JP2013043055A - Walking assist device - Google Patents

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JP2013043055A JP2011184823A JP2011184823A JP2013043055A JP 2013043055 A JP2013043055 A JP 2013043055A JP 2011184823 A JP2011184823 A JP 2011184823A JP 2011184823 A JP2011184823 A JP 2011184823A JP 2013043055 A JP2013043055 A JP 2013043055A
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Tomohito Takubo
朋仁 田窪
Tatsuo Arai
健生 新井
Yasushi Mae
泰志 前
Kenichi Ohara
賢一 大原
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a footwear type walking assist device capable of improving a walking ability by being used as an assistance to a bipedal walking ability.SOLUTION: The walking assist device includes a crawler 1 for a right foot and a crawler 1 for a left foot. Each crawler 1 includes: a base 2 where a sole is mounted; a travel mechanism comprised of one or a plurality of rolling elements 5 which are arranged at the rear face side of the base 2 and make the base 2 travel along a road surface; a drive mechanism which drives the travel mechanism; a first measuring means which is arranged at the base 2 and measures a speed of the base during bipedal walking; and a second measuring means which is arranged along the surface of the base 2 and measures a pressure received from the sole at a plurality of points. Bipedal walking is assisted by controlling the travel speed of the travel mechanism arranged at each crawler through the use of a control means.

Description

本発明は、二足歩行時に両足に履かせるべき左右一対の履体を具え、歩行者の歩行中の負担を軽減することが出来る歩行補助装置に関するものである。   The present invention relates to a walking assistance device that includes a pair of left and right footwear that should be worn on both feet during biped walking, and that can reduce the burden on a pedestrian during walking.

従来、二足歩行を補助する装置としては、人の下肢に装着する外骨格型の装置本体を具えて人の足の動きを直接に補助する装置が一般的である(例えば特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a device for assisting bipedal walking, a device that directly assists the movement of a person's foot with an exoskeleton-type apparatus main body that is worn on a person's lower limb is commonly used (see, for example, Patent Document 1). .

また、人が乗ることの可能な乗り物型の装置本体を具えて、人を運搬する同軸二輪車型の装置が多数提案されている(例えば特許文献2、3、4、5参照)。   In addition, many coaxial two-wheeled vehicle-type devices that carry a person and have a vehicle-type device body on which a person can ride have been proposed (see, for example, Patent Documents 2, 3, 4, and 5).

さらに、乗り物型の装置本体をローラースケートほどの大きさに縮小し、該装置本体に装着される足の傾斜角度に応じて、装置本体の制動を行なう歩行補助具が提案されている(特許文献6参照)。   Furthermore, a walking aid has been proposed that reduces the size of a vehicle-type device body to the size of a roller skate and brakes the device body in accordance with the inclination angle of a foot attached to the device body (Patent Document). 6).

特開2010−075548号公報JP 2010-077548 A 米国特許第005971091号公報US Patent No. 005971091 特開2004−345030号公報JP 2004-345030 A 特開2005−1554号公報JP 2005-1554 A 特開2005−94898号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2005-94898 特開2004−275525号公報JP 2004-275525 A

しかしながら、従来の歩行補助装置は、人の脚の動きを直接に補助するシステムでは、システムが大型で、高コストな装置になる問題があった。また、簡易な構成で実現される装置では、人の歩行動作を考慮した補助が不十分である問題があった。   However, the conventional walking assistance device has a problem in that the system is large and expensive in a system that directly assists the movement of a human leg. In addition, the device realized with a simple configuration has a problem that assistance in consideration of human walking motion is insufficient.

本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、二足歩行機能の補助に使用して歩行能力の向上を図ることができる履物型の歩行補助装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a footwear type walking assist device that can be used for assisting a biped walking function to improve walking ability.

本発明に係る歩行補助装置は、右足用の履体と左足用の履体とを具え、各履体は、足裏を載置すべきベース部と、該ベース部の裏面側に配備されてベース部を路面に沿って走行させるための1或いは複数の転動体からなる走行機構と、該走行機構を駆動する駆動機構と、該ベース部に配備されて二足歩行中のベース部の速度を計測する第1計測手段と、該ベース部の表面に配備されて足裏から受ける圧力を複数点にて計測する第2計測手段とを具え、各履体に配備された走行機構の走行速度を制御手段によって制御することにより、二足歩行を補助するものであって、前記制御手段は、二足歩行中に路面から離れている足について前記第1計測手段から得られる速度情報と、路面に着地している足について前記第2計測手段から得られる圧力情報とに基づいて、周期的な歩行状態が、路面に着地した足が路面から離れるまでの期間において走行速度を加速すべき加速期であるか、走行速度を定速に維持すべき定速期であるか、走行速度を減速すべき減速期であるかを判定し、その判定結果に応じて前記駆動機構に対する制御信号を生成する。   A walking assistance device according to the present invention includes a foot for a right foot and a foot for a left foot, and each foot is provided on a base portion on which a sole is to be placed, and on the back side of the base portion. A traveling mechanism composed of one or a plurality of rolling elements for traveling the base portion along the road surface, a driving mechanism for driving the traveling mechanism, and a speed of the base portion disposed on the base portion during biped walking. A first measuring means for measuring, and a second measuring means for measuring the pressure received on the surface of the base portion and received from the sole at a plurality of points, and the traveling speed of the traveling mechanism disposed on each footwear. The control means assists biped walking by controlling the speed information obtained from the first measuring means for the foot that is away from the road surface during biped walking, and the road surface. Pressure obtained from the second measuring means on the landing foot Based on the information, the periodic walking state is an acceleration period in which the traveling speed should be accelerated in the period until the foot landing on the road leaves the road surface, or the constant speed period in which the traveling speed should be maintained at a constant speed Or a deceleration period in which the traveling speed should be reduced, and a control signal for the drive mechanism is generated according to the determination result.

人は二足歩行において、一歩ごとに加速と減速を繰り返して歩行しており、両足が着地した期間は加速と減速の双方が可能であり、片足支持状態に移行する直前の速度調整が行われる。又、片足のみが着地した期間の前半は、体全体の重心位置が支持脚の直上を通過するまで、歩行速度が減速される期間である。なお、体全体の重心位置が支持脚の直上に位置したとき瞬間的に進行方向へは加速も減速も行なうことが出来ず、体重を支えるために足裏全体に体重が均等にかかった状態である。その後、片足のみが着地した期間の後半は、体重が足裏全体に均等にかかった状態から足を後方へ蹴って前方への推進力を発生させるので、歩行速度は加速される。
人の自然な歩行状態を妨げることなく歩行の補助を行なうには、足を後方へ蹴る加速状態では加速の補助を行ない、直後に減速状態になる両足支持期間や体幹より片足が前方にある片足支持による減速状態では減速の補助を行なうことが良い。
In biped walking, a person walks by repeatedly accelerating and decelerating for each step, and during the period when both feet landed, both acceleration and deceleration are possible, and speed adjustment just before shifting to the one-leg support state is performed . Also, the first half of the period when only one foot has landed is a period during which the walking speed is reduced until the center of gravity of the entire body passes immediately above the support leg. In addition, when the center of gravity of the whole body is located directly above the support leg, it is impossible to instantaneously accelerate or decelerate in the traveling direction, and the weight is evenly applied to the entire sole to support the weight. is there. Thereafter, during the second half of the period when only one foot has landed, the foot is kicked backward from a state where the weight is evenly applied to the entire sole, and a forward driving force is generated, so the walking speed is accelerated.
In order to assist walking without interfering with the natural walking state of the person, acceleration is supported in the acceleration state where the foot is kicked backward, and one foot is ahead of the trunk and the trunk is in the deceleration state immediately after that. It is preferable to assist the deceleration in the deceleration state with one foot support.

本発明に係る歩行補助装置によれば、二足歩行中に、歩行者が片足を前方に着地させた状態からその足で路面を後方へ蹴って、その足を路面から離間させるまでの過程で、周期的な歩行が加速する加速期であるか、周期的な歩行が一定の平均速度を保つ定速期であるか、或いは周期的な歩行が減速する減速期であるかが、路面から離れている足(遊脚)の速度と、路面に着地している足から受ける圧力とに基づいて、正確に判定される。   According to the walking assist device of the present invention, during bipedal walking, the pedestrian kicks the road surface backward with the foot from the state where one foot is landed forward, and the foot is separated from the road surface. Whether it is an acceleration period in which periodic walking accelerates, a constant speed period in which periodic walking maintains a constant average speed, or a deceleration period in which periodic walking decelerates It is accurately determined on the basis of the speed of the foot (free leg) that is present and the pressure received from the foot landing on the road surface.

そして、二足歩行中の周期的な歩行における加速期、定速期、減速期の判別に応じて、加速期と判定された場合には、駆動機構に対して周期歩行中に片足支持で後方へ足を蹴る加速状態にあるとき、加速の制御信号が供給され、定速期と判定された場合には、駆動機構に対して定速維持の制御信号が供給され、減速期と判定された場合には、駆動機構に対して周期歩行中の両足支持状態や減速状態にあるとき、減速の制御信号が供給される。これによって、駆動機構が加速、定速維持、若しくは減速のための駆動を行なって、走行機構を動作させる。なお、特別な制御信号の指示がない場合はこれまでの速度を維持する定速維持の信号が供給されているものとする。   And if it is determined as the acceleration period according to the discrimination of the acceleration period, constant speed period, and deceleration period in the periodic walking during biped walking, it is supported with one foot during periodic walking with respect to the drive mechanism. When the acceleration control signal is supplied and the constant speed period is determined, the control signal for maintaining the constant speed is supplied to the drive mechanism and the deceleration period is determined. In some cases, a deceleration control signal is supplied to the drive mechanism when the two-foot support state or the deceleration state during periodic walking is present. Accordingly, the driving mechanism performs driving for acceleration, constant speed maintenance, or deceleration to operate the traveling mechanism. In the case where there is no special control signal instruction, it is assumed that a constant speed maintaining signal for maintaining the previous speed is supplied.

具体的態様において、前記制御手段は、前記第1計測手段から得られる速度情報に基づいて二足歩行中に路面から離れている足の移動速度が基準値よりも増大しているか減少しているかを判別する第1の判別と、前記第2計測手段から得られる圧力情報に基づいて二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力の中心の移動速度が基準値よりも大きいか小さいかを判別する第2の判別と、前記第2計測手段から得られる圧力情報に基づいて二足歩行時に路面に着地している足から受ける圧力が踵側にて基準値よりも増大しているか爪先側にて基準値よりも増大しているかを判別する第3の判別とを実施し、これら3つの判別結果を統合することによって、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期を判定する。   In a specific aspect, the control means is based on the speed information obtained from the first measurement means, and whether the moving speed of the foot away from the road surface during biped walking is increased or decreased from a reference value Based on the pressure information obtained from the second measuring means and the pressure information obtained from the second measuring means, the moving speed of the center of the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is larger or smaller than the reference value Whether the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is greater than the reference value on the heel side based on the second determination for determining whether or not and the pressure information obtained from the second measuring means By performing the third determination to determine whether the toe side is larger than the reference value, and integrating these three determination results, the acceleration period, the constant speed period and the deceleration period during biped walking are determined. judge.

尚、前記第1、第2及び第3の判別における各基準値としては、二足歩行中の各足の周期的な動きの1周期前の計測情報を採用し、有意な差があるか否かが判断される。   In addition, as each reference value in the said 1st, 2nd and 3rd discrimination | determination, the measurement information before 1 period of the cyclic | annular movement of each leg during biped walking is employ | adopted, and there is a significant difference? Is judged.

又、具体的な態様において、前記制御手段は、前記3つの判別結果の統合を、K平均法を用いた非階層クラスタリングによって行なう。
又、前記制御手段は、前記非階層クラスタリングによって逐次学習を行なうことにより、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期を判定する。
Further, in a specific aspect, the control means integrates the three discrimination results by non-hierarchical clustering using a K-average method.
The control means determines the acceleration period, the constant speed period, and the deceleration period during biped walking by sequentially learning by the non-hierarchical clustering.

更に具体的な態様において、前記制御手段は、前記第1の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面から離れている足の移動速度が増大しているときは加速期、該移動速度が略一定のときは定速期、該移動速度が減少しているときは減速期であると判定する。   In a more specific aspect, as far as the first determination result is concerned, the control means is substantially in the acceleration period when the moving speed of the foot away from the road surface during biped walking is increased. When it is constant, it is determined that it is a constant speed period, and when the movement speed is decreasing, it is determined that it is a deceleration period.

又、前記制御手段は、前記第2の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力の中心の移動速度が基準値よりも大きいときは加速期、該移動速度が基準値よりも小さいときは減速期であると判定する。   In addition, as far as the second determination result is concerned, the control means, when the moving speed at the center of the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is larger than the reference value, the moving speed Is smaller than the reference value, it is determined that the vehicle is in the deceleration period.

又、前記制御手段は、前記第3の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力が爪先側にて基準値よりも増大しているときは加速期、該圧力が踵側にて基準値よりも増大しているときは減速期であると判定する。   In addition, as far as the third determination result is concerned, the control means, when the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is higher than the reference value on the toe side, the acceleration period, When the pressure is higher than the reference value on the heel side, it is determined that the vehicle is in the deceleration period.

本発明に係る歩行補助装置によれば、二足歩行中の歩行者が何れか一方の足を路面に着地させた後、その足で路面を蹴って、前方へ一歩踏み出す過程で、歩行の補助なしに自然歩行する場合に周期的な歩行が減速期であるときは、周期歩行中の両足支持状態や片足支持状態において体幹が接地脚より後方にある場合、走行機構を減速し、周期的な歩行が定速期であるときは、走行機構は定速を維持し、周期的な歩行が加速期であるときは、周期歩行中の片足支持状態において体幹が接地脚より前方にある場合、走行機構を加速し、この減速、定速維持及び加速が自然歩行する場合の周期的な加速と減速,および、定速の判定により左右の足で交互に実行され、かつ、判定された結果に対応して周期歩行中の加速状態、減速状態において走行機構の加速と減速を行うため、歩行者は自然歩行時と変わらぬ歩行を行いながら自然歩行時よりも早い速度で歩行することが出来、歩行能力の向上を図ることが出来る。   According to the walking assist device of the present invention, a pedestrian who is walking on two legs lands one of the feet on the road surface, then kicks the road surface with that foot and takes a step forward. If the periodic walking is in the deceleration period when walking naturally without walking, if the trunk is behind the grounded leg in the two-leg supporting state or one-leg supporting state during periodic walking, the traveling mechanism is decelerated and periodically When the normal walking is in the constant speed period, the running mechanism maintains a constant speed, and when the periodic walking is in the acceleration period, the trunk is in front of the grounded leg in the single-leg support state during periodic walking. Accelerates the traveling mechanism, and when this deceleration, constant speed maintenance and acceleration walks naturally, periodic acceleration and deceleration are performed alternately with the left and right feet by the determination of constant speed, and the determination result Corresponding to the traveling machine in the acceleration state and deceleration state during periodic walking For the acceleration of the deceleration, pedestrians can walk at a faster rate than that at the time of the natural gait while walking which is not the same as when the natural walking, it is possible to improve the walking ability.

図1は、本発明の一実施形態である歩行補助装置の側面図である。FIG. 1 is a side view of a walking assist device according to an embodiment of the present invention. 図2は、該歩行補助装置における複数の圧力センサーの配置を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating an arrangement of a plurality of pressure sensors in the walking assistance device. 図3は、該歩行補助装置における制御の手続きを示すフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart showing a control procedure in the walking assistance device. 図4は、モータの速度制御を説明するブロック図である。FIG. 4 is a block diagram illustrating motor speed control. 図5は、遊脚側の足の速度の時間変化を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the time change of the speed of the leg on the free leg side. 図6は、足裏から受ける圧力分布の中心位置の時間変化を示すグラフである。FIG. 6 is a graph showing the time change of the center position of the pressure distribution received from the sole. 図7は、爪先側に配置された圧力センサーによって計測される圧力の時間変化を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing a temporal change in pressure measured by a pressure sensor arranged on the toe side. 図8は、踵側に配置された圧力センサーによって計測される圧力の時間変化を示すグラフである。FIG. 8 is a graph showing the temporal change in pressure measured by the pressure sensor arranged on the heel side. 図9は、歩行サイクルにおける片方の履体の状態遷移を示す図である。FIG. 9 is a diagram showing a state transition of one footwear in a walking cycle. 図10は、歩行補助装置を用いた二足歩行の様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram illustrating a state of bipedal walking using the walking assist device. 図11は、二足歩行の様子を説明する図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a state of bipedal walking.

次に、本発明の実施の形態につき、図面に沿って具体的に説明する。
本発明の一実施形態である歩行補助装置は、図1に示す如く、両足のそれぞれに履かせるべき履体1を具え、履体1は、足裏を載置すべきベース部2を具えている。ベース部2の裏面側には、前後2本の車軸6の両端に取り付けられた前後左右4つの車輪5が配備されると共に、前方端には、車軸8によって回転可能に支持された補助輪7が配備されている。
Next, embodiments of the present invention will be specifically described with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1, a walking assist device according to an embodiment of the present invention includes a footwear 1 to be worn on each of both feet, and the footwear 1 includes a base portion 2 on which a sole is to be placed. Yes. On the back side of the base portion 2, there are provided four front and rear left and right wheels 5 attached to both ends of two front and rear axles 6, and an auxiliary wheel 7 rotatably supported by an axle 8 on the front end. Is deployed.

又、ベース部2の裏面には、加速度センサー・ジャイロセンサー12と、補助輪7が路面9に着地した状態を検知するための接触センサー11が配備されている。   In addition, an acceleration sensor / gyro sensor 12 and a contact sensor 11 for detecting a state where the auxiliary wheel 7 has landed on the road surface 9 are arranged on the back surface of the base portion 2.

ベース部2の表面には、複数の圧力センサー4が分散して配備され、これらの圧力センサー4はシート3によって覆われている。又、ベース部2の表面には、シート3上に足を拘束するための締結ベルト10が取り付けられている。   A plurality of pressure sensors 4 are distributed and arranged on the surface of the base portion 2, and these pressure sensors 4 are covered with a sheet 3. A fastening belt 10 for restraining a foot on the seat 3 is attached to the surface of the base portion 2.

前記複数の圧力センサー4は、図2に示す様に、ベース部2上の足の親指に対応する第1領域13と、親指関節の付け根に対応する第2領域14と、薬指関節の付け根に対応する第3領域15と、踵に対応する第4領域16とに、それぞれ1つずつ配置されている。   As shown in FIG. 2, the plurality of pressure sensors 4 include a first region 13 corresponding to the thumb of the foot on the base portion 2, a second region 14 corresponding to the base of the thumb joint, and a base of the ring finger joint. One each is arranged in the corresponding third region 15 and the fourth region 16 corresponding to the heel.

図1に示す2本の車軸6はそれぞれサーボモータ(図示省略)に繋がっており、該モータは、制御回路(図示省略)からの速度制御信号によって前進方向に回転駆動される。そして、モータの回転速度は、ロータリエンコーダ(図示省略)によって検出される。   Each of the two axles 6 shown in FIG. 1 is connected to a servo motor (not shown), and the motor is rotationally driven in the forward direction by a speed control signal from a control circuit (not shown). The rotational speed of the motor is detected by a rotary encoder (not shown).

前記圧力センサー4、加速度センサー・ジャイロセンサー12、接触センサー11、及びロータリエンコーダからの信号は、前記制御回路に供給され、これに応じて制御回路は速度制御信号を生成する。   Signals from the pressure sensor 4, the acceleration sensor / gyro sensor 12, the contact sensor 11, and the rotary encoder are supplied to the control circuit, and in response thereto, the control circuit generates a speed control signal.

図3は、前記制御回路による制御手続きを表わしている。
歩行が開始されると、先ずステップS1では、センサー情報を取得し、ステップS2では、センサー情報と情報記憶部との比較を行なう。ここで、情報記憶部には、歩行補助なしの自然歩行におけるセンサー情報や、歩行補助を行なった場合の過去のセンサー情報が格納されている。
FIG. 3 shows a control procedure by the control circuit.
When walking is started, sensor information is first acquired in step S1, and the sensor information is compared with the information storage unit in step S2. Here, the information storage unit stores sensor information in natural walking without walking assistance and past sensor information when walking assistance is performed.

次にステップS3では、取得されたセンサー情報によって情報記憶部の更新を行ない、ステップS4では、後述する加減速の判定を行なう。ここで、減速が判定されたときは、ステップS5にて減速の指令を発する。又、定速が判定されたときは、ステップS6にて定速維持の指令を発する。又、加速が判定されたときは、ステップS7にて加速の指令を発する。   Next, at step S3, the information storage unit is updated with the acquired sensor information, and at step S4, acceleration / deceleration described later is performed. Here, when deceleration is determined, a deceleration command is issued in step S5. When a constant speed is determined, a constant speed maintenance command is issued in step S6. If acceleration is determined, an acceleration command is issued in step S7.

続いて、ステップS8にてゲイン調整を行なって、モータに対する角速度指令を生成した後、ステップS9では、角速度指令に応じてモータの回転速度を制御する。その後、ステップS10にて、歩行が終了したか否かを判断し、ノーの場合はステップS1に戻って同じ手続きを繰り返す。ステップS10にてイエスと判断されたときは歩行制御を終了する。   Subsequently, after gain adjustment is performed in step S8 to generate an angular velocity command for the motor, in step S9, the rotational speed of the motor is controlled in accordance with the angular velocity command. Thereafter, in step S10, it is determined whether or not walking is completed. If no, the process returns to step S1 and the same procedure is repeated. If it is determined as YES in step S10, the walking control is terminated.

図4は、前記ステップS9におけるモータの速度制御を表わしている。
先ずステップS11では、角速度指令の積分を行なって目標位置を計算する。次にステップS12では、PID制御によって速度指令を生成する。更にステップS13では、速度指令をサーボモータへ供給する。そして、ステップS14では、サーボモータの回転がロータリエンコーダに伝えられ、モータの回転角度が計測される。
FIG. 4 shows the motor speed control in step S9.
First, in step S11, the angular velocity command is integrated to calculate the target position. Next, in step S12, a speed command is generated by PID control. In step S13, a speed command is supplied to the servo motor. In step S14, the rotation of the servo motor is transmitted to the rotary encoder, and the rotation angle of the motor is measured.

尚、PID制御において、位置誤差としては、角速度指令の積分による目標位置と、エンコーダによって計測される回転角度から計算される現在位置との差を計算する。又、速度誤差としては、角速度指令と、エンコーダによって計測される回転角度の差分から計測される角速度との差を計算する。   In the PID control, as a position error, a difference between a target position obtained by integrating angular velocity commands and a current position calculated from a rotation angle measured by an encoder is calculated. Further, as the speed error, the difference between the angular speed command and the angular speed measured from the rotation angle difference measured by the encoder is calculated.

以下、図3のステップS4で実行すべき加減速の判定について説明する。
先ず図11に基づいて、二足歩行における周期歩行中の減速と加速について説明する。二足歩行においては、両足によって体重を支持する両足支持期と、片足によって体重を支持する片足支持期とが交互に繰り返される。
Hereinafter, the acceleration / deceleration determination to be executed in step S4 of FIG. 3 will be described.
First, based on FIG. 11, deceleration and acceleration during periodic walking in biped walking will be described. In biped walking, a both-leg supporting period in which the weight is supported by both legs and a one-leg supporting period in which the weight is supported by one leg are alternately repeated.

人は二足歩行において、一歩ごとに加速と減速を繰り返して歩行しており、両足支持期は次の片足支持状態へ移行するための速度を調整する期間であるが、加速と減速の2状態へ簡略化することを考えた場合、減速状態であると判定することが出来る。又、片足支持期の前半は、体幹が支持脚の後方にあり体重が踵にかかった状態から体幹が支持脚の直上に位置し体重が足裏全体に均等にかかるまでは、減速状態であると判定することが出来る。その後、片足支持期の後半は、体幹が支持脚の前方へ位置し体重が足裏全体に均等にかかった状態から足を後方へ蹴って前方への推進力を発生させるので、加速状態であると判定することが出来る。   In biped walking, a person walks by repeatedly accelerating and decelerating for each step, and the two-leg support period is a period in which the speed for shifting to the next one-leg support state is adjusted. In consideration of simplification, it can be determined that the vehicle is in a deceleration state. Also, during the first half of the one-leg support period, the state where the trunk is behind the support legs and the weight is applied to the heel is decelerated until the trunk is positioned directly above the support legs and the weight is applied evenly to the entire sole. It can be determined that After that, in the second half of the one-leg support period, the trunk is positioned in front of the support legs and the weight is evenly applied to the entire sole, and the foot is kicked backward to generate forward thrust, so in the accelerated state It can be determined that there is.

図9に示す如く、歩行補助装置を装着した状態での二足歩行においては、前後の車輪が路面から離れた状態1から、踵側の車輪が着地した状態2と、前後の車輪が着地して足裏全体に均等に体重がかかった状態3と、踵側の車輪が路面から離間して爪先側の車輪が着地した状態4と、更に前方へ傾斜して爪先側の車輪と前方の補助輪とが着地した状態5とを経て、爪先側の車輪が路面から離間した状態6に至る。   As shown in FIG. 9, in biped walking with the walking assistance device attached, the front and rear wheels are separated from the road surface 1, the heel side wheels are landed 2, and the front and rear wheels are landed. The weight 3 is evenly applied to the entire sole, the heel side wheel is separated from the road surface and the toe side wheel is landed 4, and the toe side wheel and the front assist are inclined further forward. A state 5 in which the wheel has landed reaches a state 6 in which the wheel on the toe side is separated from the road surface.

なお、図9に記載の歩行補助装置の動きは、一例を示したもので、着地の姿勢が状態2以外でも可能であり、それらの状況は圧力センサー4と加速度センサー・ジャイロセンサー12からの情報で判断することが可能である。同じく、前後の車輪が路面から離間するタイミングも図9の6番目の状態に限らず、圧力センサー4と加速度センサー・ジャイロセンサー12からの情報で判断することが可能である。   The movement of the walking assistance device shown in FIG. 9 is an example, and the landing posture is possible even when the landing posture is other than the state 2. The situation is information from the pressure sensor 4 and the acceleration sensor / gyro sensor 12. It is possible to judge by. Similarly, the timing at which the front and rear wheels are separated from the road surface is not limited to the sixth state in FIG. 9, and can be determined from information from the pressure sensor 4 and the acceleration sensor / gyro sensor 12.

人の自然な歩行状態を妨げることなく加速と減速の補助を行なうには、通常歩行の加速と減速が行われる状態で補助装置の加速と減速を行なうことが良い。
そこで、本発明の走行補助装置においては、複数の圧力センサー4と加速度センサー・ジャイロセンサー12とから得られる信号に基づいて、周期的な歩行の減速期、加速期、定速期の判定を行ない、その判定結果に基づいて、周期歩行中の加速状態や減速状態に前記モータに対する加速や減速および定速維持の制御信号を生成する。
In order to assist acceleration and deceleration without disturbing the natural walking state of a person, it is preferable to accelerate and decelerate the assisting device in a state where normal walking acceleration and deceleration are performed.
Therefore, in the travel assistance device of the present invention, the periodic walking deceleration period, acceleration period, and constant speed period are determined based on signals obtained from the plurality of pressure sensors 4 and the acceleration sensor / gyro sensor 12. Based on the determination result, control signals for acceleration, deceleration, and constant speed maintenance for the motor are generated in an acceleration state or a deceleration state during periodic walking.

具体的には、加速度センサー・ジャイロセンサー12から得られる計測データに基づいて、二足歩行中に路面から離れている遊脚側の足の移動速度が基準値よりも増大しているか減少しているかを判別する第1の判別と、複数の圧力センサー4から得られる計測データに基づいて、二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力の中心位置の移動速度が基準値よりも大きいか小さいかを判別する第2の判別と、複数の圧力センサー4から得られる計測データに基づいて、二足歩行時に路面に着地している足から受ける圧力が踵側にて基準値よりも増大しているか爪先側にて基準値よりも増大しているかを判別する第3の判別とを実施する。   Specifically, based on the measurement data obtained from the acceleration sensor / gyro sensor 12, the moving speed of the leg on the free leg side away from the road surface during biped walking is increased or decreased from the reference value. The moving speed of the center position of the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is based on the first determination for determining whether or not the measurement data obtained from the plurality of pressure sensors 4 is higher than the reference value. Based on the second determination to determine whether it is large or small and the measurement data obtained from the plurality of pressure sensors 4, the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is lower than the reference value on the heel side A third determination is performed to determine whether the increase is greater than the reference value on the toe side.

圧力センサー4を用いた人の歩行の加減速の判別において、足裏の圧力中心は、各圧力センサー4の計測値から計算されるものであり、各圧力センサー4の計測情報を比較すると、歩き出しや加速期には、爪先で計測される圧力が他の足裏着地部より大きな値を示し、かつ、定速歩行しているときの圧力分布と比較すると、爪先で計測される圧力が大きく、圧力が加わる持続時間が長く計測されるため、加速の判別をする。
減速期には、踵部の計測圧力が他の着地部よりも大きくなり、かつ、定速歩行しているときより踵の圧力が大きく持続時間が長く計測されるため、減速の判別をする。
In the discrimination of human walking acceleration / deceleration using the pressure sensor 4, the pressure center of the sole is calculated from the measured value of each pressure sensor 4. The pressure measured at the toes is larger than the pressure distribution when walking at a constant speed, and the pressure measured at the toes shows a larger value than other foot landing parts during the lifting and acceleration periods. Since the duration of time during which pressure is applied is measured for a long time, acceleration is discriminated.
During the deceleration period, the measurement pressure of the heel is greater than that of the other landing parts, and the heel pressure is greater and the duration is measured than when walking at a constant speed, so deceleration is determined.

また、圧力中心の変化は、定速歩行時と比べて、爪先へ圧力中心が移行する時間が早く、かつ、爪先に位置する時間の割合が長くなるとき、加速期と判別をする。踵付近に圧力中心が維持される時間が定速歩行しているときよりも長くなり、かつ、爪先へ圧力中心が移行する時間が定速歩行しているときよりも遅くなるとき、減速期と判別をする。   Further, the change in the pressure center is determined as the acceleration period when the time for the pressure center to move to the toe is faster and the ratio of the time for the toe is longer than in the case of constant speed walking. When the time at which the pressure center is maintained near the heel is longer than when walking at constant speed, and when the time for the pressure center to move to the toe is slower than when walking at constant speed, Make a decision.

加速度センサー・ジャイロセンサー12を用いた人の歩行の加減速の判別においては、図9に記載される状態1から状態2を経て状態3に支持脚の状態が変化するときの反対側の足が空中を移動する遊脚期において、遊脚側の履体1に搭載される加速度センサー・ジャイロセンサー12から計測される加速度と角速度情報から、図9に記載の4番目の加速の補助を行なう状態に入る直前までの遊脚の平均移動速度と平均角速度を算出し、1歩前の平均速度と平均角速度と比較し、速くなっているとき、加速期と判別し、遊脚の平均移動速度と平均角速度が、1歩前の平均速度と平均角速度と比較し、遅くなっているとき、減速期と判別する。   In the determination of acceleration / deceleration of a person's walking using the acceleration sensor / gyro sensor 12, the opposite foot when the state of the supporting leg changes from state 1 to state 3 shown in FIG. A state in which the fourth acceleration assistance shown in FIG. 9 is performed based on the acceleration and angular velocity information measured from the acceleration sensor / gyro sensor 12 mounted on the free leg-side footwear 1 during the free leg movement in the air. Calculate the average moving speed and average angular velocity of the free leg until just before entering, compare with the average speed and average angular velocity of one step before, and when it is faster, determine the acceleration period, When the average angular velocity is slower than the average velocity of the previous step and the average angular velocity, it is determined that the vehicle is in the deceleration period.

図5は、加速度センサー・ジャイロセンサー12によって計測される遊脚側の足の移動速度(スイング速度)の時間変化を表わしている。ここで、速度のピークが増大している期間は加速期、速度のピークが略一定の期間は定速期、速度のピークが減少しているときは減速期であると判別することが出来る。
より具体的にはスイング速度のピーク値を1歩行サイクル前のスイング速度のピーク値と比較して、スイング速度のピーク値が1歩行サイクル前のスイング速度のピーク値よりも有意に高いときは加速期、スイング速度のピーク値が1歩行サイクル前のスイング速度のピーク値よりも有意に低いときは減速期と判別することが出来る。
FIG. 5 shows the time change of the moving speed (swinging speed) of the leg on the free leg side measured by the acceleration sensor / gyro sensor 12. Here, it can be determined that the period during which the speed peak is increasing is the acceleration period, the period during which the speed peak is substantially constant is the constant speed period, and the period when the speed peak is decreasing is the deceleration period.
More specifically, the peak value of the swing speed is compared with the peak value of the swing speed before one walking cycle. When the peak value of the swing speed is significantly higher than the peak value of the swing speed before one walking cycle, acceleration is performed. When the peak value of the swing speed is significantly lower than the peak value of the swing speed before one walking cycle, it can be determined as the deceleration period.

図6は、右足と左足について、複数の圧力センサー4によって計測される足裏圧力の中心位置(ZMP:Zero Moment Point)の変化を表わしている。縦軸の原点(0mm)は、踵側の圧力センサー4dの位置に対応し、爪先側の圧力センサー4aの位置(0.185mm)に向かって、圧力分布が遷移している。
図6において、縦の破線で囲まれた区間は図9記載の状態3を示しており、歩行中の片足支持期における減速から加速に転じる期間であるため、この期間におけるZMPの変化に基づいて、加速期、減速期、定速期を判別することが出来る。
FIG. 6 shows changes in the center position (ZMP: Zero Moment Point) of the sole pressure measured by the plurality of pressure sensors 4 for the right foot and the left foot. The origin (0 mm) on the vertical axis corresponds to the position of the pressure sensor 4d on the heel side, and the pressure distribution transitions toward the position (0.185 mm) of the pressure sensor 4a on the toe side.
In FIG. 6, a section surrounded by a vertical broken line shows the state 3 described in FIG. 9, which is a period from the deceleration to the acceleration in the one-leg support period during walking. Therefore, based on the change in ZMP during this period Acceleration period, deceleration period, constant speed period can be discriminated.

図6から明らかなように、歩き出しの加速期には他の期間に比べて支持脚の着地時間に対して爪先へZMPが移行する時間が早く、歩き終わりの減速期には踵付近にZMPが維持される時間が長くなり、爪先へZMPが移行する時間が遅くなる。減速期には爪先を着地せずに減速していることがあるため、その場合はZMPが爪先まで移行しない。この結果から、爪先へZMPが移行する時間が早ければ加速期間であり、遅ければ減速期間であると判別することが出来る。   As is clear from FIG. 6, the ZMP shifts to the toes faster than the other periods during the start acceleration period, and near the heel during the deceleration period after the end of the walk. Is maintained for a long time, and the time for ZMP to transfer to the toe is delayed. Since there is a case where the vehicle decelerates without landing the tiptoe during the deceleration period, the ZMP does not move to the tiptoe. From this result, it can be determined that it is an acceleration period if the time for ZMP to move to the toe is early, and that it is a deceleration period if it is late.

より具体的には、ZMPの変化は,現在の歩行サイクルにおけるZMPの移動速度が爪先立ちの姿勢になるまでの最大値(若しくは爪先までの移動時間)と1歩行サイクル前のZMPの移動速度の最大値(若しくは爪先までの移動時間)を比較して、増える方向へ有意な差(ある閾値以上)があった場合は、加速期間と判別する。同様に、減速期間である両足支持期間の直前までの現在の歩行と1サイクル前の歩行のZMPの変化を比較して、減る方向へ有意な差があった場合は減速期間と判別する。   More specifically, the change in the ZMP includes the maximum value (or the movement time to the toe) until the ZMP moving speed in the current walking cycle becomes a toe standing posture and the maximum of the ZMP moving speed before one walking cycle. The values (or the movement time to the toe) are compared, and if there is a significant difference (greater than a certain threshold value) in the increasing direction, it is determined as an acceleration period. Similarly, a change in ZMP between the current walking immediately before the both foot support period, which is the deceleration period, and the walking one cycle before is compared, and if there is a significant difference in the decreasing direction, it is determined as the deceleration period.

図7は、爪先側に配置された圧力センサー4aによって検出される圧力の時間変化を示すグラフであり、図8は、踵側に配置された圧力センサー4dによって検出される圧力の時間変化を示すグラフである。
加速期には、爪先側に配置された圧力センサー4aによって検出される圧力が他の状態の歩行時の圧力よりも大きいことが確認でき、減速時には、踵側に配置された圧力センサー4dによって検出される圧力が他の状態の歩行時の圧力よりも大きいことが確認できるので、爪先側の圧力が大きければ、加速期であると判別することが出来、踵側の圧力が大きければ、減速期であると判別することが出来る。
FIG. 7 is a graph showing the time change of the pressure detected by the pressure sensor 4a arranged on the toe side, and FIG. 8 shows the time change of the pressure detected by the pressure sensor 4d arranged on the heel side. It is a graph.
In the acceleration period, it can be confirmed that the pressure detected by the pressure sensor 4a arranged on the toe side is larger than the pressure during walking in other states, and at the time of deceleration, detected by the pressure sensor 4d arranged on the heel side. It can be confirmed that the pressure applied is higher than the pressure during walking in other states, so if the pressure on the toe side is large, it can be determined that it is in the acceleration period, and if the pressure on the heel side is large, it is in the deceleration period Can be determined.

より具体的には、1歩行サイクル前の最大の圧力と比較して、踵側の圧力が大きく計測された場合は減速期と判別し、爪先側の圧力が大きく計測された場合は加速期と判別する。   More specifically, when the pressure on the heel side is measured larger than the maximum pressure before one walking cycle, it is determined as the deceleration period, and when the pressure on the toe side is measured, the acceleration period is determined. Determine.

但し、踵側の圧力が大きく計測されるときには、既に自然歩行における周期歩行中の減速状態である両足支持期間であるので、1サイクル前の両足支持期間での最大値との比較となり、1サイクル前の両足支持期間の最大の踵側圧力よりも閾値を超えて大きくなったときは緊急の減速の意思があると判定し,両足支持期と直後の片足支持期前半の減速状態において車輪の減速の指示を与える。又、加速の時も爪先側に大きな圧力がかかるときは既に爪先立ちをしている自然歩行における周期歩行中の加速状態である場合が多いため、1サイクル前の最大の爪先側圧力と比較して、現在の爪先側圧力が閾値を超えて大きくなっていたと判断された場合、現在の爪先立ちをしている加速状態の途中から車輪の加速の指示を与える。   However, when the pressure on the heel side is greatly measured, it is a two-foot support period that is already in a deceleration state during periodic walking in natural walking, so it becomes a comparison with the maximum value in the two-foot support period one cycle before. When the maximum pressure on the heel side during the previous two-foot support period exceeds the threshold, it is determined that there is an intention to urgently decelerate. Give instructions. Also, when a large pressure is applied to the toe side even during acceleration, it is often in an accelerated state during periodic walking in natural walking where the toe is already standing, so compared to the maximum toe side pressure one cycle before When it is determined that the current toe side pressure has increased beyond the threshold value, an instruction to accelerate the wheel is given from the middle of the acceleration state where the current toe is standing.

そして、遊脚側の足のスイング速度による第1の判別(図5)と、ZMPの移動速度による第2の判別(図6)と、踵側と爪先側の圧力による第3の判別(図7、図8)とを統合することによって、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期を判定する。   Then, a first determination based on the swing speed of the foot on the free leg side (FIG. 5), a second determination based on the moving speed of the ZMP (FIG. 6), and a third determination based on the pressure on the heel side and the toe side (FIG. 5). 7 and FIG. 8) are integrated to determine the acceleration period, constant speed period, and deceleration period during bipedal walking.

3つの判別結果の統合には、K平均法を用いた非階層クラスタリングによる逐次学習(堂本直揮、小澤隆太:「逐次学習型歩行相判別アルゴリズムの開発:」,11回システムインテグレーション部門講演会(SI2010)講演論文集,pp.217−220,(2010)参照)を用いて、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期の判定を行なう。
ここで、逐次学習された結果は、図3のステップS3における「情報記憶部の更新」にて反映される。
For the integration of the three discrimination results, sequential learning by non-hierarchical clustering using the K-means method (Naoki Domoto, Ryuta Ozawa: "Development of sequential learning type gait phase discrimination algorithm:", 11th System Integration Division Lecture ( SI 2010) Lecture Proceedings, pp. 217-220, (2010)) is used to determine the acceleration period, constant speed period, and deceleration period during bipedal walking.
Here, the result of the sequential learning is reflected in “update of information storage unit” in step S3 of FIG.

xhを踵側にかかる圧力、xtを爪先側に掛かる圧力、xdを脚のスイング速度の差、xiを足裏圧力から計算されるZMPとする。また、それぞれのクラスタ平均をuh、ut、ud、uiとしたとき、n回目に計測された値の4次元ベクトルをxn=[xh xt xd xi]n、クラスタ平均をu(j)=[uh ut ud ui]とする。但し、jは加速、定速、減速の3つのクラスタに分けられるとし、ここではj=1,2,3と与えることとする。このときK平均法の考え方からクラスタリングされた結果phinとクラスタ平均の更新を次式のように行なう。   Let xh be the pressure on the heel side, xt be the pressure on the toe side, xd be the difference in leg swing speed, and xi be ZMP calculated from the sole pressure. Also, assuming that the respective cluster averages are uh, ut, ud, ui, the four-dimensional vector of the value measured at the nth time is xn = [xh xt xd xi] n, and the cluster average is u (j) = [uh ut ud ui]. However, j is divided into three clusters of acceleration, constant speed, and deceleration, and j = 1, 2, 3 is given here. At this time, the result phi clustered from the concept of the K-average method and the cluster average are updated as follows.

phin=argmin(||xn−u(j)||) (j=1,2,3)
un(j)=un(j)+f(phin)(xn−un(j))
if j= phin
f(phin)=0.01
else
f(phin)=0
phin = argmin (|| xn−u (j) ||) (j = 1, 2, 3)
un (j) = un (j) + f (phin) (xn-un (j))
if j = phin
f (phin) = 0.01
else
f (phin) = 0

圧力センサー4及び加速度センサー・ジャイロセンサー12の計測情報から判断される加減速の指令(aw)は、例えば、圧力変化の評価式(Vp)、足裏圧力から計算される圧力中心の評価式(Vz)、遊脚の平均速度の評価式(Vm)からなる下記の式で統一して判断することができる。   The acceleration / deceleration command (aw) determined from the measurement information of the pressure sensor 4 and the acceleration sensor / gyro sensor 12 is, for example, a pressure change evaluation formula (Vp), a pressure center evaluation formula calculated from the sole pressure ( Vz) and the following formula consisting of the evaluation formula (Vm) of the average velocity of the free leg can be unified and determined.

aw=Kp*Vp+Kz*Vz+Km*Vm
但し、Kp、Kz、Kmは合成するための重み係数である。また、車輪5の速度Vwはゼロ以上とし、車輪5による加減速awは人が転倒しないと判断される上限を超えないように設定される。
aw = Kp * Vp + Kz * Vz + Km * Vm
However, Kp, Kz, and Km are weighting factors for combining. Further, the speed Vw of the wheel 5 is set to zero or more, and the acceleration / deceleration aw by the wheel 5 is set so as not to exceed an upper limit at which it is determined that a person does not fall.

本発明に係る歩行補助装置によれば、履体1に配備された車輪5の回転制御により、歩行者が地面を蹴る力の補助と歩行速度の補助を行なうことが出来、例えば図10の如く、加速期には車輪が加速することによって蹴り力が増加すると共に、1歩の踏み出し距離が長くなる。
又、本発明に係る歩行補助装置によれば、大掛かりな装置に比べてコストが安くなり、かつ、様々な利用者の自然な歩行のままで移動能力を補助することが出来る。
According to the walking assist device according to the present invention, the pedestrian can assist in the force of kicking the ground and the walking speed by the rotation control of the wheel 5 provided on the footwear 1, for example, as shown in FIG. In the acceleration period, the kicking force increases as the wheels accelerate, and the stepping distance for one step becomes longer.
Moreover, according to the walking assistance apparatus which concerns on this invention, cost becomes cheap compared with a large-scale apparatus, and a movement capability can be assisted with various users' natural walking.

以下のようにして歩行補助装置を構成し、人の歩行を補助することが可能である。
カーボンプレートで作製したベース部2に速度指令可能なモータドライバとDCモータ(たとえば、マクソン製)を取り付け、図1の前後にある車輪5を駆動するためにベルトでDCモータと車輪5を繋ぎ、前後の車輪5が同じ速度で回転するように構成する。
A walking assistance device can be configured as follows to assist a person's walking.
A motor driver capable of commanding a speed and a DC motor (for example, manufactured by Maxon) are attached to the base portion 2 made of a carbon plate, and the DC motor and the wheel 5 are connected with a belt to drive the wheels 5 before and after FIG. The front and rear wheels 5 are configured to rotate at the same speed.

ベース部2上部に薄型圧力センサー(ニッタ株式会社Flexi Force)を図2に記載のように、踵部、前足部の左右、および、足趾部の親指が接触する箇所に設置し、圧力センサー4の上部にカーボンプレート製のシート3を取り付けることで、人の歩行時の圧力情報を読み取ることができる。   As shown in FIG. 2, a thin pressure sensor (Nita Corporation Flexi Force) is installed at the upper part of the base part 2 at the position where the heel part, the left and right of the forefoot part, and the thumb of the toe part come into contact. By attaching a sheet 3 made of a carbon plate to the upper part, pressure information at the time of walking of a person can be read.

また、ベース部2の下に3軸加速度センサーとジャイロセンサーを含んだモーションセンサー(株式会社ゼットエムピー IMU−Z)を取り付けることで、歩行補助装置の位置と傾きを計測でき、人が意図する加速や減速する状況や歩行補助装置が加速と減速を行なうことが可能な状況を判別することができる。
センサー情報に基づくモータの速度制御は、例えば身体に装着可能なマイクロコンピュータによって行なうことが出来る。
In addition, by attaching a motion sensor (ZEP MP IMU-Z Co., Ltd.) that includes a triaxial acceleration sensor and a gyro sensor under the base part 2, the position and inclination of the walking assist device can be measured, It is possible to determine a situation where the vehicle decelerates or a situation where the walking assist device can accelerate and decelerate.
The motor speed control based on the sensor information can be performed by, for example, a microcomputer that can be worn on the body.

車輪5による加速と減速の補助を行なうタイミングについては、図10に記載の1番目のように両足で支持された状態のとき腰は前足よりも必ず後方に存在するため減速を行ない、片足支持状態で図9に記載の2番目と3番目の状態では人の腰は支持脚より後方に位置する期間のため減速を行ない、片足指示状態で図9記載の4番目と5番目の状態では人の腰は支持脚より前方に位置する期間があるため加速を行なう、という制御を導入することができ、これによって、歩行補助装置による加速と減速が人の歩行状態と同期して補助されることになる。   As for the timing of assisting acceleration and deceleration by the wheel 5, when the waist is supported by both feet as shown in the first of FIG. In the second and third states shown in FIG. 9, the person's waist is decelerated because it is located behind the support leg, and in the fourth and fifth states shown in FIG. It is possible to introduce a control that accelerates because the hips are located in front of the support legs, so that acceleration and deceleration by the walking assist device are assisted in synchronization with the walking state of the person. Become.

尚、圧力センサー4及び加速度センサー・ジャイロセンサー12は、ADボードに直接つないで計測するので、1000Hz以上の計測周期でデータを取得することが可能であるが、100Hz程度のサンプリング周期であっても20点での計測が可能であり,判断の遅れも0.01秒程度で、動作に支障をきたすことはない。   Since the pressure sensor 4 and the acceleration sensor / gyro sensor 12 are directly connected to the AD board and measured, it is possible to acquire data with a measurement cycle of 1000 Hz or more, but even with a sampling cycle of about 100 Hz. Measurement at 20 points is possible, and the delay in judgment is about 0.01 seconds, so that the operation is not hindered.

各センサーの値は常に計測し続けており,各判定では計測データを前回の歩行サイクルの計測データと比較する。ここで、ZMPの移動速度については、1歩行サイクル前のZMPの移動速度の最大値(もしくは,ZMPが踵から爪先に到達するまで時間)を保存しておき,現在の歩行サイクルと比較する。踵側と爪先側の圧力については、1歩行サイクル前の踵と爪先の圧力センサーの値の最大値を保存しておき,現在の歩行サイクルで各圧力センサーの値と比較する。又、遊脚スイング速度については、1サイクル前の足のスイング速度の最大値を保存しておき,現在の歩行サイクルにおける脚のスイング速度を比較する。   The value of each sensor is constantly measured, and in each determination, the measurement data is compared with the measurement data of the previous walking cycle. Here, regarding the ZMP moving speed, the maximum value of the ZMP moving speed before one walking cycle (or the time until the ZMP reaches the toe from the heel) is stored and compared with the current walking cycle. For the pressure on the heel side and the toe side, the maximum value of the pressure sensor on the heel and toe before one walking cycle is stored and compared with the value of each pressure sensor in the current walking cycle. As for the swing speed of the swing leg, the maximum value of the swing speed of the foot one cycle before is stored, and the swing speed of the leg in the current walking cycle is compared.

尚、歩き始めの制御においては、1サイクル前の歩行としてのデータがないので、1歩踏み出すまでは計測のみを行なってデータを蓄積し,次(2サイクル目)の足を踏み出すときに1サイクル目のZMPの最大移動速度、踵側及び爪先側の圧力の最大値、及び遊脚のスイング速度の最大値を比較しながら2サイクル目の加速期である爪先立ちの状態5に車輪の加速を行なうべきかを判断する。   In addition, in the control at the start of walking, there is no data as a walk one cycle before, so only the measurement is performed until one step is taken, data is accumulated, and one step is taken when the next step (second cycle) is stepped on. While comparing the maximum movement speed of the ZMP of the eye, the maximum value of the pressure on the heel side and the toe side, and the maximum value of the swing speed of the free leg, the wheel is accelerated to the toe standing state 5 which is the acceleration period of the second cycle. Judge what to do.

又、歩き終わりの制御においては、通常の減速の判断の他に,足の位置が左右で同じ位置になったときに減速判別をする方法が採用可能である。両足を揃えているときは止まる意思があると判定することが可能である。歩行を継続し徐々に減速するときは,通常の減速タイミングの制御のみでの減速をしていくことになる。   In addition, in the control at the end of walking, in addition to the normal determination of deceleration, a method of determining deceleration when the foot position is the same on the left and right can be adopted. It is possible to determine that there is an intention to stop when both feet are aligned. When walking and decelerating gradually, the vehicle is decelerated only by normal deceleration timing control.

本発明の各部構成は上記実施の形態に限らず、特許請求の範囲に記載の技術的範囲内で種々の変形が可能である。
例えば、転動体として、ベース部2の前後に車輪5を設けているが、これに限らず、ベース部2が後傾し、踵着地時に体重を十分支持可能な位置にあり、かつ、足先を前傾し、足裏からの力を十分に路面へ伝達させることのできる位置へ配置することができれば、車輪5の数や位置に制限はない。また、車輪5は、無端履帯に替えることが可能である。
Each part configuration of the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made within the technical scope described in the claims.
For example, although the wheel 5 is provided before and after the base part 2 as a rolling element, it is not restricted to this, The base part 2 inclines backward, is in the position which can fully support a weight at the time of landing, and a foot tip The number of wheels 5 and the position thereof are not limited as long as the vehicle can be disposed at a position where the force from the sole can be sufficiently transmitted to the road surface. The wheel 5 can be replaced with an endless crawler belt.

本発明によれば、人の歩行状態を判別して、歩行補助装置の加減速を制御することができ、特に、体力の衰えた人が長距離を歩くときに、難しい取り扱いをすることなく、容易に歩行の補助を行なうことができる。また、自然歩行における加速期、定速期、減速期を判定し、周期歩行中の加速状態、減速状態で車輪の加速、減速をする歩行の補助を行なうという、歩行動作に関係なく移動することのない補助方式が採用されているので、利用中の事故が起こり難い。   According to the present invention, it is possible to determine the walking state of a person and control acceleration / deceleration of the walking assist device, particularly when a person with weak physical strength walks a long distance without difficult handling, Walking assistance can be performed easily. In addition, it determines the acceleration period, constant speed period, and deceleration period in natural walking, and moves regardless of walking motion, such as assisting walking to accelerate and decelerate wheels in the accelerated state and decelerated state during periodic walking. Since there is no auxiliary system, accidents during use are unlikely to occur.

1 履体
2 ベース部
3 シート
4 圧力センサー
5 車輪
6 車軸
7 補助輪
8 車軸
9 路面
10 締結ベルト
11 接触センサー
12 加速度センサー・ジャイロセンサー
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Footwear 2 Base part 3 Seat 4 Pressure sensor 5 Wheel 6 Axle 7 Auxiliary wheel 8 Axle 9 Road surface 10 Fastening belt 11 Contact sensor 12 Acceleration sensor / gyro sensor

Claims (13)

右足用の履体と左足用の履体とを具え、各履体は、足裏を載置すべきベース部と、該ベース部の裏面側に配備されてベース部を路面に沿って走行させるための1或いは複数の転動体からなる走行機構と、該走行機構を駆動する駆動機構と、該ベース部に配備されて二足歩行中のベース部の速度を計測する第1計測手段と、該ベース部の表面に沿って配備されて足裏から受ける圧力を複数点にて計測する第2計測手段とを具え、各履体に配備された走行機構の走行速度を制御手段によって制御することにより、二足歩行を補助する歩行補助装置であって、
前記制御手段は、二足歩行中に路面から離れている足について前記第1計測手段から得られる速度情報と、路面に着地している足について前記第2計測手段から得られる圧力情報とに基づいて、路面に着地した足が路面から離れるまでの期間において走行速度を加速すべき加速期であるか、走行速度を定速に維持すべき定速期であるか、走行速度を減速すべき減速期であるかを判定し、その判定結果に応じて前記駆動機構に対する制御信号を生成する歩行補助装置。
A foot for right foot and a foot for left foot, each foot is disposed on the back side of the base portion on which the sole is to be placed and runs along the road surface. A traveling mechanism comprising one or a plurality of rolling elements for driving, a driving mechanism for driving the traveling mechanism, a first measuring means that is disposed on the base portion and measures the speed of the base portion during biped walking, Second measuring means that is deployed along the surface of the base portion and measures the pressure received from the sole at a plurality of points, and by controlling the traveling speed of the traveling mechanism disposed on each footwear by the control means A walking assistance device for assisting bipedal walking,
The control means is based on speed information obtained from the first measurement means for a foot away from the road surface during biped walking and pressure information obtained from the second measurement means for a foot landing on the road surface. In the period until the foot that has landed on the road leaves the road surface, it is the acceleration period in which the traveling speed should be accelerated, the constant speed period in which the traveling speed should be maintained at a constant speed, or the deceleration in which the traveling speed should be reduced A walking assistance device that determines whether or not a period is in effect and generates a control signal for the drive mechanism according to the determination result.
前記制御手段は、前記第1計測手段から得られる速度情報に基づいて二足歩行中に路面から離れている足の移動速度が基準値よりも増大しているか減少しているかを判別する第1の判別と、前記第2計測手段から得られる圧力情報に基づいて二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力の中心の移動速度が基準値よりも大きいか小さいかを判別する第2の判別と、前記第2計測手段から得られる圧力情報に基づいて二足歩行時に路面に着地している足から受ける圧力が踵側にて基準値よりも増大しているか爪先側にて基準値よりも増大しているかを判別する第3の判別とを実施し、これら3つの判別結果に基づいて、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期の判定を行なう請求項1に記載の歩行補助装置。   The control means determines whether the moving speed of a foot away from the road surface during biped walking is higher or lower than a reference value based on speed information obtained from the first measuring means. And determining whether the moving speed of the center of the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is larger or smaller than the reference value based on the pressure information obtained from the second measuring means. 2 and whether the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is higher than the reference value on the heel side based on the pressure information obtained from the second measuring means, or on the toe side The third discrimination for discriminating whether the value is greater than the value is performed, and based on the results of these three discriminations, the acceleration period, the constant speed period, and the deceleration period during biped walking are determined. The walking aid device described. 前記第1、第2及び第3の判別における基準値はそれぞれ、二足歩行中の各足の周期的な動きの1周期前の計測情報である請求項2に記載の歩行補助装置。   The walking assistance device according to claim 2, wherein each of the reference values in the first, second, and third determinations is measurement information one cycle before the periodic movement of each foot during biped walking. 前記加速期、定速期及び減速期の判定は、二足歩行中の各足の周期的な動きに同期して周期的に行なう請求項2又は請求項3に記載の歩行補助装置。   The walking assist device according to claim 2 or 3, wherein the determination of the acceleration period, the constant speed period, and the deceleration period is periodically performed in synchronization with a periodic movement of each leg during bipedal walking. 前記制御手段は、前記3つの判別結果を、K平均法を用いた非階層クラスタリングによって統合する請求項2乃至請求項4の何れかに記載の歩行補助装置。   The walking control device according to claim 2, wherein the control unit integrates the three determination results by non-hierarchical clustering using a K-average method. 前記制御手段は、前記非階層クラスタリングによって逐次学習を行なうことにより、二足歩行中の加速期、定速期及び減速期の判定を行なう請求項5に記載の歩行補助装置。   The walking assist device according to claim 5, wherein the control unit performs determination of an acceleration period, a constant speed period, and a deceleration period during biped walking by sequentially learning by the non-hierarchical clustering. 前記制御手段は、前記第1の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面から離れている足の移動速度が増大しているときは加速期、該移動速度が略一定のときは定速期、該移動速度が減少しているときは減速期であると判定する請求項2乃至請求項6の何れかに記載の歩行補助装置。   As far as the first determination result is concerned, the control means has an acceleration period when the moving speed of a foot away from the road surface during biped walking is increasing, and a constant speed period when the moving speed is substantially constant. The walking assistance device according to any one of claims 2 to 6, wherein when the moving speed is decreasing, it is determined that the vehicle is in a deceleration period. 前記制御手段は、前記第2の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力の中心の移動速度が基準値よりも大きいときは加速期、該移動速度が基準値よりも小さいときは減速期であると判定する請求項2乃至請求項7の何れかに記載の歩行補助装置。   As far as the second determination result is concerned, the control means, when the moving speed at the center of the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is larger than the reference value, is the acceleration period, and the moving speed is the reference The walking assistance device according to any one of claims 2 to 7, wherein it is determined that the vehicle is in a deceleration period when the value is smaller than the value. 前記制御手段は、前記第3の判別結果に関する限り、二足歩行中に路面に着地している足から受ける圧力が爪先側にて基準値よりも増大しているときは加速期、該圧力が踵側にて基準値よりも増大しているときは減速期であると判定する請求項2乃至請求項8の何れかに記載の歩行補助装置。   As long as the control means relates to the third determination result, the pressure received from the foot landing on the road surface during biped walking is greater than the reference value on the toe side, the acceleration period, The walking assist device according to any one of claims 2 to 8, wherein when the heel side is larger than a reference value, it is determined that the vehicle is in a deceleration period. 前記第1計測手段として加速度センサーとジャイロセンサーを具えると共に、前記第2計測手段として複数の圧力センサーを具え、前記制御手段は、前記センサーから得られる計測データを保存する記憶部と、その計測データを人の歩行モデルと比較する比較部と、その比較結果に基づいて歩行動作を学習する学習部と、前記比較器から得られる情報を学習結果に基づいて判断することにより、前記転動体の速度を変化させる制御部とを含んでいる請求項1に記載の歩行補助装置。   The first measurement unit includes an acceleration sensor and a gyro sensor, and the second measurement unit includes a plurality of pressure sensors. The control unit stores a measurement data obtained from the sensor; A comparison unit that compares data with a human walking model, a learning unit that learns walking motion based on the comparison result, and information obtained from the comparator is determined based on the learning result. The walking assist device according to claim 1, further comprising a control unit that changes the speed. 前記転動体は、車輪或いは無端履帯によって構成されている請求項1乃至請求項10の何れかに記載の歩行補助装置。   The walking assist device according to any one of claims 1 to 10, wherein the rolling element is constituted by a wheel or an endless crawler belt. 人の自然な二足歩行状態である周期的な歩行における加速期、定速期、減速期の判別に応じて、加速期と判定された場合には、駆動機構に対して周期歩行中に片足支持で後方へ足を蹴る加速状態にあるとき、加速の制御信号が供給され、定速期と判定された場合には、駆動機構に対して定速維持の制御信号が供給され、減速期と判定された場合には、駆動機構に対して周期歩行中の両足支持状態や片足指示で腰が指示脚よりも後方にある減速状態にあるとき、減速の制御信号が供給される請求項1乃至請求項11の何れかに記載の歩行補助装置。 When the acceleration period is determined according to the acceleration period, constant speed period, and deceleration period in periodic walking, which is a natural bipedal state of a person, one leg during periodic walking with respect to the drive mechanism When it is in the acceleration state where the foot is kicked backward by support, an acceleration control signal is supplied, and when it is determined that the constant speed period, a constant speed maintenance control signal is supplied to the drive mechanism, and the deceleration period When the determination is made, a deceleration control signal is supplied when the drive mechanism is in a decelerating state in which the lower back is behind the indicating leg in the both-leg-supporting state during one-step walking or the one-leg instruction. The walking assist device according to claim 11. 人の自然な二足歩行状態である周期的な歩行における加速期、定速期、減速期の判別に応じて、加速期と判定された場合に、周期歩行中の加速状態以外は駆動機構に対して速度を保つ制御信号が供給され、減速期と判定された場合に、周期歩行中の減速状態以外は駆動機構に対して速度を保つ制御信号が供給される請求項1乃至請求項12の何れかに記載の歩行補助装置。
Depending on the acceleration period, constant speed period, and deceleration period in periodic walking, which is a natural biped walking state of humans, when it is determined as the acceleration period, it is in the drive mechanism other than the acceleration state during periodic walking 13. A control signal for maintaining speed is supplied to the drive mechanism except for a deceleration state during periodic walking when a control signal for maintaining speed is supplied and it is determined that the vehicle is in a deceleration period. The walking assist device according to any one of the above.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150352430A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-10 Acton, Inc. Wearable personal transportation system
WO2018066151A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Cyberdyne株式会社 Gait abnormality assistance device and gait abnormality assistance method
JP2020022586A (en) * 2018-08-06 2020-02-13 一祐 安部 Jig for strengthening lower limb muscle force and device for strengthening lower limb muscle force
JP2022165720A (en) * 2021-04-20 2022-11-01 有限会社インテンド Kick-type traveling vehicle

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150352430A1 (en) * 2014-06-10 2015-12-10 Acton, Inc. Wearable personal transportation system
US9808705B2 (en) * 2014-06-10 2017-11-07 Acton, Inc. Wearable personal transportation system
WO2018066151A1 (en) * 2016-10-06 2018-04-12 Cyberdyne株式会社 Gait abnormality assistance device and gait abnormality assistance method
JPWO2018066151A1 (en) * 2016-10-06 2019-08-15 Cyberdyne株式会社 Walking obstacle support device and walking obstacle support method
US11654035B2 (en) 2016-10-06 2023-05-23 Cyberdyne Inc. Gait disorder support apparatus and gait disorder support method
JP2020022586A (en) * 2018-08-06 2020-02-13 一祐 安部 Jig for strengthening lower limb muscle force and device for strengthening lower limb muscle force
JP2022165720A (en) * 2021-04-20 2022-11-01 有限会社インテンド Kick-type traveling vehicle

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