CN113244089B - 步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序 - Google Patents

Abstract

提供能够抑制过度的膝盖弯曲的步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序。本实施方式的步行辅助系统具备：阻尼器，在腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；伸展辅助单元，在膝关节的伸展方向上施加辅助力；传感器，检测用户的步行循环中的切换定时；及控制部，以使第一弯曲模式和与第一弯曲模式相比使阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据切换定时来切换阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与第一伸展模式相比使辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据切换定时来切换伸展辅助单元的模式，控制部在摆动期中的伸展期中的至少伸展期的后期从第一伸展模式向第二伸展模式切换。

Description

步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序

技术领域

本发明涉及步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序。

背景技术

在日本特开2019-005250号公报中公开了辅助步行动作的步行辅助装置。日本特开2019-005250号公报的步行辅助装置在由支撑相及摆动相构成的2周期运动中，通过进行膝关节的轨道控制来辅助用户的步行动作。

发明内容

在进行膝盖弯曲位步行的人、在支撑初期膝盖已经弯曲的人等使用步行辅助装置的情况下，有可能从支撑初期起向下肢施加强的扭矩。在这样的情况下，存在超过对在使膝关节弯曲的方向上的旋转产生阻力的阻尼器的能力而容易膝盖弯曲这一课题。

本发明为了解决这样的课题而完成，提供能够抑制过度的膝盖弯曲的步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序。

本实施方式的步行辅助系统是向用户的腿部装配的步行辅助系统，其中，具备：阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；传感器，检测所述用户的步行循环中的切换定时；及控制部，以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式大相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，在所述腿部的脚掌离地的摆动期中，所述控制部在所述膝关节向伸展了的状态接近的伸展期中的至少所述伸展期的后期从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述控制部能够根据所述用户的弯曲位的程度而调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述控制部能够通过预先设定来调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述控制部能够基于由所述传感器检测到的步行状态来调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述传感器包含检测小腿相对于地面的角度的陀螺仪传感器、检测夹着膝关节的大腿与小腿之间的角度的角度传感器、检测从伸展了所述膝关节的状态起小腿弯曲的弯曲角度的角度传感器、检测所述角度或所述弯曲角度的角速度的角速度传感器、检测所述腿部的规定的位置与所述地面之间的距离的测距传感器、检测所述脚掌的接地定时的接地定时传感器以及拍摄所述腿部的拍摄传感器中的任一者。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述第二弯曲模式包含所述阻力从所述第一弯曲模式的所述阻力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述第二伸展模式包含所述辅助力从所述第一伸展模式的所述辅助力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助系统中，可以是，所述伸展辅助单元包含致动器或弹性体。

在上述步行辅助系统中，可以是，在所述脚掌着地的支撑期，所述伸展辅助单元是所述第一伸展模式或所述第二伸展模式。

在上述步行辅助系统中，可以是，在所述伸展期，所述阻尼器是所述第一弯曲模式或所述第二弯曲模式。

本实施方式的步行辅助方法是使用了向用户的腿部装配的步行辅助装置的步行辅助方法，其中，所述步行辅助装置具备：阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；及传感器，切换所述用户的步行循环中的切换定时，所述步行辅助方法以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式大相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，所述步行辅助方法在所述腿部的脚掌离地的摆动期中，在所述膝关节向伸展了的状态接近的伸展期中的至少所述伸展期的后期从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。

在上述步行辅助方法中，可以是，能够根据所述用户的弯曲位的程度而调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助方法中，可以是，能够通过预先设定来调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助方法中，可以是，能够基于由所述传感器检测到的步行状态来调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助方法中，可以是，所述传感器包含检测小腿相对于地面的角度的陀螺仪传感器、检测夹着膝关节的大腿与小腿之间的角度的角度传感器、检测从伸展了所述膝关节的状态起小腿弯曲的弯曲角度的角度传感器、检测所述角度或所述弯曲角度的角速度的角速度传感器、检测所述腿部的规定的位置与地面之间的距离的测距传感器、检测所述脚掌的接地定时的接地定时传感器以及拍摄所述腿部的拍摄传感器中的任一者。

在上述步行辅助方法中，可以是，所述第二弯曲模式包含所述阻力从所述第一弯曲模式的所述阻力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助方法中，可以是，所述第二伸展模式包含所述辅助力从所述第一伸展模式的所述辅助力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助方法中，可以是，所述伸展辅助单元包含致动器或弹性体。

在上述步行辅助方法中，可以是，在所述脚掌着地的支撑期，所述伸展辅助单元是所述第一伸展模式或所述第二伸展模式。

在上述步行辅助方法中，可以是，在所述伸展期，所述阻尼器是所述第一弯曲模式或所述第二弯曲模式。

本实施方式的步行辅助程序是使用了向用户的腿部装配的步行辅助装置的步行辅助程序，其中，所述步行辅助装置具备：阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；及传感器，检测所述用户的步行循环中的切换定时，所述步行辅助程序使计算机执行以下步骤：以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式大相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，在所述腿部的脚掌离地的摆动期中，在所述膝关节向伸展了的状态接近的伸展期中的至少所述伸展期的后期从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。

在上述步行辅助程序中，可以是，能够根据所述用户的弯曲位的程度而调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助程序中，可以是，能够通过预先设定来调整所述第二伸展模式的开始定时。

在上述步行辅助程序中，可以是，能够基于由所述传感器检测到的步行状态来调整所述第二伸展模式的开始定。

在上述步行辅助程序中，可以是，所述传感器包含检测小腿相对于地面的角度的陀螺仪传感器、检测夹着膝关节的大腿与小腿之间的角度的角度传感器、检测从伸展了所述膝关节的状态起小腿弯曲的弯曲角度的角度传感器、检测所述角度或所述弯曲角度的角速度的角速度传感器、检测所述腿部的规定的位置与地面之间的距离的测距传感器、检测所述脚掌的接地定时的接地定时传感器以及拍摄所述腿部的拍摄传感器中的任一者。

在上述步行辅助程序中，可以是，所述第二弯曲模式包含所述阻力从所述第一弯曲模式的所述阻力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助程序中，可以是，所述第二伸展模式包含所述辅助力从所述第一伸展模式的所述辅助力逐渐增加的期间。

在上述步行辅助程序中，可以是，所述伸展辅助单元包含致动器或弹性体。

在上述步行辅助程序中，可以是，在所述脚掌着地的支撑期，所述伸展辅助单元是所述第一伸展模式或所述第二伸展模式。

在上述步行辅助程序中，可以是，在所述伸展期，所述阻尼器是所述第一弯曲模式或所述第二弯曲模式。

根据本实施方式，能够提供能够抑制过度的膝盖弯曲的步行辅助系统、步行辅助方法及步行辅助程序。

本公开的上述和其他的目的、特征及优点将会根据下文给出的详细描述和附图而被更加充分地理解，附图仅以示意的方式给出，因此不应视为限制本公开。

附图说明

图1是例示了实施方式1的步行辅助装置的主视图。

图2是例示了实施方式1的步行辅助装置的侧视图。

图3是示出实施方式1的步行辅助装置的控制系的框图。

图4是示出实施方式1的步行辅助装置的别的控制系的框图。

图5是例示了实施方式1的步行训练系统的图。

图6是例示了在使用了实施方式1的步行辅助装置的步行循环中步行动作及模式切换的定时的图。

图7是例示了在使用了实施方式2的步行辅助装置的步行循环中步行动作及模式切换的定时的图。

具体实施方式

以下，通过发明的实施方式来说明本发明，但并不将请求保护的范围所涉及的发明限定于以下的实施方式。另外，未必在实施方式中说明的结构的全部作为用于解决课题的手段是必须的。为了说明的清楚化，以下的记载及附图适当进行了省略及简化。在各附图中，对同一要素标注有同一标号，根据需要而省略了重复说明。

(实施方式1)

说明实施方式1的步行辅助装置(步行辅助系统)。本实施方式的步行辅助装置例如向进行步行训练的训练者的包含膝关节的腿部装配。作为用户的训练者在将步行辅助装置装配于腿部的状态下进行步行训练。首先，说明本实施方式的步行辅助装置的结构。之后，说明步行辅助装置的动作。

图1是例示了实施方式1的步行辅助装置的主视图。图2是例示了实施方式1的步行辅助装置的侧视图。图3是示出实施方式1的步行辅助装置1的控制系的框图。如图1～图3所示，步行辅助装置1具备大腿支承件11、小腿支承件12、大腿框架13、小腿框架14、阻尼器15、伸展辅助单元16、传感器17及控制部18。在步行辅助装置1的下侧也可以安装短下肢矫形器(short lower-limb orthosis)。步行辅助装置1向用户的腿部装配。以下，说明步行辅助装置1的各结构。

<大腿支承件及小腿支承件>

大腿支承件11以向用户的腿部的大腿缠绕的方式装配，小腿支承件12以向用户的腿部的小腿缠绕的方式装配。由此，大腿支承件11及小腿支承件12遍及膝关节的周边(具体而言是大腿及小腿)而配置。需要说明的是，大腿表示从股关节到膝关节的部分，小腿表示从膝关节到踝关节的部分。小腿包含胫部。将比踝关节靠下侧(也就是说，腿部的顶端侧)的部分设为脚底。

大腿支承件11及小腿支承件12由树脂材料、纤维材料等能够伸缩的材料形成。大腿支承件11及小腿支承件12分别向大腿及小腿缠绕而使步行辅助装置1装配。大腿支承件11及小腿支承件12也可以具有用于向大腿及小腿装配的粘扣带11a及12a。用户将大腿支承件11及小腿支承件12卷绕于腿部的周围，利用粘扣带11a及12a固定。

粘扣带11a设置于大腿的前侧。粘扣带12a设置于小腿的前侧。通过使用粘扣带11a及12a，用户能够将步行辅助装置1容易地装卸。而且，能够防止步行辅助装置1从用户的膝关节偏移。通过粘扣带11a及12a，用户能够调整压迫程度。而且，为了防止粘扣带11a及12a松脱或者大腿支承件11及小腿支承件12偏移，也可以设置固定束带。

需要说明的是，步行辅助装置1向腿部的固定不限于粘扣带11a及12a。例如，也可以使用带、纽扣、销、束带等固定单元来将步行辅助装置1固定于大腿及小腿。即使使用这样的固定单元，用户也能够装配步行辅助装置1。

<大腿框架及小腿框架>

在大腿支承件11的侧部安装有大腿框架13。大腿框架13沿着大腿配置。在小腿支承件12的侧部安装有小腿框架14。小腿框架14沿着小腿配置。大腿框架13和小腿框架14经由阻尼器15及伸展辅助单元16而连结。具体而言，以使阻尼器15及伸展辅助单元16的旋转轴Ax与膝关节的轴大致一致的方式，在膝关节的高度配置阻尼器15及伸展辅助单元16。大腿框架13及小腿框架14构成了能够绕着阻尼器15及伸展辅助单元16的旋转轴Ax旋转的连杆机构。

<阻尼器>

阻尼器15在用户的腿部中的膝关节的弯曲方向上施加阻力。弯曲方向是在膝关节的旋转方向中膝关节进行弯曲的朝向。阻尼器15例如是旋转阻尼器，位于膝关节的侧部。阻尼器15例如利用油等流体的粘性阻力、弹簧等的弹性阻力、盘等的摩擦阻力等来使膝关节的弯曲方向的旋转减速。阻尼器15通过使阻力可变，能够切换阻力。阻尼器15能够使阻力逐渐变化。

阻尼器15优选设为仅向一方向施加阻力的单向阻尼器。由此，阻尼器15在膝关节的伸展方向上以不施加阻力的方式变得自由。伸展方向是在膝关节的旋转方向中膝关节进行伸展的朝向。如后所述，阻尼器15能够通过控制部18而切换为第一弯曲模式和使弯曲方向的阻力比第一弯曲模式大的第二弯曲模式。第一弯曲模式可以是不在弯曲方向上施加阻力的自由模式。在第一弯曲模式是自由模式的情况下，将第二弯曲模式称作阻尼器模式。第二弯曲模式包含阻力从第一弯曲模式的阻力逐渐增加的期间。

<伸展辅助单元>

伸展辅助单元16在腿部的膝关节的伸展方向上施加辅助力。辅助力是以使大腿和小腿呈直线状延伸的方式对膝关节向伸展方向作用的力。伸展辅助单元16例如是致动器，位于膝关节的侧部。由此，伸展辅助单元16配置于能够进行膝盖伸展的位置。伸展辅助单元16与阻尼器同样地配置于膝关节的轴的附近。需要说明的是，伸展辅助单元16只要能够对膝关节向伸展方向作用力即可，不限于致动器，也可以包含弹簧等弹性体。伸展辅助单元16通过使辅助力可变，能够切换辅助力。伸展辅助单元16能够使辅助力逐渐变化。

如后所述，伸展辅助单元16能够通过控制部18而切换为第一伸展模式和使伸展方向的辅助力比第一伸展模式大的第二伸展模式。第一弯曲模式可以是不向伸展方向施加辅助力的自由模式。在第一伸展模式是自由模式的情况下，将第二伸展模式称作伸展辅助模式。第二伸展模式包含辅助力从第一伸展模式的辅助力逐渐增加的期间。

<控制系>

接着，说明步行辅助装置1的控制系。如图3所示，步行辅助装置1的控制系通过传感器17及控制部18来控制阻尼器15及伸展辅助单元16。阻尼器15、伸展辅助单元16及传感器17通过有线或无线的通信线路而连接于控制部18。控制部18可以从包含阻尼器15及伸展辅助单元16的步行辅助装置1的主体分离，以仅通信线路连接的方式配置，也可以与阻尼器15及伸展辅助单元16一起安装于主体。

<传感器>

传感器17检测用户的步行动作中的定时。具体而言，传感器17为了检测步行循环(步行周期)中的切换定时而设置。例如，传感器17检测地面与小腿的角度，将检测到的角度作为检测结果向控制部18输出。控制部18基于传感器17的检测结果来切换模式。

具体而言，控制部18例如基于地面与小腿的角度来切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式。也就是说，控制部18基于从传感器17输出的定时信号来切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式。由此，在步行循环中的一定的定时下，控制部18进行阻尼器15及伸展辅助单元16的模式的切换。对于传感器17及控制部18，由搭载于步行辅助装置1的电池(未图示)供给电源。

作为传感器17，能够使用各种类型的传感器。以下，对传感器17的具体例进行说明。

传感器17例如可以是检测小腿(胫部)相对于地面的角度的陀螺仪传感器。另外，传感器17也可以是检测腿部的角度即夹着膝关节的大腿与小腿之间的角度的角度传感器。而且，传感器17还可以是检测从大腿和小腿呈直线状延伸而膝关节伸展了的状态起小腿弯曲的弯曲角度的角度传感器。传感器17还可以是检测小腿的角度、腿部的角度及弯曲角度的角速度的角速度传感器。

传感器17还可以是检测腿部的规定的位置与地面之间的距离的测距传感器。腿部的规定的位置例如是鞋、脚底、脚掌等。例如，能够使用安装于鞋、脚底或其附近的测距传感器作为传感器17。由于从鞋、脚底、脚掌等到地面为止的距离根据步行动作而改变，所以能够检测与步行循环对应的波形。需要说明的是，作为测距传感器，能够使用光学式的传感器。另外，地面包含地板面。

传感器17根据检测到的角度、角速度、距离等来检测与步行循环对应的波形。也就是说，检测到的角度、角速度、距离等根据步行循环而周期性地变化。传感器17基于检测到的角度、角速度、距离等来检测步行定时。

例如，控制部18将传感器17的输出值与阈值进行比较，根据该比较结果来切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式即可。例如，控制部18根据表示传感器17的输出值超过了阈值的定时或变得低于阈值的定时的定时信号来进行模式切换。

需要说明的是，在阻尼器15中，也可以设定有用于检测从第一弯曲模式切换为第二弯曲模式的切换定时的第一阈值(例如，小腿的第一角度)和用于检测从第二弯曲模式切换为第一弯曲模式的切换定时的第二阈值(例如，小腿的第二角度)。另外，在伸展辅助单元16中，也可以设定有用于检测从第一伸展模式切换为第二伸展模式的切换定时的第三阈值(例如，小腿的第三角度)和用于检测从第二伸展模式切换为第一伸展模式的切换定时的第四阈值(例如，小腿的第四角度)。

另外，传感器17也可以是检测脚掌的接地定时的接地定时传感器。传感器17能够基于检测到的接地定时来检测步行定时。例如，通过将从接地定时到各模式切换的定时为止的时间预先相加或相减，传感器17检测切换定时。

而且，传感器17也可以是拍摄腿部的拍摄传感器。在该情况下，传感器17从步行辅助装置1的外部拍摄腿部的状态。根据拍摄到的腿部的状态，能够检测步行定时。需要说明的是，在传感器17配置于外部的情况下，步行辅助装置1具备从外部的传感器17接收表示切换定时的信号的接收部即可。

另外，也可以组合多个传感器17来检测切换定时。例如，传感器17也可以具备为了检测小腿的角度而设置的第一传感器和为了检测从脚掌到地板面为止的距离而设置的第二传感器双方。当然，传感器17的具体例不限于上述的例子。传感器17优选安装于步行辅助装置1。或者，传感器17也可以安装于步行辅助装置1的外部。

<控制部>

控制部18基于从传感器17输出的切换定时来控制阻尼器15及伸展辅助单元16。控制部18切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式。

控制部18以使第一弯曲模式和第二弯曲模式交替反复的方式，根据切换定时来切换阻尼器15的模式。例如，在第一弯曲模式下，阻尼器15关闭，成为不在弯曲方向上施加阻力的自由模式。在第二弯曲模式下，阻尼器15开启，成为在弯曲方向上施加阻力的阻尼器模式。或者，例如，在第一弯曲模式下，阻尼器15切换成施加小的阻力，在第二弯曲模式下，阻尼器15切换成施加大的阻力。

另外，控制部18以使第一伸展模式和第二伸展模式交替反复的方式，根据切换定时来切换伸展辅助单元16的模式。例如，在第一伸展模式下，伸展辅助单元16关闭，成为不在伸展方向上施加辅助力的自由模式。在第二伸展模式下，伸展辅助单元16开启，成为在伸展方向上施加辅助力的伸展辅助模式。或者，例如，在第一伸展模式下，伸展辅助单元16切换成施加小的辅助力，在第二伸展模式下，伸展辅助单元16切换成施加大的辅助力。

图4是示出实施方式1的步行辅助装置1的别的控制系的框图。在图4中，除了图3的结构之外，步行辅助装置1还具备存储器19、发送部20、接收部21。另外，控制部18具有切换器18a及运算装置18b。需要说明的是，关于阻尼器15、伸展辅助单元16及传感器17，与图3是同样的，因此省略说明。

运算装置18b例如以由进行运算处理、控制处理等的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)、存储有由CPU执行的运算程序、控制程序等的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、存储各种数据等的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、与外部进行信号的输入输出的接口部(I/F)等构成的微型计算机为中心而由硬件构成。CPU、ROM、RAM及接口部经由数据总线等而相互连接。

对运算装置18b输入来自传感器17的输出值。运算装置18b通过对传感器17的输出值进行规定的运算处理来取得步行循环中的切换定时。例如，运算装置18b通过将传感器的输出值与阈值进行比较来取得切换定时。若运算装置18b将取得的切换定时向切换器18a输出，则切换器18a切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式。存储器19存储步行训练中的来自传感器17的输出值的数据。

对运算装置18b也可以输入来自切换器18a的表示进行了模式切换的切换信号。运算装置18b基于切换信号对切换器18a的切换动作进行计数。运算装置18b对切换器18a的切换动作进行计数，将切换次数向存储器19写入。切换器18a的切换次数对应于步数。通过这样，即使不另外装配计步器(注册商标)等，也能够对步行训练中的步数进行计数。由此，能够提高便利性。而且，不用另外追加步数计数用的传感器就能够对步行训练中的步数进行计数。由此，与另外追加步数计数用的传感器的结构相比，能够谋求步行辅助装置1的低成本化、轻量化。

发送部20向外部设备(例如，外部服务器等)发送数据。接收部21接收来自外部设备的数据。发送部20及接收部21例如按照Bluetooth(注册商标)等通信标准来收发数据。发送部20及接收部21的通信可以是无线通信，也可以是有线通信。

发送部20将步行辅助装置1取得的数据(例如，步行训练中的传感器17的输出值及切换器18a的切换次数等数据)向外部设备发送。由此，外部设备能够收集数据。由此，能够实现与外部设备的协作、存储器19的容量的削减。另外，在训练中，发送部20也可以自动地发送传感器17的输出。

接收部21接收来自外部设备(例如，外部服务器等)的数据。由此，能够变更步行定时的检测条件。具体而言，能够变更用于检测切换定时的阈值等的设定。例如，在对阈值的设定进行变更的情况下，外部设备发送用于对阈值的设定进行改变的指令即可。若接收部21接收到设定变更的指令，则运算装置18b变更阈值。能够针对每个利用者设定最佳的检测条件。由此，能够针对每个用户设定最佳的检测条件。

需要说明的是，外部设备也可以是如图5所示的步行训练系统100中的训练装置3。步行训练系统100由装配于用户U的腿部的步行辅助装置1和进行用户U的步行训练的训练装置3构成。并且，训练装置3具有跑步机31、框架主体32、控制装置35及显示部36。跑步机31、控制装置35及显示部36固定于框架主体32。显示部36配置于用户U的前方。

跑步机31具有用于供用户U步行的能够旋转的环状的带式输送机311，以设定速度Vs使带式输送机311旋转。用户U站在带式输送机311上，根据带式输送机311的移动而进行步行。显示部36显示相对于用户U的训练指示、训练菜单、训练信息(设定速度、生物信息等)等信息。例如，显示部36也可以具备触摸面板，在该情况下，用户U能够经由显示部36而输入各种信息。另外，训练装置3也可以具有拍摄用户U的相机等。由此，显示部36能够显示训练中的用户U的步行动作的影像。

控制装置35例如以由进行运算处理、控制处理等的CPU(Central ProcessingUnit：中央处理单元)、存储有由CPU执行的运算程序、控制程序等的ROM(Read OnlyMemory：只读存储器)、存储各种数据等的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)、与外部进行信号的输入输出的接口部(I/F)等构成的微型计算机为中心而硬件构成。CPU、ROM、RAM及接口部经由数据总线等而相互连接。

步行辅助装置1的控制部18也可以经由发送部20及接收部21而与训练装置3进行各种数据的收发。另外，训练装置3的控制装置35也可以具有步行辅助装置1的控制部18的功能。

<动作>

接着，说明步行辅助装置1的动作。图6是例示了在使用了实施方式1的步行辅助装置1的步行循环中步行动作及模式切换的定时的图。在图6中也示出了比较例。首先，参照图6来说明包含摆动期及支撑期的1步行循环。接着，说明比较例的步行动作及模式切换的定时。之后，一边与比较例对比，一边说明本实施方式的步行动作及模式切换的定时。

<1步行循环>

如图6所示，1步行循环包含左腿的一步和右腿的一步这合计2步。在图6中，1步行循环由(a)～(m)的顺序示出。在(m)的定时之后，返回(a)的定时，成为下一步行循环。在图6中，在(a)～(g)的定时下成为摆动期，在(h)～(m)的定时下成为支撑期。

摆动期是装配有步行辅助装置1的腿部的脚掌离地的状态，支撑期是装配有步行辅助装置1的腿部的脚掌接地的状态。在(g)的定时与(h)之间，脚掌着地，在从(m)返回(a)的定时下，脚掌离地。(a)～(c)的定时成为膝关节的弯曲角度变大的弯曲期，(d)～(g)的定时成为膝关节的弯曲角度变小的伸展期。需要说明的是，摆动期、支撑期、弯曲期及伸展期以装配有步行辅助装置1的患腿为基准。

<比较例：弯曲方向>

接着，说明上述1步行循环中的比较例的步行动作及模式切换的定时。首先，说明在膝关节的弯曲方向上施加阻力的阻尼器15的动作。在比较例中，在伸展期中，具体而言，在(f)的定时下，从第一弯曲模式切换为第二弯曲模式。另外，在从支撑期变成摆动期的定时下，具体而言，在(m)的定时与(a)的定时之间，从第二弯曲模式切换为第一弯曲模式。

第一弯曲模式包含不在膝关节的弯曲方向上施加阻力的自由模式或施加比第二弯曲模式小的阻力的模式。第二弯曲模式包含在膝关节的弯曲方向上施加阻力的阻尼器模式或施加比第一弯曲模式大的阻力的模式。

在摆动期中，患腿无需支承用户的体重。因而，在摆动期中，无需利用阻尼器15产生相对于膝关节的阻力，或者即使产生也可以是小的阻力。由此，在摆动期的大致整体中，控制部18能够相对于弯曲方向设为包含自由模式的第一弯曲模式。另一方面，在支撑期的整体中，控制部18设为第二弯曲模式，使阻尼器15在弯曲方向上产生阻力。

而且，在1步行循环中，仅设置有第一弯曲模式及第二弯曲模式，在步行动作中控制部18交替切换第一弯曲模式和第二弯曲模式。也就是说，控制部18基于定时信号来控制阻尼器15。例如，对自由模式和阻尼器模式进行开启关闭控制。通过这样，能够通过简便的结构来进行合适的控制。例如，在针对每个步行循环而步行动作参差不齐的情况下，由传感器17检测的切换定时可能会参差不齐。即使在这样的情况下也是，在从摆动期切换为支撑期前的定时(也就是说，伸展期中的任意的定时)下阻尼器15从第一弯曲模式向第二弯曲模式切换即可。

具体而言，在(d)～(g)之间的规定的定时下，控制部18切换模式即可。由于能够扩大相对于由传感器17检测的切换定时的误差的余裕，所以能够合适地控制。另外，在伸展期中，膝关节从弯曲的状态逐渐向伸展方向旋转。因而，即使阻尼器15成为了第二弯曲模式，也不产生阻力。由此，阻尼器15不会妨碍用户的步行动作，能够进行模式切换。

另外，阻尼器15设为了不在伸展方向上产生阻力的自由。因而，用户能够使膝关节自由地伸展。另外，由于在包含阻尼器模式的第二弯曲模式与包含自由模式的第一弯曲模式之间不存在阻尼器15锁定的锁定模式，所以能够防止阻尼器15成为步行动作的妨碍。由于以不经由锁定模式的方式从第二弯曲模式向第一弯曲模式转变，所以能够容易地进行合适的控制。

也可以通过传感器17的输出来检测摆动期和支撑期的切换定时，将摆动期设为第一弯曲模式，将支撑期设为第二弯曲模式。也就是说，也可以将从摆动期变成支撑期的定时和从支撑期切换为摆动期的定时设为阻尼器15的模式的切换定时。

另外，第一弯曲模式与第二弯曲模式的切换可以陡峭也可以平滑。即，第二弯曲模式也可以包含阻力从第一弯曲模式的阻力逐渐增加的期间，还可以包含阻力逐渐减小至第一弯曲模式的阻力的期间。

<比较例：伸展方向>

接着，说明比较例中的膝关节的伸展方向的动作。在比较例中，未设置伸展辅助单元16，或者不使伸展辅助单元16发挥作用。另外，阻尼器15不在伸展方向上产生阻力。由此，在比较例中，伸展方向的动作在步行循环的整体中是自由模式。

在比较例中，在进行膝盖弯曲位步行的人、在支撑初期膝盖已经弯曲的人等使用步行辅助装置的情况下，有可能从支撑初期起向下肢施加强的扭矩。在这样的情况下，存在超过对膝关节的弯曲方向的旋转产生阻力的阻尼器15的能力而容易膝盖弯曲这一课题。

<实施方式：弯曲方向>

接着，说明本实施方式的步行辅助装置1的动作。在本实施方式中，在膝关节的弯曲方向上施加阻力的阻尼器15的动作与比较例是同样的，因此省略说明。

<实施方式：伸展方向>

接着，说明本实施方式中的在膝关节的伸展方向上施加辅助力的伸展辅助单元16的动作。在本实施方式中，伸展方向的动作与比较例不同，包含第一伸展模式及第二伸展模式。并且，第一伸展模式和第二伸展模式交替切换。具体而言，在伸展期中，例如，在(e)的定时下，从第一伸展模式切换为第二伸展模式。

这样，控制部18在腿部的脚掌离地的摆动期中，在膝关节向伸展了的状态接近的伸展期中的至少伸展期的后期从第一伸展模式向第二伸展模式切换。具体而言，控制部18在小腿的弯曲角度变小的伸展期的后期从第一伸展模式向第二伸展模式切换。需要说明的是，控制部18能够根据用户的弯曲位的程度而调整第二伸展模式的开始定时。

例如，控制部18对于弯曲位的症状重的用户，在早的定时(例如，(e)的定时)下使第二伸展模式开始。另一方面，对于弯曲位的症状轻的用户，在支撑期紧前的定时(例如，(g)的定时)下使第二伸展模式开始。对于弯曲位的症状为中等程度的用户，例如在(f)的定时下使第二伸展模式开始。控制部18能够预先通过设定而调整第二伸展模式的开始定时。例如，能够通过预先设定根据弯曲位的症状导出的开始定时来调整。

另外，控制部18能够将第二伸展模式的开始定时基于由传感器17检测到的步行状态来调整。控制部18也可以基于传感器17检测到的各种角度、角速度、距离等而在步行中调整。

另一方面，控制部18在从摆动期变成支撑期的定时下，具体而言，在(g)的定时与(h)的定时之间，从第二伸展模式切换为第一伸展模式。

另外，第一伸展模式与第二伸展模式的切换可以陡峭也可以平滑。即，第二伸展模式也可以包含辅助力从第一伸展模式的辅助力逐渐增加的期间，还可以包含辅助力逐渐减小至第一伸展模式的辅助力的期间。

接着，说明本实施方式的效果。在本实施方式的步行辅助装置1中，在支撑期之前且伸展期的后期具有伸展辅助模式。由此，对于进行膝盖弯曲位步行的人或在支撑初期膝盖已经弯曲的人等，在伸展期进行伸展辅助，因此能够抑制过度的膝盖弯曲。

另外，本实施方式的步行辅助装置1在摆动期(即，装配有步行辅助装置1的腿部无需支承用户的体重的期间)进行伸展辅助。而且，伸展辅助可以是使小腿摆一次的程度。因此，伸展辅助单元16也可以是紧凑的致动器等。由此，能够使步行辅助装置1小型及轻量化。

在对进行膝盖弯曲位步行的人、在支撑初期膝盖已经弯曲的人等进行步行辅助的情况下，有可能考虑使用更大的阻尼器来抑制过度的膝盖弯曲。然而，若带上这样的大的阻尼器，则重量增加，会成为大规模的步行辅助装置。于是，难以利用偏瘫患者的瘫痪腿来支承大规模的步行辅助装置。另外，需要防止从装配部位滑落的对策。相对于此，在本实施方式中，由于可以是使用了紧凑的致动器等的伸展辅助单元16，所以能够使步行辅助装置1小型及轻量化。

需要说明的是，第一弯曲模式与第二弯曲模式的模式切换及第一伸展模式与第二伸展模式的模式切换的控制不限于开启关闭控制。也可以在模式切换的定时下使阻尼器15的阻力及伸展辅助单元16的辅助力逐渐增加或减小。由此，能够使用户的步行动作顺畅。

另外，步行辅助装置1也可以搭载有用于供给电源的电池。电池可以是能够充放电的二次电池，也可以是一次电池。另外，电池还可以是太阳能电池。在该情况下，在步行辅助装置1的表面设置有太阳能电池的受光部即可。另外，控制部18也可以具有电磁开关、半导体开关等切换器18a。控制部18也可以是以下结构：包含电子电路，利用来自电子电路的控制信号来对切换器18a的接通/断开的切换进行控制，从而切换阻尼器15及伸展辅助单元16的模式。

(实施方式2)

接着，说明实施方式2的步行辅助装置。在本实施方式中，具备能够选择第一弯曲模式或第二弯曲模式的第三弯曲模式及能够选择第一伸展模式或第二伸展模式的第三伸展模式。本实施方式的步行辅助装置的结构与实施方式1是同样的，因此省略说明。

图7是例示了在使用了实施方式2的步行辅助装置的步行循环中步行动作及模式切换的定时的图。如图7所示，在实施方式2中，在弯曲方向上，在伸展期从第一弯曲模式切换为第三弯曲模式。具体而言，在(d)的定时与(e)的定时之间，从第一弯曲模式切换为第三弯曲模式。另外，在从摆动期变成支撑期的定时下，具体而言，在(g)的定时与(h)的定时之间，从第三弯曲模式切换为第二弯曲模式。

第三弯曲模式是能够选择第一弯曲模式或第二弯曲模式的模式。例如，第三弯曲模式可以是自由模式，也可以是阻尼器模式。在伸展期中，阻尼器15是第一弯曲模式或第二弯曲模式。另外，在从支撑期变成摆动期的定时下，具体而言，在(m)的定时与(a)的定时之间，从第三弯曲模式切换为第二弯曲模式。

在伸展方向上，在支撑期从第二伸展模式切换为第三伸展模式。具体而言，在(g)的定时与(h)的定时之间，从第二伸展模式切换为第三伸展模式。由此，在脚掌着地的支撑期中，伸展辅助单元16是第一伸展模式或第二伸展模式。

需要说明的是，从第一伸展模式切换为第二伸展模式的定时与实施方式1同样，可以是(e)的定时，也可以是(f)的定时。或者，还可以是(g)的定时。

根据本实施方式，本实施方式的步行辅助装置的伸展辅助单元16在支撑时具有可以是自由也可以是伸展辅助模式的第三伸展模式。伸展辅助单元16本来就不需要支承体重的扭矩。因此，在支撑时，伸展辅助单元16即使发挥作用，也不对步行造成影响。由此，控制部18能够根据状况而变更各模式。

需要说明的是，本发明不限于上述实施方式，能够在不脱离主旨的范围内适当变更。例如，使用了向用户的腿部装配的步行辅助装置的步行辅助方法及步行辅助程序也是本实施方式的技术思想的范围。

上述程序能够使用任何类型的非暂时性计算机可读介质来存储并向计算机提供。非暂时性计算机可读介质包含任何类型的有形存储介质。非暂时性计算机可读介质的例子包含磁存储介质(例如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可刻录光盘)、CD-R/W(可擦写光盘)及半导体存储器(例如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、快闪ROM、RAM(随机存取存储器)等)。上述程序可以使用任何类型的暂时性计算机可读介质来向计算机提供。暂时性计算机可读介质的例子包含电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质能够将上述程序经由有线通信线(例如电线、光纤)或无线通信线而向计算机提供。

根据这样描述的本公开，显而易见的是，可以以许多方式改变本公开的实施例。这样的变化不应被认为是背离本公开的精神和范围，并且对于本领域技术人员显而易见的所有这样的修改旨在包含于请求保护的范围内。

Claims (12)

1.一种步行辅助系统，是向用户的腿部装配的步行辅助系统，其中，具备：

阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；

伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；

传感器，检测所述用户的步行循环中的切换定时；及

控制部，以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，

在将从大腿和小腿呈直线状延伸而所述膝关节伸展了的状态起所述小腿弯曲的角度设为弯曲角度的情况下，

所述控制部在所述腿部的脚掌离地的摆动期中的所述弯曲角度变小的伸展期的任一定时从所述第一弯曲模式向所述第二弯曲模式切换，

所述控制部在从所述腿部的脚掌接地的支撑期变换为所述摆动期的所述定时从所述第二弯曲模式向所述第一弯曲模式切换，

所述控制部在所述摆动期中的所述伸展期的任一所述定时从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。

2.根据权利要求1所述的步行辅助系统，

所述控制部能够根据所述用户的弯曲位的程度而调整所述第二伸展模式的开始定时。

3.根据权利要求1所述的步行辅助系统，

所述控制部能够通过预先设定来调整所述第二伸展模式的开始定时。

4.根据权利要求1所述的步行辅助系统，

所述控制部能够基于由所述传感器检测到的步行状态来调整所述第二伸展模式的开始定时。

5.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

所述传感器包含检测小腿相对于地面的角度的陀螺仪传感器、检测夹着膝关节的大腿与小腿之间的角度的角度传感器、检测从伸展了所述膝关节的状态起小腿弯曲的弯曲角度的角度传感器、检测所述角度或所述弯曲角度的角速度的角速度传感器、检测所述腿部的规定的位置与地面之间的距离的测距传感器、检测所述脚掌的接地定时的接地定时传感器以及拍摄所述腿部的拍摄传感器中的任一者。

6.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

所述第二弯曲模式包含所述阻力从所述第一弯曲模式的所述阻力逐渐增加的期间。

7.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

所述第二伸展模式包含所述辅助力从所述第一伸展模式的所述辅助力逐渐增加的期间。

8.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

所述伸展辅助单元包含致动器或弹性体。

9.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

在所述脚掌着地的支撑期中，所述伸展辅助单元是所述第一伸展模式或所述第二伸展模式。

10.根据权利要求1～4中任一项所述的步行辅助系统，

在所述伸展期中，所述阻尼器是所述第一弯曲模式或所述第二弯曲模式。

11.一种步行辅助方法，是使用了向用户的腿部装配的步行辅助装置的步行辅助方法，其中，

所述步行辅助装置具备：

阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；

伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；及

传感器，检测所述用户的步行循环中的切换定时，

所述步行辅助方法以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，

在将从大腿和小腿呈直线状延伸而所述膝关节伸展了的状态起所述小腿弯曲的角度设为弯曲角度的情况下，

在所述腿部的脚掌离地的摆动期中的所述弯曲角度变小的伸展期的任一定时从所述第一弯曲模式向所述第二弯曲模式切换，

在从所述腿部的脚掌接地的支撑期变换为所述摆动期的所述定时从所述第二弯曲模式向所述第一弯曲模式切换，

在所述摆动期中的所述伸展期的任一所述定时从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。

12.一种计算机可读存储介质，存储有使用了向用户的腿部装配的步行辅助装置的步行辅助程序，其中，

所述步行辅助装置具备：

阻尼器，在所述腿部的膝关节的弯曲方向上施加阻力；

伸展辅助单元，在所述膝关节的伸展方向上施加辅助力；及

传感器，检测所述用户的步行循环中的切换定时，

所述步行辅助程序使计算机执行以下步骤：

以使第一弯曲模式和与所述第一弯曲模式相比使所述阻力大的第二弯曲模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述阻尼器的模式，并且，以使第一伸展模式和与所述第一伸展模式相比使所述辅助力大的第二伸展模式交替反复的方式，根据所述切换定时来切换所述伸展辅助单元的模式，

在将从大腿和小腿呈直线状延伸而所述膝关节伸展了的状态起所述小腿弯曲的角度设为弯曲角度的情况下，

在所述腿部的脚掌离地的摆动期中的所述弯曲角度变小的伸展期的任一定时从所述第一弯曲模式向所述第二弯曲模式切换，

在从所述腿部的脚掌接地的支撑期变换为所述摆动期的所述定时从所述第二弯曲模式向所述第一弯曲模式切换，

在所述摆动期中的所述伸展期的任一所述定时从所述第一伸展模式向所述第二伸展模式切换。