CN115192960A - 行走训练系统及其控制方法和存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种行走训练系统及其控制方法和存储介质。行走训练装置包括：机器人腿，其附接至受训者的一条腿；跑步机；载荷分布传感器，其检测从所述受训者的脚底接收的载荷的分布；行走状态区分单元，其判定所述一条腿是否处于摆动腿状态；控制单元，当所述一条腿处于摆动腿状态时，其通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲‑伸展控制；测量单元，其测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙。当所述间隙小于规定值时，所述控制单元改变所述预定弯曲‑伸展控制的控制内容，使得在所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的跑带。

Description

行走训练系统及其控制方法和存储介质

技术领域

本发明涉及一种行走训练系统及其控制方法和存储介质。

背景技术

日本未审查专利申请公开第2016-73525号(JP2016-73525A)公开了一种行走训练系统，包括：动态平衡能力评估装置，其用于基于由于用户行走引起的预定身体部位的时间变化来评估用户的动态平衡能力；以及跑步机，其用于执行上述行走训练。这里，JP2016-73525A描述了压力传感器设置在跑步机的跑带(belt)上，从压力传感器的测量值获取地面反作用力。

在相关技术中，在腿摆动时的行走训练期间，未监测用户(受训者)的每条腿的位置(高度)。因此，在相关技术中，当通过行走辅助装置(机器人腿)控制(辅助)患腿的弯曲和伸展时，例如即使在腿摆动时患腿的高度低于预期时，也通过行走辅助装置执行患腿的弯曲和伸展控制，而不考虑以上情况。在这种情况下，例如，在行走辅助装置的伸展控制期间用户可能在跑带上绊倒。也即，存在现有技术不能向用户提供有效训练的问题。

发明内容

鉴于上述背景提出了本发明，本发明的目的是提供一种能够对受训者提供有效训练的行走训练系统及其控制方法和存储介质。

根据本发明的实施例的行走训练系统包括：机器人腿，其附接至受训者的一条腿；跑步机；载荷分布传感器，其检测从搭乘在所述跑步机的跑带上的受训者的脚底接收的载荷的分布；行走状态区分单元，其基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定至少所述一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态；控制单元，当所述行走状态区分单元判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，其通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制；以及测量单元，其测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙，其中，当由所述测量单元测量的所述间隙小于规定值时，所述控制单元改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带。该行走训练系统能够为受训者提供有效的训练，因为即使当机器人腿所附接的处于摆动腿状态的一条腿的高度低时，其也能够使受训者行走而不会在跑步机的跑带上绊倒。

当由所述测量单元测量的所述间隙小于所述规定值时，所述控制单元可以延迟由所述机器人腿对所述一条腿的所述伸展控制的开始。

当由所述测量单元测量的所述间隙小于所述规定值时，所述控制单元可以升高所述机器人腿，使得所述间隙等于或大于所述规定值。

所述测量单元可以根据在行走训练期间拍摄所述受训者的拍摄装置的拍摄图像来测量所述间隙。

当辅助所述机器人腿的操作的腿释放装置使用线拉动所述机器人腿时，所述测量单元可以基于所述线的长度和所述线的张力中的至少一个来测量所述间隙。

所述测量单元可以是使用激光测量所述间隙的激光位移计。

所述测量单元可以是使用超声波测量所述间隙的超声波传感器。

根据本发明的实施例的行走训练系统的控制方法包括：通过使用载荷分布传感器检测从搭乘在跑步机的跑带上的受训者的脚底接收的载荷的分布的步骤；基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定机器人腿所附接的至少一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态的步骤；当判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制的步骤；测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙的步骤；以及当所述间隙小于规定值时，改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在由所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带的步骤。行走训练系统的该控制方法能够为受训者提供有效的训练，因为即使当机器人腿所附接的处于摆动腿状态的一条腿的高度低时，其也能够使受训者行走而不会在跑步机的跑带上绊倒。

根据本发明的一个实施例的存储介质，其存储有控制程序，所述控制程序使计算机执行：通过使用载荷分布传感器检测从搭乘在跑步机的跑带上的受训者的脚底接收的载荷的分布的处理；基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定机器人腿所附接的至少一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态的处理；当判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制的处理；测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙的处理；以及当所述间隙小于规定值时，改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带的处理。该控制程序能够为受训者提供有效的训练，因为即使当机器人腿所附接的处于摆动腿状态的一条腿的高度低时，其也能够使受训者行走而不会在跑步机的跑带上绊倒。

根据本发明，可以提供能够对受训者提供有效训练的行走训练系统、其控制方法和存储介质。

附图说明

下面将参考附图描述本发明的示例性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，其中，相同的标号表示相同的元件，并且其中：

图1是示出根据第一实施例的行走训练装置的配置示例的整体概念图；

图2是设置在图1所示的行走训练装置中的跑步机的一部分的示意性侧视图；

图3是示出设置在图1所示的行走训练装置中的行走辅助装置的配置示例的示意性立体图；

图4是示出图1所示的行走训练装置的系统配置示例的框图；

图5是用于描述由处于摆动腿状态的腿的低位置所引起的问题的图；

图6是示出图1所示的行走训练装置的操作的示例的流程图；

图7是用于描述图6所示的行走训练装置的操作的图；

图8是用于描述图6所示的行走训练装置的操作的图；

图9是示出图1所示的行走训练装置的操作的另一示例的流程图；以及

图10是用于描述图9所示的行走训练装置的操作的图。

具体实施方式

在下文中，将通过本发明的实施例描述本发明，但是根据权利要求的范围的本发明不限于以下实施例。此外，并不是实施例中所描述的所有配置作为解决所述问题的手段都是必不可少的。为了清楚起见，已经适当地省略和简化以下描述和附图。在各图中，相同的元件由相同的附图标记表示，根据需要省略重复的说明。

第一实施例

图1是示出根据第一实施例的行走训练装置的配置示例的整体概念图。根据本实施例的行走训练装置100是支持受训者(用户)900的康复(恢复)的康复支持装置的具体示例，尤其是支持行走训练的行走训练装置的具体示例。行走训练装置100是用于受训者900根据训练人员901的指导执行行走训练的装置，受训者900是一条腿遭受瘫痪的偏瘫患者。这里，训练人员901可以是例如治疗师(理疗师)或医生，可以称为训练教员、训练看护者或训练助手，因为受训者的训练通过指导或看护来辅助。行走训练装置100也可称为行走训练系统。以下描述中的竖直方向、水平方向和前后方向是基于受训者900的方向的方向。

行走训练装置100主要包括：控制面板133，其附接至形成整个骨架的框架130；跑步机131，受训者900在其上行走；以及行走辅助装置(机器人腿)120，其附接至患腿，患腿为受训者900的瘫痪侧的腿部。

跑步机131是促使受训者900行走的装置，执行行走训练的受训者900搭乘在跑带1311上并且根据跑带1311的移动尝试行走动作。如图1所示，训练人员901可以站在受训者900后面的跑带1311上并与受训者900一起行走。然而，通常，优选的是，训练人员901处于更容易对受训者900执行看护的状态，诸如跨立在跑带1311上。

图2是跑步机131的一部分的示意性侧视图。如图2所示，跑步机131至少包括环形跑带1311、滑轮1312以及电机(未示出)。此外，载荷分布传感器222安装在跑带1311的内侧(位于受训者900所搭乘的表面上的跑带1311的下侧)上，使得不与跑带1311联动。然而，载荷分布传感器222可以设置在跑带1311的上侧以便与跑带1311联动。

载荷分布传感器222由多个传感器组成，这些传感器以矩阵形式布置在支撑受训者900的脚底的跑带1311下方。通过使用这些传感器，载荷分布传感器222可以检测从受训者900的脚底接收的表面压力(载荷)的大小和分布。例如，载荷分布传感器222是电阻变化检测型载荷检测片，其中多个电极以矩阵形式布置。根据载荷分布传感器222的检测结果，能够区分受训者900的行走状态(每条腿是处于站立腿状态或者摆动腿状态等)。

在本实施例中，描述了载荷分布传感器222设置在跑步机131侧的情况作为示例。然而，本发明不限于此。载荷分布传感器222可以附接至例如行走辅助装置120的脚底部，并且可以检测从行走辅助装置120所附接的患腿的脚底接收的表面压力(载荷)的大小和分布。在这种情况下，通过载荷分布传感器222的检测结果，能够至少区分行走辅助装置120所附接的患腿的行走状态。

在跑步机131中，例如，后面将描述的整体控制单元210基于载荷分布传感器222的检测结果来区分受训者900的行走状态，并且使用电机(未示出)根据行走状态旋转滑轮1312并且旋转(移动)环形跑带1311。因此，受训者900可以在不从跑带1311突出的情况下执行行走训练。

框架130竖立在安装于地板表面上的跑步机131上，并且支撑控制面板133，控制面板133容纳控制电机和传感器的整体控制单元210，并且支撑训练监视器138，训练监视器138是将训练进度等呈现给受训者900的液晶面板。此外，框架130支撑受训者900的头顶部的前方附近的前张紧部135、头顶部附近的线束张紧部112、以及头顶部的后方附近的后张紧部137。框架130还包括用于受训者900抓握的扶手130a。

扶手130a布置在受训者900的左侧和右侧。每个扶手130a沿平行于受训者900的行走方向的方向布置。扶手130a的垂直位置和水平位置可以调整。也就是说，扶手130a可以包括用于改变其高度和宽度的机构。此外，扶手130a可以构造成例如能够通过调节扶手130a的高度来改变扶手130a的倾斜角度，使得行走方向上的前侧的高度和后侧的高度不同。例如，扶手130a可以设置有沿行走方向逐渐增加的倾斜角度。

此外，扶手130a设置有用于检测从受训者900接收的载荷的扶手传感器218。例如，扶手传感器218可以是电阻变化检测型载荷检测片，其中电极以矩阵方式布置。此外，扶手传感器218可以是6轴传感器，其中3轴加速度传感器(x，y，z)和3轴陀螺仪传感器(滚动、俯仰、偏航)组合。然而，扶手传感器218的类型和安装位置不受限制。

相机140用作观察受训者900的整个身体的拍摄单元。相机140安装在训练监视器138附近以便面对受训者。相机140在训练期间拍摄受训者900的静止图像和运动图像。相机140包括一组镜头和拍摄元件，使得视角为能够拍摄受训者900的整个身体。图像传感器是例如将在图像平面上形成的光学图像转换成图像信号的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。

通过前张紧部135和后张紧部137的协同工作，抵消了行走辅助装置120的载荷，从而不会对患腿造成负担，进而根据设定的程度辅助患腿的摆出操作。

前线134的一端连接至前张紧部135的卷绕机构，另一端连接至行走辅助装置120。前张紧部135的卷绕机构通过开启和关闭电机(未示出)根据患腿的运动来卷绕和解绕前线134。类似地，后线136的一端连接至后张紧部137的卷绕机构，另一端连接至行走辅助装置120。后张紧部137的卷绕机构通过开启和关闭电机(未示出)根据患腿的运动来卷绕和解绕后线136。通过前张紧部135和后张紧部137的这种协同工作，使行走辅助装置120的载荷被抵消以便不会对患腿造成负担，进而根据设定的程度辅助患腿的摆出操作。

例如，作为操作者，训练人员901为具有严重瘫痪的受训者设定高水平辅助。当辅助水平被设定为高水平时，前张紧部135根据患腿的摆动时机以相对较大力卷绕前线134。随着训练进行以及不再需要辅助，训练人员901将辅助水平设定为最低水平。当辅助水平被设定为最低时，前张紧部135根据患腿的摆动时机以足以抵消行走辅助装置120的自身重量的力卷绕前线134。

行走训练装置100还包括由支具(brace)110、线束缆线(harness wire)111和线束张紧部112构成的防跌倒线束装置。

支具110是缠绕受训者900的腹部的带，并且通过例如钩环紧固件固定到腰部。支具110包括用于连接线束缆线111的一端的连接钩110a(即吊钩)，也可称为吊钩带。受训者900穿戴支具110，使得连接钩110a定位在后背部上。

线束缆线111的一端连接至支具110的连接钩110a，另一端连接至线束张紧部112的卷绕机构。线束张紧部112的卷绕机构通过开启和关闭电机(未示出)使线束缆线111卷绕和解绕。通过这样的构造，当受训者900要跌掉时，防跌倒线束装置遵循检测运动的整体控制单元210的指示来卷起线束缆线111，利用支具110支撑受训者900的上身，防止受训者900跌倒。

支具110包括用于检测受训者900的姿势的姿势传感器217。姿势传感器217是例如陀螺仪传感器和加速度传感器的组合，并且输出支具110所附接的腹部在重力方向上的倾斜角度。

管理监视器139是主要用于由训练人员901进行监视和操作的显示输入装置，并且附接至框架130。管理监视器139例如是液晶面板，在其表面上设置触摸面板。管理监视器139显示与训练设定、训练时的各种参数值、训练结果等相关的各种菜单项。此外，紧急停止按钮232设置在管理监视器139附近。当训练人员901按下紧急停止按钮232时，执行行走训练装置100的紧急停止。

行走辅助装置120附接至受训者900的患腿，并且通过减少患腿的膝关节处的伸展和弯曲的载荷来辅助受训者900行走。行走辅助装置120将通过行走训练获取的关于腿运动的数据发送到整体控制单元210，或根据来自整体控制单元210的指示来驱动关节部。行走辅助装置120还可经由线等连接至髋关节(具有旋转部的连接构件)，所述髋关节附接至作为防传送线束装置的一部分的支具110。

行走辅助装置120的细节

图3是示出行走辅助装置120的构造示例的示意立体图。行走辅助装置120主要包括控制单元121和支撑患腿的各个部分的多个框架。行走辅助装置120也被称为腿机器人。

控制单元121包括控制行走辅助装置120的辅助控制单元220，还包括产生用于辅助膝关节的伸展运动和弯曲运动的驱动力的电机(未示出)。支撑患腿的各个部分的框架包括大腿框架122和可旋转地连接至大腿框架122的小腿框架123。此外，该框架包括：脚部平面框架124，其可旋转地连接至小腿框架123；前连接框架127，其用于连接前线134；以及后连接框架128，其用于连接后线136。

大腿框架122和小腿框架123围绕图中所示的铰接轴Ha相对于彼此旋转。控制单元121的电机根据辅助控制单元220的指示旋转，以迫使大腿框架122和小腿框架123围绕铰接轴Ha相对打开或关闭。容纳在控制单元121中的角度传感器223是例如旋转编码器，其检测由大腿框架122和小腿框架123围绕铰接轴Ha形成的角度。小腿框架123和脚部平面框架124围绕图中所示的铰链轴Hb相对于彼此旋转。相对旋转角度范围由调节机构126预调节。

前连接框架127设置成在水平方向上延伸大腿的前侧并且在两端连接至大腿框架122。另外，前连接框架127在水平方向的中央附近设置有用于连接前线134的连接钩127a。后连接框架128设置成在水平方向上延伸小腿的后侧并且在两端连接至竖直延伸的小腿框架123。此外，后连接框架128在水平方向的中央附近设置有用于连接后线136的连接钩128a。

大腿框架122包括大腿带129。大腿带129是一体地设置在大腿框架上的带，并且卷绕在患腿的大腿部周围，以将大腿框架122固定至大腿部。这防止了整个行走辅助装置120相对于受训者900的腿移位。

(行走训练装置100的系统配置的示例)

随后，将参照图4描述行走训练装置100的系统配置示例。图4是示出行走训练装置100的系统配置示例的框图。

如图4所示，行走训练装置100的系统配置包括整体控制单元210、跑步机驱动单元211、操作接收单元212、显示控制单元213、线束驱动单元215、图像处理单元216、姿势传感器217、扶手传感器218、载荷分布传感器222、通信连接接口(IF)219和行走辅助装置120。

例如，整体控制单元210是微处理单元(MPU)，并且通过执行从系统存储器读取的控制程序执行整个装置的控制。

跑步机驱动单元211包括用于使跑步机131的跑带1311旋转的电机及其驱动电路。整体控制单元210通过将驱动信号发送至跑步机驱动单元211来执行跑带1311的旋转控制。整体控制单元210根据例如由训练人员901设定的行走速度来调节跑带1311的旋转速度。可选地，整体控制单元210根据受训者900的行走状态来调节跑带1311的旋转速度，其中受训者900的行走状态是根据载荷分布传感器222的检测结果辨别出的。

操作接收单元212通过设置在装置上的操作按钮、叠置于管理监视器139上的触摸面板、所附接的遥控器等接收训练人员901的输入操作。操作接收单元212接收到的操作信号被发送到整体控制单元210。整体控制单元210能够基于操作接收单元212接收到的操作信号，给出接通和断开电源的指示，或者给出开始训练的指示。此外，可以输入与设定相关的数值并且选择菜单项。操作接收单元212不限于接受训练人员901的输入操作的情况，当然，操作接收单元212也可以接受受训者900的输入操作。

显示控制单元213从整体控制单元210接收显示信号，生成显示图像，并且将其显示在训练监视器138或管理监视器139上。显示控制单元213根据显示信号生成示出训练进度的图像和由相机140拍摄的实时图像。

张紧驱动单元214包括用于拉动前线134且设置在前张紧部135中的电机及其驱动电路、以及用于拉动后线136且设置在后张紧部137中的电机及其驱动电路。整体控制单元210通过向张紧驱动单元214发送驱动信号来控制前线134的卷绕和后线136的卷绕。此外，整体控制单元210通过控制电机的驱动转矩来控制每个线的张力，而不限于卷绕操作。此外，整体控制单元210根据载荷分布传感器222的检测结果来识别患腿从站立腿状态切换到摆动腿状态的时刻，与该时刻同步地增加或降低每个线的张力，辅助患腿的摆动。

线束驱动单元215包括用于拉动设置在线束张紧部112中的线束缆线111的电机及其驱动电路。通过向线束驱动单元215发送驱动信号，整体控制单元210控制线束缆线111的卷绕和线束缆线111的张力。例如，当受训者900被预测为跌倒时，整体控制单元210卷绕一定量的线束缆线111以抑制受训者跌倒。

图像处理单元216连接至相机140并且可以从相机140接收图像信号。图像处理单元216遵循来自整体控制单元210的指示从相机140接收图像信号，并且对所接收的图像信号执行图像处理以生成图像数据。此外，图像处理单元216还可以遵循来自整体控制单元210的指示对从相机140接收的图像信号执行图像处理，以执行特定的图像分析。例如，图像处理单元216通过图像分析检测与跑步机131接触的患腿的脚的位置(站立位置)。具体地，例如，通过提取脚部平面框架124的末端附近的图像区域并分析在跑带1311上绘制的与末端部分重叠的识别标记来计算站立位置。

如上所述，姿势传感器217检测受训者900的腹部相对于重力方向的倾斜角度，并且将检测信号发送到整体控制单元210。整体控制单元210通过使用来自姿势传感器217的检测信号来计算受训者900的姿势，具体是身体的躯干的倾斜角度。整体控制单元210和姿势传感器217可以通过有线或短距离无线通信连接。

扶手传感器218检测施加到扶手130a上的载荷。也即，受训者900不能用两条腿支撑的受训者重量的载荷被施加到扶手130a。扶手传感器218检测该载荷并且向整体控制单元210发送检测信号。

如上所述，载荷分布传感器222检测从受训者900的脚底接收的表面压力(载荷)的大小和分布，并且将检测信号传输到整体控制单元210。整体控制单元210接收检测信号并分析检测信号以区分行走状态并估计切换。

整体控制单元210还起着执行与控制相关的各种操作和控制的功能执行单元的作用。整体控制单元210包括例如行走评估单元210a、训练确定单元210b、行走状态区分单元210c、弯曲-伸展控制单元210d和间隙测量单元210e。

行走评估单元210a通过使用从各种传感器获取的数据来评估受训者900的行走动作是否是异常行走。训练确定单元210b基于例如由行走评估单元210a评估的异常行走的累计数量来确定一系列行走训练的训练结果。

确定训练结果的方法和确定训练结果的标准可以任意设定。例如，可以通过将瘫痪的身体部分的运动量与每个行走阶段的参考进行比较来确定训练结果。行走阶段是患腿(或健康腿)的一个行走阶段(一个行走周期)，分为处于站立腿状态的站立腿阶段、从站立腿阶段到处于摆动腿状态的摆动腿阶段的过渡阶段、摆动腿阶段、以及从摆动腿阶段到站立腿阶段的过渡阶段等。行走阶段例如可以根据载荷分布传感器222的检测结果来分类(确定)。如上所述，行走周期可被视为具有站立腿阶段、过渡阶段、摆动腿阶段和过渡阶段的一个周期。然而，哪个阶段被定义为起始阶段并不重要。此外，行走周期可被视为具有例如两腿支撑状态、单腿(患腿)支撑状态、两腿支撑状态以及单腿(健康腿)支撑状态的一个周期，在这种情况下，哪个状态被定义为起始状态并不重要。

此外，集中于右腿或左腿(健康腿或患腿)的行走阶段可以进一步细分。例如，站立腿阶段可以分为初始地面接触和四个阶段，摆动腿阶段可以分为三个阶段。初始地面接触是指观察脚接触地板的时刻，站立腿阶段的四个阶段是指载荷响应阶段、站立腿中间阶段、站立腿结束阶段、预摆腿阶段。载荷响应阶段是从初始地面接触到相反侧的脚离开地板的时刻的阶段(对侧离地)。站立腿中间阶段是从对侧离地到观察脚的脚跟离开地板的时刻(脚跟离地)的阶段。站立腿结束阶段是从脚跟离地到相反侧的初始地面接触的阶段。预摆腿阶段是从相反侧的初始地面接触到观察脚离开地板(离地)的时间的阶段。摆动腿阶段的三个阶段是指摆动腿初始阶段、摆动腿中间阶段、摆动腿结束阶段。摆动腿初始阶段是从前一个摆动腿阶段(上述离地)的结束到两脚交叉(脚交叉)的时间的阶段。摆动腿中间阶段是从脚交叉的时间到颈椎变得垂直(垂直颈椎)的时间的阶段。摆动腿结束阶段是从颈椎垂直的时间到下次初始地面接触时间的阶段。

行走状态区分单元210c基于由载荷分布传感器222检测的每条腿的载荷分布来区分受训者900的行走状态。例如，当从受训者900的一条腿接收的由载荷分布传感器222检测到的载荷从小于第一阈值改变为等于或大于第一阈值时，行走状态区分单元210c判定一条腿已经从摆动腿状态转换成站立腿状态，当载荷从等于或大于第二阈值(第一阈值＞第二阈值)改变至小于第二阈值时，行走状态区分单元210c判定一条腿已经从站立腿状态转换至摆动腿状态。行走状态区分单元210c不仅区分健康腿的行走状态，还区分配备有行走辅助装置120的患腿的行走状态。在这种情况下，行走状态区分单元210c考虑行走辅助装置120的载荷来区分行走状态。

当判定出配备有行走辅助装置120的患腿处于摆动腿状态时，弯曲-伸展控制单元210d通过行走辅助装置120对患腿的摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制。具体地，弯曲-伸展控制单元210d在摆动腿初始阶段通过行走辅助装置120控制(辅助)患腿的弯曲，并且从摆动腿中间阶段到摆动腿结束阶段通过行走辅助装置120控制(辅助)患腿的伸展。稍后将描述弯曲-伸展控制单元210d和间隙测量单元210e的附加功能。

通信连接IF 219是连接至整体控制单元210的接口，并且是用于向附接至受训者900的患腿的行走辅助装置120发送命令并接收传感器信息的接口。

行走辅助装置120可以包括通过有线或无线连接至通信连接IF 219的通信连接IF229。通信连接IF 299连接至行走辅助装置120的辅助控制单元220。通信连接IF 219和通信连接IF 229是符合通信标准的诸如有线LAN或无线LAN的通信接口。

此外，行走辅助装置120可以包括辅助控制单元220、关节驱动单元221和角度传感器223。辅助控制单元220例如是MPU，其通过执行由整体控制单元210给出的控制程序来控制行走辅助装置120。此外，辅助控制单元220经由通信连接IF 219和通信连接IF 229向整体控制单元210通知行走辅助装置120的状态。此外，辅助控制单元220接收来自整体控制单元210的命令并且执行诸如启动和停止行走辅助装置120的控制。

关节驱动单元221包括控制单元121的电机及其驱动电路。通过向关节驱动单元221发送驱动信号，辅助控制单元220辅助大腿框架122和小腿框架123，使得围绕铰接轴Ha相对打开或关闭。这样的运动有助于膝部伸展和弯曲运动并防止膝部破裂。

如上所述，角度传感器223检测由大腿框架122和小腿框架123围绕铰接轴Ha形成的角度，并且将检测信号发送至辅助控制单元220。辅助控制单元220接收该检测信号并计算膝关节的打开角度。

注意的是，受训者900在行走训练期间并不总是以相同方式行走。例如，受训者900可以在腿摆动时腿的高度低于平常的状态下行走。当在不考虑当腿摆动时配备有行走辅助装置(机器人腿)120的患腿的高度低于通常的情况下执行行走辅助装置120对患腿的弯曲-伸展控制时，受训者900可能在例如行走辅助装置120对患腿的弯曲-伸展控制期间在跑带1311上绊倒。因此，受训者900不能执行有效的行走训练。

图5是用于说明处于摆动腿状态的腿高度低于通常引起的问题的图。在图5的示例中，将描述右腿是行走辅助装置120所附接的患腿并且左腿是健康腿的情况。

在图5的示例中，从右腿开始摆动到摆动腿初始阶段由行走辅助装置120执行右腿弯曲控制，然后，从右腿的摆动腿中间阶段到摆动腿结束阶段由行走辅助装置120执行右腿的伸展控制。这里，在图5的示例中，由于在右腿的摆动腿初始阶段右腿的脚趾和跑带1311之间的间隙h1小于规定值ht，所以当在右腿的摆动腿中间阶段执行行走辅助装置120对右腿的伸展控制时，右腿的脚趾可能与跑带1311接触。也即，受训者900会在跑带1311上绊倒。规定值ht是为使受训者900安全地行走而不在跑带1311上绊倒应保证的最小间隙。因此，在本实施例中，首先，间隙测量单元210e测量配备有行走辅助装置120的患腿和跑带1311之间的间隙h1。然后，当间隙h1等于或大于规定值ht时，弯曲-伸展控制单元210d继续由行走辅助装置120进行的正常时间的预定弯曲-伸展控制，当间隙h1小于规定值ht时，由行走辅助装置120进行的弯曲-伸展控制改变为异常时间的控制内容，使得在摆动腿周期期间患腿不与跑带1311接触。因此，行走训练装置100可以防止受训者900在跑带1311上绊倒，从而可为受训者900提供有效的行走训练。

间隙测量单元210e可以例如根据拍摄装置拍摄的图像测量间隙h1。此时，相机140可被用作拍摄装置。

可替代地，间隙测量单元210e可以基于腿释放装置对行走辅助装置120的辅助程度来测量间隙h1。例如，当腿释放装置使用线拉动行走辅助装置120时，间隙测量单元210e基于线的长度和其张力中的至少一个来测量间隙。此时，前张紧部135和后张紧部137可用于腿释放装置。

另外，间隙测量单元210e可以是通过使用激光来测量间隙h1的激光位移计，或者可以是使用超声波来测量间隙h1的超声传感器。

(行走训练装置100的操作的示例)

图6是示出行走训练装置100的操作的示例的流程图。图7和图8是用于描述图6所示的行走训练装置100的操作的图。在图6至图8的示例中，将描述右腿是附接行走辅助装置120的患腿并且左腿是健康腿的情况。

首先，受训者900搭乘在跑步机131的跑带1311上并且开始行走训练(步骤S101)。在行走训练期间，间隙测量单元210e测量配备有行走辅助装置120的右腿和跑带1311之间的间隙h1(步骤S102)。

例如，当间隙h1等于或大于规定值ht时(步骤S103为是)，由于受训者900不太可能在跑带1311上绊倒，因此弯曲-伸展控制单元210d使行走辅助装置120继续进行正常时间的预定弯曲-伸展控制(步骤S104)。

参考图7，由于在摆动腿初始阶段右腿的脚趾和跑带1311之间的间隙h1等于或大于规定值ht，所以，弯曲-伸展控制单元210d使行走辅助装置120继续进行正常时间的预定弯曲-伸展控制。因此，受训者900能够安全地行走而不会在跑带1311上绊倒。

相反，当间隙h1小于规定值ht时(步骤S103为否)，由于受训者900很有可能在跑带1311上绊倒，因此，弯曲-伸展控制单元210d将行走辅助装置120的弯曲-伸展控制改变为异常时间的控制内容(步骤S106)。

具体地，弯曲-伸展控制单元210d升高行走辅助装置120，使得间隙h1等于或大于规定值ht(步骤S106)。例如，弯曲-伸展控制单元210d可以通过使用腿释放装置升高行走辅助装置120，或者可以通过行走辅助装置120的额外弯曲控制来升高行走辅助装置。

参考图8，由于在摆动腿初始阶段右腿的脚趾和跑带1311之间的间隙h1小于规定值ht，所以，弯曲-伸展控制单元210d行走使得间隙h1等于或大于规定值ht。在升高行走辅助装置120之后，行走辅助装置120控制右腿的弯曲和伸展。因此，受训者900能够安全地行走而不会在跑带1311上绊倒。

此后，当继续行走训练时，处理返回至步骤S102的处理(步骤S105为是)，当不继续行走训练时，行走训练结束(步骤S105为否)。

(行走训练装置100的操作的另一示例)

图9是示出行走训练装置100的操作的另一示例的流程图。图10是用于说明图9所示的行走训练装置100的操作的图。在图9和图10的示例中，将描述右腿是行走辅助装置120所附接的患腿并且左腿是健康腿的情况。此外，在下文中，将主要描述与图6中描述的内容不同的内容。

例如，当处于摆动腿状态的受训者900的右腿的脚趾和跑带1311之间的间隙h1等于或大于规定值ht时(步骤S103中为是)，由于受训者900不太可能在跑带1311上绊倒，因此，弯曲-伸展控制单元210d使行走辅助装置120继续进行正常时间的预定弯曲-伸展控制(步骤S104)。

相反，当间隙h1小于规定值ht时(步骤S103为否)，由于受训者900很有可能在跑带1311上绊倒，因此，弯曲-伸展控制单元210d延迟行走辅助装置120对右腿的弯曲-伸展控制(步骤S206)。

参考图10，由于在摆动腿初始阶段右腿的脚趾和跑带1311之间的间隙h1小于规定值ht，因此，弯曲-伸展控制单元210d不使行走辅助装置120在摆动腿中间阶段执行右腿的伸展控制，而是在摆动腿结束阶段开始伸展控制。此时，弯曲-伸展控制单元210d可通过行走辅助装置120减小右腿的伸展速度。因此，受训者900可以行走，使得即使当间隙h1小于规定值ht时右腿的脚趾也不会与跑带1311接触。

如上所述，在根据本实施例的行走训练装置100中，当间隙h1小于规定值ht时，行走辅助装置120将行走辅助装置120对患腿的弯曲-伸展控制改变成异常时间的控制内容，使得患腿在摆动腿阶段期间不与跑带1311接触。因此，行走训练装置100可以防止受训者900在跑带1311上绊倒，从而能够为受训者900提供有效的行走训练。

在本实施例中，行走辅助装置120附接至右腿的情况已被描述为示例，但本发明不限于此。例如，行走辅助装置120可附接至左腿。可替代地，行走辅助装置120可附接至右腿和左腿中的每一个。

进一步地，在以上实施例的每个中，本公开已经被描述为硬件配置。然而，本公开不限于此。本公开可通过使中央处理单元(CPU)执行计算机程序以控制行走训练装置100来实现。

可以使用各种类型的非暂时性计算机可读介质存储上述程序并将其提供给计算机。非暂时性计算机可读介质包括各种类型的有形记录介质。例如，非暂时性计算机可读介质包括磁记录介质、光磁记录介质、CD-只读存储器(ROM)、CD-R、CD-R/W、以及半导体存储器。例如，磁性记录介质是软盘、磁带、硬盘驱动器等。例如，光磁记录介质是光磁盘。半导体存储器是例如掩模ROM、可编程ROM(PROM)、可擦PROM(EPROM)、闪存ROM、随机存取存储器(RAM)等。此外，可使用各种类型的暂时性计算机可读介质将程序提供至计算机。暂时性计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。暂时性计算机可读介质可经由诸如电线和光纤的有线通信路径或无线通信路径将程序提供至计算机。

Claims (9)

1.一种行走训练系统，包括：

机器人腿，其附接至受训者的一条腿；

跑步机；

载荷分布传感器，其检测从搭乘在所述跑步机的跑带上的所述受训者的脚底接收的载荷的分布；

行走状态区分单元，其基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定至少所述一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态；

控制单元，当所述行走状态区分单元判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，其通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制；以及

测量单元，其测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙，

其中，当由所述测量单元测量的所述间隙小于规定值时，所述控制单元改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带。

2.根据权利要求1所述的行走训练系统，其中，当所述测量单元测量的所述间隙小于所述规定值时，所述控制单元延迟所述机器人腿对所述一条腿的所述伸展控制的开始。

3.根据权利要求1所述的行走训练系统，其中，当所述测量单元测量的所述间隙小于所述规定值时，所述控制单元升高所述机器人腿，使得所述间隙等于或大于所述规定值。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的行走训练系统，其中，所述测量单元根据在行走训练期间拍摄所述受训者的拍摄装置的拍摄图像来测量所述间隙。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的行走训练系统，其中，当辅助所述机器人腿的操作的腿释放装置使用线拉动所述机器人腿时，所述测量单元基于所述线的长度和所述线的张力中的至少一个来测量所述间隙。

6.根据权利要求1至3中任一项所述的行走训练系统，其中，所述测量单元是使用激光测量所述间隙的激光位移计。

7.根据权利要求1至3中任一项所述的行走训练系统，其中，所述测量单元是使用超声波测量所述间隙的超声波传感器。

8.一种行走训练系统的控制方法，所述控制方法包括：

通过使用载荷分布传感器检测从搭乘在跑步机的跑带上的受训者的脚底接收的载荷的分布的步骤；

基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定机器人腿所附接的至少一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态的步骤；

当判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制的步骤；

测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙的步骤；以及

当所述间隙小于规定值时，改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带的步骤。

9.一种存储介质，其存储有控制程序，所述控制程序使计算机执行：

通过使用载荷分布传感器检测从搭乘在跑步机的跑带上的受训者的脚底接收的载荷的分布的处理；

基于所述载荷分布传感器的检测结果，判定机器人腿所附接的至少一条腿是处于站立腿状态还是摆动腿状态的处理；

当判定所述一条腿处于所述摆动腿状态时，通过所述机器人腿对所述一条腿的所述摆动腿状态执行预定弯曲-伸展控制的处理；

测量处于所述摆动腿状态的所述一条腿和所述跑步机之间的间隙的处理；以及

当所述间隙小于规定值时，改变由所述机器人腿进行的所述预定弯曲-伸展控制的控制内容，使得在所述机器人腿对所述一条腿的伸展控制期间，所述一条腿不接触所述跑步机的所述跑带的处理。

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