JP2021049309A - 歩行補助装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 左右のアクチュエータを１枚の強靭で重いバックフレームの両端に固定することなく、かつ複雑な腰部装具を用いることなく、アクチュエータの回転軸を股関節の中心線の延長上に固定する。【解決手段】 左右アクチュエータをそれぞれ左右の剛体製サイドフレームに、アクチュエータの回転軸が股関節の中心線の延長上となるよう固定し、前記サイドフレームの形状を、その中心および腰の前後で腸骨稜の外周に接する形とすることによって腰を前後から挟み込み、かつ腰ベルトで、前記サイドフレームをしっかり固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、股関節や膝関節の運動に補助力を与えるための歩行補助装置に関するものである。

外傷や疾病、あるいは加齢による筋力低下で自力歩行が困難になった人のために、股関節や膝関節にアクチュエータを装着し、アクチュエータが発生する動力で下肢の運動を補助するようにした歩行補助装置が種々提案されている。

従来、これらの歩行補助装置は、左右の股関節用アクチュエータを１枚の剛体製の背当て部の両端に固定（例えば特許文献１参照）、もしくは上半身および大腿部に固定する装具を介して固定する（例えば特許文献２参照）ことが一般的であった。
特許４３１５７６６、（第１図〜第２図） 特開昭５８−１６３３６４公報（第１図〜第４図）

アクチュエータの駆動力を生かして歩行補助するには、装着者が違和感を感じないようにアクチュエータの回転軸と股関節の中心を一致して固定し、かつ駆動トルクを損失なく下肢に伝達することが重要である。
特許文献１にあるように、アクチュエータを１枚の剛体製脊当て（バックフレーム）の両端に固定することにより、歩行補助時に左右の下肢で発生する逆向きの反力を相殺することができる。しかしトルクに耐える高強度なバックフレームが必要なため、装置が大型で重くなる。また、剛体製背当てを腰部に違和感なく固定するために、腰部装具も別途必要となる。また、回転軸と股関節の中心を一致させる配慮がなされていない。
一方、特許文献２にあるように、アクチュエータを上半身および大腿部に固定する装具を介して固定する方法においては、回転軸と股関節の中心を一致させる配慮がなされておらず、かつ、駆動トルクを損失なく伝達する具体的構造も開示されておらず、したがって、円滑な歩行補助は困難である。

このような課題を解決して、かつ体型の違いに対応できるため、本発明では左右のアクチュエータ（１）の回転軸が、股関節の中心線と一致する位置になるよう、それぞれ、左右の剛体製サイドフレーム（２Ｌ）と（２Ｒ）に固定し、前記フレームの腰に接する面の水平面への投影形状を、腸骨部の外周に接するよう成形することにより、左右の腰をそれぞれ別個に前後から挟み込み、かつ、前記フレームの前部および後部に設けた腰ベルト取付け部（３）に取り付けた長さ調節可能なバックル付ベルトでしっかりと腰に固定する。さらに前記フレームの下部前方に大腿部との干渉を避けるための切込み（４）を設ける。

このように本発明によれば、腸骨部の外周を前後から剛体製サイドフレームで挟み込むことによって、サイドフレームをしっかりと左右の腰の同じ位置に再現性良く固定することができる。股関節と中心軸を一致させてアクチュエータを駆動することが可能となるので、装着者の歩行時の股関節の動作いわゆる歩行パターン（ゲイトサイクル）と、アクチュエータによる歩行補助動作（歩行パターン、ゲイトサイクル）を同一とすることができ、違和感のない歩行補助が可能となった。一方、股関節の中心軸の延長線上にアクチュエータの回転軸がない場合は、アクチュエータの回転軸と、回転トルクを大腿部に伝える固定点つまり作用点までの距離が、歩行周期中に変化してしまうため、装着者は違和感を感じてしまう。
また、駆動トルクの反力を腰全体で支持することが可能となり、駆動トルクの損失を最小限とすることができる。さらにベルトの長さを調節することによって、また、フレームと腰部の接触面に適度な厚さのクッションを設けることにより、容易に体型の違いに対応できる。
また、切込み（４）を設けたことにより、大腿部前部との干渉がなくなり、立位での歩行補助に加えて、着席して休息することも可能となった。
さらに本発明によればサイドフレームの腰部固定方式によって大きなトルクを支持することが可能となり、平地歩行に比べて大きな駆動力が必要とされる階段昇降や、重量物を背負っての歩行にも有利である。
また、左右のアクチュエータを固定する強靭なバックフレームや複雑な腰部装具が不要となったので、装置の小型・軽量化と加工の容易化、部品点数の減少によるコストダウンが可能となった。

本発明による歩行補助装置の一つの実施形態。 本発明による歩行補助装置の実施形態を示す骨盤の上面図。 本発明による歩行補助装置の一つの実施形態である左用剛体製サイドフレームの平面図

以下に本発明の歩行補助装置の一つの実施形態を図１、図２、図３を用いて説明する。
図１は歩行補助装置の全体の構成を示す。左右２枚の剛体製サイドフレーム（２Ｌ）と（２Ｒ）を、腰ベルト取付け部（３）に設けた長さ調整可能なバックル付ベルトで、腰部に固定する。（１）は歩行補助の駆動トルクを供給するアクチュエータで、駆動トルクはポール（５）と固定ベルト（６）を介して、大腿部に伝達される。

図２は、このときのアクチュエータ回転軸と股関節の中心線の位置関係を示す、骨盤の上面図である。歩行補助においては、アクチュエータの回転軸が常に股関節の中心線上にあるよう保持することが重要である。図示のごとく、成人の平均的な骨盤の幅は約３０ｃｍであり、腸骨稜の外周は、股関節の中心線を通る直径ｄが約１０ｃｍの円の一部となる。アクチュエータ（１）の回転軸が左右股関節の中心線の延長線上となるように、左用剛体製サイドフレーム（２Ｌ）に固定し、左用剛体製サイドフレーム（２Ｌ）が前記直径ｄ＝１０ｃｍの円に、中心および腰の前後の少なくとも３点で接する形状とすることによって、アクチュエータの回転軸を股関節の延長線上に固定することが可能となる。より具体的には、サイドフレーム（２Ｌ）の１辺の長さを前記円の半径ｄ／２とし、これ３枚を頂角が１２０°となるよう組み合わせれば、左用剛体製サイドフレーム（２Ｌ）は外径がｄの円と３点で外接し、アクチュエータ（１）の回転軸は、股関節の中心線の延長線上に固定される。なお、この形状は直径ｄの円に外接する正六角形の３辺に等しい。

図３は本発明に係る左用剛体製サイドフレーム（２Ｌ）の平面図実施例を示す。剛体として厚さ１．５ｍｍのステンレス平板を、図のようにレーザー加工で切り出し、図中一点鎖線に沿って２か所を頂角１２０°に曲げ加工した。図中半径５５ｍｍの切込みは、大腿部切込み（４）である。一辺５５ｍｍの板３枚が頂角１２０°で接する構成なので、図２に示した腸骨稜に接する直径１０ｃｍの円に腰部の皮膚や下着の厚さを加えた、直径ｄが１１０ｍｍの円にサイドフレームが股関節の中心線を中心として３点で接することとなる。このように平板の簡単な成形加工で、図中のアクチュエータ回転軸を、図２の股関節中心線の延長上に固定することが可能となる。なお、右用剛体製サイドフレーム（２Ｒ）は、図３と左右対称である。図中の細長い穴５か所は、腰ベルト取付け部（３）である。また、図３の内面に厚さを調整したクッション層を貼り付けることによって、体型の違いにも、容易に対応できる。
なお、アクチュエータとしては直流モータ等を用い、アクチュエータ駆動用のセンサやコントローラ、バッテリー等を装備する。

本発明にかかる歩行補助装置は構造が単純で部品点数が少なく、体型の違いに対しても対応可能であり、平地歩行の支援のみならず、階段の昇降支援など、平地歩行より大きなトルクが必要な歩行にも有用である。

２Ｒ 右用剛体製サイドフレーム
２Ｌ 左用剛体製サイドフレーム
１ アクチュエータ
３ 腰ベルト取付け部
４ 大腿部切込み
５ ポール
６ 固定ベルト

Claims (3)

1. 下肢の連動に補助力を与えるべく少なくとも股関節の側方にアクチュエータを備えた歩行補助装置であって、前記アクチュエータの回転軸が、股関節の中心線と一致する位置になるよう、それぞれ左右の剛体製サイドフレームに固定し、前記サイドフレームの腰に接する面の水平面への投影形状を、腸骨部の外周に接するよう成形することにより腰を前後から挟み込み、前記サイドフレームの前部および後部に取り付けた長さ調節可能なバックル付ベルトで、左右のサイドフレームを腰に固定することを特徴とする歩行補助装置
2. 前記サイドフレームの下部前方に大腿部との干渉を避けるための切込みを設けたことを特徴とする特許請求範囲１記載の歩行補助装置
3. 前記サイドフレームの腰に接する面の水平面への投影形状を、腸骨部の外周を円弧の一部とする円の半径を１辺の長さとする正６角形の３辺とすることを特徴とする特許請求範囲１記載の歩行補助装置

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