JP2012245211A - Walking state estimating device and walking assist device using the same - Google Patents

Walking state estimating device and walking assist device using the same Download PDF

Info

Publication number
JP2012245211A
JP2012245211A JP2011120201A JP2011120201A JP2012245211A JP 2012245211 A JP2012245211 A JP 2012245211A JP 2011120201 A JP2011120201 A JP 2011120201A JP 2011120201 A JP2011120201 A JP 2011120201A JP 2012245211 A JP2012245211 A JP 2012245211A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
human
walking
hip joint
window
frequency
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.)
Granted
Application number
JP2011120201A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP5675020B2 (en
Inventor
Yosuke Endo
洋介 遠藤
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.)
Honda Motor Co Ltd
Original Assignee
Honda Motor 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 Honda Motor Co Ltd filed Critical Honda Motor Co Ltd
Priority to JP2011120201A priority Critical patent/JP5675020B2/en
Priority to US13/482,510 priority patent/US9119762B2/en
Publication of JP2012245211A publication Critical patent/JP2012245211A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5675020B2 publication Critical patent/JP5675020B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Manipulator (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Rehabilitation Tools (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a device and the like which highly accurately estimates a walking state of a human being regardless of degree of asymmetry between his or her right and left body motions.SOLUTION: A "difference" between a right and a left hip joint angles or shoulder joint angles of a human being is sampled, thereby a waveform signal (differential oscillator) is obtained. Also, a power spectrum is obtained from the waveform signal. As a result, regardless of the degree of asymmetry between the right and left body motions of the human being, a walking state of the human being is highly accurately estimated according to a certain reference of referring to a basic frequency fhaving height equal to or larger than threshold in the power spectrum and indicative of a single peak position positioned in a lowest frequency band.

Description

本発明は、人間の歩行状態を推定する装置と、当該推定結果を用いて当該人間の歩行運動を補助する装置とに関する。   The present invention relates to a device for estimating a human walking state and a device for assisting the human walking motion using the estimation result.

人間の上下方向等の加速度を検知するために、当該人間の身体に取り付けられている加速度センサの出力波形を得て、この出力波形のパワースペクトルに基づき、当該人間の歩行周期を検出する技術的手法が提案されている(特許文献1参照)。   In order to detect acceleration in the human vertical direction, etc., an output waveform of an acceleration sensor attached to the human body is obtained, and the human walking cycle is detected based on the power spectrum of the output waveform. A technique has been proposed (see Patent Document 1).

特開2005−342254号公報JP 2005-342254 A

しかし、人間の左右の脚の動作が非対称になっている場合、パワースペクトルに出現する複数のピーク位置を示す周波数に基づき、当該ピークの数に応じた複数の基準にしたがって人間の歩行周期が算定される。このため、人間の脚動作の非対称度によっては、当該複数の基準のうち当該人間の歩行周期を推定するために最適な基準が選択されず、その結果として歩行周期の推定精度が低下する可能性がある。   However, when the movements of the left and right legs of the human are asymmetrical, the human walking cycle is calculated based on the frequencies indicating the multiple peak positions that appear in the power spectrum according to multiple criteria according to the number of peaks. Is done. For this reason, depending on the degree of asymmetry of the human leg motion, an optimal criterion for estimating the human walking cycle may not be selected from the plurality of criteria, and as a result, the estimation accuracy of the walking cycle may be reduced. There is.

そこで、本発明は、人間の左右の身体動作の非対称性の程度によらず、当該人間の歩行状態を高精度で推定しうる装置等を提供することを解決課題とする。   Accordingly, an object of the present invention is to provide a device and the like that can estimate the walking state of a human with high accuracy regardless of the degree of asymmetry between the left and right body movements of the human.

本発明の歩行状態推定装置は、歩行中の人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の差分の指定期間にわたるサンプリングにより得られる波形信号である差分振動子に窓を掛ける窓処理を実行するように構成されている窓処理要素と、前記窓が掛けられた前記差分振動子を周波数解析することによりパワースペクトルを取得するように構成されている周波数解析処理要素と、前記パワースペクトルにおいて閾値以上の高さを有するとともに、最低の周波数帯域に位置するピークを示す基本周波数を決定するように構成されているスペクトル解析処理要素とを備え、前記窓処理要素は、前記スペクトル解析処理要素により決定された前回基本周波数に基づき、当該基本周波数を変数とする減少関数にしたがって、今回の前記窓の幅を設定するように構成されていることを特徴とする。   The walking state estimation device according to the present invention performs window processing for applying a window to a differential transducer, which is a waveform signal obtained by sampling over a specified period of a difference between left and right hip joint angles or shoulder joint angles of a human being walking. A configured window processing element, a frequency analysis processing element configured to acquire a power spectrum by performing frequency analysis on the differential transducer to which the window is multiplied, and a high value equal to or higher than a threshold in the power spectrum. And a spectral analysis processing element configured to determine a fundamental frequency indicating a peak located in the lowest frequency band, wherein the window processing element is determined by the previous spectral analysis processing element. Based on the fundamental frequency, the current window width is set according to the decreasing function with the fundamental frequency as a variable. Characterized in that it is configured.

本発明の歩行状態推定装置によれば、人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の「差分」がサンプリングされることにより波形信号としての差分振動子が得られ、この差分振動子からパワースペクトルが得られる。このため、人間の左右の身体動作の非対称度の高低によらず、パワースペクトルにおける閾値以上の高さを有する、最低周波数帯域に位置する単一のピークの位置を表わす「基本周波数」を参照するという一定の基準にしたがって、当該人間の歩行状態が高精度で推定されうる。   According to the walking state estimation apparatus of the present invention, a difference transducer as a waveform signal is obtained by sampling a “difference” between the human hip joint angle or shoulder joint angle, and a power spectrum is obtained from the difference transducer. can get. For this reason, the “fundamental frequency” representing the position of a single peak located in the lowest frequency band having a height equal to or higher than a threshold value in the power spectrum is referred to regardless of the level of asymmetry between the left and right body movements of the human. According to a certain standard, the human walking state can be estimated with high accuracy.

前回の基本周波数が高いほど今回の指定期間における差分振動子に掛けられる今回窓の幅が狭く設定される一方、前回の基本周波数が低いほど今回窓の幅が広く設定される。このため、今回の基本周波数を推定する観点から、周波数解析の対象として過不足のない適当な幅の差分振動子が抽出されうる。   As the previous fundamental frequency is higher, the width of the current window to be applied to the differential transducer in the current specified period is set narrower, while as the previous fundamental frequency is lower, the width of the current window is set wider. For this reason, from the viewpoint of estimating the fundamental frequency this time, a differential transducer having an appropriate width can be extracted as a frequency analysis target.

前記窓処理要素が、前記差分振動子をダウンサンプリングすることによって、前記差分振動子から第1指定周波数を超える高周波数成分を除去した上で、前記窓処理を実行するように構成されていることが好ましい。   The window processing element is configured to perform the window processing after removing a high frequency component exceeding a first designated frequency from the differential transducer by down-sampling the differential transducer. Is preferred.

前記窓処理要素が、前記差分振動子をハイパスフィルタに通すことにより、前記差分振動子から第2指定周波数以下の低周波成分を除去した上で、前記窓処理を実行するように構成されていることが好ましい。   The window processing element is configured to execute the window processing after removing the low frequency component equal to or lower than a second specified frequency from the differential transducer by passing the differential transducer through a high-pass filter. It is preferable.

本発明は、人間の上体に取り付けられる第1装具と、前記人間の左右の大腿のそれぞれに対して取り付けられる一対の第2装具と、一対のアクチュエータと、前記人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号を出力するように構成されている左股関節角度センサ及び右股関節角度センサと、少なくとも前記左股関節角度センサ及び前記右股関節角度センサの出力信号に基づいて前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作を制御するように構成されている制御装置とを備え、前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作によって前記第1装具に対して前記一対の第2装具のそれぞれを動かすことにより、前記上体に対する前記左右の大腿の相対的な周期的運動を伴う前記人間の歩行運動を補助する装置に関する。   The present invention includes a first orthosis attached to the upper body of a human, a pair of second orthosis attached to each of the left and right thighs of the human, a pair of actuators, and the hip joint angles of the human left and right A left hip joint angle sensor and a right hip joint angle sensor configured to output a signal corresponding to each of the signals, and an operation of each of the pair of actuators based on at least output signals of the left hip joint angle sensor and the right hip joint angle sensor And a control device configured to control the left and right of the upper body by moving each of the pair of second devices relative to the first device by movement of each of the pair of actuators. The present invention relates to a device for assisting the human walking movement with relative periodic movement of the thigh.

本発明の歩行補助装置は、前記左関節角度センサ及び前記右股関節角度センサを通じた前記人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の差分の指定期間にわたるサンプリングにより得られる波形信号である前記差分振動子を用いて、前記基本周波数を決定する前記歩行状態推定装置をさらに備え、前記制御装置が、前記歩行状態推定装置により決定された前記基本周波数に応じて定まる周期にしたがって前記アクチュエータの周期的な動作を制御するように構成されていることを特徴とする。   The walking assist device according to the present invention is the differential oscillator, which is a waveform signal obtained by sampling over a specified period of a difference between the left and right hip joint angles or shoulder joint angles of the human through the left joint angle sensor and the right hip joint angle sensor. The walking state estimation device for determining the fundamental frequency using the control device, wherein the control device performs a periodic operation of the actuator according to a cycle determined according to the fundamental frequency determined by the walking state estimation device. It is comprised so that it may control.

本発明の歩行補助装置によれば、アクチュエータの周期的な動作により、人間の各脚の周期的動作が補助される。この際、本発明の歩行状態推定装置による、人間の推定歩行状態を表わす基本周波数に基づき、アクチュエータの動作周期が定められる。このため、前記のように基本周波数に基づいて高精度で推定される人間の歩行状態に鑑みて適当な周期で当該人間の歩行運動が補助されうる。   According to the walking assist device of the present invention, the periodic motion of each human leg is assisted by the periodic motion of the actuator. At this time, the operation cycle of the actuator is determined based on the fundamental frequency representing the estimated human walking state by the walking state estimating device of the present invention. For this reason, in consideration of the human walking state estimated with high accuracy based on the fundamental frequency as described above, the human walking motion can be assisted at an appropriate period.

本発明の歩行補助装置及の構成説明図。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Configuration explanatory drawing of the walking assistance apparatus of this invention. 歩行補助装置の制御装置の構成説明図。Structure explanatory drawing of the control apparatus of a walk auxiliary device. 歩行補助装置の制御方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the control method of a walking assistance apparatus. 時定数の設定方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the setting method of a time constant. 基本周波数推定方法に関する説明図。Explanatory drawing regarding the fundamental frequency estimation method. 波形信号、窓処理及び周波数解析に関する説明図。Explanatory drawing regarding a waveform signal, window processing, and frequency analysis.

(歩行補助装置の構成)
以下、脚体等の左右を区別するために符号「L」及び「R」を用いるが、左右を区別する必要がない場合や左右成分を有するベクトルを表現する場合には当該符号を省略する。また、上体に対する各大腿の屈曲運動(前方運動)及び伸展運動(後方運動)を区別するために符号「+」及び「−」を用いる。
(Configuration of walking assist device)
Hereinafter, the symbols “L” and “R” are used to distinguish the left and right of the leg and the like, but the symbols are omitted when it is not necessary to distinguish the left and right or when the vector having the left and right components is expressed. In addition, symbols “+” and “−” are used to distinguish the flexion motion (forward motion) and the extension motion (backward motion) of each thigh with respect to the upper body.

図1に示されている歩行補助装置10は、第1装具11と、左右一対の第2装具12と、左右一対のアクチュエータ14と、バッテリ16と、制御装置20と、股関節角度センサ202とを備えている。   A walking assist device 10 shown in FIG. 1 includes a first brace 11, a pair of left and right second braces 12, a pair of left and right actuators 14, a battery 16, a control device 20, and a hip joint angle sensor 202. I have.

第1装具11は、人間又は利用者の上体又は腰部(第1身体部分)に巻き付けられるように装着される。第1装具11のうち少なくとも人間の背中に当接する背後部は、軽量合金、硬質樹脂又はカーボンファイバ等の剛性素材により構成され、その他の部分は繊維等の柔軟性素材により構成されている。   The first brace 11 is mounted so as to be wrapped around the upper body or waist (first body part) of a human or a user. The back part which contacts at least a human back among the 1st braces 11 is comprised by rigid materials, such as a lightweight alloy, hard resin, or carbon fiber, and the other part is comprised by flexible materials, such as a fiber.

第2装具12は、繊維等の柔軟性素材により構成され、人間の大腿(第2身体部分)に巻き付けられるように装着される。第2装具12は左右両側ではなく左右片側のみに設けられてもよい。   The second brace 12 is made of a flexible material such as fiber, and is worn so as to be wound around a human thigh (second body part). The second appliance 12 may be provided only on one of the left and right sides instead of the left and right sides.

アクチュエータ14は電動モータにより構成され、必要に応じてモータに加え減速機及びコンプライアンス機構のうち一方又は両方により構成される。アクチュエータ14は第1装具11が上体に取り付けられたとき、上体の左右両側に配置されるように第1装具11に連結されている。アクチュエータ14は、軽量の軽量合金、硬質樹脂又はカーボンファイバ等の剛性素材により形成されている連結部材15を介して大腿に装着される第2装具12に連結される。   The actuator 14 is configured by an electric motor, and is configured by one or both of a speed reducer and a compliance mechanism in addition to the motor as necessary. The actuator 14 is connected to the first appliance 11 so as to be arranged on both the left and right sides of the upper body when the first appliance 11 is attached to the upper body. The actuator 14 is connected to the second orthosis 12 attached to the thigh via a connecting member 15 formed of a lightweight material such as a lightweight alloy, hard resin, or carbon fiber.

これにより、アクチュエータ14が動作することで、上体及び各大腿の相対運動が補助されるように上体及び各大腿に力が作用する。上体及び各大腿の相対運動には、離床している脚体の大腿の上体に対する前後運動が含まれ、着床している脚体に対する上体の前後運動が含まれる。   Thereby, when the actuator 14 operates, a force acts on the upper body and each thigh so that the relative motion of the upper body and each thigh is assisted. The relative motion of the upper body and each thigh includes the longitudinal motion of the leg that is leaving the floor with respect to the upper body of the thigh, and includes the longitudinal motion of the upper body with respect to the leg that is landing.

バッテリ16は制御装置20とともに第1装具11の背後部に取り付けられるケース13に収納されており、アクチュエータ14及び制御装置20等に対して電力を供給する。なお、バッテリ16及び制御装置20のそれぞれ又はこれらを収納するケース13の配置箇所は適宜変更されてもよい。   The battery 16 is housed in a case 13 attached to the back of the first appliance 11 together with the control device 20, and supplies power to the actuator 14, the control device 20, and the like. In addition, the arrangement | positioning location of each of the battery 16 and the control apparatus 20, or the case 13 which accommodates these may be changed suitably.

股関節角度センサ202は人間の腰部左右両側に配置されるロータリーエンコーダにより構成され、股関節角度に応じた信号を出力する。股関節角度は、大腿が基本前額面の前方にある場合には正値になり、大腿が基本前額面の後方にある場合には負値になるように定義される。   The hip joint angle sensor 202 is composed of rotary encoders arranged on the left and right sides of the human waist, and outputs a signal corresponding to the hip joint angle. The hip joint angle is defined to be a positive value when the thigh is in front of the basic front face and to a negative value when the thigh is behind the basic front face.

制御装置20はコンピュータ(CPU、ROM、RAM、信号入力回路、信号出力回路等により構成される。)と、このコンピュータのメモリ又は記憶装置に格納されているソフトウェアとにより構成されている。制御装置20は、バッテリ16からアクチュエータ14に対する供給電力を調節するほか、アクチュエータ14の動作を制御する。   The control device 20 includes a computer (configured by a CPU, ROM, RAM, signal input circuit, signal output circuit, etc.) and software stored in the memory or storage device of the computer. The control device 20 controls the operation of the actuator 14 in addition to adjusting the power supplied from the battery 16 to the actuator 14.

図2に示されているように、制御装置20は、後述の演算処理を実行する又は機能を発揮する運動振動子出力要素21と、基本周波数推定要素23と、状態振動子生成要素24と、制御振動子生成要素25とを備えている。基本周波数推定要素23は、本発明の「歩行状態推定装置」を構成し、差分振動子出力要素231と、窓処理要素232と、周波数解析処理要素233と、スペクトル解析処理要素234とを備えている。   As shown in FIG. 2, the control device 20 performs a calculation process described later or performs a function, a motion oscillator output element 21, a fundamental frequency estimation element 23, a state oscillator generation element 24, And a control oscillator generating element 25. The fundamental frequency estimation element 23 constitutes the “walking state estimation device” of the present invention, and includes a differential transducer output element 231, a window processing element 232, a frequency analysis processing element 233, and a spectrum analysis processing element 234. Yes.

制御装置20の各構成要素は、記憶装置に格納されているプログラムを読み取り、当該プログラムにしたがって担当する演算処理を実行する演算処理装置により構成されている。各構成要素は、共通の演算処理装置により構成されていてもよく、物理的に別個の演算処理装置により構成されていてもよい。たとえば、基本周波数推定要素23が、その他の構成要素とは別個の演算処理装置により構成されていてもよい。   Each component of the control device 20 is configured by an arithmetic processing device that reads a program stored in a storage device and executes arithmetic processing in charge according to the program. Each component may be constituted by a common arithmetic processing device or may be constituted by a physically separate arithmetic processing device. For example, the fundamental frequency estimation element 23 may be configured by an arithmetic processing device that is separate from the other components.

運転スイッチ(図示略)が操作され、バッテリ16から制御装置20に対して電力が供給されることにより、制御装置20は諸機能を発揮しうる。   When the operation switch (not shown) is operated and power is supplied from the battery 16 to the control device 20, the control device 20 can exhibit various functions.

(歩行補助装置及び歩行状態推定装置の機能)
運動振動子出力要素21が、股関節角度センサ202の出力に基づき、人間の左右の股関節角度の時間変化を表わす波形信号を運動振動子φ=(φL,φR)として生成する(図3/STEP1)。「φL」は左運動振動子を表わし、「φR」は右運動振動子を表わしている。
(Function of walking assist device and walking state estimation device)
Based on the output of the hip joint angle sensor 202, the motion oscillator output element 21 generates a waveform signal representing a time change of the human left and right hip joint angles as a motion oscillator φ = (φ L , φ R ) (FIG. 3 / STEP 1). “Φ L ” represents the left motion oscillator, and “φ R ” represents the right motion oscillator.

また、基本周波数推定要素23が後述する演算処理を実行することにより、人間の歩行周期の逆数に相当する基本周波数f0を推定する(図3/STEP3)。 Further, the fundamental frequency estimation element 23 performs a calculation process described later, thereby estimating a fundamental frequency f 0 corresponding to the reciprocal of the human walking cycle (FIG. 3 / STEP 3).

続いて、状態振動子生成要素24が、連立微分方程式(010)により定義される状態振動子モデルに対して、入力波形信号として運動振動子出力要素21から出力される運動振動子を入力することにより、出力波形信号として状態振動子ξを生成する(図3/STEP5)。状態振動子ξには、左屈曲振動子ξL+、左伸展振動子ξL-、右屈曲振動子ξR+及び右伸展振動子ξR-が含まれる。 Subsequently, the state oscillator generation element 24 inputs the motion oscillator output from the motion oscillator output element 21 as an input waveform signal to the state oscillator model defined by the simultaneous differential equations (010). Thus, the state oscillator ξ is generated as an output waveform signal (FIG. 3 / STEP 5). The state oscillator ξ includes a left bending oscillator ξ L + , a left extension oscillator ξ L− , a right bending oscillator ξ R + and a right extension oscillator ξ R− .

「状態振動子モデル」は、各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれを表わす複数の状態変数ui(i=L+,L−,R+,R−)及び各大腿の屈曲運動状態及び伸展運動状態のそれぞれの順応性を表現するための自己抑制因子viの連立微分方程式(010)により定義されている。 The “state oscillator model” includes a plurality of state variables u i (i = L +, L−, R +, R−) representing the bending motion state and the stretching motion state of each thigh, and the bending motion state and stretching of each thigh. It is defined by simultaneous differential equations (010) of self-inhibiting factors v i for expressing the adaptability of each motion state.

τ1L(duL+/dt)=cL+−uL++wL+/L-ξL-+wL+/R+ξR+−λLvL++f1L)+f2L)KφL,
τ1L(duL-/dt)=cL-−uL-+wL-/L+ξL++wL-/R-ξR-−λLvL-+f1L)+f2L)KφL,
- τ1R(duR+/dt)=cR+−uR++wR+/L+ξL++wR+/R-ξR+−λRvR++f1R)+f2R)KφR,
τ1R(duR-/dt)=cR-−uR-+wR-/L-ξL-+wR-/R+ξR+−λRvR-+f1R)+f2R)KφR,
τ2i(dvi/dt)=−vi+ξi (i=L+,L-,R+,R-),
ξi=H(ui−uth)=0(ui<uth) ..(010)。
τ 1L (du L + / dt) = c L + −u L + + w L + / L- ξ L- + w L + / R + ξ R + −λ L v L + + f 1L ) + f 2L ) Kφ L ,
τ 1L (du L- / dt) = c L- -u L- + w L- / L + ξ L + + w L- / R- ξ R-L v L- + f 1L ) + f 2L ) Kφ L ,
1R (du R + / dt) = c R + −u R + + w R + / L + ξ L + + w R + / R- ξ R + −λ R v R + + f 1R ) + f 2R ) Kφ R ,
τ 1R (du R- / dt) = c R- -u R- + w R- / L- ξ L- + w R- / R + ξ R +R v R- + f 1R ) + f 2R ) Kφ R ,
τ 2i (dv i / dt) = − v i + ξ i (i = L +, L-, R +, R-),
ξ i = H (u i −u th ) = 0 (u i <u th ) .. (010).

「cL+」は、左大腿の屈曲運転状態を表わす状態変数uL+の振幅の大小を定める「左屈曲係数」である。「cL-」は、左大腿の伸展運転状態を表わす状態変数uL-の振幅の大小を定める「左伸展係数」である。「cR+」は、右大腿の屈曲運転状態を表わす状態変数uR+の振幅の大小を定める「右屈曲係数」である。「cR-」は、右大腿の伸展運転状態を表わす状態変数uR-の振幅の大小を定める「右伸展係数」である。 “C L + ” is a “left bending coefficient” that determines the magnitude of the amplitude of the state variable u L + representing the bending operation state of the left thigh. “C L− ” is a “left extension coefficient” that determines the magnitude of the amplitude of the state variable u L− representing the extension operation state of the left thigh. “C R + ” is a “right bending coefficient” that determines the magnitude of the amplitude of the state variable u R + representing the bending operation state of the right thigh. “C R− ” is a “right extension coefficient” that determines the magnitude of the amplitude of the state variable u R− representing the extension operation state of the right thigh.

「τ1L」は状態変数uL+及びuL-の周波数の高低を定める第1左時定数である。「τ1R」は状態変数uR+及びuR-の周波数の高低を定める第1右時定数である。第1左時定数τ1L及び第1右時定数τ1Rは同値であってもことなる値であってもよい。「τ2i」は抑制因子viの周波数の高低を定める第2時定数である。第2時定数τ2iは同値であってもよく、異なる値であってもよい。たとえば、第2左屈曲時定数τ2L+と第2左伸展時定数τ2L-とが同値であり、第2右屈曲時定数τ2R+と第2右伸展時定数τ2R-とが同値である一方、第2左屈曲時定数τ2L+と第2右屈曲時定数τ2R+とが異なる値であってもよい。 “Τ 1L ” is a first left time constant that determines the level of the frequency of the state variables u L + and u L− . “Τ 1R ” is a first right time constant that determines the frequency level of the state variables u R + and u R− . The first left time constant τ 1L and the first right time constant τ 1R may be the same value or different values. “Τ 2i ” is a second time constant that determines the frequency of the suppression factor v i . The second time constant τ 2i may be the same value or a different value. For example, the second left bending time constant τ 2L + and the second left extension time constant τ 2L− are equivalent, and the second right bending time constant τ 2R + and the second right extension time constant τ 2R− are equivalent. The second left bending time constant τ 2L + and the second right bending time constant τ 2R + may be different values.

「wi/j」は状態変数ui及びujの相関関係を表わす負値の相関係数である。「λL」および「λR」は慣れ係数である。「K」は運動振動子φに応じたフィードバック係数である。 “W i / j ” is a negative correlation coefficient representing the correlation between the state variables u i and u j . “Λ L ” and “λ R ” are habituation coefficients. “K” is a feedback coefficient corresponding to the motion oscillator φ.

「ω」は人間の歩行周期の長短に応じて定まる固有角速度である。固有角速度ωは、たとえば基本周波数f0(又は補正後基本周波数f0_d)に2πを乗じた値に設定される。固有角速度ωには左成分ωL及び右成分ωRが含まれるが、基本周波数f0には左右の別がないので、ωL及びωRは同値である。 “Ω” is a natural angular velocity determined according to the length of the human walking cycle. For example, the natural angular velocity ω is set to a value obtained by multiplying the fundamental frequency f 0 (or the corrected fundamental frequency f 0 — d ) by 2π. The natural angular velocity ω includes a left component ω L and a right component ω R, but ω L and ω R have the same value because the fundamental frequency f 0 has no difference between left and right.

「f1」は正係数cを用いて式(011)により定義される固有角速度ωの1次関数である。 “F 1 ” is a linear function of the intrinsic angular velocity ω defined by the equation (011) using the positive coefficient c.

f1(ω)=cω ..(011)。 f 1 (ω) = cω.. (011).

「f2」は係数c0,c1およびc2を用いて式(012)により定義される固有角速度ωの2次関数である。 “F 2 ” is a quadratic function of the intrinsic angular velocity ω defined by the equation (012) using the coefficients c 0 , c 1 and c 2 .

f2(ω)=c0+c1ω+c2ω2 ..(012)。 f 2 (ω) = c 0 + c 1 ω + c 2 ω 2 .. (012).

状態振動子生成要素24は、補正後基本周波数f0_dと、係数α0(>0)及びβ0(>0)とに基づき、関係式(023)にしたがって第1時定数τ1の値を調節又は設定する。 Based on the corrected fundamental frequency f 0 — d and the coefficients α 0 (> 0) and β 0 (> 0), the state oscillator generation element 24 sets the value of the first time constant τ 1 according to the relational expression (023). Adjust or set.

τ1=α0/f0_d+β0 ..(023)。 τ 1 = α 0 / f 0_d + β 0 .. (023).

状態振動子生成要素24は、第1時定数τ1と、係数γ0(>0。たとえば「2」)とに基づき、関係式(024)にしたがって第2時定数τ2の値を調節又は設定する。 The state oscillator generating element 24 adjusts the value of the second time constant τ 2 according to the relational expression (024) based on the first time constant τ 1 and the coefficient γ 0 (> 0, for example, “2”). Set.

τ2=γ0τ1 ..(024)。 τ 2 = γ 0 τ 1 .. (024).

関係式(023)により定義される関数は、図4に示されているような変化特性を示す。このため、補正後基本周波数f0_dが高くなる(歩行周期が短くなる)につれて、第1時定数τ1及び第2時定数τ2の値が減少するように調節される。また、補正後基本周波数f0_dが低くなる(歩行周期が長くなる)につれて、第1時定数τ1及び第2時定数τ2の値が増加するように調節される。 The function defined by the relational expression (023) exhibits a change characteristic as shown in FIG. For this reason, the value of the first time constant τ 1 and the second time constant τ 2 is adjusted to decrease as the corrected basic frequency f 0 — d becomes higher (the walking cycle becomes shorter). Further, the value of the first time constant τ 1 and the second time constant τ 2 is adjusted to increase as the corrected basic frequency f 0 — d becomes lower (the walking cycle becomes longer).

歩行補助装置10の動作開始から、非対称度sの評価に必要な運動振動子が得られるまでの期間において、各係数ci(i=L+,L−,R+,R−)は予め定められている初期値に設定される。同様に、歩行補助装置10の動作開始から、基本周波数f0の推定に必要な差分振動子(後述)が得られるまでの期間において、固有角速度ωは予め定められている初期値に設定される。 Each coefficient c i (i = L +, L−, R +, R−) is determined in advance during the period from the start of the operation of the walking assist device 10 until the motion oscillator necessary for evaluating the asymmetry s is obtained. Is set to the initial value. Similarly, the natural angular velocity ω is set to a predetermined initial value during a period from the start of the operation of the walking assist device 10 until a differential vibrator (described later) necessary for estimating the fundamental frequency f 0 is obtained. .

状態振動子モデルに入力される運動振動子φとして、人間の左右の股関節角度の時間変化態様を表わす波形信号に代えて、左右の股関節角速度、左右の肩関節角度又は左右の肩関節角速度等、人間の歩行周期と緊密に関連した周期で変化する左右一対の変数の時間変化態様を表わす波形信号が採用されてもよい。肩関節角度は、股関節角度と同様に、ロータリーエンコーダにより構成されている一対の肩関節角度センサが人間の左右の肩の外側に配置され、当該肩関節角度センサの出力に基づいて測定されうる。   As the motion oscillator φ input to the state oscillator model, instead of the waveform signal representing the temporal change mode of the human left and right hip joint angles, the left and right hip joint angular velocities, the left and right shoulder joint angles, the left and right shoulder joint angular velocities, etc. A waveform signal representing a time change mode of a pair of left and right variables that change in a cycle closely related to the human walking cycle may be employed. Similarly to the hip joint angle, the shoulder joint angle can be measured based on the output of the shoulder joint angle sensor, in which a pair of shoulder joint angle sensors configured by a rotary encoder is arranged outside the left and right shoulders of a human.

状態振動子ξiは、状態変数uiの値が閾値uth未満である場合は0、状態変数uiの値が閾値uth以上である場合はこのuiの値をとる(連立微分方程式(010)参照)。これにより、左大腿の屈曲運動状態を表わす状態変数uL+が大きくなると左屈曲振動子ξL+の振幅が左伸展振動子ξL-よりも大きくなる。また、右大腿の屈曲運動状態を表わす状態変数uR+が大きくなると右屈曲振動子ξR+の振幅が右伸展振動子ξR-の振幅よりも大きくなる。 State oscillator xi] i, if the value of the state variable u i is smaller than the threshold u th 0, if the value of the state variable u i is the threshold value u th or more takes the value of the u i (simultaneous differential equations (Refer to (010)). As a result, when the state variable u L + representing the bending motion state of the left thigh increases, the amplitude of the left bending oscillator ξ L + becomes larger than that of the left extension oscillator ξ L− . Further, when the state variable u R + representing the bending motion state of the right thigh increases, the amplitude of the right bending oscillator ξ R + becomes larger than the amplitude of the right extension oscillator ξ R− .

さらに、左大腿の伸展運動状態を表わす状態変数uL-が大きくなると左伸展振動子ξL-の振幅が左屈曲振動子ξL+よりも大きくなる。また、右大腿の伸展運動状態を表わす状態変数uR-が大きくなると右伸展振動子ξR-の振幅が右屈曲振動子ξR+の振幅よりも大きくなる。 Further, when the state variable u L− representing the extension motion state of the left thigh increases, the amplitude of the left extension oscillator ξ L− becomes larger than that of the left bending oscillator ξ L + . Further, when the state variable u R− representing the extension motion state of the right thigh increases, the amplitude of the right extension oscillator ξ R− becomes larger than the amplitude of the right bending oscillator ξ R + .

結果として、連立微分方程式(010)に含まれる左屈曲係数cL+及び左伸展係数cL-のそれぞれの値に応じた振幅と、第1左時定数τ1Lの値に応じた周波数とにしたがって変化する左屈曲振動子ξL+及び左伸展振動子ξL-が生成される。また、連立微分方程式(010)に含まれる右屈曲係数cR+及び右伸展係数cR-のそれぞれの値に応じた振幅と、第1右時定数τ1Rの値に応じた周波数とにしたがって変化する右屈曲振動子ξR+及び右伸展振動子ξR-が生成される。 As a result, according to the amplitude according to each value of the left bending coefficient c L + and the left extension coefficient c L− included in the simultaneous differential equation (010) and the frequency according to the value of the first left time constant τ 1L. A changing left bending oscillator ξ L + and left extending oscillator ξ L- are generated. Moreover, it changes according to the amplitude according to each value of the right bending coefficient c R + and the right extension coefficient c R− included in the simultaneous differential equation (010) and the frequency according to the value of the first right time constant τ 1R. The right bending oscillator ξ R + and the right extension oscillator ξ R- are generated.

そして、制御振動子生成要素25が状態振動子ξに基づき、関係式(040)にしたがって制御振動子η=(ηL,ηR)を設定する(図3/STEP6)。 Then, the control vibrator generation element 25 sets the control vibrator η = (η L , η R ) according to the relational expression (040) based on the state vibrator ξ (FIG. 3 / STEP 6).

ηL=χL+ξL+−χL-ξL-,ηR=χR+ξR+−χR-ξR- ..(040)。 η L = χ L + ξ L + −χ L- ξ L- , η R = χ R + ξ R + −χ R- ξ R- .. (040).

左制御振動子ηLは、左屈曲振動子ξL+及び係数χL+の積と、左伸展振動子ξL-及び係数χL-の積との差として算定される。右制御振動子ηRは、右屈曲振動子ξR+及び係数χR+の積と、右伸展振動子ξR-及び係数χR-の積との差として算定される。当該4つの係数χiは同じ値に設定されてもよい。 The left control oscillator η L is calculated as a difference between the product of the left bending oscillator ξ L + and the coefficient χ L + and the product of the left extension oscillator ξ L− and the coefficient χ L− . The right control oscillator η R is calculated as the difference between the product of the right bending oscillator ξ R + and the coefficient χ R + and the product of the right extension oscillator ξ R- and the coefficient χ R- . The four coefficients χ i may be set to the same value.

そして、制御装置20により制御振動子ηに基づいてバッテリ16から左右のアクチュエータ14L,14Rにそれぞれ供給される電流I=(IL,IR)が調節される。これにより、第1装具11及び第2装具12を介して上体に対する左右の大腿の屈曲運動及び伸展運動を補助する力又は股関節回りの回転力F=(FL,FR)が調節される。補助力Fは電流Iに基づき、たとえばF(t)=G・I(t)(G:比例係数)と表現される。エージェントの歩行運動はトレッドミルの上で実施されてもよい。 Then, the current I = (I L , I R ) supplied from the battery 16 to the left and right actuators 14L, 14R is adjusted by the control device 20 based on the control vibrator η. As a result, the force assisting the flexion and extension movements of the left and right thighs with respect to the upper body or the rotational force F around the hip joint F = (F L , F R ) is adjusted via the first brace 11 and the second brace 12. . The auxiliary force F is based on the current I and is expressed as, for example, F (t) = G · I (t) (G: proportional coefficient). The agent's walking movement may be performed on a treadmill.

その後、運転スイッチがONからOFFに切り替えられたこと、又は、動作異常が検知されたこと等の動作終了条件が満たされたか否かが判定される(図3/STEP7)。そして、当該判定結果が否定的である場合(図3/STEP7‥NO)、前記一連の処理が繰り返される一方、当該判定結果が肯定的である場合(図3/STEP7‥YES)、前記一連の処理が終了する。   Thereafter, it is determined whether or not an operation end condition such as the operation switch being switched from ON to OFF or an operation abnormality is detected is satisfied (FIG. 3 / STEP 7). If the determination result is negative (FIG. 3 / STEP7... NO), the series of processes is repeated. On the other hand, if the determination result is positive (FIG. 3 / STEP7. The process ends.

(基本周波数の推定)
基本周波数推定要素23による基本周波数f0の推定処理(図3/STEP3参照)について説明する。
(Estimation of fundamental frequency)
The fundamental frequency f 0 estimation process (see FIG. 3 / STEP 3) by the fundamental frequency estimation element 23 will be described.

まず、差分振動子出力要素231が、左右の股関節角度センサ202R,202Lの出力に基づき、股関節角度の差分の時間変化を表わす波形信号を差分振動子として出力する(図5/STEP31)。これにより、図6(a)に示されているような波形信号が差分振動子として得られる。なお、股関節角度の差分に代えて肩関節角度の差分の時間変化を表わす波形信号が差分振動子として出力されてもよい。   First, the differential transducer output element 231 outputs a waveform signal representing a temporal change in the difference in hip joint angle as a differential transducer based on the outputs of the left and right hip joint angle sensors 202R and 202L (FIG. 5 / STEP 31). Thereby, a waveform signal as shown in FIG. 6A is obtained as a differential vibrator. In addition, instead of the difference in the hip joint angle, a waveform signal representing a temporal change in the difference in the shoulder joint angle may be output as the difference vibrator.

続いて、窓処理要素232が、指定期間にわたる差分振動子に窓を掛ける(図5/STEP32)。窓関数としてはハン窓が用いられ、これにより図6(b)に破線で示されている指定期間にわたる差分振動子が、実線で示されているように変形される。窓関数としては、ハン窓のほか、矩形窓、ガウス窓、ハミング窓、ブラックマン窓、カイザー窓、バートレット窓又は指数窓などのさまざまな窓関数が用いられうる。   Subsequently, the window processing element 232 applies a window to the differential transducer over a specified period (FIG. 5 / STEP 32). A Hann window is used as the window function, whereby the differential transducer over the specified period indicated by the broken line in FIG. 6B is deformed as indicated by the solid line. As the window function, various window functions such as a rectangular window, a Gaussian window, a Hamming window, a Blackman window, a Kaiser window, a Bartlett window, or an exponential window can be used in addition to a Hann window.

窓処理要素232は、スペクトル解析処理要素234により決定された前回基本周波数f0(k-1)に基づき、当該基本周波数f0を変数とする減少関数にしたがって、今回の窓の幅w(k)を設定する。この減少関数はたとえば関係式(050)により定義される。係数w01及びw02は歩行周期が少なくとも2周期だけ含まれるように設定されている。なお、窓処理要素232は、初回の窓幅w(0)として、歩行周期が少なくとも2周期含まれるような定数を採用する。 The window processing element 232, based on the previous fundamental frequency f 0 (k−1) determined by the spectrum analysis processing element 234, according to a decreasing function with the fundamental frequency f 0 as a variable, the current window width w (k ) Is set. This reduction function is defined by, for example, the relational expression (050). The coefficients w 01 and w 02 are set so that at least two walking cycles are included. Note that the window processing element 232 employs a constant that includes at least two walking cycles as the initial window width w (0).

w(k)=w01/f0(k-1)+w02 ..(050)。 w (k) = w 01 / f 0 (k-1) + w 02 .. (050).

窓処理要素232は、差分振動子(波形信号)をダウンサンプリングすることによって、差分振動子から第1指定周波数を超える高周波数成分を除去した上で、窓処理を実行してもよい。窓処理要素232は、差分振動子(波形信号)をハイパスフィルタに通すことにより、差分振動子から第2指定周波数以下の低周波成分を除去した上で、窓処理を実行してもよい。   The window processing element 232 may perform window processing after removing a high frequency component exceeding the first designated frequency from the differential transducer by down-sampling the differential transducer (waveform signal). The window processing element 232 may perform the window processing after removing the low frequency component equal to or lower than the second designated frequency from the differential transducer by passing the differential transducer (waveform signal) through a high-pass filter.

周波数解析処理要素233は、窓処理された今回指定期間における差分振動子をFFT等、周波数解析処理することにより、パワースペクトルを作成する(図5/STEP33)。これにより、図6(c)に示されているように周波数fが横軸で表わされ、周波数解析結果としてのパワーが縦軸で表わされているパワースペクトルが生成される。   The frequency analysis processing element 233 creates a power spectrum by performing frequency analysis processing such as FFT on the differential transducer in the current designated period that has been windowed (FIG. 5 / STEP 33). As a result, as shown in FIG. 6C, a power spectrum is generated in which the frequency f is represented on the horizontal axis and the power as the frequency analysis result is represented on the vertical axis.

スペクトル解析処理要素234は、閾値以上の高さを有するとともに、最低の周波数帯域にあるピークの位置を表わす周波数を基本周波数f0として決定又は推定する(図5/STEP34)。閾値は、ノイズを除去する観点から、パワースペクトルにおけるピーク最高値の0.05〜0.20倍の範囲の値に設定される。これにより、図6(c)に示されているように、閾値pth以上の高さを有するピークP1及びP2のうち、最低の周波数帯域にあるピークP1の位置を表わす周波数が基本周波数f0として決定される。 The spectrum analysis processing element 234 determines or estimates a frequency having a height equal to or higher than the threshold and representing the position of the peak in the lowest frequency band as the fundamental frequency f 0 (FIG. 5 / STEP 34). The threshold is set to a value in the range of 0.05 to 0.20 times the peak maximum value in the power spectrum from the viewpoint of removing noise. Thus, as shown in FIG. 6C, the frequency representing the position of the peak P 1 in the lowest frequency band among the peaks P 1 and P 2 having a height equal to or higher than the threshold value p th is basically used. It is determined as the frequency f 0 .

さらに、図6(d)に示されている曲線を表わす関係式(060)にしたがって基本周波数f0が補正されることにより、補正後基本周波数f0_dが決定される。 Furthermore, the corrected fundamental frequency f 0 — d is determined by correcting the fundamental frequency f 0 according to the relational expression (060) representing the curve shown in FIG.

f0_d=f0 (if f0≦fth), fth (if f0>fth) ..(060)。 f 0_d = f 0 (if f 0 ≦ f th ), f th (if f 0 > f th ) .. (060).

(歩行補助装置及び歩行状態推定装置の作用効果)
前記機能を発揮する基本周波数推定要素23によれば、人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の「差分」がサンプリングされることにより波形信号(差分振動子)が得られる(図5/STEP31、図6(a)参照)。また、この波形信号からパワースペクトルが得られる(図5/STEP33、図6(c)参照)。このため、人間の左右の身体動作の非対称度の高低によらず、パワースペクトルにおける閾値以上の高さを有する、最低周波数帯域に位置する単一のピークの位置を表わす基本周波数f0を参照するという一定の基準にしたがって、当該人間の歩行状態が高精度で推定されうる。歩行状態は、基本周波数f0の逆数である推定歩行周期のほか、歩幅又は歩行率など、基本周波数f0に基づいて算定されうるあらゆる状態値によって表現される。
(Operational effects of walking assist device and walking state estimation device)
According to the fundamental frequency estimation element 23 that performs the above function, a waveform signal (difference transducer) is obtained by sampling the “difference” between the human hip joint angle and shoulder joint angle (FIG. 5 / STEP 31, (See FIG. 6 (a)). Further, a power spectrum is obtained from this waveform signal (see FIG. 5 / STEP 33, FIG. 6C). For this reason, the fundamental frequency f 0 representing the position of a single peak located in the lowest frequency band having a height equal to or higher than the threshold value in the power spectrum is referred to regardless of the level of asymmetry between the left and right body movements of the human. According to a certain standard, the human walking state can be estimated with high accuracy. Walking state, in addition to the estimated walking period which is the reciprocal of the fundamental frequency f 0, such as stride or walking rate, represented by any status value which can be calculated on the basis of the fundamental frequency f 0.

また、前回の基本周波数f0(k-1)が高いほど今回の指定期間における波形信号に掛けられる今回窓の幅w(k)が狭く設定される一方、前回の基本周波数f0(k-1)が低いほど今回窓の幅w(k)が広く設定される。このため、今回の基本周波数f0(k)を推定する観点から、周波数解析の対象として過不足のない適当な幅の波形信号が抽出されうる(図5/STEP32、図6(b)参照)。 Further, as the previous fundamental frequency f 0 (k−1) is higher, the width w (k) of the current window multiplied by the waveform signal in the current designated period is set narrower, while the previous fundamental frequency f 0 (k−) is set. The lower the 1), the wider the window width w (k) is set this time. For this reason, from the viewpoint of estimating the current fundamental frequency f 0 (k), a waveform signal having an appropriate width can be extracted as a frequency analysis target (see FIG. 5 / STEP 32, FIG. 6B). .

さらに、歩行補助装置10によれば、アクチュエータ14の周期的な動作により、人間の各脚の周期的動作が補助される(図3/STEP6参照)。この際、人間の推定歩行状態を表わす基本周波数f0に基づき、アクチュエータ14の動作周期が定められる(関係式(023)及び(024)参照)。このため、前記のように基本周波数f0に基づいて高精度で推定される人間の歩行状態に鑑みて適当な周期で当該人間の歩行運動が補助されうる。 Furthermore, according to the walking assist device 10, the periodic motion of the human leg is assisted by the periodic motion of the actuator 14 (see FIG. 3 / STEP6). At this time, the operation period of the actuator 14 is determined based on the fundamental frequency f 0 representing the estimated human walking state (see relational expressions (023) and (024)). For this reason, the human walking motion can be assisted with an appropriate period in view of the human walking state estimated with high accuracy based on the fundamental frequency f 0 as described above.

(本発明の他の実施形態)
制御装置20は、左屈曲係数cL+、左伸展係数cL-、右屈曲係数cR+及び右伸展係数cR-のそれぞれの値の大小に応じて、人間の左大腿の屈曲運動及び伸展運動並びに右大腿の屈曲運動及び伸展運動のそれぞれを補助するためのアクチュエータ14の動作振幅の大小を制御するように構成されていれば、その構成は前記実施形態の構成に限定されない。アクチュエータ14L,14Rの動作周期は、固有角速度ωL、ωRに応じて2π/ωL、2π/ωRに一致するように制御されてもよい。
(Other embodiments of the present invention)
The control device 20 performs the bending motion and the stretching motion of the human left thigh according to the magnitudes of the values of the left bending coefficient c L + , the left stretching coefficient c L− , the right bending coefficient c R + and the right stretching coefficient c R−. And if it is comprised so that the magnitude | size of the operation | movement amplitude of the actuator 14 for assisting each of bending | flexion movement and extension movement of a right thigh may be controlled, the structure is not limited to the structure of the said embodiment. The operation periods of the actuators 14L and 14R may be controlled to match 2π / ω L and 2π / ω R according to the natural angular velocities ω L and ω R.

たとえば、制御装置20は、左屈曲係数cL+、左伸展係数cL-、右屈曲係数cR+及び右伸展係数cR-のそれぞれの値を、左股関節角度の屈曲側目標値、左股関節角度の伸展側目標値、右股関節角度の屈曲側目標値及び右股関節角度の伸展側目標値のそれぞれとして、PID制御等のフィードバック制御則にしたがって、左右の股関節角度を制御するように構成されていてもよい。この場合、運動振動子出力要素21、状態振動子生成要素24及び制御振動子生成要素25は省略されてもよい。 For example, the control device 20 determines the values of the left flexion coefficient c L + , the left stretch coefficient c L− , the right flex coefficient c R +, and the right stretch coefficient c R− as the flexural target value of the left hip joint angle and the left hip joint angle. The left and right hip joint angles are controlled in accordance with a feedback control rule such as PID control as the extension side target value, the right hip joint angle flexion side target value, and the right hip joint angle extension side target value. Also good. In this case, the motion oscillator output element 21, the state oscillator generation element 24, and the control oscillator generation element 25 may be omitted.

特許第3930399号、特許第3950149号、特許第4008464号又は特許第4271711号等の公報に記載されているように、ファン・デル・ポル方程式等により定義される第1モデルにしたがって第1振動子が生成され、かつ、当該第1振動子に基づいて固有角速度ω(連立微分方程式(010)参照)が設定された上で、当該固有角速度ωの逆数に比例するように時定数τ1が設定されてもよい。当該公報における「第2振動子」が本願発明における「状態振動子」に相当する。 As described in Japanese Patent No. 3930399, Japanese Patent No. 3950149, Japanese Patent No. 4008464, Japanese Patent No. 4271711, etc., the first vibrator according to the first model defined by Van der Pol equation etc. Is generated, and the natural angular velocity ω (see the simultaneous differential equation (010)) is set based on the first vibrator, and the time constant τ 1 is set to be proportional to the inverse of the natural angular velocity ω. May be. The “second vibrator” in this publication corresponds to the “state vibrator” in the present invention.

制御振動子ηは特許第4271711号等の公報に記載されているように、仮想的な弾性要素による弾性力及び仮想的な減衰要素による減衰力のうち一方又は両方を表わすように生成されてもよい。   The control oscillator η may be generated so as to represent one or both of an elastic force due to a virtual elastic element and a damping force due to a virtual damping element, as described in Japanese Patent No. 4271711. Good.

10‥歩行補助装置、11‥第1装具、12‥第2装具、14‥アクチュエータ、20‥制御装置、23‥基本周波数推定要素(歩行状態推定装置)、232‥窓処理要素、233‥周波数解析処理要素、234‥スペクトル解析処理要素。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Walking assistance device, 11 ... 1st equipment, 12 ... 2nd equipment, 14 ... Actuator, 20 ... Control device, 23 ... Fundamental frequency estimation element (walking state estimation device), 232 ... Window processing element, 233 ... Frequency analysis Processing element, 234. Spectrum analysis processing element.

Claims (4)

歩行中の人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の差分の指定期間にわたるサンプリングにより得られる波形信号である差分振動子に窓を掛ける窓処理を実行するように構成されている窓処理要素と、
前記窓が掛けられた前記差分振動子を周波数解析することによりパワースペクトルを取得するように構成されている周波数解析処理要素と、
前記パワースペクトルにおいて閾値以上の高さを有するとともに、最低の周波数帯域に位置するピークを示す基本周波数を決定するように構成されているスペクトル解析処理要素とを備え、
前記窓処理要素は、前記スペクトル解析処理要素により決定された前回基本周波数に基づき、当該基本周波数を変数とする減少関数にしたがって、今回の前記窓の幅を設定するように構成されていることを特徴とする歩行状態推定装置。
A window processing element configured to execute a window process for applying a window to a differential transducer, which is a waveform signal obtained by sampling over a specified period of a difference between the left and right hip joint angles or shoulder joint angles of a human being walking;
A frequency analysis processing element configured to obtain a power spectrum by performing frequency analysis on the differential transducer over which the window is hung, and
A spectral analysis processing element having a height equal to or higher than a threshold in the power spectrum and configured to determine a fundamental frequency indicating a peak located in a lowest frequency band,
The window processing element is configured to set the width of the current window based on the previous fundamental frequency determined by the spectrum analysis processing element according to a decreasing function having the fundamental frequency as a variable. A walking state estimation device as a feature.
請求項1記載の歩行状態推定装置において、
前記窓処理要素が、前記差分振動子をダウンサンプリングすることによって、前記差分振動子から第1指定周波数を超える高周波数成分を除去した上で、前記窓処理を実行するように構成されていることを特徴とする歩行状態推定装置。
The walking state estimation device according to claim 1,
The window processing element is configured to perform the window processing after removing a high frequency component exceeding a first designated frequency from the differential transducer by down-sampling the differential transducer. A walking state estimation device characterized by the above.
請求項1又は2記載の歩行状態推定装置において、
前記窓処理要素が、前記差分振動子をハイパスフィルタに通すことにより、前記差分振動子から第2指定周波数以下の低周波成分を除去した上で、前記窓処理を実行するように構成されていることを特徴とする歩行状態推定装置。
In the walking state estimation apparatus according to claim 1 or 2,
The window processing element is configured to execute the window processing after removing the low frequency component equal to or lower than a second specified frequency from the differential transducer by passing the differential transducer through a high-pass filter. A walking state estimation device characterized by that.
人間の上体に取り付けられる第1装具と、前記人間の左右の大腿のそれぞれに対して取り付けられる一対の第2装具と、一対のアクチュエータと、前記人間の左右の股関節角度のそれぞれに応じた信号を出力するように構成されている左股関節角度センサ及び右股関節角度センサと、少なくとも前記左股関節角度センサ及び前記右股関節角度センサの出力信号に基づいて前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作を制御するように構成されている制御装置とを備え、
前記一対のアクチュエータのそれぞれの動作によって前記第1装具に対して前記一対の第2装具のそれぞれを動かすことにより、前記上体に対する前記左右の大腿の相対的な周期的運動を伴う前記人間の歩行運動を補助する装置であって、
前記左関節角度センサ及び前記右股関節角度センサを通じた前記人間の左右の股関節角度又は肩関節角度の差分の指定期間にわたるサンプリングにより得られる波形信号である前記差分振動子を用いて、前記基本周波数を決定する請求項1〜3のうちいずれか1つに記載の歩行状態推定装置をさらに備え、
前記制御装置が、前記歩行状態推定装置により決定された前記基本周波数に応じて定まる周期にしたがって前記アクチュエータの周期的な動作を制御するように構成されていることを特徴とする歩行補助装置。
A first orthosis attached to the upper body of a human, a pair of second orthosis attached to each of the left and right thighs of the human, a pair of actuators, and signals corresponding to the left and right hip joint angles of the human The left hip joint angle sensor and the right hip joint angle sensor configured to output the left hip joint angle sensor, and the operation of each of the pair of actuators based on at least the output signals of the left hip joint angle sensor and the right hip joint angle sensor. And a control device configured in
The human walking with relative periodic movement of the left and right thighs relative to the upper body by moving each of the pair of second braces with respect to the first brace by respective movements of the pair of actuators. A device for assisting exercise,
Using the differential vibrator, which is a waveform signal obtained by sampling over a specified period of the difference between the left and right hip joint angles or shoulder joint angles of the human through the left joint angle sensor and the right hip joint angle sensor, the fundamental frequency is obtained. It further comprises the walking state estimating device according to any one of claims 1 to 3 to be determined,
The walking assist device, wherein the control device is configured to control a periodic operation of the actuator according to a cycle determined according to the fundamental frequency determined by the walking state estimation device.
JP2011120201A 2011-05-30 2011-05-30 Walking state estimation device and walking assist device using the same Active JP5675020B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011120201A JP5675020B2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 Walking state estimation device and walking assist device using the same
US13/482,510 US9119762B2 (en) 2011-05-30 2012-05-29 Walking assist device, walking assist method, walking state estimating device and walking state estimating method

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2011120201A JP5675020B2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 Walking state estimation device and walking assist device using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2012245211A true JP2012245211A (en) 2012-12-13
JP5675020B2 JP5675020B2 (en) 2015-02-25

Family

ID=47466242

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011120201A Active JP5675020B2 (en) 2011-05-30 2011-05-30 Walking state estimation device and walking assist device using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5675020B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20170019175A (en) * 2015-08-11 2017-02-21 삼성전자주식회사 Method and apparatus for calculating torque of walking assist device
US11219572B2 (en) 2014-10-14 2022-01-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling a walking assistance apparatus

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08243091A (en) * 1995-03-14 1996-09-24 Imeeji Joho Kagaku Kenkyusho Sensitivity information extraction unit
JPH10113343A (en) * 1996-07-03 1998-05-06 Hitachi Ltd Method, device and system for recognizing action and behavior
WO2002049271A2 (en) * 2000-12-15 2002-06-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ring network being installed as bus network
JP2004358229A (en) * 2003-04-10 2004-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Physical motion analyzing apparatus and physical motion analyzing system
JP2005342254A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Walking period detecting apparatus
WO2011049171A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 本田技研工業株式会社 Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08243091A (en) * 1995-03-14 1996-09-24 Imeeji Joho Kagaku Kenkyusho Sensitivity information extraction unit
JPH10113343A (en) * 1996-07-03 1998-05-06 Hitachi Ltd Method, device and system for recognizing action and behavior
WO2002049271A2 (en) * 2000-12-15 2002-06-20 Koninklijke Philips Electronics N.V. Ring network being installed as bus network
JP2004358229A (en) * 2003-04-10 2004-12-24 Matsushita Electric Ind Co Ltd Physical motion analyzing apparatus and physical motion analyzing system
JP2005342254A (en) * 2004-06-03 2005-12-15 Matsushita Electric Ind Co Ltd Walking period detecting apparatus
WO2011049171A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 本田技研工業株式会社 Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11219572B2 (en) 2014-10-14 2022-01-11 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for controlling a walking assistance apparatus
KR20170019175A (en) * 2015-08-11 2017-02-21 삼성전자주식회사 Method and apparatus for calculating torque of walking assist device
KR102485718B1 (en) * 2015-08-11 2023-01-06 삼성전자주식회사 Method and apparatus for calculating torque of walking assist device

Also Published As

Publication number Publication date
JP5675020B2 (en) 2015-02-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9119762B2 (en) Walking assist device, walking assist method, walking state estimating device and walking state estimating method
JP5761832B2 (en) Operation assistance device and tuning control method for operation assistance device
KR102485718B1 (en) Method and apparatus for calculating torque of walking assist device
JP5588738B2 (en) Walking motion assist device
JP5588724B2 (en) Walking motion assist device
JP5501325B2 (en) Walking assist device
KR102503910B1 (en) Method and apparatus of standing assistance
JP5675021B2 (en) Walking assist device
JP4426432B2 (en) Auxiliary moment control method for leg exercise assistive device
US10143613B2 (en) Step counter, step assist device, and computer-readable medium having stored thereon a step count program
KR100941115B1 (en) Motion assist device
KR102094852B1 (en) Method and apparatus for setting torque
JP2009095577A (en) Motion assisting device
KR102193771B1 (en) Wearable robot and method for controlling the same
JP6306898B2 (en) Walking assist device
Kong et al. Control of an exoskeleton for realization of aquatic therapy effects
KR102133939B1 (en) Method and apparatus for calculating assistance torque
US20100132464A1 (en) Motion assisting device
JP5675020B2 (en) Walking state estimation device and walking assist device using the same
KR102496574B1 (en) Method and apparatus for adjusting torque output timing
JP4234765B1 (en) Exercise assistance device
JP2013094502A (en) Assist robot controller
Song et al. Development of an assistive torque generation system for a lower limb exoskeleton
JP2013022280A (en) Walking assist device
JP4744585B2 (en) Exercise assistance device

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20131127

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20140912

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20140916

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20141111

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20141209

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20141223

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5675020

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150