JP5930354B2 - 関節運動アシスト装置の足部装着構造 - Google Patents

Description

本発明は、関節運動アシスト装置の足部装着構造に係り、より詳しくは、人体の関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置の足部装着構造に関する。

従来から、要介護者・要看護者の介護・看護に用いられる様々な装置が提案されている。こうした装置の中には、介護者が、身体の自由が効かない寝たきりの高齢者等の被介護者を抱き起したり、抱き下ろしたり、あるいは移動させるための介護用の外骨格型の筋力補助装置がある（特許文献１参照：以下、「従来例」と呼ぶ）。

こうした従来例のような外骨格型の筋力補助装置では、膝関節、腰関節等の関節運動をアシストしつつ、当該装置を装着することによる重さ負荷及び被介護者を抱き上げることによる重さ負荷を軽減するために、人体の足部を装着する構造についても、外骨格構造となっている。そして、従来例の技術の足部装着構造は、下腿の外側及び内側のそれぞれに配置され、ベルトで下腿に装着される外骨格形状の下腿装着部（以下、「下腿外骨格部材」と記す）と、当該下腿外骨格部材の足首側端部に接続される足底部材とを備えるようになっている。

特開２０００−０５１２８９号公報

ところで、人体が運動靴を履いた状態等で前進歩行をする際には、片方の脚を前方に出して着地し、他方の足部のつま先部のみを床面又は地面（以下、これらを単に「床面」とも記す）につけて後へ蹴り出す動作を行う。また、人体が運動靴を履いた状態等で後進歩行をする際には、片方の脚を後方に出してつま先部から着地し、他方の脚を後方へ移動させる動作を行う。さらに、被介護者をベッド等から抱き起したり、あるいは抱き下ろしたりするときには、膝関節を屈曲して腰を落とした低い姿勢をとり、足部については踵部を床面から離隔させた底屈位になることがある。

しかしながら、上述した従来例の技術の足部装着構造では、足底部材は足裏全体を固定する一枚の平板となっている。この結果、従来例の技術の関節運動アシスト装置（以下、単に「アシスト装置」とも記す）を装着した装着者は、歩行時においてつま先部のみを床面につけて踵部を床面から離した状態（以下、「踵離地」状態とも記す）になることができず、不自然な動作を強いられる。また、当該アシスト装置を装着した装着者は、膝関節を屈曲して腰を落とした低い姿勢をとったときに「底屈位」の体勢になることができず、不自然な姿勢を強いられることになる。したがって、アシスト装置の装着者が、被介護者を抱き起して移動したり、抱き下ろしたりする際に、スムーズな動作を行うことができない場合がある。

こうした歩行時の「踵離地」状態や底屈位の体勢の「踵離地」状態になることができないという事態を解消するために、図１（Ａ）に示される足部装着構造９００のように、足底部材を、踵部を含む後足部の足裏をベルトで装着する第１足底部材９１０と、つま先部を含む前足部の足裏をベルト装着する第２足底部材９２０とを備える構造にすることが考えられる。そして、蝶番（ヒンジ）９３０を軸（Ｙ軸と平行な軸）として、第２足底部材９２０が、ピッチ方向に回動可能となるように、第１足底部材９１０に取り付ける構造が考えられる。

ここで、図１（Ａ）における座標系（Ｘ，Ｙ，Ｚ）は、足部装着構造９００が人体の左の足部に装着された場合に、直立姿勢時において、人体の正面方向を＋Ｘ方向、人体の右側から左側へと向かう方向を＋Ｙ方向、鉛直上方方向を＋Ｚ方向とする座標系である（後述する図２〜図７についても同様）。こうした図１（Ａ）に示される足部装着構造９００では、踵部を含む後足部の足裏を第１足底部材９１０に装着した状態で、「踵離地」状態になることが可能となる（図１（Ｂ）参照）。

しかし、図１（Ａ）に示される足部装着構造９００では、足部が「踵離地」状態になると、図１（Ｂ）に示されるように、蝶番（ヒンジ）９３０を軸として、第１足底部材９１０が、第２足底部材９２０に対して回動するのみで、当該回動に応じて、第１足底部材９１０の第２足底部材９２０側端部と、第２足底部材９２０の第１足底部材９１０側端部との間隔は変化しない。このため、図１（Ａ），（Ｂ）に示される足部装着構造９００では、足部が「踵離地」状態になるときに足裏が伸びる動きに対応できておらず、足部が「踵離地」状態になるときには、つま先部を含む前足部が、第２足底部材９２０上で＋Ｘ方向へスライドしてしまう（図１（Ｂ）参照）。この結果、図１（Ａ），（Ｂ）に示される足部装着構造９００であっても、「踵離地」状態になるときの足裏が伸びる動きに追従できず、装着者は、違和感なくスムーズな歩行等の動きを行えるとは言い難い。

このため、足部装着構造を有する外骨格型の関節運動アシスト装置を装着した際に、歩行時のスムーズな「踵離地」状態や、膝関節を屈曲して腰を落とした低い姿勢をとったときのスムーズな「底屈位」の体勢を実現し、かつ、歩行時の「踵離地」状態や「底屈位」の体勢の「踵離地」状態において装着者に与える違和感を低減させることができる技術が望まれている。かかる要請に応えることが、本発明が解決すべき課題の一つとして挙げられる。

本発明は、上記の事情を鑑みてなされたものであり、スムーズかつ安定した足部の動きを実現することができる関節運動アシスト装置の足部装着構造を提供することを目的とする。

本発明は、人体の足部に装着し、関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置の足部装着構造であって、前記人体の膝関節から足関節へ延びる方向に沿って、下腿の外側に装着される外側外骨格部材と；前記膝関節から前記足関節へ延びる方向に沿って、前記下腿の内側に装着される内側外骨格部材と；前記外側外骨格部材の足関節側及び前記内側外骨格部材の足関節側に配設され、前記足部の踵部を含む後足部の足裏が装着される平板を含む後側足底部材と；前記足部のつま先部を含む前足部の足裏が装着される平板状の前側足底部材と；前記後側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれにおいて、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びて前記後側足底部材に固定されるとともに、足甲側方向に軸穴が成形された２つの第１及び第２後側軸受部材と；前記前側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれにおいて、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びて前記前側足底部材に固定されるとともに、足甲側方向に軸穴が成形された２つの第１及び第２前側軸受部材と；前記第１後側軸受部材の軸穴及び前記第１前側軸受部材の軸穴に挿入される第１軸部材と；前記第２後側軸受部材の軸穴及び前記第２前側軸受部材の軸穴に挿入される第２軸部材と；を備え、前記前側足底部材は、前記第１及び第２軸部材により、前記後側足底部材に対して、ピッチ方向に回動可能に取り付けられ、前記前側足底部材と前記後側足底部材の平板とが平行になるときには、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部と前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部との間隔が狭まり、前記前側足底部材と前記後側足底部材の平板とが交差する角度が広がるときには、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部と前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部との間隔が広がる、ことを特徴とする関節運動アシスト装置の足部装着構造である。

この関節運動アシスト装置の足部装着構造では、踵部を含む後足部の足裏が後側足底部材に装着されるとともに、つま先部を含む前足部の足裏が前側足底部材に装着される。後側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれには、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びた第１及び第２後側軸受部材が固定されている。また、前側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれには、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びた第１及び第２前側軸受部材が固定されている。そして、第１後側軸受部材の軸穴及び第１前側軸受部材の軸穴に挿入される第１軸部材、並びに、第２後側軸受部材の軸穴及び第２前側軸受部材の軸穴に挿入される第２軸部材により、前側足底部材は、後側足底部材に対して、ピッチ方向に回動可能に取り付けられる。

当該足部装着構造の関節運動アシスト装置を装着した人体の足部が「踵離地」の状態になると、前側足底部材と後側足底部材の平板とが交差する角度が広がるとともに、足裏の伸びる動きに追従して、後側足底部材の前側足底部材側端部と前側足底部材の後側足底部材側端部との間隔が広がる。このため、本発明の足部装着構造を有する外骨格型の関節運動アシスト装置を着用した場合に、歩行時のスムーズな「踵離地」状態や、膝関節を屈曲して腰を落とした低い姿勢をとったときのスムーズな「底屈位」の体勢が実現され、かつ、歩行時の「踵離地」状態や「底屈位」の体勢の「踵離地」状態において装着者に与える違和感を低減させることができる。

したがって、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造によれば、スムーズかつ安定した足部の動きを実現することができる。

本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造では、前記第１及び第２後側軸受部材は、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部に固定され、前記第１及び第２前側軸受部材は、前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部に固定される、ようにすることができる。この場合には、第１及び第２後側軸受部材、並びに、第１及び第２前側軸受部材をコンパクトにすることができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造では、前記第１及び第２後側軸受部材の軸穴は、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部から、つま先側方向へ迫り出した位置における足甲側上方に成形され、前記第１及び第２前側軸受部材の軸穴は、前記前側足底部材の前記後側足底部材側における足甲側上方に成形される、ようにすることができる。この場合には、前側足底部材は、前側足底部材の後側足底部材側における足甲側上方を回動軸として、後側足底部材に対して、ピッチ方向に回動する構造となる。このため、人体の足部を本発明の足部装着構造に装着した場合に、歩行時等において足部が「踵離地」の状態になるときの足部における回動軸位置と、前側足底部材に対する後側足底部材の回動軸位置とを略一致させることができる。この結果、スムーズな「踵離地」状態を実現することができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造では、前記足部の中足趾節関節の関節運動軸が、前記第１軸部材と前記第２軸部材とを結ぶ略線分上に位置するように、前記足部が装着される、ようにすることができる。ここで、歩行時等において足部が「踵離地」状態になるときの足部における回転軸位置が、足部の中足趾節関節の関節運動軸と略一致することが、本発明者の研究の結果から得られている。

この場合には、第１及び第２軸部材の回動軸位置と、歩行時等において足部が「踵離地」の状態になるときの足部における回動軸位置とを略一致させることができる。この結果、よりスムーズな足部の「踵離地」状態を実現することができる。

また、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造では、前記後側足底部材に固定され、前記足部の踵部を保持する踵止め部材を更に備える、構成とすることができる。そして、かかる構成を採用する場合に、前記第１及び第２軸部材の軸方向からみて、前記足部の中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸を結ぶ線分上の所定の位置を通り、かつ、中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸と略平行な線が、前記第１軸部材と前記第２軸部材とを結ぶ線と略一致するように、前記足部が装着される、ようにすることができる。ここで、本発明者が研究の結果から得た知見によれば、足部の踵部を踵止め部材で固定した場合においては、歩行時等において足部が「踵離地」状態になるときの足部における回転軸が、足部の中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節（リスフラン関節）の関節運動軸を結ぶ線分上の所定の位置を通り、かつ、中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸と略平行になる。

この場合には、踵止め部材で足部の踵部を保持した状態において、第１及び第２軸部材の回動軸位置と、歩行時等において足部が「踵離地」状態になるときの足部における回動軸位置とを略一致させることができる。この結果、足部の踵部を踵止め部材で保持した場合において、一層スムーズな足部の「踵離地」状態を実現することができる。

本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造では、前記外側外骨格部材は、前記人体の下腿に対応する第１外側外骨格部材と；一方の端部が前記人体の足関節に対応する位置で、前記第１外側外骨格部材に前記足関節の回動方向に回動可能に接続されるとともに、他方の端部が前記後側足底部材に接続される第２外側外骨格部材と；を備える構成とすることができる。そして、前記内側外骨格部材は、前記人体の下腿に対応する第１内側外骨格部材と；一方の端部が前記足関節に対応する位置で、前記第１内側外骨格部材に前記足関節の回動方向に回動可能に接続されるとともに、他方の端部が前記後側足底部材に接続される第２内側外骨格部材と；を備える、構成とすることができる。

この場合には、装着された人体の足関節（距腿関節：足の骨と下腿骨とを結んでいる関節単位）の動きに対応したスムーズな動きを実現することができる。

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造によれば、スムーズかつ安定した足部の動きを実現することができるという効果を奏する。

従来の関節運動アシスト装置の足部装着構造を示す図である。 本発明の一実施形態に係る関節運動アシスト装置の足部装着構造の外観図（ＸＺ平面視図）である。 図２の足部装着構造の外観図（ＹＺ平面視図）である。 図２及び図３の足部装着部の構成を説明するための図である。 図４の足裏装着部の構成を説明するための分離図である。 基本状態時、及び、踵離地状態時の足部装着構造の状態を説明するための図である。 変形例における第１及び第２軸部材の位置を説明するための図である。

１００…関節運動アシスト装置の足部装着構造、１１１…第１外側外骨格部材、１１２…第２外側外骨格部材、１１６…第１内側外骨格部材、１１７…第２内側外骨格部材、１２０…足部装着部、１３０…後側足部装着部、１３１…後側平板部材（後側足底部材の一部）、１３２₁…第１接続用部材（後側足底部材の一部）、１３２₂…第２接続用部材（後側足底部材の一部）、１３４₁…第１後側軸受部材、１３４₂…第２後側軸受部材、１３９…踵止め部材、１４０…前側足部装着部、１４１…前側平板部材（前側足底部材）、１４４₁…第１前側軸受部材、１４４₂…第２前側軸受部材、ＨＢ₁，ＨＢ₂，ＨＦ₁，ＨＦ₂…軸穴、ＡＸ１…第１軸部材、ＡＸ２…第２軸部材、１６１，１６２，１６６，１６７…連接部材、２１１，２１２，２１３，２１４…ベルト部材、３１１…外側大腿外骨格部材，３１６…内側大腿外骨格部材、３２１，３２２，３２６，３２７…連接部材、９００…足部装着構造、９１０…第１足底部材、９２０…第２足底部材、９３０…蝶番（ヒンジ）

以下、本発明の一実施形態を、図２〜図６を参照して説明する。なお、本実施形態においては、人体の左足部に装着される関節運動アシスト装置の足部装着構造を例示して説明する。また、以下の説明及び図面においては、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［構成］
図２，３には、一実施形態に係る関節運動アシスト装置の足部装着構造１００（以下、単に「足部装着構造１００」とも記す）の外観図が示されている。ここで、図２は、水平面に足裏全体を着地させた状態（以下、こうした状態を「基本状態」とも記す）時において、人体の左足部に装着された足部装着構造１００を、＋Ｙ方向側（外甲側）から眺めた外観図（ＸＺ平面視図）である。また、図３は、人体の左足部に装着された足部装着構造１００を、基本状態において、−Ｘ方向側（踵側）から眺めた外観図（ＹＺ平面視図）である。

この足部装着構造１００は、人体の大腿部の外側に装着される長板状の外側大腿外骨格部材３１１における膝関節側の端部、及び、当該大腿部の内側に装着される長板状の内側大腿外骨格部材３１６における膝関節側の端部に接続されている。

図２，３により総合的に示されるように、足部装着構造１００は、第１外側外骨格部材１１１と第２外側外骨格部材１１２と、第１内側外骨格部材１１６と、第２内側外骨格部材１１７とを備えている。また、足部装着構造１００は、足部装着部１２０を備えている。

上記の第１外側外骨格部材１１１は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状外骨格部材と、当該長板状外骨格部材における長手方向の両方の端部に固定的に接続された外歯歯車とから構成されている。この第１外側外骨格部材１１１は、左下腿部が膝関節から足関節（いわゆる足首関節、踝関節）へ延びる方向に沿って、左下腿部の外側（＋Ｙ方向側）に配置される。

第１外側外骨格部材１１１における膝関節側の端部の外歯歯車は、膝関節に対応する位置で、外側大腿外骨格部材３１１における膝関節側の端部の外歯歯車と噛合し、当該噛合が２つの連接部材３２１，３２２により確保されている。そして、第１外側外骨格部材１１１及び外側大腿外骨格部材３１１は、膝関節に対応する位置において、互いに膝関節の回動方向に回動可能となっている。

上記の第２外側外骨格部材１１２は、例えば、鋼鉄製の部材であり、長板状の板状外骨格部材と、当該板状外骨格部材の一方の端部に固定的に接続された外歯歯車とから構成されている。そして、第２外側外骨格部材１１２における一方の端部の外歯歯車は、足関節に対応する位置で、第１外側外骨格部材１１１における足関節側の端部の外歯歯車の噛合し、足関節の回動方向に回動可能となるように、当該噛合が２つの連接部材１６１，１６２により確保されている。また、第２外側外骨格部材１１２における他方の端部は、足部装着部１２０に固定的に接続されている。

上記の第１内側外骨格部材１１６は、例えば、鋼鉄製の部材であり、上述した第１外側外骨格部材１１１と同様に、長板状外骨格部材と、当該長板状外骨格部材における長手方向の両方の端部に固定的に接続された外歯歯車とから構成されている。この第１内側外骨格部材１１６は、左下腿部が膝関節から足関節へ延びる方向に沿って、左下腿部の内側（−Ｙ方向側）に配置される。

第１内側外骨格部材１１６における膝関節側の端部の外歯歯車は、膝関節に対応する位置で、内側大腿外骨格部材３１６における膝関節側の端部の外歯歯車と噛合し、膝関節の回動方向に回動可能となるように、当該噛合が２つの連接部材３２６，３２７により確保されている。そして、第１内側外骨格部材１１６及び内側大腿外骨格部材３１６は、膝関節に対応する位置において、互いに膝関節の回動方向に回動可能となっている。

上記の第２内側外骨格部材１１７は、例えば、鋼鉄製の部材であり、上述した第２外側外骨格部材１１２と同様に、長板状の板状外骨格部材と、当該板状外骨格部材の一方の端部に固定的に接続された外歯歯車とから構成されている。そして、第２内側外骨格部材１１７における一方の端部の外歯歯車は、足関節に対応する位置で、第１内側外骨格部材１１６における足関節側の端部の外歯歯車の噛合し、足関節の回動方向に回動可能となるように、当該噛合が２つの連接部材１６６，１６７により確保されている。また、第２内側外骨格部材１１７における他方の端部は、足部装着部１２０に固定的に接続されている。

本実施形態では、下腿部の外側に配置される第１外側外骨格部材１１１及び下腿部の内側に配置される第１内側外骨格部材１１６は、布製のベルト部材２１１，２１２により下腿部に装着される。

＜足部装着部１２０の構成＞
次に、上記の足部装着部１２０の構成について説明する。足部装着部１２０は、図２，３、並びに、図４（Ａ），（Ｂ）及び図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、第１軸部材ＡＸ１と、第２軸部材ＡＸ２と、後側足部装着部１３０と、前側足部装着部１４０とを備えている。

ここで、図４（Ａ）は、足部装着部１２０を＋Ｙ方向側から視た図であり、図４（Ｂ）は、足部装着部１２０を＋Ｚ方向側から視た図である。また、図５（Ａ），（Ｂ）は、足部装着部１２０を、後側足部装着部１３０と、前側足部装着部１４０とに分離した図である。ここで、図５（Ａ）は、分離した後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０を、＋Ｙ方向側から視た図である。また、図５（Ｂ）は、分離した後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０を、＋Ｚ方向側から視た図である。この後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０は、第１軸部材ＡＸ１及び第２軸部材ＡＸ２により、取り付けられる（図４（Ａ），（Ｂ）参照）。

上記の第１軸部材ＡＸ１は、例えば、鋼鉄製の円柱形状の部材である。この第１軸部材ＡＸ１は、後述する第１後側軸受部材１３４₁に成形された軸穴ＨＢ₁、及び、第１前側軸受部材１４４₁に成形された軸穴ＨＦ₁に挿入される。

上記の第２軸部材ＡＸ２は、例えば、鋼鉄製の円柱形状の部材である。この第２軸部材ＡＸ２は、後述する第２後側軸受部材１３４₂に成形された軸穴ＨＢ₂、及び、第２前側軸受部材１４４₂に成形された軸穴ＨＦ₂に挿入される。

第２軸部材ＡＸ２は、上述した第１軸部材ＡＸ１の軸方向の延長線上に、配置されるようになっている。そして、本実施形態では、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２の軸方向（Ｙ軸方向）からみて、足部の中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸を結ぶ線分上の所定の位置を通り、かつ、中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸と略平行な線が、第１軸部材ＡＸ１と第２軸部材ＡＸ２とを結ぶ線と略一致するようになっている（後述する図７における軸ＡＸＡを参照）。

《後側足部装着部１３０の構成》
次いで、上記の後側足部装着部１３０の構成について説明する。この後側足部装着部１３０は、踵部から土踏まず部にかけた後側足部が装着される（図２参照）。

後側足部装着部１３０は、図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、後側足底部材の一部としての後側平板部材１３１と、後側足底部材の一部としての第１接続用部材１３２₁と、後側足底部材の一部としての第２接続用部材１３２₂とを備えている。また、後側足部装着部１３０は、第１後側軸受部材１３４₁と、第２後側軸受部材１３４₂と、踵止め部材１３９とを備えている。

上記の後側平板部材１３１は、例えば、鋼鉄製の部材であり、本実施形態では、ＸＹ平面視で−Ｘ方向側の２の角を丸めた長方形状の平板に成形されている。この後側平板部材１３１には、足部における踵部を含む後足部の足裏が配置され、布製のベルト部材２１３（図２参照、図５（Ａ），（Ｂ）においては不図示）により、当該後足部が装着される。

上記の第１接続用部材１３２₁は、例えば、鋼鉄製の部材であり、ＸＺ平面視で長方形状となっている。この第１接続用部材１３２₁は、後側平板部材１３１における外甲側（＋Ｙ方向側）端部の略中央に、不図示のネジ止め等で取り付けられる。そして、第１接続用部材１３２₁における＋Ｚ方向側端部に、第２外側外骨格部材１１２における他方の端部が固定的に接続される。

上記の第２接続用部材１３２₂は、例えば、鋼鉄製の部材であり、上述した第１接続用部材１３２₁と同様に、ＸＺ平面視で長方形状となっている。この第２接続用部材１３２₂は、後側平板部材１３１における内甲側（−Ｙ方向側）端部の略中央に、上述した第１接続用部材１３２₁と対向するように、不図示のネジ止め等で取り付けられる。そして、第２接続用部材１３２₂における＋Ｚ方向側端部に、第２内側外骨格部材１１７における他方の端部が固定的に接続される。

上記の第１後側軸受部材１３４₁は、例えば、鋼鉄製の部材であり、ＸＺ平面視で長手方向をＸ方向とする長方形状となっており、本実施形態では、＋Ｘ方向側の端部が半円形状となるように成形されている。この第１後側軸受部材１３４₁は、後側平板部材１３１における外甲側（＋Ｙ方向側）端部の前側足部装着部１４０側（＋Ｘ方向側）に、短手方向が足甲側（＋Ｚ方向側）へ沿って延びるようにして、不図示のネジ止め等で固定される。そして、第１後側軸受部材１３４₁には、第１軸部材ＡＸ１を挿入する軸穴ＨＢ₁が成形加工されている。ここで、当該軸穴ＨＢ₁は、第１後側軸受部材１３４₁が後側平板部材１３１に取り付けられた場合に、当該後側平板部材１３１の＋Ｘ方向側端部から＋Ｘ方向へ迫り出した位置における＋Ｚ方向側上方（本実施形態では、上述した半円の中心）に、成形されるようになっている。

上記の第２後側軸受部材１３４₂は、例えば、鋼鉄製の部材であり、上述した第１後側軸受部材１３４₁と同様に、ＸＺ平面視で長手方向をＸ方向とする長方形状となっており、＋Ｘ方向側の端部が半円形状となるように成形されている。この第２後側軸受部材１３４₂は、後側平板部材１３１における内甲側（−Ｙ方向側）端部の前側足部装着部１４０側（＋Ｘ方向側）に、短手方向が足甲側（＋Ｚ方向側）へ沿って延びるようにして、上述した第１後側軸受部材１３４₁と対向するように、不図示のネジ止め等で固定される。そして、第２後側軸受部材１３４₂には、第２軸部材ＡＸ２を挿入する軸穴ＨＢ₂が形成加工されている。ここで、当該軸穴ＨＢ₂は、第２後側軸受部材１３４₂が後側平板部材１３１に取り付けられた場合に、上述した第１後側軸受部材１３４₁に成形される軸穴ＨＢ₁と対向するように、当該後側平板部材１３１の＋Ｘ方向側端部から＋Ｘ方向へ迫り出した位置における＋Ｚ方向側上方（本実施形態では、上述した半円の中心）に、成形されるようになっている。

上記の踵止め部材１３９は、例えば、鋼鉄製の部材であり、後側平板部材１３１における−Ｘ方向側の端部に固定される。この踵止め部材１３９により、後側平板部材１３１に配置される後足部の踵部を支持するようになっている。

《前側足部装着部１４０の構成》
次いで、上記の前側足部装着部１４０の構成について説明する。この前側足部装着部１４０は、土踏まず部からつま先部にかけた前側足部が装着される（図２参照）。

前側足部装着部１４０は、図５（Ａ），（Ｂ）により総合的に示されるように、前側足底部材としての前側平板部材１４１と、第１前側軸受部材１４４₁と、第２前側軸受部材１４４₂とを備えている。

上記の前側平板部材１４１は、例えば、鋼鉄製の部材であり、本実施形態では、ＸＹ平面視で＋Ｘ方向側の２つの角を丸めた長方形状の平板に成形されている。この前側平板部材１４１には、足部におけるつま先部を含む前足部の足裏が配置され、布製のベルト部材２１４（図２参照、図５（Ａ），（Ｂ）においては不図示）により、当該前足部が装着される。

上記の第１前側軸受部材１４４₁は、例えば、鋼鉄製の部材であり、ＸＺ平面視で長手方向をＸ方向とする長方形状となっている。この第１前側軸受部材１４４₁は、前側平板部材１４１における外甲側（＋Ｙ方向側）端部の後側足部装着部１３０側（−Ｘ方向側）に、短手方向が足甲側（＋Ｚ方向側）へ沿って延びるようにして、不図示のネジ止め等で固定される。そして、第１前側軸受部材１４４₁には、第１軸部材ＡＸ１を挿入する軸穴ＨＦ₁が成形加工されている。ここで、当該軸穴ＨＦ₁は、第１前側軸受部材１４４₁を前側平板部材１４１に取り付けた場合に、当該前側平板部材１４１の−Ｘ方向側における＋Ｚ方向側上方に、成形されるようになっている。

上記の第２前側軸受部材１４４₂は、例えば、鋼鉄製の部材であり、上述した第１前側軸受部材１４４₁と同様に、ＸＺ平面視で長手方向をＸ方向とする平板形状となっている。この第２前側軸受部材１４４₂は、前側平板部材１４１における内甲側（−Ｙ方向側）端部の後側足部装着部１３０側（−Ｘ方向側）に、短手方向が足甲側（＋Ｚ方向側）へ沿って延びるようにして、上述した第１前側軸受部材１４４₁と対向するように、不図示のネジ止め等で固定される。そして、第２前側軸受部材１４４₂には、第２軸部材ＡＸ２を挿入する軸穴ＨＦ₂が形成加工されている。ここで、当該軸穴ＨＦ₂は、第２前側軸受部材１４４₂を前側平板部材１４１に取り付けた場合に、上述した第１前側軸受部材１４４₁に成形される軸穴ＨＦ₁と対向するように、当該前側平板部材１４１の−Ｘ方向側における＋Ｚ方向側上方に、成形されるようになっている。

ここで、本実施形態では、第１前側軸受部材１４４₁と第２前側軸受部材１４４₂との間の距離ＬＦは、第１後側軸受部材１３４₁と第２後側軸受部材１３４₂との間の距離ＬＢよりも長くなっており、半円形状に成形された第１及び第２後側軸受部材１３４₁，１３４₂の＋Ｘ方向側の端部は、前側足部装着部１４０の前側平板部材１４１に接するようになっている。そして、後側足部装着部１３０が、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２を回転軸として、図４に示される状態から、−Ｙ方向を視線方向としたＸＺ平面視で反時計回りに回転した場合にも、当該半円形状の第１及び第２後側軸受部材１３４₁，１３４₂の＋Ｘ方向側の端部は、常に、前側足部装着部１４０の前側平板部材１４１に接している。

このため、本実施形態の足部装着構造１００は、足部が「踵離地」状態になった際には、関節運動アシスト装置の重さの一部及び被介護者の体重の一部を、前側足部装着部１４０を介して床面へ逃がし、関節運動アシスト装置の装着者の腰部、膝部等への負担を軽減する構造にもなっている。

以上、人体の左足部に装着される足部装着構造１００について説明したが、当該人体の右足部に装着される足部装着構造についても、左足部に装着される足部装着構造と同様に構成されている。

［動作］
以上のようにして構成された関節運動アシスト装置の足部装着構造１００の動作について、説明する。

なお、足部装着構造１００は、人体の足部に装着されており、当初においては、図６（Ａ）に示されるように、基本状態にあるものとする。また、当該基本状態においては、後側平板部材１３１の＋Ｘ方向側端部と前側平板部材１４１の−Ｘ方向側端部との間隔（以下、単に「間隔」とも記す）は、図６（Ａ）に示されるように、距離Ｄ_Sとなっている。

こうした基本状態から、歩行動作や底屈位の体勢をとることにより、「踵離地」状態になると、図６（Ｂ）に示されるように、第１軸部材ＡＸ１及び第２軸部材ＡＸ２を回動軸として、後側足部装着部１３０における後側平板部材１３１が、−Ｙ方向を視線方向としたＸＺ平面視で反時計回り（以下、単に「反時計回り」とも記す）に回動する。

後側平板部材１３１が、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２を回動軸として反時計回りに回動すると、後側平板部材１３１と前側平板部材１４１とが交差する角度が広がるとともに、「踵離地」状態になるときに足裏が伸びる動きに追従して、後側平板部材１３１の＋Ｘ方向側端部と前側平板部材１４１の−Ｘ方向側端部との間隔が距離Ｄ_Tに広がる。

また、図６（Ｂ）に示される「踵離地」状態から図６（Ａ）に示される基本状態に移るときには、第１軸部材ＡＸ１及び第２軸部材ＡＸ２を回動軸として、後側平板部材１３１が、−Ｙ方向を視線方向としたＸＺ平面視で時計回り（以下、単に「時計回り」とも記す）に回動する。こうして後側平板部材１３１が、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２を回動軸として時計回りに回動すると、後側平板部材１３１と前側平板部材１４１とが平行になるとともに、足裏が縮む動きに追従して、間隔が距離Ｄ_Sに狭まる。

以上説明したように、本実施形態では、踵部から土踏まず部にかけた後足部が後側足部装着部１３０に装着され、土踏まず部からつま先部にかけた前足部が前側足部装着部１４０に装着される。後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０は、歩行時や底屈位の体勢において足部が「踵離地」状態になるときの足部における回動軸位置と略一致するように、回動可能に取り付けられる。

水平の床面に足裏全体をつけた姿勢から、歩行動作や底屈位の体勢をとることにより「踵離地」状態に移ると、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２を回動軸として、後側足部装着部１３０における後側平板部材１３１が回動し、「踵離地」状態になるときに足裏が伸びる動きに対応して、後側足部装着部１３０と前側足部装着部１４０との間隔が広がる。また、「踵離地」状態から水平の床面に足裏全体をつけた姿勢に移るときには、第１及び第２軸部材ＡＸ１，ＡＸ２を回動軸として、後側平板部材１３１が回動して、足裏が縮む動きに対応して、後側足部装着部１３０と前側足部装着部１４０との間隔が狭まる。

したがって、本実施形態によれば、関節運動アシスト装置を装着した場合において、スムーズかつ安定した足部の動きを実現することができる。

［実施形態の変形］
本発明は、上記の実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。

例えば、上記の実施形態では、後側足部装着部の後側平板部材に、踵止め部材を固定するようにしたが、更に、前側足部装着部の前側平板部材に、前足部のつま先部を支持するつま先止め部材を固定する構造としてもよい。この場合、すなわち、足部装着構造が、踵止め部材及びつま先止め部材を備える構造にした場合には、第１軸部材と第２軸部材とを結ぶ線分上に、足部の中足趾節関節の関節運動軸付近が位置するように（図７における軸ＡＸＢを参照）、第１及び第２軸部材を挿入する軸穴を成形した後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０にするようにすればよい。

こうした構造を採用した場合にも、よりスムーズな足部の「踵離地」状態を実現することができる。

また、上記の実施形態では、後側足部装着部の後側平板部材に、踵止め部材を固定するようにしたが、当該踵止め部材を後側平板部材に固定せず、かつ、上述したつま先止め部材を、前側足部装着部の前側平板部材に固定しない構造としてもよい。この場合、すなわち、足部装着構造が、踵止め部材及びつま先止め部材を備えない構造にした場合には、第１軸部材と第２軸部材とを結ぶ線分上に、足部の中足趾節関節の関節運動軸付近が位置するように（図７における軸ＡＸＢを参照）、第１及び第２軸部材を挿入する軸穴を成形した後側足部装着部１３０及び前側足部装着部１４０にするようにすればよい。

こうした構造を採用した場合にも、よりスムーズな足部の「踵離地」状態を実現することができる。

また、上記の実施形態では、第１及び第２後側軸受部材の＋Ｘ方向側の端部を半円形状としたが、当該＋Ｘ方向側端部の−Ｚ方向側のみを４分の１円形状にし、当該＋Ｘ方向側端部の＋Ｚ方向側については他の形状としてもよい。

また、上記の実施形態では、第１及び第２前側軸受部材の形状を、長手方向をＸ方向とする長方形状したが、当該第１及び第２前側軸受部材の−Ｘ方向側を半円形状に成形するようにしてもよい。

また、上記の実施形態では、第１外側外骨格部材の足関節側端部を外歯歯車にするとともに、第２外側外骨格部材の足関節側端部を外歯歯車とすることで、互いの部材が足関節に対応する位置で、足関節の回動方向に回動可能に接続されるようにした。また、上記の実施形態では、第１内側外骨格部材の足関節側端部を外歯歯車にするとともに、第２内側外骨格部材の足関節側端部を外歯歯車とすることで、互いの部材が足関節に対応する位置で、足関節の回動方向に回動可能に接続されるようにした。これに対して、第１外側外骨格部材と第２外側外骨格部材とを一体とする部材にするとともに、第１内側外骨格部材と第２内側外骨格部材とを一体とする部材にするようにしてもよい。

本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造は、介護や福祉の分野で利用する場合には、介護者がパワーアシスト用の装置として装着するだけでなく、力が弱っている被介護者がパワーアシスト用又はリハビリテーション用の装置としても利用することができる。また、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造は、介護や福祉の分野以外で重量物を持ち上げる等の場合のパワーアシスト装置としても利用することができる。

また、上記の実施形態においては、人体の関節運動をアシストする関節運動アシスト装置の足部装着構造に本発明を適用したが、関節機構を有する人体以外の外骨格形の哺乳類、外骨格形のロボット等の関節運動アシスト装置の足部装着構造にも本発明を適用することができる。

以上説明したように、本発明の関節運動アシスト装置の足部装着構造は、関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置の足部装着構造に適用することができる。

Claims (7)

1. 人体の足部に装着し、関節運動をアシストする外骨格型の関節運動アシスト装置の足部装着構造であって、
   前記人体の膝関節から足関節へ延びる方向に沿って、下腿の外側に装着される外側外骨格部材と；
   前記膝関節から前記足関節へ延びる方向に沿って、前記下腿の内側に装着される内側外骨格部材と；
   前記外側外骨格部材の足関節側及び前記内側外骨格部材の足関節側に配設され、前記足部の踵部を含む後足部の足裏が装着される平板を含む後側足底部材と；
   前記足部のつま先部を含む前足部の足裏が装着される平板状の前側足底部材と；
   前記後側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれにおいて、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びて前記後側足底部材に固定されるとともに、足甲側方向に軸穴が成形された２つの第１及び第２後側軸受部材と；
   前記前側足底部材における外甲側端部及び内甲側端部のそれぞれにおいて、相互に対向して、足甲側へ沿った方向に延びて前記前側足底部材に固定されるとともに、足甲側方向に軸穴が成形された２つの第１及び第２前側軸受部材と；
   前記第１後側軸受部材の軸穴及び前記第１前側軸受部材の軸穴に挿入される第１軸部材と；
   前記第２後側軸受部材の軸穴及び前記第２前側軸受部材の軸穴に挿入される第２軸部材と；を備え、
   前記前側足底部材は、前記第１及び第２軸部材により、前記後側足底部材に対して、ピッチ方向に回動可能に取り付けられ、
   前記前側足底部材と前記後側足底部材の平板とが平行になるときには、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部と前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部との間隔が狭まり、
   前記前側足底部材と前記後側足底部材の平板とが交差する角度が広がるときには、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部と前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部との間隔が広がる、
   ことを特徴とする関節運動アシスト装置の足部装着構造。
2. 前記第１及び第２後側軸受部材は、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部に固定され、
   前記第１及び第２前側軸受部材は、前記前側足底部材の前記後側足底部材側端部に固定される、
   ことを特徴とする請求項１に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。
3. 前記第１及び第２後側軸受部材の軸穴は、前記後側足底部材の前記前側足底部材側端部から、つま先側方向へ迫り出した位置における足甲側上方に成形され、
   前記第１及び第２前側軸受部材の軸穴は、前記前側足底部材の前記後側足底部材側における足甲側上方に成形される、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。
4. 前記第１軸部材の軸方向の延長線上に、前記第２軸部材が配置され、
   前記足部の中足趾節関節の関節運動軸が、前記第１軸部材と前記第２軸部材とを結ぶ略線分上に位置するように、前記足部が装着される、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。
5. 前記後側足底部材に固定され、前記足部の踵部を保持する踵止め部材を更に備える、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。
6. 前記第１軸部材の軸方向の延長線上に、前記第２軸部材が配置され、
   前記第１及び第２軸部材の軸方向からみて、
   前記足部の中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸を結ぶ線分上の所定の位置を通り、かつ、中足趾節関節の関節運動軸及び足根中足関節の関節運動軸と略平行な線が、前記第１軸部材と前記第２軸部材とを結ぶ線と略一致するように、前記足部が装着される、
   ことを特徴とする請求項５に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。
7. 前記外側外骨格部材は、
   前記人体の下腿に対応する第１外側外骨格部材と；
   一方の端部が前記人体の足関節に対応する位置で、前記第１外側外骨格部材に前記足関節の回動方向に回動可能に接続されるとともに、他方の端部が前記後側足底部材に接続される第２外側外骨格部材と；を備え、
   前記内側外骨格部材は、
   前記人体の下腿に対応する第１内側外骨格部材と；
   一方の端部が前記足関節に対応する位置で、前記第１内側外骨格部材に前記足関節の回動方向に回動可能に接続されるとともに、他方の端部が前記後側足底部材に接続される第２内側外骨格部材と；を備える、
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の関節運動アシスト装置の足部装着構造。

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