JP3584505B2 - Walking training machine - Google Patents

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JP3584505B2 JP28478494A JP28478494A JP3584505B2 JP 3584505 B2 JP3584505 B2 JP 3584505B2 JP 28478494 A JP28478494 A JP 28478494A JP 28478494 A JP28478494 A JP 28478494A JP 3584505 B2 JP3584505 B2 JP 3584505B2
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Description

【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、歩行機能の回復または維持を必要とする被訓練者が、歩行の助けに用いる歩行訓練機に関する
【0002】
【従来の技術】
従来の歩行介助装置において、被訓練者の姿勢の矯正と負荷軽減を行う手段としては、例えば特開平2−5953号公報に開示されているような、その下部に車輪を配したフレームにハンドルを設け、被訓練者がこのハンドルにつかまって歩くようした歩行補助器がある。
【0003】
その他、歩行の訓練においては、被訓練者の全身を水槽に入れ浮力によって負荷の軽減を行う「水中歩行訓練」という手法や、実開平2−42625号公報のように上半身を拘束して上方につり上げるものもある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
特開平2−5953号公報に開示されているような、つかまって歩くようにハンドルを設けた歩行介助装置は、手でのみ支持を行っているので、被訓練者にある程度の腕力が要求される。このため、高齢者など身体機能全般が劣化している人には不向きである。
【0005】
また、「水中歩行訓練」は浮力に依るため、負荷軽減の量を容易に変更できない。被訓練者周囲の水量によって調節するとしても、例えば下半身に進行に抗する水の粘性負荷が集中するなどの問題が生じる。
【0006】
実開平2−42625号公報では、被訓練者の姿勢に依らず一定量の負荷軽減を行っているため、被訓練者の姿勢の矯正が十分になされない場合もある。
【0007】
本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、被訓練者の状態に応じて適切な負荷を加えながら、歩行訓練を行うことができる歩行訓練機を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記の目的は、歩行訓練機が前記被訓練者に加える力を基準となる姿勢からのずれの関数として作用させることにより達成される。
【0009】
このために本発明の歩行訓練機は、被訓練者の歩道を成す歩行面を有する歩行面装置と、被訓練者を支持する介助装置と、これら歩行面装置介助装置と制御する制御装置とを有し、介助装置は歩行面装置の上面に位置する基部と、リンク構造をし変位を計測する変位センサ及び力を検出可能なトルクセンサとを有する可動リンク機構と、可動リンク機構の先端に力センサを介して取り付けられ被訓練者を把持する把持部とを備え、制御装置は変位センサが検出した被訓練者の基準姿勢からのずれに基づき被訓練者に及ぼす力を鉛直方向と進行方向ごとに制御し、この被訓練者に及ぼす力は連続する一次関数の組み合わせであり、基準姿勢からのずれが小さな範囲では傾きの小さな直線で、基準姿勢からのずれが大きな範囲では傾きの大きさな直線とし、被訓練者に及ぼす鉛直方向の力については基準姿勢で鉛直上向きにオフセットしているものである
【0010】
そしてこの特徴において、被訓練者の基準となる姿勢情報を入力する手段と、基準姿勢からのずれと被訓練者に及ぼす力の関係を表す関数を入力する手段と、この関数に基づいて被訓練者に及ぼす力を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記介助装置を駆動する駆動手段とを備えるのが好ましい。また、把持部は被訓練者の肩部を把持するように形成されているのがよい。
【0013】
【作用】
被訓練者に加える力を基準となる姿勢からのずれの関数として作用させるため、各被訓練者の能力に応じて適切な設定が可能となり、また歩行中の姿勢により力が変化するため、姿勢変化に応じた姿勢の矯正が実現される。
【0014】
また、歩行介助装置に前記関数を入力する手段を設けることにより、被訓練者の能力に応じて適切な介助力や負荷を発生する関数を採用することが可能であり、より適切な訓練を行うことができる。
【0015】
【実施例】
本発明の介助方式を採用した歩行介助装置の、実施例の構成を図1に示す。
【0016】
本実施例は、歩行機能が不全の被訓練者U(以後、被訓練者U)の歩行訓練に使用する歩行訓練機1である。これは、歩行面装置2、映像表示装置3、介助装置4、統括制御装置5から構成される。なお、訓練の補助を行うものとして、介助者S(図示せず)がいるものとする。
【0017】
歩行面装置2は床面または地上に固定されており、上部には環状ベルトからなる訓練歩道である歩行面6を持ち、この歩行面6は互いに独立に動く右足用歩行面6A、左足用歩行面6Bを持つ。介助要素4は歩行面装置2にその底部が固定された基部4Aと可動リンク機構4Bからなり、可動リンク機構4Bの可動端にある把持部4Cを介して被訓練者Uと介助要素4は接続している。統括制御装置5は、CRT5A、計算機5B、入力手段5Cとしてキーボード(マウス含む)、データベース5Dよりなる。
【0018】
被訓練者Uは歩行面装置2の歩行面6に立ち、歩行を開始する。このとき被訓練者Uは歩行面装置2上に設置された介助要素4によって把持され、姿勢の矯正と負荷軽減を受ける。姿勢の矯正とは、歩行中の被訓練者Uの上半身が鉛直になるよう、姿勢が傾いたらそれを戻す向きに力を作用させることである。また負荷軽減とは、被訓練者Uに鉛直上向きの力を作用させて支えてやることで、被訓練者Uの足が支えるべき重量を軽くすることである。
【0019】
被訓練者Uの歩行方向前面にはスクリーン付きの映像表示装置3があり、歩行に伴ってスクリーン上にデータベース5Dのメモリ等に格納してある風景映像を読み出して投影する。統括制御要素5はこれら各装置と接続されている。
【0020】
続いて、本実施例による歩行訓練の手順の一例として、普段は車椅子に乗っている被訓練者Uが歩行訓練機1を使用して歩行訓練を行う場合を、図2に示す流れ図を用いて説明する。
【0021】
1)設定(S2)
歩行訓練時の映像表示装置3に投影する風景映像の種類と歩行面装置2が被訓練者に与える負荷は、入力手段5Cにより選択する。
【0022】
同じく、入力手段5Cの関数入力手段14により介助要素4が把持部4Cを介して被訓練者Uに加える力を設定する。歩行訓練時と、引き上げ/引き下ろし(訓練前後の被訓練者Uの誘導)での力の設定を行う。
【0023】
2)引き上げ(S3)
被訓練者Uと把持部4Cを接続した後に、介助者Sが把持部4Cを持って誘導し、訓練位置まで誘導する。この時、介助要素4は把持部4Cの位置に依らず常に一定の力を出すようにする。例えば、鉛直上向には被訓練者Uの体重相当、その他の方向には0とすると、介助者Sは被訓練者Uの体重を支えることは介助要素4に任せ、引き上げの誘導を自由に行える。
【0024】
3)歩行訓練(S4)
被訓練者Uは訓練位置に立ち、把持部4Cの具合など事前の点検を行った後に訓練開始となる。訓練中、映像表示装置3と歩行面装置2は被訓練者Uの訓練環境を与え、介助装置4は被訓練者Uの負荷軽減と姿勢の矯正を行う。
【0025】
4)引き下ろし(S5)
2)とは逆に、介助者Sが把持部4Cを持って、被訓練者Uを元の位置まで誘導する。
【0026】
5)訓練終了(S6)
以上で終了である。
【0027】
介助装置4の構成例を図3に示す。
【0028】
介助装置4の基部4Aは歩行面装置2の上面に設置され、基部4Aの上部には2個の回転駆動要素7の固定部7Aが取り付けられ、各回転駆動要素7の回転部7Bには駆動リンク8の一端が取り付けられ、駆動リンク8の他端は短従動リンク9、長従動リンク10と回転可能な節11で連結され、短従動リンク9の他端も長従動リンク10と回転可能な節11で連結されている。
【0029】
長従動リンク10には力センサ12が付き、力センサ12の先には本実施例では被訓練者Uの肩部を把持する把持部4Cが付いている。力センサ12は把持部4Cを介して被訓練者Uと介助装置4の間に作用する力を測定する。把持部4Cの動作領域は鉛直面内にあるため、介助装置4は把持部4Cを介して被訓練者Uに鉛直面内の力を及ぼすことになる。
【0030】
回転駆動要素7には回転角度、角速度、トルクを測定する角度センサ13、角速度センサ14、トルクセンサ15、さらに統括制御装置5からの動作指令とセンサ情報を基に回転駆動要素7を制御する制御要素16が備えられている。
【0031】
ここで、介助要素4に依る歩行訓練中の姿勢の矯正と負荷軽減の方法を説明する。
【0032】
介助装置4の可動範囲は鉛直面内であるから、被訓練者Uに対して及ぼす力は鉛直方向の力と進行(前後)方向の力との合力となる。そこで、ずれと力の関係を示す関数13は鉛直方向と進行方向の2方向について各々設定する。
【0033】
この例では図4のように、ずれに対する力の値の連続性を保つという条件の下で、ずれの大きさによって傾きを変更した1次関数の組み合わせとした。ずれと力の向きは、鉛直方向については鉛直上向きを正、進行方向については前向きを正としている。ずれの原点が基準姿勢となる。関数13を決定する要素は、
F0:ずれが0のときに作用させる力
a1、a2、a3:1次関数の傾き
d1、d2:傾きが切り替わるずれの位置(しきい値)
である。
【0034】
なお、図5以降の関数13は一つの方向のみについて示したものである。
【0035】
例えば鉛直方向について、図5のようにF0(最大で被訓練者Uの体重まで)のみを設定する、つまり力をずれに依らず一定に設定すると、被訓練者Uの負荷軽減のみが行われる。このとき、被訓練者Uは、自身の足で支える重量が体重より小さいため、自身の体重が軽減されたように感じる。従来はプールなどに被訓練者Uの身体を沈めて行う「水中歩行訓練」で、同様の効果を得ていた。しかし本方式では「水中歩行訓練」と異なり、力F0の設定を変更することにより、軽減する負荷の量は被訓練者Uの筋力に応じて任意に設定できる。
【0036】
また、進行方向について図6のようにa1のみ設定し、力とずれの関数を原点を通る直線とすると、被訓練者Uにはずれの大きさに比例しずれと反対向きの力が作用することになり、被訓練者Uは前後からばねで押されているかのような感覚を得る。ずれの原点を例えば直立した状態にすれば、被訓練者Uは常に直立するような力を受けることにより姿勢の矯正がなされる。傾きは被訓練者Uの筋力の回復度合いに応じて設定することができる。
【0037】
さらに、図7のようにずれにしきい値d1、d2を設け、しきい値より大きくなると傾きも大きくなるように設定すると、被訓練者Uに作用する力が急変することになり、被訓練者Uはあたかも壁が立ちふさがっているかのような感覚を得る。傾きの大きさが壁の弾力性の感覚に相当する。しきい値を変更することにより仮想的な壁の位置は任意に設定できるため、被訓練者Uの姿勢の許容範囲を設定すれば、姿勢の矯正に加え被訓練者Uの転倒防止が実現できる等、安全対策に有効である。
【0038】
図4は、図5から図7を複合したものであり、姿勢の矯正と負荷軽減の両方の効果を得る。関数13は、ずれに対する力の値の連続性を保っていればよく、例えば3次関数のように1次関数と違い連続(ずれに依らず微分可能)であれば、被訓練者Uに作用する力が急変しないので被訓練者Uに動揺を与えない。
【0039】
このように先端の力が設定されると、統括制御装置5が介助要素4へのトルク目標値を算出しトルク制御を行い、設定の力を実現する。これを図8、図9を用いて説明する。
【0040】
図8は制御系の全体を示すものである。入力手段5Cは、F0、a1、a2、a3、d1、d2を入力して関数13を決定する関数入力手段部14と、ずれの原点を決める基準姿勢入力手段部15からなる。演算手段部5Dは、計算機5Bの内の介助要素4の制御に関与する構成要素であり、メモリ16、CPU17、入出力部18からなる。入出力部18は入力手段バス19、20によって入力手段5Cの設定を受け、介助要素の力センサ12、角度センサ13の情報をADコンバータ22、センサバス23によって取り込み、メモリ16、CPU17を用いて演算したリンク機構4Bへの指令値をDAコンバータ21によって送る。
【0041】
図9は入出力部18の構成の一例である。角度センサ情報は角度ー姿勢変換部24によって被訓練者Uの姿勢に変換され、基準姿勢との差を計算することでずれが求められる。ずれを関数13に入力して力の目標値が得られ、力−トルク変換部25によってリンク機構4Bへのトルク目標が決定する。一方、力センサ情報も力−トルク変換部25によってリンク機構4Bの実際のトルクに変換され、フィードフォワード、フィードバックの組み合わせの制御系に依ってDAコンバータ21への指令値となる。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、被訓練者を介助する際に加える力を基準となる姿勢からのずれの関数として作用させるため、被訓練者の状態に応じて適切な負荷を加えながら、歩行訓練を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の歩行介助装置の一実施例である。
【図2】本発明に係る歩行訓練の流れ図である。
【図3】本発明の介助要素4の構成例である。
【図4】本発明の歩行介助装置に適用する関数13の実施例である。
【図5】本発明の歩行介助装置に適用する負荷軽減の関数13の実施例である。
【図6】本発明の歩行介助装置に適用する姿勢の矯正の関数13の実施例である。
【図7】本発明の歩行介助装置に適用する姿勢の矯正の関数13の他の実施例である。
【図8】本発明の制御系の全体を示すものである。
【図9】本発明の入出力部18の構成の一例である。
【符号の説明】
U…被訓練者、S…介助者、1…歩行訓練機、2…歩行面装置、3…映像表示装置、4…介助装置、4A…基部、4B…可動リンク機構、4C…把持部、5…統括制御装置、5A…CRT、5B…計算機、5C…入力手段、5D…演算手段部、6…歩行面、6A…右足用歩行面、6B…左足用歩行面、7…回転駆動要素、7A…固定部、7B…回転部、8…駆動リンク、9…短従動リンク、10…長従動リンク、11…節、12…力センサ、13…関数、14…関数入力手段部、15…基準姿勢入力手段部、16…メモリ、17…CPU、18…入出力部、19…入力手段バス、20…入力手段バス、21…DAコンバータ、22…ADコンバータ、23…センサバス、24…角度ー姿勢変換部、25…力−トルク変換部、26…フィードバックゲイン。
[0001]
[Industrial applications]
The present invention relates to a walking training machine used by trainees who need to recover or maintain a walking function to assist walking.
[0002]
[Prior art]
In a conventional walking assistance device, as means for correcting the posture of the trainee and reducing the load, for example, a handle is attached to a frame having wheels arranged below the frame as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-5953. There is a walking aid provided so that the trainee can walk by holding on to the handle.
[0003]
In addition, in walking training, a technique called "underwater walking training" in which the whole body of the trainee is placed in a water tank to reduce the load by buoyancy, or as in Japanese Utility Model Publication No. 2-42625, the upper body is restrained and Some are lifted.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
The walking assist device provided with a handle so as to be grasped and walked, as disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2-5953, requires only a certain amount of strength of the trainee because it supports only by hand. . For this reason, it is unsuitable for people who have deteriorated overall physical functions such as elderly people.
[0005]
In addition, the amount of load reduction cannot be easily changed in "water walking training" because of the buoyancy. Even if the adjustment is made according to the amount of water around the trainee, there arises a problem that, for example, the viscous load of water against the progress is concentrated on the lower body.
[0006]
In Japanese Utility Model Laid-Open Publication No. 2-42625, since a certain amount of load reduction is performed regardless of the posture of the trainee, the posture of the trainee may not be sufficiently corrected.
[0007]
The present invention has been made based on the above-described matter, and has as its object to provide a walking training machine capable of performing walking training while applying an appropriate load according to the state of a trainee .
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The above object of the present invention is achieved by applying a force applied to the trainee by the walking training machine as a function of a deviation from a reference posture.
[0009]
For this purpose, the walking training machine of the present invention includes a walking surface device having a walking surface forming a sidewalk of a trainee, an assistance device for supporting the trainee, and a control device for controlling the walking surface device assistance device. The assisting device has a base located on the upper surface of the walking surface device, a movable link mechanism having a link structure and a displacement sensor for measuring displacement and a torque sensor capable of detecting a force, and a force applied to the tip of the movable link mechanism. A gripper attached via a sensor for gripping the trainee, wherein the control device applies a force to the trainee in each of the vertical direction and the traveling direction based on a deviation from the reference posture of the trainee detected by the displacement sensor. The force exerted on the trainee is a combination of continuous linear functions, and is a straight line with a small slope in the range where the deviation from the reference posture is small, and the magnitude of the slope is large in the range where the deviation from the reference posture is large. The line, but that is offset vertically upward in the reference attitude for the vertical direction of the force on the trainee [0010]
In this feature, a means for inputting posture information serving as a reference of the trainee, a means for inputting a function representing a relationship between a deviation from the reference posture and a force exerted on the trainee, and a method for training based on the function. It is preferable to include a calculating means for calculating a force exerted on a person, and a driving means for driving the assistance device based on a calculation result of the calculating means. Further, the grip portion may be formed so as to grip the shoulder of the trainee.
[0013]
[Action]
Since the force applied to the trainee acts as a function of the deviation from the reference posture, appropriate settings can be made according to the ability of each trainee, and the force changes depending on the posture during walking. Correction of the posture according to the change is realized.
[0014]
In addition, by providing a means for inputting the function in the walking assistance device, it is possible to employ a function that generates an appropriate assistance force or load according to the ability of the trainee, and performs more appropriate training. be able to.
[0015]
【Example】
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of a walking assistance device employing the assistance method of the present invention.
[0016]
The present embodiment is a walking training machine 1 used for walking training of a trainee U having a gait function failure (hereinafter, trainee U). It comprises a walking surface device 2, a video display device 3, an assistance device 4, and an overall control device 5. In addition, it is assumed that there is an assistant S (not shown) to assist training.
[0017]
The walking surface device 2 is fixed to the floor surface or the ground, and has a walking surface 6 which is a training sidewalk formed of an annular belt at an upper portion. The walking surface 6 is a right-foot walking surface 6A and a left-foot walking that move independently of each other. It has a surface 6B. The assisting element 4 includes a base 4A having a bottom fixed to the walking surface device 2 and a movable link mechanism 4B. The trainee U and the assisting element 4 are connected to each other via a grip 4C at a movable end of the movable link mechanism 4B. are doing. The overall control device 5 includes a CRT 5A, a computer 5B, a keyboard (including a mouse) as input means 5C, and a database 5D.
[0018]
The trainee U stands on the walking surface 6 of the walking surface device 2 and starts walking. At this time, the trainee U is gripped by the assisting element 4 installed on the walking surface device 2, and undergoes posture correction and load reduction. Posture correction refers to applying a force in a direction in which the posture of the trainee U who is walking while walking is returned so that the upper body becomes vertical. The load reduction is to reduce the weight to be supported by the trainee U's foot by applying a vertically upward force to the trainee U to support the trainee U.
[0019]
An image display device 3 with a screen is provided in front of the trainee U in the walking direction, and reads and projects a landscape image stored in a memory of the database 5D on the screen as the user walks. The general control element 5 is connected to each of these devices.
[0020]
Next, as an example of the walking training procedure according to the present embodiment, a case where a trainee U who is usually in a wheelchair performs walking training using the walking training machine 1 will be described with reference to the flowchart shown in FIG. explain.
[0021]
1) Setting (S2)
The type of landscape image projected on the image display device 3 during walking training and the load applied to the trainee by the walking surface device 2 are selected by the input unit 5C.
[0022]
Similarly, the force applied by the assisting element 4 to the trainee U via the gripper 4C is set by the function input unit 14 of the input unit 5C. The power is set at the time of walking training and at the time of raising / lowering (guidance of the trainee U before and after the training).
[0023]
2) Lift (S3)
After connecting the trainee U and the gripper 4C, the assistant S guides with the gripper 4C and guides to the training position. At this time, the assisting element 4 always exerts a constant force regardless of the position of the grip portion 4C. For example, assuming that the weight of the trainee U is equal in the vertical upward direction and 0 in the other directions, the assistant S leaves the weight of the trainee U to the assistance element 4 and guides the lifting freely. I can do it.
[0024]
3) Walking training (S4)
The trainee U stands at the training position, and starts training after performing a preliminary inspection such as the condition of the gripping portion 4C. During training, the video display device 3 and the walking surface device 2 provide a training environment for the trainee U, and the assistance device 4 reduces the load on the trainee U and corrects the posture.
[0025]
4) Pull down (S5)
Conversely to 2), the assistant S guides the trainee U to the original position by holding the grip 4C.
[0026]
5) Training end (S6)
This is the end.
[0027]
FIG. 3 shows a configuration example of the assistance device 4.
[0028]
The base 4A of the assistance device 4 is installed on the upper surface of the walking surface device 2, and a fixed portion 7A of two rotary drive elements 7 is mounted on the upper portion of the base 4A, and the rotary portion 7B of each rotary drive element 7 is driven. One end of the link 8 is attached, the other end of the drive link 8 is connected to the short driven link 9 and the long driven link 10 by a rotatable joint 11, and the other end of the short driven link 9 is also rotatable with the long driven link 10. They are connected at node 11.
[0029]
The long driven link 10 is provided with a force sensor 12, and the force sensor 12 is provided with a grip 4 </ b> C for gripping the trainee U's shoulder in this embodiment. The force sensor 12 measures a force acting between the trainee U and the assisting device 4 via the grip 4C. Since the operation area of the grip 4C is in the vertical plane, the assistance device 4 exerts a force in the vertical plane on the trainee U via the grip 4C.
[0030]
The rotation drive element 7 includes an angle sensor 13 for measuring a rotation angle, an angular velocity and a torque, an angular velocity sensor 14, a torque sensor 15, and a control for controlling the rotation drive element 7 based on operation commands and sensor information from the overall control device 5. Element 16 is provided.
[0031]
Here, a method of correcting the posture and reducing the load during walking training using the assistance element 4 will be described.
[0032]
Since the movable range of the assistance device 4 is in the vertical plane, the force exerted on the trainee U is a combined force of the vertical force and the forward (front-back) force. Therefore, the function 13 indicating the relationship between the deviation and the force is set for each of the two directions of the vertical direction and the traveling direction.
[0033]
In this example, as shown in FIG. 4, a combination of linear functions whose inclination is changed depending on the magnitude of the deviation under the condition that the continuity of the force value with respect to the deviation is maintained. Regarding the direction of the displacement and the force, the vertical direction is positive in the vertical direction, and the forward direction is positive in the traveling direction. The origin of the deviation is the reference posture. Elements that determine the function 13 are:
F0: Forces applied when displacement is 0 a1, a2, a3: Slope d1, d2 of linear function: Displacement position (threshold) at which the slope switches
It is.
[0034]
Note that the function 13 shown in FIG. 5 and subsequent figures shows only one direction.
[0035]
For example, in the vertical direction, only F0 (up to the weight of the trainee U) is set as shown in FIG. 5, that is, if the force is set to be constant regardless of the deviation, only the load on the trainee U is reduced. . At this time, the trainee U feels that his or her weight has been reduced because the weight supported by his or her feet is smaller than the weight. Conventionally, the same effect has been obtained by "underwater walking training" in which the body of the trainee U is submerged in a pool or the like. However, in this method, unlike “underwater walking training”, the amount of load to be reduced can be arbitrarily set according to the muscle strength of the trainee U by changing the setting of the force F0.
[0036]
If only a1 is set for the traveling direction as shown in FIG. 6 and the function of the force and the displacement is a straight line passing through the origin, a force in the direction opposite to the displacement acts on the trainee U in proportion to the magnitude of the displacement. , And the trainee U gets a feeling as if he / she is being pushed by the spring from the front and back. If the origin of the deviation is set to, for example, an upright state, the trainee U receives a force for standing upright to correct the posture. The inclination can be set according to the degree of recovery of the muscle strength of the trainee U.
[0037]
Further, when threshold values d1 and d2 are provided for the deviation as shown in FIG. 7 and the inclination is set to be larger when the difference is larger than the threshold value, the force acting on the trainee U changes abruptly. U feels as if the wall is full. The magnitude of the tilt corresponds to a sense of elasticity of the wall. Since the position of the virtual wall can be arbitrarily set by changing the threshold value, setting the allowable range of the posture of the trainee U can prevent the trainee U from falling in addition to correcting the posture. It is effective for safety measures.
[0038]
FIG. 4 is a composite of FIG. 5 to FIG. 7, and provides both effects of posture correction and load reduction. The function 13 only needs to maintain the continuity of the force value with respect to the shift. For example, if the function 13 is continuous (differentiable irrespective of the shift) unlike a linear function such as a cubic function, the function 13 acts on the trainee U. The trainee's power does not change suddenly, so that the trainee U is not shaken.
[0039]
When the force at the tip is set in this manner, the overall control device 5 calculates a torque target value for the assisting element 4 and performs torque control to realize the set force. This will be described with reference to FIGS.
[0040]
FIG. 8 shows the entire control system. The input means 5C includes a function input means 14 for inputting F0, a1, a2, a3, d1, and d2 to determine the function 13, and a reference attitude input means 15 for determining the origin of the deviation. The calculation means 5D is a component related to the control of the assistance element 4 in the computer 5B, and includes a memory 16, a CPU 17, and an input / output unit 18. The input / output unit 18 receives the setting of the input unit 5C by the input unit buses 19 and 20, takes in the information of the force sensor 12 and the angle sensor 13 of the assisting element by the AD converter 22 and the sensor bus 23, and uses the memory 16 and the CPU 17 The calculated command value to the link mechanism 4B is sent by the DA converter 21.
[0041]
FIG. 9 shows an example of the configuration of the input / output unit 18. The angle sensor information is converted into the posture of the trainee U by the angle-posture conversion unit 24, and the difference is calculated by calculating the difference from the reference posture. The deviation is input to the function 13 to obtain the target value of the force, and the torque target to the link mechanism 4B is determined by the force-torque converter 25. On the other hand, the force sensor information is also converted into the actual torque of the link mechanism 4B by the force-torque converter 25, and becomes a command value to the DA converter 21 by a control system of a combination of feedforward and feedback.
[0042]
【The invention's effect】
According to the present invention, in order to make the force applied when assisting the trainee act as a function of the deviation from the reference posture, walking training is performed while applying an appropriate load according to the state of the trainee. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an embodiment of a walking assistance device according to the present invention.
FIG. 2 is a flowchart of walking training according to the present invention.
FIG. 3 is a configuration example of an assisting element 4 of the present invention.
FIG. 4 is an example of a function 13 applied to the walking assistance device of the present invention.
FIG. 5 is an embodiment of a load reduction function 13 applied to the walking assistance device of the present invention.
FIG. 6 is an embodiment of a posture correction function 13 applied to the walking assistance device of the present invention.
FIG. 7 shows another embodiment of the posture correction function 13 applied to the walking assistance device of the present invention.
FIG. 8 shows the entire control system of the present invention.
FIG. 9 is an example of a configuration of an input / output unit 18 of the present invention.
[Explanation of symbols]
U: trainee, S: helper, 1: walking training machine, 2: walking surface device, 3: video display device, 4: assistance device, 4A: base, 4B: movable link mechanism, 4C: gripping portion, 5 ... General control device, 5A ... CRT, 5B ... Computer, 5C ... Input means, 5D ... Calculation means section, 6 ... Walk surface, 6A ... Right foot walk surface, 6B ... Left foot walk surface, 7 ... Rotation drive element, 7A ... fixed part, 7B ... rotating part, 8 ... drive link, 9 ... short driven link, 10 ... long driven link, 11 ... node, 12 ... force sensor, 13 ... function, 14 ... function input means, 15 ... reference posture Input means part, 16 memory, 17 CPU, 18 input / output part, 19 input means bus, 20 input means bus, 21 DA converter, 22 AD converter, 23 sensor bus, 24 angle-position Conversion unit, 25: force-torque conversion unit, 26: feedback Kugein.

Claims (3)

被訓練者の歩道を成す歩行面を有する歩行面装置と、被訓練者を支持する介助装置と、これら歩行面装置介助装置と制御する制御装置とを有する歩行訓練機において、前記介助装置は歩行面装置の上面に位置する基部と、リンク構造をし変位を計測する変位センサ及び力を検出可能なトルクセンサとを有する可動リンク機構と、可動リンク機構の先端に力センサを介して取り付けられ被訓練者を把持する把持部とを備え、前記制御装置は前記変位センサが検出した被訓練者の基準姿勢からのずれに基づき被訓練者に及ぼす力を鉛直方向と進行方向ごとに制御し、この被訓練者に及ぼす力は基準姿勢からのずれに対して連続する一次関数の組み合わせであり、基準姿勢からのずれが小さな範囲では傾きの小さな直線で、基準姿勢からのずれが大きな範囲では傾きの大きさな直線であり、被訓練者に及ぼす鉛直方向の力については基準姿勢で鉛直上向きにオフセットしていることを特徴とする歩行訓練機。  In a walking training machine having a walking surface device having a walking surface forming a sidewalk of a trainee, an assistance device for supporting the trainee, and a control device for controlling the walking surface device assistance device, the assistance device includes a walking device. A movable link mechanism having a base located on the upper surface of the surface device, a displacement sensor for measuring displacement with a link structure, and a torque sensor capable of detecting a force; A grip portion for gripping the trainee, wherein the control device controls the force applied to the trainee in each of the vertical direction and the traveling direction based on the deviation of the trainee from the reference posture detected by the displacement sensor, The force applied to the trainee is a combination of linear functions that are continuous with respect to the deviation from the reference posture. A range in a straight line size of the slope walking training device, characterized in that it is offset vertically upward with reference attitude for the vertical force on a trainee. 請求項1に記載の歩行訓練機において、被訓練者の基準となる姿勢情報を入力する手段と、基準姿勢からのずれと被訓練者に及ぼす力の関係を表す関数を入力する手段と、この関数に基づいて被訓練者に及ぼす力を演算する演算手段と、この演算手段の演算結果に基づいて前記介助装置を駆動する駆動手段とを備えたことを特徴とする歩行訓練機。2. The walking training machine according to claim 1, wherein: means for inputting posture information serving as a reference of the trainee; means for inputting a function representing a relationship between a deviation from the reference posture and a force exerted on the trainee; A walking training machine, comprising: calculating means for calculating a force exerted on a trainee based on a function; and driving means for driving the assistance device based on a calculation result of the calculating means. 請求項1または2に記載の歩行訓練機において、前記把持部は、被訓練者の肩部を把持するように形成されていることを特徴とする歩行訓練機。The walking training machine according to claim 1, wherein the grip portion is formed so as to grip a shoulder of a trainee.
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