JP2021028047A - Walking support device - Google Patents

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三宅 美博
Yoshihiro Miyake
美博 三宅
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Tokyo Institute of Technology NUC
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Abstract

To provide a walking support device capable of improving at least one of problems in conventional walking support methods.SOLUTION: A walking support device 2 supports a walking movement of a walker 4. The walker 4 may be an older person, a handicapped person, a wounded person, an athlete or a learner. A measuring part 10 measures walking information of the walker 4, and generates data S2 showing the walking information. An attachment tool 20 works on an arm of the walker 4 according to the walking information data S2 measured by the measuring part 10 to assist in an arm movement during walking, and to thereby improve the walking movement.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、人間の歩行運動を支援し、改善する技術に関する。 The present invention relates to a technique for supporting and improving human walking movement.

歩行運動に障害を有する高齢者や障害者、傷病者の歩行運動を支援し、あるいはリハビリテーションにより改善させるために、歩行支援装置が用いられる。従来、歩行を支援、改善する方法としては、脚運動を直接支援する方法があった。具体的には、義足やパワーアシストロボット(アクチュエータ)などにより、脚運動に直接、力学的に介在する方法が提案されている。歩行を支援、改善する別の方法としては、歩行のリズムを計測し、歩行に同調制御されたリズム刺激を歩行者に与えることにより、間接的に脚運動を支援する方法なども提案されている(たとえば特許文献1〜3参照)。 A walking support device is used to support the walking movement of the elderly, the disabled, and the sick and injured who have a walking movement disorder, or to improve it by rehabilitation. Conventionally, as a method of supporting and improving walking, there has been a method of directly supporting leg movement. Specifically, a method of directly and mechanically intervening in leg movement by using an artificial leg or a power assist robot (actuator) has been proposed. As another method of supporting and improving walking, a method of indirectly supporting leg movement by measuring the walking rhythm and giving the pedestrian a rhythm stimulus synchronized with walking has been proposed. (See, for example, Patent Documents 1 to 3).

特開2010−264320号公報JP-A-2010-264320 特開2006−102156号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-102156 特開2005−227909号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2005-227909

しかしながら、脚運動に直接介在する方法では、脚部に外部から力学的に作用して歩行運動を促すため、トラブル発生時に転倒を誘発するなど、安全性に課題がある。また、歩行に障害や問題をかかえる歩行者の脚を強制的に動かすため、歩行者に苦痛を与える場合もありえる。さらに、歩行者が、歩行支援装置によりアシストされた状態に慣れると、脚部の運動能力が退化し、むしろ歩行支援装置なしでは歩行できなくなる恐れもあり、学習効果の観点からも課題を有している。 However, the method that directly intervenes in the leg movement has a safety problem such as inducing a fall when a trouble occurs because the leg is mechanically acted on the leg from the outside to promote the walking movement. In addition, the legs of pedestrians who have difficulty or problems in walking are forcibly moved, which may cause pain to the pedestrian. Furthermore, when a pedestrian becomes accustomed to the state assisted by the walking support device, the motor ability of the legs deteriorates, and there is a risk that the pedestrian cannot walk without the walking support device, which poses a problem from the viewpoint of learning effect. ing.

本発明は係る状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、従来の歩行支援方法の問題点の少なくともひとつを改善可能な歩行支援装置の提供にある。 The present invention has been made in such a situation, and one of the exemplary objects of the embodiment is to provide a walking support device capable of improving at least one of the problems of the conventional walking support method.

本発明のある態様は歩行支援装置に関する。歩行支援装置は、歩行者の歩行情報を測定する測定部と、測定部により測定された歩行情報に応じて、歩行者の腕に作用する装着具と、を備える。 One aspect of the present invention relates to a walking support device. The walking support device includes a measuring unit that measures the walking information of the pedestrian, and a fitting that acts on the pedestrian's arm according to the walking information measured by the measuring unit.

本発明者は、歩行運動に際して、脚運動と腕運動とは、脳を介して相互に密接に関連していることを認識した。この態様によれば、脚運動ではなく、脳に関連する腕運動に介在することにより、歩行運動を内面から改善することができる。これにより、脚運動に直接介在する場合に比べて、安全性の改善、歩行者に与える苦痛の低減、運動能力の低下の抑制、学習効果の少なくともひとつを実現することができる。
「歩行情報」とは、歩行に関する情報であり、(i)腕や脚、胸部、腰部、腹部、首、頭、重心など各部位の軌跡を示す情報、(ii)歩行時の姿勢を示す情報、(iii)腕振り運動の周波数、脚の運動の周波数、それらの位相関係などの歩行のリズムに関連する情報、を含みうる。また本明細書において「腕」は、肩から指先までの部位を意味する。
The present inventor has recognized that leg movements and arm movements are closely related to each other through the brain during walking movements. According to this aspect, the walking movement can be improved from the inside by intervening in the arm movement related to the brain instead of the leg movement. As a result, at least one of safety improvement, reduction of pain given to pedestrians, suppression of decrease in athletic ability, and learning effect can be realized as compared with the case of directly intervening in leg movement.
"Walking information" is information related to walking, (i) information indicating the trajectory of each part such as arms, legs, chest, waist, abdomen, neck, head, and center of gravity, and (ii) information indicating posture during walking. , (Iii) Information related to the walking rhythm, such as the frequency of arm swing movement, the frequency of leg movement, and their phase relationship. Further, in the present specification, the "arm" means a portion from the shoulder to the fingertip.

装着具は、測定部による測定結果に応じて歩行者の肘関節の曲げ角を調節可能に構成されてもよい。装着具は、測定部による測定結果に応じて歩行者の肘関節の可動範囲を制約可能に構成されてもよい。
肘関節の曲げ角を変化させることにより、腕の慣性モーメントを変化させることができ、歩行運動の姿勢を制御することができる。
The fitting may be configured so that the bending angle of the pedestrian's elbow joint can be adjusted according to the measurement result by the measuring unit. The fitting may be configured so that the movable range of the pedestrian's elbow joint can be restricted according to the measurement result by the measuring unit.
By changing the bending angle of the elbow joint, the moment of inertia of the arm can be changed, and the posture of the walking motion can be controlled.

装着具は、測定部による測定結果に応じて歩行者の肩関節の角度を調節可能に構成されてもよい。装着具は、測定部による測定結果に応じて歩行者の肩関節の可動範囲を制約可能に構成されてもよい。 The wearer may be configured so that the angle of the shoulder joint of the pedestrian can be adjusted according to the measurement result by the measuring unit. The wearer may be configured so that the movable range of the pedestrian's shoulder joint can be restricted according to the measurement result by the measuring unit.

装着具は、歩行運動と同調して肘関節の曲げ角を制御可能に構成されてもよい。装着具は、歩行運動と同調して肩関節の曲げ角を制御可能に構成されてもよい。 The fitting may be configured to be able to control the bending angle of the elbow joint in synchronization with the walking motion. The wearer may be configured to control the bending angle of the shoulder joint in synchronization with the walking motion.

測定部は、歩行者の腰部または腹部に装着されたセンサを含んでもよい。歩行情報は、腰部または腹部の軌道を含んでもよい。 The measuring unit may include a sensor mounted on the waist or abdomen of a pedestrian. The gait information may include the lumbar or abdominal trajectory.

装着具は、軌道が左右対称となるように調節されてもよい。 The fitting may be adjusted so that the trajectory is symmetrical.

なお、以上の構成要素を任意に組み合わせたもの、あるいは本発明の表現を、方法、装置などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。 It should be noted that an arbitrary combination of the above components or a conversion of the expression of the present invention between methods, devices and the like is also effective as an aspect of the present invention.

本発明のある態様によれば、安全性の改善、歩行者に与える苦痛の低減、運動能力の低下の抑制、学習効果の少なくともひとつを実現することができる。 According to an aspect of the present invention, at least one of improvement of safety, reduction of pain given to pedestrians, suppression of decrease in athletic ability, and learning effect can be realized.

実施の形態に係る歩行支援装置を示す図である。It is a figure which shows the walking support device which concerns on embodiment. 測定部により測定される、歩行者の腰部の軌道を示す図である。It is a figure which shows the trajectory of the waist part of a pedestrian measured by a measuring part. 図3(a)、(b)は、装着具を示す図である。3 (a) and 3 (b) are views showing the fittings. 図4(a)、(b)は、装着具による拘束無しの状態、右肘のみを装着具で拘束した状態、それぞれの腰部の揺動軌道を示す図である。4 (a) and 4 (b) are views showing a state in which no restraint is made by the fitting, a state in which only the right elbow is restrained by the fitting, and a swing trajectory of each lumbar region. 図5(a)、(b)は、装着具による拘束無しの状態、両肘を装着具で拘束した状態、それぞれの腰部の揺動軌道を示す図である。5 (a) and 5 (b) are views showing a state in which the elbows are restrained by the wearer, a state in which both elbows are restrained by the wearer, and a swing trajectory of each lumbar region. 図6(a)は、被験者の右膝関節が固定される様子を、図6(b)は、装着具により右膝関節が固定される様子を示す図である。FIG. 6A is a diagram showing how the right knee joint of the subject is fixed, and FIG. 6B is a diagram showing how the right knee joint is fixed by the wearer. 図7(a)〜(c)は、擬似的な片麻痺歩行運動が歩行支援装置により改善される様子を示す図である。7 (a) to 7 (c) are diagrams showing how the pseudo hemiplegic walking motion is improved by the walking support device.

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。 Hereinafter, the present invention will be described with reference to the drawings based on preferred embodiments. The same or equivalent components, members, and processes shown in the drawings shall be designated by the same reference numerals, and redundant description will be omitted as appropriate. Further, the embodiment is not limited to the invention but is an example, and all the features and combinations thereof described in the embodiment are not necessarily essential to the invention.

図1は、実施の形態に係る歩行支援装置2を示す図である。歩行支援装置2は、歩行者(被験者)4の歩行を支援する。歩行支援装置2は、高齢者や障害者、傷病者などの、自由な歩行がままならない歩行者4を対象とする。 FIG. 1 is a diagram showing a walking support device 2 according to an embodiment. The walking support device 2 supports the walking of the pedestrian (subject) 4. The walking support device 2 targets pedestrians 4 who cannot walk freely, such as elderly people, persons with disabilities, and injured persons.

歩行支援装置2は、主として、測定部10および装着具20を備える。測定部10は、歩行者4の歩行情報を測定する。測定部10は、たとえば特許文献1に記載の歩容評価システムを利用することができる。測定部10は、加速度センサ12およびコンピュータ(制御部ともいう)14を含む。加速度センサ12は、歩行者4の腰部あるいは腹部に装着され、歩行者の左右方向(x軸)、鉛直方向(y軸)、進行方向(前後方向、z軸)それぞれに対する加速度を示すデータS1を出力する。コンピュータ14は、加速度センサ12からのデータS1を信号処理し、歩行情報を示すデータ(以下、歩行情報データという)S2を生成する。本実施の形態では、歩行情報データS2は、歩行者4の3次元の腰あるいは腹部の運動の軌道を示すデータである。 The walking support device 2 mainly includes a measuring unit 10 and a fitting 20. The measuring unit 10 measures the walking information of the pedestrian 4. For example, the measuring unit 10 can use the gait evaluation system described in Patent Document 1. The measuring unit 10 includes an acceleration sensor 12 and a computer (also referred to as a control unit) 14. The acceleration sensor 12 is attached to the waist or abdomen of the pedestrian 4, and obtains data S1 indicating acceleration in each of the pedestrian's left-right direction (x-axis), vertical direction (y-axis), and traveling direction (front-back direction, z-axis). Output. The computer 14 signals the data S1 from the acceleration sensor 12 to generate data S2 indicating walking information (hereinafter referred to as walking information data). In the present embodiment, the walking information data S2 is data indicating the trajectory of the three-dimensional waist or abdominal movement of the pedestrian 4.

図2は、測定部10により測定される、歩行者4の腰部の軌道を示す図である。図2の4aは、右脚の踵が接地した状態を、4bは次に左脚の踵が接地した状態、4cは次に右脚の踵が接地した状態を示す。人間の歩行動作は、右脚の踵が接地してから左足の踵が接地するまでの第1期間T1(4a〜4b)と、左脚の踵が接地してから右足の踵が接地するまでの第2期間T2(4b〜4c)との繰り返しと把握される。 FIG. 2 is a diagram showing the trajectory of the lumbar region of the pedestrian 4 as measured by the measuring unit 10. 4a in FIG. 2 shows a state in which the heel of the right leg touches the ground, 4b shows a state in which the heel of the left leg touches the ground next, and 4c shows a state in which the heel of the right leg touches the ground next. Human walking is performed during the first period T1 (4a-4b) from the heel of the right leg touching the ground to the heel of the left foot touching the ground, and from the heel of the left leg touching the ground until the heel of the right foot touches the ground. It is understood that this is a repetition of the second period T2 (4b to 4c).

たとえば測定部10は、図2に示される腰部の運動をXY平面に投影した軌道(以下、揺動軌道という)を、歩行情報データS2として取得してもよい。あるいは、XYZ空間上の軌道を歩行情報データS2として取得してもよいし、時間軸を含めた4次元空間上の軌道を歩行情報データS2として取得しても良いし、XY平面に投影した座標と時間軸を含む3次元空間上の軌道を歩行情報データS2として取得してもよい。 For example, the measuring unit 10 may acquire a trajectory (hereinafter, referred to as a swinging trajectory) obtained by projecting the motion of the lumbar region shown in FIG. 2 on the XY plane as walking information data S2. Alternatively, the trajectory in the XYZ space may be acquired as the walking information data S2, the trajectory in the four-dimensional space including the time axis may be acquired as the walking information data S2, or the coordinates projected on the XY plane. And the trajectory on the three-dimensional space including the time axis may be acquired as walking information data S2.

図1に戻る。コンピュータ14は、歩行者4の腰あるいは腹部の揺動軌道が、理想的な歩行状態におけるそれ(目標軌道という)に近づくように、装着具20を制御するための制御情報S3を生成する。制御情報S3は、装着具20が右腕、左腕のいずれに作用すべきか、どのように作用すべきか、どの程度作用すべきか、いつ作用すべきか、などの情報を含みうる。 Return to FIG. The computer 14 generates control information S3 for controlling the fitting 20 so that the swing trajectory of the waist or abdomen of the pedestrian 4 approaches that (referred to as a target trajectory) in the ideal walking state. The control information S3 may include information such as whether the fitting 20 should act on the right arm or the left arm, how it should act, how much it should act, and when it should act.

装着具20は、歩行者4の腕6に装着され、測定部10による測定結果に応じて、歩行者4の腕6に作用する。本発明者が検討したところ、腕運動は、脚運動と密接に関連しており、腕運動に作用すると、作用した腕運動のみでなく、歩行運動全体に影響が及ぶ。したがって装着具20は、歩行情報、より具体的には測定部10によって測定されるデータS1に、何らかの影響を及ぼすように構成されればよく、腕6に与える作用については特に限定されない。 The attachment 20 is attached to the arm 6 of the pedestrian 4, and acts on the arm 6 of the pedestrian 4 according to the measurement result by the measuring unit 10. As examined by the present inventor, arm movement is closely related to leg movement, and when it acts on arm movement, it affects not only the acting arm movement but also the entire walking movement. Therefore, the wearer 20 may be configured to have some influence on the walking information, more specifically, the data S1 measured by the measuring unit 10, and the action on the arm 6 is not particularly limited.

腕6とは、肩から指先の部分までをいい、「腕6に作用する」とは、具体的には、腕の関節、すなわち、肩関節、肘関節、手首の関節、指関節のいずれか、あるいは任意の組み合わせに作用することを含む。また、関節に作用するとは、その関節の曲げ角を所定値に制御すること、関節の可動範囲を所定範囲に制約すること、関節運動に対して、抵抗(負荷)を与えること、などを含む。 The arm 6 means from the shoulder to the fingertip, and specifically, "acting on the arm 6" means any of the arm joints, that is, the shoulder joint, the elbow joint, the wrist joint, and the finger joint. , Or acting on any combination. In addition, acting on a joint includes controlling the bending angle of the joint to a predetermined value, restricting the movable range of the joint to a predetermined range, giving resistance (load) to joint movement, and the like. ..

本実施の形態では、装着具20は、歩行者4の肘関節に作用する。図3(a)、(b)は、装着具20を示す図である。本実施の形態において装着具20は、肘関節の曲げ角θに作用するものとする。 In this embodiment, the fitting 20 acts on the elbow joint of the pedestrian 4. 3 (a) and 3 (b) are views showing the fitting 20. In the present embodiment, the fitting 20 acts on the bending angle θ of the elbow joint.

たとえば装着具20は、上腕に固定される第1部分22と、前腕に固定される第2部分24と、第1部分22と第2部分24の距離Lを変化させる調節部材26を備えてもよい。調節部材26は、電動アクチュエータを用いて構成されてもよく、さらには、コンピュータ14により生成された制御情報S3にもとづいて、自動的に、曲げ角θを制御可能となっていてもよい。 For example, the fitting 20 may include a first portion 22 fixed to the upper arm, a second portion 24 fixed to the forearm, and an adjusting member 26 for changing the distance L between the first portion 22 and the second portion 24. Good. The adjusting member 26 may be configured by using an electric actuator, and further, the bending angle θ may be automatically controllable based on the control information S3 generated by the computer 14.

あるいは調節部材26は、手動によってその長さLが調節可能であってもよい。この場合、歩行者4自身が、あるいは介助者が、コンピュータ14により生成された制御情報S3にもとづいて手動で曲げ角θを変化させてもよい。 Alternatively, the length L of the adjusting member 26 may be manually adjusted. In this case, the pedestrian 4 itself or the caregiver may manually change the bending angle θ based on the control information S3 generated by the computer 14.

なお装着具20の具体的な構成は特に限定されず、肘関節の角度θを調節できればよい。 The specific configuration of the fitting 20 is not particularly limited, and it is sufficient that the angle θ of the elbow joint can be adjusted.

また装着具20は、必要に応じて、具体的にはコンピュータ14により生成された制御情報S3にもとづいて、歩行者4の右腕のみ、左腕のみ、あるいは両腕に装着される。両腕に装着される場合、それぞれの肘関節の角度θl、θrが異なることもあり得る。 Further, the fitting 20 is attached to only the right arm, only the left arm, or both arms of the pedestrian 4 as needed, specifically based on the control information S3 generated by the computer 14. When attached to both arms, the angles θl and θr of the elbow joints may be different.

以上が実施の形態に係る歩行支援装置2の構成である。 The above is the configuration of the walking support device 2 according to the embodiment.

本発明者は、歩行支援装置2の有効性を検証するために、以下の実験を行った。
実験では、健常者を対象として、装着具20による拘束無しの状態、右肘のみを装着具20で拘束した状態、両肘とも装着具20により拘束した状態、それぞれについて、腰部の揺動軌道を測定した。
The present inventor conducted the following experiment in order to verify the effectiveness of the walking support device 2.
In the experiment, for healthy subjects, the swing trajectory of the lumbar region was determined for each of the state without restraint by the fitting 20, the state where only the right elbow was restrained by the fitting 20, and the state where both elbows were restrained by the fitting 20. It was measured.

図4(a)、(b)は、装着具20による拘束無しの状態、右肘のみを装着具20で拘束した状態、それぞれの腰部の揺動軌道を示す図である。軌道に示される丸印は、接地点における腰部の座標を示す。 4 (a) and 4 (b) are views showing a state in which the fitting 20 is not restrained, a state in which only the right elbow is restrained by the fitting 20, and a swing trajectory of each lumbar region. The circles shown on the orbit indicate the coordinates of the lumbar region at the ground contact point.

図4(a)と(b)の軌道を比較すると、右肘の角度θrを固定することにより、左右方向の振幅が小さくなり、また、右側最下点(右脚接地点)の高さが高くなり、左右脚の運動に非対称性が発生することがわかる。 Comparing the trajectories of FIGS. 4 (a) and 4 (b), by fixing the angle θr of the right elbow, the amplitude in the left-right direction becomes smaller, and the height of the lowest right point (right leg grounding point) becomes higher. It can be seen that the height increases and asymmetry occurs in the movement of the left and right legs.

図5(a)、(b)は、装着具20による拘束無しの状態、両肘を装着具20で拘束した状態、それぞれの腰部の揺動軌道を示す図である。図5(a)と(b)の軌道を比較すると、両肘の曲げ角θl、θrそれぞれを固定することにより、左右方向の振幅が、図4(b)の右肘のみ固定した場合に比べてさらに小さくなることが分かる。 5 (a) and 5 (b) are views showing a state in which the fitting 20 is not restrained, a state in which both elbows are restrained by the fitting 20, and a swing trajectory of each lumbar region. Comparing the trajectories of FIGS. 5 (a) and 5 (b), by fixing the bending angles θl and θr of both elbows, the amplitude in the left-right direction is compared with the case where only the right elbow of FIG. 4 (b) is fixed. It turns out that it becomes even smaller.

このように、肘を拘束することにより、さらには、左右のいずれの肘を拘束するかによって、歩行運動に影響を与え、腰部の軌道を変化させることができることが分かる。 In this way, it can be seen that by restraining the elbows, further, depending on which of the left and right elbows is restrained, the walking motion can be affected and the trajectory of the lumbar region can be changed.

続いて、健常者である被験者の右膝関節の角度を固定し、擬似的な片麻痺歩行を模擬し、歩行支援装置2の有効性を検証した。図6(a)は、被験者の右膝関節が固定される様子を、図6(b)は、装着具20により右膝関節が固定される様子を示す図である。肘関節の角度θは約90度である。 Subsequently, the angle of the right knee joint of a healthy subject was fixed, a pseudo hemiplegic gait was simulated, and the effectiveness of the gait support device 2 was verified. FIG. 6A is a diagram showing how the right knee joint of the subject is fixed, and FIG. 6B is a diagram showing how the right knee joint is fixed by the attachment 20. The angle θ of the elbow joint is about 90 degrees.

図7(a)〜(c)は、擬似的な片麻痺歩行運動が歩行支援装置2により改善される様子を示す図である。一般的には、揺動軌道は左右対称であることが望ましく、したがって装着具20は、軌道が左右対称となるように調節すればよい。
図7(a)は、両肘が拘束無しの状態を、図7(b)は、右肘関節が拘束された状態を、図7(c)は左肘関節が拘束された状態を示す。
7 (a) to 7 (c) are diagrams showing how the pseudo hemiplegic walking motion is improved by the walking support device 2. In general, it is desirable that the swing trajectory is symmetrical, and therefore the fitting 20 may be adjusted so that the trajectory is symmetrical.
FIG. 7 (a) shows a state in which both elbows are not restrained, FIG. 7 (b) shows a state in which the right elbow joint is restrained, and FIG. 7 (c) shows a state in which the left elbow joint is restrained.

図7(a)に示すように、片麻痺歩行を模擬した状態では、腰部の揺動軌跡が左右非対称となる。具体的には、左最上点の座標が、右最上点の座標よりも高くなっており、左方向の振幅が、右方向の振幅よりも大きくなっている。また、上下方向の振幅、左右方向の振幅が、図5(a)に示す健常者のそれによりも大きくなっている。 As shown in FIG. 7A, in a state simulating hemiplegic walking, the swing locus of the lumbar region is asymmetrical. Specifically, the coordinates of the uppermost left point are higher than the coordinates of the uppermost right point, and the amplitude in the left direction is larger than the amplitude in the right direction. Further, the amplitude in the vertical direction and the amplitude in the horizontal direction are larger than those of the healthy person shown in FIG. 5 (a).

図7(b)に示すように、麻痺した脚と同じ右側の肘を拘束することにより、図7(a)と比べて左最上点の座標と右最上点の座標の差が減少し、腰の上下方向の揺れが減少していることがわかる。それと同時に、左右方向の振幅も減少しており、左右の揺れが減少している。これは、右肘の拘束により、右腕の慣性モーメントが変化し、右腕の振動数が大きくなり、それにともなって右側の歩行リズムの振動数が上昇し、右脚の運動が促進され、左右のバランスが改善したことが原因として考えられる。 As shown in FIG. 7 (b), by restraining the elbow on the same right side as the paralyzed leg, the difference between the coordinates of the left uppermost point and the coordinate of the right uppermost point is reduced as compared with FIG. It can be seen that the vertical sway of the is reduced. At the same time, the amplitude in the left-right direction is also reduced, and the left-right sway is reduced. This is because the restraint of the right elbow changes the moment of inertia of the right arm, the frequency of the right arm increases, and the frequency of the walking rhythm on the right side rises accordingly, the movement of the right leg is promoted, and the balance between the left and right is promoted. Is considered to be the cause of the improvement.

これとは反対に、図7(c)に示すように麻痺した脚と反対の左側の肘を拘束した場合、図7(a)と比べて左最上点の座標と右最上点の座標の差がさらに大きくなり、腰の上下方向の揺れも拡大していることがわかる。それと同時に、左右方向の振幅も大きくなり左右の揺れが拡大している。これは、左肘の拘束により、左腕の慣性モーメントが変化し、左腕の振動数が大きくなり、それにともなって左側の歩行リズムの振動数が上昇し、もともと麻痺によって歩行リズムの振動数が小さな右側との差が大きくなり、左右のアンバランスが拡大したことが原因として考えられる。 On the contrary, when the left elbow opposite to the paralyzed leg is restrained as shown in FIG. 7 (c), the difference between the coordinates of the left top point and the coordinates of the right top point as compared with FIG. 7 (a). It can be seen that the sway of the waist in the vertical direction is also increasing. At the same time, the amplitude in the left-right direction also increases, and the left-right sway is expanding. This is because the moment of inertia of the left arm changes due to the restraint of the left elbow, the frequency of the left arm increases, the frequency of the walking rhythm on the left side rises accordingly, and the frequency of the walking rhythm is originally small due to paralysis on the right side. It is considered that the cause is that the difference between the two and the left and right is widened and the left and right imbalance is widened.

このように、実施の形態に係る歩行支援装置2によれば片側麻痺を擬似的に再現した被験者の歩行を改善することができるという実験結果が得られた。 As described above, the experimental result that the walking support device 2 according to the embodiment can improve the walking of the subject in which the unilateral paralysis is simulated is obtained.

続いて、実際の高齢者や障害者等の歩行を支援するときの歩行支援装置2の動作を説明する。
測定部10によって歩行状態すなわち軌道が観測される。コンピュータ14は、観測された軌道と目標軌道が一致するように、フィードバックによって制御情報S3を生成し、装着具20を制御してもよい。あるいは、コンピュータ14は、装着具20の状態と、それが軌道に及ぼす影響の関係をあらかじめ学習しておき、観測された軌道にもとづいて、オープンループによって制御情報S3を生成し、装着具20を制御してもよい。
Subsequently, the operation of the walking support device 2 when supporting the walking of an actual elderly person, a handicapped person, or the like will be described.
The walking state, that is, the trajectory is observed by the measuring unit 10. The computer 14 may control the fitting 20 by generating control information S3 by feedback so that the observed trajectory and the target trajectory match. Alternatively, the computer 14 learns in advance the relationship between the state of the fitting 20 and its influence on the trajectory, generates control information S3 by an open loop based on the observed trajectory, and uses the fitting 20. You may control it.

これにより、実際の麻痺患者や障害者、高齢者に対しても、擬似的な麻痺患者に対してと同様に、歩行を改善する効果が得られる。 As a result, the effect of improving walking can be obtained for the actual paralyzed patient, the handicapped person, and the elderly as well as for the pseudo paralyzed patient.

まとめると、従来の歩行支援技術は、脚運動に直接介入することで歩行を改善することを目指すものであった。これに対して、実施の形態に係る歩行支援装置2は、脚運動ではなく、脳の関連する腕運動に介在することにより、歩行運動を内面から改善することができる。これにより、脚運動に直接介在する場合に比べて、安全性の改善、歩行者に与える苦痛の低減、運動能力の低下の抑制、学習効果の少なくともひとつを実現することができる。 In summary, conventional gait support techniques have aimed to improve gait by directly intervening in leg movements. On the other hand, the walking support device 2 according to the embodiment can improve the walking movement from the inside by intervening in the arm movement related to the brain instead of the leg movement. As a result, at least one of safety improvement, reduction of pain given to pedestrians, suppression of decrease in athletic ability, and learning effect can be realized as compared with the case of directly intervening in leg movement.

また、腕の慣性モーメントは、肘関節の角度θによって変化する。したがって、肘関節の角度θを最適化することにより、軌道をより柔軟に変化させ、目標軌道に近づけることができる。 In addition, the moment of inertia of the arm changes depending on the angle θ of the elbow joint. Therefore, by optimizing the angle θ of the elbow joint, the trajectory can be changed more flexibly and approach the target trajectory.

以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、こうした変形例について説明する。 The present invention has been described above based on the embodiments. This embodiment is an example, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications are possible for each of these components and combinations of each processing process, and that such modifications are also within the scope of the present invention. is there. Hereinafter, such a modification will be described.

(変形例1)
実施の形態では、歩行運動の途中で、装着具20の状態は固定されていた。これに対して変形例1では、装着具20は、歩行運動と同調して肘関節の曲げ角θを制御可能に構成されてもよい。これにより歩行運動と同調して慣性モーメント、すなわち腕の振り運動の振動数を1サイクル内で動的に変化させることができ、これにより、歩行者4の歩行情報を目標とするそれに近づけることができる。
(Modification example 1)
In the embodiment, the state of the fitting 20 was fixed during the walking exercise. On the other hand, in the first modification, the fitting 20 may be configured to be able to control the bending angle θ of the elbow joint in synchronization with the walking motion. As a result, the moment of inertia, that is, the frequency of the swinging motion of the arm can be dynamically changed within one cycle in synchronization with the walking motion, whereby the walking information of the pedestrian 4 can be brought closer to the target. it can.

(変形例2)
実施の形態では、装着具20が肘関節の角度を制御する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。変形例2において、装着具20は、肘関節、肩関節、手首の関節、指関節のいずれか、あるいは任意の組み合わせを制御してもよい。肘関節のみでなく、その他の関節の状態も、歩行運動に影響を与えることができる。この場合に、肘関節以外の関節を、歩行運動と同調して変化させてもよい。
(Modification 2)
In the embodiment, the case where the fitting 20 controls the angle of the elbow joint has been described, but the present invention is not limited thereto. In the second modification, the fitting 20 may control any or any combination of the elbow joint, the shoulder joint, the wrist joint, and the knuckle joint. Not only the elbow joint, but also the condition of other joints can affect gait. In this case, joints other than the elbow joint may be changed in synchronization with the walking motion.

(変形例3)
また、装着具20による腕運動への介在に加えて、歩行運動と同調した聴覚的、視覚的、触覚的なリズム刺激を、歩行者に与えてもよい。これにより、歩行者4の歩行運動をより効果的に改善することができる。
(Modification 3)
Further, in addition to the intervention in the arm movement by the wearing tool 20, an auditory, visual, and tactile rhythm stimulus synchronized with the walking movement may be given to the pedestrian. Thereby, the walking motion of the pedestrian 4 can be improved more effectively.

(変形例4)
実施の形態では、測定部10により測定されたXY平面上の軌道が、目標軌道に一致するように、測定部10を制御する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。
たとえば歩行運動の改善の初歩段階では、X座標(つまり横方向の運動)のみ、あるいはY座標(つまり縦方向の運動)のみに着目し、測定されたX座標(あるいはY座標)の軌道が、その目標軌道と一致するように、装着具20を制御してもよい。あるいは、軌道の一部(たとえば右半分のみ、左半分のみ、上側のみ、下側のみ、あるいは斜めの部分のみ)に着目し、着目した部分の軌道が、目標軌道と一致するように装着具20を制御してもよい。
あるいは、Z座標(前後方向)のみに着目し、測定されたZ座標の軌道が、その目標軌道と一致するように、装着具20を制御してもよい。
あるいは、XY平面上の軌道に加えて、X方向の速度、Y方向の速度、あるいは両方が、目標と一致するように、装着具20を制御してもよい。あるいは、XY平面上の軌道に加えて、X方向の加速度、Y方向の加速度、あるいはそれら両方が目標と一致するように、装着具20を制御してもよい。
実施の形態では、XY平面上の軌道に着目したが、XYZ空間における3次元の軌道が、その目標軌道と一致するように、装着具20を制御してもよい。さらには時間軸も含めた4次元的な軌道が、目標軌道と一致するように、装着具20を制御してもよい。
(Modification example 4)
In the embodiment, the case where the measuring unit 10 is controlled so that the trajectory on the XY plane measured by the measuring unit 10 matches the target trajectory has been described, but the present invention is not limited thereto.
For example, in the initial stage of improvement of walking motion, the trajectory of the measured X coordinate (or Y coordinate) is determined by focusing only on the X coordinate (that is, the lateral motion) or the Y coordinate (that is, the vertical motion). The fitting 20 may be controlled so as to match the target trajectory. Alternatively, the attachment 20 focuses on a part of the trajectory (for example, only the right half, only the left half, only the upper side, only the lower side, or only the diagonal part) so that the trajectory of the focused part matches the target trajectory. May be controlled.
Alternatively, the mounting tool 20 may be controlled so that the measured Z-coordinate trajectory coincides with the target trajectory by focusing only on the Z coordinate (front-back direction).
Alternatively, the fitting 20 may be controlled so that, in addition to the trajectory on the XY plane, the velocity in the X direction, the velocity in the Y direction, or both match the target. Alternatively, the fitting 20 may be controlled so that, in addition to the trajectory on the XY plane, the acceleration in the X direction, the acceleration in the Y direction, or both of them match the target.
In the embodiment, the focus is on the trajectory on the XY plane, but the fitting 20 may be controlled so that the three-dimensional trajectory in the XYZ space matches the target trajectory. Further, the fitting 20 may be controlled so that the four-dimensional trajectory including the time axis coincides with the target trajectory.

(変形例5)
実施の形態では、加速度センサ12を用いて歩行情報を測定する場合を説明したが、本発明はそれには限定されない。加速度センサ12に代えて、ジャイロセンサや速度センサを利用してもよい。あるいは3次元モデリングに利用されるように、マーカとカメラの組み合わせによって歩行情報データS2を生成してもよい。あるいは複数のカメラによって歩行者4の歩行運動を記録し、画像処理によって歩行情報データS2を生成してもよい。あるいは、足底部に圧力センサを装着し、あるいは床に圧力センサを配置することにより、(i)歩行のリズム、(ii)足底部の圧力分布、荷重、荷重移動、(iii)歩幅、などを測定し、歩行情報データS2を生成してもよい。
(Modification 5)
In the embodiment, the case where the walking information is measured by using the acceleration sensor 12 has been described, but the present invention is not limited thereto. A gyro sensor or a speed sensor may be used instead of the acceleration sensor 12. Alternatively, walking information data S2 may be generated by a combination of a marker and a camera so as to be used for three-dimensional modeling. Alternatively, the walking motion of the pedestrian 4 may be recorded by a plurality of cameras, and the walking information data S2 may be generated by image processing. Alternatively, by attaching a pressure sensor to the sole of the foot or placing the pressure sensor on the floor, (i) walking rhythm, (ii) pressure distribution on the sole, load, load transfer, (iii) stride length, etc. It may be measured and the walking information data S2 may be generated.

(変形例6)
実施の形態では、腰部のみに着目したが、その他の部位、たとえば、頭部、顎、首、肩、上腕、肘、前腕、大腿、膝、踵、くるぶし、の動きを測定し、歩行情報データS2を取得してもよい。
(Modification 6)
In the embodiment, only the waist is focused, but the movements of other parts such as the head, jaw, neck, shoulders, upper arms, elbows, forearms, thighs, knees, heels, and ankles are measured, and walking information data is obtained. You may acquire S2.

(変形例7)
実施の形態では、高齢者や障害者、傷病者の歩行運動を改善する場合を説明したが、歩行支援装置2の用途はそれには限定されない。歩行支援装置2は、歩行フォームの改善を望むファッションモデルや一般人、アスリートを対象とすることもでき、健常者の歩行フォームの矯正などにも適用することができる。あるいは、歩行支援装置2は、舞踊などの歩行運動を伴う伝統芸能の伝承にも利用することが期待される。
(Modification 7)
In the embodiment, the case of improving the walking movement of the elderly, the handicapped, and the sick and injured has been described, but the use of the walking support device 2 is not limited to that. The walking support device 2 can be targeted at fashion models, ordinary people, and athletes who desire to improve the walking form, and can also be applied to the correction of the walking form of a healthy person. Alternatively, the walking support device 2 is expected to be used for handing down traditional performing arts accompanied by walking movements such as dance.

実施の形態にもとづき、具体的な語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。 Although the present invention has been described using specific terms and phrases based on the embodiments, the embodiments merely indicate the principles and applications of the present invention, and the embodiments are defined in the claims. Many modifications and arrangement changes are permitted without departing from the ideas of the present invention.

2…歩行支援装置、4…歩行者、10…測定部、12…加速度センサ、14…コンピュータ、20…装着具、30…制御部。 2 ... walking support device, 4 ... pedestrian, 10 ... measuring unit, 12 ... acceleration sensor, 14 ... computer, 20 ... wearing tool, 30 ... control unit.

Claims (2)

歩行者の歩行支援装置であって、
前記歩行者の腕、脚、胸部、腰部、腹部、首、頭、前記歩行者の重心のいずれかの軌道にもとづく歩行情報を測定する測定部と、
前記歩行者の腕に取り付けられ、腕振り運動の振動数が変化するように、肩関節または肘関節に作用する装着具と、
前記測定部により測定された前記歩行情報が目標とするそれに近づくように、前記装着具を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする歩行支援装置。
It is a walking support device for pedestrians.
A measuring unit that measures walking information based on the trajectory of any of the pedestrian's arms, legs, chest, waist, abdomen, neck, head, and the pedestrian's center of gravity.
A fitting that is attached to the pedestrian's arm and acts on the shoulder or elbow joint so that the frequency of the arm swinging motion changes.
A control unit that controls the wearing device so that the walking information measured by the measuring unit approaches the target.
A walking support device characterized by being equipped with.
歩行者の歩行支援装置であって、
前記歩行者の腕振り運動と脚の運動の位相関係にもとづく歩行情報を測定する測定部と、
前記歩行者の腕に取り付けられ、腕振り運動の振動数が変化するように、肩関節または肘関節に作用する装着具と、
前記測定部により測定された前記歩行情報が目標とするそれに近づくように、前記装着具を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする歩行支援装置。
It is a walking support device for pedestrians.
A measuring unit that measures walking information based on the phase relationship between the pedestrian's arm swing movement and leg movement,
A fitting that is attached to the pedestrian's arm and acts on the shoulder or elbow joint so that the frequency of the arm swinging motion changes.
A control unit that controls the wearing device so that the walking information measured by the measuring unit approaches the target.
A walking support device characterized by being equipped with.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2011049171A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 本田技研工業株式会社 Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method
JP2019107471A (en) * 2019-02-19 2019-07-04 国立大学法人東京工業大学 Walking support device

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011049171A1 (en) * 2009-10-21 2011-04-28 本田技研工業株式会社 Motion assisting device, control method therefor, and rihabilitation method
JP2019107471A (en) * 2019-02-19 2019-07-04 国立大学法人東京工業大学 Walking support device

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