JP2012095953A - Walking support device - Google Patents

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Atsunori Kobayashi
篤典 小林
Masayuki Takashima
雅之 高島
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Toyota Motor Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a walking support device which can cope with a situation in which the load pattern of a walking user changes originating from the user carrying a baggage or holding on a handrail.SOLUTION: The walking support device 100 includes a leg device 10 and a controller 12. The leg device 10 includes a thigh link 20 and a crus link 30, which are mounted to the leg, a motor 26 and a load sensor 32. The motor 26 swings the crus link 30. The load sensor 32 detects the load applied to the leg sole. The controller 12 memorizes a target pattern describing a change with time of a knee angle corresponding to an idling leg action while walking, and controls the motor 26 so that the crus link 30 follows the target pattern. The controller 12 starts follow-up control to the target pattern when the detected load falls below a second threshold value after exceeding a first threshold value. Furthermore, when the peak value of the load change gets out of a prescribed load range, the controller 12 reports this fact to the user.

Description

本発明は、ユーザの脚に装着し、ユーザの歩行動作を支援する歩行支援装置に関する。   The present invention relates to a walking support device that is attached to a user's leg and supports the user's walking motion.

近年、アクチュエータによって積極的にユーザの脚の動きを誘導する歩行支援装置が提案されている。そのような歩行支援装置は、ユーザの大腿と下腿の夫々に装着される大腿リンクと下腿リンクが揺動可能に連結されており、アクチュエータが下腿リンクを揺動させる構造を有している。   2. Description of the Related Art In recent years, a walking support device that actively induces a user's leg movement by an actuator has been proposed. Such a walking support device has a structure in which a thigh link and a lower thigh link that are attached to the user's thigh and lower thigh are swingably connected, and an actuator swings the lower thigh link.

ところで、一般的に、アクチュエータの制御にはトルク制御と角度制御がある。前者の例として、アクチュエータの出力トルクが予め定められた目標トルクパターンに一致するようにアクチュエータを制御するものがある。歩行支援装置における前者の例としては他に、脚の関節角に応じたトルク、或いは、ユーザの足に加わる床反力に応じたトルクを出力するようにアクチュエータを制御するものがある。歩行支援装置における角度制御の例としては、下腿リンクの揺動角が予め定められた目標揺動角の経時的変化を記述した目標パターンに追従するようにアクチュエータを制御するものがある。トルク制御の歩行支援装置の一例が特許文献1に開示されている。   In general, actuator control includes torque control and angle control. As the former example, there is one that controls the actuator so that the output torque of the actuator matches a predetermined target torque pattern. As another example of the former in the walking support device, there is one that controls the actuator so as to output a torque corresponding to the joint angle of the leg or a torque corresponding to the floor reaction force applied to the user's foot. As an example of angle control in the walking support device, there is one in which the actuator is controlled so that the swing angle of the lower leg link follows a target pattern describing a change with time of a predetermined target swing angle. An example of a torque-controlled walking support device is disclosed in Patent Document 1.

特開2002−301124号公報JP 2002-301124 A

歩行支援装置の一つの適用先として、膝関節を自由に動かすことができない非健常者の歩行訓練に用いることが提案されている。歩行支援装置を装着するユーザにとって、アクチュエータ制御の開始と停止を指示するためのスイッチ操作はわずらわしいものである。スイッチ操作の負荷を軽減する工夫の一つとして、足底に加わる荷重の変化をトリガとして目標パターンへの追従制御を開始するように歩行支援装置を構成することが考えられる。歩行動作において脚を前へ振り出そうとする際にはその脚から荷重が抜ける。歩行支援装置は、脚から荷重が抜けたことが検知されたら遊脚動作に対応する目標パターンへの追従制御を開始するように構成される。例えば、荷重が閾値を下回ったときに追従制御を開始するように歩行支援装置が構成されている場合、ユーザは、他方の脚に荷重が加わり、一方の脚(歩行支援装置が装着されている脚)から荷重が抜けるように体重を横方向に移動すれば、歩行支援装置に遊脚動作の支援を開始させることができる。   As one application destination of the walking support device, it has been proposed to be used for walking training for non-healthy persons who cannot move the knee joint freely. For a user wearing a walking support device, the switch operation for instructing start and stop of actuator control is troublesome. As one of the ideas for reducing the load of the switch operation, it is conceivable to configure the walking support device so as to start the follow-up control to the target pattern with a change in the load applied to the sole as a trigger. When trying to swing a leg forward in walking motion, the load is removed from the leg. The walking support device is configured to start follow-up control to a target pattern corresponding to the swing leg motion when it is detected that the load has been removed from the leg. For example, when the walking support device is configured to start the follow-up control when the load falls below a threshold value, the user applies a load to the other leg, and the one leg (the walking support device is attached). If the weight is moved laterally so that the load is removed from the leg), the walking support device can be started to support the free leg movement.

リハビリテーションなど、体を特定の状態に保ちながら歩行することができる環境であれば、上記の歩行支援装置は良好に作動すると考えられる。しかしながら、通常の社会生活の中で上記の歩行支援装置の利用を想定した場合、ユーザが荷物を持つことや手摺につかまる状況でも歩行支援装置は適切に動作することが要求される。そのような状況においては、荷重変化をトリガとして支援を開始する歩行支援装置では、ユーザが荷物を持つことや手摺につかまることによって歩行動作中の荷重パターンが変化してしまい、適切ではないタイミングでトリガが発生してしまったり、本来発生すべきトリガが発生しなかったりする虞がある。本明細書は、ユーザが荷物を持つことや手摺につかまることに起因して歩行中の荷重パターンが変化してしまう状況にも対応できる歩行支援装置を提供する。   The above walking support device is considered to work well in an environment such as rehabilitation that allows walking while keeping the body in a specific state. However, when it is assumed that the above-described walking support device is used in a normal social life, the walking support device is required to operate appropriately even in a situation where the user has a luggage or is held by a handrail. In such a situation, in a walking support device that starts support using a load change as a trigger, the load pattern during the walking motion changes when the user holds a load or is held by a handrail, and at an inappropriate timing. There is a possibility that a trigger is generated or a trigger that should be generated is not generated. The present specification provides a walking support device that can cope with a situation in which a load pattern during walking changes due to a user holding a load or being held by a handrail.

本明細書が開示する技術は、歩行動作の支援を開始するトリガ(以下、追従制御開始トリガと称する)の他に、所定の荷重範囲を設定し、足底に加わる荷重がその範囲を外れたらユーザの状態が変化したものと判断するというアルゴリズムを歩行支援装置に組み込む。追従制御開始のトリガを発生させるアルゴリズムと上記の判断アルゴリズムの夫々を巧みに構築し、それらを組み合わせることによって、ユーザが荷物を持つことや手摺につかまることに起因して歩行動作における荷重パターンが変化した場合にも適切に対処できる歩行支援装置を実現する。   The technology disclosed in this specification sets a predetermined load range in addition to a trigger for starting support of walking motion (hereinafter referred to as a follow-up control start trigger), and the load applied to the sole deviates from the range. An algorithm for determining that the user's state has changed is incorporated into the walking support device. By skillfully constructing the algorithm that generates the trigger for starting the tracking control and the above judgment algorithm, and combining them, the load pattern in the walking motion changes due to the user holding the luggage or being held by the handrail A walking support device that can appropriately cope with the situation is realized.

本明細書が開示する歩行支援装置の一態様は、脚装具とコントローラを備える。脚装具は、ユーザの大腿と下腿の夫々に装着される大腿リンクと下腿リンクと、アクチュエータと荷重センサを備える。下腿リンクは、ユーザが脚装具を装着したときに膝関節の回転軸と同軸の位置で大腿リンクに揺動可能に連結している。アクチュエータは、大腿リンクに対して下腿リンクを揺動させる。荷重センサは、脚装具を装着している脚の足底に加わる荷重を検知する。コントローラは、歩行時の遊脚動作に対応する下腿揺動角の経時的変化を記述した目標パターンを記憶しており、下腿リンクがその目標パターンに追従するようにアクチュエータを制御する。目標パターンは予め定められている。そしてコントローラは、荷重センサが検知する荷重が第1荷重閾値を超えた後に第2荷重閾値を下回ったことをトリガとしてアクチュエータの目標パターンへの追従制御を開始する。さらにコントローラは、荷重変化のピーク値が、第1荷重閾値を含む荷重範囲から外れることを検知した場合にそのことをユーザに報知する。「報知」は、ランプやブザー、或いは、予め記録された音声データを再生するものなどでよい。また、第1荷重閾値、第2荷重閾値、及び、荷重範囲は、予め定められてコントローラに記憶されている。   One aspect of the walking support device disclosed in this specification includes a leg brace and a controller. The leg brace includes a thigh link and a thigh link that are attached to each of the user's thigh and thigh, an actuator, and a load sensor. The lower leg link is swingably connected to the thigh link at a position coaxial with the rotation axis of the knee joint when the user wears a leg brace. The actuator swings the crus link with respect to the thigh link. The load sensor detects a load applied to the sole of the leg wearing the leg brace. The controller stores a target pattern describing a temporal change in the lower leg swing angle corresponding to the swing leg movement during walking, and controls the actuator so that the lower leg link follows the target pattern. The target pattern is predetermined. Then, the controller starts the follow-up control of the actuator to the target pattern with a trigger that the load detected by the load sensor falls below the second load threshold after exceeding the first load threshold. Furthermore, when the controller detects that the peak value of the load change is out of the load range including the first load threshold value, the controller notifies the user. The “notification” may be a lamp, a buzzer, or a device that reproduces previously recorded audio data. Further, the first load threshold, the second load threshold, and the load range are determined in advance and stored in the controller.

上記の歩行支援装置の特徴は、第一に、支援する箇所を下腿の揺動(即ち、膝関節の角度)とするとともに、脚の遊脚動作に対応する目標パターンを採用したことにある。目標パターンの例は実施例にて説明するが、目標パターンの終端は、遊脚動作が終了するタイミング、即ち遊脚が着地するタイミングにおける下腿の姿勢(大腿と下腿がなす角度)を示しており、その姿勢は膝がほぼ伸びた状態に相当する。支援する脚が立脚の間は、脚装具は、目標パターンの終端値を保持する。目標パターンは遊脚動作に対応する期間だけであり、立脚の間は下腿リンクの角度を一定に保持することによって、脚が遊脚となる度にトリガを発生させ、歩行支援装置の動作開始をユーザの歩行動作と同期させることができる。   The features of the walking support device described above are that, firstly, the place to be supported is the swing of the lower leg (that is, the angle of the knee joint), and a target pattern corresponding to the free leg movement of the leg is adopted. An example of the target pattern will be described in the embodiment, but the end of the target pattern indicates the posture of the lower leg (the angle formed by the thigh and the lower leg) at the timing when the swing leg movement ends, that is, the timing when the swing leg lands. The posture corresponds to a state where the knee is almost extended. While the supporting leg is a standing leg, the leg brace holds the end value of the target pattern. The target pattern is only the period corresponding to the free leg movement, and during the standing leg, the angle of the lower leg link is kept constant so that a trigger is generated each time the leg becomes a free leg and the movement of the walking support device is started. It can be synchronized with the user's walking motion.

上記歩行支援装置の特徴は、第二に、足底に加わる荷重(荷重センサが検知する荷重)が第1荷重閾値を超えた後に第2荷重閾値を下回ったことをトリガとしてアクチュエータの目標パターンへの追従制御を開始することにある。第1荷重閾値と第2荷重閾値の大きさは、ユーザの体重や歩行動作の特徴に基づいて予め定められる。一例では、第1荷重閾値は、ユーザの体重の半分以上の大きさに設定され、第2荷重閾値はゼロに近い小さい値(少なくとも第1荷重閾値より小さい値)に設定される。検知された荷重が第1荷重閾値を超える状況は、脚装具を装着した脚(患脚)に他方の脚よりも多く体重がかけられている状況である。そのような状況の典型は、患脚が立脚であり、他方の脚が遊脚の場合である。検知された荷重が第2荷重閾値を下回る状況は、患脚に体重がほとんどかかっていない状況である。そのような状況の典型は、歩行動作においては患脚が離地する直前である。即ち、上記した第1荷重閾値と第2荷重閾値の条件は、患脚が片脚立脚となった後に遊脚となる直前を検知することに相当する。第1荷重閾値の条件を付加することによって、歩行動作ではない何らかの原因で患脚から体重が抜けた場合に脚装具が動作を開始してしまうことを防止する。   Secondly, the walking support device is characterized in that the load applied to the sole (the load detected by the load sensor) exceeds the first load threshold and then falls below the second load threshold to trigger the target pattern of the actuator. Is to start the following control. The magnitudes of the first load threshold and the second load threshold are determined in advance based on the weight of the user and the characteristics of walking motion. In one example, the first load threshold is set to a size that is at least half the weight of the user, and the second load threshold is set to a small value close to zero (at least a value smaller than the first load threshold). The situation in which the detected load exceeds the first load threshold is a situation in which more weight is applied to the leg (affected leg) wearing the leg brace than the other leg. A typical such situation is when the affected leg is a standing leg and the other leg is a free leg. The situation in which the detected load falls below the second load threshold is a situation in which almost no weight is applied to the affected leg. A typical example of such a situation is immediately before the affected leg takes off in the walking motion. That is, the condition of the first load threshold and the second load threshold described above corresponds to detecting immediately before the affected leg becomes a free leg after the affected leg becomes a single leg stand. By adding the condition of the first load threshold, it is possible to prevent the leg brace from starting the operation when the weight is lost from the affected leg for some reason other than the walking operation.

上記の歩行支援装置の特徴は、第三に、荷重変化のピーク値が、第1荷重閾値を含む予め定められた荷重範囲から外れた場合にそのことをユーザに報知することである。荷重範囲はユーザの体重や歩行動作の特徴に基づいて予め定められている。歩行時の荷重パターンにおけるピーク値は、通常の歩行動作ではほぼ一定となる。荷重ピーク値が過大となる状況は、ユーザが荷物を持った場合であると推定される。荷重ピーク値が過小となる状況は、ユーザが手摺を使っている場合であると推定される。いずれの場合も、目標パターンが想定している状況(荷物を持たず、手摺も使わずに歩行している状況)から逸脱するので、脚装具の動きがユーザの歩行動作とミスマッチを生じる虞がある。そのような状況であることをユーザに報知することによってユーザの注意を喚起する。なお、荷重ピーク値が既定の荷重範囲を超えることは、荷重ピーク値を検知することなく、計測している荷重が荷重範囲の上限を超えたことによって検知することができる。また、荷重ピーク値が既定の荷重範囲を下回る場合、前述の第1荷重閾値の条件が満足されないのでユーザの脚が遊脚となっても脚装具が動作することはない。そのような場合、ユーザは、コントローラからの報知を受けることによって、脚装具が動作しない原因を理解することができる。   Third, the walking support device is characterized by notifying the user when the peak value of the load change deviates from a predetermined load range including the first load threshold. The load range is determined in advance based on the weight of the user and the characteristics of the walking motion. The peak value in the load pattern during walking is substantially constant during normal walking motion. It is presumed that the situation where the load peak value is excessive is when the user has a load. It is estimated that the situation where the load peak value is too small is when the user is using a handrail. In either case, since the target pattern deviates from the situation assumed (the situation where the user walks without carrying a baggage and without using a handrail), the movement of the leg brace may cause a mismatch with the user's walking movement. is there. The user's attention is alerted by notifying the user of such a situation. Note that the load peak value exceeding the predetermined load range can be detected when the measured load exceeds the upper limit of the load range without detecting the load peak value. Further, when the load peak value falls below the predetermined load range, the first load threshold condition is not satisfied, so that the leg brace does not operate even if the user's leg becomes a free leg. In such a case, the user can understand the reason why the leg brace does not operate by receiving notification from the controller.

なお、「荷重変化のピーク値が、第1荷重閾値を含む予め定められた荷重範囲から外れた場合にそのことをユーザに報知する」とは、技術思想としては、ピーク値が1回でも荷重範囲から外れた場合に報知することを意味するが、ノイズなどの影響を除去するため、ピーク値が荷重範囲から外れる状況が数歩に亘って検知された場合に報知するものであってもよい。   Note that “when the peak value of the load change deviates from a predetermined load range including the first load threshold value is notified to the user” as a technical idea, the peak value is a load even once. This means that notification is made when the value is out of the range, but in order to eliminate the influence of noise or the like, notification may be made when a situation in which the peak value is out of the load range is detected over several steps. .

荷重ピーク値が既定の荷重範囲を超える場合は、ユーザが荷物を持った可能性が高い。そのような場合は、通常の歩行状態を想定して設定されている目標パターンは適切ではない可能性がある。従ってコントローラは、荷重ピーク値が既定の荷重範囲を上回った場合にはその後に荷重が第2荷重閾値を下回ってもアクチュエータの制御を開始しないことが好ましい。   If the load peak value exceeds the predetermined load range, the user is likely to have a load. In such a case, the target pattern that is set assuming a normal walking state may not be appropriate. Therefore, when the load peak value exceeds the predetermined load range, it is preferable that the controller does not start control of the actuator even if the load falls below the second load threshold.

本明細書は、上記の歩行支援装置の第二の特徴に関連した他の態様の歩行支援装置も提供する。その歩行支援装置の脚装具は前述した構造でよい。コントローラは、歩行時の遊脚動作に対応する下腿揺動角の経時的変化を記述した既定の目標パターンを記憶しており、下腿リンクが目標パターンに追従するようにアクチュエータを制御する。このコントローラは、荷重センサが検知する荷重が予め定められた第1荷重閾値を超えた後に当該第1荷重閾値を下回ったことをトリガとしてアクチュエータの目標パターンへの追従制御を開始する。この歩行支援装置は、上記した第二の特徴だけに焦点を当てたものであり、かつ、第二の特徴に変更を加えたものである。この歩行支援装置の場合は、第1荷重閾値は、ユーザの体重の少なくとも半分ではなく、もっと小さい値に設定される。この歩行支援装置の場合、「荷重センサが検知する荷重が既定の第1荷重閾値を超えた後にその第1荷重閾値を下回ったこと」が検知された場合とは、「患脚が着地した後に離地する直前となったこと」に対応する。   The present specification also provides a walking support device according to another aspect related to the second feature of the walking support device. The leg brace of the walking support device may have the structure described above. The controller stores a predetermined target pattern describing a temporal change in the crus swing angle corresponding to the swinging leg movement during walking, and controls the actuator so that the crus link follows the target pattern. This controller starts the follow-up control of the actuator to the target pattern with a trigger that the load detected by the load sensor falls below the first load threshold after exceeding a predetermined first load threshold. This walking support device focuses only on the second feature described above, and is a modification of the second feature. In the case of this walking support device, the first load threshold is set to a smaller value rather than at least half of the user's weight. In the case of this walking support device, “when the load detected by the load sensor has fallen below the first load threshold after exceeding the predetermined first load threshold” means “after the affected leg has landed” Corresponds to “Before Takeoff”.

なお、上記の歩行支援装置において、「荷重センサが検知する荷重が荷重閾値を超える」とは、検知された荷重が荷重閾値より小さい値から荷重閾値より大きい値に変化したタイミングを意味し、「荷重センサが検知する荷重が荷重閾値を下回る」とは、検知された荷重が荷重閾値より大きい値から荷重閾値より小さい値に変化したタイミングを意味することに留意されたい。   In the above walking support device, “the load detected by the load sensor exceeds the load threshold” means a timing at which the detected load changes from a value smaller than the load threshold to a value larger than the load threshold. It should be noted that “the load detected by the load sensor falls below the load threshold” means a timing at which the detected load changes from a value larger than the load threshold to a value smaller than the load threshold.

本明細書が開示する技術は、ユーザが荷物を持つことや手摺につかまることに起因して歩行動作における荷重パターンが変化してしまう状況に対応した歩行支援装置を提供する。   The technology disclosed in the present specification provides a walking support device corresponding to a situation in which a load pattern in a walking motion changes due to a user holding a load or being held by a handrail.

歩行支援装置の斜視図である。It is a perspective view of a walking assistance device. 歩行支援装置のブロック図である。It is a block diagram of a walk assistance device. 歩行における膝角度の変化を説明する図である。It is a figure explaining the change of the knee angle in walking. 図3における符号の意味を説明する図である。It is a figure explaining the meaning of the code | symbol in FIG. 追従制御開始のトリガ処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of the trigger process of tracking control start. 荷重パターンモニタリング処理のフローチャート図である。It is a flowchart figure of a load pattern monitoring process.

第1実施例の歩行支援装置100の概略図を図1に示す。歩行支援装置100は、主として、ユーザUの一方の脚に装着される脚装具10と、脚装具10を制御するコントローラ12で構成される。本実施例では、ユーザUは、左脚は健康であるが右脚が自由に動かすことができない患者であると仮定する。左脚は健康であるので脚装具10は右脚だけに装着される。   A schematic diagram of the walking support device 100 of the first embodiment is shown in FIG. The walking support device 100 is mainly configured by a leg brace 10 attached to one leg of the user U and a controller 12 that controls the leg brace 10. In this example, user U is assumed to be a patient whose left leg is healthy but whose right leg cannot move freely. Since the left leg is healthy, the leg brace 10 is attached only to the right leg.

歩行支援装置100を説明する前に、座標系について説明する。図1に示すように、ユーザUの前方をX軸とし、側方をY軸とし、鉛直上方をZ軸とする。ロボットの技術分野では一般に、ロボット(人体)の前後方向に伸びている軸(X軸)をロール軸と称し、ロボット(人体)の側方に伸びている軸(Y軸)をピッチ軸と称し、鉛直上方(Z軸)に伸びている軸をヨー軸と称する。   Before describing the walking support device 100, the coordinate system will be described. As shown in FIG. 1, the front of the user U is taken as the X axis, the side is taken as the Y axis, and the vertically upper side is taken as the Z axis. In the technical field of robots, in general, an axis (X axis) extending in the front-rear direction of the robot (human body) is called a roll axis, and an axis (Y axis) extending to the side of the robot (human body) is called a pitch axis. An axis extending vertically upward (Z axis) is referred to as a yaw axis.

脚装具10の構造を説明する。脚装具10は、大腿リンク20、下腿リンク30、及び、足リンク40を備えている。大腿リンク20と下腿リンク30と足リンク40は、補助を必要とするユーザUの患脚UA(ここでは右脚)に装着される。詳しくは、大腿リンク20は大腿UBに装着され、下腿リンク30は下腿UDに装着され、足リンク40は足UEに装着される。   The structure of the leg orthosis 10 will be described. The leg brace 10 includes a thigh link 20, a crus link 30, and a foot link 40. The thigh link 20, the lower leg link 30, and the foot link 40 are attached to the affected leg UA (here, the right leg) of the user U who needs assistance. Specifically, the thigh link 20 is attached to the thigh UB, the lower leg link 30 is attached to the lower leg UD, and the foot link 40 is attached to the foot UE.

大腿リンク20と下腿リンク30は、ユーザの膝関節UCの両側で連結されている。詳しくは、大腿リンク20と下腿リンク30は、ユーザの膝関節と同軸に位置する一対の膝ジョイント25で回転可能に連結されている。外側の膝ジョイント25には、モータ26と角度センサ27が内蔵されている。モータ26は、下腿リンク30を膝ピッチ軸回りに揺動させる。以下では、大腿リンク20と下腿リンク30がなす角度を膝角度と称する。角度センサ27が計測する角度は、大腿リンク20に対する下腿リンク30の揺動角であるが、その角度は、ユーザUの大腿UBと下腿UDがなす膝角度にも相当する。   The thigh link 20 and the crus link 30 are connected on both sides of the user's knee joint UC. Specifically, the thigh link 20 and the crus link 30 are rotatably connected by a pair of knee joints 25 positioned coaxially with the user's knee joint. A motor 26 and an angle sensor 27 are built in the outer knee joint 25. The motor 26 swings the crus link 30 around the knee pitch axis. Hereinafter, an angle formed by the thigh link 20 and the crus link 30 is referred to as a knee angle. The angle measured by the angle sensor 27 is the swing angle of the crus link 30 with respect to the thigh link 20, but the angle also corresponds to the knee angle formed by the user's U thigh UB and the crus UD.

下腿リンク30と足リンク40は、ユーザの足首関節の両側で連結されている。詳しくは、下腿リンク30と足リンク40は、ユーザの足首関節のピッチ軸と同軸に位置する一対の足首ジョイント34によって回転可能に連結されている。足首ジョイント34はアクチュエータを備えておらず、足リンク40は、ユーザUの足の揺動に応じて受動的に揺動する。足リンク40の足底には、荷重センサ32が配置されており、ユーザUの右脚が接地しているときの接地荷重を計測する。   The lower leg link 30 and the foot link 40 are connected on both sides of the user's ankle joint. Specifically, the lower leg link 30 and the foot link 40 are rotatably connected by a pair of ankle joints 34 that are positioned coaxially with the pitch axis of the user's ankle joint. The ankle joint 34 does not include an actuator, and the foot link 40 swings passively according to the swing of the user U's foot. A load sensor 32 is disposed on the sole of the foot link 40 and measures a ground load when the right leg of the user U is grounded.

コントローラ12は、小型のコンピュータやバッテリを内蔵しており、ケーブル16を介して脚装具10の各部へ電力を供給するとともに、脚装具10の各部の動作を制御する。コントローラ12は、一例であるが、ユーザUの体幹(腰)に取り付けられる。コントローラ12は、装着ベルト14によって、ユーザUの体幹に固定される。なお、コントローラ12を装着する位置は特に限定されず、例えばユーザUの背に装着する構造としてもよい。コントローラ12は、角度センサ27と荷重センサ32のセンサデータに基づいてモータ26を制御する。   The controller 12 incorporates a small computer and a battery, supplies power to each part of the leg brace 10 via the cable 16, and controls the operation of each part of the leg brace 10. The controller 12 is an example, but is attached to the trunk (waist) of the user U. The controller 12 is fixed to the trunk of the user U by the wearing belt 14. Note that the position where the controller 12 is mounted is not particularly limited, and may be configured to be mounted on the back of the user U, for example. The controller 12 controls the motor 26 based on the sensor data of the angle sensor 27 and the load sensor 32.

図2に、歩行支援装置100のブロック図を示す。コントローラ12内には、CPU12a、スピーカ12b、及び、目標パターンデータを記憶している記憶装置12cを有している。図示を省略しているが、記憶装置12cには、CPU12aが実行する各種のプログラムも記憶されている。CPU12a(コントローラ12)は、角度センサ27から膝角度データを取得し、荷重センサ32から右脚足底に加わる荷重データを取得する。CPU12a(コントローラ12)は、それらのデータに基づき、追従制御開始のタイミングを決定する。追従制御については後に説明する。CPU12a(コントローラ12)は、決定したタイミングにて、下腿リンク30の揺動角度を目標パターンに追従させる追従制御を開始する。   FIG. 2 shows a block diagram of the walking support device 100. The controller 12 includes a CPU 12a, a speaker 12b, and a storage device 12c that stores target pattern data. Although not shown, the storage device 12c also stores various programs executed by the CPU 12a. The CPU 12a (controller 12) acquires knee angle data from the angle sensor 27, and acquires load data applied to the right leg sole from the load sensor 32. The CPU 12a (controller 12) determines the timing for starting the follow-up control based on the data. The follow-up control will be described later. The CPU 12a (controller 12) starts follow-up control for causing the swing angle of the lower leg link 30 to follow the target pattern at the determined timing.

図3と図4を使って、歩行時の膝角度(下腿の揺動角)の経時的変化と目標パターンについて説明する。図3の上側は、右脚の膝角度Akの経時的変化を示すグラフである。図3の下側は、右脚の足底に加わる荷重Wの経時的変化を示すグラフである。図3上側のグラフの縦軸は膝角度を示しており、横軸は時間軸である。図4は、図3で用いるパラメータの定義を説明する図である。図4では、実線が右脚を表しており、破線が左脚を表している。股関節より上の実線は体幹を表している。なお、図3の(a)から(f)が示す線画も同様である。直線L1は、股関節のピッチ軸回りの回転中心と膝関節の回転中心を結ぶ直線を示している。直線L1は、別言すれば、大腿の長手方向に沿った直線である。膝角度Akは、直線L1から下腿へ向かう角度として定義される。膝が伸びきったときが膝角度Ak=0である。膝が直角に曲がったときが膝角度Ak=+90度である。   With reference to FIG. 3 and FIG. 4, the change with time of the knee angle (lower leg swing angle) during walking and the target pattern will be described. The upper side of FIG. 3 is a graph showing the change over time of the knee angle Ak of the right leg. The lower side of FIG. 3 is a graph showing a change with time of the load W applied to the sole of the right leg. The vertical axis of the upper graph in FIG. 3 indicates the knee angle, and the horizontal axis is the time axis. FIG. 4 is a diagram for explaining the definition of parameters used in FIG. In FIG. 4, the solid line represents the right leg and the broken line represents the left leg. The solid line above the hip joint represents the trunk. The same applies to the line drawings shown in FIGS. 3A to 3F. A straight line L1 indicates a straight line connecting the rotation center around the pitch axis of the hip joint and the rotation center of the knee joint. In other words, the straight line L1 is a straight line along the longitudinal direction of the thigh. The knee angle Ak is defined as an angle from the straight line L1 toward the lower leg. The knee angle Ak = 0 when the knee is fully extended. When the knee bends at a right angle, the knee angle Ak = + 90 degrees.

図3に戻って歩行動作を説明する。図から明らかなとおり、一歩行周期の膝角度の経時的変化は、小さな山(ピーク)と大きな山(ピーク)が連続したプロファイルを有している。概ね、小さな山は立脚期に相当し、大きな山が遊脚期に相当する。荷重Wは、立脚期においてのみ正値を示し、遊脚期では荷重W=ゼロである。   Returning to FIG. 3, the walking motion will be described. As is clear from the figure, the temporal change in the knee angle in one walking cycle has a profile in which a small mountain (peak) and a large mountain (peak) are continuous. In general, a small mountain corresponds to the stance phase, and a large mountain corresponds to the swing phase. The load W shows a positive value only in the stance period, and the load W is zero in the free leg period.

図に示したタイミングごとに歩行動作を説明する。図3の(a)から(f)の線画は、タイミングTaからタイミングTfの夫々のタイミングにおける脚の姿勢を示している。タイミングTaは、右脚が着地するタイミングを示している。タイミングTbは右脚の立脚期間中で膝角度Akが最も大きくなるタイミングである。タイミングTbは、遊脚である左脚の膝角度が最も大きくなるタイミングにも相当する。タイミングTcは、左脚が着地した後に右脚の踵が浮き始めるとともに下腿が後方に揺動し始めるタイミングに相当する。タイミングTdは右脚が離地するタイミングを示している。タイミングTeは、右脚遊脚期において膝角度Akが最も大きくなるタイミングを示す。(e)に示す脚の態様と(b)に示す脚の態様は、左右の脚が入れ替わっていることを除き、同じである。タイミングTfは、右脚が接地したタイミングであり、タイミングTaと同じである。即ち、タイミングTaからタイミングTfまでが歩行の一周期に相当し、タイミングTfから新しい歩行周期が始まる。   The walking motion will be described for each timing shown in the figure. The line drawings from (a) to (f) in FIG. 3 show the posture of the leg at each timing from timing Ta to timing Tf. Timing Ta indicates the timing at which the right leg lands. The timing Tb is a timing at which the knee angle Ak becomes the largest during the standing period of the right leg. The timing Tb also corresponds to the timing at which the knee angle of the left leg, which is a free leg, becomes the largest. The timing Tc corresponds to the timing at which the heel of the right leg starts to float after the left leg has landed and the lower leg starts to swing backward. Timing Td indicates the timing at which the right leg takes off. Timing Te indicates the timing at which the knee angle Ak becomes the largest in the right leg swing phase period. The leg mode shown in (e) and the leg mode shown in (b) are the same except that the left and right legs are interchanged. Timing Tf is the timing at which the right leg contacts the ground, and is the same as timing Ta. That is, the period from the timing Ta to the timing Tf corresponds to one cycle of walking, and a new walking cycle starts from the timing Tf.

タイミングTcからTdまでの期間は、右脚足先は接地しているが踵が浮き上がるとともに右脚全体が前方へ揺動する期間であり、プレスイング期と呼ばれている。プレスイング期では、実質的に右脚に荷重が加わっていない。従って、このプレスイング期を遊脚期に含めるか立脚期に含めるかは定義次第である。本明細書では、プレスイング期は、実質的に体重を支持していないという理由で遊脚期に含める。即ち、本実施例では、タイミングTaからTcまでが右脚の立脚期に相当し、タイミングTcからタイミングTfまでが右脚の遊脚期に相当する。   The period from timing Tc to Td is a period in which the right leg foot is grounded but the heel is lifted and the entire right leg swings forward, and is called a pressing period. During the pressing period, there is virtually no load on the right leg. Therefore, it is up to the definition whether this pressing period is included in the swing phase or in the stance phase. In this specification, the pressing period is included in the swing period because it does not substantially support weight. In other words, in this embodiment, the period from timing Ta to Tc corresponds to the stance phase of the right leg, and the period from timing Tc to timing Tf corresponds to the swing period of the right leg.

右脚に加わる荷重Wは、着地タイミングであるタイミングTaまではゼロであり、タイミングTa以降で急激に大きくなる。荷重Wの変化は、立脚期間中にピーク値Wpをとり、その後減少し、離地タイミングTdでゼロとなる。   The load W applied to the right leg is zero until the timing Ta, which is the landing timing, and increases rapidly after the timing Ta. The change in the load W takes the peak value Wp during the stance period and then decreases and becomes zero at the takeoff timing Td.

図3のグラフは、健常者の歩行における膝角度の理想的な経時的変化を示している。コントローラ12は、図3上側の膝角度Akグラフのうち、遊脚期の膝角度Akのパターンを目標パターンとして記憶している。そして、コントローラ12は、角度センサ27のセンサデータに基づいて、下腿リンク30の揺動角度が目標パターンに追従するようにモータ26を制御する。この制御を追従制御と称する。なお、コントローラ12は、目標パターンの終端まで到達した後は、目標パターン終端における目標値(即ち膝角度=ゼロ)を維持するようにモータ26を制御する。   The graph of FIG. 3 shows an ideal change over time of the knee angle in walking of a healthy person. The controller 12 stores, as a target pattern, the pattern of the knee angle Ak in the swing phase in the knee angle Ak graph on the upper side of FIG. Then, the controller 12 controls the motor 26 based on the sensor data of the angle sensor 27 so that the swing angle of the crus link 30 follows the target pattern. This control is referred to as follow-up control. Note that after reaching the end of the target pattern, the controller 12 controls the motor 26 so as to maintain the target value at the end of the target pattern (that is, knee angle = 0).

コントローラ12は、荷重Wの変化が予め与えられた条件を満足することをトリガとして追従制御を開始する。図5に、追従制御を開始するトリガを決定する処理(追従制御トリガ処理)のフローチャートを示す。コントローラ12は、常に荷重Wをモニタしている。コントローラ12は、荷重センサ32によって計測された荷重Wが第1荷重閾値Wt1を超えたか否かをモニタする(S4)。荷重Wが第1荷重閾値Wt1を超えたことが検知されると(S4:YES)、コントローラ12はタイマをスタートさせ(S6)、次いで荷重Wが予め定められた第2荷重閾値Wt2を下回ったか否かをモニタする(S8)。コントローラ12は、タイマスタートからの経過時間Tsが予め定められた時間閾値Tstを超えるまでは、荷重センサ32の出力(荷重W)をモニタする(S12:NO)。時間閾値Tstを超えると(S12:YES)、コントローラ12はタイマをリセットし(S14)、再びステップS4の荷重モニタリングに戻る。ステップS12、S14の処理は、一定時間が経過してもトリガが発生しない場合(ステップS8の処理にて肯定判断が発生しない場合)のリセット処理に相当する。   The controller 12 starts the follow-up control with a change in the load W satisfying a predetermined condition as a trigger. FIG. 5 shows a flowchart of a process for determining a trigger for starting the follow-up control (follow-up control trigger process). The controller 12 always monitors the load W. The controller 12 monitors whether or not the load W measured by the load sensor 32 has exceeded the first load threshold Wt1 (S4). When it is detected that the load W has exceeded the first load threshold Wt1 (S4: YES), the controller 12 starts a timer (S6), and then whether the load W has fallen below a predetermined second load threshold Wt2 Whether or not is monitored (S8). The controller 12 monitors the output (load W) of the load sensor 32 until the elapsed time Ts from the timer start exceeds a predetermined time threshold Tst (S12: NO). When the time threshold Tst is exceeded (S12: YES), the controller 12 resets the timer (S14) and returns to the load monitoring in step S4 again. The processes in steps S12 and S14 correspond to a reset process when a trigger does not occur even after a predetermined time has elapsed (when an affirmative determination does not occur in the process of step S8).

コントローラ12は、経過時間Tsが時間閾値Tstを超えないうちに荷重Wが第2荷重閾値Wt2を下回ったことを検知すると(S8:YES)、追従制御を開始する(S10)。別言すると、ステップS8が肯定判断を下したときに、図3のタイミングTcから始まる目標パターンへの追従制御が開始される。図3下側のグラフに図示したように、第1荷重閾値Wt1は、第2荷重閾値Wt2よりも大きい値に設定されている。逆に第2荷重閾値Wt2は比較的小さい値に設定されている。図3の上下のグラフが示すように、理想的には、荷重Wが第2荷重閾値Wt2を下回ったタイミングが、ユーザが踵を上げ出すタイミングTcに一致することが好ましい。歩行時の荷重変化のパターンは概ね一定であるので、荷重Wが第2荷重閾値Wt2を下回るタイミングは、概ね、ユーザが右脚の踵を上げ出すタイミングに一致する。なお、第1荷重閾値Wt1は少なくともユーザの体重の半分よりも大きい値(しかしユーザの体重よりは小さい値)に設定される。当然、第1荷重閾値Wt1も第2荷重閾値Wt2も正値である。   When the controller 12 detects that the load W has fallen below the second load threshold Wt2 before the elapsed time Ts exceeds the time threshold Tst (S8: YES), the controller 12 starts follow-up control (S10). In other words, when step S8 makes an affirmative determination, follow-up control to the target pattern starting from timing Tc in FIG. 3 is started. As illustrated in the lower graph of FIG. 3, the first load threshold Wt1 is set to a value larger than the second load threshold Wt2. Conversely, the second load threshold Wt2 is set to a relatively small value. As shown by the upper and lower graphs in FIG. 3, ideally, the timing when the load W falls below the second load threshold Wt2 preferably coincides with the timing Tc at which the user raises the heel. Since the load change pattern during walking is substantially constant, the timing at which the load W falls below the second load threshold Wt2 generally coincides with the timing at which the user raises the right leg heel. The first load threshold Wt1 is set to a value that is at least larger than half of the user's weight (but smaller than the user's weight). Naturally, both the first load threshold Wt1 and the second load threshold Wt2 are positive values.

追従制御トリガ処理の利点を説明する。この処理によって、ユーザは煩わしいスイッチ操作なしに歩行支援装置100に追従制御開始を指示することができる。図3の処理の利点はそれだけではない。歩行動作においてはユーザの体重は左右の脚へ順次移動する。ユーザは、まず健脚である左脚を遊脚として前方へ振り出す。その間、右脚は立脚となり、荷重が増し、第1荷重閾値Wt1を超える。左脚が着地し、体重が右脚から左脚へ移動するにつれて右脚の荷重は小さくなり、第2荷重閾値Wt2を下回る。そのタイミングにて歩行支援装置100は、遊脚目標パターンへの追従制御を開始する。即ち、この歩行支援装置100は、ユーザの健脚(左脚)の自然な動作の中で右脚の遊脚補助開始のトリガを得る。   The advantages of the tracking control trigger process will be described. With this process, the user can instruct the walking support apparatus 100 to start tracking control without troublesome switch operation. This is not the only advantage of the process of FIG. In the walking motion, the user's weight moves sequentially to the left and right legs. First, the user swings forward the left leg, which is a healthy leg, as a free leg. Meanwhile, the right leg becomes a standing leg, the load increases, and exceeds the first load threshold Wt1. As the left leg lands and the weight moves from the right leg to the left leg, the load on the right leg decreases and falls below the second load threshold Wt2. At that timing, the walking support device 100 starts tracking control to the free leg target pattern. In other words, the walking support device 100 obtains a trigger for starting free leg assistance for the right leg in the natural motion of the user's healthy leg (left leg).

コントローラ12は、図5の追従制御トリガ処理と平行して図6の荷重パターンモニタリング処理も実行する。荷重パターンモニタリング処理は、ユーザが荷物を持つ、或いは、手摺を掴むなどして、荷重変化のパターンが変わったことを検知する処理である。この荷重パターンモニタリング処理について次に説明する。   The controller 12 also executes the load pattern monitoring process of FIG. 6 in parallel with the tracking control trigger process of FIG. The load pattern monitoring process is a process for detecting that the load change pattern has changed, for example, when the user holds a load or grabs a handrail. This load pattern monitoring process will be described next.

コントローラ12は、荷重上限値Waと荷重下限値Wbを記憶している。以下、荷重上限値Waを単に上限値Waと称し、荷重下限値Wbを単に下限値Wbと称する。図3下側のグラフに示すように、上限値Waは第1荷重閾値Wt1よりも大きい値に設定され、下限値Wbは第1荷重閾値Wt1よりも小さい値に設定される。別言すれば、コントローラ12は、第1荷重閾値Wt1を含む荷重範囲(Wa>Wt1>Wb)を記憶している。コントローラ12は、荷重センサ32が検知する荷重Wが上限値Waを超えたか否かをモニタする(S23)。コントローラ12は、荷重Wが上限値Waを超えた場合(S23:YES)、その旨(即ち、荷重Wが過度に大きい旨)のメッセージを出力する(S28)。このメッセージは、合成音声データとして予めコントローラ12に記憶されており、ステップS27の処理において、コントローラ12が備えるスピーカ12bから出力される。そしてコントローラ12は、図5に示したトリガ処理を中止する(S29)。   The controller 12 stores a load upper limit value Wa and a load lower limit value Wb. Hereinafter, the load upper limit Wa is simply referred to as the upper limit Wa, and the load lower limit Wb is simply referred to as the lower limit Wb. As shown in the lower graph of FIG. 3, the upper limit value Wa is set to a value larger than the first load threshold value Wt1, and the lower limit value Wb is set to a value smaller than the first load threshold value Wt1. In other words, the controller 12 stores a load range (Wa> Wt1> Wb) including the first load threshold Wt1. The controller 12 monitors whether or not the load W detected by the load sensor 32 exceeds the upper limit value Wa (S23). When the load W exceeds the upper limit value Wa (S23: YES), the controller 12 outputs a message to that effect (that is, the load W is excessively large) (S28). This message is stored in advance in the controller 12 as synthesized voice data, and is output from the speaker 12b included in the controller 12 in the process of step S27. Then, the controller 12 stops the trigger process shown in FIG. 5 (S29).

一方、荷重Wが上限値Waよりも小さい場合(S23:NO)、コントローラ12は、荷重Wの変化速度dWを算出する(S24)。変化速度dWは、今回計測された荷重Wから前回計測された荷重Wを引いた値を、前回と今回の計測タイミングの時間間隔で除して求められる。荷重Wの変化速度dWが正値をとるときは荷重Wが増加していることを示し、変化速度dWが負値をとるときは荷重Wが減少していることを示す。コントローラ12は、前回に算出した変化速度dWも記憶している。そしてコントローラ12は、前回の変化速度dWが正値をとり(S25:YES)、今回の変化速度dWが負値をとった場合(S26:YES)、ステップS27に処理を移す。前回の変化速度dWが正値をとり、今回の変化速度dWが負値をとる場合とは、変化速度が増加から減少に変わるタイミング、即ち、荷重Wがピーク値をとるタイミングに相当する。荷重Wがピーク値となったとき、コントローラ12は、そのときの荷重W(荷重ピーク値Wp)が下限値Wbを下回っているか否かをモニタする(S27)。荷重のピーク値Wpが下限値Wbを下回っている場合(S27:YES)、コントローラ12はメッセージを出力し(S28)、トリガ処理を中止する(S29)。   On the other hand, when the load W is smaller than the upper limit value Wa (S23: NO), the controller 12 calculates the change speed dW of the load W (S24). The change speed dW is obtained by dividing the value obtained by subtracting the load W measured last time from the load W measured this time by the time interval between the previous measurement timing and the current measurement timing. When the change speed dW of the load W takes a positive value, it indicates that the load W increases, and when the change speed dW takes a negative value, it indicates that the load W decreases. The controller 12 also stores the change speed dW calculated last time. When the previous change speed dW takes a positive value (S25: YES) and the current change speed dW takes a negative value (S26: YES), the controller 12 moves the process to step S27. The case where the previous change speed dW takes a positive value and the current change speed dW takes a negative value corresponds to the timing at which the change speed changes from increase to decrease, that is, the timing at which the load W takes a peak value. When the load W reaches the peak value, the controller 12 monitors whether or not the load W (load peak value Wp) at that time is below the lower limit value Wb (S27). When the load peak value Wp is below the lower limit value Wb (S27: YES), the controller 12 outputs a message (S28) and stops the trigger process (S29).

荷重パターンモニタリング処理の利点を説明する。荷重Wが上限値Waを上回った場合(ステップS23:YES)とは、別言すれば、荷重ピーク値Wpが上限値Waを上回ることである。従って上記の荷重パターンモニタリング処理は、荷重のピーク値Wpが第1荷重閾値Wt1を含む範囲(Wa>Wp>Wb)から外れるか否かをモニタする処理である。コントローラ12は、荷重のピーク値Wpが荷重範囲(Wa>Wp>Wb)から外れた場合、その旨を示すメッセージを出力するとともに、トリガ処理を停止する。即ち、荷重のピーク値Wpが荷重範囲(Wa>Wp>Wb)から外れた場合、コントローラ12は、次に荷重Wが第2荷重閾値Wt2を下回った場合でも追従制御を開始しない。   The advantages of the load pattern monitoring process will be described. When the load W exceeds the upper limit value Wa (step S23: YES), in other words, the load peak value Wp exceeds the upper limit value Wa. Therefore, the load pattern monitoring process is a process for monitoring whether or not the load peak value Wp is out of the range including the first load threshold value Wt1 (Wa> Wp> Wb). When the load peak value Wp is out of the load range (Wa> Wp> Wb), the controller 12 outputs a message to that effect and stops the trigger process. That is, when the load peak value Wp is out of the load range (Wa> Wp> Wb), the controller 12 does not start the follow-up control even when the load W falls below the second load threshold Wt2.

荷重のピーク値Wpが荷重範囲(Wa>Wp>Wb)から外れた場合とは、ユーザが荷物を持った場合、或いは、手摺に掴まった場合に相当する。そのような状況では、予め定められた目標パターンは適切ではない可能性が高いので、歩行支援装置100は、次の追従制御をキャンセルする。なお、メッセージを受けたユーザは、歩行を中止し、そのままの荷重状況(荷物を持つ、或いは手摺を使うという荷重状況)を維持する予定の場合は、第1、第2の荷重閾値を設定し直す。   The case where the peak value Wp of the load deviates from the load range (Wa> Wp> Wb) corresponds to the case where the user has a load or is gripped by a handrail. In such a situation, there is a high possibility that the predetermined target pattern is not appropriate, and thus the walking assistance device 100 cancels the next tracking control. The user who has received the message stops walking and sets the first and second load thresholds when he / she intends to maintain the same load situation (load situation with luggage or using handrails). cure.

次に、第2実施例の歩行支援装置を説明する。この歩行支援装置は、第1実施例の歩行支援装置とは制御アルゴリズムが異なる。第2実施例の歩行支援装置のハードウエア構成は第1実施例と同じであるので説明は省略する。第2実施例の歩行支援装置も、膝角度の目標パターンを記憶しており、図5の追従制御トリガ処理を実行する。但し、第2実施例の歩行支援装置では、図5の追従制御トリガ処理のフローチャートにおいて、第1荷重閾値Wt1=第2荷重閾値Wt2に設定されている。第2荷重閾値Wt2は、第1実施例の場合と同様に、ユーザの体重の半分よりも小さい値(正値)に設定される。   Next, a walking support apparatus according to the second embodiment will be described. This walking support device is different in control algorithm from the walking support device of the first embodiment. Since the hardware configuration of the walking support device of the second embodiment is the same as that of the first embodiment, description thereof is omitted. The walking support apparatus according to the second embodiment also stores a knee angle target pattern, and executes the follow-up control trigger process of FIG. However, in the walking assistance device of the second embodiment, the first load threshold Wt1 = the second load threshold Wt2 is set in the flowchart of the tracking control trigger process of FIG. The second load threshold value Wt2 is set to a value (positive value) smaller than half of the user's weight, as in the case of the first embodiment.

第2実施例のコントローラが実行する追従制御トリガ処理は、要約すれば次の通りである。コントローラは、荷重センサ32が検知する荷重Wが予め定められた正値の第1荷重閾値Wt1を超えた後にその第1荷重閾値を下回ったことをトリガとして追従制御を開始する。この歩行支援装置の場合、「荷重センサが検知する荷重が既定の正値の第1荷重閾値を超えた後にその第1荷重閾値を下回ったこと」が検知された場合とは、「患脚が着地した後に離地する直前となったこと」に対応する。この歩行支援装置は、第1実施例の歩行支援装置よりもアルゴリズムが単純化されており、脚装具の動きを理解し易い利点がある。   The follow-up control trigger process executed by the controller of the second embodiment can be summarized as follows. The controller starts the follow-up control with a trigger that the load W detected by the load sensor 32 falls below the first load threshold value after exceeding a predetermined positive first load threshold value Wt1. In the case of this walking support device, the case where “the load detected by the load sensor exceeds the predetermined positive first load threshold and then falls below the first load threshold” is detected as “the affected leg is Corresponds to “Before landing and just before taking off”. This walking support device has an advantage that the algorithm is simplified compared to the walking support device of the first embodiment, and the movement of the leg brace is easy to understand.

以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。   Specific examples of the present invention have been described in detail above, but these are merely examples and do not limit the scope of the claims. The technology described in the claims includes various modifications and changes of the specific examples illustrated above. The technical elements described in this specification or the drawings exhibit technical usefulness alone or in various combinations, and are not limited to the combinations described in the claims at the time of filing. In addition, the technology exemplified in this specification or the drawings can achieve a plurality of objects at the same time, and has technical usefulness by achieving one of the objects.

10:脚装具
12:コントローラ
20:大腿リンク
25:膝ジョイント
26:モータ
27:角度センサ
30:下腿リンク
32:荷重センサ
100:歩行支援装置
10: Leg orthosis 12: Controller 20: Thigh link 25: Knee joint 26: Motor 27: Angle sensor 30: Lower leg link 32: Load sensor 100: Walking support device

Claims (3)

ユーザの大腿に装着される大腿リンクと、
大腿リンクに揺動可能に連結されており、ユーザの下腿に装着される下腿リンクと、
下腿を揺動させるアクチュエータと、
大腿リンクと下腿リンクを装着している脚の足底に加わる荷重を検知する荷重センサと、
歩行時の遊脚動作に対応する下腿揺動角の経時的変化を記述した目標パターンに下腿リンクが追従するようにアクチュエータを制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、荷重センサが検知する荷重が予め定められた第1荷重閾値を超えた後に予め定められた第2荷重閾値を下回ったことをトリガとしてアクチュエータの目標パターンへの追従制御を開始するとともに、荷重変化のピーク値が、第1荷重閾値を含む予め定められた荷重範囲から外れた場合に、ピーク値が荷重範囲から外れたことをユーザに報知することを特徴とする歩行支援装置。
A thigh link attached to the user's thigh;
A thigh link that is swingably connected to the thigh link and is attached to the user's thigh,
An actuator that swings the lower leg;
A load sensor for detecting the load applied to the sole of the leg wearing the thigh link and the lower leg link;
A controller that controls the actuator so that the crus link follows a target pattern that describes the change over time of the crus swing angle corresponding to the swing motion of the free leg during walking,
The controller starts following control of the actuator to the target pattern triggered by the fact that the load detected by the load sensor exceeds a predetermined first load threshold and then falls below a predetermined second load threshold. When the peak value of the load change deviates from a predetermined load range including the first load threshold, the user is notified that the peak value deviates from the load range.
前記コントローラは、前記ピーク値が前記荷重範囲を上回ることが検知された場合にはその後に第2荷重閾値を下回ってもアクチュエータの制御を開始しないことを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。   2. The walking support according to claim 1, wherein when it is detected that the peak value exceeds the load range, the controller does not start control of the actuator even if the peak value falls below a second load threshold thereafter. apparatus. ユーザの大腿に装着される大腿リンクと、
大腿リンクに揺動可能に連結されており、ユーザの下腿に装着される下腿リンクと、
下腿を揺動させるアクチュエータと、
大腿リンクと下腿リンクを装着している脚の足底に加わる荷重を検知する荷重センサと、
歩行時の遊脚動作に対応する下腿揺動角の経時的変化を記述した目標パターンに下腿リンクが追従するようにアクチュエータを制御するコントローラであり、荷重センサが検知する荷重が予め定められた第1荷重閾値を超えた後に当該第1荷重閾値を下回ったことをトリガとしてアクチュエータの目標パターンへの追従制御を開始するコントローラと、
を備えることを特徴とする歩行支援装置。
A thigh link attached to the user's thigh;
A thigh link that is swingably connected to the thigh link and is attached to the user's thigh,
An actuator that swings the lower leg;
A load sensor for detecting the load applied to the sole of the leg wearing the thigh link and the lower leg link;
A controller that controls the actuator so that the lower leg link follows the target pattern describing the temporal change in the lower leg swing angle corresponding to the swinging leg movement during walking, and the load detected by the load sensor is predetermined. A controller that starts the follow-up control to the target pattern of the actuator triggered by the fact that the first load threshold value is exceeded after exceeding one load threshold value;
A walking support device comprising:
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