応する第2関節K2を構成している。各膝下フレーム34の下部には、それぞれ略前後方向に長手とされたサブフレーム36の前端が固定されている。一方、各膝下フレーム34における第2関節K2の直下には、平面視で前向きに開口する半円状に形成され人体の脚における膝下部を後側から受ける膝下受け38が取り付けられている。図1に示される如く、各膝下受け38は、中間部が該膝下受け38の背面側に固定された脚ベルト40によって、それぞれ左右異なる脚の膝下部に独立して装着されるようになっている。なお、図1以外の図では、脚ベルト40の図示を省略している。

0033

また、各膝下フレーム34の下端には、それぞれ略左右方向に沿う軸線を有するヒンジ軸42を介して、略上下方向に長手とされた足フレーム44の上端がヒンジ軸38廻りの回動可能に連結されている。膝下フレーム34とヒンジ軸42と足フレーム44とで、足首関節に対応する第3関節K3を構成している。さらに、各足フレーム44の下端には、それぞれSの靴底に装着可能な靴保持部46がヒンジ軸42廻りの回動可能に連結されている。

0034

以上説明したブレース12は、腰ベルト18によって腰フレーム16が体幹下部である腰部に、胸ベルト23によって各縦フレーム20の上端が体幹上部である胸部に、それぞれ脚ベルト40によって膝下受け38が下肢における膝下部に、靴保持部46が靴Sすなわち足に装着されて、主に下肢の運動方向を各関節K1、K2、K3の回動方向に規制するように人体に装着される構成である。

0035

台車14は、前後方向に長手とされたセンタフレーム48を備えている。センタフレーム48の前端には、左右方向に長手とされた前輪フレーム50の長手方向中央部が固定的に連結されており、該前輪フレーム50の左右両端には、それぞれ上下方向に沿う支軸52が連結されている。各支軸52には、それぞれアーム54が該支軸52廻りの回転可能に支持されており、各アーム54の下端には、車輪56の軸心が回転自在に支持されている。図1に示される如く、前輪フレーム50の左右方向中央部にはゴムひも55の一端が引っ掛けられるようになっており、このゴムひも55の他端は膝下フレーム34の下部に取り外し可能に係止されるようになっている。

0036

一方、センタフレーム48の後端には、上下方向に長手とされた縦パイプ58の上下方向の中間部が固定的に連結されている。縦パイプ58の後方には、リヤフレーム60を介して左右方向に長手とされた後輪フレーム62が連結されている。後輪フレーム62の長手方向両端には、それぞれ車輪56の軸心が回転自在に支持されている。本台車14すなわち歩行補助装置10では、前後計4つの車輪56のみが使用される歩行面に接するようになっている。なお、リヤフレーム60には、上下方向の変位を吸収するためのサスペンション構造を採用しても良い。また、台車14は、4つの車輪56を有する構成に代えて、2つ、3つ又は5つ以上の車輪56を備えた構成とすることができる。

0037

この台車14には、高位可変装置としての自動リフト装置64が設けられている。自動リフト装置64は、縦パイプ58の上端部に固定された上ブロック66と、縦パイプ58の下端近傍に固定された下ブロック68とを備えている。上ブロック66、下ブロック68は、それぞれ凹部を有する本体と66A、68Aと押さえ部66B、68Bとが、各凹部に入り込ませた縦パイプ58を挟み込んだ状態で互いに締結されることで、縦パイプ58すなわち台車14に固定されている。上下のブロック66、68の本体66A、68Aは、上下方向に長手とされた左右一対の連結板70にて連結されている。

0038

また、自動リフト装置64は、高位可変装置としてのエアシリンダ72を備えている。エアシリンダ72は、シリンダ72A内に設けられたピストン72B(図5参照)に、一端がシリンダ72Aの外側に位置する伸縮ロッド72Cの他端が固定されて構成されており、ピストン72Bがシリンダ72A内を摺動することで、伸縮ロッド72Cがシリンダ72Aに対し伸縮する構造とされている。

0039

図1乃至図3に示される如く、エアシリンダ72は、シリンダ72Aの下端部が上ブロック66に固定されており、シリンダ72Aの上端から突出している伸縮ロッド72C(の上端)が上下動するようになっている。この伸縮ロッド72Cの上端には、リフタ74の上端が固定されている。リフタ74は、エアシリンダ72の前方に並列して配置された本体74Aと、該本体74Aの上端から後方に延設され伸縮ロッド72Cの上端に固定された上フランジ74Bと、本体74Aの加担から前方に延設された下フランジ74Cとを有する。

0040

リフタ74の下フランジ74Cには、ガイドロッド76の上端が固定されている。ガイドロッド76は、台車14の縦パイプ58内に挿入され上下方向の移動のみが許容されるように支持されている。これにより、自動リフト装置64では、エアシリンダ72の伸縮ロッド72Cがシリンダ72Aに対し伸張すると、ガイドロッド76が縦パイプ58(内に配設したリニアガイド)にガイドされつつリフタ74が図6(A)に示す初期位置から図6(B)に示す如く上昇するようになっている。リフタ74の初期位置は、図3に示される如く、エアシリンダ72が最も短縮している場合の位置とされ、この実施形態では、下フランジ74Cが上ブロック66の上側近傍に位置する位置とされている。また、エアシリンダ72の最大ストロークは、略300mmとされている。

0041

そして、図5に示される如く、自動リフト装置64は、空気源としての空気ボンベ78を備えている。空気ボンベ78は、電空レギュレータ80を介してシリンダ72Aの下端近傍に配置された空気出入口72Dに連通されている。電空レギュレータ80は、空気出入口72Dと空気ボンベ78とを連通するポートと、空気出入口と外部(大気)とを連通するポートとを独立して開閉可能に構成されており、制御装置82に制御されてシリンダ72A内におけるピストン72Bの空気出入口72D側の内圧設定圧力にするように各ポートを開閉するようになっている。

0042

制御装置82は、昇降スイッチ84に電気的に接続されており、昇降スイッチ84が昇側に操作されるとシリンダ72Aの空気圧が所定圧力になるように電空レギュレータ80を制御してリフタ74を初期位置から所定量だけ上昇させ、昇降スイッチ84が降側に操作されるとシリンダ72A内の圧力を大気圧まで低下するように電空レギュレータ80を制御するようになっている。なお、制御装置82は、例えば歩行補助装置10を複数人で共用する場合などには、使用者の体格(身長、体重)に応じてリフタ74の上昇量を変化させたり上昇量を一定に保つように、設定圧力を適宜変更する構成とされても良い。

0043

空気ボンベ78、電空レギュレータ80、制御装置82は、台車14上の適宜位置に搭載されている。この空気ボンベ78、電空レギュレータ80、制御装置82が本発明における駆動装置を構成する。なお、空気ボンベに代えてコンプレッサ空気ポンプ等を備えても良い。

0044

以上説明した自動リフト装置64は、上記の通りブレース12を台車14に対し支持している。具体的には、自動リフト装置64を構成するリフタ74の下フランジ74Cに、連結部材83(図7参照))を介して、ブレース12を構成する腰フレーム16の左右方向中央部(後端部)が固定されている。これにより、歩行補助装置10は、リフタ74の初期位置からの上昇によって、図1に示される如くブレース12の腰フレーム16すなわち使用者の腰部を上方に移動させ得る構成とされている。

0045

そして、リフタ74の初期位置は、図4に示す椅子86に着座した使用者の腰部の位置に対応しており、リフタ74の上昇位置は、立位をとる使用者の腰部の位置に対応している。椅子86は、座部86Aの左右方向中央に前後方向に長手とされて前方に開口するスリット86Bが形成されており、スリット86Bに台車14の縦パイプ58回りの部分を入り込ませる状態から、後方に移動して台車14に干渉することなく引き抜くことができるように構成されている。

0046

次に、第1の実施形態の作用を説明する。

0047

上記構成の歩行補助装置10では、使用者は、図4に示す椅子86に着座した姿勢でブレース12を装着する。具体的には、腰ベルト18を臀部の下に回り込むように巻き付けて腰フレーム16を腰部に装着し、胸ベルト23を胸部に巻き回して左右の縦フレーム20に胸部を固定し、脚ベルト40を膝下受け38の外側から膝下部分に巻き付けて装着し、靴Sに靴保持部46を取り付ける。また、ゴムひも55の他端を、膝下フレーム34の下部に係止する。

0048

ブレース12を装着した使用者は、昇降スイッチ84を昇側に操作する。すると、制御装置82が電空レギュレータ80を制御し、エアシリンダ72のシリンダ72Aの内圧を上昇させる。これにより、歩行補助装置10では、図7(A)に示す座位から、エアシリンダ72の伸縮ロッド72Cが伸張してリフタ74が上昇させつつ、図7(B)に示される如く、リフタ74の下フランジ74Cに取り付けられているブレース12を装着した使用者を着座状態から立ち上がらせる。電空レギュレータ80はシリンダ72Aの内圧を一定に保つので、使用者は立位(起立状態)が維持される。

0049

次いで、補助者が椅子86を後方に引き抜く。この状態で、歩行補助装置10の使用者は、装着した多関節構造のブレース12によって動作を規制されながら、かつブレース12が取り付けられた台車14によって転倒を防止されながら、適正な歩行姿勢で歩行運動を行う。このとき、ゴムひも55の復元力が歩行補助力として作用する。

0050

使用者が歩行補助装置10のブレース12を取り外す際には、補助者がスリット86Bに縦パイプ58が入り込むように椅子86を後方からセットする。そして、使用者が昇降スイッチ84を降側に操作すると、制御装置82が電空レギュレータ80を制御して、エアシリンダ72のシリンダ内圧を大気圧にする。すると、使用者の体重によってリフタ74が下降しつつ伸縮ロッド72Cが短縮し、使用者が立位から椅子86への着座状態(座位)に移行する。この着座状態で使用者はブレース12を取り外す。

0051

ここで、歩行補助装置10では、自動リフト装置64を備えるため、ブレース12を装着した使用者を容易に歩行可能状態にすることができる。具体的には、台車14とブレース12とが伸縮装置である自動リフト装置64を介して連結されているため、ブレース12を装着した使用者を介助者が持ち上げて、該ブレース12に設けた連結ロッドを台車14の縦パイプに挿し込むといった動作を従来の如き動作を行うことなく、座位でブレース12を装着した使用者を、自動リフト装置64を伸張させながら立位すなわち歩行可能姿勢に移行させることができる。これにより、介助者又は補助者の労力が軽減される。

0052

特に、自動リフト装置64では、空気圧(動力)でリフタ74を上昇させて使用者を座位から立位に移行させる構成であるため、使用者を人手で立ち上がらせる必要もなく、介助者又は補助者の労力が一層軽減される。

0053

このように、第1の実施形態に係る歩行補助装置10では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。

0054

また、自動リフト装置64の動力源としてエアシリンダ72を採用しているため、構造が簡単であり、歩行補助装置10は、使用者を容易に歩行可能状態にすることができる機能を備えつつ、全体として小型軽量に構成される。さらに、エアシリンダ72を用いたため、自動リフト装置64を運動吸収装置として用いることも可能である。すなわち、使用者に適正な歩行運動を行わせるためには、歩行に伴う使用者の台車14に対する上下動を許容する必要があるが、エアシリンダ72が空気ばね装置の如く機能することで、使用者の上下動を許容(吸収)することができる。これにより、例えば従来リヤフレーム60に設けられていたサスペンション機能を不要とし、台車14の構造を簡素化することも可能である。

0055

さらに、歩行補助装置10では、エアシリンダ72の内圧すなわち電空レギュレータ80の設定を変更することで、リフタ74の上昇量を調節することができる。これにより、体格の異なる使用者が歩行補助装置を共用することも可能になる。

0056

(他の実施形態)
次に本発明の他の実施形態を説明する。なお、上記第1の実施形態又は前出の構成と基本的に同一の部品、部分については上記第1の実施形態又は前出の構成と同一の符号を付して説明を、図示を省略する場合がある。

0057

(第2の実施形態)
図8には、第2の実施形態に係る歩行補助装置90を構成する自動リフト装置92が斜視図にて示されている。この図に示される如く、自動リフト装置92は、リフタ74に代えて伸縮部としてのリフタ94を備えている。リフタ94は、上端に設けられた図示しない上フランジ74Bにおいて伸縮ロッド72Cの先端に固定されている。このリフタ94には、第1の実施形態における下フランジ74Cと同様に連結部材83を介してブレース12が固定される取付部材96が固定されるようになっている。

0058

取付部材96は、ガイドロッド76を前後から挟み込んで保持し得る一対の半体96Aにて構成されており、ガイドロッド76を挟み込んだ一対の半体96Aを貫通する左右一対のボルト98が、リフタ94に設けられたボルト孔94Aにそれぞれ螺合することで、該リフタ94に固定されるようになっている。

0059

そして、リフタ94には、左右一対のボルト98が螺合可能なボルト孔94Aが高さ方向に沿って複数設けられている。これにより、ボルト98を螺合するボルト孔94A(の高さ)を変更することで、リフタ94すなわち台車14に対する取付部材96すなわちブレース12の支持高さを変更可能な構成が実現されている。この実施形態では、ボルト孔94Aは、10mm間隔で15段階の高さ調節を行い得るように設けられている。なお、自動リフト装置92においては、エアシリンダ72のシリンダ72Aが本発明における基部に相当する。

0060

歩行補助装置90の他の構成は、歩行補助装置10の対応する構成と同じである。したがって、第2の実施形態に係る歩行補助装置90によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本歩行補助装置90では、台車14に対するブレース12の支持高さを調節可能であるため、電空レギュレータ80の設定変更に頼ることなく、使用者の体格に合わせた座位、立位(特に、座位)の調節が可能である。

0061

(第3の実施形態)
図9には、第3の実施形態に係る歩行補助装置100が斜視図にて示されている。この図に示される如く、歩行補助装置100は、使用者に歩行補助力を付与するための補助力付与装置102を備える点で、第1の実施形態に係る歩行補助装置10とは異なる。

0062

補助力付与装置102は、股関節の屈曲を補助する第1アクチュエータ104と、膝関節の屈曲を補助する第2アクチュエータ106と、股関節の伸展を補助する第3アクチュエータ108とを備えている。図10に示される如く、第1乃至第3アクチュエータ104、106、108は、それぞれ使用者の左右の脚に対応して左右一対設けられている。以下、左右小アクチュエータを区別して説明する場合には、右側のアクチュエータの符号に「A」の添え字を、左側のアクチュエータの符号に「B」の添え字を付すこととする。

0063

この実施形態では、第1乃至第3アクチュエータ104、106、108は、それぞれ圧縮空気が供給されると短縮して短縮方向の力を生じる空気圧式のアクチュエータ、所謂McKibben型人工筋肉とされている。

0064

左右の第1アクチュエータ104は、一端が腰フレーム16の腰当板16A取付部位から上方に突設した係止部16Bに係止されると共に、他端がサブフレーム30の後端から後方に突出した係止部30A(膝上フレーム26の下端近傍)に係止されており、短縮することで股関節に対応する第1関節K1を屈曲させる力を生じるようになっている。図12(A)、図12(B)に示される如く、第1アクチュエータ104は、図12(C)に示す人体の大臀筋に相当する力を生じる構成とされている。

0065

左右の第2アクチュエータ106は、一端が係止部30Aに係止されると共に他端がサブフレーム36の後端近傍に係止されており、短縮することで膝関節に対応する第2関節K2を屈曲させる力を生じるようになっている。なお、第2アクチュエータ106の一端をサブフレーム28の後端近傍に係止する構成としても良い。図12(A)、図12(B)に示される如く、第2アクチュエータ106は、図12(C)に示す人体のハムストロングに相当する力を生じる構成とされている。

0066

左右の第3アクチュエータ108は、一端がサブフレーム22の前端から前方に突出した係止部22Aに係止されると共に、他端がサブフレーム30の前端近傍に係止されており、短縮することで第1関節K1を伸展する方向の力を生じるようになっている。第1関節K1の伸展には比較的大きな力を要することから、第3アクチュエータ108は、左右各2本ずつ設けられている。図12(B)に示される如く、第3アクチュエータ108は、図12(D)に示す人体の大体直筋に相当する力を生じる構成とされている。

0067

図11に示される如く、第1乃至第3アクチュエータ104、106、108は、それぞれ対応する電空レギュレータ110を介して空気ボンベ78に接続されている。電空レギュレータ110の機能は、自動リフト装置64の電空レギュレータ80と同じである。したがって、電空レギュレータ110の動作によって、各アクチュエータ104、106、108に空気ボンベ78の圧縮空気を供給して補助力を生じさせ、各アクチュエータの圧縮空気を排出して力補助宝庫等は反対向きの人体の動作を許容するようになっている。

0068

各電空レギュレータ110は、制御装置112に電気的に接続されており、該制御装置112の指令に基づいて、対応するアクチュエータ104、106、108に供給する空気圧を変化させ又は維持するようになっている。制御装置112の制御については、第3の実施形態と作用と共に一例を示す。制御装置112は、制御装置82と一体に構成されても良い。

0069

歩行補助装置100の他の構成は、歩行補助装置10の対応する構成と同じである。したがって、第3の実施形態に係る歩行補助装置100によっても、第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。

0070

以下、第3の実施形態に係る歩行補助装置100における歩行補助装置10とは異なる作用を説明する。

0071

上記構成の歩行補助装置100では、補助力付与装置102が設けられたブレース12を装着した使用者が歩行可能状態になると、制御装置112は、所定のタイミングチャートに従って各電空レギュレータを制御する。図13は、そのタイミングチャートの一例を示す。この例では、各電空レギュレータ110に6段階の圧力が設定されており、各アクチュエータ104、106、108の長さを段階的に切り替えるようになっている。各アクチュエータ104、106、108は、遊び消費してそれ以上短縮すると、歩行補助力を生じる。

0072

図13の例では、右足の第1アクチュエータ104A及び第2アクチュエータ106Aをわずかの位相差で作動して、それぞれ右側の第1及び第2関節K1、K2を屈曲する補助力を付与すると共に、ほぼ同じタイミングで左側の第3アクチュエータ108Bを作動して左側の第1関節K1を伸展する歩行補助力を付与する。この動作の開始から略2秒後には、左右の足の動作が上記と逆である動作が開始される。すなわち、左足の第1アクチュエータ104B及び第2アクチュエータ106Bをわずかの位相差で作動して、それぞれ左側の第1及び第2関節K1、K2を屈曲する補助力を付与すると共に、ほぼ同じタイミングで右側の第3アクチュエータ108Aを作動して右側の第1関節K1を伸展する歩行補助力を付与する。制御装置112は、以上の動作を繰り返す。

0073

図14に、実際の歩行結果を示す。図14(A)は、人間と同様の股関節、膝関節を有する人形に本歩行補助装置100を装着した場合の歩行実験結果であり、図14(B)は下肢に障害を有する人が本歩行補助装置100を装着した場合の歩行実験結果である。各図の縦軸の角度は、右側の第1関節K1、第2関節K2に設けたロータリエンコーダの出力を角度に変換したものである。これらの図から、ほぼ付与した歩行補助力に対応する各関節の角変位が得られることがわかる。また、自ら立位を維持できず歩行力を生じない人形の場合には関節の変位に若干の乱れが生じるものの、ある程度の脚力を備えた人に適用した場合には、安定した関節の角変位すなわち適切な歩行状態が得られることが確かめられた。

0074

ここで、歩行補助装置100では、補助力付与装置102のアクチュエータが歩行補助力を生じるため、特に自立歩行が困難な人であっても、台車14にて転倒を防止された状態で、補助力付与装置102からの歩行補助力を受けて、ブレース12によって規制された適正な歩行運動を行い得る。

0075

特に、補助力付与装置102が、歩行の際に主に用いる各筋肉に対応して、大臀筋に相当する第1アクチュエータ104、ハムストロングに相当する第2アクチュエータ106、大腿直筋に相当する第3アクチュエータ108を備えるため、効果的かつ自然な(違和感のない)歩行補助力を得ることができる。また、例えば使用者の筋力が弱い部分に大きな歩行補助力を付与し、筋力の強い部分に対しては歩行補助力を小さくする等のきめ細かい歩行補助が可能となる。

0076

このように、第3の実施形態に係る歩行補助装置100では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。また、歩行補助装置100では、歩行補助性能が良好である。

0077

また、歩行補助装置100では、第1乃至第3アクチュエータ104、106、108がそれぞれ空気の供給に伴って短縮しつつ歩行補助力を生じる空気圧式のアクチュエータ(McKibben型人工筋肉)であるため、簡単な構造で上記各筋肉を補助する機能を実現することができる。

0078

(第4の実施形態)
図15には、第4の実施形態に係る歩行補助装置120が斜視図にて示されている。また、図16には、歩行補助装置120を構成する補助力付与装置122がブロック図にて示されている。これらの図に示される如く、歩行補助装置120は、補助力付与装置122が左右の第1関節K1、第2関節K2の各変位に応じた信号を出力する回転検出器としてのロータリエンコーダ124、126、128、130と、各ロータリエンコーダ124、126、128、130の出力信号に基づいて各関節K1、K2が所定の回転プロファイルをとるようにフィードバック制御又はフィードフォワード制御を行う制御装置132とを備える点で、歩行補助装置100とは異なる。

0079

制御装置132は、左右の第1関節K1、第2関節K2の角度が使用者に歩行を行わせるべく互いに同期して、それぞれ所定の回転プロファイルを取る(角変位する)ように(例えば予め定められた歩行パターンとの差をなくすように)、各ロータリエンコーダ124、126、128、130の出力信号に基づいて、各アクチュエータ104、106、108への空気圧供給を制御するように構成されている。歩行補助装置120の他の構成は、歩行補助装置100の対応する構成と同じである。

0080

したがって、第4の実施形態に係る歩行補助装置120によっても、基本的に第3の実施形態と同様の効果を得ることができる。すなわち、歩行補助装置120では、容易に装着して歩行運動を行うことができる。また、歩行補助装置120では、歩行補助性能が良好である。特に、制御装置132が各ロータリエンコーダ124、126、128、130の出力信号に基づいて、各アクチュエータ104、106、108への空気圧供給を制御するため、例えば、左右の脚で健常度、障害の度合い、疲労度が異なる場合等に、障害度の高い脚(関節)や疲労度の大きい脚(筋力が弱い部分など)に大きな補助力を付与して適正な歩行運動を行わせることが可能になる。

0081

なお、歩行補助装置100、120では、復元力で歩行補助力を付与するゴムひも55を備えない構成とすることも可能である。さらに、歩行補助装置100では、自動リフト装置64を有する好ましい構成には限定されず、自動リフト装置64を備えない歩行補助装置に補助力付与装置102を適用しても良い。

図面の簡単な説明

0082

本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置の使用状態を示す斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置のエアシリンダ伸張状態の斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置のエアシリンダ短縮状態の斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置の装着準備状態の斜視図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置の要部を示す模式図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置を示す図であって、(A)は短縮状態の模式図、(B)は伸張状態の模式図である。
本発明の第1の実施形態に係る歩行補助装置を構成する自動リフト装置を示す図であって、(A)は使用者が座位をとる状態の模式図、(B)は使用者が立位をとる状態の模式図である。
本発明の第2の実施形態に係る車両用歩行補助装置を構成する高さ調節構造を示す斜視図である。
本発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置の使用状態を示す斜視図である。
本発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示す斜視図である。
発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示すブロック図である。
(A)は本発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の背面図、(B)は本発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の側面図、(C)は第1及び第2アクチュエータが対応する人体の筋肉を示す説明図、(D)は第3アクチュエータが対応する人体の筋肉を示す説明図である。
発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置の動作を説明するためのタイミングチャートである。
発明の第3の実施形態に係る歩行補助装置による歩行補助実験結果を示す図であって、(A)は人形に適用した場合の結果を示す線図、(B)は人に適用した結果を示す線図である。
本発明の第4の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示す斜視図である。
発明の第4の実施形態に係る歩行補助装置を構成する補助力付与装置を示すブロック図である。

符号の説明

0083

10歩行補助装置
12ブレース(装着部)
14台車(支持部)
64自動リフト装置(高位可変装置)
72エアシリンダ(高位可変装置)
72Aシリンダ(基部)
78空気ボンベ(駆動装置)
80電空レギュレータ(駆動装置)
82制御装置(駆動装置)
90 歩行補助装置
92 自動リフト装置(高位可変装置)
96取付部材(可動部)
100・120 歩行補助装置
102・122補助力付与装置
104 第1アクチュエータ
106 第2アクチュエータ
108 第3アクチュエータ
132 制御装置
K1 第1関節
K2 第2関節

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