特許 7016075 関節補助ユニット、歩行補助装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-01-27

(45)【発行日】2022-02-04

(54)【発明の名称】関節補助ユニット、歩行補助装置

(51)【国際特許分類】

   A61H 3/00 20060101AFI20220128BHJP

【ＦＩ】

A61H3/00 B

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2017248375

(22)【出願日】2017-12-25

(65)【公開番号】P2019111223

(43)【公開日】2019-07-11

【審査請求日】2020-09-11

(73)【特許権者】

【識別番号】304023994

【氏名又は名称】国立大学法人山梨大学

(73)【特許権者】

【識別番号】503247056

【氏名又は名称】甲府市

(73)【特許権者】

【識別番号】000175722

【氏名又は名称】サンコール株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】000002897

【氏名又は名称】大日本印刷株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000958

【氏名又は名称】特許業務法人 インテクト国際特許事務所

(74)【代理人】

【識別番号】100120189

【弁理士】

【氏名又は名称】奥 和幸

(72)【発明者】

【氏名】寺田 英嗣

(72)【発明者】

【氏名】牧野 浩二

(72)【発明者】

【氏名】小倉 鉄平

(72)【発明者】

【氏名】中村 祐敬

(72)【発明者】

【氏名】高橋 玲

(72)【発明者】

【氏名】星野 優

(72)【発明者】

【氏名】牧原 幸伸

【審査官】佐藤 智弥

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１２－１６５８２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１６－５９７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２３４５１（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｈ ３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

膝関節の一端側に装着される第１のリンクと、
前記膝関節の他端側に装着される第２のリンクと、
前記第１のリンクと前記第２のリンクの間で回転運動ないし回転中心を移動させつつ相対的に回転運動させるとともにスライド運動させる駆動部と、を具備し、
前記駆動部は、
周縁カムと、
前記周縁カムの周縁を移動する駆動体と、
前記周縁カムの内側に形成される第１のカム溝と、前記第１のカム溝の内側に配置され前記第１のカム溝と非対称に形成される第２のカム溝と、
前記第１のカム溝と係合する第１のカムピンと、
前記第２のカム溝と係合する第２のカムピンと、
を備え、
前記駆動体の移動により、少なくとも前記第１のカムピン又は前記第２のカムピンを前記第１又は第２のカム溝と係合させつつ移動させ、
前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記駆動体の移動方向に応じて、前記第１のリンクと前記第２のリンクの屈曲方向が切り替わることを特徴とする関節補助ユニット。

【請求項2】

前記第１のカム溝と前記第２のカム溝は、前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記第１のリンクと前記第２のリンクの間に生じる異なる駆動方向に対応して前記第１及び第２のカムピンが移動可能であることを特徴とする請求項１に記載の関節補助ユニット。

【請求項3】

前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態において、前記回転中心と２つの各前記カムピンとを結ぶ直線と垂直に交わり各前記カムピンを通るそれぞれの垂線が交わる内側の角度が少なくとも３０°以上であることを特徴とする請求項１又は２に記載の関節補助ユニット。

【請求項4】

脚の膝関節から上腿部にかけて装着される上腿装着ユニットと、前記膝関節から下腿部にかけて装着される下腿装着ユニットと、前記膝関節に装着される関節補助ユニットと、を備え、
前記関節補助ユニットは、
前記上腿装着ユニットと連結される第１のリンクと、
前記下腿装着ユニットに装着される第２のリンクと、
前記第１のリンクと前記第２のリンクの間で回転運動ないし回転中心を移動させつつ相対的に回転運動させるとともにスライド運動させる駆動部と、を具備し、
前記駆動部は、
周縁カムと、
前記周縁カムの周縁を移動する駆動体と、
前記周縁カムの内側に形成される第１のカム溝と、前記第１のカム溝の内側に配置され前記第１のカム溝と非対称に形成される第２のカム溝と、
前記第１のカム溝と係合する第１のカムピンと、
前記第２のカム溝と係合する第２のカムピンと、
を備え、
前記駆動体の移動により、少なくとも前記第１のカムピン又は前記第２のカムピンを前記第１又は第２のカム溝と係合させつつ移動させ、
前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記駆動体の移動方向に応じて、前記第１のリンクと前記第２のリンクの屈曲方向が切り替わることを特徴とする歩行補助装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、利用者の関節の動きを補助する関節補助ユニット等に関する。

【背景技術】

【0002】

変形性膝関節症の症状が悪化し、人工膝関節置換患者等における歩行運動、屈伸動作、リハビリテーション等の補助に使用される歩行補助装置が従来から知られている。この種の歩行補助装置は、複数存在し（例えば、特許文献１参照）、特許文献１に示す歩行補助装置は、ユーザの膝関節に装着され、アクチュエータを用いて膝関節回りを前後方向に揺動させる脚リンクを備えた関節補助ユニットを具備している。

【0003】

ところで、人体の膝関節は大腿骨、脛骨、膝蓋骨からなる骨の部分と、半月板からなる軟骨と、前十字靭帯、後十字靭帯、内側副靭帯、外側副靭帯等の靭帯によって構成される。

【0004】

図７に示すように、大腿骨１の下部は後方に突出しており、いくつもの大きさの違う円弧を組み合わせたような形状になっている。脛骨２の上面は略平坦でこの上を大腿骨１の下部が滑りながら回転することで膝の屈伸運動が行われる。

【0005】

図８は膝の屈伸運動に伴って大腿骨１の下部の回転中心２ａが描く軌跡を示す。図８から明らかなように、膝関節が屈伸すると大腿骨１の下部の回転中心２ａは、ずれながら曲線の軌跡を描く。このように膝関節は単なる回転運動を行うのではなく、すべり転がり運動を行っている。

【0006】

また、図７は膝関節の角度とすべり量との関係の一例を示す。図７中、膝関節の屈曲角度Ｕ，Ｖ，Ｗはすべり量ｕ，ｖ，ｗにそれぞれ対応する。膝関節１の屈伸運動の可動域は、膝が伸びた状態のときを０°とすると、０°～１３０°程度であり、歩行時に使用している可動域は大体０°～６０°である。この可動域のうち、膝の曲がり始めから１０°～１５°の間は、略一軸の転がり運動をし、その後徐々にすべり運動へ移行してすべり転がり運動となる。

【0007】

従来、このような膝関節のすべり転がり運動を考慮して、人体の上腿部に装着される上腿装着部に対して人体の下腿部に装着される下腿装着部を回転させたときに、下腿装着部の膝関節側端部が前後方向にスライドするようにした膝関節運動補助装置が提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この膝関節運動補助装置によれば、人間の膝関節運動への追従性を高めることができ、装具のずれを防止したり、装着違和感等を解決したりすることができる。

【0008】

特許文献２に示す膝関節運動補助装置は、枢軸（回転中心）を移動可能な連結部と、膝関節端部間がスライド運動を行うカム機構を備えた駆動部と、を備え、所定の角度において、枢軸を適宜移動制御しつつ膝関節端部間をスライド運動させる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【文献】特許第４０９２３２２号公報

【文献】特許第５７１３３８８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

このような膝関節運動補助装置は、左右の脚に装着した際に駆動方向が異なるため、左右別々に専用の装置を製造する必要があり、コストが高騰する要因となっていた。

【0011】

また、特許文献２に示す膝関節運動補助装置を改良することで左右兼用の装置を製造可能であるか否かについて検討したものの、連結部を用いることなく所定の動作を行う構成とする必要性が生じた。

【0012】

また、通常、歩行補助装置は左右の歩行補助ユニットを一対として製造販売され、購入する側は、片側の歩行補助ユニットのみが必要であっても左右両方の歩行補助ユニットを購入する必要があった。

【0013】

一方で、歩行補助ユニットに設けられている関節補助ユニットが左右兼用であれば、汎用性があってコストダウンを容易に図ることができる。

【0014】

そこで、本発明は上記問題を課題の一例として為されたもので、左右の関節に兼用して装着可能な関節補助ユニット等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】

【0015】

上記課題を解決するため、本発明は次のような構成を採用する。なお、本発明の理解を容易にするため図面の参照符号を括弧書きで付するが、本発明はこれに限定されるものではない。

【0016】

すなわち、請求項１に記載の関節補助ユニット（２０）は、膝関節の一端側に装着される第１のリンク（２１）と、前記膝関節の他端側に装着される第２のリンク（２２）と、前記第１のリンクと前記第２のリンクの間で回転運動ないし回転中心を移動させつつ相対的に回転運動させるとともにスライド運動させる駆動部（３０）と、を具備し、前記駆動部は、周縁カム（３２）と、前記周縁カムの周縁を移動する駆動体（３３）と、前記周縁カムの内側に形成される第１のカム溝（４１）と、前記第１のカム溝の内側に配置され前記第１のカム溝と非対称に形成される第２のカム溝（４５）と、前記第１のカム溝と係合する第１のカムピン（４２）と、前記第２のカム溝と係合する第２のカムピン（４６）と、を備え、前記駆動体の移動により、少なくとも前記第１のカムピン又は第２のカムピンを前記第１又は第２のカム溝と係合させつつ移動させ、前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記駆動体の移動方向に応じて、前記第１のリンクと前記第２のリンクの屈曲方向が切り替わることを特徴とする。

【0017】

また、請求項２に記載の関節補助ユニットは、請求項１に記載の関節補助ユニットにおいて、前記第１のカム溝と前記第２のカム溝は、前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記第１のリンクと前記第２のリンクの間に生じる異なる駆動方向に対応して前記第１及び第２のカムピンが移動可能であることを特徴とする。

【0018】

また、請求項３に記載の関節補助ユニットは、請求項１又は２に記載の関節補助ユニットにおいて、前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態において、回転中心と２つの各前記カムピンとを結ぶ直線と垂直に交わり各前記カムピンを通るそれぞれの垂線が交わる内側の角度（α）が少なくとも３０°以上であることを特徴とする。

【0020】

また、請求項４に記載の歩行補助装置（Ｓ）は、脚の膝関節から上腿部（１６）にかけ
て装着される上腿装着ユニット（５）と、前記膝関節から下腿部（１７）にかけて装着される下腿装着ユニット（１０）と、前記膝関節に装着される関節補助ユニット（２０）と、を備え、前記関節補助ユニットは、前記上腿装着ユニットと連結される第１のリンクと、前記下腿装着ユニットに装着される第２のリンクと、前記第１のリンクと前記第２のリンクの間で回転運動ないし回転中心を移動させつつ相対的に回転運動させるとともにスライド運動させる駆動部と、を具備し、前記駆動部は、周縁カムと、前記周縁カムの周縁を移動する駆動体と、周縁カムの内側に形成される第１のカム溝と、前記第１のカム溝の内側に配置され前記第１のカム溝と非対称に形成される第２のカム溝と、前記第１のカム溝と係合する第１のカムピンと、前記第２のカム溝と係合する第２のカムピンと、を備え、前記駆動体の移動により、少なくとも前記第１のカムピン又は第２のカムピンを前記第１又は第２のカム溝と係合させつつ移動させ、前記第１のリンクと前記第２のリンクが伸展状態を基準として、前記駆動体の移動方向に応じて、前記第１のリンクと前記第２のリンクの屈曲方向が切り替わることを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

実際の膝関節の動きに近似した動きを実現することができる。また、屈曲方向を切替えることができるので左右の脚に兼用して装着することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】歩行補助装置の使用状態を示す模式図であり、図１（ａ）は脚を伸展させた状態を示し、図１（ｂ）は脚を屈曲させた状態を示す。

【図2】歩行補助装置の関節補助ユニットの構成を示す模式図である。

【図3】図２のII－II断面を示す模式図である。

【図4】膝関節が伸展した状態を示す関節補助ユニットの動作例を示す模式図である。

【図5】膝関節が歩行時に屈曲した状態を示す関節補助ユニットの動作例を示す模式図である。

【図6】膝関節が着座時に屈曲した状態を示す関節補助ユニットの動作例を示す模式図である。

【図7】膝関節の運動を示す説明図である。

【図8】大腿骨の下部の回転中心が膝関節の屈曲と共に移動する様子を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明において、関節補助ユニットを、利用者の膝関節に用いた歩行補助装置について説明を行う。また、以下の説明において、「屈曲動作」とは、膝関節を曲げる動作をいい、「伸展動作」とは、膝関節が伸びる動作をいう。

【0024】

図１に示すように、本実施形態の歩行補助装置Ｓは、利用者の脚に装着されるもので、左右の脚に兼用して装着可能な歩行補助ユニットＵを備えている。この歩行補助ユニットＵは、脚の膝関節から上腿部１６にかけて装着される上腿装着ユニット５と、膝関節から下腿部１７にかけて装着される下腿装着ユニット１０と、膝関節に装着される関節補助ユニット２０と、を備えている。なお、歩行補助装置Ｓは、例えば、利用者の腰部に装着される腰部装着ユニット２に連結されて用いられ、両脚に補助が必要な場合には、歩行補助ユニットＵが左右のそれぞれの脚に装着される。

【0025】

この歩行補助ユニットＵは、動力源としての例えばモーターの駆動により上腿装着ユニット５に対して下腿装着ユニット１０を前後方向に揺動させることで、使用者に対して、例えば、図１（ａ）に示す伸展動作と、図１（ｂ）に示す屈曲動作を適正に行わせ、歩行補助を行う。

【0026】

腰部装着ユニット２は、利用者の腰に巻回して取り付けられる腰ベルト３を備え、腰ベルト３の左右には、上腿装着ユニット５と連結される連結具４が設けられている。

【0027】

上腿装着ユニット５は、利用者の上腿部１６の側面に配置される平板状の上腿部プレート６を有し、上端部が腰部装着ユニット２に連結具７を介して回転可能に連結され、上腿部プレート６は上腿部１６の外側面に沿って立ち上がるようにして取り付けられる。また、上腿部プレート６には、上腿部１６の一部に接触させる接触部材や接触部材を上腿部１６に密着させる面ファスナ等の取付具８が設けられており、この取付具８によって上腿部プレート６が膝上に固定して取り付けられる。

【0028】

また、下腿装着ユニット１０は、利用者の下腿部１７の側面に配置される平板状の下腿部プレート１１を有し、上端部が上腿部プレート６との間で関節補助ユニット２０を介して連結され、下腿部プレート１１は下腿部１７の外側面に沿って垂下して取り付けられる。また、下腿部プレート１１には、膝下に接触、及び足首に接触させる接触部材や接触部材を膝下及び足首に密着させる面ファスナ等の取付具１２が設けられており、この取付具１２によって下腿部プレート１１の下端部が膝下及び足首に固定して取り付けられる。

【0029】

図１及び図２に示すように、関節補助ユニット２０は、利用者の膝関節の側面に配置され、上腿部プレート６に連結される平板状の第１のリンク２１と、この第１のリンク２１との間で屈伸自在に連結され、下腿部プレート１１に取り付けられる平板状の第２のリンク２２と、第１のリンク２１と第２のリンク２２との間で回転運動ないし回転中心Ｘを移動させつつ相対的に回転運動させるとともに前後方向にスライド運動させる駆動部３０と、を備えている。

【0030】

駆動部３０は、周縁カム３２と、回転駆動によって周縁カム３２の周縁を移動する駆動体３３と、周縁カム３２の内側に形成される第１のカム溝４１と、第１のカム溝４１の内側に配置され第１のカム溝４１と非対称に形成される第２のカム溝４５と、第１のカム溝４１と係合する第１のカムピン４２と、第２のカム溝４５と係合する第２のカムピン４６と、を備えている。駆動部３０はカバー２４によって覆われ、カバー２４は第１及び第２のリンク２１、２２に対して着脱可能である。

【0031】

周縁カム３２の周縁には、例えば、駆動体３３が係合する歯列が形成され、駆動体３３の外周縁にも歯列が形成され、駆動体３３の回転により、駆動体３３が周縁カム３２の周縁を歯列に沿って移動すると同時に周縁カム３２が揺動する。

【0032】

また、周縁カム３２の周縁の輪郭は、回転中心Ｘの動きに応じて形成される所定の曲率を有する円弧状に形成され、第１及び第２のカム溝４１、４５の輪郭は、図７及び図８に示す膝関節の移動軌跡としての膝関節の回転運動ないしすべり転がり運動を生じるように形成される。すなわち、実際の膝関節は、図７及び図８に示したように、膝関節角がまっすぐな０°から曲がり始めの１５°の間は、すべりのない単純な回転運動を行うことから、第１及び第２のカム溝４１、４５の輪郭のうち膝関節角の０°～１５°に対応する部分は、真円状の円弧に形成され、膝関節角が１５°～１０５°の間では、膝関節は回転すべり運動を行うことから、第１及び第２のカム溝４１、４５の輪郭は楕円状の円弧に形成され、膝関節角が１０５°以上では膝関節は再び回転運動を行うことから、第１及び第２のカム溝４１、４５の輪郭は真円状の円弧に形成される。これにより、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０には、実際の膝関節の動きに近似した動きが実現される。

【0033】

なお、第１及び第２のカム溝４１、４５の輪郭は、膝関節の逆方向の動作にも対応して上記同様に形成される。

【0034】

そして、第１のカム溝４１と第２のカム溝４５は、第１のリンク２１と第２のリンク２２が伸展状態を基準として、第１のリンク２１と第２のリンク２２の間に生じる異なる駆動方向に対応して第１のカムピン４２及び第２のカムピン４６が移動可能に形成され、左右の脚の駆動動作を行うことが可能であるから、関節補助ユニット２０を左右の脚に兼用して用いることが可能である。

【0035】

なお、周縁カム３２やカム溝４１、４５の形状は、第１及び第２のリンク２１、２２の大きさやカムピン４２、４６の配置位置によって適宜変更される。また、膝関節の動きは、体型、年齢、性別等によって違いが生じるが、この場合にも周縁カム３２やカム溝４１、４５の形状を変えればよい。

【0036】

また、第１のカムピン４２、又は第２のカムピン４６が移動する際には、互いに抵抗を有する必要があるため、常に、駆動体３３と第１のカムピン４２と第２のカムピン４６の各々が所定の三角形を形成する頂点として保持されるように配置される。

【0037】

また、図４に示すように、各カム溝４１、４５に配置される各カムピン４２、４６は、第１のリンク２１と第２のリンク２２が伸展状態において、回転中心Ｘと２つの各カムピン４２、４６とを結ぶ直線と垂直に交わり各カムピン４２、４６を通るそれぞれの垂線が交わる内側の角度（α）が少なくとも３０°（π/6rad）以上となるように配置される。この角度（α）を３０°以上にすることで、カムピン４２、４６同志の連れ回りや、カムピン４２、４６が移動する際にカム溝４１、４５に引っかかる等を防ぐことができる。なお、この角度（α）の上限値は、良好に動作させるために１５０°（5/6πrad）以下であることが好ましいが、この角度（α）の範囲は、膝関節の屈曲範囲にしたがって適宜変更される。

【0038】

また、駆動体３３と第１及び第２のカムピン４２、４６は、第１のリンク２１と第２のリンク２２が伸展状態の時を基準として、駆動体３３の移動方向に応じて、各カムピン４２、４６の移動方向及び第１のリンク２１と第２のリンク２２の屈曲動作の方向が切替わるように配置されている。具体的には、図２に示すように、第１のリンク２１と第２のリンク２２が伸展状態において、駆動体３３をａ方向に移動することで、カムピン４２、４６はカム溝４１、４５を図中の矢印Ａ１方向に移動可能となっており、駆動体３３をｂ方向に移動することで、カムピン４２、４６はカム溝４１、４５を図中の矢印Ａ２方向に移動可能である。また、このカムピン４２、４６の移動によって第１のリンク２１と第２のリンク２２の屈曲動作の方向が切り替わる。このようにすれば、駆動体３３の移動方向を切替えることで、容易に膝関節の屈曲方向を変更することができるので、左右の脚に兼用して装着することができコストの低減化を図れる。

【0039】

このように構成された駆動部３０は、図４乃至図７に示すように、駆動体３３が周縁カム３２の周縁を移動することによって、各カムピン４２、４６が各カム溝４１、４５と係合しつつ移動し、第１のリンク２１と第２のリンク２２とが第１のリンク２１と第２のリンク２２の間で回転運動ないし回転中心Ｘを移動させつつ相対的な回転運動を行うと同時に、前後方向にスライド運動を行うこととなる。このときの第１のリンク２１と第２のリンク２２の動きは、図７に示した膝関節の回転運動ないしすべり転がり運動に近似し、また、大腿骨１の下部における回転中心２ａは、図８に示した曲線の軌跡を描くように移動する。

【0040】

また、駆動部３０は、特許文献２に示す従来の膝関節運動補助装置のように回転中心Ｘの移動軌跡にしたがってカムピンを移動させるカム機構とは異なるカム機構を用いて、第１のリンク２１と第２のリンク２２との間で回転運動ないし回転中心Ｘを移動させつつ相対的に回転運動させるとともに前後方向にスライド運動させることが可能となっており、さらに、基準位置からカムピン４２、４６を互いに反対方向に移動することで第１のリンク２１と第２のリンク２２の屈曲動作の方向を切替えることができるため、左右兼用の歩行補助ユニットＵとして機能させることができる。

【0041】

また、図３に示すように、第１のリンク２１と第２のリンク２２は重ね合されて配置され、駆動部３０の動力源としてのモーター２９が第１のリンク２１に縦向きに取り付けられる。

【0042】

駆動体３３は周縁カム３２の外周縁に配置され、第１のリンク２１に回転可能に枢支され、第２のリンク２２側に突出し、周縁カム３２の歯列に係合する。カムピン４２、４６は回転自在なローラとして第１のリンク２１に取り付けられ、第２のリンク２２側に突出し、カム溝４１、４５と係合する。駆動体３３はピニオンとして形成され、その軸３３ａが第１のリンク２１にベアリング３４を介して回転自在に支持される。

【0043】

また、このモーター２９から上記駆動体３３への動力伝達系もこの第１のリンク２１に取り付けられる。動力伝達系は、例えば、平歯車及びすぐばかさ歯車の組合せからなる歯車列によって構成され、歯車列の一部はモーター２９内の図示しない歯車減速機として設けられる。この歯車減速機は例えば平歯車列によって構成される。

【0044】

歯車減速機の終端歯車の軸２９ａはモーター２９のケーシングから略垂直下方に向かって突出し、その軸２９ａの先端にすぐばかさ歯車２８ａが固定される。このすぐばかさ歯車２８ａには他のすぐばかさ歯車２８ｂが噛み合っており、このすぐばかさ歯車２８ｂが上記駆動体３３の軸３３ａに固定される。

【0045】

これにより、モーター２９が回転すると、その動力が駆動体３３に伝達され、上述したような相対的回転運動及びスライド運動が第１のリンク２１と第２のリンク２２との間に生じることになる。また、このように動力伝達系が平歯車及びすぐばかさ歯車の一方又は双方からなる歯車列によって構成されることから、クラッチ等を設けずとも人体側からの入力に対してその動きを制限することがない。したがって、セルフロックが回避されることとなり、モーター２９の非稼動時に患者等は自由に脚を動かせることができるのはもちろんのこと、モーター２９の稼動時において患者等が転倒するような場合であってもモーター２９に抗するように脚を動かせることができるのですこぶる安全である。

【0046】

上記モーター２９は図示しない制御部によって制御され、上記周縁カム３２の所定の角度範囲内において正転し又は逆転する。

【0047】

次に、本実施形態の関節補助ユニット２０の動作例を図４乃至図６を用いて説明する。

【0048】

例えば、本実施形態の関節補助ユニット２０を装着した利用者が、図４に示す起立状態から図５に示す中間状態を経て図６に示す屈曲状態に姿勢を変更しようとする場合は、図４に示すように、駆動体３３が矢印Ａの方向に回転しつつ周縁カム３２の回りを矢印ａの方向に公転する。これにより、第１のリンク２１と第２のリンク２２は、所定の回転角度に応じて回転運動ないし異なる回転中心で回転運動を行うとともにスライド運動して屈曲し、例えば患者の上腿部１６は椅子等に着座可能になる。

【0049】

図４に示すように、第１のリンク２１が第２のリンク２２に対して真っ直ぐに伸びた状態から少しばかり屈曲するまでは、各カムピン４２、４６はそれぞれＡ１方向に移動するものの、第１のリンク２１と第２のリンク２２は、スライド運動することなく回転中心Ｘを中心に回転運動のみ行う。これは、膝関節角の０°～１５°に対応し、この角度範囲内では、膝関節はすべりのない単純な回転運動を行う。

【0050】

次に、 図５及び図６に示すように、第１のリンク２１が第２のリンク２２に対して更に曲がろうとすると、実際の膝関節の移動時の回転中心の移動軌跡を示す仮想回転中心軌跡Ｘ１にしたがって回転中心Ｘが左斜め上方に移動しつつスライド運動を行いながら回転運動を行う。これは、膝関節角の１５°～１０５°に対応する。これにより、図６に示す屈曲状態からさらに、第１のリンク２１は第２のリンク２２に対して約９０°屈曲し、患者は無理なく椅子等に着座することができる。

【0051】

なお、患者が着座する直前の状態においては、図示しない制御部からの指令によってモーター２９が逆方向に回転し、駆動体３３が矢印Ａの逆方向に駆動力を加えるように制御されて膝関節の屈曲が支えられつつ、患者の自重によって約９０°屈曲する。

【0052】

その後、図示しない制御部からの指令によってモーター２９が逆転し、図６、図５および図４で順次示すように、駆動体３３が矢印Ｂの方向に回転しつつ周縁カム３２の回りを矢印ｂの方向に公転する。これにより、患者は着座状態から起立することが可能になる。

【0053】

なお、第１のリンク２１と第２のリンク２２が伸展状態において、駆動体３３を矢印Ｂの方向に回転しつつ周縁カム３２の回りを矢印ｂ方向に公転した場合には、各カムピン４２、４６は逆方向に移動し、回転中心Ｘは右斜め上方に移動し、上記同様に動作する。

【0054】

次に、本実施形態の歩行補助装置の作用について説明する。

【0055】

まず、例えば、歩行補助装置Ｓの歩行補助ユニットＵは、図１（ａ）に示すように、変形性膝関節症が悪化し、人工膝関節置換となった患者等の脚に装着される。

【0056】

すなわち、歩行補助ユニットＵの関節補助ユニット２０が患者の膝関節の外側面に当てられ、上腿装着ユニット５が上腿部１６の側面に当てられ、下腿装着ユニット１０が下腿部１７の側面に当てられる。

【0057】

そして、上腿装着ユニット５の連結具７が患者の腰に巻き付けられた腰ベルト３の連結具４と連結され、取付具８が上腿部１６の膝上部分に取り付けられ、取付具１２が下腿部１７の膝下部分及び足首に取り付けられる。

【0058】

その他、図示しないが電池が腰ベルト３に取り付けられ、この電池にモーター２９が電気的に接続される。

【0059】

モーター２９の図示しないＯＮ／ＯＦＦスイッチが入れられると、モーター２９が起動し、その動力が駆動部３０の歯車列を介して駆動体３３に入力される。

【0060】

モーター２９は図示しない制御部によって歩行用、着座用等の各種の制御モードで制御される。

【0061】

歩行用の制御モードにセットされた場合は、図４のごとく膝関節が伸展した状態で駆動体３３が矢印Ａの方向に回り始め、周縁カム３２の回りを矢印ａ方向に公転し、その結果、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが相対的回転運動を行って図５のごとく膝関節を屈曲させる。この回転運動による膝関節の回転角度は例えば０°～１５°の範囲内である。

【0062】

更に、駆動体３３が矢印ａの方向に移動すると、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが、回転中心Ｘが左斜め上方に移動しつつ相対的にスライド運動を行いながら回転運動を行って、図６のごとく膝関節を屈曲させる。この回転すべり運動による膝関節の回転角度は、例えば、１５°～６０°の範囲内である。

【0063】

このように、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが、回転中心Ｘが左斜め上方に移動しつつ相対的にスライド運動を行いながら回転運動を行うことから、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０は、図７に示した人体の膝関節のすべり転がり運動に近似した動きをすることとなり、患者は無理なく自然に脚を屈曲させることができる。

【0064】

駆動体３３が周縁カム３２の回りを矢印ａ方向に所定角度だけ公転すると、モーター２９が逆転に切り替えられ、駆動体３３が矢印Ｂの方向に回り始め、周縁カム３２の回りを矢印ｂ方向に公転し、その結果、図６、図５、図４の順に上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが相対的に動作し、膝関節を伸展させる。

【0065】

これにより、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが、回転中心Ｘが斜め下方に移動しつつ相対的にスライド運動を行いながら回転運動を行うことから、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０は、図７に示した人体の膝関節のすべり転がり運動に近似した動きをすることとなり、患者は無理なく自然に脚を伸ばすことができる。

【0066】

その後、モーター２９の正逆転の繰り返しによって、上記駆動体３３の回転が矢印Ａの方向と矢印Ｂの方向に交互に切り替えられ、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０の伸展と屈曲とが繰り返され、図１（Ａ）（Ｂ）に示すように、患者の歩行動作が補助される。

【0067】

一方で、モーター２９が図示しない制御部によって着座用の制御モードにセットされた場合は、図４に示す膝関節が伸展した状態で駆動体３３が矢印Ａの方向に回り始め、周縁カム３２の回りを矢印ａ方向に公転し、その結果、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０とが相対的回転運動又は回転すべり運動を行い、図５及び図６の状態を経て、膝関節を屈曲させる。この回転運動による膝関節の回転角度は例えば０°～９０°の範囲内である。

【0068】

なお、駆動体３３は、患者が着座前の状態まで周縁カム３２の回りを矢印ａ方向に所定角度だけ公転し、その後、周縁カム３２の回りを矢印ｂ方向に逆転して駆動力を逆方向に加えて、膝関節の屈曲を支え、その後、患者の自重によって膝関節の回転角度が９０°の屈曲状態になった際に、モーター２９を停止し、上腿装着ユニット５と下腿装着ユニット１０との相対的回転運動も停止し、患者は椅子等に着座可能となる。

【0069】

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変更が可能である。例えば、駆動体３３と周縁カム３２の周縁は歯列によって噛み合うように構成されているが、特にその構成に限定されるものではない。また、駆動源としてモーターを用いたが他の種類の駆動源を使用することも可能である。

【符号の説明】

【0070】

Ｓ…歩行補助装置
２０…関節補助ユニット
２１…第１のリンク
２２…第２のリンク
３０…駆動部
３２…周縁カム
３３…駆動体
４１、４５…カム溝
４２、４６…カムピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】