下肢麻痺者のための歩行補助装具システムの開発
渡邉 恭弘*1 奥村 克博*1 石田 康弘*1
立石 憲治*2 蜂須賀 研二*3 和田 太*3 中西 貴江*3 荒井 光男*4
Development of the Stance-Control System for Lower Extremity Dysfunction
Yasuhiro Watanabe, Katsuhiro Okumura, Yasuhiro Ishida,
Kenji Tateishi, Kenji Hachisuka, Futoshi Wada, Yoshie Nakanishi and Mitsuo Arai
下肢麻痺者は膝折れを生じるため歩行が困難である。歩行障害の対策として，膝関節を伸展位に固定する長下肢 装具を使用する。長下肢装具により膝折れは防止できるが，足の振り出し時に膝の屈曲がないため歩行が困難であ る。そのため患者から，立脚期に膝を伸展位に固定し，遊脚期に自由に屈曲できる膝継手の要望が強い。本開発で は，装具の足圧パターンから下肢運動を推定し，歩行タイミングに合わせて膝ロック状態を制御する歩行補助装具 システムの開発を行った。
1 はじめに
下肢麻痺者は膝折れを生じるため歩行が困難である。
歩行障害の対策として，図1のような長下肢装具を使 用する。膝継手によって膝関節を伸展位に固定するた めに，リング状になった金具で固定する輪止め式や，
膝を完全伸展させると自動的に固定になり，継手後方 のレバーを引き上げることで固定を解除するスイスロ ック式等を使用する。これら膝継手を使用することで 膝折れは防止できるが，足の振り出し時に膝の屈曲が ないため歩行が困難である。
そのため患者から，立脚期に膝を伸展位に固定し，
遊脚期に自由に屈曲できる膝継手の要望が強い。本開 発では，装具の足圧パターンから下肢運動を推定し，
歩行タイミングに合わせて膝ロック状態を制御する歩 行補助装具システムの開発を行った。
図1 長下肢装具，膝継手について
2 開発方法
長下肢装具を使用する下肢麻痺者の要望に対し，表 1(2)の振り子式膝継手1)があり，振り出すタイミング に合わせて膝ロックを解除するが，予期せぬ解除が起 こるため日本では普及していないのが現状である。ま た，表1(3)のパワーアシストスーツ2)は安定動作が可 能だが，駆動時間と価格の問題があり，日常使用で普 及するにはまだ時間がかかる。そこで，表1(1)のよう に，誤作動に対処するために電子式とし，低価格で既 存の長下肢装具に容易に後付装着できるシステムを目 標とする。
表1 従来製品との比較
(1)開発手法 (2)振り子式 (3)パワーア シストスーツ
①方式
歩行に合わ せて膝ロッ クを制御
振り子の動 きで膝ロッ クを解除
歩行に合わせ て下肢全体を
駆動
②取付 方法
長下肢装具 に後付
膝継手と 交換
長下肢装具と 代替使用
③駆動
時間 4 日以上 制限無し 60～90 分
④重量 800g（膝継
手含む） 1kg 12kg（バッテ リ除く）
⑤価格 25 万円（膝
継手含む） 10 万円 200 万円
本開発では，長下肢装具で一般的に使用されるスイ スロック膝継手（図 1 参照）を利用する。スイスロッ ク膝継手は常にバネ力で膝をロックする力が働いてお り，このロックを解除する機構だけにすることで，非 輪止め式 スイスロック式
膝継手
長下肢装具 ※(社)日本義肢協会より転載
*1 機械電子研究所
*2 アイクォーク株式会社
*3 産業医科大学 医学部
*4 有限会社荒井義肢製作所
常にシンプルな設計が可能である。よって，ロック解 除用サーボモータ，下肢運動を推定するための足裏セ ンサ，および歩行制御用マイコンのみで構成し，図 2 のように既存の長下肢装具に後付装着する。
図2 歩行補助装具システムの構成
スイスロック膝継手は，図3①のようにバネ力でロ ックされており，装具の足圧パターンから下肢運動を 推定し，足の振り出し時に図3②のようにモータでロ ックを解除することで，図3③のように膝の屈曲が起 き，スムーズな足の振り出しが可能となる。その後は，
図3④のようにバネ力によって再度ロックがかかる。
図3 ロック解除のメカニズム
3 結果と考察
本開発で試作した歩行補助装具システムを既存の長 下肢装具に後付装着したものを図4に示す。装着者の 負担を減らすために，重量物は腰以上の位置に配置す るのが望ましいので，歩行制御用マイコンやサーボモ ータ，電源等をまとめてコントローラとし，ワイヤー 方式で分離した。この方式により，長下肢装具自体に
はワイヤーやロックジョイント金具，足裏センサのみ 装着するのみであり，重量増加は100g未満に抑えた。
図4 歩行補助装具システムを装着した長下肢装具
健常者2名，およびポリオ患者2名で，平地歩行にて 正常に作動することを確認した。また，目的とした動 作以外の動作「平地歩行，横歩き，後ろ歩き，台の上 の物を拾う，その場で回転する，急に立ち止まる」で 膝継手が誤作動（ロック解除）しないことを確認した。
今後の課題としては，長時間駆動の検証や，足裏セ ンサの耐久性の検証，サーボモータの静音化である。
また，症例により足圧変化と荷重タイミングの調整や 基準化を検討する必要がある。
4 まとめ
本開発では，装具の足圧パターンから下肢運動を推 定し，歩行タイミングに合わせて膝ロック状態を制御 する歩行補助装具システムの開発を行った。既存の長 下肢装具のスイスロック膝継手を利用することで，非 常にシンプルで効果的なシステムを可能とした。ポリ オ患者による検証実験にて有用性を実証した。
謝辞
本開発は，独立行政法人科学技術振興機構（JST），
およびロボット産業振興会議の助成を受けて行った。
深く感謝いたします。
5 参考文献
1)BASKO HEALTHCARE：SPL 2 Hinge system，
http://www.basko.info/
2)CYBERDYNE株式会社：ロボットスーツHAL®， http://www.cyberdyne.jp/
②ロック解除状態
モータで引く ロック解除
③膝折状態 バネ力でロック
①ロック状態
④ 膝 の 再 ロ ッ ク 後付装着
歩行制御用マイコン ロック解除用 サーボモータ
足裏センサ
足裏センサ スイスロック
コントローラ
（マイコン，サーボモータ，電源内蔵）
