CN109259987A - 辅助装置和辅助方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及辅助装置和辅助方法。辅助装置(100)具有:连接装戴于使用者的上半身的上半身带(111)和装戴于上述使用者的左膝部的第1膝部带(112a)及装戴于上述使用者的右膝部的第2膝部带(112b)的线材(110)、以及马达(114)。在辅助上述使用者的左向的旋转的移动时,上述马达(114)在上述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使第2线材(110a2)、第3线材(110a3)和第4线材(110a4)分别产生第1阈值以上的张力;在上述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使第5线材(110a5)、第6线材(110a6)和第8线材(110a8)分别产生上述第1阈值以上的张力。

Description

辅助装置和辅助方法
技术领域
本公开涉及对装戴者的步行进行支援的辅助装置和辅助方法。
背景技术
专利文献1公开了一种考虑经过地点来决定从当前地到目的地为止的路径并引导该路径的步行者引导装置。另外,专利文献2公开了一种具有带工作部件的执行器的软性外骨骼套装(soft exosuit)。通过执行器的动作,产生绕装戴软性外骨骼套装的使用者的关节的力矩,从而辅助使用者的动作。
在先技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2009-229205号公报
专利文献2:日本特表2016-528940号公报
发明内容
专利文献1所公开的现有技术通过显示于显示部的显示画面等来引导使用者。因此,使用者一边步行一边观察显示画面,所以,存在集中精神观察显示画面而导致对外部环境的注意不集中的可能性。另外,专利文献2所公开的现有技术通过采用执行器使工作部件动作来辅助使用者的动作,但不进行使用者步行的方向等的引导。
于是,本公开提供一种辅助装置和辅助方法,以使得向目的的方向行进的方式对使用者的动作赋予辅助力。
本公开的非限定性的例示的一个方案的辅助装置具有:装戴于使用者的上半身的上半身带;装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带;装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带;第1线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第2线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;第3线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第4线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;第5线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第6线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;第7线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第8线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;以及马达;所述第1线材和所述第4线材从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;所述第2线材和所述第3线材从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第5线材和所述第8线材从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第6线材和所述第7线材从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达,在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
本公开的非限定性的例示的一个方案的辅助方法是采用安装于使用者的多个线材来辅助所述使用者的移动的辅助方法,其中,所述多个线材包括:连接装戴于所述使用者的上半身的上半身带和装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带的第1~第4线材、以及连接所述上半身带和装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带的第5~第8线材;所述第1线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;所述第2线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第3线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第4线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且朝向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第5线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第6线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第7线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;所述第8线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力;所述第1~第8线材的张力由控制电路所控制的至少1个马达来调节。
此外,上述总括性的或者具体的方式可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读取的记录盘等记录介质来实现,也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。计算机可读取的记录介质包括例如CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory,光盘只读存储器)等非易失性记录介质。本公开的一方案的附加好处及有利的点将从本说明书和附图而明了。该好处和/或有利的点可由在本说明书和附图公开的各种方式和特征来分别提供得到,无需为了得到1个以上而需要全都。
根据本公开的辅助装置等,能以使得使用者向目的的方向行进的方式而对使用者的动作赋予辅助力。
附图说明
图1是从斜前方观察实施方式的辅助装置已装戴于使用者的例子的立体图。
图2是图1的辅助装置和使用者的主视图。
图3是图1的辅助装置和使用者的后视图。
图4是放大了图1的辅助装置的立体图。
图5是表示实施方式的辅助装置的功能性构成的框图。
图6是示意性地表示图4的辅助装置的各构成要素的配置的图。
图7是表示图6的辅助装置中的线材的配置的一变形例的图。
图8是表示图6的辅助装置中的线材的配置的一变形例的图。
图9是表示图6的辅助装置中的线材的配置的一变形例的图。
图10是表示图6的辅助装置中的线材的配置的一变形例的图。
图11A是表示已装戴了辅助装置的使用者通过辅助装置而接受引导的行进方向的例子的图。
图11B是表示从使用者的出发地到目的地为止的路径的例子的图。
图12是表示实施方式的辅助装置引导使用者的步行方向的处理的流程的一个例子的流程图。
图13A是表示辅助装置辅助的使用者的右腿的动作例的图。
图13B是表示辅助装置辅助的使用者的右腿的动作例的图。
图13C是表示辅助装置辅助的使用者的右腿的动作例的图。
图14A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的弯曲的情形的图。
图14B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的弯曲的情形的图。
图15A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的伸展的情形的图。
图15B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的伸展的情形的图。
图16A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的外展的情形的图。
图16B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的外展的情形的图。
图17A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的内收的情形的图。
图17B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的内收的情形的图。
图18A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的外旋的情形的图。
图18B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的外旋的情形的图。
图19A是表示辅助装置辅助使用者的左腿的髋关节的内旋的情形的图。
图19B是表示辅助装置辅助使用者的右腿的髋关节的内旋的情形的图。
图20A是表示辅助装置引导步行方向以使得使用者在交叉点拐直角的例子的图。
图20B是表示图20A中辅助装置进行的步行方向的引导的顺序的图。
图21是表示采用了辅助装置时的多个使用者的步数与距离的关系的例子的图。
图22A是表示辅助装置引导步行方向以使得使用者在拐角处多次拐弯由此方向转换成直角的例子的图。
图22B是表示图22A中辅助装置进行的步行方向的引导的顺序的图。
图23A是表示辅助装置沿着包括彼此间的距离短的2个拐角的路径来引导使用者的步行方向的例子的图。
图23B是表示图23A中辅助装置进行的步行方向的引导的顺序的图。
图24A是表示辅助装置在图23A的情形中进行路径的再设定时的例子的图。
图24B是表示图24A中辅助装置进行的步行方向的引导的顺序的图。
图25是关于第一模式的动作,示出使使用者向左向进行方向转换的例子的图。
图26是关于第一模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图27是关于第一模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的另一例的图。
图28A是表示腿悬空期的右腿接受到外展的辅助力的使用者的动作的例子的图。
图28B是表示腿悬空期的右腿接收到内收的辅助力的使用者的动作的例子的图。
图29A是表示腿站立期的左腿接收到外展的辅助力的使用者的动作的例子的图。
图29B是表示腿站立期的左腿接收到内收的辅助力的使用者的动作的例子的图。
图30是关于第二模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图31是关于第三模式的动作,示出使使用者向左向进行方向转换的例子的图。
图32是关于第三模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图33是关于第四模式的动作,示出使使用者向左向进行方向转换的例子的图。
图34是关于第四模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图35是关于第五模式的动作,示出使使用者向左向进行方向转换的例子的图。
图36是关于第五模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图37是关于第六模式的动作,示出使使用者向左向进行方向转换的例子的图。
图38是关于第六模式的动作,示出使使用者向右向进行方向转换的例子的图。
图39A是表示辅助装置对使用者的单腿赋予辅助力而将使用者向左向引导的例子的图。
图39B是表示辅助装置对使用者的单腿赋予辅助力而将使用者向左向引导的另一例的图。
图40A是表示辅助装置对使用者的单腿赋予辅助力而将使用者向右向引导的例子的图。
图40B是表示辅助装置对使用者的单腿赋予辅助力而将使用者向右向引导的另一例的图。
图41是从上方观察采用辅助装置而接受到步行方向的引导的使用者A的步行轨迹的图。
图42是从上方观察采用辅助装置而接受到步行方向的引导的使用者B的步行轨迹的图。
图43是表示图41的各步行轨迹上的各点处的步行轨迹的曲率与各点处辅助装置赋予了线材的张力的关系的图。
图44是表示图42的各步行轨迹上的各点处的步行轨迹的曲率与各点处辅助装置赋予了线材的张力的关系的图。
图45A是表示在辅助装置引导使用者进行向左向的方向转换时未用于辅助的左腿的线材的例子的图。
图45B是表示在辅助装置引导使用者进行向左向的方向转换时未用于辅助的右腿的线材的例子的图。
图46是表示实施方式的辅助装置的变形例的功能性构成的框图。
【标号说明】
100 辅助装置
110、110a1~110a8 线材
111 上半身带
112a、112b 膝部带
114、114a1~114a8 马达
120 控制部
121 步行方向决定部
122 驱动控制部
123 步行时机检测部
130 目的地取得部
140 当前地取得部
150 存储部
151 模式存储部
160 位置信息检测部
200 电源
500 终端装置
具体实施方式
[成为本公开的基础的见解]
本公开的发明者们、即本发明者们对“背景技术”所举出的专利文献1和2所记载的技术进行研究,研究了支援即辅助使用者的步行的技术。专利文献1公开了一种决定从当前地到目的地为止的最佳的步行路径并经由显示画面向使用者提示该步行路径的技术。专利文献2公开了一种通过经由工作部件而将执行器的动力赋予使用者来辅助使用者的动作的技术。于是,本发明者们对如下辅助装置等进行了研究,即,该辅助装置等例如将用于使使用者向目的的方向行进的辅助力赋予使用者以能够使使用者沿着路径步行行进。
具体地说,本发明者们对使用者装戴的辅助装置进行了研究。并且,本发明者们对通过将马达所产生的力经由线材赋予使用者来直觉地引导步行方向的辅助装置进行了研究。本发明者们将该辅助装置构成为,对于使用者左右腿各自的髋关节,具有多个延伸的方向相互交叉的线材的对。而且,本发明者们对辅助装置中如下的构成进行了研究:根据从当前地到目的地为止的路径而使牵拉线材的方法变化,由此不仅直行方向上的动作,也对使用者向左右方向进行方向转换的动作进行辅助。而且,本发明者们对如下的构成进行了研究:用于拐弯的能力因使用者而不同,所以,在辅助装置中,通过根据使用者来改变线材的牵拉力,直觉地进行适于各使用者的步行方向的引导。
例如,专利文献1和2并未公开通过采用线材来赋予辅助力、从而引导使用者的步行方向的装置。本发明者们得出如下的看法:根据现有技术无法得知,在辅助使用者向右向旋转(也称为回旋)的移动、或向左向旋转的移动的情况下,通过采用线材对使用者赋予什么样的辅助力而能够引导使用者的步行方向。本发明者们认识到:作为用于辅助的具体的参数,考虑了辅助的时机、要驱动的线材的选择方法、选择了的线材的张力的大小等,但却并不知晓用于引导步行方向的最佳的参数,所以,确定这些参数是新技术。于是,本发明者们考虑了如下的辅助装置等作为以使得向目的的方向行进的方式对使用者的动作赋予辅助力的辅助装置等。
本公开的一个方案的辅助装置具有:装戴于使用者的上半身的上半身带;装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带;装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带;第1线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第2线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;第3线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第4线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;第5线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第6线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;第7线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第8线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;以及马达;所述第1线材和所述第4线材从所述第1膝部带向上方且朝向所述使用者的右方延伸;所述第2线材和所述第3线材从所述第1膝部带向上方且朝向所述使用者的左方延伸;所述第5线材和所述第8线材从所述第2膝部带向上方且朝向所述使用者的左方延伸;所述第6线材和所述第7线材从所述第2膝部带向上方且朝向所述使用者的右方延伸;在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达,在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在上述方案中,第2线材和第3线材的张力作用成使左腿进行外展动作,第2线材和第4线材的张力作用成使左腿进行外旋动作。另外,第5线材和第8线材的张力作用成使右腿进行内收动作,第6线材和第8线材的张力作用成使右腿进行内旋动作。在腿悬空期的左腿和右腿分别进行外展动作和内收动作的情况下,使用者身体的重心向左向移动。因此,辅助装置对使用者一边使左脚和右脚的脚尖朝向使用者进行旋转移动的左向一边使使用者身体的重心向左向移动。因此,辅助装置对使用者同时辅助腿的2个旋转移动动作,由此能够有效地辅助使用者的左向的旋转的移动。此外,第1阈值可以是使用者能够认识到由在线材产生的张力而促使了用于向左向旋转的移动的腿的动作的张力,可以是例如40N(牛顿)。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达,在所述左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在上述方案中,第1线材和第3线材的张力作用成使左腿进行内旋动作,第1线材和第4线材的张力作用成使左腿进行内收动作。另外,第5线材和第7线材的张力作用成使右腿进行外旋动作,第6线材和第7线材的张力作用成使右腿进行外展动作。在腿悬空期的左腿和右腿分别进行内收动作和外展动作的情况下,使用者身体的重心向右向移动。因此,辅助装置对使用者一边使左脚和右脚的脚尖朝向使用者进行旋转移动的右向一边使使用者身体的重心向右向移动。因此,辅助装置对使用者同时辅助腿的2个旋转移动动作,由此能够有效地辅助使用者的右向的旋转的移动。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达,在包含于所述左腿的腿悬空期的、所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在包含于所述右腿的腿悬空期的、所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在上述方案中,左腿和右腿的步行相位的65%的时机位于腿悬空期的初期。通过在这样的时机开始辅助,辅助装置能够在腿悬空期中的长期间持续辅助。由此,辅助装置能够有效地辅助使用者的左向的旋转的移动。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达,在包含于所述左腿的腿悬空期的、所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在包含于所述右腿的腿悬空期的、所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
根据上述方案,与上述的左向的旋转的移动的情况同样地,辅助装置能够有效地辅助使用者的右向的旋转的移动。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,所述左腿的步行相位的50%的时间点与所述右腿的步行相位的0%的时间点相对应;或者,所述右腿的步行相位的50%的时间点与所述左腿的步行相位的0%的时间点相对应。
本公开的一个方案的辅助装置可以还具有控制电路和存储器;所述存储器记录用于控制所述马达的程序;所述控制电路基于所述程序来控制所述马达。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的所述旋转的移动时,所述马达使产生所述第1阈值以上的张力的线材以外的线材产生比所述第1阈值小的张力。
根据上述方案,辅助装置不使与辅助的对象动作没有关系的线材产生第1阈值以上的张力。由此,能够抑制由该线材的张力妨碍对象动作的辅助的问题。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,所述左腿的腿悬空期是所述左腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间;所述右腿的腿悬空期是所述右腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达,在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材产生所述第1阈值以上的张力;所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
在上述方案中,在辅助装置辅助左向的旋转的移动的情况下,对左腿和右腿辅助的期间均为从腿悬空期到腿站立期的初期为止的期间。由此,辅助装置对使用者,在各腿的腿悬空期,一边使脚尖朝向移动方向一边使身体的重心向左向移动,在腿站立期的初期,一边使脚尖朝向移动方向一边使身体的重心向右向移动。因此,使用者能够在腿悬空期容易且切实地进行向左向旋转的移动。而且,使用者在各腿刚着地后,由于重心的移动方向的变化而能够使使用者的姿势稳定。而且,使用者能够将腿的着地后的脚尖朝向移动方向,所以,能够容易且切实地进行向左向旋转的移动。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达,在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材产生所述第1阈值以上的张力;所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
在上述方案中,在辅助装置辅助右向的旋转的移动的情况下,对左腿和右腿的辅助期间均为从腿悬空期到腿站立期的初期为止的期间。由此,辅助装置对使用者,在各腿的腿悬空期,一边使脚尖朝向移动方向一边使身体的重心向右向移动,在腿站立期的初期,一边使脚尖朝向移动方向一边使身体的重心向左向移动。由此,使用者在右向的旋转的移动的情况下,也会从辅助装置接受与上述的左向的旋转的移动的情况同样的作用。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达,在所述左腿的腿悬空期,使所述第2线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;在所述右腿的腿悬空期,使所述第8线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
在上述方案中,例如,第2线材的张力辅助左腿的外旋动作和外展动作这2个旋转移动动作。第3线材和第4线材的张力分别辅助左腿的外展动作和外旋动作的一方的旋转移动动作。在上述3个线材的张力相同的情况下,存在第2线材的张力对2个旋转移动动作各自的辅助力比第3线材和第4线材的张力分别对各旋转移动动作的辅助力弱地作用于左腿的可能性。但是,在上述方案中,辅助2个旋转移动动作的线材的张力比辅助1个旋转移动动作的线材的张力大,所以,在各旋转移动动作中,可使2个线材的张力所带来的辅助力均匀。由此,在辅助装置辅助左向的旋转的移动的情况下,能够对使用者的腿进行平衡的辅助。此外,第2阈值可以采用相对于在使用者一边接受辅助装置的辅助一边步行时使用者可接受的张力的最大值的比例来决定。例如,第2阈值可以是相对于使用者可接受的张力的最大值的80%的比例。
在本公开的一个方案的辅助装置中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达,在所述左腿的腿悬空期,使所述第1线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;在所述右腿的腿悬空期,使所述第7线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
根据上述方案,辅助装置在辅助右向的旋转的移动的情况下,与上述的辅助左向的旋转的移动的情况同样地,也能够对使用者的腿进行平衡的辅助。
本公开的一个方案的辅助方法是采用安装于使用者的多个线材来辅助所述使用者的移动的辅助方法,其中,所述多个线材包括:连接装戴于所述使用者的上半身的上半身带和装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带的第1~第4线材、以及连接所述上半身带和装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带的第5~第8线材;所述第1线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;所述第2线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第3线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第4线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第5线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;所述第6线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;所述第7线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;所述第8线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力;所述第1~第8线材的张力由控制电路所控制的至少1个马达来调节。根据上述方案,能够得到与本公开的一个方案的辅助装置同样的效果。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,在所述左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在包含于所述右腿的腿悬空期的所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;在包含于所述右腿的腿悬空期的、所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,所述左腿的步行相位的50%的时间点与所述右腿的步行相位的0%的时间点相对应;或者,所述右腿的步行相位的50%的时间点与所述左腿的步行相位的0%的时间点相对应。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的所述旋转的移动时,使产生所述第1阈值以上的张力的线材以外的线材产生比所述第1阈值小的张力。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,所述左腿的腿悬空期是所述左腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间;所述右腿的腿悬空期是所述右腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材产生所述第1阈值以上的张力;所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材产生所述第1阈值以上的张力;所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,在所述左腿的腿悬空期,使所述第2线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;在所述右腿的腿悬空期,使所述第8线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
在本公开的一个方案的辅助方法中可以是,在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,在所述左腿的腿悬空期,使所述第1线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;在所述右腿的腿悬空期,使所述第7线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
本公开的另一方案的辅助装置具有:装戴于使用者的上半身的上半身带;装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带;装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带;第1线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第2线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;第3线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;第4线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;第5线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第6线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;第7线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;第8线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;马达;以及决定所述使用者的行进方向的步行方向决定部;所述马达在所述使用者的步行方向为右向的情况下,在不同的时机对所述第1线材和所述第3线材、或者所述第5线材和所述第7线材施加第1阈值以上的张力;所述马达在所述使用者的步行方向为左向的情况下,在不同的时机对所述第2线材和所述第4线材、或者所述第6线材和所述第8线材施加第1阈值以上的张力。根据上述方案,辅助装置能够对使用者的动作赋予辅助力以使使用者向作为目的的方向行进。
在本公开的另一方案的辅助装置中可以是,所述步行方向决定部在与所述使用者的右或左的步行方向相反方向的腿,在从脚后跟接地的时机到脚尖接地的时机为止的时间区间,对所述线材施加张力以使所述相反方向的腿向内旋方向旋转。根据上述方案,从辅助装置接受辅助的使用者使与自身前进的方向相反的方向的腿的脚尖朝向自身前进的方向地步行,所以,能够向该方向进行方向转换。
在本公开的另一方案的辅助装置中可以是,所述马达在与所述使用者的右或左的步行方向相同的方向的腿,在将脚后跟接地设为0%的步行相位中的90%以上且不足100%的时机,对所述线材施加张力以使所述相同方向的腿向外旋方向旋转。根据上述方案,从辅助装置接受辅助的使用者使与自身前进的方向相同的方向的腿的脚尖朝向自身前进的方向地步行,所以,能够向该方向进行方向转换。
本公开的另一方案的辅助装置可以是,在所述上半身带具有加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器,所述步行方向决定部根据所述加速度传感器、所述陀螺仪传感器和所述地磁传感器而算出使用者进行方向转换时的步行轨迹的曲率,并根据所述曲率来评价在所述曲率的算出位置施加到所述线材的张力。根据上述方案,步行方向决定部能够通过上述评价来求出使用者能够进行方向转换的曲率与线材的张力的关系。因此,步行方向决定部能够基于各个使用者的方向转换角度和线材张力的关系来算出适于各个使用者的步行路径。
在本公开的另一方案的辅助装置中可以是,所述步行方向决定部将所述曲率的变化缓和的张力决定作为所述使用者的步行方向引导中的线材张力。根据上述方案,在曲率的变化缓和的张力的区域,即使使线材的张力变化,使用者能够拐弯的方向转换角度也不变化。因此,在这样的张力的区域中,将小张力决定为为了使用者的辅助而施加到线材的张力,由此可实现辅助装置的节能化。
在本公开的另一方案的辅助装置中可以是,所述步行方向决定部根据需要方向转换的场所处的方向转换角度和到所述场所为止的步数来设定所述使用者行进的路径。
此外,上述总括性的或者具体的方式可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序或者计算机可读取的记录盘等记录介质来实现,也可以由系统、装置、方法、集成电路、计算机程序和记录介质的任意组合来实现。计算机可读取的记录介质例如包括CD-ROM等非易失性记录介质。
[实施方式]
以下,参照附图,对本公开的实施方式的辅助装置100等进行具体地说明。此外,以下说明的实施方式均是表示概括或具体的例子。以下的实施方式所示的数值、形状、构成要素、构成要素的配置位置和连接方式、步骤(工序)、步骤的顺序等是一个例子,而并非旨在限定本公开。另外,对以下的实施方式的构成要素中并未记载于表示最上位概念的独立权利要求的构成要素作为任意的构成要素进行说明。另外,在以下的实施方式的说明中,有时采用带有大致平行、大致正交那样的“大致”的表现。例如,大致平行不仅意味着完全平行,也意味着实质上平行、即包括例如百分之几程度的差异。其它的带有“大致”的表现也是同样的。另外,各图是示意图,并非是严格地图示。而且,在各图中,对实质上相同的构成要素赋予相同的标号,有时省略或简化重复的说明。
在本实施方式中,对如下辅助装置100进行说明,即,在身体装戴了辅助装置100的使用者选择了目的地时,辅助装置100判定向目的地的路径上的使用者应拐弯的方向等并进行使用者沿着该路径步行的支援。具体地说,作为为了使用者向应拐弯的方向拐弯而对使用者的身体能动地支援旋转动作(也称为回旋动作)的装置,对实施方式的辅助装置100进行说明。在本实施方式中,能动的支援不仅包括对在使用者为了改变行进方向而进行旋转动作时身体所需的旋转力进行辅助,还可以包括赋予用于引起旋转动作的力、以及物理性地控制使用者的身体向所希望的方向的旋转量即物理性地控制使用者的身体的朝向。在本说明书中,辅助装置100辅助使用者包括能动地支援使用者的动作以及辅助性地支援使用者的动作。
[1,辅助装置的构成]
参照图1~图6,对实施方式的辅助装置100进行说明。此外,图1是从斜前方观察已装戴于使用者的辅助装置100的立体图。图2是图1的辅助装置100和使用者1的主视图。图3是图1的辅助装置100和使用者1的后视图。图4是放大了图1的辅助装置100的立体图。图5是表示实施方式的辅助装置100的功能性构成的框图。图6是示意性地表示图4的辅助装置100的各构成要素的配置的图。
如图1~图5所示,辅助装置100具有装戴于使用者1的上半身的上半身带111、装戴于使用者1的左右膝部附近的膝部带112a、112b、以及连接上半身带111和膝部带112a、112b的多个线材110。而且,辅助装置100具有与多个线材110分别相连的多个马达114、分别设置于多个线材110的力传感器(force sensor)115、以及控制多个马达114的动作的控制部120。另外,辅助装置100可以具有向马达114等供给电力的电源200。电源200可以是例如一次电池或二次电池等。
上半身带111被装戴于使用者1的上半身。上半身带111的例子是具有带状的形状。上半身带111在端部附近具有固定件。固定件的例子是维克罗(Velcro)(注册商标)等面搭扣、钩、带扣等紧固件、或者粘扣带(hook and loop fasterner、velcro(注册商标)tape)。例如,上半身带111卷绕在使用者1的腰部,由固定件维持卷绕的状态,由此装戴于使用者1的腰。通过调节固定件的固定位置,卷绕的上半身带111的内径变化。由此,能够调整上半身带111的长度,所以,腰围长度不同的各种使用者1都可以装戴。上半身带111的材料的例子是非伸缩性的材料。由此,上半身带111即使由多个线材110牵拉也难以变形。在此,“上半身”包括使用者的身体的从肩到腰为止的区域。图1~图5所示的上半身带111具有在使用者1的腰装戴的腰带的构成,但也可以是除了使用者1的腰以外还装戴于使用者1的肩和/或胸部等的构成、或者另外于使用者1的腰地装戴于使用者1的肩和/或胸部等的构成。
此外,上半身带111也可以具有筒状的形状,在此情况下,筒状的形状的周长比使用者1的腰部周围的长度长。上半身带111具有用于将上半身带111的长度调整为使用者1的腰围的长度的调整机构。调整机构是例如面搭扣,可以通过将具有面搭扣的钩面的部位配置成在筒状的外周从该外周分支并在筒状的外周面配置面搭扣的毛圈面的构成来实现。也就是说,上半身带111在面搭扣的部分折回,并根据折回量而使上半身带111所形成的筒的内径变化。
膝部带112a装戴于使用者1的左腿,膝部带112b装戴于使用者1的右腿。膝部带112a、112b分别具有例如带状的形状,在端部附近具有固定件。固定件的例子是维克罗(注册商标)等面搭扣、钩、带扣等紧固件、或粘扣带。膝部带112a、112b分别装戴于使用者的大腿部或膝部之上。例如,膝部带112a和112b卷绕在使用者1的大腿部等,由固定件维持卷绕的状态,从而装戴于使用者1的大腿部等。通过调节固定件的固定位置,卷绕的膝部带112a、112b的内径变化。由此,能够调整膝部带112a、112b的长度,所以,腿围的长度不同的各种使用者1都可以装戴。膝部带112a、112b也可以不装戴于髋关节。人类的大腿部具有从膝部到臀部逐渐变粗的特性。因此,通过将膝部带112a、112b装戴于大腿部中的膝部之上,从而膝部带112a、112b在紧紧地紧固的情况下,即使受到来自线材110的牵拉力,其滑动也小。另外,膝部带112a、112b的材料的例子是非伸缩性的材料。由此,膝部带112a、112b即使由多个线材110牵拉也难以变形。在此,膝部带112a是第1膝部带的一个例子,膝部带112b是第2膝部带的一个例子。
此外,膝部带112a、112b也可以具有筒状的形状,在此情况下,筒状的形状的周长比使用者的大腿围的长度长。膝部带112a、112b具有用于将膝部带112a、112b的长度调整为使用者1的大腿部等的周围的长度的调整机构。调整机构是例如面搭扣,可以通过将具有面搭扣的钩面的部位配置成在筒状的外周从该外周分支并在筒状的外周面配置面搭扣的毛圈面的构成来实现。也就是说,膝部带112a、112b分别在面搭扣的部分折回,并根据折回量而使膝部带112a、112b所形成的筒的内径变化。
马达114固定配置于上半身带111。在本实施方式中,马达114由8个马达114a1~114a8构成。例如,马达114a1~114a8可以被容纳于上半身带111所具有的中空的容纳部111a1~111a4内。容纳部111a1~111a4可以与上半身带111一体化,也可以相对于上半身带111可拆卸。如图1~图4所示,可以设有多个容纳部111a1~111a4。在图1~图4的例子中,容纳部111a1、111a2、111a3和111a4分别配置于使用者1的前部、左侧部、背部和右侧部。马达114a1、114a8被容纳于容纳部111a1,马达114a2、114a3被容纳于容纳部111a2,马达114a4、114a5被容纳于容纳部111a3,马达114a6、114a7被容纳于容纳部111a4。并且,马达114a1~114a8改变上半身带111与膝部带112a、112b之间的线材110的长度来调节线材110的张力。
在本实施方式中,马达114a1~114a8分别具有供线材110卷绕的带轮、用于使带轮旋转的驱动轴和驱动驱动轴旋转的电动马达。但是,也可以是马达114a1~114a8分别具有电动马达。并且,也可以是上半身带111具有带轮和驱动轴。在此情况下,电动马达的旋转轴可传递旋转驱动力地与带轮的驱动轴相连。此外,作为马达114a1~114a8的代替,也可以采用例如线性执行器、或者气压式或液压式的活塞等这样能够调节上半身带111与膝部带112a、112b之间的线材110的长度的装置。
在本实施方式中,线材110由8根线材110a1~110a8构成。并且,在线材110a1~110a8分别连接着马达114a1~114a8以使得分别调节线材110a1~110a8的长度。
线材110a1~110a4各自的一端部被固定于左腿用的膝部带112a,线材110a1~110a4各自的另一端部与马达114a1~114a4相连。也就是说,线材110a1~110a4分别连接左腿用的膝部带112a与马达114a1~114a4之间。线材110a5~110a8各自的一端部被固定于右腿用的膝部带112b,线材110a5~110a8各自的另一端部与马达114a5~114a8相连。也就是说,线材110a5~110a8分别连接右腿用的膝部带112b与马达114a5~114a8之间。在本实施方式中,马达114a1~114a8分别通过使带轮正转或反转而将线材110a1~110a8分别卷绕到带轮或者从带轮放卷。上述那样的线材110a1~110a8由上半身带111而被固定于使用者1的腰,由膝部带112a、112b而被固定于使用者的左右大腿部等。此外,也可以构成为1个马达114a1~114a8驱动2个以上的线材110a1~110a8。
另外,力传感器115由8个力传感器115a1~115a8构成。力传感器115a1~115a8分别在膝部带112a或112b设置于各线材110a1~110a8。力传感器115a1~115a8也可以配置于上半身带111。力传感器115a1~115a8分别检测线材110a1~110a8的张力并向控制部120输出。力传感器115a1~115a8只要能够检测线材110a1~110a8的张力即可,可以是例如应变仪式力传感器、压电式力传感器等。
另外,线材110a1~110a8可以是金属制的线材,也可以是非金属线材。非金属线材的例子是纤维线材或纤维带。纤维线材或纤维带的材料的例子是聚酯纤维、尼龙纤维、丙烯纤维、对位型芳族聚酰胺纤维、超高分子量聚乙烯纤维、PBO(聚对苯撑苯并二噁唑纤维)纤维、聚芳酯纤维或碳纤维等。在本实施方式中,8个连结带111b1~111b8被设置成分别沿着线材110a1~110a8且从上半身带111遍及膝部带112a或112b地延伸。不限于此,连结带111b1~111b8可以与上半身带111和膝部带112a或112b一体化,由与它们相同的材料形成。例如,上半身带111、膝部带112a、112b、以及连结带111b1~111b8可以形成供使用者1装戴的1个带辅助功能的套装。连结带111b1~111b8在内部分别包括线材110a1~110a8,并覆盖线材110a1~110a8。连结带111b1~111b8有时概括记载为连结带111b。
参照图2~图4和图6,对线材110a1~110a8的配置构成的详细情况进行说明。线材110a1、110a2被配置成在使用者1的前部在相互交叉的方向延伸,具体地说,相互交叉地配置。线材110a3、110a4被配置成在使用者1的背部(也称为后部)在相互交叉的方向延伸,具体地说,相互交叉地配置。线材110a5、110a6被配置成在使用者1的背部在相互交叉的方向延伸,具体地说,相互交叉地配置。线材110a7、110a8被配置成在使用者1的前部在相互交叉的方向延伸,具体地说,相互交叉地配置。
此外,2个线材在相互交叉的方向延伸是指2个线材延伸的方向交叉。而且,2个线材延伸的方向交叉是指2个线材延伸的方向不平行,可以在交点交叉,也可以不具有交点而未交叉。由此,2个线材实际上可以在交点交叉,也可以未交叉。这样的在相互交叉的方向延伸的2个线材,在从使用者1的外方观察使用者1时,可以如图2~图4所示那样相交,也可以未相交。在这2个线材未相交的情况下,如后述那样,这2个线材例如可以延伸成形成V字状的形状,也可以相互分离地延伸。
在此,对于线材110a1~110a8,以示出安装线材的左右腿、作为线材的配置位置的使用者1的前部或背部、以及上半身带111中的该腿的线材的左右安装位置的方式起名称,从而区别各线材。在这些名称中,按照“左右腿-使用者1的前后_上半身带的左右安装位置”的顺序来表示与位置相关的特征。例如,在名称“RF_right”的情况下,意味着右腿(Right)的使用者1的前部(Front)的线材中的、在上半身带上安装于右侧(right)的线材。在名称“LR_left”的情况下,意味着左腿(Left)的使用者1的背部(Rear)的线材中的、在上半身带上、安装于左侧(left)的线材。
根据这样的要领,第一线材110a1也被称为“LF_right”,第二线材110a2也被称为“LF_left”。第三线材110a3也被称为“LR_left”,第四线材110a4也被称为“LR_right”。第五线材110a5也被称为“RR_left”,第六线材110a6也被称为“RR_right”。第七线材110a7也被称为“RF_right”,第八线材110a8也被称为“RF_left”。这样,在使用者1的左右腿分别配置2组相交的、即在交叉的方向延伸的线材。通过分别牵拉线材110a1~110a8,能够对左右腿赋予各种方向的力。上述那样的线材110a1~110a8与各名称的关系如下表1那样概括。
表1:线材与线材名称的关系
另外,不限于此,在本实施方式中,在从使用者1的背部向前部观察时,第一线材110a1和第四线材110a4与左腿的膝部带112a的左半部分的区域相连,第二线材110a2和第三线材110a3与膝部带112a的右半部分的区域相连。同样地,在从使用者1的背部朝向前部观察时,第六线材110a6和第七线材110a7与右腿的膝部带112b的左半部分的区域相连,第五线材110a5和第八线材110a8与膝部带112b的右半部分的区域相连。
膝部带112a中的左半部分的区域和右半部分的区域可以是分别相对于与使用者1的矢状面(Sagittal plane)大致平行且通过膝部带112a的边界面为左侧的区域和右侧的区域。同样地,膝部带112b中的左半部分的区域和右半部分的区域可以是分别相对于与使用者1的矢状面大致平行且通过膝部带112b的边界面为左侧的区域和右侧的区域。矢状面是相对于使用者1的身体的正中平行延伸并将身体分成左右的面。
上述边界面可以是通过膝部带112a、112b的中央附近而使膝部带112a、112b各自中的左半部分的区域的面积和右半部分的区域的面积相同的面,也可以是不通过膝部带112a、112b的中央附近的面。例如,在后者的情况下,边界面可以是通过使用者1的腿进行外旋或内旋的动作时的中心轴的面。腿的外旋和内旋的动作的详细情况后述。
另外,第一线材110a1和第四线材110a4从膝部带112a向上方且朝向使用者1的右方延伸。具体地说,第一线材110a1和第四线材110a4从膝部带112a一边朝向上方延伸一边朝向使用者1的右方延伸,例如从膝部带112a朝向右斜上方延伸。第二线材110a2和第三线材110a3从膝部带112a向上方且朝向使用者1的左方延伸。具体地说,第二线材110a2和第三线材110a3从膝部带112a一边朝向上方延伸一边朝向使用者1的左方延伸,例如从膝部带112a朝向左斜上方延伸。第五线材110a5和第八线材110a8从膝部带112b向上方且朝向使用者1的左方延伸。具体地说,第五线材110a5和第八线材110a8从膝部带112b一边朝向上方延伸一边朝向使用者1的左方延伸,例如从膝部带112b朝向左斜上方延伸。第六线材110a6和第七线材110a7从膝部带112b向上方且朝向使用者1的右方延伸。具体地说,第六线材110a6和第七线材110a7从膝部带112b一边朝向上方延伸一边朝向使用者1的右方延伸,例如从膝部带112b朝向右斜上方延伸。
在本实施方式中,关于在相互交叉的方向延伸的2个线材的对,第一线材110a1和第二线材110a2交叉成X字状,第三线材110a3和第四线材110a4交叉成X字状,第五线材110a5和第六线材110a6交叉成X字状,第七线材110a7和第八线材110a8交叉成X字状。但是,线材的配置构成不限于此。
如图7所示,例如,第一线材110a1和第二线材110a2也可以配置成V字状。在此情况下,第一线材110a1和第二线材110a2可以形成从膝部带112a向上方逐渐扩展的锥形状。而且,在膝部带112a上,第一线材110a1和第二线材110a2可以如图7所示那样相互接近,也可以如图8所示那样相互分离。其它的线材的对也是同样的。此外,图7和图8是表示图6的辅助装置100中的线材110的配置的变形例的图。
或者,如图9所示,例如,第一线材110a1和第二线材110a2也可以配置成将V字形状上下颠倒了的形状。在此情况下,第一线材110a1和第二线材110a2可以形成从膝部带112a向上方逐渐变细的锥形状。而且,在上半身带111上,第一线材110a1和第二线材110a2可以如图9所示那样相互接近,也可以如图10所示那样相互分离。其它的线材的对也是同样的。此外,图9和图10是表示图6的辅助装置100中的线材110的配置的变形例的图。
在图2~图4中,在上半身带111上,第一线材110a1和第八线材110a8的卷取部分、即带轮被收到容纳部111a1,第二线材110a2和第三线材110a3的卷取部分被收到容纳部111a2,第四线材110a4和第五线材110a5的卷取部分被收到容纳部111a3,第六线材110a6和第七线材110a7的卷取部分被收到容纳部111a4。也就是说,分别从容纳部111a1~111a4延伸的2个线材形成将V字形状上下颠倒了的形状。
但是,上半身带111上的线材110a1~110a8的配置不限于上述配置。例如,在第一线材110a1和第八线材110a8之间、第二线材110a2和第三线材110a3之间、第四线材110a4和第五线材110a5之间、以及第六线材110a6和第七线材110a7之间,2个线材的卷取部分也可以配置成这2个线材未交叉而分离,还可以配置成这2个线材交叉成X字状。
另外,上半身带111和膝部带112a、112b将通过马达114a1~114a8的牵拉而赋予线材110a1~110a8的张力传递到使用者1的左右腿。这样的上半身带111和膝部带112a、112b为了在线材110a1~110a8产生了张力的情况下有效地传递张力,可以具有不变形的刚性和不伸长的伸缩性。形成上半身带111和膝部带112a、112b的材料的一个例子是非伸缩性的材料。在这样的上半身带111和膝部带112a、112b不松弛地装戴于使用者1并贴合于使用者1的身体时,马达114a1~114a8的驱动力经由线材110a1~110a8而高效地传递到使用者1的腿,从而会有效地辅助使用者1的腿的动作。
在上述那样的辅助装置100中,例如,通过驱动马达114a1、114a2而使第一线材110a1和第二线材110a2的长度缩短,从而作用于第一线材110a1和第二线材110a2的张力变大。结果,辅助装置100向缩短膝部与脚后跟的距离的方向使力作用于使用者1的腿,从而能够辅助、即辅助和引导步行时的使用者1的脚踝的动作。此外,在本说明书中,辅助包括:为了使用者向预定的方向动作而辅助使用者的动作自身以及将向预定的方向的动作强行施加于使用者的身体来引导身体的运动。
另外,对于第一线材110a1和第二线材110a2分别由独立的马达114a1、114a2产生张力。例如,通过将第一线材110a1和第二线材110a2的张力设定为不同的值,辅助装置100能够产生与使用者1的脚后跟的左右倾斜相关的力矩力,能够辅助使用者1的步行时的脚踝的动作。
接下来,参照图5,对辅助装置100的控制部120及其周边的构成进行说明。如图5所示,辅助装置100除了控制部120之外还具有取得使用者1前进的目的地的位置信息目的地取得部130、取得使用者1的当前的位置信息的当前地取得部140、存储部150、以及位置信息检测部160。
(存储部150)
存储部150能够储存信息,并且,可取出储存的信息。存储部150可以是半导体存储器或硬盘等。
(位置信息检测部160)
位置信息检测部160检测出与装戴了辅助装置100的使用者1的位置相关的信息。与使用者1的位置相关的信息的例子包括使用者1的位置、以及用于确定位置的信息。使用者1的位置的例子包括基于地图等以地球为基准的坐标的位置、基于在特定的区域内设定的坐标的位置、以及相对于基准点的相对位置等。用于确定位置的信息的例子包括使用者1的朝向、行进方向、直线速度、角速度和加速度等。通过采用上述那样的用于确定位置的信息,可算出使用者1的移动方向和移动距离,由此,可确定使用者1的位置。
位置信息检测部160将检测结果输出到控制部120和当前地取得部140。位置信息检测部160可以原样输出检测结果,也可以基于检测结果而算出使用者1的当前位置并输出算出的当前位置。例如,位置信息检测部160可以包括加速度传感器和陀螺仪传感器(也称为角速度传感器)。加速度传感器可以是单轴加速传感器、双轴加速度传感器和三轴加速度传感器的任一个。根据加速度传感器和陀螺仪传感器的计测结果,可检测出使用者1的移动方向和移动距离。另外,位置信息检测部160也可以包括GPS(Global Positioning System,全球定位系统)接收器和/或地磁传感器。根据GPS接收器和地磁传感器各自的计测结果,可检测出使用者1的当前位置。虽不限于此,但在本实施方式中,加速度传感器、陀螺仪传感器、GPS接收器和地磁传感器等被配置于上半身带111。
(控制部120)
控制部120控制辅助装置100整体的动作。控制部120具有步行方向决定部121、驱动控制部122和步行时机检测部123作为构成要素。控制部120的构成要素、目的地取得部130和当前地取得部140可以利用由CPU(Central Processing Unit,中央处理单元)、RAM(Random Access Memory,随机存取存储器)、ROM(Read-Only Memory,只读存储器)等组成的计算机系统(未图示)来构成。控制部120的构成要素、目的地取得部130和当前地取得部140的一部分或全部的功能可以通过CPU将RAM用作作业用的存储器并执行记录于ROM的程序来实现。另外,控制部120的构成要素、目的地取得部130和当前地取得部140的一部分或全部的功能可以通过电子电路或集成电路等专用的硬件电路来实现。程序可以是作为应用而由经由因特网等通信网的通信、按照移动通信标准的通信、其它无线网络、有线网络、或广播等提供的。
控制部120、目的地取得部130和当前地取得部140可以分别构成计算机系统或硬件电路,也可以它们至少2个一起构成1个计算机系统或硬件电路。控制部120、目的地取得部130和当前地取得部140构成的计算机系统或硬件电路可以例如被搭载于上半身带111并与马达114一起被容纳于容纳部111a1~111a4内,也可以在其它场所埋入上半身带111。
(目的地取得部130)
目的地取得部130取得使用者1的目的地的信息。目的地的信息的例子包括目的地的位置、以及用于确定目的地的位置的信息。目的地的位置的例子包括在地图上决定的目的地的位置、以及从当前位置到目的地为止的距离和方位等。用于确定目的地的位置的信息的例子包括目的地的地址、位于目的地的设施的名称、以及目的地的场所的地名。通过采用用于确定目的地的位置的信息和地图信息等,可确定目的地的位置。
目的地取得部130从设置于辅助装置100的输入装置或辅助装置100的外部的终端装置500而取得由使用者1等输入的目的地的信息。终端装置500可以是装戴辅助装置100的使用者1携带的终端装置,例如可以是智能手机、智能手表、平板电脑或个人计算机。目的地取得部130根据取得的目的地的信息来确定并决定目的地的位置,并将目的地的位置信息输出到控制部120。如上所述,目的地的信息可以包括目的地的位置,也可以包括用于确定目的地的位置的信息。在后者的情况下,目的地取得部130可以参照地图信息等并基于用于确定目的地的位置的信息来确定目的地的位置。地图信息可以例如储存于存储部150,也可以从辅助装置100的外部取得。
辅助装置100的输入装置可以是按钮、开关、按键、触摸板或声音识别装置的麦克风等。目的地取得部130可以与辅助装置100的输入装置进行有线通信,也可以进行无线通信。目的地取得部130可以与终端装置500进行有线通信,也可以进行无线通信。上述无线通信可以适用Wi-Fi(注册商标)(Wireless Fidelity,无线保真)等无线LAN(Local AreaNetwork,局域网),也可以适用Bluetooth(注册商标)、ZigBee(注册商标)等近距离无线通信。这样的目的地取得部130可以具有有线或无线的通信电路,也可以通过辅助装置100所具有的有线或无线的通信电路来进行有线通信或无线通信。
例如,在目的地取得部130从辅助装置100的输入装置取得目的地的信息的情况下,该输入装置可以由设置于辅助装置100的目的地设定按钮和声音识别装置的麦克风构成。并且,目的地取得部130可以构成声音识别装置,也可以是控制部120构成声音识别装置。在此情况下,可以是,通过使用者1等按下目的地设定按钮,辅助装置100中成为“声音识别模式”。然后,通过使用者1等说出目的地的名称,目的地取得部130等根据声音信息来确定目的地并设定目的地。由此,在设定目的地时,使用者1等无需取出辅助装置100以外的装置而能够简单地设定目的地。另外,例如,该输入装置也可以具有设置于辅助装置100的特定位置按钮。关于特定位置按钮,可以是,使用者1的家宅或使用者1等所设定的设施等每次必去的场所的位置信息被登记于存储部150等。在此情况下,通过使用者1等按下特定位置按钮,目的地取得部130将登记的场所决定为目的地。由此,使用者1等能够简单地设定目的地,而且,能够将使用者1频繁访问的场所例如家宅等简单地选择作为目的地。
此外,在本实施方式中,目的地取得部130取得使用者1或使用者1以外的他人即使用者1等所输入的目的地的信息来决定目的地,但不限于此。例如,目的地取得部130也可以将目的地总是设定为一个地点。在此情况下,在当前地取得部140基于取得的使用者1的当前位置的信息而识别出使用者1距目的地有预定的距离时,将该识别信息输出到目的地取得部130。然后,目的地取得部130可以起动并将设定的目的地的位置信息向控制部120输出。例如,在认知症患者是辅助装置100的使用者的情况下,在装戴了辅助装置100的认知症患者自身徘徊并移动到距目的地超过预定的距离的场所时,辅助装置100将认知症患者引导到收容认知症患者的设施等目的地。由此,能防止认知症患者的失踪等。
(当前地取得部140)
当前地取得部140取得装戴了辅助装置100的使用者1的当前地并输出到控制部120。而且,当前地取得部140可以根据取得的当前地即当前位置和目的地取得部130所确定的目的地的位置信息而算出从当前地到目的地为止的路径信息并输出到控制部120。当前地取得部140从位置信息检测部160取得使用者1的当前位置的信息、或者从装戴辅助装置100的使用者1携带的终端装置500取得使用者1的当前位置的信息。当前地取得部140在取得的当前位置的信息是使用者1的当前位置的情况下,可以原样使用该信息。当前地取得部140在取得的当前位置的信息是用于确定使用者1的当前位置的信息的情况下,可以基于该信息而算出使用者1的当前位置。
当前地取得部140在从终端装置500取得当前位置的信息的情况下,可以采用终端装置500所具有的GPS接收器、地磁传感器、加速度传感器和陀螺仪传感器等的计测结果来取得使用者1的当前位置的信息。当前地取得部140可以与终端装置500进行有线通信,也可以进行无线通信。无线通信可以适用之前关于目的地取得部130说明的无线通信。这样的当前地取得部140可以具有有线或无线的通信电路,也可以通过辅助装置100所具有的有线或无线的通信电路来进行有线通信或无线通信。
在本实施方式中,当前地取得部140采用位置信息检测部160或终端装置500的GPS接收器而始终取得使用者1的当前位置的信息,但不限于此。例如,当前地取得部140也可以并用从GPS接收器取得的当前位置的信息和加速度传感器及陀螺仪传感器的探测结果,来取得使用者1的当前位置的信息。例如,当前地取得部140可以每当产生使用者1的预定的动作时由GPS接收器取得当前位置的信息。在此外的情况下,当前地取得部140可以采用加速度传感器和陀螺仪传感器的检测结果来检测使用者1的移动方向和移动量。而且,当前地取得部140可以通过将检测的移动方向和移动量随时加到从GPS接收器取得的位置信息来算出使用者1的当前位置。
辅助装置100也辅助使用者1在岔路口等处进行方向转换的动作等,所以,需要以使用者1每行进一步的细致的精度来取得使用者1的当前位置、移动量和移动方向。如上所述,辅助装置100不是仅采用来自GPS接收器的当前位置的信息,而是采用将根据使用者1的实际的运动而算出的移动量和移动方向加到GPS接收器的位置信息而得到的使用者1的当前位置。由此,辅助装置100能够高精度地识别使用者1进行方向转换时的移动方向和移动量,并能够使该识别结果与对使用者1的辅助相对应。也就是说,辅助装置100即使是在相同的路径前进的情况下,也能够调整因各使用者而异的辅助的差异等。另外,当前地取得部140经由GPS接收器而取得当前位置的信息的时机可以是例如每当装戴了辅助装置100的使用者1站停、或者每隔5分钟等预定的时间间隔。
(控制部120)
控制部120控制辅助装置100的整体。控制部120能够与目的地取得部130和当前地取得部140相互收发信息。例如,控制部120基于从目的地取得部130取得的目的地的位置信息和从当前地取得部140取得的使用者1的当前位置和/或路径的信息来决定赋予各线材110a1~110a8的动作,进行使用者1的髋关节辅助控制。赋予各线材110a1~110a8的动作是包括向各线材110a1~110a8赋予张力的时机、张力的大小和张力的赋予期间的线材的动作模式。
控制部120的步行方向决定部121根据到目的地为止的路径来决定引导使用者1的方向即步行方向。此外,步行方向决定部121可以基于目的地的位置信息和使用者1的当前位置来决定使用者1的路径。控制部120的步行时机检测部123为了决定对使用者1进行辅助的时机而检测步行的时机。步行的时机可包括对步行中的使用者1开始辅助的时机、以及决定1步中的腿站立期和腿悬空期等相(相位)的时机。例如,步行方向决定部121算出当前位置相对于岔路口等方向转换点为几步前的位置,并基于步行时机检测部123检测出的步行的时机来决定对使用者1开始辅助的时机。控制部120的驱动控制部122根据步行方向决定部121所决定的步行方向和步行时机检测部123检测出的步行的时机来控制设于上半身带111的线材110的马达114的动作。各构成的详细情况后述。
(步行方向决定部121)
步行方向决定部121从目的地取得部130取得目的地的位置信息,并从当前地取得部140取得使用者1的当前位置。而且,步行方向决定部121从存储部150取得包括目的地和当前位置的地图信息。步行方向决定部121能够与目的地取得部130和当前地取得部140收发信息。步行方向决定部121采用已取得的目的地的位置信息和当前位置以及地图信息来算出到目的地为止的路径,决定算出的路径中的使用者1的行进方向即步行方向。然后,步行方向决定部121将决定的步行方向的信息输出到驱动控制部122。
具体地说,步行方向决定部121在算出的路径上找出使用者1进行方向转换的场所、例如岔路口等,算出到该场所为止的距离和时间、以及在该场所进行方向转换的角度即方向转换角度。然后,步行方向决定部121将算出的距离、时间和方向转换角度的信息输出到驱动控制部122。而且,步行方向决定部121根据到进行方向转换的场所为止的距离来预测使用者1到达该场所所需的步数,并将预测的步数的信息与上述方向转换角度的信息一起输出到驱动控制部122。通过取得这样的信息,驱动控制部122能够决定进行预定的方向转换所需的对使用者1辅助的量、以及开始用于该方向转换的辅助的时机。这样,通过决定辅助量和辅助时机,驱动控制部122可在岔路口等处对借助了线材110的使用者1进行没有不适感的步行引导。此外,驱动控制部122的详细情况后述。
(步行时机检测部123)
步行时机检测部123推定装戴辅助装置100的使用者1的步行周期,并基于推定结果来预测下一个步行相位,向驱动控制部122输出基于预测出的步行相位的辅助时机。步行周期是从一条腿的脚后跟接地到下一次同一条腿的脚后跟接地为止的动作的时间的间隔或连续动作。步行周期由腿站立期和腿悬空期构成。
步行时机检测部123基于位置信息检测部160或终端装置500的加速度传感器的传感器值、陀螺仪传感器的传感器值、或者设置于使用者1的脚后跟附近的压力传感器的传感器值,来检测使用者1的脚后跟接地的时机,实时推定使用者1每1步的步行相位即步行周期。此外,使用者1的1步是左右腿的任一个前进1步。例如,使用者1的1步是从左腿接地起到下一次左腿接地为止的期间。步行时机检测部123基于推定出的步行周期来预测下一步中的步行相位、腿站立期和腿悬空期各自的开始时期、以及持续时间,并向驱动控制部122输出。
在此,步行相位(gate phase)表示使用者1前进1步的过程中的步行状态的时间性的时机。在步行相位中,将使用者1的一条腿着地时设为0%,并且,将下一次使用者1的同一条腿着地时设为100%。并且,步行相位,用0%~100%来表示使用者1的步行状态的时机。例如,步行相位0%~100%的值可以与从使用者1的一条腿着地时到下一次使用者1的同一条腿着地时为止的经过时间相对应。具体地说,在从使用者1的一条腿着地时到下一次使用者1的同一条腿着地时为止的时间为1sec(秒)的情况下,将从使用者1的腿着地时起经过了0.5sec的时刻下的步行相位表示为50%。
更具体地说,步行时机检测部123基于加速度传感器的信息来决定使用者1的腿着地的时间点。基于加速度传感器的腿的着地时间点的推定方法希望参照例如IEEETRANSACTIONS ON BIOMEDICAN ENGINEERING,VOL.52,NO.3,2005年,p.488,图1,p.489,图2。传感器的其它例子是角度传感器(也称为倾斜传感器)。例如,在使用者1的大腿部安装角度传感器,步行时机检测部123取得使用者1的髋关节的角度作为步行信息。步行时机检测部123基于使用者1的髋关节的角度变化的周期来算出步行相位。
此外,步行时机检测部123在基于加速度传感器和陀螺仪传感器的传感器值来推定步行周期的情况下,可以根据加速度传感器和陀螺仪传感器的信号波形来推定步行周期。另外,步行时机检测部123在基于使用者1的脚后跟附近的压力传感器的传感器值来推定步行周期的情况下,例如可以采用安装于使用者1的鞋底的压力传感器的传感器值。在此情况下,步行时机检测部123将与压力传感器的传感器值相对应的电压值为预定的值以下的时间点检测作为脚后跟的接地时机。也就是说,由压力传感器计测出预定值以上的压力值的期间意味着脚后跟接地。步行时机检测部123通过取得鞋本身接地的时机,与取得基于在上半身带111等配置的加速度传感器和陀螺仪传感器的时机相比,能够更切实地推定步行周期。
不论在采用上述传感器的哪一个的情况下,步行时机检测部123例如都可以根据使用者1的最近3步的传感器值来推定每1步的步行相位的0%~100%的经过时间,算出3个经过时间的平均值。然后,步行时机检测部123可以根据经过时间的平均值来预测下一步的步行相位100%的时刻。而且,步行时机检测部123也可以根据传感器的信号波形来推定每1步的步行相位中的腿站立期和腿悬空期的开始时机,从而算出3步的开始时机的平均值。然后,步行时机检测部123可以基于平均值来预测下一步的腿站立期和腿悬空期的开始时机。
或者,步行时机检测部123也可以根据使用者1的最近1步的传感器值来推定1步的步行相位的0%~100%的经过时间,并基于推定出的经过时间来预测下一步的步行相位100%的时刻。而且,步行时机检测部123也可以根据传感器的信号波形来推定1步的步行相位中的腿站立期和腿悬空期的开始时机,预测下一步的腿站立期和腿悬空期的开始时机。
(驱动控制部122)
驱动控制部122基于从步行方向决定部121取得的路径上的使用者1的步行方向的信息、以及从步行时机检测部123取得的使用者1的预测出的步行相位的信息,来进行调节线材110a1~110a8的张力的马达114a1~114a8的控制。驱动控制部122控制马达114a1~114a8的起动和停止、以及马达114a1~114a8各自对线材110a1~110a8的牵拉量和牵拉力。此时,驱动控制部122控制马达114a1~114a8的起动和停止、以及马达114a1~114a8的旋转量和转矩。
具体地说,驱动控制部122从步行方向决定部121得到在从使用者1的当前地到目的地为止的路径中、到下一个方向转换地点为止的距离和时间、以及方向转换地点处的方向转换角度的信息。
步行方向决定部121算出由从当前地到方向转换地点为止所需的使用者1的步数与距离的比率构成的系数Ca,并算出由方向转换地点处的方向转换所需的使用者1的步数与方向转换角度的比率构成的系数Cb。系数Ca由(从当前地到方向转换地点为止使用者1直行的距离)/(从当前地到方向转换地点为止使用者1直行的步数)表示。系数Cb由(在方向转换地点的使用者1的方向转换角度)/(方向转换所需的使用者1的步数)表示。在方向转换地点的使用者1的方向转换角度是方向转换地点的前后之间的使用者1的行进方向的方向角的差异。驱动控制部122从步行方向决定部121取得系数Ca和Cb。
另外,步行时机检测部123推定使用者1的步行中的脚后跟的接地时机,并预测从使用者1的下一次的脚后跟接地到再下一次的脚后跟接地为止的时间。然后,驱动控制部122取得步行时机检测部123的预测结果。
驱动控制部122基于从步行方向决定部121和步行时机检测部123取得的信息来决定对使用者1进行辅助的种类。辅助的种类包括后述的弯曲、伸展、外展、内收、外旋和内旋那样的、对使用者1辅助的腿的动作。而且,驱动控制部122根据辅助的种类,从线材110a1~110a8中决定为了进行对使用者1的动作的辅助而应牵拉的线材、赋予该线材的张力、以及牵拉该线材的时机。此外,辅助的种类的决定也可以由步行方向决定部121来进行。
从步行方向决定部121和步行时机检测部123取得的信息与辅助的种类的关系即辅助对应关系被预先设定,并被储存于例如存储部150。被牵拉的线材、线材的张力以及牵拉线材的时机之间的关系即线材-张力关系根据辅助的种类而被预先设定,被储存于例如存储部150。另外,线材-张力关系也可以基于辅助装置100的辅助下的控制实际成果来更新。驱动控制部122基于被储存于存储部150的辅助对应关系和线材-张力关系的信息来决定对使用者1进行的辅助的种类,并决定与已决定的辅助的种类相对应的线材的控制。
另外,驱动控制部122也可以基于从步行方向决定部121和步行时机检测部123取得的信息、年龄、性别、体格和体力等使用者1的信息、以及对腿的辅助的介入程度等,来改变线材-张力关系。线材-张力关系的详细情况后述。另外,驱动控制部122根据对决定出的线材赋予的张力和牵拉时机来进行与该线材相连的马达114a1~114a8的控制。
[2.辅助装置的动作]
[2-1.辅助装置的概略动作]
接下来,对实施方式的辅助装置100的概略动作进行说明。首先,参照图11A和图11B,对辅助装置100将装戴辅助装置100的使用者从出发地步行引导到目的地的例子进行说明。此外,图11A是表示已装戴了辅助装置100的使用者通过辅助装置而接受引导的行进方向的例子的图。如图11A所示,在本例中,使用者例如接受采用了(I)右向、(II)直行方向和(III)左向这3个引导模式的行进的引导。另外,图11B是表示从使用者的出发地到目的地为止的路径的例子的图。图11B示出了在路径上使用者从辅助装置100接受的引导模式。使用者根据路径上的当前位置,从辅助装置100接受采用了图11A所示那样的3个引导模式的某一个的引导。在(I)右向或(III)左向的引导模式中,辅助装置100将使使用者向右或左回旋的辅助力经由线材110而赋予使用者以使得使用者的行进方向向右或向左拐弯。在(II)直行方向的引导模式中,辅助装置100可以经由线材110而赋予使使用者向直行方向进行步行动作的辅助力,也可以不赋予辅助力而使使用者自主地步行。在后者的情况下,辅助装置100可以在使用者的行进方向偏离直行方向的情况下赋予用于方向修正的辅助力。这样,辅助装置100将借助了线材110的辅助力所带来的物理性的步行引导赋予使用者。此外,辅助力可以是辅助进行预定的动作时的使用者的身体的运动的力,也可以是将进行预定的动作半强制或强制性地强加于使用者的身体的力。
在上述的步行引导时,例如,辅助装置100的步行方向决定部121从目的地取得部130取得目的地的位置信息,并从当前地取得部140取得出发地的位置信息即使用者的当前位置。另外,步行方向决定部121从存储部150取得从出发地到目的地为止的地图。步行方向决定部121采用出发地的位置信息、目的地的位置信息和地图来算出从出发地到目的地为止的路径。而且,步行方向决定部121在路径上决定适用于使用者的引导模式(I)、(II)和(III)。
在步行引导中,例如图11B所示,在地图包括岔路口的信息的情况下,需要使使用者在路径上的岔路口处进行方向转换。此时,辅助装置100从使用者进入岔路口之前,就开始进行使使用者向(I)右向或(III)左向的所希望的方向进行方向转换即回旋的辅助力的赋予。然后,辅助装置100一边使辅助力变化一边继续赋予直到使用者拐弯通过岔路口。回旋中赋予使用者的辅助力的详细情况后述。由此,辅助装置100基于作为出发地的使用者的当前位置来选择已在路径上设定的引导模式,并根据选择的引导模式来物理性地引导使用者的行进方向。
[2-2.辅助装置的处理的流程]
接下来,参照图12,对上述那样的从辅助装置100进行的路径的决定到沿着路径的步行引导为止的处理的流程进行说明。图12是表示实施方式的辅助装置100引导使用者的步行方向的处理的流程的一个例子的流程图。
(步骤S001)
目的地取得部130取得对装戴了辅助装置100的使用者进行引导的目的地的信息,并将目的地的位置信息输出到控制部120的步行方向决定部121。目的地取得部130经由设置于辅助装置100的输入装置、或使用者等向使用者所携带的终端装置500的输入而取得目的地的信息。
(步骤S002)
步行方向决定部121从当前地取得部140取得辅助装置100的当前地信息、即使用者的当前位置。当前地取得部140从辅助装置100的位置信息检测部160或终端装置500取得使用者的当前位置。
(步骤S003)
步行方向决定部121根据目的地的位置信息、使用者的当前位置、以及被储存于存储部150的目的地和当前位置周边的地图而算出从当前位置到目的地为止的路径,进而,决定算出的路径中的使用者的步行方向的信息。步行方向的信息包括在路径上到使用者进行方向转换的场所为止的距离和时间、以及方向转换场所处的方向转换角度等。然后,步行方向决定部121将步行方向的信息和辅助模式开启的信号输出到控制部120的驱动控制部122。辅助模式开启的信号是表示为执行辅助装置100辅助使用者的步行的控制的状态的信号。辅助模式关闭的信号是表示为不执行辅助装置100辅助使用者的步行的控制的状态的信号。
(步骤S004)
驱动控制部122在从步行方向决定部121接收了辅助模式开启的信号时控制马达114,向线材110赋予张力。具体地说,驱动控制部122从步行时机检测部123接收步行时机检测部123所预测的步行相位中的辅助时机信息。辅助时机信息包括步行相位中的腿站立期和腿悬空期等的步行状态的时间性的时机信息。驱动控制部122基于辅助时机信息和从步行方向决定部121接收的步行方向的信息,将控制线材110的张力以使使用者直行的辅助控制信号输出到马达114。
(步骤S005)
步行方向决定部121判定在从当前位置到目的地为止的路径上是否存在作为需要方向转换的场所的方向转换点。步行方向决定部121在存在方向转换点的情况下(在步骤S005中为“是”),前进到步骤S006,在不存在方向转换点的情况下(在步骤S005中为“否”),返回步骤S004。
(步骤S006)
步行方向决定部121基于使用者的当前位置和路径信息,判定在接下来使用者要到达的方向转换点,使用者进行方向转换即拐弯的方向是否是左向。步行方向决定部121在拐弯方向为左向的情况下(在步骤S006中为“是”),前进到步骤S007,在拐弯方向为右向的情况下(在步骤S006中为“否”),前进到步骤S008。
(步骤S007)
步行方向决定部121基于在步骤S003决定了的步行方向的信息,将用于向左向引导使用者的信号输出到驱动控制部122。驱动控制部122根据接收到的信号来控制马达114,由此控制线材110的张力以使使用者向左向进行方向转换。此外,步行方向的信息也包括与在步行转换点处使用者的左右腿每1步进行的动作相关的信息、即左向的方向引导模式的信息。由此,驱动控制部122按每1步来控制使用者的左右腿的动作。
(步骤S008)
步行方向决定部121基于在步骤S003决定了的步行方向的信息,将用于向右向引导使用者的信号输出到驱动控制部122。驱动控制部122根据接收到的信号来控制马达114,由此控制线材110的张力以使使用者向右向进行方向转换。此外,步行方向的信息也包括与在步行转换点处使用者的左右腿每1步进行的动作相关的信息、即右向的方向引导模式的信息。由此,驱动控制部122按每1步来控制使用者的左右腿的动作。
(步骤S009)
在步骤S007和步骤S008各自中完成了辅助装置100对在方向转换点的使用者的方向转换的引导后,步行方向决定部121基于当前位置和目的地的位置信息来判定使用者是否到达了目的地。步行方向决定部121在使用者未到达目的地的情况下(在步骤S009中为“否”),前进到步骤S004,在使用者到达了目的地的情况下(在步骤S009中为“是”),结束将使用者引导到目的地的处理。
[2-3.辅助装置进行辅助的基本动作]
接下来,对辅助装置100进行辅助的基本动作进行说明。具体地说,对辅助装置100对装戴辅助装置100的使用者赋予的辅助力与使用者的动作的关系进行说明。辅助装置100采用8个马达114a1~114a8来分别改变8个线材110a1~110a8的张力,从而对装戴辅助装置100的使用者的左右腿赋予辅助力而使左右腿进行各种动作。
例如,图13A~图13C示出了辅助装置100进行辅助的使用者的右腿的动作例。此外,图13A~图13C示出了辅助装置100对腿悬空期的右腿赋予辅助力的例子,但辅助装置100也可以对腿站立期的右腿赋予辅助力。另外,辅助装置100能够使使用者的左腿进行与右腿相同的动作。
如图13A所示,辅助装置100能够赋予使用者的右腿髋关节以使之弯曲和伸展的辅助力。另外,如图13B所示,辅助装置100能够赋予使用者的右腿髋关节以使之外展和内收的辅助力。另外,如图13C所示,辅助装置100能够赋予使用者的右腿髋关节以使之外旋和内旋的辅助力。弯曲和伸展的辅助力能够辅助使用者的直行方向的步行,由此,会带来降低使用者的能量代谢的效果。外展、内收、外旋和内旋的辅助力能够辅助使用者的方向转换。
此外,髋关节的弯曲是大腿部向前方运动的动作,髋关节的伸展是大腿部向后方运动的动作。外展是大腿部从使用者的躯干的中心向左右方向的外侧(若是右腿则为右侧,若是左腿则为左侧)运动的动作,是以髋关节为基点使腿转动以打开腿的动作。内收是大腿部朝向使用者的躯干的中心向左右方向的内侧(若是右腿则为左侧,若是左腿则为右侧)运动的动作,是以髋关节为基点使腿转动以闭合腿的动作。外旋是使大腿部向使用者的外侧(若是右腿则为右旋方向,若是左腿则为左旋方向)旋转的动作,是以髋关节为中心使大腿部向外旋转以使脚尖朝向外侧的动作。内旋是使大腿部向使用者的内侧(若是右腿则为左旋方向,若是左腿则为右旋方向)旋转的动作,是以髋关节为中心使大腿部向内旋转以使脚尖朝向内侧的动作。这样,辅助装置100能够将能引导3自由度6方向的动作的辅助力赋予左右腿。
进而,参照图14A~图19B,对辅助装置100引导即辅助的使用者的动作与经由线材110a1~110a8而赋予使用者的辅助力的关系进行说明。
参照图14A和图14B,示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的弯曲的情形。在图14A中,驱动控制部122为了使左腿弯曲而驱动马达114a1、114a2,使线材110a1、110a2的张力增加。在图14B中,驱动控制部122为了使右腿弯曲而驱动马达114a7、114a8,使线材110a7、110a8的张力增加。在本实施方式中,线材110a1、110a2的张力是同样的,线材110a7、110a8的张力是同样的,但也可以相互不同。驱动控制部122可以基于力传感器115a1~115a8的检测结果来进行线材的张力的控制,也可以基于马达114a1~114a8的驱动量来进行线材的张力的控制。
虽然不限于此,但在本实施方式中,即使在弯曲前的平常时,也对线材110a1~110a8分别施加张力,该张力为线材不松弛的程度、例如10N(牛顿)以下,更优选为5N以下。并且,为了使左腿和右腿弯曲,将线材110a1、110a2的张力、以及线材110a7、110a8的张力分别提高到例如40N以上且100N以下的值。以左腿为例进行说明。对作为健康的20来岁~40来岁的成人男性的用者,使40N以上的张力作用于线材110a1、110a2。此时,使用者能够明确地自己认识到在左腿作用屈伸方向的力且左腿的屈伸被促进。在线材110a1、110a2作用超过80N的张力时,使用者的左腿被向屈伸方向抬起。另外,在作用于线材110a1、110a2的张力为20N以下的情况下,使用者几乎感觉不到线材110a1、110a2的张力带来的阻力而继续现状的动作。此外,上述张力的数值是一个例子,可根据使用者的年龄、性别、体格、体力、腿的动作的种类、对腿的辅助的介入程度等来适当地改变。
参照图15A和图15B,示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的伸展的情形。在图15A中,驱动控制部122为了使左腿伸展而使线材110a3、110a4的张力增加。在图15B中,驱动控制部122为了使右腿伸展而使线材110a5、110a6的张力增加。该伸展时的线材的张力可以与弯曲时的线材的张力相同。
图16A和图16B示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的外展的情形。在图16A中,驱动控制部122为了使左腿外展而使线材110a2、110a3的张力增加。在图16B中,驱动控制部122为了使右腿外展而使线材110a6、110a7的张力增加。该外展时的线材的张力可以与弯曲时或伸展时的线材的张力相同。
图17A和图17B示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的内收的情形。在图17A中,驱动控制部122为了使左腿内收而使线材110a1、110a4的张力增加。在图17B中,驱动控制部122为了使右腿内收而使线材110a5、110a8的张力增加。该内收时的线材的张力可以与弯曲时、伸展时或外展时的线材的张力相同。
图18A和图18B示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的外旋的情形。在图18A中,驱动控制部122为了使左腿外旋而使线材110a2、110a4的张力增加。在图18B中,驱动控制部122为了使右腿外旋而使线材110a5、110a7的张力增加。该外旋时的线材的张力可以与弯曲时、伸展时、外展或内收时的线材的张力相同。
图19A和图19B示出了辅助装置100辅助使用者的左腿和右腿的髋关节的内旋的情形。在图19A中,驱动控制部122为了使左腿内旋而使线材110a1、110a3的张力增加。在图19B中,驱动控制部122为了使右腿内旋而使线材110a6、110a8的张力增加。该内旋时的线材的张力可以与弯曲时、伸展时、外展、内收或外旋时的线材的张力相同。
上述那样的对各腿的辅助动作与线材110a1~110a8的张力的关系如下表2那样概括。
表2:对各腿的辅助动作与张力产生线材的关系
在上述中,驱动控制部122为了辅助1条腿的动作而使2个线材的张力增加。此时,驱动控制部122可以以将其它6个线材的张力维持现状的方式与使用者的动作相应地控制马达114控制来调整线材的张力,也可以停止6个线材的马达114以使得张力不作用于6个线材。
另外,在上述的例子中,驱动控制部122将为了辅助1条腿的动作而选择的2个线材的张力设为相同,但不限于此。例如在外展、内收、外旋和内旋的动作的辅助时,驱动控制部122可以将位于腿的后部的线材的张力设为比位于腿的前部的线材的张力小。这样,在腿转动或回旋的情况下,在腿的前部和后部,辅助力的作用线与髋关节的旋转轴的距离即髋关节的力臂不同。因此,若将相同的张力赋予腿的前部的线材和后部的线材,则有时不会向腿输出设想的转矩。另外,由于肌肉或赘肉的生长方式等而使得腿和腰的形状因人而异,所以,可以根据个人来调整前部的线材和后部的线材的张力的平衡。
上述那样的辅助装置100在使用者的步行中,能够与使用者在腿站立期和腿悬空期产生的转矩相配合地主要将作为弯曲和伸展方向的辅助力的辅助转矩赋予使用者来辅助使用者的步行动作。而且,辅助装置100在引导使用者的步行方向的情况下,将外展、内收、外旋或内旋方向的辅助转矩赋予使用者,由此能够将使用者向所希望的方向引导。
[2-4.辅助装置的步行方向引导动作]
对辅助装置100中的使用者的步行方向的引导动作的详细情况进行说明。参照图20A和图20B,示出了辅助装置100引导步行方向以使得使用者在岔路口拐直角的例子。图20A示出了从作为使用者的当前位置的计测地点到应拐弯的岔路口之间的距离和使用者的步数的例子。辅助装置100的步行方向决定部121根据计测地点的位置和路径信息而算出从计测地点到岔路口为止的距离,根据算出的距离算出到该岔路口为止所需的步数。在本例中,从计测地点到岔路口为止的距离为6m,从计测地点到岔路口为止的步数为6步。另外,步行方向决定部121根据路径信息决定使用者在岔路口需要向右向拐90度。
然后,如图20B所示,步行方向决定部121决定依次实施直行方向的辅助、右向的辅助和直行方向的辅助,并向驱动控制部122输出。具体地说,步行方向决定部121对各辅助,按每1步决定时机、期间、辅助的程度等。例如,在辅助成在使用者用左右腿各前进一步的期间拐弯45度的情况下,步行方向决定部121例如将岔路口前2步量的位置决定为右向的辅助开始时机以使得用左右腿各2步、共计4步拐过岔路口。驱动控制部122根据步行方向决定部121所决定的右向的辅助开始时机和步行时机检测部123检测出的步行的时机来控制线材110的张力,对使用者赋予向右向拐弯的辅助力。通过这样,使用者可利用到达岔路口之前的2步和通过岔路口后的2步来拐弯90度。
此外,关于步数与距离的关系,可以在使用者正在进行直行步行时,例如,步行方向决定部121基于配置于上半身带111的位置信息检测部160的加速度传感器所检测出的行进方向的加速度来算出。具体地说,步行方向决定部121根据行进方向的加速度波形而检测使用者每1步的时间。而且,步行方向决定部121也可以根据与作为对象的步数相对应的时间和行进方向的加速度的变化而算出该时间内的使用者的移动距离。或者,步行方向决定部121也可以从GPS接收器而取得该时间内的使用者的移动距离。步行方向决定部121基于同一时间内的步数和移动距离而算出使用者的步数与距离的关系。例如图21所示,步数与距离的关系因使用者而异。因此,步行方向决定部121通过上述那样的方法在直行步行中进行算出。此外,图21是表示采用了辅助装置100时的多个使用者的步数与距离的关系的例子的图。另外,步行方向决定部121可以根据位置信息检测部160的加速度传感器和陀螺仪传感器的计测结果来判定使用者是否处于直行步行中,也可以根据GPS接收器的计测结果来判定使用者是否处于直行步行中。
另外,关于步数与方向转换角度的关系,也与步数与距离的关系同样。例如,步行方向决定部121根据位置信息检测部160的加速度传感器和陀螺仪传感器、或GPS接收器的计测结果来判定开始使用者拐弯的动作的时机和结束使用者拐弯的动作的时机。而且,步行方向决定部121根据加速度传感器和陀螺仪传感器、或GPS接收器的计测结果也算出使用者进行了方向转换的角度。而且,步行方向决定部121根据加速度传感器的加速度波形来算出使用者进行方向转换所需的步数。并且,步行方向决定部121将步数与方向转换角度的关系建立对应(建立关联)。上述的对应建立可以根据存在辅助装置100的辅助的状态下的计测结果而求出,也可以根据不存在辅助装置100的辅助的状态下的计测结果而求出。
在1步下能够拐弯的方向转换角度因使用者而异。因此,例如,在相对于步数的方向转换角度小、例如2步只能拐10度的使用者的情况下,为了拐90度,步行方向决定部121可以决定为从岔路口前9步起开始辅助。或者,在从当前地到岔路口为止不足9步量的距离的情况下,步行方向决定部121也可以加强线材110的张力即辅助力来增加使用者1步进行方向转换的角度。
接下来,参照图22A和图22B,示出了辅助装置100引导步行方向以使得使用者在拐角处多次拐弯由此方向转换成直角的例子。在图22A中,使用者与图20A同样地向右向朝向直角方向拐弯,但1个拐弯动作下的方向转换角度小。如图22A所示,例如在使用者虽然最终拐90度但在进行了45度的方向转换后再次进行45度的方向转换的情况下,辅助装置100在比图20A的例子靠近方向转换地点的开始地点开始右向的辅助。或者,辅助装置100将为了辅助而赋予线材110的张力抑制得比图20A的例子低。由此,使用者能够自然地转换方向。
并且,在进行辅助以使得使用者沿着图22A所示的路径行进的情况下,如图22B所示,辅助装置100依次实施直行方向的辅助、右向的辅助、直行方向的辅助、右向的辅助和直行方向的辅助。例如,在进行辅助以使得在使用者用左右腿各前进1步的期间拐45度的情况下,辅助装置100从第第一个方向转换地点前1步开始右向的辅助,然后,再次进行直行方向的辅助,之后,再次从下一个方向转换地点前1步开始右向的辅助。由此,辅助装置100辅助成最终使用者拐90度。
此外,在上述的例子中,辅助装置100根据步数与能够拐弯的角度的关系的使用者的差异来前后调整辅助开始时机,由此能够进行各种使用者的方向转换,但不限于此。辅助装置100也可以不根据使用者来改变辅助开始时机而是改变为了辅助而赋予线材110的张力。
例如参照图23A和图23B,示出了辅助装置100沿着包括相互之间的距离短的2个拐角在内的路径来引导使用者的步行方向的例子。如图23A所示,在到目的地为止的路径中,在90度的方向转换后立刻(例如2步至4步的距离)又有90度的方向转换的情况下,即使辅助装置100提早辅助开始时机,也存在使用者无法进行第二个方向转换的可能性。
例如在辅助装置100辅助的情况下,使用者通常能够在单腿的1步下以大约5~30度的方向转换角度拐弯。在此情况下,有时用于进行第二个方向转换的使用者的步数会不足。另外,在图23A中,如图23B所示,使用者在接受右向的辅助后立刻接受左向的辅助。使用者在刚向右向接受了辅助后还残留着被向右向辅助的感觉,使用者在保持着具有这样的感觉的状态下接受左向的辅助。在这样的情况下,使用者的自身的感觉会产生混乱,有时无法应对左向的辅助。因此,辅助装置100可以通过使辅助的线材110的张力比通常大来增加使用者的1步下的方向转换角度。由此,辅助装置100沿着路径来引导使用者的步行方向。
但是,辅助装置100在判定为即使增加使用者的1步下的方向转换角度、使用者也无法完全拐弯的情况下,也可以改变路径。例如,步行方向决定部121进行上述判定,结果,如图24A和图24B所示的例子那样,可以再次设定路径以减少方向转换的次数、增加到方向转换地点为止的距离。在本例中,如图24B所示,辅助装置100依次进行直行方向的辅助、右向的辅助和直行方向的辅助。此外,通过减少方向转换的次数,也能够得到降低辅助装置100的能量消耗量的效果。
[2-5.辅助装置的方向转换辅助动作的详细情况]
进而,对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的详细情况进行说明。具体地说,对使用者的方向转换时辅助装置100使张力增加的线材110与使该线材110的张力增加的时机的关系进行说明。如上所述,辅助装置100的驱动控制部122基于根据辅助的种类的线材-张力关系而决定使张力增加的线材110、该线材110的牵拉力、以及使该线材110的张力增加的时机,辅助使用者的动作。以下说明的动作是基于该线材-张力关系的动作的例子。
[2-5-1.方向转换辅助的第一模式的动作]
首先,对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第一模式的动作进行说明。图25关于第一模式的动作,示出了使使用者向左向进行方向转换时的辅助装置100使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。图25中用俯视图和侧视图示出了使用者的各状态及其位置。而且,图25示出了张力增加的线材。而且,在图25中,将使用者的左右腿的状态、上述线材的张力的状态即线材张力的输入曲线、以及步行相位建立对应地加以示出。线材张力的输入曲线表示线材张力相对于赋予各线材的最大张力(也称为张力增益)的比例。例如,在各线材的张力增益为100N的情况下,实际赋予的张力由输入曲线×张力增益来表示。并且,在步行相位0~100%的期间,辅助装置100将最大张力设为100N,使线材张力变化地产生。
图25示出了为了将使用者向左向引导而增加线材110a2、110a4、110a6、110a8的张力的例子。也就是说,辅助装置100进行用于使左腿外旋且使右腿内旋的辅助。在图25中,以左腿的步行相位为基准,在左腿的步行相位中,将左腿的脚后跟的接地设为0%,将右腿的脚后跟的接地设为50%。也就是说,虽然不限于此,但在本实施方式中,左腿的步行相位的0%与右腿的步行相位的50%是同时期的。
在左腿的步行相位中,左腿的腿站立期是0%以上且60%以下的期间,腿悬空期是超过60%且不足100%的期间。另外,在右腿的步行相位中,右腿的腿悬空期是超过60%且不足100%的期间,腿站立期是100%以上且160%以下的期间。换言之,在左腿的步行相位中,右腿的腿悬空期是超过10%且不足50%的期间,腿站立期是50%以上且110%以下的期间。
此外,在右腿的步行相位中,右腿的腿悬空期的超过60%且不足100%的期间包含于第1步行相位,腿站立期的100%以上且160%以下的期间包含于第1步行相位的接下来的第2步行相位。也就是说,100%以上且160%以下的期间是第2步行相位的0%以上且60%以下的期间。这样,在以下的说明中,采用100%以上的数值表示的步行相位意味着采用0%~100%的数值表示的步行相位的接下来的步行相位。
在向左向引导使用者的情况下,辅助装置100在右腿的步行相位的115%附近的时机对右腿赋予内旋的辅助力。上述时机是包含于使用者的右脚的脚后跟接地后到右脚尖接地为止的区间的时机。该时机包含于右腿的腿站立期。此时,由辅助装置100在相同的时机对线材110a6、110a8施加第1阈值以上的张力。在此的线材110a6、110a8的张力的一个例子是100N。此外,第1阈值可以是使用者能够认识到由于在线材产生的张力而促使了用于向左向旋转的移动的腿的动作那样的张力,例如为100N的40%即40N。
而且,辅助装置100在左腿的步行相位即将成为100%的期间对左腿施加外旋的辅助力。即将成为100%的期间的例子是包含于从65%至90%的期间的任意一个时机。此时,辅助装置100在相同的时机对线材110a2、110a4施加例如100N的张力。辅助装置100在左腿的腿悬空期下对左腿施加辅助力。
具体地说,辅助装置100在右腿的步行相位的115%以上且140%以下的整个期间,为了辅助右腿的内旋,连续增加线材110a6、110a8的张力而不增加右腿的其它线材110a5、110a7的张力。此外,步行相位的115%以上且140%以下的期间在采用0~100%来表示步行相位的情况下为15%以上且40%以下的期间。
而且,辅助装置100在左腿的步行相位的65%以上且90%以下的整个期间,为了辅助左腿的外旋,连续增加线材110a2、110a4的张力而不增加左腿的其它线材110a1、110a3的张力。在图25中,增加各线材的张力时的张力的曲线形成梯形的波形。这是为了降低急剧的张力的增加和急剧的张力的减少带给使用者的负荷。此外,辅助装置100在右腿的步行相位的115%以上且140%以下的期间、以及左腿的步行相位的65%以上且90%以下的期间,可以暂时中断张力的增加。在此情况下,会降低辅助装置100赋予使用者的腿的负荷,降低使用者因辅助装置100的作用而感觉到的负担。
考虑到从驱动控制部122向马达114输出信号到实际在线材110产生张力为止的时间的滞后,图25所示的线材张力的输入曲线被设定为,比所希望的时间点提早几%的步行相位地线材110的张力上升。例如关于对右腿的辅助,右脚尖接地的时机在右腿的步行相位中实际上为120%程度的时机。但是,考虑线材110的张力的输出的滞后,与右腿有关的线材张力的输入曲线被制成为在提早大约5%程度的时机线材110的张力上升。另外,关于对左腿的辅助,辅助装置100进行辅助以在左脚的脚后跟即将接地之前左腿的髋关节外旋。考虑到线材的张力的输出的滞后,为了使辅助的结束为左腿的步行相位大致100%的时机,与左腿有关的线材张力的输入曲线被制成为在左腿的步行相位的65%以上且90%以下的期间连续辅助外旋。
参照图26,与图25同样地示出了在使使用者向右向进行方向转换时的辅助装置100使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。图26是为了将使用者向右向引导而增加线材110a1、110a3、110a5、110a7的张力的例子。也就是说,辅助装置100进行用于使左腿内旋且使右腿外旋的辅助。在图26中,以右腿的步行相位为基准,在右腿的步行相位中,将右腿的脚后跟的接地设为0%,将左腿的脚后跟的接地设为50%。在右腿的步行相位中,右腿的腿站立期是0%以上且60%以下的期间,腿悬空期是超过60%且不足100%的期间。另外,在左腿的步行相位中,左腿的腿悬空期是超过60%且不足100%的期间,左腿的腿站立期是100%以上且160%以下的期间。在向右向引导使用者的情况下,辅助装置100首先在左腿的步行相位的115%附近的时机对左腿赋予内旋的辅助力。上述时机是包含于使用者的左脚的脚后跟接地后到左脚尖接地为止的区间的时机。此时,辅助装置100在相同的时机对线材110a1、110a3施加例如100N的张力。
而且,辅助装置100在右腿的步行相位即将成为100%之前的期间、例如包含于从65%至90%的期间的任意一个时机,对右腿施加外旋的辅助力。此时,辅助装置100在相同的时机对线材110a5、110a7施加例如100N的张力。
具体地说,辅助装置100在左腿的步行相位的115%以上且140%以下的整个期间,为了辅助左腿的内旋,连续增加线材110a1、110a3的张力而不增加左腿的其它线材110a2、110a4的张力。此外,步行相位的115%以上且140%以下的期间在采用0~100%来表示步行相位的情况下为15%以上且40%以下的期间。
而且,辅助装置100在右腿的步行相位的65%以上且90%以下的整个期间,为了辅助右腿的外旋,连续增加线材110a5、110a7的张力而不增加右腿的其它线材110a6、110a8的张力。虽然不限于此,但在本实施方式中,图26中的与左腿和右腿有关的线材张力的输入曲线与将图25中的与左腿和右腿有关的线材张力的输入曲线左右替换而得到的曲线是等同的。图26中的线材张力的输入曲线也与图25的情况同样地,是考虑了辅助装置100的张力的输出的滞后而制成的。
此外,在本实施方式中,进行方向转换的辅助时的线材110的张力在哪个线材中都设为100N,但不限于此。由于髋关节的力臂和腿的长度因使用者而异,所以,即使在对相同的线材110赋予相同的张力的情况下,髋关节受到的辅助转矩也因使用者而异。此外,辅助转矩由线材张力×力臂而求出。因此,也可以将因使用者而异的张力赋予线材110。相比瘦使用者来说,胖使用者的髋关节的力臂大。因此,例如,在腹围为100cm以上那样的胖使用者的情况下,可以将张力设为60N,在腹围为70cm以下那样的瘦使用者的情况下,可以将张力设为120N。由此,胖使用者和瘦使用者受到的辅助转矩能成为相同。
另外,也可以根据使用者的腿的长度来改变张力。例如,在将上半身带111和膝部带112a、112b安装于使用者的身体的相同部位的情况下,使用者的腿的长度、具体地说是大腿部的长度越短,则使用者的冠状面处的线材110的倾斜越大。因此,即使在对线材110赋予相同的张力的情况下,大腿部的长度越短,则外旋和内旋的方向即扭转方向的辅助转矩越大。因此,通过对腿长的使用者增加外旋和内旋下的线材110的张力,能够使腿长的使用者也接受到与腿短的使用者相同的辅助。另外,在屈伸和伸展方向的辅助中,腿长的使用者会更大地受到线材110的张力的纵向即上下方向的力分量,所以可以减小对腿长的使用者的线材110的张力。这样,通过根据每个使用者的体型和腿的长度来调整线材张力,可对使用者赋予合理的辅助转矩。
另外,在内旋和外旋的各辅助中,使用者的腿的前后的线材张力相同,但也不限于此。例如,也可以使配置于腿的前侧的线材的张力比配置于腿的后侧的线材的张力大。由于后侧的线材经过使用者的臀部,所以,使用者的后侧的力臂要比前侧的大,由此,在使用者的后侧作用于髋关节的辅助转矩比使用者的前侧要大。因此,通过进一步增加前侧的线材的张力,辅助装置100能够在使用者的前后平衡性良好地进行方向引导中的内旋和外旋的辅助。
此外,在图25和图26中,将线材张力的输入曲线的波形设为简单的四边形、具体地说设为梯形,但不限于此。也可以采用三角形波或高斯波形来制成输入曲线的波形。例如,在用矩形和梯形等四边形的波形来制成输入曲线的情况下,有时会产生线材张力的急剧上升或急剧下降。这样的张力变化有可能给使用者带来辅助的不适感。于是,例如在将输入曲线的波形设为三角形波的情况下,可以将到最大张力为止的线材张力的上升设为逐渐变化的缓和上升。由此,辅助装置100能够谨慎地使使用者的腿旋转,也能够减小急剧的线材张力的变化所带来的使用者的栽倒等的危险性。
另外,在实际的人步行中,腿产生的弯曲和伸展转矩、以及内旋和外旋转矩是平滑地连续变化的。因此,输入曲线的波形可以适用高斯波形。高斯波形例如可以是采用下述式1所示那样的高斯函数并将多个高斯函数相加即重叠而制成的波形。此时,找出多个高斯函数的重叠方法中、与实际的人步行时的腿的转矩的波形最相近的重叠方法,并将其适用于输入曲线的波形的生成。找出这样的方法也被称为高斯拟合。由此,能够按照与人步行相近的形式来赋予辅助转矩,所以,可得到更自然的辅助。
具体地说,高斯函数采用μ,σ的变量(也称为参数)的对,由这2个参数来决定高斯函数的波形。由μ来决定表示高斯函数的波峰的时间,由σ来决定高斯函数的波宽。由此,通过2个参数的各种组合而能够生成各种高斯函数。
人步行时的腿所产生的转矩的振幅乘以高斯函数而得到的函数形成将横轴设为时间(单位:秒)而将纵轴设为转矩(单位:Nm)的波形。振幅的例子是人步行时的腿的最大转矩,例如20Nm等。并且,重叠多个高斯函数,找出与实际的人步行时的腿的转矩和时间的波形最相近的重叠方法。此时,采用具有各种2个参数μ,σ的n个高斯函数f1(x),f2(x),……,fn(x)来对实际的人步行数据进行高斯拟合,由此得到高斯函数。而且,通过重叠得到的多个高斯函数而得到新的高斯函数。通过调整这个新的高斯函数的2个参数μ,σ,能够制成辅助的输入曲线。
另外,在采用0~100%来表示各步行相位的情况下,各辅助中的线材张力的输入曲线的赋予期间在各脚的腿站立期中为该脚的步行相位的15%以上且40%以下的期间,在各脚的腿悬空期中为该脚的步行相位的65%以上且90%以下的期间,但不限于此。例如,在向左向的引导时的左腿的外旋的辅助、以及向右向的引导时的右腿的外旋的辅助中,在前述的期间的输入曲线中,根据不同的使用者,有时存在在腿悬空期结束时外旋状态的腿返回原来的状态的情况。在此情况下,存在外旋的辅助给方向引导的影响力变小的可能性。对于这样的使用者,可以延长腿悬空期的外旋的辅助期间,例如在脚后跟的接地后仍继续外旋的辅助。通过这样,使用者必然是在脚向外侧打开的状态下接地,更易于进行方向转换。辅助装置100可以根据对上述使用者的辅助的实际成果来判定辅助期间的延长,也可以根据预先输入的使用者的信息来判定辅助期间的延长。
例如参照图27,与图26同样地示出了使使用者向右向进行方向转换时的辅助装置100使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的另一例。图27示出了右腿的外旋的辅助在脚后跟的接地后仍进行的情况下的线材张力的输入曲线。在图27的例子中,辅助装置100对右腿赋予外旋的辅助力,此时,在右腿的步行相位中,65%以上且110%以下的整个期间,连续增加线材110a5、110a7的张力。由此,使用者超过腿悬空期地受到右腿的外旋的辅助,维持右腿的外旋状态直到右脚完全接地,在朝向目的的方向的状态下使右脚着地。因此,即使是对于方向转换引导效果小的使用者,也会提高辅助装置100的方向转换引导的效果。
[2-5-2.方向转换辅助的第二模式的动作]
对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第二模式的动作进行说明。辅助装置100在第一模式的动作中,为了辅助使用者的方向转换而对左腿和右腿赋予了使之外旋或内旋的辅助力。在第二模式的动作中,辅助装置100为了辅助使用者的方向转换而对左腿和右腿赋予使之外展或内收的辅助力。
首先,对腿受到了外展和内收的辅助力时的使用者的动作进行说明。参照图28A和图28B,示出了受到了使腿悬空期的右腿外展和内收的辅助力的使用者的动作的例子。如图28A所示,在使用者从辅助装置100受到了使腿悬空期的右腿外展的辅助力即转矩时,使用者的重心向右向、即受到辅助力的右腿的方向移动。由此,使用者被引导成向重心的移动方向即右向进行方向转换。如图28B所示,在使用者从辅助装置100受到使腿悬空期的右腿内收的辅助力时,使用者的重心向左向、即与受到辅助力的右腿相反的方向移动。由此,使用者被引导成向左向进行方向转换。另外,在使用者受到使腿悬空期的左腿外展或内收的辅助力的情况下,使用者被向与上述的右腿的情况相反的方向、即左向或右向引导。
参照图29A和图29B,示出了受到使腿站立期的左腿外展和内收的辅助力的使用者的动作的例子。如图29A所示,在使用者从辅助装置100受到使腿站立期的左腿外展的辅助力时,使用者的重心向右向、即与受到辅助力的左腿相反的方向移动。由此,使用者被引导成向右向进行方向转换。如图29B所示,在使用者从辅助装置100受到使腿站立期的左腿内收的辅助力时,使用者的重心向左向、即受到辅助力的左腿的方向移动。由此,使用者被引导成向左向进行方向转换。另外,在使用者受到使腿站立期的右腿外展或内收的辅助力的情况下,使用者被向与上述的左腿的情况相反的方向、即左向或右向引导。
从上述可知,辅助装置100在例如将使用者引导成向右向进行方向转换的情况下,可以对右腿在腿悬空期进行外展的辅助而在腿站立期进行内收的辅助。另外,辅助装置100可以对左腿在腿悬空期进行内收的辅助而在腿站立期进行外展的辅助。由此,在受到辅助的期间,使用者身体的重心总是向右向移动,所以使用者被引导成向右向进行方向转换。向左向的方向转换也同样地,为了使使用者身体的重心总是向左向移动,辅助装置100可以对右腿在腿悬空期进行内收的辅助而在腿站立期进行外展的辅助。另外,辅助装置100可以对左腿在腿悬空期进行外展的辅助而在腿站立期进行内收的辅助。
上述那样的对使用者的各腿的外展和内收的辅助与身体的重心的移动方向的关系如下表3那样概括。
表3:对各腿的外展和内收的辅助与身体的重心的关系
在第二模式的动作中,辅助装置100通过对左腿和右腿赋予使之外展或内收的辅助力,使使用者的重心向应进行方向转换的方向移动,使使用者向该方向进行方向转换。
例如,图30示出了采用外展和内收的辅助而使使用者向右向进行方向转换时的辅助装置100中使线材110的张力增加的时机。如图30所示,辅助装置100通过在右腿的腿站立期增加线材110a5、110a8的张力而对使用者的右腿赋予内收的辅助力。进而,辅助装置100通过在右腿的腿悬空期增加线材110a6、110a7的张力而对使用者的右腿赋予外展的辅助力。另外,辅助装置100通过在左腿的腿悬空期增加线材110a1、110a4的张力而对使用者的左腿赋予内收的辅助力。进而,辅助装置100通过在左腿的腿站立期增加线材110a2、110a3的张力而对使用者的左腿赋予外展的辅助力。由此,使用者的重心向右向移动。
此外,在上述中,辅助装置100对各腿,在腿站立期和腿悬空期,向外展方向和内收方向的相互不同的方向施加转矩,但不限于此。例如在上述中,辅助装置100对左腿和右腿施加了4种辅助力即辅助转矩,但也可以施加4种辅助转矩的一部分。例如若为向右向的方向转换的引导,那么辅助装置100可以施加使腿悬空期的右腿外展的辅助转矩和使腿站立期的左腿外展的辅助转矩。或者,辅助装置100也可以施加使腿悬空期的右腿外展的辅助转矩和使腿悬空期的左腿内收的辅助转矩。在使用者接受到4种辅助转矩的情况下,左腿和右腿一起接受外展或内收的辅助转矩。由此,使用者身体感受到的信号变多,所以,根据不同使用者,会存在产生混乱而产生反效果的可能性。因此,辅助装置100可以在特定的时机、或对各腿在特定的期间施加辅助转矩。
另外,可以将按照第一模式的动作辅助使用者的腿的外旋和内旋的情形与上述的辅助使用者的腿的外展和内收的情形加以组合。在此情况下,辅助装置100可以采用将用于腿的外旋和内旋的线材张力的输入曲线和用于腿的外展和内收的线材张力的输入曲线相加而得到的线材张力的输入曲线。辅助装置100通过赋予外旋和内旋的辅助转矩来改变使用者的脚尖的朝向,通过赋予外展和内收的辅助转矩而使使用者的重心移动,由此,能够有效地进行使用者的方向转换的引导。
[2-5-3.方向转换辅助的第三模式的动作]
对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第三模式的动作进行说明。在第三模式的动作中,辅助装置100将对外旋或内旋动作的辅助力和外展或内收动作的辅助力加以组合了的辅助力赋予使用者的腿。
参照图31,与图25同样地示出了基于第三模式的动作使使用者向左向进行方向转换时的辅助装置100中使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。辅助装置100为了向左向引导使用者而增加线材110a2、110a3、110a4、110a5、110a6、110a8的张力,进行左腿和右腿的辅助。
在向左向引导使用者时,辅助装置100在左腿的步行相位的65%附近的时机对左腿同时赋予外旋和外展的辅助力。此时,辅助装置100在相同的时机对线材110a2、110a3、110a4施加第1阈值以上的张力,例如100N的张力。上述第1阈值与第一模式的动作的第1阈值相同。线材110a2和110a3的张力的对作为外展的辅助力而起作用,线材110a2和110a4的张力的对作为外旋的辅助力而起作用。
辅助装置100在左腿的步行相位的65%以上且120%以下的整个期间,对线材110a2、110a3、110a4连续施加张力,对左腿连续赋予外旋和外展的辅助力。而且,线材110a2、110a3、110a4的张力在左腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,连续采用作为100N的最大值。并且,线材110a2、110a3、110a4的张力在左腿的步行相位的超过110%且120%以下的整个期间,向不足第1阈值的张力、即赋予张力前的状态减少。此外,辅助装置100不增加其它线材110a1、110a5~110a8的张力而使之不足第1阈值。在采用0~100%的值来表示步行相位的情况下,左腿的步行相位的65%以上且120%以下的期间是第1步行相位的65%以上且100%以下的期间和接下来的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间。
而且,辅助装置100在右腿的步行相位的65%附近的时机对右腿同时赋予内旋和内收的辅助力。右腿的步行相位的65%与左腿的步行相位的115%相当。此时,辅助装置100在相同的时机对线材110a5、110a6、110a8施加第1阈值以上的张力,例如100N的张力。线材110a5和110a8的张力的对作为内收的辅助力而起作用,线材110a6和110a8的张力的对作为内旋的辅助力而起作用。
辅助装置100在右腿的步行相位的65%以上且120%以下的整个期间,对线材110a5、110a6、110a8连续施加张力,对右腿连续赋予内旋和内收的辅助力。而且,线材110a5、110a6、110a8的张力在右腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,连续采用作为100N的最大值。并且,线材110a5、110a6、110a8的张力在右腿的步行相位的超过110%且120%以下的整个期间,向赋予张力前的状态减少。此外,辅助装置100不增加其它线材110a1~110a4、110a7的张力而使之不足第1阈值。在采用0~100%的值来表示步行相位的情况下,右腿的步行相位的65%以上且120%以下的期间是第1步行相位的65%以上且100%以下的期间和接下来的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间。
在此,相同的时机不仅是指多个时机完全相同的情形,也包括多个时机存在差异即时间差的情形。上述差异优选为以步行相位的值计不足10%,也可以为5%以内。例如,差异为5%以内时的例子是在多个时机的步行相位的值的平均值±5%以内的步行相位的值的范围内包括所有的时机的步行相位的值。
此外,在上述中,辅助装置100在相同的时机使线材110a2、110a3、110a4产生张力并在相同的时机使线材110a5、110a6、110a8产生张力,但不限于此。使3个线材产生张力的时机也可以不同。
从上述可知,辅助装置100对左腿赋予外旋和外展的辅助力的期间不仅在左腿的腿悬空期还到达了腿站立期。并且,线材110a2、110a3、110a4的张力在腿站立期也维持了最大值,之后减少。由此,辅助装置100对左腿赋予大致一定的外旋和外展的辅助力直到腿悬空期的结束,在刚进入了腿站立期后也赋予与腿悬空期同样的外旋和外展的辅助力。
这样的辅助装置100通过在左腿的腿悬空期同时赋予外旋和外展这2个辅助力,使使用者的左脚的脚尖朝向方向转换的方向移动且使使用者身体的重心向左向移动。由此,辅助装置100能够使使用者有效地向左向进行方向转换。而且,辅助装置100在使用者的左脚的脚后跟的接地后仍施加外旋的辅助力。由此,使用者能够使左脚在朝向方向转换的方向的状态下接地并维持,所以,能够顺利地进行方向转换。而且,辅助装置100在左腿刚进入了腿站立期后使使用者的重心向右向移动、即返回中立状态。由此,使用者能够使在方向转换中的腿着地时易于变得不稳定的姿势稳定。
另外,辅助装置100对右腿赋予内旋和内收的辅助力的期间不仅在右腿的腿悬空期还到达了腿站立期。并且,线材110a5、110a6、110a8的张力在腿站立期也维持最大值,之后减少。由此,辅助装置100对右腿赋予大致一定的内旋和内收的辅助力直到腿悬空期的结束,在刚进入了腿站立期后也赋予与腿悬空期同样的内旋和内收的辅助力。
这样的辅助装置100通过在右腿的腿悬空期同时赋予内旋和内收这2个辅助力,使使用者的右脚的脚尖朝向方向转换的方向移动且使使用者身体的重心向左向移动。由此,辅助装置100能够使使用者有效地向左向进行方向转换。而且,辅助装置100在使用者的右脚的脚后跟的接地后仍施加内旋的辅助力。由此,使用者能够使右脚在朝向方向转换的方向的状态下接地并维持,所以,能够顺利地进行方向转换。而且,辅助装置100在右腿刚进入了腿站立期后使使用者的重心向右向移动、即返回中立状态。由此,使用者能够使在方向转换中的腿着地时易于变得不稳定的姿势稳定。
另外,对线材110a2、110a3、110a4的线材张力的输入曲线与对线材110a5、110a6、110a8的线材张力的输入曲线是同样的。由此,使用者会感到对左右腿施加平衡且均匀的辅助力地从辅助装置100接受辅助。此外,2个输入曲线也可以不同。
另外,辅助装置100可以根据辅助使用者的方向转换的期间来反复进行对线材110a2、110a3、110a4的张力的赋予以及对线材110a5、110a6、110a8的张力的赋予。另外,辅助装置100也可以根据辅助使用者的方向转换的时机来决定最先赋予辅助力的腿。例如,在图31的例子中,辅助装置100最先赋予辅助力的腿是左腿,但也可以是右腿。
另外,在图31的例子中,线材的张力的减少开始的时机包含于腿站立期,但不限于此,也可以提早减少线材的张力的时机。例如,在腿着地时的姿势稳定的使用者的情况下,可以将左腿和右腿的腿悬空期的结束时间点作为开始线材的张力的减少的时机。
另外,在上述中,辅助装置100按照第三模式的动作而使使用者向左向进行方向转换,也能够与左向同样地,使使用者向右向进行方向转换。例如,与第三模式的动作下的向右向的方向转换相关的线材和线材张力的输入曲线能够如图32所示那样。
在此情况下,辅助装置100在右腿的步行相位的65%以上且120%以下的整个期间,对线材110a5、110a6、110a7连续施加张力,对右腿同时连续地赋予外旋和外展的辅助力。线材110a5、110a6、110a7的张力在右腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,连续采用第1阈值以上的最大值。进而,辅助装置100在左腿的步行相位的65%以上且120%以下的整个期间,对线材110a1、110a3、110a4连续施加张力,对左腿同时连续地赋予内旋和内收的辅助力。线材110a1、110a3、110a4的张力在左腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,连续采用第1阈值以上的最大值。左腿的步行相位的65%与右腿的步行相位的115%相当。
因此,使使用者向右向进行方向转换时的左腿和右腿的线材张力的输入曲线是与将使使用者向左向进行方向转换时的左腿和右腿的线材张力的输入曲线左右替换而得到的曲线等同的。此外,未增加张力的线材的张力不足第1阈值。并且,使用者用1条腿同时接受对作为用于方向转换的腿的动作即旋转移动动作的2个动作的辅助力,使得向右向进行旋转移动。
[2-5-4.方向转换辅助的第四模式的动作]
对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第四模式的动作进行说明。在第三模式的动作中,辅助装置100对腿悬空期的使用者的腿赋予了辅助力。在第四模式的动作中,辅助装置100将对外旋或内旋动作的辅助力和外展或内收动作的辅助力加以组合了的辅助力赋予腿站立期的使用者的腿。
参照图33,与图31同样地示出了基于第四模式的动作使使用者向左向进行方向转换时的辅助装置100中使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。辅助装置100为了向左向引导使用者而增加线材110a1、110a2、110a4、110a6、110a7、110a8的张力,进行左腿和右腿的辅助。
在向左向引导使用者时,辅助装置100在左腿的步行相位的15%附近的时机对左腿同时赋予外旋和内收的辅助力。为了赋予该辅助力,辅助装置100在相同的时机对线材110a1、110a2、110a4施加第1阈值以上的张力,例如100N的张力。上述第1阈值与第一模式的动作的第1阈值相同。线材110a1和110a4的张力的对作为内收的辅助力而起作用,线材110a2和110a4的张力的对作为外旋的辅助力而起作用。
辅助装置100在左腿的步行相位的15%以上且70%以下的整个期间,对线材110a1、110a2、110a4连续施加张力,对左腿连续赋予外旋和内收的辅助力。而且,线材110a1、110a2、110a4的张力在左腿的步行相位的大约18%以上且60%以下的整个期间,连续采用最大值。并且,线材110a1、110a2、110a4的张力在左腿的步行相位的超过60%且70%以下的整个期间,向赋予张力前的状态减少。此外,辅助装置100不增加其它线材110a3、110a5~110a8的张力而使之不足第1阈值。
而且,辅助装置100在右腿的步行相位的115%的附近的时机对右腿同时赋予内旋和外展的辅助力。右腿的步行相位的115%与左腿的步行相位的65%相当。为了赋予该辅助力,辅助装置100在相同的时机对线材110a6、110a7、110a8施加第1阈值以上的张力,例如100N的张力。线材110a6和110a7的张力的对作为外展的辅助力而起作用,线材110a6和110a8的张力的对作为内旋的辅助力而起作用。
辅助装置100在右腿的步行相位的115%以上且170%以下的整个期间,对线材110a6、110a7、110a8连续施加张力,对右腿连续赋予内旋和外展的辅助力。而且,线材110a6、110a7、110a8的张力在右腿的步行相位的大约118%以上且160%以下的整个期间,连续采用最大值。并且,线材110a6、110a7、110a8的张力在右腿的步行相位的超过160%且170%以下的整个期间,向赋予张力前的状态减少。此外,辅助装置100不增加其它线材110a1~110a4、110a5的张力而使之不足第1阈值。
在上述中,辅助装置100在相同的时机使线材110a1、110a2、110a4产生张力并在相同的时机使线材110a6、110a7、110a8产生张力,但不限于此。使3个线材产生张力的时机也可以不同。
从上述可知,辅助装置100对左腿赋予外旋和内收的辅助力的期间不仅在左腿的腿站立期还到达了腿悬空期。并且,线材110a1、110a2、110a4的张力维持最大值直到腿站立期的结束时,并在腿悬空期减少。也就是说,辅助装置100对左腿赋予大致一定的外旋和内收的辅助力直到腿站立期的结束,当进入腿悬空期时减少该辅助力。
这样的辅助装置100在左腿的腿站立期,使使用者的左脚的脚尖朝向方向转换的方向且使使用者身体的重心向左向移动,从而使使用者向左向进行方向转换。而且,辅助装置100在使用者的左脚的脚后跟的接地后仍施加外旋的辅助力,使使用者的左脚在朝向方向转换的方向的状态下接地。而且,辅助装置100当左腿进入腿悬空期时,使使用者的重心向右向即中立状态移动,使辅助结束时的使用者的姿势稳定。
另外,辅助装置100对右腿赋予内旋和外展的辅助力的期间不仅在右腿的腿站立期还到达了腿悬空期。并且,线材110a6、110a7、110a8的张力维持最大值直到腿站立期的结束时,并在腿悬空期减少。也就是说,辅助装置100对右腿赋予大致一定的内旋和外展的辅助力直到腿站立期的结束,在进入腿悬空期时减少该辅助力。
这样的辅助装置100在右腿的腿站立期,使使用者的右脚的脚尖朝向方向转换的方向且使使用者身体的重心向左向移动,从而使使用者向左向进行方向转换。而且,辅助装置100在使用者的右脚的脚后跟的接地后仍施加内旋的辅助力,使使用者的右脚在朝向方向转换的方向的状态下接地。而且,辅助装置100在右腿进入腿悬空期时,使使用者的重心向中立状态移动,从而使辅助结束时的使用者的姿势稳定。
另外,对线材110a1、110a2、110a4的线材张力的输入曲线与对线材110a6、110a7、110a8的线材张力的输入曲线是同样的。由此,使用者会感到对左右腿施加平衡且均匀的辅助力地从辅助装置100接受辅助。此外,2个输入曲线也可以不同。
另外,辅助装置100可以根据辅助使用者的方向转换的期间来反复进行对线材110a1、110a2、110a4的张力的赋予以及对线材110a6、110a7、110a8的张力的赋予。另外,辅助装置100也可以根据辅助使用者的方向转换的时机来决定最先赋予辅助力的腿。例如,在图33的例子中,辅助装置100最先赋予辅助力的腿是左腿,但也可以是右腿。
另外,在上述中,辅助装置100按照第四模式的动作而使使用者向左向进行方向转换,也能够与左向同样地,使使用者向右向进行方向转换。例如,与第四模式的动作下的向右向的方向转换相关的线材和线材张力的输入曲线能够如图34所示那样。
在此情况下,辅助装置100在右腿的步行相位的15%以上且70%以下的整个期间,对线材110a5、110a7、110a8连续施加张力,对右腿同时连续地赋予外旋和内收的辅助力。线材110a5、110a7、110a8的张力在右腿的步行相位的大约18%以上且60%以下的整个期间,连续采用第1阈值以上的最大值。而且,辅助装置100在左腿的步行相位的115%以上且170%以下的整个期间,对线材110a1、110a2、110a3连续施加张力,对左腿同时连续地赋予内旋和外展的辅助力。线材110a1、110a2、110a3的张力在左腿的步行相位的大约118%以上且160%以下的整个期间,连续采用第1阈值以上的最大值。左腿的步行相位的115%与右腿的步行相位的65%相当。
因此,使使用者向右向进行方向转换时的左腿和右腿的线材张力的输入曲线是与将使使用者向左向进行方向转换时的左腿和右腿的线材张力的输入曲线左右替换而得到的曲线等同的。此外,未增加张力的线材的张力不足第1阈值。并且,使用者用1条腿同时接受对作为用于方向转换的腿的动作的2个动作的辅助力,使得向右向进行旋转移动。
[2-5-5.方向转换辅助的第五模式的动作]
对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第五模式的动作进行说明。辅助装置100在第三模式的动作中将在相同的时机产生于3个线材的张力设为相同。在第五模式的动作中,辅助装置100使担负外旋和外展等2个动作双方的辅助力的线材的张力比担负2个动作中一方的辅助力的线材的张力大。
参照图35,与图31同样地示出了基于第五模式的动作使使用者向左向进行方向转换时的辅助装置100中使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。辅助装置100在与第三模式的动作相同的时机和期间对线材110a2、110a3、110a4、110a5、110a6、110a8赋予张力。
在向左向引导使用者时,为了对使用者的左腿同时赋予外旋和外展的辅助力,辅助装置100对线材110a2、110a3、110a4施加第1阈值以上的张力。上述第1阈值与第一模式的动作的第1阈值相同。并且,线材110a2和110a3的张力的对作为外展的辅助力而起作用,线材110a2和110a4的张力的对作为外旋的辅助力而起作用。
此时,辅助装置100对辅助左腿的外旋和外展双方的线材110a2施加第2阈值以上且的张力,例如与第三模式的动作同样的100N的张力。辅助装置100对辅助外旋和外展的某一个的线材110a3、110a4施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如线材110a2的张力的75%即75N的张力。并且,在左腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,线材110a2的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a3、110a4的张力连续采用作为75N的最大值。
上述那样的第2阈值可以采用相对于在使用者一边接受辅助装置100的辅助一边步行时使用者可接受的张力的最大值的比例来决定。例如,第2阈值可以是相对于使用者可接受的张力的最大值的一个例子即100N为80%的比例即80N。
另外,辅助装置100对辅助右腿的内旋和内收双方的线材110a8施加第2阈值以上的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助内旋和内收的某一个的线材110a5、110a6施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。并且,在右腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,线材110a8的张力连续采用100N的最大值,线材110a5、110a6的张力连续采用75N的最大值。
例如,在线材110a2、110a3、110a4产生了相同的张力的情况下,根据不同使用者,存在线材110a2赋予外旋和外展动作各自的作用比线材110a3、110a4各自赋予各动作的作用小的可能性。在辅助各动作的2个线材的作用不均时,存在辅助装置100无法有效地辅助使用者的动作的可能性。如上所述,通过使担负外旋和外展等2个辅助对象动作双方的线材的张力比担负2个辅助对象动作的一方的线材的张力大,可使辅助各辅助对象动作的2个线材的作用均匀。因此,辅助装置100能够使使用者顺利地进行方向转换。
另外,参照图36,与图32同样地示出与第五模式的动作下的向右向的方向转换相关的线材和线材张力的输入曲线的例子。在向右向引导使用者时也同样地,辅助装置100对辅助使用者的左腿的内旋和内收双方的线材110a1施加第2阈值以上的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助内旋和内收的某一个的线材110a3、110a4施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。在左腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,线材110a1的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a3、110a4的张力连续采用作为75N的最大值。
同样地,辅助装置100对辅助使用者的右腿的外旋和外展双方的线材110a7施加第2阈值以上且的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助外旋和外展的某一个的线材110a5、110a6施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。在右腿的步行相位的大约68%以上且110%以下的整个期间,线材110a7的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a5、110a6的张力连续采用作为75N的最大值。
[2-5-6.方向转换辅助的第六模式的动作]
对辅助装置100辅助使用者的方向转换的动作的第六模式的动作进行说明。辅助装置100在第四模式的动作中将在相同的时机产生于3个线材的张力设为相同。在第六模式的动作中,与第五模式的动作同样地,辅助装置100使担负外旋和内收等2个动作双方的辅助力的线材的张力比担负2个动作中的一方的辅助力的线材的张力大。
参照图37,与图33同样地示出了基于第六模式的动作使使用者向左向进行方向转换时的辅助装置100中使线材110的张力增加的时机与张力增加的线材110的组合的例子。辅助装置100与第五模式的动作同样地,对辅助左腿的外旋和内收双方的线材110a4施加第2阈值以上的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助外旋和内收的某一个的线材110a1、110a2施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。并且,在左腿的步行相位的大约18%以上且60%以下的整个期间,线材110a4的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a1、110a2的张力连续采用作为75N的最大值。第1阈值和第2阈值与第五模式的动作相同。
另外,辅助装置100对辅助右腿的内旋和外展双方的线材110a6施加第2阈值以上且的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助内旋和外展的某一个的线材110a7、110a8施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。并且,在右腿的步行相位的大约118%以上且160%以下的整个期间,线材110a6的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a7、110a8的张力连续采用作为75N的最大值。
因此,辅助装置100起到与第五模式的动作时同样的效果。也就是说,通过使担负外旋和内收等2个辅助对象动作双方的线材的张力比担负2个辅助对象动作的一方的线材的张力大,可使各辅助对象动作中的2个线材的作用均匀。因此,辅助装置100能够使使用者顺利地进行方向转换。
另外,参照图38,与图34同样地示出与第五模式的动作下的向右向的方向转换相关的线材和线材张力的输入曲线的例子。在向右向引导使用者时也同样地,辅助装置100对辅助使用者的左腿的内旋和外展双方的线材110a3施加第2阈值以上且的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助内旋和外展的某一个的线材110a1、110a2施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。在左腿的步行相位的大约118%以上且160%以下的整个期间,线材110a3的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a1、110a2的张力连续采用作为75N的最大值。
同样地,辅助装置100对辅助使用者的右腿的外旋和内收双方的线材110a5施加第2阈值以上且的张力,例如100N的张力。辅助装置100对辅助外旋和内收的某一个的线材110a7、110a8施加第1阈值以上且不足第2阈值的张力,例如75N的张力。在右腿的步行相位的大约18%以上且60%以下的整个期间,线材110a5的张力连续采用作为100N的最大值,线材110a7、110a8的张力连续采用作为75N的最大值。
另外,在上述中,辅助装置100在使用者的一连串的步行中在使用者的腿的腿悬空期进行第三模式的动作或第五模式的动作、或者在腿站立期进行第四模式的动作或第六模式的动作,但不限于此。辅助装置100也可以组合第三模式的动作或第五模式的动作和第四模式的动作或第六模式的动作。具体地说,辅助装置100在使用者的一连串的步行中可以在腿悬空期进行第三模式的动作或第五模式的动作、并且在腿站立期进行第四模式的动作或第六模式的动作。由此,使用者在进行方向转换时在腿悬空期和腿站立期双方连续接受辅助装置100的辅助。
[2-5-7.方向转换辅助的变形例]
辅助装置100在引导使用者的1个方向转换时对使用者的左腿和右腿分别辅助内旋、外旋等动作,但不限于此。辅助装置100在引导使用者的1个方向转换时也可以辅助使用者的单腿。例如,在内旋的辅助与外旋的辅助之间相比较,使用者受到的效果的大小因使用者而异。因此,辅助装置100可以根据使用者来选择预见有更高辅助效果的腿。在此情况下,辅助装置100可以基于使用者的通知来选择预见有更高辅助效果的腿。例如,在向左向的引导的情况下,在使用者感到左腿的外旋的辅助比右腿的内旋的辅助更有效果时,使用者可以采用辅助装置100的未图示的输入装置或辅助装置100的外部的终端装置500来决定“左腿的外旋的辅助的选择”。也就是说,使用者可以选择自身感觉效果更大的腿。
参照图39A和图39B,示出了辅助装置100对使用者的单腿赋予辅助力来向左向引导使用者的例子。图39A示出了在使使用者向左向进行方向转换时辅助装置100使线材110a2、110a4的张力增加的例子。图39B示出了在使使用者向左向进行方向转换时辅助装置100使线材线材110a6、110a8的张力增加的例子。此外,本例是以第一模式的动作为基础的。在本例的情况下,辅助装置100如图39A所示在左腿的腿悬空期增加线材110a2、110a4的张力、或者如图39B所示在右腿的腿站立期增加线材110a6、110a8的张力。
另外,参照图40A和图40B,示出了辅助装置100对使用者的单腿赋予辅助力来向右向引导使用者的例子。图40A示出了在使使用者向右向进行方向转换时辅助装置100使线材110a1、110a3的张力增加的例子。图40B示出了在使使用者向右向进行方向转换时辅助装置100使线材110a5、110a7的张力增加的例子。此外,本例也是以第一模式的动作为基础的。在本例的情况下,辅助装置100如图40A所示在左腿的腿站立期增加线材110a1、110a3的张力、或者如图40B所示在右腿的腿悬空期增加线材110a5、110a7的张力。
从上述可知,在引导使用者的方向转换时,辅助装置100赋予张力的线材的数量与第一~第四模式的动作相比成为一半。因此,辅助装置100的电力消耗量降低,例如可长时间使用辅助装置100所具有的一次电池或二次电池等电源200。而且,辅助装置100对能够通过对1个线材赋予张力进行方向转换的引导的使用者,例如可以通过对使用者的前部的线材赋予张力来引导方向转换。一般来说,与对使用者的后部的线材赋予张力相比,对使用者的前部的线材赋予张力,是对使用者的方向转换的引导更有效果的。通过对1个线材赋予张力,可更长时间地使用电源200。
此外,如上所述,辅助装置100即使减少赋予张力的线材的数量,也能够引导使用者的方向转换,但为了切实地向预定的方向引导使用者,也可以增加赋予张力的线材的数量。也就是说,与辅助装置100辅助使用者的单腿相比,辅助装置100通过辅助双腿,可进行有效果的使用者的引导。
[3.实施例]
图41~图44表示采用实施方式的辅助装置100来引导使用者的步行方向的实施例的结果。在实施例1中,辅助装置100对使用者A按照第一模式的动作来引导步行方向。在实施例2中,辅助装置100对使用者B按照第一模式的动作来引导步行方向。参照图41和图42,示出了从上方观察采用辅助装置100而受到步行方向的引导的使用者A、B各自的步行轨迹。图41表示实施例1的结果,图42表示实施例2的结果。在图41和图42中,横轴的X方向位置是沿着使用者A、B的行进方向即直行方向的位置,纵轴的Y方向位置是与该直行方向垂直的方向的位置。装戴了辅助装置100的使用者A、B在蒙眼的状态下向X方向的正向步行,在其步行过程中接受采用了辅助装置100的步行方向的引导。在图41和图42中,从使用者到达X的值为0的位置的时间点起开始辅助装置100的步行方向的引导。
在图41和图42中,虚线所示的轨迹是接受到图25所示那样的向左向的方向转换的引导的使用者的步行轨迹。单点划线所示的轨迹是接受到图26所示那样的向右向的方向转换的引导的使用者的步行轨迹。实线所示的轨迹是接受到向行进方向直行的引导的使用者的步行轨迹。在向行进方向直行的引导中,对腿站立期的腿进行了伸展的辅助。另外,各步行轨迹是试行多次步行而得到的步行轨迹的平均步行轨迹。图41和图42示出了装戴了辅助装置100的使用者向辅助装置100输入的方向、即引导的方向拐弯步行的情况。而且,在图41和图42中比较使用者A、B,使用者B更大地拐弯步行,所以可知辅助装置100的辅助效果因个人而异。
另外,参照图43和图44,示出了图41和图42的各步行轨迹上的各点处的步行轨迹的曲率与该点处辅助装置100赋予线材110的张力的关系。在图43和图44中,纵轴表示步行轨迹的曲率,横轴表示线材的张力。此外,曲率1/r是通过在步行轨迹上的各点处用圆来近似该点处的步行轨迹的线形并算出该圆的半径r的倒数而求出的。
在图43和图44中,与图41和图42同样地,虚线表示向左向的引导的情形,单点划线表示向右向的引导的情形,实线表示向直行方向的引导的情形。根据图43和图44,表示向左向的方向转换的引导的虚线和表示向右向的方向转换的引导的单点划线与表示向直行方向的引导的实线相比,使用者A、B双方的曲率变大。由此,示出了存在辅助装置100的方向转换的引导的效果。
另外,比较图43和图44,与使用者A相比,使用者B的曲率大。而且,示出了不论是使用者A和使用者B的哪一个,都是在尤其是线材张力为40N以上时方向转换的引导效果大。因此,通过将赋予各使用者的线材张力与方向转换中的各使用者的曲率建立对应,可决定各使用者的方向转换的方向和方向转换角度所需的线材张力。因此,辅助装置100能够在路径的中途地点进行所有方向和方向转换角度下的使用者的步行方向的引导。
[4.辅助装置的动作的变形例]
关于图43和图44,如上所述,实施方式的辅助装置100可以按每个使用者来算出使用者的步行轨迹的曲率与对应于该曲率的线材张力的关系。并且,辅助装置100可以基于算出的关系来决定对使用者赋予辅助力的时机和用于辅助力的赋予的线材张力。在此情况下,辅助装置100对使用者进行多次步行方向的引导。并且,辅助装置100在引导时根据配置于上半身带111的位置信息检测部160的由加速度传感器、陀螺仪传感器和地磁传感器等构成的惯性计测装置(也称为IMU(Inertial Measurement Unit,惯性测量装置))来取得计测结果。此外,辅助装置100可以从使用者携带的终端装置500取得加速度、角速度和地磁等的计测结果。并且,辅助装置100的步行方向决定部121根据计测结果而算出使用者的步行轨迹,并算出步行轨迹上的各点处的曲率。步行方向决定部121将算出的曲率与在算出该曲率的点处赋予了张力的线材110和赋予的张力建立对应,并记录于存储部150。
在辅助装置100沿着路径引导使用者的情况下,步行方向决定部121基于路径数据和地图信息而取得路径上的方向转换点处的方向转换角度即拐弯的角度和方向转换点前后的路径长。而且,步行方向决定部121算出使用者完全拐过方向转换点所需的步数和使用者所走过的步行轨迹的曲率。辅助装置100的驱动控制部122通过对照存储于存储部150的线材张力和曲率的关系的数据库与算出的曲率来决定赋予张力的线材110、对线材110赋予张力的时机、以及对线材110赋予的张力。在此情况下,驱动控制部122可以基于对照结果来改变存储于存储部150的线材-张力关系,从而进行上述决定。
例如,参照图43和图44,示出了:在使用者A的情况下,在赋予的线材张力为60N以上的区域,曲率的增加量小,所以辅助装置100的辅助效果几乎不变。另外,示出了:在使用者B的情况下,在赋予的线材张力为80N以上的区域,曲率减少,所以即使对这样的区域增加线材张力,对辅助装置100的辅助效果的提高也几乎没有效果。因此,辅助装置100在事先构筑与使用者相关的线材张力与步行轨迹的曲率的关系的数据库时,能够决定各使用者的有效的线材张力的上限,例如在使用者A的情况下决定为60N而在使用者B的情况下决定为80N等。因此,辅助装置100为了增加步行方向的引导的辅助效果而,不仅仅是增大赋予的线材张力,还能够考虑每个使用者的线材张力的上限来决定线材张力。由此,辅助装置100虽然更省电但也能产生与不省电的情况同等的辅助效果。另外,辅助装置100通过记录并采用与赋予的线材张力的上限相对应的步行轨迹的曲率,能够算出各使用者进行路径中的方向转换所需的步数,从而可进行最佳的步行方向的引导。
此外,在本变形例中,辅助装置100为了算出步行轨迹的曲率而采用了配置于上半身带111的位置信息检测部160的惯性计测装置的计测结果,但不限于此。辅助装置100也可以根据没有为了方向转换的辅助而使张力增加的线材、即未用于辅助的线材110的长度变化来推定使用者的髋关节的角度变化,从而推定使用者的方向转换角度。辅助装置100可以根据与线材110相连的马达114的动作量来算出线材110的长度变化。此外,线材110的长度是指线材110中存在于马达114与膝部带112a或112b之间的部分的长度。
例如图45A和图45B所示,辅助装置100在引导使用者进行向左向的方向转换的情况下,在第一模式的动作中,通过增加线材110a2、110a4的张力来辅助腿悬空期的左腿的外旋。而且,辅助装置100通过增加线材110a6、110a8的张力来辅助腿站立期的右腿的内旋。此时,配置于左腿周围的其它线材、即未用于辅助的线材110a1、110a3在使用者的左腿拐向外旋方向时被从马达114a1、114a3拉出,从而线材110a1、110a3变长。另外,配置于右腿周围的其它线材、即未用于辅助的线材110a5、110a7在使用者的右腿拐向内旋方向时被从马达114a5、114a7拉出,从而线材110a5、110a7变长。此外,辅助装置100在引导使用者进行向右向的方向转换的情况下也同样地,在辅助装置100辅助使用者的腿的动作时,未用于辅助的线材110变长。
辅助装置100采用马达114,用使用者感觉不到负荷的程度的张力、例如5N左右的张力,总是牵拉着未用于辅助的线材110。因此,在使用者的髋关节的角度由于腿的动作而变化时,各线材110被马达114拉入或拉出,由此使其长度变化。此时,各马达114与各线材110的长度的变化同一步调地动作。因此,辅助装置100能够根据各马达114的动作量来取得各线材110的长度的变化量。
另外,在使用者的髋关节旋转时,使用者的步行方向变化。因此,在受到辅助装置100的辅助的腿中的未用于辅助的线材110的长度的变化与使用者的方向转换的步行轨迹中的曲率之间是相关的。因此,步行轨迹中的曲率可根据在该步行轨迹上的各点处受到辅助的腿中的未用于辅助的线材110的长度变化来算出。由此,辅助装置100无需将惯性计测装置等传感器多余地安装于上半身带111等就能够算出使用者的步行轨迹的曲率。
另外,如图46所示,实施方式的辅助装置100还可以具有模式存储部151。此外,图46是表示实施方式的辅助装置100的变形例的功能性构成的框图。模式存储部151与存储部150同样地,可以由半导体存储器或硬盘等构成,也可以包含于存储部150。
模式存储部151构成为,可从驱动控制部122接受并储存信息,并由驱动控制部122取出储存于模式存储部151的信息。具体地说,每当使用者使用辅助装置100时,模式存储部151就将使用者信息与驱动控制部122输出的控制信息建立对应并加以存储。驱动控制部122在使用者使用辅助装置100的情况下从模式存储部151取得与该使用者相对应的控制信息,并使用取得的控制信息来控制马达114。例如,驱动控制部122,作为控制信息,将引导使用者的步行方向时赋予线材110的线材张力与引导使用者时的步行轨迹的曲率的关系式,和赋予了线材张力的线材110建立对应,并存储于模式存储部151。另外,驱动控制部122,作为控制信息,将对于引导使用者的路径上的方向转换点处的方向转换而进行了辅助的步数、从辅助开始地点到方向转换点为止的距离等,与方向转换点处的使用者的方向转换角度建立对应,并存储于模式存储部151。而且,在路径上产生了在辅助装置100的步行方向的引导下无法完全拐过的方向转换点的情况下,驱动控制部122,作为控制信息将方向转换点处的方向转换角度与从用于方向转换的辅助的开始地点到方向转换点为止的距离建立对应,并存储于模式存储部151。
例如,使用了辅助装置100的使用者U在上一次使用时为了向右向拐过需要90度的方向转换的方向转换点,左右腿需要6步,为了向左向拐过需要90度的方向转换的方向转换点,左右腿需要8步。驱动控制部122将上一次的使用时为了使用者U的方向转换的辅助而控制了的线材110、赋予该线材110的线材张力、以及该线材张力的赋予时机存储于模式存储部151。并且,步行方向决定部121在使用者U的下一次使用时,例如图23A所示,决定使用者U在第1方向转换点向右向进行了90度方向转换后在第2方向转换点向左向进行90度方向转换的路径。在该路径中,由辅助装置100引导的使用者U在用6步完成了第1方向转换点处的方向转换时,需要用紧接着第1方向转换点处的方向转换后的4步完成第2方向转换点处的方向转换。该步数相对于使用者U向左向的方向转换所需的步数的8步来说是不足的。在此情况下,步行方向决定部121根据模式存储部151中的数据而判定为使用者U无法在第2方向转换点向左向拐弯,并修正路径。这样,通过将上一次的数据存储于模式存储部151并再利用,辅助装置100能够抑制步行的引导错误,从而使用者可更安全地使用。
另外,辅助装置100对同一使用者进行的辅助的方法可以不固定为一定。辅助装置100那样的对人的身体能动地作用的装置具有随着使用次数的增加而在使用者产生从该装置接受的作用的习惯的特征。因此,驱动控制部122可以在使控制信息存储于模式存储部151时,每次都用新的控制信息来更新已存储的控制信息的数据,将控制信息的参数调整为处于最新的使用者的状态的数据。由此,辅助装置100能够构筑最适合于各使用者的最新的状态的辅助方法,由此,能够更切实地将使用者沿着路径引导到目的地。
另外,模式存储部151不仅存储使用者信息和控制信息,也存储使用者装戴了辅助装置100的时期、以及此时的使用者的服装。例如,在使用者穿的少的夏季,与使用者穿得多的冬季相比,使用者的力臂变小。由此,辅助装置100即使对线材110赋予同一张力,在夏季使用者的腿接受的转矩也比冬季小。因此,例如,与冬季相比,辅助装置100在夏季对各线材110赋予的张力可以增加到1.2倍等。
[5.效果]
如上所述,本公开的实施方式的辅助装置100辅助使用者的髋关节的动作。辅助装置100为了进行髋关节的3方向的动作的辅助而具有多个由延伸方向相互交叉的2个线材构成的对。具体地说,在各腿配置2对线材。并且,由于各对线材延伸的方向相互交叉,所以,辅助装置100不仅能够在弯曲和伸展方向还能够在外旋和内旋方向、外展和内收方向辅助腿的动作。辅助装置100通过在使用者的步行中在预定的时机牵拉预定的线材而在使用者的腿产生外旋、内旋、外展或内收方向的辅助转矩,从而能够引导使用者的步行方向。并且,在装戴了辅助装置100的使用者在辅助装置100设定了目的地时,辅助装置100能够自动地使使用者运动并引导到目的地。由此,使用者能够在不手持任何东西的轻便的状态下由辅助装置100向应行进的方向引导,所以,例如,即使使用者是认知症患者,也能够不失踪地回到原来的场所。
[6.其它]
以上,基于实施方式和变型例对1个或多个方式的辅助装置等进行了说明,但本公开并不限于实施方式和变形例。只要不脱离本公开的主旨,将本领域的技术人员想到的各种变形实施到本实施方式和变形例、组合不同的实施方式和变形例中的构成要素而构筑的方式也包含在1个或多个方式的范围内。
例如,在实施方式和变形例的辅助装置100中,控制部120使马达114动作而使线材110产生张力的时机、以及与张力的输入曲线相关的步行相位的数值不限于实施方式和变形例所记载的数值。上述时机和与张力的输入曲线相关的步行相位的数值可以相对于实施方式和变形例所记载的数值而具有差异,例如可以以步行相位计具有几%的差异。
在实施方式和变形例的辅助装置100中,分别在线材110a1~110a8设有马达114a1~114a8,但不限于此,也可以将1个马达与多个线材相连。例如,辅助装置100在辅助右腿的内旋动作的情况下,使线材110a2、104a4产生张力。在这样的情况下,可以用1个马达线材来牵拉110a2、104a4。也就是说,辅助装置例如可以以对2个线材设置1个马达的方式具有4个马达。
本公开可适用于辅助使用者的方向转换动作的装置。

Claims (23)

1.一种辅助装置,具有:
装戴于使用者的上半身的上半身带;
装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带;
装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带;
第1线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;
第2线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;
第3线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第1膝部带;
第4线材,连接所述上半身带和所述第1膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;
第5线材,在所述使用者的后部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;
第6线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的后部,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;
第7线材,在所述使用者的前部,连接所述上半身带和所述第2膝部带;
第8线材,连接所述上半身带和所述第2膝部带,并且,在所述使用者的前部,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;以及
马达;
所述第1线材和所述第4线材从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;
所述第2线材和所述第3线材从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;
所述第5线材和所述第8线材从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;
所述第6线材和所述第7线材从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达
在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;
在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
2.如权利要求1所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达
在所述左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
3.如权利要求1所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达
在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在包含于所述右腿的腿悬空期的所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
4.如权利要求1所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达
在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在包含于所述右腿的腿悬空期的所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
5.如权利要求3所述的辅助装置,
所述左腿的步行相位的50%的时间点与所述右腿的步行相位的0%的时间点相对应;
或者,所述右腿的步行相位的50%的时间点与所述左腿的步行相位的0%的时间点相对应。
6.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
还具有控制电路和存储器;
所述存储器记录用于控制所述马达的程序;
所述控制电路基于所述程序来控制所述马达。
7.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的所述旋转的移动时,所述马达使产生所述第1阈值以上的张力的线材以外的线材产生比所述第1阈值小的张力。
8.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
所述左腿的腿悬空期是所述左腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间;
所述右腿的腿悬空期是所述右腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间。
9.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达
在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材产生所述第1阈值以上的张力;
所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
10.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达
在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材产生所述第1阈值以上的张力;
所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
11.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,所述马达
在所述左腿的腿悬空期,使所述第2线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;
在所述右腿的腿悬空期,使所述第8线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
12.如权利要求1~5中任一项所述的辅助装置,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,所述马达
在所述左腿的腿悬空期,使所述第1线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;
在所述右腿的腿悬空期,使所述第7线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
13.一种辅助方法,是采用安装于使用者的多个线材来辅助所述使用者的移动的辅助方法,
所述多个线材包括:连接装戴于所述使用者的上半身的上半身带和装戴于所述使用者的左膝部的第1膝部带的第1~第4线材、以及连接所述上半身带和装戴于所述使用者的右膝部的第2膝部带的第5~第8线材;
所述第1线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;
所述第2线材,在所述使用者的前部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第1线材延伸的方向交叉的方向延伸;
所述第3线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;
所述第4线材,在所述使用者的后部,从所述第1膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第3线材延伸的方向交叉的方向延伸;
所述第5线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸;
所述第6线材,在所述使用者的后部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸,并且,在与所述第5线材延伸的方向交叉的方向延伸;
所述第7线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的右方延伸;
所述第8线材,在所述使用者的前部,从所述第2膝部带向上方且向所述使用者的左方延伸,并且,在与所述第7线材延伸的方向交叉的方向延伸;
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,
在所述使用者的左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生第1阈值以上的张力;
在所述使用者的右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
所述第1~第8线材的张力由控制电路所控制的至少1个马达来调节。
14.如权利要求13所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,
在所述左腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的腿悬空期,在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
15.如权利要求13所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,
在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在包含于所述右腿的腿悬空期的所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
16.如权利要求13所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,
在包含于所述左腿的腿悬空期的所述左腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材分别产生所述第1阈值以上的张力;
在包含于所述右腿的腿悬空期的所述右腿的步行相位的65%的时机且在相同的时机,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材分别产生所述第1阈值以上的张力。
17.如权利要求15或16所述的辅助方法,
所述左腿的步行相位的50%的时间点与所述右腿的步行相位的0%的时间点相对应;
或者,所述右腿的步行相位的50%的时间点与所述左腿的步行相位的0%的时间点相对应。
18.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的所述旋转的移动时,使产生所述第1阈值以上的张力的线材以外的线材产生比所述第1阈值小的张力。
19.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
所述左腿的腿悬空期是所述左腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间;
所述右腿的腿悬空期是所述右腿的步行相位的超过60%且不足100%的期间。
20.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,
在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第2线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第8线材产生所述第1阈值以上的张力;
所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
21.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,
在所述左腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述左腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第1线材、所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上的张力;
在所述右腿的第1步行相位的65%以上且100%以下的期间、以及所述右腿的第2步行相位的0%以上且20%以下的期间,使所述第5线材、所述第6线材和所述第7线材产生所述第1阈值以上的张力;
所述左腿的所述第2步行相位是所述左腿的所述第1步行相位的下一个步行相位,所述右腿的所述第2步行相位是所述右腿的所述第1步行相位的下一个步行相位。
22.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的左向的旋转的移动时,
在所述左腿的腿悬空期,使所述第2线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;
在所述右腿的腿悬空期,使所述第8线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
23.如权利要求13~16中任一项所述的辅助方法,
在辅助所述使用者的右向的旋转的移动时,
在所述左腿的腿悬空期,使所述第1线材产生比所述第1阈值大的第2阈值以上的张力,使所述第3线材和所述第4线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力;
在所述右腿的腿悬空期,使所述第7线材产生所述第2阈值以上的张力,使所述第5线材和所述第6线材产生所述第1阈值以上且不足所述第2阈值的张力。
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