WO1998000087A1 - Dispositif d'assistance au corps humain - Google Patents

Description

明 細 書

人体介助装置

技術分野

本発明は、 高齡者ゃ歩行機能障害者等の被訓練者が歩行の訓練も しく は移動を行う際の介助を行う人体介助装置に関する。

背景技術

近年、 高齢者の堉加によって脚力が衰えた人が増えている。 また、 病 気や事故によって歩行機能障害を持つ人が增大している。 このよ う な人 達に対する歩行訓練あるいは移動の介助を行う場合、 被訓練者を支持す る介助装置が必要となる。

従来、 運動療法を支援する装置と して、 特開平 2— 1 9 8 5 6 6号公 報に記載された支持装置がある。 この支持装置では、 左右一対のアーム に空気を給入し、 このアームを被訓練者の胴部に圧着しつつ患者の体型 に合った形状に整形して、 被訓練者を支持するよ うに構成されている。 また、 アームには肘あてを備えた腕支持部が設けられており 、 被訓練者 が歩行訓練時に相当量の体重を肘で支えるこ とができる。

しかしながら上述した支持装 Sでは、 被訓練者の胴部にアームを密着 させて支持すると と もに、 腕支持部材で被訓練者の腕を固定するよ う に 構成しているので、 被訓練者の歩行能力に応じた機能回復訓練を行おう とする場合、 前記装置が十分に機能しない可能性がある。

すなわち、 歩行機能の回復訓練を積極的に行おう と している被訓練者 及び歩行機能がある程度回復している被訓練者の場合には、 歩行を援助 するための被訓練者の上半身の動きが拘束されてしまい、 被訓練者の歩 行動作が十分に発揮されないという問題がある。

特に、 被訓練者の歩行の形態は、 回復訓練の初期から後期に向かうに 従って、 上半身の動きを利用するものに変化していく。 上述した装置で は、 この点について考慮されていなかった。

発明の開示

本発明の目的は、 上述した事柄に基づいてなされたもので、 痛みを与 えるこ となく 被訓練者を支持して、 上半身の動きを生かした歩行が可能 な安全性の高い人体介助装置を提供するこ とにある。

この目的を達成するために本発明では、 歩行動作において、 上半身の 動きを阻害するこ となく支持するサポー 卜アームと、 被訓練者の後方へ の転倒を防止する手段及び Z又は被訓練者の沈み込みを防止する手段と を備える。

このと き、 サポー トアームは上半身の動きを阻害するこ となく被訓練 者を支持するために、 被訓練者の腰部を支持する。 腰部とは、 左右の腸 稜点から臂部の左右の最突出部位の範囲のことである。 さ らに、 腸稜点 とは、 「基礎運動学第 4版」 （中村、 斉藤著、 医歯薬出版） の 4 1 2頁 及び 4 1 3頁に記載されている腸骨稜の部位をいう。

また、 サポー トアームは被訓練者の動作を阻害しないよ う に、 被訓練 者に装着されるのではなく 、 被訓練者の腰部高さに位置するよ うに人体 介助装置に備えられる。 そして、 被訓練者はサポー トアームに対して自 らの体重をあずける位置を変えるこ とができる。

また、 被訓練者の沈み込みとは、 しゃがみ込んでしま う動作や、 尻餅 をつく動作等の、 被訓練者の腰部が低く なる動作をいう。

以下に、 好ましい態様を列举する。

( 1 ) 被訓練者の身体を支える把持手段を備える人体介助装置において、 前記把持手段が、 被訓練者の腰部を調整手段を有して調整可能に支持す るサポー トアームを備える。

( 2 ) ( 1 ) において、 前記サポー トァ一ムは、 被訓練者の腰部を前方 及び両側方から支持する手段であり 、 このサポー 卜アームに被訓練者の 腰部後方を支持する後方転倒防止ベル 卜 とを備える。

( 3 ) ( 2 ) において、 前記把持手段に、 被訓練者の腰部の沈み込みを 制限する沈み込み防止ベル トを備える。 このために、 沈み込み防止ベル トは被訓練者の啓部の下を調整可能に支持するよ う にする とよい。

( 4 ) ( 3 ) において、 前記サポー トアームは左右一対の把持部を備え、 前記調整手段は左右一対の把持部の間隔を調整する。

( 5 ) ( 4 ) において、 前記後方転倒防止ベル 卜は長さ調整手段と、 左 右一対の把持部への着脱手段とを備える。

( 6 ) ( 5 ) において、 前記調整手段は左右一対の把持部の内側の間隔 を 3 0 0 mmから 4 0 0 mmの範囲で調整可能である。

( 7 ) ( 6 ) において、 前記長さ調整手段は全長を 3 0 0 m mから 5 5 0 mmの範囲で調整可能である。

( 8 ) 被訓練者の身体を支える把持手段を備える人体介助装置において、 前記把持手段が、 被訓練者の腰部を調整手段を有して調整可能に支持す るサポー トアームと、 腰部及び または股部に装着される身体保持ベル 卜と、 前記サポー トアームと前記身体保持ベル ト とを接続する拘束調整 ベル ト とを備える。 この身体保持ベル トは、 被訓練者の後方への転倒を 防止し、 沈み込みを制限する。

( 9 ) ( 8 ) において、 前記サポー トアームは左右一対の把持部を備え、 前記調整手段は左右一対の把持部の間隔を調整する。

( 1 0 ) ( 9 ) において、 前記調整手段は左右一対の把持部の内側の間 隔を 3 0 0 mmから 4 0 0 mmの範囲で調整可能である。

( 1 1 ) ( 5 ) 又は （ 9 ) に記載の人体介助装置において、 被訓練者の 歩行面を成す環状ベル 卜 と、 前記把持手段の上下及び前後位置を変化さ せる駆動手段と、 被訓練者が把持手段に及ぼす力を検出する力センサと、 この力センサの検出結果に基づいて前記駆動手段を制御する制御手段と を備える。

( 1 2 ) ( 1 1 ) において、 前記駆動手段はモータ と 、 このモータに よって駆動される リ ンク機構と、 この リ ンク機構の回転軸の回転角度及 び角速度を検出する角度センサ及び角速度センサとを備え、 前記制御手 段は、 前記各センサの出力と被訓練者を支持する力の目標値を被訓練者 の基準となる姿勢からのずれの関数と して予め設定し、 この関数に基づ いて、 前記リ ンク機構の先端部を前記目標値に追従させる。

( 1 3 ) ( 1 2 ) において、 前記駆動手段の力センサを介して把持手段 の反対側に、 被訓練者が掴まるハン ドルを備える。 ハン ドルが被訓練者 から見て力センサよ り も駆動手段側、 つま り装置の基部側に設けられる こ と によ り 、 被訓練者がハン ドルに急に大きな力を加えても、 力センサ がこの力を検出するこ とがなく 、 制御手段が把持手段を急激に大き く駆 動するこ とがない。

( 1 4 ) ( 1 3 ) に記載の人体介助装置において、 被訓練者の前方で、 前記サポー トアームよ り も上方に延設され、 上半身の前方への倒れ込み を防止する前傾防止手段を備える。 前傾防止手段は単に前方への倒れ込 みを防止するだけでなく 、 被訓練者が自身の前傾の程度を判断する基準 となり、 被訓練者の姿勢修正動作を容易にするであろう。

( 1 5 ) 被訓練者の身体を支える把持手段と、 被訓練者の歩行面を成す 環状ベル トを備える人体介助装置であって、 前記把持手段が、 左右一対 の把持部を有して被訓練者の腰部を前方及び側方から支持し、 左右一対 の把持部の内側の幅を 3 0 0 mmから 4 0 0 mmの範囲内で調整可能な サポー トアームと、 左右一対の把持部後端に着脱可能に設けられ、 全長 が 3 0 0 mmから 5 5 0 mmの範囲内で調整可能な後方転倒防止ベル ト と、 被訓練者の腰部及び股部に装着される身体保持ベル トを、 前記左右 一対の把持部に着脱可能に接続する、 長さを調整可能な拘束調整ベル 卜 とを備え、 前記把持手段に設けられ、 上半身の前方への倒れ込みを防止 する前傾防止手段と、 前記把持手段を支持し、 モータによって駆動され る リ ンク機構と、 前記把持手段と リ ンク機構との間に設けられ、 被訓練 者が前記把持手段に及ぼす力を検出する力センサと、 前記リ ンク機構の 回転軸部に、 リ ンク機構の回転角度を検出する角度センサ及び角速度を 検出する角速度センサと 、 前記力センサ、 角度センサ及び角速度センサ の検出結果に基づいて、 前記モータを駆動して前記把持手段による被訓 練者の支持力を制御する制御装置と、 前記リ ンク機構側に設けられたハ ン ドルと を備える。

本発明の目的を達成するための上記手段において、 把持手段は被訓練 者の回復状態に応じて、 左右一対の把持部の間隔を変えた り 、 後方転倒 防止ベル 卜、 沈み込み防止ベル ト、 身体保持ベル トの組合せを変更して 用いると よい。

歩行機能のかなり回復している軽度の被訓練者の場合には、 把持手段 に備えられたサポー トアームは、 被訓練者の前方及び左右の腰部を支持 し、 両端をサポー トアームに接続した後方転倒防止ベル トは、 被訓練者 の腸稜点における腰部背面側を支持する。 このとき、 サポー トアームと 後方転倒防止ベル 卜は、 被訓練者の腰回り の動きの自 由度または拘束の 度合を調整可能に支持する。

以上の把持手段よ り 、 上半身を拘束せずに被訓練者を支持できるので、 上半身の動きを利用した歩行が可能となる。 つま り、 脇の下を支持する 場合に比べて、 上半身が自由になり 、 よ り 自然な歩行動作が可能になる。 また、 脇の下を支持する場合に比べて、 痛みを与えるこ となく 被訓練者 を支持できる。

また、 両端をサポー トアームに接続した沈み込み防止ベル トは、 臂部 の下の位置にく るよ う長さ調整され、 しり もち等の状態が発生しそ うな 場合には、 臂部を支持するよ う作用し、 安全対策に有効である。

立位不可能な重度の被訓練者または被訓練者の支える体重を軽滅して 歩行を行う場合には、 身体保持ベル 卜で被訓練者の腰部と股部を保持し て、 確実に支えるよ うする。 サポー トアームは被訓練者の腰部を支持し、 拘束調整ベル トはサポー トアームと身体保持ベル ト とを接続して、 被訓 練者の転倒を確実に防止しながら、 上半身の動きを利用した歩行が可能 となる。

また、 前傾防止手段は、 上半身の前方向の許容動作限界に設けられ、 上半身の前方への倒れ込みに対して注意を促すと と もに、 許容動作限界 を超えた上半身の倒れ込みが発生した場合は、 転倒を防止するよ う作用 する。 従って、 被訓練者の許容動作範囲内で安全に上半身の動きを利用 した歩行が可能となる。

上述した被訓練者の上半身の動きを生かしたよ うに構成された把持手 段を、 力センサを介して、 回転機構部に角度センサ、 角速度センサを備 えた リ ンク機構の先端に取り付ける。 リ ンク機構の先端部は、 各センサ の出力と予め設定された力の目標値に基づいて、 目標値に追従するよ う 制御され、 その結果、 被訓練者の腰部または腰部と股部に力を作用させ て介助される。

また、 補助把持手段は、 例えば、 ハン ドルで構成され、 被訓練者はハ ン ドルを握って歩行するこ と もできる。 こ のハン ドルは被訓練者に接触 する構成要素である把持手段以外、 すなわち、 力センサに検出されない 部位に付設される。 これによ り 、 転倒しそ うな非常時でも、 被訓練者に 作用する力が急変しないので、 動揺を与えるこ となく 、 被訓練者自身で ハン ドルを掴み転倒防止が図れる。

また、 上述の身体保持ベル トを用いる場合、 後方転倒防止ベル トを併 用してもよい。 これによつて、 被訓練者は訓練に際して安心感が增し、 良好な訓練を実施できる。 上半身の自由度を增すために腰部を支持する こ とは、 身体の低い位置を支持するこ とになり 、 被訓練者はバラ ンスを 失いやすく転倒の不安を覚える。 このとき、 転倒を防止する手段を設け て、 被訓練者がバランスをと りやすくするこ とが有効である。

また、 後方転倒防止ベル 卜は被訓練者の身体がサポー トアームから離 れすぎるのを防止し、 力センサが機能しにく く なるのを防ぐ。

図面の簡単な説明

図 1 は、 本発明の人体介助装置の構成の一実施例を示す図である。 図 2は、 本発明のサボ一 卜ァ一ムのー実施例を示す構成斜視図である。 図 3は、 本発明に係る後方転倒防止ベル トの構成例を示す図である。 図 4は、 本発明に係る後方転倒防止ベル 卜の部分断面構造例を示した 図である。

図 5は、 本発明に係る身体保持ベル ト及び拘束調整ベル 卜の一例を示 す構成斜視図である。

図 6は、 本発明に係る把持手段の構成例を示す図である。

図 7は、 本発明に係る把持手段の別な構成例を示す図である。

図 8は、 本発明に係るサポー トアームの別な一例を示す構成斜視図で ある。

図 9は、 本発明に係るハン ドルの構成例を示す図である。

図 1 0は、 本発明に係る人体介助装置の力の設定例を示す図である。 図 1 1 は、 本発明に係る制御系の構成の一例を示す図である。

発明を実施するための最良の形態

以下本発明の実施の形態を図面に基づいて、 詳細に説明する。

図 1 は、 人体介助装置 1 の全体的構成を示す図である。 人体介助装置 1 は、 被訓練者 Uの身体を支える把持手段 2 、 この把持手段 2 の姿勢を 変化させる駆動手段 3 、 把持手段 2の支持力を制御する制御装置 4 、 被 訓練者 Uが把持手段 2 に印加している力を検出する力センサ 5から構成 され、 把持手段 2 を介して被訓練者 Uに力を作用させて、 負荷の軽減と 姿勢の矯正を行う。 こ こで、 負荷の軽減は、 体重免荷と呼ばれるもので、 被訓練者 Uに鉛直の力を作用させて支持するこ とで、 支持すべき体重を 軽滅するこ とである。 また、 姿勢の矯正は、 例えば、 被訓練者 Uの体幹 が鉛直になるよ う 、 姿勢が傾いた時に引き戻す向きに力を作用させるこ とである。

駆動手段 3は、 リ ンク機構 6、 回転機構 7及び基部 8から成る。 基部 8の底部は、 固定型歩行訓練機の歩行面装置 9 に固定されており 、 人体 介助装置 1 の固定支持部と して機能する。

歩行面装置 9は、 歩行面をなす回転可能な環状のベル トを備えており、 この上で被訓練者は場所を移動するこ となく 、 歩行を含む訓練を行う こ とができる。 このとき、 ベル トは 1本であってもよいし、 左右に 1 本ず つのベル トを備えて左右の足の動きに合わせて動作するよ うにしてもよ い。 またベル 卜は、 被訓練者が歩行面を後ろに蹴って歩こ う とする力を 受けて回転するよ うに してもよく 、 回転速度の制御手段または駆動手段 を備えて強制的に回転されてもよい。

基部 8 の上部には、 リ ンク機構 6を動かす機構である回転機構 7が設 けてある。 回転機構 7 は、 互いに独立して回転する右側回転軸 1 0 と左 側回転軸 1 1 とを有する。 右側回転軸 1 0 と左側回転軸 1 1 は、 リ ンク 機構 6 の駆動リ ンク 1 2 、 1 3 の一端に連結され、 例えば、 ベル ト を介 してモータによって回転駆動する。 すなわち、 右側回転軸 1 0の回転に 従って矢印の如く駆動リ ンク 1 2は横移動し、 左側回転軸 1 1 の回転に 従って矢印の如く駆動リ ンク 1 3は上下動する。 なお図示していないが、 回転機構 7 には、 回転角度、 角速度を測定する左右の角度センサ 1 4 、 左右の角速度センサ 1 5が備えられている。 リ ンク機構 6 の駆動 リ ンク 1 2 、 1 3 の他端は短従動リ ンク 1 6 、 長 従動リ ンク 1 7 と回転可能な節 1 8で連結され、 短従動リ ンク 1 6 の他 端も長従動リ ンク 1 7 と回転可能な節 1 8で連結されている。 このよ う な機構とするこ と で、 2つの駆動リ ンク 1 2 、 1 3の動きに追従して、 長従動リ ンク 1 7が矢状面 （被訓練者 Uの進行方向と鉛直方向とがなす 平面） 内で動作する。

長従動リ ンク 1 7 の先端部には力センサ 5が連結されている。 力セン サ 5は、 各軸方向 （矢状面と水平面との交わる線方向） の力と各軸まわ り のモーメ ン トを測定する機能を有しており、 把持手段 2 を介して被訓 練者 Uと人体介助装置 1 の間に作用する力を測定する。

長従動リ ンク 1 7 の先端部近傍には、 ハン ドル 1 9が取り付けてある。 被訓練者 Uは、 このハン ドル 1 9を直接手で握って、 歩行訓練も しく は 移動を行う。 なお、 腕の振り を利用した歩行を行う場合は、 使用 しない ことになる。 また、 力センサ 5に検出されない部位にハン ドル 1 9 を付 設しているので、 転倒しそう な場合でも、 被訓練者 Uに作用する力が急 変しないので、 動揺を与えるこ となく被訓練者 U自身でハン ドル 1 9を 掴み転倒防止が図れる。

力センサ 5 の他端には被訓練者 Uの身体を支える把持手段 2が取り付 けてある。 把持手段 2 は、 一端を力センサ 5に接続し被訓練者 Uの腰部 を支持するサボ一 卜アーム 2 0 と、 腸稜点における腰部後方を支持する 後方転倒防止ベル ト 2 1 、 觜部の下の位置を支える沈み込み防止ベル ト 2 2、 腰部と股部で確実に保持する身体保持ベル 卜 2 3等様々なベル 卜 装具から成り 、 このベル ト装具は被訓練者 Uの歩行機能回復状態に応じ て変更して用いられる。

なお、 制御装置 4は、 C R T 5 0、 入力手段 5 1 、 演算手段 5 2から なる。 次に、 把持手段 2の基本構成要素について図 2乃至図 5 を用いて説明 する。

図 2はサポ一 トアーム 2 0の斜視図である。 力センサ 5に取り付けた サボ一 卜アーム 2 0は、 左右の把持部 2 4 、 2 5 と、 この把持部 2 4 、 2 5の幅を被訓練者 Uの体型に合わせるための調整機構 2 6 とから成る。 左右の把持部 2 4 、 2 5は左右対称の構造であり 、 支持部材 2 7の一端 が調整機構 2 6 に支持された略 L字型の形状をしており、 支持部材 2 7 の他端は、 後方転倒防止ベル 卜 2 1 及び沈み込み防止ベル ト 2 2を接続 するための接続口 2 8 と 、 拘束調整ベル ト 2 9 を接続するための接続口 3 0が固定されている。 また、 支持部材 2 7はク ッショ ン材 3 1 で覆わ れるよ うに構成されている。

調整機構 2 6は、 支持部材 2 7 を軸受によって支持する と と もに、 矢 印の如く スライ ド可能に形成されている。 また、 図示していないが、 把 持部 2 4 、 2 5 を所望の幅に調整した後、 支持部材 2 7 を固定する ス ト ツパ機構と、 調整機構 2 6 の外周を耰ぅ ク ッ シヨ ン材が設けられてい る。

左右の把持部 2 4 、 2 5の内側の幅は、 体型統計資料において、 腸骨 稜幅の 「平均値一 2 X標準偏差」 によ り算出した最小値と、 殿幅の 「平 均値 + 2 X標準偏差」 によ り算出した最大値と、 腰回りの動きの自 由度 を与えるための余裕幅と、 衣服の厚さから求められ、 3 0 0 m mから 4 O O m tnの範囲內で調整可能と している。 もちろん、 これ以上の調整範 囲をもつよ う にしてもよい。 上記の腸骨稜幅及び殿幅は、 例えば、 「計 測値のデザイ ン資料 人体を測る」 （小原、 内田、 上野、 八田著、 日本 出版サービス、 1 9 8 6第 1版出版） に、 男女の各平均値及び標準偏差 が記載されている。

図 3は後方転倒防止ベル ト 2 1 の一例を示す構成図であり、 図 4 はそ の一部を破断して示す部分断面斜視図である。 後方転倒防止ベル ト 2 1 と沈み込み防止ベル 卜 2 2は、 構造的に類似したものであり 、 後方転倒 防止ベル ト 2 1 を用いて説明する。 後方転倒防止ベル 卜 2 1 には、 被訓 練者 Uの腰部に当てがわれるク ッショ ン材 3 2 と、 ベル ト 2 1 の長さを 被訓練者 Uの腰部に合わせる調整部 3 3及びサボ一 トアーム 2 0に設け られた接続口 2 8に着脱する着脱部 3 4が備えられている。

後方転倒防止ベル ト 2 1 の長さは、 衣服を考慮した腰厚または腹部厚 と接続口 2 8の位置等によ り決定され、 3 O O m m力、ら 5 5 0 m mの範 囲内で調整可能と している。

また、 ベル 卜 2 1 はク ッショ ン材 3 2 の內部を通る構造と し、 ベル 卜 2 1 と ク ッ ショ ン材 3 2 の間にすベり材 3 5を設けて、 ク ッショ ン材 3 2がベル ト 2 1 內でスライ ド可能なよ うになら しめている。 これによ り 、 調整部 3 3 でベル ト 2 1 の長さを調整しても、 ク ッ シ ョ ン材 3 2 を被訓 練者 Uの腰中央付近など任意の位置に移動可能なよ う構成している。 図 5は身体保持ベル ト 2 3 と拘束調整ベル ト 2 9 の一例を示す構成斜 視図である。 身体保持ベル ト 2 3は、 被訓練者 Uの腰に付く腰ベル 卜 3 6、 左右の脚の付け根に付く環状の部材を連結した股部ベル ト 3 7 、 前 後から腰ベル ト 3 6 と股部ベル ト 3 7 を接続する接続ベル ト 3 8からな る。 腰ベル ト 3 6は、 長さを調整でき るよ う調整部 3 9を有している。 これによ り 、 身体保持ベル ト 2 3は被訓練者 Uを腰部または腰部と股部 で確実に保持するこ とができる。

拘束調整ベル ト 2 9は、 被訓練者 U の左右に一本ずつあり 、 一端が身 体保持ベル ト 2 3に固定され、 他端がサボ一 卜アーム 2 0にある接続口 3 0に着脱するための着脱部 4 0 となっている。 また、 拘束調整ベル 卜 2 9 の長さを調整する調整部 4 1 を有し、 サポー トアーム 2 0 と身体保 持ベル 卜 2 3 を接続する。 次に、 把持手段 2の構成、 機能について図 6乃至図 7 を用いて説明す る。

把持手段 2は被訓練者 Uの回復状態に応じて変更される。

歩行機能のかな り回復している軽度の被訓練者の場合には、 把持手段 2は図 6に示すよ うに、 サポー トアーム 2 0 と後方転倒防止ベル 卜 2 1 から構成される。 サポー トアーム 2 0は、 彼訓練者 Uの前方及び左右の 腰部を支持し、 サポー トアーム 2 0に接続した後方転倒防止ベル ト 2 1 は、 腸稜点における後方の腰部を支持する。 サポー トアーム 2 0 と後方 転倒防止ベル 卜 2 1 によ り 、 被訓練者 Uの腰は囲まれ、 鉛直方向を除い た転倒防止が実現される。 また、 サポー トアーム 2 0 と後方転倒防止べ ノレ ト 2 1 は、 被訓練者 Uの回復状態に応じて、 腰回り の動きの自由度ま たは拘束の度合を調整する手段と して機能する。

以上のよ う に把持手段 2 を構成することによ り 、 上半身を拘束せずに 被訓練者を支持できるので、 上半身の動きを利用 した歩行が可能となる。 また、 痛みを与えるこ となく支持するこ とができる。

人間の歩行で特に動歩行と呼ばれる歩行方式は、 自身の慣性を活かし た歩行であるが、 このとき人間の上半身は、 背骨を中心軸と して両腕の 旋回を行うなど、 大きな動作をしている。 すなわち、 この把持手段 2は 上半身の運動を拘束しないため、 動歩行の介助に有効である。

さ らに、 把持手段 2は被訓練者 Uの目的に応じて沈み込み防止ベル 卜 2 2 を付設して構成される。 サポー 卜アーム 2 0に接続した沈み込み防 止ベル ト 2 2は、 被訓練者 Uの臀部の下の位置にく るよ う長さ調整され る。 これによ り、 しり もち等の状態が発生しそ う な場合には、 臂部を支 持するこ とが可能となり 、 安全対策に有効である。

自身での立位不可能な重度の被訓練者または負荷の軽減を行う場合に は、 把持手段 2は図 7 に示すよ う に、 サポー トアーム 2 0 と身体保持べ ノレ 卜 2 3 と拘束調整ベル 卜 2 9から構成される。 図 7 の構成における身 体保持ベル ト 2 3は、 被訓練者が全体重を自身で支える時には腰部を保 持し、 負荷の軽減を行う場合には腰部と股部で保持して、 被訓練者 Uを 確実に支えるよ う に機能する。 この身体保持ベル ト 2 3は拘束調整ベル 卜 2 9によって、 被訓練者 Uの腰部を支持しているサポー 卜アーム 2 0 に長さ調整し接続される。

図 7の構成において、 図 1 の後方転倒ベル 卜 2 1 は必ずしも必要では ないが、 これを組み合わせて使用 してもよい。 これによつて、 被訓練者 は体のバランスをと りやすく 、 また体がサポー 卜アームから離れすぎて、 力センサで被訓練者の状態を検出するこ とが困難になるのを防ぐこ とが できる。 さらに沈み込み防止ベル ト 2 2組み合わせて、 腰部が後方に逃 げるのを防止するよ うにしてもよい。

図 8はサボ一 トアーム 2 0の別の構成例を示す図である。 被訓練者 U の目的に応じて付設される前傾防止手段 4 2 を備えたものである。 前傾 防止手段 4 2は、 サポー トアーム 2 0に取り付けた 2本のステ一 4 3 と、 このステー 4 3 の間を連結する倒れ込み防止帯 4 4からなる。 倒れ込み 防止帯 4 4は、 引っ張り強度を持った伸縮の少ない繊維を帯状にしたも のと している。 また、 前方向の上半身の倒れ込みに対して、 被訓練者 U の許容動作限界に設けられるよ う、 ステー 4 3は調節される。 このため、 前傾防止手段 4 2は上半身の倒れ込みに対して、 注意を促す役目をなす 力 仮に、 被訓練者 Uの限界を超えた場合は、 倒れ込み防止帯 4 4 が転 倒を防止するよ う働く。 従って、 被訓練者 Uの許容動作範囲内で、 安全 に上半身の動きを利用 した歩行が可能となる。

図 9はハン ドル 1 9 の外観図である。 ハン ドル 1 9は被訓練者 Uに対 して前傾した状態で、 長従動リ ンク 1 7に固定されている。 このハン ド ノレ 1 9 には被訓練者 Uが握る部分である グ リ ップ 4 5 と、 非常停止ス イ ッチ 4 6が備えられている。 この非常停止スィ ッチ 4 6は、 危険を感 じた場合などに人体介助装置 1 を被訓練者 U自身で緊急停止させるもの であり 、 ハン ドル 1 9 の中央部に 1 つ、 または、 左右に 2つ設置されて いる。 これによ り 、 例えば、 左又は右半身が麻痺した人に対しても 自身 での操作が可能となる。 なお、 ハン ドル 1 9の形状は半円状のものと し たが、 平行棒の如く 、 グリ ップ 4 5を水平と してもよい。

次に、 図 1 、 図 1 0、 図 1 1 を用いて人体介助装置 1 の動作を説明す る。

互いに独立して回転する右側回転軸 1 0 と左側回転軸 1 1 を回転駆動 する と、 駆動リ ンク 1 2 、 1 3 の動きに追従して、 長従動リ ンク 1 7 の 先端部が矢状面內の範囲で可動する。 従って、 把持手段 2 も矢状面內で 動作するこ とになり、 人体介助装置 1 は把持手段 2を介して被訓練者 U に矢状面内で力を及ぼす。

回転機構 7に備えられた左右の角度センサ 1 4、 角速度センサ 1 5及 び力センサ 5からの各情報と制御装置 4からの指令値の偏差がゼ口に収 れんするよ うに回転機構 7 を制御し、 結果と して長従動リ ンク 1 7 の先 端部、 すなわち、 把持手段 2が追従動作する。

こ こで、 人体介助装置 1 による歩行訓練中の姿勢の矯正と負荷軽減の 方法を説明する。 把持手段 2の可動範囲は矢状面內であるから、 被訓練 者 Uに対して及ぼす力は鉛直方向の力と進行方向の力との合力となる。 そこで、 初期の立ち位置と運動中の位置のずれと力の関係を示す関数 4 7は鉛直方向と進行方向の 2方向について各々設定する。 この例では図 1 0のよ う に、 ずれの大き さによって傾きを変更した一次関数の組み合 わせと した。 これは、 姿勢の矯正と負荷の軽減の両方の効果を得る。 な お、 ずれと力の向きは、 鉛直方向については鉛直上向きを正、 進行方向 については前向きを正と している。 ずれの原点が基準姿勢となる。 関数 4 7を決定する要素は、

F 0 ： ずれが 0のときに作用させる力

a l 、 a 2 、 a 3 : —次関数の傾き

d l 、 d 2 ： 傾きが切り替わるずれの位置 （しきい値）

である。

このよ う に先端の力が設定されると 、 制御装置 4が長従動リ ンク 1 7 の先端部への トルク 目標値を算出し トルク制御を行い、 設定の力を実現 する。 これを図 1 1 を用いて説明する。

角度センサ情報は角度一姿勢変換部 4 8によって被訓練者 Uの姿勢に 変換され、 ずれの原点を決める基準姿勢との差を計算する こ とでずれが 求められる。 F O、 a l 、 a 2 、 a 3 、 d l 、 d 2 を入力 して決定した 関数 4 7 にずれを入力 して力の目標値が得られ、 カー トルク変換部 4 9 によってリ ンク機構 6 への トルク 目標値が決定する。 一方、 力センサ情 報も力一 トルク変換部 4 9によってリ ンク機構 6 の実際の トルクに変換 され、 フ ィ ー ドフォ ワー ド、 フ ィ ー ドバ ッ ク の組み合わせの制御系に よって、 回転機構 7への指令値となる。 この結果、 把持手段 2にはその 操作した時の力の目標値とバランスするよ うな反力が与えられる。

本発明に係る人体介助装置において、 被訓練者の腰部を支持するサ ポ一 トアームと、 腰部後方を支持する後方転倒防止ベル 卜または腰部と 股部を保持する身体保持ベル トを設けて、 被訓練者を腰部または腰部と 股部で把持し、 また、 被訓練者自身で身体を支える補助把持手段と、 锊 部の下を支持する沈み込み防止ベル ト と、 上半身の倒れ込みを防止する 前傾防止手段を付設することによ り、 安全に上半身の動きを自由と した 歩行を行う こ とができる。 また、 腰部または腰部と股部に力を作用させ て介助するこ とによ り 、 被訓練者の負担を少なく することができる。 さ らに、 後方転倒防止ベル 卜 と身体保持ベル 卜を変更して用いる こ と によ り 、 被訓練者の回復状態に応じて介助することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 被訓練者の身体を支える把持手段を備える人体介助装置において、 前記把持手段が、 被訓練者の腰部を調整手段を有して調整可能に支持す るサポー トァ一ムを備えたこ とを特徴とする人体介助装置。

2 . 特許請求の範囲 1 に記載の人体介助装置において、 前記サポー ト アームは、 被訓練者の腰部を前方及び両側方から支持する手段であり 、 このサボ一 卜アームに被訓練者の腰部後方を支持する後方転倒防止ベル 卜 とを備えたこ とを特徴とする人体介助装置。

3 . 特許請求の範囲 2に記載の人体介助装置において、 前記把持手段に、 被訓練者の腰部の沈み込みを制限する沈み込み防止ベル 卜を備えたこ と を特徴とする人体介助装置。

4 . 特許請求の範囲 3 に記載の人体介助装置において、 前記サポー ト アームは左右一対の把持部を備え、 前記調整手段は左右一対の把持部の 間隔を調整する手段であることを特徴とする人体介助装置。

5 . 特許請求の範囲 4 に記載の人体介助装置において、 前記後方転倒防 止ベル トは長さ調整手段と、 左右一対の把持部への着脱手段とを備える こ とを特徴とする人体介助装置。

6 . 特許請求の範囲 5 に記載の人体介助装置において、 前記調整手段は 左右一対の把持部の内側の間隔を 3 0 O m mから 4 0 O m mの範囲で調 整可能であるこ とを特徴とする人体介助装置。

7 . 特許請求の範囲 6 に記載の人体介助装置において、 前記長さ調整手 段は全長を 3 0 O m mから 5 5 O m mの範囲で調整可能であるこ とを特 徴とする人体介助装置。

8 . 被訓練者の身体を支える把持手段を備える人体介助装置において、 前記把持手段が、 被訓練者の腰都を調整手段を有して調整可能に支持す るサポー 卜アームと、 腰部及び Zまたは股部に装着される身体保持ベル 卜 と、 前記サポー トアームと前記身体保持ベル ト とを接続する拘束調整 ベル ト とを備えたこ とを特徴とする人体介助装置。

9 . 特許請求の範囲 8 に記載の人体介助装置において、 前記サポー ト アームは左右一対の把持部を備え、 前記調整手段は左右一対の把持部の 間隔を調整する手段であるこ とを特徴とする人体介助装置。

1 0 . 特許請求の範囲 9に記載の人体介助装置において、 前記調整手段 は左右一対の把持部の內側の間隔を 3 0 O m mから 4 0 O m mの範囲で 調整可能であるこ とを特徴とする人体介助装置。

1 1 . 特許請求の範囲 5又は 9に記載の人体介助装置において、 被訓練 者の歩行面を成す環状ベル ト と、 前記把持手段の上下及び前後位置を変 化させる駆動手段と、 被訓練者が把持手段に及ぼす力を検出する力セン サと 、 この力センサの検出結果に基づいて前記駆動手段を制御する制御- 手段とを備えたこ とを特徴とする人体介助装置。

1 2 . 特許請求の範囲 1 1 に記載の人体介助装置において、 前記駆動手 段はモータ と、 このモ―タによって駆動される リ ンク機構と、 この リ ン ク機構の回転軸の回転角度及び角速度を検出する角度センサ及び角速度 センサと を備え、 前記制御手段は、 前記各センサの出力と被訓練者を支 持する力の目標値を被訓練者の基準となる姿勢からのずれの関数と して 予め設定し、 この関数に基づいて、 前記リ ンク機構の先端部を前記目標 値に追従させることを特徴とする人体介助装置。

1 3 . 特許請求の範囲 1 2に記載の人体介助装置において、 前記駆動手 段の力センサを介して把持手段の反対側に、 被訓練者が掴まるハン ドル を備えたことを特徴とする人体介助装置。

1 4 . 特許請求の範囲 1 3に記載の人体介助装置において、 被訓練者の 前方で、 前記サポー トアームよ り も上方に延設され、 上半身の前方への 倒れ込みを防止する前傾防止手段を備えたこ とを特徴とする人体介助装 置。

1 5 - 被訓練者の身体を支える把持手段と、 被訓練者の歩行面を成す環 状ベル トを備える人体介助装置であって、

前記把持手段が、

左右一対の把持部を有して被訓練者の腰部を前方及び側方から支持し、 左右一対の把持部の内側の幅を 3 0 O m mから 4 0 0 m mの範囲內で調 整可能なサポー 卜アームと、

左右一対の把持部後端に着脱可能に設けられ、 全長が 3 0 0 m mから 5 5 O m mの範囲内で調整可能な後方転倒防止ベル 卜 と、

被訓練者の腰部及び股部に装着される身体保持ベル トを、 前記左右一 対の把持部に着脱可能に接続する、 長さを調整可能な拘束調整ベル 卜 と、 を備え、

前記把持手段に設けられ、 上半身の前方への倒れ込みを防止する前傾 防止手段と、

前記把持手段を支持し、 モータによって駆動される リ ンク機構と、 前記把持手段と リ ンク機構との間に設けられ、 被訓練者が前記把持手 段に及ぼす力を検出する力センサと、

前記リ ンク機構の回転軸部に、 リ ンク機構の回転角度を検出する角度 センサ及び角速度を検出する角速度センサと 、

前記力センサ、 角度センサ及び角速度センサの検出結果に基づいて、 前記モータを駆動して前記把持手段による被訓練者の支持力を制御する 制御装置と、

前記リ ンク機構側に設けられたハン ドルと、

を備えたこ とを特徴とする人体介助装置。