JP2014076199A - 体動検知装置、およびこの装置を有する人体用刺激付与装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】人体用刺激付与装置1は、左検知部50L、右検知部50R、判別部70、制御部60、右刺激付与部90R、および左刺激付与部90Lを有する。検知部は、人体の歩行動作に応じて検知信号を出力する。判別部70は、検知信号に基づいて、1歩行周期の歩行動作を複数の歩行段階に区分する。判別部70は、歩行段階の少なくとも1つの継続時間に基づいて、歩行静止状態を判定する。制御部60は、判別部70の判定結果に基づいて右刺激付与部90Rおよび左刺激付与部90Lが付与する刺激の大きさを制御する。
【選択図】図5
Description
図1を参照して、体動検知装置を用いた人体用刺激付与装置1の概略構成について説明する。
第1装着部10Lは、左脚210Lの大腿部に取り付けられる大腿装着部21および下腿部に取り付けられる下腿装着部22を有する。大腿装着部21および下腿装着部22は、第1連結部23aおよび第2連結部23bにより互いに連結される。
使用者200は、歩行動作を行うとき、図4(a)に示される脚の動きを行う。図4(a)において実線のみで示される部分は、使用者200の右脚の動きを示している。図4(a)においてハッチングで示される部分は、使用者200の左脚の動きを示している。使用者200が図4(a)に示される脚の動きで歩行動作を行うとき、歩行動作における期間を図4(b)〜図4(e)に示されるように規定する。使用者200の1歩行周期は、一方の足の踵が接地して、次に同じ踵が再度接地するまでの期間である。1歩行周期における使用者の足が床に接している区間が立脚期、足が床から離れている区間が遊脚期である。歩行動作においては、右脚および左脚は、立脚期および遊脚期を交互に繰り返す。一方の脚が遊脚期から立脚期に変化すると、他方の脚は、時間的にずれて立脚期から遊脚期に変化する。このため、1歩行周期中には、両方の足がともに地面に接する区間を有する。
人体用刺激付与装置1は、第1装着部10L、第2装着部10R、および刺激装置本体部40を有する。第1装着部10Lは、左半身検知部50Lおよび左半身刺激付与部90Lを有する。左半身検知部50Lは、左脚検知部SLを有する。第2装着部10Rは、右半身検知部50Rおよび右半身刺激付与部90Rを有する。右半身検知部50Rは、右脚検知部SRを有する。刺激装置本体部40は、電源部41、表示部43、操作部44、および制御部60を有する。制御部60は、演算処理部61、刺激付与制御部62、時間設定部63、および判別部70を有する。判別部70は、比較部71、計測部72、静止判別部73、および歩行段階分割部80を有する。歩行段階分割部80は、論理演算部81を有する。刺激装置本体部40の電源部41の出力および刺激付与制御部62の出力信号は接続ケーブル13を介して第1装着部10Lおよび第2装着部10Rに供給される。第1装着部10Lの左脚検知部SLの検知信号および第2装着部10Rの右脚検知部SRの検知信号は接続ケーブル13を介して刺激装置本体部40に供給される。
左脚検知部SLを構成する第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と、右脚検知部SRを構成する第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2は、第1装着部10Lおよび第2装着部10Rを装着した使用者200の左脚210Lおよび右脚210Rの動作を検知して、検知信号を出力する。
Z1=aX1+bX2+cX3+dX4+…+C …(1)
式(1)におけるa、b、c、およびdは、係数である。式(1)におけるCは、定数である。変数X1、X2、X3、およびX4は、例えば、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2の値が代入される。また、変数X1〜X4は、例えば、左脚検知部SLの第1検知信号IL1および第2検知信号IL2と右脚検知部SRの第3検知信号IR1および第4検知信号IR2とが組合された値等が代入される。また、例として変数は、X1、X2、X3、およびX4の4つを用いているが、第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組み合わせることで、4つ以上とすることもできる。判別部70は、演算処理部61の処理結果に基づいて、1歩行周期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。動作段階は、例えば、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3とされる。式(1)における変数X1〜X4の値は、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3における第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2の特徴的な値とされる。特徴的な値は、例えば、移動平均値、微分値、他の特徴的な値と所定の演算を施して算出される値(例えば、X1−X4,X1+X2)などの連続的に得られる値である。また、式(1)における係数a〜dは、異なる動作段階を設定するとき、その値が変更される。
判別部70は、各動作段階において、図6(c)に示す組合せ信号Z1と所定の第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4とを比較部71により比較する。第1閾値TH1、第2閾値TH2、第3閾値TH3、および第4閾値TH4は、各動作段階で値が異なる。判別部70は、比較部71および論理演算部81を用いて、演算処理部61により処理された第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、第4検知信号IR2、および組合せ信号等に対する判定を行う。これにより、判別部70は、図4に示される1歩行周期の歩行動作から、図6示す複数の第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を検出する。判別部70は、歩行動作に伴って動作段階が切り替わったと判定したとき、第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を示す動作段階番号OPNと、動作段階が切り替わったことを示す信号を出力する。
使用者200が歩行動作を行うと、第1左半身センサーSL1、第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、ステップS11において、歩行動作に伴う使用者200の左脚210Lおよび右脚210Rの物理量の変位を検知する。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、検知結果を示す第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を演算処理部61に出力する。
判別部70は、ステップS15において、論理演算部81の出力結果に基づいて第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3を判別する。歩行段階分割部80は、立脚期のうち、組合せ信号Z1が第1閾値TH1を超えているt11〜t12の区間を立脚期前期と判別する。歩行段階分割部80は、一旦第1閾値TH1以下となって以降の区間であって第2閾値TH2を超えているt12〜t21の区間を、立脚期後期と判別する。判別部70は、歩行段階分割部80の判別結果に基づき、立脚期前期とされるt11〜t12の区間および立脚期後期とされるt12〜t21の区間からなるt11〜t21の区間を第1動作段階OP1と規定する。なお、立脚期前期は、1歩行周期中に一方の足の踵で接地して、踵が地面から離れるまでの区間である。また、立脚期後期は、1歩行周期中に一方の足の踵が地面から離れて、つま先が地面から離れるまでの区間である。
人体用刺激付与装置1の動作が開始されると、制御部60は、初期設定ステップであるステップS21〜ステップS23を実行する。
計測部72は、ステップS22において、計測部72に記憶する動作段階継続時間tOPを0に設定する。
判別部70は、ステップS24において、動作段階を判別する。
計測部72は、ステップS26において、ステップS25で判別した動作段階番号OPN(n)と前動作段階番号OPN(n−1)との一致を判定する。このステップS26を実行することにより、計測部72は、同一動作段階番号と判定される動作が継続しているかを判定する。
ステップS26において不一致(No)と判定されるとき、計測部72は、ステップS28において、計測部72に記憶する動作段階継続時間tOPをリセットして0に設定する。
ステップS29において動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長い(Yes)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS30において、制御フラグFLGを1に設定する。
制御部60は、ステップ33において、10msの待機時間を設定する。待機時間は、ステップS24で動作段階を判別する判別周期である。待機時間を10msとするとき、判別部70は、10ms間隔で動作段階を判別する。待機時間は、歩行周期に応じて最適な値が設定される。
図8に示されるフローを実行することにより、計測部72は、ステップS27において、判別部70が判定した動作段階の継続時間を、10msを単位とした時間のカウント数として計測する。
計測部72は、ステップS28において、判別部70が判定した動作段階番号OPN(n)が前動作段階番号OPN(n−1)から変化したとき、計測部72に記憶している動作段階継続時間tOPを0にセットする。
上記した人体用刺激付与装置1は、使用者200の左脚210Lおよび右脚210Rに配置された第1左半身センサーSL1および第2左半身センサーSL2と第1右半身センサーSR1および第2右半身センサーSR2とを備える。第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2は、左右対称な歩行動作を検知する。判別部70は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2によって検知された第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せて使用者200の歩行動作を判別する。判別部70は、歩行段階分割部80を有する。歩行動作は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して判別される。静止判別部73は、動作段階の継続時間を計測した計測結果に基づいて歩行静止状態判別を行う。したがって、人体用刺激付与装置1は、各動作段階で歩行静止状態判別を行うことができる。このため、歩行動作が静止した状態を適切に検知することができる。また、短時間で誤判別を抑制した歩行静止状態判別を行うことができる。刺激付与制御部62は、静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
(1)人体用刺激付与装置1は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2を検知部として有する。人体用刺激付与装置1は、第1左半身センサーSL1,第2左半身センサーSL2、第1右半身センサーSR1、および第2右半身センサーSR2の第1検知信号IL1、第2検知信号IL2、第3検知信号IR1、および第4検知信号IR2を組合せることで人体の動作を判別する判別部70を有する。判別部70は、歩行段階分割部80を有し、使用者200の歩行動作時における1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。静止判別部73は、動作段階の継続時間を計測して歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。この構成によれば、歩行動作が静止した状態を適切に検知することができる。また、短時間で誤判別を抑制した歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
第2実施形態の人体用刺激付与装置1は、第1実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第1実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
人体用刺激付与装置1は、時間設定部64を有する。計測部72は、判別部70により判別された第1動作段階OP1、第2動作段階OP2、および第3動作段階OP3のそれぞれの動作段階継続時間tOPを計測する。計測部72は、計測結果を記憶する。時間設定部64は、静止判別時間tREFを設定する。静止判別部73は、計測部72に記憶された動作段階継続時間tOPと時間設定部64が設定する静止判別時間tREFを比較する。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが時間設定部64が設定する静止判別時間tREFよりも長いとき、歩行静止状態を判別する。静止判別部73は、判別結果を刺激付与制御部62に出力する。
人体の歩行動作における立脚期は、1歩行周期の約60%であり、1歩行周期時間と各動作段階の継続時間は相関関係があることが知られている。また、1歩行周期の長い人は,各動作段階の継続時間も長いことが知られている。このため、歩行静止状態判定を精度よく行うためには、静止判別時間tREFは、人体用刺激付与装置1の使用者200の歩行特性に応じて変更する必要がある。
判定時間規定部は、動作段階継続時間tOPに対して、比例係数kおよびオフセット値t0を用いて静止判別時間tREFを規定する。静止判別部73は、動作段階継続時間tOPが短い場合においても、ノイズ等による誤動作を抑制して、安定な歩行静止状態判別を行うことができる。
ステップS41〜ステップS45は、第1実施形態において図8で説明したステップS21〜ステップS25と同様の動作を行う。
ステップS47において不一致(No)と判定されるとき、
計測部72は、ステップS49において、計測部72に記憶する動作段階継続時間tOPをリセットして0に設定する。
ステップS50において動作段階継続時間tOPが静止判別時間tREFよりも長い(Yes)と判定されるとき、刺激付与制御部62は、ステップS51において、制御フラグFLGを1に設定する。
制御部60は、ステップ54において、10msの待機時間を設定する。前述のように、待機時間は、判別部70が実行する判別周期である。待機時間は、歩行周期に応じて最適な値が設定される。
図11に示されるフローを実行することにより、計測部72は、ステップS48において、判別部70が判定した動作段階の継続時間を、10msを単位とした時間のカウント数として計測する。
計測部72は、ステップS49において、判別部70が判定した動作段階番号OPN(n)が前動作段階番号OPN(n−1)から変化したとき、計測部72に記憶している動作段階継続時間tOPを0にセットする。
人体用刺激付与装置1の判別部70は、歩行段階分割部80を有する。歩行段階分割部80は、1歩行周期内の立脚期および遊脚期を複数の動作段階に分割して動作判別を行う。計測部72は、複数に分割された動作段階のそれぞれに対して動作段階継続時間tOPを計測する。時間設定部64は、判定時間規定部を有する。判定時間規定部は、現在の歩行周期以前に計測部72により計測された複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、静止判別時間tREFを規定する。時間設定部64は、判定時間規定部の規定に基づいて静止判別時間tREF設定する。静止判別部73は、時間設定部64が設定する静止判別時間tREFに基づいて歩行静止状態判別を行う。刺激付与制御部62は静止判別部73の判別結果に基づいて、左半身刺激付与部90Lおよび右半身刺激付与部90Rを制御する。このため、使用者200の歩行特性に応じて、正確な歩行静止状態判別を行うことができる。このため、適切な刺激付与制御を行うことができる。
第3実施形態の人体用刺激付与装置1は、第2実施形態の人体用刺激付与装置1と比較して以下の部分において異なる構成を有し、その他の部分において同一の構成を有する。第2実施形態の人体用刺激付与装置1と共通する構成については同一の符号を付して、その説明の一部または全部を省略する。
図12におい、図3に示す第1実施の形態における第1装着部10Lと同一の要素にはそれぞれ同一の符号を付して示し、重複する説明は割愛する。また、第2装着部10Rは、第1装着部10Lと同一の構成であり、説明を省略する。
人体用刺激付与装置1の刺激装置本体部40を構成する制御部60は、第1判別部100、第2判別部120、第1時間設定部65、および第2時間設定部66を有する。人体用刺激付与装置1の第1装着部10Lは、左半身電気刺激付与部140Lを有する。人体用刺激付与装置1の第2装着部10Rは、右半身電気刺激付与部140Rを有する。
図14においては、使用者200の右脚210Rにおける動作を示している。
図14(a)は、歩行動作を示している。時刻t11〜t21および時刻t21〜t31の期間は、1歩行周期期間である。使用者200は、時刻t21〜t31の区間において、時刻t11〜t21の区間における歩行周期Aよりも短い歩行周期Bで歩行動作を行なっている。使用者200は、時刻t31以降は歩行静止状態を形成している。
図14(e)は、パルス発生部67における電気刺激パルスの状態を示している。図14(e)で示される例においては、電気刺激パルスは、歩行動作が第2動作段階OP2から第3動作段階OP3に切り替る時刻t12および時刻t23でオンとなるよう制御される。電気刺激パルスは、歩行動作が第1動作段階OP1から第2動作段階OP2に切り替る時刻t22でオフとなるよう制御される。また、歩行静止状態を判別すると、刺激付与制御部62は、電気刺激パルスをオフとする制御を行う。
人体用刺激付与装置1は、使用者200の一方の脚の動作状態を判別する第1判別部100を有する。第1判別部100は、第1歩行段階分割部110、第1計測部102、第1時間設定部65、および第1静止判別部103を有する。第1判別部100は、左脚検知部SLの検知信号に基づき使用者200の一方の脚の動作を判別する。第1歩行段階分割部110は、使用者200の一方の脚の動作を複数の区間に分割して判別する。第1計測部102は、複数の区間に分割して判別された動作段階の動作段階の継続時間を計測する。第1時間設定部65は、静止判別時間tREFを設定する。第1静止判別部103は、動作段階継続時間と静止判別時間tREFとを比較して歩行静止状態を判別する。
第4実施形態の人体用刺激付与装置1は、1歩行周期における静止判別時間tREFの設定値が第3実施形態における設定値と異なる。また、刺激付与制御部62は、第1静止判別部103および第2静止判別部123が歩行静止判別したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えた後所定時間経過後にパルス発生部67に制御信号を出力する。人体用刺激付与装置1におけるブロック構成は、第3実施形態と同一の構成を有する。このため、ブロック動作の説明の説明を省略する。
図15(a)は、歩行動作を示している。時刻t11〜t21および時刻t21〜t31の期間は、1歩行周期期間である。使用者200は、時刻t21〜t31の区間において、時刻t11〜t21の区間における歩行周期Aよりも短い歩行周期Bで歩行動作を行なっている。使用者200は、時刻t31以降は歩行静止状態を形成している。
図15(e)は、パルス発生部67における電気刺激パルスの状態を示している。図15(e)で示される例においては、電気刺激パルスは、歩行動作が第2動作段階OP2から第3動作段階OP3に切り替る時刻t12および時刻t23でオンとなるよう制御される。電気刺激パルスは、歩行動作が第1動作段階OP1から第2動作段階OP2に切り替る時刻t22でオフとなるよう制御される。また、歩行静止状態を判別すると、刺激付与制御部62は、電気刺激パルスをオフとする制御を行う。
(その他の実施形態)
本人体用刺激付与装置は、第1〜第4実施形態以外の実施形態を含む。以下、本人体用刺激付与装置のその他の実施形態としての第1〜第4実施形態の変形例を示す。なお、以下の各変形例は、互いに組み合わせることもできる。
各歩行周期における静止判別時間tREFは、第1動作段階OP1における動作段階継続時間tOP1の値を用いて設定される。このような構成においては、時間設定部64、第1時間設定部65、および、第2時間設定部66の構成が簡略化される。
Claims (12)
- 人体の動作を検知する体動検知装置であって、
前記体動検知装置は、検知部および判別部を有し、
前記検知部は、人体の歩行動作に応じて変化する検知信号を出力し、
前記判別部は、前記検知部の検知信号に基づいて、1歩行周期における歩行動作を複数の歩行段階に区分し、前記複数の歩行段階の少なくとも1つの歩行段階の継続時間に基づいて、歩行動作が静止した状態である歩行静止状態が形成されているか否かを判定する
体動検知装置。 - 前記判別部は、1歩行周期に含まれる立脚期および遊脚期をそれぞれ特定歩行段階と規定し、前記特定歩行段階としての前記立脚期または前記遊脚期を複数の歩行段階に区分し、区分した前記複数の歩行段階のそれぞれを分割歩行段階と規定し、複数の前記分割歩行段階のそれぞれの継続時間に基づいて、前記歩行静止状態が形成されているか否かを判定する
請求項1に記載の体動検知装置。 - 前記判別部は、前記複数の分割歩行段階の少なくとも1つの前記分割歩行段階の継続時間が静止判定時間よりも長いとき、前記歩行静止状態が形成されていると判定する
請求項2に記載の体動検知装置。 - 前記体動検知装置は、計測部を有し、
前記計測部は、前記複数の分割歩行段階のそれぞれの継続時間を計測し、
前記判別部は、前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間と前記静止判定時間との比較に基づいて、前記歩行静止状態が形成されているか否かを判定する
請求項3に記載の体動検知装置。 - 前記体動検知装置は、時間設定部を有し、
前記時間設定部は、前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間のうちの少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定する
請求項4に記載の体動検知装置。 - 前記時間設定部は、現在の歩行周期以前に前記計測部により計測された前記複数の分割歩行段階の継続時間の少なくとも1つの継続時間に基づいて、前記静止判定時間を設定する
請求項5に記載の体動検知装置。 - 前記時間設定部は、前記静止判定時間の設定に用いる判定時間規定部を有し、
前記判定時間規定部は、前記分割歩行段階の継続時間と前記静止判定時間との関係を前記分割歩行段階毎に規定し、入力値としての前記分割歩行段階の継続時間に対して出力値としての前記静止判定時間を返す
請求項5または6に記載の体動検知装置。 - 前記検知部は、右半身検知部および左半身検知部を有し、
前記右半身検知部は、第1右半身センサーおよび第2右半身センサーを有し、
前記左半身検知部は、第1左半身センサーおよび第2左半身センサーを有し、
前記第1右半身センサーは、第1右半身部位の動作に応じた信号を出力し、
前記第2右半身センサーは、第2右半身部位の動作に応じた信号を出力し、
前記第1左半身センサーは、第1左半身部位の動作に応じた信号を出力し、
前記第2左半身センサーは、第2左半身部位の動作に応じた信号を出力し、
前記第1右半身部位および前記第1左半身部位は、右半身および左半身の基準面を基準として左右対称の関係を有し、
前記第2右半身部位および前記第2左半身部位は、右半身および左半身の基準面を基準として左右対称の関係を有し、
前記判別部は、前記第1右半身センサーの出力信号、前記第1左半身センサーの出力信号、前記第2右半身センサーの出力信号、および前記第2左半身センサーの出力信号の少なくとも1つに基づいて、前記歩行静止状態が形成されているか否かを判定する
請求項1〜7のいずれか一項に記載の体動検知装置。 - 人体に刺激を付与する人体用刺激付与装置であって、
前記人体用刺激付与装置は、請求項1〜8のいずれか一項に記載の体動検知装置、制御部、および刺激付与部を有し、
前記制御部は、前記体動検知装置の判定結果に基づいて前記刺激付与部に指令信号を出力し、
前記刺激付与部は、人体に付与する刺激の大きさを前記指令信号に基づいて変化させる
人体用刺激付与装置。 - 前記人体用刺激付与装置は、右半身に刺激を付与する前記刺激付与部としての右半身刺激付与部、および左半身に刺激を付与する前記刺激付与部としての左半身刺激付与部を有し、
前記判別部は、第1判別部および第2判別部を有し、
前記第1判別部は、前記第1右半身センサーの出力信号および前記第2右半身センサーの出力信号に基づいて、前記歩行静止状態が形成されているか否かを判定し、
前記第2判別部は、前記第1左半身センサーの出力信号および前記第2左半身センサーの出力信号に基づいて、前記歩行静止状態が形成されているか否かを判定し、
前記制御部は、前記第1判別部により前記歩行静止状態が形成されていると判定されたとき、前記右半身刺激付与部により人体に刺激を付与するための指令信号を出力し、前記第2判別部により前記歩行静止状態が形成されていると判定されたとき、前記左半身刺激付与部により人体に刺激を付与するための指令信号を出力する
請求項9に記載の人体用刺激付与装置。 - 前記制御部は、前記歩行静止状態が形成されていると判定したときからの経過時間である歩行静止時間が判定経過時間を超えた後、前記刺激付与部に指令信号を出力する
請求項9または10に記載の人体用刺激付与装置。 - 前記刺激付与部は、人体に電気刺激を付与する
請求項9〜11のいずれか一項に記載の人体用刺激付与装置。
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