特許 7016726 多節リンク膝継手

(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】2022-01-28

(45)【発行日】2022-02-07

(54)【発明の名称】多節リンク膝継手

(51)【国際特許分類】

   A61F 2/64 20060101AFI20220131BHJP

   A61F 2/70 20060101ALI20220131BHJP

【ＦＩ】

A61F2/64

A61F2/70

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2018035537

(22)【出願日】2018-02-28

(65)【公開番号】P2018187358

(43)【公開日】2018-11-29

【審査請求日】2021-01-28

(31)【優先権主張番号】P 2017090616

(32)【優先日】2017-04-28

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】503405689

【氏名又は名称】ナブテスコ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(72)【発明者】

【氏名】奥田 正彦

【審査官】宮部 愛子

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１３／１３２６６２（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０５－２１２０７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１０／００２３１３３（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ａ６１Ｆ ２／６４

Ａ６１Ｆ ２／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

上部リンク部材および下部リンク部材を含む複数のリンク部材を有する多節リンク機構により、前記上部リンク部材が前記下部リンク部材に対して回転する膝部と、
前記上部リンク部材の回転にしたがって移動する従動部材と、
前記リンク部材に設けられた、前記従動部材の位置を検出する位置検出部と、
前記従動部材の位置から前記膝部の屈曲角度を求める角度検出部と、
前記上部リンク部材の回転にしたがって前記従動部材を移動させる移動機構と、
を備え、
前記従動部材は、突起を備え、
前記移動機構は、前記突起が嵌り込む溝であって、前記上部リンク部材の回転にしたがって前記従動部材を移動させる溝を備え、
前記溝は、湾曲部を備えることを特徴とする多節リンク膝継手。

【請求項2】

前記位置検出部と前記角度検出部は、同じ前記リンク部材に設けられることを特徴とする請求項１に記載の多節リンク膝継手。

【請求項3】

前記従動部材および前記移動機構は、一方が前記上部リンク部材に設けられ、他方が前記下部リンク部材に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載の多節リンク膝継手。

【請求項4】

上部リンク部材および下部リンク部材を含む複数のリンク部材を有する多節リンク機構により、前記上部リンク部材が前記下部リンク部材に対して回転する膝部と、
前記上部リンク部材の回転にしたがって移動する従動部材と、
前記リンク部材に設けられた、前記従動部材の位置を検出する位置検出部と、
前記従動部材の位置から前記膝部の屈曲角度を求める角度検出部と、
前記上部リンク部材の回転にしたがって前記従動部材を移動させる移動機構と、
を備え、
前記従動部材は、突当部材を備え、
前記移動機構は、延在方向に沿って深さが変化するように形成された溝と、前記突当部材を前記溝の底に突き当てる付勢部材と、
を備えることを特徴とする多節リンク膝継手。

【請求項5】

前記膝部の動きを補助する補助駆動部を制御する制御装置をさらに備え、
前記下部リンク部材は、下部リンクと、前記下部リンクに連結される下腿部とを備え、
前記制御装置は、前記下腿部に設けられており、
前記位置検出部は、前記下部リンクに設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多節リンク膝継手。

【請求項6】

前記膝部の動きを補助する補助駆動部を制御する制御装置をさらに備え、
前記位置検出部および前記制御装置は、前記上部リンク部材に設けられていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の多節リンク膝継手。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、多節リンク膝継手に関する。

【背景技術】

【0002】

病気や事故などで膝の上側で足を切断した人が使用する義足には、生体の膝関節と同様に屈曲する膝継手が設けられる。使用者の動きに応じて膝継手が曲がることで、立つ、座る、歩くといった動作が可能になる。

【0003】

特許文献１には、多節リンク機構により屈曲する膝部と、屈曲角度に応じて膝部の動きを補助するエアシリンダとを備える膝継手が開示されている。この膝継手では、多節リンク機構により膝部の動きが生体の膝関節に近づくので、より自然に動きやすくなる。また、エアシリンダにより歩行動作がサポートされるので、歩行の安定性が向上する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】国際公開第２０１３／１３２６６２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に係る膝継手は、膝部に連結されたピストンロッドの位置を検出し、この検出結果から膝部の屈曲角度を求めてエアシリンダを制御する。膝部の動きを補助する補助駆動部として、エアシリンダや油圧シリンダ以外に、ピストンロッドを持たない回転式油圧ダンパなどを用いる場合もある。この場合、屈曲角度の検出に関する構成を変更する必要がある。屈曲角度の検出に関する構成を、異なる方式の補助駆動部にも対応可能な構成にできれば、多様な製品群を展開する上で部品を共通化してコストを低減できる可能性がある。

【0006】

本発明は、こうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、多節リンク膝継手において膝部の屈曲角度を検出する構成を、複数の方式の補助駆動部に対応可能な構成とすることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明のある態様は、多節リンク膝継手である。この多節リンク膝継手は、上部リンク部材および下部リンク部材を含む複数のリンク部材を有する多節リンク機構により、上部リンク部材が下部リンク部材に対して回転する膝部と、上部リンク部材の回転にしたがって移動する従動部材と、リンク部材に設けられた、従動部材の位置を検出する位置検出部と、従動部材の位置から膝部の屈曲角度を求める角度検出部と、を備える。

【0008】

この態様によれば、上部リンク部材の回転にしたがって移動する従動部材の位置を検出し、この検出結果から膝部の屈曲角度を求めるので、同様の構成で方式が異なる補助駆動部にも対応できる。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、多節リンク膝継手において膝部の屈曲角度を検出する構成を、複数の方式の補助駆動部に対応可能な構成とすることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施の形態に係る多節リンク膝継手の側面図である。

【図2】実施の形態に係る多節リンク膝継手の断面概略図である。

【図3】図３（ａ）～（ｃ）は、実施の形態に係る多節リンク膝継手の膝部が屈曲する様子を示す図である。

【図4】実施の形態に係る制御装置の機能構成を示すブロック図である。

【図5】図５（ａ）、（ｂ）は、実施の形態に係る回転検出部の構成を示す図である。

【図6】実施の形態に係る上部リンクの溝を示す図である。

【図7】図７（ａ）～（ｃ）は、実施の形態に係る膝部の屈曲にしたがって従動部材が移動する様子を示す図である。

【図8】実施の形態に係る位置検出部の検出値と膝部の屈曲角度との関係を示す図である。

【図9】実施の形態に係る膝部の屈曲角度および従動部材の移動角度を示す図である。

【図10】図１０（ａ）～（ｃ）は、実施の形態に係る膝部の屈曲角度、従動部材の移動角度、および従動部材の軸方向移動量の関係を示す図である。

【図11】変形例１に係る多節リンク膝継手を示す断面概略図である。

【図12】図１２（ａ）～（ｃ）は、変形例１に係る膝部の屈曲角度、従動部材の移動角度、および従動部材の軸方向移動量の関係を示す図である。

【図13】変形例２に係る多節リンク膝継手を示す断面概略図である。

【図14】別の実施の形態に係る多節リンク膝継手の断面概略図である。

【図15】膝部の屈曲角度が０°のときの別の実施の形態に係る回転検出部を示す概略図である。

【図16】膝部の屈曲角度が大きくなったときの別の実施の形態に係る多節リンク膝継手の断面概略図である。

【図17】膝部の屈曲角度が大きくなったときの別の実施の形態に係る回転検出部を示す概略図である。

【図18】さらに別の実施の形態に係る多節リンク膝継手の断面概略図である。

【図19】図１９（ａ）～（ｄ）は、膝部が屈曲する様子を示す図である。

【図20】さらに別の実施の形態に係る多節リンク膝継手の断面概略図である。

【図21】図２１（ａ）～（ｄ）は、膝部が屈曲する様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下の実施の形態では、同一の構成要素に同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面では、説明の便宜のため、構成要素の一部を適宜省略する。

【0012】

実施の形態に係る多節リンク膝継手を具体的に説明する前に、概要を説明する。実施の形態に係る多節リンク膝継手は、多節リンク機構により上部リンクが下部リンクに対して回転する膝部と、膝部の動きを補助する補助駆動部とを備える。補助駆動部の一例は、回転式油圧ダンパである。膝部には、上部リンクの回転にしたがって移動する従動部材と、従動部材の位置を検出する位置検出部とが設けられている。予め設定される従動部材の位置と膝部の屈曲角度との関係から、位置検出部の検出結果から膝部の屈曲角度を求めることができる。補助駆動部は、エアシリンダや油圧シリンダなどのシリンダ装置であってもよい。同様の構成で方式が異なる補助駆動部に対応して膝部の屈曲角度を検出できる。

【0013】

図１は、実施の形態に係る多節リンク膝継手１００の側面図である。図２は、多節リンク膝継手１００の断面概略図である。以下の説明では、各図に示すｘｙｚ直交座標系において、ｘ軸に平行な方向を左右方向として、ｘ軸の正方向を「左」、負方向を「右」という。ｙ軸に平行な方向を前後方向として、ｙ軸の正方向を「前」、負方向を「後ろ」という。また、ｚ軸に平行な方向を上下方向として、ｚ軸の正方向を「上」、負方向を「下」という。

【0014】

多節リンク膝継手１００は、膝部１０、下腿部１２、制御装置１４を備える。膝部１０は、上部リンク１６、下部リンク１８、前部リンク２０、および後部リンク２２を含む多節リンク機構により屈曲する。上部リンク１６に第１軸２４および第２軸２６が設けられ、下部リンク１８に第３軸２８および第４軸３０が設けられている。各軸は、軸方向がｘ軸に平行で回転可能に設けられている。前部リンク２０は、第１軸２４および第３軸２８の端部に取り付けられている。後部リンク２２は、第２軸２６および第４軸３０の端部に取り付けられている。上部リンク１６は、前部リンク２０および後部リンク２２に支持されて下部リンク１８に対して回転する。上部リンク１６から突出する大腿接続部３２は、使用者の大腿部に取り付けられるソケットに接続される。大腿接続部３２が突出する方向とｚ軸とがなす角を、膝部１０の屈曲角度と定義する。図１および図２に示される屈曲角度は０°であり、膝部１０が完全に伸びた状態である。

【0015】

図３は、膝部１０が屈曲する様子を示す図である。図３（ａ）～（ｃ）に示す膝部１０の屈曲角度は、それぞれ４５°、９０°、１６０°である。屈曲角度が大きくなると、前部リンク２０と後部リンク２２とが交差する。上部リンク１６は、下部リンク１８に対して後方に移動しながら回転する。上部リンク１６の回転により、膝部１０は生体の膝関節と同様に屈曲する。

【0016】

上部リンク１６の下部リンク１８側の外周面には、上部リンク１６の回転方向に延びる溝３４が形成されている。溝３４は、上部リンク１６の回転にしたがって後述の従動部材を移動させる移動機構である。下部リンク１８の上部には、上部リンク１６の回転を検出する回転検出部３６が設けられている。回転検出部３６は、従動部材３８を備える。従動部材３８は、溝３４に嵌り込み、上部リンク１６の回転にしたがってｘ軸方向に移動する。回転検出部３６は、従動部材３８の位置に応じた検出値を制御装置１４に出力する。溝３４および回転検出部３６の構成は後述する。

【0017】

下腿部１２は、筒状に形成されており、制御装置１４を収納する。下腿部１２の上側には、下部リンク１８が固定されている。また、下側には義足を構成する足部に接続する足接続部４０が設けられている。制御装置１４は、回転検出部３６の検出結果から膝部１０の屈曲角度を求め、不図示の補助駆動部を制御する。

【0018】

なお、本明細書では適宜、リンクと、該リンクに固定されてリンクと共に動く部材とを合わせて「リンク部材」と称する。例えば「上部リンク部材」は、上部リンク１６と、大腿接続部３２とを含む。また「下部リンク部材」は、下部リンク１８と、下腿部１２とを含む。多節リンク膝継手１００の多節リンク機構は、上部リンク部材および下部リンク部材を含む複数のリンク部材から構成される。

【0019】

図４は、実施の形態に係る制御装置１４の機能構成を示すブロック図である。本明細書のブロック図で示す各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラムなどによって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。

【0020】

制御装置１４は、角度検出部４２、制御部４４を備える。角度検出部４２は、回転検出部３６の検出結果から膝部１０の屈曲角度を求める。制御部４４は、角度検出部４２が求めた屈曲角度に応じて、補助駆動部４６を制御する。本実施の形態において、補助駆動部４６は、第１軸２４に取り付けられた回転式油圧ダンパであり、制御部４４に制御されて膝部１０の動きを補助する。制御部４４は、屈曲角度が０°に近い立脚時には、第３軸２８の回転を制限するように補助駆動部４６を制御する。これにより、使用者の意思に反して膝部１０が屈曲する膝折れを防ぐ。また、歩行時など屈曲角度が変化する遊脚時には、角度の変化方向に合わせて第３軸２８を回転させるように補助駆動部４６を制御する。これにより、足の振り出しに合わせて下腿部１２がスイングするので、使用者は快適に歩行できる。なお、補助駆動部４６としての回転式油圧ダンパは、第２軸２６、第３軸２８、および第４軸３０のいずれかに設けられてもよい。ただし、第３軸２８および第４軸３０は上部リンク１６の回転途中で回転方向が逆方向に変わる場合があるので、上部リンク１６と常に同じ方向に回転する第１軸２４または第２軸２６に設けた方が、回転式油圧ダンパを制御しやすくなる。また、補助駆動部４６としてエアシリンダや油圧シリンダなどのシリンダ装置を設けてもよい。

【0021】

図５は、実施の形態に係る回転検出部３６の構成を示す図である。図５（ａ）は回転検出部３６の上面図、図５（ｂ）はその側面図である。回転検出部３６は、従動部材３８、ケース５０、位置検出部６４を備える。従動部材３８は、一体に形成されている突起５８および本体６０を備える。突起５８は、円柱状に形成されて本体６０から突出する。本体６０は、直方体状に形成されて磁石６２を収納する。ケース５０は、上ケース５２、下ケース５４を備える。上ケース５２は、従動部材３８の矢印方向への移動を可能にするレールを構成する。下ケース５４は、位置検出部６４を収納する。位置検出部６４は、ホール素子を備え、磁石６２との距離に応じた検出値を出力する。

【0022】

従動部材３８の突起５８は、上部リンク１６の溝３４に嵌り込む。上部リンク１６が回転すると、突起５８が溝３４に押されて従動部材３８が矢印方向のいずれかに移動する。従動部材３８の移動により、磁石６２と位置検出部６４との距離が変化する。位置検出部６４は、従動部材３８の位置、すなわち膝部１０の屈曲角度に応じた検出値を出力する。回転検出部３６は、従動部材３８の移動方向と膝部１０の各軸の軸方向とが平行になるように下部リンク１８に取り付けられる。なお、従動部材３８の移動方向は膝部１０の回転軸方向に対して傾斜してもよい。本実施の形態のように、従動部材３８の移動方向を回転軸方向に平行とすることで、従動部材３８の移動量を小さくして回転検出部３６を小型化できる。

【0023】

図６は、実施の形態に係る上部リンク１６の溝３４を示す図である。図６は、屈曲角度０°における上部リンク１６の底面図である。溝３４は、大腿接続部３２とは反対側の面に形成され、従動部材３８の突起５８が嵌まり込む湾曲部６６および導入部６８を備える。湾曲部６６は、上部リンク１６の底面の中央付近から後方に向かって延びながら右側に向かって湾曲する。導入部６８は、湾曲部６６に通じ、後方に向かって幅が広がるように形成されている。図３（ｃ）に示すように、膝部１０の屈曲角度が大きくなると、突起５８が溝３４から外れる。この状態から図３（ａ）および（ｂ）に示す状態に戻る際に、導入部６８が突起５８を湾曲部６６に導く。

【0024】

図７は、実施の形態に係る膝部１０の回転にしたがって従動部材３８が移動する様子を示す図である。図７（ａ）～（ｃ）は、それぞれ膝部１０の屈曲角度が０°、４５°、９０°の場合を示す。膝部１０が曲げられると、突起５８が溝３４に押されて従動部材３８が移動する。従動部材３８が移動すると磁石６２と位置検出部６４との距離が変わり、位置検出部６４の検出値が変化する。図８は、位置検出部６４の検出値と膝部１０の屈曲角度との関係を示す図である。角度検出部４２は、位置検出部６４の検出値を取得し、図８に示す関係から膝部１０の屈曲角度を求める。

【0025】

ここで、図９に示すように、膝部１０の屈曲角度をα、第１軸２４を中心とする周方向への従動部材３８の移動角度をβとする。上部リンク１６は後方に移動しながら回転するので、膝部１０の屈曲角度αと従動部材３８の移動角度βとの関係は線形とはならず、図１０（ａ）に示すように、実線部分と破線部分との境界に変曲点を持つ曲線となる。移動角度βを、屈曲角度αを用いた関数として以下の式（１）で表す。

【0026】

β＝ｆ（α） …（１）
このとき、従動部材３８の移動量Ｘが、以下の式（２）を満たすように溝３４の湾曲部６６を形成する。この場合の従動部材３８の移動量Ｘと膝部１０の屈曲角度αとの関係を図１０（ｂ）に示す。

【0027】

Ｘ＝ａ・ｆ^－１（β） …（２）
ｆ^－１（β）は、ｆ（β）の逆関数である。ａは係数であり、任意の値に設定する。係数ａを小さくすると、膝部１０の屈曲角度αに対する従動部材３８の移動量Ｘが小さくなる。移動量Ｘを小さくすることで、限られた磁力でもより正確に磁場の変化量を検出可能になる。膝部１０の各部の寸法に応じて係数ａを設定する。逆関数を用いた場合について説明したが、最小二乗法などの他の方法を用いてもよい。

【0028】

図１０（ａ）および（ｂ）に実線で示した領域において、式（２）を満たすように溝３４の湾曲部６６を形成すると、図１０（ｃ）に示すように膝部１０の屈曲角度αと従動部材３８の移動量Ｘとの関係が線形となる。これにより、図８に示す関係が得られる。位置検出部の出力値と膝部１０の屈曲角度αとの関係を線形とすることで、屈曲角度αの算出処理を簡単にできる。本実施の形態では、図１０（ａ）に示す関係において、変曲点となる角度までが膝部１０の屈曲角度αの検出範囲となるように溝３４を形成したが、変曲点を超える角度まで検出範囲となるように溝３４を形成することもできる。この場合、溝３４の湾曲部６６にも変曲点を形成する。これにより、膝部１０の屈曲角度αの検出範囲を拡大できる。本実施の形態のように変曲点までを検出範囲とした場合、溝３４の湾曲部６６を簡単な形状とし、組み付け誤差などの影響を低減して精度良く膝部１０の屈曲角度を検出できる。

【0029】

以上の構成による使用方法および動作は以下の通りである。多節リンク膝継手１００は、足接続部４０に足部が接続された状態で、大腿接続部３２が使用者の大腿部に取り付けられたソケットに接続されて使用される。膝部１０は、多節リンク機構により上部リンク１６が下部リンク１８に対して回転することで屈曲する。膝部１０が屈曲すると、角度検出部４２が位置検出部６４の検出値から屈曲角度を求める。制御部４４は、屈曲角度に応じて補助駆動部４６を制御して膝部１０の動きを補助する。屈曲角度を検出する溝３４、従動部材３８および位置検出部６４を含む回転検出部３６は膝部１０に設けられており、方式が異なる補助駆動部にも対応して膝部１０の屈曲角度を検出できる。多様な製品群を展開する上で、屈曲角度を検出する構成を共通化し、製造コストの低減を図ることができる。

【0030】

また、本実施の形態に係る多節リンク膝継手１００によれば、位置検出部６４と角度検出部４２（すなわち制御装置１４）とが同一のリンク部材、すなわち下部リンク部材に設けられている。角度検出部４２は、回転検出部３６の検出結果から膝部１０の屈曲角度を求めるので、位置検出部６４の検出情報を角度検出部４２に伝送するために、位置検出部６４と角度検出部４２は配線で接続される必要がある。仮に位置検出部６４と角度検出部４２が別々のリンク部材に設けられている場合、配線の途中に可動部が存在するため、配線に切断等に不具合が生じないような構成をとる必要がある。これは膝継手の大型化やコストアップにつながるため好ましくない。一方、本実施の形態に係る多節リンク膝継手１００では、位置検出部６４と角度検出部４２とが同一の下部リンク部材に設けられているので、配線の途中に可動部は存在せず、配線を簡単な構成にできる。その結果、膝継手の小型化や低コスト化を図ることができる。

【0031】

以下、上記実施の形態の変形例を挙げる。

【0032】

（変形例１）
図１１は、変形例１に係る多節リンク膝継手１０２を示す断面概略図である。多節リンク膝継手１０２は、回転検出部３６が前部リンク２０に設けられており、溝３４が上部リンク１６の回転方向に対して傾斜する直線状に形成されている点で、実施の形態と相違する。

【0033】

図１２（ａ）～（ｃ）に、変形例１に係る膝部１０の屈曲角度α、従動部材３８の移動角度β、および従動部材３８の軸方向移動量Ｘの関係を示す。実施の形態と同様に、膝部１０の屈曲角度αと従動部材３８の移動量Ｘとの関係が線形となるように溝３４を形成する。回転検出部３６を前部リンク２０に設けた場合には、屈曲角度αと移動角度βとの関係に変曲点は表れない。これにより、溝３４の湾曲部６６を簡単な形状に保ちながら、膝部１０の屈曲角度αの検出範囲を拡大できる。

【0034】

（変形例２）
図１３は、変形例２に係る多節リンク膝継手１０４を示す断面概略図である。多節リンク膝継手１０４は、上部リンク１６が破線で示す実施の形態より大きく、従動部材３８の突起５８が実施の形態より長い。また、溝３４には導入部６８が設けられておらず、溝３４は前側から後側まで同じ幅で形成されている。膝部１０が大きく屈曲しても突起５８が溝３４から外れない構成とすることで、屈曲角度の検出範囲を拡大できる。

【0035】

（その他）
溝３４を上部リンク１６に形成した構成において、回転検出部３６を後部リンク２２に設けてもよい。溝３４を下部リンク１８に設け、回転検出部３６を上部リンク１６に設けてもよい。また、従動部材３８および位置検出部６４をそれぞれ異なるリンクに設けてもよい。なお、位置検出部６４を下部リンク１８に設けることで、位置検出部６４と下腿部１２に収納されている制御装置１４との配線を簡単な構成にできる。この構成によれば、膝部１０を小さくできる。制御装置１４および位置検出部６４を上部リンク１６に設けてもよい。この場合にも、位置検出部６４と制御装置１４との配線を簡単な構成にできる。
従動部材３８は、上部リンク１６に固定して設けられてもよく、上部リンク１６の一部であってもよい。この場合、下部リンク１８に従動部材３８の位置の変化を検出する位置検出部６４を設ける。上部リンク１６とともに回転する従動部材３８の位置を検出し、この検出結果から膝部１０の屈曲角度を求めることができる。こうした構成により、移動機構として溝３４を形成する必要がなくなってより簡単な構成にできる。一方、移動機構を設けた場合、移動機構がない構成に比べて、従動部材３８の移動量を小さくでき、回転検出部３６を小型化できる。
実施の形態では、従動部材３８を移動させる移動機構として溝３４を形成したが、移動機構はこれに限らない。移動機構として、溝３４の代わりに突起を設け、この突起に嵌り込む溝を従動部材３８に設けてもよい。また、移動機構として、上部リンク１６の外周面から突出して周方向に延びる壁部を形成し、この壁部が突起５８を押して従動部材３８を移動させる構成としてもよい。
また、実施の形態では、従動部材３８に磁石６２を設けてホール素子により従動部材３８の位置を検出したが、位置検出部６４はホール素子に限らない。位置検出部６４として静電容量式の近接センサ、赤外線センサ、光学センサを用いて従動部材３８の位置を検出してもよい。
さらに、実施の形態では、膝部１０が４節リンク機構により屈曲するが、膝部１０の構成は多節リンク機構であればこれに限らない。

【0036】

図１４は、別の実施の形態に係る多節リンク膝継手２００の断面概略図である。図１４に示す膝部１０の屈曲角度は０°である。多節リンク膝継手２００は、回転検出部２３６の構成が上述の多節リンク膝継手１００と異なる。図１５は、膝部１０の屈曲角度が０°のときの回転検出部２３６を示す概略図である。なお、本実施の形態を示す図面においても、補助駆動部の図示を省略している。

【0037】

回転検出部２３６は、突当部材２０３と、ケース２０６と、ばね２０８と、磁石２６２と、位置検出部２６４とを備える。

【0038】

ケース２０６は、上端が開放された収納空間２０６ａを有する。ケース２０６は、下部リンク１８に固定される。ケース２０６の収納空間２０６ａ内には、突当部材２０３とばね２０８が収納される。ばね２０８は、突当部材２０３の上部が収納空間２０６ａから突出するように、突当部材２０３を付勢している。磁石２６２は突当部材２０３に取り付けられる。位置検出部２６４は、ホール素子を備え、磁石２６２との距離に応じた検出値を出力する。

【0039】

上部リンク１６の下部リンク１８側の外周面には、上部リンク１６の回転方向に円弧状に延びる溝２３４が形成されている。この溝２３４は、延在方向に沿って深さが変化するように形成されている。図１６において、符号「Ｃ」は円弧状に延在する溝２３４の中心を示す。図１６に示すように、溝２３４の中心Ｃは、上部リンク１６の下部リンク１８側の外周面の中心（第１軸２４の中心）に対して前方に偏心している。これにより、膝部１０の屈曲角度が０°のとき、溝２３４は、後方になるにつれて深さが大きくなっている。回転検出部２３６は、突当部材２０３の上部が溝２３４に嵌り込むように下部リンク１８に取り付けられる。突当部材２０３は、ばね２０８により付勢されて溝２３４の底に突き当てられている。

【0040】

図１６は、膝部１０の屈曲角度が大きくなったときの多節リンク膝継手２００を示す概略断面図である。また、図１７は、膝部１０の屈曲角度が大きくなったときの回転検出部２３６を示す概略図である。

【0041】

本実施の形態においては、突当部材２０３が、上部リンク部材２０２の回転にしたがって移動する従動部材となる。図１６および図１７に示すように、膝部１０の屈曲角度が大きくなると、回転検出部２３６の突当部材２０３が嵌り込んでいる溝２３４の深さが大きくなる。突当部材２０３はばね２０８により溝２３４の底に突き当たるように付勢されているので、溝２３４の深さが大きくなると、突当部材２０３がケース２０６から突出する方向に移動する。

【0042】

突当部材２０３の移動により、突当部材２０３に取り付けられた磁石２６２とケース２０６に取り付けられた位置検出部２６４との距離が変化する。位置検出部２６４は、突当部材２０３の位置、すなわち膝部１０の屈曲角度に応じた検出値を出力する。制御装置１４の角度検出部４２（図４参照）は、位置検出部６４の検出値から屈曲角度を求める。例えば膝部１０の屈曲角度と位置検出部２６４の検出値との関係を予め測定してテーブルを作成しておけば、該テーブルを参照して位置検出部２６４の検出値から膝部１０の屈曲角度を求めることができる。制御部４４（図４参照）は、屈曲角度に応じて補助駆動部４６（図４参照）を制御して膝部１０の動きを補助する。

【0043】

本実施の形態に係る多節リンク膝継手２００においても、屈曲角度を検出するための構成は膝部１０に設けられている。すなわち、溝３４は上部リンク１６に設けられており、突当部材２０３および位置検出部２６４を含む回転検出部２３６は下部リンク１８に設けられている。したがって、方式が異なる補助駆動部にも対応して膝部１０の屈曲角度を検出できる。多様な製品群を展開する上で、屈曲角度を検出する構成を共通化し、製造コストの低減を図ることができる。

【0044】

また本実施の形態に係る多節リンク膝継手２００においても、位置検出部２６４と角度検出部４２（制御装置１４）とが同一のリンク部材、すなわち下部リンク部材２０４に設けられているので、配線を簡単な構成にできる。なお、位置検出部と角度検出部は、上部リンク部材などの他のリンク部材に設けられてもよい。

【0045】

本実施の形態では、突当部材２０３に磁石２６２を設けてホール素子により突当部材２０３の位置を検出したが、位置検出部２６４はホール素子に限らない。位置検出部２６４として静電容量式の近接センサ、赤外線センサ、光学センサを用いて突当部材２０３の位置を検出してもよい。

【0046】

図１８は、さらに別の実施の形態に係る多節リンク膝継手３００の断面概略図である。図１８に示す膝部１０の屈曲角度は０°である。図１８に示すように、本実施の形態に係る多節リンク膝継手３００は、膝部１０の動きを補助する補助駆動部としてシリンダ装置３１０を備える。シリンダ装置３１０は、エアシリンダや油圧シリンダであってよい。

【0047】

シリンダ装置３１０は、シリンダチューブ３１２と、シリンダチューブ３１２に対して移動可能であるピストンロッド３１４と、シリンダチューブ３１２に移動可能に収納されてピストンロッド３１４が固定されたピストン３１６とを備える。

【0048】

シリンダ装置３１０は、上部リンク部材３０２と下部リンク部材３０４とを連結するように設けられる。すなわち、シリンダチューブ３１２は、下部リンク部材３０４の下腿部１２に設けられた下軸３１８により回転可能に支持され、ピストンロッド３１４は、上部リンク部材３０２の上部リンク１６に設けられた上軸３２０により回転可能に支持される。このように設けられたシリンダ装置３１０は、下軸３１８を中心として、上部リンク部材３０２の回転にしたがって揺動する。

【0049】

また、本実施の形態に係る多節リンク膝継手３００においては、位置検出部３６４が下部リンク部材３０４の下腿部１２に設けられている。図１８に示すように、位置検出部３６４は下腿部１２に設置され、下腿部１２に対するシリンダ装置３１０の距離（より詳細には下腿部１２に対するシリンダチューブ３１２の距離）ｄを計測する。位置検出部３６４は、シリンダ装置３１０までの距離ｄを検出できるものであれば特に限定されず、例えば赤外線センサを用いることができる。

【0050】

図１９（ａ）～（ｄ）は、膝部１０が屈曲する様子を示す図である。図１９（ａ）～（ｄ）に示す膝部１０の屈曲角度は、それぞれ０°、４５°、９０°、１６０°である。

【0051】

本実施の形態においては、シリンダ装置３１０が、上部リンク部材２０２の回転にしたがって移動する従動部材となる。図１９（ａ）～（ｄ）に示すように、膝部１０の屈曲角度の変化に応じて、下腿部１２に対するシリンダ装置３１０の距離ｄが変化する。本実施形態に係る多節リンク膝継手３００では、膝部１０の屈曲角度が大きくなるにつれて、下腿部１２に対するシリンダ装置３１０の距離ｄが小さくなる。

【0052】

制御装置１４の角度検出部４２（図４参照）は、位置検出部３６４の検出値から屈曲角度を求める。例えば膝部１０の屈曲角度と位置検出部３６４の検出値との関係を予め測定してテーブルを作成しておけば、該テーブルを参照して位置検出部３６４の検出値から膝部１０の屈曲角度を求めることができる。制御部４４（図４参照）は、屈曲角度に応じてシリンダ装置３１０を制御して膝部１０の動きを補助する。

【0053】

このように本実施の形態に係る多節リンク膝継手３００では、下部リンク部材３０４（より詳細には下腿部１２）に位置検出部３６４を設け、下部リンク部材３０４（より詳細には下腿部１２）に対するシリンダ装置３１０の距離ｄを測定し、この距離ｄに基づいて膝部１０の屈曲角度を求めている。したがって、シリンダ装置３１０として磁石や磁気センサを備える特殊なものを用いる必要はない。すなわち、汎用的なシリンダ装置３１０に対応して膝部１０の屈曲角度を検出できる。

【0054】

また本実施の形態に係る多節リンク膝継手３００においても、位置検出部３６４と角度検出部４２（制御装置１４）とが同一のリンク部材、すなわち下部リンク部材３０４に設けられているので、配線を簡単な構成にできる。なお、位置検出部と角度検出部は、上部リンク部材などの他のリンク部材に設けられてもよい。

【0055】

図２０は、さらに別の実施の形態に係る多節リンク膝継手４００の断面概略図である。図２０に示す膝部１０の屈曲角度は０°である。図２０に示すように、本実施の形態に係る多節リンク膝継手４００は、位置検出部４６４が下部リンク部材３０４に対するシリンダ装置３１０の傾斜角度θを検出するよう構成および配置されている点が上述した多節リンク膝継手３００（図１９参照）と異なる。ここでは、シリンダ装置３１０の長手方向（言い換えるとピストンロッド３１４の伸縮方向）とｚ軸とがなす角を、シリンダ装置３１０の傾斜角度θとする。

【0056】

位置検出部４６４は、下腿部１２の下軸３１８に取り付けられる。位置検出部４６４としては、例えばポテンショメータ、ロータリエンコーダ、レゾルバ等を用いることができる。

【0057】

本実施の形態においても、シリンダ装置３１０が、上部リンク部材２０２の回転にしたがって移動する従動部材となる。図２１（ａ）～（ｄ）は、膝部１０が屈曲する様子を示す図である。図２１（ａ）～（ｄ）に示す膝部１０の屈曲角度は、それぞれ０°、４５°、９０°、１６０°である。図２１（ａ）～（ｄ）に示すように、膝部１０の屈曲角度の変化に応じて、下腿部１２に対するシリンダ装置３１０の傾斜角度θが変化する。本実施形態に係る多節リンク膝継手３００では、膝部１０の屈曲角度が大きくなるにつれて、下腿部１２に対するシリンダ装置３１０の傾斜角度θが小さくなる。

【0058】

制御装置１４の角度検出部４２（図４参照）は、位置検出部４６４の検出値から屈曲角度を求める。例えば膝部１０の屈曲角度と位置検出部４６４の検出値との関係を予め測定してテーブルを作成しておけば、該テーブルを参照して位置検出部４６４の検出値から膝部１０の屈曲角度を求めることができる。制御部４４（図４参照）は、屈曲角度に応じてシリンダ装置３１０を制御して膝部１０の動きを補助する。

【0059】

このように本実施の形態に係る多節リンク膝継手４００では、下部リンク部材３０４（より詳細には下腿部１２）に位置検出部４６４を設け、下部リンク部材３０４（より詳細には下腿部１２）に対するシリンダ装置３１０の傾斜角度θを測定し、この傾斜角度θに基づいて膝部１０の屈曲角度を求めている。したがって、シリンダ装置３１０として磁石や磁気センサを備える特殊なものを用いる必要はない。すなわち、汎用的なシリンダ装置３１０に対応して膝部１０の屈曲角度を検出できる。

【0060】

また本実施の形態に係る多節リンク膝継手４００においても、位置検出部４６４と角度検出部４２（制御装置１４）とが同一のリンク部材、すなわち下部リンク部材３０４に設けられているので、配線を簡単な構成にできる。なお、位置検出部と角度検出部は、上部リンク部材などの他のリンク部材に設けられてもよい。

【0061】

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素あるいは各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、また、そうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

【符号の説明】

【0062】

１０ 膝部、 １２ 下腿部、 １４ 制御装置、 １６ 上部リンク、 １８ 下部リンク、 ３４，２３４ 溝、 ３６、２３６ 回転検出部、 ３８ 従動部材、 ４２ 角度検出部、 ４４ 制御部、 ４６ 補助駆動部、 ５８ 突起、 ６２，２６２ 磁石、 ６４，２６４，３６４，４６４ 位置検出部、 １００，１０２，１０４，２００，３００，４００ 多節リンク膝継手、 ２０３ 突当部材、 ３１０ シリンダ装置、 ３１２ シリンダチューブ、 ３１４ ピストンロッド。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】