JP6890286B2 - Standing motion support device, standing motion support method and program - Google Patents
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Description
本開示は、ユーザの起立動作を支援する起立動作支援装置などに関する。 The present disclosure relates to a standing motion support device and the like that support a user's standing motion.
従来、ユーザの下肢に装着され、そのユーザの膝または腰などに配置されたアクチュエータを駆動させることで、そのユーザの起立動作を支援する起立動作支援装置(脚補助装具)が提供されている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, there has been provided a standing motion support device (leg assisting device) that is attached to a user's lower limbs and drives an actuator placed on the user's knees or hips to support the user's standing motion (leg assist device). For example, see Patent Document 1).
しかしながら、上記特許文献1の起立動作支援装置では、ユーザの起立動作を適切に支援することができないという問題がある。
However, the standing motion support device of
そこで、本開示では、ユーザの起立動作を適切に支援することができる起立動作支援装置を提供する。 Therefore, the present disclosure provides a standing motion support device capable of appropriately supporting a user's standing motion.
本開示の一態様に係る起立動作支援装置は、ユーザの下腿の筋電値を計測する第1のセンサと、前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、前記ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサを備えと、少なくとも、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件、および計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力するプロセッサと、前記プロセッサから前記指示信号が出力された場合に、前記ユーザの起立動作の支援を開始する支援機構と、を備え、前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である。 The standing motion support device according to one aspect of the present disclosure includes a first sensor that measures the myoelectric value of the lower leg of the user, a second sensor that measures the knee joint angle of the user, and the front of the trunk of the user. With a third sensor for measuring the tilt angle, at least the first condition that the measured myoelectric value is equal to or greater than the first threshold, and the measured knee joint angle is equal to or less than the second threshold. Based on the second condition and the third condition in which the measured forward tilt angle of the trunk is equal to or greater than the third threshold value, the support start of the standing motion, which is the motion in which the user stands up from the sitting state, is started. A processor that determines whether or not it is possible and outputs an instruction signal when it is determined to be possible, and a support mechanism that starts support for the user's standing operation when the instruction signal is output from the processor. The forward tilt angle of the trunk is an angle between the vertical direction and the trunk of the user, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user .
なお、これらの包括的または具体的な態様は、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムまたはコンピュータ読み取り可能なCD−ROMなどの記録媒体で実現されてもよく、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラムおよび記録媒体の任意な組み合わせで実現されてもよい。 It should be noted that these comprehensive or specific embodiments may be realized in a recording medium such as a system, method, integrated circuit, computer program or computer readable CD-ROM, system, method, integrated circuit, computer program. And any combination of recording media may be realized.
本開示の起立動作支援装置は、ユーザの起立動作を適切に支援することができる。 The standing motion support device of the present disclosure can appropriately support the standing motion of the user.
(本開示の基礎となった知見)
本発明者は、「背景技術」の欄において記載した、特許文献1の起立動作支援装置に関し、以下の問題が生じることを見出した。
(Knowledge on which this disclosure was based)
The present inventor has found that the following problems occur with respect to the standing operation support device of
特許文献1のようなユーザの下肢に装着される起立動作支援装置では、起立動作の支援を行った際、ユーザがバランスを崩して転倒しないように気をつけなければならない。バランスを崩す主な原因としては、起立動作支援装置によって想定されている起立前の姿勢をユーザが正しくできていないことが挙げられる。そのため、起立動作支援装置は、支援を開始する前に、ユーザの姿勢を認識し、ユーザが転倒することなく起立できるかを判断する必要がある。そこで、特許文献1の起立動作支援装置は、支援を開始する前に、ユーザの腰位置に対する各足の水平方向の相対位置を計測する。そして、その起立動作支援装置は、その相対位置が予め決められた範囲内にあって、かつ、ユーザの各足が接地している場合に、ユーザの起立動作の支援を開始する。
In the standing motion support device attached to the lower limbs of the user as in
特許文献1の起立動作支援装置は、接地センサによってユーザの各足が接地しているか否かを判断している。しかしながら、起立動作を支援するためには、ユーザの各足が接地していたとしても、ユーザが脚に力を入れて下腿に強い剛性を持たせている必要がある。もし、ユーザの各足が接地していても下腿に強い剛性がなければ、起立動作支援装置が起立動作の支援を開始することによってユーザの膝を伸展させても、ユーザを起立させることができず、下腿を前方に移動させてしまうことになる。また、下腿に強い剛性があっても、ユーザの膝が適切に曲がっていなければ、ユーザを起立させることが困難になってしまう。
The standing motion support device of
このような問題を解決するために、本開示の一態様に係る起立動作支援装置は、ユーザの下腿の筋電値を計測する第1のセンサと、前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、少なくとも、計測された前記筋電値および膝関節角度に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力するプロセッサと、前記プロセッサから前記指示信号が出力された場合に、前記ユーザの起立動作の支援を開始する支援機構とを備える。例えば、前記支援機構は、前記ユーザの膝の伸展を支援することによって前記起立動作を支援する。具体的には、前記プロセッサは、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件とが共に満たされている場合に、前記ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定する。 In order to solve such a problem, the standing motion support device according to one aspect of the present disclosure includes a first sensor for measuring the myoelectric value of the lower leg of the user and a second sensor for measuring the knee joint angle of the user. Based on the sensor of the above and at least the measured myoelectric value and the knee joint angle, it is determined whether or not it is possible to start the support of the standing motion, which is the motion of the user standing from the sitting state, and it is possible. It includes a processor that outputs an instruction signal when a determination is made, and a support mechanism that starts support for the user's standing operation when the instruction signal is output from the processor. For example, the support mechanism supports the standing motion by supporting the extension of the user's knees. Specifically, the processor has a first condition in which the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value, and a second condition in which the measured knee joint angle is equal to or lower than the second threshold value. When both are satisfied, it is determined that the support for the standing operation of the user can be started.
これにより、ユーザの下腿の筋電値および膝関節角度に基づいて、そのユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定されるため、ユーザの下腿に強い剛性があり、ユーザが膝を適切に曲げているときに、起立動作の支援を開始することができる。したがって、起立動作の失敗などの発生を抑えて、ユーザの起立動作を適切に支援することができ、ユーザを安定した状態で起立させることができる。 As a result, it is determined whether or not it is possible to start supporting the standing motion of the user based on the myoelectric value of the user's lower leg and the knee joint angle. Therefore, the user's lower leg has strong rigidity and the user can kneel. When properly bent, support for standing movements can be initiated. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of failure of the standing operation and appropriately support the standing operation of the user, and it is possible to stand the user in a stable state.
また、前記第1のセンサは、前記下腿の筋電値として前脛骨筋の筋電値を計測してもよい。 Further, the first sensor may measure the myoelectric value of the tibialis anterior muscle as the myoelectric value of the lower leg.
これにより、ユーザの下腿に強い剛性があるタイミングに、起立動作の支援をより適切に開始することができ、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 As a result, the support for the standing motion can be started more appropriately at the timing when the lower leg of the user has strong rigidity, and the user can stand up in a more stable state.
また、前記第2の閾値は、60°以上100°以下であってもよい。 Further, the second threshold value may be 60 ° or more and 100 ° or less.
これにより、ユーザが膝を適切に曲げているとき、すなわち、ユーザが容易に立ち上がれる状態にあるときに、起立動作の支援を開始することができる。その結果、起立動作の失敗などの発生をより抑えることができる。 Thereby, when the user bends his / her knees appropriately, that is, when the user is in a state where he / she can easily stand up, the support for the standing motion can be started. As a result, it is possible to further suppress the occurrence of failure of the standing operation.
また、前記第2のセンサによって計測される前記ユーザの膝関節角度は、前記ユーザの左脚の膝関節角度と右脚の膝関節角度のうちの小さい方の角度であってもよい。 Further, the knee joint angle of the user measured by the second sensor may be the smaller angle of the knee joint angle of the left leg and the knee joint angle of the right leg of the user.
これにより、ユーザの左脚および右脚のうち、起立動作のときに力がかかる脚の膝関節角度に基づいて、起立動作の支援開始が可能か否かが判定されるため、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 As a result, it is determined whether or not the support for the standing motion can be started based on the knee joint angle of the leg of the left leg and the right leg of the user to which the force is applied during the standing motion, so that the user is more stable. It can be stood up in the state of being.
また、前記起立動作支援装置は、さらに、前記ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサを備え、前記プロセッサは、計測された前記筋電値、膝関節角度および体幹前傾角度に基づいて、前記起立動作の支援開始が可能か否かを判定してもよい。ここで、例えば、前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である。 In addition, the standing motion support device further includes a third sensor that measures the trunk anteversion angle of the user, and the processor uses the measured myoelectric value, knee joint angle, and trunk anteversion angle. Based on the above, it may be determined whether or not the support start of the standing motion can be started. Here, for example, the trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
ここで、ユーザが起立するためには上半身(すなわち体幹)を前へ傾ける必要がある。もし、ユーザの上半身が十分に前へ傾けられていない場合に、起立動作の支援が開始されると、ユーザが後方へ転倒する危険がある。しかし、特許文献1の起立動作支援装置では、ユーザの上半身の姿勢を考慮することなく、起立動作の支援を開始している。したがって、上述のような危険が生じる可能性がある。
Here, in order for the user to stand up, it is necessary to tilt the upper body (that is, the trunk) forward. If the user's upper body is not tilted sufficiently forward and the support for the standing motion is started, there is a risk that the user will fall backward. However, the standing motion support device of
しかし、上記本開示の一態様に係る起立動作支援装置では、上述のように、ユーザの下腿の筋電値、膝関節角度および体幹前傾角度に基づいて、そのユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定される。その結果、ユーザが上半身を前に傾けているときに、起立動作の支援を開始することができる。したがって、ユーザの転倒などの発生を抑えて、ユーザの起立動作をより適切に支援することができ、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 However, in the standing motion support device according to one aspect of the present disclosure, as described above, the support start of the standing motion of the user is started based on the myoelectric value of the lower leg of the user, the knee joint angle, and the forward tilt angle of the trunk. Is determined whether or not is possible. As a result, it is possible to start supporting the standing motion when the user is tilting the upper body forward. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of a fall of the user and more appropriately support the standing operation of the user, and it is possible to stand the user in a more stable state.
また、前記プロセッサは、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件と、計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、前記ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定してもよい。 Further, the processor measures the first condition in which the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value and the second condition in which the measured knee joint angle is equal to or lower than the second threshold value. When both the third condition that the trunk forward tilt angle is equal to or higher than the third threshold value is satisfied, it may be determined that the support for the standing motion of the user can be started.
これにより、膝関節角度が大きく、かつ体幹前傾角度が小さい場合には、ユーザの起立動作の支援が開始されず、膝関節角度が小さく、かつ体幹前傾角度が大きい場合に、ユーザの起立動作の支援が開始される。したがって、ユーザが脚を前に伸ばして膝関節角度を大きくしているときに、起立動作の支援が開始されてしまうことによって、ユーザがバランスを崩して転倒してしまうなどの危険を抑えることができる。さらに、ユーザが上半身を前に傾けていないときに、起立動作の支援が開始されてしまうことによって、ユーザが後方へ転倒してしまうなどの危険を抑えることができる。 As a result, when the knee joint angle is large and the trunk anteversion angle is small, the support for the user's standing motion is not started, and when the knee joint angle is small and the trunk anteversion angle is large, the user Support for the standing motion of is started. Therefore, when the user extends the leg forward and increases the knee joint angle, the support for the standing motion is started, so that the risk that the user loses balance and falls can be suppressed. it can. Further, when the user does not tilt his / her upper body forward, the support for the standing motion is started, so that the risk of the user falling backward can be suppressed.
また、前記プロセッサは、さらに、計測された前記膝関節角度が小さいほど第1の閾値が小さくなるように、前記第1の閾値を設定し、計測された前記筋電値が前記第1の閾値以上である第1の条件と、計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、前記ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定してもよい。 Further, the processor further sets the first threshold value so that the smaller the measured knee joint angle, the smaller the first threshold value, and the measured myoelectric value is the first threshold value. When both the first condition described above and the third condition in which the measured forward tilt angle of the trunk is equal to or greater than the third threshold value are satisfied, it is possible to start supporting the standing motion of the user. It may be determined that.
これにより、膝関節角度が大きい場合には、ユーザの下腿により強い剛性がなければ、ユーザの起立動作の支援が開始されず、膝関節角度が小さい場合には、ユーザの下腿の剛性が弱くても、ユーザの起立動作の支援が開始される。したがって、ユーザが脚を前に伸ばして膝関節角度を大きくしているときに、ユーザの下腿の剛性が十分に強くないにもかかわらず起立動作の支援が開始されてしまうことによって、ユーザがバランスを崩して転倒してしまうなどの危険を抑えることができる。 As a result, when the knee joint angle is large, the support for the user's standing motion is not started unless the user's lower leg has stronger rigidity, and when the knee joint angle is small, the rigidity of the user's lower leg is weak. Also, support for the user's standing motion is started. Therefore, when the user extends the leg forward to increase the knee joint angle, the support for the standing motion is started even though the rigidity of the user's lower leg is not sufficiently strong, so that the user balances. It is possible to suppress the risk of collapsing and falling.
また、前記プロセッサは、さらに、計測された前記筋電値および体幹前傾角度がそれぞれ周期的に変化している場合に、前記ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号を出力してもよい。 Further, the processor further outputs a notification signal for urging the user to bend the knee when the measured myoelectric value and the trunk forward tilt angle are changed periodically. May be good.
下腿の筋電値および体幹前傾角度がそれぞれ周期的に変化している場合には、ユーザは、起立を試みているが、膝関節角度が大きいために、起立することができず、その行為を繰り返している状況にある。このような状況には、ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号が出力される。この報知信号によって、例えば、膝を曲げることを促す音声または文字がユーザに提示される。その提示によって、ユーザは膝を曲げる。膝が曲がると、すなわち膝関節角度が小さくなると、第1の閾値は小さく設定されるため、第1の条件が満たされ易くなる。その結果、起立動作の支援開始が可能であると判定されて、ユーザは支援機構による起立動作の支援を受けることができ、容易に起立することができる。 When the myoelectric value of the lower leg and the forward tilt angle of the trunk are changing periodically, the user is trying to stand up, but cannot stand up because of the large knee joint angle. The situation is repeating the act. In such a situation, a notification signal for urging the user to bend the knee is output. This notification signal presents, for example, a voice or character prompting the user to bend the knee. The presentation causes the user to bend his knees. When the knee is bent, that is, when the knee joint angle is reduced, the first threshold value is set small, so that the first condition is easily satisfied. As a result, it is determined that the support for the standing motion can be started, and the user can receive the support for the standing motion by the support mechanism and can easily stand up.
また、前記起立動作支援装置は、さらに、前記ユーザの体幹と大腿との間の角度である体幹大腿角度を計測する第4のセンサを備え、前記プロセッサは、前記起立動作時に計測された前記膝関節角度および体幹大腿角度のそれぞれの変化に基づいて、前記第1の閾値を変更してもよい。例えば、前記プロセッサは、前記起立動作時に計測された前記体幹大腿角度の変化率が前記膝関節角度の変化率よりも大きい場合に、前記第1の閾値をより大きい値に変更してもよい。 Further, the standing motion support device further includes a fourth sensor for measuring the trunk thigh angle, which is an angle between the user's trunk and thigh, and the processor is measured during the standing motion. The first threshold value may be changed based on the respective changes in the knee joint angle and the trunk thigh angle. For example, the processor may change the first threshold value to a larger value when the rate of change of the trunk thigh angle measured during the standing motion is larger than the rate of change of the knee joint angle. ..
起立動作時に計測された体幹大腿角度の変化率が膝関節角度の変化率よりも大きい場合には、ユーザは起立動作時に不安定な状態になっていると想定される。したがって、このような場合に、第1の閾値をより大きい値に変更することによって、次にユーザが起立動作を行うときには、その変更された第1の閾値を用いて判定されたタイミングで起立動作の支援が開始される。したがって、起立動作の支援が開始されるタイミングを遅らせることができ、その結果、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 When the rate of change of the trunk thigh angle measured during the standing motion is larger than the rate of change of the knee joint angle, it is assumed that the user is in an unstable state during the standing motion. Therefore, in such a case, by changing the first threshold value to a larger value, the next time the user performs the standing operation, the standing operation is performed at the timing determined by using the changed first threshold value. Support is started. Therefore, the timing at which the support for the standing motion is started can be delayed, and as a result, the user can stand up in a more stable state.
また、本開示の一態様に係る起立動作支援装置は、ユーザの下腿の筋電値を計測する第1のセンサと、前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、少なくとも、計測された前記筋電値および膝関節角度に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、前記起立動作を支援する支援機構に対して指示信号を出力するプロセッサとを備えてもよい。 Further, the standing motion support device according to one aspect of the present disclosure is measured at least by a first sensor that measures the myoelectric value of the user's lower leg and a second sensor that measures the knee joint angle of the user. Based on the myoelectric value and the knee joint angle, it is determined whether or not the support for the standing motion, which is the motion of the user to stand up from the sitting state, can be started. It may be provided with a processor that outputs an instruction signal to a support mechanism that supports the above.
これにより、上述と同様に、ユーザの起立動作を適切に支援することができ、ユーザを安定した状態で起立させることができる。 As a result, similarly to the above, it is possible to appropriately support the standing operation of the user, and it is possible to stand the user in a stable state.
以下、実施の形態について、図面を参照しながら具体的に説明する。 Hereinafter, embodiments will be specifically described with reference to the drawings.
なお、以下で説明する実施の形態は、いずれも包括的または具体的な例を示すものである。以下の実施の形態で示される数値、形状、材料、構成要素、構成要素の配置位置および接続形態、ステップ、ステップの順序などは、一例であり、本開示を限定する主旨ではない。また、以下の実施の形態における構成要素のうち、最上位概念を示す独立請求項に記載されていない構成要素については、任意の構成要素として説明される。 It should be noted that all of the embodiments described below show comprehensive or specific examples. Numerical values, shapes, materials, components, arrangement positions and connection forms of components, steps, step order, and the like shown in the following embodiments are examples, and are not intended to limit the present disclosure. Further, among the components in the following embodiments, the components not described in the independent claims indicating the highest level concept are described as arbitrary components.
また、各図は、模式図であり、必ずしも厳密に図示されたものではない。また、各図において、同じ構成部材については同じ符号を付している。 Further, each figure is a schematic view and is not necessarily exactly illustrated. Further, in each figure, the same components are designated by the same reference numerals.
(実施の形態1)
[概要]
図1Aに、本実施の形態に係る起立動作支援装置の概略的な機能ブロック図を示す。図1に示すように、起立動作支援装置10は、第1のセンサ11と、第3のセンサ12aと、プロセッサ15と、支援機構17とを備える。
(Embodiment 1)
[Overview]
FIG. 1A shows a schematic functional block diagram of the standing motion support device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the standing
第1のセンサ11は、ユーザの下腿の筋電値を計測する。第3のセンサ12aは、そのユーザの体幹前傾角度を計測する。プロセッサ15は、計測された筋電値および体幹前傾角度に基づいて、そのユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力する。支援機構17は、プロセッサ15から指示信号が出力された場合に、ユーザの起立動作の支援を開始する。なお、本実施の形態に係る起立動作支援装置10は、支援機構17を備えるが、支援機構17を備えていなくてもよい。
The
図1Bに、本実施の形態に係る起立動作支援方法の概略的なフローチャートを示す。この起立動作支援方法では、まず、第1のセンサ11がユーザの下腿の筋電値を計測する(ステップS11)。次に、第3のセンサ12aがそのユーザの体幹前傾角度を計測する(ステップS12a)。次に、プロセッサ15が、計測された筋電値および体幹前傾角度に基づいて、そのユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定する(ステップS13)。ここで、プロセッサ15が可能と判定した場合に(ステップS13のYES)、支援機構17は、そのユーザの起立動作の支援を開始する(ステップS14)。
FIG. 1B shows a schematic flowchart of the standing motion support method according to the present embodiment. In this standing motion support method, first, the
これにより、ユーザの下腿の筋電値および体幹前傾角度に基づいて、そのユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定されるため、ユーザの下腿に強い剛性があり、ユーザが上半身を前に傾けているときに、起立動作の支援を開始することができる。したがって、ユーザの転倒または起立動作の失敗などの発生を抑えて、ユーザの起立動作を適切に支援することができ、ユーザを安定した状態で起立させることができる。 As a result, it is determined whether or not it is possible to start supporting the standing motion of the user based on the myoelectric value of the user's lower leg and the forward tilt angle of the trunk. When the upper body is tilted forward, support for standing up can be started. Therefore, it is possible to appropriately support the user's standing operation by suppressing the occurrence of the user's fall or failure of the standing operation, and it is possible to stand the user in a stable state.
以下、このような起立動作支援装置および起立動作支援方法の詳細について説明する。 Hereinafter, details of such a standing motion support device and a standing motion support method will be described.
[装置構成]
図2に、本実施の形態に係る起立動作支援装置の具体的な機能ブロック図を示す。図2に示すように、起立動作支援装置100は、筋電計測部101、体幹角度計測部102、タイマー103、計測処理部109、記憶部104、判定部105、支援要求部106、および支援機構107を備える。なお、図2に示す起立動作支援装置100は、図1Aに示す起立動作支援装置10をより具体化した装置である。また、図2に示す筋電計測部101、体幹角度計測部102および判定部105は、それぞれ図1Aに示す第1のセンサ11、第3のセンサ12a、およびプロセッサ15に相当する。また、図2に示す支援機構107は、図1Aに示す支援機構17に相当する。
[Device configuration]
FIG. 2 shows a specific functional block diagram of the standing motion support device according to the present embodiment. As shown in FIG. 2, the standing
[筋電計測部101]
筋電計測部101は、上述の下腿の筋電値として前脛骨筋の筋電値を計測する。すなわち、筋電計測部101は、ユーザの下肢(具体的には下腿)に配置された電極を用いて、ユーザの前脛骨筋の筋電値を計測する。ここで、筋電値は、その電極から直接得られる計測値であってもよく、その計測値から算出または処理された値であってもよい。なお、筋電計測部101は、ユーザの両脚の前脛骨筋の筋電値を計測する。
[Muscle electrical measurement unit 101]
The
図3に、筋電計測部101に含まれる筋電センサの一例を示す。筋電計測部101は、例えば2つの筋電センサ1011を備え、一方の筋電センサ1011がユーザの右脚の前脛骨筋の筋電値を計測し、他方の筋電センサ1011がユーザの左脚の前脛骨筋の筋電値を計測する。
FIG. 3 shows an example of the myoelectric sensor included in the
図3に示すように、筋電センサ1011は、例えば2つの電極1012aおよび1012bと、アンプ1014と、整流回路1013と、フィルタ回路1015とを有する。
As shown in FIG. 3, the
電極1012aおよび1012bは、ユーザの前脛骨筋の直上の皮膚に配置される。なお、前脛骨筋は下腿前面の外側浅層に位置する筋肉である。例えば、電極1012aと電極1012bとの間の距離は、10〜30mm程度である。
アンプ1014は、例えば差動増幅回路である。アンプ1014は、電極1012aを用いて測定された電位V1と、電極1012bを用いて測定された電位V2との差分電圧を増幅し、増幅された差分電圧を計測電圧として出力する。電位V1は、アースと電極1012aとの間の電位差であり、電位V2は、アースと電極1012bとの間の電位差である。
The
整流回路1013は、アンプ1014から出力される計測電圧に対して全波整流することによって、全波整流された計測電圧を整流電圧として出力する。フィルタ回路1015は、整流電圧に対して低域周波数通過フィルタ(すなわちローパスフィルタ)処理を行うことによって、低域周波数通過フィルタ処理された整流電圧をフィルタ処理電圧として出力する。
The
筋電計測部101は、2つの筋電センサ1011のそれぞれから出力されるフィルタ処理電圧の平均値、最大値または最小値を、前脛骨筋の筋電値として計測する。
The
図4に、アンプ1014から出力される計測電圧、整流回路1013から出力される整流電圧、およびフィルタ回路1015から出力されるフィルタ処理電圧のそれぞれの波形の一例を示す。なお、図4において、縦軸は電圧(μV)であり、横軸は時間(sec)である。
FIG. 4 shows an example of the waveforms of the measured voltage output from the
アンプ1014は、図4の(a)に示すような波形の計測電圧を出力する。整流回路1013は、図4の(b)に示すように、図4の(a)に示す波形の計測電圧に対して全波整流を行う。次に、フィルタ回路1015は、図4の(c)に示すように、全波整流された波形の包絡線を得るため、図4の(b)に示す全波整流された波形に対して低域周波数通過フィルタ処理を行う。
The
なお、ローパスフィルタ処理によって通過される周波数帯域は、例えば2Hz以下の帯域である。この処理により、整流電圧に含まれる2Hzより大きな周波数成分は減衰する。なお、このようなローパスフィルタ処理された整流電圧の波形を、前脛骨筋の活動波形ともいう。前脛骨筋の活動波形に含まれる各時刻における値を、その時刻における前脛骨筋の活動値ともいう。 The frequency band passed by the low-pass filter processing is, for example, a band of 2 Hz or less. By this process, the frequency component larger than 2 Hz contained in the rectified voltage is attenuated. The waveform of the rectified voltage subjected to such low-pass filtering is also referred to as the activity waveform of the tibialis anterior muscle. The value at each time included in the activity waveform of the tibialis anterior muscle is also referred to as the activity value of the tibialis anterior muscle at that time.
また、筋電計測部101によって計測される筋電値は、上述のように、電極1012aおよび1012bから直接得られる計測値であってもよく、その計測値に応じた値であってもよい。その計測値に応じた値は、直接得られる計測値に対して増幅、全波整流、またはローパスフィルタ処理などの処理を行うことによって得られる値である。
Further, the myoelectric value measured by the
[体幹角度計測部102]
体幹角度計測部102は、ユーザの上半身の体幹前傾角度を計測する。
[Torso angle measuring unit 102]
The trunk
図5Aに、ユーザの上半身の体幹前傾角度の一例を示す。体幹前傾角度は、図5Aに示すように、鉛直方向に対するユーザの体幹の角度601である。すなわち、体幹前傾角度は、鉛直方向とユーザの体幹との間の角度であって、体幹がユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である。なお、ユーザの体幹は、例えばユーザの背骨である。
FIG. 5A shows an example of the trunk forward tilt angle of the upper body of the user. As shown in FIG. 5A, the trunk forward tilt angle is the
体幹角度計測部102の具体的なハードウェアの一例は、9軸センサである。9軸センサは、加速度センサ、角速度センサ、および地磁気センサを有する。これらの加速度センサ、角速度センサ、および地磁気センサは、それぞれ加速度計側回路、角速度計測回路、および地磁気計測回路を有する。9軸センサにより鉛直方向に対する体幹の角度を体幹前傾角度として計算可能である。また、9軸センサの角速度センサのみを用いる場合には、キャリブレーションと角速度センサの計測値の積算とを行うことにより、体幹前傾角度を計算することができる。
An example of specific hardware of the trunk
図5Bに、体幹角度計測部102がユーザに装着された状態の一例を示す。体幹角度計測部102は、椅子603に座っているユーザの腰に配置されている。また、図5Bに示すように、センサのx軸、y軸およびz軸が設定されている。x軸は、例えば鉛直方向に沿う軸であり、上向きがプラスの向きである。y軸方向は、例えばx軸に垂直であってユーザの左右方向に沿う軸であり、左向きがプラスの向きである。z軸方向は、例えばx軸に垂直であってユーザの前後方向に沿う軸であり、後向きがプラスの向きである。加速度センサは、x軸方向、y軸方向およびz軸方向のそれぞれの体幹角度計測部102の加速度を計測する。地磁気センサは、x軸方向、y軸方向およびz軸方向のそれぞれの地磁気強度を計測する。角速度センサは、x軸、y軸およびz軸のそれぞれを回転中心として体幹角度計測部102が回転する角速度を計測する。
FIG. 5B shows an example of a state in which the trunk
図6に、ユーザが起立動作を行うときに体幹角度計測部102によって計測される、y軸を回転中心とした角速度と、体幹前傾角度とを示す。図6のグラフにおける実線は、体幹角度計測部102の角速度センサによって計測された、ユーザが起立動作時に前屈運動をした際のy軸を回転中心とした角速度604を示す。図6のグラフにおける点線は、その計測された角速度604の積算によって得られる体幹前傾角度605を示す。この図6に示すように、体幹前傾角度605はユーザが前屈するに従い大きくなり、前屈後、もとの姿勢に戻るに従って小さくなる。
FIG. 6 shows the angular velocity with the y-axis as the center of rotation and the trunk forward tilt angle measured by the trunk
なお、角速度センサは、角速度の変化量を直接的に計測し、その変化量を角速度計測回路によって積分することによって角速度を計測する。体幹角度計測部102は、角速度センサによって計測された角速度の累積値を初期角度に加えた値として体幹前傾角度を計測する。初期角度は、キャリブレーションにより設定されてもよく、体幹角度計測部102が有する内部メモリに、予め保持されていてもよい。また、体幹角度計測部102は、予め保持している初期角度を、キャリブレーションにより修正してもよい。例えば、起立動作支援装置100は、x軸方向(鉛直方向)に沿って体幹角度計測部102を配置するようにユーザへ指示し、指示後の体幹角度計測部102によって計測される体幹前傾角度を初期角度(すなわち0deg)に設定する。
The angular velocity sensor directly measures the amount of change in the angular velocity, and measures the angular velocity by integrating the amount of change with the angular velocity measurement circuit. The trunk
また、体幹角度計測部102によって計測される体幹前傾角度は、9軸センサから直接得られる計測値から算出される角度であってもよく、その計測値に応じた値から算出される角度であってもよい。その計測値に応じた値は、直接得られる計測値に対して増幅、整流またはフィルタ処理などの処理を行うことによって得られる値である。
Further, the trunk forward tilt angle measured by the trunk
[支援要求部106]
支援要求部106は、ユーザの動きまたは操作に応じて、支援機構107に対して起立動作の支援開始を要求する。例えば、支援要求部106は、ボタンの操作によって支援開始を要求する、あるいは音声による操作によって支援開始を要求する。具体的には、起立動作支援装置100に配置されたボタンがユーザによって押下されると、支援要求部106は、起立動作の支援開始を支援機構107に要求する。または、ユーザがキーワードを発声し、起立動作支援装置100に配置された音声認識回路がそのキーワードを認識すると、支援要求部106は、起立動作の支援開始を要求する。
[Support Request Department 106]
The
[支援機構107]
支援機構107は、ユーザの膝の伸展を支援することによって起立動作を支援する。このような支援機構107は、支援要求部106から支援開始の要求を受けると、判定部105による現在の判定結果を取得する。その判定結果が支援開始可能を示す場合に、支援機構107は、ユーザの起立動作の支援を開始する。なお、支援開始可能を示す判定結果は、上述の指示信号として、プロセッサである判定部105から支援機構107に出力される。支援機構107は、プロセッサから指示信号が出力された場合に、ユーザの起立動作の支援を開始する。
[Support mechanism 107]
The
また、支援機構107は、上述のように、支援要求部106から支援開始の要求を受けると、判定部105による現在の判定結果を取得するが、常時、現在の判定結果を取得していてもよい。この場合、支援機構107は、その現在の判定結果が支援開始可能を示すときに、支援要求部106から支援開始の要求を受けると、ユーザの起立動作の支援を開始する。
Further, as described above, the
このような支援機構107は、例えば、ユーザの下肢に装着されるロボットまたはアシストスーツである。
Such a
図7に、支援機構107の具体的な構成の一例を示す。図7に示すように、支援機構107は、上部骨格1061と、下部骨格1062と、動力部1063とを有する。上部骨格1061は、下部骨格1062に対して動力部1063を介して回動自在に接続される。
FIG. 7 shows an example of a specific configuration of the
上部骨格1061は、ユーザの下肢の大腿に固定される。下部骨格1062は、ユーザの下肢の足(foot)または下腿に固定される。上部骨格1061および下部骨格1062は、それぞれ固定装具1065および1066を有し、その固定装具によりユーザに固定される。固定装具1065および1066は、例えば、テープ(A hook and loop fastener)またはベルトである。固定装具1065および1066は紐状であってもよい。動力部1063は、例えば、モータと電源とを有する。
The
ここで、大腿とは、脚(leg)のうち、膝より上の部分に相当する。下腿とは、脚(leg)のうち、膝から足首までの部分に相当する。 Here, the thigh corresponds to the portion of the leg above the knee. The lower leg corresponds to the part of the leg from the knee to the ankle.
動力部1063は、図7に示すように、上部骨格1061および下部骨格1062の間(またはユーザの膝)を中心として、ユーザの膝を伸展させる方向(矢印1064の方向)に、上部骨格1061を動かす。これにより、ユーザの起立動作を支援することができる。
As shown in FIG. 7, the
なお、支援機構107がユーザに装着される布状のアシストスーツの場合には、上部骨格1061と、下部骨格1062とは、それぞれ布に含まれていてもよい。
In the case of a cloth-like assist suit in which the
[タイマー103]
タイマー103は、現在の時刻を計時し、その計時された時刻を示す時刻信号を計測処理部109に出力する。例えば、タイマー103は、0.01秒ごとに現在の時刻を示す時刻信号を出力する。
[Timer 103]
The
[記憶部104]
記憶部104は、前脛骨筋の筋電値および体幹前傾角度を記憶するための記憶領域を有する記憶媒体であって、例えばハードディスクまたはメモリなどからなる。
[Storage 104]
The
[計測処理部109]
計測処理部109は、タイマー103から出力された時刻信号によって示される時刻と、その時刻において筋電計測部101によって計測された前脛骨筋の筋電値と、その時刻において体幹角度計測部102によって計測された体幹前傾角度とを取得する。そして、計測処理部109は、その時刻と筋電値と体幹前傾角度とを対応付けて記憶部104に格納する。
[Measurement processing unit 109]
The
図8に、記憶部104に格納されている情報の一例を示す。
FIG. 8 shows an example of the information stored in the
計測処理部109は、時刻信号によって示される時刻「13:45:30.00」と、その時刻における前脛骨筋の筋電値「0.000639V」と、その時刻における体幹前傾角度「18.32deg」とを対応付けて記憶部104に格納する。また、計測処理部109は、例えば0.01秒ごとに、そのときの時刻と筋電値と体幹前傾角度とを対応付けて記憶部104に格納してもよい。また、計測処理部109は、ユーザの識別情報であるユーザIDを取得し、そのユーザIDを、時刻、筋電値および体幹前傾角度に対応付けて記憶部104に格納してもよい。また、内側広筋の筋電値が計測されている場合には、計測処理部109は、その内側広筋の筋電値も、その筋電値が計測された時刻に対応付けて記憶部104に格納してもよい。
The
図9Aおよび図9Bに、記憶部104に格納されている情報の他の例を示す。
9A and 9B show other examples of information stored in the
タイマー103は、上述のように時刻信号を出力する代わりに、クロック信号を出力してもよい。この場合、計測処理部109は、そのクロック信号に基づく第1の時間間隔(例えば0.001秒)の経過ごとに、その経過時の時刻を算出し、その時刻において計測された前脛骨筋の筋電値を筋電計測部101から取得する。そして、計測処理部109は、図9Aに示すように、筋電値が取得された取得順と、その筋電値と、その筋電値が取得されるときに算出された時刻とを対応付けて記憶部104に格納する。例えば、計測処理部109は、取得順「1」と、最初に取得された筋電値と、基準時刻(例えば、0sec)とを対応付けて格納する。さらに、計測処理部109は、取得順「2」と、2番目に取得された筋電値と、時刻「基準時刻+第1の時間間隔」(sec)とを対応付けて格納する。さらに、計測処理部109は、取得順「3」と、3番目に取得された筋電値と、時刻「基準時刻+第1の時間間隔×2」(sec)とを対応付けて格納する。このように、計測処理部109は、取得順「n」と、n番目に取得された筋電値と、時刻「基準時刻+第1の時間間隔×(n−1)」(sec)とを対応付けて格納する(nは自然数)。
The
同様に、計測処理部109は、クロック信号に基づく第2の時間間隔(例えば0.01秒)の経過ごとに、その経過時の時刻を算出し、その時刻において計測された体幹前傾角度を体幹角度計測部102から取得する。そして、計測処理部109は、図9Bに示すように、体幹前傾角度が取得された取得順と、その体幹前傾角度と、その体幹前傾角度が取得されるときに算出された時刻とを対応付けて記憶部104に格納する。例えば、計測処理部109は、取得順「1」と、最初に取得された体幹前傾角度と、基準時刻(例えば0sec)とを対応付けて格納する。さらに、計測処理部109は、取得順「2」と、2番目に取得された体幹前傾角度と、時刻「基準時刻+第2の時間間隔」(sec)とを対応付けて格納する。さらに、計測処理部109は、取得順「3」と、3番目に取得された体幹前傾角度と、時刻「基準時刻+第2の時間間隔×2」(sec)とを対応付けて格納する。このように、計測処理部109は、取得順「n」と、n番目に取得された体幹前傾角度と、時刻「基準時刻+第2の時間間隔×(n−1)」(sec)とを対応付けて格納する(nは自然数)。なお、第1の時間間隔と第2の時間間隔とは異なっていてもよいが、同じであることが望ましい。
Similarly, the
[判定部105]
判定部105は、ユーザの前脛骨筋の筋電値と、ユーザの上半身の体幹前傾角度とに基づいて、ユーザの状態が起立動作の支援を開始してよい状態か否かを判定する。言い換えれば、判定部105は、ユーザの前脛骨筋の筋電値、およびユーザの体幹前傾角度の両方を用いてユーザの起立動作の支援開始が可能か否かを判定する。より具体的には、判定部105は、計測された筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定する。言い換えれば、判定部105は、(i)ユーザの前脛骨筋の筋電値が第1の閾値以上であり、(ii)ユーザの上半身の体幹前傾角度が第3の閾値以上とき、ユーザの起立動作の支援開始が可能と判定する。なお、判定部105は、第1の閾値および第3の閾値を予め記憶していてもよく、外部の記録媒体から第1の閾値および第3の閾値を読み出してもよい。
[Determination unit 105]
The
ここで、判定に用いられる筋電値および体幹前傾角度は、例えば、記憶部104に格納されている最新の時刻に対応付けられた筋電値および体幹前傾角度である。つまり、判定部105は、最新の時刻に対応付けられた筋電値および体幹前傾角度が記憶部104に格納されるたびに、記憶部104を参照することにより、その最新の筋電値および体幹前傾角度を特定する。そして、判定部105は、その特定された筋電値および体幹前傾角度に基づいて、上述の支援開始が現時点において可能か否かを判定する。
Here, the myoelectric value and the trunk forward tilt angle used for the determination are, for example, the myoelectric value and the trunk forward tilt angle associated with the latest time stored in the
図10Aに、前脛骨筋の筋電値の波形および第1の閾値の例を示し、図10Bに、体幹前傾角度の波形および第3の閾値の例を示す。 FIG. 10A shows an example of the waveform of the myoelectric value of the tibialis anterior muscle and the first threshold value, and FIG. 10B shows an example of the waveform of the trunk anteversion angle and the third threshold value.
判定部105は、図10Aに示すように、ユーザの前脛骨筋の筋電値が第1の閾値(例えば200μV)以上であるか否かを判定する。さらに、判定部105は、図10Bに示すように、ユーザの体幹前傾角度が第3の閾値(例えば23deg)以上であるか否かを判定する。そして、判定部105は、筋電値が第1の閾値以上であり、かつ体幹前傾角度が第3の閾値以上である場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能と判定する。このとき、判定部105は、上述の指示信号を支援機構107に出力する。
As shown in FIG. 10A, the
なお、判定部105は、記憶部104に格納されている情報を参照することなく、筋電計測部101および体幹角度計測部102から、ユーザの前脛骨筋の筋電値と、ユーザの体幹前傾角度とを直接取得してもよい。このとき、判定部105は、筋電計測部101および体幹角度計測部102から、筋電値および体幹前傾角度が計測された時刻を取得してもよい。または、判定部105は、第1の時間間隔および第2の時間間隔を内部のメモリに記憶していてもよい。この場合、判定部105は、第1の時間間隔および第2の時間間隔を用いて、ユーザの前脛骨筋の筋電値と、ユーザの上半身の体幹前傾角度とを取得するための時刻を算出する。そして、判定部105は、タイマー103からのクロック信号に基づいて、その算出された時刻に筋電値および体幹前傾角度を取得し、取得された最新の筋電値および体幹前傾角度に基づいて、上述の支援開始が現時点において可能か否かを判定してもよい。
The
[起立動作支援装置100の処理]
図11Aに、起立動作支援装置100の処理のフローチャートを示す。
[Processing of the standing motion support device 100]
FIG. 11A shows a flowchart of processing of the standing
(ステップS110)
筋電計測部101は、ユーザの前脛骨筋の筋電値を計測する。なお、この計測される筋電値は、ユーザの両脚の前脛骨筋の筋電値から得られる値(例えば、平均値、最小値または最大値など)である。
(Step S110)
The
(ステップS120)
体幹角度計測部102は、ユーザの体幹前傾角度を計測する。
(Step S120)
The trunk
(ステップS130)
判定部105は、ステップS110で計測された前脛骨筋の筋電値と、ステップS120で計測された体幹前傾角度とに基づいて、起立動作の支援開始が可能か否かを判定する。判定部105によって起立動作の支援開始が可能と判定された場合、起立動作支援装置100は、ステップS140の処理に進む。一方、判定部105によって起立動作の支援開始が不可能と判定された場合、起立動作支援装置100は、ステップS110およびS120の処理に戻る。
(Step S130)
The
(ステップS140)
支援機構107は、支援要求部106から起立動作の支援開始の要求があるか否かを確認する。支援開始の要求がある場合、起立動作支援装置100はステップS150の処理へ進む。支援開始の要求が無い場合、起立動作支援装置100はステップS110およびS120の処理に戻る。
(Step S140)
The
(ステップS150)
支援機構107は、ユーザの起立動作の支援を開始する。
(Step S150)
The
[判定部105の処理の詳細]
図11Bに、図11AのステップS130のより詳細な処理のフローチャートを示す。
[Details of processing of determination unit 105]
FIG. 11B shows a more detailed flow chart of the process of step S130 of FIG. 11A.
(ステップS131)
判定部105は、記憶部104から前脛骨筋の筋電値を取得する。
(Step S131)
The
(ステップS132)
判定部105は、ステップS131で取得された前脛骨筋の筋電値が第1の閾値以上であるか否かを判定する。ここで、前脛骨筋の筋電値が第1の閾値以上であることは、前脛骨筋が活動していることを示す。
(Step S132)
The
前脛骨筋の筋電値が第1の閾値以上であると判定される場合には、判定部105は、ステップS133の処理に進む。一方、前脛骨筋の筋電値が第1の閾値よりも小さいと判定される場合には、判定部105は、ステップS131の処理に戻る。ここで、ステップS131の処理に戻った後は、判定部105は、新たな前脛骨筋の筋電値を取得する。
When it is determined that the myoelectric value of the tibialis anterior muscle is equal to or higher than the first threshold value, the
なお、判定部105は、前脛骨筋の筋電値ではなく、前脛骨筋の筋電値の変化量を用いて、前脛骨筋が活動しているか否かを判定しても良い。例えば、判定部105は、前脛骨筋の筋電値の変化量が閾値以上であることを検知し、そのときに用いた筋電値が計測された時刻をtbとして、記憶部104に記憶してもよい。ここでは、前脛骨筋の筋電値の変化量(Ib―Ia)が閾値以上のとき、筋電値Ibを計測した時刻をtbとする。なお、時刻taが時刻tbよりも早い(ta<tb)場合、時刻taに計測された筋電値をIaとし、時刻tbに計測された筋電値をIbとする。なお、変化量が閾値以上の場合は、Ib>Iaの関係が成り立つ。
The
(ステップS133)
判定部105は、記憶部104から体幹前傾角度を取得する。
(Step S133)
The
(ステップS134)
判定部105は、ステップS133で取得した体幹前傾角度が第3の閾値以上であるか否かを判定する。体幹前傾角度が第3の閾値以上であると判定される場合には、起立動作支援装置100は、ステップS140の処理に進む。体幹前傾角度が第3の閾値よりも小さいと判定される場合には、判定部105は、ステップS131の処理に戻る。ここで、判定部105は、ステップS131の処理に戻り、再びステップS133の処理に到達したときは、新たに筋電値および体幹前傾角度を取得する。なお、判定部105は、体幹前傾角度ではなく、体幹前傾角度の変化量を用いて、その変化量が閾値以上か否かを判定してもよい。
(Step S134)
The
[効果]
このように本実施の形態では、ユーザの下腿の筋電値および体幹前傾角度に基づいて、そのユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定されるため、ユーザの下腿に強い剛性があり、ユーザが上半身を前に傾けているときに、起立動作の支援を開始することができる。したがって、ユーザの転倒または起立動作の失敗などの発生を抑えて、ユーザの起立動作を適切に支援することができ、ユーザを安定した状態で起立させることができる。
[effect]
As described above, in the present embodiment, it is determined whether or not it is possible to start supporting the standing motion of the user based on the myoelectric value of the user's lower leg and the forward tilt angle of the trunk, so that the user's lower leg is strong. It is rigid and can start assisting in standing movements when the user is leaning forward. Therefore, it is possible to appropriately support the user's standing operation by suppressing the occurrence of the user's fall or failure of the standing operation, and it is possible to stand the user in a stable state.
また、本実施の形態では、計測された筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能でと判定される。したがって、ユーザの下腿に強い剛性があり、ユーザが上半身を前に傾けているタイミングに、起立動作の支援をより適切に開始することができ、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 Further, in the present embodiment, the first condition that the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value and the third condition that the measured trunk forward tilt angle is equal to or higher than the third threshold value are satisfied. When both are satisfied, it is determined that the support for the user's standing motion can be started. Therefore, the lower leg of the user has strong rigidity, and the support for the standing motion can be started more appropriately at the timing when the user tilts the upper body forward, and the user can stand up in a more stable state.
(実施の形態2)
上記実施の形態1に係る起立動作支援装置では、起立動作の支援開始が可能か否かを判定するために、ユーザの下肢の筋電値と体幹前傾角度とを計測する。一方、本実施の形態に係る起立動作支援装置は、体幹前傾角度の代わりに、ユーザの膝関節角度を計測する。なお、膝関節角度は、膝関節の角度ともいう。
(Embodiment 2)
In the standing motion support device according to the first embodiment, the myoelectric value of the lower limbs of the user and the forward tilt angle of the trunk are measured in order to determine whether or not the support for the standing motion can be started. On the other hand, the standing motion support device according to the present embodiment measures the knee joint angle of the user instead of the trunk forward tilt angle. The knee joint angle is also referred to as the knee joint angle.
[概要]
図12Aに、本実施の形態に係る起立動作支援装置の概略的な機能ブロック図を示す。図1に示すように、起立動作支援装置10は、第1のセンサ11と、第2のセンサ12と、プロセッサ15と、支援機構17とを備える。
[Overview]
FIG. 12A shows a schematic functional block diagram of the standing motion support device according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the standing
第1のセンサ11は、ユーザの下腿の筋電値を計測する。第2のセンサ12は、そのユーザの膝関節角度を計測する。プロセッサ15は、計測された筋電値および膝関節角度に基づいて、そのユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力する。支援機構17は、プロセッサ15から指示信号が出力された場合に、ユーザの起立動作の支援を開始する。なお、本実施の形態に係る起立動作支援装置10は、支援機構17を備えるが、支援機構17を備えていなくてもよい。
The
図12Bに、本実施の形態に係る起立動作支援方法の概略的なフローチャートを示す。この起立動作支援方法では、まず、第1のセンサ11がユーザの下腿の筋電値を計測する(ステップS11)。次に、第2のセンサ12がそのユーザの膝関節角度を計測する(ステップS12)。次に、プロセッサ15が、計測された筋電値および膝関節角度に基づいて、そのユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定する(ステップS13)。ここで、プロセッサ15が可能と判定した場合に(ステップS13のYES)、支援機構17は、そのユーザの起立動作の支援を開始する(ステップS14)。
FIG. 12B shows a schematic flowchart of the standing motion support method according to the present embodiment. In this standing motion support method, first, the
これにより、ユーザの下腿の筋電値および膝関節角度に基づいて、そのユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定されるため、ユーザの下腿に強い剛性があり、ユーザが膝を適切に曲げているときに、起立動作の支援を開始することができる。したがって、起立動作の失敗などの発生を抑えて、ユーザの起立動作を適切に支援することができ、ユーザを安定した状態で起立させることができる。 As a result, it is determined whether or not it is possible to start supporting the standing motion of the user based on the myoelectric value of the user's lower leg and the knee joint angle. Therefore, the user's lower leg has strong rigidity and the user can kneel. When properly bent, support for standing movements can be initiated. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of failure of the standing operation and appropriately support the standing operation of the user, and it is possible to stand the user in a stable state.
例えば、上記実施の形態1と同様、第1のセンサ11aは、下腿の筋電値として前脛骨筋の筋電値を計測する。そして、支援機構17は、ユーザの膝の伸展を支援することによってその起立動作を支援する。
For example, as in the first embodiment, the first sensor 11a measures the myoelectric value of the tibialis anterior muscle as the myoelectric value of the lower leg. Then, the
具体的には、プロセッサ15は、計測された筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定する。ここで、例えば、第2の閾値は、60°以上100°以下である。また、第2のセンサ12によって計測されるユーザの膝関節角度は、ユーザの左脚の膝関節角度と右脚の膝関節角度のうちの小さい方の角度である。
Specifically, the
(変形例1)
ここで、起立動作支援装置10は、さらに、実施の形態1と同様に、ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサ12aを備えてもよい。この場合、プロセッサ15は、計測された筋電値、膝関節角度および体幹前傾角度に基づいて、起立動作の支援開始が可能か否かを判定する。
(Modification example 1)
Here, the standing
本変形例では、上記実施の形態1と異なり、前脛骨筋が活動しているか否かの判定に用いられる筋電値の第1の閾値を、ユーザの膝関節の角度に応じて変更する。 In this modification, unlike the first embodiment, the first threshold value of the myoelectric value used for determining whether or not the tibialis anterior muscle is active is changed according to the angle of the knee joint of the user.
[装置構成]
図13に、本変形例に係る起立動作支援装置の機能ブロック図の一例を示す。本変形例に係る起立動作支援装置100Aは、図2に示す起立動作支援装置100の各構成要素を備えるとともに、さらに、膝関節角度を計測する膝角度計測部108を備える。
[Device configuration]
FIG. 13 shows an example of a functional block diagram of the standing motion support device according to this modified example. The standing
[膝角度計測部108]
膝角度計測部108は、ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサであり、例えば、エンコーダから構成されている。
[Knee angle measuring unit 108]
The knee
図14に、膝角度計測部108の配置および膝関節角度の一例を示す。
FIG. 14 shows an example of the arrangement of the knee
例えばエンコーダから構成される膝角度計測部108は、図14に示すように、モータを有する動力部1063に設置され、動力部1063のモータの回転角度を計測する。そして、膝角度計測部108は、上部骨格1061と下部骨格1062との成す角度である膝関節角度θを、その回転角度から算出する。これにより、膝関節角度θが計測される。
For example, as shown in FIG. 14, the knee
図15Aに、起立動作の支援開始時にユーザがバランスを崩してしまう例を示し、図15Bに、起立動作の失敗の例を示す。 FIG. 15A shows an example in which the user loses balance when the support for the standing operation is started, and FIG. 15B shows an example in which the standing operation fails.
例えば、図15Aに示すように、膝関節角度が大きい状態で起立動作の支援が開始された場合には、ユーザはバランスを崩して転倒することがある。また、図15Bに示すように、膝関節角度が大きい状態で起立動作の支援が開始された場合には、ユーザは起立できずに着座状態のまま膝を伸ばしてしまうことがある。しかし、本変形例に係る起立動作支援装置100Aでは、膝角度計測部108によって計測される膝関節角度を用いて、起立動作の支援開始が可能か否かを判定する。これにより、上述の転倒などの危険を減らすことができる。
For example, as shown in FIG. 15A, when the support for the standing motion is started in a state where the knee joint angle is large, the user may lose the balance and fall. Further, as shown in FIG. 15B, when the support for the standing motion is started in a state where the knee joint angle is large, the user may not be able to stand and may extend the knee while sitting. However, in the standing
ここで、膝関節角度と筋電値との関係を導くために行われた実験について説明する。 Here, an experiment conducted to derive the relationship between the knee joint angle and the myoelectric value will be described.
図16は、実験の状況を示す。この実験では、この図16に示すように、下肢に配置した筋電位センサとモーションセンサを用いて起立動作直前の膝関節角度を変化させた際の前脛骨筋の筋活動量を計測した。なお、筋活動量は、上述の筋電値に相当する。 FIG. 16 shows the situation of the experiment. In this experiment, as shown in FIG. 16, the amount of muscle activity of the tibialis anterior muscle when the knee joint angle immediately before the standing motion was changed was measured using a myoelectric potential sensor and a motion sensor arranged on the lower limbs. The amount of muscle activity corresponds to the above-mentioned myoelectric value.
図17は、起立動作直前の膝関節角度が65度と95度であったときの起立動作における筋活動量の計測結果の一例を示す。 FIG. 17 shows an example of the measurement result of the amount of muscle activity in the standing motion when the knee joint angles immediately before the standing motion were 65 degrees and 95 degrees.
図17の(a)および(b)に示すように、起立動作直前の膝関節角度が65度でユーザが立ち上がる場合、その膝関節角度が95度でユーザが立ち上がる場合に比べて、起立動作時の筋活動量は小さい。より具体的には、膝関節角度が65度の場合の筋活動量の最大値が約0.06Vであるのに対して、膝関節角度が95度の場合では、筋活動量の最大値は約0.3Vである。 As shown in FIGS. 17A and 17B, when the user stands up at a knee joint angle of 65 degrees immediately before the standing up motion, the user stands up at the knee joint angle of 95 degrees, as compared with the case where the user stands up during the standing up motion. The amount of muscle activity is small. More specifically, when the knee joint angle is 65 degrees, the maximum value of muscle activity is about 0.06 V, whereas when the knee joint angle is 95 degrees, the maximum value of muscle activity is about 0.06 V. It is about 0.3V.
図18に、複数の膝関節角度のそれぞれで起立動作が行われるときの前脛骨筋の筋活動量の最大値を示す。図18に示すように、膝関節角度が大きくなるほど、起立動作に必要な筋活動量の最大値が大きくなっている。 FIG. 18 shows the maximum value of the muscle activity of the tibialis anterior muscle when the standing motion is performed at each of the plurality of knee joint angles. As shown in FIG. 18, as the knee joint angle increases, the maximum value of the amount of muscle activity required for the standing motion increases.
このことは、筋電値の第1の閾値を用いれば、ある膝関節角度では正しく起立動作を判定することができても、他の膝関節角度では正しく判定することができない場合があることを示している。より具体的には、図18に示すような膝関節角度と筋活動量との関係がある状況において、例えば、第1の閾値を0.15Vに設定する。このような場合に、膝関節角度が80度より小さい状態で起立動作が行われるときには、筋電値が0.15V以上にならないため、起立動作の支援開始が可能と判定されない。一方、第1の閾値を0.04Vに設定する。このような場合に、ユーザが膝関節角度を大きくしていると、起立するつもりがなくても、または、起立可能な状態になっていなくても、起立動作の支援開始が可能と判定されてしまうことがある。その結果、膝関節角度によって、ユーザが転倒することがあり、危険な場合がある。そこで、本変形例では、膝関節角度に応じてその第1の閾値を変更する。 This means that if the first threshold value of the myoelectric value is used, the standing motion can be correctly determined at a certain knee joint angle, but cannot be correctly determined at another knee joint angle. Shown. More specifically, in a situation where there is a relationship between the knee joint angle and the amount of muscle activity as shown in FIG. 18, for example, the first threshold value is set to 0.15 V. In such a case, when the standing motion is performed with the knee joint angle smaller than 80 degrees, the myoelectric value does not exceed 0.15V, so that it is not determined that the support for the standing motion can be started. On the other hand, the first threshold value is set to 0.04V. In such a case, if the user increases the knee joint angle, it is determined that the support for the standing motion can be started even if the user does not intend to stand or is not in a standing position. It may end up. As a result, depending on the knee joint angle, the user may fall, which can be dangerous. Therefore, in this modified example, the first threshold value is changed according to the knee joint angle.
なお、膝角度計測部108によって計測される膝関節角度は、エンコーダから直接得られる計測値を用いて算出される角度であってもよく、その計測値に応じた値を用いて算出される角度であってもよい。その計測値に応じた値は、直接得られる計測値に対して増幅、整流またはフィルタ処理などの処理を行うことによって得られる値である。
The knee joint angle measured by the knee
[判定部105]
本変形例に係る判定部105は、膝角度計測部108によって計測された膝関節角度に応じて第1の閾値を変更する。すなわち、判定部105は、計測された膝関節角度が小さいほど第1の閾値が小さくなるように、その第1の閾値を設定する。そして、判定部105は、計測された筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定する。
[Determination unit 105]
The
図19に、判定部105による第1の閾値の変更の例を示す。
FIG. 19 shows an example of changing the first threshold value by the
例えば図19に示すように、判定部105は、計測された膝関節角度が第2の閾値θ2(例えば90deg)より大きければ、第1の閾値をtha=300μVに設定し、計測された膝関節角度が第2の閾値θ2以下であれば、第1の閾値をthb=160μVに設定する。このように、第1の閾値は、膝関節角度に応じてthaとthbとに切り替えられる。なお、判定部105は、第2の閾値θ2を予め記憶していてもよく、外部の記録媒体から第2の閾値θ2を読み出してもよい。
For example, as shown in FIG. 19, if the measured knee joint angle is larger than the second threshold value θ2 (for example, 90 deg), the
[起立動作支援装置100Aの処理]
図20に、起立動作支援装置100Aの処理のフローチャートを示す。
[Processing of standing
FIG. 20 shows a flowchart of processing of the standing
起立動作支援装置100Aの処理は、図11Aに示す起立動作支援装置100の処理と同様に、ステップS110〜S150の処理を含むとともに、さらに、ステップS160の処理を含む。
The process of the standing
(ステップS160)
膝角度計測部108は、ユーザの膝関節角度を計測する。なお、この計測される膝関節角度は、筋電値と同様、ユーザの両脚の膝関節角度から得られる値(例えば、平均値、最小値または最大値など)である。このように計測されたユーザの膝関節角度は、ステップS130の処理、より具体的には、図11Bに示すステップS132の処理に用いられる。つまり、本変形例に係る起立動作支援装置100Aの処理は、図11Bに示すステップS131〜S134の処理を含む。しかし、本変形例に係る起立動作支援装置100Aの処理では、上記実施の形態1と比較して、判定部105における前脛骨筋が活動しているか否かを判定する処理(ステップS132)の具体的な内容が異なる。
(Step S160)
The knee
図21に、本変形例に係るステップS132の詳細な処理の一例を示す。 FIG. 21 shows an example of detailed processing in step S132 according to this modification.
(ステップS132a)
判定部105は、膝角度計測部108によって計測された膝関節角度を取得する。
(Step S132a)
The
(ステップS132b)
判定部105は、ステップS132aで取得した膝関節角度が第2の閾値θ2以下であるか否かを判定する。ここで、ステップS132aで取得した膝関節角度が第2の閾値θ2以下であると判定された場合、判定部105はステップS132cの処理に進む。一方、第2の閾値θ2よりも大きいと判定された場合、判定部105はステップS132dの処理に進む。
(Step S132b)
The
(ステップS132c)
判定部105は、ステップS131で取得した前脛骨筋の筋電値が、第1の閾値として設定された閾値tha以上であるか否かを判定する。ここで、筋電値が閾値tha以上であると判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していると判定し、図11Bに示すステップS133以降の処理を行う。一方、筋電値が閾値tha以上でないと判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していないと判定し、図11Bに示すステップS131以降の処理を行う。
(Step S132c)
The
(ステップS132d)
判定部105は、ステップS131で取得した前脛骨筋の筋電値が、第1の閾値として設定された閾値thb(tha<thb)以上であるか否かを判定する。ここで、筋電値が閾値thb以上であると判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していると判定し、図11Bに示すステップS133以降の処理を行う。一方、筋電値が閾値thb以上でないと判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していないと判定し、図11Bに示すステップS131以降の処理を行う。
(Step S132d)
The
ここで、図21に示す処理から、ステップS132dの処理を省いてもよい。 Here, the process of step S132d may be omitted from the process shown in FIG.
図22に、本変形例に係るステップS132の詳細な処理の他の例を示す。 FIG. 22 shows another example of the detailed processing of step S132 according to this modification.
(ステップS132a)
判定部105は、膝角度計測部108によって計測された膝関節角度を取得する。
(Step S132a)
The
(ステップS132b)
判定部105は、ステップS132aで取得した膝関節角度が第2の閾値θ2以下であるか否かを判定する。ここで、ステップS132aで取得した膝関節角度が第2の閾値θ2以下であると判定された場合、判定部105はステップS132cの処理に進む。一方、第2の閾値θ2よりも大きいと判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していないと判定し、図11Bに示すステップS131以降の処理を行う。
(Step S132b)
The
(ステップS132c)
判定部105は、ステップS131で取得した前脛骨筋の筋電値が、第1の閾値以上であるか否かを判定する。ここで、筋電値が第1の閾値以上であると判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していると判定し、図11Bに示すステップS133以降の処理を行う。一方、筋電値が第1の閾値以上でないと判定された場合、判定部105は、前脛骨筋が活動していないと判定し、図11Bに示すステップS131以降の処理を行う。
(Step S132c)
The
このように、ステップS132bにおいて、膝関節角度が第2の閾値θ2以下でない場合、判定部105は、筋電値の値とは無関係にステップS131の処理に進む。すなわち、本変形例に係る判定部105は、計測された筋電値が第1の閾値以上である第1の条件と、計測された膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件と、計測された体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定する。
As described above, in step S132b, when the knee joint angle is not equal to or less than the second threshold value θ2, the
また、判定部105は、膝関節角度が大きくなるほど第1の閾値が連続的に大きくなるように、その第1の閾値を設定してもよい。例えば、判定部105は、第1の閾値th1をth1=α×θによって設定してもよい。ここで、αは正の定数であり、θは膝関節角度である。例えば、第1の閾値の初期値が200μV、第2の閾値θ2が90degである場合、αの値は200/90=2.22に決定される。
Further, the
ここで、ユーザは起立しようとするときには、下腿の筋電値および体幹前傾角度が変化する。また、図21に示すフローチャートの処理が行われる場合、第1の閾値が大きいと、つまり、ユーザの膝関節角度が大きいと、ユーザは容易に起立することができない。このような場合には、ユーザは、繰り返し起立を試みる。その結果、下腿の筋電値および体幹前傾角度が周期的に変化する。 Here, when the user tries to stand up, the myoelectric value of the lower leg and the forward tilt angle of the trunk change. Further, when the flowchart shown in FIG. 21 is processed, if the first threshold value is large, that is, if the user's knee joint angle is large, the user cannot easily stand up. In such a case, the user repeatedly attempts to stand up. As a result, the myoelectric value of the lower leg and the forward tilt angle of the trunk change periodically.
そこで、判定部105は、図20のステップS130において、計測された筋電値および体幹前傾角度がそれぞれ周期的に変化している場合に、ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号を出力する。
Therefore, the
図23は、図20のステップS130のより詳細な処理のフローチャートを示す。 FIG. 23 shows a more detailed flow chart of the process of step S130 of FIG.
(ステップS201)
判定部105は、記憶部104から前脛骨筋の筋電値を取得する。
(Step S201)
The
(ステップS202)
判定部105は、さらに、記憶部104から体幹前傾角度を取得する。
(Step S202)
The
(ステップS203)
判定部105は、ステップS201およびS201で取得された筋電値および体幹前傾角度が周期的に変動しているか否かを判定する。
(Step S203)
The
(ステップS204)
ここで、判定部105は、筋電値および体幹前傾角度が周期的に変動していると判定すると(ステップS203YES)、ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号を出力する。例えば、この報知信号を受けたスピーカは、ユーザに膝を曲げるように促す音声を出力する。あるいは、この報知信号を受けたディスプレイは、ユーザに膝を曲げるように促すメッセージを表示する。その結果、ユーザは膝を曲げる。つまり、ユーザの膝関節角度が小さくなる。
(Step S204)
Here, when the
(ステップS132)
次に、判定部105は、図21に示すフローチャートにしたがって、前脛骨筋が活動しているか否かを判定する。ステップS204の報知が行われた場合には、膝関節角度は小さくなり、第2の閾値以下になっている可能性が高い。その結果、ステップS132cにおいて、判定部105は、筋電値が第1の閾値tha(tha<thb)以上であるか否かを判定する。つまり、判定部105は、筋電値を、小さい第1の閾値thaと比較する。一方、膝関節角度が第2の閾値以下でなければ、ステップS132dにおいて、判定部105は、筋電値が第1の閾値thb以上であるか否かを判定する。つまり、判定部105は、筋電値を、大きい第1の閾値thbと比較する。そして、ステップS132cおよび132dにおいて、判定部105によって、筋電値が第1の閾値以上であると判定されると(すなわちステップS132のYES)、図20に示すステップS140の処理が行われる。つまり、起立動作の支援が開始される。一方、ステップS132cおよび132dにおいて、判定部105によって、筋電値が第1の閾値未満であると判定されると(すなわちステップS132のNO)、判定部105は、図23に示すステップS201からの処理を繰り返し実行する。
(Step S132)
Next, the
このように、下腿の筋電値および体幹前傾角度がそれぞれ周期的に変化している場合には、ユーザは、起立を試みているが、膝関節角度が大きいために、起立することができず、その行為を繰り返している状況にある。そこで、このような状況には、上述のように、ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号が出力される。この報知信号によって、膝を曲げることを促す音声または文字がユーザに提示される。その提示によって、ユーザは膝を曲げる。膝が曲がると、第1の閾値は小さくなり、第1の条件が満たされ易くなる。その結果、起立動作の支援開始が可能であると判定されて、ユーザは支援機構107による起立動作の支援を受けることができ、容易に起立することができる。
In this way, when the myoelectric value of the lower leg and the forward tilt angle of the trunk change periodically, the user is trying to stand up, but because the knee joint angle is large, he / she may stand up. I can't do it, and I'm in a situation where I'm repeating that act. Therefore, in such a situation, as described above, a notification signal for urging the user to bend the knee is output. This notification signal presents the user with a voice or character urging the knee to bend. The presentation causes the user to bend his knees. When the knee bends, the first threshold becomes smaller and the first condition is more likely to be satisfied. As a result, it is determined that the support for the standing motion can be started, and the user can receive the support for the standing motion by the
[効果]
このように、本変形例では、膝関節角度が大きいために正しく起立動作の支援が行えない状態では、前脛骨筋の活動を判定する第1の閾値が大きくなるため、活動していると判定されにくくなる。つまり、前脛骨筋の筋電値が同じでも、膝を曲げているときよりも伸ばしているときに、起立動作の支援開始が可能と判断することを少なくすることができる。その結果、図15Aおよび図15Bに示すユーザの転倒および起立動作の失敗を抑えることができる。
[effect]
As described above, in this modified example, when the knee joint angle is large and the standing motion cannot be supported correctly, the first threshold value for determining the activity of the tibialis anterior muscle becomes large, so that it is determined that the patient is active. It becomes difficult to be done. That is, even if the myoelectric value of the tibialis anterior muscle is the same, it is possible to reduce the determination that the support for the standing motion can be started when the knee is extended rather than when it is bent. As a result, it is possible to suppress the failure of the user's fall and standing operation shown in FIGS. 15A and 15B.
言い換えれば、本変形例では、計測された膝関節角度が小さいほど第1の閾値が小さくなるように、その第1の閾値が設定され、膝関節角度に応じて設定された第1の閾値を用いてユーザの起立動作の支援開始が可能か否かが判定される。これにより、膝関節角度が大きい場合には、ユーザの下腿により強い剛性がなければ、ユーザの起立動作の支援が開始されず、膝関節角度が小さい場合には、ユーザの下腿の剛性が弱くても、ユーザの起立動作の支援が開始される。したがって、図15Aに示す例のような危険を抑えることができる。すなわち、ユーザが脚を前に伸ばして膝関節角度を大きくしているときに、ユーザの下腿の剛性が十分に強くないにもかかわらず起立動作の支援が開始されてしまうことによって、ユーザがバランスを崩して転倒してしまうことを抑えることができる。また、図15Bに示す例のような起立動作の失敗を抑えることができる。すなわち、ユーザが脚を前に伸ばして膝関節角度を大きくしているときに、ユーザの下腿の剛性が十分に強くないにもかかわらず起立動作の支援が開始されてしまうことによって、ユーザが起立できずに着座した状態で膝を伸ばしてしまうことを抑えることができる。 In other words, in this modification, the first threshold value is set so that the smaller the measured knee joint angle, the smaller the first threshold value, and the first threshold value set according to the knee joint angle is set. It is used to determine whether or not it is possible to start supporting the user's standing motion. As a result, when the knee joint angle is large, the support for the user's standing motion is not started unless the user's lower leg has stronger rigidity, and when the knee joint angle is small, the rigidity of the user's lower leg is weak. Also, support for the user's standing motion is started. Therefore, the danger as in the example shown in FIG. 15A can be suppressed. That is, when the user extends the leg forward to increase the knee joint angle, the support for the standing motion is started even though the rigidity of the user's lower leg is not sufficiently strong, so that the user balances. It is possible to prevent the knee from collapsing and falling. In addition, it is possible to suppress the failure of the standing operation as in the example shown in FIG. 15B. That is, when the user extends the leg forward to increase the knee joint angle, the support for the standing motion is started even though the rigidity of the user's lower leg is not sufficiently strong, so that the user stands up. It is possible to prevent the knees from being stretched while sitting without being able to do so.
または、本変形例では、計測された膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件と、上述の第1の条件および第3の条件とが共に満たされている場合に、ユーザの起立動作の支援開始が可能であると判定される。これにより、膝関節角度が大きい場合には、ユーザの起立動作の支援が開始されず、膝関節角度が小さい場合に、ユーザの起立動作の支援が開始される。したがって、図15Aに示す例のような危険を抑えることができ、図15Bに示す例のような起立動作の失敗を抑えることができる。 Alternatively, in this modified example, when the second condition that the measured knee joint angle is equal to or less than the second threshold value and the above-mentioned first condition and the third condition are both satisfied, the user It is determined that it is possible to start supporting the standing motion. As a result, when the knee joint angle is large, the support for the user's standing motion is not started, and when the knee joint angle is small, the support for the user's standing motion is started. Therefore, the danger as in the example shown in FIG. 15A can be suppressed, and the failure of the standing operation as in the example shown in FIG. 15B can be suppressed.
(変形例2)
本変形例では、上記実施の形態1および変形例1と異なり、起立動作支援時の体幹大腿角度と膝関節角度とに基づいて、前脛骨筋が活動しているか否かの判定に用いる筋電値の第1の閾値th1を変更する。なお、体幹大腿角度は、大腿と体幹との間の角度である。
(Modification 2)
In this modified example, unlike the first embodiment and the first modified example, the muscle used to determine whether or not the tibialis anterior muscle is active based on the trunk thigh angle and the knee joint angle during standing motion support. The first threshold value th1 of the electric value is changed. The trunk thigh angle is the angle between the thigh and the trunk.
[装置構成]
図24に、本変形例に係る起立動作支援装置の機能ブロック図の一例を示す。本変形例に係る起立動作支援装置100Bは、図13に示す起立動作支援装置100Aの各構成要素を備えるとともに、さらに、大腿角度を計測する大腿角度計測部110を備える。
[Device configuration]
FIG. 24 shows an example of a functional block diagram of the standing motion support device according to this modified example. The standing
[大腿角度計測部110]
大腿角度計測部110は、体幹角度計測部102と同様に例えば9軸センサなどからなり、ユーザの大腿角度を計測する。例えば、大腿角度計測部110は、2つの9軸センサを有し、一方の9軸センサがユーザの右脚の大腿に配置され、他方の9軸センサがユーザの左脚の大腿に配置される。そして、大腿角度計測部110は、それらの9軸センサによって得られる、y軸を回転中心とする回転角度の平均値、最小値または最大値を、ユーザの大腿角度として計測する。大腿角度は、例えば、鉛直方向とユーザの大腿との間の角度であって、ユーザが起立している状態では約180degであり、ユーザが着座している状態では約90degである。
[Thigh angle measuring unit 110]
Like the trunk
なお、大腿角度計測部110によって計測される大腿角度は、9軸センサから直接得られる計測値を用いて算出される角度であってもよく、その計測値に応じた値を用いて算出される角度であってもよい。その計測値に応じた値は、直接得られる計測値に対して増幅、整流またはフィルタ処理などの処理を行うことによって得られる値である。
The thigh angle measured by the thigh
[計測処理部109]
本変形例に係る計測処理部109は、上記実施の形態1と同様の処理を行うとともに、ユーザの体幹と大腿との間の角度である体幹大腿角度を算出する。つまり、計測処理部109は、大腿角度計測部110によって計測されるユーザの大腿角度から、体幹角度計測部102によって計測されるユーザの体幹前傾角度を減算することによって、上述の体幹大腿角度を算出する。これにより、体幹大腿角度が計測される。そして、計測処理部109は、その計測された体幹大腿角度を判定部105に通知する。
[Measurement processing unit 109]
The
つまり、本変形例に係る起立動作支援装置100Bは、ユーザの体幹と大腿との間の角度である体幹大腿角度を計測する第4のセンサを備える。なお、この第4のセンサは、体幹角度計測部102、大腿角度計測部110、および計測処理部109の一部の機能から構成される。
That is, the standing
[判定部105]
本変形例に係る判定部105は、上記実施の形態1と同様の処理を行うとともに、起立動作時に計測された膝関節角度および体幹大腿角度のそれぞれの変化に基づいて、第1の閾値th1を変更する。具体的には、判定部105は、起立動作時に計測された体幹大腿角度の変化率が膝関節角度の変化率よりも大きい場合に、第1の閾値th1をより大きい値に変更する。
[Determination unit 105]
The
つまり、判定部105は、支援機構107による起立動作の支援が行われているときには、膝角度計測部108によって計測されるユーザの膝関節角度の変化率を算出するとともに、計測処理部109から通知される体幹大腿角度の変化率を算出する。そして、判定部105は、起立動作の支援が行われているとき、すなわちユーザが起立動作をしているときの、膝関節角度の最大の変化率と、体幹大腿角度の最大の変化率とを比較する。その結果、判定部105は、体幹大腿角度の最大の変化率が膝関節角度の最大の変化率よりも大きい場合に、第1の閾値th1をより大きい値に変更する。変更された第1の閾値th1は、ユーザの次の起立動作の支援開始の判定に用いられる。
That is, when the
図25に、起立動作の支援が行われているときにユーザがバランスを崩してしまう例を示す。 FIG. 25 shows an example in which the user loses balance while the standing motion is supported.
例えば、起立動作の支援開始のタイミングが早過ぎる場合は、図25に示すように、ユーザは、そのタイミングではまだ下腿に強い剛性を持たせていないため、支援開始直後にバランスを崩してしまう。このとき、体幹大腿角度φは、膝関節角度θよりも大きく変動する傾向がある。 For example, when the support start timing of the standing motion is too early, as shown in FIG. 25, the user does not yet have strong rigidity in the lower leg at that timing, so that the balance is lost immediately after the support start. At this time, the trunk thigh angle φ tends to fluctuate more than the knee joint angle θ.
図26に、起立動作の支援が行われているときの膝関節角度θおよび体幹大腿角度φの変化の一例を示す。 FIG. 26 shows an example of changes in the knee joint angle θ and the trunk thigh angle φ when the standing motion is supported.
図26に示されるように、起立動作の支援開始のタイミングが適切な場合には、ユーザは安定して起立動作を行うことができる。この場合、体幹大腿角度φと膝関節角度θは共に緩やかに増加する。しかし、起立動作の支援開始のタイミングが早過ぎる場合には、ユーザは不安定な起立動作を行い、バランスを崩してしまう。この際、ユーザの体幹大腿角度φは安定した通常の起立動作時に比べて大きく変動する。つまり、体幹大腿角度φは、膝関節角度θよりも急に増加する。 As shown in FIG. 26, when the timing of the support start of the standing operation is appropriate, the user can stably perform the standing operation. In this case, both the trunk thigh angle φ and the knee joint angle θ gradually increase. However, if the timing of starting the support for the standing motion is too early, the user performs an unstable standing motion and loses the balance. At this time, the trunk thigh angle φ of the user fluctuates greatly as compared with the stable normal standing operation. That is, the trunk thigh angle φ increases more rapidly than the knee joint angle θ.
しかし、本変形例に係る起立動作支援装置100Bでは、体幹大腿角度φの変化率が膝関節角度θの変化率よりも大きい場合には、第1の閾値th1がより大きな値に変更される。したがって、次に起立動作の支援が開始されるときには、その支援開始のタイミングを遅らせることができ、適切なタイミングで起立動作の支援を開始することができる。
However, in the standing
[起立動作支援装置100Bの処理]
図27に、本変形例に係る起立動作支援装置100Bの処理のフローチャートを示す。
[Processing of standing
FIG. 27 shows a flowchart of processing of the standing
起立動作支援装置100Bの処理は、図11Aに示す起立動作支援装置100の処理と同様に、ステップS110〜S150の処理を含むとともに、さらに、ステップS170およびS180の処理を含む。
The process of the standing
(ステップS170)
起立動作支援装置100Bは、大腿角度計測部110、体幹角度計測部102および膝角度計測部108によって、起立動作の支援が行われているときの大腿角度、体幹前傾角度および膝関節角度を計測する。なお、これらの角度は、例えば上述の第2の時間間隔が経過するごとに計測される。また、このときには、計測処理部109は、同一のタイミングで計測された大腿角度および体幹前傾角度の組ごとに、その組に対応する体幹大腿角度を算出する。これにより、例えば上述の第2の時間間隔の経過ごとに、体幹大腿角度および膝関節角度が計測される。
(Step S170)
The standing
(ステップS180)
判定部105は、ステップS170で計測された起立動作時の体幹大腿角度および膝関節角度のそれぞれの変化率に基づいて、前脛骨筋が活動しているか否かの判定に用いる第1の閾値th1の変更処理を行う。
(Step S180)
The
[判定部105の処理の詳細]
図28に、図27のステップS180のより詳細な処理のフローチャートを示す。
[Details of processing of determination unit 105]
FIG. 28 shows a more detailed flow chart of the process of step S180 of FIG. 27.
(ステップS181)
判定部105は、起立動作の支援が行われているときの体幹大腿角度を計測処理部109から取得し、起立動作の支援が行われているときの膝関節角度を膝角度計測部108から取得する。なお、起立動作の支援が行われているときは、例えば、起立動作の支援が開始されてから予め定められた時間が経過するまでの期間である。つまり、判定部105は、この期間中、上述の第2の時間間隔の経過ごとに、その経過時の体幹大腿角度および膝関節角度を取得する。
(Step S181)
The
(ステップS182)
判定部105は、起立動作の支援が行われているときの体幹大腿角度の方が膝関節角度に比べて変動が大きいか否かを判定する。体幹大腿角度の変動が大きいと判定した場合は、判定部105は、ステップS183に進み、体幹大腿角度の変動が大きくないと判定した場合は、判定部105は、第1の閾値の変更処理を終了する。
(Step S182)
The
具体的には、判定部105は、起立動作の支援が行われているときの体幹大腿角度の最大の変化率が、そのときの膝関節角度の最大の変化率よりも大きいか否かを判定する。または、判定部105は、所定時間幅における膝関節角度の変化に対して体幹大腿角度が所定値以上大きく変化している場合に、体幹大腿角度の変動が大きいと判定してもよい。
Specifically, the
また、判定部105は、ステップS182の判定では、ユーザの体幹大腿角度のみからその判定を行ってもよい。具体的には、判定部105は、予め決めておいた閾値より、所定時間幅における体幹大腿角度の変化が大きい場合に、体幹大腿角度の変動が大きいと判定する。また、ユーザが起立動作時にバランスを崩した場合は、ユーザの体が前後に揺れる。したがって、判定部105は、体幹前傾角度の変化が単調増加ではなく、極値を持つ場合に、体幹大腿角度の変動が大きいと判定してもよい。
Further, in the determination in step S182, the
このように、起立動作の支援を行ったときのユーザの体幹大腿角度および膝関節角度の変化をみることで、ユーザへ正しく起立動作の支援ができたかどうかを判断できる。 In this way, by observing the changes in the trunk thigh angle and the knee joint angle of the user when the standing motion is supported, it can be determined whether or not the standing motion is correctly supported by the user.
(ステップS183)
体幹大腿角度の変動が大きいと判定した場合、すなわち、ユーザへ正しい起立動作の支援ができていないと判定した場合、判定部105は、筋電値の第1の閾値th1を所定値だけ大きくする。
(Step S183)
When it is determined that the fluctuation of the trunk thigh angle is large, that is, when it is determined that the user is not able to support the correct standing motion, the
[効果]
このように、本変形例では、起立動作の支援時の体幹大腿角度の変動が大きい場合に、次回の起立動作の支援開始の判定に用いる第1の閾値th1が大きく変更される。したがって、次回の起立動作では、より大きな剛性が下腿に生じなければその起立動作の支援が開始されない。したがって、より適切なタイミングで起立動作の支援を開始することができ、起立動作の支援時にユーザがバランスを崩してしまうという危険を減らすことができる。
[effect]
As described above, in this modification, when the fluctuation of the trunk thigh angle at the time of supporting the standing motion is large, the first threshold value th1 used for determining the support start of the next standing motion is significantly changed. Therefore, in the next standing motion, the support for the standing motion is not started unless a larger rigidity is generated in the lower leg. Therefore, it is possible to start the support for the standing motion at a more appropriate timing, and it is possible to reduce the risk that the user loses the balance when the standing motion is supported.
すなわち、起立動作時に計測された体幹大腿角度の変化率が膝関節角度の変化率よりも大きい場合には、ユーザは起立動作時に不安定な状態になっていると想定される。そこで、本変形例では、起立動作時に計測された体幹大腿角度の変化率が膝関節角度の変化率よりも大きい場合に、第1の閾値がより大きい値に変更される。これにより、次にユーザが起立動作を行うときには、その変更された第1の閾値を用いて判定されたタイミングで起立動作の支援が開始される。したがって、起立動作の支援が開始されるタイミングを遅らせることができ、その結果、ユーザをより安定した状態で起立させることができる。 That is, when the rate of change of the trunk thigh angle measured during the standing motion is larger than the rate of change of the knee joint angle, it is assumed that the user is in an unstable state during the standing motion. Therefore, in this modified example, when the rate of change of the trunk thigh angle measured during the standing motion is larger than the rate of change of the knee joint angle, the first threshold value is changed to a larger value. As a result, the next time the user performs the standing operation, the support for the standing operation is started at the timing determined by using the changed first threshold value. Therefore, the timing at which the support for the standing motion is started can be delayed, and as a result, the user can stand up in a more stable state.
(その他の実施の形態)
以上、一つまたは複数の態様に係る起立動作支援装置について、各実施の形態および各変形例に基づいて説明したが、本開示は、これらの実施の形態および各変形例に限定されるものではない。本開示の趣旨を逸脱しない限り、当業者が思いつく各種変形を上記各実施の形態または各変形例に施したものや、各実施の形態および各変形例における構成要素を組み合わせて構築される形態も、本開示の範囲内に含まれてもよい。
(Other embodiments)
The standing motion support device according to one or more embodiments has been described above based on each embodiment and each modification, but the present disclosure is not limited to these embodiments and each modification. Absent. As long as it does not deviate from the gist of the present disclosure, various modifications that can be conceived by those skilled in the art are applied to each of the above embodiments or examples, and a form constructed by combining the components of each embodiment and each modification is also available. , May be included within the scope of this disclosure.
例えば、上記各実施の形態および各変形例では、図11A、図20および図27に示すように、起立動作の支援開始が可能と判定された後に、起立動作の支援開始の要求があるか否かを判定するが、それらの判定の順序は逆であってもよい。 For example, in each of the above-described embodiments and modifications, as shown in FIGS. 11A, 20 and 27, whether or not there is a request to start the support for the standing motion after it is determined that the support for the standing motion can be started. However, the order of these determinations may be reversed.
また、上記各実施の形態および各変形例では、第1の閾値、第2の閾値および第3の閾値の具体的な数値を示しているが、これらの数値は一例であって、上記各閾値はこれらの数値に限定されることなく、任意の数値であってもよい。 Further, in each of the above-described embodiments and modifications, specific numerical values of the first threshold value, the second threshold value, and the third threshold value are shown, but these numerical values are examples, and the respective threshold values are described above. Is not limited to these numerical values, and may be any numerical value.
また、上記各実施の形態および各変形例では、前脛骨筋の筋電値を計測したが、前脛骨筋の代わりに内側広筋などの他の筋肉の筋電値を計測してもよい。また、両脚の筋電値を計測することなく、右脚または左脚の筋電値のみを計測してもよい。同様に、両脚の大腿角度を計測することなく、右脚または左脚の大腿角度のみを計測してもよい。例えば、ユーザの利き脚の筋電値または大腿角度を計測してもよい。 Further, in each of the above-described embodiments and modifications, the myoelectric value of the tibialis anterior muscle is measured, but the myoelectric value of another muscle such as the vastus medialis muscle may be measured instead of the tibialis anterior muscle. Moreover, you may measure only the myoelectric value of the right leg or the left leg without measuring the myoelectric value of both legs. Similarly, only the thigh angle of the right leg or the left leg may be measured without measuring the thigh angle of both legs. For example, the myoelectric value or thigh angle of the user's dominant leg may be measured.
また、変形例2では、体幹大腿角度の変動が大きいか否かを判定するために、起立動作時における体幹大腿角度の最大の変化率が、起立動作時における膝関節角度の最大の変化率よりも大きいか否かを判定した。しかし、このような判定方法に限らず、他の判定方法によって、体幹大腿角度の変動が大きいか否かを判定してもよい。例えば、起立動作が行われている期間の一部における、体幹大腿角度の変化率の平均が、その期間の一部における膝関節角度の変化率の平均よりも大きいか否かを判定してもよい。その期間の一部は、起立動作が行われている期間の最初と最後を除く途中の期間であってもよい。 Further, in the second modification, in order to determine whether or not the fluctuation of the trunk thigh angle is large, the maximum rate of change of the trunk thigh angle during the standing motion is the maximum change of the knee joint angle during the standing motion. It was judged whether or not it was larger than the rate. However, the determination method is not limited to such a determination method, and it may be determined whether or not the fluctuation of the trunk-thigh angle is large by another determination method. For example, it is determined whether or not the average rate of change of the trunk thigh angle during a part of the period during which the standing motion is performed is larger than the average rate of change of the knee joint angle during a part of the period. May be good. A part of the period may be an intermediate period excluding the beginning and the end of the period in which the standing motion is performed.
なお、上記各実施の形態および各変形例において、各構成要素は、専用のハードウェアで構成されるか、各構成要素に適したソフトウェアプログラムを実行することによって実現されてもよい。各構成要素は、CPUまたはプロセッサなどのプログラム実行部が、ハードディスクまたは半導体メモリなどの記録媒体に記録されたソフトウェアプログラムを読み出して実行することによって実現されてもよい。ここで、上記各実施の形態または各変形例の起立動作支援装置を実現するソフトウェアプログラムは、図1B、図11A、図11B、図12B、図20〜図23、図27および図28に示すフローチャートに含まれる各ステップをコンピュータに実行させるプログラムである。 In each of the above-described embodiments and modifications, each component may be configured by dedicated hardware or may be realized by executing a software program suitable for each component. Each component may be realized by a program execution unit such as a CPU or a processor reading and executing a software program recorded on a recording medium such as a hard disk or a semiconductor memory. Here, the software program that realizes the standing operation support device of each of the above-described embodiments or modifications is the flowcharts shown in FIGS. 1B, 11A, 11B, 12B, 20 to 23, 27, and 28. It is a program that causes a computer to execute each step included in.
また、本開示において、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部、又は図1A、図2、図12A、図13、および図24に示されるブロック図の機能ブロックの全部又は一部は、半導体装置、半導体集積回路(IC)、又はLSI(large scale integration)を含む一つ又は複数の電子回路によって実行されてもよい。LSI又はICは、一つのチップに集積されてもよいし、複数のチップを組み合わせて構成されてもよい。例えば、記憶素子以外の機能ブロックは、一つのチップに集積されてもよい。ここでは、LSIやICと呼んでいるが、集積の度合いによって呼び方が変わり、システムLSI、VLSI(very large scale integration)、若しくはULSI(ultra large scale integration)と呼ばれるものであってもよい。LSIの製造後にプログラムされる、Field Programmable Gate Array(FPGA)、又はLSI内部の接合関係の再構成又はLSI内部の回路区画のセットアップができるreconfigurable logic deviceも同じ目的で使うことができる。 Further, in the present disclosure, all or a part of a unit, an apparatus, a member or a part, or all or a part of the functional blocks of the block diagram shown in FIGS. 1A, 2, 12A, 13 and 24. It may be executed by one or more electronic circuits including semiconductor devices, semiconductor integrated circuits (ICs), or LSIs (large scale integration). The LSI or IC may be integrated on one chip, or may be configured by combining a plurality of chips. For example, functional blocks other than the storage element may be integrated on one chip. Here, it is called an LSI or an IC, but the name changes depending on the degree of integration, and it may be called a system LSI, a VLSI (very large scale integration), or a ULSI (ultra large scale integration). A Field Programmable Gate Array (FPGA), which is programmed after the LSI is manufactured, or a reconfigurable logistic device that can reconfigure the junction relationship inside the LSI or set up the circuit partition inside the LSI can also be used for the same purpose.
さらに、ユニット、装置、部材又は部の全部又は一部の機能又は操作は、ソフトウエア処理によって実行することが可能である。この場合、ソフトウエアは一つ又は複数のROM、光学ディスク、ハードディスクドライブなどの非一時的記録媒体に記録され、ソフトウエアが処理装置(processor)によって実行されたときに、そのソフトウエアで特定された機能が処理装置(processor)および周辺装置によって実行される。システム又は装置は、ソフトウエアが記録されている一つ又は複数の非一時的記録媒体、処理装置(processor)、及び必要とされるハードウエアデバイス、例えばインターフェース、を備えていても良い。 Further, all or part of the function or operation of a unit, device, member or part can be performed by software processing. In this case, the software is recorded on one or more ROMs, optical disks, non-temporary recording media such as hard disk drives, and is identified by the software when it is executed by a processor. Functions are performed by the processor and peripherals. The system or device may include one or more non-temporary recording media on which the software is recorded, a processor, and the required hardware device, such as an interface.
本開示に係る起立動作支援装置は、起立動作の支援を行う例えばアシストスーツまたはロボットなどに適用可能である。 The standing motion support device according to the present disclosure can be applied to, for example, an assist suit or a robot that supports the standing motion.
10,100,100A,100B 起立動作支援装置
11 第1のセンサ
12 第2のセンサ
15 プロセッサ
17,107 支援機構
101 筋電計測部
102 体幹角度計測部
103 タイマー
104 記憶部
105 判定部
106 支援要求部
108 膝角度計測部
109 計測処理部
110 大腿角度計測部
10, 100, 100A, 100B Standing
Claims (8)
前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、
前記ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサと、
少なくとも、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件、および計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力するプロセッサと、
前記プロセッサから前記指示信号が出力された場合に、前記ユーザの起立動作の支援を開始する支援機構と、を備え、
前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である、
起立動作支援装置。 The first sensor that measures the myoelectric value of the user's lower leg,
A second sensor that measures the knee joint angle of the user,
A third sensor that measures the forward tilt angle of the user's trunk,
At least, the first condition in which the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value, the second condition in which the measured knee joint angle is equal to or lower than the second threshold value, and the measured front of the trunk. When it is determined whether or not it is possible to start the support of the standing motion, which is the motion of standing up from the sitting state of the user , based on the third condition that the tilt angle is equal to or higher than the third threshold value, and it is determined that it is possible. With a processor that outputs an instruction signal,
A support mechanism for starting support for the user's standing operation when the instruction signal is output from the processor is provided.
The trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
Standing motion support device.
前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、
前記ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサと、
計測された前記膝関節角度が小さいほど第1の閾値が小さくなるように、前記第1の閾値を設定し、計測された前記筋電値が前記第1の閾値以上である第1の条件と、計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件とに基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、指示信号を出力するプロセッサと、
前記プロセッサから前記指示信号が出力された場合に、前記ユーザの起立動作の支援を開始する支援機構と、を備え、
前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である、
起立動作支援装置。 The first sensor that measures the myoelectric value of the user's lower leg,
A second sensor that measures the knee joint angle of the user,
A third sensor that measures the forward tilt angle of the user's trunk,
The first threshold value is set so that the smaller the measured knee joint angle, the smaller the first threshold value, and the first condition that the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value. Based on the third condition that the measured forward tilt angle of the trunk is equal to or greater than the third threshold value, whether or not it is possible to start supporting the standing motion, which is the motion in which the user stands up from the sitting state. And a processor that outputs an instruction signal when it is determined that it is possible
A support mechanism for starting support for the user's standing operation when the instruction signal is output from the processor is provided.
The trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
Standing motion support device.
計測された前記筋電値および体幹前傾角度がそれぞれ周期的に変化している場合に、前記ユーザに膝を曲げることを促すための報知信号を出力する
請求項2に記載の起立動作支援装置。 The processor further
The standing motion support according to claim 2 , which outputs a notification signal for prompting the user to bend the knee when the measured myoelectric value and the trunk forward tilt angle are changed periodically. apparatus.
前記ユーザの体幹と大腿との間の角度である体幹大腿角度を計測する第4のセンサを備え、
前記プロセッサは、
前記起立動作時に計測された前記膝関節角度および体幹大腿角度のそれぞれの変化に基づいて、前記第1の閾値を変更する
請求項1〜3の何れか1項に記載の起立動作支援装置。 The standing motion support device further
A fourth sensor for measuring the trunk-thigh angle, which is the angle between the user's trunk and thigh, is provided.
The processor
The standing motion support device according to any one of claims 1 to 3 , which changes the first threshold value based on the respective changes in the knee joint angle and the trunk thigh angle measured during the standing motion.
前記起立動作時に計測された前記体幹大腿角度の変化率が前記膝関節角度の変化率よりも大きい場合に、前記第1の閾値をより大きい値に変更する
請求項4に記載の起立動作支援装置。 The processor
The standing motion support according to claim 4 , wherein when the rate of change of the trunk thigh angle measured during the standing motion is larger than the rate of change of the knee joint angle, the first threshold value is changed to a larger value. apparatus.
前記ユーザの膝関節角度を計測する第2のセンサと、
前記ユーザの体幹前傾角度を計測する第3のセンサと、
少なくとも、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件、および計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、前記起立動作を支援する支援機構に対して指示信号を出力するプロセッサとを備え、
前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度である、
起立動作支援装置。 The first sensor that measures the myoelectric value of the user's lower leg,
A second sensor that measures the knee joint angle of the user,
A third sensor that measures the forward tilt angle of the user's trunk,
At least, the first condition in which the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value, the second condition in which the measured knee joint angle is equal to or lower than the second threshold value, and the measured front of the trunk. When it is determined whether or not it is possible to start the support of the standing motion, which is the motion of standing up from the sitting state of the user , based on the third condition that the tilt angle is equal to or higher than the third threshold value, and it is determined that it is possible. Also equipped with a processor that outputs an instruction signal to the support mechanism that supports the standing operation .
The trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
Standing motion support device.
第2のセンサが前記ユーザの膝関節角度を計測し、
第3のセンサが前記ユーザの体幹前傾角度を計測し、
前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度であり、
プロセッサが、計測された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件、および計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、
可能と判定された場合に、支援機構が前記ユーザの起立動作の支援を開始する
起立動作支援方法。 The first sensor measures the myoelectric value of the user's lower leg and
The second sensor measures the knee joint angle of the user and
A third sensor measures the forward tilt angle of the user's trunk and
The trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
The processor has a first condition in which the measured myoelectric value is equal to or higher than the first threshold value, a second condition in which the measured knee joint angle is equal to or lower than the second threshold value, and the measured trunk. Based on the third condition in which the forward tilt angle is equal to or greater than the third threshold value, it is determined whether or not it is possible to start supporting the standing motion, which is the motion in which the user stands from the sitting state.
A standing motion support method in which the support mechanism starts supporting the standing motion of the user when it is determined that it is possible.
前記ユーザの膝関節角度を取得し、
前記ユーザの体幹前傾角度を取得し、
前記体幹前傾角度は、鉛直方向と前記ユーザの体幹との間の角度であって、前記体幹が前記ユーザの前方に倒れるほど大きくなる角度であり、
少なくとも、取得された前記筋電値が第1の閾値以上である第1の条件、計測された前記膝関節角度が第2の閾値以下である第2の条件、および計測された前記体幹前傾角度が第3の閾値以上である第3の条件に基づいて、前記ユーザが座っている状態から起立する動作である起立動作の支援開始が可能か否かを判定し、可能と判定した場合に、前記起立動作を支援する支援機構に対して指示信号を出力する
ことをコンピュータに実行させるためのプログラム。 Get the myoelectric value of the user's lower leg,
Obtain the knee joint angle of the user and
Acquire the trunk forward tilt angle of the user,
The trunk forward tilt angle is an angle between the vertical direction and the user's trunk, and is an angle that increases as the trunk falls forward of the user.
At least, the first condition that the acquired myoelectric value is equal to or more than the first threshold value, the second condition that the measured knee joint angle is equal to or less than the second threshold value, and the measured front of the trunk. When it is determined whether or not the support start of the standing motion, which is the motion of standing up from the sitting state of the user, is possible based on the third condition that the tilt angle is equal to or higher than the third threshold value, and it is determined that the support is possible. A program for causing a computer to output an instruction signal to a support mechanism that supports the standing motion.
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