DE102015211267A1

DE102015211267A1 - Schrittzähler, schritt-unterstützungsvorrichtung und computerlesbares medium mit einem darauf gespeicherten schritt-zählprogramm

Info

Publication number: DE102015211267A1
Application number: DE102015211267.5A
Authority: DE
Inventors: Yosuke Endo
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-19
Filing date: 2015-06-18
Publication date: 2015-12-24
Anticipated expiration: 2035-06-19
Also published as: DE102015211267B4; JP2016002404A; JP5889367B2; US20150366740A1; US10406057B2

Abstract

Wenn eine Aktuator-Steuerung/Regelung unter Verwendung eines Gewichts auf der Unterseite des Fußes als Auslöser verwendet wird, muss der Fuß des Benutzers angemessen den Boden berühren, damit das Gewicht erfasst werden kann. Somit ist die Aktivierungsbedingung zum Starten der Aktuator-Steuerung/Regelung eingeschränkt und es ist beispielsweise für einen Rehabilitations-Patienten mit einem verletzten Bein schwierig, seine Schrittbewegung unter Verwendung dieser Schritt-Unterstützungsvorrichtung zu trainieren. Es ist eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen Bereitstellungsabschnitt, der eine Hilfskraft für eine Schrittbewegung eines Benutzers bereitstellt; einen Detektionsabschnitt, der einen Hüftgelenk-Winkel detektiert, der ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenks des Benutzers ist; und einen Steuer-/Regelabschnitt, der ein Steuern/Regeln des Bereitstellungsabschnitts beginnt, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gemäß einem Unterstützungsplan, der zuvor für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt wird.

Description

HINTERGRUND
1. TECHNISCHES FELD
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung und ein Schritt-Unterstützungsprogramm.
2. Verwandter Stand der Technik
Es ist eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung bekannt, die mit einer Aktuator-Steuerung/Regelung für einen Schritt als Reaktion darauf beginnt, dass das Gewicht, das auf die Unterseite eines Fußes aufgestellt wird, einen vorbestimmten ersten Schwellenwert übersteigt und dann unter einen zweiten vorbestimmten Schwellenwert sinkt, wie es beispielsweise in Patentdokument 1 gezeigt ist.

Patentdokument 1: Japanische Patentanmeldungs-Veröffentlichung Nr. 2011-218026

Wenn die Aktuator-Steuerung/Regelung unter Verwendung eines auf die Unterseite des Fußes gelegten Gewichts als Auslöser durchgeführt wird, ist es notwendig, dass der Fuß des Benutzers angemessen den Boden berührt, damit das Gewicht erfasst werden kann. Somit ist die Aktivierungsbedingung zum Starten der Aktuator-Steuerung/Regelung eingeschränkt und es ist beispielsweise für einen Rehabilitations-Patienten mit einer Beinverletzung schwierig, seine Schrittbewegung unter Verwendung dieser Schritt-Unterstützungsvorrichtung zu trainieren.
ABRISS DER ERFINDUNG
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung mit einem Bereitstellungsabschnitt, der eine Unterstützungs-Kraft für eine Schrittbewegung eines Benutzers bereitstellt; einem Detektionsabschnitt, der einen Hüftgelenk-Winkel detektiert, welcher ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenks des Benutzers ist; und einem Steuer-/Regelabschnitt bereitgestellt, der ein Steuern/Regeln des Bereitstellungsabschnitts beginnt, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, gemäß einem Unterstützungsplan, der zuvor für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein computerlesbares Medium bereitgestellt, das darauf ein Schritt-Unterstützungsprogramm speichert, das, wenn es von einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlasst, einen Hüftgelenk-Winkel zu detektieren, der ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenk-Winkels eines Benutzers ist; und das ein Steuern/Regeln eines Bereitstellungsabschnitts beginnt, der eine Unterstützungs-Kraft für eine Schrittbewegung eines Benutzers bereitstellt, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gemäß einem Unterstützungsplan, der zuvor für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt worden ist.
Dieser Abrissabschnitt beschreibt nicht notwendigerweise alle notwendigen Merkmale von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Die vorliegende Erfindung kann ebenfalls eine Unterkombination der oben beschriebenen Merkmale sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verwendungszustands einer Schritt-Unterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
2 ist eine externe perspektivische Ansicht der Schritt-Unterstützungsvorrichtung.
3 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Definition des Drehwinkels und der Bewegung des Benutzers.
4 ist ein Elemente-Blockdiagramm zum Beschreiben jedes Steuer-/Regelelements, das die Schritt-Unterstützungsvorrichtung bildet.
5 zeigt einen Zustandsübergang des Betriebs der Schritt-Unterstützungsvorrichtung.
6A bis 6E sind Ansichten zum Beschreiben einer Änderung in der Wellenform von jedem Typ von Signal, wenn ein Schritt-Training durchgeführt wird.
7A bis 7C sind Ansichten zum Beschreiben einer Änderung in der Wellenform von jedem Typ von Signal, wenn ein Schritt-Training durchgeführt wird.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Gesamtablauf des Schritt-Unterstützungsprozesses zeigt.
9 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Parameter-Setzprozesses zeigt.
10 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Zustands-Übergangsprozesses zeigt.
11 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Schwellenwert-Berechnungsprozesses zeigt.
12 zeigt ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Auslöser-Bestimmungsprozesses zeigt.
BESCHREIBUNG VON BEISPIELHAFTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Im Folgenden werden einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. Die Ausführungsformen beschränken nicht die anspruchsgemäße Erfindung, und nicht alle Kombinationen der in den Ausführungsformen beschriebenen Merkmale sind notwendigerweise wesentlich für Mittel, die von Aspekten der Erfindung bereitgestellt werden.
1 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verwendungszustands einer Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Ein Benutzer 900 bringt die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 an Hüft- und Beinbereichen an und sichert sie. Die Schrittbewegung einer Person umfasst im Wesentlichen abwechselnde Wiederholungen eines Austretens des Standbeins und einer Bewegung eines Nach-Vorne-Schwingens des anderen Beins. Beispielsweise und wie in der Zeichnung gezeigt, unterstützt die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100, wenn das rechte Bein das Standbein ist und das linke Bein geschwungen wird, das Austreten durch Ausüben einer nach hinten gerichteten Hilfskraft auf den rechten Oberschenkel 902 und unterstützt das Schwingen durch Ausüben einer nach vorne gerichteten Hilfskraft auf den linken Oberschenkel 901. Andererseits unterstützt die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100, wenn das linke Bein das Standbein ist und das rechte Bein geschwungen wird, beim Austreten, indem sie eine nach hinten gerichtete Hilfskraft auf den linken Oberschenkel 901 ausübt und unterstützt das Schwingen, indem sie eine nach vorne gerichtete Hilfskraft auf den rechten Oberschenkel 902 ausübt. Durch Wiederholen der Unterstützungs-Bewegung kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 eine Hilfskraft zum Vorwärtsschreiten bereitstellen, wodurch es dem Benutzer 900 ermöglicht wird, komfortabel zu gehen.
Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 ist nicht auf Verwendung durch durch eine nicht-behinderte Person beschränkt. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 wird ebenfalls von Patienten in Rehabilitation verwendet, die darauf hinarbeiten, ihre normale Gehfähigkeit wiederherzustellen. Beispielsweise neigt ein Rehabilitations-Patient, der als Folge eines Schlaganfalls teilweise gelähmt ist, dazu, beim Gehen zu stolpern, aufgrund einer Verringerung des Kniegelenk-Winkels während der Schwungphase, die das Intervall ist, während dem das Bein schwingt, und dies führt bekanntermaßen zu Problemen in der Gangart, wie einem Hochziehen des Beckens. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 kann den Kniegelenk-Winkel durch Bereitstellen von Schwung-Unterstützung erhöhen und ist daher dazu geeignet, in der Rehabilitation nach einem Schlaganfall eingesetzt zu werden. Dementsprechend kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die Gangart bereits in einem frühen Stadium und in einer für den Zustand des Rehabilitations-Patienten geeigneten Weise korrigieren. Ferner kann als ein weiterer Aspekt die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die physische Anstrengung eines Physiotherapeuten verringern, der bis jetzt eine Rehabilitations-Behandlung durch Bewegung durchgeführt hat, während er die Beine des Rehabilitations-Patienten unterstützt hat.
Zudem ist die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 nicht auf Verwendung durch Menschen beschränkt, sondern kann auch mit Tieren und Maschinen verwendet werden. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 ist nicht darauf beschränkt, Unterstützung zu leisten, sondern kann auch einen Widerstand bereitstellen. Anders ausgedrückt kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 eine Widerstandskraft erzeugen, die eine nach hinten gerichtete Hilfskraft gegen die Schwingbewegung und eine nach vorne gerichtete Hilfskraft gegen die Austretbewegung des Benutzers 900 ausübt. Durch einen Betrieb in dieser Weise kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 beispielsweise als eine Trainingsvorrichtung für das Krafttraining eines Athleten verwendet werden.
Die vorliegende Ausführungsform beschreibt einen Fall, in dem die Hilfskraft zur Unterstützung ausgeübt wird. Insbesondere beschreibt die vorliegende Ausführungsform einen Fall, in dem die Unterstützungs-Kraft für ein Schritt-Training verwendet wird, was ein Training ist, das für jeden Schritt wiederholt wird. Beim Schritt-Training wird die Unterstützungs-Kraft hauptsächlich bereitgestellt, um die Gangart des Benutzers 900 zu korrigieren, und die Schritte des Benutzers 900 zu erleichtern, ist hierbei von zweitrangiger Bedeutung. Im Folgenden wird eine detaillierte Beschreibung der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 gegeben.
2 ist eine externe perspektivische Ansicht der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 umfasst einen Hüft-Rahmen 103, der gegen die Seiten der Hüftregion von der Rückseite der Hüftregion des Benutzers 900 her drückt. Der Hüft-Rahmen 103 ist aus einem hochsteifen Material gebildet, wie beispielsweise einer leichtgewichtigen Legierung, z. B. Aluminium, Harz, z. B. Polykarbonat oder Kohlefaser. Ein Aktivierungsschalter 101 ist in der Nähe der Mitte der hinteren Fläche des Hüft-Rahmens 103 bereitgestellt, und die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 kann in Betrieb genommen werden, wenn der Benutzer 900 den Schalter drückt. Ferner kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 dazu gebracht werden anzuhalten, wenn der Schalter erneut gedrückt wird.
Eine Batterie 102, die elektrische Leistung an die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 liefert, in abnehmbar an der hinteren Fläche des Hüft-Rahmens 103 angeordnet. Die Batterie 102 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Ausgabespannung von etwa 20 V sein.
Ein Hüftgurt 104 ist mit den Enden des Hüft-Rahmens 103 verbunden. Der Hüftgurt 104 wird um die Hüfte des Benutzers 900 zusammen mit dem Hüft-Rahmen 103 gewickelt und an der Bauch-Flächenseite befestigt. Der Hüftgurt 104 ist aus einem weichen Material, wie beispielsweise einem Textil-Material gebildet. Auf diese Weise wird unter Verwendung des Hüft-Rahmens 103 und des Hüftgurts 104 die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 sicher an dem Benutzer 900 befestigt.
Ein linker Motor 121 und ein rechter Motor 122, die jeweils ein Beispiel für einen Aktuator sind, sind an den beiden Hüft-Seitenflächen des Hüft-Rahmens 103 angeordnet. Der linke Motor 121 und der rechte Motor 122 sind Motoren mit gleichen Spezifikationen und können beispielsweise Gleichstrom-Motoren mit einer Ausgabefähigkeit eines maximalen Drehmoments von 4 Nm sein. Der linke Motor 121 rotiert einen linken Oberschenkel-Rahmen 141 bezüglich des Hüft-Rahmens 103. Der linke Hüft-Rahmen 141 ist mit einem linken Winkelsensor 131 bereitgestellt, der die Rotationsgeschwindigkeit und den Rotationswinkel der Ausgabe-Rotationsachse des linken Motors 121 detektiert. In der gleichen Weise rotiert der rechte Motor 122 einen rechten Oberschenkel-Rahmen 142 bezüglich des Hüft-Rahmens 103. Der rechte Oberschenkel-Rahmen 142 ist mit einem rechten Winkelsensor 132 bereitgestellt, der die Rotationsgeschwindigkeit und den Rotationswinkel der Ausgabe-Rotationsachse des rechten Motors 122 detektiert. Der linke Winkelsensor 131 und der rechte Winkelsensor 132 sind beispielsweise Drehkodierer.
Der linke Oberschenkel-Rahmen 141 und der rechte Oberschenkel-Rahmen 142 sind aus einem hochsteifen Material gebildet, wie beispielsweise einer leichtgewichtigen Legierung, z. B. Aluminium, Harz, z. B. Polykarbonat oder Kohlefaser, in der selben Weise wie der Hüft-Rahmen 103. Ein linker Oberschenkel-Gurt 151 ist an dem linken Oberschenkel-Rahmen 141 an einem anderen Ende davon gegenüber demjenigen angebracht, mit dem der linke Motor 121 verbunden ist. Der Benutzer 900 wickelt und sichert den linken Oberschenkel-Gurt 151 um den Oberschenkel des linken Beins in der Nähe des Knies. In gleicher Weise wird ein rechter Oberschenkel-Gurt 152 an dem rechten Oberschenkel-Rahmen 142 an einem anderen Ende davon angebracht, das gegenüber demjenigen liegt, mit dem der rechte Motor 122 verbunden ist. Der Benutzer 900 wickelt und sichert den rechten Oberschenkel-Gurt 152 um den Oberschenkel des rechten Beins in der Nähe des Knies. Der linke Oberschenkel-Gurt 151 und der rechte Oberschenkel-Gurt 152 sind aus einem weichen Material, wie beispielsweise einem Textil-Material, gebildet.
Mit der auf diese Weise eingerichteten Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 kann der linke Winkelsensor 131, wenn der linke Motor 121 nicht mit Leistung versorgt wird, den Rotationswinkel des linken Oberschenkels 901 während der Schrittbewegung des Benutzers 900 durch dessen eigene Kraft detektieren. Wenn der linke Motor 121 mit Leistung versorgt wird und nach vorne rotiert, dann rotiert der linke Motor 121 den linken Oberschenkel-Rahmen 141 in die Schwingrichtung und erzeugt folglich eine Hilfskraft, die den Oberschenkel des linken Beins nach vorne hebt. Wenn der linke Motor 121 mit Leistung versorgt wird und noch hinten rotiert, dann rotiert der linke Motor den linken Oberschenkel-Rahmen 141 in die Austritt-Richtung und erzeugt folglich eine Hilfskraft, die den Oberschenkel des linken Beins nach unten drückt. Der linke Winkelsensor 131 detektiert ebenfalls den Rotationswinkel des linken Oberschenkels 901, wenn der linke Motor 121 mit Leistung versorgt wird.
Auf diese Weise kann, wenn der rechte Motor 122 nicht mit Leistung versorgt wird, der rechte Winkelsensor 132 den Rotationswinkel des rechten Oberschenkels 902 während der Schrittbewegung des Benutzers 900 durch dessen eigene Kraft detektieren. Wenn der rechte Motor 122 mit Leistung versorgt wird und nach hinten rotiert, dann rotiert der rechte Motor 122 den rechten Oberschenkel-Rahmen 142 in die Schwingrichtung und erzeugt folglich eine Hilfskraft, die den Oberschenkel des rechten Beins nach vorne hebt. Wenn der rechte Motor mit Leistung versorgt wird und nach vorne rotiert, dann rotiert der rechte Motor 122 den rechten Oberschenkel-Rahmen 142 in der Austritt-Richtung und erzeugt folglich eine Hilfskraft, die den Oberschenkel des rechten Beins nach unten drückt. Der rechte Winkelsensor 132 detektiert ebenfalls den Rotationswinkel des rechten Oberschenkels 902, wenn der rechte Motor 122 mit Leistung versorgt wird.
In der oben beschriebenen Weise kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 eine Unterstützungs-Kraft zum Unterstützen von wenigstens einem aus einer Streckbewegung des rechten Beins, einer Beugebewegung des rechten Beins, einer Streckbewegung des linken Beins und einer Beugebewegung des linken Beins bereitstellen. Details der Streckbewegung und der Beugebewegung sind unten unter Verwendung von 3 beschrieben. Wenngleich eine detailliertere Beschreibung weiter unten geliefert wird, stellt in der vorliegenden Ausführungsform in einem Beispiel eines Durchführens einer Rehabilitation des rechten Beins, die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 eine Unterstützung-Kraft bereit, die die Beugebewegung des rechten Beins unterstützt, sowie eine Unterstützungs-Kraft, die die Streckbewegung des linken Beins unterstützt.
3 ist eine Ansicht zum Beschreiben der Definition des Drehwinkels und der Bewegung des Benutzers 900. Wie in der Zeichnung gezeigt, ist die Versetzungsrichtung, die auftritt, wenn der Benutzer 900 vorwärts schreitet, als die positive Richtung festgelegt. Während der Schwingbewegung sind die Oberschenkel relativ nahe zu dem Oberkörper 910, und dies ist als Beugebewegung bezeichnet. Während der Beugebewegung ist die Versetzungsrichtung die positive Richtung. Ferner bildet, wenn eine Mittellinie entlang der Gewichtsrichtung des Oberkörpers 910 als Basislinie dient, der Linienabschnitt entlang eines Oberschenkels und mit einem Hüftgelenk als ein Ende einen positiven Rotationswinkel bezüglich der Basislinie. In der Zeichnung ist das linke Bein mitten in der Schwingbewegung, und der linke Hüftgelenk-Winkel θ_L, der der von dem Linienabschnitt entlang dem linken Oberschenkel 901 bezüglich der Basislinie gebildet Winkel ist, weist einen positiven Wert auf.
Während der Austret-Bewegung sind die Oberschenkel relativ weit von dem Oberkörper 910 entfernt, und dies wird als Streckbewegung bezeichnet. Während der Streckbewegung ist die Versetzungsrichtung die negative Richtung. Ferner bildet der Linienabschnitt entlang des Oberschenkels mit dem Hüftgelenk als ein Ende einen negativen Rotationswinkel bezüglich der Basislinie. In der Zeichnung ist das rechte Bein mitten in der Austret-Bewegung und der rechte Hüftgelenk-Winkel θ_R, der der von dem Linienabschnitt entlang des rechten Oberschenkels 902 bezüglich der Basislinie gebildete Winkel ist, weist einen negativen Wert auf.
Im Folgenden wird jedes Steuer-/Regelelement beschrieben, das die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 bildet. 4 ist ein Elemente-Blockdiagramm zum Beschreiben jedes Steuer-/Regelelements, das die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 bildet, Wie in der Zeichnung gezeigt, führt jedes Steuer-/Regelelement, das die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 bildet, wenigstens eines aus einer Eingabe oder einer Ausgabe entweder direkt oder indirekt mit dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 durch. Anders ausgedrückt wirkt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 als eine CPU, die ein vorbestimmtes Programm ausführt, das die Gesamtsteuerung-/regelung dieser Steuer-/Regelelemente durchführt.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 steuert/regelt den linken Motor 121 mittels einer linken Steuer-/Regelschaltung 221. In gleicher Weise steuert/regelt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den rechten Motor 122 mittels einer rechten Steuer-/Regelschaltung 222. Insbesondere stellt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, nachdem der Unterstützungs-Drehmomentwert zum Unterstützen des linken Beins berechnet worden ist, der linken Steuer-/Regelschaltung 221 Berechnungsergebnisse zu. einer Zeit zum Erzeugen dieser Unterstützungs-Hilfskraft bereit, und nachdem der Unterstützungs-Drehmomentwert zum Unterstützen des rechten Beins berechnet worden ist, stellt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 der rechten Steuer-/Regelschaltung 222 Berechnungsergebnisse zu einer Zeit zum Erzeugen dieser Unterstützungs-Hilfskraft bereit. Die linke Steuer-/Regelschaltung 221 und die rechte Steuer-/Regelschaltung 222 erzeugen jeweils eine analoge Betriebsspannung gemäß den bereitgestellten Unterstützungs-Drehmomentwerten und wenden diese Betriebsspannung jeweils auf den linken Motor 121 und den rechten Motor 122 an. Anders ausgedrückt weisen die linke Steuer-/Regelschaltung 221 und die rechte Steuer-/Regelschaltung 222 Verstärkungs-Schaltungen auf, die DA-Wandler umfassen.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 erhält von dem linken Winkelsensor 131 ein Detektionsergebnis mittels einer linken Detektionsschaltung 231. In gleicher Weise erhält der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 ein Detektionsergebnis von dem rechten Winkelsensor 132 mittels einer rechten Detektionsschaltung 232. Insbesondere ist der linke Winkelsensor 131 dazu eingerichtet, kontinuierlich einen Spannungspuls gemäß des Rotationswinkels des linken Oberschenkels 901 zu erzeugen. Die linke Detektionsschaltung 231 zählt diesen Spannungspuls, um den Spannungspuls in einen Drehwinkel pro Einheitszeit umzurechnen, und stellt dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 diesen Rotationswinkel als einen digitalen Wert pro Einheitszeit bereit. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 kann kontinuierlich über den linken Hüftgelenk-Winkel θ_L informiert sein, der in 3 gezeigt ist, indem der Rotationswinkel aus einer Aktivierungs-Zeit für jede Einheitszeit berechnet wird. Der linke Detektionsabschnitt 231 kann ebenfalls die Rotationsgeschwindigkeit detektieren, indem die Spannungspulse in einer vorbestimmten Zeit gezählt werden. Die linke Detektionsschaltung 231 liefert dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit. In der oben beschriebenen Weise wirken der linke Winkelsensor 131 und die linke Detektionsschaltung 231 als ein Detektionsabschnitt, der den linken Hüftgelenk-Winkel und die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit des Benutzers 900 detektiert.
In gleicher Weise ist der rechte Winkelsensor 132 dazu eingerichtet, kontinuierlich einen Spannungspuls gemäß dem Rotationswinkel des rechten Oberschenkels 902 zu erzeugen. Die rechte Detektionsschaltung 232 zählt diesen Spannungspuls, um den Spannungspuls in einen Rotationswinkel pro Einheitszeit umzurechnen, und stellt pro Einheitszeit dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 diesen Rotationswinkel als einen digitalen Wert bereit. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 kann kontinuierlich über den rechten Hüftgelenk-Winkel θ_R informiert sein, der in 3 gezeigt ist, indem der Rotationswinkel aus der Aktivierungs-Zeit für jede Einheitszeit berechnet wird. Die rechte Detektionsschaltung 232 kann ebenfalls die Rotationsgeschwindigkeit detektieren, indem die Spannungspulse in einer vorbestimmten Zeit gezählt werden. Die rechte Detektionsschaltung 232 liefert die Rotationsgeschwindigkeit an den System-Steuer-/Regelabschnitt 201. In der oben beschriebenen Weise wirken der rechte Winkelsensor 132 und der rechte Detektionsabschnitt 232 als ein Detektionsabschnitt, der den rechten Hüftgelenk-Winkel und die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit des Benutzers 900 detektiert.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Zeit, zu welcher die Unterstützung-Kraft erzeugt werden soll, durch Verwenden des hier erhaltenen linken Hüftgelenk-Winkels und der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit als Auslöser. Da der linke Hüftgelenk-Winkel und die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit als ein Auslöser verwendet werden, kann einem Rehabilitations-Patienten mit einem verletzten rechten Bein ein angemessenes Schritt-Training bereitgestellt werden, ohne die Beschränkung der Bewegungsbedingung, dass der Fuß mit dem Boden in Kontakt kommen muss. Wenngleich unten detailliert erklärt, gibt es Fälle, in denen der linke Hüftgelenk-Winkel eine Streckung als die Auslöse-Winkelrichtung gesetzt hat, sowie Fälle, in denen der linke Hüftgelenk-Winkel eine Beugung als die Auslöse-Winkelrichtung gesetzt hat. In einem Fall, in dem eine Streckung gesetzt ist, ist der Auslöser auf ON für die Zeitgabe zum Erzeugen der Unterstützungs-Kraft gesetzt, wenn der linke Hüftgelenk-Winkel kleiner als ein Schwellenwert ist. In einem Fall, in dem eine Beugung gesetzt ist, ist der Auslöser auf ON gesetzt, wenn der linke Hüftgelenk-Winkel größer als ein Schwellenwert ist.
Allgemeinen bestimmt, wenn eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung zum Unterstützen bei einem kontinuierlichen Gehen verwendet wird, die Schritt-Unterstützungsvorrichtung die Zeit, zu der die Unterstützungs-Kraft bereitgestellt werden soll, gemäß der Schrittperiode. Schritt-Training ist eine Art von Training, das eine Schrittbewegung umfasst, in der, während man in einem Zustand ist, in dem ein Bein das Standbein ist, das andere Bein nach vorne bewegt wird, und dann das andere Bein in seine ursprüngliche Position zurück bewegt wird. Anders ausgedrückt umfasst Schritt-Training kein abwechselndes Bewegen des rechten und linken Beins, und daher kann die Periode nicht verwendet werden, wenn die Zeit bestimmt wird, zu der die Unterstützungs-Kraft bereitgestellt wird. Zusätzlich gibt es Fälle, in denen die Zeit, zu der die Unterstützung-Kraft bereitgestellt wird, derart bestimmt wird, dass die rechten und linken Schrittbewegungen symmetrisch werden. Wie oben beschrieben, umfasst Schritt-Training kein. abwechselndes Bewegen des linken und rechten Beins, und daher ist es unmöglich, eine linke und rechte Schrittbewegungssymmetrie heranzuziehen. Aus diesen Gründen kann mit einer konventionellen Schritt-Unterstützungsvorrichtung ein Schritt-Training nicht richtig durchgeführt werden. Ferner gibt es beim Schritt-Training den Wunsch, die Gangart zu korrigieren. Bei der vorliegenden Ausführungsform, wie sie weiter unten detaillierter beschrieben ist, steuert/regelt auf ein Entscheiden über die Zeit hin, zu der die Unterstützung-Kraft erzeugt werden soll, der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den linken Motor 121 und den rechten Motor 122 gemäß einem Unterstützungsplan, der zuvor für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers 900 gesetzt worden ist.
Der Manipulationsabschnitt 211 ist eine Manipulationskomponente zum Erhalten von Anweisungen von dem Benutzer 900 und umfasst den Aktivierungsschalter 101. in 2 ist der Manipulationsabschnitt 211 nur durch den Aktivierungsschalter 101 repräsentiert, jedoch kann eine Manipulationskomponente, wie beispielsweise ein Bedienelement zum Empfangen einer Hilfskraft-Einstellung, enthalten sein. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 kann jede Art von Steuerung/Regelung gemäß Änderungen in der Manipulationskomponente, die von dem Manipulationsabschnitt 211 detektiert werden, durchführen.
Der Speicher 212 ist eine Speichervorrichtung, die einen Flash-Speicher verwendet, wie beispielsweise eine SSD, und er speichert das von dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 ausgeführte Programm, verschiedene Parameterwerte und ähnliches derart, dass es nicht verloren geht, wenn die Stromversorgung ausgeschaltet wird. In der vorliegenden Ausführungsform ist eine Drehmoment-Tabelle gespeichert, in der Gegenwerte mit Unterstützungs-Kräften im Zusammenhang stehen, wie weiter unten beschrieben ist. Ferner wirkt in der vorliegenden Ausführungsform der Speicher 212 als ein Speicherabschnitt, der historische Informationen über die Schrittbewegungen des Benutzers 900 speichert. Die historischen Informationen umfassen eine Signal-Wellenform des linken Hüftgelenk-Winkels, eine Signal-Wellenform des rechten Hüftgelenk-Winkels, eine Signal-Wellenform der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und eine Signal-Wellenform der rechten Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit, die alle weiter unten beschrieben sind. Die historischen Informationen umfassen ferner Auswertungselemente für den Fortschritt des Schritt-Trainings. Beispiele der Auswertungselemente für den Fortschritt umfassen die Amplitude des linken Hüftgelenk-Winkels und des rechten Hüftgelenk-Winkels, die Maximalwerte der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und der rechten Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit, die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit bei einem Schwellenwert-Winkel, den Maximalwert und Minimalwert des linken Hüftgelenk-Winkels und den Maximalwert und den Minimalwert des rechten Hüftgelenk-Winkels. Der Speicher 212 wirkt als ein Arbeitsspeicher, in dem temporär verschiedene, durch die Berechnungen erzeugte Werte gespeichert werden, die von dem System-Steuer-/Regelabschnitt 201 durchgeführt werden. Der Speicher 212 kann aus einer Mehrzahl von Typen von Speichern gebildet sein, die physisch getrennt sind, gemäß der Verwendung von jedem Speicher.
Die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 213 umfasst einen Kommunikationsabschnitt, der Eingaben und Ausgaben von/an einer/eine externe/n Vorrichtung durchführt. Beispielsweise erhält, wenn die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 mit einem Smartphone als externe Vorrichtung verbunden ist, die Eingabe-/Ausgabe-Schnittstelle 213 von dem Smartphone gesetzte Setz-Inhalte und überträgt in dem Speicher 212 gespeicherte historische Informationen an das Smartphone.
5 zeigt einen Zustands-Übergang des Betriebs der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 nimmt einen Betriebszustand aus einem STOP-Zustand, einem BEREIT-Zustand und einem GO-Zustand ein.
Der STOP-Zustand ist ein Zustand, in dem die Lieferung der Unterstützungs-Kraft gestoppt ist. Wenn die Leistungsversorgung der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 ON (ein) geschaltet wird, dann wird der Betriebszustand zunächst auf den STOP-Zustand gesetzt. Hiernach geht in einem Fall, in dem die Richtung des linken Hüftgelenk-Winkels auf Streckung als zu verwendender Auslöser gesetzt ist, die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 in den BEREIT-Zustand über, wenn die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit größer als ein Schwellenwert wird, und in einem Fall, in dem die Richtung des linken Hüftgelenk-Winkels auf Beugung als der zu verwendende Auslöser gesetzt ist, geht die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 in den BEREIT-Zustand über, wenn die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit kleiner als ein Schwellenwert wird.
Der BEREIT-Zustand ist ein Zustand, in dem darauf gewartet wird, die Unterstützungs-Kraft zu liefern. Wenngleich weiter unten detailliert beschrieben, werden in dem BEREIT-Zustand ein Schwellenwert-Berechnungsprozess und ein Auslöser-Bestimmungsprozess als die Prozesse in der Stufe durchgeführt, bevor zu dem GO-Zustand übergegangen wird. Hiernach geht in einem Fall, in dem der Auslöser zum Bereitstellen der Unterstützungs-Kraft auf ON gesetzt wird, der Betriebszustand in den GO-Zustand über.
Der GO-Zustand ist ein Zustand, in dem das Liefern der Unterstützungs-Kraft durchgeführt wird. Die Unterstützungs-Kraft wird so lange geliefert, bis ein Zähler, der die Zeit zum Liefern der Unterstützungs-Kraft anzeigt, 0 erreicht. Wenn der Zähler 0 erreicht, wird das Liefern der Unterstützungs-Kraft gestoppt, und der Betriebszustand geht in den STOP-Zustand über.
6A bis 6E und 7A bis 7C sind Ansichten zum Beschreiben einer Änderung in der Wellenform von jedem Typ von Signal, wenn ein Schritt-Training durchgeführt wird. Im Folgenden wird ein Beispiel eines Schritt-Trainings beschrieben, in dem in einem Zustand, in dem das linke Bein des Benutzers 900 das Standbein ist, der Benutzer 900 wiederholt eine Handlung durchführt, die ein Bewegen des rechten Beins nach vorne (Schwingbewegung) und dann ein Zurückführen des rechten Beins in die Ausgangsposition (Rückbewegung) umfasst. Da jede wiederholte Bewegung die gleiche ist, ist dieses Beispiel auf ein erstes Durchführen dieser Bewegung gerichtet. In diesem Beispiel ist der Zählerwert auf 80 gesetzt, was ein Wert ist, der 0,8 Sekunden entspricht, die Unterstützungs-Kraft ist auf 4 N·m gesetzt, und die Auslöse-Winkelrichtung ist auf Streckung gesetzt. Ferner ist der Schwellenwert für die Bestimmung der Bewegung des rechten Beins auf 0 gesetzt, und der Schwellenwert für die Auslöse-Bestimmung wird dynamisch geändert. Der Schwellenwert für die Auslöse-Bestimmung ist ein Schwellenwert, der für den linken Hüftgelenk-Winkel gilt. Der Schwellenwert für die Auslöse-Bestimmung ist weiter unten detailliert beschrieben.
6A zeigt die Signal-Wellenform des rechten Hüftgelenk-Winkels und zeigt die Änderung über der Zeit des rechten Hüftgelenk-Winkels. Die vertikale Achse zeigt den rechten Hüftgelenk-Winkel [Grad], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
6B zeigt die Signal-Wellenform des linken Hüftgelenk-Winkels und zeigt die Änderung über der Zeit des linken Hüftgelenk-Winkels. Die vertikale Achse zeigt den linken Hüftgelenk-Winkel [Grad], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
6C zeigt die Änderungen des Schwellenwerts für die Auslöse-Bestimmung, die für den linken Hüftgelenk-Winkel gilt. Die vertikale Achse zeigt den Winkel [Grad], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
6D zeigt die Signal-Wellenform der rechten Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und zeigt die Änderung über der Zeit der rechten Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit. Die vertikale Achse zeigt die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit [rad/s] und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
6E zeigt die Signal-Wellenform der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und zeigt die Änderung über der Zeit der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit. Die vertikale Achse zeigt die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit [rad/s], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
7A zeigt die Änderungen des Zählerwerts. Die vertikale Achse zeigt den Zählerwert [Zahl], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
7B zeigt die Änderungen des von dem rechten Motor 122 erzeugten Drehmoments. Die vertikale Achse zeigt das Drehmoment [N·m], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
7C zeigt die Änderungen des von dem linken Motor 121 erzeugten Drehmoments. Die vertikale Achse zeigt das Drehmoment [N·m], und die horizontale Achse zeigt die Zeit [s].
Wie oben beschrieben, ist der Betriebszustand zunächst auf den STOP-Zustand gesetzt. Wie in 6E gezeigt, wird nach ungefähr einer Sekunde ein positiver Wert für die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit detektiert. Dementsprechend geht zu dieser Zeit der Betriebszustand in den BEREIT-Zustand über. Hiernach nimmt, wie in 6A gezeigt, nach etwa 10 Sekunden der rechte Hüftgelenk-Winkel plötzlich monoton zu. Dies zeigt, dass das rechte Bein schwingt. Als Folge der Vorwärts-Bewegung des rechten Beins bewegt sich die Mittellinie des Oberkörpers 910 in der Richtung der Schwerkraft, die in 3 gezeigt ist, nach vorne, und daher nimmt, die in 6B gezeigt, der linke Hüftgelenk-Winkel relativ ab. Wenn dies passiert, wie in den 6B und 6C gezeigt, dann fällt der linke Hüftgelenk-Winkel unter den Schwellenwert der Auslöse-Bestimmung.
Wenn der linke Hüftgelenk-Winkel unter den Schwellenwert fällt, geht der Betriebszustand in den GO-Zustand über. Wie in 7A gezeigt, setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 einen Wert für den Zähler. Wie in den 7B und 7C gezeigt, wird die Unterstützungs-Kraft an den Oberschenkel des linken Beins und den Oberschenkel des rechten Beins geliefert, bis der Zähler 0 erreicht. Insbesondere steuert/regelt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den linken Motor 121 derart, dass er eine Unterstützungs-Kraft erzeugt, die an dem Oberschenkel des linken Beins nach unten und hinten drückt, und steuert/regelt den rechten Motor 122 derart, dass er eine Unterstützungs-Kraft erzeugt, die an dem Oberschenkel des rechten Beins nach oben und nach vorne drückt. Dementsprechend weist die Unterstützungs-Kraft, die auf den Oberschenkel des linken Beins wirkt, einen negativen Wert auf, und die Unterstützungs-Kraft, die auf den Oberschenkel des rechten Beins wirkt, weist einen positiven Wert auf. Wie in 7B gezeigt, wirkt die von dem rechten Motor 122 erzeugte Unterstützungs-Kraft wie eine halbe Periode einer Sinuskurve, die bis zur Mitte der Zählperiode graduell positiver wird und dann graduell weniger positiv wird. Andererseits wird, wie in 7C gezeigt, die von dem linken Motor 121 erzeugte Unterstützungs-Kraft bis zu der Mitte der Zählperiode graduell negativer und wird dann graduell weniger negativ.
In der oben beschriebenen Weise kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die Unterstützungs-Kraft für einen Schritt an den Oberschenkel des linken Beins und den Oberschenkel des rechten Bein bereitstellen. Durch Bereitstellen der Unterstützungs-Kraft an den Oberschenkel des linken Beins wird der linke Hüftgelenk-Winkel um etwa –20 [Grad] kleiner. Da das Austreten von der nach hinten auf den linken Oberschenkel wirkenden Unterstützungs-Kraft unterstützt wird, wird die Gangart korrigiert. Ferner wird durch Bereitstellen der Unterstützungs-Kraft an den Oberschenkel des rechten Beins in der vorliegenden Ausführungsform der rechte Hüftgelenk-Winkel um etwa 60 [Grad] erhöht. Da die Schwing-Unterstützung eine Zunahme in dem Knie-Beugewinkel hervorruft, wird die Gangart des Benutzers 900 korrigiert. Hiernach nimmt, nachdem sich der rechte Hüftgelenk-Winkel um etwa 30 [Grad] bewegt hat, der rechte Hüftgelenk-Winkel monoton ab und erreicht nach etwa 13 Sekunden annähernd 0 [Grad]. Anders ausgedrückt kehrt das rechte Bein, das nach vorne bewegt worden ist, in seine Ausgangsposition zurück. Hiernach nimmt nach etwa 15 Sekunden der rechte Hüftgelenk-Winkel erneut plötzlich monoton zu. Anders ausgedrückt beginnt die zweite Bewegung.
Die Schwingbewegung eines verletzten rechten Beins kann unnatürlicher sein als die Schwingbewegung eines gesunden rechten Beins. Dementsprechend können, wenn der Auslöse-Winkel für die Schwingbewegung des verletzten rechten Beins gesetzt wird, Fälle auftreten, in denen es unmöglich ist, den Unterstützungs-Betrieb zur korrekten Zeit zu beginnen. Somit kann, wenn das linke Bein, das gegenüber dem rechten Bein liegt, das der Rehabilitation unterzogen wird, gesund ist, dann der Auslöse-Winkel für die Austret-Bewegung des linken Beins gesetzt werden. Wenn die Bewegung des gesunden linken Beins das Detektionsziel ist, dann kann der Unterstützungs-Betrieb stabil gestartet werden. Es ist durch Experimente bestätigt worden, dass der Effekt des Schritt-Trainings maximiert wird, wenn das gesunde linke Bein als das Bein gesetzt wird, das Ziel der Auslöse-Bestimmung ist.
Beim Schritt-Training ist es möglich, ein Verfahren einzusetzen, das den Kniewinkel des Benutzers 900 als den Auslöser zum Bestimmen der Zeit verwendet, zu der die Unterstützungs-Kraft erzeugt werden soll. Jedoch ändert sich, wenn der Benutzer 900 sein rechtes Bein nach vorne bewegt, der Kniewinkel des linken Beins, das das Standbein ist, um einen kleinen Betrag. Anders ausgedrückt gibt es während des Schritt-Trainings keine Korrelation zwischen der Änderung des Kniewinkels des linken Beins und der Schwingbewegung des rechten Beins. Somit ist es schwierig, auf Grundlage des Kniewinkels des linken Beins angemessen die Zeit zu bestimmen, zu der die Unterstützungs-Kraft für das rechte Bein erzeugt werden soll. Andererseits nimmt, wie in 6A bis 6E gezeigt, der rechte Hüftgelenk-Winkel monoton als Folge des Bewegens des rechten Beins nach vorne zu, während der linke Hüftgelenk-Winkel relativ abnimmt. Anders ausgedrückt gibt es während des Schritt-Trainings keine Korrelation zwischen der Änderung des linken Hüftgelenk-Winkels und der Schwingbewegung des rechten Beins. Somit werden in der vorliegenden Ausführungsform die Hüftgelenk-Winkel als die Auslöser zum Bestimmen der Zeit verwendet, zu der die Unterstützungs-Kraft erzeugt wird. Da es eine Korrelation zwischen der Änderung des linken Hüftgelenk-Winkels und der Schwingbewegung des rechten Beins gibt, kann das rechte Bein mit der Unterstützungs-Kraft versorgt werden, indem der linke Hüftgelenk-Winkel als ein Auslöser verwendet wird. Anders ausgedrückt können das Bein, das als das Ziel für den Auslöse-Winkel dient, und das Bein, das als das Ziel für das Liefern der Unterstützungs-Kraft dient, verschieden sein.
8 ist ein Flussdiagramm, das den Gesamt-Ablauf des Schritt-Unterstützungsprozesses zeigt. In diesem Ablauf ist ST eine Variable, die den Betriebszustand der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 anzeigt. Hierbei zeigt 0 den STOP-Zustand an, 1 zeigt den BEREIT-Zustand an und 2 zeigt den GO-Zustand an. Dieser Ablauf wird gestartet, wenn die Leistungsversorgung der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 eingeschaltet wird.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 initialisiert den Betriebszustand der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 (Schritt S101). Insbesondere setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 0 für ST.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 führt den Parameter-Setzprozess durch (Schritt S102). Die Details des Parameter-Setzprozesses werden weiter unten beschrieben.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 erhält den linken Hüftgelenk-Winkel und den rechten Hüftgelenk-Winkel (Schritt S103). Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 erhält den linken Hüftgelenk-Winkel und den rechten Hüftgelenk-Winkel periodisch. Beispielsweise können diese Winkel alle 10 ms erhalten werden.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 erhält die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit (Schritt S104). Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 erhält die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit periodisch. Beispielsweise können diese Winkelgeschwindigkeiten alle 10 ms erhalten werden.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 führt den Zustands-Übergangsprozess durch (Schritt S105). Die Details des Zustands-Übergangsprozesses werden weiter unten beschrieben.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob End-Anweisungen erhalten worden sind (Schritt S106). Wenn End-Anweisungen nicht erhalten worden sind, geht der Prozess zu Schritt S103 über. Wenn End-Anweisungen erhalten worden sind (JA bei Schritt S106), wird der Prozess beendet und die Leistungsversorgung von der Batterie 102 wird gestoppt.
9 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Parameter-Setzprozesses zeigt. Durch Durchführen des Parameter-Setzprozesses setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den Unterstützungsplan für einen Schritt, bevor die Unterstützungs-Kraft bereitgestellt wird. Der Unterstützungsplan für einen Schritt umfasst die Richtung, Zeit und Stärke der bereitgestellten Unterstützungs-Kraft, wie weiter unten beschrieben werden wird.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 legt das Bein fest, das nicht mehr das Ziel der gelieferten Unterstützungs-Kraft ist, und ferner die Richtung, Zeit und Stärke der gelieferten Unterstützungs-Kraft (Schritt S201). Unter Verwendung des Beispiels des Schritt-Trainings, das unter Verwendung der 6A bis 6E und 7A bis 7C beschrieben wird, sind das rechte Bein und das linke Bein als die Beine festgelegt, die die Ziele für die gelieferte Unterstützungs-Kraft sind. Die Richtung der gelieferten Unterstützungs-Kraft ist auf die Beugerichtung für das rechte Bein und die Streckrichtung für das linke Bein festgelegt. Die Zeit, für die die Unterstützungs-Kraft geliefert wird, ist auf 0,8 Sekunden festgelegt, und die Stärke ist auf 4 N·m festgelegt.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 legt den Fuß fest, der das Ziel für die Auslöse-Bestimmung und die Richtung des Auslöse-Winkels sein soll (Schritt S202). Unter Verwendung des Beispiels des Schritt-Trainings, das unter Verwendung der 6A bis 6E und 7A bis 7C beschrieben wird, ist das rechte Bein als das Ziel der Auslöse-Bestimmung festgelegt, und die Streckrichtung ist als die Auslöse-Winkelrichtung festgelegt. Wenn die obigen Einstellungen abgeschlossen sind, kehrt der Prozess zu dem Hauptablauf zurück.
10 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Zustands-Übergangsprozesses zeigt. In diesem Ablauf ist, wie oben erklärt, ST eine Variable, die den Betriebszustand der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 anzeigt. Ferner ist T eine Variable, die die Unterstützungs-Kraft anzeigt. Ebenfalls ist d eine Variable, die die Richtung des Auslöse-Winkels für die bereitgestellte Unterstützungs-Kraft anzeigt, wobei 0 eine Streckung anzeigt und 1 eine Beugung anzeigt. Ferner ist Tr eine Variable, die ON/OFF (ein/aus) des Auslösers anzeigt, wobei 0 OFF anzeigt und 1 ON anzeigt. Zusätzlich zeigt θref einen Referenzwinkel an, der ein Referenz-Hüftgelenk-Winkel für das Bein ist, das das Auslöse-Bestimmungsziel ist, θcurt zeigt einen momentanen Winkel an, der der momentane Hüftgelenk-Winkel des Beins ist, das das Auslöse-Bestimmungsziel ist, W zeigt die Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit des Beins an, das das Auslöse-Bestimmungsziel ist, Thw zeigt den Schwellenwert der Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit an, C zeigt den momentanen Zählerwert an und Ccon zeigt einen vorherigen Zählerwert an.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob ST = 0 (Schritt S301). Wenn ST = 0, d. h. wenn der Betriebszustand der STOP-Zustand ist (JA bei Schritt S301), wird die Unterstützungs-Kraft nicht geliefert, und daher wird 0 für T gesetzt (Schritt S302). Dann wird zum Initialisieren des Referenzwinkels θref der momentane Winkel θcurt für den Referenzwinkel θref gesetzt (Schritt S303).
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist und ob W > Thw (Schritt S304). Unter Verwendung des Beispiels des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Schritt-Trainings, ist das Auslöse-Bestimmungsziel-Bein das linke Bein, und die Auslöse-Winkelrichtung ist die Streckung, und somit geht, wenn die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit W größer ist als der Schwellenwert Thw (JA bei Schritt S304), der Prozess zu dem folgenden Schritt S305 über. Da die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist, wird 0 für d gesetzt (Schritt S305), und 1 wird für ST gesetzt (Schritt S306), um den Betriebszustand in den BEREIT-Zustand zu überführen.
Wie oben beschrieben, wird in der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist, der Betriebszustand in den BEREIT-Zustand überführt, wenn W > Thw, und wird nicht unmittelbar in den BEREIT-Zustand überführt. Unter Verwendung des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Beispiels des Schritt-Trainings ist in einem Fall, in dem die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist, die Zeit, wenn W > Thw, die Zeit, wenn sich das linke Bein nach vorne bewegt. Als Beispiel wird unter der Bedingung, dass sich das linke Bein in die Streckrichtung bewegt, nachdem die Unterstützungs-Kraft einmal geliefert wird, die Unterstützungs-Kraft fälschlicherweise erneut eingewirkt, wenn das sich das linke Bein des Benutzers 900 weiter in die Streckrichtung bewegt. Anders ausgedrückt liegt das Problem vor, dass die Unterstützungs-Kraft mehrfach für einen einzelnen Schritt geliefert wird. Unter Verwendung der Bedingung, dass W > Thw, wird die Unterstützungs-Kraft nicht geliefert, es sei denn, dass der linke Fuß einmal nach vorne bewegt wird, und es ist somit möglich, das mehrfache Liefern der Unterstützungs-Kraft für einen einzelnen Schritt zu verhindern.
Wenn die Auslöse-Winkelrichtung nicht die Streckung ist, d. h. wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung ist, oder wenn W ≤ Thw (NEIN bei Schritt S304), dann bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt, ob die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung ist und ob W < Thw (Schritt S307). Wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung ist und W < Thw (JA bei Schritt S307), dann ist die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung, und somit wird 1 für d gesetzt (Schritt S308) und 1 wird für ST gesetzt (Schritt S306).
Wenn dies nicht der Fall ist, dass ST = 0, d. h. wenn der Betriebszustand nicht der STOP-Zustand ist (NEIN bei Schritt S301), bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, ob ST = 1 (Schritt S309). Wenn ST = 1, d. h. wenn der Betriebszustand der BEREIT-Zustand ist (JA bei Schritt S309), führt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den Schwellenwert-Berechnungsprozess und den Auslöse-Bestimmungsprozess durch (Schritt S310 und S311). Wenngleich unten detailliert erklärt, wird der Schwellenwert in Echtzeit berechnet, und der berechnete Schwellenwert wird in der Auslöse-Bestimmung verwendet. Unter Verwendung des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Beispiels des Schritt-Trainings, geht der Betriebszustand in den BEREIT-Zustand über, wenn sich das linke Bein nach vorne bewegt.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob Tr = 1 (Schritt S312). Wenn Tr = 1 (JA bei Schritt S312), dann wird Ccon für C gesetzt (Schritt S313). Unter Verwendung des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Beispiels des Schritt-Trainings wird ein Zählerwert entsprechend 0,8 ms eingesetzt. Dann wird, um in den Betriebszustand des GO-Zustands überzugehen, 2 für ST gesetzt (Schritt S314).
Wenn dies nicht der Fall ist, dass ST = 1, d. h. wenn der Betriebszustand nicht der BEREIT-Zustand ist (NEIN bei Schritt S309), bedeutet dies, dass der Betriebszustand der GO-Zustand ist. In diesem Fall liefert der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Unterstützungs-Kraft bis der vorbestimmte Zählerwert 0 erreicht. Insbesondere referenziert der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Drehmoment-Tabelle und bestimmt die Unterstützungs-Kraft gemäß dem momentanen Zählerwert (Schritt S315) und setzt 0 für Tr (Schritt S316). Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt dann, ob C = 0 (Schritt S317). Wenn C = 0 (JA bei Schritt S317), dann wird 0 für ST gesetzt (Schritt S318), um den Betriebszustand in den STOP-Zustand zu überführen. Wenn dies nicht der Fall ist, dass C = 0 (NEIN bei Schritt S317), dann wird C-1 für C gesetzt (Schritt S319).
Der Prozess kehrt zum Hauptablauf nach jedem der Schritte S306, S314, S318 oder S319 zurück, wenn eine „NEIN”-Bestimmung bei Schritt S307 gemacht wird, oder wenn eine „NEIN”-Bestimmung bei Schritt S312 gemacht wird.
11 ist ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Schwellenwert-Berechnungsprozesses zeigt. In diesem Ablauf ist d, wie oben beschrieben, eine Variable, die die Richtung des Auslöse-Winkels für das Liefern der Unterstützungs-Kraft anzeigt, und θref zeigt einen Referenzwinkel an, der ein Referenz-Hüftgelenk-Winkel für das Bein ist, das das Auslöse-Bestimmungsziel ist. Ferner zeigt θmax den maximalen Hüftgelenk-Winkel für das Auslöse-Bestimmungsziel-Bein an und θmin zeigt den minimalen Hüftgelenk-Winkel für das Auslöse-Bestimmungsziel-Bein an. Ferner zeigt θth den Schwellenwert für den Hüftgelenk-Winkel an, und θcon zeigt eine vorbestimmte Konstante an.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob d = 0 (Schritt S401). Wenn d = 0, d. h. wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist (JA bei Schritt S401), dann erhält der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den maximalen Hüftgelenk-Winkel θmax für das Auslöse-Bestimmungsziel-Bein (Schritt S402). Unter Verwendung des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Beispiels des Schritt-Trainings erhält der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den Maximalwert des linken Hüftgelenk-Winkels. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 setzt θmax für θref (Schritt S403) und setzt θref – θcon für θth (Schritt S404).
Hierbei könnte der Benutzer eine Person sein, die ihre Beine relativ weit auseinander spreizen kann oder könnte eine Person sein, die ihre Bein nicht weit auseinander spreizen kann. Dementsprechend gibt es Fälle, wenn der Schwellenwert θth ein fester Wert ist, in denen es für den Benutzer schwierig ist, sich weit genug zu bewegen, um den Schwellenwert θth zu übersteigen.
In der vorliegenden Ausführungsform ist der Schwellenwert θth variabel und wird dynamisch berechnet. Wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist, dann wird der Schwellenwert θth unter Verwendung des maximalen Hüftgelenk-Winkels θmax des Benutzers berechnet. Dementsprechend kann der Schwellenwert θth auf einen dem Benutzer entsprechenden Wert gesetzt werden. Auf diese Weise wird es möglich, Probleme zu vermeiden, wie beispielsweise, dass aufgrund von Variationen in den Bewegungen des Benutzers die Unterstützungs-Kraft nicht geliefert wird.
Wenn dies nicht der Fall ist, dass d = 0, d. h. wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung ist (NEIN bei Schritt S401), dann erhält der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den minimalen Hüftgelenk-Winkel θmin des Auslöse-Bestimmungsziel-Beins (Schritt S405). Unter Verwendung des unter Verwendung von 6A bis 6E und 7A bis 7C beschriebenen Beispiels des Schritt-Trainings erhält der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den Minimalwert des linken Hüftgelenk-Winkels. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 setzt θmin für θref (Schritt S406) und setzt θref + θcon für θth (Schritt S407).
Wie oben beschrieben, ist in der vorliegenden Ausführungsform der Schwellenwert θth variabel und wird dynamisch berechnet. Wenn die Auslöse-Bestimmungsrichtung die Beugung ist, dann wird der Schwellenwert θth unter Verwendung des minimalen Hüftgelenkwinkels θmin des Benutzers berechnet. Dementsprechend kann der Schwellenwert θth auf einen Wert gesetzt werden, der dem Benutzer entspricht. Auf diese Weise ist es möglich, Probleme zu vermeiden, wie beispielsweise, dass das aufgrund von Variationen in den Bewegungen des Benutzers die Unterstützungs-Kraft nicht bereitgestellt wird.
Wenn der Schwellenwert θth bei Schritt S404 oder Schritt S407 berechnet worden ist, kehrt der Prozess zu dem Hauptablauf zurück.
Wie oben beschrieben, verwendet der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den Schwellenwert für die Beugung, wenn eine Beugebewegung vorliegt, und verwendet den Schwellenwert für die Streckung, wenn eine Streckbewegung vorliegt. Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 berechnet den Schwellenwert für die Streckung unter Verwendung des Streckwinkels des Benutzers und berechnet den Schwellenwert für die Beugung unter Verwendung des Beugewinkels des Benutzers. Indem Schwellenwerte verwendet werden, die für die jeweiligen Bewegungen geeignet sind, ist es möglich, angemessen den Auslöse-Bestimmungsprozess durchzuführen, der weiter unten beschrieben wird.
12 zeigt ein Unter-Flussdiagramm, das den Ablauf des Auslöse-Bestimmungsprozesses zeigt. In diesem Ablauf ist d, wie oben beschrieben eine Variable, die die Auslöse-Winkelrichtung für das Liefern der Unterstützungs-Kraft anzeigt, und Tr ist eine Variable, die ON/OFF für den Auslöser anzeigt. Ferner zeigt θth den Schwellenwert für den Hüftgelenk-Winkel an, und θcurt zeigt den momentanen Winkel an, der der momentane Hüftgelenk-Winkel des Auslöse-Bestimmungsziel-Beins ist.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 bestimmt, ob d = 0 (Schritt S501). Wenn d = 0, d. h. wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Streckung ist (JA bei Schritt S501), dann bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, ob θcurt < θth (Schritt S502). Wenn θcurt < θth (JA bei Schritt S502), dann setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 1 für Tr (Schritt S503), um den Auslöser auf ON zu schalten. Wenn θcurt ≥ θth (NEIN bei Schritt S502), dann setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 0 für Tr (Schritt S504), um den Auslöser auf OFF zu schalten.
Wenn dies nicht der Fall ist, dass d = 0, d. h. wenn die Auslöse-Winkelrichtung die Beugung ist (NEIN bei Schritt S501), dann bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, ob θcurt > θth (Schritt S505). Wenn θcurt > θth (JA bei Schritt S505), dann setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 1 für Tr (Schritt S506), um den Auslöser auf ON zu schalten. Wenn θcurt ≤ θth (NEIN bei Schritt S505), dann setzt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 0 für Tr (Schritt S506), um den Auslöser auf OFF zu schalten (Schritt S507).
Nachdem ein Wert für Tr in einem der Schritte S503, S504, S506 oder S507 gesetzt wird, kehrt der Prozess zu dem Hauptablauf zurück.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 kann den Unterstützungsplan gemäß dem im Schritt-Training gemachten Fortschritt ändern. In diesem Fall kann der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 jedes Auswertungselement in dem Fortschritt mit jeweiligen Auswertungsreferenzen vergleichen, die zuvor gesetzt worden sind, und wenigstens eines aus der Zeit, für die die Unterstützungs-Kraft geliefert wird, und der Stärke der Unterstützungs-Kraft gemäß den Vergleichsergebnissen anpassen. Beispielsweise verkürzt in einem Fall, in dem jedes der Auswertungsergebnisse einen Wert zeigt, der höher als die entsprechende Auswertungsreferenz ist, der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Zeit, für die die Unterstützungs-Kraft geliefert wird und verringert die Stärke der Unterstützungs-Kraft. Durch ein graduelles Abschwächen der Unterstützungs-Kraft gemäß dem Fortschritt in dieser Weise kann erwartet werden, dass der Benutzer 900 dazu gebracht wird, durch seine eigene Kraft zu gehen. Andererseits wird, wenn Auswertungselemente vorliegen, die unter die Auswertungsreferenzen fallen, die Zeit, für die die Unterstützungs-Kraft geliefert wird, erhöht und die Stärke der Unterstützungs-Kraft ebenfalls erhöht. Auf diese Weise wird erwartet, dass dem Benutzer 900 eine angemessene Unterstützung bereitgestellt wird. In der oben geschilderten Weise, indem sämtliche der Auswertungselemente für den Fortschritt verwendet werden, kann die Genauigkeit der Auswertung des Fortschritts verbessert werden.
Andererseits kann der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Zeit anpassen, für die die Unterstützungs-Kraft geliefert wird, sowie die Stärke der Unterstützungs-Kraft, indem ein Teil der Auswertungselemente aus der Mehrzahl der Auswertungselement-Beispiele verwendet wird. Beispielsweise können die Amplitude des linken Hüftgelenk-Winkels und des rechten Hüftgelenk-Winkels verwendet werden, die jeweils ein Element sind, das eine starke Aussagekraft über den Fortschritt hat. Ferner kann durch eine Auswahl von dem Benutzer 900 bestimmt werden, welche Auswertungselemente verwendet werden. Wie oben beschrieben kann in einem Fall, in dem alle der Auswertungselemente für den Fortschritt verwendet werden, die Genauigkeit der Auswertung des Fortschritts verbessert werden, und somit kann der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, wenn alle der Auswertungselemente für den Fortschritt verwendet werden, die Schritt-Periode zum Bestimmen jedes Auswertungselements kürzer festlegen, als wenn nur ein Teil der Auswertungselemente verwendet wird.
Der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 kann die Anzahl der verwendeten Auswertungselemente gemäß dem Zustand des Fortschritts während des Schritt-Trainings ändern. Beispielsweise verwendet in der Ausgangsstufe des Schritt-Trainings der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 einen Teil der Auswertungselemente aus der Mehrzahl von Auswertungselement-Beispielen. In diesem Fall kann der Benutzer 900 langsam mit dem Schritt-Training in einer Weise fortfahren, dass er zunächst die Auswertungsreferenzen für diesen Teil der Auswertungselemente erfüllt. Andererseits verwendet in der letzten Stufe des Schritt-Trainings der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 alle der Auswertungselement-Beispiele. In diesem Fall kann der Benutzer 900 das Schritt-Training mit einem Erfolgserlebnis abschließen, indem er alle Auswertungsreferenzen für alle Auswertungselemente erfüllt.
In der obigen Beschreibung liefert der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Unterstützungs-Kraft nur für eine vorbestimmte Zeit, jedoch kann die Unterstützungs-Kraft geliefert werden, bis wenigstens einer aus dem linken Hüftgelenk-Winkel θ_L und dem rechten Hüftgelenk-Winkel θ_R einen vorbestimmten Hüftgelenk-Winkel erreicht. In der obigen Beschreibung ist der Schwellenwert θth variabel, aber er könnte auch fest sein. In diesem Fall, ist wie oben beschrieben, der Schwellenwert vorzugsweise relativ klein angesetzt, um Probleme zu vermeiden, wie beispielsweise, dass die Unterstützungs-Kraft aufgrund von Variationen in den Bewegungen des Benutzers nicht geliefert wird. In der obigen Beschreibung ist θcon eine vorbestimmte Konstante, es kann jedoch auch gemäß der Amplitude des Winkels oder des Referenzwinkels variabel sein.
In der obigen Beschreibung bestimmt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Zeit, zu der die Unterstützungs-Kraft erzeugt wird, indem entweder der linke Hüftgelenk-Winkel θ_L oder der rechte Hüftgelenk-Winkel θ_R verwendet werden, jedoch könnte er die Zeit, zu der die Unterstützungs-Kraft erzeugt wird, unter Verwendung von sowohl dem linken Hüftgelenk-Winkel θ_L als auch dem rechten Hüftgelenk-Winkel θ_R bestimmen. Beispielsweise kann der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Unterstützungs-Kraft erzeugen, wenn der linke Hüftgelenk-Winkel θ_L unterhalb eines Schwellenwerts für eine linke Streckunterstützung ist und der rechte Hüftgelenk-Winkel θ_R oberhalb eines Schwellenwerts für eine rechte Beugeunterstützung ist.
In der obigen Beschreibung liefert der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 die Unterstützungs-Kraft an beide Beine, er kann jedoch die Unterstützungs-Kraft auch an nur eines der Beine liefern. In diesem Fall kann das Bein, das das Ziel zum Liefern der Unterstützungs-Kraft ist, verschieden von dem Auslöse-Bestimmungsziel-Bein sein. Insbesondere kann der System-Steuer-/Regelabschnitt 201 den rechten Motor 122 gemäß dem Unterstützungsplan betreiben, wenn der linke Hüftgelenk-Winkel θ_L den Schwellenwert θth übersteigt, und kann den linken Motor 121 gemäß dem Unterstützungsplan betreiben, wenn der rechte Hüftgelenk-Winkel θ_R den Schwellenwert θth übersteigt. Mit dieser Konfiguration kann das gesunde Bein als des Auslöse-Bestimmungsbein festgelegt werden, und das verletzte Bein kann als das Bein festgelegt werden, das das Ziel des Lieferns der Unterstützungs-Kraft ist, wodurch die Belastung des Benutzers verringert wird.
In der obigen Beschreibung wird die Unterstützungs-Kraft an das rechte und linke Bein als Reaktion auf die Schwungbewegung des rechten Beins geliefert, jedoch kann die Unterstützungs-Kraft auch an das rechte und linke Bein als Reaktion auf die Rückkehrbewegung des rechten Beins geliefert werden. In diesem Fall kann das linke Bein als des Auslöse-Bestimmungsziel-Bein festgelegt werden, und die Beugerichtung kann als die Auslöse-Winkelrichtung festgelegt werden.
In der obigen Beschreibung ist ein Fall einer Rehabilitation des rechten Beins unter Verwendung der Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 als ein Beispiel gegeben, jedoch kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 offensichtlich auch für eine Rehabilitation des linken Beins verwendet werden. In diesem Fall kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die Zeit bestimmen, zu der die Unterstützungs-Kraft geliefert werden soll, indem der rechte Hüftgelenk-Winkel und die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit verwendet werden. Insbesondere bestimmt die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die Zeit, zu der die Unterstützungs-Kraft erzeugt werden soll, als die Zeit, zu der ein positiver Wert für die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit detektiert wird und der rechte Hüftgelenk-Winkel kleiner ist als der Auslöse-Bestimmungs-Schwellenwert. Die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 kann den rechten Motor 122 gemäß dem Unterstützungsplan betreiben, um das rechte Bein mit der Unterstützungs-Kraft zum Unterstützen der Streckbewegung zu versorgen, und kann den linken Motor 121 gemäß dem Unterstützungsplan betreiben, um das linke Bein mit der Unterstützungs-Kraft zum Unterstützen der Beugebewegung zu versorgen. Der für den linken Hüftgelenk-Winkel verwendete Schwellenwert und der für den rechten Hüftgelenk-Winkel verwendete Schwellenwert können voneinander verschieden sein. Ferner kann der Unterstützungsplan, der verwendet wird, wenn ein positiver Wert für die rechte Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit detektiert wird und der rechte Hüftgelenk-Winkel kleiner ist als der Auslöse-Bestimmungs-Schwellenwert, verschieden von dem Unterstützungsplan sein, der verwendet wird, wenn ein positiver Wert für die linke Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit detektiert wird und der linke Hüftgelenk-Winkel kleiner als der Auslöse-Bestimmungs-Schwellenwert ist. Die obige Beschreibung stellt ein Beispiel dar, in dem ein Bein des Benutzers 900 verletzt ist, jedoch kann in einem Fall, in dem beide Beine des Benutzers 900 verletzt sind, das Auslöse-Bestimmungsziel-Bein wie gewünscht gemäß dem Zustand jedes Beins festgelegt werden. Beispielsweise kann das Bein, das einen geringeren Lähmungsgrad aufweist, als das Auslöse-Bestimmungsziel festgelegt werden.
In der obigen Beschreibung bewirkt der System-Steuer-/Regelabschnitt 201, dass der linke Motor 121 und der rechte Motor 122 die gleiche Unterstützungs-Kraft zur gleichen Zeit liefern, jedoch kann auch bewirkt werden, dass der linke Motor 121 und der rechte Motor 122 unterschiedliche Unterstützungs-Kräfte liefern oder die Unterstützungs-Kraft zu verschiedenen Zeiten liefern. Indem die Unterstützungs-Kräfte und die Unterstützungs-Zeit für das linke Bein und das rechte Bein abhängig von dem Benutzer 900 angepasst werden, kann die Gangart angemessener korrigiert werden.
In der obigen Beschreibung wird die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 für ein Schritt-Training verwendet, sie kann jedoch auch zum statischen Gehen verwendet werden, womit das Gehen auf der Stelle gemeint ist. In diesem Fall können die Steuerung/Regelung, die zum Rehabilitieren des rechten Beins beschrieben worden ist, und die Steuerung/Regelung, die zum Rehabilitieren des linken Beins beschrieben worden ist, kombiniert werden. Ferner kann die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 für ein Training verwendet werden, in dem die Schrittweite keinen ganzen Schritt überspannt. In diesem Fall liefert die Schritt-Unterstützungsvorrichtung 100 die Unterstützungs-Kraft gemäß einem Unterstützungsplan für weniger als einen Schritt, der zuvor festgelegt wird.
In der obigen Beschreibung umfassen die historischen Informationen die Signal-Wellenform des linken Hüftgelenk-Winkels, die Signal-Wellenform des rechten Hüftgelenk-Winkels, die Signal-Wellenform der linken Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit und die Signal-Wellenform der rechten Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit, wenn jedoch die Berechnung des Auslöse-Bestimmungs-Schwellenwerts herangezogen wird, die für den linken Hüftgelenk-Winkel verwendet wird, muss lediglich die Signal-Wellenform des linken Hüftgelenk-Winkels enthalten sein.
Während die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben worden sind, so ist der technische Umfang der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Es ist dem Fachmann offensichtlich, dass verschiedene Änderungen und Verbesserungen zu den oben beschriebenen Ausführungsformen hinzugefügt werden können. Es ist aus dem Umfang der Ansprüche ferner ersichtlich, dass die mit solchen Änderungen oder Verbesserungen ergänzten Ausführungsformen in dem technischen Umfang der Erfindung eingeschlossen sind.
Die Vorgänge, Abläufe, Schritt und Stufen von jedem Prozess, der von einer Vorrichtung, einem System, Programm oder einem Verfahren durchgeführt wird, die/das in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen gezeigt ist, können in einer beliebigen Reihenfolge durchgeführt werden, solange die Reihenfolge nicht durch „vor” oder „bevor” oder ähnliches angezeigt ist und solange die Ausgabe von einem vorhergehenden Prozess nicht in einem späteren Prozess verwendet wird.
Wenngleich der Prozessablauf unter Verwendung von Begriffen wie „zuerst” oder „als nächstes” in den Ansprüchen, Ausführungsformen oder Diagrammen beschrieben ist, bedeutet dies nicht notwendigerweise, dass der Prozess in dieser Reihenfolge durchgeführt werden muss.
Bezugszeichenliste

100: Schritt-Unterstützungsvorrichtung, 101: Aktivierungsschalter, 102: Batterie, 103: Hüft-Rahmen, 104: Hüftgurt, 121: linker Motor, 122: rechter Motor, 131: linker Winkelsensor, 132: rechter Winkelsensor, 141: linker Oberschenkel-Rahmen, 142: rechter Oberschenkel-Rahmen, 151: linker Oberschenkel-Gurt, 152: rechter Oberschenkel-Gurt, 201: System-Steuer-/Regelvorrichtung, 211: Manipulationsabschnitt, 212: Speicher, 213: Eingabe/Ausgabe-Schnittstelle, 221: linke Steuer-/Regelschaltung, 222: rechte Steuer-/Regelschaltung, 231: linke Detektionsschaltung, 232 rechte Detektionsschaltung, 900: Benutzer, 901: linker Oberschenkel, 902: rechter Oberschenkel, 910: Oberkörper

Wenn eine Aktuator-Steuerung/Regelung unter Verwendung eines Gewichts auf der Unterseite des Fußes als Auslöser verwendet wird, muss der Fuß des Benutzers angemessen den Boden berühren, damit das Gewicht erfasst werden kann. Somit ist die Aktivierungsbedingung zum Starten der Aktuator-Steuerung/Regelung eingeschränkt und es ist beispielsweise für einen Rehabilitations-Patienten mit einem verletzten Bein schwierig, seine Schrittbewegung unter Verwendung dieser Schritt-Unterstützungsvorrichtung zu trainieren. Es ist eine Schritt-Unterstützungsvorrichtung bereitgestellt, umfassend einen Bereitstellungsabschnitt, der eine Hilfskraft für eine Schrittbewegung eines Benutzers bereitstellt; einen Detektionsabschnitt, der einen Hüftgelenk-Winkel detektiert, der ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenks des Benutzers ist; und einen Steuer-/Regelabschnitt, der ein Steuern/Regeln des Bereitstellungsabschnitts beginnt, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gemäß einem Unterstützungsplan, der zuvor für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2011-218026 [0002]

Claims

Schritt-Unterstützungsvorrichtung, umfassend: einen Bereitstellungsabschnitt, welcher eine Unterstützungs-Kraft für eine Schrittbewegung eines Benutzers bereitstellt; einen Detektionsabschnitt, welcher einen Hüftgelenk-Winkel detektiert, welcher ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenks des Benutzers ist; und einen Steuer-/Regelabschnitt, welcher mit einer Steuerung/Regelung beginnt, welche den Bereitstellungsabschnitt dazu veranlasst, die Hilfskraft bereitzustellen, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert überschreitet, gemäß einem Unterstützungsplan, welcher im Voraus für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt wird.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, umfassend: einen Speicherabschnitt, welcher als historische Informationen wenigstens eine Änderung über der Zeit des Hüftgelenk-Winkels während der Schrittbewegung speichert, wobei der Steuer-/Regelabschnitt den Schwellenwert auf Grundlage der historischen Informationen ändert.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Steuer-/Regelabschnitt den Unterstützungsplan auf Grundlage der historischen Informationen ändert.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Steuer-/Regelabschnitt als den Unterstützungsplan wenigstens eines aus einer Zeit, während welcher die Unterstützungs-Kraft bereitgestellt wird, und der Stärke der Unterstützungs-Kraft ändert.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuer-/Regelabschnitt gemäß dem Unterstützungsplan den Bereitstellungsabschnitt steuert/regelt, um die Unterstützungs-Kraft nur für eine vorbestimmte Zeit bereitzustellen oder die Unterstützungs-Kraft bereitzustellen, bis der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Winkel erreicht.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Steuer-/Regelabschnitt den Schwellenwert für eine Beugung verwendet, wenn die Schrittbewegung des Benutzers eine Beugebewegung des Benutzers ist, bei welcher ein Oberschenkel in Richtung eines Bauchbereichs angehoben wird, und den Schwellenwert für ein Strecken verwendet, wenn die Schrittbewegung des Benutzers eine Streckbewegung des Beins ist, bei welcher ein angehobener Oberschenkel abgesenkt wird.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Steuer-/Regelabschnitt den Schwellenwert für das Strecken auf Grundlage eines Streckwinkels des Benutzers berechnet und den Schwellenwert für eine Beugung auf Grundlage eines Beugungswinkels des Benutzers berechnet.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektionsabschnitt ebenfalls eine Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit des Benutzers detektiert, und der Steuer-/Regelabschnitt ein Steuern/Regeln des Bereitstellungsabschnitts beginnt, wenn eine zuvor festgelegte Bedingung für die Hüftgelenk-Winkelgeschwindigkeit ebenfalls erfüllt ist.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Bereitstellungsabschnitt einen linken Aktuator umfasst, welcher die Unterstützungs-Kraft einem linken Bein des Benutzers bereitstellt, sowie einen rechten Aktuator, welcher die Unterstützungs-Kraft einem rechten Bein des Benutzers bereitstellt, der Detektionsabschnitt einen linken Winkelsensor umfasst, welcher einen linken Hüftgelenk-Winkel des Benutzers detektiert, sowie einen rechten Winkelsensor, welcher einen rechten Hüftgelenk-Winkel des Benutzers detektiert, und der Steuer-/Regelabschnitt wenigstens einen aus dem linken Aktuator und dem rechten Aktuator gemäß dem Unterstützungsplan betreibt, wenn wenigstens einer aus dem linken Hüftgelenk-Winkel und dem rechten Hüftgelenk-Winkel den Schwellenwert übersteigt.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 9, wobei der Steuer-/Regelabschnitt wenigstens eines aus einer ersten Betriebs-Steuerung/Regelung, welche ein Betreiben des rechten Aktuators gemäß dem Unterstützungsplan umfasst, wenn der linke Hüftgelenk-Winkel den Schwellenwert übersteigt, und einer zweiten Betriebs-Steuerung/Regelung durchführt, welche ein Betrieben des linken Aktuators gemäß dem Unterstützungsplan umfasst, wenn der rechte Hüftgelenk-Winkel den Schwellenwert übersteigt.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der Steuer-/Regelabschnitt die erste Betriebs-Steuerung/Regelung durchführt, wenn das linke Bein eine Streckbewegung während der Schrittbewegung des Benutzers durchführt, und die zweite Betriebs-Steuerung/Regelung durchführt, wenn das rechte Bein eine Streckbewegung während der Schrittbewegung des Benutzers durchführt.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei der Steuer-/Regelabschnitt gemäß dem Unterstützungsplan als die erste Betriebs-Steuerung/Regelung den rechten Aktuator betreibt und ebenfalls den linken Aktuator betreibt, und gemäß dem Unterstützungsplan als die zweite Betriebs-Steuerung/Regelung den linken Aktuator betreibt und ebenfalls den rechten Aktuator betreibt.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der für den linken Hüftgelenk-Winkel verwendete Schwellenwert und der für den rechten Hüftgelenk-Winkel verwendete Schwellenwert voneinander verschieden sind.
Schritt-Unterstützungsvorrichtung nach Anspruch 10, wobei der für die erste Betriebs-Steuerung/Regelung verwendete Unterstützungsplan und der für die zweite Betriebs-Steuerung/Regelung verwendete Unterstützungsplan voneinander verschieden sind.
Computerlesbares Medium, welches darauf ein Schritt-Unterstützungsprogramm speichert, welches, wenn es von einem Computer ausgeführt wird, den Computer dazu veranlasst: einen Hüftgelenk-Winkel, welcher ein Apertur-Winkel eines Hüftgelenks eines Benutzers ist, zu detektieren; und eine Steuerung/Regelung zu beginnen, welche einen Bereitstellungsabschnitt dazu veranlasst, eine Unterstützungs-Kraft für eine Schrittbewegung bereitzustellen, um die Unterstützungs-Kraft bereitzustellen, wenn der Hüftgelenk-Winkel einen vorbestimmten Schwellenwert übersteigt, gemäß einem Unterstützungsplan, welcher im Voraus für die Schrittbewegung eines einzelnen Schritts des Benutzers festgelegt wird.