CN115245652A - 步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本公开涉及步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质。根据实施例的步行训练系统包括：跑台；脚底负荷检测单元，其被配置为检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；第一拍摄装置，其被配置为从侧面拍摄受训者；骨骼信息获取单元，其被配置为从由第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，第一骨骼信息为矢状平面中关于受训者的骨骼信息；以及指定单元，其被配置为基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在由骨骼信息获取单元获取的第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。

Description

步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质。

背景技术

日本未审查专利申请公开第2019-118706号公开了一种步行训练系统，该步行训练系统提供具有瘫痪腿的瘫痪患者的步行训练。该步行训练系统包括：获取单元，其获取与包括作为瘫痪腿的患腿的瘫痪身体部位的每一步的步行运动相关联的运动量；评价单元，其当由获取单元获取的运动量与预定的异常步行标准相匹配时，评价该步行运动为异常步行；以及计算单元，其基于由评价单元评价的异常步行的累积(integration)次数，计算一系列步行训练的训练结果。

发明内容

在相关技术中，例如，基于负荷传感器的检测结果来判定受训者的腿部是处于站立状态还是自由腿状态。仅凭负荷传感器的检测结果，很难检测出参数，如受训者的腿部的弯曲程度，以及在自由腿状态下腿部的位置(高度)。简而言之，相关技术无法获取关于受训者的准确步态信息。因此，相关技术难以向受训者提供高效的步行训练。

本发明是在上述背景下进行做出的，本发明的目的是提供一种步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质，能够通过获取关于受训者的准确步态信息向受训者提供高效训练。

根据本发明的一个实施例的步行训练系统包括跑台、脚底负荷检测单元、第一拍摄装置、骨骼信息获取单元和指定单元。脚底负荷检测单元被配置为检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷。第一拍摄装置被配置为从受训者的侧面拍摄受训者。骨骼信息获取单元被配置为从由第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，第一骨骼信息为矢状平面中关于受训者的骨骼信息。指定单元被配置为基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在由骨骼信息获取单元获取的第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。步行训练系统能够基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。因此，能够获取关于受训者的准确的步态信息，这使得能够向受训者提供高效的步行训练。

脚底负荷检测单元可以为负荷分布传感器，负荷分布传感器安装在跑台的带的下方以便不与带互锁，并被配置为检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷的分布。

步行训练系统可以进一步包括第二拍摄装置，第二拍摄装置被配置为从受训者的前侧或后侧拍摄受训者。骨骼信息获取单元可以被配置为从由第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息并且还被配置为从由所述第二拍摄装置拍摄的图像获取第二骨骼信息，第一骨骼信息为矢状平面中关于受训者的骨骼信息，第二骨骼信息为额平面(frontalplane)中关于受训者的骨骼信息。指定单元可以被配置为基于由负荷分布传感器检测到的受训者的脚底的位置以及由骨骼信息获取单元获取的第二骨骼信息，指定包括在由骨骼信息获取单元获取的第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。

指定单元可以被配置为基于由负荷分布传感器检测到的受训者的脚底的位置，以沿着受训者的前进方向延伸的边界线为参照，判定由负荷分布传感器检测到的受训者的脚底对应于右腿还是左腿。

负荷分布传感器可以包括安装在边界线的右侧区域中的第一负荷传感器，以及安装在边界线的左侧区域中的第二负荷传感器。

指定单元可以被配置为基于接下来要由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的脚底的所述位置，以边界线为参照，判定接下来要由负荷分布传感器检测到的受训者的脚底对应于右腿还是左腿，边界线通过连接由负荷分布传感器连续检测到的受训者的两个脚底位置的线段的中心，并沿着受训者的前进方向延伸。

脚底负荷检测单元可以为附接到受训者的右腿和左腿的相应的脚底的一组负荷传感器。

根据本发明的一个实施例的步行训练系统的控制方法包括以下步骤：通过脚底负荷检测单元检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；通过第一拍摄装置从受训者的侧面拍摄受训者；从由第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，第一骨骼信息为矢状平面中关于受训者的骨骼信息；以及基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。步行训练系统的控制方法能够基于由脚底负荷检测单元检测到从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在受训者的骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。因此，能够获取关于受训者的准确的步态信息，这使得能够向受训者提供高效的步行训练。

根据本发明的一个方案的计算机可读存储介质存储使计算机执行处理的控制程序，该处理包括：通过脚底负荷检测单元检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；通过第一拍摄装置从受训者的侧面拍摄受训者；从由第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，第一骨骼信息为矢状平面中关于受训者的骨骼信息；以及基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。控制程序能够基于由脚底负荷检测单元检测到的从受训者的脚底接收到的负荷，指定包括在受训者的骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。因此，能够获取关于受训者的准确的步态信息，这使得能够向受训者提供高效的步行训练。

本发明能够提供一种步行训练系统及其控制方法和计算机可读存储介质，能够通过获取关于受训者的准确的步态信息来向受训者提供高效的训练。

附图说明

下面将参照附图描述本发明的示范性实施例的特征、优点以及技术和工业意义，在附图中，相同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步行训练设备的构造示例的整体概念图；

图2是包括在图1中所示的步行训练设备中的跑台的一部分的示意性侧视图；

图3是示出包括在图1中所示的步行训练设备中的步行辅助装置的构造示例的示意性立体图；

图4是示出图1中所示的步行训练设备的系统配置示例的框图；

图5图示出在仅使用从由拍摄装置拍摄的图像提取的关于受训者的骨骼信息来检测受训者的步态状态的情况下的问题；

图6图示出图1中所示的步行训练设备对受训者的步态状态的检测方法的示例；

图7是示出包括在图1中所示的步行训练设备中的脚底负荷检测单元的示例的示意性平面图；

图8是示出包括在图1中所示的步行训练设备中的脚底负荷检测单元的另一个示例的示意性平面图；

图9是示出包括在图1中所示的步行训练设备中的脚底负荷检测单元的另一个示例的示意性平面图；以及

图10图示出通过图1中所示的步行训练设备对受训者的步态状态的检测方法的另一个示例。

具体实施方式

虽然下文将通过本发明的实施例来描述本发明，但权利要求书所规定的范围内的本发明不受下面所公开的实施例的限制。此外，要在实施例中描述的所有部件元件并不一定都是作为完成目的所必需的手段。为了清楚地理解，下面的描述和附图被适当地省略和简化。在每个附图中，相同的部件元件用相同的附图标记表示，并且必要时省略多余的描述。

第一实施例

图1是示出根据第一实施例的步行训练设备的构造示例的总体概念图。根据本实施例的步行训练设备100是支持受训者(使用者)900的康复的康复支持设备的具体示例。更具体地，步行训练设备100是支持步行训练的步行训练设备的具体示例。步行训练设备100是用于作为一条腿瘫痪的偏瘫患者的受训者900根据训练工作人员901的指导进行步行训练的设备。这里，训练工作人员901可以例如是治疗师(物理治疗师)或医生，其可以被称为训练员、训练助手、训练助理等，因为训练工作人员901通过提供指导或帮助来辅助受训者的训练。步行训练设备100也能够称为步行训练系统。在以下描述中，上下方向、左右方向和前后方向是基于受训者900的方向。

步行训练设备100主要包括附接到构成整个构架的框架130的控制面板133、供受训者900步行的跑台131以及安装至作为受训者900的瘫痪侧的腿部分的患腿的步行辅助装置(机器人腿)120。

跑台131是促进受训者900的步行的设备。进行步行训练的受训者900登上带1311，并试图随着带1311的移动进行步行运动。如图1所示，训练工作人员901也能够通过站在带1311上的受训者900的后面，与受训者900一起做步行运动。然而，优选的是训练工作人员901通常处于容易向受训者900提供帮助的状态，例如处于跨越带1311站立的状态。

图2是跑台131的一部分的示意性侧视图。

如图2所示，跑台131至少包括环形带1311、带轮1312以及未示出的电机。在带1311的内部(在受训者900所搭乘的带1311的表面下方)，负荷分布传感器225安装为不与带1311互锁。然而，负荷分布传感器225可以设置在带1311的上方，以便与带1311互锁。注意，负荷分布传感器225是脚底负荷检测单元224的示例。脚底负荷检测单元224的其他示例将在后面描述。

负荷分布传感器225包括多个传感器。传感器以矩阵形状排列在支撑受训者900的脚底的带1311下面。负荷分布传感器225能够通过使用传感器检测从受训者900的脚底接收到的表面压力(负荷)的大小和分布。例如，负荷分布传感器225是电阻变化检测类型的负荷检测片，其中多个电极以矩阵形状排列。负荷分布传感器225的检测结果能够用于确定受训者900的步行状态(每条腿是处于站立状态还是自由腿状态)。由负荷分布传感器225检测的结果还能够用来检测受训者900的步态状态，例如每条腿的弯曲程度，以及腿在自由腿状态下的位置(高度)，此外还可以用来判定受训者900的每条腿是处于站立状态还是处于自由腿状态。关于使用负荷分布传感器225的检测结果的受训者900的步态状态的检测方法的细节将在后面描述。

例如，在跑台131中，如将在后面描述的总体控制单元210基于负荷分布传感器225的检测结果确定受训者900的步行状态，并且根据步行状态通过用未图示出的电机使带轮1312旋转来旋转(移动)环形带1311。这使得受训者900能够在不离开带1311的情况下进行步行训练。

框架130被允许立设于安装在地板上的跑台131上。框架130支撑诸如控制面板133以及训练监视器138的组件，该控制面板133容纳控制电机和传感器的总体控制单元210，该训练监视器138是用于向受训者900呈现训练进度等的液晶面板。框架130还支撑受训者900的头上方部的前方区域中的前张紧单元135、头上方部的区域中的线束张紧单元112，以及头上方部的后方区域中的后张紧单元137。框架130还包括供受训者900抓握的扶手130a。

扶手130a位于受训者900的左侧和右侧。扶手130a相应布置在与受训者900的步行方向平行的方向上。扶手130a的位置能够在上下方向和左右方向上调整。换句话说，扶手130a可以包括改变其高度和宽度的机构。此外，扶手130a可以被构造成使得扶手130a在步行方向上的前侧的高度能够被调整为与后侧的高度不同，例如，以使它们的倾斜角度被改变。例如，扶手130a可以具有沿步行方向逐渐增加的倾斜角度。

扶手130a相应装配有检测从受训者900接收的负荷的扶手传感器218。例如，扶手传感器218可以是电阻变化检测类型的负荷检测片，其中多个电极以矩阵形状排列。扶手传感器218可以是由三轴加速度传感器(x，y，z)和三轴陀螺仪传感器(滚动、俯仰、偏航)组合而成的六轴传感器。注意，扶手传感器218的类型或安装位置不受特别的限制。

相机140、150作为用于对受训者900的全身观察的成像单元。相机140(第一拍摄装置)被安装成允许从受训者900的侧面拍摄受训者900。相机150(第二拍摄装置)被安装成允许从受训者900的前侧(或后侧)拍摄受训者900。例如，相机150被安装在训练监视器138的附近，以便面向受训者。相机140、150拍摄受训者900在训练期间的静态图像或视频图像。相机140、150包括提供视角的一组镜头和成像元件，该视角足够大以便捕获受训者900的整个身体。例如，成像元件是互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器，其将在成像表面上成像的光学图像转换为图像信号。

前张紧单元135和后张紧单元137的协调行为抵消了步行辅助装置120的负荷，以防止负荷成为患腿的负担，并根据设定的水平进一步辅助患腿的摆动运动。

前侧线134的一端联接到前张紧单元135的卷绕机构，另一端联接到步行辅助装置120。前张紧单元135的卷绕机构根据患腿的运动，通过开启和关闭未图示出的电机来卷绕或退绕前侧线134。类似地，后侧线136的一端联接到后张紧单元137的卷绕机构，另一端联接到步行辅助装置120。后张紧单元137的卷绕机构根据患腿的运动，通过开启和关闭未图示出的电机来卷绕或退绕后侧线136。前张紧单元135和后张紧单元137的协调行为抵消了步行辅助装置120的负荷，以防止负荷成为患腿的负担，并根据设定的水平进一步辅助患腿的摆动运动。

例如，作为操作者，训练工作人员901为严重瘫痪的受训者设定的辅助水平为较高。当辅助水平设定为较高时，前张紧单元135根据患腿的摆动运动的时刻，以相对大的力退绕前侧线134。当训练进行并且不再需要辅助时，训练工作人员901将辅助水平设定为最低。当辅助水平被设定为最低时，前张紧单元135根据患腿的摆动运动的时刻以大到足以抵消步行辅助装置120的自重的力退绕前侧线134。

步行训练设备100进一步包括防跌落线束装置，其由矫形器(orthosis)110、线束线111和线束张紧单元112组成。

矫形器110是围绕在受训者900的腹部区域缠绕的带。例如，矫形器110用钩环紧固件固定到腹部区域。矫形器110包括联接钩110a，联接到作为悬挂工具的线束线111的一端。矫形器110也可以被称为吊具带。受训者900穿戴矫形器110，使得联接钩110a位于受训者900的背部部分上。

线束线111的一端联接到矫形器110的联接钩110a，另一端联接到线束张紧单元112的卷绕机构。线束张紧单元112的卷绕机构通过开启和关闭未图示出的电机来卷绕或退绕线束线111。通过这样的构造，当受训者900即将跌倒时，防跌倒线束装置根据已经检测到跌倒运动的总体控制单元210的指令卷起线束线111，并且用矫形器110支撑受训者900的上半身以防止受训者900跌倒。

矫形器110包括用于检测受训者900的姿势的姿势传感器217。例如，姿势传感器217是陀螺仪传感器和加速度传感器的组合。姿势传感器217输出相对于安装有矫形器110的腹部区域的重力方向的倾斜角。

管理监视器139是由训练工作人员901用于监视和操作的显示输入装置。管理监视器139附接到框架130上。例如，管理监视器139是在其表面上设置有触摸面板的液晶面板。管理监视器139显示与训练设定、训练中使用的各种参数值、训练结果等有关的各种菜单项。在管理监视器139的附近，设置了紧急停止按钮232。当训练工作人员901按下紧急停止按钮232时，执行步行训练设备100的紧急停止。

步行辅助装置120被安装在受训者900的患腿上，以通过减少患腿的膝关节中的伸展和弯曲的负荷来辅助受训者900的步行。步行辅助装置120将关于通过步行训练获得的腿部的操作的数据发送给总体控制单元210，或者根据来自总体控制单元210的指令驱动关节部分。步行辅助装置120还能够经由电线等连接到附接至矫形器110的髋关节(具有旋转部的关节构件)，该矫形器110是防跌倒线束装置的一部分。

步行辅助装置120的细节

图3是示意性立体图，示出了步行辅助装置120的构造示例。步行辅助装置120主要包括控制单元121和支撑着患腿的各个部分的多个框架。步行辅助装置120也被称为机器人腿。

控制单元121包括控制步行辅助装置120的辅助控制单元220，并且还包括生成驱动力以辅助膝关节的伸展运动和弯曲运动的未图示出的电机。支撑患腿的各个部分的框架包括大腿框架122，以及与大腿框架122可枢转地连接的小腿框架123。框架还包括可枢转地联接到小腿框架123的脚部平框架124、用于联接前侧线134的前侧联接框架127和用于联接后侧线136的后侧联接框架128。

大腿框架122和小腿框架123围绕图示的铰链轴线Ha相对地枢转。控制单元121的电机根据来自辅助控制单元220的指令旋转，以施加压力，从而在大腿框架122和小腿框架123之间沿铰链轴线Ha相对打开或关闭。安装在控制单元121中的角度传感器223例如是旋转编码器，以检测大腿框架122和小腿框架123之间围绕铰链轴线Ha的角度。小腿框架123和脚部平框架124围绕图示的铰链轴线Hb相对地枢转。相对的枢转的角度范围由调整机构126预先调整。

前侧联接框架127设置为在大腿的前侧沿左-右方向延伸并且在两端连接到大腿框架122。前侧联接框架127还设置有在左右方向的中心附近的用于联接前侧线134的联接钩127a。后侧联接框架128设置为在小腿的后侧沿左-右方向延伸并且在两端与小腿框架123连接。后侧联接框架128还设置有在左右方向的中心附近的用于联接后侧线136的联接钩128a。

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中的带。大腿带129围绕患腿的大腿部分缠绕，以将大腿框架122固定到该大腿部分。这防止了整个步行辅助装置120从受训者900的腿部部分移位。

步行训练设备100的系统配置示例

参照图4，下面将描述步行训练设备100的系统配置示例。图4是示出步行训练设备100的系统配置示例的框图。

如图4所示，步行训练设备100的系统配置包括总体控制单元210、跑台驱动单元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、作为脚底负荷检测单元224的示例的负荷分布传感器225、通信连接接口(IF)219，以及步行辅助装置120。

例如，总体控制单元210是微处理单元(MPU)，其通过执行从系统存储器读取的控制程序来执行对整个设备的控制。

跑台驱动单元211包括使跑台131的带1311旋转的电机和驱动电路。总体控制单元210通过向跑台驱动单元211发送驱动信号来执行带1311的旋转控制。例如，总体控制单元210根据训练工作人员901设定的步行速度来调整带1311的转速。可替代地，总体控制单元210根据基于负荷分布传感器225的检测结果确定的受训者900的步行状态来调整带1311的转速。

操作接收单元212经由设备上设置的操作按钮、叠加在管理监视器139上的触摸面板、附件遥控器等接受训练工作人员901的输入操作。由操作接收单元212接受的操作信号被发送到总体控制单元210。总体控制单元210能够基于操作接收单元212接受的操作信号，提供开启和关闭电源的指令，或开始训练的指令。总体控制单元210也能够输入与设定有关的数值，并选择菜单项。操作接收单元212除了接受训练工作人员901的输入操作外，自然还能够接受受训者900的输入操作。

显示控制单元213接收来自总体控制单元210的显示信号以生成显示图像，并将生成的图像显示在训练监视器138或管理监视器139上。显示控制单元213基于显示信号生成指示训练进度的图像和由相机140、150拍摄的实时图像。

张紧驱动单元214包括用于牵拉设置在前张紧单元135中的前侧线134的电机和驱动电路，以及用于牵拉设置在后张紧单元137中的后侧线136的电机和驱动电路。总体控制单元210通过向张紧驱动单元214发送驱动信号来控制前侧线134的卷绕和后侧线136的卷绕。除了卷绕操作以外，总体控制单元210还通过控制电机的驱动力矩来控制每根线的张力。而且，总体控制单元210基于例如负荷分布传感器225的检测结果，确定患腿从站立状态切换到自由腿状态时的时刻。与该时刻同步地，总体控制单元210通过增加或减少每根线的张力来辅助患腿的摆动运动。

线束驱动单元215包括用于牵拉设置在线束张紧单元112中的线束线111的电机和驱动电路。总体控制单元210通过向线束驱动单元215发送驱动信号来控制线束线111的卷绕和线束线111的张力。例如，当总体控制单元210预测到受训者900的跌倒时，总体控制单元210卷绕一定量的线束线111以防止受训者跌倒。

图像处理单元216连接到相机140、150，并且能够接收来自相机140、150的图像信号。图像处理单元216接收来自相机140、150的图像信号，并根据来自总体控制单元210的指令执行所接收的图像信号的图像处理以生成图像数据。图像处理单元216也可以执行从相机140、150接收的图像信号的图像处理，并根据来自总体控制单元210的指令执行特定的图像分析。例如，图像处理单元216使用图像分析来检测患腿的脚与跑台131接触的位置(站立位置)。具体地，例如，通过提取脚部平框架124的末端(tip)附近的图像区域，并分析在带1311的一部分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的腹部区域相对于重力方向的倾斜角度，并将检测信号发送给总体控制单元210。总体控制单元210通过使用来自姿势传感器217的检测信号，计算受训者900的姿势，即具体来说是身体躯干的倾斜角度。总体控制单元210和姿势传感器217可以通过有线线路连接或通过短程无线通信连接。

扶手传感器218检测施加在扶手130a上的负荷。具体地，对扶手130a施加与受训者900的不能由受训者900的两条腿支撑的部分的重量对应的负荷。扶手传感器218检测负荷，并将检测信号发送到总体控制单元210。

负荷分布传感器225检测如上所述的从受训者900的脚底接收的表面压力(负荷)的大小和分布，并将检测信号发送到总体控制单元210。总体控制单元210接收并分析检测信号以便确定步行状态或以便估计切换。

总体控制单元210还起到功能执行单元的作用，该功能执行单元执行与控制有关的各种计算并执行控制。例如，总体控制单元210包括步行评估单元210a、训练判定单元210b、骨骼信息获取单元210c、骨骼信息指定单元210d和步态状态检测单元210e。骨骼信息获取单元210c、骨骼信息指定单元210d和步态状态检测单元210e将在后面描述。

步行评估单元210a使用从各种传感器获取的数据来评估受训者900的步行运动是否异常。例如，训练判定单元210b基于由步行评估单元210a评估的异常步行的累积次数来判定一系列步行训练的结果。

训练结果的判定方法和判定标准可以被选择性地设定。

例如，训练结果可以通过针对每个步行阶段将瘫痪身体部位的运动量与标准进行比较来判定。这里，通过将与患腿(或健康腿)相关的一个步行周期分类为多个阶段来获得步行阶段，如患腿处于站立状态的站立阶段、从站立阶段到患腿处于自由腿状态的自由腿阶段的过渡阶段、自由腿阶段、从自由腿阶段到站立阶段的过渡阶段。例如，可以基于负荷分布传感器225的检测结果，将步行分类(确定)为该多个步行阶段中的任意一个。如上所述，一个步行周期可以包括站立阶段、过渡阶段、自由腿阶段和过渡阶段。然而，哪个阶段对应于开始阶段并没有特别定义。可替代地，例如，一个步行周期可以包括双腿支撑状态、单腿(患腿)支撑状态、双腿支撑状态和单腿(健康腿)支撑状态。在这种情况下，开始阶段也没有特别定义。

侧重于右腿或左腿(健康腿或患腿)的步行周期可以进一步细分。例如，站立阶段可以用包括初始接地时刻和四个站立阶段的细分来表示，而自由腿阶段可以用包括三个自由腿阶段的细分来表示。初始接地时刻是指用于观察的脚部与地面接地的时刻。四个站立阶段是指负荷响应阶段、站立中间阶段、站立结束阶段和前自由腿阶段。负荷响应阶段是从初始接地到相对侧的脚部从地面离地(相对侧离地)的时刻的时间段。站立中间阶段是从相对侧离地到用于观察的脚部的脚后跟离地(脚后跟离地)的时刻的时间段。站立结束阶段是从脚后跟离地到在相对侧初始接地的时间段。前自由腿阶段是从在相对侧初始接地到用于观察的脚部从地面离地(离地)的时间段。三个自由腿阶段是指自由腿初始阶段、自由腿中间阶段和自由腿结束阶段。自由腿初始阶段是从前自由腿阶段的结束(离地)直到两只脚相互交叉(脚部交叉)的时间段。自由腿中间阶段是从脚部交叉直到胫骨变成竖直(竖直胫骨)的时间段。自由腿结束阶段是从竖直胫骨到初始接地的时间段。

通信连接IF 219是连接到总体控制单元210的接口。通信连接IF 219向安装在受训者900的患腿上的步行辅助装置120提供指令，并接收传感器信息。

步行辅助装置120可以包括通信连接IF 229，其以有线或无线方式与通信连接IF219连接。通信连接IF 229连接到步行辅助装置120中的辅助控制单元220。通信连接IF219、229是符合通信标准的通信接口，例如有线或无线局域网(LAN)。

步行辅助装置120还可以包括辅助控制单元220、关节驱动单元221以及角度传感器223。辅助控制单元220例如是MPU，其通过执行由总体控制单元210给出的控制程序来控制步行辅助装置120。辅助控制单元220还经由通信连接IF 219、229将步行辅助装置120的状态通知给总体控制单元210。辅助控制单元220还在接收到来自总体控制单元210的命令后执行控制，例如步行辅助装置120的起动和停止。

关节驱动单元221包括控制单元121的电机和驱动电路。辅助控制单元220向关节驱动单元221发送驱动信号，以便施加压力，从而在大腿框架122和小腿框架123之间沿铰链轴线Ha相对地打开或关闭。这样的操作有助于膝部的伸展运动或弯曲运动，并防止膝部骨折。

如上所述，角度传感器223检测大腿框架122和小腿框架123之间沿铰链轴线Ha的角度，并将检测信号发送到辅助控制单元220。辅助控制单元220接收该检测信号，并计算出膝关节的打开角度。

为了向受训者900提供高效的训练，要求步行训练设备100判定受训者900的每条腿是处于自由腿状态还是站立状态，并且还要求准确地检测自由腿状态下受训者900的每条腿的弯曲程度以及腿的位置(高度)。简而言之，要求步行训练设备100准确地检测受训者900的步态状态(即准确地获取受训者900的步态信息)。

这里，受训者900的步态状态是通过参照受训者900在矢状平面中的骨骼信息来检测的，该骨骼信息是从由相机140拍摄的图像中提取的(即，当在矢状平面中观察受训者900时，关于受训者900的骨骼信息)，该相机140从侧面拍摄受训者900，如图5中所示。骨骼信息是由代表受训者的各个部位的点和连接这些点的线段构成的。

然而，如图5所示，难以从由相机140拍摄的图像中提取的关于受训者900的骨骼信息指定对应于受训者900的右腿和左腿的相应骨骼信息。因此，仅利用从相机140拍摄的图像中提取的骨骼信息，很难准确地检测出受训者900的步态状态。在没有准确地检测出受训者900的步态状态的情况下，受训者900就不能进行高效的步行训练。

因此，在本实施例中，骨骼信息指定单元210d基于脚底负荷检测单元224(实施例中的负荷分布传感器225)的检测结果，从骨骼信息获取单元210c获取的关于受训者900的骨骼信息中，指定对应于受训者900的右腿和左腿的相应骨骼信息。因此，在本实施例中，步态状态检测单元210e使用关于受训者900的骨骼信息以提高的准确性检测受训者900的步态状态。

图6图示出步行训练设备100进行的受训者900的步态状态的检测方法的示例。如图6所示，骨骼信息获取单元210c首先从相机140拍摄的图像中获取在矢状平面中关于受训者900的骨骼信息(当在矢状平面中观察受训者900时，关于受训者900的骨骼信息)，该相机140从侧面拍摄受训者900。然后，骨骼信息指定单元210d基于由脚底负荷检测单元224检测到的从受训者900的脚底接收到的负荷，指定关于右腿和左腿的相应的骨骼信息，关于右腿和左腿的相应的骨骼信息包括在由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中关于受训者900的骨骼信息中。然后，步态状态检测单元210e利用右腿和左腿在其中被指定的骨骼信息，检测受训者900的步态状态。因此，检测受训者900的步态状态的准确性得到了提高。

受训者900的步态状态的检测方法的示例

图7是示出用于检测受训者900的步态状态的脚底负荷检测单元224的示例的示意性平面图。

在图7的示例中，负荷分布传感器225被用作脚底负荷检测单元224。如前所述，负荷分布传感器225安装在跑台131的带1311内部(在受训者900所搭乘的带1311的表面下方)，以便不与带1311互锁。然而，负荷分布传感器225可以设置在带1311的上方，以便与带1311互锁。

这里，负荷分布传感器225具有边界线BL，该边界线BL被定义为通过矩形负荷检测区域的中心并沿着受训者900的前进方向(换言之，带1311的移动方向)延伸。在负荷分布传感器225的负荷检测区域中位于边界线BL左侧的区域中检测到的脚底的负荷能够被确定为从受训者900的左腿的脚底接收的负荷。在位于边界线BL的右侧的区域中检测到的脚底的负荷能够被确定为从受训者900的右腿的脚底接收的负荷。

因此，在负荷分布传感器225的负荷检测区域中，基于在边界线BL左侧的区域中被检测为左腿的脚底的脚底FL的位置以及在边界线BL右侧的区域中被检测为右腿的脚底的脚底FR的位置，骨骼信息指定单元210d指定关于右腿和左腿的相应骨骼信息，关于右腿和左腿的相应的骨骼信息包括在由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中关于受训者900的骨骼信息中。

在图7的示例中，在负荷分布传感器225的负荷检测区域中在边界线BL左侧的区域中被检测为左腿的脚底的脚底FL位于受训者900的前进方向上的前方，并且在边界线BL右侧的区域中被检测为右腿的脚底的脚底FR位于受训者900的前进方向上的后方。因此，骨骼信息指定单元210d能够在例如图6所示的骨骼信息中，将关于位于前方(页面右侧)的腿部的骨骼信息指定为关于左腿的骨骼信息，并且将关于位于后方(页面左侧)的腿部的骨骼信息指定为关于右腿的骨骼信息。步态状态检测单元210e利用右腿和左腿在其中被指定的骨骼信息，检测受训者900的步态状态。因此，检测受训者900的步态状态的准确性得到了提高。

受训者900的步态状态的检测方法的另一个示例

图8是示出用于检测受训者900的步态状态的脚底负荷检测单元224的另一个示例的示意性平面图。

在图8的示例中，由两个负荷传感器226a、226b构成的负荷分布传感器226被用作脚底负荷检测单元224。例如，负荷传感器226a、226b安装在跑台131的带1311内部(在受训者900所搭乘的带1311的表面下方)，以便不与带1311互锁。

负荷传感器226a、226b形成为矩形形状，并且分别设置在边界线BL的左侧和右侧，该边界线BL通过负荷检测区域的中心并且沿着受训者900的前进方向(换句话说，带1311的移动方向)延伸。

负荷传感器226a、226b各自包括矩形搭乘板和布置在搭乘板的四个角上以支撑该搭乘板的称重传感器。例如，搭乘板以矩形板形成，该矩形板具有足够高以供受训者900搭乘的相对高的刚性，该板由聚碳酸酯树脂制成。

在此，由设置在边界线BL左侧的负荷传感器226a检测的脚底的负荷能够被确定为从受训者900的左腿的脚底接收的负荷，并且由设置在边界线BL右侧的负荷传感器226b检测的脚底的负荷能够被确定为从受训者900的右腿的脚底接收的负荷。

因此，基于由负荷传感器226a检测的左腿的脚底的负荷和由负荷传感器226b检测的右腿的脚底的负荷，骨骼信息指定单元210d指定关于右腿和左腿的相应骨骼信息，关于右腿和左腿的相应骨骼信息包括在由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中的关于受训者900的骨骼信息中。

在图8的示例中，由负荷传感器226a检测到的左腿的脚底FL的负荷的中心位于受训者900的前进方向上的前方，并且由负荷传感器226b检测到的右腿的脚底FR的负荷的中心位于受训者900的前进方向上的后方。因此，骨骼信息指定单元210d能够在例如图6所示的骨骼信息中，将位于前方(页面右侧)的关于腿部的骨骼信息指定为关于左腿的骨骼信息，并将位于后方(页面左侧)的关于腿部的骨骼信息指定为关于右腿的骨骼信息。步态状态检测单元210e利用右腿和左腿在其中被指定的骨骼信息，检测受训者900的步态状态。因此，检测受训者900的步态状态的准确性得到了提高。

受训者900的步态状态的检测方法的另一个示例

图9是示出用于检测受训者900的步态状态的脚底负荷检测单元224的另一个示例的示意性平面图。

在图9的示例中，负荷分布传感器225与图7中的情况一样被用作脚底负荷检测单元224。

这里，负荷分布传感器225具有边界线BL，该边界线BL被定义为通过连接由负荷分布传感器225连续检测到的受训者900的两个脚底的线段的中心并且沿着受训者900的前进方向(换句话说，带1311的移动方向)延伸。每当由负荷分布传感器225连续检测到的两个脚底的位置随着受训者900步行而改变时，边界线BL就会改变。在负荷分布传感器225的负荷检测区域中在边界线BL左侧的区域中检测到的脚底的负荷能够被确定为从受训者900的左腿的脚底接收的负荷，并且在边界线BL右侧的区域中检测到的负荷能够被确定为从受训者900的右腿的脚底接收的负荷。

因此，在负荷分布传感器225的负荷检测区域中，基于在边界线BL左侧的区域中被检测为左腿的脚底的脚底FL的位置和在边界线BL右侧的区域中被检测为右腿的脚底的脚底FR的位置，骨骼信息指定单元210d指定关于右腿和左腿的相应骨骼信息，关于右腿和左腿的相应骨骼信息包括在由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中的关于受训者900的骨骼信息中。

在图9的示例中，在负荷分布传感器225的负荷检测区域中，在边界线BL左侧的区域中被检测为左腿的脚底的脚底FL位于受训者900的前进方向上的前方，并且在边界线BL右侧的区域中被检测为右腿的脚底的脚底FR位于受训者900的前进方向上的后方。因此，骨骼信息指定单元210d可以在例如图6所示的骨骼信息中，将关于位于前方(页面右侧)的腿部的骨骼信息指定为关于左腿的骨骼信息，并将关于位于后方(页面左侧)的腿部的骨骼信息指定为关于右腿的骨骼信息。步态状态检测单元210e利用右腿和左腿在其中被指定的骨骼信息，检测受训者900的步态状态。因此，检测受训者900的步态状态的准确性得到了提高。

在图9的示例中，即使当受训者900的步行位置移动时，边界线BL也能够灵活地改变。这使得能够防止受训者900的步态状态的检测精度降低。

在本实施例中，作为示例，描述了将脚底负荷检测单元224附接到跑台131的情况。然而，本发明不限于该情况。脚底负荷检测单元224可以是附接到受训者900的右腿和左腿的相应脚底的一组负荷传感器。

受训者900的步态状态的检测方法的另一个示例

图10图示出了步行训练设备进行的受训者的步态状态的检测方法的另一个示例。如图10所示，除了从由从侧面拍摄受训者900的相机140所拍摄的图像中获取矢状平面中关于受训者900的骨骼信息外，骨骼信息获取单元210c可以从由从前侧(或后侧)拍摄受训者900的相机150所拍摄的图像中获取额平面中关于受训者900的骨骼信息。

然后，骨骼信息指定单元210d基于由脚底负荷检测单元224检测到的从受训者900的脚底接收到的负荷以及额平面中关于受训者900的骨骼信息，指定关于右腿和左腿的相应骨骼信息，关于右腿和左腿的相应骨骼信息包括在由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中关于受训者900的骨骼信息中。因此，骨骼信息指定单元210d能够更准确地指定包括在矢状平面中关于受训者900的骨骼信息中的关于右腿和左腿的骨骼信息。

然后，步态状态检测单元210e利用右腿和左腿在其中被指定的骨骼信息检测受训者900的步态状态。因此，检测受训者900的步态状态的准确性被进一步提高。

在指定包括在骨骼信息中的关于相应右腿和左腿的骨骼信息时，在参照额平面中关于受训者900的骨骼信息的情况下，脚底负荷检测单元224可以采取包括上述具体配置示例在内的任意配置。

因此，本实施例中的步行训练设备100基于由脚底负荷检测单元224检测到的从受训者900的脚底接收到的负荷，从由骨骼信息获取单元210c获取的矢状平面中关于受训者900的骨骼信息中，指定对应于受训者900的右腿和左腿的骨骼信息。因此，根据本实施例的步行训练设备100能够提高基于受训者900的骨骼信息检测的受训者900的步态状态的检测精度。换句话说，本实施例中的步行训练设备100能够获取关于受训者的准确的步态状态信息。因此，受训者可以进行高效的步行训练。

在上述各实施例中，作为示例，描述了受训者900是一条腿瘫痪的偏瘫患者的情况。然而，本发明并不限于该情况。例如，受训者900可以是双腿瘫痪的患者。在这种情况下，受训者900用安装在两条腿上的步行辅助装置120进行训练。可替代地，受训者900可以不在任何一条腿上穿戴步行辅助装置120。

而且，本公开能够通过使中央处理单元(CPU)执行计算机程序来实现步行训练设备100中的部分或全部处理。

当程序被读入计算机时，该程序可以包括用于使计算机执行本实施例中所述的一个或多个功能的命令(或软件代码)集。该程序可以存储在非暂时性计算机可读介质或有形存储介质中。以举例而非限制的方式，该计算机可读介质或有形存储介质包括随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存、固态驱动器(SSD)或其他存储技术、CD-ROM、数字通用光盘(DVD)、蓝光(注册商标)光盘或其他光盘存储器、磁带盒、磁带、磁盘存储器或其他磁性存储装置。该程序可以在临时性计算机可读介质或通信介质上被发送。以举例而非限制的方式，暂时性计算机可读介质或通信介质包括电、光、声或其他形式的传播信号。

Claims (9)

1.一种步行训练系统，包括：

跑台；

脚底负荷检测单元，其被配置为检测从搭乘在所述跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；

第一拍摄装置，其被配置为从所述受训者的侧面拍摄所述受训者；

骨骼信息获取单元，其被配置为从由所述第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，所述第一骨骼信息为矢状平面中关于所述受训者的骨骼信息；以及

指定单元，其被配置为基于由所述脚底负荷检测单元检测到的从所述受训者的所述脚底接收到的所述负荷，指定包括在由所述骨骼信息获取单元获取的所述第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。

2.根据权利要求1所述的步行训练系统，其中

所述脚底负荷检测单元为负荷分布传感器，所述负荷分布传感器安装在所述跑台的所述带的下方以便不与所述带互锁，并被配置为检测从搭乘在所述跑台的所述带上的所述受训者的所述脚底接收到的所述负荷的分布。

3.根据权利要求2所述的步行训练系统，进一步包括第二拍摄装置，所述第二拍摄装置被配置为从所述受训者的前侧或后侧拍摄所述受训者，其中：

所述骨骼信息获取单元被配置为从由所述第一拍摄装置拍摄的所述图像获取所述第一骨骼信息并且还被配置为从由所述第二拍摄装置拍摄的图像获取第二骨骼信息，所述第一骨骼信息为所述矢状平面中关于所述受训者的所述骨骼信息，所述第二骨骼信息为额平面中关于所述受训者的骨骼信息；并且

所述指定单元被配置为基于由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的所述脚底的位置以及由所述骨骼信息获取单元获取的所述第二骨骼信息，指定包括在由所述骨骼信息获取单元获取的所述第一骨骼信息中的关于所述右腿和所述左腿的所述相应骨骼信息。

4.根据权利要求2或3所述的步行训练系统，其中，所述指定单元被配置为基于由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的所述脚底的所述位置，以沿着所述受训者的前进方向延伸的边界线为参照，判定由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的所述脚底对应于所述右腿还是所述左腿。

5.根据权利要求4所述的步行训练系统，其中，所述负荷分布传感器包括安装在所述边界线的右侧区域中的第一负荷传感器，以及安装在所述边界线的左侧区域中的第二负荷传感器。

6.根据权利要求2或3所述的步行训练系统，其中，所述指定单元被配置为基于接下来要由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的脚底的所述位置，以边界线为参照，判定接下来要由所述负荷分布传感器检测到的所述受训者的所述脚底对应于所述右腿还是所述左腿，所述边界线通过连接由所述负荷分布传感器连续检测到的所述受训者的两个脚底位置的线段的中心，并沿着所述受训者的前进方向延伸。

7.根据权利要求1所述的步行训练系统，其中，所述脚底负荷检测单元为附接到所述受训者的所述右腿和所述左腿的相应的所述脚底的一组负荷传感器。

8.一种步行训练系统的控制方法，包括以下步骤：

通过脚底负荷检测单元检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；

通过第一拍摄装置从所述受训者的侧面拍摄所述受训者；

从由所述第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，所述第一骨骼信息为矢状平面中关于所述受训者的骨骼信息；以及

基于由所述脚底负荷检测单元检测到的从所述受训者的所述脚底接收到的所述负荷，指定包括在所述第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。

9.一种计算机可读存储介质，其存储使计算机执行处理的控制程序，所述处理包括：

通过脚底负荷检测单元检测从搭乘在跑台的带上的受训者的脚底接收到的负荷；

通过第一拍摄装置从所述受训者的侧面拍摄所述受训者；

从由所述第一拍摄装置拍摄的图像获取第一骨骼信息，所述第一骨骼信息为矢状平面中关于所述受训者的骨骼信息；以及

基于由所述脚底负荷检测单元检测到的从所述受训者的所述脚底接收到的所述负荷，指定包括在所述第一骨骼信息中的关于右腿和左腿的相应骨骼信息。

Images