JP2014184086A - Walking support device and walking support program - Google Patents
Walking support device and walking support program Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014184086A JP2014184086A JP2013062822A JP2013062822A JP2014184086A JP 2014184086 A JP2014184086 A JP 2014184086A JP 2013062822 A JP2013062822 A JP 2013062822A JP 2013062822 A JP2013062822 A JP 2013062822A JP 2014184086 A JP2014184086 A JP 2014184086A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- reaction force
- walking support
- seating
- wearer
- floor reaction
- 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.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Manipulator (AREA)
- Rehabilitation Tools (AREA)
- Prostheses (AREA)
Abstract
Description
本発明は、歩行支援装置、及び歩行支援プログラムに関し、例えば、体重の一部を支持することで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, a device that assists walking by supporting a part of body weight.
近年、歩行者に装着させ、歩行者の歩行動作をアクチュエータなどで支援(アシスト)する装着型の歩行支援装置(ウェアラブルモビリティ)が盛んに研究され、例えば、特許文献1の体重支持型(着座型)の歩行補助装置が提案されている。
この特許文献1記載の歩行補助装置では、アシスト用のアクチュエータで上腿フレームと下腿フレーム間の角度を変えることで着座部を上方に持ち上げ、体重の一部を支えるようになっている。
In recent years, a wearable walking support device (wearable mobility) that is worn by a pedestrian and supports (assist) the walking motion of the pedestrian with an actuator or the like has been actively studied. ) Walking assist devices have been proposed.
In the walking assist device described in Patent Document 1, the seating portion is lifted upward by changing the angle between the upper thigh frame and the lower thigh frame with an assisting actuator to support a part of the body weight.
これら歩行支援装置は、エンコーダなどから取得される装着者の動き(関節角度)と、装着者に歩行面から作用する外力である床反力から、関節に発生する関節モーメントを算出し、当該関節モーメントに対して所定のアシスト率となるように、着座部を上方に付勢して歩行支援を行う。
この床反力は、装着者が足に装着する靴(靴状の足装着部)に設置された床反力検出器で検出される。
These walking support devices calculate a joint moment generated in the joint from the movement (joint angle) of the wearer obtained from the encoder and the like and the floor reaction force that is an external force acting on the wearer from the walking surface, and The seating part is urged upward so as to provide a walking assist with a predetermined assist rate with respect to the moment.
This floor reaction force is detected by a floor reaction force detector installed on a shoe (a shoe-like foot wearing portion) worn by the wearer on the foot.
床反力検出器の形態は、アウトソール設置型とインソール設置型の2タイプに分類される。
アウトソール設置型の床反力検出器は、靴の外底に設置され、靴底が歩行面から受ける荷重を計測する荷重センサで構成される。一方、インソール設置型は、靴の中底(靴内部の底で装着者の足裏が接する面)に設置され、中底が装着者の足裏から受ける荷重を計測する荷重センサで構成される。
The form of the floor reaction force detector is classified into two types, an outsole installation type and an insole installation type.
The outsole installation type floor reaction force detector is installed on the outer bottom of a shoe, and includes a load sensor that measures a load that the shoe bottom receives from a walking surface. On the other hand, the insole installation type is installed on the insole of the shoe (the surface where the wearer's sole comes into contact with the inside of the shoe), and is composed of a load sensor that measures the load received by the insole from the sole of the wearer. .
アウトソール設置型の場合、装着者と歩行支援装置を合計した荷重が床反力として検出されるのに対し、インソール設置型の場合、装着者の足裏に作用する荷重が床反力として検出される。
アウトソール設置型の場合、靴底を固く作る必要があり、歩きにくい、重いという問題があるため、インソール設置型の荷重センサを使いたいとの要望がある。
In the case of the outsole installation type, the total load of the wearer and the walking support device is detected as the floor reaction force, whereas in the case of the insole installation type, the load acting on the wearer's sole is detected as the floor reaction force. Is done.
In the case of the outsole installation type, since it is necessary to make the shoe sole hard and there is a problem that it is difficult to walk and is heavy, there is a demand for using an insole installation type load sensor.
しかし、インソール設置型の荷重センサを用いる場合、着座部を上方に持ち上げると、この持ち上げにより荷重センサの出力が減少し、制御に必要な関節モーメントを算出できないという問題があった。以下、この問題について、図6を用いて説明する。 However, in the case of using an insole installation type load sensor, there is a problem that if the seating portion is lifted upward, the output of the load sensor is reduced by this lifting, and the joint moment required for control cannot be calculated. Hereinafter, this problem will be described with reference to FIG.
図6(a)に示したように、足装着部24の中底に足荷重センサ241Lが設置され、装着者の足裏から受ける荷重を検出する。
この荷重の反作用として、足裏は同じ大きさで向きが上方の力を受ける。これが床反力である。このように、中底が足裏から受ける荷重を計測することにより、足裏が受ける床反力を計測することができる。
As shown in FIG. 6A, a
As the reaction of this load, the sole receives the force of the same size and upward direction. This is the floor reaction force. Thus, the floor reaction force which a sole receives can be measured by measuring the load which an insole receives from a sole.
装着者の身体が中底に与える荷重101は、歩行支援装置が装着者の身体を上方に持ち上げる力によって減少し、その減少した値が足荷重センサ241Lで検出される。
持ち上げた力は、矢線102で示したように歩行支援装置を伝わって、矢線103で示したように歩行面に逃げる。
The
The lifted force is transmitted through the walking support device as indicated by the
図6(b)は、歩行支援装置1を側面から見たところを示している。
歩行支援装置1が着座部61によって装着者100を上方に持ち上げ、装着者100の股間に座面反力Lzを生じさせる。すると、装着者100の脚部を上方に引き上げる力が作用するため、足荷重センサ241Lの出力値から得られる床反力は、ΔLだけ減少し、LLとなる。
このように、インソール設置型の荷重センサを用いる場合、装着者100に対するアシスト力が床反力の計測に影響を与えるため、関節モーメントの適切な計算が困難である。
FIG. 6B shows the walking assistance device 1 as viewed from the side.
The walking assist device 1 lifts the
As described above, when an insole-installed load sensor is used, the assist force on the
本発明は、インソール設置型の荷重センサを用いて制御に適した床反力を得ることを目的とする。 An object of the present invention is to obtain a floor reaction force suitable for control using an insole-installed load sensor.
本発明は、前記目的を達成するために、請求項1に記載の発明では、歩行支援対象者が着座する着座部と、前記歩行支援対象者が前記着座部の座面から受ける第1の反力を取得する第1の反力取得手段と、左右一対の足装着部と、前記足装着部において前記歩行支援対象者の足裏が受ける第2の反力を取得する左右一対の第2の反力取得手段と、前記着座部と前記足装着部の間に配設され、前記足装着部に対して前記着座部を上方に付勢する左右一対の上付勢手段と、前記着座部を上方に付勢することにより生じる前記第2の反力の減少を、前記第1の反力を用いて補正する補正手段と、前記補正された第2の反力を用いて、前記上付勢手段の出力を制御する出力制御手段と、を具備することを特徴とする歩行支援装置を提供する。
請求項2に記載の発明では、前記第2の反力取得手段で取得した左右一対の第2の反力の比を取得する比取得出手段を具備し、前記補正手段は、前記取得した比に従って、前記取得した第1の反力を前記左右一対の第2の反力に按分することにより補正を行う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。
請求項3に記載の発明では、歩行支援対象者が着座する着座部と、左右一対の足装着部と、前記着座部と前記足装着部の間に配設され、前記足装着部に対して前記着座部を上方に付勢する左右一対の上付勢手段と、を備えた歩行支援装置用の歩行支援プログラムであって、前記歩行支援対象者が前記着座部の座面から受ける第1の反力を取得する第1の反力取得機能と、前記足装着部において、前記歩行支援対象者の足裏が受ける左右一対の第2の反力を取得する第2の反力取得機能と、前記着座部を上方に付勢することにより生じる前記第2の反力の減少を、前記第1の反力を用いて補正する補正機能と、前記補正された第2の反力を用いて、前記上付勢手段の出力を制御する出力制御機能と、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。
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, a seat portion on which a walking support target person sits and a first reaction received by the walking support target person from a seating surface of the seating section. A first reaction force acquisition means for acquiring a force; a pair of left and right foot mounting portions; and a pair of left and right second acquiring the second reaction force received by the sole of the walking support target in the foot mounting portion. A reaction force acquisition means; a pair of left and right upper biasing means disposed between the seating portion and the foot mounting portion, for biasing the seating portion upward with respect to the foot mounting portion; and the seating portion. Correction means for correcting the decrease in the second reaction force caused by urging upward using the first reaction force, and the upper urging force using the corrected second reaction force And an output control means for controlling the output of the means.
In the second aspect of the present invention, a ratio acquisition unit that acquires a ratio of a pair of left and right second reaction forces acquired by the second reaction force acquisition unit is provided, and the correction unit includes the acquired ratio. The walking support device according to claim 1, wherein the correction is performed by distributing the acquired first reaction force to the pair of left and right second reaction forces.
In a third aspect of the present invention, the seating unit on which the walking support target person sits, the pair of left and right foot mounting units, the seat mounting unit, and the foot mounting unit are disposed between the seat mounting unit and the foot mounting unit. A walking support program for a walking support apparatus, comprising a pair of left and right upper biasing means for biasing the seating portion upward, wherein the walking support target person receives from a seating surface of the seating portion. A first reaction force acquisition function for acquiring a reaction force; and a second reaction force acquisition function for acquiring a pair of left and right second reaction forces received by the soles of the walking support target in the foot mounting portion; Using the correction function for correcting the decrease in the second reaction force caused by urging the seating portion upward using the first reaction force, and using the corrected second reaction force, An output control function for controlling the output of the upper biasing means; To provide.
本発明によれば、座面反力を用いてインソール設置型の荷重センサの出力値を補正することにより、制御に適した床反力を得ることができる。 According to the present invention, the floor reaction force suitable for control can be obtained by correcting the output value of the load sensor of the insole installation type using the seating surface reaction force.
(1)実施形態の概要
歩行支援装置1は、着座部61の上面に取り付けた座面荷重センサ67を用いて装着者100が着座部61から受ける座面反力を計測する。座面反力は、着座部61が装着者100を持ち上げる力である。
歩行支援装置1は、計測した座面反力を、右脚の足荷重センサ241Rと左脚の足荷重センサ241Lで計測される左右の床反力の比率で按分して、それぞれ左右の床反力に加算することにより床反力を補正する。
歩行支援装置1は、当該補正後の床反力を用いて左右の膝関節の関節モーメントを算出し、左右の膝に対するアシスト力を決定する。
(1) Outline of Embodiment The walking assist device 1 measures a seating surface reaction force that the
The walking support device 1 distributes the measured seating surface reaction force by the ratio of the left and right floor reaction forces measured by the right leg
The walking assistance device 1 calculates the joint moment of the left and right knee joints using the corrected floor reaction force, and determines the assist force for the left and right knees.
(2)実施形態の詳細
図1は、体重支持型の歩行支援装置1の構成を表したものである。
図1(a)は、本実施の形態に係る歩行支援装置1の構成を側面(進行方向に対して横方向)から見たところを示した図である。
図1(b)は、図1(a)で示した状態の歩行支援装置1を正面(進行方向)から見た状態と、装着者100の下半身部分を点線で表した図である。
図1に示したように、歩行支援装置1は、装着者100が跨って乗ることにより、装着者100の体重の一部を支持(負担)し、装着者100の負荷を軽減するものである。体重の一部の負担は、後述するアクチュエータを駆動することで、着座部61に上方の力を発生させることで行われている。
また、歩行支援装置1では、装着者100は、腰部、上腿部、下腿部を固定する必要がないので、着脱も容易になる。
(2) Details of Embodiment FIG. 1 shows a configuration of a weight support type walking support apparatus 1.
Fig.1 (a) is the figure which showed the place which looked at the structure of the walk assistance apparatus 1 which concerns on this Embodiment from the side surface (lateral direction with respect to the advancing direction).
FIG. 1B is a diagram in which the walking support device 1 in the state shown in FIG. 1A is viewed from the front (traveling direction) and the lower body part of the
As shown in FIG. 1, the walking support device 1 supports (burdens) a part of the weight of the
Moreover, in the walking assistance apparatus 1, since the
なお、図1(a)(b)に示すように、点線で示した装着者100が足を伸ばした状態(直立状態)において、歩行支援装置1が膝関節部分で屈曲している。これにより、直立状態においても、着座部61に上方の力を発生させて、体重の一部を負担することができるようになっている。
As shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b), the walking support device 1 is bent at the knee joint portion when the
図1(a)に戻り、歩行支援装置1は、着座部61、連結部材63、プレート62、ガイドレール64、65、座面荷重センサ67、股関節ピッチ軸機構17、膝関節アクチュエータ18、足首関節ピッチ軸機構19、上腿連結部材26、下腿連結部材27、足連結部材28、足装着部24、足荷重センサ241などから構成されている。
Returning to FIG. 1A, the walking assist device 1 includes a
また、図示しないが、膝関節アクチュエータ18、足首関節ピッチ軸機構19には、エンコーダが設置され、上腿連結部材26と下腿連結部材27の成す角度、及び下腿連結部材27と足連結部材28の成す角度が検出できるようになっている。
歩行支援装置1は、これらエンコーダの値と、股関節ピッチ軸機構17の位置から、装着者100の股関節、膝関節、及び足首関節の関節角度を得ることができる。
Although not shown, the knee
The walking support device 1 can obtain the joint angles of the hip joint, the knee joint, and the ankle joint of the
なお、股関節ピッチ軸機構17、膝関節アクチュエータ18、足首関節ピッチ軸機構19、上腿連結部材26、下腿連結部材27、足連結部材28、足装着部24、足荷重センサ241については、図1(b)に示すように、右脚用と左脚用の各部材が存在するが、一方の脚用を指定して説明する場合には、符号の後にLRを付けて区別して説明する。
また、図示しないが、本実施形態では、制御装置2やバッテリが着座部61内、又は着座部61の下側等に配設されるが、他の位置、例えば、上腿連結部材26などに配設するようにしてもよい。
なお、図1(a)は、図面に向かって右側(足装着部24のつま先側)が前方である。
The hip joint
Although not shown in the drawings, in the present embodiment, the control device 2 and the battery are disposed in the
In FIG. 1A, the right side (toe side of the foot mounting portion 24) is the front as viewed in the drawing.
着座部61は、装着者100が跨いで腰掛ける(着座する)部材である。
着座部61は、装着者100の体重の少なくとも一部を下方から支える。着座部61は、下方から装着者100の股間部に押圧されるため、これにより、歩行支援装置1の上部が装着者100の腰部に対して固定される。
The
The seating
着座部61の上面には、装着者100から着座部61が受ける荷重を検出する座面荷重センサ67が配設されている。
この荷重の反作用として、装着者100は、着座部61から当該荷重と同じ大きさの上方向の力を受ける。この力が座面反力であり、着座部61が装着者100を上方に持ち上げる力である。
このように、歩行支援装置1は、座面荷重センサ67の検出値(ロードセルの応力値)を補正することで座面反力を計測することができる。
ここで、座面反力は、歩行支援対象者が前記着座部の座面から受ける第1の反力として機能しており、座面荷重センサ67は、第1の反力取得手段として機能している。
On the upper surface of the
As a reaction of this load, the
Thus, the walking assistance device 1 can measure the seating surface reaction force by correcting the detection value (load cell stress value) of the seating
Here, the seating surface reaction force functions as a first reaction force that the walking support target receives from the seating surface of the seating portion, and the seating
連結部材63は、着座部61の後方に延設されており、この延設部分には左右用2枚のプレート62が固定されている。連結部材63は、プレート62に対する着座部61の位置を固定している。
2枚のプレート62は、連結部材63の軸心を中心に回転自在に配設されることで、連結部材63が2枚のプレート62に対する開閉軸として機能している。これにより、装着者100の脚の開閉に伴い、2枚のプレート62も連結部材63の軸心を中心に開閉する。
The connecting
The two
プレート62は、着座部61の後端側から着座部61の前端側の下部まで形成され、下肢側に凸となった扇形の部材である。プレート62は、下肢の運動に対して着座部61を保持する部材であり、それに耐えうる剛性を有している。
プレート62の表面にはガイドレール64、65(以下代表してガイドレール65という)が、着座部61の上方に位置する股関節ピッチ軸中心(股関節の位置)Kを中心とする同心円状に形成されている。
ガイドレール65は、股関節ピッチ軸機構17が装着者100の歩行運動に伴って前後方向に移動する軌道を規定している。
The
On the surface of the
The
股関節ピッチ軸機構17は、ガイドレール65による軌道上を自由移動するように構成されており、装着者100の歩行運動に伴って股関節ピッチ軸機構17がガイドレール64、65による軌道上を自由移動する。
例えば、装着者100が右脚を前に出すことで重心が前方に移動した状態では、右股関節ピッチ軸機構17Rは脚の動きに連動して軌道上を前方に自由移動し、立脚側の左脚は重心よりも後方への移動に連動して左股関節ピッチ軸機構17Lは軌道上を後方に自由移動する。
このように、股関節ピッチ軸機構17は、装着者100が脚を前後方向に移動する力(動き)によって軌道上を前後方向に自由移動するものであり、特にアクチュエータによる前後方向の駆動はされていない。
The hip joint
For example, in a state where the center of gravity moves forward by the
As described above, the hip joint
股関節ピッチ軸機構17には、剛性を有する部材(例えば、柱状部材)で構成された上腿連結部材26の一端が固定され、上腿連結部材26の他端には膝関節アクチュエータ18が接続されている。
One end of an upper
上腿連結部材26の一端は股関節ピッチ軸機構17に対して固定されているため、股関節ピッチ軸機構17に対する角度は変わらないが、股関節ピッチ軸機構17が円弧上のガイドレール65上を移動することにより、上腿連結部材26は、ガイドレール65の接線との角度θを一定に保ちながら、水平面に対する角度が変化する。
即ち、装着者100の膝を上げる動作に伴い股関節ピッチ軸機構17がガイドレール65上を前方に移動するため、上腿連結部材26は水平面との角度が小さくなる(水平に近づく)。
Since one end of the upper
That is, as the hip joint
そして、上腿連結部材26の他端側に位置する膝関節アクチュエータ18は、ガイドレール65の中心軸である股関節ピッチ軸中心Kを中心とする円弧上を前後に移動する。即ち、膝関節アクチュエータ18は、股関節ピッチ軸機構17の自由移動に伴い、股関節ピッチ軸中心Kから一定距離を保ちながら円弧運動をする。
Then, the knee
上腿連結部材26の他端側は、膝関節ピッチ軸を介して下腿連結部材27が接続されている。
膝関節アクチュエータ18は、その出力により、膝関節ピッチ軸を軸心として、上腿連結部材26と下腿連結部材27との膝関節角度を変えるように構成されている。即ち、膝関節アクチュエータ18は、膝関節角度を大きくする(直線に近づける)ことで、上腿連結部材26にプレート62などを介して接続されている着座部61に対する上方の付勢力を発生させるようになっており、この上付勢力により装着者100の体重の一部が支持される。
膝関節アクチュエータ18は、着座部と足装着部の間に配設され、足装着部に対して着座部を上方に付勢する左右一対の上付勢手段として機能している。
The other end side of the upper
The knee
The knee
なお、本実施形態の膝関節アクチュエータ18は、膝関節ピッチ軸(上腿連結部材26と下腿連結部材27の接続点)の位置に配設される場合について説明するが、例えば、連結部材63や着座部61内、着座部61下、股関節ピッチ軸機構17の後方等の他の位置に配置するようにしてもよい。
この場合、膝関節アクチュエータ18の出力は、プーリを必要箇所に配置しワイヤーやベルトによる伝達機構、その他の力伝達機構により、上腿連結部材26と下腿連結部材27に作用させるようにしてもよい。
The knee
In this case, the output of the knee
下腿連結部材27は、剛性を有する部材(例えば、柱状部材)で構成され、膝関節アクチュエータ18と反対の他端側には、足首関節ピッチ軸機構19が取り付けられている。
足首関節ピッチ軸機構19には、剛性を有する部材(例えば、柱状部材)で構成された足連結部材28が取り付けられている。
足連結部材28には、足首関節ピッチ軸機構19の位置が装着者100の足首関節と略同じ高さとなるように、装着者100の足が挿入される足装着部24が固定されている。
足首関節ピッチ軸機構19は、下腿連結部材27に対して、足連結部材28と足装着部24が自由にピッチ運動するようになっている。
The
The ankle joint
A
The ankle joint
足装着部24は、左右一対あり、対向する一対の足連結部材28の外側に配置されることで、図1(b)に示されるように、足装着部24以外の各部材は両脚の間に収まる。
足装着部24の中底(インソール)には、足装着部24の中底が装着者100の足裏から受ける荷重を検出する足荷重センサ241R、241Lが配置されている。
There are a pair of left and right
図1(c)は、足荷重センサ241の配置の詳細を説明するための図である。この図に示したように、足装着部24の空洞内の中底41には、複数の足荷重センサ241が配設されており、装着者100の足裏からの荷重を検出する。
この荷重の反作用として、装着者100の足裏は、足装着部24から当該荷重と同じ大きさの上方向の力を受ける。この力が床反力である。
FIG. 1C is a diagram for explaining the details of the arrangement of the
As a reaction of this load, the sole of the
このように、歩行支援装置1は、足荷重センサ241の検出値により床反力を計測することができる。
歩行支援装置1は、これら複数の足荷重センサ241の検出値を合計して、装着者100の受けている床反力としている。
ここで、床反力は、足装着部において歩行支援対象者の足裏が受ける第2の反力として機能しており、足荷重センサ241Rと足荷重センサ241Lは、左右一対の第2の反力取得手段として機能している。
As described above, the walking assist device 1 can measure the floor reaction force based on the detection value of the
The walking support device 1 adds up the detection values of the plurality of
Here, the floor reaction force functions as a second reaction force received by the sole of the walking support target at the foot mounting portion, and the
なお、足荷重センサ241R、241Lが検出する床反力は、後述の補正前の値であり、所定の補正を経た後、膝関節アクチュエータ18の制御に使用される。
また、足装着部24は、獣皮、布、合成皮革、ゴム、樹脂など、通常の靴と同様に柔軟性を有する部材により形成され、装着者100の足の形状や足指の屈曲に対応して変形する程度の柔軟性を有している。
The floor reaction force detected by the
Further, the
歩行支援装置1の装着手順は、次の通りである。
まず、歩行支援装置1の電源を切っておくと共に上腿連結部材26と下腿連結部材27を畳んでおく。
そして、装着者100は、座った姿勢で左右の足に足装着部24を装着する。
次に、装着者100は立ち上がり、上腿連結部材26、下腿連結部材27を伸ばして着座部61を股間に当てる。
The wearing procedure of the walking support device 1 is as follows.
First, the power of the walking support device 1 is turned off and the upper
Then, the
Next, the
次に、電源をオンすると、歩行支援装置1は、座面荷重センサ67の検出値が目標値となるように、膝関節アクチュエータ18を駆動し、着座部61により装着者100の体重を支持する。歩行支援装置1を脱ぐ場合は、逆の手順を行う。
このように、歩行支援装置1は、着脱が容易である。
Next, when the power is turned on, the walking support device 1 drives the knee
Thus, the walking support device 1 is easy to attach and detach.
なお、電源をオンした際には、着座部61の座面荷重センサ67が荷重を検出するまでの間、膝関節アクチュエータ18からは支援荷重に対応する出力トルクよりも小さい装着時荷重(例えば、歩行支援装置1の荷重+α分の荷重)に対応するトルクを出力することで、着座部61はゆっくりと装着者100の腰下まで上昇する。
電源オフの際には、膝関節アクチュエータ18からは、装着時荷重よりも小さい脱着時荷重(歩行支援装置1の荷重−β分の荷重)に対応する出力トルクとすることで、着座部61はゆっくりと下方にさがる。
When the power is turned on, until the seat
When the power is turned off, the knee
図2は、膝関節モーメントの計算方法を説明するための図である。
膝関節アクチュエータ18から足装着部24に作用する床反力Fに降ろした垂線の長さをL1とする。
また、膝関節アクチュエータ18から膝下の重心Gを通る鉛直線に降ろした垂線の長さをL2とする。
膝下に作用する重力項をMとすると、膝に作用する関節モーメントTは、次の式(1)で求まる。
T=F×L1−M×L2 …(1)
例えば、膝を伸ばす場合は、F≫Mとなり、足装着部24を歩行面から離して持ち上げた場合は、F=0となる。
FIG. 2 is a diagram for explaining a knee joint moment calculation method.
The length of the perpendicular dropped from the knee
Further, the length of the perpendicular line dropped from the knee
When the gravity term acting below the knee is M, the joint moment T acting on the knee is obtained by the following equation (1).
T = F * L1-M * L2 (1)
For example, when the knee is extended, F >> M, and when the
歩行支援装置1が行うアシストのアシスト率をαとすると、歩行支援装置1が膝関節アクチュエータ18に出力するアシスト力Aは、A=α×Tとなる。
このように、歩行支援装置1は、床反力を用いてアシスト力を出力している。インソール設置型の足荷重センサ241の場合、着座部61が装着者100を上方に押し上げることにより床反力が減少するため、正しいアシスト力を発揮するには、次に説明するように座面反力を用いて床反力を補正する必要がある。
When the assist rate of the assist performed by the walking support device 1 is α, the assist force A output from the walking support device 1 to the knee
As described above, the walking assist device 1 outputs the assist force using the floor reaction force. In the case of the
図3は、床反力の補正方法を説明するための図である。
歩行支援装置1は、装着者100が着座部61から受ける座面反力Lzを、足荷重センサ241L、241Rの検出値LL、LRの比率で分割し、これら検出値LL、LRに按分(分配)する。
LzR、LzLは、それぞれ、座面反力Lzを検出値LL、LRの比率で分割したものである。
歩行支援装置1は、左脚の床反力に関しては、LLにLzLを加算し、右脚の床反力に関しては、LRにLzRを加算することにより、これら左脚、右脚の床反力を補正する。
FIG. 3 is a diagram for explaining a method of correcting the floor reaction force.
The walking support device 1 divides the seating surface reaction force Lz received by the
LzR and LzL are obtained by dividing the seating surface reaction force Lz by the ratio of the detection values LL and LR, respectively.
The walking support device 1 adds LzL to LL for the floor reaction force of the left leg, and adds LzR to LR for the floor reaction force of the right leg, thereby adding the floor reaction force of the left leg and the right leg. Correct.
このように、歩行支援装置1は、着座部を上方に付勢することにより生じる第2の反力(床反力)の減少を、第1の反力(座面反力)を用いて補正する補正手段を備えている。
また、歩行支援装置1は、足荷重センサ241R、足荷重センサ241Lで計測した床反力の比を取得するため、第2の反力取得手段で取得した左右一対の第2の反力(床反力)の比を取得する比取得出手段を備えている。
そして、歩行支援装置1は、当該比に従って座面反力を床反力に按分して当該床反力を補正するため、補正手段は、左右の床反力の比に従って、第1の反力(座面反力)を左右一対の第2の反力(床反力)に按分することにより補正を行っている。
As described above, the walking assist device 1 corrects the decrease in the second reaction force (floor reaction force) caused by urging the seating portion upward using the first reaction force (seat surface reaction force). Correction means is provided.
In addition, since the walking assist device 1 acquires the ratio of the floor reaction force measured by the
And since the walking assistance apparatus 1 distributes the seating surface reaction force to the floor reaction force in accordance with the ratio and corrects the floor reaction force, the correction means performs the first reaction force in accordance with the ratio of the left and right floor reaction forces. Correction is performed by dividing (seat surface reaction force) into a pair of left and right second reaction forces (floor reaction forces).
図4は、歩行支援装置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)、記憶部、各種インターフェースなどを備えた電子制御ユニットであり、歩行支援装置1の各部を電子制御する。
FIG. 4 is a diagram illustrating a system configuration of the walking support device 1.
The control device 2 is an electronic control unit including a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a storage unit, various interfaces, and the like (not shown). Electronically controlled.
制御装置2は、記憶部に記憶された歩行支援プログラムなどの各種プログラムをCPUで実行することにより構成される、センサ情報取得部3、関節モーメント演算部4、床反力再演算部7、アクチュエータ出力決定部8、デバイスパラメータ記憶部5、人体パラメータ記憶部6を備えている。
デバイスパラメータ記憶部5は、歩行支援装置1の各関節間の長さ、各部の重量や重心位置などを記憶している。
人体パラメータ記憶部6は、装着者の身長、体重などの身体的特徴を表すデータが記憶されている。
このように、デバイスパラメータ記憶部5と人体パラメータ記憶部6には、関節モーメントなどを計算するのに必要な各種パラメータを記憶している。
The control device 2 includes a sensor information acquisition unit 3, a joint moment calculation unit 4, a floor reaction force recalculation unit 7, and an actuator, which are configured by executing various programs such as a walking support program stored in the storage unit by the CPU. An
The device parameter storage unit 5 stores the length between the joints of the walking support device 1, the weight of each unit, the position of the center of gravity, and the like.
The human body
Thus, the device parameter storage unit 5 and the human body
センサ情報取得部3は、関節角度センサ9(関節に取り付けた各エンコーダ)、足荷重センサ241、座面荷重センサ67から検出値を取得する。
床反力再演算部7は、足荷重センサ241L、241Rの検出値に座面反力Lzの按分値を加算することにより、これらの検出値を補正する。
関節モーメント演算部4は、補正後の床反力、及びデバイスパラメータ記憶部5、人体パラメータ記憶部6の各パラメータを用いて左右の膝関節の関節モーメントを算出する。
アクチュエータ出力決定部8は、算出した関節モーメントにアシスト率を乗じてアシスト力を算出することによりアクチュエータ出力を決定し、これに従って膝関節アクチュエータ18を駆動する。
The sensor information acquisition unit 3 acquires detection values from the joint angle sensor 9 (each encoder attached to the joint), the
The floor reaction force recalculation unit 7 corrects these detection values by adding a prorated value of the seating surface reaction force Lz to the detection values of the
The joint moment calculation unit 4 calculates the joint moments of the left and right knee joints using the corrected floor reaction force and the parameters of the device parameter storage unit 5 and the human body
The actuator
図5は、歩行支援装置1の動作を説明するためのフローチャートである。
以下の処理は、制御装置2のCPUが歩行支援プログラムに従って行うものである。
まず、センサ情報取得部3が、足荷重センサ241L、241Rを用いて、動的状態(即ち、歩行状態)での左右の床反力値(LL、LR)を取得する(ステップ5)。
次に、床反力再演算部7が、動的状態での左右の床反力の合算値(La=LL+LR)を算出する(ステップ10)。
FIG. 5 is a flowchart for explaining the operation of the walking support device 1.
The following processing is performed by the CPU of the control device 2 according to the walking support program.
First, the sensor information acquisition unit 3 acquires left and right floor reaction force values (LL, LR) in a dynamic state (that is, a walking state) using the
Next, the floor reaction force recalculation unit 7 calculates the total value (La = LL + LR) of the left and right floor reaction forces in the dynamic state (step 10).
次に、床反力再演算部7が、動的状態での左右の床反力値の比(RLL=LL/La、RLR=LR/La)を算出する(ステップ15)。
次に、センサ情報取得部3が座面荷重センサ67を用いて座面反力Lzを取得する(ステップ20)。より詳細には、床反力再演算部7は、座面荷重センサ67から応力値を取得し、これを補正して座面反力Lzを取得する。
Next, the floor reaction force recalculation unit 7 calculates the ratio of the left and right floor reaction force values (RLL = LL / La, RLR = LR / La) in the dynamic state (step 15).
Next, the sensor information acquisition part 3 acquires the seating surface reaction force Lz using the seating surface load sensor 67 (step 20). More specifically, the floor reaction force recalculation unit 7 obtains a stress value from the seating
次に、床反力再演算部7が、座面反力Lzを左右の床反力値の比に分割(LzL=RLL×Lz、LzR=RLR×Lz)する(ステップ25)。
次に、床反力再演算部7が、分割した座面反力LzL、LzRを左右の床反力値に加算(LLa=LL+LzL、LRa=LR+LzR)し、床反力の補正値を算出する(ステップ30)。
Next, the floor reaction force recalculation unit 7 divides the seating surface reaction force Lz into the ratio of the left and right floor reaction force values (LzL = RLL × Lz, LzR = RLR × Lz) (step 25).
Next, the floor reaction force recalculation unit 7 adds the divided seating surface reaction forces LzL and LzR to the left and right floor reaction force values (LLa = LL + LzL, LRa = LR + LzR), and calculates a correction value of the floor reaction force. (Step 30).
次に、アクチュエータ出力決定部8が、床反力の補正値、及び各種パラメータを用いて左右の膝関節アクチュエータ18の出力を決定し、これらを駆動する(ステップ35)。
次に、制御装置2は、歩行支援動作を継続するか否か判断し(ステップ40)、継続する場合は(ステップ40;Y)、ステップ5に戻り、継続しない場合は(ステップ40;N)、処理を終了する。
例えば、歩行支援装置1は、歩行支援の動作開始、及び終了を装着者がスイッチを押すなどして選択できるようになっており、制御装置2は、当該スイッチがオンの場合に歩行支援動作を継続すると判断し、当該スイッチがオフの場合に歩行支援動作を終了すると判断する。
Next, the actuator
Next, the control device 2 determines whether or not to continue the walking support operation (step 40). If it continues (
For example, the walking support device 1 can select the start and end of walking support operation by the wearer pressing a switch, and the control device 2 performs the walking support operation when the switch is on. It is determined to continue, and it is determined to end the walking support operation when the switch is off.
このように、歩行支援装置1では、インソール設置型の足荷重センサ241による床反力を座面反力を用いて補正することにより、精度のよい床反力を得ると共に、歩行支援のための関節モーメントの計算に利用することができる。
As described above, the walking support device 1 obtains an accurate floor reaction force by correcting the floor reaction force by the insole-installed
1 歩行支援装置
2 制御装置
3 センサ情報取得部
4 関節モーメント演算部
5 デバイスパラメータ記憶部
6 人体パラメータ記憶部
7 床反力再演算部
9 関節角度センサ
18 膝関節アクチュエータ
19 足首関節ピッチ軸機構
24 足装着部
241 足荷重センサ
26 上腿連結部材
27 下腿連結部材
28 足連結部材
41 中底
61 着座部
62 プレート
63 連結部材
64 ガイドレール
65 ガイドレール
67 座面荷重センサ
100 装着者
101 荷重
102、102 矢線
K 股関節ピッチ軸中心
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Walking assistance apparatus 2 Control apparatus 3 Sensor information acquisition part 4 Joint moment calculation part 5 Device parameter memory |
Claims (3)
前記歩行支援対象者が前記着座部の座面から受ける第1の反力を取得する第1の反力取得手段と、
左右一対の足装着部と、
前記足装着部において前記歩行支援対象者の足裏が受ける第2の反力を取得する左右一対の第2の反力取得手段と、
前記着座部と前記足装着部の間に配設され、前記足装着部に対して前記着座部を上方に付勢する左右一対の上付勢手段と、
前記着座部を上方に付勢することにより生じる前記第2の反力の減少を、前記第1の反力を用いて補正する補正手段と、
前記補正された第2の反力を用いて、前記上付勢手段の出力を制御する出力制御手段と、
を具備することを特徴とする歩行支援装置。 A seating section on which a walking support target person sits;
First reaction force acquisition means for acquiring a first reaction force received by the walking support target person from the seating surface of the seat;
A pair of left and right foot mounting parts;
A pair of left and right second reaction force acquisition means for acquiring a second reaction force received by the soles of the walking support target in the foot mounting portion;
A pair of left and right upper biasing means disposed between the seating portion and the foot mounting portion and biasing the seating portion upward with respect to the foot mounting portion;
Correction means for correcting the decrease in the second reaction force caused by urging the seating portion upward using the first reaction force;
Output control means for controlling the output of the upper urging means using the corrected second reaction force;
A walking support device comprising:
前記補正手段は、前記取得した比に従って、前記取得した第1の反力を前記左右一対の第2の反力に按分することにより補正を行うことを特徴とする請求項1に記載の歩行支援装置。 Comprising a ratio acquisition means for acquiring a ratio of a pair of left and right second reaction forces acquired by the second reaction force acquisition means;
The walking support according to claim 1, wherein the correction unit corrects the acquired first reaction force by dividing the acquired first reaction force into the pair of left and right second reaction forces according to the acquired ratio. apparatus.
前記歩行支援対象者が前記着座部の座面から受ける第1の反力を取得する第1の反力取得機能と、
前記足装着部において、前記歩行支援対象者の足裏が受ける左右一対の第2の反力を取得する第2の反力取得機能と、
前記着座部を上方に付勢することにより生じる前記第2の反力の減少を、前記第1の反力を用いて補正する補正機能と、
前記補正された第2の反力を用いて、前記上付勢手段の出力を制御する出力制御機能と、
をコンピュータで実現する歩行支援プログラム。 A seating portion on which a walking support target person sits, a pair of left and right foot mounting portions, and disposed between the seating portion and the foot mounting portion, and biases the seating portion upward with respect to the foot mounting portion. A walking support program for a walking support device comprising a pair of left and right upper biasing means,
A first reaction force acquisition function for acquiring a first reaction force received from the seating surface of the seating portion by the walking support target;
A second reaction force acquisition function for acquiring a pair of left and right second reaction forces received by the soles of the walking support target in the foot mounting portion;
A correction function for correcting a decrease in the second reaction force caused by urging the seating portion upward using the first reaction force;
An output control function for controlling the output of the upper biasing means using the corrected second reaction force;
A walking support program that uses a computer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013062822A JP2014184086A (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | Walking support device and walking support program |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013062822A JP2014184086A (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | Walking support device and walking support program |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014184086A true JP2014184086A (en) | 2014-10-02 |
Family
ID=51832249
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013062822A Pending JP2014184086A (en) | 2013-03-25 | 2013-03-25 | Walking support device and walking support program |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014184086A (en) |
Cited By (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3040168A1 (en) | 2014-12-01 | 2016-07-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Load determination method |
CN106420280A (en) * | 2016-12-02 | 2017-02-22 | 华中科技大学 | Exoskeleton device for alleviating lower limb joint load and testing support force |
CN106491317A (en) * | 2016-12-01 | 2017-03-15 | 北京理工大学 | A kind of wearable knee joint walk help equipment of self-driven self adaptation gait |
CN106806093A (en) * | 2016-12-19 | 2017-06-09 | 华中科技大学 | A kind of flexible knee joint ESD and its driving method |
CN107088140A (en) * | 2017-05-24 | 2017-08-25 | 同济大学 | A kind of built-in air-pressure type wearable lower limb servicing unit |
KR101934268B1 (en) * | 2016-12-20 | 2019-01-02 | 대한민국 | Gait rehabilitation robot |
US10322015B2 (en) | 2015-09-04 | 2019-06-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Motion assistance apparatus and control method of the same |
CN113905705A (en) * | 2019-06-06 | 2022-01-07 | 株式会社国际电气通信基础技术研究所 | Weight reduction device |
-
2013
- 2013-03-25 JP JP2013062822A patent/JP2014184086A/en active Pending
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP3040168A1 (en) | 2014-12-01 | 2016-07-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Load determination method |
US11051717B2 (en) | 2014-12-01 | 2021-07-06 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Load determination method |
US10322015B2 (en) | 2015-09-04 | 2019-06-18 | Samsung Electronics Co., Ltd. | Motion assistance apparatus and control method of the same |
CN106491317A (en) * | 2016-12-01 | 2017-03-15 | 北京理工大学 | A kind of wearable knee joint walk help equipment of self-driven self adaptation gait |
CN106491317B (en) * | 2016-12-01 | 2018-12-25 | 北京理工大学 | A kind of wearable knee joint walk help equipment from the adaptive gait of driving |
CN106420280A (en) * | 2016-12-02 | 2017-02-22 | 华中科技大学 | Exoskeleton device for alleviating lower limb joint load and testing support force |
CN106806093A (en) * | 2016-12-19 | 2017-06-09 | 华中科技大学 | A kind of flexible knee joint ESD and its driving method |
KR101934268B1 (en) * | 2016-12-20 | 2019-01-02 | 대한민국 | Gait rehabilitation robot |
CN107088140A (en) * | 2017-05-24 | 2017-08-25 | 同济大学 | A kind of built-in air-pressure type wearable lower limb servicing unit |
CN113905705A (en) * | 2019-06-06 | 2022-01-07 | 株式会社国际电气通信基础技术研究所 | Weight reduction device |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2014184086A (en) | Walking support device and walking support program | |
CA2828420C (en) | Gait training device and gait training system | |
CN104053424B (en) | Walking movement auxiliary implement | |
Ikeuchi et al. | Walking assist device with bodyweight support system | |
US8202234B2 (en) | Control device for walking assistance device | |
US9687408B2 (en) | Exercise support apparatus and exercise support method | |
KR102253243B1 (en) | A walk-assistive apparatus and a method for controlling the walk-assistive apparatus | |
WO2016031376A1 (en) | Joint movement assistance device | |
KR102146363B1 (en) | Wearable robot and control method for the same | |
JP6250420B2 (en) | LOAD SUPPORT DEVICE, CONTROL METHOD FOR LOAD SUPPORT DEVICE, AND COMPUTER-READABLE RECORDING MEDIUM CONTAINING PROGRAM FOR EXECUTING THE CONTROL METHOD | |
JP2009207840A (en) | Walking movement assisting device | |
US11103413B2 (en) | Assistance apparatus, assistance method, and recording medium | |
JP5849657B2 (en) | Measuring device, motion assisting robot, measuring method, and program for measuring device | |
JP2014068869A (en) | Walking support device and walking support program | |
JP2014073199A (en) | Walking support device and walking support program | |
JP2014068868A (en) | Foot-worn device | |
JP2013072729A (en) | Load sensor and walking support device | |
US11344466B2 (en) | Assistance apparatus, assistance method, and recording medium | |
JP4784768B2 (en) | Walking assist device | |
JP2014068867A (en) | Walking support device and walking support program | |
JP2014068866A (en) | Walking support device and walking support program | |
US9980830B2 (en) | Walking assist device | |
JP2005192744A (en) | Sensor for foot sole pressure | |
JP2006075254A (en) | Walking assist mounting device | |
JP2013208291A (en) | Walking assistance device and walking assistance program |