JP2013208290A - Walking assistance device and walking assistance program - Google Patents

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JP2013208290A
JP2013208290A JP2012080761A JP2012080761A JP2013208290A JP 2013208290 A JP2013208290 A JP 2013208290A JP 2012080761 A JP2012080761 A JP 2012080761A JP 2012080761 A JP2012080761 A JP 2012080761A JP 2013208290 A JP2013208290 A JP 2013208290A
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hip joint
motor
joint
knee joint
hip
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Akira Kotabe
顕 小田部
Atsushi Sato
敦 佐藤
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Equos Research Co Ltd
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Equos Research Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce a load imposed on a knee joint by a heavy load.SOLUTION: Fig.1 (a) shows that a wearable robot 1 stands upright. When the wearable robot stands upright, a motor 42 for a hip joint, which drives the hip joint 41, is positioned in the upper rear of a thigh connection member 26, and the length of a moment arm is set at L1. Fig.1 (b) shows that the wearable robot 1 is bent/stretched. When the wearable robot is bent/stretched, the motor 42 for the hip joint is moved to the side of a hip-joint assist actuator 18 by a slide mechanism. In one example, the mount of movement is set to be proportionate to a bending/stretching angle. Thereby, the length of the moment arm during bending is set at L3 shorter than in a conventional example.

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、装着者の歩行をアシストするものに関する。   The present invention relates to a walking support device and a walking support program, for example, to assisting a wearer's walk.

近年、ユーザの歩行を補助するウェアラブルな歩行支援装置が開発されている。
歩行支援装置は、装着者の股関節、膝関節、足首関節などで歩行に要する関節モーメントをアクチュエータによって軽減することにより装着者の歩行を補助する。
In recent years, wearable walking support devices that assist users in walking have been developed.
The walking support device assists the wearer's walking by reducing the joint moment required for walking at the hip joint, knee joint, ankle joint, and the like of the wearer with an actuator.

ところで、特許文献1の「歩行補助装置」に記載されているように、膝関節アシストアクチュエータには、立脚期では、高トルクで低回転速度、遊脚期では、低トルクで高回転速度、といったように高い能力が要求される。そのため、重量物による膝関節アシストアクチュエータの負荷をできるだけ軽減するために、腰下重量をなるべく小さくするのが望ましい。
歩行支援装置を構成する重量物には、例えば、股関節アシストアクチュエータを駆動する股関節用モータがあり、腰下重量を少なくするために腰部に配置したり、腰部をスマートにするために、上腿上部に配置することがある。
By the way, as described in the “walking assist device” of Patent Document 1, the knee joint assist actuator has a high torque and a low rotation speed in the stance phase, a low torque and a high rotation speed in the swing phase, and the like. High capacity is required. Therefore, in order to reduce the load on the knee joint assist actuator due to heavy objects as much as possible, it is desirable to reduce the weight below the waist as much as possible.
For example, there is a hip joint motor that drives a hip joint assist actuator, and the upper part of the upper thigh is placed on the waist to reduce the weight under the hips or to make the waist smarter. May be placed.

図5は、上腿上部に股関節用モータ42を配置した場合を示した図である。
図5(a)は、装着型ロボット1が直立しているところを示しており、上腿連結部材26の上部後方に股関節41を駆動する股関節アシストアクチュエータ17の股関節用モータ42が配置されている。
膝関節アシストアクチュエータ18から股関節用モータ42の重心までのモーメントアームは、L1である。
なお、膝関節アシストアクチュエータ18は、下腿連結部材27に連結しており、下腿連結部材27の他端には足首関節アシストアクチュエータ19が形成されている。
図5(b)は、装着型ロボット1が屈伸のために脚部を屈曲したところを示している。膝関節アシストアクチュエータ18から股関節用モータ42の重心までのモーメントアームは、L2となる。
FIG. 5 is a diagram showing a case where the hip joint motor 42 is arranged on the upper thigh.
FIG. 5A shows a place where the wearable robot 1 stands upright, and a hip joint motor 42 of the hip joint assist actuator 17 that drives the hip joint 41 is disposed behind the upper thigh connecting member 26. .
The moment arm from the knee joint assist actuator 18 to the center of gravity of the hip joint motor 42 is L1.
The knee joint assist actuator 18 is coupled to the crus coupling member 27, and an ankle joint assist actuator 19 is formed at the other end of the crus coupling member 27.
FIG. 5B shows the wearable robot 1 bending its legs for bending and stretching. The moment arm from the knee joint assist actuator 18 to the center of gravity of the hip joint motor 42 is L2.

このように、上腿上部に股関節用モータ42を配置すると、屈曲時には膝関節アシストアクチュエータ18にとってモーメントアームL2が長くなってしまい、膝関節アシストアクチュエータ18の容量を大きいものにする必要があるという問題があった。
腰部に股関節用モータ42を配置した場合は、上体を傾ければ膝関節における重心全体のモーメントアームを多少短くできるが(上腿上部の場合は短くできない)、それでも膝関節アシストアクチュエータ18にかかる負荷が大きい。
Thus, when the hip joint motor 42 is arranged on the upper upper thigh, the moment arm L2 becomes longer for the knee joint assist actuator 18 at the time of bending, and the capacity of the knee joint assist actuator 18 needs to be increased. was there.
In the case where the hip joint motor 42 is disposed at the waist, the moment arm of the entire center of gravity of the knee joint can be slightly shortened by tilting the upper body (it cannot be shortened in the case of the upper upper thigh), but is still applied to the knee joint assist actuator 18. The load is large.

特開2011−142958号公報JP 2011-142958 A

本発明は、重量物によって膝関節にかかる負荷を低減することを目的とする。   An object of this invention is to reduce the load concerning a knee joint by a heavy article.

(1)請求項1に記載の発明では、少なくとも股関節から膝関節までの間で大腿部に沿って移動する重量物と、前記重量物を、前記膝関節の屈曲時には前記膝関節の側に、前記膝関節の伸張時には前記股関節の側に移動する移動手段と、を具備したことを特徴とする歩行支援装置を提供する。
(2)請求項2に記載の発明では、前記重量物は、前記股関節で発生する関節モーメントを補助するモータであ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に記載の発明では、前記移動手段は、前記モータの回転量に連動して当該モータを移動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に記載の発明では、前記移動手段は、前記モータの出力によって当該モータを移動する移動機構を具備した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に記載の発明では、少なくとも股関節から膝関節までの間で大腿部に沿って移動する重量物を、前記膝関節の屈曲時には前記膝関節の側に、前記膝関節の伸張時には前記股関節の側に移動する移動機能をコンピュータで実現する歩行支援プログラムを提供する。
(1) In the invention described in claim 1, at least a heavy article that moves along the thigh between the hip joint and the knee joint, and the heavy article are placed on the side of the knee joint when the knee joint is bent. And a moving means that moves toward the hip joint when the knee joint is extended.
(2) In the invention described in claim 2, the walking support apparatus according to claim 1, wherein the heavy object is a motor that assists a joint moment generated in the hip joint.
(3) The invention according to claim 3 provides the walking support apparatus according to claim 2, wherein the moving means moves the motor in conjunction with the rotation amount of the motor.
(4) In the invention according to claim 4, the walking means comprises a moving mechanism for moving the motor by the output of the motor. Providing equipment.
(5) In the invention according to claim 5, a heavy article that moves along the thigh at least from the hip joint to the knee joint is placed on the side of the knee joint when the knee joint is bent. Provided is a walking support program for realizing a moving function of moving to the hip joint side by a computer during extension.

本発明によれば、重量物の位置を動的に変化させることにより、重量物によって膝関節にかかる負荷を低減することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the load concerning a knee joint by a heavy article can be reduced by changing the position of a heavy article dynamically.

本実施の形態の概要を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the outline | summary of this Embodiment. 装着型ロボットの装着状態を示した図である。It is the figure which showed the mounting state of the mounting type robot. 装着型ロボットのシステム構成を示した図である。It is the figure which showed the system configuration | structure of the mounting | wearing type robot. 股関節用モータを移動する機構を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the mechanism which moves the motor for hip joints. 従来例を説明するための図である。It is a figure for demonstrating a prior art example.

(1)実施形態の概要
図1は、本実施の形態の概要を説明するための図である。
図1(a)は、装着型ロボット1が直立しているところを示している。
直立時には、股関節41を駆動する股関節アシストアクチュエータ17を構成する股関節用モータ42は、上腿連結部材26の上部後方に位置しており、モーメントアームの長さはL1である。
(1) Outline of Embodiment FIG. 1 is a diagram for explaining the outline of the present embodiment.
FIG. 1A shows the wearable robot 1 standing upright.
When standing upright, the hip joint motor 42 that constitutes the hip joint assist actuator 17 that drives the hip joint 41 is located at the upper rear of the upper thigh coupling member 26, and the length of the moment arm is L1.

図1(b)は、装着型ロボット1が屈伸のために脚部を屈曲しているところを示している。
屈曲時には、股関節用モータ42は、スライド機構により膝関節アシストアクチュエータ18の側に移動する。なお、移動量は屈曲角度に比例するようになっている。これにより屈曲時のモーメントアームは、従来例のL2よりも短いL3となる。
FIG. 1 (b) shows the wearable robot 1 bending its legs for bending and stretching.
At the time of bending, the hip joint motor 42 moves to the knee joint assist actuator 18 side by a slide mechanism. The amount of movement is proportional to the bending angle. Thereby, the moment arm at the time of bending becomes L3 shorter than L2 of the conventional example.

このようにモーメントアームが短くなるため、屈曲時、及び屈曲からの立ち上がり時に膝関節アシストアクチュエータ18にかかる負荷が小さくなり、膝関節アシストアクチュエータ18に要求される能力が従来例よりも軽減される。そのため、膝関節アシストアクチュエータ18の小型化、軽量化、低コスト化を図ることができる。   Since the moment arm is shortened in this way, the load applied to the knee joint assist actuator 18 at the time of bending and rising from the bending is reduced, and the ability required of the knee joint assist actuator 18 is reduced as compared with the conventional example. Therefore, the knee joint assist actuator 18 can be reduced in size, weight, and cost.

(2)実施形態の詳細
図2は装着型ロボット1の装着状態を示した図である。
装着型ロボット1は、装着者の腰部及び下肢に装着し、装着者の歩行を支援(アシスト)するものである。
装着型ロボット1は、腰部装着部21、上腿装着部22、下腿装着部23、足装着部24、上腿連結部材26、下腿連結部材27、制御装置2、つま先反力センサ10、踵反力センサ11、つま先姿勢センサ12、踵姿勢センサ13、腰姿勢センサ14、上腿姿勢センサ15、下腿姿勢センサ16、股関節アシストアクチュエータ17、膝関節アシストアクチュエータ18、足首関節アシストアクチュエータ19などを備えている。なお、腰部装着部21、制御装置2、腰姿勢センサ14以外は、左右の両足に設けられており、それぞれの検出値が出力されるようになっている。
但し、つま先反力センサ10、踵反力センサ11については、反力の検出が不要である実施例の場合には、両センサに変えてつま先接地センサ、踵接地センサを備えるようにしてもよい。
(2) Details of Embodiment FIG. 2 is a diagram showing a wearing state of the wearing robot 1.
The wearable robot 1 is worn on the waist and lower limbs of the wearer to assist (assist) the wearer's walking.
The wearable robot 1 includes a waist attachment part 21, an upper leg attachment part 22, a lower leg attachment part 23, a foot attachment part 24, an upper leg connection member 26, a lower leg connection member 27, a control device 2, a toe reaction force sensor 10, Force sensor 11, toe posture sensor 12, heel posture sensor 13, waist posture sensor 14, upper leg posture sensor 15, lower leg posture sensor 16, hip joint assist actuator 17, knee joint assist actuator 18, ankle joint assist actuator 19 and the like are provided. Yes. In addition, except for the waist mounting part 21, the control device 2, and the waist posture sensor 14, they are provided on both the left and right feet, and the respective detected values are output.
However, the toe reaction force sensor 10 and the heel reaction force sensor 11 may be provided with a toe grounding sensor and a heel grounding sensor instead of both sensors in the embodiment in which the detection of the reaction force is unnecessary. .

腰部装着部21は、装着者の腰部の周囲に取り付けられ装着型ロボット1を固定する。
腰姿勢センサ14は、腰部装着部21に取り付けられ、ジャイロなどによって腰部の姿勢(ロール角、ヨー角、ピッチ角)を検出する。また、これらの角度を微分することにより、腰部の角速度や角加速度を求めることもできる。
The waist mounting portion 21 is attached around the waist of the wearer and fixes the wearable robot 1.
The waist posture sensor 14 is attached to the waist attachment portion 21 and detects the posture of the waist (roll angle, yaw angle, pitch angle) with a gyroscope or the like. Also, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the waist can be obtained.

制御装置2は、腰部装着部21に取り付けられ、装着型ロボット1の動作を制御する。
股関節アシストアクチュエータ17は、股関節用モータ42と、股関節用モータ42の駆動力を股関節41の回転力に変換する機構(後述)から構成されている。
股関節用モータ42は、上腿連結部材26の上部後方に設けられており、腰部装着部21に対して股関節41で連結された上腿連結部材26を前後方向に駆動する。なお、後に詳細に説明するように、股関節用モータ42は、上腿連結部材26の前後方向の運動に連動して上腿連結部材26に沿って上下運動する。
The control device 2 is attached to the waist mounting portion 21 and controls the operation of the wearable robot 1.
The hip joint assist actuator 17 includes a hip joint motor 42 and a mechanism (described later) that converts the driving force of the hip joint motor 42 into the rotational force of the hip joint 41.
The hip joint motor 42 is provided on the upper rear side of the upper thigh connecting member 26 and drives the upper thigh connecting member 26 connected to the waist mounting portion 21 by the hip joint 41 in the front-rear direction. As will be described in detail later, the hip joint motor 42 moves up and down along the upper thigh connection member 26 in conjunction with the movement of the upper thigh connection member 26 in the front-rear direction.

上腿連結部材26は、装着者の上腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、上腿装着部22によって装着者の上腿部に固定される。そして、上腿連結部材26は、股関節アシストアクチュエータ17によって駆動し、上腿部の運動を支援する。
上腿装着部22は、外側が上腿連結部材26の内側に固定されており、内側が装着者の上腿に固定される。
上腿姿勢センサ15は、上腿部の姿勢(ロール角、ヨー角、ピッチ角)を検出する。また、これらの角度を微分することにより、上腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
The upper thigh coupling member 26 is a rigid columnar member provided outside the upper thigh of the wearer, and is fixed to the upper thigh of the wearer by the upper thigh mounting portion 22. The upper thigh connecting member 26 is driven by the hip joint assist actuator 17 to support the movement of the upper thigh.
The outer side of the upper thigh mounting part 22 is fixed to the inner side of the upper thigh coupling member 26, and the inner side is fixed to the upper leg of the wearer.
The upper leg posture sensor 15 detects the upper leg posture (roll angle, yaw angle, pitch angle). In addition, by differentiating these angles, the angular velocity and acceleration of the upper thigh can be obtained.

膝関節アシストアクチュエータ18は、装着者の膝関節と同じ高さに設けられており、上腿連結部材26に対して下腿連結部材27を前後方向に運動させて装着者の下腿部の運動を支援する。
下腿連結部材27は、装着者の下腿部の外側に設けられた剛性を有する柱状部材であり、下腿装着部23によって装着者の下腿部に固定される。そして、下腿連結部材27は、膝関節アシストアクチュエータ18によって駆動し、下腿部の運動を支援する。
The knee joint assist actuator 18 is provided at the same height as the knee joint of the wearer, and moves the lower leg connection member 27 in the front-rear direction with respect to the upper leg connection member 26 to move the lower leg of the wearer. Support.
The crus connecting member 27 is a columnar member having rigidity provided outside the crus of the wearer, and is fixed to the crus of the wearer by the crus attachment 23. The lower leg connecting member 27 is driven by the knee joint assist actuator 18 to support the movement of the lower leg.

下腿装着部23は、外側が下腿連結部材27の内側に固定されており、内側が装着者の下腿に固定される。
下腿姿勢センサ16は、下腿部の姿勢(ロール角、ヨー角、ピッチ角)を検出する。また、これらの角度を微分することにより、下腿部の角速度や角加速度を求めることもできる。
The outer side of the lower leg mounting portion 23 is fixed to the inner side of the lower leg connecting member 27, and the inner side is fixed to the lower leg of the wearer.
The lower leg posture sensor 16 detects the lower leg posture (roll angle, yaw angle, pitch angle). Also, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the lower leg can be obtained.

足首関節アシストアクチュエータ19は、装着者の足首関節と同じ高さに設けられており、下腿連結部材27に対して足装着部24のつま先を上下する方向に駆動する。
足装着部24は、装着者の足部(足の甲、及び足裏)に固定される。一般に、足指の付け根の関節は歩行の際に屈曲するが、足装着部24も足指の付け根の部分が足指に従って屈曲するようになっている。
The ankle joint assist actuator 19 is provided at the same height as the wearer's ankle joint, and drives the toe of the foot mounting portion 24 in the direction of moving up and down with respect to the crus coupling member 27.
The foot mounting portion 24 is fixed to the foot portion (instep and sole) of the wearer. Generally, the joint at the base of the toe is bent during walking, but the foot mounting portion 24 is also configured so that the base of the toe is bent according to the toes.

つま先姿勢センサ12と踵姿勢センサ13は、それぞれ、足装着部24の先端と後端に設置され、それぞれ、つま先と踵の姿勢(ロール角、ヨー角、ピッチ角)を検出する。また、これらの角度を微分することにより、つま先や踵の角速度や角加速度を求めることもできる。   The toe posture sensor 12 and the heel posture sensor 13 are respectively installed at the front end and the rear end of the foot mounting portion 24 and detect the toe and heel postures (roll angle, yaw angle, pitch angle), respectively. Further, by differentiating these angles, the angular velocity and angular acceleration of the toes and the heel can be obtained.

つま先反力センサ10は、足装着部24の足裏部前方に設置され、つま先の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
踵反力センサ11は、足装着部24の足裏部後方に設置され、踵の接地を検出すると共に、歩行面からの反力を検出する。
以上のように構成された装着型ロボット1は、股関節アシストアクチュエータ17、膝関節アシストアクチュエータ18、足首関節アシストアクチュエータ19を駆動することにより、装着者の歩行を支援する。
The toe reaction force sensor 10 is installed in front of the sole portion of the foot mounting portion 24 and detects the ground contact of the toe and the reaction force from the walking surface.
The heel reaction force sensor 11 is installed on the rear side of the sole of the foot mounting portion 24 and detects the ground contact of the heel and also detects the reaction force from the walking surface.
The wearable robot 1 configured as described above supports the walking of the wearer by driving the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19.

図3は、装着型ロボット1のシステム構成を示した図である。
制御装置2は、図示しないCPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、時間を計測する手段としての時計、記憶部7、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、装着型ロボット1の各部を電子制御する。
FIG. 3 is a diagram showing a system configuration of the wearable robot 1.
The control device 2 includes an electronic control unit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a clock as means for measuring time, a storage unit 7, various interfaces, and the like. And each part of the wearable robot 1 is electronically controlled.

制御装置2は、また、CPUで記憶部7に記憶された歩行支援プログラム等の各種プログラムを実行することにより構成される、センサ情報取得部3、各種パラメータ算出部4、歩行動作判定部5、歩行アシスト力決定部8を備えている。
センサ情報取得部3は、つま先反力センサ10〜下腿姿勢センサ16の各センサから検出値を取得する。センサ情報取得部3で取得した各センサの検出値は、歩行動作の判定や、歩行シーンの判定や、歩行パラメータの算出等に使用される。
The control device 2 is also configured by executing various programs such as a walking support program stored in the storage unit 7 by the CPU, and includes a sensor information acquisition unit 3, various parameter calculation units 4, a walking motion determination unit 5, A walking assist force determination unit 8 is provided.
The sensor information acquisition unit 3 acquires a detection value from each of the toe reaction force sensor 10 to the crus posture sensor 16. The detection value of each sensor acquired by the sensor information acquisition unit 3 is used for determination of walking motion, determination of a walking scene, calculation of walking parameters, and the like.

各種パラメータ算出部4は、センサ情報取得部3で取得した検出値から、各関節の角度、角速度、位置などを求める。
歩行動作判定部5は、装着者の動作が屈伸運動や足踏み動作などの歩行以外の動作なのか、それとも実際に歩行している動作なのかを判定する。
The various parameter calculation unit 4 obtains the angle, angular velocity, position, and the like of each joint from the detection value acquired by the sensor information acquisition unit 3.
The walking motion determination unit 5 determines whether the wearer's motion is a motion other than walking such as a bending / stretching motion or a stepping motion, or an actual walking motion.

歩行アシスト力決定部8は、左右両足のそれぞれに配置されている股関節アシストアクチュエータ17、膝関節アシストアクチュエータ18、足首関節アシストアクチュエータ19に出力させるアシスト力を決定し、これに従ってこれらアシストアクチュエータを駆動する。なお、アシスト力とは、装着型ロボット1がアシストアクチュエータを駆動して脚部に作用させるモーメント(トルク)である。   The walking assist force determining unit 8 determines the assist force to be output to the hip joint assist actuator 17, the knee joint assist actuator 18, and the ankle joint assist actuator 19 disposed on the left and right feet, and drives these assist actuators accordingly. . The assist force is a moment (torque) that the wearable robot 1 drives the assist actuator to act on the legs.

図4の各図は、股関節用モータ42を移動する機構を説明するための図である。
図4(a)は、装着型ロボット1が直立している場合の上腿連結部材26、及び股関節アシストアクチュエータ17を示した図である。
これらのうち、ベベルギア33、回転軸32、ベベルギア31、股関節用モータ42は、股関節アシストアクチュエータ17を構成し、ウォームギア34、回転軸32、ラック35は、股関節用モータ42の移動機構を構成している。このように、回転軸32は、股関節アシストアクチュエータ17と移動機構の両方を動作させる。
Each drawing in FIG. 4 is a diagram for explaining a mechanism for moving the hip joint motor 42.
FIG. 4A is a view showing the upper thigh coupling member 26 and the hip joint assist actuator 17 when the wearable robot 1 is standing upright.
Among these, the bevel gear 33, the rotation shaft 32, the bevel gear 31, and the hip joint motor 42 constitute the hip joint assist actuator 17, and the worm gear 34, the rotation shaft 32, and the rack 35 constitute a movement mechanism for the hip joint motor 42. Yes. Thus, the rotating shaft 32 operates both the hip joint assist actuator 17 and the moving mechanism.

股関節41の周囲には、上腿連結部材26に対して固定された(即ち、上腿連結部材26と共に回転する)ベベルギア(かさ歯車)33が形成されている。
股関節用モータ42は、図示しないガイド(案内機構)で規定される軌道に沿って上腿連結部材26の後方を長手方向にスライドして移動することができる。
Around the hip joint 41, a bevel gear (bevel gear) 33 fixed to the upper thigh connecting member 26 (that is, rotating with the upper thigh connecting member 26) is formed.
The hip joint motor 42 can move by sliding in the longitudinal direction behind the upper thigh coupling member 26 along a track defined by a guide (guide mechanism) (not shown).

股関節用モータ42は、例えば、DCモータで構成されており、上腿連結部材26の長手方向と回転軸32が平行となるように配置されている。回転軸32は、股関節用モータ42に対して回転自由度を有しており、軸方向の自由度は有していない。そのため、股関節用モータ42と回転軸32は、共に上腿連結部材26の長手方向に移動する。   The hip joint motor 42 is composed of, for example, a DC motor, and is arranged so that the longitudinal direction of the upper thigh coupling member 26 and the rotation shaft 32 are parallel to each other. The rotating shaft 32 has a degree of freedom of rotation with respect to the hip joint motor 42 and has no degree of freedom in the axial direction. Therefore, both the hip joint motor 42 and the rotating shaft 32 move in the longitudinal direction of the upper thigh coupling member 26.

回転軸32の上側(上腿連結部材26の長手方向の股関節41側)には、ベベルギア33と噛み合うベベルギア31が設置されている。
回転軸32は、ベベルギア31の中心軸において軸方向には移動できるが回転方向には固定されている。即ち、回転軸32が回転するとこれに伴ってベベルギア31も回転すると共に回転軸32に対して上下スライドする。
A bevel gear 31 that meshes with the bevel gear 33 is installed on the upper side of the rotation shaft 32 (on the side of the hip joint 41 in the longitudinal direction of the upper thigh connecting member 26).
The rotating shaft 32 can move in the axial direction on the central axis of the bevel gear 31 but is fixed in the rotating direction. That is, when the rotating shaft 32 rotates, the bevel gear 31 rotates along with this, and slides up and down with respect to the rotating shaft 32.

また、図示しない固定機構により、股関節41に対するベベルギア31の位置は、ベベルギア33とベベルギア31が噛み合う位置に固定されている。
ベベルギア31とベベルギア33により、股関節用モータ42の回転力が股関節41に伝達され、アシスト力が発揮される。
一方、回転軸32の他端側にはウォームギア34が固定されている。
Further, the position of the bevel gear 31 with respect to the hip joint 41 is fixed at a position where the bevel gear 33 and the bevel gear 31 mesh with each other by a fixing mechanism (not shown).
By the bevel gear 31 and the bevel gear 33, the rotational force of the hip joint motor 42 is transmitted to the hip joint 41, and the assist force is exhibited.
On the other hand, a worm gear 34 is fixed to the other end side of the rotating shaft 32.

上腿連結部材26の下部後方には、ウォームギア34と噛み合うラック35が上腿連結部材26の長手方向に固定されている。
このように、ウォームギア34とラック35が噛み合うため、回転軸32が回転すると、ウォームギア34により股関節用モータ42を上腿連結部材26の長手方向に移動する力が発生する。
A rack 35 that meshes with the worm gear 34 is fixed in the longitudinal direction of the upper thigh connection member 26 at the lower rear of the upper thigh connection member 26.
Since the worm gear 34 and the rack 35 are engaged with each other in this way, when the rotary shaft 32 rotates, a force for moving the hip joint motor 42 in the longitudinal direction of the upper thigh coupling member 26 is generated by the worm gear 34.

本実施の形態では、回転軸32の回転方向が、上腿連結部材26を前方に回転させる場合に(装着者が脚部を屈曲する場合に)、股関節用モータ42が膝関節アシストアクチュエータ18の方向に移動するようにウォームギア34のねじ山が形成されている。
このため、装着者が屈伸するためにかがむと、その動作に比例して股関節用モータ42が膝関節アシストアクチュエータ18方向に移動し、装着者が立ち上がると、その動作に比例して股関節用モータ42が股関節41方向に移動する。
In the present embodiment, when the rotation direction of the rotation shaft 32 rotates the upper thigh coupling member 26 forward (when the wearer bends the leg), the hip joint motor 42 is used for the knee joint assist actuator 18. The thread of the worm gear 34 is formed so as to move in the direction.
For this reason, when the wearer bends to bend and stretch, the hip joint motor 42 moves in the direction of the knee joint assist actuator 18 in proportion to the movement, and when the wearer stands up, the hip motor 42 in proportion to the movement. Moves in the direction of the hip joint 41.

図4(b)は、装着者が屈伸のため脚部を屈曲したところを示している。なお、波線は、直立していたとき、即ち、屈曲前の状態を示している。
図の矢線51で示したように、上腿連結部材26を移動して脚部を屈すると、矢線52で示したように、股関節用モータ42が膝関節アシストアクチュエータ18の方向に移動する。
FIG. 4B shows the wearer bending the leg for bending and stretching. In addition, the wavy line has shown the state when it was standing upright, ie, before bending.
As shown by the arrow 51 in the figure, when the upper leg connecting member 26 is moved and the leg is bent, the hip joint motor 42 moves in the direction of the knee joint assist actuator 18 as shown by the arrow 52. .

これにより、膝関節アシストアクチュエータ18に対する股関節用モータ42のモーメントアームを短くすることができる。
このように、股関節用モータ42は、脚部を屈するときは膝関節アシストアクチュエータ18の方向に移動し、脚部を伸ばすときは股関節41の方向に移動する。
Thereby, the moment arm of the hip joint motor 42 with respect to the knee joint assist actuator 18 can be shortened.
As described above, the hip joint motor 42 moves in the direction of the knee joint assist actuator 18 when bending the leg, and moves in the direction of the hip joint 41 when extending the leg.

なお、股関節アシストアクチュエータ17では、屈伸ではなく、腿上げ時にも股関節用モータ42が膝側に移動し、この場合、股関節アシストアクチュエータ17の負荷が増えるが、股関節アシストアクチュエータ17の大容量化は膝関節アシストアクチュエータ18よりも容易である。   In the hip joint assist actuator 17, the hip joint motor 42 moves to the knee side even when the thigh is raised instead of bending and stretching. In this case, the load on the hip joint assist actuator 17 is increased. It is easier than the joint assist actuator 18.

図4(c)は、変形例を説明するための図である。
ベベルギア33とベベルギア31の組み合わせの他に、ピニオンギア37とクラウンギア36の組み合わせを用いることも可能である。また、他の機構を用いてもよい。
FIG.4 (c) is a figure for demonstrating a modification.
In addition to the combination of the bevel gear 33 and the bevel gear 31, a combination of the pinion gear 37 and the crown gear 36 can also be used. Other mechanisms may be used.

以上に説明した本実施の形態では、機械的な機構により股関節用モータ42を移動したが、股関節用モータ42を移動するアクチュエータを設置し、これを制御することにより股関節用モータ42を移動するように構成することもできる。
この場合は、例えば、屈伸による屈曲時には股関節用モータ42を移動し、腿上げなどの屈曲時には、股関節用モータ42を移動しないなど(股関節用モータ42の負荷を低減できる)、装着者の動作を判定して制御することが可能である。
In the present embodiment described above, the hip joint motor 42 is moved by a mechanical mechanism. However, an actuator that moves the hip joint motor 42 is installed and controlled to move the hip joint motor 42. It can also be configured.
In this case, for example, the hip motor 42 is moved at the time of bending due to bending and stretching, and the hip motor 42 is not moved at the time of bending such as raising the thigh (the load on the hip joint motor 42 can be reduced). It can be determined and controlled.

また、本実施の形態では、股関節用モータ42を上腿連結部材26の後方に配置したが、側面や前方に配置してもよい。
更に、本実施の形態では、重量物として股関節用モータ42を移動したが、バッテリなどの他の重量物を移動するように構成してもよい。
Further, in the present embodiment, the hip joint motor 42 is disposed behind the upper thigh coupling member 26, but may be disposed on the side surface or the front side.
Furthermore, in the present embodiment, the hip joint motor 42 is moved as a heavy object, but other heavy objects such as a battery may be moved.

以上に説明した実施の形態により、次のような効果を得ることができる。
(1)股関節屈曲状態時に重量物である股関節用モータ42を膝関節アシストアクチュエータ18へ近づける構造を持つことで、股関節用モータ42の膝関節におけるモーメントを低減させることができ、膝関節アシストアクチュエータ18を駆動するモータの負荷を減らすことができる。
(2)股関節用モータ42をスライドさせるにあたり、単一のアクチュエータを用いる構造をとることで(股関節用モータ42は、股関節41の回転と股関節用モータ42のスライドの両方を単一の動作により行うことで)省スペース、重量の軽量化、消費エネルギーの節約を図ることができる。
According to the embodiment described above, the following effects can be obtained.
(1) By having a structure in which the hip joint motor 42, which is a heavy object, is brought close to the knee joint assist actuator 18 when the hip joint is bent, the moment at the knee joint of the hip joint motor 42 can be reduced. The load on the motor that drives the motor can be reduced.
(2) By adopting a structure using a single actuator for sliding the hip joint motor 42 (the hip joint motor 42 performs both rotation of the hip joint 41 and slide of the hip joint motor 42 by a single operation. This saves space, reduces weight, and saves energy.

以上に説明した実施の形態により、次の構成を得ることができる。
(1)股関節用モータ42は、重量物に相当し、上腿連結部材26に沿って移動するため、装着型ロボット1(歩行支援装置)は、股関節から膝関節までの間で大腿部に沿って移動する重量物を備えている。
また、股関節用モータ42は、ウォームギア34やラック35による移動機構により膝関節の屈曲時には膝関節側に、膝関節の伸張時には、股関節側に移動するため、装着型ロボット1は、前記重量物を、前記膝関節の屈曲時には前記膝関節の側に、前記膝関節の伸張時には前記股関節の側に移動する移動手段を備えている。
(2)股関節用モータ42は、股関節アシストアクチュエータ17によるアシスト力を発揮する電動機であるため、前記重量物は、前記股関節で発生する関節モーメントを補助するモータである。
(3)股関節用モータ42は、移動機構により回転軸32の回転量に伴って移動するため、前記移動手段は、前記モータの回転量に連動して当該モータを移動する。
(4)股関節用モータ42は、自身の回転力によって移動するため、前記移動手段は、前記モータの出力によって当該モータを移動する移動機構を具備している。
According to the embodiment described above, the following configuration can be obtained.
(1) Since the hip joint motor 42 corresponds to a heavy object and moves along the upper thigh coupling member 26, the wearable robot 1 (walking support device) is placed on the thigh between the hip joint and the knee joint. It is equipped with heavy objects that move along.
The hip joint motor 42 moves to the knee joint side when the knee joint is bent and moves to the hip joint side when the knee joint is extended by the moving mechanism using the worm gear 34 and the rack 35. And a moving means that moves toward the knee joint when the knee joint is bent and moves toward the hip joint when the knee joint is extended.
(2) Since the hip joint motor 42 is an electric motor that exerts an assist force by the hip joint assist actuator 17, the heavy object is a motor that assists a joint moment generated at the hip joint.
(3) Since the hip joint motor 42 moves according to the rotation amount of the rotary shaft 32 by the moving mechanism, the moving means moves the motor in conjunction with the rotation amount of the motor.
(4) Since the hip joint motor 42 is moved by its own rotational force, the moving means includes a moving mechanism for moving the motor by the output of the motor.

1 装着型ロボット
2 制御装置
3 センサ情報取得部
4 各種パラメータ算出部
5 歩行動作判定部
7 記憶部
8 歩行アシスト力決定部
10 つま先反力センサ
11 踵反力センサ
12 つま先姿勢センサ
13 踵姿勢センサ
14 腰姿勢センサ
15 上腿姿勢センサ
16 下腿姿勢センサ
17 股関節アシストアクチュエータ
18 膝関節アシストアクチュエータ
19 足首関節アシストアクチュエータ
21 腰部装着部
22 上腿装着部
23 下腿装着部
24 足装着部
26 上腿連結部材
27 下腿連結部材
31 ベベルギア
32 回転軸
33 ベベルギア
34 ウォームギア
35 ラック
36 クラウンギア
37 ピニオンギア
41 股関節
42 股関節用モータ
51、52 矢線
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wearable robot 2 Control apparatus 3 Sensor information acquisition part 4 Various parameter calculation part 5 Walking motion determination part 7 Memory | storage part 8 Walking assist force determination part 10 Toe reaction force sensor 11 踵 Reaction force sensor 12 Toe attitude sensor 13 踵 Posture sensor 14 Waist posture sensor 15 Upper leg posture sensor 16 Lower leg posture sensor 17 Hip joint assist actuator 18 Knee joint assist actuator 19 Ankle joint assist actuator 21 Lumbar attachment part 22 Upper leg attachment part 23 Lower leg attachment part 24 Foot attachment part 26 Upper leg connection member 27 Lower leg Connecting member 31 Bevel gear 32 Rotating shaft 33 Bevel gear 34 Worm gear 35 Rack 36 Crown gear 37 Pinion gear 41 Hip joint 42 Hip motor 51, 52 Arrow line

Claims (5)

少なくとも股関節から膝関節までの間で大腿部に沿って移動する重量物と、
前記重量物を、前記膝関節の屈曲時には前記膝関節の側に、前記膝関節の伸張時には前記股関節の側に移動する移動手段と、
を具備したことを特徴とする歩行支援装置。
A heavy object that moves along the thigh between at least the hip joint and the knee joint;
Moving means for moving the heavy object to the knee joint side when the knee joint is bent, and to the hip joint side when the knee joint is extended;
A walking support device characterized by comprising:
前記重量物は、前記股関節で発生する関節モーメントを補助するモータであることを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。   The walking support apparatus according to claim 1, wherein the heavy object is a motor that assists a joint moment generated at the hip joint. 前記移動手段は、前記モータの回転量に連動して当該モータを移動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 walking support apparatus according to claim 2, wherein the moving unit moves the motor in conjunction with an amount of rotation of the motor. 前記移動手段は、前記モータの出力によって当該モータを移動する移動機構を具備した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。   The walking support device according to claim 2, wherein the moving unit includes a moving mechanism that moves the motor according to the output of the motor. 少なくとも股関節から膝関節までの間で大腿部に沿って移動する重量物を、前記膝関節の屈曲時には前記膝関節の側に、前記膝関節の伸張時には前記股関節の側に移動する移動機能をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。   A function of moving a heavy object that moves along the thigh between at least the hip joint and the knee joint to the knee joint when the knee joint is bent and to the hip joint when the knee joint is extended. A walking support program realized on a computer.
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