DE112009002665B4

DE112009002665B4 - Gehunterstützungsvorrichtung

Info

Publication number: DE112009002665B4
Application number: DE112009002665.6T
Authority: DE
Inventors: Yasushi Ikeuchi
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2008-11-06
Filing date: 2009-11-04
Publication date: 2017-11-23
Anticipated expiration: 2029-11-05
Also published as: DE112009002665T5; WO2010053086A1; JP5259553B2; US20110224586A1; KR101321801B1; US8591438B2; JP2010131382A; KR20110074876A

Abstract

Wenn man in der Gehunterstützungsvorrichtung (D) die Steifigkeit eines Abschnitts vom Benutzer (P) zum ersten Gelenk (20) als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk (20) zum zweiten Gelenk (24) als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk (24) zu einem der Füße des freien Beins des Benutzers (P) als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer (P) von dem Stützelement (10) gestützt wird, werden diese gesetzt als: (K1 + K31) < K2. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft in der Schwerkraftrichtung durch eine vertikale Verlagerung des anderen Abschnitts als des Hauptkörpers der Vorrichtung beeinträchtigt wird, und die Steuergenauigkeit der Unterstützungskraft wird dementsprechend verbessert, wodurch das vom Benutzer P empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird.

Description

Technisches Gebiet
Diese Erfindung betrifft eine Gehunterstützungsvorrichtung, insbesondere zur Bestimmung der Steifigkeit von Abschnitten der Vorrichtung, die am Unterleib eines Benutzers angebracht werden können, um dessen Gang zu unterstützen.
Technischer Hintergrund
Kürzlich bekannte Gehunterstützungsvorrichtungen zum Unterstützen des Gangs eines Benutzers enthalten zum Beispiel die eine gemäß der Technik, die unten in der Patentreferenz 1 ausgeführt ist.
Die Gehunterstützungsvorrichtung der Patentreferenz 1 ist ausgestattet mit einem Stützelement, das in der Lage ist, Benutzer zu stützen, Schuheinheiten, die in der Lage sind, Füße des Benutzers aufzunehmen, und Beingliedern, die mit dem Stützelement durch erste Gelenke verbunden sind und auch mit den Schuheinheiten durch zweite Gelenke verbunden sind, und die konfiguriert ist, um Unterstützungskräfte zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers stützen oder tragen, um hierdurch den Gang des Benutzers zu unterstützen.
Referenz zum Stand der Technik
Patentreferenz

Patentreferenz 1: Japanische offengelegte Patentanmeldung 2007-20909

Zusammenfassung der Erfindung
Von der Erfindung zu lösende Probleme
In der Gehunterstützungsvorrichtung der Patentreferenz 1 kann diese aufgrund oben beschriebenen Konfiguration den Gang des Benutzers unterstützen. Weil jedoch nicht klar ist, wie die Steifigkeit jedes Elements der Vorrichtung bestimmt werden soll, bleibt noch immer Platz für Verbesserung im Hinblick auf das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, dieses Problem zu überwinden, indem eine Gehunterstützungsvorrichtung angegeben wird, die Unterstützungskräfte erzeugen kann, welche zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers durch Beinglieder unterstützen, wobei die Steifigkeit jedes Elements der Vorrichtung geeignet bestimmt wird, um hierdurch das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl zu verbessern.
Mittel zur Lösung der Probleme
Zur Lösung der obigen Aufgabe ist, wie unten erwähnten Anspruch 1 genannt, diese Erfindung so konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung aufweist, die ein Stützelement aufweist, das zum Stützen eines Benutzers ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten, die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern, die jeweils mit dem Stützelement durch ein erstes Gelenk verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten durch ein zweites Gelenk verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers zum ersten Gelenk als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk zum zweiten Gelenk als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zu einem der Füße eines freien Beins des Benutzers als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer von dem Stützelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: (K1 + K31) < K2.
Wie in der Gehunterstützungsvorrichtung, die im unten erwähnten Anspruch 2 genannt wird, angegeben ist ein Verhältnis einer Summe der Steifigkeit K1 und der Steifigkeit K31 zur Steifigkeit K32 als 1:2 oder dort herum definiert.
Wie im unten erwähnten Anspruch 3 genannt, ist diese Erfindung so konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung aufweist, die ein Stützelement aufweist, das zum Stützen eines Benutzers ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten, die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern, die jeweils mit dem Stützelement durch ein erstes Gelenk verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten durch ein zweites Gelenk verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers zum ersten Gelenk als K1 [N/m] definiert, und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zum Boden als K32 [N/m] definiert, wenn der Benutzer vom Stützelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: K1 < K32.
Wirkungen der Erfindung
In Anspruch 1 ist sie so konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung aufweist, die ein Stützelement aufweist, das zum Stützen eines Benutzers ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten, die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern, die jeweils mit dem Stützelement durch ein erstes Gelenk verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten (12) durch ein zweites Gelenk verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers zum ersten Gelenk als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk zum zweiten Gelenk als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zu einem der Füße eines freien Beins des Benutzers als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer von dem Stützelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: (K1 + K31) < K2. Hiermit kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft durch die Auf- und Abverlagerung der Schwerkraftrichtung eines anderen Abschnitts als des ersten Gelenks zum zweiten Gelenk beeinflusst wird, d. h., eines anderen Abschnitts als eines Hauptkörpers der Vorrichtung, und die Steuergenauigkeit der Unterstützungskraft wird dementsprechend verbessert, wodurch das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird.
Bei der in Anspruch 2 genannten Gehunterstützungsvorrichtung ist ein Verhältnis einer Summe der Steifigkeit K1 und der Steifigkeit K31 zur Steifigkeit K32 als 1:2 oder dort herum definiert. Hiermit kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft durch die Verlagerung eines anderen Abschnitts als des Hauptkörpers der Vorrichtung beeinflusst wird.
In Anspruch 3 ist sie so konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung aufweist, die ein Stützelement aufweist, das zum Stützen eines Benutzers ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten, die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von. Beingliedern, die jeweils mit dem Stützelement durch ein erstes Gelenk verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten durch ein zweites Gelenk verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers zum ersten Gelenk als K1 [N/m] definiert, und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zum Boden als K32 [N/m] definiert, wenn der Benutzer vom Stützelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: K1 < K32. Hiermit wird es möglich, das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl zu verbessern. Insbesondere wird es möglich, ein Auf- und Abschwingen der Vorrichtung in der Schwerkraftrichtung zu verringern, wodurch das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird, obwohl die auf die Fußseite (Schuheinheit-Seite) wirkende Last stärker variiert als die auf das Stützelement 10 wirkende Last, da sie so konfiguriert ist, dass sie als K1 < K32 gesetzt werden, d. h. sie so konfiguriert ist, dass in der Schwerkraftrichtung die den Fuß enthaltende Unterseite, die den Boden kontaktiert, eine höhere Steifigkeit hat (härter ist) als die Oberseite. Da ferner das Auf- und Abschwingen der Vorrichtung in der Schwerkraftrichtung verringert werden kann, wenn z. B. der Verwender die Füße auf einen Platz stellt, lässt sich verhindern, dass die Vorrichtung in der Schwerkraftrichtung auf- und abschwingt.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Perspektivansicht einer Gehunterstützungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung.
2 ist eine Seitenansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung.
3 ist eine Vorderansicht der in 1 gezeigten Vorrichtung.
4 ist eine seitliche Schnittansicht eines Antriebsmechanismus, eines ersten Glieds und von anderen in 1 gezeigten Komponenten etc.
5 ist eine vereinfachte Erläuterungsansicht, die die in 1 etc. gezeigte Vorrichtung zeigt, und 5(b) ist eine weiter vereinfachte Erläuterungsansicht.
6 ist ein Blockdiagramm, das die Unterstützungssteuerung der in 1 gezeigten Vorrichtung zeigt.
7. zeigt ein Simulation von Daten, die eine Reaktion der Unterstützungskraft in Bezug auf eine Schrittverlagerungseingabe eines Fußes etc. zeigt, in dem Fall, wo die in 1 gezeigte Vorrichtung etc. in ihrer Steifigkeit so konfiguriert ist, wie in 5 gezeigt.
Beschreibung der Ausführung
Nun wird eine Ausführung zum Ausführen einer Gehunterstützungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen erläutert.
Ausführung
1 ist eine Perspektivansicht einer Gehunterstützungsvorrichtung gemäß einer Ausführung der Erfindung, 2 ist eine Seitenansicht davon und eine 3 ist eine vordere Ansicht davon.
Die Erläuterung erfolgt in Bezug auf die 1 bis 3. Die Gehunterstützungsvorrichtung D umfasst ein Stützelement 10, das zur Befestigung an einem Benutzer P ausgelegt ist, um den darauf rittlings sitzenden Benutzer P zu stützen, ein Paar von linken und rechten Schuheinheiten 12, die von den linken und rechten Füßen des Benutzers zu tragen sind, ein Paar von linken und rechten Beingliedern 14, die zwischen dem Stützelement 10 und den Schuheinheiten 12 vorgesehen sind, und Antriebsmechanismen 16. Die Gehunterstützungsvorrichtung D wird am Unterleib des Benutzers P mit einem Gurt (nicht gezeigt) befestigt, der an dem Stützelement 10 vorgesehen ist, um den Gang des Benutzers P zu unterstützen.
Die linken und rechten Beinglieder 14 sind aus Aluminium hergestellt. Jedes umfasst ein erstes Glied (Oberschenkel) 22, das mit dem Stützelement 10 durch ein erstes Gelenk 20 (entsprechend dem menschlichen Hüftgelenk) verbunden ist, ein zweites Glied (Unterschenkel) 26, das mit der zugeordneten Schuheinheit 12 durch ein zweites Gelenk 24 (entsprechend dem menschlichen Knöchelgelenk) verbunden ist, und ein drittes Gelenk 30 (entsprechend dem menschlichen Knie), dass das erste Glied 22 mit dem zweiten Glied 26 verbindet.
Das erste Glied 22 und das zweite Glied 26 des Beinglieds 14 sind mit dem zugeordneten Antriebsmechanismus 16 verbunden, der diese relativ zueinander, mit dem dritten Gelenk 30 als Schwenkpunkt (d. h., um das dritte Gelenk 30 herum), bewegt (antreibt).
Das Stützelement 10 umfasst einen sattelartigen Sitz 10a, auf dem der Benutzer P rittlings sitzen kann, einen Stützrahmen 10b, der in der Nähe des Sitzes 10a angeordnet ist, um diesen zu tragen, und eine Rückenlehne 10c, die von dem Tragrahmen 10b über das Hinterende (bei Betrachtung vom Benutzer P) des Sitzes 10a hochsteht, um den unteren Rücken des Benutzers P zu berühren. Ein Griff 10d, den der Benutzer P ergreifen kann, ist an der Rückenlehne 10c angebracht.
Wie am Besten in 2 gezeigt, ist der Stützrahmen 10b des Stützelements 10 insgesamt nach vorne geneigt (in der Vorwärtsbewegungsrichtung, wenn die Vorrichtung D am Benutzer P befestigt ist). Der Sitz 10a ist aus Polstermaterial hergestellt, und der Stützrahmen 10b und die Rückenlehne 10c sind aus Materialien mit höherer Steifigkeit als der Sitz 10a hergestellt.
Die ersten Gelenke 20, die die Beinglieder 14 und das Stützelement 10 verbinden, umfassen jeweils eine bogenförmige Führungsschiene 32, die an dem Stützelement 10 befestigt ist, und einen Schlitten 34, der mit der Führungsschiene 32 in Eingriff steht und am einen Ende des zugeordneten Beinglieds 14 befestigt ist. Die Führungsschienen 32 und die Schlitten 34 sind aus Aluminium hergestellt.
An jedem Schlitten 34 sind eine Mehrzahl von Rollen 36 angebracht. Die Rollen 36 sitzen in einer in der Führungsschiene 32 ausgebildeten Nut, um entlang der Nut zu rollen. Daher steht, wie in 2 gezeigt, Jeder Schlitten 34 mit der zugeordneten Führungsschiene 32 in Eingriff, so dass es sich entlang dieser bewegen kann.
In anderen Worten, jedes Beinglied 14 ist so konfiguriert, dass es um die Krümmungsmitte 32a (Schwenkpunkt) der zugeordneten Führungsschiene 32 in der Längsrichtung des Stützelements 10 schwenken kann. Darüber hinaus sind die Führungsschienen 32 an der Rückenlehne 10c des Stützelements 10 durch eine Tragwelle 32b schwenkbar gelagert, die so angebracht ist, dass sie sich in der Längsrichtung des Stützelements 10 erstreckt, um hierdurch zu ermöglichen, dass die Führungsschienen 32 um die Tragwelle 32b herum in der seitlichen Richtung des Stützelements 10 schwenken.
Somit sind die Beinglieder 10 derart konfiguriert, dass vorwärts und rückwärts (in er Laufrichtung des Benutzers P) um die Krümmungsmitten 32a der Führungsschienen 32 als den Schwenkpunkten schwenken können, so dass dann, wenn der Wirkpunkt des Oberkörpergewichts des Benutzers P relativ zum Stützelement 10 vor die Schwenkpunkte 32a verschoben wird, so dass sich das Stützelement 10 nach vorne hin absenkt, der Wirkpunkt des Körpergewichts unter dem Schwenkpunkt 32a nach hinten verlagert wird, da die Schwenkpunkte 32a in der Schwerkraftrichtung oberhalb des Stützelements 10 angeordnet sind, wodurch der Längsabstand zwischen dem Schwenkpunkt 32a und dem Wirkpunkt des Körpergewichts verkürzt wird, um hierdurch das auf das Stützelement 10 wirkende Drehmoment zu reduzieren.
Wenn sich dann der Wirkpunkt des Körpergewichts so weit wie direkt unter dem Schwenkpunkt 32a bewegt hat, wird das auf das Stützelement 10 wirkende Drehmoment 0, und das Stützelement 10 wird stabil. Somit konvergiert das Stützelement 10 durch sich selbst auf den stabilen Zustand, so dass sich das Stützelement 10 am Ort des Schritts des Benutzers P nicht nach vorne oder hinten verschiebt.
Die Führungsschienen 32 sind um den Schwenkpunkt (die Tragwelle) 32b herum seitlich (relativ zur Laufrichtung des Benutzers P) schwenkbar, so dass die Beinglieder 14 seitlich schwenken können, damit es dem Benutzer P möglich gemacht wird, die Beine willentlich nach außen zu verschwenken.
Jede der Schuheinheiten 12 umfasst einen Schuh 12a, der vom Fuß des Benutzers P zu tragen ist, ein (bei Betrachtung von vorne nach hinten entlang dem Laufweg des Benutzers P blickend) L-förmiges Verbindungselement 12b, das aus Carbonmaterial hergestellt ist und in dem Schuh 12a angebracht, um zu ermöglichen, dass der entsprechende Fuß des Benutzers P darauf steht, und eine Innensohle 12c aus Urethangummi oder ähnlichem elastischem Gummimaterial, die auf der Oberseite des Verbindungselements 12b aufliegt. Das zweite Glied 26 jedes Beinglieds 14 ist mit dem zugeordneten Verbindungselement 12b durch das zugeordnete zweite Gelenk 24 mit triaxialer Struktur verbunden.
4 ist eine seitliche Schnittansicht der Antriebsmechanismen 16 und des zugeordneten ersten Glieds 22 etc.
Der Antriebsmechanismus 16 umfasst einen Aktuator (Elektromotor) 42, der nahe einem Ende des ersten Glieds 22 angeordnet ist, eine Ausgangswelle 42b, die die Drehung des Aktuators 42 durch einen Drehzahluntersetzer 42a ausgibt, einen Antriebskurbelarm 44, der an der Ausgangswelle 42b befestigt ist, und einen Abtriebskurbelarm 46, der an dem zweiten Glied 26 koaxial zu einer Gelenkwelle 30a des dritten Gelenks 30 befestigt ist.
Der Antriebskurbelarm 44 und der Abtriebskurbelarm 46 sind durch das erste Glied 22 miteinander verbunden. Insbesondere ist das erste Glied 22 durch eine Verbindungsstange 22a eingeschlossen, die am einen Ende durch ein Gelenk 22b an dem Antriebskurbelarm 44 und am anderen Ende durch ein Gelenk 22c an dem Abtriebskurbelarm 46 schwenkbar angebracht ist, um hierdurch drehbare Verbindungen herzustellen. Insbesondere ist das erste Glied 22 als Viereckkette aufgebaut, umfassend das erste Glied 22, den Antriebskurbelarm 44, die Verbindungsstange 22a und den Abtriebskurbelarm 46.
Wie in 4 gezeigt, ist das erste Glied 22 derart angeordnet, dass eine Linie, die so gezogen ist, dass sie sein Gelenk 22b auf dem Antriebskurbelarm 44 mit seinem Gelenk 22c an dem Abtriebskurbelarm 46 verbindet, eine Linie schneidet, die so gezogen ist, dass sie die Ausgangswelle 42b des Aktuators 42 mit der Gelenkwelle 30a des dritten Gelenks 30 verbindet. Eine Batterie 50, die in einem Deckel 22d des ersten Glieds 22 aufgenommen ist, liefert Energie zum Betreiben des Aktuators 42 und dergleichen.
Als nächstes wird die Gehunterstützungssteuerung zum Unterstützen des Gangs des Benutzers P erläutert. Merke, dass der Benutzer P den Schritt erzeugt, indem er eine freie Beinperiode (d. h., eine Einbein-Stützperiode, während der eines der zwei Beine mit dem Boden in Kontakt steht und das andere davon das freie Bein ist), und eine Standperiode (d. h., eine Zweibein-Stützperiode, während der beide Beine mit dem Boden in Kontakt stehen), wiederholt.
Jede Schuheinheit 12 ist an der Unterseite ihrer Innensohle 12c mit einem Paar von vorderen und hinteren einachsigen Kraftsensoren 60 versehen, die Ausgangssignale erzeugen, die proportional zu den Lasten sind, die auf den mittleren Zeh (MP (metacarpophalangial) Gelenk) Bereich und den Fersenbereich des Fuß des Benutzers P wirken. Zusätzlich enthält jedes zweite Gelenk 24 einen zweichachsigen Kraftsensor 62, der ein Ausgangssignal erzeugt, das proportional zu der Kraft ist, die auf das zweite Gelenk 24 wirkt (resultierende der Kräfte, die durch die Gewichte des Stützelements 10 und des zugeordneten Beinglieds 14 erzeugt werden).
Die Ausgangssignale der Sensoren 60 und 62 werden zu einem Controller 64 geschickt, der in dem Stützrahmen 10b des Stützelements 10 ausgenommen ist. Der Controller 64 umfasst einen Microcomputer, ausgestattet mit CPU, ROM, RAM und Eingangs-Ausgangs(I/O)-Anschlüssen, und führt eine Unterstützungssteuerung/Regelung durch, um Unterstützungskräfte zu erzeugen, die den Gang des Benutzers P unterstützen.
Insbesondere multipliziert der Controller 64 den vorab eingestellten Wert der Unterstützungskräfte mit einem Anteil (Proportion) der auf den Fuß des Benutzers P wirkenden Gesamtlast, die von dem einzelnen Fuß getragen wird, berechnet aus den Ausgangssignalen der Kraftsensoren 16, und definiert die erhaltenen Produkte als die Sollwerte der Unterstützungskräfte, die von den jeweiligen Beingliedern 14 erzeugt werden sollen. Wenn z. B. die Last (das Gewicht) der Vorrichtung D 60 (N) ist und die Unterstützungskraft 30 (N) ist, wird der Wert auf 90 (N) gesetzt.
Jede Unterstützungskraft wirkt entlang der Linie in 2 (mit L1 bezeichnet; nachfolgend manchmal „Referenzlinie” genannt), welche den Längsschwenkpunkt 32a des Beinglieds 14 im ersten Gelenk 20 und den Längsschwenkpunkt des Beinglieds 14 im zweiten Gelenk 24 verbindet. So erfasst der Controller 64 die aktuelle Unterstützungskraft, die entlang der Referenzlinie L1 wirkt, basierend auf dem Ausgangssignal des Kraftsensors 42, und regelt durch rückkoppelnde Regelung wie etwa die PD Regelung den Betrieb der Antriebsmechanismen 16, insbesondere die Stromzufuhr zu dem Aktuator 42 so, dass die erfasste aktuelle Unterstützungskraft gleich dem Sollwert wird.
Insbesondere wenn, wie später in 6 aufgezeigt, der Benutzer P auf dem Sitz 10a des Stützelements 10 sitzend gestützt wird, betreibt der Controller 64 die Aktuatoren 42 der Antriebsmechanismen 16, um eine Relativbewegung zwischen den ersten Gliedern 22 und den zweiten Gliedern 26 der Beinglieder 14 und die Gelenkwellen 30a der dritten Gelenke 30 herum zu erzeugen, um hierdurch dem Benutzer G beim Gehen zu helfen, indem Stützkräfte erzeugt werden, d. h. Unterstützungskräfte, um zumindest einen Teil des Körpergewichts des Benutzers P zu tragen.
Die in den Beingliedern 14 erzeugten Unterstützungskräfte werden durch das Stützelement 10 auf den Rumpf des Benutzers P übertragen, um dessen Gang zu unterstützen, indem die auf die Beine des Benutzers P wirkende Last verringert wird. Der Benutzer P ist vielleicht ein Arbeiter in einer Fabrik oder dergleichen, der in stehender Haltung arbeitet.
Die Gehunterstützungsvorrichtung D gemäß dieser Ausführung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steifigkeit jedes Elements der Vorrichtung D geeignet bestimmt wird, um hierdurch das vom Benutzer empfundene Unterstützungsgefühl zu verbessern.
Um dies zu erläutern, ist 5(a) eine vereinfachte Erläuterungsansicht, die die in 1 gezeigte Vorrichtung D etc. zeigt, und 5(b) ist eine weiter vereinfachte Erläuterungsansicht. 6 ist ein Blockdiagramm, das die vorgenannte Unterstützungssteuerung zeigt, und 7 ist eine Simulation von Daten, die eine Reaktion der Unterstützungskraft in Bezug auf eine Schrittverlagerungseingabe eines Fußes etc. zeigt.
Wie in 5 gezeigt, ist die Vorrichtung D gemäß dieser Ausführung derart konfiguriert, dass, wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Benutzer P, genauer gesagt von dessen Schwerpunkt, zum ersten Gelenk 20 als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts von dem ersten Gelenk 20 zum zweiten Gelenk 24 als K2 [N/m] definiert, und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zu einem Fuß des freien Beins (das den Boden nicht berührt) des Benutzers P als K13 [N/m] definiert, wenn der Benutzer P von dem Stützelement 10 gestützt wird (darauf sitzt), diese so gesetzt werden, dass (K1 + K31) < K2.
Genauer gesagt, in 5 repräsentiert die Steifigkeit K1 eines Verbindungsabschnitts zwischen der Oberseite der Vorrichtung D und dem Becken die Steifigkeit des Sitzes 10a des Stützelements 10 und jene vom Gesäß des Benutzers P (oder einer durchschnittlichen Person) oder dergleichen. Auch repräsentiert die Steifigkeit K31 oder K32 des Abschnitts von der Unterseite der Vorrichtung D zum Boden oder den Füßen des Benutzers P die Steifigkeit des Verbindungselements 12b, der Innensohle 12c, des Fußes des Benutzers oder dergleichen.
Ferner ist die Vorrichtung D gemäß dieser Ausführung derart konfiguriert, dass, wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Benutzer P, insbesondere von dessen Schwerpunkt, zum ersten Gelenk 20 als K1 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk 24 zum Boden, insbesondere eines Abschnitts vom zweiten Gelenk 24 zum Fußboden (oder dem Boden), während der Standperiode als K32 [N/m] definiert, diese so gesetzt sind, dass K1 < K32.
Es sollte angemerkt werden, dass, wie in 5 gezeigt, die Steifigkeit Kn eine Federkonstante repräsentiert, d. h. die Last [N], die auf eine Feder wirkt, und die hierdurch erzeugte Biegung [m]. Da ferner in 5 die Härte etc. des Körpers des Benutzers P in der Umgebung oder unter dem Becken in Abhängigkeit von Individuen differiert, wird ein experimentell erhaltener Durchschnittswert angewendet.
Wenn man definiert, das ein Verhältnis einer Summe (K1 + K31) der Steifigkeiten der Ober- und Unterseiten der Vorrichtung D zur Steifigkeit K2 eines Hauptkörpers der Vorrichtung D in der in 6 gezeigten Konfiguration 1:2 oder 2:1 ist, ist 7 eine Simulation von Daten, die eine Reaktion der Unterstützungskraft in Bezug auf eine Schrittverlagerungseingabe eines anderen Abschnitts als des Hauptkörpers zeigt, d. h. den Fuß unter dem Schwerpunkt des Benutzers. Die Unterstützungskraft bezeichnet einen Wert, der mit der Konfiguration in 6 erhalten werden soll.
Wie aus der Figur ersichtlich, verändert sich die Unterstützungskraft stark, wenn das Verhältnis einer Summe der Steifigkeiten der Ober- und Unterseiten der Vorrichtung D zur Steifigkeit von dessen Hauptkörper 2:1 definiert wird. Wenn andererseits das Verhältnis als 1:2 definiert wird, ändert sich die Unterstützungskraft nicht stark. In dem Fall, wo das Verhältnis auf 1:2 oder dort herum gelegt wird, beeinflusst es somit die Unterstützungskraft kaum, auch wenn ein anderer Abschnitt als der Hauptkörper, d. h. der Fuß unter dem Schwerpunkt des Benutzers P ein wenig bewegt wird, und dementsprechend wird die Steuergenauigkeit verbessert, wodurch das vom Benutzer P empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird.
Wie oben gesagt, ist diese Ausführung derart konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung (D) aufweist, die ein Stützelement (10) aufweist, das zum Stützen eines Benutzers (P) ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten (12), die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern (14), die jeweils mit dem Stützelement (10) durch ein erstes Gelenk (20) verbunden sind und mit jedem der Schuheinheiten (12) durch ein zweites Gelenk (24) verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers (P) stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers (P), wenn man genauer gesagt vom Schwerpunkt des Benutzers, zum ersten Gelenk (20) (in anderen Worten die Steifigkeit eines Abschnitts oberhalb des ersten Gelenks (20) in der Schwerkraftrichtung) als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk (20) zum zweiten Gelenk (24) als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk (24) zu einem der Füße des freien Beins des Benutzers (P) (in anderen Worten die Steifigkeit eines Abschnitts unterhalb des zweiten Gelenks (24) in der Schwerkraftrichtung) als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer (P) von dem Stützelement (10) gestützt wird, diese gesetzt werden als: (K1 + K31) < K2. In anderen Worten, sie ist so konfiguriert, dass die Steifigkeit K1 + K31 der oberen und unteren Seitenabschnitte, d. h. Abschnitten in der Nähe des Benutzers P, der Vorrichtung D in der Schwerkraftrichtung kleiner, d. h. weicher gemacht wird als die Steifigkeit K2 des Hauptkörpers der Vorrichtung D. Hiermit kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft durch die Verlagerung eines anderen Abschnitts als des Hauptkörpers der Vorrichtung D beeinflusst wird, und dementsprechend wird die Steuergenauigkeit der Unterstützungskraft verbessert, um hierdurch das vom Benutzers P empfundene Unterstützungsgefühl zu verbessern.
Insbesondere wenn ein Verhältnis der Summe der Steifigkeiten K1 und K31 zur Steifigkeit K2, d. h. ein Verhältnis der Summe der Steifigkeiten K1 und K31 der Ober- und Unterseiten der Vorrichtung D in der Schwerkraftrichtung zur Steifigkeit K2 des Hauptkörpers als 1:2 definiert wird, kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft durch die Verlagerung eines anderen Abschnitts als des Hauptkörpers der Vorrichtung D beeinträchtigt wird.
Ferner ist diese Ausführung so konfiguriert, dass sie eine Gehunterstützungsvorrichtung (D) aufweist, die ein Stützelement (10) aufweist, das zum Stützen eines Benutzers (P) ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten (12), die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern (14), die jeweils mit dem Stützelement (10) durch ein erstes Gelenk (20) verbunden sind und mit jedem der Schuheinheiten (12) durch ein zweites Gelenk (24) verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers (P) stützt, um den Gang des Benutzers zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers (P) zum ersten Gelenk, insbesondere von dessen Schwerpunkt zum ersten Gelenk (20), als K1 [N/m] definiert, und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk zum Boden als K32 [N/m] definiert, wenn der Benutzer vom Stützelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: K1 < K32. Hiermit wird es möglich, das vom Benutzer P empfundene Unterstützungsgefühl zu verbessern.
Insbesondere wird es möglich, ein Auf- und Abschwingen der Vorrichtung D in der Schwerkraftrichtung zu verringern, obwohl die auf den Fuß (den Schuh 12) wirkende Last stärker variiert als die auf das Stützelement 10 wirkende Last, da sie so konfiguriert ist, dass sie auf K1 < K32 gesetzt werden, d. h. so konfiguriert ist, dass in der Schwerkraftrichtung die Unterseite, die den den Boden kontaktierenden Fuß enthält, eine höhere Steifigkeit hat (härter ist) als die Oberseite, wodurch das vom Benutzer P empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird. Da ferner das Auf- und Abschwingen der Vorrichtung D in der Schwerkraftrichtung verringert werden kann, wenn z. B. der Benutzer P die Füße auf einen Platz stellt, lässt es sich verhindern, dass die Vorrichtung D in der Schwerkraftrichtung auf- und abschwingt.
Da andererseits die Oberseite der Vorrichtung D eine geringere Steifigkeit hat (weicher ist) als die Unterseite davon in der Schwerkraftrichtung, wird es möglich, den Benutzer P ein weiches Unterstützungsgefühl zu geben, um hierdurch das Unterstützungsgefühl weiter zu verbessern.
Obwohl diese Erfindung in Bezug auf eine Ausführung erläutert worden ist, ist diese Erfindung nicht auf die Ausführung beschränkt. Zum Beispiel ist das Stützelement 10 nicht auf eine Struktur beschränkt, die die Verwendung in einer sitzenden Haltung ermöglicht, sondern kann auch eine Struktur haben, die einen Gurt verwendet, wie etwa in der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-187348 gelehrt wird.
Industrielle Anwendbarkeit
Wenn man gemäß dieser Erfindung in der Gehunterstützungsvorrichtung die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers (P) zum ersten Gelenk (20) als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk (20) zum zweiten Gelenk (24) als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk (24) zu einem der Füße des freien Beins des Benutzers (P) als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer (P) von dem Stützelement (10) gestützt wird, werden diese gesetzt als: (K1 + K31) < K2. Hierdurch kann vermieden werden, dass die Unterstützungskraft in der Schwerkraftrichtung durch eine vertikale Verlagerung des anderen Abschnitts als des Hauptkörpers der Vorrichtung beeinträchtigt wird, und die Steuergenauigkeit der Unterstützungskraft wird dementsprechend verbessert, wodurch das vom Benutzer P empfundene Unterstützungsgefühl verbessert wird.
Beschreibung der Bezugszeichen

D Gehunterstützungsvorrichtung, 10 Stützelement, 10a Sitz, 10b Stützrahmen, 10c Rückenlehne, 10d Griff, 12 Schuheinheit, 12a Schuh, 12b Verbindungselement, 12c Innensohle, 14 Beinglied, 16 Antriebsmechanismus, 20 erstes Gelenk (Gelenk), 22 erstes Glied, 24 zweites Gelenk, 26 zweites Glied, 30 drittes Gelenk, 32 Führungsschiene, 32a Krümmungsmitte (Schwenkpunkt), 32b Tragwelle (Schwenkpunkt), 34 Schlitten, 36 Rolle, 42 Aktuator, 42a Drehzahluntersetzer, 42b Ausgangswelle, 44 Antriebskurbelarm, 46 Abtriebskurbelarm, 50 Batterie, 60, 62 Kraftsensor, 64 Controller

Claims

Gehunterstützungsvorrichtung (D), die ein Stützelement (10) aufweist, das zum Stützen eines Benutzers (P) ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten (12), die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern (14), die jeweils mit dem Stützelement (10) durch ein erstes Gelenk (20) verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten (12) durch ein zweites Gelenk (24) verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers (P) unterstützt, um den Gang des Benutzers (P) zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers (P) zum ersten Gelenk (20) als K1 [N/m] definiert, die Steifigkeit eines Abschnitts vom ersten Gelenk (20) zum zweiten Gelenk (24) als K2 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk (24) zu einem der Füße des freien Beins des Benutzers (P) als K31 [N/m] definiert, wenn der Benutzer von dem Stizelement gestützt wird, diese gesetzt werden als: (K1 + K31) < K2.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1, worin ein Verhältnis einer Summe der Steifigkeit K1 und der Steifigkeit K31 zur Steifigkeit K32 als 1:2 oder dort herum definiert ist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Beinglieder (14) ein erstes Glied (22), das mit dem Stützelement (10) durch das erste Gelenk (20) verbunden ist, ein zweites Glied (26), das mit der Schuheinheit (12) durch das zweite Gelenk (24) verbunden ist, und ein drittes Gelenk (30), das das erste Glied (22) und das zweite Glied (26) verbindet, aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 3, worin das erste Glied (22) und das zweite Glied (26) der Beinglieder (14) mit einem Antriebsmechanismus (16) verbunden sind, der diese mit dem dritten Gelenk (30) als Schwenkpunkt relativ zueinander bewegt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, worin das Stützelement (10) einen sattelartigen Sitz (10a) aufweist, auf dem der Benutzer rittlings sitzen kann.
Gehunterstützungsvorrichtung (D), die ein Stützelement (10) aufweist, das zum Stützen eines Benutzers (P) ausgelegt ist, ein Paar von Schuheinheiten (12), die zur Aufnahme von Füßen des Benutzers ausgelegt sind, sowie ein Paar von Beingliedern (14), die jeweils mit dem Stützelement (10) durch ein erstes Gelenk (20) verbunden sind und mit jeder der Schuheinheiten (12) durch ein zweites Gelenk (24) verbunden sind, um eine Unterstützungskraft zu erzeugen, die zumindest einen Teil des Gewichts des Benutzers (P) unterstützt, um den Gang des Benutzers (P) zu unterstützen, dadurch gekennzeichnet, dass: wenn man die Steifigkeit eines Abschnitts vom Gesäß des Benutzers (P) zum ersten Gelenk (20) zum ersten Gelenk als K1 [N/m] definiert und die Steifigkeit eines Abschnitts vom zweiten Gelenk (24) zum Boden als K32 [N/m] definiert, wenn der Benutzer (P) vom Stützelement (10) gestützt wird, diese gesetzt werden als: K1 < K32.
Die Vorrichtung nach Anspruch 6, die Beinglieder (14) ein erstes Glied (22), das mit dem Stützelement (10) durch das erste Gelenk (20) verbunden ist, ein zweites Glied (26), das mit der Schuheinheit (12) durch das zweite Gelenk (24) verbunden ist, und ein drittes Gelenk (30), das das erste Glied (22) und das zweite Glied (26) verbindet, aufweist.
Die Vorrichtung nach Anspruch 7, worin das erste Glied (22) und das zweite Glied (26) der Beinglieder (14) mit einem Antriebsmechanismus (16) verbunden sind, der diese mit dem dritten Gelenk (30) als Schwenkpunkt relativ zueinander bewegt.
Die Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, worin das Stützelement (10) einen sattelartigen Sitz (10a) aufweist, auf dem der Benutzer rittlings sitzen kann.