歩行補助システム
【課題】ユーザが容易に着脱できる歩行補助装置を提供すること
【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、を備える。足底ユニット２２には、その後端に凹部２２３が設けられ、インナーシューズ３０には、その後端に凹部２２３と嵌合する凸部３５が設けられる。
【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、を備える。足底ユニット２２には、その後端に凹部２２３が設けられ、インナーシューズ３０には、その後端に凹部２２３と嵌合する凸部３５が設けられる。
【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】
特許文献１にかかる歩行補助装置は、靴がソールプレート上に面ファスナによって取り付けられる。そのため、ユーザが歩行補助装置を取り外す際には、ソールプレートから靴を剥がす動作が必要となる。ユーザが歩行補助装置を着用する際には、靴がソールプレート上の適切な位置（例えば、靴の底部がソールプレート上からはみ出さないような位置）に、靴をつける動作が必要となる。そのため、ユーザは、歩行補助装置の着脱に手間がかかった。
【０００６】
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、ユーザが容易に着脱でき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】
【０００７】
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、を備え、前記足平部には、その後端に第１の嵌合部が設けられ、前記装着具には、その後端に前記第１の嵌合部と嵌合する第２の嵌合部が設けられる。このような構成により、ユーザは足平部の第１の嵌合部と装着具の第２の嵌合部とを嵌合し、又は取り外すことによって、容易に足平部から装着具を着脱することができる。そのため、ユーザは容易に歩行補助システムを着脱することができる。さらに、ユーザの後方に荷重ベクトルがかかることにより、第１の嵌合部と第２の嵌合部とは、安定して嵌合状態を維持することができる。
【０００８】
前記第１の嵌合部は凹部、前記第２の嵌合部は凸部であり、前記第１の嵌合部と前記第２の嵌合部が嵌合した場合に、前記第２の嵌合部及び前記足平部の後端が略面一であってもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合した場合に、第２の嵌合部である凸部が足平部に対してはみ出さないため、第２の嵌合部の凸部が欠損する可能性を減らすことができる。
【０００９】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の底部に設けられてもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部とは、装着具の底部にて嵌合する。他の箇所で第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合する場合には、嵌合の際に第１の嵌合部と第２の嵌合部が同じ高さにあるか否かをユーザは確認する必要があるが、このような構成ではその必要がない。そのため、ユーザは第１の嵌合部と第２の嵌合部の嵌合を、より簡易にすることができる。
【００１０】
前記装着具の前記底部に設けられた前記第２の嵌合部は、前記装着具の前記底部と一体となって形成されてもよい。このような構成により、第２の嵌合部の強度を高くして、底部から第２の嵌合部が欠損する可能性を減らすことができる。
【００１１】
前記足平部において、前記第１の嵌合部の側面には起立壁が設けられてもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部の嵌合が外れた場合でも、装着具が足平部の後方に移動することを拘束することができる。さらに、第１の嵌合部の強度を高くすることにより、第１の嵌合部が欠損する可能性を減らすことができる。
【００１２】
前記歩行補助装置は、前記足平部内に設けられ、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、前記検出部の上方に設けられ、前記装着具を前記足平部側に付勢することによって前記装着具の移動を拘束する拘束部と、をさらに備えてもよい。このような構成により、前記検出部の下部には拘束部からの張力がかからないため、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。そのため、コントローラは、歩行補助装置の動きをより正確に制御することができる。
【００１３】
前記拘束部は、前記足平部の左右の側方に両端が固定される形状のバンドであり、前記バンドは、前記バンドの中央部が両端と比較して前記足平部の前方にある状態で、前記装着具を前記足平部と前記バンドの中央部との間に挟み込むことにより、前記装着具を前記足平部側に付勢してもよい。このような構成により、バンドから足平部にかかる張力は足平部の後ろ方向、すなわち第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合される方向に張力がかかるため、第１の嵌合部と第２の嵌合部をより安定して嵌合させることができる。
【００１４】
前記足平部は、前記検出部が配置されている層を含む多層構造を有し、前記検出部が配置されている層を取り出して前記検出部の位置を変更することが可能であってもよい。このような構成により、足平部に対する装着具の位置を変更した場合であっても、装着具の位置に追従して前記検出部の位置を変更することができるため、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ユーザが容易に着脱でき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】
【００１６】
【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を取り付けた状態の一例を示した側面図である。
【図６Ａ】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を装着する過程の一例を示した第１の側面図である。
【図６Ｂ】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を装着する過程の一例を示した第２の側面図である。
【図６Ｃ】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を装着する過程の一例を示した第３の側面図である。
【図７Ａ】実施の形態１にかかる歩行補助システムを装着したユーザの左脚の状態を示した図である。
【図７Ｂ】実施の形態１にかかる歩行補助システムを装着したユーザの左脚において、荷重を支持する部位を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
足首ジョイント１８は、ユーザ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、ユーザの足首関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２７】
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。
【００２８】
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２２（足平部）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２３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。
【００２９】
以下、ソールフレーム２０の構成について詳細に説明する。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。リンク２１には、滑り部２２１が連結されている。
【００３０】
足底ユニット２２は、滑り部２２１、起立壁２２２、凹部２２３及び足底部２２４を備える。滑り部２２１は、後述するインナーシューズ３０の底部３４とのすべりを良くする部分であり、表面が滑らかな部材により構成されている。滑り部２２１の後端、すなわち足底ユニット２２の後端には、起立壁２２２及び凹部２２３（第１の嵌合部）が設けられている。滑り部２２１と足底部２２４とは接合されている。
【００３１】
足底部２２４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る。ベルト２３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、リンク２１ｂの外側の側面に予め固定されており、他端をリンク２１ａの外側の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との間に挟み込んだ状態で、ソールフレーム２０の他端を足底ユニット２２の右側方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上に拘束することができる。これにより、インナーシューズ３０は、足底ユニット２２上での前方向への移動が拘束される。
【００３２】
図３は、ソールフレーム２０の一例の断面図である。足底部２２４は、上ソールプレート２２５、ラバー枠２２６及び下ソールプレート２２７の３層構造を備える。上ソールプレート２２５は、後述するインナーシューズ３０がその上面に搭載される。ラバー枠２２６は、上ソールプレート２２５と下ソールプレート２２７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２２７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２２６内の荷重センサに伝える部分である。この上ソールプレート２２５、ラバー枠２２６及び下ソールプレート２２７は、各層に取り外すことが可能である。
【００３３】
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、底部３４及び凸部３５（第２の嵌合部）を備える靴である。
【００３４】
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、足のつま先の形状に準じた形状である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。底部３４は、滑り部２２１上を摩擦が少ないように滑るために、滑らかな素材により構成されている。
【００３７】
凸部３５は、底部３４の側面から突出した凸部であり、底部３４と一体となって形成されている。凸部３５は、凹部２２３と嵌合される構成である。
【００３８】
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２２５上）に取り付けた状態の一例を示す側面図である。インナーシューズ３０は、ベルト２３、凸部３５及び凹部２２３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の上面を跨ぐようにしてリンク２１の側面に固定されている。このとき、ソールフレーム２０の中央部は、両端と比較して足底ユニット２２の前方にある状態であり、ソールフレーム２０は足底ユニット２２の後方に張力を発生させる。凸部３５及び凹部２２３は、図５において嵌合されている。
【００３９】
次に、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃを用いて、インナーシューズ３０及びソールフレーム２０の装着方法を示す。
【００４０】
まず、ユーザＨは、インナーシューズ３０を足に装着する。例えば、ユーザＨは、足を手元に引き寄せ、インナーシューズ３０を手元で足に装着する。図６Ａは、この状態を示した側面図である。図６Ａにおいて、ユーザＨの足等の図示は省略している。
【００４１】
そして、ユーザＨは、インナーシューズ３０を装着した足をソールフレーム２０の滑り部２２１の上面に置き、インナーシューズ３０の底部３４を滑り部２２１に滑らせながら、
インナーシューズ３０をソールフレーム２０の後方に移動させる。図６Ｂは、この状態を示した側面図である。
【００４２】
ユーザＨがインナーシューズ３０をソールフレーム２０の後方に移動することにより、インナーシューズ３０の凸部３５及びソールフレーム２０の凹部２２３が嵌合する。これにより、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対する上下方向及び後方への移動が拘束される。そして、ベルト２３を、図５に図示したように締める。これにより、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対する前方への移動が拘束される。図６Ｃは、この状態を示した側面図である。
【００４３】
ここで、凸部３５と凹部２２３が嵌合した状態において、凸部３５と足底ユニット２２の後端は略面一であり、凸部３５は足底ユニット２２の後端から出っ張っていない。
【００４４】
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。
【００４５】
第１に、この歩行補助システム１００は、ユーザが無理な姿勢をとらずに、容易に着脱できることである。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。
【００４６】
特許文献１にかかる歩行補助装置では、靴は面ファスナによってソールプレート上に取り付けられるため、麻痺者は靴のみを装着した状態で歩行補助装置の靴底ユニットに足を載せることにより、歩行補助装置を装着することができる。しかしながら、麻痺者が歩行補助装置を取り外す際には、ソールプレートから靴を剥がす動作が必要となる。麻痺者が歩行補助装置を着用する際には、靴がソールプレート上の適切な位置（例えば、靴の底部がソールプレート上からはみ出さないような位置）に、靴をつける動作が必要となる。そのため、麻痺者は、歩行補助装置の着脱に手間がかかった。
【００４７】
本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、麻痺者はインナーシューズ３０の凸部３５とソールフレーム２０の凹部２２３とを嵌合することにより、ソールフレーム２０にインナーシューズ３０を容易に装着することができる。逆に、図５に示した状態からソールフレーム２０からインナーシューズ３０を取り外す際には、以下の手順を実行すればよい。まず、麻痺者は、ベルト２３によるインナーシューズ３０の拘束を解除する。これにより、インナーシューズ３０はソールフレーム２０に対して、前方へ移動可能になる。その上で、麻痺者はインナーシューズ３０を足底ユニット２２上で前方にスライドさせることにより、凸部３５と凹部２２３の嵌合を容易に取り外すことができる。これにより、麻痺者は、単純な装着方法で、歩行補助システム１００を着脱することができる。
【００４８】
さらに、歩行補助システム１００においては、凸部３５と凹部２２３を安定して嵌合させることができる。この詳細について、以下で説明する。
【００４９】
図７Ａ、図７Ｂは、歩行補助システムを取り付けた場合に発生する荷重ベクトルを示した図である。図７Ａは、ユーザＨの左脚に、図１と同様に歩行補助システム１００を装着した状態を示した図面である。図７Ｂは、このときにユーザＨの荷重を支持する部位について示したものである。ユーザＨの荷重を支持する部位は、図７Ｂに示した足部の後方ａ、膝前方ｂ、大腿部後方ｃの３点である。
【００５０】
ユーザＨの左脚が静止している場合には、足部の後方ａが荷重を支えることにより、下向きの力が生ずる。これに、膝前方ｂに生じた後ろ向きの反力が加わることにより、荷重を支える向きを示す荷重ベクトルはベクトルＡとなる。ユーザＨが歩行中に左足を持ち上げた場合には、ロボット重量を脚が支持することになり、上向きの力が生ずる。膝前方ｂには後ろ向きの反力が存在するため、荷重ベクトルはベクトルＢとなる。ベクトルＡ、Ｂともに、後ろ向きの荷重ベクトルである。凸部３５と凹部２２３とはユーザＨの踵部分にあるため、ベクトルＡ、Ｂともに、凸部３５と凹部２２３とを嵌合させる方向に作用し、凸部３５と凹部２２３を確実にロックさせる。これにより、ユーザＨの足が静止している場合、歩行中の場合のいずれにおいても、凸部３５と凹部２２３は、安定して嵌合状態を維持することができる。
【００５１】
第２に、歩行補助システム１００の凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。凸部３５と凹部２２３が嵌合した状態において、凸部３５と足底ユニット２２の後端は略面一であり、凸部３５は足底ユニット２２の後端から出っ張っていないためである。
【００５２】
第３に、歩行補助システム１００は、凸部３５と凹部２２３を簡易に嵌合することができるため、麻痺者は歩行補助システム１００をより容易に装着することができる。凸部３５は、インナーシューズ３０の底部３４に設けられている。このため、凸部３５と凹部２２３とは、インナーシューズ３０の底部３４にて嵌合する。他の箇所で凸部３５と凹部２２３とが嵌合する場合には、麻痺者は嵌合の際に凸部３５と凹部２２３とが同じ高さにあるか否かを確認する必要があるが、このような構成ではその必要がなく、凸部３５と凹部２２３を簡易に嵌合することができる。
【００５３】
第４に、底部３４から凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。インナーシューズ３０の底部に設けられた凸部３５がインナーシューズ３０の底部３４と一体となって形成されることにより、凸部３５の強度が高くなるためである。
【００５４】
第５に、凸部３５と凹部２２３の嵌合が外れた場合でも、インナーシューズ３０が足底ユニット２２の後方に移動することを拘束することができる。足底ユニット２２において、凹部２２３の側面には起立壁２２２が設けられているためである。さらに、起立壁２２２により、凹部２２３の強度を高くして、凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。
【００５５】
第６に、歩行補助システム１００は、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。そのため、コントローラ１１は、歩行補助装置１０の動きを正確に制御することができる。歩行補助システム１００において、ベルト２３は、リンク２１の側面に設けられており、足底ユニット２２の上方に設けられている。つまり、ベルト２３は、足底ユニット２２内に設けられた荷重センサの上方に設けられている。このような構成により、荷重センサの下部にはベルトからの張力がかからないため、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。
【００５６】
荷重センサにより地面からの反力を検出し、歩行をアシストするウェアラブルロボットにおいては、ユーザのロボットの装着作業のばらつきに依存せず、地面からの反力を正確に検出する必要があるという、ロボット特有の課題があった。例えば、装着時のベルト２３の締め加減といったユーザの動作（人的要因）により、荷重センサの検出結果がばらつくことにより、ロボットは歩行制御ができないことが考えられる。
【００５７】
歩行補助システム１００において、ベルトの張力は、センサの検出結果に影響を及ぼさない。そのため、検知センサは、ユーザのベルト２３の装着作業のばらつきに依存せず、地面からの反力をより正確に検出することができる。
【００５８】
第７に、歩行補助システム１００は、ベルト２３により、凸部３５と凹部２２３をより安定して嵌合させることができる。ベルト２３は、足底ユニット２２の左右の側方に両端が固定され、ベルト２３は、ベルト２３の中央部が両端と比較して足底ユニット２２の前方にある状態で、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とベルト２３の中央部との間に挟み込む。これにより、ベルト２３は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつける（付勢する）。このような構成により、ベルト２３から足底ユニット２２にかかる張力は足底ユニット２２の後ろ方向になる。すなわち、凸部３５と凹部２２３が嵌合される方向に張力がかかる。そのため、凸部３５と凹部２２３は、より安定して嵌合する。
【００５９】
第８に、歩行補助システム１００は、足底ユニット２２に対するインナーシューズ３０の位置を変更した場合であっても、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。足底ユニット２２は、荷重センサが配置されているラバー枠２２６を含む３層構造を有しており、ラバー枠２２６が配置されている層を取り出して、荷重センサの位置を変更することができるからである。
【００６０】
その他にも、歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００６１】
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、ユーザ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。
【００６２】
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、インナーシューズ３０を凹凸部の嵌合によってソールフレーム２０に拘束している。この嵌合によって、ユーザの足に力はかからない。そして、ソールフレーム２０に足を固定するベルトはインナーシューズ３０の上から足にまかれるため、足にかかる圧力は分散される。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。
【００６３】
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、ユーザ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。
【００６４】
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（ヨー軸回転の個人差）があっても、ユーザによる変更が簡易に実行できる。そして、前述の通り、足底ユニット２２から荷重センサを備えたラバー枠２２６を取り出して、荷重センサの位置を変更できるため、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。
【００６５】
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、実施の形態１ではロボットを例にして説明したが、ソールフレーム２０及びインナーシューズ３０の構成は、ロボット制御をしない長下肢装具においても同様に応用することができる。
【００６６】
実施の形態１においては、ソールフレーム２０の後端に凹部２２３が、インナーシューズ３０の後端に凸部３５が設けられている構成を例示したが、ソールフレーム２０の後端に凸部が、インナーシューズ３０の後端に凹部が設けられていてもよい。
【００６７】
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むことにより、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつけて、インナーシューズ３０を固定することができる。
【００６８】
実施の形態１においては、ソールフレーム２０、インナーシューズ３０に凹部と凸部がそれぞれ１個ずつある構成を例示した。しかしながら、嵌合される凹部と凸部は、ソールフレーム２０、インナーシューズ３０にそれぞれ複数設けられてもよい。例えば、ソールフレーム２０の後面において、上下に凹部が１個ずつ設けられ、インナーシューズ３０の後面において、底部及びその上部に凸部が１個ずつ設けられるような構成でもよい。同様に、ソールフレーム２０の後面において、左右に凹部が１個ずつ設けられ、インナーシューズ３０の後面において、底部の左右に凸部が１個ずつ設けられるような構成でもよい。あるいは、ソールフレーム２０に凸部と凹部が、インナーシューズ３０に対応する凹部と凸部が設けられてもよい。このように、凹部及び凸部の組を複数設けることにより、凹部及び凸部が嵌合した場合に、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０により強く拘束される。そのため、インナーシューズ３０をソールフレーム２０からより外れにくくすることができる。
【００６９】
ソールフレーム２０、インナーシューズ３０は、さらに、ソールフレーム２０の上面（滑り部２２１又は上ソールプレート２２５の表面）と、底部３４とに、それぞれ凹凸部を設けてもよい。例えば、滑り部２２１の特定の箇所に凹部（窪み）を設け、インナーシューズ３０の底部３４の対応する箇所（インナーシューズ３０が、凹部２２３及び凸部３５の嵌合によりソールフレーム２０上に固定された場合に、滑り部２２１の凹部の直上にあたる箇所）に、凹部と嵌合する凸部を設ける。これにより、凹部２２３及び凸部３５が嵌合された場合に、滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部も嵌合する。そのため、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対して、前後方向への移動が拘束される。これにより、インナーシューズ３０をソールフレーム２０からより外れにくくすることができる。
【００７０】
ここで、滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部の高低差は、インナーシューズ３０を若干持ち上げるか斜めにすることにより、嵌合が外れる程度の低い値が望ましい。これにより、ユーザは、歩行補助システム１００を装着している場合に、インナーシューズ３０を装着した足を少し持ち上げるか、足を斜めにした状態にして、足を前方に動かすことにより、容易にソールフレーム２０からインナーシューズ３０を取り外すことができる。
【００７１】
以上に説明した滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部は、複数設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
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 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
３５ 凸部
１００ 歩行補助システム
２２１ 滑り部
２２２ 起立壁
２２３ 凹部
２２４ 足底部
２２５ 上ソールプレート
２２６ ラバー枠
２２７ 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】
特許文献１にかかる歩行補助装置は、靴がソールプレート上に面ファスナによって取り付けられる。そのため、ユーザが歩行補助装置を取り外す際には、ソールプレートから靴を剥がす動作が必要となる。ユーザが歩行補助装置を着用する際には、靴がソールプレート上の適切な位置（例えば、靴の底部がソールプレート上からはみ出さないような位置）に、靴をつける動作が必要となる。そのため、ユーザは、歩行補助装置の着脱に手間がかかった。
【０００６】
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、ユーザが容易に着脱でき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】
【０００７】
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、を備え、前記足平部には、その後端に第１の嵌合部が設けられ、前記装着具には、その後端に前記第１の嵌合部と嵌合する第２の嵌合部が設けられる。このような構成により、ユーザは足平部の第１の嵌合部と装着具の第２の嵌合部とを嵌合し、又は取り外すことによって、容易に足平部から装着具を着脱することができる。そのため、ユーザは容易に歩行補助システムを着脱することができる。さらに、ユーザの後方に荷重ベクトルがかかることにより、第１の嵌合部と第２の嵌合部とは、安定して嵌合状態を維持することができる。
【０００８】
前記第１の嵌合部は凹部、前記第２の嵌合部は凸部であり、前記第１の嵌合部と前記第２の嵌合部が嵌合した場合に、前記第２の嵌合部及び前記足平部の後端が略面一であってもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合した場合に、第２の嵌合部である凸部が足平部に対してはみ出さないため、第２の嵌合部の凸部が欠損する可能性を減らすことができる。
【０００９】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の底部に設けられてもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部とは、装着具の底部にて嵌合する。他の箇所で第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合する場合には、嵌合の際に第１の嵌合部と第２の嵌合部が同じ高さにあるか否かをユーザは確認する必要があるが、このような構成ではその必要がない。そのため、ユーザは第１の嵌合部と第２の嵌合部の嵌合を、より簡易にすることができる。
【００１０】
前記装着具の前記底部に設けられた前記第２の嵌合部は、前記装着具の前記底部と一体となって形成されてもよい。このような構成により、第２の嵌合部の強度を高くして、底部から第２の嵌合部が欠損する可能性を減らすことができる。
【００１１】
前記足平部において、前記第１の嵌合部の側面には起立壁が設けられてもよい。このような構成により、第１の嵌合部と第２の嵌合部の嵌合が外れた場合でも、装着具が足平部の後方に移動することを拘束することができる。さらに、第１の嵌合部の強度を高くすることにより、第１の嵌合部が欠損する可能性を減らすことができる。
【００１２】
前記歩行補助装置は、前記足平部内に設けられ、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、前記検出部の上方に設けられ、前記装着具を前記足平部側に付勢することによって前記装着具の移動を拘束する拘束部と、をさらに備えてもよい。このような構成により、前記検出部の下部には拘束部からの張力がかからないため、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。そのため、コントローラは、歩行補助装置の動きをより正確に制御することができる。
【００１３】
前記拘束部は、前記足平部の左右の側方に両端が固定される形状のバンドであり、前記バンドは、前記バンドの中央部が両端と比較して前記足平部の前方にある状態で、前記装着具を前記足平部と前記バンドの中央部との間に挟み込むことにより、前記装着具を前記足平部側に付勢してもよい。このような構成により、バンドから足平部にかかる張力は足平部の後ろ方向、すなわち第１の嵌合部と第２の嵌合部が嵌合される方向に張力がかかるため、第１の嵌合部と第２の嵌合部をより安定して嵌合させることができる。
【００１４】
前記足平部は、前記検出部が配置されている層を含む多層構造を有し、前記検出部が配置されている層を取り出して前記検出部の位置を変更することが可能であってもよい。このような構成により、足平部に対する装着具の位置を変更した場合であっても、装着具の位置に追従して前記検出部の位置を変更することができるため、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明により、ユーザが容易に着脱でき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】
【００１６】
【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を取り付けた状態の一例を示した側面図である。
【図６Ａ】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を装着する過程の一例を示した第１の側面図である。
【図６Ｂ】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を装着する過程の一例を示した第２の側面図である。
【図６Ｃ】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を装着する過程の一例を示した第３の側面図である。
【図７Ａ】実施の形態１にかかる歩行補助システムを装着したユーザの左脚の状態を示した図である。
【図７Ｂ】実施の形態１にかかる歩行補助システムを装着したユーザの左脚において、荷重を支持する部位を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
足首ジョイント１８は、ユーザ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、ユーザの足首関節にトルクを加え、歩行動作を補助する。
【００２７】
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。
【００２８】
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２２（足平部）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２３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。
【００２９】
以下、ソールフレーム２０の構成について詳細に説明する。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。リンク２１には、滑り部２２１が連結されている。
【００３０】
足底ユニット２２は、滑り部２２１、起立壁２２２、凹部２２３及び足底部２２４を備える。滑り部２２１は、後述するインナーシューズ３０の底部３４とのすべりを良くする部分であり、表面が滑らかな部材により構成されている。滑り部２２１の後端、すなわち足底ユニット２２の後端には、起立壁２２２及び凹部２２３（第１の嵌合部）が設けられている。滑り部２２１と足底部２２４とは接合されている。
【００３１】
足底部２２４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る。ベルト２３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、リンク２１ｂの外側の側面に予め固定されており、他端をリンク２１ａの外側の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との間に挟み込んだ状態で、ソールフレーム２０の他端を足底ユニット２２の右側方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上に拘束することができる。これにより、インナーシューズ３０は、足底ユニット２２上での前方向への移動が拘束される。
【００３２】
図３は、ソールフレーム２０の一例の断面図である。足底部２２４は、上ソールプレート２２５、ラバー枠２２６及び下ソールプレート２２７の３層構造を備える。上ソールプレート２２５は、後述するインナーシューズ３０がその上面に搭載される。ラバー枠２２６は、上ソールプレート２２５と下ソールプレート２２７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２２７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２２６内の荷重センサに伝える部分である。この上ソールプレート２２５、ラバー枠２２６及び下ソールプレート２２７は、各層に取り外すことが可能である。
【００３３】
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、底部３４及び凸部３５（第２の嵌合部）を備える靴である。
【００３４】
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、足のつま先の形状に準じた形状である。
【００３５】
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。
【００３６】
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。底部３４は、滑り部２２１上を摩擦が少ないように滑るために、滑らかな素材により構成されている。
【００３７】
凸部３５は、底部３４の側面から突出した凸部であり、底部３４と一体となって形成されている。凸部３５は、凹部２２３と嵌合される構成である。
【００３８】
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２２５上）に取り付けた状態の一例を示す側面図である。インナーシューズ３０は、ベルト２３、凸部３５及び凹部２２３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の上面を跨ぐようにしてリンク２１の側面に固定されている。このとき、ソールフレーム２０の中央部は、両端と比較して足底ユニット２２の前方にある状態であり、ソールフレーム２０は足底ユニット２２の後方に張力を発生させる。凸部３５及び凹部２２３は、図５において嵌合されている。
【００３９】
次に、図６Ａ、図６Ｂ、図６Ｃを用いて、インナーシューズ３０及びソールフレーム２０の装着方法を示す。
【００４０】
まず、ユーザＨは、インナーシューズ３０を足に装着する。例えば、ユーザＨは、足を手元に引き寄せ、インナーシューズ３０を手元で足に装着する。図６Ａは、この状態を示した側面図である。図６Ａにおいて、ユーザＨの足等の図示は省略している。
【００４１】
そして、ユーザＨは、インナーシューズ３０を装着した足をソールフレーム２０の滑り部２２１の上面に置き、インナーシューズ３０の底部３４を滑り部２２１に滑らせながら、
インナーシューズ３０をソールフレーム２０の後方に移動させる。図６Ｂは、この状態を示した側面図である。
【００４２】
ユーザＨがインナーシューズ３０をソールフレーム２０の後方に移動することにより、インナーシューズ３０の凸部３５及びソールフレーム２０の凹部２２３が嵌合する。これにより、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対する上下方向及び後方への移動が拘束される。そして、ベルト２３を、図５に図示したように締める。これにより、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対する前方への移動が拘束される。図６Ｃは、この状態を示した側面図である。
【００４３】
ここで、凸部３５と凹部２２３が嵌合した状態において、凸部３５と足底ユニット２２の後端は略面一であり、凸部３５は足底ユニット２２の後端から出っ張っていない。
【００４４】
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。
【００４５】
第１に、この歩行補助システム１００は、ユーザが無理な姿勢をとらずに、容易に着脱できることである。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。
【００４６】
特許文献１にかかる歩行補助装置では、靴は面ファスナによってソールプレート上に取り付けられるため、麻痺者は靴のみを装着した状態で歩行補助装置の靴底ユニットに足を載せることにより、歩行補助装置を装着することができる。しかしながら、麻痺者が歩行補助装置を取り外す際には、ソールプレートから靴を剥がす動作が必要となる。麻痺者が歩行補助装置を着用する際には、靴がソールプレート上の適切な位置（例えば、靴の底部がソールプレート上からはみ出さないような位置）に、靴をつける動作が必要となる。そのため、麻痺者は、歩行補助装置の着脱に手間がかかった。
【００４７】
本実施の形態にかかる歩行補助システム１００においては、麻痺者はインナーシューズ３０の凸部３５とソールフレーム２０の凹部２２３とを嵌合することにより、ソールフレーム２０にインナーシューズ３０を容易に装着することができる。逆に、図５に示した状態からソールフレーム２０からインナーシューズ３０を取り外す際には、以下の手順を実行すればよい。まず、麻痺者は、ベルト２３によるインナーシューズ３０の拘束を解除する。これにより、インナーシューズ３０はソールフレーム２０に対して、前方へ移動可能になる。その上で、麻痺者はインナーシューズ３０を足底ユニット２２上で前方にスライドさせることにより、凸部３５と凹部２２３の嵌合を容易に取り外すことができる。これにより、麻痺者は、単純な装着方法で、歩行補助システム１００を着脱することができる。
【００４８】
さらに、歩行補助システム１００においては、凸部３５と凹部２２３を安定して嵌合させることができる。この詳細について、以下で説明する。
【００４９】
図７Ａ、図７Ｂは、歩行補助システムを取り付けた場合に発生する荷重ベクトルを示した図である。図７Ａは、ユーザＨの左脚に、図１と同様に歩行補助システム１００を装着した状態を示した図面である。図７Ｂは、このときにユーザＨの荷重を支持する部位について示したものである。ユーザＨの荷重を支持する部位は、図７Ｂに示した足部の後方ａ、膝前方ｂ、大腿部後方ｃの３点である。
【００５０】
ユーザＨの左脚が静止している場合には、足部の後方ａが荷重を支えることにより、下向きの力が生ずる。これに、膝前方ｂに生じた後ろ向きの反力が加わることにより、荷重を支える向きを示す荷重ベクトルはベクトルＡとなる。ユーザＨが歩行中に左足を持ち上げた場合には、ロボット重量を脚が支持することになり、上向きの力が生ずる。膝前方ｂには後ろ向きの反力が存在するため、荷重ベクトルはベクトルＢとなる。ベクトルＡ、Ｂともに、後ろ向きの荷重ベクトルである。凸部３５と凹部２２３とはユーザＨの踵部分にあるため、ベクトルＡ、Ｂともに、凸部３５と凹部２２３とを嵌合させる方向に作用し、凸部３５と凹部２２３を確実にロックさせる。これにより、ユーザＨの足が静止している場合、歩行中の場合のいずれにおいても、凸部３５と凹部２２３は、安定して嵌合状態を維持することができる。
【００５１】
第２に、歩行補助システム１００の凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。凸部３５と凹部２２３が嵌合した状態において、凸部３５と足底ユニット２２の後端は略面一であり、凸部３５は足底ユニット２２の後端から出っ張っていないためである。
【００５２】
第３に、歩行補助システム１００は、凸部３５と凹部２２３を簡易に嵌合することができるため、麻痺者は歩行補助システム１００をより容易に装着することができる。凸部３５は、インナーシューズ３０の底部３４に設けられている。このため、凸部３５と凹部２２３とは、インナーシューズ３０の底部３４にて嵌合する。他の箇所で凸部３５と凹部２２３とが嵌合する場合には、麻痺者は嵌合の際に凸部３５と凹部２２３とが同じ高さにあるか否かを確認する必要があるが、このような構成ではその必要がなく、凸部３５と凹部２２３を簡易に嵌合することができる。
【００５３】
第４に、底部３４から凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。インナーシューズ３０の底部に設けられた凸部３５がインナーシューズ３０の底部３４と一体となって形成されることにより、凸部３５の強度が高くなるためである。
【００５４】
第５に、凸部３５と凹部２２３の嵌合が外れた場合でも、インナーシューズ３０が足底ユニット２２の後方に移動することを拘束することができる。足底ユニット２２において、凹部２２３の側面には起立壁２２２が設けられているためである。さらに、起立壁２２２により、凹部２２３の強度を高くして、凸部３５が欠損する可能性を減らすことができる。
【００５５】
第６に、歩行補助システム１００は、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。そのため、コントローラ１１は、歩行補助装置１０の動きを正確に制御することができる。歩行補助システム１００において、ベルト２３は、リンク２１の側面に設けられており、足底ユニット２２の上方に設けられている。つまり、ベルト２３は、足底ユニット２２内に設けられた荷重センサの上方に設けられている。このような構成により、荷重センサの下部にはベルトからの張力がかからないため、荷重センサの床反力の誤検出を抑制することができる。
【００５６】
荷重センサにより地面からの反力を検出し、歩行をアシストするウェアラブルロボットにおいては、ユーザのロボットの装着作業のばらつきに依存せず、地面からの反力を正確に検出する必要があるという、ロボット特有の課題があった。例えば、装着時のベルト２３の締め加減といったユーザの動作（人的要因）により、荷重センサの検出結果がばらつくことにより、ロボットは歩行制御ができないことが考えられる。
【００５７】
歩行補助システム１００において、ベルトの張力は、センサの検出結果に影響を及ぼさない。そのため、検知センサは、ユーザのベルト２３の装着作業のばらつきに依存せず、地面からの反力をより正確に検出することができる。
【００５８】
第７に、歩行補助システム１００は、ベルト２３により、凸部３５と凹部２２３をより安定して嵌合させることができる。ベルト２３は、足底ユニット２２の左右の側方に両端が固定され、ベルト２３は、ベルト２３の中央部が両端と比較して足底ユニット２２の前方にある状態で、インナーシューズ３０を足底ユニット２２とベルト２３の中央部との間に挟み込む。これにより、ベルト２３は、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつける（付勢する）。このような構成により、ベルト２３から足底ユニット２２にかかる張力は足底ユニット２２の後ろ方向になる。すなわち、凸部３５と凹部２２３が嵌合される方向に張力がかかる。そのため、凸部３５と凹部２２３は、より安定して嵌合する。
【００５９】
第８に、歩行補助システム１００は、足底ユニット２２に対するインナーシューズ３０の位置を変更した場合であっても、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。足底ユニット２２は、荷重センサが配置されているラバー枠２２６を含む３層構造を有しており、ラバー枠２２６が配置されている層を取り出して、荷重センサの位置を変更することができるからである。
【００６０】
その他にも、歩行補助システム１００は、以下の効果を奏する。
【００６１】
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、ユーザ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。
【００６２】
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、インナーシューズ３０を凹凸部の嵌合によってソールフレーム２０に拘束している。この嵌合によって、ユーザの足に力はかからない。そして、ソールフレーム２０に足を固定するベルトはインナーシューズ３０の上から足にまかれるため、足にかかる圧力は分散される。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。
【００６３】
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、ユーザ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。
【００６４】
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（ヨー軸回転の個人差）があっても、ユーザによる変更が簡易に実行できる。そして、前述の通り、足底ユニット２２から荷重センサを備えたラバー枠２２６を取り出して、荷重センサの位置を変更できるため、ユーザと接地面との間の荷重を正確に検知することを維持することができる。
【００６５】
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、実施の形態１ではロボットを例にして説明したが、ソールフレーム２０及びインナーシューズ３０の構成は、ロボット制御をしない長下肢装具においても同様に応用することができる。
【００６６】
実施の形態１においては、ソールフレーム２０の後端に凹部２２３が、インナーシューズ３０の後端に凸部３５が設けられている構成を例示したが、ソールフレーム２０の後端に凸部が、インナーシューズ３０の後端に凹部が設けられていてもよい。
【００６７】
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むことにより、インナーシューズ３０を足底ユニット２２側に締めつけて、インナーシューズ３０を固定することができる。
【００６８】
実施の形態１においては、ソールフレーム２０、インナーシューズ３０に凹部と凸部がそれぞれ１個ずつある構成を例示した。しかしながら、嵌合される凹部と凸部は、ソールフレーム２０、インナーシューズ３０にそれぞれ複数設けられてもよい。例えば、ソールフレーム２０の後面において、上下に凹部が１個ずつ設けられ、インナーシューズ３０の後面において、底部及びその上部に凸部が１個ずつ設けられるような構成でもよい。同様に、ソールフレーム２０の後面において、左右に凹部が１個ずつ設けられ、インナーシューズ３０の後面において、底部の左右に凸部が１個ずつ設けられるような構成でもよい。あるいは、ソールフレーム２０に凸部と凹部が、インナーシューズ３０に対応する凹部と凸部が設けられてもよい。このように、凹部及び凸部の組を複数設けることにより、凹部及び凸部が嵌合した場合に、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０により強く拘束される。そのため、インナーシューズ３０をソールフレーム２０からより外れにくくすることができる。
【００６９】
ソールフレーム２０、インナーシューズ３０は、さらに、ソールフレーム２０の上面（滑り部２２１又は上ソールプレート２２５の表面）と、底部３４とに、それぞれ凹凸部を設けてもよい。例えば、滑り部２２１の特定の箇所に凹部（窪み）を設け、インナーシューズ３０の底部３４の対応する箇所（インナーシューズ３０が、凹部２２３及び凸部３５の嵌合によりソールフレーム２０上に固定された場合に、滑り部２２１の凹部の直上にあたる箇所）に、凹部と嵌合する凸部を設ける。これにより、凹部２２３及び凸部３５が嵌合された場合に、滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部も嵌合する。そのため、インナーシューズ３０は、ソールフレーム２０に対して、前後方向への移動が拘束される。これにより、インナーシューズ３０をソールフレーム２０からより外れにくくすることができる。
【００７０】
ここで、滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部の高低差は、インナーシューズ３０を若干持ち上げるか斜めにすることにより、嵌合が外れる程度の低い値が望ましい。これにより、ユーザは、歩行補助システム１００を装着している場合に、インナーシューズ３０を装着した足を少し持ち上げるか、足を斜めにした状態にして、足を前方に動かすことにより、容易にソールフレーム２０からインナーシューズ３０を取り外すことができる。
【００７１】
以上に説明した滑り部２２１の凹部及び底部３４の凸部は、複数設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
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 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
３５ 凸部
１００ 歩行補助システム
２２１ 滑り部
２２２ 起立壁
２２３ 凹部
２２４ 足底部
２２５ 上ソールプレート
２２６ ラバー枠
２２７ 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、を備え、
前記足平部には、その後端に第１の嵌合部が設けられ、前記装着具には、その後端に前記第１の嵌合部と嵌合する第２の嵌合部が設けられる、
歩行補助システム。
【請求項２】
前記第１の嵌合部は凹部、前記第２の嵌合部は凸部であり、前記第１の嵌合部と前記第２の嵌合部が嵌合した場合に、前記第２の嵌合部及び前記足平部の後端が略面一である、
請求項１に記載の歩行補助システム。
【請求項３】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の底部に設けられる、
請求項１又は２に記載の歩行補助システム。
【請求項４】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の前記底部と一体となって形成される、
請求項３に記載の歩行補助システム。
【請求項５】
前記足平部において、前記第１の嵌合部の側面には起立壁が設けられている、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【請求項６】
前記歩行補助装置は、
前記足平部内に設けられ、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、
前記検出部の上方に設けられ、前記装着具を前記足平部側に付勢することによって前記装着具の移動を拘束する拘束部と、をさらに備える、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【請求項７】
前記拘束部は、前記足平部の左右の側方に両端が固定される形状のバンドであり、
前記バンドは、前記バンドの中央部が両端と比較して前記足平部の前方にある状態で、前記装着具を前記足平部と前記バンドの中央部との間に挟み込むことにより、前記装着具を前記足平部側に付勢する、
請求項６に記載の歩行補助システム。
【請求項８】
前記足平部は、前記検出部が配置されている層を含む多層構造を有し、前記検出部が配置されている層を取り出して前記検出部の位置を変更することが可能である、
請求項６又は７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、を備え、
前記足平部には、その後端に第１の嵌合部が設けられ、前記装着具には、その後端に前記第１の嵌合部と嵌合する第２の嵌合部が設けられる、
歩行補助システム。
【請求項２】
前記第１の嵌合部は凹部、前記第２の嵌合部は凸部であり、前記第１の嵌合部と前記第２の嵌合部が嵌合した場合に、前記第２の嵌合部及び前記足平部の後端が略面一である、
請求項１に記載の歩行補助システム。
【請求項３】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の底部に設けられる、
請求項１又は２に記載の歩行補助システム。
【請求項４】
前記第２の嵌合部は、前記装着具の前記底部と一体となって形成される、
請求項３に記載の歩行補助システム。
【請求項５】
前記足平部において、前記第１の嵌合部の側面には起立壁が設けられている、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【請求項６】
前記歩行補助装置は、
前記足平部内に設けられ、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、
前記検出部の上方に設けられ、前記装着具を前記足平部側に付勢することによって前記装着具の移動を拘束する拘束部と、をさらに備える、
請求項１ないし５のいずれか一項に記載の歩行補助システム。
【請求項７】
前記拘束部は、前記足平部の左右の側方に両端が固定される形状のバンドであり、
前記バンドは、前記バンドの中央部が両端と比較して前記足平部の前方にある状態で、前記装着具を前記足平部と前記バンドの中央部との間に挟み込むことにより、前記装着具を前記足平部側に付勢する、
請求項６に記載の歩行補助システム。
【請求項８】
前記足平部は、前記検出部が配置されている層を含む多層構造を有し、前記検出部が配置されている層を取り出して前記検出部の位置を変更することが可能である、
請求項６又は７に記載の歩行補助システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【公開番号】特開２０１３−９４３２３（Ｐ２０１３−９４３２３Ａ）
【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２０１１−２３８３４０（Ｐ２０１１−２３８３４０）
【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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