特開 2024-90950 歩行支援ロボット装具

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024090950

(43)【公開日】2024-07-04

(54)【発明の名称】歩行支援ロボット装具

(51)【国際特許分類】

   A61H 3/00 20060101AFI20240627BHJP

【ＦＩ】

A61H3/00 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】1

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022207166

(22)【出願日】2022-12-23

(71)【出願人】

【識別番号】522500309

【氏名又は名称】伊丹 琢

(74)【代理人】

【識別番号】110002653

【氏名又は名称】弁理士法人アズテックＩＰ

(72)【発明者】

【氏名】伊丹 琢

(72)【発明者】

【氏名】伊達 和希

【テーマコード（参考）】

4C046

【Ｆターム（参考）】

4C046AA25

4C046BB07

4C046CC01

4C046DD02

4C046DD22

4C046DD39

4C046DD45

4C046DD47

4C046EE03

4C046EE04

4C046EE07

4C046EE09

4C046FF03

4C046FF22

(57)【要約】

【課題】従来の歩行支援ロボット装具の内部機構を薄型かつ軽量化し、正常歩行へと導く新たな歩行支援ロボット装具を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明の歩行支援ロボット装具１は、ソールの踵台４を回動可能とする機構を備え、ソール内部の爪先側に６軸慣性センサ５と、６軸慣性センサ５から後方側に、６軸慣性センサ５が検出したデータに応じて作動するステッピングモータ６と、ステッピングモータ６と連動する踵台４とを備え、６軸慣性センサ５は、踵部の接地を検出すると同時に、ソール全体の傾きを検出し、踵台４の踵面１４を水平に保つようにステッピングモータ６を作動させることを特徴とする。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ソールの踵部の底形状を内外反方向に変動する機構を備える歩行支援ロボット装具において、
ソール内部の爪先側に、爪先から踵の前後方向、第１指から第５指あるいはその逆の左右方向、および、甲から足裏の上下方向の加速度、ならびに、各方向を軸とする角速度を検出する６軸慣性センサと、
前記６軸慣性センサから後方側に、前記６軸慣性センサが検出したデータに応じて作動するステッピングモータと、
前記ステッピングモータの動力軸に接続されるカップリングと、
前記カップリングの、前記ステッピングモータの前記動力軸に対向する側に接続されるボルトと、
前記ボルトの後方側で接続される水平移動継手と、
前記水平移動継手の後方側で接続される後方回動機構と、
前記水平移動継手の後方側で接続される踵台と、を備え、
前記６軸慣性センサは、踵部の接地を検出すると同時に、ソール全体の傾きを検出し、前記踵台の踵面を水平に保つように前記ステッピングモータを作動させることを特徴とする歩行支援ロボット装具。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、歩行支援ロボット装具に関するものであり、詳しくは、歩容改善を目的として足に装着する装具に関するものである。

【背景技術】

【0002】

現在、変形性膝関節症（以下、膝ＯＡ（Osteoarthritis of the knee）という。）患者は国内で三千万人を超えると推定されている。膝ＯＡとは、膝関節の骨や軟骨がすり減り膝関節が変形する退行性疾患であり、症状としては、膝関節機能の低下から、膝関節の屈曲および伸展動作によって、疼痛が生じる。

【0003】

膝ＯＡは、加齢に伴う筋力低下や、肥満、遺伝的因子、靭帯の弛緩などを要因とする異常歩行の繰り返しにより、症状が進行する。膝ＯＡが起こると、今まで適切であった運動が膝関節に多大な負荷を与えることになり、膝の痛みと膝関節位置の変化による歩容の変化や、行動範囲の低下が起こるため、あまり歩かなくなる。それにより筋力が衰え、さらに痛みが増すという悪循環に陥りＡＤＬ（Activities of Daily Living）や、ＱＯＬ（Quality of Life）が低下する。

【0004】

膝ＯＡ患者に対する療法としては、正常歩行に誘導して疼痛を軽減することが有効である。正常歩行においては、踵の接地時に、踵を回転中心として足裏が徐々に床に接触することで膝への衝撃が吸収される。換言すれば、踵部に傾きがある状態で接地すると異常歩行につながる。

【0005】

そこで、踵接地期に踵部が常に中立位へと誘導される歩行支援ロボット装具が開発されている（非特許文献１）。このソール型の装具は、歩行中の踵部の傾きをセンサで検知し、踵部が接地面に対して水平になるように誘導し、正常歩行へと導くものである。具体的には、ステッピングモータによる回転運動をねじれギアにより９０度軸を変更し、ねじれギアと連動する４つのボルトの回転による上下運動により踵部の左右高さを変更することで踵部の底形状を内外反方向へ制御可能とするものである（非特許文献１）。

【先行技術文献】

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】伊達和希，石井雄太，伊丹琢，米山淳，“踵接地時の足関節内外反角度を制御可能な靴型歩行支援ロボット機構の開発”，ＬＩＦＥ２０２２（第２１回日本生活支援工学会大会，日本機械学会 福祉工学シンポジウム２０２２，第３７回ライフサポート学会大会），ｐｐ．７３４―７３５，２０２２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の例の歩行支援ロボット装具は、ボルトの回転による上下運動により踵部の傾きを制御しているため、機構自体の厚みが増大してしまうという課題があった。機構の厚みの増大は、装置重量の増加や靴内部への挿入が困難になる。

【0008】

そこで、本発明は、従来の歩行支援ロボット装具の内部機構を改良することにより薄型かつ軽量化を実現し、正常歩行へと導く新たな歩行支援ロボット装具を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

すなわち、本発明は前記した目的を達成せんとするもので、請求項１の手段は、ソールの踵部の底形状を内外反方向に変動する機構を備える歩行支援ロボット装具において、ソール内部の爪先側に、爪先から踵の前後方向、第１指から第５指あるいはその逆の左右方向、および、甲から足裏の上下方向の加速度、ならびに、各方向を軸とする角速度を検出する６軸慣性センサと、前記６軸慣性センサから後方側に、前記６軸慣性センサが検出したデータに応じて作動するステッピングモータと、前記ステッピングモータの動力軸に接続されるカップリングと、前記カップリングの、前記ステッピングモータの前記動力軸に対向する側に接続されるボルトと、前記ボルトの後方側で接続される水平移動継手と、
前記水平移動継手の後方側で接続される後方回動機構と、前記水平移動継手の後方側で接続される踵台と、を備え、前記６軸慣性センサは、踵部の接地を検出すると同時に、ソール全体の傾きを検出し、前記踵台の踵面を水平に保つように前記ステッピングモータを作動させることを特徴とする。

【発明の効果】

【0010】

請求項１の構成によって、本発明の歩行支援ロボット装具は、使用者の正常歩行を支援することができる。具体的には、歩行時の立脚中期に特徴的に観察される膝関節の横ぶれ（以下、ラテラルスラストという。）を軽減することができる。ラテラルスラスト量が大きいほど、異常歩行の重症度が高く、膝関節に負担がかかり、膝ＯＡの発症や悪化を招くところ、歩行支援ロボット装具のアシストにより、歩行時の踵接地時に常に踵の外側あるいは内側に荷重がかかることが防止される。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】本発明の歩行支援ロボット装具を履物に装着した状態を表す全体の斜視図である。

【図2】本発明の歩行支援ロボット装具の全体の斜視図である。

【図3】本発明の歩行支援ロボット装具の上面を取り外した状態を表す全体の斜視図である。

【図4】健常者による足踏み動作中のラテラルスラスト量を表す図である。

【発明を実施するための形態】

【実施例0012】

以下、本発明を実施するための形態を図面にしたがって説明する。

【0013】

図１は歩行支援ロボット装具１を履物２に装着した状態を表す全体の斜視図である。また、図２は、本発明の歩行支援ロボット装具１の全体の斜視図である。歩行支援ロボット装具１は、履物２のソールとして装着され、歩行支援ロボット装具１の上面３が使用者の足裏を支持する。使用者の踵を支持する踵台４は、上面３に対して独立して回動する。

【0014】

図３は歩行支援ロボット装具１の上面３を取り外した状態を表す全体の斜視図である。歩行支援ロボット装具１は、ソール内部の爪先側に６軸慣性センサ５を備える。６軸慣性センサ５は、爪先から踵の前後方向ｘ、第１指から第５指あるいはその逆の左右方向ｙ、および、甲から足裏の上下方向ｚの加速度、ならびに、各方向を軸とする角速度を検出する。

【0015】

歩行支援ロボット装具１は、６軸慣性センサ５から後方側に、６軸慣性センサ５が検出したデータに応じて作動するステッピングモータ６を備える。ステッピングモータ６の動力軸にはカップリング７が接続され、カップリング７のステッピングモータ６の動力軸に対向する側には、ボルト８が接続される。ボルト８は、ナット９で前方仕切板１０に止められ、前後方向ｘ、左右方向ｙおよび上下方向ｚに固定された状態で、前後方向ｘを軸としてステッピングモータ６の動力軸と連動して回動する。

【0016】

ボルト８は、後方側で水平移動継手１１と接続され、水平移動継手１１は、ボルト８の回動に応じて前後方向ｘに沿って水平移動する。また、水平移動継手１１は、後方側で後方回動機構１２と接続され、後方回動機構１２は、水平移動継手１１の移動に応じて前後方向ｘを軸として回動する。後方回動機構１２は、後方仕切板１３に上下方向ｚおよび左右方向ｙに支持され、踵台４と連結する。踵台４は後方回動機構１２の回動に応じて前後方向ｘを軸として回動する。踵台４の回動によって、踵台４の踵面１４は左側が下がったときは右側が上がるように、あるいは、左側が上がったときは右側が下がるように傾斜する。

【0017】

６軸慣性センサ５は、踵部の接地を検出すると同時に、ソール全体の傾きを検出し、踵面１４を水平に保つようにステッピングモータ６を作動させ、カップリング７、ボルト８、水平移動継手１１、後方回動機構１２および踵台４に動力を伝達する。以上の機構により、ソール全体の踵部の底形状のみが、内外反方向に変動することが可能となっている。水平移動継手１１を介した駆動とすることにより、踵台４に体重等の荷重がかかった際においても本機構によりステッピングモータ６にかかる負荷を最小限に抑えることが可能となり、かつ厚みの減少も達成することができる。

【0018】

電力の供給に関しては、二次電池を用いた充電方式とすることが好ましいが、特に限定するものではない。一例として、有線でバッテリーに電力を供給する方式であれば、図示しないバッテリーに溝１５から電線をつないで充電することができる。電力の供給方式は、有線の二次電池に限るものではなく、一次電池を用いてもいいし、二次電池であればワイヤレス充電方式を採用しても良い。

【0019】

踵部の接地時に踵台４を水平に保つことで、使用者の正常歩行を支援することができる。具体的には、歩行時の立脚中期に特徴的に観察される膝関節の横ぶれ（以下、ラテラルスラストという。）を軽減することができる。ラテラルスラスト量が大きいほど、異常歩行の重症度が高い。図４は、健常者による足踏み動作中のラテラルスラスト量を、歩行支援ロボット装具１のアシストがない場合とある場合に分けて表し、アシストがある場合のアシスト角度（踵面１４の回転角度）と併せて表している。動作ごとにラテラルスラスト量とアシスト角度にバラツキはあるものの、歩行支援ロボット装具１のアシストによって、ラテラルスラスト量が低減される結果となっている。

【符号の説明】

【0020】

１ ：歩行支援ロボット装具
２ ：履物
３ ：上面
４ ：踵台
５ ：６軸慣性センサ
６ ：ステッピングモータ
７ ：カップリング
８ ：ボルト
９ ：ナット
１０ ：前方仕切板
１１ ：水平移動継手
１２ ：後方回動機構
１３ ：後方仕切板
１４ ：踵面
１５ ：溝

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】