JP3587621B2 - 起立歩行動作補助装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高齢者やリハビリテ−ションを必要とする者の立ち上がる動作や座る動作（起立動作）及び歩行動作を補助する動作補助装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、下肢の衰えた高齢者が使用する電動の歩行動作補助部を有していない起立歩行動作補助装置においては、（ｉ）介護者が使用する装置では、（１）特開平６−２２５９０９号公報に記載のように、歩行動作補助手段としてキャスタを用いているものが知られており、（ｉｉ）使用者が自力で使用する装置では、（２）実開平７−３１０２３号公報に記載のように、歩行動作補助手段としてキャスタを用いるものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
電動の歩行動作補助部を有していない起立歩行動作補助装置を用いて起立動作補助を行う場合は、使用者の重心移動に伴い、キャスタをフリ−にした状態で使用すると、装置が移動する問題がある。
【０００４】
この問題に対処するため、従来技術（１）では、介護者が装置を支えることにより、その発生力を支えている。
【０００５】
起立動作補助時の装置移動力が大きい場合は、介護者に大きな肉体的負担を要求する問題がある。
【０００６】
使用者の起立動作補助時を例にとると、その場合の装置後退力は、床面摩擦によって（床面材質によって）異なることから、ここでは、床面摩擦零の場合と、木製床の場合について、おのおの図９、図１０に示す実験装置で測定を行った。図９は任意の動作軌道がとれるように２自由度の起立動作補助ア−ム３１の先端に設けられた力センサ３２により、使用者の起立動作補助時の後退力を計測したものである。起立動作補助ア−ム３１はその根元が床に固定されているため、床面材質によらない床面摩擦零の場合に対応する後退力Ｆｂ０が計測できる。ここでは、力センサの水平方向の作用力の計測を容易にするため、力センサ３２が常に水平方向を向くように起立動作補助ア−ム３１は平行リンク機構により構成した。
【０００７】
次に、木製床の場合について、装置を用いた起立動作補助時の装置後退力Ｆｂを図１０に示すようにばねばかり３５を用いて計測した。
【０００８】
両装置で、同一の起立補助動作軌道で起立動作補助を行った場合の使用者の人体質量Ｗと後退力の関係を図１１に示した。Ｆｂ０とＦｂの差が木製床の床面摩擦力を示している。これから、床面摩擦の極めて小さい床面材質の環境下では、１００（Ｎ）程度の大きい力が介護者に要求される問題があることが確認された。 また、従来技術（２）では、その問題に言及されていないが、キャスタに設けられている係止機構によりキャスタをロックするなどの手段をとることが構成上可能である。
【０００９】
しかし、係止機構によりキャスタをロックするのは下肢の衰えた本装置の使用者には、困難な動作であり、なんらかの外部制動装置でキャスタをロックするにしてもキャスタは旋回と回転の２つの移動自由度を有するため、その制動機構が複雑になるという問題がある。
【００１０】
本発明の目的は、使用者が介護者なしで自立した生活をできるようにすることを目的とした起立歩行動作補助装置において、起立動作補助時の装置の移動防止を下肢の衰えた使用者に困難ではない方法で確実に実現できる手段を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明では、起立動作補助時の起立歩行動作補助装置の移動防止を下肢の衰えた使用者にとって困難ではない方法で実現するために、（１）図１に示すように、装置の歩行動作補助部を前後各２輪がキャスタ、中間２輪が固定車輪からなる６輪車輪移動機構で構成し、固定車輪である中間輪に電動の移動制動装置を設けて電気信号に基づき制動可能とする。（２）図２、図１４および図１５に示すように、使用者に困難ではない方法で実現するために、使用者が操作する操作部８は起立・着座スイッチのみとし、このスイッチを押すと、中間輪に設けられた移動制動装置が連動して作動する構成とした。
【００１２】
このような構成とすることにより、本発明の解決しようとする課題を解決することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の起立歩行動作補助装置の実施の形態を図１〜図４、図１２〜図１５を用いて説明する。図１は、本発明の起立歩行動作補助装置の斜視図を示し、図２は、図１の操作部の構成を示し、図３は、図１の移動動作制動部の構成の一例を示し、図４は、図１の移動動作制動部の構成の他の例を示し、図１２は、移動動作制動部の動作原理説明図であり、図１３は、図１の駆動手段を示しており、図１４は、図１の装置を用いた使用者の起立開始時の姿勢を示しており、図１５は、図１の装置を用いた使用者の歩行動作補助時の姿勢を示している。
【００１４】
本発明の起立歩行動作補助装置は、下肢の衰えた使用者の起立動作を電動で補助し、歩行動作補助は無動力で自力で行えるようにした装置であり、図１を用いて説明する。
【００１５】
本装置１は、大まかには、昇降部材４により昇降する支持部６と本体の前脚部２、後脚部３とそれらに取り付けられた無動力の車輪からなっており、昇降部が起立動作補助部で、車輪部が歩行動作補助部である。使用者は、支持部６に設けられたグリップ７に手をつかまり（図１４参照）、使用者が操作する操作部８には、起立・着座指示スイッチと状態表示ランプが設けられており、使用者は、装置の正常・異常を確認しつつ起立・着座動作指示を行うことができる。
【００１６】
本操作部８は、片麻痺の使用者が使用することも想定して、グリップ７に対して左右に移動可能な構成となっている。
【００１７】
起立歩行動作補助装置の動作は、使用者がベルト状部材よりなる体幹支持具９に臀部を預けて、起立指示スイッチを押すと、昇降部材４が矢印５の上方向に伸び、起立動作が補助され、着座時は、使用者が着座指示スイッチを押すと、昇降部材４が矢印５の下方向に縮み、着座動作が補助される。
【００１８】
歩行動作補助部の構成は、前脚部２ａ、２ｂに設けられたキャスタよりなる前輪１０ａ、１０ｂ、後脚部３ａ、３ｂに設けられたキャスタよりなる後輪１２ａ、１２ｂ、前輪と後輪の間に設けられた固定車輪よりなる中間輪１１ａ、１１ｂからなっている。このような車輪構成とすることにより、横行・斜行はできないものの、その場旋回を含む多くの動作補助ができ、使用者は家屋内においても小さい旋回半径での動作が可能になる。
【００１９】
使用者の起立動作時の移動動作制動部１３ａ、１３ｂが、中間輪１１ａ、１１ｂの後部に設けられており、制動時には、当接部材が中間輪１１ａ、１１ｂに当接し、摩擦力で、車輪の回転を止めることができる。
【００２０】
次に、操作部８の構成について、図２を用いて説明する。操作部８は、起立・着座指示スイッチ１４と状態表示ランプ１５からなっている。ここでは、状態表示ランプが２個の場合を示したが、個数はこれに限るものではない。
【００２１】
図中では、バッテリの状態表示、異常有無表示に各１個用いる場合を示している。起立・着座指示スイッチ１４を３６ａ、３６ｂの方向へ動かすことにより、各々起立・着座を指示することができる。起立・着座指示スイッチ１４は、使用者がスイッチに手を触れなければ、スイッチは中立位置に戻るモ−メンタリ型であり、スイッチに手を触れなければ支持部が昇降することはない。
【００２２】
図３は、本装置の移動動作制動部１３ａの構成例を示している。移動動作制動部１３ａ、１３ｂは、後脚部３ａ、３ｂに各々設けられているが、ここでは、移動動作制動部１３ａについて説明する。
【００２３】
後脚部３ａに設けられた移動動作制動部１３ａは、ソレノイド１８ａの直動移動部に連結された部材１９ａ、車輪当接ロッド１６ａが矢印４５の左方向に移動する。ソレノイドが作動すると、車輪当接ロッド１６ａが左中間輪１１ａに当接し、摩擦力で車輪の回転を止める。
【００２４】
ソレノイドを解除すると、車輪当接ロッド１６ａは左中間輪１１ａから矢印４５の右方向に移動し、車輪が回転可能となる。この解除動作は、後脚部３ａに対して相対的に変位するばね１７ａにより加勢され戻りやすくする構成となっている。 ソレノイドの動作原理について、図１１を用いて説明する。ソレノイドが中間輪１１ａ、１１ｂをそれぞれＦｓの力で押圧するとすると、車輪当接ロッドと中間輪の摩擦係数がμであると仮定すると、各車輪下部でμＦｓの摩擦力が発生する。これが、床材上での後退力Ｆｂと比較して、数１で示す関係にあれば、起立動作補助中に装置の移動を防ぐことができる。
【００２５】
【数１】

【００２６】
次に、本装置の移動動作制動部１３ａの構成の他の例を図４に示した。この例では、中間輪１１ａ、１１ｂの回転軸に回転型ブレ−キ４９ａ、４９ｂが直結されている。このような構成とすることにより、ソレノイドを用いた場合と同様な動作を実現できる。ここでは、回転型ブレ−キが中間輪に直結されている場合を示したが、回転型ブレ−キにとりつけられた回転軸よりタイミングベルトを介して中間輪の回転軸にとりつけてもよい。このようにすると、タイミングベルトで減速することにより、回転型ブレ−キの所要ブレ−キトルクを低減できる効果がある。
【００２７】
次に、本装置の駆動手段を図１３を用いて説明する。モ−タ３７と同軸上にブレ−キ３８が設けられており、ブレ−キ３８を解除してモ−タ３７に通電するとウォ−ム３９が回転し、ウォ−ム回転軸と直交する回転軸まわりにウォ−ムホィ−ル４０が減速されて回転する。
【００２８】
ウォ−ムホィ−ル４０と同軸上に設けられたピニオンギア４１ａ、４１ｂがラック４２ａ、４２ｂを直動することにより、図１の支持部６の昇降動作が実現される。片側のラック４２ａには、昇降動作の移動端を検知するための被検出体（ドグ）４３が設けられており、上端を上リミットセンサ４４ａ、下端を下リミットセンサ４４ｂにより検出できる構成となっている。このような構成し、上下端では、センサ検知情報に基づき上昇方向、下降方向の動作を制動することにより、支持部６の暴走を防ぐことができ、安全性を高めることができる。
【００２９】
このような装置を用いたポ−タブルトイレ４８からの起立動作補助を図１４に、歩行動作補助を図１５に示した。これから、起立動作補助時は、使用者は、片手でグリップ７を握り、他の手で操作部８を操作することにより動作を実現できる。歩行補助動作時は、両手でグリップ７を握りながら動作方向の制御を行うことができる。
【００３０】
次に、本発明の起立歩行動作補助装置の本体に内蔵される制御装置の構成を図５〜図８を用いて説明する。図５は、本発明の起立歩行動作補助装置の制御装置の概略構成を示し、図６は、図５の詳細構成の一例を示し、図７は、図５の詳細構成の他の例を示し、図８は、本発明の起立歩行動作補助装置の制御装置の動作シ−ケンスを示している。
【００３１】
本発明の起立歩行動作補助装置の制御装置の概略構成について図５を用いて説明する。本制御装置は、中央処理部２０で所定のサンプル周期毎にセンサ情報の読みだし、指令・表示の書き込みを行っている。中央処理部２０には、ＣＰＵ（中央演算処理部）、ＲＯＭ（リ−ドオンリ−メモリ−）、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ−）、タイマ−が設けられており、バスライン２９を介して他の回路との信号のやりとりを行っている。電源の供給は、バッテリ及びその電圧レベルを変える定電圧レギュレ−タからなる電源回路２６より各回路に供給される。異常監視回路２８では、▲１▼ソレノイド故障、▲２▼バッテリ電圧低下、▲３▼モ−タ過電流の監視を行っている。バッテリ電圧低下が検出されると、充電回路２５とバッテリが連結され、中央処理部より、充電回路に充電モ−ドを示す情報が送られる。▲１▼、▲３▼の異常が検出されると操作部に設けられる状態表示ランプ１５ａがその駆動回路２１により点灯し、使用者が異常を知ることができる。▲２▼の異常が検出されると操作部に設けられる状態表示ランプ１５ｂがその駆動回路２１により点灯し、充電動作に切り替わる。
【００３２】
支持部の移動リミット（上リミット、下リミット）が検知されると、それぞれ更なる上昇動作、下降動作は禁じられる。
【００３３】
起立・着座スイッチの作動が検出されると、ブレ−キが解除されてモ−タに通電されるとともに、移動動作制動部の車輪制動器（１８、４９）に通電され、中間輪がロックされる。
【００３４】
このような制御装置の構成例を図６と図７に示した。図６は、起立動作補助時と着座動作補助時のモ−タの速度制御がなされる場合を示しており、図７は速度制御がなされない場合を示している。
【００３５】
図６の速度制御がなされる場合は、モ−タ３７には位置検出用のエンコ−ダ４６が結合されており、エンコ−ダのＡ、Ｂ相波形から信号処理して得られるパルス信号をＦ／Ｖ変換部で周波数に比例したアナログ電圧に変換し、中央処理部２０から出力される時々刻々の速度指令に対応する電圧値との偏差に基づく電流指令値をフィ−ドバック部で生成し、ＰＷＭ（パルスウィドゥスモデュレ−ション、パルス幅変調）生成部で、ＰＷＭのオンデュ−ティを決定し、モ−タ駆動部でＦＥＴなどのパワ−素子をＰＷＭ駆動することにより、モ−タに通電する構成である。ここでは、アナログの速度制御系を示したが、エンコ−ダのパルス情報をサンプル周期毎に中央処理部２０にとりこみ、電流指令をソフトウェアで生成し、ＰＷＭ生成部に送るディジタルの速度制御系であってもよい。
【００３６】
車輪制動器（１８、４９）は、リレ−３をオンオフすることによりオンオフしている。
【００３７】
図７の速度制御なしの場合は、モ−タ３７にはセンサは設けられず、起立・着座スイッチの作動検出結果に基づきリレ−２をオンオフすることにより通電している。図５の場合と比べると、速度を一定に制御するといった点では不十分だが、実際はモ−タの逆起電力により擬似的に速度フィ−ドバックがかかるような形となるため、暴走的な動作にはならず指数関数状の加減速パタ−ンで駆動される形となる。
【００３８】
以上の動作シ−ケンスをまとめて図８に示した。起立・着座スイッチが押されると、リミットセンサの状態により、起立速度・着座速度・中間輪のロック状態がどのように変化するかが示されている。このような構成とすることにより、使用者の安全な起立・着座動作が実現できる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明の起立歩行動作補助装置は、上記のように構成されているので下記のような効果を奏する。
【００４０】
（１）本発明の起立歩行動作補助装置は、電動の起立動作補助部と、電動の車輪の移動動作制動部より構成されており、スイッチ操作によりオンオフ可能なので、使用者の起立動作補助時の装置の移動を困難なく実現することができる。
【００４１】
（２）本発明の起立歩行動作補助装置では、その操作スイッチは、起立・着座スイッチのみにより構成されていて、このスイッチの作動と車輪の移動動作制動部の作動が連動する構成となっているため、下肢の衰えた使用者でも困難なく装置の移動しない起立・着座動作を確実に困難ではなく実現することができる。
【００４２】
（３）本発明の起立歩行動作補助装置は、その操作部が支持部に対して左右に移動可能な構成となっているので、片麻痺の使用者も使用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の起立歩行動作補助装置の斜視図。
【図２】図１の操作部の構成。
【図３】図１の移動動作制動部の構成の一例。
【図４】図１の移動動作制動部の構成の他の例。
【図５】本発明の起立歩行動作補助装置の制御装置の概略構成。
【図６】図５の詳細構成の一例。
【図７】図５の詳細構成の他の例。
【図８】本発明の起立歩行動作補助装置の制御装置の動作シ−ケンス。
【図９】床面摩擦零の起立補助動作時の後退力の測定装置。
【図１０】木製床での起立補助動作時の装置の後退力の測定装置。
【図１１】起立補助動作時の装置の後退力の測定結果。
【図１２】移動動作制動部の動作原理説明図。
【図１３】図１の駆動手段。
【図１４】図１の装置を用いた使用者の起立開始時の姿勢。
【図１５】図１の装置を用いた使用者の歩行動作補助時の姿勢。
【符号の説明】
１…起立歩行動作補助装置、２…前脚、３…後脚、４…昇降部、５…昇降方向、６…支持部、７…グリップ、８…操作部、９…体幹支持具、１０…前輪、１１…中間輪、１２…後輪、１３…移動動作制動部、１４…起立・着座指示スイッチ、１５…状態表示ランプ、１６…車輪当接ロッド、１７…ばね、１８…ソレノイド、１９…ソレノイド移動部連結部材、２０…中央処理部、２１…状態表示ランプ駆動回路、２２…支持部移動リミット検出回路、２３…移動動作制動部駆動回路、２４…起立・着座指示スイッチ作動検出回路、２５…充電回路、２６…バッテリ・電源回路、２７…モ−タブレ−キ駆動回路、２８…異常監視回路、２９…バスライン、３０…ＡＣコンセント、３１…起立動作補助ア−ム、３２…力センサ、３３…使用者、３４…椅子、３５…ばねばかり、３６…起立・着座指示スイッチ移動方向、３７…モ−タ、３８…ブレ−キ、３９…ウォ−ム、４０…ウォ−ムホィ−ル、４１…ピニオンギア、４２…ラック、４３…被検出体、４４…リミットセンサ、４５…ソレノイド移動部移動方向、４６…エンコ−ダ、４７…充電器、４８…ポ−タブルトイレ、４９…車輪制動用回転型ブレ−キ。

Claims (4)

1. 使用者を支持する支持部と、前記支持部に設けられた起立・着座スイッチを有する操作部と、前記支持部を駆動する駆動手段と、使用者自らが押して移動するための移動手段を備えて、使用者の起立動作と歩行動作を補助する起立歩行動作補助装置において、電動の起立動作補助部と電動の移動動作制動部を有し、使用者の操作部が支持部に対して左右に移動可能な構成であることを特徴とする起立歩行動作補助装置。
2. 使用者を支持する支持部と、前記支持部に設けられた起立・着座スイッチを有する操作部と、前記支持部を駆動する駆動手段と、使用者自らが押して移動するための移動手段を備えて、使用者の起立動作と歩行動作を補助する起立歩行動作補助装置において、電動の起立動作補助部と電動の移動動作制動部を有し、起立・着座動作指示の有無と移動動作制動部の制動・制動解除が連動して作動することを特徴とする起立歩行動作補助装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の起立歩行動作補助装置において、歩行動作補助部を前後各２輪がキャスタで、中間２輪が固定車輪である６輪車輪移動機構により構成し、移動動作制動部を、ソレノイド、ソレノイドの移動部に連結された中間輪と当接可能な部材、ソレノイドの移動部に連結された中間車輪と当接可能な部材が制動解除時に中間車輪と当接しない位置に戻りやすくするため加勢する受動的力発生体により構成することを特徴とする起立歩行動作補助装置。
4. 請求項１または請求項２に記載の起立歩行動作補助装置において、歩行動作補助部を前後各２輪がキャスタで、中間２輪が固定車輪である６輪車輪移動機構により構成し、移動動作制動部を、中間輪の回転を制動することができる回転型ブレ−キを中間輪の回転軸に直接もしくはタイミングベルトを介して設置することにより構成することを特徴とする起立歩行動作補助装置。

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