JP2012200318A - Walking assist device and walking assist program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、装着者の歩行運動をアシストするものに関する。 The present invention relates to a walking support device and a walking support program, for example, to assisting a wearer's walking motion.
近年、高齢者などの歩行を支援する歩行用のアシスト装置が注目を集めている。
歩行用のアシスト装置は、装着者の腰部や下肢などに装着され、センサなどで装着者の体の動きを検知し、モータによって装着者の歩行運動を支援する。
歩行用のアシスト装置では、バッテリの重量をなるべく小さくするために、なるべく効率よく電力を使用したいとの要望がある。
2. Description of the Related Art In recent years, walking assist devices that assist walking of elderly people and the like have attracted attention.
The walking assist device is worn on the waist or lower limb of the wearer, detects the movement of the wearer's body with a sensor or the like, and assists the wearer's walking movement with a motor.
In the walking assist device, there is a demand for using electric power as efficiently as possible in order to reduce the weight of the battery as much as possible.
特許文献1の歩行用のアシスト装置は、バッテリの残量が閾値以下となった場合に、バッテリの残量が少なくなるにつれてアシスト割合を下げていく。これにより、装着者に違和感を感じさせずにバッテリを長持ちさせることができ、効率よく電力を使用することができる。
The assist device for walking of
しかし、この技術は、アシスト割合を一律に下げるため、例えば、アシストが必要な場面でもアシスト力が低下してしまうという問題があった。 However, this technique has a problem that the assist force is reduced even in a scene where assistance is required, for example, because the assist ratio is uniformly reduced.
本発明は、歩行アシストにおいて、より適切な省エネ制御を行うことを目的とする。 An object of the present invention is to perform more appropriate energy saving control in walking assist.
(1)請求項1に記載の発明では、蓄電手段と、歩行支援対象者の脚部を保持する保持手段と、前記蓄電手段が供給する電力によって前記保持手段を駆動する駆動手段と、前記駆動手段が発揮する力を制御して前記脚部の移動に要する力をアシストする制御手段と、を具備し、前記制御手段は、所定の場合に、前記両脚部のうちの遊脚部に対して前記駆動手段が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
(2)請求項2記載の発明では、前記制御手段は、所定の場合に、更に、前記両脚部のうちの立脚部に対して前記駆動手段が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置を提供する。
(3)請求項3記載の発明では、前記所定の場合は、歩行面が下り坂の場合であることを特徴とする請求項1、又は請求項2に記載の歩行支援装置を提供する。
(4)請求項4記載の発明では、前記所定の場合は、歩行面が平地の場合であることを特徴とする請求項3に記載の歩行支援装置を提供する。
(5)請求項5記載の発明では、現在地から目的地までの経路を取得する経路取得手段と、前記蓄電手段が供給できる供給電力量を取得する供給電力量取得手段と、前記駆動手段が発揮する力を低減せずに、前記取得した経路を歩行するのに要する消費電力量を取得する消費電力量取得手段と、を具備し、前記所定の場合は、前記取得した消費電力量の方が前記取得した供給電力量よりも大きい場合であることを特徴とする請求項1から請求項4までのうちの何れか1つの請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
(6)請求項6記載の発明では、前記取得した経路の下り坂と平地の区間に対して、前記消費電力量が前記供給電力量以下となるように、前記駆動手段に発揮させる力の低減を計画する計画手段を具備し、前記制御手段は、当該計画に従って前記駆動手段に発揮させる力を制御することを特徴とする請求項5に記載の歩行支援装置を提供する。
(7)請求項7記載の発明では、前記計画によって、前記消費電力量が前記供給電力量以下とならない場合に、前記制御手段は、前記蓄電手段が供給する供給電力量によって前記経路を歩行できるように、前記駆動手段に発揮させる力を所定の割合で低減することを特徴とする請求項1から請求項6までのうちの何れか1つの請求項に記載の歩行支援装置を提供する。
(8)請求項8記載の発明では、蓄電手段と、歩行支援対象者の脚部を保持する保持手段とを備えた歩行支援装置が有するコンピュータで用いられる歩行支援プログラムであって、前記蓄電手段が供給する電力によって前記保持手段を駆動する駆動機能と、前記駆動機能が発揮する力を制御して前記脚部の移動に要する力をアシストする制御機能と、をコンピュータに実現させ、前記制御機能は、所定の場合に、前記両脚部のうちの遊脚部に対して前記駆動機能が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とする歩行支援プログラムを提供する。
(1) In the invention described in
(2) In the invention according to
(3) In the invention described in
(4) In the invention according to
(5) In the invention described in
(6) In the invention described in claim 6, the force that the driving means exerts is reduced so that the power consumption amount is equal to or less than the supply power amount for the downhill and flat land sections of the acquired route. The walking support apparatus according to
(7) In the invention according to claim 7, when the power consumption does not become equal to or less than the supply power amount according to the plan, the control means can walk the route by the supply power amount supplied by the power storage means. Thus, the walking support device according to any one of
(8) In the invention described in claim 8, there is provided a walking support program used in a computer included in a walking support device including power storage means and a holding means for holding a leg portion of a walking support target person, wherein the power storage means The computer realizes a drive function for driving the holding means by the electric power supplied by the computer and a control function for assisting the force required to move the leg by controlling the force exerted by the drive function, and the control function Provides a walking support program characterized in that, in a predetermined case, the force exerted by the drive function on the free leg portion of the both leg portions is reduced from the normal force.
本発明によれば、歩行状態に応じてアシスト力を低減することで、より適切な省エネ制御を行うことができる。 According to the present invention, more appropriate energy saving control can be performed by reducing the assist force according to the walking state.
(1)実施形態の概要
(a)歩行アシスト装置1は、目的地までの全歩行経路を取得し、歩行距離を元に通常のアシストを行った場合に必要な電力量を求める。そして、バッテリ18の残量が目的地に到達するまでの歩行アシストに足りない場合、地面から離れている遊脚のアシスト力を低減してバッテリの消費を低減し、目的地までアシストを継続する。装着者Mの負担が小さいのは、坂道を下るときであり、また、遊脚と立脚では、遊脚のアシスト力を低減した場合の方が装着者Mの負担が小さいと考えられる。そこで、下り遊脚、平地遊脚、下り立脚、平地立脚の順にアシスト力の低減を行うことで、目的地までバッテリが足りるアシスト方法を選択し、実行する。
(1) Outline of Embodiment (a) The
(b)具体的には、歩行アシスト装置1(図1)は、装着者Mの両脚の各関節に設置した歩行アクチュエータ17を駆動して、装着者Mの歩行を支援する。
歩行アシスト装置1は、目的地までの全歩行経路を、自装置での算出や外部からの通信により取得し、歩行距離を元に通常のアシストを行った場合に必要な電力量を求める。全歩行経路を自装置で算出する場合には、スケジュールから取得したり入力された目的地までの走行経路を地図データを使用して探索する。
そして、歩行アシスト装置1は、バッテリ18の残量が目的地に到達するまでの歩行アシストに足りない場合、遊脚(地面から離れている側の脚、但し床反力ゼロの状態の脚としてもよい)のアシスト力を低減してバッテリの消費を低減し、目的地までアシストを継続する。
なお、本実施の形態では、一例として、アシスト力ゼロまで低減するが、後述する各段階の節約アシストに対して、通常アシスト力に対する所定割合までアシスト力を低減し、それでも低減量が充分でない場合に、アシスト力をゼロまで低減するようにしてもよい。
(B) Specifically, the walking assist device 1 (FIG. 1) drives the
The
When the remaining amount of the
In this embodiment, as an example, the assist force is reduced to zero, but the assist force is reduced to a predetermined ratio with respect to the normal assist force with respect to the saving assist at each stage described later, and the reduction amount is still not sufficient. In addition, the assist force may be reduced to zero.
アシスト力をゼロとしても装着者Mの負担が最も小さいのは、坂道や階段を下るときであると考えられ、また、遊脚と立脚(地面に着いていて体(体重)の少なくとも一部を支えている脚)では、遊脚のアシスト力を低減した場合の方が装着者Mの負担が小さいと考えられる。
そこで歩行アシスト装置1は、通常のアシストを行うとバッテリ18の残量では目的地に到達するまでの歩行アシストを行うことができない場合、第1段階の節約アシストとして、まず坂道や階段を下る場合(以下単に「下り」という)における遊脚のアシスト力を低減することでバッテリ18を節約する。
この第1段階の節約アシストでは、全ての場合の立脚、及び、坂道や階段を上る場合(以下単に「上り」という)と平地における遊脚に対して通常のアシストをする。
Even if the assist force is zero, the burden on the wearer M is considered to be the lowest when going down hills or stairs. Also, the free leg and the standing leg (at least part of the body (weight) on the ground) It is considered that the burden on the wearer M is smaller when the assist force of the free leg is reduced.
Therefore, when the
In the first stage of saving assistance, normal assistance is provided for standing legs in all cases, and when climbing hills and stairs (hereinafter simply referred to as “up”) and free legs on flat ground.
目的地まで第1段階の節約アシストを行ったとしても、まだバッテリの節約が足りない(バッテリが不足する)と判断される場合、歩行アシスト装置1は、目的地までの歩行(全行程)に対して第2段階の節約アシストを行う。
そして、それでも不足すると判断される場合には第3段階の節約アシストを、それでも不足すると判断される場合には第4段階の節約アシスト、更に第5段階の節約アシストを行う。
Even if the first stage of saving assistance is performed up to the destination, if it is determined that battery saving is still insufficient (battery is insufficient), the
If it is determined that there is still a shortage, the third-stage saving assist is performed, and if it is still determined that it is still insufficient, the fourth-stage saving assist is performed, and further the fifth-stage saving assist is performed.
歩行アシスト装置1は、第2段階の節約アシストにおいて、全ての場合の立脚と上りにおける遊脚に対して通常のアシストを行い、下りと平地における遊脚に対してアシスト力を低減する。
歩行アシスト装置1は、第3段階の節約アシストにおいて、平地と上りにおける立脚、及び、上りにおける遊脚に対して通常のアシストを行う。また、下りにおける立脚と遊脚、及び平地における遊脚に対してアシスト力を低減する。
歩行アシスト装置1は、第4段階の節約アシストにおいて、上りにおける立脚と遊脚に対して通常のアシストを行い、下りと平地における立脚と遊脚に対してアシスト力を低減する。
第5段階の節約アシストでは、現在のバッテリ量で目的地に到着できるレベルまで通常のアシスト量を一様に低減する。
In the second stage of saving assist, the
The
The
In the fifth stage of saving assist, the normal assist amount is uniformly reduced to a level where the current battery amount can reach the destination.
このように、装着者Mが、最もアシスト力を必要とするのは、上り坂であるため、本実施形態では、上り坂を歩行する場合には、遊脚、立脚共にアシスト力を低減しないようにしている。 Thus, since it is the uphill that the wearer M needs the most assist force, in this embodiment, when walking uphill, the assist force is not reduced for both the free leg and the standing leg. I have to.
(2)実施形態の詳細
図1(a)は、歩行アシスト装置1の装着状態を示した図である。
歩行アシスト装置1は、装着者Mの腰部及び下肢に装着し、装着者Mの歩行を支援(アシスト)する歩行支援装置である。なお、例えば、上半身、下半身に装着して全身の動作をアシストするものであってもよい。
(2) Details of Embodiment FIG. 1A is a diagram showing a wearing state of the
The
歩行アシスト装置1は、腰部装着部7、歩行アシスト部2、連結部8、3軸センサ3、3軸アクチュエータ6、撮像カメラ5、光源装置4、撮像カメラ5と光源装置4を保持する撮像ユニット9、無線通信装置10、ナビゲーション装置12、着地センサ13などを備えている。
腰部装着部7は、歩行アシスト装置1を装着者Mの腰部に固定する固定装置である。腰部装着部7は、装着者Mの腰部と一体となって移動する。
また、腰部装着部7は、歩行アクチュエータ17(図1(b))を備えており、装着者Mの歩行動作に従って連結部8を前後方向などに駆動する。
The
The waist mounting portion 7 is a fixing device that fixes the
Further, the waist mounting portion 7 includes a walking actuator 17 (FIG. 1B), and drives the connecting portion 8 in the front-rear direction and the like according to the walking motion of the wearer M.
連結部8は、腰部装着部7と歩行アシスト部2を連結している。
歩行アシスト部2は、装着者Mの下肢に装着され、歩行アクチュエータ17により前後方向などに駆動されて装着者Mの歩行運動を支援する。
なお、図1で、歩行アクチュエータ17が連結部8を解して歩行アシスト部2を駆動する構成としたが、これは、図と説明を簡略化するためであり、歩行アシスト部2は、装着者Mの股関節、膝関節、足首関節に対応した多関節構造を有しており、各関節は、それぞれの関節に設置されたエンコーダによって回転角度が検出され、それぞれの関節に設置された歩行アクチュエータ17の動力によって駆動されるようになっている。
The connecting part 8 connects the waist mounting part 7 and the walking assist
The walking
In FIG. 1, the walking
3軸センサ3は、腰部装着部7に設置され、腰部装着部7の姿勢などを検知する。3軸センサ3は、例えば、3次元ジャイロによる3軸角速度検出機能や3軸角加速度検出機能などを備えており、前進方向、鉛直方向、体側方向の軸の周りの回転角度、角速度、角加速度などを検知することができる。
なお、前進方向の軸の周りの角度をロール角、鉛直方向の軸の周りの角度をヨー角、体側方向の軸の周りの角度をピッチ角とする。
The
The angle around the forward axis is the roll angle, the angle around the vertical axis is the yaw angle, and the angle around the body-side axis is the pitch angle.
3軸アクチュエータ6は、例えば、球体モータで構成されており、撮像カメラ5と光源装置4が設置された撮像ユニット9のロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
撮像ユニット9には、光源装置4と撮像カメラ5が固定されており、3軸アクチュエータ6を駆動すると、光源装置4の照射方向(光源装置4の光軸の方向)と撮像カメラ5の撮像方向(撮像カメラ5の光軸の方向)は、相対角度を保ったまま、腰部装着部7に対するロール角、ヨー角、ピッチ角を変化させる。
The triaxial actuator 6 is configured by, for example, a spherical motor, and changes the roll angle, yaw angle, and pitch angle of the imaging unit 9 in which the
The
撮像ユニット9で適切な画像を撮像するためには、撮像ユニット9を所定の角度で歩行基準面(歩行面)に向ける必要があるが、装着者Mが歩行アシスト装置1を装着した場合に、装着状態によって撮像ユニット9が傾くため、3軸アクチュエータ6によってこれを補正する。
In order to capture an appropriate image with the imaging unit 9, the imaging unit 9 needs to be directed to the walking reference plane (walking plane) at a predetermined angle, but when the wearer M wears the walking assist
光源装置4は、例えば、レーザ、赤外光、可視光などの光を所定の形状パターンで照射する。本実施の形態では、光源装置4は、照射方向に垂直な面に対して円形となる形状パターンで光を照射するものとするが、矩形形状、十字、点など各種の形状が可能である。
The
撮像カメラ5は、被写体を結像するための光学系と、結像した被写体を電気信号に変換するCCD(Charge−Coupled Device)を備えた、赤外光カメラ、可視光カメラなどで構成され、光源装置4が歩行基準面に照射した投影像を撮像(撮影)する。
光源装置4が所定の形状パターンで照射した光による投影像は、照射方向と歩行面の成す角度や、歩行面に存在する障害物(段差など)により円形から変形した(歪んだ)形状となるが、この形状を解析することにより前方の状態(例えば、下り坂の存在、平地の存在など)を検知することができる。
The
The projection image by the light emitted by the
無線通信装置10は、照明100が発光する光に含まれる踏板情報などの各種情報を検出する。
当該光に下り坂の始点や終点、平地の始点や終点を示す情報が含まれている場合、これによって、歩行アシスト装置1は、下り坂の始点や終点、平地の始点や終点を認識することができる。
The
When the light includes information indicating the start point and end point of the downhill, the start point and end point of the flat ground, the walking assist
ナビゲーション装置12は、GPS(Global Positioning System)衛星からのGPS信号を受信したり、所定のサーバと通信したりして装着者Mの現在位置を特定したり、現在位置から目的地までの経路を探索したりなどのナビゲーション機能を有している。
探索した経路には、下り坂の区間、平地の区間などの歩行面の状態に関する情報も含まれている。
The
The searched route includes information on the state of the walking surface such as a downhill section and a flat section.
着地センサ13は、両脚のそれぞれの足裏に設置されており、足裏が接地したことを検出する。着地センサ13は、両脚部のうち歩行面から離れている脚部を遊脚部として検出する遊脚部検出手段として機能する。また着地センサ13は、両脚部のうち歩行面に接地している脚部を立脚部として検出する立脚部検出手段としても機能する。
歩行アシスト装置1は、着地センサ13により、左脚、右脚の接地を個別に検出することにより、何れの脚が遊脚(次の一歩を踏み出すために移動させているほうの脚)で何れの脚が立脚(主に体重を支えている脚)であるかを判断する。
なお、本実施形態では、着地センサ13により足裏が地面に接地していない状態を検出している脚を遊脚としているが、床からの反力を検出する圧力センサを足裏に接地し、床反力ゼロの状態の脚を遊脚とし、床反力がゼロでない脚を立脚とするようにしてもよい。
The
The walking
In this embodiment, the leg that detects the state where the sole is not in contact with the ground by the
図1(b)は、歩行アシスト装置1に設置された装着ロボットシステム15を説明するための図である。
装着ロボットシステム15は、歩行支援機能を発揮するように歩行アシスト装置1を制御する電子制御システムである。
FIG. 1B is a diagram for explaining the mounting
The wearing
ECU(Electronic Control Unit)16は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、記憶装置、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行アシスト装置1の各部を電子制御する。 An ECU (Electronic Control Unit) 16 is an electronic control unit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a storage device, various interfaces, and the like (not shown), and a walking assist device. Each part of 1 is electronically controlled.
CPUは、記憶媒体に記憶された各種コンピュータプログラムを実行し、バッテリ残量から歩行経路におけるアシスト力を低減する区間、および、何れの脚についてアシスト力を低減するかといった、アシスト計画を設定したり、当該計画に基づいて歩行アクチュエータ17を駆動し、歩行支援を行ったりする。
CPUは、光源装置4、撮像カメラ5、3軸アクチュエータ6、3軸センサ3、無線通信装置10、及びナビゲーション装置12、着地センサ13とインターフェースを介して接続しており、光源装置4からの照射をオンオフしたり、撮像カメラ5から撮像データを取得したり、3軸アクチュエータ6を駆動したり、3軸センサ3から検出値を取得したり、無線通信装置10から下り坂や平地の始点、終点を取得したり、ナビゲーション装置12から装着者Mの現在位置を取得したりする。
The CPU executes various computer programs stored in the storage medium, and sets an assist plan such as a section for reducing the assist force in the walking route from the remaining battery level and for which leg the assist force is reduced. Based on the plan, the walking
The CPU is connected to the
ROMは、読み取り専用のメモリであって、CPUが使用する基本的なプログラムやパラメータなどを記憶している。
RAMは、読み書きが可能なメモリであって、CPUが演算処理などを行う際のワーキングメモリを提供する。
The ROM is a read-only memory and stores basic programs and parameters used by the CPU.
The RAM is a readable / writable memory, and provides a working memory when the CPU performs arithmetic processing and the like.
記憶装置は、例えば、ハードディスクやEEPROM(Electrically Erasable Programmable ROM)などで構成された大容量の記憶媒体を備えており、歩行支援を行うためのプログラムなどの各種プログラムや、歩行アシスト装置1の歩行情報をサンプリングにより検出して記憶するためのアーカイブなどを記憶している。
The storage device includes a large-capacity storage medium composed of, for example, a hard disk or an EEPROM (Electrically Erasable Programmable ROM), and various programs such as a program for assisting walking, and walking information of the walking assist
歩行アクチュエータ17は、ECU16からの指令に基づいて歩行アシスト部2を駆動する。
ECU16は、股関節、膝関節、足首関節の各関節に備えた歩行アクチュエータ17を個別に制御することにより、歩行アシスト装置1に一体として歩行支援動作を行わせる。
バッテリ18は、例えば、リチウムイオン電池などで構成された蓄電装置である。バッテリ18の供給する電力により歩行アクチュエータ17を駆動したり、ECU16を動作させることができる。
SOC検出装置19は、バッテリ残量(SOC:State of Charge)、即ち、供給可能電力量を検出する。
The walking
The
The
The
図2の各図は、歩行アシスト装置1が行う歩行アシストの態様を説明するための図である。
図2(a)は、歩行アシスト装置1によるアシスト箇所を説明するための図である。
歩行アシスト装置1は、右脚部20Rの股関節30R、膝関節40R、足首関節50Rと、左脚部20Lの股関節30L、膝関節40L、足首関節50Lの回転動作を、これら各関節に配置した歩行アクチュエータ17によって支援する。
Each figure of FIG. 2 is a figure for demonstrating the aspect of the walk assistance which the walk assist
FIG. 2A is a diagram for explaining an assist location by the walking assist
The walking
図2(b)は、下り坂での最小限アシストを説明するための図である。
歩行アシスト装置1は、下り坂で最小限アシストを行う場合、遊脚の股関節、膝関節、足首関節の動力をゼロにする。
これは、下り坂では、上り坂に比べてアシストの必要性が低く、また、立脚に比べて遊脚をアシストする必要性が低いと考えられるためである。動力をゼロとするのは、一例であって、所定の程度減じた値とすることもできる。
FIG. 2B is a diagram for explaining the minimum assist on the downhill.
The walking
This is because it is considered that the necessity for assisting is lower on the downhill than on the uphill, and that the need for assisting the free leg is lower than that on the standing leg. Setting the power to zero is merely an example, and may be a value reduced by a predetermined amount.
図2(b)の例では、右脚部20Rが遊脚、左脚部20Lが立脚となっている。最小限アシストでは、歩行アシスト装置1は、遊脚側である、右脚部20Rの股関節30R、膝関節40R、足首関節50Rについては、アシスト力をゼロとし(即ち、アシスト機能をオフとし)、立脚側である、左脚部20Lの股関節30L、膝関節40L、足首関節50Lについては通常のアシストを行う。
遊脚と立脚は一歩ごとに交代するため、アシスト力をゼロとする脚も交互する。
In the example of FIG. 2B, the
Since the free leg and the standing leg are changed every step, the legs having zero assist force are also alternated.
図2(c)は、平地での最小限アシストを説明するための図である。
歩行アシスト装置1は、平地で最小限アシストを行う場合、遊脚の股関節、膝関節、足首関節の動力をゼロにする。
図2(c)の例では、右脚部20Rが遊脚、左脚部20Lが立脚となっている。最小限アシストでは、歩行アシスト装置1は、右脚部20Rの股関節30R、膝関節40R、足首関節50Rについては、アシスト力をゼロとし、左脚部20Lの股関節30L、膝関節40L、足首関節50Lについては通常のアシストを行う。
FIG. 2C is a diagram for explaining the minimum assist on a flat ground.
The walking
In the example of FIG. 2 (c), the
図3(a)は、歩行アシスト装置1が行う歩行支援動作を説明するためのフローチャートである。以下の処理は、ECU16のCPUから歩行支援プログラムに従って行うものである。
まず、ECU16は、SOC検出装置19を用いてSOCを取得する(ステップ5)。
FIG. 3A is a flowchart for explaining the walking support operation performed by the walking assist
First, the
次に、ECU16は、ナビゲーション装置12から、現在位置から目的地に至る経路を取得(算出)する(ステップ10)。
なお、ナビゲーション装置12は、GPSなどによって現在位置を検出すると共に装着者Mが入力した目的地を取得し、現在位置から目的地に至る経路を探索することにより経路の取得を行う。
Next, the
The
次に、ECU16は、当該経路における総エネルギー量を取得する(ステップ15)。 この計算は、過去のアーカイブから取得しても良いし、経路から計算しても良い。
次に、ECU16は、当該総エネルギー量とSOCの大小を比較する(ステップ20)。
SOCが総エネルギー量よりも大きい場合(ステップ20;Y)、バッテリ18は、装着者Mが目的地に到着するまでに必要な電力を供給できるため、ECU16は、通常の手法によってアシスト制御する(ステップ25)。
一方、SOCが総エネルギー量以下の場合(ステップ20;N)、図3(b)のフローチャートで示した処理に移行する。
Next, the
Next, the
When the SOC is larger than the total energy amount (
On the other hand, when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
図3(b)は、SOCが総エネルギー量以下の場合(ステップ20;N)の処理手順を説明するためのフローチャートである。
この場合、ECU16は、経路から下り坂の比率を取得する(ステップ30)。例えば、経路の長さが1Kmで、そのうち、下り坂が200mであった場合、下り坂の比率は20%となる。
FIG. 3B is a flowchart for explaining the processing procedure when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
In this case, the
次に、ECU16は、下り坂の比率に省エネ稼働分α%を積算する(ステップ35)。
ここで、省エネ稼働分α%は、下り坂において通常の手法でアシストした場合(フルアシストの場合)に必要なエネルギーに対する、下り坂において最小限アシストした場合に必要なエネルギーの比率である。
すると、下り坂で最小限アシストするのに必要なエネルギーは、次の式(1)により算出できる。
(下り坂で最小限アシストするのに必要なエネルギー)=(下り坂の長さ)×(下り坂において通常の手法でアシストした場合に必要なエネルギー)×α・・・(1)
Next, the
Here, the energy saving operation amount α% is a ratio of energy required when assisting at a minimum on a downhill to energy required when assisting with a normal method on a downhill (in the case of full assist).
Then, the energy required to assist at a minimum on the downhill can be calculated by the following equation (1).
(Energy required to assist at minimum on a downhill) = (Length of downhill) × (Energy required when assisting in a normal manner on a downhill) × α (1)
次に、ECU16は、下り坂を最小限アシストし、下り坂以外を通常の手法でアシストした場合に必要な総エネルギー量を再算出する(ステップ40)。
これは、式(1)により下り坂を最小限アシストするのに必要なエネルギーを計算し、下り坂以外の経路を通常の手法でアシストするのに必要なエネルギーを計算、又はアーカイブから取得し、これらを加算することにより得ることができる。
Next, the
This is to calculate the energy required to assist the downhill at a minimum by the equation (1), calculate the energy required to assist the route other than the downhill by a normal method, or obtain from the archive, It can be obtained by adding these.
次に、ECU16は、再算出した総エネルギー量とSOCの大小を比較する(ステップ45)。
SOCが再算出した総エネルギー量よりも大きい場合(ステップ45;Y)、ECU16は、第1段階の節約アシストを行う。即ち、下り坂の歩行に対してだけ最小限アシストすれば、バッテリ18は、装着者Mが目的地に到着するまでに必要な電力を供給できるため、ECU16は、下り坂では、最小限アシストを行いその他の区間では、通常の手法でアシストする。なお、最小限アシストの具体的内用については後述(図7)する。
Next, the
When the SOC is larger than the recalculated total energy amount (
まず第1段階の節約アシストにおいて、ECU16は、下り坂を歩行中か否かを判断する(ステップ50)。
これは、ナビゲーション装置12による現在位置、無線通信装置10によって受信した情報、撮像カメラ5で撮影した投影像などを用いて判断する。
下り坂を歩行中である場合(ステップ50;Y)、ECU16は、下り坂での最小限アシスト制御を行う(ステップ55)。
下り坂を歩行中でない場合(ステップ50;N)、ECU16は、通常の手法によるアシスト制御を行う(ステップ60)。
First, in the first-stage saving assist, the
This is determined using the current position by the
When walking downhill (step 50; Y), the
When not walking on the downhill (step 50; N), the
以降、ECU16は、目的地に到着するまで、ステップ50にて、下り坂を歩行中であるか否かを判断し、下り坂を歩行中である場合には、最小限アシストでアシストする。
一方、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ45;N)、図4のフローチャートで示した処理に移行する。
Thereafter, the
On the other hand, when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
図4は、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ45;N)の処理手順を説明するためのフローチャートである。
まず、ECU16は、経路から平地の比率を取得する(ステップ65)。
次に、ECU16は、平地の比率に省エネ稼働分β%を積算する(ステップ70)。
ここで、省エネ稼働分β%は、平地において通常の手法でアシストした場合に必要なエネルギーに対する、平地において最小限アシストした場合に必要なエネルギーの比率である。
すると、平地で最小限アシストするのに必要なエネルギーは、次の式(2)により算出できる。
(平地で最小限アシストするのに必要なエネルギー)=(下り坂の長さ)×(通常の手法でアシストした場合に必要なエネルギー)×β・・・(2)
FIG. 4 is a flowchart for explaining the processing procedure when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
First, the
Next, the
Here, the energy saving operating amount β% is a ratio of energy required when assisting at a minimum on flat ground to energy required when assisting by a normal method on flat ground.
Then, the energy required for minimal assist on a flat ground can be calculated by the following equation (2).
(Energy required to assist at least on flat ground) = (Length of downhill) × (Energy required when assisting by a normal method) × β (2)
次に、ECU16は、下り坂と平地で最小限アシストし、下り坂と平地以外において通常の手法でアシストした場合に必要な総エネルギー量を再算出する(ステップ75)。
これは、式(1)、(2)により下り坂と平地において最小限アシストするのに必要なエネルギーを計算し、下り坂と平地以外の経路を通常の手法でアシストするのに必要なエネルギーを計算、又はアーカイブから取得し、これらを加算することにより得ることができる。
Next, the
This is to calculate the energy required to assist at least on downhills and flat grounds using equations (1) and (2), and to calculate the energy required to assist routes other than downhills and flat grounds in the usual manner. It can be obtained by calculating or obtaining from an archive and adding them.
次に、ECU16は、再算出した総エネルギー量とSOCの大小を比較する(ステップ80)。
SOCが再算出した総エネルギー量よりも大きい場合(ステップ80;Y)、ECU16は、第2段階の節約アシストを行う。
即ち、下り坂と平地で最小限アシストすれば、バッテリ18は、装着者Mが目的地に到着するまでに必要な電力を供給できるため、ECU16は、下り坂と平地では、最小限アシストを行いその他の区間では、通常の手法でアシストする。
Next, the
When the SOC is larger than the recalculated total energy amount (
In other words, the
まず、ECU16は、下り坂を歩行中か否かを判断する(ステップ85)。
下り坂を歩行中である場合(ステップ85;Y)、ECU16は、下り坂での最小限アシスト制御を行う(ステップ90)。
下り坂を歩行中でない場合(ステップ85;N)、ECU16は、平地を歩行中であるか否かを判断する(ステップ95)。
これは、ナビゲーション装置12による現在位置、無線通信装置10によって受信した情報、撮像カメラ5で撮影した投影像などを用いて判断する。
First, the
When the vehicle is walking on the downhill (
When not walking on the downhill (
This is determined using the current position by the
平地を歩行中である場合(ステップ95;Y)、ECU16は、平地での最小限アシスト制御を行う(ステップ100)。
平地を歩行中でない場合(ステップ95;N)、ECU16は、通常の手法によるアシスト制御を行う(ステップ105)。
When the vehicle is walking on the flat ground (
When the vehicle is not walking on the flat ground (
以降、ECU16は、目的地に到着するまで、ステップ85における下り坂を歩行中であるか否かの判断、ステップ95における平地を歩行中であるか否かの判断を行い、下り坂を歩行中、あるいは、平地を歩行中である場合には、最小限アシストでアシストする。
一方、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ80;N)、図5のフローチャートで示した処理に移行する。
Thereafter, the
On the other hand, when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
図5は、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ80;N)の処理を説明するためのフローチャートである。
この場合、ECU16は、下り坂と平地以外の区間を通常の手法でアシストし、平地を最小限アシストする場合に必要な総エネルギー量を再算出する(ステップ110)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the processing when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
In this case, the
次に、ECU16は、再算出した総エネルギー量とSOCの大小を比較する(ステップ115)。
SOCが再算出した総エネルギー量よりも大きい場合(ステップ115;Y)、ECU16は、第3段階の節約アシストを行う。
即ち、下り坂でアシストを行わず、平地で最小限アシストすれば、バッテリ18は、装着者Mが目的地に到着するまでに必要な電力を供給できるため、ECU16は、下り坂ではアシストを行わず、平地では最小限アシストを行い、その他の区間では、通常の手法でアシストする。
Next, the
When the SOC is larger than the recalculated total energy amount (
That is, the
まず、ECU16は、下り坂を歩行中か否かを判断する(ステップ120)。
下り坂を歩行中である場合(ステップ120;Y)、ECU16は、下り坂でのアシストをゼロにする(ステップ125)。
下り坂を歩行中でない場合(ステップ120;N)、ECU16は、平地を歩行中であるか否かを判断する(ステップ130)。
First, the
When the vehicle is walking on the downhill (
When not walking on the downhill (
平地を歩行中である場合(ステップ130;Y)、ECU16は、平地での最小限アシストを行う(ステップ135)。
平地を歩行中でない場合(ステップ130;N)、ECU16は、通常の手法によるアシスト制御を行う(ステップ140)。
When walking on a flat ground (step 130; Y), the
When the vehicle is not walking on the flat ground (step 130; N), the
以降、ECU16は、目的地に到着するまで、ステップ120における下り坂を歩行中であるか否かの判断、ステップ130における平地を歩行中であるか否かの判断を行い、下り坂を歩行中の場合には、アシストをゼロにし、平地を歩行中である場合には、最小限アシストを行う。
一方、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ115;N)、図6のフローチャートで示した処理に移行する。
Thereafter, the
On the other hand, when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
図6(a)は、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ115;N)の処理を説明するためのフローチャートである。
この場合、ECU16は、下り坂と平地以外の区間を通常の手法でアシストする場合に必要な総エネルギー量を再算出する(ステップ145)。
FIG. 6A is a flowchart for explaining the processing when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
In this case, the
次に、ECU16は、再算出した総エネルギー量とSOCの大小を比較する(ステップ150)。
SOCが再算出した総エネルギー量よりも大きい場合(ステップ150;Y)、ECU16は、第4段階の節約アシストを行う。
即ち、下り坂と平地でのアシストを行わなければ、バッテリ18は、装着者Mが目的地に到着するまでに必要な電力を供給できるため、ECU16は、下り坂と平地では、アシストを行わず、その他の区間では、通常の手法でアシストする。
Next, the
When the SOC is larger than the recalculated total energy amount (
In other words, the
まず、ECU16は、下り坂を歩行中か否かを判断する(ステップ155)。
下り坂を歩行中である場合(ステップ155;Y)、ECU16は、下り坂でのアシストをゼロにする(ステップ160)。
下り坂を歩行中でない場合(ステップ155;N)、ECU16は、平地を歩行中であるか否かを判断する(ステップ165)。
First, the
When the vehicle is walking on the downhill (
When not walking on the downhill (
平地を歩行中である場合(ステップ165;Y)、ECU16は、平地でのアシストをゼロにする(ステップ170)。
平地を歩行中でない場合(ステップ165;N)、ECU16は、通常の手法によるアシスト制御を行う(ステップ175)。
When the vehicle is walking on the flat ground (
When the vehicle is not walking on the flat ground (
以降、ECU16は、目的地に到着するまで、ステップ155における下り坂を歩行中であるか否かの判断、ステップ165における平地を歩行中であるか否かの判断を行い、下り坂を歩行中、あるいは、平地を歩行中である場合には、アシストをゼロにする。
Thereafter, the
一方、SOCが再算出した総エネルギー量以下である場合(ステップ150;N)、図6(b)のフローチャートに従い第5段階の節約アシストを行う。
図6(b)は、SOCが総エネルギー量以下である場合(ステップ150;N)の、第5段階の節約アシストの処理を説明するためのフローチャートである。
この場合、ECU16は、SOCを目的地まで通常の手法でアシストする場合に必要なエネルギーで除することによりエネルギー削減割合を算出する(ステップ180)。
次に、ECU16は、通常の手法によるアシスト量にエネルギー削減割合を乗じてアシスト量を算出する(ステップ185)。
On the other hand, when the SOC is equal to or less than the recalculated total energy amount (
FIG. 6B is a flowchart for explaining the fifth-stage saving assist process when the SOC is equal to or less than the total energy amount (
In this case, the
Next, the
そして、ECU16は、新たに算出したアシスト量にてアシスト制御を行う(ステップ190)。
このように、ECU16は、バッテリ18のSOCで目的地に到着できるレベルまで通常のアシスト量を一様に低減する。
Then, the
Thus, the
図7は、最小限アシスト制御の手順を説明するためのフローチャートである。
まず、ECU16は、着地センサ13の検出値から、装着者Mの右脚、左脚の両脚が着地しているか否かを判断する(ステップ505)。
両脚が着地している場合(ステップ505;Y)、ECU16は、全ての歩行アクチュエータ17の動力をオンする(ステップ510)。即ち、ECU16は、両足に対するアシストを行う。
FIG. 7 is a flowchart for explaining the procedure of the minimum assist control.
First, the
If both legs have landed (step 505; Y), the
両脚のうち着地していない脚がある場合(ステップ505;N)、ECU16は、着地センサ13の検出値から右脚のみ着地しているか否かを判断する(ステップ515)。
右脚のみ着地している場合(ステップ515;Y)、ECU16は、左脚が遊脚であると判断して、左脚の全ての歩行アクチュエータ17の動力をオフにする(ステップ520)。即ち、ECU16は、左脚に対するアシストをゼロにする。
一方、左脚のみ着地している場合(ステップ515;N)、ECU16は、右脚が遊脚であると判断して、右脚の全ての歩行アクチュエータ17の動力をオフにする(ステップ525)。即ち、右脚のアシストをゼロにする。
When there is a leg that has not landed among the two legs (step 505; N), the
When only the right leg has landed (step 515; Y), the
On the other hand, when only the left leg has landed (step 515; N), the
以上に説明した実施の形態では、目的地までバッテリを持たせるという観点から最小限アシストや両脚のアシスト力を低減したが、例えば、モード選択ボタンを供えて装着者Mに選択させるように構成することもできる。 In the embodiment described above, the minimum assist and the assist force of both legs are reduced from the viewpoint of holding the battery to the destination. For example, the mode selection button is provided to allow the wearer M to select. You can also.
以上に説明した実施の形態により、次の効果を得ることができる。
(1)連続使用時間/距離を経路情報から割り出し、バッテリ18で保有している電力が足りない場合は積極的に省エネでのアシスト制御を行うものとする。具体的には、経路情報から得られた下り坂のような大きなアシスト力が不要の場所では積極的に電力を絞り込む。
(2)従来の歩行アシスト装置は、歩行する経路などが不明のため、必要とする連続使用時間(あるいは距離)が分からず、経路の途中で電力が無くなってしまう虞があったが、歩行アシスト装置1は、目的地までのバッテリを持たせるようにアシスト計画を立てるため、目的地までバッテリを持たせることができる。
(3)目的地までバッテリが持つため、目的地に到着するまでにバッテリが切れて自重を引きずって歩くことがない。
(4)例えば、下り坂の遊脚からアシスト力を低減するなど、目的地までバッテリを持たせつつ、装着者Mにとって違和感を感じさせずに省エネ制御を行うことができる。
(5)歩行アシスト装置1に搭載したバッテリ18の電力が予行されている歩行のアシストで必要とされる電力を下回る場合、上りのみのアシスト制御を行い、下り、若しくは平地歩行の場合アシスト制御を絞り込む、又は行わない。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) The continuous use time / distance is calculated from the route information, and when the
(2) Since the conventional walking assist device does not know the route to walk, etc., the necessary continuous use time (or distance) is not known, and there is a possibility that power may be lost along the route. Since the
(3) Since the battery has up to the destination, the battery runs out before reaching the destination and does not drag its own weight.
(4) For example, energy saving control can be performed without making the wearer M feel uncomfortable while holding the battery to the destination, for example, by reducing the assist force from the free leg on the downhill.
(5) When the electric power of the
以上に説明した実施形態では次の機能構成をとることができる。
バッテリ18は、蓄電手段として機能している。
歩行アシスト部2は、歩行支援対象者の脚部を保持する保持手段として機能している。
歩行アクチュエータ17は、前記蓄電手段が供給する電力によって前記保持手段を駆動する駆動手段として機能している。
ECU16は、前記駆動手段が発揮する力を制御して前記脚部の移動に要する力をアシストする制御手段として機能している。
そして、ECU16は、遊脚部に対するアシスト力を、例えば、ゼロとするなど低減するため、所定の場合に、次の一歩のために移動する遊脚部に対して前記駆動手段が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とすることを特徴とする歩行支援装置。
In the embodiment described above, the following functional configuration can be adopted.
The
The walking
The walking
The
Then, the
また、ECU16は、立脚部に対してもアシスト力を低減するため、所定の場合に、更に、現在体重を主に支持している立脚部に対して前記駆動手段が発揮する力を通常の力よりも低減する。
Further, the
1 装着型ロボット
2 歩行アシスト部
3 3軸センサ
4 光源装置
5 撮像カメラ
6 3軸アクチュエータ
7 腰部装着部
8 連結部
9 撮像ユニット
10 無線通信装置
12 ナビゲーション装置
13 着地センサ
15 装着ロボットシステム
16 ECU
17 歩行アクチュエータ
18 バッテリ
19 SOC検出装置
20L 左脚部
20R 右脚部
30L、30R 股関節
40L、40R 膝関節
50L、50R 足首関節
100 照明
DESCRIPTION OF
17
Claims (8)
歩行支援対象者の脚部を保持する保持手段と、
前記蓄電手段が供給する電力によって前記保持手段を駆動する駆動手段と、
前記駆動手段が発揮する力を制御して前記脚部の移動に要する力をアシストする制御手段と、を具備し、
前記制御手段は、所定の場合に、前記両脚部のうちの遊脚部に対して前記駆動手段が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とする歩行支援装置。 Power storage means;
Holding means for holding the legs of the walking support target person;
Driving means for driving the holding means by the power supplied by the power storage means;
Control means for assisting the force required to move the leg by controlling the force exerted by the driving means,
The walking support device according to claim 1, wherein the control means reduces the force exerted by the driving means on the free leg portion of the both leg portions in a predetermined case from a normal force.
前記蓄電手段が供給できる供給電力量を取得する供給電力量取得手段と、
前記駆動手段が発揮する力を低減せずに、前記取得した経路を歩行するのに要する消費電力量を取得する消費電力量取得手段と、
を具備し、
前記所定の場合は、前記取得した消費電力量の方が前記取得した供給電力量よりも大きい場合であることを特徴とする請求項1から請求項4までのうちの何れか1つの請求項に記載の歩行支援装置。 Route acquisition means for acquiring a route from the current location to the destination;
A supply power amount acquisition means for acquiring a supply power amount that can be supplied by the power storage means;
Power consumption acquisition means for acquiring power consumption required to walk the acquired route without reducing the force exerted by the drive means;
Comprising
5. The method according to claim 1, wherein the predetermined case is a case where the acquired power consumption amount is larger than the acquired supply power amount. The walking support device described.
前記制御手段は、当該計画に従って前記駆動手段に発揮させる力を制御することを特徴とする請求項5に記載の歩行支援装置。 For a downhill and flat section of the acquired route, comprising a planning means for planning a reduction in the force exerted by the driving means so that the power consumption amount is equal to or less than the supplied power amount,
The walking support apparatus according to claim 5, wherein the control unit controls a force exerted on the driving unit according to the plan.
前記制御手段は、前記蓄電手段が供給する供給電力量によって前記経路を歩行できるように、前記駆動手段に発揮させる力を所定の割合で低減することを特徴とする請求項1から請求項6までのうちの何れか1つの請求項に記載の歩行支援装置。
When the power consumption does not fall below the supply power amount according to the plan,
7. The control device according to claim 1, wherein the control unit reduces the force exerted by the driving unit at a predetermined rate so that the path can be walked by the amount of power supplied by the power storage unit. The walking support device according to any one of the claims.
前記蓄電手段が供給する電力によって前記保持手段を駆動する駆動機能と、
前記駆動機能が発揮する力を制御して前記脚部の移動に要する力をアシストする制御機能と、
をコンピュータに実現させ、
前記制御機能は、所定の場合に、前記両脚部のうちの遊脚部に対して前記駆動機能が発揮する力を通常の力よりも低減することを特徴とする歩行支援プログラム。
A walking support program used in a computer included in a walking support device including a power storage unit and a holding unit that holds a leg of a walking support target person,
A drive function for driving the holding means with the power supplied by the power storage means;
A control function for assisting the force required to move the leg by controlling the force exerted by the drive function;
Is realized on a computer,
The walking support program characterized in that the control function reduces, in a predetermined case, a force exerted by the driving function on the free leg portion of the both leg portions, compared to a normal force.
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