JP6004482B2 - 歩行支援機 - Google Patents

Description

本発明は、歩行支援機に関するものである。

歩行をアシストするロボット型の機器が盛んに開発されているが、そのほとんどが能動型である。また、一般的に装着にも手間がかかり高価なため手軽に利用することができない。

特許文献１には、股関節、膝関節、足関節の筋力補助を行うことで、通常歩行時の膝と足首の動きがほぼ実現できる歩行支援装置が開示されている。

非特許文献１には、受動歩行機と呼ばれる動力を有さない歩行機を人間がアシストすることで平地歩行される技術が開示されている。

また、本発明者らは、受動歩行機の脚を２本として２脚受動歩行機とし、この２脚受動歩行機において、歩行の移動効率を高めるものを出願した（特許文献２参照）。このものは、２本の脚を回転可能に連結する腰軸に上体を連結し、上体と２本の脚のそれぞれの大腿部の前後に弾性部材を張った構成とすることで、歩行の移動効率を高めるという上体効果を有するものである。

特開２００９−２４０４８８号公報 ＰＣＴ／ＪＰ２０１０／７２８５９

田部井聡、佐野明人、池俣吉人、林祐史、藤本英雄：「受動歩行機のアシスト平地歩行の実現」、日本機械学会ロボティクス・メカトロニクス講演会'０９講演論文集、２Ｐ１−Ｃ１４、２００９年

特許文献１に記載の歩行支援装置は、大掛かりなアクチュエータや制御装置を用いているために、手軽に使うことが困難であり、コスト高にもなっている。また、装着に時間が掛かり不便である。

非特許文献１または特許文献２に記載の歩行機は、人がアシストすることで平地歩行されるものであって、人の歩行を支援するものとはなっていない。

本発明は、人に装着して人の歩行を支援する歩行支援機を提供することを目的とする。

また、本発明は、被支援者自身の片方の脚の動きで他方の脚の動きを促進することで、被支援者の歩行を支援する歩行支援機であって、膝関節を介して相対的に回転する大腿部と下腿部とを有する受動脚であって、さらに当該受動脚を回転可能にする腰関節を有する１つの受動脚と、前記受動脚を被支援者の前記他方の脚に装着するための装着具と、を備え、当該歩行支援機が被支援者に装着された状態において、被支援者の片方の脚と前記受動脚は、被支援者の骨盤を介して連結され、被支援者の片方の脚の動きで前記受動脚が自然に動作し、前記受動脚が装着された被支援者の他方の脚の動きが促進されることを特徴とする。

上記した特徴を有する歩行支援機によれば、歩行支援機を人に装着して人の歩行を支援することができる。

本発明の第１実施形態に係る歩行支援機の構成を示す図である。 図１に示す歩行支援機を斜め後方から見た図で、装着具を設けた実施形態を示す。 本発明の第２実施形態に係る歩行支援機の構成を示す図である。 本発明の第２実施形態における腰関節位置調整機構の構成を示す図である。 図４に示す腰関節位置調整機構の調整方法を説明するための図である。 本発明の第２実施形態における足装着具の構成を示す図である。 図６に示す足装着具を２本の脚のそれぞれの足に取り付けた状態を示す図である。 本発明の第３実施形態に係る歩行支援機の構成を示す図である。

後述する第１、第２実施形態は、課題を解決するための手段の欄に記載された本発明の特徴のすべてを充足するものではない参考形態である。
（第１実施形態）
図１に、本発明の第１実施形態に係る歩行支援機の構成を示す。この図１では、支援者５が歩行支援機のハンドル２を押して、歩行支援機が歩行しながら被支援者６の歩行を支援する状態を示している。また、図２に、図１に示す歩行支援機を斜め後方から見た構成を示す。

歩行支援機は、支援者５のアシストにより歩行を行う受動歩行機型の歩行支援機（受動歩行脚式ロボット）であって、膝関節１ｄを介して相対的に回転する大腿部１ａと下腿部１ｂとを有する２本の脚（受動歩行脚）１と、２本の脚１を回転可能に連結する連結具４と、当該歩行支援機をアシストするためのハンドル２と、当該歩行支援機を被支援者６に装着するための装着具３と、を備え、支援者５がハンドル２を押して当該歩行支援機を歩かせながら、被支援者６の歩行を支援するように構成されている。なお、脚１とハンドル２と連結具４は例えばアルミニウムなどの金属で形成され、装着具３は例えばプラスチックなどの材料で形成されている。

２本の脚１のそれぞれは、大腿部１ａと、下腿部１ｂと、ストッパー１ｃと、膝関節１ｄと、腰関節１ｅと、足１ｆとを備えている。大腿部１ａと下腿部１ｂは、膝関節１ｄを介して相対的に回転する。膝ストッパー１ｃは、膝の過伸展を防ぐために設けられている。腰関節１ｅは、連結部４で２本の脚を回転可能に連結する部分により構成されている。足１ｆは、脚先端に設けられた円弧状のものである。なお、大腿部１ａの長さは例えば４０ｃｍ、下腿部１ｂの長さは例えば４２ｃｍである。

ハンドル２は、連結具４の背面に設けられている。ハンドル２は、支援者５が把持できるものであれば、図１、図２に示すような形状のものでなくてもよい。

装着具３は、腰部装着具３ａとふくらはぎ装着具３ｂから成る。腰部装着具３ａは腰関節１ｅに取り付けられ、ふくらはぎ装着具３ｂは下腿部１ｂに取り付けられている。腰部装着具３ａはＣ字形状のもので、人の腰部（具体的には腰骨）を拘束する。ふくらはぎ装着具３ｂもＣ字形状のもので、人のふくらはぎを拘束する。なお、夫々の装着具３ａ、３ｂは、脚１の内側になるように、具体的にはＣ字形状の開放した部分が脚１の内側に向くように取り付けられている。なお、腰部装着具３ａについては、Ｃ字形状のものでなくても、腰部を拘束する形状をした、例えば腰部を後ろ側から支える形状をしたＬ字形状のものであってもよい。

連結部４は、２本の脚１を回転可能に連結する。この連結部４には、被支援者６を歩行支援機の２本の脚１の間で挟んで、歩行支援機を被支援者６に装着させるために、適当な横幅が設けられている。

上記した歩行支援機の歩行支援動作に関して、歩行開始から歩行停止まで一連の動きに沿って以下に述べる。

まず、支援者５が、被支援者６に歩行支援機を装着し、ハンドル２を把持する。なお、支援者５と被支援者６の間で、最初に踏み出す側の脚を決めておく。ハンドル２を介して後方より歩行支援機を押すことで、踏み出す側の受動歩行脚１が地面から浮いて、遊脚期として膝を屈曲しながら前方に振り出され、歩行が開始される。このとき、支援者５は、被支援者６の脚の動きを見ながら押す力を調整し、受動歩行脚１が被支援者の脚よりもわずかに勢い（速度）を持つようにする。これにより、被支援者６の脚が受動歩行脚１に自然に導かれるようになり、被支援者６の歩行を支援することができる。実験では、被験者の脚の振り運動が促進させることを確認している。

支持脚期では、同じくハンドル２を介して後方より押すことで、被支援者６の支持脚が前方に倒れるのを補助することが可能となっている。

遊脚期および支持脚期の上記動作を繰り返すことで、歩行支援を継続させることができる。歩行速度の調整は、アシスト力（押す力）の強弱で行う。アシスト力を強くすると、脚１の振り出し速度が促進され、被支援者６の歩行速度ならびに歩幅が増大する。逆に、アシスト力を弱めると歩行速度ならびに歩幅が減少する。

被支援者６が歩行停止をしようとした場合、被支援者６の脚の動きが小さくなるため、支援者５はこの様子を見た上で、アシスト力を徐々に減らしていくことで、最終的に歩行を停止させることができる。

このように本実施形態に係る歩行支援機は、２本の脚１を有する受動歩行機で人の歩行を支援する機構であり、しかも、支援者５がハンドル２を押して歩行支援機を歩かせながら、被支援者６の歩行を支援するものである。従来の歩行アシスト機とは違い、歩行支援機自体が歩行することができる。歩行支援機はアシストされながら被支援者６に歩いて接近し、その後ドッキングする（つまり、歩行支援機が被支援者６に位置合わせされる）。装着具３で歩行支援機を被支援者６にセットする。本実施形態の構成の場合、装着時間は約１０秒と短く、楽に歩行支援機を装着することができる。

なお、歩行支援機を被支援者６にセットした状態では、２本の脚１のそれぞれの先端に設けられた円弧状の足１ｆは地に着いているようにする。これにより被支援者６の脚が地についている状態で歩行支援機の脚１が被支援者６を支えることができる。

歩行支援を行う場合、支援者５は、被支援者６の歩行の様子を見ながらアシストの量や仕方を調整する。アシストを加えて歩行支援機が歩くことで、被支援者６の脚運動と力学的に相互作用し、歩行支援を行うことができる。このような歩行支援を行うことにより、歩行支援機の脚１の振り抜きが素早く行われるので、被支援者６の脚下腿部が自然に引っ張れ、脚の振り運動が促進されるようになる。

なお、上記した実施形態では、装着具３により最適な拘束ポイントを腰骨とふくらはぎとしている。これは、腰拘束がないとアシストを下腿部に感じ難く、また腰骨の拘束機構のみでアシストを加えた場合も、同様なアシスト感は得られない、という実験結果に基づくものである。しかし、アシスト感が得られる箇所であれば、腰骨とふくらはぎ以外の箇所で拘束を行うようにしてもよい。
（第２実施形態）
図３に、本発明の第２実施形態に係る歩行支援機の構成を示す。この実施形態は、上記した第１実施形態に対し、種々の改良を施したものとなっている。

図３に示すように、歩行支援機は、２本の脚１のそれぞれの大腿部１ａと下腿部１ｂの長さを調整するための長さ調整機構７ａと７ｂを備えるとともに、連結具４の横幅を調整するための長さ調整機構７ｃを備えている。

これら長さ調整機構７ａ、７ｂ、７ｃは、大腿部１ａ、下腿部１ｂ、連結具４を長さ方向にスライドさせて保持するスライド機構により構成したもの、あるいはねじとナットとを組み合わせたスクリュー機構により構成したものなど、周知の構成のものを用いることができる。

このような長さ調整機構７ａ、７ｂ、７ｃを用いることにより、被支援者６の体格に合わせて大腿部１ａ、下腿部１ｂの長さおよび連結具４の横幅を自由に調整することができる。

また、この実施形態では、被支援者６用のハンドル２ａを備えている。被支援者６は、ハンドル２ａを把持し、それを杖のように使うことにより、より歩行がしやすくなる。

また、この実施形態では、図３中に図示していないが、２本の脚１のそれぞれの腰関節１ｅの位置を調整するための腰関節位置調整機構８を備えている（図４参照）。この腰関節位置調整機構８は、連結具４と腰関節１ｅとの間に設けられており、図４に示すように、角度調整機構８ａと長さ方向調整機構８ｂとから構成されている。角度調整機構８ａは、連結具４に対し長さ方向調整機構８ｂを回転させて調整し、その調整された状態を保持する構成となっており、長さ方向調整機構８ｂは、その長手方向に腰関節１ｅを移動させて調整し、その調整された状態を保持する構成となっている。

この腰関節位置調整機構８による腰関節位置の調整方法を図５に示す。まず、図５（ａ）の状態から、長さ方向調整機構８ｂを用いて腰関節１ｅをその長手方向にスライドさせて長さ方向の調整を行い、図５（ｂ）の状態とする。この後、角度調整機構８ａを用いて長さ方向調整機構８ｂを回動させ、図５（ｃ）の状態とする。このことにより、腰関節１ｅの位置を調整することができる。

この調整により、腰関節１ｅを被支援者６の大転子の位置に持ってくるようにすることができる。人の脚は大転子を中心に動くので、大転子付近に腰関節１ｅを位置させることによって、効率よく歩行支援を行うことができる。

さらに、この実施形態では、図３中に図示していないが、２本の脚１のそれぞれの足１ｆに被支援者６の足（足首よりも下の部分）を拘束する足装着具９を備えている（図６参照）。図７に、２本の脚１のそれぞれの足１ｆに足装着具９を取り付けた状態を示す。

この足装着具９は、被支援者６が履くスリッパ１０を乗せて保持するためのスリッパ保持部９ａと、そのスリッパ保持部９ａを脚１の足１ｆに接続する接続部９ｂと、接続部９ｂを足１ｆに対して回転可能に保持する回転部９ｃと、接続部９ｂを足１ｆに対し図６に示す矢印方向（鉛直方向に対し斜めになった方向）にスライド可能に保持するスライド部９ｄとからなる。

このような足装着具９を設けることにより、被支援者６の足を、接続部９ｂの軸中心に回転可能にし、また鉛直方向斜めにスライド可能とできるので、装着性を向上させることができる。

なお、この足装着具９により被支援者６の足を拘束するようにした場合、被支援者６のふくらはぎを拘束するふくらはぎ装着具３ｂをなくしてもよい。
（第１、第２実施形態の変形例）
装着具３は、脚１の少なくとも２ヶ所に取り付けられるのが好ましく、上記した実施形態に示した腰関節１ｅ、下腿部１ｂ、足１ｆ以外にも、大腿部１ａ、膝関節１ｄあるいは下腿部１ｂのうち足首を拘束する箇所などに取り付けることが考えられる。しかしながら、拘束ポイントとしては上記実施形態のように腰骨、ふくらはぎ、足が好ましいので、装着具３としては、脚１の少なくとも２ヶ所に取り付けられ、そのうちの１つを腰部装着具３ａあるいはふくらはぎ装着具３ｂあるいは足装着具９とするような組み合わせとするのがよい。

装着具３は、ベルト等で構成して被支援者を拘束するものであってもよい。例えば、ふくらはぎ装着具３ｂを図２に示すＣ字形状のものにベルトを組み合わせ、被支援者６のふくらはぎの拘束をより確実に行えるようにしてもよい。また、ふくらはぎ装着具３ｂについて、マッサージ機能を有するものを用い、歩行支援をしながら被支援者６のふくらはぎのマッサージを行うことができるようにしてもよい。

ハンドル２は、連結具４に取り付けるのが好ましいが、それ以外のものに取り付けられていてもよい。

連結具４については、歩行支援機を被支援者６に装着しやすいようにするため、柔軟性を持たせた柔軟な材質で形成してもよい。

脚１を構成する大腿部１ａ、下腿部１ｂは、角柱形状でなくパイプ形状のものであってもよい。

歩行支援機の脚１は２本でなく、４本など２本より多い本数であってもよい。
（第３実施形態）
図８に、本発明の第３実施形態に係る歩行支援機の構成を示す。この実施形態では、（ａ）に示す歩行支援機を（ｂ）に示すように被支援者６の片側の脚のみに装着し、支援者のアシストなしに、被支援者自身の健全な片方の脚（健常脚）１４で、他方の脚（麻痺脚）１５を支援する歩行支援機としている。

このため、この実施形態では、第１実施形態の構成に対し、２本の脚１を１本とし、ハンドル２をなくした構成となっている。具体的には、この実施形態に係る歩行支援機は、大腿部１ａ、下腿部１ｂ、ストッパー１ｃ、膝関節１ｄおよび腰関節１ｅを有する脚（受動脚）１と、腰部装着具３ａおよびふくらはぎ装着具３ｂを備えた装着具３と、当該歩行支援機を被支援者６の肩から下げるようにするための肩掛け１２と、大腿部１ａを肩掛け１２に接続する弾性部材（例えばウレタンシート）１３と、を備え、被支援者自身の健全な片方の脚１４で、他方の脚１５を支援するように構成されている。

なお、肩掛け１２は、ベルト状のもので腰部装着具３ａに接続されている。また、ウレタンシート１３は、肩掛け１２のうち被支援者６の上体前側に位置する箇所と大腿部１ａの前側とを接続する前側ウレタンシート１３ａと、肩掛け１２のうち被支援者６の上体後側に位置する箇所と大腿部１ａの後側とを接続する後側ウレタンシート１３ｂとからなる。

この歩行支援機によれば、受動脚１が２脚から１脚になることで、シンプルで低コストにすることができる。受動脚１に肩掛け１２が付いており、被支援者６の肩から下げることで、腰の位置を合わせ、かつ受動脚１の質量の一部を肩で負担することができる。

また、ウレタンシート１３が肩掛け１２を介して被支援者６の上体に接続されるので、受動脚１に上体効果をもたらすことができる。この上体効果は、特許文献２に記載されたものと同様であり、具体的には、肩掛け１２と受動脚１の大腿部１ａの前後に張られたウレタンシート１３ａ、１３ｂは、遊脚初期では受動脚１の振り出しを促進し、遊脚後期では受動脚１の振り出し量を抑制し、支持脚初期では被支援者６の上体の前傾を抑制し、支持脚後期では被支援者６の上体の後傾を抑制する。

また、被支援者６の健常脚１４と受動脚１は、被支援者６の骨盤を介して連結されていると見なせるので、被支援者６の健常脚１４の動きで受動脚１が自然に動作し、受動脚１に接続されている麻痺脚１５の動きが促進される。したがって、支援者がいなくても、被支援者６の歩行支援を行うことができる。

なお、この実施形態に対して、第２実施形態のように、大腿部１ａ、下腿部１ｂの長さを調整するための長さ調整機構７ａ、７ｂ、腰関節１ｅの位置を調整するための腰関節位置調整機構８および被支援者６の足を拘束する足装着具９を備えるようにしてもよい。

１ 脚
１ａ 大腿部
１ｂ 下腿部
１ｃ 膝ストッパー
１ｄ 膝関節
１ｅ 腰関節
１ｆ 円弧状の足
２ ハンドル
３ 装着具
３ａ 腰部装着具
３ｂ ふくらはぎ装着具
４ 連結具
５ 支援者
６ 被支援者
７ａ、７ｂ、７ｃ 長さ調整機構
２ａ 被支援者用のハンドル
８ 腰関節位置調整機構
８ａ 角度調整機構
８ｂ 長さ方向調整機構
９ 足装着具
９ａ スリッパ保持部
９ｂ 接続部
９ｃ 回転部
９ｄ スライド部
１０ スリッパ
１２ 肩掛け
１３ ウレタンシート
１４ 健常脚
１５ 麻痺脚

Claims (7)

1. 被支援者自身の片方の脚の動きで他方の脚の動きを促進することで、被支援者の歩行を支援する歩行支援機であって、
   膝関節を介して相対的に回転する大腿部と下腿部とを有する受動脚であって、さらに当該受動脚を回転可能にする腰関節を有する１つの受動脚と、
   前記受動脚を被支援者の前記他方の脚に装着するための装着具と、
   少なくとも遊脚初期において前記受動脚の振り出しを促進する機構と、を備え、
   当該歩行支援機が被支援者に装着された状態において、被支援者の片方の脚と前記受動脚は、被支援者の骨盤を介して連結され、被支援者の片方の脚の動きで前記受動脚が自然に動作し、前記受動脚が装着された被支援者の他方の脚の動きが促進されることを特徴とする歩行支援機。
2. 前記機構は、遊脚初期では前記受動脚の振り出しを促進し、遊脚後期では前記受動脚の振り出しを抑制し、支持脚初期では被支援者の上体の前傾を抑制し、支持脚後期では被支援者の上体の後傾を抑制するものであることを特徴とする請求項１に記載の歩行支援機。
3. 前記受動脚を被支援者の肩から下げるようにするための肩掛けを備えることを特徴とする請求項１または２に記載の歩行支援機。
4. 前記肩掛けのうち被支援者の上体の前後にある箇所と前記大腿部との間をそれぞれ接続する弾性部材を備えることを特徴とする請求項３に記載の歩行支援機。
5. 被支援者自身の片方の脚の動きで他方の脚の動きを促進することで、被支援者の歩行を支援する歩行支援機であって、
   膝関節を介して相対的に回転する大腿部と下腿部とを有する受動脚であって、さらに当該受動脚を回転可能にする腰関節を有する１つの受動脚と、
   前記受動脚を被支援者の前記他方の脚に装着するための装着具と、
   前記受動脚を被支援者の肩から下げるようにするための肩掛けと、
   前記肩掛けのうち被支援者の上体の前後にある箇所と前記大腿部との間をそれぞれ接続する弾性部材と、を備え、
   当該歩行支援機が被支援者に装着された状態において、被支援者の片方の脚と前記受動脚は、被支援者の骨盤を介して連結され、被支援者の片方の脚の動きで前記受動脚が自然に動作し、前記受動脚が装着された被支援者の他方の脚の動きが促進されることを特徴とする歩行支援機。
6. 前記装着具として、前記受動脚を被支援者の腰部に装着するための腰部装着具を有し、
   前記肩掛けは前記腰部装着具に接続されていることを特徴とする請求項３ないし５のいずれか１つに記載の歩行支援機。
7. 前記装着具として、前記受動脚を被支援者の腰部に装着するための腰部装着具を有し、この腰部装着具は、前記受動脚の腰関節に取り付けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の歩行支援機。

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