歩行補助システム
【課題】麻痺者の足の拘縮を矯正する歩行補助システムを提供すること
【解決手段】本発明にかかる歩行補助システムは、歩行補助装置１０と、歩行補助装置１０のユーザＨが足に装着するインナーシューズ３０とを備えた歩行補助システムである。歩行補助装置１０は、腿部に装着される装具１２と、装具１２と連結され、地面と接触する足底ユニット２２と、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力を検出する検出センサと、検出センサの検出結果に応じて、装具１２の動きを制御するコントローラ１１と、を備える。インナーシューズ３０は、ユーザのつま先の拘縮部分を底部３４側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持するつま先部３１を有する。
【解決手段】本発明にかかる歩行補助システムは、歩行補助装置１０と、歩行補助装置１０のユーザＨが足に装着するインナーシューズ３０とを備えた歩行補助システムである。歩行補助装置１０は、腿部に装着される装具１２と、装具１２と連結され、地面と接触する足底ユニット２２と、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力を検出する検出センサと、検出センサの検出結果に応じて、装具１２の動きを制御するコントローラ１１と、を備える。インナーシューズ３０は、ユーザのつま先の拘縮部分を底部３４側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持するつま先部３１を有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行補助装置と装着具を備えた歩行補助システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
事故、病気等により脚部が麻痺した人（以下、麻痺者と記述）の歩行をアシストする歩行補助装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、下腿装具、足首ジョイントにより下腿装具と連結される足装具を備えた歩行補助装置が開示されている。この足装具は、ソールプレート上に靴が面ファスナによって取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
麻痺者は、つま先が拘縮することにより、自分で足指を伸ばせないことが多い。特に、麻痺者のつま先が丸まった状態であることが多い。その場合、歩行補助装置を用いて歩行する際に、麻痺者の足指の先が靴に当たってしまい、麻痺者のつま先が傷んでしまう可能性がある。さらに、歩行補助装置が、地面と接触する際に足部にかかる力を検出するセンサを備え、その検出結果に応じて麻痺者の歩行を制御するような場合には、麻痺者のつま先からかかる力により、地面と接触する際にかかる力を正しく検出できない可能性もある。その場合、歩行補助装置は歩行を正確に制御できなくなってしまう。
【０００６】
特許文献１にかかる歩行補助装置においては、麻痺者の足の拘縮を矯正する対策については、何ら講じられていない。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、麻痺者の足の拘縮を矯正する歩行補助システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる歩行補助システムは、歩行補助装置と、当該歩行補助装置のユーザが足に装着する装着具とを備えた歩行補助システムである。前記歩行補助装置は、腿部に装着される装具と、前記装具と連結され、地面と接触する足平部と、前記足平部が地面と接触する際にかかる力を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて、前記装具の動きを制御するコントローラと、を備え、前記装着具は、前記ユーザのつま先の拘縮部分を底部側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持する矯正部を有する。このような構成により、矯正部によって、ユーザのつま先の拘縮部分は装着具の底部側に付勢されるため、ユーザの足の拘縮を矯正することができる。
【０００９】
前記矯正部は、前記ユーザのつま先全体を被覆してもよい。このような構成により、矯正部から、底部側へ付勢する力がつま先全体にかかるため、ユーザのつま先がより均一に底部に接することができる。このため、ユーザの足の拘縮をより的確に矯正することができる。
【００１０】
前記装着具において、前記矯正部の前記底部からの高さは、前記ユーザの伸長状態のつま先の高さと略同一であってもよい。このような構成により、ユーザは、矯正部によるつま先の圧迫感を感じることなく、つま先を伸長状態に維持することができる。
【００１１】
前記装着具の前記底部は、前記ユーザの足からかかる荷重に対して変形しない程度の剛性を有してもよい。このような構成により、足平部には、ユーザのつま先からの集中荷重が伝わらない。そのため、足平部を柔らかい素材により構成しても、検出部は、足平部が地面と接触する際にかかる力をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、麻痺者の足の拘縮を矯正する歩行補助システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる歩行補助システムの一例を示した斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるソールフレームの一例を示した斜視図である。
【図３】実施の形態１にかかるソールフレームの一例を示した断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるインナーシューズの一例を示した斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかるインナーシューズ及びソールフレームの取り付けの一例を示した側面図である。
【図６】実施の形態１にかかる歩行補助システムの装着例を示した第１の図である。
【図７】実施の形態１にかかる歩行補助システムの装着例を示した第２の図である。
【図８】一般的な靴を装着した場合の足の形状と、実施の形態１にかかるインナーシューズを装着した場合の足の形状を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
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。図１は、本実施の形態にかかる歩行補助システムの一例を、模式的に示した斜視図である。歩行補助システム１００は、大きく分けて歩行補助装置１０及びインナーシューズ３０を備える。歩行補助装置１０は、麻痺者であるユーザＨの右脚に装着されており、ユーザＨの膝関節にトルクを与えることによって、ユーザＨの歩行動作を補助する。インナーシューズ３０は、歩行補助装置１０のユーザＨが足に装着する装着具である。
【００１５】
以下、歩行補助装置１０の各部について説明する。歩行補助装置１０は、大きく分けて、コントローラ１１、ユーザＨの腿部に装着される装具１２、足首ジョイント１８及びユーザＨの足を支持するソールフレーム２０を備える。装具１２は、上腿装具１３、膝ジョイント１４及び下腿装具１７を備える。さらに、歩行補助装置１０は、歩行補助装置１０のバッテリー、スイッチ等を備えた図示しない制御ユニットを備えている。
【００１６】
ここで、図１に示す座標系について説明する。図面に示すＸＹＺ座標系においてＸ軸がロール軸、Ｙ軸がピッチ軸、Ｚ軸がヨー軸に相当する。ロール軸は、ユーザＨの前後方向（ソールフレーム２０の長手方向）に伸びており、ピッチ軸は、ユーザＨの左右方向（ソールフレーム２０の横方向）に伸びており、ヨー軸は、ユーザＨの上下方向に伸びている。
換言すれば、ヨー軸は、ソールフレーム２０の足裏面に略直交する。
【００１７】
コントローラ１１は、ソールフレーム２０に取り付けられた荷重センサの荷重の検出結果に基づいて、ユーザＨの歩行動作を補助するように、上腿装具１３、下腿装具１７中に内蔵されたモータを駆動する。これにより、コントローラ１１は、装具１２の動きを制御する。ソールフレーム２０に取り付けられた荷重センサについては後述する。
【００１８】
なお、コントローラ１１は、荷重センサの検出結果だけでなく、膝ジョイント１４、足首ジョイント１８に取り付けられた、図示されていないエンコーダの検出結果にも基づいて、モータを駆動してもよい。コントローラ１１は、制御ユニットから制御信号を受信することにより、歩行補助装置１０の動作の停止、変更等を実行する。コントローラ１１が実行する歩行補助のための制御についての説明は省略する。
【００１９】
上腿装具１３は、ユーザＨの上腿に固定される。なお、上腿装具１３にはコントローラ１１が取り付けられている。
【００２０】
膝ジョイント１４は、ユーザＨの膝の外側に位置するモータ付ジョイント１４ａと、ユーザＨの膝の内側に位置するサブジョイント１４ｂを備える。ここで、モータ付ジョイント１４ａ及びサブジョイント１４ｂは、ユーザＨの膝関節のピッチ軸と同軸に位置する。コントローラ１１は、モータ付ジョイント１４ａのモータを駆動することによって、下腿装具１７をピッチ軸周りに揺動させる。これにより、歩行補助装置１０は、ユーザＨの膝関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２１】
下腿装具１７は、連結バー１５及び右のリンク１６ａ、左のリンク１６ｂを備える。下腿装具１７は、膝ジョイント１４によって、上腿装具１３に対して揺動可能に連結されている。下腿装具１７は、ユーザＨの下腿に固定される。
【００２２】
連結バー１５は、左右のリンク１６ａ、１６ｂを連結するとともに、下腿装具１７をユーザＨの下腿に固定する。リンク１６ａ、１６ｂは、ユーザＨの下腿のピッチ軸方向両側に位置しており、足首ジョイント１８を介して、ソールフレーム２０と連結されている。
【００２３】
足首ジョイント１８は、ユーザＨの足首の外側に位置するモータ付ジョイント１８ａと、ユーザＨの足首の内側に位置するサブジョイント１８ｂを備える。モータ付ジョイント１８ａ及びサブジョイント１８ｂは、ユーザＨの足首のピッチ軸と同軸に位置する。コントローラ１１は、モータ付ジョイント１８ａのモータを駆動することによって、ソールフレーム２０をピッチ軸周りに揺動させる。これにより、歩行補助装置１０は、ユーザＨの足首関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２４】
ソールフレーム２０は、ユーザＨの足に固定される。ソールフレーム２０は、足首ジョイント１８によって、下腿装具１７に対して揺動可能に連結されている。より詳しくは、ソールフレーム２０は、リンク２１によって足首ジョイント１８と連結されており、足首ジョイント１８の回転によって、下腿装具１７に対して揺動する。
【００２５】
ソールフレーム２０は、右のリンク２１ａ、左のリンク２１ｂ及び足底ユニット（足平部）２２を備える。さらに、図１では図示が省略されているが、ソールフレーム２０は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定するためのベルトをさらに備える。この構成により、ソールフレーム２０は、インナーシューズ３０を支持する。
【００２６】
図２は、ソールフレーム２０の一例を示した斜視図である。リンク２１には、上部に足首ジョイント１８と連結するための穴が設けられている。足底ユニット２２は、ユーザＨが歩行補助装置１０を用いて歩行する際に裏面が地面に接触する部分であり、左右の側面にはリンク２１の下端が固定されている。リンク２１により、足底ユニット２２は装具１２と接続される。ベルト２３、２４は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定するためのベルトである。ベルト２３の一端は、足底ユニット２２前部の左側面に予め固定されており、他端を足底ユニット２２前部の右側面に固定することができる。ベルト２４の一端は、足底ユニット２２中央部の左側面に予め固定されており、他端を足底ユニット２２中央部の右側面に固定することができる。これにより、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とベルト２３、２４との間に挟み込んだ状態で、ベルト２３、２４の他端を足底ユニット２２の右側面に固定することによって、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定することができる。
【００２７】
図３は、ソールフレーム２０の断面図である。足底ユニット２２は、上ソールプレート２２１、ラバー枠２２２及び下ソールプレート２２３を備える。上ソールプレート２２１は、後述するインナーシューズ３０が接触する部分である。ラバー枠２２２は、上ソールプレート２２１と下ソールプレート２２３に挟まれている部分であり、ユーザＨと接地面との間の荷重を検知する荷重センサ（検出部）が設けられている。この荷重センサにより、歩行補助装置１０は、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力を検出することができる。下ソールプレート２２３は、地面と接地する部分であり、地面からの床反力をラバー枠２２２内の荷重センサに伝える部分である。上ソールプレート２２１、ラバー枠２２２及び下ソールプレート２２３は、柔軟性を有する素材で構成されている。
【００２８】
次に、ユーザＨの足に装着されるインナーシューズ３０の構造について、詳細に説明する。図４は、インナーシューズ３０の一例を示した斜視図である。インナーシューズ３０は、つま先部３１、踵被覆部３２、側面部３３及び底部３４を備える靴である。
【００２９】
つま先部３１は、インナーシューズ３０の上面前部を覆う。これにより、ユーザＨがインナーシューズ３０を装着した際には、つま先部３１は、ユーザＨのつま先部分を覆う。つま先部３１は、前から後ろにかけて、なだらかに傾斜することにより底部３４からの高さが高くなる形状をしている。つま先部３１は、これにより、伸長状態の足のつま先の形状に密着した形状となっている。
【００３０】
つま先部３１の先端部の底部３４からの高さは、人の足指が伸びた状態のつま先の高さと略同一である。このつま先部３１は、ユーザＨのつま先が拘縮する（曲がる）ことにより、ユーザＨのつま先から荷重がかかっても、形状が殆ど変形しない（曲がらない）程度の剛性を有する硬質素材で構成されている。換言すれば、つま先部３１は、つま先が拘縮しようとする力が生じた場合に、その反力によってつま先の拘縮部分を底部３４に押し付ける（付勢する）ことにより、足の拘縮を抑制する。この硬質素材は、例えばカーボン素材の強化プラスチック、アルミ等の素材である。
【００３１】
踵被覆部３２は、インナーシューズ３０の後面を覆うことにより、ユーザの踵部分を覆う被覆部である。踵被覆部３２は、例えば綿、布等の軟質素材で構成されている。これにより、ユーザの装着性が向上され、靴ずれ等を抑制することができる。
【００３２】
側面部３３は、つま先部３１及び踵被覆部３２と、底部３４とを連結する部材である。図３において、側面部３３は、つま先部３１と底部３４とを連結する前側面部３３ａと、踵被覆部３２と底部３４とを連結する後側面部３３ｂとに分けられる。側面部３３のうち、少なくとも前側面部３３ａは、剛性を有する硬質素材で構成される。
【００３３】
底部３４は、足のつま先が載る部分である前底部３４ａと、それ以外の足の部分が載る後底部３４ｂに分けられる。底部３４のうち、少なくとも前底部３４ａは、剛性を有する硬質素材で構成されている。この硬質素材は、前述の通り、ユーザＨのつま先から荷重がかかっても殆ど変形しない程度の剛性を有する。
【００３４】
図５は、インナーシューズ３０をソールフレーム２０の足底ユニット２２上（上ソールプレート２２１上）に固定した状態を示す側面図である。インナーシューズ３０は、ベルト２３、２４により、足底ユニット２２上に固定される。ベルト２３は、インナーシューズ３０のつま先部３１を跨ぐようにして足底ユニット２２の両端に固定され、つま先部３１を足底ユニット２２上に固定する。ベルト２４も同様にして、インナーシューズ３０の中央部を足底ユニット２２上に固定する。
【００３５】
次に、図６、図７を用いて、歩行補助システム１００の装着方法を示す。まず、ユーザＨは、上腿及び下腿に、予め装具１２を装着する。
【００３６】
次に、ユーザＨは、インナーシューズ３０を足に装着する。図６は、ユーザＨが予め上腿及び下腿に装具１２を装着した状態で、足を手元に引き寄せ、インナーシューズ３０を手元で足に装着している状態を示している。
【００３７】
そして、ユーザＨは、インナーシューズ３０を装着した足を足底ユニット２２の上面に置いて、インナーシューズ３０を足底ユニット２２の上面に固定する。図７において、ユーザＨは、台Ｓに座った状態で、ベルト２３、２４の端を足底ユニット２２の右側面に固定することにより、足元のインナーシューズ３０を足底ユニット２２の上面に固定している。この具体的な固定方法については、図５にて説明した通りである。
【００３８】
以上に説明した歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００３９】
第１に、歩行補助システム１００は、ユーザの足の拘縮を抑制することができる。
【００４０】
以下、この効果の詳細について説明する。図８は、足が拘縮し、つま先が丸くなった状態の麻痺者の足の形状の断面図である。図８（ａ）は、一般的な靴を装着した場合の麻痺者の足の形状の断面を示しており、図８（ｂ）は、インナーシューズ３０を装着した場合の麻痺者の足の形状の断面を示している。
【００４１】
一般的な靴は、つま先部が柔軟な素材で構成されており、麻痺者のつま先が曲がり丸くなっても、靴底に対してつま先を押しつける程度の弾性力は有さない。そのため、麻痺者が靴を装着した場合でも、足の拘縮を抑制することができず、つま先は丸くなった状態のままである。
【００４２】
図８（ａ）には、足の拘縮により、麻痺者のかかとと足Ｆの指先だけが靴底Ｐに接触している様子が示されている。この場合には、指先以外の足Ｆの前半分は靴底Ｐに接触せず、指先が靴底Ｐにほぼ点接触している状態になる。そのため、麻痺者の荷重による重力は、かかとから力Ｆ１が、指先からは力Ｆ２が、それぞれ集中して靴底Ｐにかかる。指先からの力Ｆ２は、図８（ａ）において右回りの方向にかかる力であるため、靴底Ｐのつま先は、図８（ａ）において右回りの方向に曲がった状態になる。
【００４３】
このような状態で、麻痺者が歩行補助装置１０を装着した場合には、ソールフレーム２０のつま先の狭い部分に、前述の力Ｆ２が集中荷重としてかかることになる。そのため、ソールフレーム２０のその部分には、力Ｆ２に対応する内部応力が発生する。その内部応力を、ラバー枠２２２に取り付けられた荷重センサは、床からの反力として検出してしまう。それにより、荷重センサは正しく麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができなくなる可能性がある。その場合には、歩行補助装置１０は、歩行を正確に制御できなくなる。
【００４４】
このように、地面からの反力の検出結果に基づいてユーザの歩行をアシストするウェアラブルロボットにおいては、足の形状が丸まったような場合では地面からの反力を正確にセンシングできない可能性があるという、ロボット特有の課題があった。言いかえれば、ロボットが地面からの反力を正確にセンシングするか否かは、ユーザの足の形状に依存していた。
【００４５】
本実施の形態にかかる歩行補助装置１０では、インナーシューズ３０における足のつま先の上部が接触するつま先部３１と、足のつま先の下部が接触する前底部３４ａは、つま先から力がかかっても曲がらない程度の剛性を有する硬質部材で構成されている。そして、つま先部３１の底部３４からの高さは、人の足指が伸びた状態のつま先の高さと略同一である。そのため、つま先部３１からは、足Ｆのつま先の拘縮部分を底部３４に押し付ける（付勢する）力が生ずるため、麻痺者は足をインナーシューズ３０に装着した際、足指が曲がった状態からまっすぐに伸びた状態になる。つまり、麻痺者の足の形状が自然に矯正されて、拘縮を抑制することができる。
【００４６】
図８（ｂ）には、以上のようにして、麻痺者の足Ｆのつま先の伸長が維持されている状態が示されている。ここで、「つま先が伸長した状態」は、足先の指が伸びているだけでなく、足Ｆの足裏部分が、足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触している状態を示す。図８（ｂ）において、麻痺者の荷重として、かかとからは力Ｆ３が、指先からは力Ｆ４が、それぞれ底部３４にかかる。ここで、力Ｆ４は、図８（ａ）における力Ｆ２に比較して弱い力である。そして、足Ｆの足裏部分が、足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触しているため、麻痺者の荷重は、足裏全体から底部３４に比較的均一にかかる。そのため、足底ユニット２２のつま先部分に発生する内部応力が抑制される。それにより、荷重センサはより的確に麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができるため、歩行補助システム１００は、歩行をより正確に制御することができる。
【００４７】
そして、図８（ａ）に示した足の状態のままで歩行した場合には、麻痺者は足のつま先が靴底に接触したままで歩行するため、つま先に傷みが生じることもありえる。しかし、麻痺者がインナーシューズ３０を装着した場合には、拘縮自体が抑制されることにより、麻痺者のつま先の傷みを防止する効果も得られる。
【００４８】
さらに、前底部３４ａは硬質部材であるため、麻痺者のつま先が丸まることにより力が加えられても、図８（ａ）のようには曲がらず、曲がり方は抑制される。そのため、前底部３４ａの下面に配置された足底ユニット２２につま先からの集中荷重が殆ど伝わらず、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。
【００４９】
以上の通り、歩行補助システム１００は、ユーザの足部形状に依存せずに、地面からの反力をより正確にセンシングすることができる。
【００５０】
なお、つま先が曲がる足の拘縮には、つま先が丸くなる場合と、反り返る場合の２通りが考えられる。本実施の形態にかかるインナーシューズ３０では、つま先部３１及び前底部３４ａのいずれも硬質部材により構成されているため、どちらの拘縮も抑制することができる。
【００５１】
第２に、歩行補助システム１００は、麻痺者の足の拘縮を、より的確に矯正することができる。インナーシューズ３０において、つま先部３１は、麻痺者のつま先全体を被覆している。そのため、つま先部３１から、底部３４側へ締め付ける力が麻痺者のつま先全体にかかるため、ユーザのつま先がより均一に底部に接することができるため、麻痺者の足の拘縮を、より的確に矯正できる。
【００５２】
第３に、歩行補助システム１００を装着した麻痺者は圧迫感を感じることなく、つま先の伸長状態を維持することができる。つま先部３１の底部３４からの高さは、麻痺者の伸長状態のつま先の高さと略同一であるため、麻痺者は、つま先部３１を伸長状態にした際に、つま先部３１によってつま先が圧迫されることがない。
【００５３】
第４に、歩行補助システム１００において、足底ユニット２２を、より多様な素材により構成することができる。つま先部３１の底部３４は、ユーザの足からの力に対して変形しない程度の剛性を有する。このような構成により、ソールフレーム２０の足底ユニット２２には、麻痺者のつま先からの力が伝わらない。そのため、足底ユニット２２を柔らかい素材により構成しても、荷重センサは、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力をより正確に検出することができる。
【００５４】
その他にも、歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００５５】
麻痺者は、無理な姿勢をとらずに、歩行補助システム１００を簡単に着脱できる。一般的な麻痺者の歩行をアシストするウェアラブルロボット、麻痺者の立脚を補助する長下肢装具においては、装具の構成部品全てが一体となって固定された状態で装着されるため、装着の際に、麻痺者は無理な姿勢をとる必要があった。これは、装具の装着具（特に、拘束のベースとなる足部）が分割できないということに起因する。これにより、そのため、重度の麻痺者、片麻痺者等、麻痺の度合いが重い麻痺者は、装具を装着できない可能性があった。
【００５６】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、人体の足部を包み込むインナーシューズ３０と、体重を支持するソールフレーム２０は自在に分割できる。このため、図６、図７において示した通り、麻痺者は足にインナーシューズ３０を手元で装着することができる。そして、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０のベルト２３、２４により、簡単にソールフレーム２０の面上に固定することができる。以上の通り、麻痺者は、無理な姿勢をとる必要がなく、単純な装着方法で、歩行補助装置１０を装着することができる。このため、歩行補助システム１００は、実用化に適したウェアラブルロボットといえる。
【００５７】
歩行補助システム１００において、ソールフレーム２０は、歩行中に足から外れないよう強固に、かつ人体に痛みを与えず、麻痺者の足に固定することができる。ソールフレーム２０への足の拘束が強固すぎると足を傷めてしまい、逆に緩すぎるとソールフレーム２０は体重を支持できない。一般的な長下肢装具は、フレームに足をベルトで固定し、その状態で上から靴を履いて締めていた。そのため、ベルトからの力が足の特定部分にかかることが多く、足を傷めてしまうことが、長下肢装具における足部の欠点として存在した。
【００５８】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、インナーシューズ３０によって足を包み込み、その上からベルトにより足をソールフレーム２０の面上に固定するため、足にかかる圧力が分散される。それにより、足を強固に拘束するとともに、足に生ずる傷みも抑制することができる。
【００５９】
歩行補助システム１００は、インナーシューズ３０のつま先の開き角（歩向角）を簡単に微調整できる。歩行時のつま先の開き角には個人差があるため、人に合わせたインナーシューズ３０のつま先の開き角の微調整が必要となる。一般的な長下肢装具では、一人ひとり、フレームをつま先の開き角に応じて曲げることによるカスタマイズ製作がなされている。そのため、麻痺者が長下肢装具のつま先の開き角の微調整をすることはできないという、足部の問題点がある。
【００６０】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対して簡易に動かすことができる。これにより、足底ユニット２２上におけるインナーシューズ３０の位置を簡単に変更することができる。そのため、つま先の開き角、歩向角の個人差があっても、麻痺者による変更が簡易に実行できる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、インナーシューズ３０は、足底ユニット２２の上面（上ソールプレート２２１の上面）に予め固定されていてもよい。インナーシューズ３０は、踵被覆部３２を備えなくともよい。インナーシューズ３０は、側面部３３がなく、つま先部３１と、それに連結された底部３４のみが備わるサンダル状の形状であってもよい。
【００６２】
足底ユニット２２の上面（上ソールプレート２２１の上面）に、麻痺者の足に装着される装着具として、つま先部３１、前側面部３３ａ及び前底部３４ａのみが設けられていてもよい。さらに、足底ユニット２２の上面に、つま先部３１及びつま先部３１と直接連結された前底部３４ａのみが設けられていてもよい。麻痺者は、足底ユニット２２の上面に足を載せ、つま先をその装着具に挿入することにより、足の拘縮を抑制することができる。
【００６３】
つま先部３１は、麻痺者のつま先全体を覆うのではなく、つま先の関節部分のみを覆う程度の大きさでもよい。このような構成でも、麻痺者のつま先には、足底ユニット２２の上面側に付勢する力が働くことにより、麻痺者の足の拘縮が抑制される。
【００６４】
ただし、麻痺者のつま先は、足先の指が伸びているだけでなく、地面と接触する足Ｆの足裏部分が足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触している状態が好ましい。これにより、麻痺者の荷重が足裏全体から靴底に比較的均一にかかり、荷重センサはより的確に麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができるからである。
【００６５】
つま先部３１等は、剛性を有する素材でなくとも、ゴム等の柔らかいが弾性を有する素材により構成されていてもよい。つまり、つま先部３１等は、麻痺者のつま先の拘縮部分を底部側に付勢する程度の弾性力を有するような、いかなる素材でもよい。
【００６６】
足底ユニット２２上において、インナーシューズ３０を固定する部品は、ベルトに限らず、例えば紐などのバンドでもよい。そのようなバンドによって、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とバンドの中央部に挟み込み、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつけることによって、インナーシューズ３０を固定することができる。あるいは、足底ユニット２２上及びインナーシューズ３０の底部３４に面ファスナを設けることにより、足底ユニット２２上にインナーシューズ３０を接着してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 歩行補助装置
１１ コントローラ
１２ 装具
１３ 上腿装具
１４ 膝ジョイント
１５ 連結バー
１６ リンク
１７ 下腿装具
１８ 足首ジョイント
２０ ソールフレーム
２１ リンク
２２ 足底ユニット
２３、２４ ベルト
３０ インナーシューズ
３１ つま先部
３２ 踵被覆部
３３ 側面部
３４ 底部
１００ 歩行補助システム
２２１ 上ソールプレート
２２２ ラバー枠
２２３ 下ソールプレート
【技術分野】
【０００１】
本発明は、歩行補助装置と装着具を備えた歩行補助システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
事故、病気等により脚部が麻痺した人（以下、麻痺者と記述）の歩行をアシストする歩行補助装置が提案されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、下腿装具、足首ジョイントにより下腿装具と連結される足装具を備えた歩行補助装置が開示されている。この足装具は、ソールプレート上に靴が面ファスナによって取り付けられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−１１０１７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
麻痺者は、つま先が拘縮することにより、自分で足指を伸ばせないことが多い。特に、麻痺者のつま先が丸まった状態であることが多い。その場合、歩行補助装置を用いて歩行する際に、麻痺者の足指の先が靴に当たってしまい、麻痺者のつま先が傷んでしまう可能性がある。さらに、歩行補助装置が、地面と接触する際に足部にかかる力を検出するセンサを備え、その検出結果に応じて麻痺者の歩行を制御するような場合には、麻痺者のつま先からかかる力により、地面と接触する際にかかる力を正しく検出できない可能性もある。その場合、歩行補助装置は歩行を正確に制御できなくなってしまう。
【０００６】
特許文献１にかかる歩行補助装置においては、麻痺者の足の拘縮を矯正する対策については、何ら講じられていない。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたものであり、麻痺者の足の拘縮を矯正する歩行補助システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明にかかる歩行補助システムは、歩行補助装置と、当該歩行補助装置のユーザが足に装着する装着具とを備えた歩行補助システムである。前記歩行補助装置は、腿部に装着される装具と、前記装具と連結され、地面と接触する足平部と、前記足平部が地面と接触する際にかかる力を検出する検出部と、前記検出部の検出結果に応じて、前記装具の動きを制御するコントローラと、を備え、前記装着具は、前記ユーザのつま先の拘縮部分を底部側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持する矯正部を有する。このような構成により、矯正部によって、ユーザのつま先の拘縮部分は装着具の底部側に付勢されるため、ユーザの足の拘縮を矯正することができる。
【０００９】
前記矯正部は、前記ユーザのつま先全体を被覆してもよい。このような構成により、矯正部から、底部側へ付勢する力がつま先全体にかかるため、ユーザのつま先がより均一に底部に接することができる。このため、ユーザの足の拘縮をより的確に矯正することができる。
【００１０】
前記装着具において、前記矯正部の前記底部からの高さは、前記ユーザの伸長状態のつま先の高さと略同一であってもよい。このような構成により、ユーザは、矯正部によるつま先の圧迫感を感じることなく、つま先を伸長状態に維持することができる。
【００１１】
前記装着具の前記底部は、前記ユーザの足からかかる荷重に対して変形しない程度の剛性を有してもよい。このような構成により、足平部には、ユーザのつま先からの集中荷重が伝わらない。そのため、足平部を柔らかい素材により構成しても、検出部は、足平部が地面と接触する際にかかる力をより正確に検出することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明により、麻痺者の足の拘縮を矯正する歩行補助システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施の形態１にかかる歩行補助システムの一例を示した斜視図である。
【図２】実施の形態１にかかるソールフレームの一例を示した斜視図である。
【図３】実施の形態１にかかるソールフレームの一例を示した断面図である。
【図４】実施の形態１にかかるインナーシューズの一例を示した斜視図である。
【図５】実施の形態１にかかるインナーシューズ及びソールフレームの取り付けの一例を示した側面図である。
【図６】実施の形態１にかかる歩行補助システムの装着例を示した第１の図である。
【図７】実施の形態１にかかる歩行補助システムの装着例を示した第２の図である。
【図８】一般的な靴を装着した場合の足の形状と、実施の形態１にかかるインナーシューズを装着した場合の足の形状を示した断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施の形態１
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。図１は、本実施の形態にかかる歩行補助システムの一例を、模式的に示した斜視図である。歩行補助システム１００は、大きく分けて歩行補助装置１０及びインナーシューズ３０を備える。歩行補助装置１０は、麻痺者であるユーザＨの右脚に装着されており、ユーザＨの膝関節にトルクを与えることによって、ユーザＨの歩行動作を補助する。インナーシューズ３０は、歩行補助装置１０のユーザＨが足に装着する装着具である。
【００１５】
以下、歩行補助装置１０の各部について説明する。歩行補助装置１０は、大きく分けて、コントローラ１１、ユーザＨの腿部に装着される装具１２、足首ジョイント１８及びユーザＨの足を支持するソールフレーム２０を備える。装具１２は、上腿装具１３、膝ジョイント１４及び下腿装具１７を備える。さらに、歩行補助装置１０は、歩行補助装置１０のバッテリー、スイッチ等を備えた図示しない制御ユニットを備えている。
【００１６】
ここで、図１に示す座標系について説明する。図面に示すＸＹＺ座標系においてＸ軸がロール軸、Ｙ軸がピッチ軸、Ｚ軸がヨー軸に相当する。ロール軸は、ユーザＨの前後方向（ソールフレーム２０の長手方向）に伸びており、ピッチ軸は、ユーザＨの左右方向（ソールフレーム２０の横方向）に伸びており、ヨー軸は、ユーザＨの上下方向に伸びている。
換言すれば、ヨー軸は、ソールフレーム２０の足裏面に略直交する。
【００１７】
コントローラ１１は、ソールフレーム２０に取り付けられた荷重センサの荷重の検出結果に基づいて、ユーザＨの歩行動作を補助するように、上腿装具１３、下腿装具１７中に内蔵されたモータを駆動する。これにより、コントローラ１１は、装具１２の動きを制御する。ソールフレーム２０に取り付けられた荷重センサについては後述する。
【００１８】
なお、コントローラ１１は、荷重センサの検出結果だけでなく、膝ジョイント１４、足首ジョイント１８に取り付けられた、図示されていないエンコーダの検出結果にも基づいて、モータを駆動してもよい。コントローラ１１は、制御ユニットから制御信号を受信することにより、歩行補助装置１０の動作の停止、変更等を実行する。コントローラ１１が実行する歩行補助のための制御についての説明は省略する。
【００１９】
上腿装具１３は、ユーザＨの上腿に固定される。なお、上腿装具１３にはコントローラ１１が取り付けられている。
【００２０】
膝ジョイント１４は、ユーザＨの膝の外側に位置するモータ付ジョイント１４ａと、ユーザＨの膝の内側に位置するサブジョイント１４ｂを備える。ここで、モータ付ジョイント１４ａ及びサブジョイント１４ｂは、ユーザＨの膝関節のピッチ軸と同軸に位置する。コントローラ１１は、モータ付ジョイント１４ａのモータを駆動することによって、下腿装具１７をピッチ軸周りに揺動させる。これにより、歩行補助装置１０は、ユーザＨの膝関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２１】
下腿装具１７は、連結バー１５及び右のリンク１６ａ、左のリンク１６ｂを備える。下腿装具１７は、膝ジョイント１４によって、上腿装具１３に対して揺動可能に連結されている。下腿装具１７は、ユーザＨの下腿に固定される。
【００２２】
連結バー１５は、左右のリンク１６ａ、１６ｂを連結するとともに、下腿装具１７をユーザＨの下腿に固定する。リンク１６ａ、１６ｂは、ユーザＨの下腿のピッチ軸方向両側に位置しており、足首ジョイント１８を介して、ソールフレーム２０と連結されている。
【００２３】
足首ジョイント１８は、ユーザＨの足首の外側に位置するモータ付ジョイント１８ａと、ユーザＨの足首の内側に位置するサブジョイント１８ｂを備える。モータ付ジョイント１８ａ及びサブジョイント１８ｂは、ユーザＨの足首のピッチ軸と同軸に位置する。コントローラ１１は、モータ付ジョイント１８ａのモータを駆動することによって、ソールフレーム２０をピッチ軸周りに揺動させる。これにより、歩行補助装置１０は、ユーザＨの足首関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２４】
ソールフレーム２０は、ユーザＨの足に固定される。ソールフレーム２０は、足首ジョイント１８によって、下腿装具１７に対して揺動可能に連結されている。より詳しくは、ソールフレーム２０は、リンク２１によって足首ジョイント１８と連結されており、足首ジョイント１８の回転によって、下腿装具１７に対して揺動する。
【００２５】
ソールフレーム２０は、右のリンク２１ａ、左のリンク２１ｂ及び足底ユニット（足平部）２２を備える。さらに、図１では図示が省略されているが、ソールフレーム２０は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定するためのベルトをさらに備える。この構成により、ソールフレーム２０は、インナーシューズ３０を支持する。
【００２６】
図２は、ソールフレーム２０の一例を示した斜視図である。リンク２１には、上部に足首ジョイント１８と連結するための穴が設けられている。足底ユニット２２は、ユーザＨが歩行補助装置１０を用いて歩行する際に裏面が地面に接触する部分であり、左右の側面にはリンク２１の下端が固定されている。リンク２１により、足底ユニット２２は装具１２と接続される。ベルト２３、２４は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定するためのベルトである。ベルト２３の一端は、足底ユニット２２前部の左側面に予め固定されており、他端を足底ユニット２２前部の右側面に固定することができる。ベルト２４の一端は、足底ユニット２２中央部の左側面に予め固定されており、他端を足底ユニット２２中央部の右側面に固定することができる。これにより、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とベルト２３、２４との間に挟み込んだ状態で、ベルト２３、２４の他端を足底ユニット２２の右側面に固定することによって、インナーシューズ３０を足底ユニット２２上に固定することができる。
【００２７】
図３は、ソールフレーム２０の断面図である。足底ユニット２２は、上ソールプレート２２１、ラバー枠２２２及び下ソールプレート２２３を備える。上ソールプレート２２１は、後述するインナーシューズ３０が接触する部分である。ラバー枠２２２は、上ソールプレート２２１と下ソールプレート２２３に挟まれている部分であり、ユーザＨと接地面との間の荷重を検知する荷重センサ（検出部）が設けられている。この荷重センサにより、歩行補助装置１０は、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力を検出することができる。下ソールプレート２２３は、地面と接地する部分であり、地面からの床反力をラバー枠２２２内の荷重センサに伝える部分である。上ソールプレート２２１、ラバー枠２２２及び下ソールプレート２２３は、柔軟性を有する素材で構成されている。
【００２８】
次に、ユーザＨの足に装着されるインナーシューズ３０の構造について、詳細に説明する。図４は、インナーシューズ３０の一例を示した斜視図である。インナーシューズ３０は、つま先部３１、踵被覆部３２、側面部３３及び底部３４を備える靴である。
【００２９】
つま先部３１は、インナーシューズ３０の上面前部を覆う。これにより、ユーザＨがインナーシューズ３０を装着した際には、つま先部３１は、ユーザＨのつま先部分を覆う。つま先部３１は、前から後ろにかけて、なだらかに傾斜することにより底部３４からの高さが高くなる形状をしている。つま先部３１は、これにより、伸長状態の足のつま先の形状に密着した形状となっている。
【００３０】
つま先部３１の先端部の底部３４からの高さは、人の足指が伸びた状態のつま先の高さと略同一である。このつま先部３１は、ユーザＨのつま先が拘縮する（曲がる）ことにより、ユーザＨのつま先から荷重がかかっても、形状が殆ど変形しない（曲がらない）程度の剛性を有する硬質素材で構成されている。換言すれば、つま先部３１は、つま先が拘縮しようとする力が生じた場合に、その反力によってつま先の拘縮部分を底部３４に押し付ける（付勢する）ことにより、足の拘縮を抑制する。この硬質素材は、例えばカーボン素材の強化プラスチック、アルミ等の素材である。
【００３１】
踵被覆部３２は、インナーシューズ３０の後面を覆うことにより、ユーザの踵部分を覆う被覆部である。踵被覆部３２は、例えば綿、布等の軟質素材で構成されている。これにより、ユーザの装着性が向上され、靴ずれ等を抑制することができる。
【００３２】
側面部３３は、つま先部３１及び踵被覆部３２と、底部３４とを連結する部材である。図３において、側面部３３は、つま先部３１と底部３４とを連結する前側面部３３ａと、踵被覆部３２と底部３４とを連結する後側面部３３ｂとに分けられる。側面部３３のうち、少なくとも前側面部３３ａは、剛性を有する硬質素材で構成される。
【００３３】
底部３４は、足のつま先が載る部分である前底部３４ａと、それ以外の足の部分が載る後底部３４ｂに分けられる。底部３４のうち、少なくとも前底部３４ａは、剛性を有する硬質素材で構成されている。この硬質素材は、前述の通り、ユーザＨのつま先から荷重がかかっても殆ど変形しない程度の剛性を有する。
【００３４】
図５は、インナーシューズ３０をソールフレーム２０の足底ユニット２２上（上ソールプレート２２１上）に固定した状態を示す側面図である。インナーシューズ３０は、ベルト２３、２４により、足底ユニット２２上に固定される。ベルト２３は、インナーシューズ３０のつま先部３１を跨ぐようにして足底ユニット２２の両端に固定され、つま先部３１を足底ユニット２２上に固定する。ベルト２４も同様にして、インナーシューズ３０の中央部を足底ユニット２２上に固定する。
【００３５】
次に、図６、図７を用いて、歩行補助システム１００の装着方法を示す。まず、ユーザＨは、上腿及び下腿に、予め装具１２を装着する。
【００３６】
次に、ユーザＨは、インナーシューズ３０を足に装着する。図６は、ユーザＨが予め上腿及び下腿に装具１２を装着した状態で、足を手元に引き寄せ、インナーシューズ３０を手元で足に装着している状態を示している。
【００３７】
そして、ユーザＨは、インナーシューズ３０を装着した足を足底ユニット２２の上面に置いて、インナーシューズ３０を足底ユニット２２の上面に固定する。図７において、ユーザＨは、台Ｓに座った状態で、ベルト２３、２４の端を足底ユニット２２の右側面に固定することにより、足元のインナーシューズ３０を足底ユニット２２の上面に固定している。この具体的な固定方法については、図５にて説明した通りである。
【００３８】
以上に説明した歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００３９】
第１に、歩行補助システム１００は、ユーザの足の拘縮を抑制することができる。
【００４０】
以下、この効果の詳細について説明する。図８は、足が拘縮し、つま先が丸くなった状態の麻痺者の足の形状の断面図である。図８（ａ）は、一般的な靴を装着した場合の麻痺者の足の形状の断面を示しており、図８（ｂ）は、インナーシューズ３０を装着した場合の麻痺者の足の形状の断面を示している。
【００４１】
一般的な靴は、つま先部が柔軟な素材で構成されており、麻痺者のつま先が曲がり丸くなっても、靴底に対してつま先を押しつける程度の弾性力は有さない。そのため、麻痺者が靴を装着した場合でも、足の拘縮を抑制することができず、つま先は丸くなった状態のままである。
【００４２】
図８（ａ）には、足の拘縮により、麻痺者のかかとと足Ｆの指先だけが靴底Ｐに接触している様子が示されている。この場合には、指先以外の足Ｆの前半分は靴底Ｐに接触せず、指先が靴底Ｐにほぼ点接触している状態になる。そのため、麻痺者の荷重による重力は、かかとから力Ｆ１が、指先からは力Ｆ２が、それぞれ集中して靴底Ｐにかかる。指先からの力Ｆ２は、図８（ａ）において右回りの方向にかかる力であるため、靴底Ｐのつま先は、図８（ａ）において右回りの方向に曲がった状態になる。
【００４３】
このような状態で、麻痺者が歩行補助装置１０を装着した場合には、ソールフレーム２０のつま先の狭い部分に、前述の力Ｆ２が集中荷重としてかかることになる。そのため、ソールフレーム２０のその部分には、力Ｆ２に対応する内部応力が発生する。その内部応力を、ラバー枠２２２に取り付けられた荷重センサは、床からの反力として検出してしまう。それにより、荷重センサは正しく麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができなくなる可能性がある。その場合には、歩行補助装置１０は、歩行を正確に制御できなくなる。
【００４４】
このように、地面からの反力の検出結果に基づいてユーザの歩行をアシストするウェアラブルロボットにおいては、足の形状が丸まったような場合では地面からの反力を正確にセンシングできない可能性があるという、ロボット特有の課題があった。言いかえれば、ロボットが地面からの反力を正確にセンシングするか否かは、ユーザの足の形状に依存していた。
【００４５】
本実施の形態にかかる歩行補助装置１０では、インナーシューズ３０における足のつま先の上部が接触するつま先部３１と、足のつま先の下部が接触する前底部３４ａは、つま先から力がかかっても曲がらない程度の剛性を有する硬質部材で構成されている。そして、つま先部３１の底部３４からの高さは、人の足指が伸びた状態のつま先の高さと略同一である。そのため、つま先部３１からは、足Ｆのつま先の拘縮部分を底部３４に押し付ける（付勢する）力が生ずるため、麻痺者は足をインナーシューズ３０に装着した際、足指が曲がった状態からまっすぐに伸びた状態になる。つまり、麻痺者の足の形状が自然に矯正されて、拘縮を抑制することができる。
【００４６】
図８（ｂ）には、以上のようにして、麻痺者の足Ｆのつま先の伸長が維持されている状態が示されている。ここで、「つま先が伸長した状態」は、足先の指が伸びているだけでなく、足Ｆの足裏部分が、足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触している状態を示す。図８（ｂ）において、麻痺者の荷重として、かかとからは力Ｆ３が、指先からは力Ｆ４が、それぞれ底部３４にかかる。ここで、力Ｆ４は、図８（ａ）における力Ｆ２に比較して弱い力である。そして、足Ｆの足裏部分が、足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触しているため、麻痺者の荷重は、足裏全体から底部３４に比較的均一にかかる。そのため、足底ユニット２２のつま先部分に発生する内部応力が抑制される。それにより、荷重センサはより的確に麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができるため、歩行補助システム１００は、歩行をより正確に制御することができる。
【００４７】
そして、図８（ａ）に示した足の状態のままで歩行した場合には、麻痺者は足のつま先が靴底に接触したままで歩行するため、つま先に傷みが生じることもありえる。しかし、麻痺者がインナーシューズ３０を装着した場合には、拘縮自体が抑制されることにより、麻痺者のつま先の傷みを防止する効果も得られる。
【００４８】
さらに、前底部３４ａは硬質部材であるため、麻痺者のつま先が丸まることにより力が加えられても、図８（ａ）のようには曲がらず、曲がり方は抑制される。そのため、前底部３４ａの下面に配置された足底ユニット２２につま先からの集中荷重が殆ど伝わらず、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。
【００４９】
以上の通り、歩行補助システム１００は、ユーザの足部形状に依存せずに、地面からの反力をより正確にセンシングすることができる。
【００５０】
なお、つま先が曲がる足の拘縮には、つま先が丸くなる場合と、反り返る場合の２通りが考えられる。本実施の形態にかかるインナーシューズ３０では、つま先部３１及び前底部３４ａのいずれも硬質部材により構成されているため、どちらの拘縮も抑制することができる。
【００５１】
第２に、歩行補助システム１００は、麻痺者の足の拘縮を、より的確に矯正することができる。インナーシューズ３０において、つま先部３１は、麻痺者のつま先全体を被覆している。そのため、つま先部３１から、底部３４側へ締め付ける力が麻痺者のつま先全体にかかるため、ユーザのつま先がより均一に底部に接することができるため、麻痺者の足の拘縮を、より的確に矯正できる。
【００５２】
第３に、歩行補助システム１００を装着した麻痺者は圧迫感を感じることなく、つま先の伸長状態を維持することができる。つま先部３１の底部３４からの高さは、麻痺者の伸長状態のつま先の高さと略同一であるため、麻痺者は、つま先部３１を伸長状態にした際に、つま先部３１によってつま先が圧迫されることがない。
【００５３】
第４に、歩行補助システム１００において、足底ユニット２２を、より多様な素材により構成することができる。つま先部３１の底部３４は、ユーザの足からの力に対して変形しない程度の剛性を有する。このような構成により、ソールフレーム２０の足底ユニット２２には、麻痺者のつま先からの力が伝わらない。そのため、足底ユニット２２を柔らかい素材により構成しても、荷重センサは、足底ユニット２２が地面と接触する際にかかる力をより正確に検出することができる。
【００５４】
その他にも、歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００５５】
麻痺者は、無理な姿勢をとらずに、歩行補助システム１００を簡単に着脱できる。一般的な麻痺者の歩行をアシストするウェアラブルロボット、麻痺者の立脚を補助する長下肢装具においては、装具の構成部品全てが一体となって固定された状態で装着されるため、装着の際に、麻痺者は無理な姿勢をとる必要があった。これは、装具の装着具（特に、拘束のベースとなる足部）が分割できないということに起因する。これにより、そのため、重度の麻痺者、片麻痺者等、麻痺の度合いが重い麻痺者は、装具を装着できない可能性があった。
【００５６】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、人体の足部を包み込むインナーシューズ３０と、体重を支持するソールフレーム２０は自在に分割できる。このため、図６、図７において示した通り、麻痺者は足にインナーシューズ３０を手元で装着することができる。そして、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０のベルト２３、２４により、簡単にソールフレーム２０の面上に固定することができる。以上の通り、麻痺者は、無理な姿勢をとる必要がなく、単純な装着方法で、歩行補助装置１０を装着することができる。このため、歩行補助システム１００は、実用化に適したウェアラブルロボットといえる。
【００５７】
歩行補助システム１００において、ソールフレーム２０は、歩行中に足から外れないよう強固に、かつ人体に痛みを与えず、麻痺者の足に固定することができる。ソールフレーム２０への足の拘束が強固すぎると足を傷めてしまい、逆に緩すぎるとソールフレーム２０は体重を支持できない。一般的な長下肢装具は、フレームに足をベルトで固定し、その状態で上から靴を履いて締めていた。そのため、ベルトからの力が足の特定部分にかかることが多く、足を傷めてしまうことが、長下肢装具における足部の欠点として存在した。
【００５８】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、インナーシューズ３０によって足を包み込み、その上からベルトにより足をソールフレーム２０の面上に固定するため、足にかかる圧力が分散される。それにより、足を強固に拘束するとともに、足に生ずる傷みも抑制することができる。
【００５９】
歩行補助システム１００は、インナーシューズ３０のつま先の開き角（歩向角）を簡単に微調整できる。歩行時のつま先の開き角には個人差があるため、人に合わせたインナーシューズ３０のつま先の開き角の微調整が必要となる。一般的な長下肢装具では、一人ひとり、フレームをつま先の開き角に応じて曲げることによるカスタマイズ製作がなされている。そのため、麻痺者が長下肢装具のつま先の開き角の微調整をすることはできないという、足部の問題点がある。
【００６０】
しかしながら、本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対して簡易に動かすことができる。これにより、足底ユニット２２上におけるインナーシューズ３０の位置を簡単に変更することができる。そのため、つま先の開き角、歩向角の個人差があっても、麻痺者による変更が簡易に実行できる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、インナーシューズ３０は、足底ユニット２２の上面（上ソールプレート２２１の上面）に予め固定されていてもよい。インナーシューズ３０は、踵被覆部３２を備えなくともよい。インナーシューズ３０は、側面部３３がなく、つま先部３１と、それに連結された底部３４のみが備わるサンダル状の形状であってもよい。
【００６２】
足底ユニット２２の上面（上ソールプレート２２１の上面）に、麻痺者の足に装着される装着具として、つま先部３１、前側面部３３ａ及び前底部３４ａのみが設けられていてもよい。さらに、足底ユニット２２の上面に、つま先部３１及びつま先部３１と直接連結された前底部３４ａのみが設けられていてもよい。麻痺者は、足底ユニット２２の上面に足を載せ、つま先をその装着具に挿入することにより、足の拘縮を抑制することができる。
【００６３】
つま先部３１は、麻痺者のつま先全体を覆うのではなく、つま先の関節部分のみを覆う程度の大きさでもよい。このような構成でも、麻痺者のつま先には、足底ユニット２２の上面側に付勢する力が働くことにより、麻痺者の足の拘縮が抑制される。
【００６４】
ただし、麻痺者のつま先は、足先の指が伸びているだけでなく、地面と接触する足Ｆの足裏部分が足底ユニット２２の上ソールプレート２２１の表面と略同一に接触している状態が好ましい。これにより、麻痺者の荷重が足裏全体から靴底に比較的均一にかかり、荷重センサはより的確に麻痺者と接地面との間の荷重を検知することができるからである。
【００６５】
つま先部３１等は、剛性を有する素材でなくとも、ゴム等の柔らかいが弾性を有する素材により構成されていてもよい。つまり、つま先部３１等は、麻痺者のつま先の拘縮部分を底部側に付勢する程度の弾性力を有するような、いかなる素材でもよい。
【００６６】
足底ユニット２２上において、インナーシューズ３０を固定する部品は、ベルトに限らず、例えば紐などのバンドでもよい。そのようなバンドによって、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とバンドの中央部に挟み込み、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつけることによって、インナーシューズ３０を固定することができる。あるいは、足底ユニット２２上及びインナーシューズ３０の底部３４に面ファスナを設けることにより、足底ユニット２２上にインナーシューズ３０を接着してもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１０ 歩行補助装置
１１ コントローラ
１２ 装具
１３ 上腿装具
１４ 膝ジョイント
１５ 連結バー
１６ リンク
１７ 下腿装具
１８ 足首ジョイント
２０ ソールフレーム
２１ リンク
２２ 足底ユニット
２３、２４ ベルト
３０ インナーシューズ
３１ つま先部
３２ 踵被覆部
３３ 側面部
３４ 底部
１００ 歩行補助システム
２２１ 上ソールプレート
２２２ ラバー枠
２２３ 下ソールプレート
【特許請求の範囲】
【請求項１】
歩行補助装置と、当該歩行補助装置のユーザが足に装着する装着具とを備えた歩行補助システムであって、
前記歩行補助装置は、
腿部に装着される装具と、
前記装具と連結され、地面と接触する足平部と、
前記足平部が地面と接触する際にかかる力を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて、前記装具の動きを制御するコントローラと、を備え、
前記装着具は、前記ユーザのつま先の拘縮部分を前記装着具の底部側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持する矯正部を有する、
歩行補助システム。
【請求項２】
前記矯正部は、前記ユーザのつま先全体を被覆する、
請求項１に記載の歩行補助システム。
【請求項３】
前記装着具において、前記矯正部の前記底部からの高さは、前記ユーザの伸長状態のつま先の高さと略同一である、
請求項１又は２に記載の歩行補助システム。
【請求項４】
前記装着具の前記底部は、前記ユーザの足からかかる荷重に対して変形しない程度の剛性を有する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【請求項１】
歩行補助装置と、当該歩行補助装置のユーザが足に装着する装着具とを備えた歩行補助システムであって、
前記歩行補助装置は、
腿部に装着される装具と、
前記装具と連結され、地面と接触する足平部と、
前記足平部が地面と接触する際にかかる力を検出する検出部と、
前記検出部の検出結果に応じて、前記装具の動きを制御するコントローラと、を備え、
前記装着具は、前記ユーザのつま先の拘縮部分を前記装着具の底部側に付勢することにより拘縮を抑制し、つま先の伸長状態を維持する矯正部を有する、
歩行補助システム。
【請求項２】
前記矯正部は、前記ユーザのつま先全体を被覆する、
請求項１に記載の歩行補助システム。
【請求項３】
前記装着具において、前記矯正部の前記底部からの高さは、前記ユーザの伸長状態のつま先の高さと略同一である、
請求項１又は２に記載の歩行補助システム。
【請求項４】
前記装着具の前記底部は、前記ユーザの足からかかる荷重に対して変形しない程度の剛性を有する、
請求項１ないし３のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−９４３２２（Ｐ２０１３−９４３２２Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３８３３９（Ｐ２０１１−２３８３３９）
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月３１日（２０１１．１０．３１）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
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