JP5126919B1

JP5126919B1 - 歩行補助装置

Info

Publication number: JP5126919B1
Application number: JP2012148430A
Authority: JP
Inventors: 英治川西
Original assignee: 英治川西
Priority date: 2012-04-09
Filing date: 2012-07-02
Publication date: 2013-01-23
Anticipated expiration: 2032-07-02
Also published as: JP2013233406A

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

Description

下肢関節、筋肉、椎間板の歩行装置に関する。

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。

特開2011-143211 リンク機構、歩行補助装置特許4988942号リニアシューズ上記する文献において、特許文献1のリンク機構、補助装置は、人工関節のバネ圧で歩行の負荷を受ける構成のものであり、大腿と下腿のフレームは、足、膝、股関節の人工関節で連結固定し、各骨、筋肉の動作も人工関節のバネ材で受ける構成と思われる。特許文献2のリニアシューズは、アウトソール内に前後二つのリニア発電装備を連通するブラダ(バネ)装備で浮動させ、交互の踏圧の発電は、二次電池に充電し、発電装備の無いバネ圧のクッションシューズと、ソールとアッパーを面ファスナー交換の出来るシューズにし、又はリニア発電装備とバネ装備と充電池を硬質のケースに纏めたリニア充電ケースのものである。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

骨盤フレームと下肢からシューズと人工関節とパイプスライドフレームの装着する全体図。［実施例1］ (a図)股関節のアウトサイド部に人工関節パイプスライドフレームの側面装着図。(b図)膝関節のインサイドとシューズ踝関節の人工関節パイプスライドフレームの正面全体図。股、膝のリングブラダの詳細図。［実施例2］(c図)膝関節のインサイドのリングブラダ人工関節の装着図。(d図)股、膝のリングブラダの側面断面図人工関節ハウジングの雄リング内にねじり鋼バネを設備する全体図。［実施例3］(e図)上記のハウジングにゼンマイ鋼バネの装着図。スライドフレームと電動サーボモータを設ける全体構造図。［実施例4］(f図)膝リングボール人工関節ブラシレスDCモータの透視図。 (g図)股、膝のブラシレスDCモータの詳細図。股、膝人工関節の空気圧使用のコイルバネ内包のベローズ装備の構成の全体図。［実施例5］(h図)膝と股の詳細図。(i図)膝人工関節にコルセット、サポータでファスナー、バンドでの装着図。脊柱椎間板の補強、矯正のゴムホースシリンダー装着の全体図。［実施例6］(j図)椎間板保護、補強装備の詳細図。(k図)脊柱椎間板装備と、人工フレーム骨の筋肉緩衝装置との側面詳細図。(l図)脊柱椎間板を挟むゴムホースとバネの詳細図。(m図) 脊柱椎間板の鋼コイルバネ単独の概略図。リニア発電ブラダシューズ内部の詳細図。［実施例7］(n図)シューズ左足のブラダの概略図。(o図) シューズ内部のリニア発電装備の詳細図。リニア発電シューズからの回路図(p図) リニア発電のバッテリー充電装備からサーボモータへの回路図。

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。

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。

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。

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。

［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。

［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。

［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。

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。

(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。

(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。

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。

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。

［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。

［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。

(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。

［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。

［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。

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。

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。

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

Claims

腰から股の取付け部材フレームと、膝の取付け部材上下フレームに固着する股と膝のリングボール人工関節は、このフレームと対にする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股と膝関節部に止着し、球面円周の雌雄リング緩衝枠にリングゴム（2）を設ける単独のリングボール人工関節と、この雌雄リング緩衝枠内部に緩衝装具と歩行推進装具との何れかを設けるリングボール人工関節と、を選択する股と膝のリングボール人工関節は、膝リングボール人工関節を中心回動軸にし、雌雄リング枠ハウジングに係合するパイプスライドフレームは、プラスチック材とゴムホースの何れかを選択し、雌パイプに雄ピストンパイプを挿入し、ヘッド室に嵌入する緩衝バネと、ブラダで負荷を受ける上腿と下腿の人工フレーム骨の人工筋肉にし、シューズの踝ボール人工関節と係合の装備にし、前記緩衝装具と歩行推進装具の流体装具と前記人工筋内のブラダは、シューズ内のリニア発電装備の下部の流体ブラダと連通し、封入する流体の歩行踏圧は、シューズブラダの圧縮と同時に人工筋肉と人工関節の流体装具に伝達されて、交互の踏圧による前記リニア発電は、充電ポケットバッテリを介し、前記歩行推進装具の電動モータの電源にし、雌雄リング緩衝枠に設ける鋼バネは、歩行の負荷を緩衝と反力を歩行推進の両用装具にし、この前記各装具を組合わせと選択肢の股と膝のリングボール人工関節にし、身体に装着は、膝から股のアウトサイドと、膝からシューズのインサイドを長さ調整と脱着のパイプスライドフレームで膝の左右で結合する膝から上下を一体型のパワードスーツと、膝から上下を分割するパワーアシストスーツにし、左右の膝人工関節とシューズは、両サイドの結合のアシストスーツにし、股リングボール人工関節と、膝を挟む両サイドのリングボール人工関節と、リニア発電ブラダシューズと、クッションシューズとを単体の装備にし、前記シューズ踏圧の電力と流体圧を個別の緩衝装具と歩行推進装具と通電と連通の歩行装具にし、制御機器を具備し、身障者、高齢者の補助矯正具と、健常者の歩行補助と補強装具となる下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置。
前記固着する股と膝のリングボール人工関節には、前記雌雄リング緩衝枠内に緩衝装具のリングブラダ(10a)を設備し、このリングブラダは、圧入と調整弁で密閉する単独装備と、シューズ内の踏圧ブラダと連通する選択装備にし、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、リングブラダから成る請求項1に記載する下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置。
前記固着する股と膝のリングボール人工関節には、前記雌雄リング緩衝枠内に緩衝と歩行の反力推進装具となる鋼バネ（N）を設備し、歩行の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圧は、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強装具となる各種の鋼バネ装備から成る請求項1に記載する下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置。
前記固着する股と膝のリングボール人工関節には、前記雌雄リング緩衝枠内に歩行推進装具の電動サーボモータ(R)を設備し、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を自在中心ボール軸受にし、3自由度の雌雄リング枠で嵌合するハウジング回動のサーボモータを使用し、リニア発電ブラダシューズ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、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、コントローラからステータの自動制御のスイッチングにし、股と膝のサーボモータの作動は、人工フレーム骨の回動力となり、膝から股と足を分割と、一体型の装備を選択し、着地の負荷は、雌雄リング緩衝枠摺動面で受けて、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、関節と筋肉の動きに連動させる制御機器を具備し、歩行補助にする電動サーボモータ装備から成る請求項1に記載する下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置。
前記固着する股と膝のリングボール人工関節には、前記雌雄リング緩衝枠内に歩行推進装具の圧縮コイルバネ内包のベローズ(L3)を設備し、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にし、この流体ベローズは、リニア発電ブラダシューズのブラダと連通し、歩行踏圧の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、足を浮かすとベローズは、内包バネで流体は圧縮されブラダに戻り、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のヘッド室ブラダと同じ連通管で導通し、歩行の大腿と下腿の人工フレームヘッド室のブラダの圧縮は、加重負荷を吸収し、このべローズ、ブラダの連通管には流量制御弁を設け、制御機器を具備し、この圧縮コイルバネ内包のベローズから成る請求項1に記載する下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置。
骨盤背中部の脊髄椎間板を支える骨盤取付け部材フレームをサポータ及びコルセットで腹部と大腿付根部の面ファスナー又はバンドで止着し、この背中部の取付け部材フレーム部を支持台にし、脊柱を左右に挟み支え補強する左右の取付け部材フレームは、複数のゴムホースをフレーム固着し、このゴムホースの間に反発バネ材を挟み、芯材の硬質ロッド雄ボルトと雌ナットとネジ嵌合し、又は脊柱を左右に複数の腰から脊柱上下幅の長くするコイルバネをコルセット装備にし、長い芯材で上下の脊椎軟骨部を伸縮調整のコルセット、サポータの選択装備にし、身体に装着は、コイルバネ材を縮めて前記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し、この各種バネの反発力を伸縮調整で軟骨部を適正間隔にし、前記取付け部材フレームと一体となる矯正と補強の単独装備と、請求項1に記載する下肢の人工フレーム骨の筋肉緩衝補強装置の腰から股の取付け部材フレームを共用し一体装備にする脊柱、下肢関節、筋肉緩衝補強装置。