JP5095582B2 - 歩行補助装置 - Google Patents

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、上腿取付部材に揺動可能に取り付けられたモータのモータ軸とボールネジとがフレキシブル継手に介して直列に連結されているので、駆動機構が長軸化するという問題があった。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、ボールネジを用いたものにおいて、駆動機構及びボールネジの短軸化を図ることが可能な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、前記上側リンク部材に揺動自在に連結される筐体に支持され、中空電動モータにより回転駆動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、中空電動モータの中空インナーロータに形成された貫通穴を挿通する直動出力軸とを備える直動アクチュエータ、及び、前記下側リンク部材に第３関節の関節軸と同軸心に固定され、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、ナット部材を回転駆動する中空電動モータの中空インナーロータに形成された貫通穴を直動出力軸が挿通しており、この直動出力軸の周りに中空電動モータが配置される。そのため、上記特許文献１に記載の歩行補助装具のように、直動出力軸（ボールネジ）の端部に直列的に電動モータを配置する必要がないので、駆動機構の短軸化を図ることが可能となる。さらに、直動出力軸の進退動により、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。

また、本発明において、前記ナット部材と前記中空インナーロータとは固定的に連結されていることが望ましい。これによれば、ナット部材と中空インナーロータとが固定的に連結されている場合、例えば、ナット部材と中空インナーロータとの間に変速部材や滑動部材等が介される場合に比べて、構成が簡略化し、駆動伝達効率が優れる。さらに、ナット部材と中空電動モータと近接させて配置することができ、直動アクチュエータを小型化することが可能となる。

また、本発明において、前記直動アクチュエータは、前記上側リンク部材の内部に収容されている。これによれば、上側リンク部材の内部に中空電動モータを含むノイズ源が収容されてシールドされるので、ノイズの外部への漏出を抑えることができる。また、直動アクチュエータが上側リンク部材から飛び出さないので、利用者は歩行補助装置を引っ掛かり無く容易に装脱着することができる。

本発明の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（ボールネジ）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。なお、上側リンク部材５には、電源電池５ａやハーネス等の付属部品（図示省略）が駆動機構９の上方に並設するように搭載されている。

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３関節８側の端部（以下、膝側端部という）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、第１関節４側の端部（以下、股側端部という）寄りの箇所にかけて、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、それぞれ上側リンク部材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中空電動モータ１６と、この中空電動モータ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概略四角筒状の筐体１７とを備える。筐体１７は、中空電動モータ１６の股側に隣接し、且つ、その内部を貫通する直動出力軸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）での筐体１７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、筐体１７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。

筐体１７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と、このナット部材２０の内周面に保持されると共にネジ溝１４ａａに係合された複数のボール２１とを備え、ナット部材２０及びボール２１が筐体１７の内部に収容されている。ナット部材２０の内周面には、ボール２１と係合されたネジ溝が形成されている。そして、ナット部材２０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に対して軸心方向に移動するようになっている。

ナット部材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筐体１７の内部に配置されている。そして、ナット部材２０の軸心方向の一端部（股側端部）には、中空電動モータ１６の後述する出力軸１６ａが固定されている。出力軸１６ａは、ナット部材２０と同軸心に、直動出力軸１４ａとの間にクリアランスを有して、該直動出力軸１４ａに外挿されており、そのナット部材２０側の端部は筐体１７の内部に位置している。

そして、ナット部材２０の他端部（出力軸１６ａと反対側の端部）の外周面と筐体１７の内周面との間、並びに、出力軸１６ａのナット部材２０寄りの外周面と筐体１７の内周面との間には、それぞれ、ナット部材２０と同軸心のベアリング２２ａ，２２ｂが介装されている。これにより、ナット部材２０及出力軸１６ａ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２２ａ，２２ｂ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２０と出力軸１６ａとは別体構造であるが、ナット部材２０と出力軸１６ａとを一体化に構成してもよい。

ここで、ナット部材２０の回転時には、直動出力軸１４ａがその軸心方向に働くことで、ナット部材２０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２２ａ，２２ｂ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２２ａの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２２ｂ側の端面には、ナット部材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２２ａの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２２ｂと反対側の端面には、筐体１７の膝側端部に装着された環状キャップ部材２３が当接されている。また、ベアリング２２ｂの内輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２２ａ側の端面には、出力軸１６ａの外周面に形成された顎部１６ａａが当接されている。さらに、ベアリング２２ｂの外輪の軸心方向の両端面のうちのベアリング２２ａと反対側の端面には、筐体１７の股側端部の内周面に形成された顎部１７ａが当接されている。これにより、ナット部材２０の回転時にナット部材２０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）２２ａ，２２ｂを介して筐体１７で受けるようにしている。この場合、ナット部材２０及び出力軸１６ａは、ベアリング２２ａ，２２ｂ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２２ａの外輪とベアリング２２ｂの外輪との間には、ナット部材２０に外挿された筒状のアウターカラー２４が介装されている。そして、ベアリング２２ａの外輪は、このアウターカラー２４と前記環状キャップ部材２３との間に挟まれ、ベアリング２２ｂの外輪は、アウターカラー２４と筐体１７の顎部１７ａ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２４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２２ａ，２２ｂの間隔内の箇所）において、筐体１７と、その内側のアウターカラー２４とに、図３に示すように、それぞれ開口１７ｂ，２４ａ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１７ｂ，２４ａ内に収まると共にナット部材２０の外周面に近接するようにして、各軸受け部材１８が筐体１７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２４には、その側壁の一部を切り欠いて開口２４ａを穿設している。また、四角筒状の筐体１７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１７ｂが穿設されている。そして、軸受け部材１８は、開口１７ｂ，２４ａ内に配置され、筐体１７にボルト止めされる。これにより、各軸受け部材１８を筐体１７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筐体１７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、中空電動モータ１６を内部に収容するモータハウジング２５が、筐体１７の膝側端部に隣接するように、該筐体１７にボルト止めによって固定されている。これにより、モータハウジング２５は、利用者の太腿部に隣接するように配置される。中空電動モータ１６は、軸心に沿って貫通穴が形成され、インナーロータを兼用する中空の出力軸１６ａと、この出力軸１６ａの外周面に固定される多極着磁されたロータ磁石１６ｂと、これらロータ磁石１６ｂに対向してモータハウジング２５の内部に固定されたステータ１６ｃなどを備えている。このように、中空電動モータ１６は、その内部中心に位置する出力軸１６ａが直動出力軸１４ａと同軸心に配置されるので、直動アクチュエータ１４の対する中空電動モータ１６の外側形状の特定方向への突出が抑止され、上側リンク部材５を全体的にスリム化される。よって、中空電動モータ１６による横方向の張り出しを少なくすることが可能となり、利用者の体幹部軸周りの慣性モーメントを低減させることができると共に、利用者の歩行を妨げとなるおそれが少なくすることができる。

そして、モータハウジング２５には、詳細は図示しないが、出力軸１６ａの回転角度や回転方向等を検出する磁気式等のエンコーダ２６も内蔵されており、中空電動モータ１６はエンコーダ２６と一体化されている。なお、出力軸１６ａと分離した中空のロータを設け、ギア等でロータの回転速度を減じて出力軸１６ａから高回転駆動力（トルク）を得るための減速機を、モータハウジング２５に内蔵してもよい。この場合、中空電動モータ１６、エンコーダ２６及び減速機は一体化してモータハウジング２５に収容されることが好ましい。

中空電動モータ１６の出力軸１６ａは、前述したように、直動出力軸１４ａと同軸心になるようにして、股側端部がナット部材２０に固定されている。さらに詳細には、出力軸１６ａは、ナット部材２０の膝側端部とドグ部を介して連結されている。これにより、中空電動モータ１６がその出力軸１６ａから出力する回転駆動力が、該出力軸１６ａと一体化して回転するナット部材２０に伝達され、これに従い、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、中空電動モータ１６の回転駆動力が、ボールネジ機構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。

ところで、例えば、直動出力軸１４ａの股側端部を延伸させ、この延伸部に並設する電動モータの回転駆動力を所謂プーリ・ベルト式回転伝達機構によってナット部材２０を回転させることも可能である。しかし、この場合、直動出力軸１４ａの股側端部を延伸するため、直動出力軸１４ａが長軸化するという欠点が生じる。また、直動出力軸１４ａの延伸部に並設した電動モータの外形状が、直動出力軸１４ａの軸心に対して一方向に突出するので、上側リンク部材５の外形状に張り出し部分が生じるという欠点が生じる。

中空電動モータ１６の出力軸１６ａ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、出力軸１６ａにその軸心方向の力（スラスト力）が作用する。そのため、一対のアンギュラベアリングを介して出力軸１６ａを支持することが好ましい。しかし、本実施形態では、ベアリング数を削減すると共に直動アクチュエータ１４を短軸化するために、出力軸１６ａと一体化して回転するナット部材２０を支持するベアリング２２ｂを、出力軸１６ａを支持する一対のアンギュラベアリングのうちの一方として兼用している。そして、他方のアンギュラベアリングであるベアリング２７をモータハウジング２５の内部に配置している。

このベアリング２７は、より詳細には、出力軸１６ａの股側端部の外周面とモータハウジング２５の内周面との間にて、出力軸１６ａと同軸心に介装されている。そして、ベアリング２７の内輪の軸心方向の両端面のうちの膝側の端面には、出力軸１６ａの外周面に形成された顎部１６ａａが当接されている。さらに、ベアリング２７の外輪の軸心方向の両端面のうちの股側の端面には、モータハウジング２５の内周面に形成された顎部２５ａが当接されている。これにより、出力軸１６ａに作用するスラスト力を、ベアリング２２２ｂ，２７を介して筐体１７及びモータハウジング２５で受けるようにしている。

図３及び図４に示すように、筐体１７の内部から股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２８が装着されている。このストッパ部材２８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２８ａ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２８ａとの間に挟み込まれた金属製のワッシャ２８ｂ及び環状緩衝部材２８ｃとから構成される。なお、環状緩衝部材２８ｃは、ウレタンゴム等の弾性材から成り、ワッシャ２８ｂとナット２８ａとの間に介在する。

この場合、ストッパ部材２８の外径は、直動出力軸１４ａの外径（より詳しくは、筐体１７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２８が筐体１７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２８のワッシャ２８ｂが最終的にナット部材２０に端面（出力軸１６ａ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２８ｃ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２８ｃの当接側にワッシャ２８ｂを配置することにより、環状緩衝部材２８ｃがナット部材２０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２８が筐体１７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、中空電動モータ１６からナット部材２０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２８がナット部材２０の端面に当接すると、ナット部材２０からストッパ部材２８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２８のナット２８ａ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２８ａ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２８がナット部材２０の端面に当接した時にナット部材２０からストッパ部材２８に作用する回転駆動力の向きが、ストッパ部材２８のナット２８ａをネジ締めする向きとなるように、ナット２８ａのネジ締めの回転方向と、直動出力軸１４ａの前進時のナット本体２０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２８ａのネジ締めが、ナット２８ａ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２８ａ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が後退する）ように、該直動出力軸１４ａ及びナット部材２０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２８が筒状部材２０ｂの端面に当接した時に、ナット２８ａのネジ締めを緩める向きの回転駆動力がストッパ部材２８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の詳細構造であるが、直動アクチュエータ１４は、上側リンク部材５の内部に全て収容されている。そのため、上側リンク部材５の外側ハウジングを金属製とし、中空電動モータ１６を含むノイズ源をシールドすれば、ノイズの外部への漏出を抑えることができるので好ましい。また、直動アクチュエータ１４が上側リンク部材５の外側ハウジングから飛び出さないので、利用者は歩行補助装置Ａを引っ掛かり無く容易に装脱着することができる。

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２９と、このクランクアーム２９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３０とを備える。連結ロッド３０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３０の端面から突設された雄ネジ部３０ａ（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３０の他端はクランクアーム２９端部の枢支部２９ａに枢着されている。詳細は図示しないが、連結ロッド３０は、球面ジョイントを介して、クランクアーム２９の枢支部２９ａに枢着されている。なお、連結ロッド３０とクランクアーム２９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、中空電動モータ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３０を介してクランクアーム２９の枢支部２９ａ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２９ａ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２９ａ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２９ａ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２９ａ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２９の枢支部２９ａとナット部材２０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の伸展方向の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の内部において、該ナット部材２０の軸心と直交しているので、ナット部材２０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の中空電動モータ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などが搭載される。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、これらセンサの出力が、中空電動モータ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、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、前記実施形態では、中空電動モータ１６を内部に収容するモータハウジング２５を、筐体１７の膝側端部に隣接するように配置したが、筐体１７の股側端部に隣接するように配置することも可能である。

また、前記実施形態では、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…中空電動モータ、１６ａ…出力軸（インナーロータ）、１７…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（インナーカラー）、２０…ナット部材、２１…ボール、２２ａ，２２ｂ…ベアリング、２４…アウターカラー、２５…モータハウジング、２６…エンコーダ、２７…ベアリング、２９…クランクアーム、２９ａ…枢支部、３０…連結ロッド。

Claims (2)

1. 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、前記上側リンク部材に揺動自在に連結される筐体に支持され、中空電動モータにより回転駆動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、中空電動モータの中空インナロータに形成された貫通穴を挿通する直動出力軸とを備える直動アクチュエータ、及び、前記下側リンク部材に第３関節の関節軸と同軸心に固定され、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、
   前記直動アクチュエータは、前記上側リンク部材の内部に収容されていることを特徴とする歩行補助装置。
2. 前記ナット部材と前記中空インナロータとは固定的に連結されていることを特徴とする請求項１記載の歩行補助装置。

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