WO2019131152A1 - 関節補助ユニット、歩行補助装置 - Google Patents

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cam groove
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英嗣 寺田
浩二 牧野
鉄平 小倉
祐敬 中村
高橋　玲
星野　優
幸伸 牧原
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KOFU CITY
Suncall Corp
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KOFU CITY
Suncall Corp
University of Yamanashi NUC
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    • A61H2201/1652—Harness

Definitions

  • the present invention relates to a joint assistance unit or the like that assists the movement of a joint of a user.
  • the knee joint of the human body is composed of a bone portion consisting of a femur, a tibia and a patella, a cartilage consisting of a meniscus, and a ligament such as an anterior cruciate ligament, a posterior cruciate ligament, an medial collateral ligament, and a lateral collateral ligament.
  • the lower part of the femur 1 protrudes rearward, and is shaped like a combination of arcs of different sizes.
  • the upper surface of the tibia 2 is substantially flat, and the knee is flexed and extended by sliding while the lower part of the femur 1 slides.
  • FIG. 8 shows a locus drawn by the rotation center 2a at the lower part of the femur 1 along with the bending and extension movement of the knee.
  • the rotation center 2a at the lower part of the femur 1 draws a locus of a curve while being shifted.
  • the knee joint performs not a simple rotational movement but a sliding rolling movement.
  • FIG. 7 shows an example of the relationship between the angle of the knee joint and the slip amount.
  • the bending angles U, V, W of the knee joints correspond to the slip amounts u, v, w, respectively.
  • the range of movement of the knee joint 1 for bending and stretching is about 0 ° to 130 ° when the knee is in an extended state at 0 °, and the range of movement used during walking is about 0 ° to 60 °. . In this range of motion, approximately 1 axis of rolling movement is performed between 10 ° and 15 ° from the beginning of bending of the knee, and then it gradually shifts to sliding movement to become sliding rolling movement.
  • the knee joint movement assisting device disclosed in Patent Document 2 includes a connecting portion capable of moving a pivot (rotation center), and a driving portion provided with a cam mechanism performing a sliding motion between knee joint ends, and has a predetermined angle.
  • the sliding movement is made between the knee joint ends while appropriately controlling the movement of the pivot.
  • Patent No. 4092322 Patent No. 5713388 gazette
  • the walking assistance device is manufactured and sold as a pair of left and right walking assistance units, and it is necessary for the purchase side to purchase both left and right walking assistance units even if only one walking assistance unit is necessary .
  • the joint assistance unit provided in the walking assistance unit is used for both right and left, it has versatility and cost reduction can be easily achieved.
  • the present invention has been made by taking the above problem as an example of the problem, and it is an object of the present invention to provide a joint assisting unit or the like which can be used by being shared with right and left joints.
  • the present invention adopts the following composition.
  • reference numerals in the drawings are attached in parentheses, but the present invention is not limited thereto.
  • the joint assistance unit (20) comprises a first link (21) attached to one end of a knee joint and a second link attached to the other end of the knee joint ( 22) and a drive unit (30) for causing a relative rotational motion and a sliding motion while moving a rotational motion or a rotational center between the first link and the second link
  • the drive The portion includes a peripheral cam (32), a driver (33) moving the peripheral edge of the peripheral cam, a first cam groove (41) formed inside the peripheral cam, and the first cam groove A second cam groove (45) disposed on the inner side of and asymmetrically formed with the first cam groove, a first cam pin (42) engaged with the first cam groove, and the second A second cam pin (46) engaged with the cam groove, and the movement of the drive body More, wherein the moving while engaged with at least said first cam pin and said second cam pin first or second cam groove.
  • a joint assistance unit is the joint assistance unit according to claim 1, wherein the first cam groove and the second cam groove are the first link and the second link.
  • the first and second cam pins are movable in correspondence with different driving directions generated between the first link and the second link with respect to the extension state.
  • the joint assistance unit according to claim 3 is the joint assistance unit according to claim 1 or 2, wherein the first link and the second link are in the extended state, and the center of rotation and the two respective cam pins are provided. And an inner angle ( ⁇ ) at which each vertical line passing through each of the cam pins intersects with a straight line connecting at least 30 ° or more.
  • a joint assistance unit is the joint assistance unit according to any one of the first to third aspects, wherein the first link and the second link are based on the extension state. The bending directions of the first link and the second link are switched according to the moving direction of the driving body.
  • the walking assistance device (S) comprises an upper thigh attachment unit (5) mounted from the knee joint to the upper thigh (16) of the leg, and the knee joint to the lower thigh (17).
  • the drive unit includes a peripheral cam, a driver for moving the peripheral edge of the peripheral cam, a first cam groove formed inside the peripheral cam, and an inner side of the first cam groove.
  • first cam arranged in A second cam groove asymmetrically formed, a first cam pin engaged with the first cam groove, and a second cam pin engaged with the second cam groove, the drive According to the movement of the body, at least the first cam pin or the second cam pin is moved while being engaged with the first or second cam groove.
  • FIG. 1 shows the use condition of a walk assistance apparatus
  • FIG. 1 (a) shows the state which extended the leg
  • FIG.1 (b) shows the state which bent the leg.
  • FIG. 1 shows the structure of the joint assistance unit of a walk assistance apparatus.
  • FIG. II-II cross section of FIG. It is a schematic diagram which shows the operation example of the joint assistance unit which shows the state which the knee joint extended.
  • It is explanatory drawing which shows a mode that the rotation center of the lower part of a femur moves with the bending of a knee joint.
  • a walking assistance apparatus using a joint assistance unit for a knee joint of a user will be described.
  • the “bending motion” refers to a motion for bending the knee joint
  • the “extension motion” refers to a motion for extending the knee joint.
  • the walking assistance device S of the present embodiment is attached to the leg of the user, and includes a walking assistance unit U that can be attached to both the left and right legs.
  • the walking assistance unit U is attached to the knee joint, the upper thigh attachment unit 5 attached to the knee joint to the upper thigh 16 of the leg, the lower thigh attachment unit 10 attached to the knee joint to the lower thigh 17 and the knee joint And a joint assisting unit 20.
  • the walking assistance device S is connected to, for example, the waist attachment unit 2 attached to the waist of the user, and when assistance is required for both legs, the walking assistance unit U is used for each of the left and right legs. It is attached.
  • the walking assistance unit U is configured, for example, as shown in FIG. 1 (a), by swinging the lower thigh attachment unit 10 in the front-rear direction with respect to the upper thigh attachment unit 5 by driving a motor as a power source.
  • the walking assistance is performed by appropriately performing the extension operation shown in 2.) and the bending operation shown in FIG.
  • the waist attachment unit 2 includes a waist belt 3 which is wound around and attached to the user's waist, and a connector 4 connected to the upper thigh attachment unit 5 is provided on the left and right of the waist belt 3.
  • the upper thigh attachment unit 5 has a flat upper thigh plate 6 disposed on the side of the upper thigh 16 of the user, and the upper end thereof is rotatably connected to the waist attachment unit 2 via the connector 7
  • the upper thigh plate 6 is mounted to stand up along the outer side of the upper thigh 16. Further, the upper thigh plate 6 is provided with a contact member to be in contact with a part of the upper thigh portion 16 and a fixture 8 such as a surface fastener for closely contacting the contact member to the upper thigh portion 16.
  • the upper thigh plate 6 is fixedly mounted on the knee by the.
  • the lower leg mounting unit 10 also has a flat lower leg plate 11 disposed on the side of the lower leg 17 of the user, and the upper end portion of the lower leg mounting plate 10 has the joint assisting unit 20 between the upper leg portion 6 and the upper leg.
  • the lower leg plate 11 is attached by hanging down along the outer surface of the lower leg 17.
  • the lower leg plate 11 is provided with an attachment 12 such as a surface fastener for contacting under the knee and a contact member for contacting the ankle and the contact member to the under knee and the ankle.
  • the lower end of the thigh plate 11 is fixedly attached to the lower knee and the ankle.
  • the joint assisting unit 20 is disposed on the side of the knee joint of the user, and is provided with a flat first link 21 connected to the upper thigh plate 6 and the first link 21.
  • a flat plate-like second link 22 which is connected to the link 21 in a flexible and extensible manner and is attached to the lower leg plate 11, and a rotational movement or center of rotation between the first link 21 and the second link 22
  • a drive unit 30 for relatively rotating movement while moving X and for sliding movement in the front-rear direction.
  • the driving unit 30 includes a peripheral cam 32, a driving body 33 moving the peripheral edge of the peripheral cam 32 by rotational driving, a first cam groove 41 formed inside the peripheral cam 32, and a first cam groove 41.
  • a second cam groove 45 disposed inside and formed asymmetrically with the first cam groove 41, a first cam pin 42 engaged with the first cam groove 41, and an engagement with the second cam groove 45 And a second cam pin 46.
  • the drive unit 30 is covered by a cover 24, which is attachable to and detachable from the first and second links 21, 22.
  • a row of teeth engaged with the drive body 33 is formed on the peripheral edge of the peripheral edge cam 32, a row of teeth is also formed on the outer peripheral edge of the drive body 33, and the drive body 33 is a peripheral edge cam
  • the peripheral cam 32 swings as the peripheral edge 32 moves along the dentition.
  • the contour of the peripheral edge of the peripheral edge cam 32 is formed in an arc shape having a predetermined curvature formed according to the movement of the rotation center X, and the contours of the first and second cam grooves 41 and 45 are as shown in FIG.
  • the rotational movement or sliding rolling movement of the knee joint as a movement trajectory of the knee joint shown in FIG. That is, as shown in FIGS. 7 and 8, the actual knee joint performs a simple rotational movement without slippage between 0 ° where the knee joint angle is straight and 15 ° when it begins to bend.
  • contours of the first and second cam grooves 41 and 45 a portion corresponding to 0 ° to 15 ° of the knee joint angle is formed in a perfect circular arc, and when the knee joint angle is between 15 ° and 105 ° Since the knee joint performs rotational sliding motion, the contours of the first and second cam grooves 41 and 45 are formed in an elliptical arc, and the knee joint performs rotational motion again when the knee joint angle is 105 ° or more Thus, the contours of the first and second cam grooves 41 and 45 are formed in a perfect circular arc. As a result, in the upper thigh attachment unit 5 and the lower thigh attachment unit 10, movement similar to the movement of the actual knee joint is realized.
  • the contours of the first and second cam grooves 41 and 45 are formed in the same manner as described above in response to the movement of the knee joint in the reverse direction.
  • the first cam groove 41 and the second cam groove 45 are generated between the first link 21 and the second link 22 based on the first link 21 and the second link 22 in the extended state. Since the first cam pin 42 and the second cam pin 46 are formed movably corresponding to different drive directions, and the left and right legs can be driven, the joint auxiliary unit 20 can be used for both right and left legs. It is possible to use it.
  • the shapes of the peripheral edge cam 32 and the cam grooves 41 and 45 are appropriately changed according to the size of the first and second links 21 and 22 and the arrangement position of the cam pins 42 and 46.
  • the movement of the knee joint differs depending on the body type, age, sex and the like, but in this case as well, the shapes of the peripheral cam 32 and the cam grooves 41 and 45 may be changed.
  • each of the driving body 33, the first cam pin 42 and the second cam pin 46 it is necessary to have resistance to each other, so that each of the driving body 33, the first cam pin 42 and the second cam pin 46 always It is arranged to be held as a vertex forming a predetermined triangle.
  • each of the cam pins 42 and 46 disposed in each of the cam grooves 41 and 45 has the center of rotation X and the two cam pins in the extended state of the first link 21 and the second link 22. It is arranged such that the inner angle ( ⁇ ) at which the straight line connecting 42 and 46 perpendicularly intersects and the vertical line passing through the cam pins 42 and 46 intersects at least 30 ° ( ⁇ / 6 rad) or more.
  • the upper limit value of this angle ( ⁇ ) is preferably 150 ° (5 / 6 ⁇ rad) or less in order to operate satisfactorily, but the range of this angle ( ⁇ ) is appropriately determined according to the bending range of the knee joint Be changed.
  • the drive body 33 and the first and second cam pins 42, 46 are each cam pin according to the movement direction of the drive body 33 based on the time when the first link 21 and the second link 22 are in the extended state.
  • the directions of movement of the first and second links 21 and 22 and the directions of movement of the first and second links 21 and 22 are switched.
  • the cam pins 42 and 46 are cam grooves 41 and 45 by moving the drive body 33 in the a direction.
  • the cam pins 42 and 46 can move the cam grooves 41 and 45 in the direction of arrow A2 in the figure by moving the driving body 33 in the direction b.
  • the movement of the cam pins 42 and 46 switches the direction of the bending operation of the first link 21 and the second link 22.
  • the bending direction of the knee joint can be easily changed by switching the moving direction of the driving body 33. Therefore, the joint can be mounted on the left and right legs, and the cost can be reduced. .
  • each cam pin 42, 46 is engaged with each cam groove 41, 45.
  • the first link 21 and the second link 22 perform relative rotational motion while moving the rotational motion or the rotation center X between the first link 21 and the second link 22.
  • the sliding motion will be performed in the front and back direction.
  • the movement of the first link 21 and the second link 22 at this time is similar to the rotational movement or sliding rolling movement of the knee joint shown in FIG. 7, and the rotation center 2a at the lower part of the femur 1 is shown in FIG. It moves so as to draw the locus of the curve shown in 8.
  • the driving unit 30 uses a cam mechanism different from a cam mechanism for moving a cam pin in accordance with the movement trajectory of the rotation center X as in the conventional knee joint movement assisting device shown in Patent Document 2 It is possible to make a relative rotational movement while moving a rotational movement or a rotation center X between the second link 22 and the second link 22 and slide movement in the front-rear direction, and further, from the reference position, the cam pins 42, 46 Can be switched as the direction of the bending operation of the first link 21 and the second link 22 can be switched, so that it can function as the left and right combined walking assistance unit U.
  • first link 21 and the second link 22 are arranged in an overlapping manner, and a motor 29 as a power source of the drive unit 30 is vertically attached to the first link 21. .
  • the driving body 33 is disposed on the outer peripheral edge of the peripheral cam 32, rotatably pivoted on the first link 21, protrudes toward the second link 22, and engages with the teeth of the peripheral cam 32.
  • the cam pins 42, 46 are attached to the first link 21 as rotatable rollers, project toward the second link 22 and engage with the cam grooves 41, 45.
  • the driving body 33 is formed as a pinion, and its shaft 33 a is rotatably supported by the first link 21 via a bearing 34.
  • a power transmission system from the motor 29 to the drive body 33 is also attached to the first link 21.
  • the power transmission system is constituted by, for example, a gear train composed of a combination of a spur gear and a straight bevel gear, and a part of the gear train is provided as a gear reduction gear (not shown) in the motor 29.
  • This gear reducer is constituted by, for example, a spur gear train.
  • the shaft 29a of the end gear of the gear reducer projects downward substantially vertically from the casing of the motor 29, and a straight bevel gear 28a is fixed to the tip of the shaft 29a.
  • Another straight bevel gear 28 b is engaged with the straight bevel gear 28 a, and the straight bevel gear 28 b is fixed to the shaft 33 a of the drive body 33.
  • the motor 29 rotates, its power is transmitted to the driver 33, and the relative rotational movement and the sliding movement as described above occur between the first link 21 and the second link 22.
  • the power transmission system is configured by the gear train including one or both of the spur gear and the straight bevel gear as described above, the movement is limited with respect to the input from the human body side without providing a clutch or the like. I have not. Therefore, self-locking is avoided, and patients can freely move their legs when motor 29 is not operating, as well as when patients etc. fall when motor 29 is operating. Even the leg can be moved so as to resist the motor 29 and it is stiff and safe.
  • the motor 29 is controlled by a control unit (not shown) and rotates forward or reverse within a predetermined angular range of the peripheral cam 32.
  • the driving body 33 rotates in the direction of arrow A, it revolves around the peripheral cam 32 in the direction of arrow a.
  • the first link 21 and the second link 22 perform rotational movement at a rotational movement or different rotational centers according to a predetermined rotational angle, and slide and bend, for example, the upper thigh 16 of the patient It becomes possible to sit on a chair etc.
  • the cam pins 42 and 46 move in the A1 direction, respectively.
  • the link 21 and the second link 22 perform only rotational movement about the rotation center X without sliding movement. This corresponds to 0 ° -15 ° of the knee joint angle, within which the knee joint performs a simple rotational movement without slippage.
  • the motor 29 is rotated in the reverse direction by the command from the control unit (not shown), and the drive body 33 is controlled to apply the driving force in the reverse direction of the arrow A, thereby the knee joint
  • the patient's own weight bends by about 90 ° while being supported.
  • the motor 29 is reversely rotated by a command from the control unit (not shown), and the driving body 33 rotates in the direction of the arrow B, as shown in FIG. 6, FIG. 5 and FIG. Revolve in the direction of This allows the patient to stand up from the seated state.
  • the walking assistance unit U of the walking assistance device S is mounted on a leg of a patient or the like who has undergone knee replacement due to deterioration of knee osteoarthritis.
  • the joint assistance unit 20 of the walking assistance unit U is applied to the outer surface of the knee joint of the patient
  • the upper thigh attachment unit 5 is applied to the side surface of the upper thigh
  • the lower thigh attachment unit 10 is the side of the lower thigh 17. Hit on.
  • the connector 7 of the upper thigh attachment unit 5 is connected to the connector 4 of the waist belt 3 wound around the patient's waist, the attachment 8 is attached to the upper knee portion of the upper thigh 16, and the attachment 12 is It is attached to the lower knee and the ankle of the lower leg 17.
  • a battery is attached to the waist belt 3, and a motor 29 is electrically connected to the battery.
  • the motor 29 is controlled by a control unit (not shown) in various control modes such as walking and sitting.
  • the driver 33 When the control mode for walking is set, the driver 33 starts to rotate in the direction of arrow A with the knee joint extended as shown in FIG. 4, and revolves around the peripheral cam 32 in the direction of arrow a.
  • the upper thigh attachment unit 5 and the lower thigh attachment unit 10 perform a relative rotational movement to bend the knee joint as shown in FIG.
  • the rotation angle of the knee joint by this rotation movement is, for example, in the range of 0 ° to 15 °.
  • the upper thigh attachment unit 5 and the lower thigh attachment unit 10 perform a rotational motion while performing a relative sliding motion while the rotation center X moves obliquely upward to the left.
  • the knee joint is flexed as shown in FIG.
  • the rotation angle of the knee joint by this rotation sliding motion is, for example, in the range of 15 ° to 60 °.
  • the upper thigh attachment unit 5 and the lower thigh attachment unit 10 perform the rotational motion while performing a relative sliding motion while the center of rotation X moves obliquely upward to the left.
  • the mounting unit 10 moves in a manner similar to the sliding and rolling movement of the knee joint of the human body shown in FIG. 7, and the patient can naturally bend the leg naturally.
  • the upper thigh attachment unit 5 and the lower thigh attachment unit 10 perform rotational motion while performing a relative sliding motion while the rotation center X moves obliquely downward.
  • the movement approximates to the sliding and rolling movement of the knee joint of the human body shown in FIG. 7, and the patient can extend the leg naturally without unreasonableness.
  • the driving body 33 starts to rotate in the direction of the arrow A in the state where the knee joint shown in FIG.
  • the upper leg mounting unit 5 and the lower leg mounting unit 10 perform relative rotational movement or rotational sliding movement, and bend the knee joint through the states of FIGS. 5 and 6, as a result.
  • the rotation angle of the knee joint by this rotation movement is, for example, in the range of 0 ° to 90 °.
  • the driver 33 revolves the peripheral cam 32 by a predetermined angle in the direction of arrow a until the patient is seated, and then reverses the driving force in the direction of arrow b by reversing the peripheral cam 32 in the direction of arrow b.
  • the knee joint flexion is supported, and then the motor 29 is stopped when the knee joint is in a flexed state of 90 ° due to the patient's own weight, and the upper thigh wearing unit 5 and the lower thigh wearing unit 10
  • the relative rotational movement with it also stops, and the patient can sit on a chair or the like.
  • the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the scope of the present invention.
  • the driving body 33 and the peripheral edge of the peripheral edge cam 32 are configured to mesh with each other by a dentition, the present invention is not particularly limited to this configuration.
  • the motor was used as a drive source, it is also possible to use another type of drive source.
  • S walking assistance device 20: joint assisting unit 21: first link 22: second link 30: driving portion 32: peripheral edge cam 33: driving body 41, 45: cam groove 42, 46: cam pin

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Abstract

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。　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、膝関節の他端側に装着される第２のリンク２２と、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、を具備する。

Description

関節補助ユニット、歩行補助装置
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特許第４０９２３２２号公報 特許第５７１３３８８号公報
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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ることを特徴とする。
　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。
　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。
　また、請求項４に記載の関節補助ユニットは、請求項１乃至３のいずれか一項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。
　また、請求項５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ることを特徴とする。
　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。
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。 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２のII－II断面を示す模式図である。 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。 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。 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。 膝関節の運動を示す説明図である。 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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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。
　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

Claims (5)

  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ることを特徴とする関節補助ユニット。
  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。
  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。
  4. 　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請求項１乃至３のいずれか一項に記載の関節補助ユニット。
  5. 　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ることを特徴とする歩行補助装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3998053A4 (en) * 2019-07-08 2023-11-08 Beijing AI-Robotics Technology Co., Ltd. CAM AND NON-CIRCULAR GEAR PAIR FOR A NON-DRIVEN MULTI-JOINT SYNCHRONOUS TRAINING APPARATUS, ITS MANUFACTURING METHOD, TRANSMISSION MECHANISM USING THE SAME AND NON-DRIVEN MULTI-JOINT SYNCHRONOUS TRAINING APPARATUS

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
USD947388S1 (en) * 2018-12-10 2022-03-29 Jtekt Corporation Motion assisting device
JP7100003B2 (ja) * 2019-09-13 2022-07-12 本田技研工業株式会社 アシスト装置
CN112842830B (zh) * 2020-12-30 2023-03-10 江苏集萃微纳自动化系统与装备技术研究所有限公司 基于柔性凸轮系统的外骨骼膝关节驱动结构及方法
JP7512922B2 (ja) * 2021-02-15 2024-07-09 トヨタ自動車株式会社 膝装具及び脚装具
CN115844682A (zh) * 2022-11-30 2023-03-28 浙江工业大学 一种线驱动仿生人体肘关节外骨骼

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5713388B2 (ja) 1979-06-05 1982-03-17
JP4092322B2 (ja) 2004-10-20 2008-05-28 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP2012165823A (ja) * 2011-02-10 2012-09-06 Univ Of Yamanashi 膝関節運動補助装置
WO2015123451A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 University Of South Florida Systems and methods for designing kinetic shapes
JP2016059763A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 国立大学法人山梨大学 下肢動作支援装置

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3779654A (en) * 1971-08-06 1973-12-18 R Horne Artificial joint
SE512505C2 (sv) * 1997-04-01 2000-03-27 Camp Scandinavia Ab Knäortos mot hyperextension
US6824569B2 (en) * 2002-10-11 2004-11-30 Adeola Okediji Reciprocal gait orthotic and prosthetic device
DE202006005095U1 (de) * 2006-03-28 2006-06-01 Aequos Endoprothetik Gmbh Exoprothese oder Orthese zur Stabilisierung des menschlichen Kniegelenkes
KR101040631B1 (ko) * 2006-06-29 2011-06-10 혼다 기켄 고교 가부시키가이샤 보행 보조 장치
CN103260576B (zh) * 2010-12-16 2015-04-22 丰田自动车株式会社 行走辅助装置
CN104853712B (zh) * 2012-12-14 2017-07-28 国立大学法人名古屋工业大学 行走辅助机
KR102241853B1 (ko) * 2014-03-28 2021-04-19 삼성전자주식회사 관절 어셈블리 및 이를 포함하는 보행보조로봇
KR20180053293A (ko) * 2015-06-23 2018-05-21 더 리전츠 오브 더 유니버시티 오브 캘리포니아 수동 절전형 인공 무릎
DE112016004882B4 (de) * 2015-10-26 2021-12-16 U-Shin Ltd. Türkantenschutzvorrichtung
ITUB20155017A1 (it) * 2015-11-02 2017-05-02 Luca Simone Poli Esoscheletro e relativo procedimento di funzionamento
US10912666B2 (en) * 2016-12-08 2021-02-09 University Of Washington Energy storage device for an exoskeleton
JP6845045B2 (ja) * 2017-03-03 2021-03-17 サンコール株式会社 長下肢装具用アクチュエータユニット

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5713388B2 (ja) 1979-06-05 1982-03-17
JP4092322B2 (ja) 2004-10-20 2008-05-28 本田技研工業株式会社 歩行補助装置
JP2012165823A (ja) * 2011-02-10 2012-09-06 Univ Of Yamanashi 膝関節運動補助装置
WO2015123451A1 (en) * 2014-02-12 2015-08-20 University Of South Florida Systems and methods for designing kinetic shapes
JP2016059763A (ja) * 2014-09-22 2016-04-25 国立大学法人山梨大学 下肢動作支援装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3733146A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3998053A4 (en) * 2019-07-08 2023-11-08 Beijing AI-Robotics Technology Co., Ltd. CAM AND NON-CIRCULAR GEAR PAIR FOR A NON-DRIVEN MULTI-JOINT SYNCHRONOUS TRAINING APPARATUS, ITS MANUFACTURING METHOD, TRANSMISSION MECHANISM USING THE SAME AND NON-DRIVEN MULTI-JOINT SYNCHRONOUS TRAINING APPARATUS
US12533279B2 (en) 2019-07-08 2026-01-27 Beijing Ai-Robotics Technology Co., Ltd. Cam and non-circular gear pair for unpowered multi-joint synchronous training device, manufacturing method thereof, transmission mechanism using the same, and unpowered multi-joint synchronous training device

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