JP5095581B2

JP5095581B2 - 歩行補助装置

Info

Publication number: JP5095581B2
Application number: JP2008284819A
Authority: JP
Inventors: 慶久松岡; 豊日木
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-05
Filing date: 2008-11-05
Publication date: 2012-12-12
Anticipated expiration: 2028-11-05
Also published as: US8388558B2; US20100113988A1; JP2010110436A

Description

本発明は、利用者（人）の歩行を補助する歩行補助装置に関する。

従来、この種の歩行補助装置として、例えば、特許文献１には、上腿部に装着する上腿取付部材と、上腿取付部材に回動自在に取り付けられ下腿部に装着する下腿取付部材とからなる歩行補助装具が開示されている。この歩行補助装具は、上腿取付部材に取り付けられたモータと、下腿取付部材に取り付けられたソケットと、ソケットの螺旋孔に螺合するボールネジと、モータ軸とボールネジとを連結するフレキシブル継手とから構成される駆動機構を有している。そして、ソケットに対するボールネジの進退動により、フレキシブル継手の下端部とソケットとの間の距離を変化させることによって、上腿取付部材に対して下腿取付部材を屈曲させている。これにより、歩行障害者は、膝関節部を回動させることができ、安定した歩容を得ることができる。
特開２００２−１９１６５４号公報

しかしながら、特許文献１に開示された歩行補助装具においては、駆動機構にフレキシブル継手を用いるため、耐久性が乏しい、回動精度が低い、追従性が遅いなどの問題があった。また、ソケットに対するボールネジの進退動により、上腿取付部材に対して下腿取付部材を屈曲させているので、ボールネジのストロークが長くなり、ボールネジが長軸化するという問題があった。

本発明は、以上の点に鑑み、耐久性、回動精度、追従性に優れた歩行補助装置を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクとを備え、該脚リンクが前記荷重伝達部から第１関節を介して延設された上側リンク部材と、前記足平装着部から第２関節を介して延設された下側リンク部材と、該上側リンク部材と下側リンク部材とを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらに前記第３関節を駆動するための駆動機構を備えた歩行補助装置において、前記駆動機構は、上側リンク部材に搭載された電動モータと、該電動モータにより回転駆動され、上側リンク部材に揺動自在に支持された筐体の内部に配置されるナット部材と、該ナット部材に保持されるボールを介して当該ナット部材に螺合するネジ溝が外周面に形成された直動出力軸とを備える直動アクチュエータ、及び、第３関節の関節軸と同軸心に前記下側リンク部材に固定され、直動出力軸の一端に枢着されたクランクアームを有し、前記直動アクチュエータの直動出力軸から出力される並進力を前記クランクアームを介して前記第３関節の回転駆動力に変換するように構成されることを特徴とする。

本発明によれば、上記特許文献１に記載の歩行補助装具のように、フレキシブル継手を用いる代わりに、クランクアームを用いて駆動機構を構成しているので、歩行補助装置の駆動機構は、特許文献１に記載の歩行補助装具に比べて、耐久性に優れ、回動精度が高く、追従性が速い。さらに、直動出力軸（ボールネジ）の進退動により、第３関節の関節軸と同軸心に下側リンク部材に固定されたクランクアームを回動させることによって、駆動機構が第３関節に回転駆動力を付与しているので、上記特許文献１に記載の歩行補助装具に比べて、直動出力軸のストロークを短くすることができ、直動出力軸の短軸化を図ることが可能となる。

ところで、ナット部材の回転時には、直動出力軸がその軸心方向に動くことで、ナット部材にその軸心方向の力（スラスト力）が作用する。このため、ナット部材を一対のアンギュラベアリングで支持する必要がある。しかし、この場合、これらのアンギュラベアリングの外輪間に介設されるアウターカラーの外側に、上側リンク部材に筐体を揺動自在に支持するためのベアリングを配置すると、直動アクチュエータの揺動軸方向の幅が大きくなるという不具合を生ずる。

そこで、本発明において、前記ナット部材を筐体に支持する一対のアンギュラベアリングが、該ナット部材の軸線方向に離間して設けられ、該アンギュラベアリングの外輪間に介設されるアウターカラーに、ナット部材の軸線に直交する軸線を有して対向する一対の開口が形成され、該各開口内に位置して前記筐体に装着されたベアリングが、前記上側リンク部材に突設された支軸に軸支される。これにより、直動アクチュエータの揺動軸方向の幅が大きくなることを抑制することができる。

また、本発明において、前記荷重伝達部は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材から構成され、前記第１関節は、着座部材に連結される、着座部材の上方に曲率中心を持つ前後方向に長手の円弧状のガイドレールと、前記上側リンク部材の上端部に固定される、ガイドレールに移動自在に係合するスライダを備えることが望ましい。

これによれば、直動アクチュエータとガイドレールとの間に連結リンクの運動スペースを確保する必要がなく、直動アクチュエータの位置、即ち、直動アクチュエータの重心位置をガイドレールに近付けることができる。さらに、利用者の体重を支持する力、即ち、第３関節の屈曲角度を減少する方向の力が連結リンクの引張りで伝達されることになる。そのため、この力を押しで伝達する場合と異なり、連結リンクの断面を大きくして座屈を防止する必要がなく、連結リンク自体の軽量化も図ることができる。その結果、第１関節周りの脚リンクの慣性モーメントを軽減することができる。

また、本発明において、前記電動モータの出力軸が前記ナット部材の軸線に平行に設けられることが望ましい。

これによれば、例えば、ナット部材の軸線に直交させて電動モータが設ける場合に比べて、一般的な電動モータの外観形状を考慮すると、上側リンク部材の直動アクチュエータの幅方向への突出を抑制することが可能となる。さらに、電動モータがガイドレールに近接するので、第１関節周りの脚リンクの慣性モーメントを軽減することもできる。さらに、プーリとベルトからなる簡易な回転伝達機構を介して電動モータの回転駆動力をナット部材に伝達することができ、直動アクチュエータを簡略化、小型化、軽量化することが可能となる。

また、前記ナット部材は、前記一対のアンギュラベアリングの内輪間に介在するインナーカラーとして機能することが望ましい。

これによれば、アンギュラベアリングの内輪間に介在されるインナーカラーをナット部材と別個に設けた場合に比べて、直動アクチュエータを簡略化、小径化、軽量化することが可能となる。

本発明の一実施形態に係る歩行補助装置Ａを図面を参照して説明する。

歩行補助装置Ａは、図１に示すように、荷重伝達部としての着座部１と、利用者（図示省略）の各脚の足平に装着される左右一対の足平装着部２，２と、各足平装着部２，２を着座部１にそれぞれ連結する左右一対の脚リンク３，３とを備えている。左右の足平装着部２，２は互いに左右対称の同一構造である。左右の脚リンク３，３も互いに左右対称の同一構造である。なお、本実施形態の説明では、歩行補助装置Ａの左右方向は、足平装着部２，２を足平に装着した利用者の左右方向（図１では、その紙面にほぼ垂直な方向）を意味する。

各脚リンク３は、着座部１から第１関節４を介して下方に延設された上側リンク部材５と、足平装着部２から第２関節６を介して上方に延設された下側リンク部材７と、上側リンク部材５と下側リンク部材７とを、第１関節４と第２関節６との中間で屈伸自在に連結する第３関節８とから構成される。

そして、歩行補助装置Ａは、各脚リンク３毎に、第３関節８を駆動するための駆動機構９を備えている。左側脚リンク３の駆動機構９と、右側脚リンク３の駆動機構９とは、左右対称の同一構造である。なお、図１では右側脚リンク３の駆動機構９については、図を判りやすくするために、該駆動機構９の一部の記載を省略している。

着座部１は、利用者が跨ぐようにして（利用者の両脚の付け根の間に配置するようにして）着座するサドル状のシート部１ａと、シート部１ａの下面に装着された基体フレーム１ｂと、基体フレーム１ｂの後端部（シート部１ａの後側で上方に立ち上がる立ち上がり部分）に取り付けた腰当て部１ｃとから構成されている。

各脚リンク３の第１関節４は、前後方向及び左右方向の２つの関節軸周りの回転自由度（２自由度）を有する関節である。さらに詳細には、各第１関節４は、着座部１の基体フレーム１ｂに組み付けられた円弧状のガイドレール１１を備えている。そして、このガイドレール１１には、各脚リンク３の上側リンク部材５の上端部に固定されたスライダ１２が、該スライダ１２に軸着した複数のローラ１３を介して移動自在に係合されている。このため、各脚リンク３は、ガイドレール１１の曲率中心４ａを通る左右方向の軸（より詳しくはガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）を第１関節４の第１の関節軸として、該第１の関節軸周りに前後方向の揺動運動（前後の振り出し運動）を行うことが可能となっている。

また、ガイドレール１１は、着座部１の支持フレーム１ｂの後上端部に、軸心を前後方向に向けた支軸４ｂを介して軸支され、該支軸４ｂの軸心周りに揺動可能とされている。これにより、各脚リンク３は、支軸４ｂの軸心を第１関節４の第２の関節軸として、該第２の関節軸周りに左右方向の揺動運動（内転・外転運動）を行うことが可能になっている。なお、本実施形態では、第１関節４の第２の関節軸は、右側の第１関節４と左側の第１関節４とで共通の関節軸となっている。

上記のように第１関節４は、各脚リンク３が、前後方向及び左右方向の２つの関節軸周りの揺動運動を行うことが可能となるように構成されている。

なお、第１関節の回転自由度は２つに限られるものではない。例えば３つの関節軸周りの回転自由度（３自由度）を有するように第１関節を構成してもよい。あるいは、例えば左右方向の１つの関節軸周りの回転自由度（１自由度）だけを有するように第１関節を構成してもよい。

各足平装着部２は、利用者の各足平に履かせる靴２ａと、靴２ａ内から上方に突出する連結部材２ｂとを備え、利用者の各脚が立脚（支持脚）となる状態で、靴２ａを介して接地する。そして、連結部材２ｂに各脚リンク３の下側リンク部材７の下端部が第２関節６を介して連結されている。この場合、連結部材２ｂは、靴２ａ内の中敷２ｃの下側（靴２ａの底部と中敷２ｃとの間）に配置される平板状部分２ｂｘを一体に備えている。そして、連結部材２ｂは、足平装着部２を接地させた時に、該足平装着部２に床から作用する床反力の一部（少なくとも歩行補助装置Ａと利用者の体重の一部とを合わせた重量を支えるのに充分な程度の大きさの並進力）を連結部材２ｂ及び第２関節６を介して脚リンク３に作用させることができるように、平板状部分２ｂｘを含めて比較的高剛性の部材により形成されている。なお、足平装着部２は、靴２ａの代わりに、例えばスリッパ状のものを備えるようにしてもよい。

第２関節６は、本実施形態では、ボールジョイントなどのフリージョイントにより構成され、３軸周りの回転自由度を有する関節となっている。ただし、第２関節は、例えば前後及び左右方向の２軸周り、あるいは、上下及び左右方向の２軸周りの回転自由度を有する関節であってもよい。

第３関節８は、左右方向の１軸周りの回転自由度を有する関節であり、上側リンク部材５の下端部に下側リンク部材７の上端部を軸支する支軸８ａを有する。該支軸８ａの軸心は、第１関節４の第１の関節軸（ガイドレール１１の円弧を含む平面に垂直な方向の軸）とほぼ平行である。そして、この支軸８ａの軸心が第３関節８の関節軸となっており、その関節軸の周りに、下側リンク部材７が上側リンク部材５に対して相対回転可能とされている。これにより、該第３関節８での脚リンク３の屈伸運動が可能となっている。

各駆動機構９は、着座部１に着座した利用者の体重の一部を支える荷重（上向きの並進力）を着座部１から利用者に作用させるために、足平装着部２が接地している脚リンク３の第３関節８に対して、該脚リンク３の伸展方向の回転駆動力（トルク）を付与するものである。この駆動機構９は、脚リンク３の上側リンク部材５に搭載されており、直動出力軸１４ａを有する直動アクチュエータ１４と、その直動出力軸１４ａから出力される動力（直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力）を回転駆動力に変換して第３関節８に付与する動力伝達機構１５とから構成されている。

以下、駆動機構９の詳細を図２〜図４を参照して説明する。

駆動機構９が搭載された上側リンク部材５は、図２に示すように、その第１関節４側の端部（以下、股側端部という）と第３関節８側の端部（以下、膝側端部という）とが開口した中空構造のものである。そして、駆動機構９の直動アクチュエータ１４は、上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所に配置され、動力伝達機構１５は、上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所から膝側端部寄りの箇所にかけて上側リンク部材５の内部に収容されている。

直動アクチュエータ１４は、回転アクチュエータとしての電動モータ１６と、この電動モータ１６が出力する回転駆動力（トルク）を直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力に変換するためのボールネジ機構等を収容した筐体１７とを備える。この場合、筐体１７は、概略四角筒状の主筐体１７ａと、該主筐体１７ａの一端部に固定された中空の副筐体１７ｂとから構成され、これらの主筐体１７ａ及び副筐体１７ｂの内部を直動出力軸１４ａが貫通している。そして、筐体１７は、その主筐体１７ａ及び副筐体１７ｂがそれぞれ上側リンク部材５の内部側、外部側に位置し、且つ、直動出力軸１４ａの軸心が概ね上部リンク部材５の長手方向に向くようにして上側リンク部材５の股側端部寄りの箇所に配置されている。

直動出力軸１４ａの軸心と直交する方向（図２の紙面にほぼ垂直な方向）での主筐体１７ａの両端部には、図３に示すように、ベアリング１８ａがそれぞれ組み込まれた一対の軸受け部材１８，１８が装着されている。これらの軸受け部材１８，１８は、それぞれのベアリング１８ａが同軸心に対向するようにして、主筐体１７ａに固定されている。

各軸受け部材１８のベアリング１８ａの内輪には、それぞれ、上側リンク部材５の内壁から、第３関節８の関節軸と平行な軸心を有するようにして突設された支軸１９が嵌挿されている。これにより、筐体１７は、支軸１９の軸心周りに揺動自在に、上側リンク部材５に支持されている。以下、支軸１９を揺動軸１９ともいう。

主筐体１７ａの内部には、ボールネジ機構の主要部が収容されている。本実施形態では、前記直動出力軸１４ａがボールネジ機構のネジ軸となっており、その外周面に螺旋状のネジ溝１４ａａが形成されている。また、該ボールネジ機構は、直動出力軸１４ａに同軸心に外挿された筒状のナット部材２０，２２を備えている。このナット部材２０，２２は、ナット部材本体２０と筒状部材２２とが一体化して構成されている。

ナット部材本体２０は、その軸心方向の中央部が、前記揺動軸１９，１９の間に位置するようにして主筐体１７ａの内部に配置されている。より詳しくは、ナット部材本体２０は、その内部のほぼ中心部で、該ナット部材本体２０の軸心と揺動軸１９，１９の軸心とが直交するように設けられている。ナット部材本体２０の内周面にはネジ溝が形成されており、複数のボール２１が、ナット部材本体２０の内周面に保持されると共にネジ溝１４ａａに係合されている。そして、ナット部材２０，２２を直動出力軸１４ａに対してその軸心周りに回転させることによって、ボール２１がネジ溝１４ａａに沿って転動しつつ、直動出力軸１４ａが、ナット部材２０，２２に対して軸心方向に移動するようになっている。

筒状部材２２は、ナット部材本体２０の軸心方向の一端部（副筐体１７ｂ側の端部）に固定され、該ナット部材本体２０と同軸心に直動出力軸１４ａに外挿されている。筒状部材２２は、直動出力軸１４ａとの間にクリアランスを有し、主筐体１７ａの内部から副筐体１７ｂの内部まで延在しており、ドグ部を介して連結されてナット部材本体２０に固定されている。

そして、ナット部材本体２０の他端部（副筐体１７ｂと反対側の端部）の外周面と主筐体１７ａの内周面との間、並びに、筒状部材２２のナット部材本体２０寄りの外周面と主筐体１７ａの内周面との間には、それぞれ、ナット部材本体２０と同軸心のベアリング２３ａ，２３ｂが介装されている。さらに、筒状部材２２のナット部材本体２０と反対側の端部の外周面と副筐体１７ｂの内周面との間には、ナット部材本体２０と同軸心のベアリング２３ｃが介装されている。これにより、ナット部材本体２０及び筒状部材２２がそれらの軸心周り（直動出力軸１４ａの軸心周り）に一体に回転し得るように、ベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃを介して筐体１７に支承されている。

なお、本実施形態では、ナット部材本体２０と筒状部材２２とは別体構造であるが、ナット部材本体２０と筒状部材２２とを一体に構成してもよい。

ここで、ナット部材２０，２２の回転時には、直動出力軸１４ａがその軸心方向に動くことで、ナット部材２０，２２にその軸心方向の力（スラスト力）が作用する。このため、本実施形態では、ベアリング２３ａ，２３ｂ，２３ｃのうち、ナット部材本体２０の軸心方向の各端部寄りの位置に存するベアリング２３ａ，２３ｂはアンギュラベアリングにより構成されている。この場合、ベアリング２３ａの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ｂ側の端面には、ナット部材本体２０の外周面に形成された顎部２０ａが当接されている。さらに、ベアリング２３ａの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ｂと反対側の端面には、主筐体１７ａの副筐体１７ｂと反対側の端部に装着された環状キャップ部材２４が当接されている。また、ベアリング２３ｂの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ａ側の端面には、筒状部材２２の外周面に形成された顎部２２ａが当接されている。さらに、ベアリング２３ｂの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２３ａと反対側の端面には、主筐体１７ａの副筐体１７ｂ側の端部の内周面に形成された顎部１７ａａが当接されている。これにより、ナット部材本体２０の回転時に該ナット部材２０，２２に作用するスラスト力を、ベアリング（アンギュラベアリング）２３ａ，２３ｂを介して主筐体１７ａで受けるようにしている。この場合、ナット部材２０，２２は、ベアリング２３ａ，２３ｂの内輪間に介在するインナーカラーとして機能する。

なお、ベアリング２３ａの外輪とベアリング２３ｂの外輪との間には、ナット部材２０，２２に外挿された筒状のアウターカラー２５が介装されている。そして、ベアリング２３ａの外輪は、このアウターカラー２５と前記環状キャップ部材２４との間に挟まれ、ベアリング２３ｂの外輪は、アウターカラー２５と主筐体１７ａの顎部１７ａａとの間に挟まれている。

ところで、筐体１７を揺動軸１９，１９に揺動自在に支持するための軸受け部材１８，１８をアウターカラー２５の外側に配置することも可能である。しかるに、これでは、揺動軸１９，１９の軸心方向での筐体１７の幅、即ち左右方向の幅が大きくなって、上側リンク部材５や直動アクチュエータ１４の左右方向の幅も大きくなる。

そこで、本実施形態では、前記各軸受け部材１８の装着箇所（前記ベアリング２３ａ，２３ｂの間隔内の箇所）において、主筐体１７ａと、その内側のアウターカラー２５とに、図３に示すように、それぞれ開口１７ａｂ，２５ｂが穿設されている。そして、各軸受け部材１８がこれらの開口１７ａｂ，２５ｂ内に収まると共にナット部材２０，２２の外周面に近接するようにして、各軸受け部材１８が主筐体１７ａに装着されている。さらに詳細には、円筒状のアウターカラー２５には、その側壁の一部を切り欠いて開口２５ｂを穿設している。また、四角筒状の主筐体１７ａの側壁には、軸受け部材１８の外形と略同形状を切り欠くようにして開口１７ａｂが穿設されている。そして、軸受け部材１８は、開口１７ａｂ，２５ｂ内に配置され、主筐体１７ａにボルト止めされる。これにより、各軸受け部材１８を主筐体１７ａの外表面から突出させないようにして、各軸受け部材１８の装着箇所における主筐体１７ａの幅（揺動軸１９の軸心方向での幅）ができるだけ小さくなるようにしている。

図４に示すように、副筐体１７ｂの外面から横方向（直動出力軸１４ａの軸心及び揺動軸１９の軸心とほぼ直交する方向）に、該副筐体１７ｂと一体のブラケット２６が突設されている。なお、本実施形態では、ブラケット２６は、副筐体１７ｂから前記ガイドレール１１側に向かって突設されている（図２参照）。このブラケット２６には、電動モータ１６のハウジング１６ｂが固定されている。この場合、電動モータ１６の出力軸（回転出力軸）１６ａは、直動出力軸１４ａの軸心と平行な方向に向けられ、ブラケット２６に穿設された穴２６ａを貫通している。これにより、電動モータ１６は、直動出力軸１４ａの後端部の上方にて、その内側端面が筐体１７内側端面と略同一平面となるように配置されており、電動モータ１６の左右方向外側への突出が抑制されている。また、電動モータ１６がガイドレール１１に近接するので、第１関節４周り（ガイドレール１１の曲率中心４ａ周り）の脚リンク３の慣性モーメントを軽減することができる。

そして、電動モータ１６の出力軸１６ａには、これと一体に回転自在な駆動プーリ２７ａが固定されている。なお、副筐体１７ｂの側壁のうち、直動出力軸１４ａの軸心と直交する方向で駆動プーリ２７ａに対向する箇所には、穴１７ｂａが開設されており、この穴１７ｂａを介して駆動プーリ２７ａが、副筐体１７ｂの内部の筒状部材２２に対向している。

副筐体１７ｂの内部には、ベアリング２３ｂ，２３ｃの間の箇所で、筒状部材２２と同軸心の被動プーリ２７ｂが収容されている。この被動プーリ２７ｂは、ナット部材２０，２２と一体に回転し得るように、筒状部材２２の外周面に挿着され、前記穴１７ｂａを介して駆動プーリ２７ａに対向している。なお、被動プーリ２７ｂのベアリング２３ｃ側の端面は、ベアリング２３ｃの内輪の端面に当接され、被動プーリ２７ｂのベアリング２３ｂ側の端面とベアリング２３ｂの内輪との間には、筒状部材２２に外挿された筒状のカラー２８が介装されている。

そして、前記駆動プーリ２７ａと被動プーリ２７ｂとにベルト２７ｃが巻き掛けられており、このベルト２７ｃによって、両プーリ２７ａ，２７ｂが互いに連動して回転するようになっている。これにより、電動モータ１６がその出力軸１６ａから出力する回転駆動力が、駆動プーリ２７ａ、ベルト２７ｃ及び被動プーリ２７ｂとから成る回転伝達機構（プーリ・ベルト式回転伝達機構）を介して筒状部材２２に伝達されるようになっている。この場合、筒状部材２２と一体にナット部材本体２０が回転駆動され、それに従い、直動出力軸１４ａがその軸心方向に移動するように駆動されることとなる。換言すれば、電動モータ１６の回転駆動力が、上記のプーリ・ベルト式回転伝達機構とボールネジ機構とを介して直動出力軸１４ａの軸心方向の並進力に変換されることとなる。

なお、本実施形態では、電動モータ１６は、図示を省略する減速機を内蔵しており、電動モータ１６のロータに発生する回転駆動力は、該減速機を介して出力軸１６ａから出力される。

図３及び図４に示すように、筐体１７の内部から副筐体１７ｂ側に突出した直動出力軸１４ａの端部（以下、直動出力軸１４ａの後端部という）には、直動出力軸１４ａの移動量を制限するストッパ部材２９が装着されている。このストッパ部材２９は、直動出力軸１４ａの後端部の端面から突設された雄ネジ部１４ａｂに螺合されたナット２９ａと、雄ネジ部１４ａｂに外挿され、直動出力軸１４ａの後端部の端面とナット２９ａとの間に挟み込まれた金属製のワッシャ２９ｂ及び環状緩衝部材２９ｃとから構成される。なお、環状緩衝部材２９ｃは、ウレタンゴム等の弾性材から成り、ワッシャ２９ｂとナット２９ａとの間に介在する。

この場合、ストッパ部材２９の外径は、直動出力軸１４ａの外径（より詳しくは、副筐体１７ｂから突出している部分の最大外径）よりも若干大きなものとされ、該ストッパ部材２９が副筐体１７ｂに近づく向き（図３及び図４の左向き）に直動出力軸１４ａが移動したとき、ストッパ部材２９のワッシャ２９ｂが最終的に筒状部材２２に端面（ナット部材本体２０と反対側の端面）に当接するようになっている。そして、この当接により、直動出力軸１４ａのさらなる移動が制限されるようになっている。また、環状緩衝部材２９ｃの弾性変形により、当接時の衝撃を緩和している。さらに、環状緩衝部材２９ｃの当接側にワッシャ２９ｂを配置することにより、環状緩衝部材２９ｃが筒状部材２２等に噛み込み、動作不能となることを防止している。なお、以降の説明では、ストッパ部材２９が副筐体１７ｂに近づく向きへの直動出力軸１４ａの移動を直動出力軸１４ａの前進、これと逆向きへの直動出力軸１４ａの移動を直動出力軸１４ａの後退という。

ここで、電動モータ１６から筒状部材２２に回転駆動力（直動出力軸１４ａを前進させる向きの回転駆動力）を作用させた状態で、ストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接すると、筒状部材２２からストッパ部材２９に回転駆動力が作用する。この場合、仮に、この回転駆動力が、雄ネジ部１４ａｂに対するストッパ部材２９のナット２９ａのネジ締めを緩める向きの回転駆動力である場合には、ナット２９ａのネジ締めが緩んでしまう恐れがある。このため、本実施形態では、直動出力軸１４ａの前進によってストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接した時に筒状部材２２からストッパ部材２９に作用する回転駆動力の向きが、ストッパ部材２９のナット２９ａをネジ締めする向きとなるように、ナット２９ａのネジ締めの回転方向と、直動出力軸１４ａの前進時のナット部材２０，２２の回転方向とが設定されている。例えば、雄ネジ部１４ａｂに対するナット２９ａのネジ締めが、ナット２９ａを時計周り方向に回転することでなされるように雄ネジ部１４ａｂ及びナット２９ａのネジ切方向が設定されている場合には、ボールネジ機構のナット部材２０，２２を時計周り方向に回転することで、直動出力軸１４ａが前進する（直動出力軸１４ａに対してナット部材２０，２２が後退する）ように、該直動出力軸１４ａ及びナット部材２０，２２のネジ切方向が設定されている。これにより、直動出力軸１４ａの前進によってストッパ部材２９が筒状部材２２の端面に当接した時に、ナット２９ａのネジ締めを緩める向きの回転駆動力がストッパ部材２９に作用することが無いようになっている。

以上が、直動アクチュエータ１４の詳細構造である。

各駆動機構９の動力伝達機構１５を図２を参照して説明する。

動力伝達機構１５は、第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と同軸心に下側リンク部材７に設けられたクランクアーム３０と、このクランクアーム３０と直動出力軸１４ａとの間で直動出力軸１４ａと同軸心に延在する連結ロッド３１とを備える。連結ロッド３１の長手方向の両端のうち、直動出力軸１４ａ側の一端は、該連結ロッド３１の端面から突設された雄ネジ部３１ａ（図３及び図４に示す）を直動出力軸１４ａに螺着することにより該直動出力軸１４ａに固定されている（図３及び図４を参照）。また、連結ロッド３１の他端はクランクアーム３０端部の枢支部３０ａに枢着されている。詳細は図示しないが、連結ロッド３１は、球面ジョイントを介して、クランクアーム３０の枢支部３０ａに枢着されている。なお、連結ロッド３１とクランクアーム３０との間に樹脂製のバネワッシャを介装して、球面ジョイントのガタを吸収するようにしている。

以上が動力伝達機構１５の詳細である。

かかる動力伝達機構１５では、電動モータ１６を作動させることによって、直動アクチュエータ１４の直動出力軸１４ａに、その軸心方向の並進力を発生させると、その並進力が、連結ロッド３１を介してクランクアーム３０の枢支部３０ａに作用する。例えば図２に矢印Ｆで示す如く並進力Ｆが作用する。このとき、枢支部３０ａは、第３関節８の関節軸に対して偏心しているので、枢支部３０ａに作用する並進力Ｆによって（より詳しくは、並進力Ｆのうち、第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と枢支部３０ａとを結ぶ直線と直交する方向の成分によって）、第３関節８の関節軸周りのモーメント（トルク）が下側リンク部材７に作用する。そして、このトルクによって、下側リンク部材７が上側リンク部材５に対して回転駆動され、第３関節８での脚リンク３の屈伸動作が行われる。この場合、本実施形態では、枢支部３０ａは、第３関節８の関節軸の軸心方向で見た場合に、該第３関節８の関節軸（支軸８ａの軸心）と、前記揺動軸１９とを結ぶ直線よりも、上側に配置されている。このため、直動アクチュエータ１４の直動出力軸１４ａに、その後退方向の並進力（クランクアーム３０の枢支部３０ａとナット部材２０，２２との間で引張り力となる並進力）を発生させることで、第３関節８が脚リンク３の伸展方向に駆動されることとなる。また、この場合、脚リンク３の屈伸動作に伴い筐体１７を揺動させるための揺動軸１９，１９の軸心が、ボールネジ機構のナット部材２０，２２の内部において、該ナット部材２０，２２の軸心と直交しているので、ナット部材２０，２２の内側で直動出力軸１４ａに曲げ力が作用するのを極力抑制することができる。このため、ナット部材２０，２２の回転駆動に応じた直動出力軸１４ａの軸心方向の移動を安定且つ円滑に行うことができる。

以上が本実施形態の歩行補助装置Ａの機構的な主要構成である。なお、図示は省略するが、直動アクチュエータ１４の電動モータ１６の運転制御を行うために、歩行補助装置Ａの適所に、マイクロコンピュータ等を含む制御装置や、電源電池が搭載される。例えば制御装置は、着座部１の基本フレーム１ｂの内部に搭載され、電源電池は、上側リンク部材５に搭載される。さらに、歩行補助装置Ａには、利用者の踏力を検出するためのセンサや、各脚リンク３の屈曲角度を検出するセンサも搭載され、これらのセンサの出力が、電動モータ１６の運動制御に利用される。

かかる歩行補助装置Ａでは、利用者の歩行時に、利用者の体重の一部を支える荷重（上向きの並進力）を定常的に着座部１から利用者に作用させるように、接地状態の各脚リンク３の第３関節８が駆動される。より詳しくは、所定値の並進力（例えば利用者の体重の所定割合（例えば２０％等）を支える並進力）を着座部１から利用者に作用させるべき目標荷重とし、この目標荷重を発生させるために要求される第３関節８の必要トルク（脚リンク３の伸展方向の必要トルク）が図示しない制御装置の演算処理により決定される。そして、この必要トルクを第３関節８に作用させるように、電動モータ１６の出力トルクが制御される。これにより、着座部１から利用者に目標とする荷重が作用し、利用者の脚の負担が軽減される。

なお、以上説明した実施形態では、荷重伝達部をサドル状のシート部１ａを有する着座部１により構成したが、利用者の腰周りに装着するハーネス状の可撓性部材により荷重伝達部を構成してもよい。荷重伝達部は、利用者の体幹部に上向きの並進力を作用させるために、両脚の付け根の間で利用者に接する部分を備えることが好ましい。

また、前記実施形態では、第１関節４を円弧状のガイドレール１１を有するものに構成して、各脚リンク３の前後方向の揺動支点としてのガイドレール１１の曲率中心４ａが着座部材１の上方に位置するようにしたが、例えば脚リンク３の上端部を着座部１の側部や下部で横方向（左右方向）の軸で軸支する単純な構造の関節構造で第１関節４を構成してもよい
また、片方の脚が骨折等で不自由な利用者の歩行を補助するため、前記実施形態の左右の脚リンク３，３のうち、利用者の不自由な脚側の脚リンクのみを残して、他方の脚リンクを省略するようにしてもよい。

本発明の一実施形態に係る歩行補助装置の概略構成を示す側面図。図１の歩行補助装置の上側リンク部材を破断して示す図。図２のI I I−I I I線断面図。図３のIV−IV線断面図。

符号の説明

Ａ…歩行補助装置、１…着座部材(荷重伝達部)、２…足平装着部、３…脚リンク、４…第１関節、４ａ…ガイドレールの曲率中心、５…上側リンク部材、６…第２関節、７…下側リンク部材、８…第３関節、８ａ…支軸、９…駆動機構、１１…ガイドレール、１２…スライダ、１４…直動アクチュエータ、１４ａ…直動出力軸（直動軸部材）、１４ａａ…ネジ溝、１５…動力伝達機構、１６…電動モータ、１７…筐体、１７ａ…主筐体、１７ａｂ…開口、１７ｂ…副筐体、１８…軸受け部材、１８ａ…ベアリング、１９…支軸、揺動軸、２０…ナット部材本体（ナット部材、インナーカラー）、２１…ボール、２２…筒状部材（ナット部材、インナーカラー）、２３ａ，２３ｂ…ベアリング（アンギュラベアリング）、２３ｃ…ベアリング、２５…アウターカラー、２５ｂ…開口、３０…クランクアーム、３０ａ…枢支部、３１…連結ロッド。

Claims

利用者の体幹部に該利用者の体重の一部を支える荷重を伝達する荷重伝達部と、利用者の足平に装着される足平装着部と、該足平装着部を荷重伝達部に連結する脚リンクとを備え、該脚リンクが前記荷重伝達部から第１関節を介して延設された上側リンク部材と、前記足平装着部から第２関節を介して延設された下側リンク部材と、該上側リンク部材と下側リンク部材とを屈伸自在に連結する第３関節とから構成され、さらに前記第３関節を駆動するための駆動機構を備えた歩行補助装置において、
前記駆動機構は、上側リンク部材に搭載された電動モータと、該電動モータにより回転駆動され、上側リンク部材に揺動自在に支持された筐体の内部に配置されるナット部材と、該ナット部材に保持されるボールを介して当該ナット部材に螺合するネジ溝が外周面に形成された直動出力軸とを備える直動アクチュエータ、及び、第３関節の関節軸と同軸心に前記下側リンク部材に固定され、直動出力軸の一端に枢着されたクランクアームを有し、前記直動アクチュエータの直動出力軸から出力される並進力を前記クランクアームを介して前記第３関節の回転駆動力に変換するように構成され、
前記ナット部材を筐体に支持する一対のアンギュラベアリングが、該ナット部材の軸線方向に離間して設けられ、該アンギュラベアリングの外輪間に介設されるアウターカラーに、ナット部材の軸線に直交する軸線を有して対向する一対の開口が形成され、該各開口内に位置して前記筐体に装着されたベアリングが、前記上側リンク部材に突設された支軸に軸支されることを特徴とする歩行補助装置。
前記荷重伝達部は、利用者が跨ぐようにして着座する着座部材から構成され、前記第１関節は、着座部材に連結される、着座部材の上方に曲率中心を持つ前後方向に長手の円弧状のガイドレールと、前記上側リンク部材の上端部に固定される、ガイドレールに移動自在に係合するスライダを備えることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
前記電動モータの出力軸が前記ナット部材の軸線に平行に設けられることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。
前記ナット部材は、前記一対のアンギュラベアリングの内輪間に介在するインナーカラーとして機能することを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。