JP2010110564A - Walking assisting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行補助装置に関し、特に、使用者の下肢部に歩行補助力を加える歩行補助装置に関する。 The present invention relates to a walking assistance device, and more particularly, to a walking assistance device that applies a walking assistance force to a lower limb of a user.
下肢部の筋力低下者のための歩行補助や歩行リハビリテーション等のために、使用者の下肢部、特に大腿部に歩行アシスト力を加える歩行補助装置が提案されている(例えば、特許文献1、2、3、4)。この種の歩行補助装置は、使用者の腰部に装着されて使用者の腰部の背部から使用者の左右の腰側部に延在する略C字形の腰部フレームと、前記腰部フレームが前記左右の腰側部に対応する部分に取り付けられた左右の動力発生装置と、前記動力発生装置が発生する大腿部運動の補助力(歩行補助力)を大腿部に伝達する大腿部装具とを含む。 A walking assist device that applies walking assist force to the lower limbs of the user, particularly the thighs, has been proposed for walking assistance and walking rehabilitation for those with weak muscles in the lower limbs (for example, Patent Document 1, 2, 3, 4). This type of walking assist device includes a substantially C-shaped waist frame that is attached to the user's waist and extends from the back of the user's waist to the left and right waist sides of the user, and the waist frame includes the left and right waist frames. A left and right power generation device attached to a portion corresponding to the waist side, and a thigh orthosis that transmits to the thigh an auxiliary force (walking auxiliary force) of the thigh movement generated by the power generation device; Including.
この種の歩行補助装置の制御装置として、歩行補助装置から付与される歩行補助振動子により歩行が補助されている歩行者の歩行動作に応じて時間変化するパラメータである第1および第2歩行振動子を測定する歩行振動子測定手段と、入力振動子と相互に引き込み合うことで固有角速度に基づいて定まる角速度で時間変化する出力振動子を生成する第1モデルに、該歩行振動子測定手段により測定された該第1歩行振動子を該入力振動子として入力することにより、該出力振動子として該第1歩行振動子に対して第1位相差をもって時間変化する第1振動子を生成する第1振動子生成手段と、該第1位相差を最適位相差に近づけるように新たな該固有角速度を決定する決定手段と、該第1振動子の生成時の該第1モデルにおける該固有角速度が該決定手段により決定された該新たな固有角速度に置換された該第1モデルに、該歩行振動子測定手段により測定された該第1歩行振動子を該入力振動子として入力することにより、該出力振動子として該第1歩行振動子に対して該第1位相差よりも該最適位相差に近い位相差をもって時間変化する第2振動子を生成する第2振動子生成手段と、該第2振動子生成手段により生成された該第2振動子と、該歩行振動子測定手段により測定された該第2歩行振動子とに基づき、前記歩行補助振動子を新たに生成する歩行補助振動子生成手段とを備え、自律性を持った歩行補助リズムを制御し得るようにものがある(例えば、特許文献5)。
上述の歩行補助装置においては、装置(電源)のオン・オフを、使用者の明確な意志のもとに的確に行えること、使用者に与える歩行アシスト量を、装置装着状態で、使用者が好み等に応じて簡便に加減できることが要求される。 In the above-described walking assist device, the device (power supply) can be turned on / off accurately under the clear will of the user, and the amount of walking assist given to the user can be determined by the user when the device is attached. It is required that it can be easily adjusted according to preferences and the like.
本発明が解決しようとする課題は、歩行補助装置においては、使用者の明確な意志による装置(電源)のオン・オフを、使用者の明確な意志のもとに的確に行え、また、使用者に与える歩行アシスト量を、装置装着状態で、使用者が好み等に応じて簡便に加減できるようにすることである。 The problem to be solved by the present invention is that, in the walking assist device, the device (power supply) can be turned on and off with the clear intention of the user based on the clear intention of the user. This is to allow the user to easily adjust the walking assist amount given to the person according to his / her preference and the like in the state of wearing the apparatus.
本発明による歩行補助装置は、使用者の左右の腰側部に対応する部分に配置される左右のパワーユニットケースを有し、前記左右のパワーユニットケースに内蔵された動力発生装置が発生する動力を使用者の下肢部に歩行アシスト力として与える歩行補助装置であって、前記左右のパワーユニットケースのうち右側のパワーユニットケースに設けられた右側スイッチと、前記左右のパワーユニットケースのうち左側のパワーユニットケースに設けられた左側スイッチと、前記右側スイッチと前記左側スイッチと双方が操作されることにより、前記動力発生装置の電源回路を交互にオン・オフする電源スイッチ手段と、前記電源回路がオン状態で、前記右側スイッチと前記左側スイッチの何れか一方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を増大し、同じく他方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を低減して歩行アシスト量を調節する歩行アシスト量制御手段とを有する。 The walking assist device according to the present invention has left and right power unit cases arranged at portions corresponding to the left and right waist sides of the user, and uses the power generated by the power generation device built in the left and right power unit cases. A walking assist device that provides a walking assist force to a lower limb of a person, the right switch provided in the right power unit case of the left and right power unit cases, and the left power unit case of the left and right power unit cases. A left switch, a power switch means for alternately turning on and off the power circuit of the power generation device by operating both the right switch and the left switch, and When only one of the switch and the left switch is operated, the operation time Or, the output of the power generator is increased according to the number of operations, and if only the other is operated, the walking is performed to reduce the output of the power generator according to the operation time or the number of operations and adjust the walking assist amount. Assist amount control means.
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、操作時間による出力増減と、操作回数による出力増減の何れか一方を選択するモード切替スイッチを有する。 The walking assist device according to the present invention preferably has a mode changeover switch for selecting one of output increase / decrease according to operation time and output increase / decrease according to the number of operations.
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値を有し、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を前記出力ディフォルト値に設定、あるいは前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値を記憶しており、前記電源回路がオンする度に、前記動力発生装置の出力を前回オフ時の出力値に設定する。 In the walking assist device according to the present invention, preferably, the walking assist amount control means has a preset output default value, and sets the output of the power generation device to the output default value each time the power supply circuit is turned on. Alternatively, the output value of the power generation device when the power supply circuit is turned off is stored, and the output of the power generation device is set to the output value when the power supply circuit was turned off each time the power supply circuit is turned on.
本発明による歩行補助装置は、好ましくは、歩行アシスト量制御手段は、予め設定された出力ディフォルト値と、前記電源回路がオフされた時の前記動力発生装置の出力値とを記憶しており、前記電源回路がオンする度に前記動力発生装置の出力を、前記出力ディフォルト値に設定するか、前回オフ時の出力値に設定するかをユーザ操作によって選択設定する始動時モード設定手段を有する。 In the walking assist device according to the present invention, preferably, the walking assist amount control means stores a preset output default value and an output value of the power generation device when the power supply circuit is turned off, Each time the power supply circuit is turned on, it has start mode setting means for selecting and setting by the user operation whether the output of the power generator is set to the output default value or to the output value at the time of previous turn-off.
本発明による歩行補助装置によれば、左側スイッチと右側スイッチの双方操作で、電源回路が交互にオン・オフし、左側スイッチと右側スイッチの片側操作で歩行アシスト量が増減する。これにより、スイッチの個数を増やすことなく、使用者の明確な意志のもとに、電源回路のオン・オフを、装置装着状態で簡便且つ的確に行え、また、歩行アシスト量の加減も、装置装着状態で簡便且つ的確に行うことができる。 According to the walking assist device of the present invention, the power supply circuit is alternately turned on / off by operating both the left switch and the right switch, and the walking assist amount is increased / decreased by one side operation of the left switch and the right switch. As a result, without increasing the number of switches, the power supply circuit can be turned on and off easily and accurately in the state of wearing the device with the clear will of the user. It can be carried out easily and accurately in the mounted state.
以下に、本発明による歩行補助装置の一つの実施形態を、図1〜図3を参照して説明する。 Hereinafter, one embodiment of a walking assist device according to the present invention will be described with reference to FIGS.
本実施形態の歩行補助装置は、腹部ベルト20によって使用者(ヒト)の腰部に着脱可能に装着される腰部フレーム10と、左右のパワーユニットケース14L、14Rと、左右の大腿部フレーム30L、30Rと、左右の軟質ベルト50L、50Rと、制御装置150とを含む。
The walking assist device of the present embodiment includes a
腰部フレーム10は、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による成形品であり、使用者の腰部の背部に位置する中央部11から使用者の左右の腰側部(股関節部外側)に延在する左右の延長部12を有し、平面視で略C字形をしている。
The
腰部フレーム10の左右の延長部12の先端には、各々、ヒンジ部13によって左右のパワーユニットケース14L、14Rが吊り下げ式に取り付けられている。腰部フレーム10の中央背部11には電気機器収納部60が設けられている。電気機器収納部60には二次電池を含む電源回路110(図3参照)を内蔵した電源ユニット70や制御装置150が収納されている。電気機器収納部60は着脱可能なカバー15によって蓋される。
Left and right power unit cases 14 </ b> L and 14 </ b> R are attached to the distal ends of the left and
ヒンジ部13は、略水平で、使用者の身体の前後水平方向、つまり矢状軸方向に延在するヒンジ軸線を有する。これにより、左右のパワーユニットケース14L、14Rは、各々、腰側部(股関節部外側)に吊り下げ式に装着され、上述のヒンジ軸線を中心として揺動可能である。
The
パワーユニットケース14L、14Rは、短軸円筒形状をしていて薄型の左右の電動モータ100L、100Rを内蔵している。左右の電動モータ100L、100Rは電源ユニット70より電力供給され、制御装置150によって左右個別に出力制御され、大腿部運動の補助力、換言すると、歩行アシスト力を発生する。
The
腹部ベルト20は、左側ベルト部材20L、右側ベルト部材20Rとを個別に含む。左側ベルト部材20L、右側ベルト部材20Rは、各々、一端を枠体13の中央部11の左右両側にピン止めされたベルト留め具21に通されて長さ調整ベルトバックル22によって長さ調整可能に係止されている。左側ベルト部材20L、右側ベルト部材20Rの他端は、各々、腹部中央部に位置する締結分離可能なバックル23に通されて折り返し、これより枠体13の左右の延長部12にピン止めされたベルト留め具24に通されて長さ調整ベルトバックル25によって長さ調整可能に係止されている。これにより、腹部ベルト20は、X掛けの4点で腰部フレーム10を支持する。
The
左右の大腿部フレーム30L、30Rは、炭素繊維強化樹脂等の硬質樹脂による高剛性の帯板の成形品であり、各々、基端を左右のパワーユニットケース14L、14Rの電動モータ100L、100にトルク伝達関係で結合され、基端より使用者の大腿部、本実施形態では大腿部下部の真前部に至る遊端部32を有する。左右の大腿部フレーム30L、30Rは、基端側では大腿部外側部に沿って延在し、遊端部32側では大腿部前部に沿って延在するように捩られた形状を有する。本実施形態では、大腿部フレーム30L、30Rは、水平投影面で見て90度ないし90度に近い捩れ角をもって捩られた形状になっている。
The left and
左右の大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32には、枢軸33によって前部パッド部材34が使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。枢軸33は、左右の大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32が対応する高さ位置における使用者の大腿部下部の水平断面での前額軸方向幅の略1/2の位置に中心軸線を有して矢状軸方向に延在する軸であり、前部パッド部材34を自身の中心軸線周りに回動可能に支持している。
A
左右の大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32には、枢軸33によって左右の軟質ベルト50L、50Rが使用者の矢状軸周りに回動可能に取り付けられている。軟質ベルト50L、50Rは、大部分を織布、合成皮革、本皮等、可撓性をする材料により構成され、一部をゴムベルトのような弾性体52によって構成され、各々、大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように大腿部下部に着脱可能に巻き付けられるものであり、締結分離可能、ベルト長さ調節可能なバックル51によって解放可能に締結されて閉じループ状をなしている。軟質ベルト50L、50Rが使用者の大腿部下部の後側に対応する部分には後部パッド部材53が取り付けられている。
Left and right
左右の大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32が使用者の大腿部下部の真前部にあり、大腿部フレーム30L、30Rの遊端部32が、当該遊端部の高さ位置において使用者の大腿部下部を一周するように、大腿部に巻き付けられる軟質ベルト50L、50Rによって大腿部下部に、前側パッド部材34を挟んで固定されるから、左右の電動モータ100L、100Rが発生する歩行アシスト力は、大腿部下部に、身体の前後方向である矢状軸方向の方向に与えられる。
The
次に、歩行補助装置の電気系統について説明する。図3に示されているように、制御装置150は、マイクロコンピュータを含むものであり、モータ制御部151を有す。モータ制御部151は、左右の電動モータ100L、100Rに連結されたロータリエンコーダ101L、101Rによりモータ角を示す信号を入力し、当該信号より装置使用者の股関節周りの角速度と股関節角度とを演算し、これらの演算結果から得られる歩行リズムに従って左右の電動モータ100L、100Rの出力を設定する。
Next, the electrical system of the walking assist device will be described. As shown in FIG. 3, the
これにより、左右の電動モータ100L、100Rは、電源回路110よりの電力供給のもとに出力制御され、左右の大腿部フレーム30L、30Rを歩行リズムに従って交互にスイングさせ、使用者の左右の大腿部に歩行アシスト力を与える。
As a result, the left and right
左右のパワーユニットケース14L、14Rには、左側押しボタンスイッチ120L、右側押しボタンスイッチ120Rが設けられている。左側押しボタンスイッチ120L、右側押しボタンスイッチ120Rは、各々、左側操作ボタン121L、右側操作ボタン121Rを有し、左側操作ボタン121L、右側操作ボタン121Rが押されることによってオン(閉成)する常開型の電気スイッチである。
The left and right
図1、図2に示されているように、左側操作ボタン121Lは左側のパワーユニットケース14Lの左外表面にあり、右側操作ボタン121Rは右側のパワーユニットケース14Rの右外表面にある。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
左側押しボタンスイッチ120Lと右側押しボタンスイッチ120Rのオン・オフ信号は、論理積回路(AND回路)153に入力される。論理積回路153の出力は電源スイッチ部154に入力される。電源スイッチ部154は論理積回路153の出力がローレベル(オフ)よりハイレベル(オン)になる度に、電源回路110を交互にオン・オフする。
The ON / OFF signals of the left
これにより、左側操作ボタン121Lと右側操作ボタン121Rの双方が押され、左側押しボタンスイッチ120Lと右側押しボタンスイッチ120Rの双方がオンした状態になる度に、電源回路110が起動と停止を交互に繰り返すことになる。
Thus, both the
また、左側押しボタンスイッチ120Lのオン・オフ信号は、もう一つの論理積回路(AND回路)159と、もう一つの論理積回路(AND回路)160の反転入力端子161とに入力され、右側押しボタンスイッチ120Rのオン・オフ信号は、論理積回路159の反転入力端子162と、論理積回路160とに入力される。論理積回路159の出力は左側用のカウンタ155Lと積分器156Lとに入力される。論理積回路160の出力は右側用のカウンタ155Rと積分器156Rとに入力される。
The ON / OFF signal of the
これにより、左側操作ボタン121Lだけが押されて左側押しボタンスイッチ120Lだけがオンした場合に限って、その押し回数がカウンタ155Lによって計数され、押し時間が積分器156Lにより計測される。これに対し、右側操作ボタン121Rだけが押されて右側押しボタンスイッチ120Rだけがオンした場合に限って、その押し回数がカウンタ155Rによって計数され、押し時間が積分器156Rにより計測される。
Thus, only when the
カウンタ155L、積分器156Lの出力はセレクタ157Lによって何れか一方が選択され、カウンタ155R、積分器156Rの出力はセレクタ157Rによって何れか一方が選択され、選択された出力がモータ制御部150のゲイン設定部152に入力される。セレクタ157L、セレクタ157Rは動作モード切替スイッチ158によって一斉に同期切替される。動作モード切替スイッチ158は、電気機器収納部60(図2参照)に設置され、ユーザによって操作される。
One of the outputs of the
ゲイン設定部152は、歩行アシスト量制御手段であり、カウンタ155Rのカウント値あるいは積分器156Rの積分値(計時値)の増大に応じて左右の電動モータ100L、100Rの駆動ゲインを増大し、カウンタ155Lのカウント値あるいは積分器156Lの積分値(計時値)の増大に応じて左右の電動モータ100L、100Rの駆動ゲインを低減する。
The
例えば、カウンタ155Rのカウント値がアップカウントされる度、あるいは積分器156Rの積分値が1秒相当値増大する度に、駆動ゲインを現在値あるいは初期値の2%増加し、カウンタ155Lのカウント値がアップカウントされる度、あるいは積分器156Lの積分値が1秒相当値増大する度に、駆動ゲインを現在値あるいは初期値の2%減少する。
For example, each time the count value of the
上述の構成により、歩行補助装置の電源をオン・オフしたい場合には、必ず、左側操作ボタン121Lと右側操作ボタン121Rの双方を押して左側押しボタンスイッチ120Lと右側押しボタンスイッチ120Rの双方をオン状態にしなくてはならないので、使用者の明確な意志のもとに、電源回路110のオン・オフが装置装着状態で簡便且つ的確に行われることになり、偶然による電源回路110のオン・オフ、つまり、歩行補助装置の起動、停止を回避できる。
With the above configuration, when it is desired to turn on / off the power of the walking assist device, be sure to press both the
また、歩行補助装置の歩行アシスト量を増加したい場合には、右側操作ボタン121Rだけを押して右側押しボタンスイッチ120Rだけをオン状態に、これに対し歩行補助装置の歩行アシスト量を低減したい場合には、左側操作ボタン121Lだけを押して左側押しボタンスイッチ120Lだけをオン状態にすればよい。
When it is desired to increase the walking assist amount of the walking assist device, when only the
これにより、スイッチの個数を増やすことなく、歩行アシスト量の加減を、使い勝手よく、装置装着状態で、的確に行うことができ、歩行アシスト量を使用者自身が自身の感覚に合わせて最適値に設定することができる。 As a result, it is possible to adjust the walking assist amount accurately with ease of use and with the device attached without increasing the number of switches, and the user can set the walking assist amount to the optimum value according to his / her own sense. Can be set.
ゲイン設定部152は、予め設定されたディフォルト値(初期値)を有し、電源回路110がオンする度に、左右の電動モータ100L、100Rの駆動ゲインをディフォルト値に設定するか、あるいは電源回路110がオフされた時(オフされる寸前を含む)の駆動ゲインを記憶していて、電源回路110がオンする度に、左右の電動モータ100L、100Rの駆動ゲインを前回オフ時の駆動ゲインに設定する。この始動時のゲイン設定は、電気機器収納部60に設けられた始動時モード切替スイッチ(始動時モード設定手段)159によって、ユーザが自由に切替設定することができる。
The
これにより、再起動時の電動モータ100L、100Rの駆動ゲインが未知の不確実なものになることがなく、しかも、ディフォルト値設定か、前回オフ値設定は、ユーザの好みや使い易さ等によってユーザが任意に選択することができる。
As a result, the drive gains of the
10 腰部フレーム
14L、14R パワーユニットケース
20 腹部ベルト
30L、30R 大腿部フレーム
34 前部パッド部材
50L、50R 軟質ベルト
60 電気機器収納部
70 電源ユニット
100L、100R 電動モータ
101R、101L ロータリエンコーダ
110 電源回路
120L 左側押しボタンスイッチ
120R 右側押しボタンスイッチ
121L 左側操作ボタン
121R 右側操作ボタン
150 制御装置
151 モータ制御部
152 ゲイン設定部
153 論理積回路
154 電源スイッチ部
155R、155L カウンタ
156R、156L 積分器
157R、157L セレクタ
158 動作モード切替スイッチ
159 始動時モード切替スイッチ
DESCRIPTION OF
Claims (5)
前記左右のパワーユニットケースのうち右側のパワーユニットケースに設けられた右側スイッチと、
前記左右のパワーユニットケースのうち左側のパワーユニットケースに設けられた左側スイッチと、
前記右側スイッチと前記左側スイッチとの双方が操作されることにより、前記動力発生装置の電源回路を交互にオン・オフする電源スイッチ手段と、
前記電源回路がオン状態で、前記右側スイッチと前記左側スイッチの何れか一方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を増大し、同じく他方のみが操作された場合には、その操作時間あるいは操作回数によって前記動力発生装置の出力を低減して歩行アシスト量を調節する歩行アシスト量制御手段と、
を有する歩行補助装置。 It has left and right power unit cases arranged at the portions corresponding to the left and right waist sides of the user, and the power generated by the power generator built in the left and right power unit cases is used to assist the user's lower limbs with walking assist force. As a walking aid device,
A right switch provided in a right power unit case among the left and right power unit cases;
A left switch provided in a left power unit case among the left and right power unit cases;
Power switch means for alternately turning on and off the power circuit of the power generation device by operating both the right switch and the left switch,
When only one of the right switch and the left switch is operated while the power supply circuit is on, the output of the power generator is increased depending on the operation time or the number of operations, and only the other is operated. If so, walking assist amount control means for adjusting the walking assist amount by reducing the output of the power generation device according to the operation time or the number of operations,
A walking assistance device.
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