JP2011239887A - Threshold adjustment method for idling leg or standing leg determination algorithm used for walking assistant device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行支援装置のパラメータを調整する技術に関する。特に、遊脚状態と立脚状態との間の切り換わりタイミングを判定するためのパラメータ(閾値)を調整する技術に関する。 The present invention relates to a technique for adjusting parameters of a walking support device. In particular, the present invention relates to a technique for adjusting a parameter (threshold value) for determining the switching timing between a free leg state and a standing leg state.
ユーザの脚に装着し、ユーザの脚関節にトルクを加えることによって歩行動作を支援する歩行支援装置が研究されている(例えば特許文献1、特許文献2)。そのような歩行支援装置では、支援する脚が遊脚状態であるか立脚状態であるかに応じて支援のための制御ルールを変えることがある。立脚には体重を支えるための負荷が加わるのに対して、遊脚には加わる負荷は小さいがそのかわり大きく揺動するなど、遊脚と立脚ではその動きが大きく異なるからである。 Research has been conducted on a walking support device that is attached to a user's leg and supports a walking motion by applying torque to the user's leg joint (for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). In such a walking support device, a control rule for support may be changed depending on whether a leg to be supported is in a free leg state or a standing leg state. This is because while the load for supporting the weight is applied to the standing leg, the load applied to the free leg is small, but the swinging movement is greatly different.
上述したように、歩行支援装置には、ユーザの脚が遊脚状態にあるか立脚状態にあるかを判定する機能が求められる。特に、遊脚と立脚の切り換わりタイミングを正確に判定することが重要である。これまでは、例えば足裏の接地センサの出力に基づいて遊脚/立脚切り換わりタイミングを判定する判定アルゴリズム、或いは、足の速度を計測するセンサの出力に基づいて遊脚/立脚切り換わりタイミングを判定する判定アルゴリズムが考案されている。なお、足の速度は、脚の各関節の角速度(或いは角度の時系列データ)から求めることができる。従って「足の速度を計測するセンサ」は脚の各関節の角速度を計測する(或いは推定する)センサで代替できる。以後、簡単化のため、「足の位置及び/又は速度を計測するセンサ」を「足位置センサ」と略称することがある。 As described above, the walking support device is required to have a function of determining whether the user's leg is in the free leg state or the standing leg state. In particular, it is important to accurately determine the switching timing between the free leg and the standing leg. Up to now, for example, a determination algorithm for determining the switching timing of the free leg / stand leg based on the output of the ground sensor on the sole, or the switching timing of the free leg / stand leg based on the output of the sensor that measures the speed of the foot is used. A judgment algorithm has been devised. The speed of the foot can be obtained from the angular speed (or time-series data of the angles) of each joint of the leg. Therefore, the “sensor for measuring the speed of the foot” can be replaced with a sensor for measuring (or estimating) the angular speed of each joint of the leg. Hereinafter, for the sake of simplicity, the “sensor for measuring the position and / or speed of the foot” may be abbreviated as a “foot position sensor”.
接地センサの出力、或いは足位置センサの出力だけに依拠する判定アルゴリズムでは、遊脚と立脚の間の切り換わりタイミングを正確に判定できない場合がある。例えば、足裏が意図せずに歩行面を擦ったときに接地センサの出力が変化するが、歩行面を擦ったときは「着地タイミング(即ち遊脚から立脚への切り換わりタイミング)」と判定すべきでない。そこで、歩行時のユーザの物理的状態を表す状態変数群のうち2以上の状態変数の夫々に対して閾値を設定し、計測される夫々の状態変数の値と閾値との大小関係の組み合わせで遊脚と立脚との切り換わりタイミングを判定する判定アルゴリズムを検討した。なお、上述の2以上の状態変数は、足位置と足荷重(床反力)と足水平方向速度のうちの2つを含むことが望ましい。 A determination algorithm that relies solely on the output of the ground sensor or the output of the foot position sensor may not be able to accurately determine the switching timing between the free leg and the standing leg. For example, the output of the grounding sensor changes when the sole of the foot rubs the walking surface unintentionally, but when it rubs the walking surface, it is determined as “landing timing (ie, switching timing from free leg to standing leg)” Should not. Therefore, a threshold value is set for each of two or more state variables in the state variable group representing the physical state of the user at the time of walking. We examined a judgment algorithm to determine the switching timing between the free leg and the standing leg. The two or more state variables described above preferably include two of the foot position, foot load (floor reaction force), and foot horizontal direction speed.
例えば、足荷重(接地している足が歩行面から受ける床反力)を計測する圧力センサを接地センサとして用い、圧力センサの計測値が既定の閾値を超えたか否かで、遊脚から立脚への切り換わりタイミングを判定する1変数の判定アルゴリズムを採用する場合(即ち、一つの状態変数の値と閾値との大小関係で遊脚と立脚の切り換わりタイミングを判定するアルゴリズムを採用する場合)、試行錯誤的に閾値を求めることも難しくはない。しかしながら、2以上の状態変数の値と閾値との大小関係の組み合わせで遊脚/立脚の切り換わりタイミングを判定するアルゴリズムを採用する場合、大小関係の組み合わせの数が増大するので閾値の調整が難しい。状態変数が増えるほど閾値の調整が難しくなる。本発明は、上記課題に鑑みて創作された。本明細書が開示する一つの技術的教示は、そのような判定アルゴリズムの閾値を調整するための技術を提供する。 For example, a pressure sensor that measures the foot load (the floor reaction force that the grounded foot receives from the walking surface) is used as a grounding sensor, and whether the measured value of the pressure sensor exceeds a predetermined threshold or not, When adopting a one-variable judgment algorithm that judges the timing of switching to a state (that is, adopting an algorithm that judges the switching timing of a free leg and a stance based on the magnitude relationship between the value of one state variable and a threshold) It is not difficult to obtain the threshold value by trial and error. However, in the case of adopting an algorithm that determines the switching timing of the free leg / stand by the combination of the magnitude relation between the value of two or more state variables and the threshold, it is difficult to adjust the threshold because the number of the magnitude relation combinations increases. . As the number of state variables increases, it becomes more difficult to adjust the threshold. The present invention has been created in view of the above problems. One technical teaching disclosed herein provides a technique for adjusting the threshold of such a decision algorithm.
本明細書が開示する一つの技術的教示は、歩行支援装置における遊脚/立脚切り換わりタイミングの判定アルゴリズムの閾値調整方法を提供する。前述したように、その判定アルゴリズムは、歩行支援装置をユーザが使用したときの歩行時のユーザの物理的状態を表す状態変数群のうち2以上の状態変数の夫々に対して閾値が設定されており、計測される夫々の状態変数の値と閾値との大小関係との組み合わせで遊脚と立脚の切り換わりタイミングを判定するものである。この閾値調整方法は、記録ステップと設定ステップと表示ステップを含む。記録ステップは、歩行支援装置をユーザが使用したときの前記した2以上の状態変数の経時的変化を記録する。設定ステップは、前記した閾値を設定する。ここでの設定は仮の設定でよい。また、状態変数の経時的変化を記録する際にも仮の閾値が設定されていてもよい。表示ステップは、記録された2以上の状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、設定された閾値をグラフ(夫々の状態変数の経時的変化)が横切るタイミングを表示するとともに、設定された閾値を使って上記判定アルゴリズムを適用した判定結果を同時に表示する。そしてこの調整方法は、設定する閾値を変えて設定ステップと表示ステップを繰り返すことを特徴とする。 One technical teaching disclosed in the present specification provides a threshold adjustment method for a determination algorithm of a swing leg / stance switch timing in a walking support device. As described above, in the determination algorithm, a threshold is set for each of two or more state variables in the state variable group representing the physical state of the user at the time of walking when the user uses the walking support device. The timing for switching between the free leg and the stance is determined based on the combination of the measured value of each state variable and the magnitude relationship between the threshold values. This threshold value adjusting method includes a recording step, a setting step, and a display step. The recording step records changes with time of the two or more state variables when the user uses the walking support device. In the setting step, the threshold value is set. The setting here may be a temporary setting. Also, a temporary threshold may be set when recording the change of the state variable over time. The display step displays a graph showing a change over time of two or more recorded state variables and a timing at which the graph (change over time of each state variable) crosses a set threshold for each graph. The determination result to which the above determination algorithm is applied using the set threshold is simultaneously displayed. This adjustment method is characterized by repeating the setting step and the display step while changing the threshold value to be set.
特にこの方法は、各状態変数が閾値を横切るタイミングがグラフィカルに表示されるので、どの状態変数が遊脚/立脚切り換わりタイミングの判定に大きな影響を及ぼしているのか把握し易い。また、どの状態変数が先に閾値を横切るかも一目で把握することができる。閾値を調整する作業者は、表示を見ながら効率よく適切な閾値を決めることができる。また、現実の歩行支援装置は1回動かすだけでよく、閾値を変更した後は記録した状態変数の経時的変化を使って判定アルゴリズムを試す。閾値を変更して歩行支援装置を試行的に動かす必要がない。なお、遊脚/立脚切り換わりタイミングとは、遊脚状態から立脚状態への切り換わりタイミングと、立脚状態から遊脚状態への切り換わりタイミングの一方を意味する場合もあれば、双方を含む場合もある。 In particular, this method graphically displays the timing at which each state variable crosses the threshold value, so that it is easy to grasp which state variable has a great influence on the determination of the swing leg / standpoint switching timing. It is also possible to grasp at a glance which state variable crosses the threshold first. An operator who adjusts the threshold value can efficiently determine an appropriate threshold value while viewing the display. In addition, the actual walking support device only needs to be moved once, and after changing the threshold value, the determination algorithm is tried using the temporal change of the recorded state variable. There is no need to change the threshold and move the walking support device on a trial basis. Note that the swing / stud switching timing may mean one of the switching timing from the swinging leg state to the standing leg state and the switching timing from the standing leg state to the swinging leg state, or may include both. There is also.
本明細書が開示する他の技術的教示は、上記した閾値の調整を支援する調整作業支援装置を提供する。その装置は、歩行支援装置をユーザが使用したときの歩行時の2以上の状態変数の経時的変化を記憶する記憶装置と、閾値の設定を受け付ける入力装置と、表示装置を備えている。表示装置は、記憶された2以上の状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、設定された閾値をグラフ(夫々の状態変数の経時的変化)が横切るタイミングを表示するとともに、設定された閾値を使って前記した判定アルゴリズムを適用した判定結果を表示する。なお、前述したように、「2以上の状態変数」は、足位置と足荷重(足が歩行面から受ける反力)と足水平方向速度のうちの2つを含むことが好ましい。 Another technical teaching disclosed in the present specification provides an adjustment work support device that supports the above-described adjustment of the threshold value. The apparatus includes a storage device that stores changes over time of two or more state variables during walking when the user uses the walking support device, an input device that receives a threshold setting, and a display device. The display device displays a graph showing a change over time of two or more stored state variables and a timing at which the graph (change over time of each state variable) crosses a set threshold for each graph, A determination result obtained by applying the above-described determination algorithm using the set threshold is displayed. As described above, the “two or more state variables” preferably include two of the foot position, the foot load (the reaction force that the foot receives from the walking surface), and the foot horizontal direction speed.
本発明によれば、歩行支援装置に実装される遊脚/立脚切り換わりタイミング判定アルゴリズムの上記閾値の調整を効率よく行うことができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, adjustment of the said threshold value of the free leg / stand switch switching timing determination algorithm mounted in a walking assistance apparatus can be performed efficiently.
図面を参照して歩行支援装置の遊脚/立脚切り換わりタイミング判定アルゴリズムの閾値を調整する方法と、その方法に用いる調整作業支援装置を説明する。図1は、一例の歩行支援装置の模式図を示す。図2は、歩行支援装置に接続した調整作業支援装置の模式図を示す。図3は、調整作業支援装置による表示画面の一例を示す。まず、歩行支援装置10について説明する。
With reference to the drawings, a method for adjusting the threshold value of the swing / standpoint switching timing determination algorithm of the walking support device and an adjustment work support device used in the method will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of an example walking support apparatus. FIG. 2 is a schematic diagram of the adjustment work support device connected to the walking support device. FIG. 3 shows an example of a display screen by the adjustment work support apparatus. First, the
図1に示すように、歩行支援装置10は、ユーザ100の脚に装着される。この実施例では、歩行支援装置10は、ユーザ100の左脚に装着される。この歩行支援装置10は、後述するようにユーザの左膝関節にトルクを加えるモータ42を備えている。歩行支援装置10は、例えば、一方の脚(左脚)の膝関節を自由に動かすことができないユーザ100のリハビリテーションに用いられる。歩行支援装置10を用いることで、ユーザ100の機能回復を促進するとともに、ユーザ100を介助する介助者の労力を低減することも可能となる。
As shown in FIG. 1, the
歩行支援装置10の説明で用いる座標系について説明する。歩行支援装置10を装着したユーザ100の前後方向にX軸を定め、ユーザ100の左右方向にY軸を定め、ユーザ100の上下方向にZ軸を定める。なお、X軸の正方向はユーザ100の前方とし、Y軸の正方向はユーザ100の左方とし、Z軸の正方向はユーザ100の上方とする。なお、ロボット工学の分野では、ロボット(本実施例では人体)に固定された座標系における上記X軸、Y軸、及び、Z軸は、夫々、ロール軸、ピッチ軸、及び、ヨー軸と呼ばれる。
A coordinate system used in the description of the
歩行支援装置10の機械的構造を説明する。図1に示すように、歩行支援装置10は、コントローラ12と、大腿リンク20と、下腿リンク50と、足リンク90を備えている。コントローラ12は、モータ42(後述)を制御するためのCPUとともにバッテリを内蔵している。コントローラ12は、歩行支援装置10の各部(センサとモータ)へ電力を供給するとともに、モータ42を制御する。コントローラ12は、例えば、ユーザ100の体幹(腰)に取り付けられる。コントローラ12には、ユーザ100の体幹に固定するための装着ベルト14が備えられている。なお、コントローラ12を装着する位置は特に限定されず、例えばユーザ100の背に装着されてもよい。
The mechanical structure of the
大腿リンク20と下腿リンク50と足リンク90は、補助を必要とするユーザ100の患脚110(ここでは左脚)に装着される。詳しくは、大腿リンク20が大腿112に装着され、下腿リンク50が下腿116に装着され、足リンク90が足118に装着される。なお、本明細書では、単に患脚110と表現した場合、大腿112、膝114、下腿116のみでなく、足118(足首よりも先の部分)も含むものとする。
The
大腿リンク20は、大腿支持プレート22と大腿ベルト24とフレーム26を有している。大腿支持プレート22は、フレーム26に固定されている。また、大腿支持プレート22は、ユーザ100の大腿112の前面に当接し、大腿ベルト24によってユーザの大腿112に固定される。即ち、大腿リンク20はユーザの大腿112に固定される。
The
下腿リンク50は、下腿支持プレート52とフレーム56を有している。下腿支持プレート52は、フレーム56に固定されている。下腿支持プレート52は、ユーザ100の下腿116の前面(膝の下)に当接する。即ち、下腿リンク50は、ユーザの下腿114に装着される。
The
足リンク90は、足支持プレート92と靴94とフレーム96を有している。足支持プレート92は、フレーム96に固定されている。足支持プレート92の上に靴94が固定されている。即ち、足リンク90はユーザの足118に装着される。
The
大腿リンク20と下腿リンク50は、回転ジョイント40を介して接続されている。回転ジョイント40は、ピッチ軸(Y軸)の一軸回りの回転ジョイントであり、大腿リンク20のフレーム26と、下腿リンク50のフレーム56を、回転可能に接続している。即ち回転ジョイント40は下腿リンク50を大腿リンク20に回転可能に連結している。
The
患脚110の外側に位置する回転ジョイント40は、モータ42、角度センサ(エンコーダ)43、減速機を内蔵している。この回転ジョイント40は、下腿リンク50を大腿リンク20に対して相対的に回転させる駆動ユニットに相当する。回転ジョイント40は、電気ケーブル16を介してコントローラ12に接続されており、コントローラ12から供給される電力によって駆動されるとともに、その動作はコントローラ12によって制御される。
The rotary joint 40 located outside the
下腿リンク50と足リンク90は、足首回転ジョイント70を介して接続されている。足首回転ジョイント70はピッチ軸一軸回りの回転機構であり、足リンク90のフレーム96を、下腿リンク50のフレーム56に対して相対的に回転可能に接続している。
The
歩行支援装置10のコントローラ12は、歩行時の左膝関節角度の目標値の経時的変化を記述した目標軌道を記憶しており、ユーザの左膝関節の角度が目標軌道に追従するようにモータ42を制御する。歩行支援装置10にとって、目標軌道上のタイミングと実際の膝関節角の動きのタイミングを合わせるため、ユーザの左脚が遊脚から立脚に切り換わるタイミング(即ち着地タイミング)と立脚から遊脚に切り換わるタイミング(即ち、離床タイミング)を判定することが重要である。以下、遊脚から立脚へ切り換わるタイミングと立脚から遊脚へ切り換わるタイミングを単に「切り換わりタイミング」と総称する。
The
切り換わりタイミングを判定するため、歩行支援装置10はいくつかのセンサを備えている。センサについて説明する。歩行支援装置10が備える主なセンサは、傾斜角センサ32、角度センサ43、及び、圧力センサ98である。傾斜角センサ32は、大腿リンク20に取り付けられており、鉛直方向に対する大腿112のピッチ軸回りの傾斜角を計測する。角度センサ43は、下腿リンク50の回転角(即ち回転ジョイント40の回転角)を計測する。下腿リンク50の回転角は、ユーザ100の膝関節角に相当する。なお、角度センサ43は、回転ジョイント40の回転角を目標回転角に追従させるフィードバック制御にも用いられる。圧力センサ98は、足リンク90に備えられており、歩行支援装置10を装着した患脚110の足118が歩行面から受ける床反力を計測する。以下では、床反力を「足荷重」と表現することがある。
In order to determine the switching timing, the walking
センサが計測するのは、歩行時のユーザの物理的状態を表す状態変数群である。本実施例の歩行支援装置10では、それらの状態変数は具体的には、歩行支援装置10を装着した脚の足の位置、歩行支援装置10を装着した脚の足が歩行面から受ける床反力(足荷重)、及び、歩行支援装置10を装着した脚の足水平方向速度である。足の位置、及び、足水平方向速度は、傾斜角センサ32と角度センサ43のセンサデータから得られる。なお、足の位置は、体幹の位置を基準とした足の位置であり、絶対座標系における位置でないことに留意されたい。足荷重は、圧力センサ98のセンサデータから得られる。それら状態変数と、切り換わりタイミングとの間の関係について次に説明する。
The sensor measures a state variable group that represents the physical state of the user during walking. In the
遊脚状態では足荷重(床反力)はゼロであり着地すると足荷重が生じる。従って、遊脚から立脚へ切り換わるタイミングにおいて足荷重がゼロから急増する。また、立脚から遊脚へ切り換わるタイミングにおいて足荷重がゼロまで急減する。なお、脚が揺動する際の慣性力に起因して遊脚期間において圧力センサ98にノイズが発生する。従って、ゼロに近い大きさの荷重閾値を設定し、計測された足荷重が荷重閾値を下回れば遊脚状態であると推定することができ、また、荷重閾値を上回れば立脚状態であると推定できる。別言すれば、計測された足荷重が荷重閾値を横切るタイミングが切り換わりタイミングを判定する一つの指標となり得る。ただし、意図せず足が歩行面を擦った場合、一時的に足荷重が荷重閾値を超えることが想定されるので、足荷重だけに基づいて切り換わりタイミングを判定するのは精度が低い。なお、遊脚から立脚への切り換わりタイミングを判定するための荷重閾値と立脚から遊脚への切り換わりタイミングを判定するための荷重閾値は異なっていてもよい。
In the free leg state, the foot load (floor reaction force) is zero, and when landing, the foot load is generated. Therefore, the foot load increases rapidly from zero at the timing of switching from the free leg to the standing leg. Also, the foot load suddenly decreases to zero at the timing of switching from the standing leg to the free leg. Note that noise is generated in the
歩行動作においては、体幹より前方にて遊脚が着地する。即ち、遊脚から立脚への切り換わりタイミングにおいて遊脚の足位置は体幹よりも前方となる。また、体幹より後方にて立脚が離床する。即ち、計測された足位置が体幹よりも距離閾値だけ前方に位置することが、遊脚から立脚への切り換わりタイミングの必要条件となり得る。また、計測された足位置が体幹よりも距離閾値だけ後方に位置することが、立脚から遊脚への切り換わりタイミングの必要条件となり得る。ただし、足位置と距離閾値の関係は必要条件であって十分条件でないことに留意されたい。 In walking motion, the free leg lands in front of the trunk. That is, the leg position of the free leg is forward of the trunk at the timing of switching from the free leg to the standing leg. In addition, the stance stand leaves behind the trunk. That is, it may be a necessary condition for the switching timing from the free leg to the standing leg that the measured foot position is positioned forward of the trunk by a distance threshold. Moreover, it may be a necessary condition for the switching timing from the standing leg to the free leg that the measured foot position is located behind the trunk by a distance threshold. However, it should be noted that the relationship between the foot position and the distance threshold is a necessary condition and not a sufficient condition.
歩行動作において通常は遊脚の足は動いており(即ち速度を有しており)、立脚の足は静止している。従って、足水平方向速度が速度閾値より大きい場合は遊脚状態にあり足水平方向速度が速度閾値より小さい場合は立脚状態にあると推定できる。ここで、速度閾値はゼロに近い値に設定される。ただし、遊脚の揺動方向が前方から後方に切り換わる際に一瞬速度がゼロとなるため、足水平方向速度だけに基づいて切り換わりタイミングを判定するのは精度が低い。 In a walking motion, the leg of the swing leg is usually moving (that is, has a speed), and the leg of the stance leg is stationary. Therefore, when the foot horizontal direction speed is larger than the speed threshold, it can be estimated that the leg is in the swinging state, and when the foot horizontal direction speed is smaller than the speed threshold, it is estimated that the leg is in the standing state. Here, the speed threshold is set to a value close to zero. However, since the instantaneous speed becomes zero when the swinging direction of the free leg is switched from the front to the rear, it is not accurate to determine the switching timing based only on the foot horizontal direction speed.
以上のとおり、足位置、足荷重、及び、足水平方向速度はいずれも、切り換わりタイミングを判定するための指標となり得る。ただし、いずれの状態変数も単独では誤判定を生じる虞があるため、それらの状態変数と閾値との大小関係の組み合わせで切り換わりタイミングを判定することが好ましい。歩行支援装置10は、上記3個の状態変数と夫々の閾値との大小関係の組み合わせで切り換わりタイミングを判定する判定アルゴリズムを実装している。例えば、歩行支援装置10は、足位置>第1足位置閾値であり、かつ、足荷重>第1荷重閾値であり、かつ、足水平方向速度<第1速度閾値であるという条件が成立したときを遊脚から立脚への切り換わりタイミングと判定する。また、歩行支援装置10は、足位置<第2足位置閾値であり、かつ、足荷重<第2荷重閾値であり、かつ、足水平方向速度>第2速度閾値であるという条件が成立したときを立脚から遊脚への切り換わりタイミングと判定する。即ち、歩行支援装置10には上記した判定アルゴリズムが実装されている。
As described above, the foot position, the foot load, and the foot horizontal direction speed can all be indexes for determining the switching timing. However, since any state variable alone may cause an erroneous determination, it is preferable to determine the switching timing based on the combination of the magnitude relationship between the state variable and the threshold value. The walking
ここで、足位置、足荷重、及び、足水平方向速度の3個の状態変数を用いる場合、夫々の状態変数に対して適切な閾値を設定するには多大な労力を要する。そこで、効率的に閾値を調整するための方法とその方法を支援するための装置が必要となる。次に、閾値調整方法とその方法を支援する装置について説明する。 Here, when using three state variables of the foot position, the foot load, and the foot horizontal direction speed, it takes a lot of labor to set an appropriate threshold value for each state variable. Therefore, a method for efficiently adjusting the threshold value and a device for supporting the method are required. Next, a threshold adjustment method and an apparatus that supports the method will be described.
図2に、作業者による閾値調整作業を支援する調整作業支援装置200のシステム図を示す。調整作業支援装置200は、本体202、キーボード(入力装置)204、及び、表示装置206を備えたパーソナルコンピュータである。本体202は例えばUSBによって歩行支援装置10と接続される。
FIG. 2 shows a system diagram of an adjustment
閾値を調整する作業者はまず、仮閾値を設定した歩行支援装置10をユーザに装着させ、歩行させる。このとき、上記した状態変数の経時的変化は本体202に送られて記録される。即ち、本体202は、歩行支援装置10をユーザが使用したときの上記状態変数の経時的変化を記憶(記録)する記憶装置に相当する。また、本体202に状態変数の経時的変化を記憶させる処理は、歩行支援装置をユーザが使用したときの上記状態変数の経時的変化を記録する記録ステップに相当する。
First, the worker who adjusts the threshold causes the user to wear the
次に作業者は、キーボード204を操作して、好ましい閾値を入力する。別言すると、キーボード204は、閾値の設定を受け付ける。閾値を入力する処理が設定ステップに相当する。調整作業支援装置200の本体202には、歩行支援装置10に実装された判定アルゴリズムと同じアルゴリズムが実装されており、記録された状態変数の経時的変化と入力された閾値を使って判定アルゴリズムを実行することができる。本体202は、記録された状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、設定された閾値をグラフの曲線(即ち状態変数の経時的変化)が横切るタイミングを表示するとともに、入力された閾値を使って前記した判定アルゴリズムを実行した判定結果を表示装置206に表示する。このとき本体202と表示装置206が行う処理が、記録された状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、キーボード204を介して入力(設定)された閾値をグラフが横切るタイミングを表示するとともに、入力(設定)された閾値を使って上記した判定アルゴリズムを実行した判定結果を表示する表示ステップに相当する。
Next, the operator operates the
作業者は、表示された判定結果を見ながら、再度他の閾値を入力する。調整作業支援装置200は、再入力された閾値と記録された状態変数の経時的変化を使って判定アルゴリズムを再度実行し、その結果を再び表示する。作業者は、閾値の入力と表示された結果の確認を繰り返し、適切な閾値を定める。
The operator inputs another threshold value again while looking at the displayed determination result. The adjustment
図3に表示画面の一例を示す。表示画面207にはいくつかのウインドウが示される。ウインドウ215は、入力された閾値の数値を表示する。ボックス215a、215b、及び215cは夫々、キーボード204を介して入力された荷重閾値、足位置閾値、及び、足速度閾値の値を表示する小窓である。
FIG. 3 shows an example of the display screen. The
ウインドウ210は、歩行支援装置10を動作させ、状態変数を記録したときに歩行支援装置10に実装された判定アルゴリズムの判定結果を示している。グラフが時間軸の上側を通っている期間が立脚期間を表し、グラフが時間軸の下側を通っている期間が遊脚期間を表している。
The
ウインドウ212、213、及び、214は、記録された状態変数の経時的変化を示すグラフを表示するウインドウである。ウインドウ212には、記録された足荷重の経時的変化を示すグラフが表示される。ウインドウ213には、記録された足位置の経時的変化を示すグラフが表示される。ウインドウ214には、記録された足水平方向速度の経時的変化を示すグラフが表示される。ウインドウ212、213、及び214にはまた、夫々の状態変数に対して入力された閾値が表示されている。ウインドウ212内に表示されているT1は足荷重閾値を示している。ウインドウ213内に表示されているT2は足位置閾値を示している。ウインドウ214内に表示されているT3は足速度閾値を示している。
本体202は、記録された状態変数の経時的変化と入力された閾値を使って判定アルゴリズムを実行し、その判定結果も示す。ウインドウ211が判定結果を示すウインドウである。さらに表示画面207には、状態変数の夫々のグラフについて、入力された閾値(設定された閾値)を夫々の状態変数が横切るタイミングが表示される。以下で説明する図中の矢印212a、212b、213a、213b、214a、214bは、複数のウインドウをまたいで表示されることに留意されたい。例えば、矢印212aと212bは、ウインドウ212とウインドウ211に亘って画面に表示される。
The
矢印212aと212bは、記録された足荷重のグラフ(経時的変化)が足荷重閾値T1を横切るタイミングを示している。矢印213aと213bは、記録された足位置のグラフが足位置閾値T2を横切るタイミングを示している。矢印214aと214bは、記録された足水平方向速度のグラフが足速度閾値T3を横切るタイミングを示している。全ての矢印は、判定結果を示すウインドウ211へ伸びており、横切るタイミングと、切り換わりタイミングとの関係が一目で把握できるようになっている。例えば、符号211aで示したタイミングは、判定アルゴリズムが判定した遊脚から立脚への切り換わりタイミングを示している。このタイミングに先立って、記録された足位置が足位置閾値T2を上回っているとともに(矢印213a)、記録された足水平方向速度が足速度閾値T3を下回っている(矢印214a)。そして、タイミング211aにおいて、記録された足荷重が足荷重閾値T1を上回る。即ち、タイミング211aにおいて、足位置>足位置閾値T2であり、かつ、足荷重>足荷重閾値T1であり、かつ、足水平方向速度<足速度閾値T3の条件が成立するので、判定アルゴリズムはこのタイミング211aを遊脚から立脚への切り換わりタイミングと判定する。同様に、タイミング211bにおいて、足位置<足位置閾値T2であり、かつ、足荷重<足荷重閾値T1であり、かつ、足水平方向速度>足速度閾値T3であるという条件が成立し、判定アルゴリズムは、このタイミング211bを立脚から遊脚への切り換わりタイミングと判定する。
作業者は、表示画面207を見ながら、判定結果が適切であるか否かを検証する。最も典型的な検証事項は、状態変数のグラフから明らかに立脚期間(或いは遊脚期間)であるべき期間が正しく判定されているか否かを検証することである。正しく判定されていない場合、上記した表示画面から、いずれの状態変数と閾値の関係が原因であるかが一目瞭然である。また例えば、作業者は、遊脚期間と立脚期間が、理想的な歩行動作において想定される配分で区分されているか否かを検証する。想定される配分で区分されていない場合、いずれの閾値が原因で期待する判定結果が得られていないのか、表示画面207から容易に判断できる。作業者は、表示画面207を見ながら、設定する閾値を変えて設定ステップと表示ステップを繰り返し、適切な閾値を決定する。このように上記した調整作業支援装置200を利用することによって、歩行支援装置に実装される遊脚/立脚切り換わりタイミング判定アルゴリズムの上記閾値の調整を効率よく行うことができる。
The operator verifies whether the determination result is appropriate while looking at the
上記した調整方法は、歩行支援装置を1回動かすだけでよい。閾値を変えて歩行支援装置を繰り返し試行する必要がなく、閾値設定の作業を効率よく行える。また、表示装置には前回の判定結果(ウインドウ210)と、新たに入力した閾値に基づく判定結果(ウインドウ211)が同時に表示される。この同時表示も、閾値調整に役立つ。 The adjustment method described above only needs to move the walking support device once. It is not necessary to repeatedly try the walking support device by changing the threshold value, and the threshold setting operation can be performed efficiently. Further, the previous determination result (window 210) and the determination result based on the newly input threshold value (window 211) are simultaneously displayed on the display device. This simultaneous display is also useful for threshold adjustment.
上記の実施例の判定アルゴリズムでは、3個の状態変数、即ち、足位置、足荷重、及び、足水平方向速度を採用した。採用する状態変数はこれら3個に限られない。例えば、大腿のピッチ軸回りの揺動角速度なども遊脚/立脚切り換わりタイミング判定のための状態変数に採用することも好適である。 The determination algorithm of the above embodiment employs three state variables, that is, foot position, foot load, and foot horizontal direction speed. The state variables to be adopted are not limited to these three. For example, it is also preferable to employ a swing angular velocity around the pitch axis of the thigh as a state variable for determining the timing of switching between the free leg and the stance.
また、本明細書が開示する閾値調整方法の対象となる歩行支援装置も実施例の形態(歩行支援装置10)に限られない。例えば、膝関節とともに足首関節にトルクを加えることができる歩行支援装置も、本明細書が開示する閾値調整方法の対象となり得る。 Also, the walking support device that is the target of the threshold adjustment method disclosed in this specification is not limited to the embodiment (walking support device 10). For example, a walking support device that can apply torque to the ankle joint together with the knee joint can also be a target of the threshold adjustment method disclosed in this specification.
以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。 Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.
10:歩行支援装置
12:コントローラ
20:大腿リンク
32:傾斜角センサ
40:回転ジョイント
42:モータ
43:角度センサ
50:下腿リンク
90:足リンク
98:圧力センサ
200:調整作業支援装置
202:本体
204:キーボード(入力装置)
206:表示装置
207:表示画面
210、211、212、213、214、215:ウインドウ
T1:足荷重閾値
T2:足位置閾値
T3:足速度閾値
10: walking support device 12: controller 20: thigh link 32: tilt angle sensor 40: rotation joint 42: motor 43: angle sensor 50: leg link 90: foot link 98: pressure sensor 200: adjustment work support device 202: main body 204 : Keyboard (input device)
206: Display device 207:
Claims (4)
歩行支援装置をユーザが使用したときの前記2以上の状態変数の経時的変化を記録する記録ステップと、
前記閾値を設定する設定ステップと、
記録された前記2以上の状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、設定された閾値をグラフが横切るタイミングを表示するとともに、設定された閾値を使って前記判定アルゴリズムを適用した判定結果を表示する表示ステップと、を有しており、
設定する閾値を変えて前記設定ステップと前記表示ステップを繰り返すことを特徴とする閾値調整方法。 A threshold is set for each of two or more state variables in the state variable group representing the physical state of the user during walking, and a combination of magnitude relations between the values of the measured state variables and the thresholds. A method for adjusting the threshold value of a walking support device that implements a determination algorithm for determining the timing of switching between a free leg and a stance.
A recording step for recording a change with time of the two or more state variables when the user uses the walking support device;
A setting step for setting the threshold;
The graph showing the change over time of the two or more state variables recorded and the timing at which the graph crosses the set threshold for each graph is displayed, and the determination algorithm is applied using the set threshold A display step for displaying the determination result,
A threshold adjustment method characterized by repeating the setting step and the display step while changing a threshold to be set.
歩行支援装置をユーザが使用したときの前記2以上の状態変数の経時的変化を記憶する記憶装置と、
前記閾値の設定を受け付ける入力装置と、
記録された前記2以上の状態変数の経時的変化を示すグラフと、夫々のグラフについて、設定された閾値をグラフが横切るタイミングを表示するとともに、設定された閾値を使って前記判定アルゴリズムを適用した判定結果を表示する表示装置と、
を備えることを特徴とする調整作業支援装置。 A threshold is set for each of two or more state variables in the state variable group representing the physical state of the user during walking, and a combination of magnitude relations between the values of the measured state variables and the thresholds. An adjustment work support device that supports the adjustment work of the threshold value of the walking support device that implements a determination algorithm for determining the timing of switching between the free leg and the stance.
A storage device for storing changes over time of the two or more state variables when the user uses the walking support device;
An input device that accepts the setting of the threshold;
The graph showing the change over time of the two or more state variables recorded and the timing at which the graph crosses the set threshold for each graph is displayed, and the determination algorithm is applied using the set threshold A display device for displaying the determination result;
An adjustment work support device comprising:
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Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005095561A (en) * | 2003-08-21 | 2005-04-14 | Yoshiyuki Yamaumi | Mounting type action assisting device, and method and program for controlling the device |
JP2009011845A (en) * | 2008-08-01 | 2009-01-22 | Univ Of Tsukuba | Calibration device of body-worn type movement assist device and program for calibration |
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Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2005095561A (en) * | 2003-08-21 | 2005-04-14 | Yoshiyuki Yamaumi | Mounting type action assisting device, and method and program for controlling the device |
JP2009095577A (en) * | 2007-10-19 | 2009-05-07 | Honda Motor Co Ltd | Motion assisting device |
JP2009011845A (en) * | 2008-08-01 | 2009-01-22 | Univ Of Tsukuba | Calibration device of body-worn type movement assist device and program for calibration |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10369070B2 (en) | 2013-12-30 | 2019-08-06 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Motion assistive apparatus and method of controlling the same |
US10434029B2 (en) | 2014-07-10 | 2019-10-08 | Osaka University | Method for determining leg-phase shift timing, leg-phase shift timing determination apparatus, method for controlling walking assistance, and walking assistance apparatus |
CN105726267A (en) * | 2014-12-26 | 2016-07-06 | 三星电子株式会社 | Assisting Torque Setting Method And Apparatus |
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