JP2010110564A - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】装置（電源）のオン・オフを、使用者の明確な意志のもとに行え、また、使用者に与える歩行アシスト量を、装置装着状態で、使用者が好み等に応じて簡便に加減できるようにする。
【解決手段】左側押しボタンスイッチ１２０Ｌと右側押しボタンスイッチ１２０Ｒの双方操作で電源回路１１０が交互にオン・オフし、左側押しボタンスイッチ１２０Ｌと右側押しボタンスイッチ１２０Ｒの片側操作で歩行アシスト量が増減する。
【選択図】図３

Description

本発明は、歩行補助装置に関し、特に、使用者の下肢部に歩行補助力を加える歩行補助装置に関する。

下肢部の筋力低下者のための歩行補助や歩行リハビリテーション等のために、使用者の下肢部、特に大腿部に歩行アシスト力を加える歩行補助装置が提案されている（例えば、特許文献１、２、３、４）。この種の歩行補助装置は、使用者の腰部に装着されて使用者の腰部の背部から使用者の左右の腰側部に延在する略Ｃ字形の腰部フレームと、前記腰部フレームが前記左右の腰側部に対応する部分に取り付けられた左右の動力発生装置と、前記動力発生装置が発生する大腿部運動の補助力（歩行補助力）を大腿部に伝達する大腿部装具とを含む。

この種の歩行補助装置の制御装置として、歩行補助装置から付与される歩行補助振動子により歩行が補助されている歩行者の歩行動作に応じて時間変化するパラメータである第１および第２歩行振動子を測定する歩行振動子測定手段と、入力振動子と相互に引き込み合うことで固有角速度に基づいて定まる角速度で時間変化する出力振動子を生成する第１モデルに、該歩行振動子測定手段により測定された該第１歩行振動子を該入力振動子として入力することにより、該出力振動子として該第１歩行振動子に対して第１位相差をもって時間変化する第１振動子を生成する第１振動子生成手段と、該第１位相差を最適位相差に近づけるように新たな該固有角速度を決定する決定手段と、該第１振動子の生成時の該第１モデルにおける該固有角速度が該決定手段により決定された該新たな固有角速度に置換された該第１モデルに、該歩行振動子測定手段により測定された該第１歩行振動子を該入力振動子として入力することにより、該出力振動子として該第１歩行振動子に対して該第１位相差よりも該最適位相差に近い位相差をもって時間変化する第２振動子を生成する第２振動子生成手段と、該第２振動子生成手段により生成された該第２振動子と、該歩行振動子測定手段により測定された該第２歩行振動子とに基づき、前記歩行補助振動子を新たに生成する歩行補助振動子生成手段とを備え、自律性を持った歩行補助リズムを制御し得るようにものがある（例えば、特許文献５）。
特開２０００−１６６９９７号公報 特開２００６−３２０３４９号公報 特開２００６−３２０３５０号公報 特開２００７−１５２０３５号公報 特許第３９３０３９９号公報

上述の歩行補助装置においては、装置（電源）のオン・オフを、使用者の明確な意志のもとに的確に行えること、使用者に与える歩行アシスト量を、装置装着状態で、使用者が好み等に応じて簡便に加減できることが要求される。

本発明が解決しようとする課題は、歩行補助装置においては、使用者の明確な意志による装置（電源）のオン・オフを、使用者の明確な意志のもとに的確に行え、また、使用者に与える歩行アシスト量を、装置装着状態で、使用者が好み等に応じて簡便に加減できるようにすることである。

本発明による歩行補助装置は、使用者の左右の腰側部に対応する部分に配置される左右のパワーユニットケースを有し、前記左右のパワーユニットケースに内蔵された動力発生装置が発生する動力を使用者の下肢部に歩行アシスト力として与える歩行補助装置であって、前記左右のパワーユニットケースのうち右側のパワーユニットケースに設けられた右側スイッチと、前記左右のパワーユニットケースのうち左側のパワーユニットケースに設けられた左側スイッチと、前記右側スイッチと前記左側スイッチと双方が操作されることにより、前記動力発生装置の電源回路を交互にオン・オフする電源スイッチ手段と、前記電源回路がオン状態で、前記右側スイッチと前記左側スイッチの何れか一方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を増大し、同じく他方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を低減して歩行アシスト量を調節する歩行アシスト量制御手段とを有する。

本発明による歩行補助装置は、好ましくは、操作時間による出力増減と、操作回数による出力増減の何れか一方を選択するモード切替スイッチを有する。

本発明による歩行補助装置は、好ましくは、歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値を有し、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を前記出力ディフォルト値に設定、あるいは前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値を記憶しており、前記電源回路がオンする度に、前記動力発生装置の出力を前回オフ時の出力値に設定する。

本発明による歩行補助装置は、好ましくは、歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値と、前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値とを記憶しており、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を、前記出力ディフォルト値に設定するか、前回オフ時の出力値に設定するかをユーザ操作によって選択設定する始動時モード設定手段を有する。

本発明による歩行補助装置によれば、左側スイッチと右側スイッチの双方操作で、電源回路が交互にオン・オフし、左側スイッチと右側スイッチの片側操作で歩行アシスト量が増減する。これにより、スイッチの個数を増やすことなく、使用者の明確な意志のもとに、電源回路のオン・オフを、装置装着状態で簡便且つ的確に行え、また、歩行アシスト量の加減も、装置装着状態で簡便且つ的確に行うことができる。

以下に、本発明による歩行補助装置の一つの実施形態を、図１〜図３を参照して説明する。

本実施形態の歩行補助装置は、腹部ベルト２０によって使用者（ヒト）の腰部に着脱可能に装着される腰部フレーム１０と、左右のパワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒと、左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒと、左右の軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒと、制御装置１５０とを含む。

腰部フレーム１０は、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による成形品であり、使用者の腰部の背部に位置する中央部１１から使用者の左右の腰側部（股関節部外側）に延在する左右の延長部１２を有し、平面視で略Ｃ字形をしている。

腰部フレーム１０の左右の延長部１２の先端には、各々、ヒンジ部１３によって左右のパワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒが吊り下げ式に取り付けられている。腰部フレーム１０の中央背部１１には電気機器収納部６０が設けられている。電気機器収納部６０には二次電池を含む電源回路１１０（図３参照）を内蔵した電源ユニット７０や制御装置１５０が収納されている。電気機器収納部６０は着脱可能なカバー１５によって蓋される。

ヒンジ部１３は、略水平で、使用者の身体の前後水平方向、つまり矢状軸方向に延在するヒンジ軸線を有する。これにより、左右のパワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒは、各々、腰側部（股関節部外側）に吊り下げ式に装着され、上述のヒンジ軸線を中心として揺動可能である。

パワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒは、短軸円筒形状をしていて薄型の左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒを内蔵している。左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒは電源ユニット７０より電力供給され、制御装置１５０によって左右個別に出力制御され、大腿部運動の補助力、換言すると、歩行アシスト力を発生する。

腹部ベルト２０は、左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒとを個別に含む。左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒは、各々、一端を枠体１３の中央部１１の左右両側にピン止めされたベルト留め具２１に通されて長さ調整ベルトバックル２２によって長さ調整可能に係止されている。左側ベルト部材２０Ｌ、右側ベルト部材２０Ｒの他端は、各々、腹部中央部に位置する締結分離可能なバックル２３に通されて折り返し、これより枠体１３の左右の延長部１２にピン止めされたベルト留め具２４に通されて長さ調整ベルトバックル２５によって長さ調整可能に係止されている。これにより、腹部ベルト２０は、Ｘ掛けの４点で腰部フレーム１０を支持する。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による高剛性の帯板の成形品であり、各々、基端を左右のパワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒの電動モータ１００Ｌ、１００にトルク伝達関係で結合され、基端より使用者の大腿部、本実施形態では大腿部下部の真前部に至る遊端部３２を有する。左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、基端側では大腿部外側部に沿って延在し、遊端部３２側では大腿部前部に沿って延在するように捩られた形状を有する。本実施形態では、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒは、水平投影面で見て９０度ないし９０度に近い捩れ角をもって捩られた形状になっている。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２には、枢軸３３によって前部パッド部材３４が使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。枢軸３３は、左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が対応する高さ位置における使用者の大腿部下部の水平断面での前額軸方向幅の略１／２の位置に中心軸線を有して矢状軸方向に延在する軸であり、前部パッド部材３４を自身の中心軸線周りに回動可能に支持している。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２には、枢軸３３によって左右の軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒが使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒは、大部分を織布、合成皮革、本皮等、可撓性をする材料により構成され、一部をゴムベルトのような弾性体５２によって構成され、各々、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように大腿部下部に着脱可能に巻き付けられるものであり、締結分離可能、ベルト長さ調節可能なバックル５１によって解放可能に締結されて閉じループ状をなしている。軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒが使用者の大腿部下部の後側に対応する部分には後部パッド部材５３が取り付けられている。

左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が使用者の大腿部下部の真前部にあり、大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒの遊端部３２が、当該遊端部の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように、大腿部に巻き付けられる軟質ベルト５０Ｌ、５０Ｒによって大腿部下部に、前側パッド部材３４を挟んで固定されるから、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒが発生する歩行アシスト力は、大腿部下部に、身体の前後方向である矢状軸方向の方向に与えられる。

次に、歩行補助装置の電気系統について説明する。図３に示されているように、制御装置１５０は、マイクロコンピュータを含むものであり、モータ制御部１５１を有す。モータ制御部１５１は、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒに連結されたロータリエンコーダ１０１Ｌ、１０１Ｒによりモータ角を示す信号を入力し、当該信号より装置使用者の股関節周りの角速度と股関節角度とを演算し、これらの演算結果から得られる歩行リズムに従って左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの出力を設定する。

これにより、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒは、電源回路１１０よりの電力供給のもとに出力制御され、左右の大腿部フレーム３０Ｌ、３０Ｒを歩行リズムに従って交互にスイングさせ、使用者の左右の大腿部に歩行アシスト力を与える。

左右のパワーユニットケース１４Ｌ、１４Ｒには、左側押しボタンスイッチ１２０Ｌ、右側押しボタンスイッチ１２０Ｒが設けられている。左側押しボタンスイッチ１２０Ｌ、右側押しボタンスイッチ１２０Ｒは、各々、左側操作ボタン１２１Ｌ、右側操作ボタン１２１Ｒを有し、左側操作ボタン１２１Ｌ、右側操作ボタン１２１Ｒが押されることによってオン（閉成）する常開型の電気スイッチである。

図１、図２に示されているように、左側操作ボタン１２１Ｌは左側のパワーユニットケース１４Ｌの左外表面にあり、右側操作ボタン１２１Ｒは右側のパワーユニットケース１４Ｒの右外表面にある。

左側押しボタンスイッチ１２０Ｌと右側押しボタンスイッチ１２０Ｒのオン・オフ信号は、論理積回路（ＡＮＤ回路）１５３に入力される。論理積回路１５３の出力は電源スイッチ部１５４に入力される。電源スイッチ部１５４は論理積回路１５３の出力がローレベル（オフ）よりハイレベル（オン）になる度に、電源回路１１０を交互にオン・オフする。

これにより、左側操作ボタン１２１Ｌと右側操作ボタン１２１Ｒの双方が押され、左側押しボタンスイッチ１２０Ｌと右側押しボタンスイッチ１２０Ｒの双方がオンした状態になる度に、電源回路１１０が起動と停止を交互に繰り返すことになる。

また、左側押しボタンスイッチ１２０Ｌのオン・オフ信号は、もう一つの論理積回路（ＡＮＤ回路）１５９と、もう一つの論理積回路（ＡＮＤ回路）１６０の反転入力端子１６１とに入力され、右側押しボタンスイッチ１２０Ｒのオン・オフ信号は、論理積回路１５９の反転入力端子１６２と、論理積回路１６０とに入力される。論理積回路１５９の出力は左側用のカウンタ１５５Ｌと積分器１５６Ｌとに入力される。論理積回路１６０の出力は右側用のカウンタ１５５Ｒと積分器１５６Ｒとに入力される。

これにより、左側操作ボタン１２１Ｌだけが押されて左側押しボタンスイッチ１２０Ｌだけがオンした場合に限って、その押し回数がカウンタ１５５Ｌによって計数され、押し時間が積分器１５６Ｌにより計測される。これに対し、右側操作ボタン１２１Ｒだけが押されて右側押しボタンスイッチ１２０Ｒだけがオンした場合に限って、その押し回数がカウンタ１５５Ｒによって計数され、押し時間が積分器１５６Ｒにより計測される。

カウンタ１５５Ｌ、積分器１５６Ｌの出力はセレクタ１５７Ｌによって何れか一方が選択され、カウンタ１５５Ｒ、積分器１５６Ｒの出力はセレクタ１５７Ｒによって何れか一方が選択され、選択された出力がモータ制御部１５０のゲイン設定部１５２に入力される。セレクタ１５７Ｌ、セレクタ１５７Ｒは動作モード切替スイッチ１５８によって一斉に同期切替される。動作モード切替スイッチ１５８は、電気機器収納部６０（図２参照）に設置され、ユーザによって操作される。

ゲイン設定部１５２は、歩行アシスト量制御手段であり、カウンタ１５５Ｒのカウント値あるいは積分器１５６Ｒの積分値（計時値）の増大に応じて左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの駆動ゲインを増大し、カウンタ１５５Ｌのカウント値あるいは積分器１５６Ｌの積分値（計時値）の増大に応じて左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの駆動ゲインを低減する。

例えば、カウンタ１５５Ｒのカウント値がアップカウントされる度、あるいは積分器１５６Ｒの積分値が１秒相当値増大する度に、駆動ゲインを現在値あるいは初期値の２％増加し、カウンタ１５５Ｌのカウント値がアップカウントされる度、あるいは積分器１５６Ｌの積分値が１秒相当値増大する度に、駆動ゲインを現在値あるいは初期値の２％減少する。

上述の構成により、歩行補助装置の電源をオン・オフしたい場合には、必ず、左側操作ボタン１２１Ｌと右側操作ボタン１２１Ｒの双方を押して左側押しボタンスイッチ１２０Ｌと右側押しボタンスイッチ１２０Ｒの双方をオン状態にしなくてはならないので、使用者の明確な意志のもとに、電源回路１１０のオン・オフが装置装着状態で簡便且つ的確に行われることになり、偶然による電源回路１１０のオン・オフ、つまり、歩行補助装置の起動、停止を回避できる。

また、歩行補助装置の歩行アシスト量を増加したい場合には、右側操作ボタン１２１Ｒだけを押して右側押しボタンスイッチ１２０Ｒだけをオン状態に、これに対し歩行補助装置の歩行アシスト量を低減したい場合には、左側操作ボタン１２１Ｌだけを押して左側押しボタンスイッチ１２０Ｌだけをオン状態にすればよい。

これにより、スイッチの個数を増やすことなく、歩行アシスト量の加減を、使い勝手よく、装置装着状態で、的確に行うことができ、歩行アシスト量を使用者自身が自身の感覚に合わせて最適値に設定することができる。

ゲイン設定部１５２は、予め設定されたディフォルト値（初期値）を有し、電源回路１１０がオンする度に、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの駆動ゲインをディフォルト値に設定するか、あるいは電源回路１１０がオフされた時（オフされる寸前を含む）の駆動ゲインを記憶していて、電源回路１１０がオンする度に、左右の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの駆動ゲインを前回オフ時の駆動ゲインに設定する。この始動時のゲイン設定は、電気機器収納部６０に設けられた始動時モード切替スイッチ（始動時モード設定手段）１５９によって、ユーザが自由に切替設定することができる。

これにより、再起動時の電動モータ１００Ｌ、１００Ｒの駆動ゲインが未知の不確実なものになることがなく、しかも、ディフォルト値設定か、前回オフ値設定は、ユーザの好みや使い易さ等によってユーザが任意に選択することができる。

本発明による歩行補助装置の一つの実施形態の使用状態を示す前側斜視図。 本発明による歩行補助装置の一つの実施形態の使用状態を示す後側斜視図。 本発明による歩行補助装置の電気系統の一つの実施形態を示すブロック線図である。

符号の説明

１０ 腰部フレーム
１４Ｌ、１４Ｒ パワーユニットケース
２０ 腹部ベルト
３０Ｌ、３０Ｒ 大腿部フレーム
３４ 前部パッド部材
５０Ｌ、５０Ｒ 軟質ベルト
６０ 電気機器収納部
７０ 電源ユニット
１００Ｌ、１００Ｒ 電動モータ
１０１Ｒ、１０１Ｌ ロータリエンコーダ
１１０ 電源回路
１２０Ｌ 左側押しボタンスイッチ
１２０Ｒ 右側押しボタンスイッチ
１２１Ｌ 左側操作ボタン
１２１Ｒ 右側操作ボタン
１５０ 制御装置
１５１ モータ制御部
１５２ ゲイン設定部
１５３ 論理積回路
１５４ 電源スイッチ部
１５５Ｒ、１５５Ｌ カウンタ
１５６Ｒ、１５６Ｌ 積分器
１５７Ｒ、１５７Ｌ セレクタ
１５８ 動作モード切替スイッチ
１５９ 始動時モード切替スイッチ

Claims (5)

1. 使用者の左右の腰側部に対応する部分に配置される左右のパワーユニットケースを有し、前記左右のパワーユニットケースに内蔵された動力発生装置が発生する動力を使用者の下肢部に歩行アシスト力として与える歩行補助装置であって、
   前記左右のパワーユニットケースのうち右側のパワーユニットケースに設けられた右側スイッチと、
   前記左右のパワーユニットケースのうち左側のパワーユニットケースに設けられた左側スイッチと、
   前記右側スイッチと前記左側スイッチとの双方が操作されることにより、前記動力発生装置の電源回路を交互にオン・オフする電源スイッチ手段と、
   前記電源回路がオン状態で、前記右側スイッチと前記左側スイッチの何れか一方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を増大し、同じく他方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を低減して歩行アシスト量を調節する歩行アシスト量制御手段と、
   を有する歩行補助装置。
2. 操作時間による出力増減と、操作回数による出力増減の何れか一方を選択するモード切替スイッチを有する請求項１に記載の歩行補助装置。
3. 歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値を有し、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を前記出力ディフォルト値に設定する請求項１または２に記載の歩行補助装置。
4. 歩行アシスト量制御手段は、前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値を記憶しており、前記電源回路がオンする度に、前記動力発生装置の出力を前回オフ時の出力値に設定する請求項１または２に記載の歩行補助装置。
5. 歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値と、前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値とを記憶しており、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を、前記出力ディフォルト値に設定するか、前回オフ時の出力値に設定するかをユーザ操作によって選択設定する始動時モード設定手段を有する請求項１または２に記載の歩行補助装置。

Images