JP2005034508A - Adjusting system for prosthesis leg using radio transmission - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、ひざの部分で屈曲および/または伸展可能な義足に対し、義足装着者の歩行に適合するデータを無線通信によって与える、無線利用の義足調整システムに関する。 The present invention relates to a wireless prosthetic leg adjusting system that provides wireless communication with data suitable for walking of a prosthetic leg wearer for a prosthetic leg that can be bent and / or extended at a knee portion.
この種の義足の代表例は大腿義足である。大腿義足は、大腿側の第1の構成部材と下腿側の第2の構成部材とがひざの部分で屈曲および/または伸展可能であり、通常、その屈曲および/または伸展を補助するため、空圧あるいは油圧の流体圧制御装置を備えている。流体圧制御装置としては、往復動ピストンを含むピストンタイプや揺動ベーンを含むロータリタイプ等が利用されている。そのような流体圧制御装置は、第1および第2の両構成部材の間に支持され、たとえば、ひざの屈曲に対して抵抗力を与える機能を果たす。適正な抵抗力は、歩行の形態に応じて変化する。そこで、流体圧制御装置は、屈曲に伴う流体の流れを絞る可変制御弁を含み、その可変制御弁の弁開度(つまり、絞りの程度)を歩行形態に応じて制御することが知られている。弁開度自体を制御すること自体は、電子制御回路あるいはマイクロプロセッサを用いた技術によって、容易に実行することができる。 A typical example of this type of prosthesis is a thigh prosthesis. In the thigh prosthesis, the first component on the thigh side and the second component on the thigh side can be bent and / or extended at the knee portion, and normally, in order to assist the bending and / or extension, It has a pressure or hydraulic fluid pressure control device. As the fluid pressure control device, a piston type including a reciprocating piston, a rotary type including a swing vane, or the like is used. Such a fluid pressure control device is supported between both the first and second constituent members, and functions to provide resistance to, for example, knee bending. The appropriate resistance varies depending on the form of walking. Therefore, it is known that the fluid pressure control device includes a variable control valve that throttles the flow of fluid accompanying bending, and controls the valve opening (that is, the degree of throttling) of the variable control valve according to the walking mode. Yes. Control of the valve opening itself can be easily performed by a technique using an electronic control circuit or a microprocessor.
しかし、歩行に応じた弁開度の制御特性は、義足装着者ごとに異なる。したがって、義足を装着するに先立ち、義足側の電子制御回路に対し、各装着者の歩行に適した弁開度の制御データを設定し与えることが必要である。 However, the control characteristic of the valve opening according to walking differs for each prosthetic leg wearer. Therefore, prior to mounting the prosthetic leg, it is necessary to set and give control data of the valve opening suitable for each wearer's walk to the electronic control circuit on the prosthetic leg side.
義足の電子制御回路に対し義足装着者の歩行に適した制御データを設定する場合、一般には、義足の歩行訓練の段階で、義肢装具士等の専門家が中心となり、制御データの設定を行う。その場合、装着者が装着する義足側と、義足とは離れたところに位置する専門家(つまり、外部設定器をもつ専門家)との間で、各種のデータのやり取り(伝送あるいは送受信)を伴う。このデータのやり取りは、義足側と外部設定器とをケーブルで接続した有線形態で行うこともできるが、そのようなケーブルを用いることなく義足側と外部設定器との間を無線で通信することができる。後者の無線による方法によれば、データ設定のための歩行時にケーブルが邪魔になることなく、スムーズに作業を進めることができる。次のような特許文献が無線による技術を示している。
無線による今までの技術においては、義足側の通信器が専ら義足の内部に位置する。すなわち、その通信器は、データを設定する調整のときだけでなく、調整を終えた後の段階(義足を実際に使用する段階)にも、義足の内部に残ったままである。いわば義足の一部となる通信器は、義足を重くし大型にもするし、義足のコストを高めることにもなる。また、特許文献1のように、赤外線での送受信機能をもたせるような場合には、わずかな電力とはいえ、赤外線の通信回路を動作させるための待機電力が必要であり、その分だけ余分な電池容量が必要になる。
この発明は、以上のような点を考慮してなされたものであり、無線通信のための通信器に関係する問題を解決することを課題とする。
発明の着眼点
In the wireless technology so far, the communicator on the prosthetic leg side is exclusively located inside the prosthetic leg. That is, the communicator remains in the prosthetic leg not only at the time of adjustment for setting data but also at the stage after the adjustment is finished (the stage where the artificial leg is actually used). In other words, a communicator that is a part of a prosthetic leg makes the prosthetic leg heavier and larger, and increases the cost of the prosthetic leg. In addition, in the case of providing an infrared transmission / reception function as in Patent Document 1, standby power is required to operate the infrared communication circuit, although it is a small amount of power. Battery capacity is required.
The present invention has been made in consideration of the above points, and an object thereof is to solve problems related to a communication device for wireless communication.
The focus of the invention
義足内部の電子制御回路と義足外部の外部設定器との間の送受信は、電子制御回路に対し義足装着者に適合するデータを設定する調整のときだけ必要な事項である。調整後における普段の義足使用時には、不要な事項である。とすれば、調整の前後にわたって義足の内部に配置していた義足側の通信器は、義足の調整のときだけ一時的に義足側に付随していれば良い。調整が終われば、義足側の通信器は不要であるため、義足から取り外してしまうことができる。 Transmission / reception between the electronic control circuit inside the prosthetic leg and the external setting device outside the prosthetic leg is a necessary item only when adjusting the electronic control circuit to set data suitable for the prosthetic leg wearer. This is an unnecessary item when using a regular prosthetic leg after adjustment. If this is the case, the prosthetic leg communicator placed inside the prosthetic leg before and after adjustment only needs to be temporarily attached to the prosthetic leg only when the prosthetic leg is adjusted. When the adjustment is completed, the communicator on the prosthetic leg side is unnecessary and can be removed from the prosthetic leg.
そのような着眼に基づき、この発明では、義足側の通信器を義足側に一時的に配置し、調整を終えた後でその通信器を義足から取り外すようにする。もう少し詳しくいうと、この発明の無線利用の義足調整システムにおいては、義足装着者の歩行に応じた弁の開度のデータを入力する入力部、およびその入力部を通して入力されたデータを通信する機能をもつ通信部を含む設定器であり、義足の外部から遠隔操作が可能な外部設定器と、その外部設定器からの送信データを受信し、ケーブルを通して義足内部の電子制御回路に伝送するための通信器とがあり、その通信器を、義足を装着すべき装着者の側で、義足の外部に一時的に配置することに特徴がある。 Based on such attention, in the present invention, the communicator on the prosthetic leg side is temporarily arranged on the prosthetic leg side, and after the adjustment is completed, the communicator is removed from the prosthetic leg. More specifically, in the wireless prosthetic leg adjusting system of the present invention, an input unit for inputting valve opening data corresponding to walking of the prosthetic leg wearer, and a function for communicating data input through the input unit This is a setting device that includes a communication unit with an external setting device that can be remotely operated from the outside of the prosthetic leg, and for transmitting transmission data from the external setting device and transmitting it to the electronic control circuit inside the prosthetic leg through the cable. There is a communication device, and the communication device is characterized in that it is temporarily placed outside the artificial leg on the side of the wearer who should wear the artificial leg.
この発明で対象とする義足は、大腿側の第1の構成部材と下腿側の第2の構成部材とがひざの部分で屈曲および/または伸展可能であり、その屈曲および/または伸展を補助するため、それら第1および第2の両構成部材の間に支持された流体圧制御装置を備える義足である。この発明を実施するとき、義足は、通常、第1および第2の両構成部材の外側を被うカバーを備え、そのカバーには、一端を電子制御回路に接続したケーブルの他端側をカバーの外側に引き出す部分がある。その引き出す部分としては、カバーに設けたスリットや切欠き孔、あるいはカバーが弾性変形することに伴って生じる隙間を適用することができる。 In the prosthetic limb targeted by the present invention, the first constituent member on the thigh side and the second constituent member on the crus side can be bent and / or extended at the knee portion, and the bending and / or extension is assisted. Therefore, it is a prosthetic leg including a fluid pressure control device supported between the first and second constituent members. When practicing the present invention, a prosthetic leg usually includes a cover that covers the outside of both the first and second components, and the cover covers the other end of the cable having one end connected to the electronic control circuit. There is a part to pull out outside. As the part to be pulled out, a slit or a notch hole provided in the cover, or a gap generated when the cover is elastically deformed can be applied.
また、義足の外部に一時的に配置する通信器は、カバーの外側であって、ひざの部分よりも上方に位置させるようにすると良い。たとえば、その通信器を専用のベルト等で大腿部や腰の部分に取り付けおよび取り外し可能に装着する。そうすれば、義足の調整時と調整を終えた後とにおいて、つまり、通信器を取り付けた状態と通信器を取り外した状態とにおいて、義足のひざ下の重量がほとんど変わらない。したがって、普段の義足使用状態に近い形態で、義足の調整を行うことができる。 In addition, the communication device that is temporarily disposed outside the artificial leg is preferably positioned outside the cover and above the knee portion. For example, the communicator is attached to the thigh or waist with a dedicated belt or the like so as to be attached and detached. Then, the weight under the knee of the prosthesis is almost the same between when the prosthetic leg is adjusted and after the adjustment is completed, that is, when the communicator is attached and when the communicator is removed. Therefore, the prosthetic leg can be adjusted in a form close to the normal prosthetic leg use state.
図1は、この発明を適用する大腿義足10の全体像を示している。大腿義足10は、切断した断端を入れるための樹脂ソケット20、ひざの屈曲−伸展の機能を得るためのひざ継手30および接地部分となる足部40を備える。また、大腿義足10は、義足の軸線方向の長さを装着者に適合させるため、長さ調節可能なアダプタ50や軸線周りの回転を可能にする回転継手52をそれぞれ備える。そして、それらの構成部材の外側を脚形態のカバー60が被う。
FIG. 1 shows an overall image of a
ひざ継手30の部分を見ると、大腿義足10は、大腿側の第1の構成部材(ニー部材)310と下腿側の第2の構成部材(フレーム部材)320とを回転可能に連結するひざ軸330を備える。さらに、大腿義足10は、屈曲−伸展の機能を補助するための流体圧制御装置としてシリンダ装置70を備える。この実施例の場合、流体圧制御装置70は、空圧を利用したエアシリンダ装置である。エアシリンダ装置としては、たとえばUSP5,899,943号の明細書などが示す公知のものを適用することができる。
Looking at the
図2は、ひざ継手30の部分の断面構造を明らかしている。ひざ継手30のフレーム部材320の内部上方には、ひざ軸330の周りに位置するブレーキ機構12、ニー部材310側のマグネット14mとフレーム部材320側の近接スイッチ14sとを含むセンサ140がある。また、エアシリンダ装置70は、ピストンロッド72の一端に第1の支持点601、ハウジング部材である筒型のシリンダ本体74の下部に第2の支持点702をそれぞれもつ。ピストンロッド72は、シリンダ本体74の内部に、仕切り部材としてのピストン76を保持する。ピストン76は、シリンダ本体74の内部を第1室701と第2室702とに区画する。ひざが屈曲および伸展するとき、第1室701と第2室702との間にエアが流れる。第1室701と第2室702とを連絡する連絡通路が、ピストン76の内部およびシリンダ本体74の内部にある。それらの連絡通路は互いに並列である。シリンダ本体74の中の連絡通路の途中に、弁の開度あるいは絞り具合を可変にした可変制御弁80がある。可変制御弁80は、ひざの屈曲に対して抵抗力を与えるための弁である。その弁の開度を大きくすればするほど屈曲に対する抵抗力を小さくし、また逆に、開度を小さくすればするほど屈曲に対する抵抗力を大きくする。
FIG. 2 clarifies the cross-sectional structure of the
可変制御弁80はニードル弁であり、ニードルを軸線方向に移動させることによって、弁の開度を変えることができる。駆動機構90が、可変制御弁80のニードルの移動を行う。駆動機構90は、電子制御可能なステッピングモータ92と、そのステッピングモータ92の回転を直線運動に変換するねじ部94とを備える。ねじ部94が生じる直線的な動きによって、可変制御弁80のニードルを軸線方向に移動させることができる。
The
駆動機構90は、エアシリンダ装置70のシリンダボトム側に位置する。そのシリンダボトム側には、また、駆動機構90に制御指令を与える電子制御回路100がある。電子制御回路100は、後でさらに詳しく説明するようにマイクロコンピュータ機能をもつ。その回路100には、バッテリ150に接続するための電源端子151、および義足装着者の各人に適合した制御データを設定するためのコネクタ510、さらには、マグネット14mと近接スイッチ14sとからなるセンサ(つまり、歩行速度検出のためのセンサ)140からの信号を受けるセンサ端子141がある。ここで、電源端子151およびセンサ端子141は、それぞれリード線を通してバッテリ150あるいはセンサ140に接続されている。それに対し、コネクタ510は、その差込み口をフレーム部材320に設けた開口窓320wに臨ませている。
The
図3は、この発明による義足調整システムのブロック図を示している。調整の対象は、すでに述べた大腿義足10である。そして、調整の内容は、大腿義足10を装着者の歩行に適合させるため、義足10の内部の電子制御回路100に対し制御データを設定することである。義足の調整自体は、義肢装具士などの専門家が行う作業である。専門家は、データ設定機能をもつ設定器をもち、義足10を装着した装着者から離れたところから、その設定器200を通して制御データの設定を行う。したがって、外部設定器200と義足10の電子制御回路100との間でデータの伝送を行うことが必要である。その伝送方法として、一つには、義足1側のコネクタ510と外部設定器200との間をケーブルによって電気的な接続をとる有線形態があり、もう一つの形態として、無線による方法がある。無線による方法によれば、義足10を装着した装着者の歩行を妨げることなく、自然の歩行に近い状態で調整を行うことができる。なお、設定すべき制御データとしては、一般的には、歩行速度−弁開度の特性であるが(たとえば、特開平6−189993号公報参照)、下腿の振り角度やシリンダ内圧と弁開度との関係に基づく特性を用いることもできる。
FIG. 3 shows a block diagram of a prosthetic leg adjusting system according to the present invention. The target of adjustment is the above-described
外部設定器200は、たとえば複数のキーを含みデータの入力をするための入力部210と、その入力部210に入力されたデータを演算、処理するCPU220と、CPU220からのデータを外部に通信する機能をもつ送受信部(通信部)230と、CPU220のデータを表示する表示部240とを備える。外部設定器200の送受信部230からの送信データは、通信器300を通して義足10内部の電子制御回路100に伝送される。電子制御回路100に対し制御データを設定することからすれば、通信器300は少なくとも受信機能をもつことが必要である。しかし、好ましくは、通信器300が受信と送信との両機能をもつようにすると良い。そうすれば、外部設定器200と通信器300とが送受信可能であり、外部設定器200側で各種の事項を確認することができる。たとえば、通信器300側からデータ受信確認信号を外部設定器200側に送ることにより、外部設定器200からのデータ送信が正常に行われたか否かを外部設定器200側で把握することができる。また、現時点における義足10側の設定データ、あるいは、義足10の歩行データ(その瞬間の歩行速度や弁開度データ)を確認することもできる。なお、電子制御回路100はマイクロコンピュータ機能をもち、データを演算、処理するCPU120と、CPU120とデータのやり取りをしつつデータを記憶するメモリ130とを備える。この電子制御回路100は、すでに述べたように、メモリ130内の制御データに基づいて、駆動機構90を通して可変絞り弁80の弁開度を制御するものである。
The
通信器300は、通信機能をもつ点から、外部設定器200側の送受信部230と同様な構成である。通信器300は、電波を送受信するアンテナ340と、アンテナ340からの信号を無線周波数に変換するRF回路部350と、RF回路部350の信号を変調/復調するベースバンド部360とを備える。また、通信器300は、それ自体にCPU330および自らの電源としてのバッテリ370を内蔵している。通信器300は、自らのバッテリ370によって、データの送受信を行うことができ、義足10側のバッテリ150を消耗させることがない。そして、通信器300内のCPU330は、有線形態で調整を行っていた義足を無線通信によって調整可能にする。というのは、CPU330は、信号の無線化処理、および無線信号を従来の有線式義足で処理することができる信号に変換するからである。このような通信器300は、一端にコネクタ310をもつ短い接続ケーブル320を付属している。この発明では、通信器300を義足10の装着者側で、義足10の外部に一時的に配置する。
The
図4は、義足10を調整するために、通信器300を義足10に取り付けた状態を示している。ケースに入った通信器300については、ベルトなどの専用取付け具1300を義足10のカバー60上、大腿部に巻き付けるように取り付ける。そして、付属する接続ケーブル320の端のコネクタ310を義足10側のコネクタ510に接続する。このコネクタの接続を行うため、義足10のフレーム部材320の開口窓320wに臨むカバー60の部分に、予めスリット(切欠き)を設けておく。そのスリットを通して接続ケーブル320側のコネクタ310をカバー60の外部から内部へと通し、コネクタ310とコネクタ510とを接続する。図5は、通信器300の別の取付け例を示している。図4の例では、通信器300の下方から接続ケーブル320を延ばし、その接続ケーブル320をカバー60の外側に配置していた。それに対し、図5の例では、接続ケーブル320を通信器300の上方に延ばし、樹脂ソケット20とカバー60との間を利用して接続ケーブル320の大部分をカバー60の内側に配置するようにしている。
FIG. 4 shows a state in which the
通信器300は、電子制御回路100に対し、外部設定器200を遠隔操作することにより義足装着者の歩行に適合するデータを設定するときだけ、義足10に取り付けておく。制御データの設定を終えれば、その通信器300は不要であり、義足10から取り外すことになる。したがって、義足装着者は、通信器300をもたない義足10によって、普段の歩行を行うことができる。通信器300については、複数の義足に対応できるように構成する。それによって、義肢装具士などの専門家は、外部設定器200と通信器300とを複数の義足に対して共通に用いることができる。
The
前記実施例では、義足の遊脚相の制御について、また、流体圧制御装置70としてエアシリンダ装置の例について説明した。しかし、この発明は、義足の立脚相の制御にも適用することができるし、同じ義足における遊脚相と立脚相の両方に対して適用することができる。勿論、流体圧制御装置としては、ピストンタイプであるエアシリンダ装置のほか、揺動ベーンを含むロータリタイプのものをも適用することができる。ピストンタイプの装置を立脚相制御に用いた例としては、たとえば、USP2,530,286号、あるいはUSP2,568,053号などが明らかにしている。また、ロータリタイプの装置を用いたものについては、たとえば、USP5,704,945号(特開平8−317944号に対応)、USP5,383,939号(特開平5−212070号に対応)、あるいはUSP2,667,644号などが明らかにしている。なお、たとえば義足の立脚相制御としてイールディング制御にこの発明を適用するとき、設定すべき制御データとしては、義足への荷重の有無を検出(判別)する荷重センサに関係するしきい値や、歩行速度と弁開度との特性などがある。
In the above embodiment, the control of the free leg phase of the artificial leg and the example of the air cylinder device as the fluid
10 義足(大腿義足)
310 第1の構成部材(ニー部材)
320 第2の構成部材(フレーム部材)
60 カバー
70 流体圧制御装置(エアシリンダ装置)
74 ハウジング本体(シリンダ本体)
76 仕切り部材(ピストン)
771 第1室
772 第2室
80 可変制御弁
90 駆動機構
100 電子制御回路
140 センサ
150 バッテリ
200 外部設定器
300 通信器
310,510 コネクタ
1300 ベルト(専用取付け具)
10 Prosthetic leg (femoral prosthesis)
310 First component member (knee member)
320 Second component (frame member)
60
74 Housing body (cylinder body)
76 Partition member (piston)
771 1st chamber 772
Claims (5)
義足装着者の歩行に応じた弁の開度のデータを入力する入力部、およびその入力部を通して入力されたデータを通信する機能をもつ通信部を含む設定器であり、義足の外部から遠隔操作が可能な外部設定器と、
その外部設定器からの通信データを受信し、ケーブルを通して前記電子制御回路に伝送するための通信器とがあり、
前記通信器を、義足を装着すべき装着者の側で、義足の外部に一時的に配置することを特徴とする、無線利用の義足調整システム。 The first component member on the thigh side and the second component member on the crus side can be extended and / or bent at the knee portion, and the first component member is used to assist extension and / or bending of the knee. A fluid pressure control device is provided between the second component and the second component member, and the fluid pressure control device includes a variable control valve for restricting a fluid flow accompanying the extension and / or bending of the knee, and further includes the variable control valve. An electronic control circuit for storing valve opening setting data suitable for walking of a prosthetic leg wearer for controlling the valve opening, and outputting a valve opening control signal corresponding to the walking based on the data, and A system for applying to a prosthetic leg having a drive mechanism that controls the opening degree of the variable control valve according to a control signal from the electronic control circuit. Wireless communication In the prosthesis adjustment system that provides,
This is a setting device that includes an input unit that inputs the valve opening data according to the walking of the prosthetic leg wearer and a communication unit that has a function of communicating data input through the input unit. An external setting device capable of
There is a communication device for receiving communication data from the external setting device and transmitting it to the electronic control circuit through a cable,
A wireless-use prosthetic leg adjusting system, wherein the communication device is temporarily arranged outside a prosthetic leg on the side of a wearer who is to wear the prosthetic leg.
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