JP2012200319A - Walking support device, and walking support program - Google Patents

Walking support device, and walking support program Download PDF

Info

Publication number
JP2012200319A
JP2012200319A JP2011065523A JP2011065523A JP2012200319A JP 2012200319 A JP2012200319 A JP 2012200319A JP 2011065523 A JP2011065523 A JP 2011065523A JP 2011065523 A JP2011065523 A JP 2011065523A JP 2012200319 A JP2012200319 A JP 2012200319A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
knee
stairs
foot
distance
thigh
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
JP2011065523A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Atsushi Sato
敦 佐藤
Koji Inoue
浩司 井上
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Equos Research Co Ltd
Original Assignee
Equos Research Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Equos Research Co Ltd filed Critical Equos Research Co Ltd
Priority to JP2011065523A priority Critical patent/JP2012200319A/en
Publication of JP2012200319A publication Critical patent/JP2012200319A/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Landscapes

  • Rehabilitation Tools (AREA)
  • Prostheses (AREA)
  • Manipulator (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain climbing stairs with higher steps in walking assistance.SOLUTION: When a person climbs stairs in a normal case, he/she performs climbing by lifting a thigh, bending a knee, and putting a foot on a stair while hanging down a shin portion under the knee in a vertical direction (knee-bending climbing). Thus, he/she cannot climb the stairs when a height h1 in maximally lifting the leg is not higher than the step H of the stair. When he/she cannot lift the leg higher than the height of the stair even when a hip joint is lifted up to a limit angle θ1, he/she climbs the stairs while straightening the knee to be lifted up higher (h2) (knee-straightening climbing).

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、特に階段や坂道を上る場合の歩行運動のアシストに関する。   The present invention relates to a walking support device and a walking support program, and, for example, relates to a walking motion of a wearer, and particularly to assisting a walking motion when climbing stairs or hills.

近年、装着者の動作をアシストする装着型ロボットが注目を集めている。
装着型ロボットには、センサなどで体の動きを検知して装着者の身体動作を支援するものがあり、装着者の歩行運動等を補助することができる。
例えば、特許文献1の「装着式動作補助装置、装着式動作補助装置の制御方法および制御用プログラム」は、筋電センサにより装着者の動作意図を読み取って、装着者の運動を支援している。
In recent years, wearable robots that assist the wearer's movement have attracted attention.
Some wearable robots support body movements of a wearer by detecting body movement with a sensor or the like, and can assist a wearer's walking motion and the like.
For example, “Wearing-type movement assistance device, method for controlling wearing-type movement assistance device and control program” of Patent Document 1 supports the movement of the wearer by reading the intention of movement of the wearer using an electromyographic sensor. .

しかし、従来の装着型ロボットで歩行を支援する場合、階段の上りにおいて、段差以上に足を持ち上げることが可能であることを前提として設計されている。そして、歩行支援をする場合に、装着者の筋力のアシスト(支援)をすることができるが、体の柔軟性(特に、膝を限界まで上げた場合の股関節の限界角度θ1)を支援することはできない。
このため高齢者などに代表される柔軟性、特に股関節の稼働領域が衰えた装着者が使用すると、足を階段高さよりも高く上げることができず、結果的に階段を上ることができない場合が生じてしまう。
However, when walking is supported by a conventional wearable robot, it is designed on the premise that it is possible to lift the foot above the step when climbing the stairs. When assisting walking, the wearer's muscle strength can be assisted (supported), but the body flexibility (particularly, the hip joint limit angle θ1 when the knee is raised to the limit) is supported. I can't.
For this reason, when used by a wearer who has reduced flexibility such as the elderly, especially when the working area of the hip joint has declined, the foot cannot be raised higher than the staircase height, and as a result, it may not be possible to climb the stairs. It will occur.

特開2005−95561号公報JP 2005-95561 A

本発明は、歩行アシストにおいて、より段差の高い階段も上ることができるように歩行支援することを目的とする。   An object of the present invention is to provide walking assistance so that a step with higher steps can be climbed in walking assistance.

(1)請求項1に記載の発明では、歩行支援対象者の少なくとも大腿部と脛部を含む脚部を保持する保持手段と、前記保持手段が保持する各部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をアシストする制御手段と、上り階段を検出する上り階段検出手段と、を具備し、前記制御手段は、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、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、前記階段の段差Hを取得する段差取得手段と、階段に対して正面を向いた正対状態で、所定の基準位置から次に上る階段のステップ部分の手前側端部までの前方距離を取得する前方距離取得手段と、前記大腿部を上げた状態での足の高さが、前記取得した段差Hより高くなる股関節の必要最小角度を算出する必要最小角度算出手段と、前記股関節の必要最小角度まで前記大腿部を上げた状態での前記基準位置から足先までの足先距離を算出する距離算出手段と、を備え、前記制御手段は、前記算出した足先距離が前記前方距離より小さい場合、階段に対して斜め方向に上るように前記脚部の移動をアシストする、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、前記必要最小角度算出手段は、膝を伸ばして前記大腿部を上げた状態での足の高さが、前記段差Hより高くなる股関節の必要最小角度θ2を算出し、前記距離算出手段は、前記股関節の必要最小角度θ2まで前記大腿部を上げ、膝を伸ばした状態での前記基準位置から足先までの足先距離m2を算出する、ことを特徴とする請求項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、前記歩行支援対象者における股関節の限界角度θ1まで前記大腿部を上げ、膝を曲げて前記脛部を鉛直にした状態での足の最大高さh1を取得する膝曲げ足高さ取得手段と、前記制御手段は、前記取得した足の最大高さh1が段差H以下の場合、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、ことを特徴とする請求項2、又は請求項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、歩行支援対象者の少なくとも大腿部と脛部を含む脚部を保持する保持手段と、前記保持手段が保持する各部を駆動する駆動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、前記駆動手段が発揮する力を制御して前記脚部の移動をアシストする制御機能と、上り階段を検出する上り階段検出機能と、を前記コンピュータに実現させ、前記制御機能は、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、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 according to claim 1, the holding means for holding the leg part including at least the thigh and the shin part of the walking support target, the driving means for driving each part held by the holding means, A control means for assisting the movement of the leg by controlling the force exerted by the driving means; and an ascending stair detection means for detecting an ascending staircase, wherein the control means is used when climbing the detected ascending staircase. In addition, the walking assist device is characterized by assisting the movement of the thigh and shin so that the knee is stretched.
(2) In the invention described in claim 2, the step acquisition means for acquiring the step H of the staircase and the step portion of the staircase next to the predetermined reference position in a directly-facing state facing the front with respect to the staircase It is necessary to calculate the required minimum angle of the hip joint at which the height of the foot when the thigh is raised is higher than the acquired step H, with the front distance acquisition means for acquiring the front distance to the front end. A minimum angle calculating means; and a distance calculating means for calculating a toe distance from the reference position to the toes in a state where the thigh is raised to a necessary minimum angle of the hip joint, and the control means includes: 2. The walking support device according to claim 1, wherein, when the calculated toe distance is smaller than the front distance, the movement of the leg is assisted so as to rise obliquely with respect to the stairs. .
(3) In the invention described in claim 3, the minimum required angle calculation means is a minimum required angle of the hip joint in which a foot height is higher than the step H in a state where the knee is extended and the thigh is raised. θ2 is calculated, and the distance calculation means calculates the foot tip distance m2 from the reference position to the foot tip in a state where the thigh is raised to the necessary minimum angle θ2 of the hip joint and the knee is extended. A walking support device according to claim 2 is provided.
(4) In the invention according to claim 4, the maximum height h1 of the foot in a state in which the thigh is raised to the limit angle θ1 of the hip joint in the walking support target, the knee is bent, and the shin is vertical. When the acquired maximum foot height h1 is equal to or less than the step H, the knee bending leg height acquisition means for acquiring the knee is in a state where the knee is stretched when going up the detected upstairs. As described above, the walking assist device according to claim 2 or 3, wherein the movement of the thigh and shin is assisted.
(5) The invention according to claim 5 includes holding means for holding a leg part including at least a thigh and a shin part of a walking support target, and driving means for driving each part held by the holding means. A walking support program used in a computer included in the walking support device, the control function for assisting the movement of the leg by controlling the force exerted by the driving means, the ascending stairs detection function for detecting the ascending stairs, And the control function assists the movement of the thigh and shin so that the knee is stretched when going up the detected upstairs. Provide walking support programs.

本発明によれば、膝を伸ばした状態で階段を上るように支援するので、より段差の高い階段も上ることができる。   According to the present invention, since the support is provided to climb the stairs with the knees extended, the stairs with higher steps can also be climbed.

階段を上る場合の歩行支援についての説明図である。It is explanatory drawing about the walk assistance in the case of going up the stairs. 装着型ロボットの装着状態や装着ロボットシステムについての説明図である。It is explanatory drawing about the mounting state of a mounting type robot, and a mounting robot system. 上り階段アシスト処理において、使用される階段情報の値を定義した説明図である。It is explanatory drawing which defined the value of the staircase information used in an up staircase assist process. 上り階段アシスト処理において、使用される装着者Mと階段の関係を定義した説明図である。It is explanatory drawing which defined the relationship between the wearer M used and the staircase in the upstairs assist process. 歩行アシスト装置が行う上り階段アシスト処理の内容を表したフローチャートである。It is a flowchart showing the content of the up staircase assist process which a walk assistance apparatus performs. 股関節の角度と足の高さとの関係を模式的に表したものである。It is a schematic representation of the relationship between the hip joint angle and the foot height. 膝曲げ上り処理の処理内容を表したサブルーチンである。It is a subroutine showing the processing contents of the knee bending up processing. 膝伸ばし上り処理の処理内容を表したサブルーチンである。It is a subroutine showing the processing contents of the knee extension process. 同一高さまで足を上げる場合の、股関節角度の関係を表した説明図である。It is explanatory drawing showing the relationship of the hip joint angle in the case of raising a leg to the same height.

(1)実施形態の概要
図1は、階段を上る場合の歩行支援について表したものである。
通常階段を上る場合、図1(a)に示すように、大腿部(太もも)を持ち上げるとともに膝を曲げることで、膝から下の脛の部分を鉛直方向に垂らした状態で足を階段の上に乗せながら上っている(以下、膝曲げ上りという)。
このため、大腿部最大上げた場合の足の高さh1が階段の段差Hよりも高く上がらないと階段を上ることができないことになる。この場合、大腿部の高さを上げることでより高く足を上げることができるが、装着者Mの股関節を痛めるため、柔軟性の限界を超えて上げることはできない。
そこで本実施形態では、股関節(大腿部)を最大の角度(股関節の限界角度θ1)まで上げたとしても足が階段よりも高く上がられない場合に、図1(b)に示すように、膝を伸ばすことで足をより高く上げながら階段を上るようにする(以下、膝伸ばし上りという)。
(1) Outline of Embodiment FIG. 1 shows walking support when going up stairs.
When climbing a normal staircase, as shown in FIG. 1 (a), lift the thigh (thigh) and bend the knee, so that the foot is placed on the staircase with the shin part below the knee hanging vertically. Climbing on top (hereinafter referred to as knee bending up).
For this reason, if the height h1 of the foot when the thigh is raised to the maximum does not rise higher than the step H of the stairs, the stairs cannot be climbed. In this case, the leg can be raised higher by raising the height of the thigh, but the hip joint of the wearer M is hurt and cannot be raised beyond the limit of flexibility.
Therefore, in the present embodiment, as shown in FIG. 1 (b), when the hip joint (thigh) is raised to the maximum angle (the limit angle θ1 of the hip joint), the foot cannot be raised higher than the stairs. By stretching the knee, the stairs are raised while raising the leg higher (hereinafter referred to as knee extension).

一方、階段を上る場合には、通常は正対上り、すなわち図1(a)、(c)に示すように、階段の幅方向に対して直角な方向を向きながら上るのが通常である。
しかし、正対上りにおいて、本実施形態の膝伸ばし上りをしようとすると、足が段差にぶつかり膝を伸ばすことができず、従って、足を階段より上に上げることができない場合がある。
そこで、階段のステップ幅(階段1段の奥行き)が、膝伸ばし上りをするのに十分でない場合には、装着者の体の向きを制御することで、階段を斜め上りする。すなわち図1(b)、(c)に示すように、階段に対して体を斜め方向にオフセットすることで、軸足から段差までの十分な距離を確保しながら、斜めに階段を上っていくように制御、支援する。
このように、膝伸ばし上りと斜め上りとを組み合わせることで、股関節の角度が十分にとれない装着者でも段差の大きい階段を上れるように歩行支援することができる。
On the other hand, when going up the stairs, it is normal to go up normally, that is, as shown in FIGS. 1A and 1C, while going up in a direction perpendicular to the width direction of the stairs.
However, when trying to extend the knee according to this embodiment while facing up, the foot may hit a step and the knee cannot be extended, and thus the foot may not be raised above the stairs.
Therefore, when the step width of the stairs (depth of one step of the stairs) is not enough to extend the knee, the stairs are raised obliquely by controlling the direction of the wearer's body. That is, as shown in FIGS. 1B and 1C, the body is offset obliquely with respect to the stairs, and the stairs are raised obliquely while ensuring a sufficient distance from the foot to the step. Control and support as you go.
In this way, by combining knee-up and diagonally-up, even a wearer whose hip joint angle is not sufficient can support walking so that he can go up stairs with large steps.

なお、段差の高さは、通信によるデータやセンサなどで取得する。
また、装着者の柔軟性(股関節を上げられる限界角度θ1)を過去のアーカイブや入力値などから取得する。
The height of the step is acquired by communication data or a sensor.
In addition, the wearer's flexibility (the limit angle θ1 at which the hip joint can be raised) is acquired from past archives or input values.

(2)実施形態の詳細
図2(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. 2A is a diagram showing a wearing state of the walking assist device 1.
The walking assist device 1 is a walking assistance device that is worn on the waist and lower limbs of the wearer M and supports (assists) the walking of the wearer M. In addition, for example, it may be attached to the upper body and the lower body to assist the movement of the whole body.

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2(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 walking assist device 1 includes a waist mounting portion 7, a walking assist portion 2, a connecting portion 8, a three-axis sensor 3, a three-axis actuator 6, an imaging camera 5, a light source device 4, an imaging unit that holds the imaging camera 5 and the light source device 4. 9, a wireless communication device 10, a navigation device 12 and the like.
The waist mounting portion 7 is a fixing device that fixes the walking assist device 1 to the waist of the wearer M. The waist mounting part 7 moves integrally with the waist of the wearer M.
The waist mounting portion 7 includes a walking actuator 17 (FIG. 2B), 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2で、歩行アクチュエータ17が連結部8を介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 part 2.
The walking assist unit 2 is attached to the lower limb of the wearer M, and is driven in the front-rear direction and the like by the walking actuator 17 to support the walking motion of the wearer M.
In FIG. 2, the walking actuator 17 is configured to drive the walking assist unit 2 via the connecting unit 8, but this is for simplifying the drawing and description. It has a multi-joint structure corresponding to M hip joints, knee joints, and ankle joints. Each joint has its rotation angle detected by an encoder installed in each joint, and a walking actuator 17 installed in each joint. It is driven by the power of.

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 triaxial sensor 3 is installed in the waist mounting portion 7 and detects the posture of the waist mounting portion 7 and the like. The triaxial sensor 3 includes, for example, a triaxial angular velocity detection function and a triaxial angular acceleration detection function using a three-dimensional gyro, and the rotation angle, angular velocity, and angular acceleration around the forward, vertical, and body-side axes. Can be detected.
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 imaging camera 5 and the light source device 4 are installed.
The light source device 4 and the imaging camera 5 are fixed to the imaging unit 9, and when the triaxial actuator 6 is driven, the irradiation direction of the light source device 4 (the direction of the optical axis of the light source device 4) and the imaging direction of the imaging camera 5. (The direction of the optical axis of the imaging camera 5) changes the roll angle, yaw angle, and pitch angle with respect to the waist mounting portion 7 while maintaining the relative angle.

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 device 1, Since the imaging unit 9 is inclined depending on the mounting state, the triaxial actuator 6 corrects this.

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 light source device 4 irradiates light such as laser, infrared light, and visible light in a predetermined shape pattern, for example. In the present embodiment, the light source device 4 emits light in a shape pattern that is circular with respect to a plane perpendicular to the irradiation direction, but various shapes such as a rectangular shape, a cross, and a dot are possible.

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 imaging camera 5 is configured by an infrared light camera, a visible light camera, or the like that includes an optical system for forming an image of a subject and a CCD (Charge-Coupled Device) that converts the imaged subject to an electrical signal. The light source device 4 captures (shoots) a projection image irradiated on the walking reference plane.
The projection image by the light emitted by the light source device 4 in a predetermined shape pattern has a shape deformed (distorted) from a circle due to an angle formed by the irradiation direction and the walking surface, or an obstacle (such as a step) existing on the walking surface. However, by analyzing this shape, it is possible to detect the forward state (for example, the presence of a downhill, the presence of flat ground, etc.)

無線通信装置10は、階段に関する各種情報や、エスカレータに関する踏板情報などの各種情報、その他歩行環境に関する各種を検出する。
無線通信装置10は、これら歩行環境に関する情報を、階段やエスカレータ等の各種設備周辺に配置されている照明100が発光する光や、図示しない情報送信装置から送信される情報から取得する。
歩行環境情報に階段や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、階段や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 wireless communication device 10 detects various types of information regarding stairs, various types of information such as tread information regarding escalators, and various other types regarding walking environments.
The wireless communication device 10 acquires information on the walking environment from light emitted from the lighting 100 arranged around various facilities such as stairs and escalators, and information transmitted from an information transmission device (not shown).
When the walking environment information includes information indicating the start and end points of stairs and downhills, and the start and end points of flat ground, the walking assist device 1 can thereby start and end points of stairs and downhills, The end point can be recognized.

本実施形態では、歩行環境情報として階段に関する各種情報(階段情報)を使用するが、この各種情報については、取得可能な場合には無線通信装置10で取得する。
また、無線通信装置10で取得できない場合には、撮像カメラ5で撮像した階段や、光学装置4で照射した光の画像を解析、認識することで取得することになる。
本実施形態で使用する階段情報としては、例えば、階段全体の幅(横方向の長さ)L0、ステップ幅P0、段差の高さH、装着者Mの位置に対する情報(階段左側の幅L1、右側の幅L2、軸足から次のステップまでの距離P1)等がある。
なお、装着者Mの位置に対する情報については、装着者Mの位置によって異なる情報なので、無線通信装置10ではなく撮像カメラ5の撮像画像により判断する。但し、階段の左右から装着者Mを認識して階段の両側から装着者Mまでの距離L1、L2が無線により提供される場合には、当該情報を使用することになる。
In the present embodiment, various information regarding the stairs (stair information) is used as the walking environment information. The various information is acquired by the wireless communication device 10 when it can be acquired.
If the wireless communication device 10 cannot acquire the image, the image is acquired by analyzing and recognizing the staircase imaged by the imaging camera 5 and the image of the light emitted by the optical device 4.
As the staircase information used in this embodiment, for example, the width of the entire staircase (lateral length) L0, the step width P0, the height of the step H, the information on the position of the wearer M (the width L1 on the left side of the staircase, There are a right width L2, a distance P1) from the shaft foot to the next step, and the like.
Note that the information regarding the position of the wearer M is different depending on the position of the wearer M, and therefore is determined based on the captured image of the imaging camera 5 instead of the wireless communication device 10. However, when the wearer M is recognized from the left and right sides of the stairs and the distances L1 and L2 from both sides of the stairs to the wearer M are provided wirelessly, the information is used.

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 navigation device 12 receives a GPS signal from a GPS (Global Positioning System) satellite, communicates with a predetermined server to identify the current position of the wearer M, and provides a route from the current position to the destination. It has navigation functions such as searching.
The searched route includes information on the state of the walking surface such as a downhill section and a flat section.

図2(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. 2B is a diagram for explaining the mounting robot system 15 installed in the walking assist device 1.
The wearing robot system 15 is an electronic control system that controls the walking assist device 1 so as to exhibit a walking support function.

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、歩行アクチュエータ17を駆動し、階段を上る場合の上り階段支援を含む各種歩行支援を行う。
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から階段情報を含む歩行環境情報を取得したり、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, drives the walking actuator 17, and performs various walking assistances including climbing stairs assistance when going up the stairs.
The CPU is connected to the light source device 4, the imaging camera 5, the three-axis actuator 6, the three-axis sensor 3, the wireless communication device 10, and the navigation device 12 through an interface, and turns on / off irradiation from the light source device 4. , Acquiring imaging data from the imaging camera 5, driving the triaxial actuator 6, obtaining a detection value from the triaxial sensor 3, obtaining walking environment information including staircase information from the wireless communication device 10, The current position of the wearer M is acquired from the navigation device 12.

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。
また記憶装置は、装着者Mに関する各種情報、例えば、股関節の上がる限界角度θ1、地面から股関節までの長さn0、大腿部(股関節から膝まで)の長さn1、脛部分(膝から足裏までの)長さn2、脛部から足先までの長さs等を記憶している。なお、これら装着者Mに関する情報は、図示しない入力装置からの入力や、外部からの通信により取得して記憶するが、上記情報n0、n1、n2については、歩行アシスト部2を装着した際の、股関節、膝関節、足首関節に設置されたエンコーダの各位置から取得して記憶するようにしてもよい。
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 device 1 An archive or the like for detecting and storing the data by sampling is stored.
The storage device also stores various information about the wearer M, for example, the limit angle θ1 at which the hip joint rises, the length n0 from the ground to the hip joint, the length n1 of the thigh (from the hip joint to the knee), and the shin part (from the knee to the foot). The length n2 (to the back), the length s from the shin part to the toes, etc. are stored. The information about the wearer M is acquired and stored by an input from an input device (not shown) or communication from the outside. The information n0, n1, and n2 are obtained when the walking assist unit 2 is worn. Further, it may be acquired from each position of an encoder installed at a hip joint, a knee joint, or an ankle joint and stored.

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。
The walking actuator 17 drives the walking assist unit 2 based on a command from the ECU 16.
The ECU 16 controls the walking actuator 17 provided in each of the hip joint, the knee joint, and the ankle joint to cause the walking assist device 1 to perform a walking support operation as a unit.
The battery 18 is a power storage device configured with, for example, a lithium ion battery. The walking actuator 17 can be driven by the electric power supplied from the battery 18 or the ECU 16 can be operated.

次に以上のように構成された歩行アシスト装置1による上り階段アシスト処理について説明する。
図3、図4は、上り階段アシスト処理において、取得、算出により使用される階段情報の値と装着者Mの情報を定義したものである。
階段情報は、図3(a)に示すように、階段に向かって左右方向の幅(階段幅)をL0、階段の段差(高さ)をH、階段ステップQ1の奥行きをP0とする。
また、図3(b)に示すように、装着者Mの軸足から段壁Q2までの距離(前方距離)をP1とする。ただし、各階段ステップQ1の面が段壁Q2よりも手前に出ている場合には、装着者Mの軸足から次の階段ステップ(次に上る階段ステップ)Q1の手前側端面までの距離をP1とする。
Next, the ascending stairs assist process by the walking assist device 1 configured as described above will be described.
3 and 4 define the values of the staircase information used by the acquisition and calculation and the information of the wearer M in the upstairs assist process.
As shown in FIG. 3A, the staircase information has a left-right width (stair width) L0, a stair step (height) H, and a stair step Q1 depth P0.
Moreover, as shown in FIG.3 (b), let the distance (front distance) from the axial leg of the wearer M to the step wall Q2 be P1. However, if the surface of each stair step Q1 is in front of the step wall Q2, the distance from the wearer's M foot to the front end surface of the next stair step (the next stair step) Q1 Let P1.

また、図4(a)に示すように、装着者Mの地面(足裏)から股関節までの長さをn0、股関節から膝までの長さをn1、膝から足裏までの長さをn2とする。
さらに、図4(b)、(c)に示すように、装着者Mにおける、股関節の上がる限界角度(膝を最大まで上げた場合の軸足に対する角度)をθ1とする。
そして、図4(b)に示すように、限界角度θ1まで股関節を上げ、脛部分が鉛直方向になるように膝を曲げた状態(膝曲げ上りの状態)での足の高さ、すなわち、地面から足裏までの高さをh1とする。
また、図4(c)に示すように、限界角度θ1まで股関節を上げ、膝を伸ばした状態(膝伸ばし上りの状態)での足の高さをh2とする。
Further, as shown in FIG. 4A, the length from the ground (sole) to the hip joint of the wearer M is n0, the length from the hip joint to the knee is n1, and the length from the knee to the sole is n2. And
Furthermore, as shown in FIGS. 4B and 4C, the limit angle that the wearer M can rise to the hip joint (the angle with respect to the shaft foot when the knee is raised to the maximum) is θ1.
Then, as shown in FIG. 4B, the height of the foot in a state where the hip joint is raised to the limit angle θ1 and the knee is bent so that the shin portion is in the vertical direction (the state where the knee is bent up), that is, The height from the ground to the sole is h1.
Further, as shown in FIG. 4C, the height of the foot in a state where the hip joint is raised to the limit angle θ1 and the knee is extended (the state where the knee is extended) is h2.

図5は、歩行アシスト装置1が行う上り階段アシスト処理の内容を表したフローチャートである。
以下の処理は、ECU16のCPUがROMに格納された歩行支援プログラムのうち、上り階段アシストプログラムに従って行うものである。
FIG. 5 is a flowchart showing the contents of the up staircase assist process performed by the walking assist device 1.
The following processing is performed by the CPU of the ECU 16 according to the ascending stairs assist program among the walking support programs stored in the ROM.

ECU16は、無線通信装置10で受信する情報及び/又は撮像カメラ5による撮像画像から、上り階段前に到着したか否かを常時監視している(ステップ11)。
上り階段前に到着した場合(ステップ11;Y)、ECU16は、階段の段差Hを検出する(ステップ12)。
さらにECU16は、階段ステップの奥行きP0を検出する(ステップ13)。
次いで、ECU16は、階段ステップの幅について、装着者Mの立ち位置から左側の幅L1と右側の幅L2を検出することで、幅L0を検出する(ステップ14)。
The ECU 16 constantly monitors whether or not it has arrived before the ascending stairs from the information received by the wireless communication device 10 and / or the image captured by the imaging camera 5 (step 11).
When the vehicle arrives before the ascending stairs (step 11; Y), the ECU 16 detects the step H of the stairs (step 12).
Further, the ECU 16 detects the depth P0 of the stair step (step 13).
Next, regarding the width of the stair step, the ECU 16 detects the width L0 by detecting the left width L1 and the right width L2 from the standing position of the wearer M (step 14).

そしてECU16は、撮像カメラ5による撮像画像から、装着者Mの立ち位置の軸足から段差までの距離(次のステップまでの距離)P1を取得する(ステップ15)。
本実施形態では撮像画像からP1を取得するが、膝関節と足首関節に装着した両歩行アシスト部を連結する連結部8に、距離センサを配設し、この距離センサの検出値から距離P1を検出するようにしてもよい。
なお、本実施形態の説明では、段差までの距離P1については、軸足の軸を所定の基準位置として説明するが、上げる側の足のつま先位置(上げる前)を所定の基準位置としてもよい。
Then, the ECU 16 acquires a distance (distance to the next step) P1 from the axis foot of the standing position of the wearer M to the step from the image captured by the imaging camera 5 (step 15).
In this embodiment, P1 is acquired from the captured image, but a distance sensor is disposed in the connecting portion 8 that connects both walking assist portions attached to the knee joint and the ankle joint, and the distance P1 is determined from the detection value of the distance sensor. You may make it detect.
In the description of the present embodiment, for the distance P1 to the step, the axis of the pivot foot is described as the predetermined reference position, but the toe position (before raising) of the raising foot may be set as the predetermined reference position. .

またECU16は、アーカイブなどから股関節の上がる限界角度θ1を取得する(ステップ16)。
そして、ECU16は、取得した股関節の上がる限界角度θ1から、膝を曲げた状態で足の上がる最大高さh1を取得する(ステップ17)。
Further, the ECU 16 acquires a limit angle θ1 at which the hip joint is raised from an archive or the like (step 16).
Then, the ECU 16 obtains the maximum height h1 for raising the foot with the knee bent from the obtained limit angle θ1 for raising the hip joint (step 17).

図6は、股関節の角度と足の高さとの関係を模式的に表したものである。
この図6(a)に示されるように、限界角度θ1で膝を曲げた状態の足の最大高さh1は次のように算出される。
h1=h0−n2=n0−n1cosθ1−n2
ここで、h0は、限界角度θ1における膝の高さである。
FIG. 6 schematically shows the relationship between the hip joint angle and the foot height.
As shown in FIG. 6A, the maximum height h1 of the foot with the knee bent at the limit angle θ1 is calculated as follows.
h1 = h0-n2 = n0-n1cos θ1-n2
Here, h0 is the knee height at the limit angle θ1.

ECU16は、膝を曲げた状態で足の上がる最大高さh1が段差Hよりも小さいか否かを判断する(ステップ18)。この判断は、膝曲げ上りで階段を上ることができるか否かについての判断である。
最大高さh1が段差H以上であれば(ステップ18;N)、ECU16は、サブルーチンである膝曲げ上り処理を実行する(ステップ19)。
The ECU 16 determines whether or not the maximum height h1 for raising the foot with the knee bent is smaller than the step H (step 18). This determination is a determination as to whether or not the stairs can be climbed up.
If the maximum height h1 is greater than or equal to the level difference H (step 18; N), the ECU 16 executes a knee bending up process that is a subroutine (step 19).

一方、最大高さh1が段差Hより低い場合(ステップ18;Y)、膝曲げ上りで階段を上ることはできないので、ECU16は、股関節の上がる限界角度θ1で膝を伸ばしたときの最大高さh2を算出する(ステップ20)。
この最大高さh2は、図6(a)に示されるように、h2=n0(1−cosθ1)により算出される。
On the other hand, when the maximum height h1 is lower than the level difference H (step 18; Y), the stairs cannot be climbed up by bending the knee, so the ECU 16 increases the maximum height when the knee is stretched at the limit angle θ1 where the hip joint is raised. h2 is calculated (step 20).
The maximum height h2 is calculated by h2 = n0 (1-cos θ1) as shown in FIG.

ついでECU16は、算出した最大高さh2が段差Hよりも小さいか否かを判断する(ステップ21)。この判断は、膝伸ばし上りで階段を上ることができるか否かの判断である。
最大高さh2が段差H以上である場合(ステップ21;N)、ECU16はサブルーチンである膝伸ばし上り処理を実行する(ステップ22)。
一方、最大高さh2が段差Hよりも低い場合(ステップ21;Y)、ECU16は、階段を上ることはできないと判断し(ステップ23)、メインルーチンにリターンする。
この場合ECU16は、階段を上ることができないので、図示しないスピーカから階段を上ることができない高さであることを音声や警告音、警告表示などにより装着者Mに報知する。
Next, the ECU 16 determines whether or not the calculated maximum height h2 is smaller than the step H (step 21). This determination is a determination as to whether or not the stairs can be climbed up with the knees extended.
If the maximum height h2 is greater than or equal to the step H (step 21; N), the ECU 16 executes a knee extension process that is a subroutine (step 22).
On the other hand, when the maximum height h2 is lower than the step H (step 21; Y), the ECU 16 determines that the stairs cannot be climbed (step 23) and returns to the main routine.
In this case, the ECU 16 cannot go up the stairs, so the wearer M is notified by voice, warning sound, warning display, or the like that the height cannot be reached from a speaker (not shown).

図7は、膝曲げ上り処理(ステップ19)の処理内容を表したサブルーチンである。
この膝曲げ上り処理において、ECU16は、軸足から膝までの距離m1を算出する(ステップ31)。
この距離m1は、図6(a)に示されるように、m1=n1sinθ1である。
FIG. 7 is a subroutine showing the processing contents of the knee bending up processing (step 19).
In this knee bending up process, the ECU 16 calculates a distance m1 from the axial leg to the knee (step 31).
This distance m1 is m1 = n1sin θ1, as shown in FIG.

ついでECU16は、膝までの距離m1が、ステップ15で取得した階段のステップまでの距離P1より小さいか否かを判断する(ステップ32)。
膝までの距離m1がステップまでの距離P1よりも小さい場合(ステップ32;Y)、普通に膝を上げた状態でステップに足先が当たることがないので、ECU16は、通常の正対による階段上り処理を行い(ステップ33)、メインルーチンにリターンする。
なお、この正対による階段上り処理(ステップ33)では、装着者Mが足を上げる力をアシスト(支援)するだけでなく、膝を曲げた状態での足の高さh1が階段の高さHよりも高くなる位置まで股関節角度を調節するように制御する。
Next, the ECU 16 determines whether or not the distance m1 to the knee is smaller than the distance P1 to the step of the stairs acquired in step 15 (step 32).
When the distance m1 to the knee is smaller than the distance P1 to the step (step 32; Y), the ECU 16 does not make a step on the normal facing because the step does not hit the step with the knee raised normally. An upstream process is performed (step 33), and the process returns to the main routine.
Note that, in the stair climbing process (step 33) based on this facing, not only assisting (supporting) the force with which the wearer M raises the foot, but also the height h1 of the foot when the knee is bent is the height of the staircase. Control is performed so that the hip joint angle is adjusted to a position higher than H.

一方、膝までの距離m1がステップまでの距離P1以上である場合(ステップ32;N)、正対上りだと足がステップに当たるので、ECU16は、階段を斜め方向に上る斜め上り処理を行う(ステップ34〜ステップ39)。
ECU16は、ステップ14で取得した、装着者Mの立ち位置からのステップ右幅L2とステップ左幅L1との大きさを比較する(ステップ34)。
ステップ左幅L1が、ステップ右幅L2よりも大きい場合(ステップ34;Y)、ECU16は、装着者Mを左へα度旋回させる(ステップ35)。
一方、ステップ右幅L2がステップ左幅L1以上の場合(ステップ34;N)、ECU16は装着者Mを右へα度旋回させる。
On the other hand, when the distance m1 to the knee is equal to or greater than the distance P1 to the step (step 32; N), the leg hits the step when facing up, so the ECU 16 performs an oblique ascending process to ascend the stairs in an oblique direction ( Step 34 to Step 39).
The ECU 16 compares the size of the step right width L2 and the step left width L1 from the standing position of the wearer M acquired in step 14 (step 34).
When the step left width L1 is larger than the step right width L2 (step 34; Y), the ECU 16 turns the wearer M to the left by α degrees (step 35).
On the other hand, when the step right width L2 is greater than or equal to the step left width L1 (step 34; N), the ECU 16 turns the wearer M to the right by α degrees.

なお、このα度の左右旋回は、例えば、ECU16が、装着者Mがその場でα度旋回するように足踏みさせるように歩行アクチュエータ17を制御することで実現する。
また、ECU16は、図示しないスピーカから「少し右方向に旋回して下さい」等の音声により案内したり、旋回とその方向を指示する表示と警告音とにより、装着者Mに旋回を促すようにしてもよい。
Note that this α-degree left-right turn is realized, for example, by the ECU 16 controlling the walking actuator 17 so that the wearer M steps on the spot to turn α-degree.
In addition, the ECU 16 guides the wearer M by a voice such as “Please turn slightly to the right” from a speaker (not shown), and prompts the wearer M to turn using a display and warning sound indicating the turning and the direction. May be.

α度だけ旋回した後、ECU16は、軸足からステップまでの距離P1を、撮像カメラ5の撮像画像から新たに算出する(ステップ37)。
そして、ステップ31で算出した膝までの距離m1が、新たに算出したステップまでの距離P1より小さいか否かを判断する(ステップ38)。
膝までの距離m1が新たな距離P1以上である場合(ステップ38;N)、まだ旋回角度が十分でないので、ECU16はステップ34に戻り、更なる左右方向(前回と同じ方向)への旋回(ステップ35、36)と、旋回後の新たな距離P1の算出(ステップ37)、比較(ステップ38)を行う。
After turning by α degrees, the ECU 16 newly calculates a distance P1 from the pivot foot to the step from the captured image of the imaging camera 5 (step 37).
Then, it is determined whether or not the distance m1 to the knee calculated in step 31 is smaller than the distance P1 to the newly calculated step (step 38).
When the distance m1 to the knee is equal to or greater than the new distance P1 (step 38; N), the turning angle is not yet sufficient, so the ECU 16 returns to step 34 to turn further in the left-right direction (the same direction as the previous time) ( Steps 35 and 36) and calculation (step 37) and comparison (step 38) of a new distance P1 after the turn are performed.

旋回によって膝までの距離m1が新たな距離P1よりも小さくなると(ステップ38;N)、ECU16は、旋回した角度だけ装着者Mが斜めになった状態において、膝を曲げた状態での通常階段上り処理を実行し(ステップ39)、メインルーチンにリターンする。   When the distance m1 to the knee becomes smaller than the new distance P1 by turning (step 38; N), the ECU 16 makes the normal staircase with the knee bent in a state where the wearer M is inclined by the turning angle. The upstream process is executed (step 39), and the process returns to the main routine.

次に、サブルーチンである膝伸ばし上り処理(ステップ22)について図8を参照しながら説明する。
ECU16は、膝を伸ばした状態で、ステップ12で検出した階段の段差Hよりも高く足を上げるための股関節の必要最小角度θ2を算出する(ステップ51)。
股関節の必要最小角度θ2は、図6(b)に示されるように、次の式から算出される。
h2=n0(1-cosθ2)>H
Next, the knee extension process (step 22), which is a subroutine, will be described with reference to FIG.
The ECU 16 calculates the necessary minimum angle θ2 of the hip joint for raising the foot higher than the step difference H detected in step 12 with the knee extended (step 51).
The required minimum angle θ2 of the hip joint is calculated from the following equation as shown in FIG.
h2 = n0 (1-cos θ2)> H

次にECU16は、軸足から足先までの距離(足先距離)m2を算出する(ステップ52)。
この距離m2は、図6(b)に示されるように、m2=n0sinθ2+sである。
なお、sは脛からつま先までの長さであり、図6(b)では省略されている。
Next, the ECU 16 calculates a distance (foot tip distance) m2 from the shaft foot to the foot tip (step 52).
This distance m2 is m2 = n0sin θ2 + s as shown in FIG.
Note that s is the length from the shin to the toe, and is omitted in FIG.

ECU16は、足までの距離m2がステップ15で取得した階段のステップまでの距離P1よりも小さいか否かを判断する(ステップ53)。
足までの距離m2がステップまでの距離P1よりも小さい場合(ステップ53;Y)、装着者Mが階段方向を向いて膝を伸ばしてもステップに足先が当たることがないので、ECU16は、膝を伸ばしながら、通常の正対による階段上り処理を行い(ステップ54)、メインルーチンにリターンする。
The ECU 16 determines whether or not the distance m2 to the foot is smaller than the distance P1 to the step of the stairs acquired in step 15 (step 53).
When the distance m2 to the foot is smaller than the distance P1 to the step (step 53; Y), even if the wearer M extends the knee in the staircase direction, the step 16 does not hit the step. While extending the knee, the normal stair climbing process is performed (step 54), and the process returns to the main routine.

一方、足までの距離m2がステップまでの距離P1以上である場合(ステップ53;N)、正対上りを膝を伸ばし上りで行うと足がステップに当たるので、ECU16は、階段を斜め方向に上る斜め上り処理を行う(ステップ55〜ステップ60)。
ECU16は、ステップ14で取得した、装着者Mの立ち位置からのステップ右幅L2とステップ左幅L1との大きさを比較する(ステップ55)。
ステップ左幅L1が、ステップ右幅L2よりも大きい場合(ステップ55;Y)、ECU16は、装着者Mを左へα度旋回させる(ステップ56)。
一方、ステップ右幅L2がステップ左幅L1以上の場合(ステップ55;N)、ECU16は装着者Mを右へα度旋回させる(ステップ57)。
On the other hand, when the distance m2 to the foot is equal to or greater than the distance P1 to the step (step 53; N), the leg hits the step when the uphill is performed with the knee extended, and the ECU 16 goes up the stairs diagonally. Diagonal ascent processing is performed (step 55 to step 60).
The ECU 16 compares the size of the step right width L2 and the step left width L1 from the standing position of the wearer M acquired in step 14 (step 55).
When the step left width L1 is larger than the step right width L2 (step 55; Y), the ECU 16 turns the wearer M to the left by α degrees (step 56).
On the other hand, when the step right width L2 is equal to or larger than the step left width L1 (step 55; N), the ECU 16 turns the wearer M to the right by α degrees (step 57).

α度だけ旋回した後、ECU16は、軸足からステップまでの距離P1を、撮像カメラ5の撮像画像から新たに算出する(ステップ58)。
そして、ステップ52で算出した足までの距離m2が、新たに算出したステップまでの距離P1より小さいか否かを判断する(ステップ59)。
足までの距離m2が新たな距離P1以上である場合(ステップ59;N)、まだ旋回角度が十分でないので、ECU16はステップ55に戻り、更なる左右方向(前回と同じ方向)への旋回(ステップ56、57)と、旋回後の新たな距離P1の算出(ステップ58)、比較(ステップ59)を行う。
After turning by α degrees, the ECU 16 newly calculates a distance P1 from the pivot foot to the step from the captured image of the imaging camera 5 (step 58).
Then, it is determined whether or not the distance m2 to the foot calculated in step 52 is smaller than the distance P1 to the newly calculated step (step 59).
If the distance m2 to the foot is equal to or greater than the new distance P1 (step 59; N), the turning angle is not yet sufficient, so the ECU 16 returns to step 55 to turn further in the left-right direction (the same direction as the previous time) ( Steps 56 and 57) and calculation (step 58) and comparison (step 59) of a new distance P1 after the turn are performed.

旋回によって足までの距離m2よりも新たな距離P1が大きくなると(ステップ59;Y)、ECU16は、旋回した角度だけ装着者Mが斜めになった状態において、膝を曲げた状態での通常階段上り処理を実行し(ステップ60)、メインルーチンにリターンする。   When the new distance P1 becomes larger than the distance m2 to the foot by turning (step 59; Y), the ECU 16 makes the normal staircase with the knee bent in a state where the wearer M is inclined by the turning angle. The upstream process is executed (step 60), and the process returns to the main routine.

以上説明した、上り階段アシスト処理では、膝を曲げた状態、伸ばした状態、及び階段に対して正対方向、斜め方向の何れの場合においても(ステップ23以外の場合)、階段を上る際には、装着者Mが足を上げる力をアシスト(支援)するだけでなく、足の高さhが階段の高さHよりも高くなる位置まで股関節角度を調節(股関節の歩行アクチュエータ17を制御)することで確実に階段を上るようにアシストする。   In the ascending staircase assist processing described above, the knee is bent, stretched, and in any of the opposite direction and the diagonal direction with respect to the staircase (other than step 23), Not only assists the wearer M in raising the foot, but also adjusts the hip joint angle to a position where the foot height h is higher than the stairs height H (controls the hip joint walking actuator 17). To assist you to ascend the stairs without fail.

以上最適な実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく各種変形が可能である。
例えば、膝伸ばし上り処理を行う場合(ステップ54、60)、通常の膝曲げ状態による階段の上りと異なる姿勢となるので、ECU16は、装着者Mに対してその旨の報知を行うようにしてもよい。この場合、各段毎に毎回報知しても良く、また、階段を上り始める最初に1回、又は数階毎に報知するようにしてもよい。
Although the optimal embodiment has been described above, the present invention is not limited to this, and various modifications are possible.
For example, when the knee extension process is performed (steps 54 and 60), since the posture is different from the normal climbing step of the knee, the ECU 16 notifies the wearer M to that effect. Also good. In this case, the notification may be made every time for each step, or may be notified once every time the stairs start climbing or every several floors.

また、斜め上りをする場合(ステップ34〜39、ステップ55〜60)、本実施形態では、装着者Mの立ち位置から階段の端までの左右の幅が大きい方に向くように体を旋回させるようにしたが、この場合には、階段の中央付近で1段上る毎に左右の向きを変更することになるので次の何れかの方法で階段を上るようにしてもよい。
第1の方法としては、階段の幅全体を使ってジグザグに上る方法である。この場合、例えば、左端から右方向に階段を斜めに上っていき、進行方向の端にたどり着いた場合に反対方向へ旋回する。進行方向の端にたどり着いたか否かについては、階段1段を上がることで左右に移動する距離L3よりも、現在の立ち位置から階段の端までの距離L4の方が小さい場合に、ECU16は階段の端にたどり着いたと判断する。
Further, when going up obliquely (steps 34 to 39, steps 55 to 60), in this embodiment, the body is turned so that the left and right widths from the standing position of the wearer M to the end of the staircase are directed to the larger side. However, in this case, since the left and right directions are changed every time one step is raised near the center of the stairs, the stairs may be raised by any one of the following methods.
As a first method, the entire width of the staircase is used to go up in a zigzag manner. In this case, for example, the stairs are climbed diagonally from the left end to the right, and when the end of the traveling direction is reached, the vehicle turns in the opposite direction. The ECU 16 determines whether or not the vehicle has reached the end in the traveling direction when the distance L4 from the current standing position to the end of the stairs is smaller than the distance L3 that moves left and right by going up one step of the stairs. Judge that he has reached the end of the.

なお、階段を上り始める場合に左右のどちらの方向を向いて上り始めるかについては、左右方向のステップ幅L1、L2の大きい方向を向き始めるようにしてもよく、その逆向きでもよい。但しステップ幅の小さい方向に向かって上り始める場合には、1歩の移動距離L3よりも、端までの距離L4の方が大きいことを条件とする。   In addition, when starting to climb up the stairs, which of the left and right directions starts to climb may start in the direction in which the left and right step widths L1 and L2 are large, or vice versa. However, when starting to climb in the direction of a smaller step width, the distance L4 to the end is larger than the moving distance L3 of one step.

第2の方法としては、現在いる状態から左右交互に向きを変えて階段を上る方法である。この場合は、階段全体の幅L0を使用しないので、狭い範囲で階段を上ることができる。   The second method is a method of going up the stairs by changing the direction alternately left and right from the current state. In this case, since the entire width L0 of the staircase is not used, the staircase can be climbed within a narrow range.

説明した実施形態では、階段に対して斜め上り(ステップ39、60)をする場合に、体の幅を考慮していない。従って、体の中央を基準とした値(例えば、軸足からステップまでの距離P1)を検出(取得)し、実際の体の幅による距離の誤差分を考慮した値に補正するようにしている。
これに対して、左右の足のうち、上げる側の足からの距離を測定するようにしてもよい。
In the described embodiment, the width of the body is not taken into consideration when going up obliquely with respect to the stairs (steps 39 and 60). Therefore, a value based on the center of the body (for example, a distance P1 from the foot to the step) is detected (acquired) and corrected to a value that takes into account the distance error due to the actual body width. .
On the other hand, you may make it measure the distance from the leg on the raising side among right and left legs.

どちら側の足を上げるかについては、斜めに向いた装着者Mの体で外側の足(階段に向かった右方向斜めの場合には右足、左方向斜めの場合には左足)の方がステップまでの距離P1が長くなるので、常に外側の足を上げるようにしてもよい。
この場合、同一方向を向いたまま階段を上り続けると同じ足を連続して上げる事になるため、一段毎に向きをかえることで、左右の足を交互に上げるように制御してもよい。
逆に、同一方向を向いたまま階段を上り続ける場合(上記変形例の場合を含む)、には、次に上げる足が外側の足か、内側(階段側)の足か否かを判断し、当該上げる側の足について、ステップまでの距離P1を測定するようにしてもよい。
As for which side of the leg to raise, the body of the wearer M facing diagonally, the outer leg (right leg when tilting right toward the stairs, left leg when tilting left) is stepped. Since the distance P1 becomes longer, the outer leg may always be raised.
In this case, if the stairs are continuously climbed while facing the same direction, the same foot is continuously raised. Therefore, the left and right feet may be alternately raised by changing the direction for each step.
Conversely, if you continue to climb the stairs while facing the same direction (including the case of the above modification), determine whether the next foot to be raised is the outer foot or the inner (stair side) foot. The distance P1 to the step may be measured for the raising foot.

説明した実施形態では、最大高さh1が段差H以上である場合には(ステップ18;N)、常に膝曲げ上り処理を実行する(ステップ19)場合について説明した。
しかし、図9に示すように、同じ高さH1まで足を上げる場合、膝を曲げた場合の股関節角度β1よりも、膝を伸ばした場合の股関節β2の方が小さくすることができる。
このため、使用者の好みによっては、常に膝伸ばしによる階段上り処理を行うようにしてもよい。
また、股関節角度に対する閾値β3(<θ1)を設け、この角度β以下で膝を曲げた足の高さが階段の高さH以上になる場合には膝曲げ上りを行い、閾値β3以上では常に膝伸ばしにより階段を上るようにしてもよい。閾値β3は、装着者Mが設定する場合の他、股関節の限界角度θ1に対する所定割合とすることも可能である。また所定割合を装着者Mが設定できるようにしてもよい。
なお、常に膝伸ばしによる階段上り処理をするか場合や、閾値βにより判断する場合については、好みによるため装着者Mが何れかのモードを選択することができるようにしてもよい。
In the described embodiment, when the maximum height h1 is equal to or higher than the step H (step 18; N), the case where the knee bending up process is always executed (step 19) has been described.
However, as shown in FIG. 9, when the legs are raised to the same height H1, the hip joint β2 when the knee is extended can be made smaller than the hip joint angle β1 when the knee is bent.
For this reason, depending on the preference of the user, the stair climbing process by knee extension may always be performed.
Further, a threshold value β3 (<θ1) for the hip joint angle is provided, and when the height of the foot bent at the angle β or less is equal to or higher than the height H of the stairs, the knee is bent up. You may make it go up stairs by knee extension. In addition to the case where the wearer M sets the threshold value β3, the threshold value β3 may be set to a predetermined ratio with respect to the hip joint limit angle θ1. Further, a predetermined ratio may be set by the wearer M.
It should be noted that when the stair climbing process is always performed by knee extension or when the determination is made based on the threshold value β, the wearer M may be able to select any mode because of preference.

実施形態では、股関節の限界角度θ1における、膝曲げによる最大の高さh1と、膝伸ばしによる最大高さh2について毎回算出するようにしたが、限界角度θ1、股関節までの長さn0、股関節から膝までの長さn1、膝から下部分の長さn2は既知なので、これらの値を取得した際に予め算出して記憶手段に記憶しておくようにし、使用する際には記憶手段から読み出すようにしてもよい。   In the embodiment, the maximum height h1 due to knee bending and the maximum height h2 due to knee extension at the limit angle θ1 of the hip joint are calculated every time, but the limit angle θ1, the length n0 to the hip joint, Since the length n1 to the knee and the length n2 from the knee to the knee are known, when these values are acquired, they are calculated in advance and stored in the storage means, and read out from the storage means when used. You may do it.

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
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
100 照明
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wearable robot 2 Walking assistance part 3 3-axis sensor 4 Light source device 5 Imaging camera 6 3-axis actuator 7 Waist mounting part 8 Connection part 9 Imaging unit 10 Wireless communication apparatus 12 Navigation apparatus 15 Wearing robot system 16 ECU
17 Walking actuator 18 Battery 100 Illumination

Claims (5)

歩行支援対象者の少なくとも大腿部と脛部を含む脚部を保持する保持手段と、
前記保持手段が保持する各部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をアシストする制御手段と、
上り階段を検出する上り階段検出手段と、
を具備し、
前記制御手段は、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、ことを特徴とする歩行支援装置。
Holding means for holding a leg part including at least a thigh and a shin part of a walking support target;
Driving means for driving each part held by the holding means;
Control means for assisting movement of the leg by controlling the force exerted by the driving means;
Ascending staircase detection means for detecting ascending stairs,
Comprising
The walking support device, wherein the control means assists the movement of the thigh and shin so that the knee is stretched when going up the detected upstairs.
前記階段の段差Hを取得する段差取得手段と、
階段に対して正面を向いた正対状態で、所定の基準位置から次に上る階段のステップ部分の手前側端部までの前方距離を取得する前方距離取得手段と、
前記大腿部を上げた状態での足の高さが、前記取得した段差Hより高くなる股関節の必要最小角度を算出する必要最小角度算出手段と、
前記股関節の必要最小角度まで前記大腿部を上げた状態での前記基準位置から足先までの足先距離を算出する距離算出手段と、
を備え、
前記制御手段は、前記算出した足先距離が前記前方距離より小さい場合、階段に対して斜め方向に上るように前記脚部の移動をアシストする、
ことを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。
A step acquisition means for acquiring the step H of the stairs;
A front distance acquisition means for acquiring a front distance from a predetermined reference position to the front side end of the step part of the stair that goes up next from a predetermined reference position in a front facing state with respect to the stairs,
A required minimum angle calculating means for calculating a required minimum angle of the hip joint in which the height of the foot in a state where the thigh is raised is higher than the acquired step H;
Distance calculating means for calculating a toe distance from the reference position to a toe in a state where the thigh is raised to a necessary minimum angle of the hip joint;
With
The control means assists the movement of the leg portion so as to rise obliquely with respect to the stairs when the calculated foot distance is smaller than the front distance.
The walking support apparatus according to claim 1.
前記必要最小角度算出手段は、膝を伸ばして前記大腿部を上げた状態での足の高さが、前記段差Hより高くなる股関節の必要最小角度θ2を算出し、
前記距離算出手段は、前記股関節の必要最小角度θ2まで前記大腿部を上げ、膝を伸ばした状態での前記基準位置から足先までの足先距離m2を算出する、
ことを特徴とする請求項2に記載の歩行支援装置。
The necessary minimum angle calculating means calculates a necessary minimum angle θ2 of the hip joint in which the height of the foot when the knee is extended and the thigh is raised is higher than the step H,
The distance calculation means calculates the foot tip distance m2 from the reference position to the foot tip in the state where the thigh is raised to the necessary minimum angle θ2 of the hip joint and the knee is extended,
The walking support apparatus according to claim 2, wherein
前記歩行支援対象者における股関節の限界角度θ1まで前記大腿部を上げ、膝を曲げて前記脛部を鉛直にした状態での足の最大高さh1を取得する膝曲げ足高さ取得手段と、
前記制御手段は、前記取得した足の最大高さh1が段差H以下の場合、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、
ことを特徴とする請求項2、又は請求項3に記載の歩行支援装置。
Knee bending foot height acquisition means for acquiring the maximum height h1 of the foot in a state where the thigh is raised to the limit angle θ1 of the hip joint in the walking support target, the knee is bent, and the shin portion is vertical. ,
The control means moves the thigh and shin so that when the acquired maximum height h1 of the foot is equal to or lower than the step H, the knee is stretched when going up the detected upstairs. Assist,
The walking support device according to claim 2 or claim 3, wherein
歩行支援対象者の少なくとも大腿部と脛部を含む脚部を保持する保持手段と、前記保持手段が保持する各部を駆動する駆動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、
前記駆動手段が発揮する力を制御して前記脚部の移動をアシストする制御機能と、
上り階段を検出する上り階段検出機能と、を前記コンピュータに実現させ、
前記制御機能は、前記検出した上り階段を上る際に、膝を伸ばした状態となるように、前記大腿部と脛部の移動をアシストする、
ことを特徴とする歩行支援プログラム。
Walking support used in a computer of a walking support device having a holding means for holding a leg portion including at least a thigh and a shin part of a walking support target and a driving means for driving each part held by the holding means A program,
A control function for assisting the movement of the leg by controlling the force exerted by the driving means;
An ascending staircase detection function for detecting upstairs, and realizing the computer,
The control function assists the movement of the thigh and shin so that the knee is stretched when going up the detected upstairs.
A walking support program characterized by this.
JP2011065523A 2011-03-24 2011-03-24 Walking support device, and walking support program Withdrawn JP2012200319A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011065523A JP2012200319A (en) 2011-03-24 2011-03-24 Walking support device, and walking support program

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011065523A JP2012200319A (en) 2011-03-24 2011-03-24 Walking support device, and walking support program

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2012200319A true JP2012200319A (en) 2012-10-22

Family

ID=47181919

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011065523A Withdrawn JP2012200319A (en) 2011-03-24 2011-03-24 Walking support device, and walking support program

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2012200319A (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170563A (en) * 2016-03-23 2017-09-28 パナソニック株式会社 Motion assistance device
CN114129389A (en) * 2021-12-03 2022-03-04 山西工程职业学院 Knee joint osteoarthritis gait monitoring device and analysis method
CN115016561A (en) * 2022-06-07 2022-09-06 深圳市英汉思动力科技有限公司 Control method of walking assisting device and related equipment thereof

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017170563A (en) * 2016-03-23 2017-09-28 パナソニック株式会社 Motion assistance device
CN114129389A (en) * 2021-12-03 2022-03-04 山西工程职业学院 Knee joint osteoarthritis gait monitoring device and analysis method
CN114129389B (en) * 2021-12-03 2023-08-29 山西工程职业学院 Gait monitoring device and analysis method for knee osteoarthritis
CN115016561A (en) * 2022-06-07 2022-09-06 深圳市英汉思动力科技有限公司 Control method of walking assisting device and related equipment thereof
CN115016561B (en) * 2022-06-07 2024-04-19 深圳市英汉思动力科技有限公司 Walking auxiliary device control method and related equipment thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5644312B2 (en) Walking state display system
KR102503910B1 (en) Method and apparatus of standing assistance
EP3154499B1 (en) Mobility aid
JP6631250B2 (en) Standing posture evaluation device
JP5633779B2 (en) Self-supporting walking support device
KR101203669B1 (en) walking assisting device having user recognition function
TWI538662B (en) Body motion detector device and control method of the same
JP6887274B2 (en) Walking support robot and walking support method
JP2013072729A (en) Load sensor and walking support device
KR101730909B1 (en) Wearing robot and variable impedance controlling method thereof
US20190358821A1 (en) Walking training robot
JP2012200319A (en) Walking support device, and walking support program
KR101476889B1 (en) Walking assistance device and drive method
US10118298B2 (en) Lower body supporting robot system and control method thereof
JP5901083B2 (en) Self-supporting walking support device
JP2012200318A (en) Walking assist device and walking assist program
JP2012205826A (en) Walking support device and program therefor
JP2014027978A (en) Walking device and walking program
JP2015024160A5 (en)
JP5610294B2 (en) Walking support device and walking support program
JP2012115314A (en) Walking support device and walking support program
JP2012117833A (en) Image recognition device, mounting type robot, and image recognition program
JP2013208294A (en) Walking device and walking program
JP2013048701A (en) Walking assistance device, and walking assistance program
JP2006255798A (en) Walking robot device

Legal Events

Date Code Title Description
A300 Withdrawal of application because of no request for examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A300

Effective date: 20140603