JP2016200400A - Method for calibrating measured value of load sensor - Google Patents

Method for calibrating measured value of load sensor Download PDF

Info

Publication number
JP2016200400A
JP2016200400A JP2015078334A JP2015078334A JP2016200400A JP 2016200400 A JP2016200400 A JP 2016200400A JP 2015078334 A JP2015078334 A JP 2015078334A JP 2015078334 A JP2015078334 A JP 2015078334A JP 2016200400 A JP2016200400 A JP 2016200400A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
load sensor
value
load
walking
sole
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
Application number
JP2015078334A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
光留 菅田
Hikaru Sugata
光留 菅田
景子 佐渡
Keiko Sado
景子 佐渡
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.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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 Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2015078334A priority Critical patent/JP2016200400A/en
Publication of JP2016200400A publication Critical patent/JP2016200400A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for calibrating the measured value of a load sensor that makes it possible to easily calibrate the measured value of a load sensor that measures a load that the sole of a user receives from the ground surface.SOLUTION: A method for calibrating the measured value of a load sensor 22 that measures a load that the sole S of a user receives from the ground surface while walking, the method which is executed by a walking auxiliary device 1 that assists a user in walking involving: determining whether or not the sold S is separate from the ground surface on the basis of whether or not the measured value of the load sensor 22 is less than or equal to a prescribed value; calculating the time mean value of measured values when the sold S is separate from the ground surface and thereby calculating an offset value; and subtracting the offset value from the measured values and thereby calibrating the measured values.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ユーザの歩行を補助する歩行補助装置が実行する、ユーザの足裏部が地面から受ける荷重を測定する荷重センサの測定値の校正方法に関する。   The present invention relates to a method for calibrating a measurement value of a load sensor, which is executed by a walking assistance device that assists a user's walking, and that measures a load that a user's sole receives from the ground.

ユーザの歩行を補助するためのロボット(歩行補助装置)についての技術が開示されている。   A technology for a robot (walking assisting device) for assisting a user's walking is disclosed.

例えば、特許文献1に係る歩行補助装置は、ユーザの左右の足裏部に取付けられた荷重センサの測定値(ユーザの荷重の反作用として地面から受ける上方の力である、接地反力の測定値)に基づいて、左右の膝に対するアシスト力を決定している。ここで、歩行補助装置の着座部がユーザを上方に押し上げることにより、接地反力が減少し、正しいアシスト力の決定ができなくなる可能性がある。特許文献1に係る歩行補助装置は、これを防止するため、着座部がユーザに与える座面反力を、左右の足荷重センサの測定値に分配している。これにより、歩行補助装置は、検出された接地反力を補正して、アシスト力をより正確にしようとする制御を行っている。   For example, the walking assistance device according to Patent Document 1 is a measurement value of a load sensor attached to the left and right soles of a user (a measurement value of a ground reaction force that is an upward force received from the ground as a reaction of a user's load). ), The assist force for the left and right knees is determined. Here, when the seating portion of the walking assist device pushes the user upward, the ground reaction force may decrease, and the correct assist force may not be determined. In order to prevent this, the walking assist device according to Patent Literature 1 distributes the seating surface reaction force that the seating portion gives to the user to the measurement values of the left and right foot load sensors. As a result, the walking assistance device performs control to correct the detected ground reaction force to make the assist force more accurate.

特開2014−184086号公報JP 2014-184086 A

歩行補助装置において、ユーザの足裏部に取付けられた荷重センサの測定値には、接地反力による荷重値に、所定のオフセット値が加わる。このオフセット値は、上述の座面反力だけでなく、荷重センサを取付けるメカのたわみ等や、荷重センサの電気的特性の変化等が原因となっても生じる。上述の特許文献1に係る歩行補助装置では、着座部がユーザに与える座面反力に基づいて接地反力を補正しているものの、上述の通り、オフセット値の要因は座面反力以外にも考えられる。従って、特許文献1に係る歩行補助装置では、荷重センサの測定値を正確に校正できない可能性がある。   In the walking assist device, a predetermined offset value is added to the load value due to the ground reaction force to the measurement value of the load sensor attached to the sole of the user. This offset value occurs not only due to the above-described seating surface reaction force but also due to the deflection of the mechanism to which the load sensor is attached, the change in the electrical characteristics of the load sensor, and the like. In the walking assist device according to Patent Document 1 described above, the grounding reaction force is corrected based on the seating surface reaction force given to the user by the seating unit. However, as described above, the factor of the offset value is other than the seating surface reaction force. Is also possible. Therefore, the walking assist device according to Patent Document 1 may not be able to accurately calibrate the measurement value of the load sensor.

本発明に係る荷重センサの測定値の校正方法は、ユーザの足裏部が地面から受ける荷重を測定する荷重センサの測定値を正確に校正することを可能にするものである。   The method for calibrating the measurement value of the load sensor according to the present invention makes it possible to accurately calibrate the measurement value of the load sensor that measures the load that the user's sole receives from the ground.

本発明にかかる、ユーザの歩行を補助する歩行補助装置が実行する、歩行中にユーザの足裏部が地面から受ける荷重を測定する荷重センサの測定値の校正方法は、
前記荷重センサの測定値が所定値以下であるか否かに基づいて、前記足裏部が地面から離れているか否かを判定し、
前記足裏部が地面から離れているときの前記測定値の時間平均値を算出することでオフセット値を算出し、
前記測定値から前記オフセット値を減算することで前記測定値を校正するものである。
According to the present invention, a walking assist device for assisting a user's walking executes a calibration method of a measurement value of a load sensor that measures a load that a user's sole receives from the ground during walking.
Based on whether or not the measurement value of the load sensor is equal to or less than a predetermined value, it is determined whether the sole is away from the ground,
Calculate the offset value by calculating the time average value of the measured value when the sole is away from the ground,
The measured value is calibrated by subtracting the offset value from the measured value.

この方法で、歩行補助装置は、足裏部が地面から離れているときの測定値に基づいてオフセット値を算出することで、測定値を校正している。従って、歩行中における正確なオフセット値を算出でき、そのオフセット値で測定値を校正するため、荷重センサの測定値を正確に校正することができる。   With this method, the walking assistance device calibrates the measurement value by calculating the offset value based on the measurement value when the sole is away from the ground. Therefore, an accurate offset value during walking can be calculated, and the measured value is calibrated with the offset value. Therefore, the measured value of the load sensor can be calibrated accurately.

本発明により、ユーザの足裏部が地面から受ける荷重を測定する荷重センサの測定値を正確に校正することができる。   According to the present invention, it is possible to accurately calibrate a measurement value of a load sensor that measures a load that a user's sole receives from the ground.

実施の形態にかかる歩行補助装置の概略図である。It is the schematic of the walking assistance apparatus concerning embodiment. 荷重センサユニットの概略図である。It is the schematic of a load sensor unit. 荷重センサユニット及び制御ECUのブロック図である。It is a block diagram of a load sensor unit and control ECU. 校正部のオフセット値の計算方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calculation method of the offset value of a calibration part. 校正部の測定値の校正方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the calibration method of the measured value of a calibration part. 制御部の制御処理を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control processing of a control part. 理想測定値と実際の測定値との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between an ideal measurement value and an actual measurement value.

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図1に示すように、実施の形態に係る歩行補助装置1は、荷重センサユニット11と、足首ジョイント12a、12bと、下リンク13a、13bと、下連結バー14と、上リンク15a、15bと、上連結バー16と、モータ・エンコーダユニット17と、制御ECU(Electronic Control Unit)18とを備える。歩行補助装置1は、ユーザの右脚部Fに装着されており、ユーザの膝関節にトルクを与えることによって、ユーザの歩行動作を補助する。以下、歩行補助装置1の各部について説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, the walking assist device 1 according to the embodiment includes a load sensor unit 11, ankle joints 12a and 12b, lower links 13a and 13b, a lower connecting bar 14, and upper links 15a and 15b. The upper connecting bar 16, the motor / encoder unit 17, and a control ECU (Electronic Control Unit) 18 are provided. The walking assist device 1 is attached to the user's right leg F, and assists the user's walking motion by applying torque to the user's knee joint. Hereinafter, each part of the walking assist device 1 will be described.

図2に示すように、荷重センサユニット11は、足裏ユニット21と、垂直荷重センサ22とを備える。足裏ユニット21は、ユーザの右脚部Fの足裏部Sに取付けられ、ユーザの足裏部Sが直接接触する靴底としての役割を有すると共に、ユーザの足裏部Sの形状に応じた形状を有する。垂直荷重センサ22は、足裏ユニット21内に設けられたセンサであり、足裏ユニット21と垂直方向にかかる荷重の大きさを測定値として検出することで、歩行中に足裏部Sが地面から受ける荷重を測定する。なお、図2において、垂直荷重センサ22は、足裏ユニット21に4つ設けられている。2つの垂直荷重センサ22Aは、足裏部Sの前部に設けられ、2つの垂直荷重センサ22Bは、足裏部Sの後部に設けられる。これにより、垂直荷重センサ22Aは、足裏部Sの前部が地面から受ける荷重を測定し、垂直荷重センサ22Bは、足裏部Sの後部が地面から受ける荷重を測定することができる。   As shown in FIG. 2, the load sensor unit 11 includes a sole unit 21 and a vertical load sensor 22. The sole unit 21 is attached to the sole S of the right leg F of the user, has a role as a shoe sole in direct contact with the sole S of the user, and corresponds to the shape of the sole S of the user. Have a different shape. The vertical load sensor 22 is a sensor provided in the sole unit 21 and detects the magnitude of the load applied in the direction perpendicular to the sole unit 21 as a measurement value, so that the sole S is grounded during walking. Measure the load received from. In FIG. 2, four vertical load sensors 22 are provided on the sole unit 21. The two vertical load sensors 22A are provided at the front part of the sole part S, and the two vertical load sensors 22B are provided at the rear part of the sole part S. Thereby, the vertical load sensor 22A can measure the load that the front part of the sole S receives from the ground, and the vertical load sensor 22B can measure the load that the rear of the sole S receives from the ground.

図1に戻り、歩行補助装置1の説明を続ける。足首ジョイント12a、12bは、右脚部Fの足首を両側から挟む位置にあり、足首のピッチ軸(右脚部Fの左右方向の軸)と同軸に位置している。足首ジョイント12aは、荷重センサユニット11と下リンク13aとを接続し、足首ジョイント12bは、荷重センサユニット11と下リンク13bとを接続する。また、足首ジョイント12a、12bは、荷重センサユニット11を、下リンク13a、13bに対して揺動可能に連結している。   Returning to FIG. 1, the description of the walking assist device 1 is continued. The ankle joints 12a and 12b are positioned so as to sandwich the ankle of the right leg F from both sides, and are positioned coaxially with the pitch axis of the ankle (the axis in the left-right direction of the right leg F). The ankle joint 12a connects the load sensor unit 11 and the lower link 13a, and the ankle joint 12b connects the load sensor unit 11 and the lower link 13b. The ankle joints 12a and 12b connect the load sensor unit 11 to the lower links 13a and 13b so as to be swingable.

下リンク13a、13bは、右脚部Fにおける下腿のピッチ軸方向両側に位置している。下リンク13aは、足首ジョイント12aと、下連結バー14、上リンク15aとを接続し、下リンク13bは、足首ジョイント12bと、下連結バー14、上リンク15bとを接続する。   The lower links 13a and 13b are located on both sides of the right leg F in the pitch axis direction of the lower leg. The lower link 13a connects the ankle joint 12a, the lower connecting bar 14, and the upper link 15a, and the lower link 13b connects the ankle joint 12b, the lower connecting bar 14, and the upper link 15b.

下連結バー14は、右脚部Fの膝Kの近傍にあり、下リンク13a、13bを連結すると共に、上リンク15a、15bを連結する。上リンク15a、15bは、右脚部Fにおける上腿のピッチ軸方向両側に位置しており、それらの上部で上連結バー16により連結される。   The lower connecting bar 14 is in the vicinity of the knee K of the right leg F, and connects the lower links 13a and 13b and connects the upper links 15a and 15b. The upper links 15 a and 15 b are located on both sides of the right leg F in the pitch axis direction of the upper leg, and are connected by the upper connecting bar 16 at the upper part thereof.

モータ・エンコーダユニット17は、上リンク15aに取付けられており、右脚部Fの外側に位置する。モータ・エンコーダユニット17は、図示しないモータ及びエンコーダを備える。モータは、後述する制御ECU18の制御によって駆動し、下リンク13a、13bをピッチ軸周りに揺動させる。これにより、歩行補助装置1は、ユーザの膝関節にトルクを加え、歩行動作を補助することができる。例えば、歩行補助装置1は、右脚部Fが遊脚状態にある場合、ユーザが膝を屈曲させる動作をアシストするよう(屈曲アシストの動作を行うよう)、モータを駆動させる。また、右脚部Fが立脚状態にある場合、立脚状態を保持するよう、モータを駆動させる。なお、モータ・エンコーダユニット17のエンコーダは、モータの回転角度や回転角速度を検出できる。   The motor / encoder unit 17 is attached to the upper link 15 a and is located outside the right leg F. The motor / encoder unit 17 includes a motor and an encoder (not shown). The motor is driven under the control of the control ECU 18 described later, and swings the lower links 13a and 13b around the pitch axis. Thereby, the walking assistance apparatus 1 can apply a torque to a user's knee joint and can assist walking operation. For example, when the right leg F is in the free leg state, the walking assist device 1 drives the motor so that the user assists in the operation of bending the knee (performs the bending assist operation). In addition, when the right leg F is in the standing state, the motor is driven so as to maintain the standing state. The encoder of the motor / encoder unit 17 can detect the rotation angle and rotation angular velocity of the motor.

図3に示すように、制御ECU18は、校正部31と制御部32とを備える。校正部31、制御部32は、ハードウェア的には、メモリやその他のIC(Integrated Circuit)等の回路で構成することができ、ソフトウェア的には、メモリにロードされたプログラムなどによって実現される。例えば、コンピュータ内のCPU(Central Processing Unit)が、コンピュータ内のメモリにロードされたプログラムを読み込むことにより、以下に示す処理を実現する。   As shown in FIG. 3, the control ECU 18 includes a calibration unit 31 and a control unit 32. The calibration unit 31 and the control unit 32 can be configured by a circuit such as a memory or other IC (Integrated Circuit) in hardware, and are realized by a program loaded in the memory in software. . For example, a CPU (Central Processing Unit) in a computer reads a program loaded in a memory in the computer, thereby realizing the following processing.

校正部31は、全垂直荷重センサ22の測定値を取得する。例えば、図3では、垂直荷重センサ22Aの測定値Aと、垂直荷重センサ22Bの測定値Bとが、校正部31で取得される。校正部31は、足裏部Sに地面からの荷重がかかっていないと判定した場合、取得した測定データにおけるオフセット値を計算する。この計算方法について、図4のフローチャートを参照して説明する。   The calibration unit 31 acquires the measurement value of the total vertical load sensor 22. For example, in FIG. 3, the measurement value A of the vertical load sensor 22A and the measurement value B of the vertical load sensor 22B are acquired by the calibration unit 31. When determining that the load from the ground is not applied to the sole S, the calibration unit 31 calculates an offset value in the acquired measurement data. This calculation method will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、校正部31は、全垂直荷重センサ22の測定データを取得し、取得した全ての測定値が所定値以下であるか否かを判定することで、足裏部Sに地面からの荷重がかかっていないか否か(即ち、足裏部Sが接地していないか否か)を判定する(ステップS11)。全ての垂直荷重センサ22に地面からの荷重がかからない場合、それらの測定値は全て特定の所定値以下になるためである。   First, the calibration unit 31 acquires measurement data of all the vertical load sensors 22 and determines whether or not all the acquired measurement values are equal to or less than a predetermined value, whereby the load from the ground is applied to the sole S. It is determined whether it is not applied (that is, whether the sole S is not grounded) (step S11). This is because when all the vertical load sensors 22 are not loaded from the ground, their measured values are all equal to or less than a specific predetermined value.

足裏部Sに地面からの荷重がかかっている場合(ステップS11のNo)、少なくとも一部の垂直荷重センサ22は、オフセット値を測定していない。従って、校正部31はオフセット値の計算処理を実行しない(終了する)。   When a load from the ground is applied to the sole S (No in Step S11), at least some of the vertical load sensors 22 do not measure the offset value. Therefore, the calibration unit 31 does not execute (ends) the offset value calculation process.

足裏部Sに地面からの荷重がかかっていない場合(ステップS11のYes)、校正部31は、各垂直荷重センサ22の測定値を記憶する(ステップS12)。そして、校正部31は、オフセット値の計算処理に必要な所定時間、各垂直荷重センサ22について、測定値を記憶できたか否かを判定する(ステップS13)。この所定時間は、測定値の時間平均を算出した場合に、その時間平均がオフセット値として信頼できる値となるような時間である。   When the load from the ground is not applied to the sole S (Yes in Step S11), the calibration unit 31 stores the measurement value of each vertical load sensor 22 (Step S12). Then, the calibration unit 31 determines whether or not the measurement values can be stored for each vertical load sensor 22 for a predetermined time required for the offset value calculation process (step S13). This predetermined time is a time such that when the time average of the measurement values is calculated, the time average becomes a reliable value as the offset value.

測定値が所定時間記憶できていない場合(ステップS13のNo)、校正部31は、ステップS11に戻り処理を続ける。測定値が所定時間記憶できた場合(ステップS13のYes)、校正部31は、各垂直荷重センサ22の所定時間における測定値の時間平均を算出することで、各垂直荷重センサ22のオフセット値を算出する。   When the measured value cannot be stored for a predetermined time (No in step S13), the calibration unit 31 returns to step S11 and continues the process. When the measured value can be stored for a predetermined time (Yes in step S13), the calibration unit 31 calculates the time average of the measured values at the predetermined time of each vertical load sensor 22, thereby calculating the offset value of each vertical load sensor 22. calculate.

なお、校正部31は、オフセット値として、所定時間における連続的な測定値の平均を算出してもよい。又は、所定時間内において断続的に測定値のサンプリングデータをとり、そのサンプリングデータの平均値をオフセット値として算出してもよい。   Note that the calibration unit 31 may calculate an average of continuous measurement values in a predetermined time as the offset value. Alternatively, sampling data of measurement values may be taken intermittently within a predetermined time, and an average value of the sampling data may be calculated as an offset value.

次に、校正部31の測定値の校正方法について、図5のフローチャートを参照して説明する。まず、校正部31は、図4に示したオフセット計算が完了したか否かを判定する(ステップS15)。オフセット計算が完了していない場合(ステップS15のNo)、校正部31は測定値の校正を実行しない。   Next, a method for calibrating the measurement value of the calibration unit 31 will be described with reference to the flowchart of FIG. First, the calibration unit 31 determines whether or not the offset calculation shown in FIG. 4 has been completed (step S15). When the offset calculation is not completed (No in step S15), the calibration unit 31 does not calibrate the measurement value.

オフセット計算が完了している場合(ステップS15のYes)、校正部31は、各垂直荷重センサ22の元の測定値から、各垂直荷重センサ22に対応するオフセット値を減算する処理を実行する(ステップS16)。各垂直荷重センサ22に対応するオフセット値は、図4のステップS14で取得したものである。   When the offset calculation has been completed (Yes in step S15), the calibration unit 31 performs a process of subtracting the offset value corresponding to each vertical load sensor 22 from the original measurement value of each vertical load sensor 22 ( Step S16). The offset value corresponding to each vertical load sensor 22 is obtained in step S14 of FIG.

校正部31は、以上のように校正が終了した各垂直荷重センサ22の測定データを、制御部32に出力する。制御部32は、その測定値に基づいて、歩行補助装置1の歩行制御を実行する。以下、図6のフローチャートを参照して、歩行制御の処理例について説明する。   The calibration unit 31 outputs the measurement data of each vertical load sensor 22 that has been calibrated as described above to the control unit 32. The control unit 32 executes walking control of the walking assist device 1 based on the measured value. Hereinafter, a processing example of walking control will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、制御部32は、右脚部Fが遊脚状態であり、屈曲アシストの動作がなされているか否かを判定する(ステップS21)。この判定は、例えば、モータ・エンコーダユニット17のエンコーダの検出結果に基づいて実行されてもよい。   First, the control unit 32 determines whether or not the right leg F is in the free leg state and the bending assist operation is performed (step S21). This determination may be performed based on the detection result of the encoder of the motor / encoder unit 17, for example.

右脚部Fが遊脚状態であり、屈曲アシストの動作がなされている場合(ステップS21のNo)、制御部32は、モータを制御して、屈曲アシストの動作を継続させる(ステップS22)。   When the right leg F is in the free leg state and the bending assist operation is performed (No in step S21), the control unit 32 controls the motor to continue the bending assist operation (step S22).

右脚部Fが遊脚状態ではない、即ち立脚状態である場合(ステップS21のYes)、垂直荷重センサ22の状態として、荷重がかかっている状態(即ち、荷重センサユニット11が接地している状態)と、荷重がかかっていない状態(即ち、荷重センサユニット11が接地していない状態)の2通りが考えられる。以下の説明では、前者を荷重状態とし、後者を抜重状態と定義する。以下のフローで、制御部32は、その状態を判定する処理を行う。   When the right leg F is not in the free leg state, that is, in the standing state (Yes in Step S21), the vertical load sensor 22 is in a state where a load is applied (that is, the load sensor unit 11 is grounded). State) and a state in which no load is applied (that is, a state in which the load sensor unit 11 is not grounded). In the following description, the former is defined as a load state, and the latter is defined as a heavy state. In the following flow, the control unit 32 performs processing for determining the state.

まず、制御部32は、前回の状態判定結果が荷重状態であるか否かを判定する(ステップS23)。   First, the control unit 32 determines whether or not the previous state determination result is a load state (step S23).

前回の状態判定結果が荷重状態であるときには(ステップS23のYes)、制御部32は、現在の垂直荷重センサ22の全測定値の合計(総荷重量)が、所定の抜重判定閾値Xよりも小さいか否かを判定する(ステップS24)。   When the previous state determination result is a load state (Yes in step S23), the control unit 32 indicates that the total of all the measured values of the current vertical load sensor 22 (total load amount) is greater than a predetermined weight determination threshold value X. It is determined whether it is small (step S24).

総荷重量が抜重判定閾値Xよりも小さい場合には(ステップS24のYes)、制御部32は、現在の状態が抜重状態であると判定する(ステップS25)。逆に、総荷重量が抜重判定閾値X以上である場合には(ステップS24のNo)、制御部32は、現在の状態が荷重状態であると判定する(ステップS26)。   When the total load amount is smaller than the weight determination threshold value X (Yes in step S24), the control unit 32 determines that the current state is the weight removal state (step S25). On the other hand, when the total load amount is equal to or greater than the extraction determination threshold value X (No in step S24), the control unit 32 determines that the current state is the load state (step S26).

ステップS23において、前回の状態判定結果が抜重状態であるときには(ステップS23のNo)、制御部32は、総荷重量が、所定の荷重判定閾値Yよりも大きいか否かを判定する(ステップS27)。XとYの大小関係は、一例として、X≦Yである。   In step S23, when the previous state determination result is in the heavy state (No in step S23), the control unit 32 determines whether or not the total load amount is larger than a predetermined load determination threshold Y (step S27). ). As an example, the magnitude relationship between X and Y is X ≦ Y.

総荷重量が荷重判定閾値Yよりも大きい場合には(ステップS27のYes)、制御部32は、現在の状態が荷重状態であると判定する(ステップS26)。逆に、総荷重量が荷重判定閾値Y以下である場合には(ステップS27のNo)、制御部32は、現在の状態が抜重状態であると判定する(ステップS25)。以上に示した状態判定結果は、制御ECU18内のメモリに格納され、後述のステップS28の判定及び、次回のステップS23の判定で用いられる。   When the total load amount is larger than the load determination threshold Y (Yes in step S27), the control unit 32 determines that the current state is the load state (step S26). On the other hand, when the total load amount is equal to or less than the load determination threshold Y (No in step S27), the control unit 32 determines that the current state is the heavy load state (step S25). The state determination results shown above are stored in the memory in the control ECU 18, and are used in the determination in step S28 described later and the determination in the next step S23.

制御部32は、現在の状態判定結果と、前回の状態判定結果とを比較し、現在、荷重状態から抜重状態に遷移した状態であるか否かを判定する(ステップS28)。   The control unit 32 compares the current state determination result with the previous state determination result, and determines whether or not the current state is the state in which the load state has changed to the heavy load state (step S28).

荷重状態から抜重状態に遷移した状態である場合(ステップS28のYes)、制御部32は、ユーザの歩行に伴い、右脚部Fが接地した状態から離れている状態に移行していると判定する。この場合、制御部32は、モータを制御して、屈曲アシストの動作を開始する(ステップS29)。   When it is the state which changed from the load state to the heavy weight state (Yes of step S28), it determines with the control part 32 having changed to the state which left | separated from the state which the right leg part F grounded with the user's walk. To do. In this case, the control unit 32 controls the motor to start the bending assist operation (step S29).

荷重状態から抜重状態に遷移していない場合(ステップS28のNo)、制御部32は、右脚部Fが地面に着いた状態から離れている状態に移行していないと判定する。この場合、制御部32は、屈曲アシストの動作を行わず、立脚状態を保持する制御を実施して、モータを駆動させる(ステップS30)。   When the load state has not changed to the depressing state (No in step S28), the control unit 32 determines that the right leg portion F has not shifted to the state away from the state where the right leg portion F has reached the ground. In this case, the control unit 32 performs the control to maintain the standing state without performing the bending assist operation, and drives the motor (step S30).

以上のように、制御ECU18は、荷重センサユニット11に取り付けられた垂直荷重センサ22の全測定値に基づいて、ユーザの歩行動作を補助するように、モータ・エンコーダユニット17中に内蔵されたモータを駆動する。なお、制御ECU18は、モータ・エンコーダユニット17中のエンコーダの検出結果に基づいて、モータ・エンコーダユニット17中のモータの駆動を制御することもできる。   As described above, the control ECU 18 includes a motor built in the motor / encoder unit 17 so as to assist the user's walking motion based on all the measured values of the vertical load sensor 22 attached to the load sensor unit 11. Drive. The control ECU 18 can also control the drive of the motor in the motor / encoder unit 17 based on the detection result of the encoder in the motor / encoder unit 17.

歩行補助装置において、ユーザの足裏に取付けられる荷重センサの測定値は、地面からの反力による荷重値に、所定のオフセット値が加わった値となる。図7は、理想測定値(地面からの反力による荷重値)と、実際の測定値(地面からの反力による荷重値に所定のオフセット値が加わった値)との関係の一例を示すグラフである。図7に示すように、荷重センサの測定対象となる脚が抜重状態となっても、荷重センサの測定値は0にならず、所定のオフセット値となる。   In the walking assist device, the measured value of the load sensor attached to the user's sole is a value obtained by adding a predetermined offset value to the load value due to the reaction force from the ground. FIG. 7 is a graph showing an example of a relationship between an ideal measurement value (a load value due to a reaction force from the ground) and an actual measurement value (a value obtained by adding a predetermined offset value to a load value due to a reaction force from the ground) It is. As shown in FIG. 7, even if the leg to be measured by the load sensor is in a state of being pulled, the measured value of the load sensor does not become 0 but becomes a predetermined offset value.

このオフセット値を補正しないまま、荷重センサの測定値に基づいて歩行補助装置の制御を実行すると、荷重センサの測定対象となる脚が遊脚であっても、歩行補助装置は接地反力がその脚に掛かっていると誤認識する可能性がある。このため、歩行補助装置は、自身の正確な制御ができなくなる可能性がある。従って、上述のオフセット値をキャンセルするように、測定データを校正する必要がある。   If the control of the walking assist device is executed based on the measurement value of the load sensor without correcting the offset value, even if the leg to be measured by the load sensor is a free leg, the walking assist device has a ground reaction force. There is a possibility of misrecognizing that it is on the leg. For this reason, the walking assist device may not be able to perform accurate control of itself. Therefore, it is necessary to calibrate the measurement data so as to cancel the offset value.

ここで、歩行補助装置の使用前に、荷重センサのオフセット値をキャンセルするような校正を実行するのは、ユーザにとって手間がかかってしまうことがある。例えば、校正に際し、荷重センサに荷重がかからないようにするために、ユーザが歩行補助装置を治具等に固定して、荷重センサを接地しない状態にする作業の必要があるといったことが考えられる。   Here, it may be time-consuming for the user to execute calibration that cancels the offset value of the load sensor before using the walking assistance device. For example, during calibration, in order to prevent a load from being applied to the load sensor, it may be necessary for the user to fix the walking assist device to a jig or the like so that the load sensor is not grounded.

また、オフセット値は、荷重センサを取付けるメカのたわみ等の変化や、荷重センサの電気的特性の変化等により変化する。従って、ユーザが歩行補助装置を使用している最中でも、歩行の経過又は歩行補助装置の継時変化によってオフセット値が変化する場合がある。このため、歩行補助装置の使用前にオフセット値の校正を実行しても、ユーザの歩行中にオフセット値が校正時の値からずれる可能性がある。この場合には、荷重センサの測定対象となる脚が遊脚である場合でも、荷重センサの測定値が正確に校正されなくなってしまい、歩行補助装置は、自身の正確な制御ができなくなる可能性がある。   The offset value changes due to a change in the deflection of the mechanism to which the load sensor is attached, a change in the electrical characteristics of the load sensor, and the like. Therefore, even while the user is using the walking assistance device, the offset value may change due to the progress of walking or the change of the walking assistance device over time. For this reason, even if the offset value is calibrated before using the walking assistance device, the offset value may deviate from the value at the time of calibration while the user is walking. In this case, even if the leg to be measured by the load sensor is a free leg, the measurement value of the load sensor may not be accurately calibrated, and the walking assistance device may not be able to accurately control itself. There is.

しかしながら、実施の形態において、歩行補助装置1は、ユーザの足裏部Sが地面から離れているときの測定値に基づいてオフセット値を算出することで、測定値を校正している。従って、ユーザがオフセット値の校正を行う必要がなく、歩行補助装置1が自動的にオフセット値の校正を行うため、歩行補助装置1の使用におけるユーザの手間が減少する。   However, in the embodiment, the walking assist device 1 calibrates the measurement value by calculating the offset value based on the measurement value when the user's sole S is away from the ground. Therefore, it is not necessary for the user to calibrate the offset value, and the walking assist device 1 automatically calibrates the offset value, so that the user's trouble in using the walking assist device 1 is reduced.

また、歩行中における正確なオフセット値を算出でき、そのオフセット値で測定値を校正するため、荷重センサの測定値を正確に校正することができる。さらに、図4〜図5に示したフローをユーザの歩行中に繰り返すことにより、荷重センサのオフセット値が変化しても、測定値を正確に校正することができる。   In addition, an accurate offset value during walking can be calculated, and the measured value is calibrated with the offset value. Therefore, the measured value of the load sensor can be calibrated accurately. Furthermore, by repeating the flow shown in FIGS. 4 to 5 while the user is walking, the measured value can be accurately calibrated even if the offset value of the load sensor changes.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。例えば、荷重センサユニット11に設けられる垂直荷重センサ22の数は、4つ以外の数であってもよい。換言すれば、垂直荷重センサ22の数は、1つ又は複数の数であれば、いかなる数でもよい。また、ユーザの右脚部ではなく、左脚部(又は左右両方の脚部)の足裏に荷重センサユニット11が取り付けられてもよい。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. For example, the number of vertical load sensors 22 provided in the load sensor unit 11 may be a number other than four. In other words, the number of the vertical load sensors 22 may be any number as long as it is one or more. Further, the load sensor unit 11 may be attached to the sole of the left leg (or both the left and right legs) instead of the user's right leg.

本発明は、歩行補助装置に設けられた荷重センサユニット11だけではなく、自立して二足歩行を行うロボットの脚部に設けられた荷重センサについても、同様に適用可能である。ここで、ロボットは、荷重センサの測定値に基づいて、歩行動作を行う。   The present invention can be similarly applied not only to the load sensor unit 11 provided in the walking assistance device but also to the load sensor provided in the leg portion of the robot that performs the bipedal walking independently. Here, the robot performs a walking motion based on the measurement value of the load sensor.

1 歩行補助装置
11 荷重センサユニット
17 モータ・エンコーダユニット
18 制御ECU
21 足裏ユニット
22 垂直荷重センサ
31 校正部
32 制御部
1 walking assist device 11 load sensor unit 17 motor / encoder unit 18 control ECU
21 Sole unit 22 Vertical load sensor 31 Calibration unit 32 Control unit

Claims (1)

ユーザの歩行を補助する歩行補助装置が実行する、歩行中にユーザの足裏部が地面から受ける荷重を測定する荷重センサの測定値の校正方法であって、
前記荷重センサの測定値が所定値以下であるか否かに基づいて、前記足裏部が地面から離れているか否かを判定し、
前記足裏部が地面から離れているときの前記測定値の時間平均値を算出することでオフセット値を算出し、
前記測定値から前記オフセット値を減算することで前記測定値を校正する、
荷重センサの測定値の校正方法。
A method for calibrating a measurement value of a load sensor that measures a load that a user's sole receives from the ground during walking, executed by a walking assist device that assists the user's walking,
Based on whether or not the measurement value of the load sensor is equal to or less than a predetermined value, it is determined whether the sole is away from the ground,
Calculate the offset value by calculating the time average value of the measured value when the sole is away from the ground,
Calibrating the measurement value by subtracting the offset value from the measurement value;
Calibration method for load sensor measurements.
JP2015078334A 2015-04-07 2015-04-07 Method for calibrating measured value of load sensor Pending JP2016200400A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015078334A JP2016200400A (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for calibrating measured value of load sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2015078334A JP2016200400A (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for calibrating measured value of load sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2016200400A true JP2016200400A (en) 2016-12-01

Family

ID=57423720

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2015078334A Pending JP2016200400A (en) 2015-04-07 2015-04-07 Method for calibrating measured value of load sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2016200400A (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190101223A (en) * 2018-02-22 2019-08-30 주식회사 엔젤로보틱스 Ground Reaction Force Sensor Module, Shoe having the same, Measuring System of Ground reaction Force of Sole and Measuring Method of Ground reaction Force of Sole

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0843220A (en) * 1994-07-30 1996-02-16 Sanyo Electric Co Ltd Circuit for automatically correcting zero point of inner force sensor
JP2004132733A (en) * 2002-10-08 2004-04-30 Mitsubishi Motors Corp Vehicle seat load detection device
US6836744B1 (en) * 2000-08-18 2004-12-28 Fareid A. Asphahani Portable system for analyzing human gait
WO2012056795A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 アルプス電気株式会社 Input device and display device
JP2012125326A (en) * 2010-12-14 2012-07-05 Toyota Motor Corp Floor reaction force measuring apparatus and ground detecting device

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0843220A (en) * 1994-07-30 1996-02-16 Sanyo Electric Co Ltd Circuit for automatically correcting zero point of inner force sensor
US6836744B1 (en) * 2000-08-18 2004-12-28 Fareid A. Asphahani Portable system for analyzing human gait
JP2004132733A (en) * 2002-10-08 2004-04-30 Mitsubishi Motors Corp Vehicle seat load detection device
WO2012056795A1 (en) * 2010-10-27 2012-05-03 アルプス電気株式会社 Input device and display device
JP2012125326A (en) * 2010-12-14 2012-07-05 Toyota Motor Corp Floor reaction force measuring apparatus and ground detecting device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190101223A (en) * 2018-02-22 2019-08-30 주식회사 엔젤로보틱스 Ground Reaction Force Sensor Module, Shoe having the same, Measuring System of Ground reaction Force of Sole and Measuring Method of Ground reaction Force of Sole
KR102095439B1 (en) 2018-02-22 2020-04-24 주식회사 엔젤로보틱스 Ground Reaction Force Sensor Module, Shoe having the same, Measuring System of Ground reaction Force of Sole and Measuring Method of Ground reaction Force of Sole

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102566102B1 (en) Walking assistance apparatus and method for controlling the walking assistance apparatus
US11622906B2 (en) Ankle-less walking assistant apparatus and method for controlling the same
KR101463684B1 (en) Method for measuring abnormal waking step
JP5157888B2 (en) Walking assist device
JP5109891B2 (en) Walking assist device
US20090036815A1 (en) Walking assistance device
CN105640735B (en) Load determination method
KR20150083331A (en) a walking assist device and a method for controlling the the walking assist device
JPH10175180A (en) Foot bottom earthing position detecting device of leg type moving robot
JP2003236782A (en) Bipedal movement device and walking control device for the device
US20100070076A1 (en) Robot control apparatus, robot control method, and computer readable recording medium having recorded thereon a robot control program
KR20150070720A (en) A walk-assistive apparatus and a method for controlling the walk-assistive apparatus
JP2014068869A (en) Walking support device and walking support program
JP2019122664A (en) Walking training device and control device thereof
JP5782788B2 (en) Walking assist device
JP2016200400A (en) Method for calibrating measured value of load sensor
JP2011200394A (en) Device and method for analyzing walking action, and program
JP6380214B2 (en) How to determine the takeoff of the sole
JP5040693B2 (en) Legged robot and control method thereof
JP7352516B2 (en) Leg movement recognition device and leg movement assist device
KR101795139B1 (en) Method and system for controlling walking of wearable robot
JP6887059B2 (en) Walking phase estimation device and walking assist device equipped with this
JP2008264882A (en) Evaluation method for walking condition and walking control method
JP2013208292A (en) Walking assistance device and walking assistance program
JP6233254B2 (en) How to estimate the load value

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20170425

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20180206

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20180220

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20180821