JP5126919B1 - Walking assist device - Google Patents
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Abstract
【課題】
歩行運動の脚の関節、筋肉の負荷を吸収する人工関節、人工骨、人工筋肉の負荷の補助となる歩行装置。
【解決手段】
リニア発電ブラダシューズとブラダ単独のシューズは、流体圧縮で加重を発電と流体圧縮で吸収して、膝と股関節とシューズ踝関節のリングボール人工関節は、シューズのリニア発電とブラダ封入圧と連通する膝と股のリングボール人工関節と一体の大腿と下腿パイプスライドフレームで結合し、リングボール人工関節は、リングブラダと、ベローズと、電動サーボモータにし、大腿、下腿パイプスライドフレームとホースシリンダーは、バネ圧とブラダを人工フレーム骨と人工筋肉にし、封入圧により筋肉補強装具にもなる負荷を吸収減衰する歩行補助装置。
【選択図】図1【Task】
A walking device that assists the load on leg joints, artificial joints that absorb muscle loads, artificial bones, and artificial muscle loads.
[Solution]
Linear power generation bladder shoes and bladder-only shoes absorb the load by power generation and fluid compression by fluid compression, and the ring ball prosthesis at the knee, hip and shoe collar communicates with the linear power generation of the shoe and the bladder encapsulation pressure The knee and crotch ring ball joints are joined by a thigh and crus pipe slide frame, and the ring ball prosthesis is a ring bladder, bellows, and an electric servo motor. The thigh, crus pipe slide frame and hose cylinder are springs. A walking assist device that absorbs and attenuates the load that also acts as a muscle reinforcement device by using pressure and bladder as artificial frame bone and artificial muscle.
[Selection] Figure 1
Description
下肢関節、筋肉、椎間板の歩行装置に関する。 The present invention relates to a walking device for lower limb joints, muscles, and intervertebral discs.
下肢、上肢関節保護用の簡易なサポータ、コルセット等の各種介助、補助、矯正具があり、二足歩行、各種ロボットの研究開発から身体に応用する外部動力を使用するパワードスーツ、身障者介護アシスト装具が考案されて、又軍事用の重量物を背負うアシスト装具が実験されている。高齢者、健常者が歩行運動から脚の疲れを軽減し、部分関節、筋肉等の患部の保護矯正と、下肢歩行身障者との共用と簡易に装着脱着が出来て、各装具の部分使用と併用の簡易に組み合わせが出来て、実用となる歩行補助の関節と筋肉の負担軽減の装具は、実現が待たれるものである。 There are simple supporters for protecting the lower limbs, upper limb joints, corsets, etc., assistance, assistance, correction tools, biped walking, powered suits that use external power applied to the body from research and development of various robots, handicapped care assist equipment Have been devised, and assistive devices that carry heavy military loads have been tested. Elderly and healthy people can relieve leg fatigue from walking exercise, protect and correct affected areas such as joints and muscles, and can be shared with and easily used by people with lower limb walking disabilities. A simple walking combination that can be combined into a practical walking assist joint and muscle burden reducing device is expected to be realized.
本発明は、下肢の関節筋肉緩衝装置であり、各種シューズ或いは前記リニアシューズと組み合わせて一体の装備のものとし、歩行、走行の足から膝、膝から股、腰の脊柱の筋肉と関節に係る負荷加重を各部装備が同時に吸収する歩行補助装置であり、着用から歩行、走行距離が倍増出来、歩行、運動の地面に廃棄され筋肉の負荷となり、体力を消耗させるエネルギーを実作動となるエネルギーに換え、且つクッション装備のものとした。クッションとなる各種装備の組み合わす構成は、膝関節、股関節骨盤と脊柱骨盤を人工骨と人工関節にし、人工筋肉の緩衝装置にし、リニアシューズのブラダの流体圧と連通するリングプラダ、ベローズと電動モータのリングボール人工関節にし、大腿、下腿部を雌雄スライド構造のパイプスライドフレームの装備にし、ピストンヘッド室の各種バネ材の人工フレーム骨、人工筋肉にし、腰から膝の大腿部と膝からシューズ踝の一体の歩行補助装置にし、又は膝から上下夫々を分離する単独の補助装置にした。 The present invention is a joint muscle buffer device for the lower limbs, which is an integral equipment in combination with various shoes or the linear shoes, and relates to the muscles and joints of the walking and running feet to knees, knees to hips, and lumbar spine. It is a walking assist device that each load equipment absorbs load load at the same time, it can double the walking and running distance from wearing, it is discarded on the ground of walking and exercise and becomes a muscle load, and the energy that consumes physical strength becomes the energy that becomes actual operation It was changed and the cushion was equipped. The combination of various cushioning equipment consists of knee joints, hip pelvis and spinal pelvis made of artificial bones and joints, used as shock absorbers for artificial muscles, ring pradas that communicate with the fluid pressure of bladders of linear shoes, bellows and electric Ring ball artificial joint of motor, thigh and lower leg are equipped with male and female slide structure pipe slide frame, piston frame with spring frame artificial frame bone and artificial muscle, hip to knee thigh and knee To a single walking assist device that separates the upper and lower parts from the knee.
人工関節は、関節軟骨クッション部を適正間隔に支え保護する弾性材リングボール関節部とパイプスライドフレーム内の人工筋肉となる各種バネ材で支えにし、着地の加重衝撃を先に吸収するバネ圧のショックアブゾーバの構造にした。特許文献2のリニア発電ブラダシューズを電源と流体ポンプにする人工関節、人工筋肉の電動、流体アクチュエータは、パワードスーツの構成となり、歩行、走行、作業の補助と、リハビリ用具と、部分機能強化のスポーツ用具と全体装備の下肢関節筋肉の緩衝装置のものとした。
The artificial joint is supported by an elastic ring ball joint that supports and protects the articular cartilage cushion at an appropriate interval, and various spring materials that are artificial muscles in the pipe slide frame. A shock absorber structure was adopted. The artificial joint that uses the linear power generation bladder shoes of
身体は、加齢と共に骨、筋肉は衰えて、簡易に装脱着出来て、歩行の脚筋肉の負荷を軽減する下肢関節筋肉緩衝装置を目的とし、高齢者、身障者に限らず、健常者の長時間作業、登山等にも使用となり、歩行の脚、腰に係る負担の軽減装置を構成し、特許文献2のリニアシューズの踵、爪先部のリニア発電、又連通するブラダ装備は、着地から蹴り出しの踝関節を主に、膝関節と各筋肉の負荷を軽減し、このシューズのブラダ装備のみでは十分に膝関節クッション、筋肉の負荷を吸収出来無くて、膝関節を挟む大腿部と下腿部を関節軟骨部より先に負荷を受けるショックアブゾーバとなる人工フレーム骨のブラダと、リングボール人工関節にし、各種バネ材の伸縮の人工筋肉にし、関節軟骨部を広い面積のリングブラダ(10a)人工関節で受けて、人工の骨と筋肉と関節を構成した。
The body aims to be a leg joint muscle cushioning device that can easily wear and unload bones and muscles with age and reduce the load on leg muscles during walking. It is also used for time work, mountain climbing, etc., and constitutes a device that reduces the burden on walking legs and waist, and the linear shoe heel of
このリングブラダ(10a)の人工関節とフレーム骨内のブラダ(10)の人工筋肉は、シューズの歩行流体圧ブラダと連通し、踏圧の圧縮は、骨盤股関節と膝関節の負荷がパイプスライドフレーム内に設ける人工筋肉となる加重衝撃に見合うバネ材をロッドピストンで圧縮吸収から反発し、このバネ材の伸縮は、関節骨と結合の靭帯、各種筋肉と一体となる構造にし、例えば膝軟骨に係る負荷を先に圧縮吸収するバネ(鋼バネとゴムの複合材、ベローズブラダ、リニアマグネット等)を使用して上下で挟む数ミリの軟骨部を緩衝と適正間隔にし、各筋肉の負荷を吸収するものとした。 The artificial joint of this ring bladder (10a) and the artificial muscle of the bladder (10) in the frame bone communicate with the walking fluid pressure bladder of the shoe, and the compression of the tread pressure is applied to the load of the pelvic hip joint and knee joint in the pipe slide frame. The spring material suitable for the weighted impact to be the artificial muscle to be provided repels from the compression absorption with the rod piston, and the expansion and contraction of this spring material is a structure integrated with the joint bone and ligament, various muscles, for example, the load related to knee cartilage Using a spring (composite material of steel spring and rubber, bellows bladder, linear magnet, etc.) that absorbs the load of each muscle by placing a few millimeters of cartilage between the top and bottom with a buffer and proper spacing It was.
パイプフレームと結合の雌ハウジングと嵌合する雄リング枠の弾性材リングボール人工関節は、膝、股関節(クッション)軟骨部面積より円周面のリング面積が大幅に上回る雌雄人工関節弾性ゴム材で負荷を受け吸収し、回動歩行の補助を目的にし、腰の雌雄リング枠に強い振り出し用のバネ材(電動、流体アクチュエータ)の使用の場合は、歩行筋力となり、関節筋肉に係る加重を人工筋肉で吸収し、且つ歩行から前記リニア発電、ブラダシューズの発電とブラダ圧を利用するものとした。
腰盤フレームに設ける脊柱矯正装具は、背中の脊柱を左右に挟む硬質部のフレーム枠を支持ヒンジ受台にし、複数の硬質ゴムホースに複数の緩衝バネ材を交互に挟み硬質ロッドホースを通し芯材にして、圧縮バネ圧の調整が椎間板の適正間隔の調整となり、ロッドホースに設けるボルトネジ調整の軟骨部を適正負荷の構成にし、腹部と大腿部でサポータ、コルセット止着固定の骨盤フレームと一体の脊柱中硬質フレームのゴムホースシリンダー脊柱矯正装具のものとした。
The elastic ring ball prosthesis of the male ring frame that fits into the female housing joined with the pipe frame is a male and female prosthetic joint elastic rubber material whose ring surface on the circumferential surface is significantly larger than the knee and hip (cushion) cartilage area. When using spring material (electrical and fluid actuators) that strongly absorbs and absorbs loads and assists in walking while swinging and is strong on the male and female ring frames of the hips, it becomes walking muscle strength and artificial weight is applied to the joint muscles. It was absorbed by muscles and used the linear power generation, the power generation of bladder shoes and the bladder pressure from walking.
The spinal orthosis provided on the lumbar frame is a hard frame frame that sandwiches the spine of the back to the left and right as a support hinge cradle. The adjustment of the compression spring pressure is the adjustment of the proper interval of the intervertebral disc, the cartilage part of the bolt screw adjustment provided on the rod hose is configured with an appropriate load, and the abdomen and thigh are integrated with the supporter and the pelvis frame fixed to the corset A rubber hose cylinder with a rigid frame in the spinal column of the spinal column orthosis.
骨盤を中心にした脊柱関節と腰、股関節部を緩衝する固定骨盤フレームと膝関節と踝関節と各骨と筋肉は、シューズと膝関節部と骨盤股関節部を弾性材のリングゴム枠のボールの薄い幅面の自在ジョイントと、シューズ踝小球状のボール人工関節にして、前記特許文献2のリニア発電ブラダシューズの歩行発電と連動のブラダと連通し、この充電ポケットバッテリーを電源にし、3自由度の円いリングボール人工関節ハウジングは、バネ材と電動サーボモータ、又は流体ベローズの前後回動の何れかの構成にし、人工筋肉の雄ピストンフレームは、ネジ調整とヘッド室のバネ材の選択とし、一つのバネ材のシューズ空気圧ブラダは、人工関節と人工筋肉のベローズとブラダと、シューズのブラダとを連通し、身体の移動の交互のブラダ踏圧と容量が前進力となり、連動する容量と圧力の調整バルブとベローズ口径にし、仮に電動サーボモータを腰に、膝にベローズの使用と又は反対の構成と、全てをベローズにする構成と、又は前記コイルバネ材の使用とバネ材と併用と複合材と組み合わす適宜の人工関節と人工筋肉のものとした。
The pelvic joints and hips centered on the pelvis, the fixed pelvic frame that cushions the hip joint, the knee joint, the hip joint, each bone and muscle, the shoe, the knee joint, and the pelvic hip joint are made of elastic rubber ring rubber balls It is made into a universal joint with a thin width surface and a ball-shaped artificial joint with a shoe dwarf ball, and communicates with the bladder that is linked to the walking power generation of the linear power generation bladder shoes of
そして高齢者、身障者の歩行速度補助装置には、足を送る骨盤股関節部と膝関節のリングボール人工関節ハウジングの弾性ゴムリング枠内にゼンマイ鋼バネを設け、雌部の摺動フレームの固定部に接続となる構造と、又はハウジングに引張り鋼バネ、ゴムのいずれかの構成にし、立ち姿勢から足を浮かすと同時にバネの戻り荷重にして、後方からの蹴り出しの足の浮上は、バネ荷重でリング枠が自動前方振り出しとなる構成にし、骨盤股関節と膝の人工関節の各鋼バネの荷重差は、適宜のものとし、歩行速度の補助となる腰から膝の人工関節と人工フレーム骨、筋肉の軽くて簡易な歩行振り出し装置となる。 In the walking speed assist device for the elderly and handicapped, a spring spring is provided in the elastic rubber ring frame of the ring ball artificial joint housing of the pelvis hip joint part and knee joint for feeding the foot, and the fixed part of the female part sliding frame The structure is connected to the housing, or the structure is either a tension steel spring or rubber on the housing, and the foot is lifted from the standing posture and at the same time the spring is returned to the load. The ring frame is configured to automatically swing forward, and the load difference of each steel spring between the pelvic hip joint and knee artificial joint is appropriate, and the hip joint from the waist and the artificial frame bone that assists walking speed, It becomes a light and simple walking swing device with muscles.
腰、股リングボール人工関節のボールジョイントのリングゴム枠を回転駆動にする前記電動サーボモータは、ハウジング雌雄フレーム枠に設けて、固定する雄フレーム内にコイルステータを設け、マグネットロータを雌ハウジングフレーム枠のモータにし、リング枠の摺動面の抵抗をネジ圧縮調整にし、前進、後進の動作の加重に合わせ、歩行動作に連動の電動サーボモータの作動を電流感知の正逆転センサレススイッチングにして、両足着地の停止は、無負荷のモータ可動子のフリーと、歩行、走行と階段、登山、下山モード切換えと自転車のペダルアシストモードのものとし、リニア発電シューズの携行バッテリーからブラシレスDCモータの前後の回動速度は、インバータベクトル制御にし、歩行速度に連動し、歩行速度の補助にし、雌リングゴム枠を摺動調整と、固定にするモータ回転のものとした。 The above-mentioned electric servo motor for rotationally driving the ring rubber frame of the ball joint of the hip and crotch ring ball artificial joint is provided in the housing male and female frame frame, the coil stator is provided in the male frame to be fixed, and the magnet rotor is provided in the female housing frame. The frame motor, the resistance of the sliding surface of the ring frame is adjusted by screw compression, and the electric servo motor linked to the walking motion is switched to forward / reverse sensorless switching for current sensing, according to the load of forward and reverse motion, The suspension of landing on both feet shall be free of the motor load of the unloaded motor, walking, running and stairs, mountain climbing, mountain climbing mode switching and bicycle pedal assist mode, from the carrying battery of the linear power generation shoes to the front and back of the brushless DC motor Rotation speed is controlled by inverter vector, linked to walking speed, assisting walking speed, Sliding adjusted Ngugomu frame, were of motor rotation can be fixed.
請求項1の下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置(101、102)は、雌雄リングボール人工関節(Q1)と小球状のボール人工関節(Q)とリングブラダ(10a)との何れかの装備にし、この3自由度のリングボール人工関節は、腰から股の中硬質複合材バンドフレーム(I)と、膝の中硬質上下フレーム(J)に固定する雄リング弾性緩衝材枠と、雌リング枠と嵌合の摺動カバーハウジングの構成にし、何れもサポータ及びコルセット(B)を面ファスナー又はバンド(H)で止着し、この膝のリング人工関節を中心に結合する股関節の大腿と、シューズの踝の下腿のパイプスライドフレーム(1)とは、硬質複合材の雌パイプに雄パイプ又はホースのロッドピストン(9)を挿入し、ヘッド室に嵌入する各種バネ材(G、G1、G4)を圧縮し、長さ調整と伸縮と自由度のロッドピストンにし、歩行の負荷をシューズと同時に吸収するショックアブゾーバの人工筋肉にし、又は大腿、下腿部の中間部でバンド、面ファスナーで止着するフレキシブルな複数の中硬質ホースシリンダー(A)の使用は、ヘッド室の各種バネ材(G、G4)を雄ロッドホースで圧縮する構成にし、何れかの人工フレーム骨と腰のリング人工股関節部のアウトサイドから膝のアウトサイドのリングボール人工関節と結合と、膝インサイドのリング人工関節と、踝小ボール人工関節(Q)のインサイドと結合し、又は左右膝、踝人工関節の両サイド結合は、骨盤と股から膝を中心にリニア発電ブラダシューズ(7)又は各種クッションシューズ(8)の踝間が一体となって、人工関節の結合の構成は、人工フレーム骨の長さ調整と各関節軟骨部の負荷の軽減となるバネ調整の出来る構造にし、骨盤股関節から膝関節間の大腿フレーム(101)と、膝関節(102)からシューズ踝関節間の個別の分割装備にし、下肢の人工フレーム骨と人工関節の筋肉緩衝補強装置を構成した。
即ちリニア発電ブラダシューズの加重は、リニア発電装備の下部で連通するブラダ上下ストロークの10mm程の交互の圧縮となり、加重の圧縮ストロークをリニア発電で吸収し、バッテリーに歩行充電のシューズであり、又は流体ブラダ装備のみの20mm程の圧縮装備と取り外し共用の出来るリニア発電装備であり、加重発電とブラダの圧縮をシューズとボールジョイント連結の硬質複合材パイプスライドフレームは、薄くする方形、円形又は各種パイプ形状の一本及び複数の各種硬質材の雌雄のパイプフレームにして、雄パイプ及び硬質ゴムロッドホースは、油空水圧仕様のホースの左右先端口を各種バネ材の取り付け部材口と、連通管にして、自由度のリングボール人工関節は、幅のある中硬質Oリングゴム(2)の雄枠を雌リング枠に嵌合し、雌枠硬質複合材フレームには金属メッキ等の歩行に支障の無い摺動性材にして、リングゴムは、摺動ゴム、エラストマー材を使用し、このリング枠内に鋼ゼンマイバネのと、各種アクチュエータとモータの取り付け位置にした。パイプスライドフレームは、足関節から筋肉と膝関節の負荷を各種バネ(緩衝ゴム、エラストマー材、鋼コイルバネ材、組み合わせ鋼板バネ材、緩衝ゴム内の鋼コイルバネ材)で吸収の人工フレーム骨と人工筋肉となり、膝関節クッション部は、緩衝ゴムボールジョイントで支え緩衝する人工関節となり、歩行補助関節筋肉緩衝装置を構成のものである。
A device for cushioning and reinforcing an artificial frame bone of a lower limb (101, 102) according to
That is, the weight of the linear power generation bladder shoes is an alternating compression of about 10 mm of the bladder vertical stroke communicating with the lower part of the linear power generation equipment, the weighted compression stroke is absorbed by the linear power generation, and the battery is a walking charge shoe, or It is a linear power generation equipment that can be removed and shared with a compression equipment of about 20mm only with fluid bladder equipment, and a rigid composite pipe slide frame with shoes and ball joint connection for weight generation and compression of the bladder is thin, square, round or various pipes Use one or more hard and male pipe frames of various hard materials, male pipes and hard rubber rod hoses, the left and right end ports of hydraulic / air / water pressure hoses are connected to various spring material attachment member ports and communicating pipes. The ring ball prosthesis with a high degree of freedom fits the female frame with the male frame of the wide medium-hard O-ring rubber (2). The composite frame is made of a slidable material that does not interfere with walking, such as metal plating, and the ring rubber uses a sliding rubber or elastomer material. Inside the ring frame, a steel spring spring, various actuators and motors are used. The mounting position. The pipe slide frame absorbs the load of muscles and knee joints from the ankle joint with various springs (buffer rubber, elastomer material, steel coil spring material, combined steel plate spring material, steel coil spring material in the buffer rubber), artificial frame bone and artificial muscle Thus, the knee joint cushion part is an artificial joint that is supported and buffered by a shock-absorbing rubber ball joint, and constitutes a walking assist joint muscle buffer device.
請求項2の固定する股と膝の雄リング弾性材外枠と内側の硬質円周枠内にリングブラダ(10a)を挿入する小型のリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、このリングブラダは、圧入弁で密閉する単独装備と、シューズのブラダと連通の何れかにし、雌リング枠を嵌合し、摺動調整のカバーハウジングの3自由度のリングボール人工関節にし、股、膝の関節軟骨部の歩行負荷を吸収し、流体圧力差により歩行補助と筋肉補強装具となって、制御機器を具備し、このリングブラダから成るリングボール人工関節を構成した。即ち本発明は、リングブラダは、車のタイヤ枠にチューブ圧と同じもので、圧入弁を設け、又シューズブラダと連通は、片膝のリングブラダ直径20mm、70cm3にゲージ圧0.15MPaの密封し、踏圧の圧力2.0MPaで関節の軟骨部の換わりとなる構成となるコルセットとバンド止着のものとし、前記上下固定装具で完全な止着するものとした。 The small ring ball prosthesis (Q1) in which the ring bladder (10a) is inserted into the outer ring elastic material outer frame and the inner hard circumferential frame of the crotch and knee to be fixed is a middle hard composite of the crotch from the waist. It is fixed to the material band frame and the upper and lower rigid frames in the knee, and both supporters and corsets are fastened with hook-and-loop fasteners or bands. This ring bladder is connected to the sole equipment sealed with a press-fitting valve and to the shoe bladder. Either way, the female ring frame is fitted into a three-degree-of-freedom ring ball prosthesis with a sliding adjustment cover housing that absorbs the walking load of the articular cartilage of the crotch and knees. As a muscle reinforcement device, a control device was provided, and a ring ball artificial joint composed of this ring bladder was constructed. That is, according to the present invention, the ring bladder is the same as the tube pressure on the tire frame of the car, provided with a press-fitting valve, and the shoe bladder communicates with the ring bladder diameter of 20 mm, 70 cm 3 with a gauge pressure of 0.15 MPa, The corset and the band are fastened to replace the joint cartilage at a tread pressure of 2.0 MPa, and are completely fastened by the upper and lower fixing devices.
請求項3の固定する股と膝の雌雄何れかのハウジングカバー(P)の内にゼンマイ鋼バネ(N)と引張り鋼コイルバネ、ゴム(O)の何れかを設けリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、歩行のバネ圧は、足を浮かすと同時に雌リング枠と嵌合の人工フレーム骨が前方への振り出しとなる反力にし、3自由度の人工股関節と人工膝関節のバネ荷重は、個人差に合す設定にし、着地から足を浮かせ前進力のアシストにし、バネ荷重調整から身障者、高齢者の補助と健常者の歩行補助装具となるゼンマイ鋼バネ装備のリング人工関節を構成した。即ち歩行は、足を上げると重心位置は着地する足に移動して、片方の足と上半身と腕の振り等でバランスさせていて、上げた足の重さは、骨盤から着地する足に移り、上げた足は振り子の形態となる。この鋼バネのリングボール人工関節は、股と膝の単独の装備と、人工フレーム骨と一体型の歩行速度補助装置との何れかにし、下肢身障者の両脚、又片足の不自由な各種症状のリハビリと歩行補助装置となり、又筋力の落ちた高齢者の歩行の一助となり、簡易なバネで調整出来て、健常者の長時間の歩行が可能となり、鋼バネ人工関節と人工フレーム骨、人工筋肉とリニア、ブラダシューズの各種バネ材のバネ圧で負荷を吸収する歩行速度補助と関節筋肉緩衝装置を構成のものである。
The ring ball prosthesis (Q1) is provided with any one of a spring spring (N), a tension steel coil spring, and rubber (O) in the housing cover (P) of either the crotch or the male and female to be fixed according to
請求項4の固定する股と膝の雌雄ハウジング内に設ける電動サーボモータ(R)のリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、雄リング枠底部のバネ浮動のヨークで受けるステータコイル(S)と、面対向の雌リングハウジング枠と一体のマグネットロータ(U)を自在中心軸受にし、3自由度の雌雄リング枠で嵌合するハウジング回動のブラシレスDCモータを使用し、前記リニア発電ブラダシューズ(7)の発電と外部電力と共用の携行ポケットバッテリーを電源にし、電動モータの制御は、着地の踏込みと同時に前後進と停止の動作を検知し、コントローラ(W)からステータの正逆センサレス自動制御の電流スイッチングにし、マグネットロータの雌リング枠と嵌合の股から膝と、膝から足の人工フレーム骨の作動に連動し、分割と一体型の何れかにし、着地の負荷は、雌雄リング摺動面で受けて、足を浮かすと無負荷回動となるモータトルク制御の構成にし、前記関節と筋肉の動きに連動させる制御機器を具備して歩行速度とトルク補助にする電動サーボモータ装備のリング人工関節を構成した。
即ち各脚関節固定の人工関節リングボールジョイントは、左右と斜め方向の制限のある3自由度の緩みのある弾性緩衝ゴムの摩擦回転の構成にし、円いリング雄フレーム枠を人体関節部にサポータ固定にし、マグネットロータにする各出力差のインバータベクトル制御のブラシレスDCフラット形モータは、雌ハウジングフレームと嵌合の雄ボールリング枠下部のコイルバネでステータを分離し、自由度軸芯と一体にし、マグネットロータと一体のハウジングは、ベアリング軸受の回動にした。ハウジングには、負荷に合う軸受と台部分には鋼材を使用し、回転又は固定ヨーク形にして、各下肢関節は、前後上下の自由度と、左右斜めに制限可動範囲の電動サーボモータ装備のリング人工関節と連動となる前記人工フレーム骨の歩行速度の補助装置を構成のものである。
The ring ball artificial joint (Q1) of the electric servo motor (R) provided in the male and female housings of the crotch and knee to be fixed according to claim 4 is from the waist to the mid-rigid composite band frame of the crotch and the mid-rigid upper and lower frames of the knee. The stator coil (S) received by a spring-floating yoke at the bottom of the male ring frame, and a magnet rotor integrated with the female ring housing frame facing each other U) is a free center bearing and uses a brushless DC motor with a rotating housing that fits with a male and female ring frame of 3 degrees of freedom, and a portable pocket battery that is shared with the power generation of the linear power generation bladder shoes (7) and external power is used. The electric motor is controlled by the power supply, and when the landing is stepped on, the forward / backward movement and stop movement are detected, and the controller (W) performs current switching for automatic sensorless automatic control of the stator In conjunction with the operation of the artificial frame bone from the crotch-to-knee and the knee-to-foot fitting with the female ring frame of the magnet rotor, it is either divided or integrated, and the landing load is on the sliding surface of the male and female rings A ring artificial joint equipped with an electric servo motor that has a control device linked to the movement of the joint and muscles, and has a walking speed and torque assistance, with a configuration of motor torque control that turns unloaded when the foot is lifted Configured.
That is, the artificial joint ring ball joint fixed to each leg joint has a configuration of frictional rotation of elastic buffer rubber with looseness of 3 degrees of freedom that is restricted in the left and right and diagonal directions, and supports the circular ring male frame frame to the human body joint part. Inverter vector control brushless DC flat type motors that are fixed and magnet rotors are separated from the stator by a coil spring at the bottom of the male ball ring frame fitted with the female housing frame, and integrated with the axis of freedom, The housing integrated with the magnet rotor is a rotating bearing. The housing is made of steel material for the bearing and the base part that matches the load, and is made into a rotating or fixed yoke type. The auxiliary device for walking speed of the artificial frame bone that is interlocked with the ring artificial joint is configured.
請求項5の固定する股と膝の雌雄ハウジング内の圧縮コイルバネ内包のベローズ(L3)を設けるリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、圧縮コイルバネ内包のベローズ(L3)を設け、大腿と下腿の人工フレーム骨のパイプスライドフレーム(1)のピストンロッドのヘッド室には、同じ連通管で導通するブラダ(L1)と各種バネ材(G1)の何れかを設け、リニア発電ブラダシューズ(7)の前後の瓢箪型ブラダ(10)と連通し、歩行着地のブラダの封入流体の踏圧の容量は、3自由度の雄リング枠と雌リングハウジング枠に左右両端固定し、圧送でこのベローズは、膨張し、雌リングハウジングと結合の人工フレーム骨の前進歩行の回動力となり、歩行着地の前後のブラダ(10)の圧縮時間は、同時にリング人工関節と人工フレーム骨のベローズ(L3)とブラダの膨張となり、夫々に流量制御弁(L2)で流量を調整し、大腿と下腿の加重負荷を吸収し、回動前進力となる構成にし、足を上げるとベローズ(L3)は、バネ圧でベローズ流体は圧縮されブラダに戻る流動構成にし、シューズ内ブラダの圧縮は、股、膝、踝の関節軟骨部と各筋肉の負荷を吸収の歩行補助と、ブラダの封入空気圧で或いは液体混合容量に比例する筋肉補強装具となり、前記股、膝リング人工関節の何れかに電動サーボモータとバネ装備(N、O)の何れかを選択と併用にし、又人工フレーム骨にマグネット又は電磁石(G4)を使用し、シューズ踏圧の発電とブラダの流動圧を使用するコイルバネ内包のベローズから成るリングボール人工関節を構成した。即ちリニア発電ブラダシューズは界磁可動子を浮動させるブラダに適宜の空気圧を封入し、股、膝と大腿と下腿ブラダの人工筋肉を同時に又個別に伸縮させて、空気圧ベローズとブラダは、体重の上下踏圧のほぼ同時の膨張力となり、その力は踏圧に比例する構成のものとした。
The ring ball prosthesis (Q1) provided with the bellows (L3) of the compression coil spring inclusion in the male and female housings of the crotch and knee to be fixed according to
請求項6の脊髄椎間板の矯正のゴムホースシリンダー(A1)の脊柱矯正装置(103)は、骨盤背中部の脊髄椎間板を支える骨盤中硬質複合材フレーム(I)のサポータ及びコルセット(B)を腹部と大腿付根部の面ファスナー又はバンド(H)で止着し、この背中部の硬質複合材フレーム(I)部を支持台にし、脊柱を左右に挟み脊柱を支え補強する構成は、この左右の硬質複合材フレームとヒンジ結合の左右の複数のゴムホース(D)の間に反発の各種バネ(G1)を挟み、硬質ロッドボルト(D1)を嵌合し、ボルト締結構造にし、椎間板軟骨部は、バネの反発力を硬質ロッドのボルトネジの伸縮調整で軟骨部を適正間隔にし、硬質複合材フレームと一体となる矯正と補強の構成と、又は一本の長い鋼コイルバネの複数本をコルセット、サポータと一体にし、何れも硬質ロッドでネジ嵌合し、装着は、コイルバネ材を縮めて骨盤中硬質複合材フレームを腹部と大腿部に止着し、装着後バネ圧をネジ調整で緩め適正間隔にする単独の装備と、下肢関節、筋肉緩衝補強装置と一体装備の何れかにする脊髄椎間板の矯正のゴムホースシリンダーの脊柱矯正装置を構成した。即ち加齢と共に各骨、関節、筋肉は衰えて、脊髄椎間板は、ヘルニアの症状となり、現況はサポータ、コルセットで締め支えて姿勢の矯正装具と、重症は外科手術となり、この脊柱矯正装具は、患部脊髄関節を各人に合う円柱の緩衝ゴム材、鋼反発コイルバネ材、緩衝ゴムと鋼バネ複合のバネ材で支えて、又健常者の作業運動と重量物を背負う脊髄椎間板の負荷接触を適正にするアシストスーツと保護と矯正の脊柱矯正装具の構成のものである。 The spinal disc orthodontic device (103) of the rubber hose cylinder (A1) for correcting the spinal disc of claim 6 includes a supporter and a corset (B) for the pelvic rigid composite frame (I) that supports the spinal disc at the back of the pelvis. Fastening with a hook-and-loop fastener or band (H) at the base of the thigh, using the rigid composite frame (I) part on the back as a support base, sandwiching the spinal column from side to side, and supporting and reinforcing the spinal column, Various repulsive springs (G1) are sandwiched between the composite frame and the left and right rubber hoses (D) that are hinged, and the hard rod bolt (D1) is fitted into a bolt fastening structure. The repulsive force is adjusted by adjusting the expansion and contraction of the bolt screw of the hard rod so that the cartilage part is properly spaced, and the correction and reinforcement structure integrated with the hard composite frame, or multiple long steel coil springs integrated with the corset and supporter Both are hard rods Fitting and wearing, the coil spring material is shrunk and the rigid composite frame in the pelvis is fixed to the abdomen and thigh, and after installation, the spring pressure is loosened by adjusting the screw and the proper interval is set, and the lower limb joint, A spinal intervertebral disc correction rubber hose cylinder spine correction device, which is either integrated with a muscle cushion reinforcement device, was constructed. In other words, bones, joints, and muscles decline with age, spinal discs become hernia symptoms, current support is supported with a corset, and orthosis is correct, and severe surgery is surgery. Supporting the affected spinal joint with a cylindrical cushioning rubber material, steel repulsion coil spring material, cushioning rubber and steel spring composite material suitable for each person, and appropriate work contact of the healthy person and the load contact of the spinal disc bearing the heavy load It consists of an assist suit and a spine orthosis for protection and correction.
人体は、骨の外部に靭帯、腱、筋肉が接続していて、二足歩行及び多足ロボットは、筋肉を流体圧の圧出入で筋肉の換わりにするチューブ筋肉、シリンダー、電動モータが使用されていて、夫々に電源バッテリーと油空気圧ユニットと制御機器が必要となる。本願は、前記特許文献2のリニアシューズの請求項1に記載の人体の歩行、運動の動作において、筋肉と関節の負担と負荷となって、利用されていない加重分を電気、流体エネルギーに変えるリニア発電ブラダシューズの電力、流体圧力を人工関節、筋肉の補助装備に使用し、且つ下肢の負担を軽減、吸収する外部装着する人工関節、筋肉のアシスト装具のものとした。
The human body has ligaments, tendons, and muscles connected to the outside of the bones, and bipedal walking and multi-legged robots use tube muscles, cylinders, and electric motors that transform muscles by fluid pressure. In addition, a power battery, an oil pressure unit, and a control device are required for each. In the application of walking and exercise of the human body according to
CFRP材の人工フレーム骨材は、薄く各種口径と形状に加工出来て、ゴムホースは、中硬質と硬軟質材の何れかのフレキシブルなホースシリンダーとなり、脊柱と骨盤フレームの下肢装置(100)と肩フレームと上腕と肘にリング人工関節、人工筋肉の上体装置(104)に電動サーボモータ、ベローズシリンダーを使用して、各種球状の弾性緩衝ゴムボールジョイントとのリングボール人工関節のリング緩衝ゴムの電動サーボモータと、又は複数の円筒リ二アモータパイプシリンダーは、組み合わせて、自由度の肩、肘、手首関節にも使用出来、上体のパワーアシストスーツとなり、下肢パワーアシストスーツとの併用は、重作業用に最適なものとなる。又パイプスライドフレームと各種バネ材の組み合わせ構成は、多々あり、電動サーボモータは、ブラシレスDCモータで構成しているが、内部の構造と界磁子の組み合わせも多々あり、サーボ制御機器においても各種センサを使用すると複雑なものとなり、出来るだけ簡易な構成にした。 The CFRP artificial frame aggregate is thin and can be processed into various calibers and shapes, and the rubber hose is a flexible hose cylinder of either medium-hard or hard-soft material, and the lower limb device (100) and shoulder of the spine and pelvis frame Using ring artificial joints to frame, upper arm and elbow, upper body device (104) of artificial muscle using electric servo motor, bellows cylinder, ring ball artificial joint ring buffer rubber with various spherical elastic buffer rubber ball joints An electric servo motor or multiple cylindrical linear motor pipe cylinders can be combined and used for shoulders, elbows, and wrist joints with a degree of freedom, and it becomes a power assist suit for the upper body. It will be the best for heavy work. There are many combinations of the pipe slide frame and various spring materials, and the electric servo motor is composed of a brushless DC motor. However, there are many combinations of internal structures and field elements, and various servo control devices are used. The use of a sensor makes it complicated and the structure is as simple as possible.
歩行運動のエネルギーは、筋肉、関節で加重負荷を吸収し疲労となり、本願の目的は、加重負荷を筋肉の換わりとなるバネ材で吸収し、且つ電力、流体圧に変えて、歩行力に取り入れて、下肢に係る負荷を機械力に変換するものとした。当然に棄てられていた負荷疲労エネルギーを有効エネルギーに変換する筋肉緩衝補強装置。そしてリニアシューズと人工フレーム骨とリング人工関節の装着は、関節と筋肉の疲労の軽減となり、当然に心臓、肺の負担の軽減となり、この装置をより小型の薄い装着の簡単なものにし、外出時の常備にするとその効果は、安全で健康で便利なものとなり、現況のシューズの形態が変わり、身体に密着する一体型の薄くする人工関節と、人工フレーム骨とを一体の装具と、膝を中心にし、上下、シューズを分割装備にした。 The energy of walking motion absorbs the load by muscles and joints and causes fatigue, and the purpose of this application is to absorb the load by a spring material that replaces the muscles and convert it into electric power and fluid pressure to incorporate it into walking power. Thus, the load on the lower limb is converted into mechanical force. A muscle buffer reinforcement device that converts load fatigue energy, which was naturally discarded, into effective energy. And wearing linear shoes, artificial frame bones, and ring artificial joints will reduce joint and muscle fatigue, naturally reducing the burden on the heart and lungs, making this device a simpler, thinner and easier to wear out. If you keep it in place, the effect will be safe, healthy and convenient, the shape of the current shoes will change, an integrated thinning artificial joint that closely contacts the body, an artificial frame bone and an orthosis, and a knee Centered on the top and bottom, shoes were divided into equipment.
図面と符号に基づいて説明する。
［図1］に記載の腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、股のアウトサイド人工関節に電動サーボモータ(R)を設け、インサイド膝人工関節には、ゼンマイバネ(N)、リングブラダ(10a)、ベローズ(L)を設け、又は夫々を別々に自由に組合わせる構成にした。
This will be described based on the drawings and reference numerals.
It is fixed to the mid-rigid composite band frame of the crotch from the waist and the rigid upper and lower frames of the knee described in [Fig. 1], and both supporters and corsets are fastened with hook-and-loop fasteners or bands, and the crotch outside artificial An electric servo motor (R) is provided at the joint, and a spring spring (N), a ring bladder (10a), and a bellows (L) are provided at the inside knee artificial joint, or each of them is configured to be freely combined separately.
腰から膝と、膝から踝の人工関節と人工フレーム骨の筋肉緩衝装置(101、102)は、(o図)のリニアシューズのソール内の踵、爪先のリニア発電装備とブラダは、歩行体重の発電負荷を連通する踵、爪先ブラダの流体の交互の圧縮で足関節と関連筋肉の負担を主に吸収する発電装備のブラダと、単独のブラダシューズと各種バネ装備と交換の出来るシューズであり、又各種ソール部と各種アッパー部を面ファスナー、バンド交換の出来るシューズでもある。リニアシューズの踵ソール部と膝関節部大腿と下腿のサポータ、コルセット固定の二つの左右ゴム弾性材リングボール人工関節は、雄雌嵌合の複合材雌パイプフレームと結合し、薄い幅の弾性緩衝雌リングは、摺動性のエラストマー、ゴム弾性材にし、雄カバーリングを開き圧し、
薄い幅面の雌摺動性のフレームに無工具で嵌合脱着と摺動強弱をネジ調整ボルト(4)の構成にした。
(b図)の膝関節とシューズ踝関節部は、歩行加重を受け支える踵嵌合フレームのインサイド部と膝関節のインサイド部を嵌合の自在ボールジョイントの人工関節にして、この膝インサイド人工関節と一つ又は二つのパイプスライドフレームの構造は、上下関節ボールジョイント雄部リングゴム枠に雌リングハウジングと一体にする硬質複合材パイプフレームにロッドピストンを挿入し、又は中硬質ゴムホース材のロッドピストンを併用し、それぞれを反対の組み合わせにし、一つ及び二つの上下ヘッド室に各人の筋力に見合う各種バネ材を上下ピストンで挟む構成にした。このバネ圧は、歩行運動のリニア発電とブラダの足と膝の関節と伸縮する靭帯、筋肉の加重を吸収し減衰のショックアブゾーバと、且つ補強筋肉の人工筋肉となる人体に馴染む軽く細く薄くねばる円柱及び方形状の人工フレーム骨の単数の硬質複合材スライドパイプフレームにし、ズボンの内外に装着出来るものとした。
(a図)の雄パイプレームと交換性の中硬質ゴムホースロッドピストンは、自在の曲がりのものであり、雄ロッドフリーピストンの長さとバネ強弱材は、夫々の交換と、パッキン伸縮調整のものにして、ボールジョイント・パイプスライドフレームは、適宜にシューズと膝のアウトサイド部と、或いは両サイド部の人工関節と人工筋肉と人工フレーム骨の構成にする膝関節と下腿筋肉と足関節の歩行補助の関節筋肉緩衝装置を構成した。
Muscle joint shock absorbers (101, 102) for artificial joints and artificial frame bones from hips to knees and knees to heels, heels in the sole of linear shoes in (o), linear power generation equipment and bladders on toes, walking weight The power generation equipment that absorbs the load of the ankle joint and related muscles by alternately compressing the fluid of the heel and toe bladder that communicates the power generation load of the power generation, and the shoes that can be exchanged with a single bladder shoes and various spring equipment In addition, it is also a shoe that can replace various sole parts and various upper parts with hook-and-loop fasteners and bands. Linear shoe heel sole, knee joint, thigh and lower leg supporters, and two left and right rubber elastic ring ball artificial joints fixed to the corset are combined with a male-female composite female pipe frame, thin elastic buffer The female ring is made of slidable elastomer and rubber elastic material, and the male cover ring is opened and pressed.
A screw adjusting bolt (4) is used for fitting and removing and sliding strength on a thin slidable frame with no tools.
The knee joint and shoe heel joint shown in (b) are the knee inside artificial joints, with the inside part of the heel fitting frame and the inside part of the knee joint supporting the walking load as an artificial joint of a free ball joint. And one or two pipe slide frame structure, the rod piston is inserted into the hard composite pipe frame that is integrated with the female ring housing in the upper and lower joint ball joint male ring rubber frame, or the rod piston of medium hard rubber hose material The two are combined in the opposite direction, and the spring material suitable for each person's muscle strength is sandwiched between the upper and lower pistons in one and two upper and lower head chambers. This spring pressure is light, thin and thin that fits into the human body, which is a linear generator for walking movement, a ligament that expands and contracts with the joints of the legs and knees of the bladder, a shock absorber that absorbs and absorbs muscles, and an artificial muscle for reinforcing muscles It is a single rigid composite slide pipe frame with a sticky cylinder and a rectangular artificial frame bone that can be mounted inside and outside the pants.
The middle hard rubber hose rod piston that can be exchanged with the male pipe frame in Fig. (a) is a free-bend type, and the length of the male rod-free piston and the spring strength and weakness material must be exchanged and adjusted for packing expansion and contraction. The ball joint / pipe slide frame can be used to assist the walking of the knee joint, lower leg muscles and ankle joints as appropriate, consisting of shoes and knee outside parts, or artificial joints, artificial muscles and artificial frame bones on both sides. The joint muscle buffer device was constructed.
硬質パイプスライドフレームの材質は、アルミ合金材、薄く硬く軽いウレタン、ポリアミド等のプラスチック材であり、より強度あるCFRP材を使用し、比重1.7の軽くて、2mm乃至3mm程の薄い各種形状のもので、方形、円形又は各種パイプ形状の幅のある一本と、又は薄くねばりのある複数のパイプフレームを丸く脛筋肉に合す形状にし、雄パイプを雌パイプに挿入し、又は高圧ホースを雄パイプの変わりにし、雄ゴムロッドホースは、油空圧の中硬質ホースの左右先端口を各種バネ材の取り付け部材にした。膝関節のリングボールを中心にし、下腿パイプフレーム上下二つと、又は中央の一つのピストンヘッド室に各種バネ材(緩衝ゴム、エラストマー材、鋼コイルバネ材、組み合わせ鋼板バネ材、緩衝ゴム内の鋼コイルバネ材)での各人の筋力に見合うバネ材を嵌入し、膝、足の関節、骨、筋肉の緩みと伸縮をバネ圧と連動させて下肢の負荷を吸収するショックアブゾーバにし、一例の最適な弾性幅のウレタンゲル内に鋼二枚板バネ一体成形の伸縮をスムーズに無音で吸収する構成とした。パイプフレームと一体の適宜口径ゴムリング、小径の球ボールのボールジョイントは、無工具での嵌合と脱着出来て、雄パイプフレームの長さは、各種長さのものを揃え、又スライド構造のネジ固定の構成にするパイプフレームの人工フレーム骨と各種バネの人工筋肉とボールジョイントの人工関節にした。一本の成人用のボールジョイント・パイプスライドフレームの重さは、300g程のものとした。 The material of the rigid pipe slide frame is aluminum alloy material, plastic material such as thin and light urethane, polyamide, etc., using stronger CFRP material, with a specific gravity of 1.7, light and various shapes as thin as 2mm to 3mm Then, make a square, circular, or a wide pipe shape with various pipe shapes, or make a plurality of thin and sticky pipe frames round to fit the shin muscle, insert the male pipe into the female pipe, or connect the high-pressure hose to the male In place of the pipe, the male rubber rod hose is made up of attachment members for various spring materials at the right and left end ports of the medium-hard hose of hydraulic pressure. Various spring materials (buffer rubber, elastomer material, steel coil spring material, combined steel plate spring material, steel coil spring in the buffer rubber) in the upper and lower crus pipe frame, or one central piston head chamber centering on the ring ball of the knee joint A shock absorber that absorbs the load on the lower limb by linking the looseness and expansion and contraction of the knee, foot joint, bone and muscle with the spring pressure by inserting a spring material suitable for each person's muscle strength The structure is such that the expansion and contraction of the steel two-plate spring integrated molding is smoothly and silently absorbed in a urethane gel having a wide elastic width. The appropriate diameter rubber ring integrated with the pipe frame and the ball joint of the small diameter ball ball can be fitted and removed without tools, and the length of the male pipe frame is available in various lengths, and the slide structure A pipe frame artificial frame bone, various spring artificial muscles, and a ball joint artificial joint are used. One adult ball joint and pipe slide frame weighed about 300g.
自由度のリングボール人工関節には、関節部の着座等の屈伸角度と前後と左右角度のに見合う口径のものと、成人の体重の加重に見合う太いOリングゴム(2)の摺動性のゴム、エラストマー弾性緩衝材を薄い幅にした自転車の車輪タイヤ状のCFRP円いリングフレーム枠に無工具で装着する雄の弾性緩衝材のゴムリングであり、この雄ゴムリングを嵌合する雌の円いフレームは、CFRP材に金属メッキ、又は摺動性樹脂を溶着(四フッ化エチレン)し、グリス等は、適宜使用のものとして、左右ボールジョイントの雌フレーム材、又は雄ボール材フレームは、膝関節部の上下のサポータ、コルセットのバンド、面ファスナーでいずれかを止着固定する構成にして、一つの形態の左右シューズ足踝関節部は、横幅のある小径の雄リングボール又は球状ボール(Q)のインサイドソールフレームにし、膝関節も同様のインサイドフレームにして、弾性緩衝の伸縮ボールを雄にし、雌CFRPパイプスライドフレームで嵌合脱着のものとした。
膝関節からの下腿パイプスライドフレーム、硬質ホースで圧縮する各種バネ材は、シューズに係る立ち姿勢の両足着地で体重を受ける強さの状態にし、歩行と走行での加速度加重は、体重の1.5倍から2.5倍の65kgの人は100kgから165kgとなる。立ち姿勢から前進の着地から中心から後部の蹴り出しの加速度加重となり、文献2のリニア発電のブラダシューズと単独のブラダと各種バネ材のシューズは、加重を吸収する踵、爪先部の発電とブラダであり、15mm程のストロークで体重の1.5倍に合す発電装備のブラダ、バネ圧のものを使用し、シューズバネ圧で筋肉の負荷を30％程吸収し、30％程をリング人工関節内電気モータ、空気ベローズ圧の前進力に利用する構成にした。
The free-ring ring ball artificial joint has a slidability of a diameter suitable for bending and stretching angles such as seating of the joint and the front and rear and left and right angles and a thick O-ring rubber (2) suitable for weight of adults. This is a rubber ring of a male elastic cushioning material that is attached to a CFRP circular ring frame frame of a bicycle wheel tire with a thin width of rubber and elastomer elastic cushioning material. The round frame is metal-plated or welded with CFRP material or slidable resin (ethylene tetrafluoride) .Grease is used as appropriate, and the female frame material of the left and right ball joints or the male ball material frame is The upper and lower supporters of the knee joint, the band of corset, and the hook-and-loop fastener are fixed and fixed. One type of left and right shoe foot joint is a small-sized male ring ball or spherical ball with a wide width. (Q ), The knee joint is also the same inside frame, the elastic cushioning elastic ball is male, and the female CFRP pipe slide frame is fitted and detached.
The lower leg pipe slide frame from the knee joint, various spring materials compressed with a hard hose are in a state of strength to receive weight when standing on both feet in shoes standing position, and acceleration weight for walking and running is 1.5 times the weight From 2.5 to 65 times, a person weighing 65kg would be 100kg to 165kg. From the standing posture to the forward landing to the center-to-rear acceleration weighting, the linear power generation bladder shoes of
［図2］は、固定する股と膝の小型のリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、雄リング弾性材外枠と内側の硬質円周枠内にチューブのリングブラダ(10a)を挿入し、密閉する単独装備と、シューズブラダと連通装備との何れかにし、雌リング枠を嵌合し、摺動ネジ調整のカバーハウジングの3自由度のリングボール人工関節にし、股、膝の関節軟骨部の負荷を吸収し、歩行補助と高圧の封入は、筋肉補強装具となって、(c図)の雌リング枠は、ネジ脱着と負荷ネジ調整ボルト(4)の構造にして、前記円周枠内側に自転車のチューブの空気入れ口(10b)を設けて、圧力調整のものとし、シューズとの連通管には、流動調整弁を設け、制御機器を具備し、このリングブラダから成るリングボール人工関節を構成した。リングブラダは、車のタイヤチューブを小型にしたもので、又シューズブラダと連通は、仮定の片膝のリングブラダ直径20mm、70cm3にゲージ圧0.15MPaの密封し、踏圧の圧力2.0MPaで関節の軟骨部の換わりとなり、圧入するリングブラダの膨張で雄リング弾性材枠も膨張し、摺動調整の雌リング枠をネジ調整するものとした。歩行回動で適切な軟骨部の間隔にするコルセットとバンド止着のものとし、前記上下固定装具で完全な止着するものとした。そして、高圧封入は、全当たり面が受圧面となって、関節軟骨部の負荷をブラダの全周面積で受ける構成となって、雄リングハウジングの人工フレーム骨、筋肉の負荷を吸収と同時にリング枠で受ける構成にし、歩行補助と高圧の封入は、歩行筋力アップの装備となり、シューズブラダとの共用とした。 [Fig. 2] shows a small ring ball artificial joint (Q1) of the crotch and knee to be fixed from the waist to the mid-rigid composite band frame of the crotch and the mid-rigid upper and lower frame of the knee, both supporters and corsets Fasten the brace with a hook-and-loop fastener or band, insert the ring ring bladder (10a) into the male ring elastic material outer frame and the inner hard circumferential frame, and seal either the single equipment, the shoe bladder or the communication equipment A female ring frame is fitted, and a three-degree-of-freedom ring ball artificial joint of the cover housing with sliding screw adjustment is absorbed, absorbing the load on the articular cartilage of the crotch and knees, walking assistance and high pressure encapsulation are The female ring frame (Fig. C) is a muscle reinforcement device, and has a structure of screw attachment / detachment and load screw adjustment bolt (4), and a bicycle tube air inlet (10b) is provided inside the circumferential frame. The pressure is adjusted, and the communication pipe with shoes A ring ball prosthesis composed of this ring bladder was constructed with a dynamic adjustment valve and a control device. Ringuburada is obtained by the car tire tube in a small, also footwear bladder and communicating the Ringuburada diameter 20mm assumptions knee, sealed gauge pressure 0.15MPa to 70cm 3, articular cartilage at a pressure 2.0MPa the trampling Instead of the part, the male ring elastic material frame also expands due to the expansion of the press-fitted ring bladder, and the female ring frame for sliding adjustment is adjusted with screws. The corset and the band are fastened to the appropriate distance between the cartilage portions by walking rotation, and are completely fastened by the upper and lower fixing devices. The high-pressure enclosure is configured to receive the load of the articular cartilage portion over the entire circumference of the bladder, with the entire contact surface serving as the pressure receiving surface, and simultaneously absorbs the artificial frame bone and muscle loads of the male ring housing. It is configured to be received by a frame, and walking assistance and high-pressure enclosure are used to increase walking muscle strength and are shared with shoe bladders.
［図3］は、骨盤股関節、膝関節部の人工関節の内と外に各人筋力に合うゼンマイ鋼バネ(N)と引張り鋼バネ、ゴム(O)のリングボール人工関節(Q1)の人工フレーム骨の歩行装置は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、交互の歩行の上げた足を前方に振り出す力にして、バネは、股関節骨盤フレームの薄い幅のハウジングのボールジョイントのリングゴム弾性材ボールの雄フレーム枠内に組み込み、骨盤フレーム、膝関節固定の雌面のジョイントカバーフレームをバネ反転力の固定接続部にした。又雄リングボールフレームに引張りバネ、ゴムを嵌めて雌フレームに接続し、簡易に脱着の構成のものとした。弾性材ボール雄フレームと一体のパイプスライドフレームは、立ち姿勢から足を浮かすと重心の移動から脚の重さは感じなく、個人差の体力、体重によるが、仮に60kg人では僅かなバネ反力(3kg〜10kg)で前方への振り出しとなる腰鋼バネ人工関節となって、鋼バネの圧縮と反転は、骨盤股関節の振り出し力よりバネ荷重を強く、足を上げると反転力の設定にし、歩行片足の着地、後方蹴り出し過程のバネの引張り荷重は、足を浮かすと床反力となり、人工関節内のバネ自体の距離5cm程のモーメントがシューズの歩行幅間隔60cmとなり、着地から鋼バネを圧縮する脚筋力は、歩行慣性から身体の負荷は、少なくて済み、鋼バネは、着脱と交換とバネ荷重調整から下肢身障者と健常者の歩行速度アップのアシストスーツの構成にして、シューズ足人工関節には、任意設備のものとし、股関節、膝人工関節にゼンマイ鋼バネと引張り鋼バネ及びゴムの何れかを設ける人工フレーム骨の歩行装置。 [Fig. 3] shows an artificial ring ball artificial joint (Q1) consisting of a spring spring (N), tension steel spring, and rubber (O) that fits each person's muscle strength inside and outside the pelvic hip joint and knee joint. The frame bone walking device is fixed to the middle rigid composite band frame from the waist to the crotch, and to the rigid upper and lower frames of the knee. Both supporters and corset braces are fastened with hook-and-loop fasteners or bands, and alternate walking is raised. The spring is incorporated into the male rubber frame of the ring rubber elastic ball of the ball joint of the thin joint of the hip joint pelvis frame, and the joint of the female surface of the pelvis frame and knee joint is fixed. The cover frame was a fixed connection part with spring reversal force. In addition, a tension spring and rubber were fitted to the male ring ball frame and connected to the female frame, so that it could be easily detached. The pipe slide frame integrated with the elastic ball male frame does not feel the weight of the leg due to the movement of the center of gravity when the foot is lifted from the standing posture, and it depends on the physical strength and weight of individual differences, but it is a slight spring reaction force for 60 kg people It becomes a hip steel spring artificial joint that swings forward at (3 kg ~ 10 kg), the compression and reversal of the steel spring makes the spring load stronger than the swinging force of the pelvic hip joint, and the reversal force is set when the foot is raised, The tensile load of the spring during landing on one foot and kicking backward is the floor reaction force when the foot is lifted, and the moment of the distance of about 5 cm of the spring in the artificial joint becomes the walking width interval of the shoe 60 cm. The leg muscle strength that compresses the body is less due to the inertia of walking, and the steel spring is configured as an assist suit that increases the walking speed of the physically handicapped and healthy people from the attachment and detachment and replacement and spring load adjustment, and the foot of the foot Artificial The sections any equipment and that of hip, knee prosthesis walking device of the artificial frame bones providing one tensile steel springs and rubber and mainspring steel spring.
［図4］は、電動サーボモータ(R)のリングボール人工関節(Q1)からなる人工フレーム骨の歩行装置は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、左右大腿、下腿人工フレーム骨の骨盤股関節と膝関節と踝関節の人工関節の左右と斜め方向に制限のある3自由度の雌雄リングとボールジョイントのものであり、リング枠内に軽く薄い幅に出来る股と膝関節夫々に出力差あるインバータベクトル制御のブラシレスDCフラット形モータは、サポータバンド固定の雄リング摺動材リング枠内の底フレームのコイル、板バネ等で受ける自由度のステータコイル(S)にし、常にギャップ幅の雌リング枠内のアウタロータ(U)マグネットを自在ボール軸受にし、雄リングゴム弾性緩衝材と雌リング枠を嵌合し、着地の負荷は、雄リング緩衝ゴム枠と雌リングの接触が摩擦回動となって、足を浮かすとリング枠が緩み、モータ軸に負荷とならない面対向形の鋼の自在ボール軸受台の雌雄リング枠にし、自由度のリングボール人工関節となって、ステータとロータを反対の組み合わせの何れかの多数極のダイレクトドライブモータのアキシャルギャップ形ものにした。回転及び固定ヨーク形の何れかにし、リニア発電ブラダシューズの踝ボール人工関節と結合し、歩行の充電ポケットバッテリーは、家庭用と共用電源にして、股と膝夫々の出力構成の関節モータにし、関節の動きに連動するサポータ及びコルセット止着固定にし、人工関節ハウジングカバーを人工フレーム骨に接続固定にし、人工フレーム骨のパイプスライドフレームの構成は、フレームハウジング雌枠に雄パイプフレームを嵌合と、若しくは一体型にした。この雌リング枠内側のマグネットロータは、着地から踏込み前進、停止、足を浮かせ後進の交互の人工フレーム骨と雄ハウジングのロータ駆動が連動し、加重トルクと歩行速度は、コントローラにフィードバックされ逆スイッチングの電流、電圧制御となるセンサレスセンシングのフィードバック又はホワァード制御の併用の構成にした。歩行、走行の速度は、ロータ逆スイッチングと同時の回転速度センサに係る電圧のスイッチングにし、ロータに係る運動の強弱の負荷トルク制御は、ロータ逆スイッチングと同時にジャイロ、ひずみセンサスイッチの何れかにし、夫々の運動モーメントは、フィードバック制御の構成にした。 [Fig. 4] shows an artificial frame bone walking device that consists of a ring ball artificial joint (Q1) of an electric servo motor (R), and is fixed to the mid-rigid composite band frame from the waist to the mid-rigid upper and lower frames of the knee. Both supporters and corset orthoses are fastened with hook-and-loop fasteners or bands, and the left and right thighs, the pelvic hip joint of the lower leg artificial frame bone, the knee joint, and the artificial joint of the knee joint are limited to three degrees of freedom in the diagonal direction. Inverter vector controlled brushless DC flat motors with male and female rings and ball joints, with different output at the crotch and knee joints that can be made light and thin in the ring frame. The inner rotor frame (U) magnet in the female ring frame with a gap width is used as a universal ball bearing. The male ring rubber elastic cushioning material and the female ring frame are fitted, and the landing load is the friction rotation of the contact between the male ring cushion rubber frame and the female ring. A male and female ring frame of a steel ball bearing table with face-to-face steel that does not become a load on the shaft, becomes a ring ball artificial joint with a degree of freedom, and a multi-pole direct drive motor with any combination of stator and rotor in the opposite combination Axial gap type. Combined with either a rotating or fixed yoke type, combined with a heel ball artificial joint of a linear power generation bladder shoe, the charging pocket battery for walking is used as a common power source for home use, and a joint motor with an output configuration of each crotch and knee, The supporter and corset fixed to the joint movement are fixed, the artificial joint housing cover is fixed to the artificial frame bone, and the pipe slide frame of the artificial frame bone is fitted with the male pipe frame to the frame housing female frame. Or integrated. The magnet rotor inside the female ring frame is driven by the artificial frame bone and the rotor drive of the male housing which are stepped forward, stopped and lifted from the landing, and the rotor drive of the male housing is interlocked.The weighted torque and walking speed are fed back to the controller and reverse switching The sensorless sensing feedback or forward control combined with current and voltage control is used. The speed of walking and running is the voltage switching related to the rotation speed sensor at the same time as the rotor reverse switching, and the load torque control of the motion related to the rotor is either a gyroscope or a strain sensor switch simultaneously with the rotor reverse switching, Each motion moment has a feedback control configuration.
大腿と下腿部の一体と個別装着の制御は、歩行、走行のモータに連動のダイレクトのスイッチングとなり、強弱モードは、階段、登山の上り下りと各作業運動のパワーモード選択にした。又自転車の左右ペダルのパワーアシストモードは、ペダルの上死点から下死点からの変動トルクとなり、大腿、下腿の人工筋肉のベローズとバネ圧で負荷を吸収と補強筋力にし、且つ股、膝関節モータ出力駆動と負荷を連係のものとした。関節連動の正逆転スイッチと停止の繰り返しと負荷と速度をコントローラで自動制御の構成にし、歩行力が上回る場合、股と膝の力が勝る坂道等では、回生電力でポケットバッテリーに充電するものとした。 The thigh and crus are integrated and individually controlled by direct switching linked to the walking and running motors, and the strength and weakness modes are stairs, climbing up and down, and power mode selection for each work motion. The power assist mode for the left and right pedals of the bicycle is a variable torque from the top dead center to the bottom dead center of the pedal. The load is absorbed and reinforced by the bellows and spring pressure of the artificial muscles of the thighs and lower legs, and the hips and knees. The joint motor output drive and load are linked. The joint-linked forward / reverse switch, repeat stop and load and speed are automatically controlled by the controller, and when the walking ability exceeds it, the slope battery where the power of the crotch and knees is superior, etc. did.
(f図)は、各脚関節固定のリングボール人工関節(Q1)は、制限のある3自由度のもので、人工関節ハウジングのリング雌フレーム枠を各関節部に止着固定にし、雄フレーム内ステータコイル(S)は、人体関節の中心軸となり、ロータ(U)は、可動筋力と関節骨となり、強弱モーメントの負荷は、雌雄リング枠のゴム摺動当たり面の強弱となり、このトルクが回動人工筋肉となる。又ハウジングの容積が大きくなるがロータを減速遊星ギア比にし、この遊星ギア外枠を回転するリング緩衝ゴム材にし、ボールジョイントの雌フレームに嵌合の雄ボールリング枠の内側のリング枠に嵌合し、緩衝ゴムの摩擦回転の構成にし、重作業、登山等の負荷、自転車の上り坂道の負荷用のラジアルギャップ形の人工関節にし、同口径の雄ボールリング枠で嵌合と交換と、サポータ、コルセット止着固定フレーム部で各種人工関節と交換出来て、組み合わせの出来る便利な構成のものとした。
股の人工関節のモータ出力は、前述の歩行、走行の加重を各バネシューズ、人工筋肉で大半を吸収して骨盤に伝わり、着地から蹴り出しは、前記出力モード選択にし、着地と中間と蹴り出しのシューズ発電とブラダで仮定の65kgの人が減衰から人工フレーム骨のバネ装備との踏込む力は、股の電動サーボモータは、人体筋肉と一体にし、40kg程の負荷を蹴り出しの筋力の10kg程の駆動力モータを使用し、歩行、走行では、膝を補助モータにして、重作業、自転車では、膝モータを中心にし、歩行慣性の補助角度にする速度モータ出力と、腰モータを追随から蹴り出す構成にした。そして走行、重作業では、モータ負荷は必然に大きくなるモードにし、夫々に適するバッテリー容量を使用し、前後の動作が不規則な運動では、コントローラで優先制御の構成のものものとした。
(f) is a ring ball prosthesis (Q1) with fixed leg joints with limited 3 degrees of freedom.The ring female frame of the artificial joint housing is fixed to each joint and fixed to the male frame. The inner stator coil (S) is the central axis of the human joint, the rotor (U) is the movable muscle force and the joint bone, and the load of the strength moment is the strength of the rubber sliding contact surface of the male and female ring frame, and this torque is It becomes a rotating artificial muscle. Although the volume of the housing increases, the rotor has a reduced planetary gear ratio, and this planetary gear outer frame is made of a rotating ring cushioning rubber material, which fits into the inner ring frame of the male ball ring frame fitted to the female frame of the ball joint. Combined with a rubber rubber friction rotation configuration, a heavy gap, mountain climbing load, a radial gap type artificial joint for bicycle uphill road loading, fitting and replacement with a male ball ring frame of the same diameter, The supporter and corset fastening frame part can be replaced with various artificial joints, and can be combined conveniently.
The motor output of the artificial joint of the crotch is transmitted to the pelvis by absorbing most of the weight of walking and running mentioned above with each spring shoe and artificial muscle, and kicking from landing is set to the above output mode, kicking with landing, middle and kicking Assuming that the 65 kg person assumed by the shoe power generation and the bladder is stepping on from the damping to the artificial frame bone spring equipment, the crotch electric servo motor is integrated with the human body muscle, kicking out the load of about 40 kg For the walking and running, the knee is used as an auxiliary motor for heavy duty work and bicycles. It was configured to kick out from following. In running and heavy work, the motor load is inevitably increased, battery capacity suitable for each is used, and in the motion where the front and rear operations are irregular, the controller is configured for priority control.
(g図）の股、膝関節夫々に出力差あるインバータベクトル制御のブラシレスDCフラット形モータの回転ヨーク形の出力と制御の構成は、軽く薄いハウジング容積の各出力の人工関節内に収めて、例えば歩行、走行用の骨盤股関節ハウジング(口径12cm程)のロータ板(10cm)の前後回動の範囲は、最大50mmの可動のもので、膝モータは、加重負荷トルクを受けて50mmの可動と、踝は、加速度加重の地面反力を踵で接地し、蹴り出しのものである。自転車走行は、膝関節の左右正回転と大腿筋力と下腿筋力とのものであり、膝関節モータ出力でペダル踏圧と股関節モータは、大腿筋正逆伸縮と体重を載せるものである。低回転となる極数を16ポール程の永久磁石ロータにし、ステータコイルと回転ヨークにし、ハウジングケースに収める構成にした。リニアシューズの磁力と速度で発電能力は変わり、バネ装備のブラダ圧力と踏み込む力で変わり、仮に体重65kgの成人の水平歩行（階段と斜路は爪先歩行）での交互の踵から踏み込む力は5cm程の高さから接地し、歩行幅を50cmに仮定と、重力加速度から1.5倍程の80kg程の力から瞬時の爪先部の蹴り出す反発力は平均して80kg程のものに仮定し、常に体重の1.3倍程の力がヒール部から爪先後部に移りながら左右片方の足は常に接地と、蹴り出しと、のバネ反動の前進力が発電なる。クッションシューズと大腿と下腿人工筋肉と人工関節で反動の負荷を50％程吸収し、且つ歩行回動力は、膝と股の軟骨部を軸芯にする人工関節内の電動サーボモータを補助にして、腰20Wの可変モータ、膝には10Wのものを使用した。接地と蹴り出しと踏出しの左右交互歩行は、片足は50cm、二歩で1.0m/秒の速度で前進して、リニアストロークのバネ装備(3)の前後の可動子の圧縮と膨張は、往復の20mm/0.25秒程にし、各人の脚力にバネ装備の圧力は調整して、片足の前部と踵部のリニアは、往復で40mm/0.5秒となり、両足では、常に片方は接地となる距離と時間損失25％程から平均の60mm/s程のストロークで常時80kgの負荷に仮定して、歩行においての位置、運動エネルギーを電機エネルギーに変換すると、界磁子の上下動から左右シューズに毎秒平均して80kgの力がリニアシリンダー内を往復60mm/秒の速度で落下するエネルギーとなって、0.08t（80kg）×0.060m×9.8G＝0.040×1000w＝48w/秒の発電能力になり、成人の体力で落下と蹴り出し往復動の損失と、体力の消耗と機器の抵抗損失等から20％の10w/秒程のリニア発電能力となり、発電のために歩行負担とならない大小出力シューズを用意し、体力に合うものとし、一時間程の歩行で充電出来る各種電池のものを用意して、リニアシューズが体力消耗とはならない発電能力のものとした。前と後のバネ装備(3)に対のリニア装備は、仮に50mm程の円形、若しくは楕円形にして、前記プレートに10mm程の間隔でステータコイル(S)を挟み左右に12個のマグネットロータ板(U)で挟むものにして、そのNd系磁石又はフェライト磁石は、絶縁耐熱、摺動性樹脂材でコーティングの固定のおよそ10mm（幅）×15mm（長さ）×2mm（厚み）のものにして、その磁力は、10mmのストロークで発電となる界磁とコイル束の電機子のものとして、前後の二つのリニア装備では、直列にし、早足の速度で発電能力は変わり、最大で24Vで1.0A程の同期リニア発電能力のシリンダーのものでは、（o図）のパワーコンデェショナーのコントローラからのベクトル制御インバータとした。樹脂に埋め込む小片の磁石(Nd系磁石)とコイル数は、出来るだけ薄く、軽く、固定しての永久磁石のストロークは、平均して10mm程のものであり、一つのシューズのリニア発電装備の界磁子と電機子のリニア極は前後で12極のものとした。 The output and control configuration of the inverter-vector-controlled brushless DC flat motor with output difference between the hip and knee joints in Fig. (g) is housed in each output artificial joint with light and thin housing volume. For example, the range of back and forth rotation of the rotor plate (10 cm) of the pelvic hip joint housing (about 12 cm in diameter) for walking and running is movable up to 50 mm, and the knee motor is movable 50 mm under load load torque踝, kicking ground reaction force of acceleration weight with a heel and kicking. Bicycle traveling is performed with the right and left forward rotation of the knee joint, the thigh muscle force, and the lower leg muscle force, and the pedal depression pressure and the hip joint motor on the knee joint motor output carry the thigh muscle forward and backward stretch and weight. A permanent magnet rotor with about 16 poles for low rotation, a stator coil and a rotating yoke, and a housing case. The power generation capacity changes depending on the magnetic force and speed of the linear shoes, changes depending on the spring pressure of the bladder equipped with the spring and the force of stepping on, and the force of stepping on from the alternate heels of an adult weighing 65 kg (steps and ramps on toes) is about 5 cm Assuming that the walking width is 50cm, the repulsive force that kicks out the toe part instantaneously from the force of about 80kg, which is about 1.5 times the gravitational acceleration, is assumed to be about 80kg on average. While the force of about 1.3 times the heel part moves from the heel part to the rear part of the toe, the left and right legs always generate power by the spring reaction of the grounding and kicking. Cushion shoes, thighs, lower leg artificial muscles and artificial joints absorb about 50% of the reaction load, and walking power is supported by an electric servomotor in the artificial joint with the knee and crotch cartilage as the core. I used a 20W waist variable motor and a 10W knee. The left and right alternate walking of grounding, kicking out and stepping forward is 50 cm on one foot, and it advances at a speed of 1.0 m / second in two steps, and the compression and expansion of the mover before and after the linear stroke spring equipment (3) Reciprocating 20mm / 0.25 seconds, adjusting the pressure of the spring equipment to the leg strength of each person, the linearity of the front and heel of one foot is 40mm / 0.5 seconds in the reciprocation, and for both feet, one side is always grounded Assuming a load of 80 kg with an average stroke of about 60 mm / s from an average distance and time loss of about 25%, and converting the position and kinetic energy in walking to electrical energy, the left and right shoes from the vertical movement of the field element An average of 80 kg of power per second becomes energy that drops in the linear cylinder at a speed of 60 mm / sec, resulting in a power generation capacity of 0.08 t (80 kg) x 0.060 m x 9.8 G = 0.040 x 1000 w = 48 w / sec. 20% from the loss of fall and kicking and reciprocating movement due to the physical strength of adults, the loss of physical strength and the resistance loss of equipment, etc. A linear power generation capacity of about 10w / second, large and small output shoes that do not become a walking burden for power generation, suitable for physical strength, various batteries that can be charged by walking for about an hour are prepared, linear shoes However, it is assumed that it has a power generation capacity that does not cause physical exhaustion. The pair of linear equipment for the front and rear spring equipment (3) is a circular or oval shape of about 50 mm, and 12 magnet rotors on the left and right with the stator coil (S) sandwiched by about 10 mm between the plates. The Nd magnet or ferrite magnet sandwiched between the plates (U) is approximately 10mm (width) x 15mm (length) x 2mm (thickness), which is a heat-resistant, slidable resin material fixed to the coating. The magnetic force is that of the field and coil bundle armature that generates electricity with a stroke of 10 mm, and the two front and rear linear equipments are connected in series, and the power generation capacity changes at the fastest speed, with a maximum of 24 V For cylinders with a synchronous linear power generation capacity of about 1.0A, a vector control inverter from the controller of the power conditioner (Fig. O) was used. The small magnets (Nd magnets) and the number of coils to be embedded in the resin are as thin and light as possible, and the fixed permanent magnet stroke is about 10 mm on average. The linear poles of the field element and armature were assumed to be 12 poles at the front and rear.
シューズのリニア発電装備(2)は、一つにまとめる複数極（12極のリニアの上下ストローク30mm/秒）にし、歩行速度は、1.0m/秒の成人の普段の歩行のものから、低速度のDC充電となる同期リニア発電機にして、そしてシューズは消耗品であるため、ソール部の交換の出来るシューズのものとして、或いは、複数のアッパーシューズの交換が容易に出来るものとして、又チューブのブラダ（エアバック）は、空気を抜けば土踏まずの穴から取り出せて修理が出来て、圧力調整は、外部からの流体注入バルブ(10b)で出来て、リニアネジ枠シリンダーの発電部の固定と可動子は取り出し、摺動部の確認と交換の出来る簡単なパーツにして、簡単に外せるネジ挿入のものから再使用とパーツとの交換が出来て、安価な構成のものにした。 The shoe's linear power generation equipment (2) has multiple poles (12 pole linear up / down stroke 30mm / sec), and walking speed is lower than that of normal walking of adults of 1.0m / sec. As a synchronous linear generator for DC charging, and because the shoes are consumables, it is possible to replace the sole, or to replace multiple upper shoes easily, The bladder (airbag) can be repaired by removing it from the arch hole if air is removed, and the pressure can be adjusted by the external fluid injection valve (10b). Is a simple part that can be taken out and confirmed and replaced with a sliding part, and it can be reused and replaced with a part from a screw insertion that can be easily removed.
股と膝の人工関節のサーボモータは、負荷発電機にし、左右のポケットの携行小型の充電バッテリーに配線からの制御コントローラは、充電装備にして、シューズの発電量は、負荷を吸収する発電であり、人工関節の発電機は、負荷となる発電にし、普段の歩行上下の位置エネルギーの身体の負担分を発電に取り入れて、正確な歩行矯正と、筋力トレーニングにもなり、負荷と負荷を吸収する健康装備となる。 The crotch and knee joint joint servo motors are load generators, the left and right pockets are carried in small rechargeable batteries, the controller from the wiring is equipped with charging equipment, and the power generation of the shoes is power generation that absorbs the load. Yes, the artificial joint generator is used as a load generator, and the body's share of the normal position energy of walking up and down is taken into the power generation, and it also serves as an accurate gait correction and strength training, absorbing the load and load. It becomes healthy equipment to do.
［図5］の前記流体ベローズブラダシリンダーのリングボール人工関節(Q1)は、腰から股の中硬質複合材バンドフレームと、膝の中硬質上下フレームに固定し、何れもサポータ及びコルセット装具を面ファスナー又はバンドで止着し、リニアシューズの踵、爪先後部の二つのリニア発電装備(U1)又は発電装備の無い突出浮動板(U2)を浮動させる前後のブラダ(10)と、股及び膝のリングボール人工関節ハウジング雄リング枠内に設ける鋼コイルバネ内包のベローズ(L3)を使用し、又は前進回動の一つのベローズ(L)と反転用の鋼バネ材(G3)の何れかを設け、シューズの前後を連通する瓢箪型ブラダ(10)と連通し、流体には空気を使用し、水の何れかと又は混合流体を使用して、例えば歩行からの股リング人工関節の簡易な空気圧による前進回動力は、シューズの二つのブラダ40cm2に低圧(0.02MPa程)の封入圧と容量の着地、踏込み、蹴出しの圧縮時間で腰部の股人工関節のベローズブラダシリンダーの同時に膨張となり、この膨張力が蹴り出し歩行の前進回動力となり、次の工程の足を上げると鋼バネ圧の反転からベローズは圧縮され、ベローズとブラダは、閉回路の左右交互の踏圧の圧縮歩行にした。そしてシューズブラダと大腿と下腿パイプフレーム(1)のロッドピストン(9)部のブラダを連通し、シューズの前後ブラダの強弱の同時の踏圧は、連通する大腿と下腿ブラダの受圧面の伸縮となり、ベローズとブラダの連通管に流量制御弁(L2)を設け強弱調整の構成にし、下肢ブラダは、膨張と反転用の各種バネ材を共用する人工筋肉にして、交互の足の上げ下げのブラダの踏圧時間は、ブラダの容量と圧力に比例する力となる。(シューズブラダから大腿、下腿ブラダと股の人工関節の関節のベローズを連通し一体化も可能)前述する股のリング人工関節に電動サーボモータ(R)を使用の場合は、前記流体ベローズと前記バネ材(N、O)の何れかを膝人工関節の使用し、又大腿と下腿人工フレーム骨、人工筋肉は、前記各種バネ材(G1)とブラダの共用と何れかを使用の構成にし、左右の交互の歩行は、シューズブラダで加重の負荷を吸収と同時に人工筋肉のブラダで吸収し、股、膝、踝関節軟骨部の負荷は半減される構成にし、且つリニア発電装備は、携行ポケットバッテリーに充電のものとした。各種制御機器を具備し歩行のアシストとなる人工関節、人工筋肉のベローズを使用の流体人工関節パワードスーツ歩行補助装置を構成した。
即ちリニア発電装備を外し、ブラダシューズは、踏圧可動子を浮動させるブラダに適宜の空気圧を封入し、一例の前記40cm2、ゲージ圧0.02MPaと一つの連通ブラダ15mmで30cm3を前後連通する前後ブラダの圧縮から60cm3の流動と体重65kgの人の歩行重力加重を80kgから100kgと0.2MPaで大腿と下腿ベローズの人工筋肉を同時に又個別に伸縮させて、空気圧ベローズは、体重の上下踏圧のほぼ同時に膨張力となり、その力は踏圧に比例する構成のものとした。仮定の片方の足の股人工関節の面積4cm2、ベローズの最大伸縮距離を50mmとし、20cm3の容量と、股人工関節にブラダの全量60cm3をベローズ受圧面積4cm2に、20cm3、圧入は0.5MPaで20kg以上の股関節の前進力となり、
流量制御弁で大腿と下腿ブラダは、パイプ内最大距離10mmと10cm3の容量にし、0.1MPaを封入し、加重を上下左右10cm2吸収10mm距離と上下の空気圧縮は、10kg以上の力となり、大腿と下腿で20kg負荷を吸収し、同時人工関節のベローズの回動となって、且つ関節軟骨の負荷の軽減となり、ブラダの圧縮の負荷と、連通ベローズは同時に膨張の人工筋肉又人工関節となる構成にした。
The ring ball prosthesis (Q1) of the fluid bellows bladder cylinder in [Fig. 5] is fixed from the waist to the mid-rigid composite band frame of the crotch and the rigid upper and lower frames of the knee, both of which support and support the corset orthosis. Fasten it with a fastener or a band, the front and rear bladders (10) that float the linear shoe heel, the two linear power generation equipment (U1) at the back of the toe or the protruding floating plate (U2) without power generation equipment, and the crotch and knee Use either the bellows (L3) of the steel coil spring inclusion provided in the male ring frame of the ring ball artificial joint housing, or provide one of the bellows (L) for forward rotation and the steel spring material for reversal (G3), Communicating with a saddle type bladder (10) that communicates between the front and back of the shoe, using air as the fluid, using either water or a mixed fluid, for example, advancement of the crotch ring prosthesis from walking with simple air pressure Rotation power is shoe The filling pressure and volume of low pressure (about 0.02 MPa) into two bladder 40 cm 2 landing, depression, becomes at the same time the expansion of the crotch prosthesis of bellows bladder cylinder waist at compression time of kicking, out the expansion forces kick walking When the foot of the next step was raised, the bellows were compressed due to the reversal of the steel spring pressure, and the bellows and the bladder were placed in a closed circuit with alternating left and right step pressures. The shoe bladder and the thigh and the bladder of the rod piston (9) part of the lower leg pipe frame (1) communicate with each other, and the simultaneous stepping pressure of the front and rear bladders of the shoe becomes the expansion and contraction of the pressure receiving surface of the communicating thigh and lower leg bladder, A flow control valve (L2) is provided in the communication pipe of the bellows and bladder to adjust the strength, and the lower limb bladder is an artificial muscle that shares various spring materials for inflating and reversing, and the foot pressure of the bladder that alternately raises and lowers the foot Time is a force proportional to bladder capacity and pressure. (It is also possible to communicate and integrate the bellows of the joints of the thigh, lower leg bladder and crotch artificial joint from the shoe bladder) When using the electric servo motor (R) for the above-mentioned crotch ring artificial joint, the fluid bellows and the above Any of the spring materials (N, O) are used for knee artificial joints, and the thighs and lower leg artificial frame bones and artificial muscles are configured to use either the various spring materials (G1) and bladders in common, Alternating walking on the left and right absorbs the load applied by the shoe bladder and simultaneously absorbs it by the artificial muscle bladder, and the load on the crotch, knees, and hip joint cartilage is halved. The battery was charged. A fluid artificial joint powered suit walking assist device using artificial joints and various artificial muscle bellows which are equipped with various control devices and assist walking.
In other words, the linear power generation equipment is removed, and the bladder shoes are filled with the appropriate air pressure in the bladder that floats the treading pressure mover, before and after communicating 30cm 3 in the front and back with the above-mentioned 40cm 2 , gauge pressure 0.02MPa and one communicating bladder 15mm. walking gravity weighted people flow and weight 65kg of 60cm 3 from compression of the bladder by simultaneously or individually expanding and contracting the artificial muscle of thigh and lower leg bellows at 100kg and 0.2MPa from 80 kg, pneumatic bellows, the weight of the upper and lower trampling The expansion force was almost the same, and the force was proportional to the pedal pressure. The assumed hip joint area of 4 cm 2 and the maximum expansion distance of the bellows is 50 mm, the capacity of 20 cm 3 and the total amount of bladder 60 cm 3 to the hip prosthesis joint is 4 cm 2 , 20 cm 3 , press fit Is a forward force of the hip joint of 20 kg or more at 0.5 MPa,
With the flow control valve, the thigh and lower leg bladders have a maximum distance of 10 mm and 10 cm 3 in the pipe, 0.1 MPa is enclosed, the load is 10 cm 2 up and down, left and
［図6］の脊柱の保護とクッションとなる脊髄椎間板の矯正のゴムホースシリンダー(A1)の脊柱矯正装具(103)は、骨盤背中部の脊髄椎間板を支え大腿と腹部サポータ及びコルセット止着固定する骨盤硬質複合材フレームにして、脊柱を左右に挟む複数の中硬質フレームと一対にする左右のゴムホースシリンダーの構成は、この左右の硬質複合材フレームとヒンジ結合の左右複数のゴムホースと複数の円い中空の各種バネ材(反発鋼コイルバネ、弾性緩衝ゴムホース、鋼バネと緩衝ゴムの組み合わせバネ)(G1)をゴムホースの上下に挟み芯材となる硬質ロッドボルト(D1)、ロッドゴムホース、樹脂材の雄ボルトの何れかを嵌合し、組み合わせのネジ固定の構成にし、装着は、前記骨盤フレームと一体の中硬質フレームを腹部と大腿部面ファスナー、又はバンド止着にし、左右ロッドボルトネジで縮めて装着し、圧縮バネをネジ調整で緩め、脊髄椎間板軟骨部を適正間隔にし、部分脊柱を支えるゴムホースシリンダーからなる脊髄椎間板の保護と矯正の脊柱矯正装具を構成し、骨盤の単独の脊髄椎間板の矯正のゴムホースシリンダーの脊柱矯正装置と、下肢の人工フレーム骨と人工筋肉のと脊柱、下肢関節、筋肉緩衝補強装置(100)とした。又は、長くした一本の鋼コイルバネを芯材のボルトネジにし、脊柱及び左右の筋力を複数のコイルバネで支え、雌雄ボルトネジ調整で脊柱を支えるコルセット、サポータで腹部での止着のものとした。 [Fig. 6] The spinal disc orthosis (103) of the rubber hose cylinder (A1) for spinal disc protection and cushioning of the spinal column as shown in [Fig. 6] is a pelvis that supports the spinal disc in the back of the pelvis and supports the thigh, abdominal supporter, and corset. The left and right rubber hose cylinders, which are paired with a plurality of medium hard frames sandwiching the spinal column from side to side in a rigid composite frame, are composed of left and right hard composite frames, left and right rubber hoses with hinges, and a plurality of hollow hollows. Various spring materials (Repulsion steel coil spring, elastic shock absorbing rubber hose, steel spring and shock absorbing rubber combined spring) (G1) are sandwiched between the rubber hose and the hard rod bolt (D1), rod rubber hose, male bolt of resin material Is fitted with a screw fixing configuration, and the middle hard frame integral with the pelvic frame is attached to the abdomen and thigh surface fastener, or The spinal disc is composed of a rubber hose cylinder that supports the partial spinal column. It was composed of a rubber hose cylinder spine correction device for correcting the spinal disc alone of the pelvis, and an artificial frame bone and artificial muscle of the lower limb, a spinal column, a lower limb joint, and a muscle buffer reinforcement device (100). Alternatively, a long steel coil spring is used as a core bolt screw, and the spinal column and left and right muscles are supported by a plurality of coil springs, and the corset and supporter that supports the spinal column by adjusting male and female bolt screws are used for fixing in the abdomen.
(J、K図)は、複数脊髄椎間板の脊柱は、上肢を支えるもので、加齢と共に腰部は、ヘルニアの症状となり、筋肉の衰えをサポータ、コルセットで締め支えて姿勢を伸ばす矯正装具と、重症は外科手術となり、この脊柱矯正装具は、患部脊髄関節を各人に合う円柱の緩衝ゴム材、鋼コイルバネ材、緩衝ゴムと鋼バネ複合のバネ材等支えて、又健常者の作業運動と重量物を背負うアシストスーツとなり、脊髄椎間板の負荷接触を適正にする保護と矯正の脊柱矯正装具の構成のものである。 (Figures J, K), the spinal column of multiple spinal discs supports the upper limbs, the lumbar region becomes a hernia symptom with aging, and the orthosis that stretches the posture by tightening and supporting muscle weakness with supporters and corsets, Severely becomes a surgical operation, and this spinal correction device supports the affected part spinal joint, such as a cylindrical cushioning rubber material, steel coil spring material, a spring material composed of a cushioning rubber and steel spring, suitable for each person, It is an assist suit that carries a heavy object, and has a spine correction device that protects and corrects the load contact of the spinal disc.
［図7］は、リニアシューズの左右交互の踏圧の発電をポケットバッテリーに充電するもので、電源にする股、膝のサーボモータの電源にし、歩行力となる出力は、調整し、必要時に使用することにし、充電状態を確認し、ACアダプターの家庭電源で充電と、携帯パソコン等と共用とすると便利なものとなる。 [Fig. 7] is the one that charges the pocket battery with the power generated by the alternating left and right treading pressure of the linear shoe. It is used as the power source for the crotch and knee servomotors that are used as power sources. It is convenient to check the charging status, charge it with the AC adapter's home power supply, and share it with a portable computer.
［図8］は、リニア発電ブラダシューズの側面図と簡単な回路図である。 FIG. 8 is a side view and a simple circuit diagram of a linear power generation bladder shoe.
膝関節と股関節と脊髄関節クッション部の人工関節と、大腿と下腿の人工フレーム骨と人工筋肉のパイプスライドフレームのシューズ間の膝から骨盤股関節の一体と個別の装着は、煩わしくはあるが装着歩行後の筋肉、関節部の負荷は半減され、重作業の登山、軍事等の重装備補助装具、又下肢身障者のリハビリ装具となる。全体装備の装着において、脊柱矯正装具の骨盤フレームからシューズ発電ブラダと下肢装備の加重の吸収減衰と筋力補強のリングボール人工関節のサーボモータは、外部充電バッテリーとの共用のパワーアシストスーツとなる。腰から膝間と、膝からシューズ踝と、リニア発電ブラダシューズと、腰の脊柱装備と、を個別装具の構成の場合は、腰と大腿と下腿の夫々の装備のアシストスーツとなる。リングボール人工関節の電動サーボモータのパワーアシストと、人工フレーム骨の気体圧のベローズは、歩行運動の動作の各関節と骨と筋肉と連動し、斜面、階段、自転車の運転、重量物の運搬の各関節の補助となる出力と制御の構成にし、各人の体重、又背負う重量物の負荷に合う人工筋肉の各種バネ材の交換と、ブラダ流体圧の調整は、各種作業のパワーアシストスーツになり、又は歩行と固定の筋肉補強具となる。 The knee joint between the knee joint, hip joint, spinal joint cushion part, knee and pelvis hip joint between the artificial frame bones of the thighs and lower legs and the pipe slide frame of the artificial muscles is annoying but walking The load on the muscles and joints later is halved, and it becomes a heavy equipment auxiliary equipment for mountain climbing of heavy work, military, etc., and a rehabilitation equipment for the physically handicapped in the lower limbs. When wearing the entire equipment, the pedestal frame of the spinal orthosis orthosis, the shoe power generation bladder and the load-absorbing attenuation of the lower limb equipment and the servo motor of the ring ball prosthesis for strength reinforcement become a power assist suit shared with the external charging battery. In the case of an individual orthosis configuration consisting of waist-to-knee, knee-to-shoe shoe, linear power generation bladder shoes, and lumbar spine equipment, it becomes an assist suit for each equipment of the waist, thigh, and lower leg. The power assist of the electric servomotor of the ring ball artificial joint and the bellows of the gas pressure of the artificial frame bone interlock with the joints and bones and muscles of the movement of walking movement, driving slopes, stairs, bicycles, carrying heavy objects Power assist suits for various tasks, including the configuration of output and control to assist each joint, the replacement of various artificial muscle spring materials that match the load of each person's weight and the heavy load on the back, and adjustment of the bladder fluid pressure Or a muscle reinforcement for walking and fixing.
特に腰の椎間板の矯正具は、コルセット、サポータで脊柱補強と、症状によっては手術となっていて、現況コルセットで背筋を締め脊柱全体を固定の方法から本発明の上下10cm程で脊柱を伸ばし部分固定で軟骨部を適正間隔にする方法は、現況の矯正具と違って、各上下の関節部に応用の出来る装置となる。 In particular, the lumbar disc correction tool is a corset and supporter with spine reinforcement and depending on the symptoms, it is an operation, and the spine is extended by about 10 cm above and below the present invention from the method of fastening the spine with the current corset and fixing the entire spine The method of fixing the cartilage part at an appropriate interval is a device that can be applied to the upper and lower joint parts, unlike the current correction tools.
100脊柱、下肢関節、筋肉緩衝補強装置 101骨盤から膝人工関節間の人工フレーム骨の筋肉緩衝装置 102膝と踝人工関節間の人工フレーム骨の筋肉緩衝装置 103脊髄椎間板の矯正のゴムホースシリンダー(A1)の脊柱矯正装置 104腕関節、筋肉緩衝補強装置
A硬質パイプフレーム(人工骨) A1脊柱矯正のゴムホースシリンダー Bサポータ及びコルセット C上下調整固定フレーム Dゴムホース D1芯材の中硬質のボルト Eゴムホース F ピストンヘッド室 F1調整ボルト F2連通管
Gパイプフレーム、ゴムホースのバネ材(流体ブラダ、 弾性緩衝リングゴム材、 鋼コイルバネ材、緩衝ゴムと鋼バネ複合のバネ材、 G1人工筋肉のバネ(緩衝ゴム、エラストマー材、鋼反発コイルバネ材、組み合わせ鋼板バネ材、緩衝ゴム内の鋼コイルバネ材) G2各種クッションシューズのバネ材 G3リング人工関節金属各種バネ材 G4マグネット又は電磁石(同極の反発)
H面ファスナー、又はバンド I骨盤中硬質複合材バンドフレーム J上下中硬質フレーム Kネジ固定 L人工関節ベローズ L1人工筋肉ブラダ L2流量制御弁 L3圧縮コイルバネ内包のベローズ M雄ボールのリング枠内 Nゼンマイ鋼バネ O引張り鋼バネ 、ゴム Pハウジングカバー Qボール人工関節 Q1リングボール人工関節 R電動サーボモータ Sステータコイル T摩擦回転の弾性緩衝ゴムリング枠 Uマグネットロータ板 U1リニア発電装備 U2突出浮動板 V軸受台 Wコントローラ X充電ポケットバッテリー Y充電併用の各種バッテリー 2リングゴム 3センサ 4ネジ調整ボルト 5雌のジョイントハウジング 6各種口径の人工関節 6a膝人工関節 6b踝人工関節 6c股人工関節 7リニア発電ブラダシューズ 8各種クッションシューズ 9スライドロッドピストン 10ブラダ 10aリングブラダ 10bチューブの空気入れ口 11両ロッド複動ゴムホースシリンダー
100 Spinal column, lower limb joint, muscle
A Hard pipe frame (artificial bone) A1 Rubber straightening rubber hose cylinder B Supporter and corset C Vertical adjustment fixing frame D Rubber hose D1 Core medium hard bolt E Rubber hose F Piston head chamber F1 adjustment bolt F2 communication pipe
G pipe frame, rubber hose spring material (fluid bladder, elastic buffer ring rubber material, steel coil spring material, buffer rubber and steel spring composite spring material, G1 artificial muscle spring (buffer rubber, elastomer material, steel rebound coil spring material, combination) Steel spring material, steel coil spring material in shock-absorbing rubber) Spring material for G2 cushion shoes G3 ring artificial joint metal Various spring materials G4 magnet or electromagnet (repulsion of the same polarity)
H surface fastener or band I Pelvic medium rigid composite band frame J Upper and lower middle rigid frame K Screw fixation L Artificial joint bellows L1 Artificial muscle bladder L2 Flow control valve L3 Compression coil spring inner bellows M Male ball ring frame N Wind-up steel Spring O Tensile steel spring, Rubber P Housing cover Q Ball artificial joint Q1 Ring ball artificial joint R Electric servo motor S Stator coil T Friction rotation elastic buffer rubber ring frame U Magnet rotor plate U1 Linear power generation equipment U2 Protruding floating plate V bearing stand W Controller X Charging Pocket Battery
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