JP7362120B2 - 足関節の運動支援装置 - Google Patents

Description

本発明は、リハビリテーションの際等において足関節の可動域訓練等に使用することが可能な足関節の運動支援装置に関する。

事故または病気等により関節を動かすことができない状態が長く続いてしまうと、関節に拘縮が生じ、関節の可動域が制限されることがある。関節の可動域が制限されることは、関節可動域制限と呼ばれる。特に、関節可動域制限が生じ得る関節の中でも足関節（足首の関節）は、歩行する上で重要な関節であり、足関節に関節可動域制限が生じると、正常な生活活動を行うことが困難になってしまう。

そのため、リハビリテーションの際等においては、足関節の可動域訓練を行うことによって足関節の関節可動域制限の予防または改善を図っている。このような可動域訓練に関して、例えば特許文献１には、足関節における８つの運動を支援するための運動支援装置が示されている。

具体的には、特許文献１に記載された運動支援装置では、足首から末端側の足の挿入が可能とされるとともに、足が挿入された際に足を押圧することにより足の姿勢を調節する空気圧アクチュエータユニットが設けられている。そして、当該空気圧アクチュエータユニットで足の姿勢を調整しつつ、当該空気圧アクチュエータユニットを保持する保持部を前後左右に傾斜させることによって、足関節に８つの運動（底屈運動、背屈運動、内転運動、外転運動、内返し運動、外返し運動、内反運動、外反運動）を行わせている。

特開２０１９－１７７０５５号公報

しかしながら、特許文献１に記載された足関節の運動支援装置では、足関節の動きの多様性に関して改善の余地がある。特に、特許文献１に記載された足関節の運動支援装置では、足関節の内返し運動および外返し運動に関して改善の余地がある。

また、足関節の内返し運動および外返し運動に限らず、例えば内転運動および外転運動に関しても、改善の余地がある。

また、足関節の動きの多様性をより向上させつつ、更に効果的な運動支援の実現も望まれている。

他方で、運動支援装置の本体部の小型化を図りたいとの要望もある。

そこで、本発明は、足関節の動きの多様性をより向上させることができる足関節の運動支援装置を提供することを目的とする。

（１）本発明に係る足関節の運動支援装置は、足関節の運動支援装置であって、踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、踵部を保持する踵保持部と、を備え、前記複数の空気室は、前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、の少なくとも４つの空気室を含み、前記踵保持部によって踵部が保持された状態で、前記第１の空気室及び前記第４の空気室を膨張するとともに前記第２の空気室及び前記第３の空気室を収縮可能に制御され、または、前記第２の空気室及び前記第３の空気室を膨張するとともに前記第１の空気室及び前記第４の空気室を収縮可能に制御されることを特徴とする。

（１）の構成によれば、本体部に足部が挿入されて踵保持部によって踵部が保持された状態で、少なくとも４つの空気室のそれぞれの膨張および収縮が制御されることにより、足部を内返し方向および外返し方向へとより大きく変位させることができ、足関節に内返し運動および外返し運動をより効果的に行わせることができる。例えば、第１の空気室と第４の空気室とが膨張し、その一方で、第２の空気室と第３の空気室とが収縮するように制御されることにより、足甲側における幅方向一方側に配置された第１の空気室からの押圧力と、足底側における幅方向他方側に配置された第４の空気室からの押圧力とが足部に付加される。その結果、足部が内返し方向および外返し方向へとより大きく変位し、足関節に内返し運動および外返し運動をより効果的に行わせることができる。したがって、足関節の動きの多様性をより向上させることが可能である。

（２）上記（１）に記載の足関節の運動支援装置において、前記セパレート型空気圧アクチュエータユニットを前記足部の内転方向と外転方向とにスライドさせるスライド機構と、をさらに備えることを特徴とする。

（２）の構成によれば、スライド機構が設けられていることにより、踵部を回転中心として足部を内転方向および外転方向へとより大きく変位させることができる。したがって、足関節に内転運動および外転運動をより効果的に行わせることが可能である。

（３）上記（１）または（２）に記載の足関節の運動支援装置において、前記踵保持部は、前記足部が前記幅方向へと移動する際に前記幅方向における前記足部の移動方向とは反対側へと前記踵部を移動させることが可能に構成されていることを特徴とする。
（６）本発明に係る足関節の運動支援装置は、
足関節の運動支援装置であって、
踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、
前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、
踵部を保持する踵保持部と、
を備え、
前記複数の空気室は、
前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、
前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、
前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、
前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、
の少なくとも４つの空気室を含み、
前記少なくとも４つの空気室は、それぞれ、前記踵保持部によって踵部が保持された状態で膨張および収縮可能に制御され、
前記踵保持部は、前記足部が前記幅方向へと移動する際に前記幅方向における前記足部の移動方向とは反対側へと前記踵部を移動させることが可能に構成されている
ことを特徴とする。

（３）及び（６）の構成によれば、足関節に内転運動または外転運動を行わせる際に、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を内転方向または外転方向へとより大きく変位させることができる。したがって、足関節に内転運動および外転運動を更に効果的に行わせることが可能である。

（４）上記（１）～（３）のいずれかに記載の足関節の運動支援装置において、前記踵保持部は、足甲側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の末端側へと移動させるとともに、足底側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の足首側へと移動させることが可能に構成されていることを特徴とする。
（７）本発明に係る足関節の運動支援装置は、
足関節の運動支援装置であって、
踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、
前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、
踵部を保持する踵保持部と、
を備え、
前記複数の空気室は、
前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、
前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、
前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、
前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、
の少なくとも４つの空気室を含み、
前記少なくとも４つの空気室は、それぞれ、前記踵保持部によって踵部が保持された状態で膨張および収縮可能に制御され、
前記踵保持部は、足甲側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の末端側へと移動させるとともに、足底側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の足首側へと移動させることが可能に構成されている
ことを特徴とする。

（４）及び（７）の構成によれば、足関節に底屈運動または背屈運動を行わせる際に、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を底屈方向または背屈方向へとより大きく変位させることができる。したがって、足関節に底屈運動および背屈運動を更に効果的に行わせることが可能である。

（５）上記（１）～（４）のいずれかに記載の足関節の運動支援装置において、前記本体部は、前記本体部の特定の部位を回転中心として前記足部の底屈方向と背屈方向とに回転可能に構成されていることを特徴とする。

（５）の構成によれば、本体部自体が底屈方向または背屈方向に回転することによって、足関節の底屈運動または背屈運動が行われる。したがって、本体部の内部で足関節に底屈運動および背屈運動を行わせる場合と比較して、足関節の運動支援装置における本体部の小型化を図ることが可能である。

本願発明によれば、足関節の動きの多様性をより向上させることができる足関節の運動支援装置を提供することが可能である。

足関節の８つの運動を示す図であり、（ａ）は底屈運動、（ｂ）は背屈運動、（ｃ）は内転運動、（ｄ）は外転運動、（ｅ）は内返し運動、（ｆ）は外返し運動、（ｇ）は内反運動、（ｈ）は外反運動を示す図である。 本発明の一例に係る足関節の運動支援装置を示す斜視図である。 本発明の一例に係る足関節の運動支援装置を示す側面図である。 前方側から見た動作ユニットを示す斜視図である。 後方側から見た動作ユニットを示す斜視図である。 動作ユニットの内部構造を説明する正面図である。 （Ａ）右側へのセパレート型空気圧アクチュエータユニットのスライド移動を説明する図、（Ｂ）左側へのセパレート型空気圧アクチュエータユニットのスライド移動を説明する図である。 本発明の一例に係る足関節の運動支援装置の制御系を示すブロック図である。 （Ａ）足関節に内返し運動を行わせる際のセパレート型空気圧アクチュエータユニットの動作を説明する概念図、（Ｂ）足関節に外返し運動を行わせる際のセパレート型空気圧アクチュエータユニットの動作を説明する概念図である。 足関節に内転運動を行わせる際の動作ユニットの動作を説明する図である。 足関節に外転運動を行わせる際の動作ユニットの動作を説明する図である。 足関節に底屈運動を行わせる際の動作ユニットの動作を説明する図である。 足関節に背屈運動を行わせる際の動作ユニットの動作を説明する図である。 （Ａ）足部を上方から圧迫する際のセパレート型空気圧アクチュエータユニットの動作を説明する概念図、（Ｂ）足部を下方から圧迫する際のセパレート型空気圧アクチュエータユニットの動作を説明する概念図である。 （Ａ）各動作のウィルコクソンの順位和検定結果を示す図、（Ｂ）各動作の順位和と有意差の有無を示す図である。

以下、本発明の一例に係る足関節の運動支援装置について、図面を参照しつつ説明する。

まず、足関節の運動支援装置の説明に先立って、足関節の運動の種類について図１を参照しつつ説明する。なお、足関節は、足首にある関節であり、距骨と腓骨と脛骨とを含む骨で構成された関節である。

図１は足関節９１の８つの運動を示す図であり、図１（ａ）は底屈運動、図１（ｂ）は背屈運動、図１（ｃ）は内転運動、図１（ｄ）は外転運動、図１（ｅ）は内返し運動、図１（ｆ）は外返し運動、図１（ｇ）は内反運動、図１（ｈ）は外反運動を示す図である。

底屈運動は、図１（ａ）に示されるように、足部９を足底部９４（足裏部、とも称される）側に伸展させる運動である。背屈運動は、図１（ｂ）に示されるように、足部９を足甲部９３（足背部、とも称される）側に屈曲させる運動である。

内転運動は、図１（ｃ）に示されるように、足部９の先端を正中矢状面（人間の体の正中に沿って体を左右に等分する面）に近づけることにより足関節を中心に足部９を内側に回転させる運動である。外転運動は、図１（ｄ）に示されるように、足部９の先端を正中矢状面から遠ざけることにより足関節を中心に足部９を外側に回転させる運動である。

内返し運動は、図１（ｅ）に示されるように、足部９の足底部９４を正中矢状面側（言い換えれば、体の内側）に向ける運動である。外返し運動は、図１（ｆ）に示されるように、足部９の足底部９４を正中矢状面とは反対側（言い換えれば、体の外側）に向ける運動である。

内反運動（図１（ｇ）参照）は、底屈運動と内転運動と内返し運動との３つの運動を組み合わせた複合運動であり、回外運動とも呼ばれる。外反運動（図１（ｈ）参照）は、背屈運動と外転運動と外返し運動との３つの運動を組み合わせた複合運動であり、回内運動とも呼ばれる。

これらの８つの種類の運動を足関節に行わせる運動支援が、運動支援装置１００によって行われる。なお、以下において、運動支援装置１００による足関節の運動支援を受ける者を「被支援者」とも称する。

次に、足関節の運動支援装置１００について、図２および図３等を参照しつつ説明する。図２は、本発明の一例に係る足関節の運動支援装置１００を示す斜視図であり、図３は、本発明の一例に係る足関節の運動支援装置１００を示す側面図である。なお、図２においては、後述する側部用アクチュエータユニット３、背屈用アクチュエータ５１および底屈用アクチュエータ５２が省略されている。

運動支援装置１００は、踵部９２より末端側の足部の姿勢を特定の姿勢へと変位させることによって足関節の運動を支援し、足関節における拘縮等を予防または改善することが可能な装置である。運動支援装置１００は、自力で身体を自由に動かすことが難しい人等の関節において拘縮等を予防または改善するための訓練（関節可動域訓練あるいはＲＯＭ訓練などとも称される）を行わせる装置であることから、「足関節の可動域訓練装置」などとも称される。

運動支援装置１００は、例えば、リハビリテーションの際に使用される。なお、これに限定されず、運動支援装置１００は、リハビリテーション以外の種々の目的で使用することも可能である。

図３に示されるように、運動支援装置１００は、動作ユニット１０と土台部６とを有しており、動作ユニット１０は、土台部６の上面に設置されている。

また、土台部６の上面には、マット６５も配置されている。運動支援装置１００を用いて被支援者の足関節に対する運動支援が行われる際には、被支援者は、座位または仰向けの姿勢（仰臥位、とも称される）で当該マット６５に自身のふくらはぎを乗せつつ、動作ユニット１０の内部に自身の足部を挿入する。すなわち、図３の紙面における左側から被支援者の足部が動作ユニット１０内に挿入される。そして、その状態で、運動支援装置１００によって、足関節に８つの運動を行わせる支援動作が実行される。

なお、被支援者は、運動支援装置１００の前後方向において、当該運動支援装置１００の後方側から自身の足部を当該動作ユニット１０の内部に挿入する。本実施形態では、運動支援装置１００の前後方向をＸ方向とも称し、運動支援装置１００の後方側から前方側へと向かう方向を＋Ｘ方向（Ｘ方向の正方向）とも称する。また、本実施形態では、運動支援装置１００の幅方向（左右方向）をＹ方向とも称し、前方側から見て運動支援装置１００の左側から右側へと向かう方向を＋Ｙ方向（Ｙ方向の正方向）とも称する。また、本実施形態では、運動支援装置１００の高さ方向（上下方向）をＺ方向とも称し、前方側から見て運動支援装置１００の下側から上側へと向かう方向を＋Ｚ方向（Ｚ方向の正方向）とも称する。

図３に示されるように、動作ユニット１０は、後述する回転軸部５３を介して、土台部６の上面６１に固定された支持部６０に支持されている。そして、後述するように、足関節の背屈運動等が行われる際には、当該動作ユニット１０自体が回転軸部５３を中心に回転する。

また、図面には示されていないが、運動支援装置１００は、コンプレッサと排気ポンプとをさらに備えている。

後述する各空気圧アクチュエータの膨張は、当該コンプレッサの動作により実現される。具体的には、コンプレッサで生成された圧縮空気がエアチューブを介して空気圧アクチュエータ（詳細には、空気圧アクチュエータの空気室）へと送られることにより、当該空気圧アクチュエータが膨張する。

また、後述する各空気圧アクチュエータの収縮は、排気ポンプの動作により実現される。具体的には、空気圧アクチュエータが膨らんだ状態でコンプレッサからの圧縮空気の供給が停止されるとともに、排気ポンプによって空気圧アクチュエータ内の空気がエアチューブを介して排出されることにより、当該空気圧アクチュエータが収縮する。

以下における各空気圧アクチュエータは、いずれも、可撓性を有する袋状の空気室により形成されている。当該空気室は、可撓性を有するエアチューブ（不図示）を介して上記のコンプレッサおよび排気ポンプに接続されている。

当該空気室（バルーンとも称する）は、密封性を保つことができる素材（アルミフィルム、塩化ビニル等）を熱圧着で接着することにより製作される。

また、以下における空気圧アクチュエータのうち、少なくとも、被支援者の皮膚に直接触れる空気圧アクチュエータの表面は、布素材でカバーされていることが好ましい。これにより、例えば表面が金属部材で形成された空気圧アクチュエータがそのまま被支援者の皮膚に触れる場合と比較して、被支援者にとってより心地よい肌触りの運動支援装置１００を提供することが可能である。さらに、空気圧アクチュエータ（バルーン）の外側（表面）が、比較的伸縮し難い素材（帆布等）で覆われていることが好ましい。これにより、空気圧アクチュエータの変位が制限され、空気圧アクチュエータの過剰な膨張を防ぐことが可能である。

＜動作ユニットについて＞
次に、動作ユニット１０の詳細構成について、図４～図６等を参照しつつ説明する。図４は、前方側から見た動作ユニット１０を示す斜視図であり、図５は、後方側から見た動作ユニット１０を示す斜視図である。また、図６は、動作ユニット１０の内部構造を説明する図である。なお、図４および図５においては、後述する側部用空気圧アクチュエータユニット３が省略された動作ユニット１０が図示されている。

図４および図５に示されるように、動作ユニット１０は、本体部１を有している。本体部１は、略直方体形状に形成された箱状部材である。なお、本体部１の形状は、これに限定されない。例えば、本体部１は、略円柱状に形成された筒状部材であってもよい。本体部１は、筐体あるいはハウジングなどとも称される。

本体部１は、踵部より末端側の足部を挿入可能に形成されている。具体的には、図４に示されるように、本体部１における後方側部分（－Ｘ側部分）には、開口部１８が形成されている。開口部１８は、当該足部を挿入可能な大きさを有しており、被支援者は、この開口部１８を通じて本体部１内（ひいては動作ユニット１０内）に足部を挿入する。なお、図４等においては、開口部１８と本体部１の外壁部１２との間が開放されているが、これに限定されず、開口部１８と本体部１の外壁部１２との間は開放されていなくてもよい。

＜踵部用空気圧アクチュエータユニットについて＞
図４に示されるように、動作ユニット１０は、動作ユニット１０に足部が挿入された際に踵部を保持する踵保持部７を更に有している。

踵保持部７は、踵側部９６（図１（ａ）参照）に対して押圧力を付加することが可能な踵部用空気圧アクチュエータ７１，７２と、踵部を配置するための台座部７３とを有している。そして、踵保持部７は、台座部７３に踵部が配置された状態で踵側部に対して押圧力を付加することによって踵部を保持する。なお、以下では、踵部用空気圧アクチュエータを、単に「踵部用アクチュエータ」とも称する。

図４に示されるように、踵部用アクチュエータ７１，７２は、本体部１（詳細には、開口部１８）の内側において、台座部７３の左右方向両側に設けられている。具体的には、踵部用アクチュエータ７１は、開口部１８の内側において、台座部７３に踵部９２が配置された際に踵側部が存在すると想定される部分の右側（＋Ｙ側）に固定されており、踵部用アクチュエータ７２は、開口部１８の内側において、台座部７３に踵部９２が配置された際に踵側部が存在すると想定される部分の左側（－Ｙ側）に固定されている。

例えば、踵部用アクチュエータ７１，７２に圧縮空気が送り込まれると、踵部用アクチュエータ７１，７２が、互いに接近する方向に膨張する。具体的には、踵部用アクチュエータ７１は、－Ｙ側（左側）に膨張し、踵部用アクチュエータ７２は、＋Ｙ側（右側）に膨張する。これにより、踵部９２の幅方向両側から踵側部９６に対して押圧力が付加されて踵部９２が固定される。逆に、踵部用アクチュエータ７１，７２内の空気が排気ポンプにより排出されると、踵部用アクチュエータ７１，７２が互いに離反する方向に収縮する。これにより、踵側部に対する幅方向両側からの押圧力が弱まり、踵部９２の固定が解除される。なお、台座部７３は、本体部１の内周面のうちの下面に配置されており、本実施形態では、台座部７３は、当該下面において固定されている。

後述する足関節の８つの運動（底屈運動、背屈運動、内転運動、外転運動、内返し運動、外返し運動、内反運動、外反運動）は、踵保持部７によって踵部９２が保持（詳細には、固定）された状態で行われる。

＜セパレート型空気圧アクチュエータユニットについて＞
動作ユニット１０は、セパレート型空気圧アクチュエータユニット２を更に有している。足関節の内返し運動および外返し運動は、このセパレート型空気圧アクチュエータユニット２（図５参照）によって実現される。言い換えれば、セパレート型空気圧アクチュエータユニット２は、足関節の他動運動を提供する運動支援装置１００において、内返し動作と外返し動作とを提供するときに使用される。なお、以下では、セパレート型空気圧アクチュエータユニット２を、単に「セパレート型アクチュエータユニット２」とも称する。以下、セパレート型アクチュエータユニット２について図６を参照しつつ説明する。

セパレート型空気圧アクチュエータユニット２は、本体部１の内部において足部（詳細には、本体部１の内部に挿入された状態の足部）の周囲（言い換えれば、足囲）を囲うように配置されており、本体部１の内部において足部の高さ方向に対して力を作用させることが可能である。

また、セパレート型アクチュエータユニット２は、複数の空気室を有するバルーン型アクチュエータである。本実施形態に係る運動支援装置１００では、セパレート型アクチュエータユニット２は、袋状の空気室をそれぞれ有する複数の空気圧アクチュエータ（例えば、６個の空気圧アクチュエータ２１～２６）を有している。複数の空気圧アクチュエータ２１～２６は、互いに分離して配置されており、「セパレート型アクチュエータ」とも称される。

本実施形態に係る複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６は、いずれも、Ｘ方向を長手方向とする略三角柱状に形成されている（図５参照）。これによれば、セパレート型アクチュエータユニット２の小型化を図りつつ、足の形状に沿って足関節の内返し運動および外返し運動を支援することができる。なお、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６の形状は、これに限定されず、例えば、略四角柱状あるいは略円柱状等に形成されていてもよい。

図６に示されるように、セパレート型アクチュエータ２１～２３は、足部の足甲側（図６において上側）に配置されており、膨張することによって足部に対して足甲側から足底側（図６において下側）への押圧力を付加することが可能である。

より詳細には、セパレート型アクチュエータ２１は、足部の足甲側において足部の幅方向の一方側（図６において－Ｙ側）に配置されており、膨張することにより、足部の幅方向の当該一方側において、略三角柱状のセパレート型アクチュエータ２１の一の側面で足甲側から足底側への押圧力を足部に付加することが可能である。セパレート型アクチュエータ２２は、足部の足甲側において足部の幅方向の他方側（図６において＋Ｙ側）に配置されており、膨張することにより、足部の幅方向の当該他方側において、略三角柱状のセパレート型アクチュエータ２２の一の側面で足甲側から足底側への押圧力を足部に付加することが可能である。また、セパレート型アクチュエータ２３は、足部の足甲側において２つのセパレート型アクチュエータ２１，２２の間に配置されている。

また、セパレート型アクチュエータ２４～２６は、足部９の足底側（図６において下側）に配置されており、膨張することによって足部９に対して足底部９４側から足甲部９３側（図６において上側）への押圧力を付加することが可能である。

より詳細には、セパレート型アクチュエータ２４は、足部の足底側において足部の幅方向の一方側（図６において－Ｙ側）に配置されており、膨張することにより、足部の幅方向の当該一方側において、略三角柱状のセパレート型アクチュエータ２４の一の側面で足底側から足甲側への押圧力を足部に付加することが可能である。セパレート型アクチュエータ２５は、足部の足底側において足部の幅方向の他方側（図６において＋Ｙ側）に配置されており、膨張することにより、足部の幅方向の当該他方側において、略三角柱状のセパレート型アクチュエータ２５の一の側面で足底側から足甲側への押圧力を足部に付加することが可能である。また、セパレート型アクチュエータ２６は、足部の足底側において２つのセパレート型アクチュエータ２４，２５の間に配置されている。

このように、本実施形態に係る運動支援装置１００においては、６個のセパレート型アクチュエータ２１～２６によってセパレート型アクチュエータユニット２が構成されている。

後述するように、これらのセパレート型アクチュエータ２１～２６の膨張および収縮を制御することにより、足部に対して種々の動作を行わせることができる。例えば、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、足甲側（本体部１の上面側）のセパレート型アクチュエータ２１～２３のみを膨張させる（図１４（Ａ）参照）ことにより、足部を上方から圧迫することができる。また、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、足底側（本体部１の下面側）のセパレート型アクチュエータ２４～２６のみを膨張させる（図１４（Ｂ）参照）ことにより、足部を下方から圧迫することができる。また、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、足甲側（本体部１の上面側）における幅方向一方側のセパレート型アクチュエータを膨張させるとともに、足底側（本体部１の下面側）における幅方向他方側のセパレート型アクチュエータを膨張させる（図９参照）ことにより、足部にひねりを加えることができる。

なお、セパレート型アクチュエータユニット２を構成する複数のセパレート型アクチュエータの個数は、６個に限らず、６個より少なくてもよく、あるいは６個より多くてもよい。具体的には、少なくとも、足部の足甲側と足底側との双方且つ足部の幅方向の両側にセパレート型アクチュエータがそれぞれ配置されていればよく、すなわち、少なくとも４個のセパレート型アクチュエータが設けられていればよい。また、足甲側と足底側とで足部９に均等な押圧力が付加されることが好ましく、足甲側と足底側とにおいて同一個数のセパレート型アクチュエータが設けられていることが好ましい。

本実施形態では、足甲側の３つのセパレート型アクチュエータ２１～２３は、縫合等によって互いに結合されているとともに、足底側の３つのセパレート型アクチュエータ２４～２６も、縫合等によって互いに結合されている。これにより、セパレート型アクチュエータ２１～２３，２４～２６が膨張または収縮する際に各セパレート型アクチュエータのズレが抑制され、適切な位置で足部に対して押圧力を付加することが可能である。

また、本実施形態では、足甲側のセパレート型アクチュエータ群における幅方向端部と足底側のセパレート型アクチュエータ群における幅方向端部とが、例えば表面を覆う素材（帆布等）同士の縫合等によって互いに結合されて、セパレート型アクチュエータユニット２が製作されている。具体的には、足甲側のセパレート型アクチュエータ２１と足底側のセパレート型アクチュエータ２４とが縫合等によって互いに結合されているとともに、足甲側のセパレート型アクチュエータ２２と足底側のセパレート型アクチュエータ２５とが縫合等によって互いに結合されている。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２に足部が挿入された状態で足関節９１に対する運動支援が行われる際に当該足部が幅方向にズレることを防止でき、セパレート型アクチュエータユニット２の作用（力）を足部により的確に伝えることができる。

なお、これに限定されず、足甲側のセパレート型アクチュエータ群と足底側のセパレート型アクチュエータ群とが、互いに結合されていなくてもよい。

以上のような構成を有するセパレート型アクチュエータユニット２において、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のそれぞれの空気室は、踵保持部７によって踵部９２が保持された状態で膨張および収縮可能に制御される。これにより、足部を内返し姿勢および外返し姿勢へと変位させることができ、足関節の内返し運動および外返し運動が支援される。なお、内返し運動／外返し運動の実施時におけるセパレート型アクチュエータユニット２の詳細動作については、後述する。

＜側部用空気圧アクチュエータユニットおよびスライド機構について＞
動作ユニット１０は、側部用空気圧アクチュエータユニット３（図６参照）およびスライド機構４（図４参照）を更に有している。足関節の内転運動および外転運動は、側部用空気圧アクチュエータユニット３およびスライド機構４によって実現される。

側部用空気圧アクチュエータユニット３は、本体部１の内部において、足部９の幅方向（図６においてＹ方向）に対して力を作用させることが可能な駆動機構として設けられている。側部用空気圧アクチュエータユニット３は、単に「側部用アクチュエータユニット３」とも称される。

側部用アクチュエータユニット３は、セパレート型アクチュエータユニット２に対して左側（図６において－Ｙ側）から押圧力を付加することが可能な空気圧アクチュエータ３１と、セパレート型アクチュエータユニット２に対して右側（図６において＋Ｙ側）から押圧力を付加することが可能な空気圧アクチュエータ３２とを有している。空気圧アクチュエータ３１は、「左側部用アクチュエータ３１」とも称され、空気圧アクチュエータ３２は、「右側部用アクチュエータ３２」とも称される。

各空気圧アクチュエータ３１，３２は、エアチューブを介してコンプレッサおよび排気ポンプに接続されており、各空気圧アクチュエータ３１，３２の膨張および収縮は、次のようにして制御される。

具体的には、左側部用アクチュエータ３１は、本体部１の内部における左側壁に固定されており、コンプレッサから左側部用アクチュエータ３１の空気室に圧縮空気が送り込まれると、左側部用アクチュエータ３１が右側（＋Ｙ側）に膨張する。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２が左側（－Ｙ側）から右側（＋Ｙ側）に向けて押圧される。この際、右側部用アクチュエータ３２の空気室には圧縮空気は送られず、当該右側部用アクチュエータ３２は収縮した状態である。

逆に、右側部用アクチュエータ３２は、本体部１の内部における右側壁に固定されており、コンプレッサから右側部用アクチュエータ３２の空気室に圧縮空気が送り込まれると、右側部用アクチュエータ３２が左側（－Ｙ側）に膨張する。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２が右側（＋Ｙ側）から左側（－Ｙ側）に向けて押圧される。この際、左側部用アクチュエータ３１の空気室には圧縮空気は送られず、当該左側部用アクチュエータ３１は収縮した状態である。

スライド機構４（図４および図５参照）は、セパレート型アクチュエータユニット２を足部９の内転方向と外転方向とにスライドさせることが可能に構成されている。スライド機構４は、本体部１の上面と下面との双方に設けられている。また、本実施形態では、スライド機構４は、本体部１の上面と下面との双方において、本体部１の前方側と後方側とにそれぞれ設けられている。以下では、本体部１の上面における前方側に設けられたスライド機構４について説明する。なお、その他の部分に設けられたスライド機構４も、以下と同様の構成を有している。

図４に示されるように、スライド機構４は、ガイド溝４１とガイド部材４２とを有している。

ガイド部材４２は、ガイド溝４１に沿ってスライド移動可能に形成されているとともに、セパレート型アクチュエータユニット２の上面に固定されて設けられている。そして、ガイド溝４１に沿ってガイド部材４２がスライド移動することにより、セパレート型アクチュエータユニット２がガイド溝４１に沿ってスライド移動する。

本実施形態に係るガイド溝４１は、本体部１の上面において台座部７３（図４）を中心として円弧状に形成されている。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２は、ガイド部材４２を介して、ガイド溝４１に沿って円弧状にスライド移動することが可能である（図７（Ａ）（Ｂ）参照）。なお、図７（Ａ）は、セパレート型アクチュエータユニット２右側にスライド移動した状態を示す図であり、図７（Ｂ）は、セパレート型アクチュエータユニット２が左側にスライド移動した状態を示す図である。

ここで、足関節の内転運動および外転運動に際して、足部は足関節を中心として内転方向および外転方向へと円弧状に変位する。そのため、ガイド溝４１が図４のように円弧状に形成されていること、すなわち、セパレート型アクチュエータユニット２が台座部７３を中心として円弧上にスライド移動可能に構成されていることによれば、足関節に内転運動および外転運動を行わせるにあたって、足部をより自然に変位させることが可能である。

なお、これに限定されず、例えば、ガイド溝４１が、本体部１の上面においてＹ方向に対して平行となるように設けられていてもよい。

＜回転機構について＞
また、図３に示されるように、動作ユニット１０は、回転機構５をも更に有している。足関節の底屈運動および背屈運動は、当該回転機構５によって実現される。

回転機構５は、背屈用空気圧アクチュエータ５１と底屈用空気圧アクチュエータ５２と回転軸部５３と備えており、これらの要素５１～５３が動作することによって、本体部１が、当該本体部１に設けられた特定の部位（詳細には、回転軸部５３）を回転中心として足部の底屈方向と背屈方向とに回転可能に構成されている。

具体的には、回転軸部５３は、本体部１の両側壁において、足部９が当該本体部１に挿入されて台座部７３に踵部が配置された状態で足関節の左右方向（幅方向）両側付近が存在すると想定される部位に設けられている。また、当該回転軸部５３は、本体部１を支持する支持部６０（図３参照）に対して、その回転軸を中心として回転可能に固定されている。

背屈用空気圧アクチュエータ５１は、回転軸部５３を中心として本体部１を背屈方向に回転させることが可能である。なお、背屈用空気圧アクチュエータ５１は、単に「背屈用アクチュエータ５１」とも称される。

具体的には、背屈用アクチュエータ５１は、土台部６の上面６１と本体部１の底面部１９との間に設けられているとともに、エアチューブを介してコンプレッサおよび排気ポンプに接続されている。そして、後述するように、土台部６の上面６１と本体部１の底面部１９との間の背屈用アクチュエータ５１が膨張することにより、本体部１の底面部１９に対して上側へと向かう押圧力が付加され、本体部１自体が回転軸部５３を中心として背屈方向に回転する。

底屈用空気圧アクチュエータ５２は、回転軸部５３を中心として本体部１を底屈方向に回転させることが可能である。なお、底屈用空気圧アクチュエータ５２は、単に「底屈用アクチュエータ５２」とも称される。

具体的には、底屈用アクチュエータ５２は、土台部６に設けられており（図３参照）、底屈用アクチュエータ５２の先端部５８と本体部１の底面１９とがロープ部材（不図示）によって接続されている。また、底屈用アクチュエータ５２は、エアチューブを介してコンプレッサおよび排気ポンプに接続されている。そして、背屈用アクチュエータ５１内の空気が排気ポンプによって排出されつつ、底屈用アクチュエータ５２が膨張することにより、本体部１の底面が下側へと引っ張られ、本体部１自体が回転軸部５３を中心として底屈方向に回転する。

＜各空気圧アクチュエータの膨張および収縮の制御について＞
運動支援装置１００は、各空気圧アクチュエータの膨張および収縮を制御することが可能である。具体的には、運動支援装置１００は、操作部８０と制御部８５とを更に備えている。

操作部８０は、例えば、運動支援装置１００の電源のオン、オフを指示することが可能な電源ボタン（不図示）と、底屈運動と背屈運動と内転運動と外転運動と内返し運動と外返し運動と内反運動と外反運動との８つの運動の中から任意の運動を選択することが可能な運動選択ボタン（不図示）とを備えている。電源ボタンが押下されると、例えば、運動支援装置１００が後述の初期状態へと遷移する。また、運動支援装置１００が初期状態に遷移した後、運動選択ボタンが押下されて上記の８つの運動の中から一の運動が選択されると、選択された運動を足部に行わせるための所定の支援動作が運動支援装置１００において実行される。なお、操作部８０の操作者は、被支援者の足関節の運動をサポートする人物であってもよく、被支援者自身であってもよい。

制御部（コントローラとも称される）８５は、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭ等のメモリを有する。制御部８５のＲＯＭ内には、コンプレッサ、排気ポンプおよび各空気圧アクチュエータ等の制御に関する所定のプログラムが記憶されている。制御部８５は、当該所定のプログラムを実行することにより、運動支援装置１００の動作を制御する。図８は、本発明の一例に係る足関節の運動支援装置１００の制御系を示すブロック図である。

各空気圧アクチュエータに接続されたエアチューブには、空気弁（例えば、電磁弁）が設けられており、制御部８５は、コンプレッサおよび排気ポンプのみならず、各空気圧アクチュエータに対応する空気弁の開閉動作をも制御することにより、各空気圧アクチュエータの膨張および収縮を制御する。具体的には、制御部８５は、各空気圧アクチュエータの膨張または収縮を同時的に実行する制御、各空気圧アクチュエータの膨張または収縮を個別のタイミングで実行する制御、または、各空気圧アクチュエータの膨張または収縮を所定の順序で実行する制御等を行う。このようにして各空気圧アクチュエータを協働的に駆動させることにより、特定の姿勢への足部の変位が実現される。

また、制御部８５は、当該空気弁の開放時間等を制御することにより、各空気圧アクチュエータの空気室における空気の充填量、すなわち、各空気圧アクチュエータの膨張量を調整することが可能である。さらに、制御部８５は、当該空気弁の開放度合いを制御することにより、単位時間あたりに各空気圧アクチュエータに送り込まれる圧縮空気の量、および単位時間あたりに各空気圧アクチュエータから排出される空気の量を調整することが可能である。これにより、足部等に対して押圧力を徐々に付加することができ、足部等に過大な力が加わらず、足関節の運動支援を安全に行うことが可能である。

なお、運動支援装置１００において、各空気圧アクチュエータ内の圧力を検知可能な圧力センサが設けられていてもよい。そして、当該圧力センサの出力値が所定の閾値を上回ると、コンプレッサの動作を自動的に停止させる制御（あるいは、空気弁を開放状態から閉鎖状態に切り替える制御）が制御部８５によって行われてもよい。また、各空気圧アクチュエータ内の圧力を検知する圧力センサのみならず、足部にかかる圧力を検知可能な圧力センサが、足部と接する空気圧アクチュエータの表面に設けられていてもよい。そして、当該圧力センサの出力値が所定の閾値を上回ると、コンプレッサの動作を自動的に停止させる制御（あるいは、空気弁を開放状態から閉鎖状態に切り替える制御）が制御部８５によって行われてもよい。

＜足関節の運動支援について＞
以上のような構成を備える運動支援装置１００において、次のようにして、足関節に８つの運動（底屈運動、背屈運動、内転運動、外転運動、内返し運動、外返し運動、内反運動および外反運動）を行わせる支援動作が実行される。

まず、被支援者は、座位または仰臥位（仰向けの姿勢）で運動支援装置１００の動作ユニット１０の内部に足部を挿入し、踵部を台座部７３（図４参照）に配置する。なお、このとき、動作ユニット１０における本体部１は、その底面部１９が土台部６側に向いた姿勢、すなわち被支援者が足部９を挿入し易い姿勢となっていることが好ましい。

そして、操作者が、運動支援装置１００の電源ボタンをオン（起動状態）にすると、運動支援装置１００が、足関節の運動支援動作における初期状態へと遷移する。運動支援装置１００の初期状態は、図３に示されるように、動作ユニット１０の本体部１の底面部１９が土台部６の上面に対して略垂直となっている状態である。

具体的には、まず、コンプレッサにおいて生成された圧縮空気が背屈用アクチュエータ５１に送り込まれ、当該背屈用アクチュエータ５１が、本体部１の底面部１９が土台部６の上面に対して略垂直となるまで膨張する（図３参照）。そして、圧縮空気が踵部用アクチュエータ７１，７２に送り込まれて当該踵部用アクチュエータ７１，７２が膨張し、踵部９２が固定される。

これにより、運動支援装置１００が初期状態となり、初期状態の運動支援装置１００において、以下のようにして８つの運動の支援動作が行われる。以下においては、被支援者の右足の足関節に８つの運動を行わせることを想定する。

なお、以下では、内返し運動、外返し運動、内転運動、外転運動、背屈運動、底屈運動、内反運動、外反運動の順に説明するが、必ずしもこの順序で８つの運動の支援動作が行われるのではなく、８つの運動の支援動作がいずれの順で行われてもよい。また、各支援動作の間においては、その都度、運動支援装置１００が初期状態に戻るものとする。

＜内返し運動および外返し運動について＞
足関節の内返し運動（図１（ｅ））および外返し運動（図１（ｆ））の支援動作は、次述するように、セパレート型アクチュエータユニット２によって実現される。

まず、足関節の内返し運動について図９（Ａ）を参照しつつ説明する。図９（Ａ）は、足関節に内返し運動を行わせる際のセパレート型アクチュエータユニット２の動作を説明する図である。

操作者が、内返し運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のようにしてセパレート型アクチュエータユニット２を制御して、足関節の内返し運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、制御部８５は、セパレート型アクチュエータユニット２を構成する複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、セパレート型アクチュエータ２２，２４を膨張させず、その一方で、セパレート型アクチュエータ２１，２３，２５，２６を膨張させる（図９（Ａ）参照）。これにより、足部９の足甲部９３における外側部分（－Ｙ側部分、右足の場合は小指側部分）に対して足甲部９３側から足底部９４側への押圧力がセパレート型アクチュエータ２１によって付加されるとともに、足部９の足底部９４における内側部分（＋Ｙ側部分、右足の場合は親指側部分）に対して足底部９４側から足甲部９３側への押圧力がセパレート型アクチュエータ２５によって付加される。言い換えれば、足底部９４を身体の内側へと向ける回転力が足部９に対して付加される。

そして、押圧力を付加するセパレート型アクチュエータ２１，２５に対向するセパレート型アクチュエータ２２，２４は膨張せずに収縮していることにより、足部９が足関節を中心として内返し方向へと回転して内返し姿勢へと変位し、足関節の内返し運動が行われる。

次に、足関節の外返し運動について図９（Ｂ）を参照しつつ説明する。図９（Ｂ）は、足関節に外返し運動を行わせる際のセパレート型アクチュエータユニット２の動作を説明する図である。

操作者が、外返し運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のようにしてセパレート型アクチュエータユニット２を制御して、足関節の外返し運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、制御部８５は、セパレート型アクチュエータユニット２を構成する複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、セパレート型アクチュエータ２１，２５を膨張させず、その一方で、セパレート型アクチュエータ２２，２３，２４，２６を膨張させる（図９（Ｂ）参照）。これにより、足部９の足甲部９３における内側部分（＋Ｙ側部分、右足の場合は親指側部分）に対して足甲部９３側から足底部９４側への押圧力がセパレート型アクチュエータ２２によって付加されるとともに、足部９の足底部９４における外側部分（－Ｙ側部分、右足の場合は小指側部分）に対して足底部９４側から足甲部９３側への押圧力がセパレート型アクチュエータ２４によって付加される。言い換えれば、足底部９４を身体の外側へと向ける回転力が足部９に対して付加される。

そして、押圧力を付加するセパレート型アクチュエータ２２，２４に対向するセパレート型アクチュエータ２５，２１は膨張せずに収縮していることにより、足部９が足関節を中心として外返し方向へと回転して外返し姿勢へと変位し、足関節の外返し運動が行われる。

なお、左足の場合も、運動支援装置１００における支援動作自体は同様であり、右足の足関節に内返し運動を行わせる支援動作は、左足の足関節に外返し運動を行わせる支援動作となり、逆に、右足の足関節に外返し運動を行わせる支援動作は、左足の足関節に内返し運動を行わせる支援動作となる。

このように、本実施形態に係る運動支援装置１００では、本体部１に足部９が挿入されて踵部用アクチュエータ７１，７２によって踵部が保持された状態で、上記のセパレート型アクチュエータ２１，２２，２４，２５のそれぞれの収縮および膨張が制御される（図９参照）。これにより、足部９を内返し方向および外返し方向へとより大きく変位させることができ、足関節に内返し運動および外返し運動をより効果的に行わせることができる。したがって、足関節の動きの多様性をより向上させることが可能である。

ここで、空気圧アクチュエータ（空気圧バルーン）を用いた足関節の運動支援装置（例えばリハビリ装置）として、足部の上下に単一のバルーンをそれぞれ配置して足部の上下それぞれのバルーン単体で足部を上下方向から圧迫すること、が考えられる。ただし、このようなバルーン単体では、上下の圧迫以外の動作を行うことができない。

これに対して、上記のセパレート型アクチュエータユニット２を用いることによれば、足部に対して上下からの力の作用を加えることができるだけでなく、特定のセパレート型アクチュエータを膨張させることで、足部にひねりを加えることもできる。すなわち、セパレート型アクチュエータユニット２のみで、足関節に内返し動作および外返し動作を提供することができる。

なお、上記のような複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６のそれぞれの膨張および収縮は、セパレート型アクチュエータごとに独立して制御されてもよく、あるいは、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６全体で一括制御されてもよい。複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６全体で一括制御される場合、例えば、内返し運動時の各セパレート型アクチュエータ２１～２６の膨張および収縮を規定した第１のパターン（図９（Ａ）参照）と、外返し運動時の各セパレート型アクチュエータ２１～２６の膨張および収縮を規定した第２のパターン（図９（Ｂ）参照）とが予め設定されているとよい。そして、足関節に内返し運動を行わせる場合には、第１のパターンを用いて各セパレート型アクチュエータ２１～２６の膨張および収縮が一括制御され、足関節に外返し運動を行わせる場合には、第２のパターンを用いて各セパレート型アクチュエータ２１～２６の膨張および収縮が一括制御されるようにするとよい。

＜内転運動および外転運動について＞
足関節の内転運動（図１（ｃ））および外転運動（図１（ｄ））の支援動作は、次述するように、セパレート型アクチュエータユニット２、側部用アクチュエータユニット３およびスライド機構４によって実現される。

まず、足関節の内転運動について図１０を参照しつつ説明する。図１０は、足関節に内転運動を行わせる際の動作ユニット１０の動作を説明する図である。

操作者が、内転運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のように、セパレート型アクチュエータユニット２および側部用アクチュエータユニット３を制御して、足関節の内転運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、まず、制御部８５は、セパレート型アクチュエータユニット２を構成する複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６を膨張させる。これにより、当該セパレート型アクチュエータユニット２が足部９を挟み、当該足部９が本体部１内で固定される。この状態で、制御部８５は、左側部用アクチュエータ３１を膨張させる。その結果、足部９を固定した状態のセパレート型アクチュエータユニット２に対して、足部９の幅方向における左側から右側（＋Ｙ側、右足の場合は親指側）への押圧力、すなわち、足部９の内転方向への押圧力が左側部用アクチュエータ３１によって付加される。なお、このとき、右側部用アクチュエータ３２は収縮した状態である。

セパレート型アクチュエータユニット２は、内転方向（右側）への押圧力を左側部用アクチュエータ３１から受けると、これに応じて、スライド機構４のガイド溝４１に沿って内転方向（右側）へと円弧状にスライド移動する。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２によって固定された足部９が足関節を中心として内転方向へと回転して内転姿勢へと変位し、足関節の内転運動が行われる。

次に、足関節の外転運動について図１１を参照しつつ説明する。図１１は、足関節に外転運動を行わせる際の動作ユニット１０の動作を説明する図である。

操作者が、外転運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のようにしてセパレート型アクチュエータユニット２および側部用アクチュエータユニット３を制御して、足関節の外転運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、まず、制御部８５は、内転運動時と同様に、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６を膨張させ、これにより、本体部１の内部において、セパレート型アクチュエータユニット２によって足部９が固定される。この状態で、制御部８５は、右側部用アクチュエータ３２を膨張させる。その結果、足部９を固定した状態のセパレート型アクチュエータユニット２に対して、足部９の幅方向における右側から左側（－Ｙ側、右足の場合は小指側）への押圧力、すなわち、足部９の外転方向への押圧力が右側部用アクチュエータ３２によって付加される。なお、このとき、左側部用アクチュエータ３１は収縮した状態である。

セパレート型アクチュエータユニット２は、外転方向（左側）への押圧力を右側部用アクチュエータ３２から受けると、これに応じて、スライド機構４のガイド溝４１に沿って外転方向（左側）へと円弧状にスライド移動する。これにより、セパレート型アクチュエータユニット２によって固定された足部９が足関節を中心として外転方向へと回転して外転姿勢へと変位し、足関節の外転運動が行われる。

なお、左足の場合も、運動支援装置１００における支援動作自体は同様であり、右足の足関節に内転運動を行わせる支援動作は、左足の足関節に外転運動を行わせる支援動作となり、逆に、右足の足関節に外転運動を行わせる支援動作は、左足の足関節に内転運動を行わせる支援動作となる。

このように、本実施形態に係る運動支援装置１００では、セパレート型アクチュエータユニット２を足部の内転方向と外転方向とにスライドさせるスライド機構４が設けられている。これにより、足関節を回転中心として足部を内転方向および外転方向へとより大きく変位させることができる。したがって、足関節に内転運動および外転運動をより効果的に行わせることが可能である。

また、本実施形態では、セパレート型アクチュエータユニット２が、側部用アクチュエータユニット３による力の作用に応じて内転方向あるいは外転方向へとスライド移動しているが、これに限定されない。例えば、スライド機構４が電気的に駆動可能に構成されており、セパレート型アクチュエータユニット２が、側部用アクチュエータユニット３による力の作用を受けることなく、内転方向あるいは外転方向へとスライド移動するように構成されていてもよい。

＜底屈運動および背屈運動について＞
足関節の底屈運動（図１（ａ））および背屈運動（図１（ｂ））の支援動作は、次述するように、運動支援装置１００の本体部１自体を底屈方向および背屈方向へと回転させることによって実現される。

まず、足関節の底屈運動について図１２を参照しつつ説明する。図１２は、足関節に底屈運動を行わせる際の動作ユニット１０の動作を説明する図である。

操作者が、底屈運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のようにしてセパレート型アクチュエータユニット２および底屈用アクチュエータ５２等を制御して、足関節の底屈運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、まず、制御部８５は、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６を膨張させ、セパレート型アクチュエータユニット２で足部を挟むことにより、足部を本体部１内で固定する（不図示）。この状態で、制御部８５は、初期状態における背屈用アクチュエータ５１を収縮させつつ、底屈用アクチュエータ５２を膨張させる（図１２参照）。これにより、底屈用アクチュエータ５２と本体部１とを接続するベルト部材（不図示）が本体部１の底面１９を下方側へと引っ張り、本体部１が、回転軸部５３を中心として底屈方向（下側）に回転する。その結果、本体部１に挿入された足部が足関節を中心として底屈方向へと回転して底屈姿勢へと変位し、足関節の底屈運動が行われる。

なお、底屈運動を支援する支援動作に際して、セパレート型アクチュエータユニット２が補助的に動作するように制御されると尚よい。具体的には、足関節の底屈運動に際して、６つのセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、足底側のセパレート型アクチュエータ２４～２６を収縮させつつ（あるいは、比較的小さな膨張量で膨張させつつ）、足甲側のセパレート型アクチュエータ２１～２３を膨張させる（図１４（Ａ）参照）ように制御されると尚よい。すなわち、本体部１を底屈方向へと回転させつつも、さらに、本体部１の内部において足部を足底側（下方側）に圧迫して底屈方向へと変位させる動作が行われるとよい。これによれば、足関節の底屈運動をさらに効果的に支援することが可能である。

次に、足関節の背屈運動について図１３を参照しつつ説明する。図１３は、足関節に背屈運動を行わせる際の動作ユニット１０の動作を説明する図である。

操作者が、背屈運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、次述のようにしてセパレート型アクチュエータユニット２および背屈用アクチュエータ５１等を制御して、足関節の背屈運動を支援する支援動作を実行する。

具体的には、まず、制御部８５は、底屈運動時と同様に、複数のセパレート型アクチュエータ２１～２６を膨張させ、これにより、本体部１の内部において、セパレート型アクチュエータユニット２によって足部が固定される（不図示）。この状態で、制御部８５は、初期状態における背屈用アクチュエータ５１をさらに膨張させる（図１３参照）。これにより、本体部１が、回転軸部５３を中心として背屈方向（上側）に回転する。その結果、当該本体部１に挿入された足部が足関節を中心として底屈方向へと回転して背屈姿勢へと変位し、足関節の背屈運動が行われる。

このように、本実施形態に係る運動支援装置１００では、本体部１が、回転軸部５３を回転中心として足部の底屈方向および背屈方向に回転可能に構成されており、本体部１自体が底屈方向および背屈方向に回転することによって、足関節の底屈運動および背屈運動が行われる。したがって、本体部１の内部で足関節に底屈運動および背屈運動を行わせる場合と比較して、運動支援装置１００における本体部１の小型化を図ることが可能である。

なお、背屈運動を支援する支援動作に際して、セパレート型アクチュエータユニット２が補助的に動作するように制御されると尚よい。具体的には、足関節の背屈運動に際して、６つのセパレート型アクチュエータ２１～２６のうち、足甲側のセパレート型アクチュエータ２１～２３を収縮させつつ（あるいは、比較的小さな膨張量で膨張させつつ）、足底側のセパレート型アクチュエータ２４～２６を膨張させる（図１４（Ｂ）参照）ように制御されると尚よい。すなわち、本体部１を背屈方向へと回転させつつも、さらに、本体部１の内部において足部を足甲側（上方側）に圧迫して背屈方向へと変位させる動作が行われるとよい。これによれば、足関節の背屈運動をさらに効果的に支援することが可能である。

＜内反運動および外反運動について＞
足関節の内反運動（図１（ｇ））および外反運動（図１（ｈ））は、次述するように、上記の運動を支援する要素が複合的に動作することにより実現される。

まず、足関節の内反運動について説明する。上述したように、内反運動は、内返し運動と内転運動と底屈運動との複合運動である。

操作者が、内反運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、足関節に内返し運動を行わせるための支援動作と、足関節に内転運動を行わせるための支援動作と、足関節に底屈運動を行わせるための支援動作とを動作ユニット１０に実行させる。なお、これらの支援動作は、順次実行されてもよく、あるいは、同時に実行されてもよい。

例えば、セパレート型アクチュエータユニット２が制御されることにより、足部９が内返し姿勢へと変位し（図９（Ａ）参照）、この状態で、側部用アクチュエータユニット３が制御されることにより、セパレート型アクチュエータユニット２がスライド機構４のガイド溝４１に沿って内転方向へとスライド移動する（図１０も参照）。さらに、底屈用アクチュエータ５２が制御されることにより、本体部１自体が回転軸部５３を回転中心として底屈方向に回転する（図１２参照）。これにより、足部が内反姿勢へと変位し、足関節の内反運動が行われる。

次に、足関節の外反運動について説明する。上述したように、外反運動は、外返し運動と外転運動と背屈運動との複合運動である。

操作者が、外反運動に対応する運動選択ボタンを押下すると、制御部８５は、足関節に外返し運動を行わせるための支援動作と、足関節に外転運動を行わせるための支援動作と、足関節に背屈運動を行わせるための支援動作とを動作ユニット１０に実行させる。なお、これらの支援動作は、順次実行されてもよく、あるいは、同時に実行されてもよい。

例えば、セパレート型アクチュエータユニット２が制御されることにより、足部９が外返し姿勢へと変位し（図９（Ｂ）参照）、この状態で、側部用アクチュエータユニット３が制御されることにより、セパレート型アクチュエータユニット２がスライド機構４のガイド溝４１に沿って外転方向へとスライド移動する（図１１も参照）。そして、背屈用アクチュエータ５１が制御されることにより、本体部１自体が回転軸部５３を回転中心として背屈方向に回転する（図１３参照）。これにより、足部が外反姿勢へと変位し、足関節の外反運動が行われる。

上述したように、本実施形態に係る運動支援装置１００では、セパレート型アクチュエータユニット２が設けられていることによって、足関節に内返し運動および外返し運動をより効果的に行わせることができる。その結果、足関節に内反運動および外反運動をもより効果的に行わせることが可能である。

ここで、上述したように、足関節には、底屈、背屈、内転、外転、内返し、外返し、内反、外反の８種類の動作があり、療法士による他動運動では、底屈、背屈、内反および外反の４種類の動作が提供されている。これらの動作のうち、内反は、底屈と内転と内返しとの３種類の動作の複合動作であり、外反は、背屈と外転と外返しとの３種類の動作の複合動作である。つまり、複合動作では、３つの方向に足関節を回転させなければならず、運動支援装置を用いて複合動作を提供する場合でも、この３種類の動作がすべて行われなければならない。

本実施形態に係る運動支援装置１００では、足部の上下に設置したアクチュエータのみで足関節の内返し運動および外返し運動を実現できるシンプルな構成であるため、他の２動作を提供しやすくなり、その結果、複合動作を実現しやすくなる。また、空気圧アクチュエータ（空気圧バルーン）による圧迫は、圧迫によるマッサージおよび筋肉のストレッチを行いやすい、という効果も得られる。

＜比較例に係る運動支援装置との比較実験＞
つぎに、本発明の一例に係る運動支援装置１００と比較例に係る運動支援装置との比較実験を行い、その比較結果を以下に示す。なお、比較例に係る運動支援装置（以下、旧型運動支援装置、とも称する）としては、上記の特許文献１に示されている運動支援装置を例示する。

比較実験では、比較実験では、５名の被験者に双方の運動支援装置を体験させ、旧型運動支援装置による足関節の運動支援（ＲＯＭ訓練動作、とも称する）に対して本発明の一例に係る運動支援装置１００によるＲＯＭ訓練動作の優位性を検証するために、各動作の達成度に対してウィルコクソンの順位和検定を行った。なお、検定は片側検定とし、優位水準は５％とする。また、達成度は、運動支援装置を用いずに手動で支援運動を行わせた際の足関節の可動域Ｒ１に対する、運動支援装置を用いて支援運動を行わせた際の足関節の可動域Ｒ２の比率Ｒ（＝Ｒ２／Ｒ１）である。

図１５（Ａ）は、各動作のウィルコクソンの順位和検定結果を示す図であり、図１５（Ａ）においては、各動作の達成度から算出された検定統計量Ｕと有意差の有無とが示されている。なお、旧型運動支援装置と本発明の運動支援装置１００とは、いずれもｎ＝５であるため、検定統計量の棄却限界値は値「４」である。そのため、検定統計量Ｕが値「４」以下（Ｕ≦４）のとき、帰無仮説を棄却し、有意差「あり」となる。

また、各動作の達成度から算出された順位和と有意差の有無とをまとめたグラフが図１４（Ｂ）に示されている。図１５（Ｂ）に示されるように、実験の結果、本発明に係る運動支援装置１００は、旧型運動支援装置と比較して、背屈動作、内反動作時の内返し動作、および外反動作時の外返し動作の達成度に有意差があり、旧型運動支援装置に対して改善していると言える。

以上の比較実験の結果からも、本発明の一例に係る運動支援装置１００によれば足関節における支援運動をより効果的に行うことが可能であること、がわかる。

＜変形例＞
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能である。例えば、次のような変形例が実施されてもよい。

（１）上記の実施形態に係る運動支援装置１００において、さらに、踵保持部７が、足部が当該足部の幅方向へと移動する際に当該幅方向における足部の移動方向とは反対側へと踵部を移動させることが可能に構成されていてもよい。

ここで、例えば足関節に内転運動を行わせる際には、足部を当該足部の幅方向における内側に移動させるだけでなく、踵部を外側に移動させることにより、足部を内転方向へとより大きく変位させることができ、足関節の内転運動を更に効果的に行うことができる。同様に、足関節に外転運動を行わせる際には、足部を当該足部の幅方向における外側に移動させるだけでなく、踵部を内側に移動させることにより、足部を外転方向へとより大きく変位させることができ、足関節の外転運動を更に効果的に行うことができる。本変形例は、このような点に着目したものである。

例えば、踵部９２を配置するための台座部７３（図４参照）が、足部９の幅方向へと移動自在に構成されていてもよい。

そして、例えば右足の足関節に内転運動を行わせる際には、制御部８５は、右側の踵部用アクチュエータ７１を左側の踵部用アクチュエータ７２よりも大きく膨張させる。その結果、台座部７３とともに踵部が左側（足部の幅方向における当該足部の移動方向とは反対側）へと移動する。すなわち、足部は幅方向の内側（＋Ｙ側）に移動しつつ、踵部は幅方向の外側（足部の幅方向における当該足部の移動方向とは反対側）（－Ｙ側）に移動する。これにより、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を内転方向へとより大きく変位させることができ、足関節の内転運動外転運動を更に効果的に行うことが可能である。

また、例えば右足の足関節に外転運動を行わせる際には、制御部８５は、左側の踵部用アクチュエータ７２を右側の踵部用アクチュエータ７１よりも大きく膨張させる。その結果、台座部７３とともに踵部が右側（足部の幅方向における当該足部の移動方向とは反対側）へと移動する。すなわち、足部は幅方向の外側（－Ｙ側）に移動しつつ、踵部は幅方向の内側（足部の幅方向における当該足部の移動方向とは反対側）（＋Ｙ側）に移動する。これにより、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を外転方向へとより大きく変位させることができ、足関節の外転運動を更に効果的に行うことが可能である。

（２）また、例えば足関節に底屈運動を行わせる際には、足部を足底側に移動させるだけでなく、踵部を足首側に移動させることにより、足部を底屈方向へとより大きく変位させることができ、足関節の底屈運動を更に効果的に行うことができる。同様に、足関節に背屈運動を行わせる際には、足部を足甲側に移動させるだけでなく、踵部を足部の末端側に移動させることにより、足部を背屈方向へとより大きく変位させることができ、足関節の背屈運動を更に効果的に行うことができる。

この点に着目して、踵保持部７が、足甲側へと足部が移動する際には踵部を足部の末端側へと移動させるとともに、足底側へと足部が移動する際には踵部を足部の足首側へと移動させることが可能に構成されていてもよい。

例えば、踵部９２を配置するための台座部７３（図４参照）が、前後方向（Ｘ方向）へと移動自在に構成されていてもよい。

そして、例えば足関節において底屈運動が行われる際には、本体部１自体が底屈方向へと回転して足部が足底側（本体部１の下面側）へと移動し、台座部７３とともに踵部が後方側（足部の足首側）へと移動する。これにより、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を底屈方向へとより大きく変位させることができ、足関節に底屈運動を更に効果的に行わせることが可能である。

また、例えば足関節において背屈運動が行われる際には、本体部１自体が背屈方向へと回転して足部が足甲側（本体部１の上面側）へと移動し、台座部７３とともに踵部が前方側（足部の末端側）へと移動する。これにより、踵部の移動が規制されている場合と比較して、足部を背屈方向へとより大きく変位させることができ、足関節に背屈運動を更に効果的に行わせることが可能である。

（３）また、上記の実施形態では、空気室をそれぞれ有する複数の空気圧アクチュエータ２１～２６によってセパレート型アクチュエータユニット２が構成されている（図６参照）が、これに限定されない。例えば、複数の空気室を有する単一の空気圧アクチュエータ（不図示）によってセパレート型アクチュエータユニット２が構成されていてもよい。具体的には、単一の空気圧アクチュエータの内部が壁で仕切られることによって、当該単一の空気圧アクチュエータの内部に複数の空気室が形成されていてもよい。

（４）また、上記の実施形態では、本体部１自体を底屈方向および背屈方向へと回転させることによって足関節の底背屈運動の支援動作が実行されているが、これに限定されない。例えば、本体部１の内部に別途の空気圧アクチュエータを設けて、本体部１の内部で足関節の底背屈運動の支援動作が実行されてもよい。

本発明によれば、足関節・足部の多様な可動域訓練を安全に行うことができるので、例えばリハビリテーションの現場等において、理学療法士の負担を減らしつつ、効果的に拘縮を抑制することが可能となる。また、空気圧アクチュエータの反復動作によってマッサージ効果も得ることも可能となる。

１ 本体部
２ セパレート型空気圧アクチュエータユニット
３ 側部用空気圧アクチュエータユニット
４ スライド機構
５ 回転機構
６ 土台部
７ 踵保持部
９ 足部
１０ 動作ユニット
２１～２６ セパレート型空気圧アクチュエータ
３１ 左側部用空気圧アクチュエータ
３２ 右側部用空気圧アクチュエータ
５１ 背屈用空気圧アクチュエータ
５２ 底屈用空気圧アクチュエータ
５３ 回転軸部
６０ 支持部
７１，７２ 踵部用空気圧アクチュエータ
７３ 台座部
８０ 操作部
８５ 制御部
１００ 足関節の運動支援装置

Claims (7)

1. 足関節の運動支援装置であって、
   踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、
   前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、
   踵部を保持する踵保持部と、
   を備え、
   前記複数の空気室は、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、
   の少なくとも４つの空気室を含み、
   前記踵保持部によって踵部が保持された状態で、前記第１の空気室及び前記第４の空気室を膨張するとともに前記第２の空気室及び前記第３の空気室を収縮可能に制御され、または、前記第２の空気室及び前記第３の空気室を膨張するとともに前記第１の空気室及び前記第４の空気室を収縮可能に制御される
   ことを特徴とする足関節の運動支援装置。
2. 前記セパレート型空気圧アクチュエータユニットを前記足部の内転方向と外転方向とにスライドさせるスライド機構、
   をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の足関節の運動支援装置。
3. 前記踵保持部は、前記足部が前記幅方向へと移動する際に前記幅方向における前記足部の移動方向とは反対側へと前記踵部を移動させることが可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の足関節の運動支援装置。
4. 前記踵保持部は、足甲側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の末端側へと移動させるとともに、足底側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の足首側へと移動させることが可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載の足関節の運動支援装置。
5. 前記本体部は、前記本体部の特定の部位を回転中心として前記足部の底屈方向と背屈方向とに回転可能に構成されている
   ことを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の足関節の運動支援装置。
6. 足関節の運動支援装置であって、
   踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、
   前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、
   踵部を保持する踵保持部と、
   を備え、
   前記複数の空気室は、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、
   の少なくとも４つの空気室を含み、
   前記少なくとも４つの空気室は、それぞれ、前記踵保持部によって踵部が保持された状態で膨張および収縮可能に制御され、
   前記踵保持部は、前記足部が前記幅方向へと移動する際に前記幅方向における前記足部の移動方向とは反対側へと前記踵部を移動させることが可能に構成されている
   ことを特徴とする足関節の運動支援装置。
7. 足関節の運動支援装置であって、
   踵部より末端側の足部を挿入可能に形成された本体部と、
   前記本体部の内部において前記足部の周囲を囲うように配置されるとともに、複数の空気室を有するセパレート型空気圧アクチュエータユニットと、
   踵部を保持する踵保持部と、
   を備え、
   前記複数の空気室は、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第１の空気室と、
   前記足部の足甲側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第２の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の一方側に配置される第３の空気室と、
   前記足部の足底側において前記足部の幅方向の他方側に配置される第４の空気室と、
   の少なくとも４つの空気室を含み、
   前記少なくとも４つの空気室は、それぞれ、前記踵保持部によって踵部が保持された状態で膨張および収縮可能に制御され、
   前記踵保持部は、足甲側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の末端側へと移動させるとともに、足底側へと前記足部が移動する際には前記踵部を前記足部の足首側へと移動させることが可能に構成されている
   ことを特徴とする足関節の運動支援装置。

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