JP4685983B2 - Mobility support device - Google Patents
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Description
本発明は、移動支援機器に係り、更に詳しくは、使用者の歩行動作に基づいて自動的に走行する移動支援機器に関する。 The present invention relates to a movement support apparatus, and more particularly to a movement support apparatus that automatically travels based on a user's walking motion.
高齢者が自立生活を持続的に行うためには、健康維持が大きな課題となる。しかしながら、加齢に伴う身体機能の低下は、行動範囲の狭小化を招き、それに伴う運動頻度の減少は、更なる身体能力の低下を引き起こすという悪循環を生み出す。ここで、車いす等の移動機器を使用することで、行動範囲の狭小化を解決することも考えられるが、多少なりとも歩行能力のある高齢者にとっては、前記移動機器を使用することは殆ど無いと思われ、仮に、当該移動機器を使用したとしても、歩行運動がなされる訳でないから、身体機能を向上させることは期待できない。 Maintaining health is a major issue for the elderly to live independently. However, the decline in physical function with aging leads to a narrowing of the range of action, and the accompanying decrease in exercise frequency creates a vicious circle that causes further decline in physical ability. Here, it may be possible to solve the narrowing of the range of action by using a mobile device such as a wheelchair, but for the elderly with some walking ability, the mobile device is rarely used. Therefore, even if the mobile device is used, it is not expected that the body function is improved because the walking movement is not performed.
ところで、従来、使用者の歩行動作に伴って走行可能なトレッドミル形走行車が知られている(特許文献1参照)。このトレッドミル形走行車は、前後両側のロールと、これらロールに掛け回される幅広のベルトと、このベルトの回転を動力として回転する駆動輪とを備えている。このような構成により、使用者がベルト上で歩行動作を行うと、当該歩行動作でベルトが後方に蹴られて回転し、ベルトと機構的に繋がる駆動輪が回転されて走行車が走行することになる。
しかしながら、前記トレッドミル形走行車にあっては、自己の歩行動作を動力とするベルトの回転力で走行するようになっており、自己の運動により走行する点では、自転車と同様である。このように前記走行車にはパワーアシストがないことから、歩行機能が低下した高齢者等が使用すると、走行車に十分な動力を与えるための運動量には限界があり、特に上り坂等では、自分の足を使った自立歩行の方がまだ楽に移動できる結果となるから、高齢者等にとっての使用価値は少ない。ここで、仮に、前記トレッドミル形走行車に、前記駆動輪を駆動させるモータ等のパワーアシストを付け、手元等でのスイッチ操作により、前記駆動輪を自動的に駆動させることも考えられるが、高齢者にとっては、操作が煩雑になるばかりか、この駆動は、使用者の歩行動作と無関係に行えることになるから、歩行動作を行わなくても走行車を走行させることができ、使用者の歩行運動に寄与するものとはならない。 However, the treadmill type traveling vehicle travels with the rotational force of a belt powered by its own walking motion, and is similar to a bicycle in that it travels by its own motion. Since the traveling vehicle does not have power assist in this way, there is a limit to the amount of momentum for providing sufficient power to the traveling vehicle when used by elderly people with reduced walking function, especially on uphills, Independent walking with one's own foot still results in easier movement, so it is less useful for the elderly. Here, suppose that the treadmill type traveling vehicle is provided with a power assist such as a motor for driving the driving wheel, and the driving wheel is automatically driven by a switch operation at hand, etc. For the elderly, not only is the operation complicated, but this driving can be performed independently of the user's walking motion, so the traveling vehicle can be run without performing the walking motion. It does not contribute to walking movement.
本発明は、このような問題に着目して案出されたものであり、その目的は、高齢者等の使用者が歩行運動をしながら、当該歩行運動に連動して当該使用者の移動を支援することができる移動支援機器を提供することにある。 The present invention has been devised by paying attention to such a problem, and the purpose of the present invention is to move the user in conjunction with the walking movement while the user such as the elderly is walking. The object is to provide a mobility support device that can assist.
(1)前記目的を達成するため、本発明は、駆動輪の回転により走行可能な車体と、前記駆動輪を駆動させる駆動装置とを備えた移動支援機器において、
前記車体は、後方に向かって動作可能となる歩行面を備え、
前記駆動装置は、前記歩行面を動作させる第1駆動手段と、前記駆動輪を回転させる第2駆動手段と、前記第1駆動手段に掛かる負荷に応じて、前記第2駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第1駆動手段を構成するモータの負荷電流値を検出する負荷電流検出部と、当該負荷電流検出部で検出された負荷電流値から、使用者の歩行動作の状態を判断し、これら各状態に対応させて前記駆動輪の回転速度を決定する前進方向駆動決定部とを備え、使用者が前記歩行面上で歩行動作を行うと、当該歩行動作に応じて決定される速度で車体が走行すること、という構成を採っている。
(1) In order to achieve the above object, the present invention provides a movement support device including a vehicle body that can travel by rotation of a drive wheel and a drive device that drives the drive wheel.
The vehicle body includes a walking surface that is operable toward the rear,
The driving device controls the driving of the second driving means in accordance with a first driving means for operating the walking surface, a second driving means for rotating the driving wheel, and a load applied to the first driving means. Control means for
The control means determines a state of a user's walking motion from a load current detection unit that detects a load current value of a motor that constitutes the first drive means, and a load current value detected by the load current detection unit. And a forward direction drive determination unit that determines the rotational speed of the drive wheel in correspondence with each of these states, and when the user performs a walking motion on the walking surface, it is determined according to the walking motion. The vehicle is traveling at a speed.
(2)更に、前記前進方向駆動決定部は、所定時間単位で負荷電流値の所定範囲を時間で積分した値に対し、所定の閾値を使って、使用者の歩行動作の各状態を判断すること、という構成を採用する。 ( 2 ) Further, the forward drive determination unit determines each state of the user's walking motion using a predetermined threshold with respect to a value obtained by integrating the predetermined range of the load current value with time in a predetermined time unit. The configuration of that is adopted.
本発明によれば、使用者が歩行動作を行うと、当該歩行動作に応じて決定される速度で車体が走行するため、歩行動作が駆動輪の操作指令となり、特別なスイッチ操作を不要として、歩行速度よりも増速した状態で車体を自動走行させることができる。従って、使用者は、特別な操作をせずに楽に移動することができ、しかも、歩行動作に応じて車体が移動するから、能力が向上した歩行感覚で車体を走行させることができ、誤操作等の虞が大幅に低減されるばかりか、移動支援を行いながらも使用者に歩行運動をさせることができる。従って、高齢者等が使用する場合には、低下した歩行機能を補う移動支援機能を有しつつも、使用者に自発的な歩行運動をさせることができ、使用者の健康維持に大きく寄与することができる。 According to the present invention, when the user performs a walking motion, the vehicle body travels at a speed determined according to the walking motion, so that the walking motion becomes an operation command for the driving wheel, and no special switch operation is required. The vehicle body can be automatically driven in a state where the speed is higher than the walking speed. Therefore, the user can move easily without performing a special operation, and the vehicle body moves according to the walking motion, so that the vehicle body can be run with a sense of walking with improved ability, and an erroneous operation, etc. In addition to greatly reducing the risk of such a problem, it is possible to allow the user to perform a walking exercise while providing movement support. Therefore, when used by elderly people, etc., it has a movement support function that compensates for the reduced walking function, but can allow the user to voluntarily walk and contribute greatly to maintaining the health of the user. be able to.
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1には、本実施形態に係る移動支援機器の概略斜視図が示され、図2には、図1のA−A線に沿う断面図が示されている。これらの図において、移動支援機器10は、車体11と、この車体11を走行させるための駆動装置12とを備えて構成されている。
FIG. 1 is a schematic perspective view of a movement support device according to the present embodiment, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG. In these drawings, the movement support device 10 includes a
前記車体11は、前後方向に延びる左右一対のフレーム13,13と、これらフレーム13,13の前後両側で回転可能に支持された丸棒状のシャフト14,14と、これらシャフト14,14に掛け回されるとともに、上側が使用者Hの乗る歩行面Fとなる平ベルト15と、掛け回された平ベルト15の内側に配置されて当該平ベルト15を支持するプレート16(図2参照)と、各フレーム13,13の前側で回転可能に支持されるとともに、駆動装置12によって回転駆動される駆動輪としての前輪17,17と、各フレーム13,13の後側で、回転可能且つ左右方向に揺動可能に支持された後輪19,19とを備えている。
The
前記平ベルト15は、特に限定されるものではないが、高齢者の一般的な歩幅よりも広い長さに設定され、当該高齢者の横幅よりも広い幅に設定されている。また、プレート16の上下両面には、接触する平ベルト15との摩擦力を軽減させるためのテープ(図示省略)が貼り付けられている。
Although the said
前記駆動装置12は、平ベルト15を回転させる第1駆動手段21と、前輪17,17に駆動力を付与する第2駆動手段22と、車体11を左右方向に操舵する操作手段27と、第1駆動手段21及び操作手段27の状態により、第2駆動手段22の駆動を制御する制御手段30とを備えて構成されている。
The
前記第1駆動手段21は、図示省略しているが、モータ、プーリ、ベルト等により構成され、図示しない電源を投入すると、歩行面Fを後方に向かって僅かに動作させる方向に平ベルト15が回転するように構成されている。
Although not shown in the figure, the first driving means 21 is constituted by a motor, a pulley, a belt, and the like. When a power supply (not shown) is turned on, the
前記第2駆動手段22は、左側の前輪を駆動させる左駆動モータ22Lと、右側の前輪を駆動させる右駆動モータ22Rとからなる。
The second drive means 22 includes a
前記操作手段27は、使用者Hが両手で把持する丸棒状のハンドル35と、このハンドル35を左右方向に回転可能に支持するとともに、ハンドル35の回転角度を検出するポテンショメータ37と、ハンドル35の回転運動に対し所定の抵抗を付与するロータリーダンパ38と、これら各部材35〜38を支持するロッド39とを備えて構成されている。
The operating means 27 includes a round bar-
前記制御手段30は、ソフトウェア及び/又はハードウェアによって構成され、プロセッサ等、複数のプログラムモジュール及び/又は処理回路より成り立っており、第1駆動手段21のモータに掛かる負荷に応じて、第2駆動手段22の駆動を制御し、使用者Hが歩行面F上で歩行動作を行うと、当該歩行動作に応じて増速した状態で車体11が走行するように設定されている。
The
この制御手段30は、図3に示されるように、第1駆動手段21のモータの負荷電流値を検出する負荷電流検出部40と、この負荷電流検出部40からの検出結果に基づいて、所望の速度で車体11が走行するように左右両側の前輪17,17の回転速度を決定する前進方向駆動決定部41と、ポテンショメータ37からの検出結果に基づいて、左右の駆動モータ22L,22Rの回転比を決定する左右方向駆動決定部42と、各駆動決定部41,42により決定された回転速度で前輪17,17が回転するように、各駆動モータ22L,22Rを駆動させるドライバ43とを備えて構成されている。
As shown in FIG. 3, the
このように構成された移動支援機器10は、回転する平ベルト15上で使用者Hが歩行動作を行うことにより、制御手段30で次のように左右の駆動モータ22L,22Rが制御され、走行することになる。
In the movement support device 10 configured as described above, when the user H performs a walking motion on the rotating
図示しない電源を投入すると、第1駆動手段21が作動して平ベルト15が回転し、歩行面Fが後方に向かって微小速度で動くことになる。そして、この状態から、使用者Hが平ベルト15の上に乗ると、第1駆動手段21に掛かる使用者Hの体重や摩擦力等の負荷を考慮し、使用者Hを乗せた平ベルト15がそのままでは後方に動かない程度の駆動力をもって、第1駆動手段21のモータが駆動する。従って、歩行面F上に立つ使用者Hは、ほぼ静止した状態となるが、このとき、前記モータは、平ベルト15を後方に動かす方向に僅かな駆動力で駆動していることになる。そして、使用者Hは、平ベルト15上の一定位置で歩行動作を行い、当該平ベルト15を後方に蹴って回転させると、以下に詳述するように、当該歩行動作に応じて車体11が走行することになる。この歩行動作時において、使用者Hの踵が歩行面Fに接地する際には、平ベルト15の回転に対する制動力が働き、第1駆動手段21のモータに対する負荷(以下、「モータ負荷」と称する。)が増大することになる。一方、使用者Hのつま先が歩行面Fから離れる際には、使用者Hが平ベルト15を後方に蹴る動作がなされ、平ベルト15の回転に対する推進力が働き、第1駆動手段21のモータ負荷が低減されることになる。従って、前記モータ負荷の指標となる負荷電流値と時間との関係を示すグラフには、前記制動力が作用したときの山部分と、前記推進力が作用したときの谷部分とが歩行周期単位で繰り返し表れる。ここで、歩行者Hが加速すると、前記推進力が大きくなるため、前記モータ負荷が減少する一方、歩行者Hが減速すると、前記制動力が大きくなるため、前記モータ負荷が増大する。
When a power supply (not shown) is turned on, the first driving means 21 is activated to rotate the
従って、制御手段30では、第1駆動手段21のモータの負荷電流値に基づいて、前輪17の回転速度が求められ、歩行者Hの歩行動作に応じた速度で車体11が走行するように、第2駆動手段22の駆動が制御される。この際、ハンドル35の回転角度に応じて、左右の前輪17,17の駆動速度に差を付けることにより、ハンドル35の回転方向及びその角度に応じて車体11が曲がるように、第2駆動手段22の駆動が制御される。
Therefore, in the control means 30, the rotational speed of the
すなわち、先ず、負荷電流検出部40で、前記負荷電流値が所定のタイミングで検出される。そして、前進方向駆動決定部41で、負荷電流検出部40により検出された所定時間単位の負荷電流値から、使用者Hの歩行状態が加速状態、減速状態若しくは等速状態の何れかを判断し、加速状態と判断した場合、前輪17,17の駆動速度を現在の速度に対して加速した値に決定し、減速状態と判断した場合、前輪17,17の駆動速度を現在の速度に対して減速した値に決定し、等速状態と判断した場合、前輪17,17の駆動速度を現在の速度と同一の値に決定する。
That is, first, the load
つまり、前進方向駆動決定部41では、負荷電流検出部40で検出された負荷電流値に基づき、所定時間単位で次の処理が行われる。
That is, in the forward drive determination unit 41, the following processing is performed in predetermined time units based on the load current value detected by the load
最初に、負荷電流検出部40で検出された負荷電流値I(t)から、次式で表される加速負荷電流値関数a(t)及び減速負荷電流値関数b(t)が求められる。
a(t)=max(Center(v)−I(t)−A) (1)
b(t)=max(I(t)−Center(v)−B) (2)
ここで、
max(x)=x(x>0),0(x≦0)と定義し、A,Bは所定の閾値である。
また、Center(v)は、使用者Hが加速も減速も行っていないときの前記負荷電流値であり、
Center(v)=f+Cv (3)
で表される。ここでのfは、機械的な摩擦による負荷に基づく補正係数であり、Cは、使用者の体重に基づく補正係数であり、vは、走行面Fの速度である。
First, an acceleration load current value function a (t) and a deceleration load current value function b (t) expressed by the following equations are obtained from the load current value I (t) detected by the load
a (t) = max (Center (v) -I (t) -A) (1)
b (t) = max (I (t) −Center (v) −B) (2)
here,
It is defined as max (x) = x (x> 0), 0 (x ≦ 0), and A and B are predetermined threshold values.
Center (v) is the load current value when the user H is neither accelerating nor decelerating,
Center (v) = f + Cv (3)
It is represented by Here, f is a correction coefficient based on the load due to mechanical friction, C is a correction coefficient based on the weight of the user, and v is the speed of the running surface F.
次に、加速負荷電流値関数a(t)及び減速負荷電流値関数b(t)を時間で積分した値が、それぞれ求められ、速度vに応じて変わる閾値Ta(v),Tb(v)よりも大きいか否かが判定される。
ここで、加速に関する閾値であるTa(v)は、
Ta(v)=Dv+E (4)
で表される。ここでのD,Eは、補正係数である。
一方、減速に関する閾値であるTb(v)は、
Tb(v)=Fv+G (5)
で表される。ここでのF,Gは、補正係数である。
つまり、加速負荷電流値関数a(t)の積分値が閾値Ta(v)を超えた場合は、使用者Hの歩行状態が加速状態と判断される。そして、加速状態でないと判断された場合で、減速負荷電流値関数b(t)の積分値が閾値Tb(v)を超えた場合は、使用者Hの歩行状態が減速状態と判断される。また、加速状態でも減速状態でもないと判断された場合は、使用者Hの歩行状態が等速状態と判断される。
Next, values obtained by integrating the acceleration load current value function a (t) and the deceleration load current value function b (t) over time are respectively obtained, and threshold values Ta (v) and Tb (v) that change according to the speed v. It is determined whether or not the value is greater than.
Here, Ta (v), which is a threshold for acceleration, is
Ta (v) = Dv + E (4)
It is represented by Here, D and E are correction coefficients.
On the other hand, Tb (v), which is a threshold for deceleration, is
Tb (v) = Fv + G (5)
It is represented by Here, F and G are correction coefficients.
That is, when the integrated value of the acceleration load current value function a (t) exceeds the threshold value Ta (v), the walking state of the user H is determined as the acceleration state. And when it is judged that it is not an acceleration state and the integral value of deceleration load current value function b (t) exceeds threshold value Tb (v), it is judged that user H's walking state is a deceleration state. If it is determined that the vehicle is neither in the accelerated state nor in the decelerated state, the walking state of the user H is determined as the constant speed state.
そして、加速状態と判断された場合、車体11の速度Vaは、
Va=Ka・n(v) (6)
とされ、この速度で車体11が走行するように、幾何学的に車輪17,17の回転速度が決定される。
ここで、Kaは、加速用ゲインであり、n(v)は、速度が高くなる程、大きくなる速度vの離散的な関数を示している。
When the acceleration state is determined, the speed Va of the
Va = Ka · n (v) (6)
The rotational speeds of the
Here, Ka is an acceleration gain, and n (v) indicates a discrete function of the speed v that increases as the speed increases.
一方、減速状態と判断された場合、車体11の速度Vbは、
Vb=Kb・m(v) (7)
とされ、この速度で車体11が走行するように、幾何学的に車輪17,17の回転速度が決定される。
ここで、Kbは、減速用ゲインであり、m(v)は、速度が高くなる程、大きくなる速度vの離散的な関数を示している。
On the other hand, when it is determined that the vehicle is decelerating, the speed Vb of the
Vb = Kb · m (v) (7)
The rotational speeds of the
Here, Kb is a deceleration gain, and m (v) represents a discrete function of the speed v that increases as the speed increases.
次に、左右方向駆動決定部42では、ポテンショメータ37により検出されたハンドル35の角度に応じて、当該ハンドル35の回転方向に車体11が曲がるように、所定のゲインを設定して、左右の前輪17,17の回転速度に差を設ける。この際、前輪17,17の回転速度は、前進方向駆動決定部41で決定された前輪17の回転速度が加味された上で、ハンドル35の角度に対応した回転速度比となるように決定される。
Next, the left and right direction driving determination unit 42 sets a predetermined gain so that the
そして、ドライバ43では、以上のように決定された回転速度で左右の前輪17,17がそれぞれ駆動するように、左駆動モータ22L及び右駆動モータ22Rに駆動指令を与える。
Then, the driver 43 gives a drive command to the
従って、このような実施形態によれば、使用者Hが歩行面F上で歩行動作を行うと、当該歩行動作に合わせて前輪17,17の回転速度が制御されることになるため、歩行動作が低下した高齢者にとっては、歩行動作を行いながら、低下した歩行機能を補填するように歩行感覚で車体11が走行することになり、高齢者の健康維持を図り且つ移動支援を行う機器として有用である。
Therefore, according to such an embodiment, when the user H performs a walking motion on the walking surface F, the rotational speed of the
なお、本発明における装置各部の構成は図示構成例に限定されるものではなく、実質的に同様の作用を奏する限りにおいて、種々の変更が可能である。 The configuration of each part of the apparatus in the present invention is not limited to the illustrated configuration example, and various modifications are possible as long as substantially the same operation is achieved.
10 移動支援機器
11 車体
12 駆動装置
17 前輪(駆動輪)
21 第1駆動手段
22 第2駆動手段
30 制御手段
40 負荷電流検出部
41 前進方向駆動決定部
F 歩行面
H 使用者
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10
21 First drive means 22 Second drive means 30 Control means 40 Load current detection part 41 Forward direction drive determination part F Walking surface H User
Claims (2)
前記車体は、後方に向かって動作可能となる歩行面を備え、
前記駆動装置は、前記歩行面を動作させる第1駆動手段と、前記駆動輪を回転させる第2駆動手段と、前記第1駆動手段に掛かる負荷に応じて、前記第2駆動手段の駆動を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、前記第1駆動手段を構成するモータの負荷電流値を検出する負荷電流検出部と、当該負荷電流検出部で検出された負荷電流値から、使用者の歩行動作の状態を判断し、これら各状態に対応させて前記駆動輪の回転速度を決定する前進方向駆動決定部とを備え、使用者が前記歩行面上で歩行動作を行うと、当該歩行動作に応じて決定される速度で車体が走行することを特徴とする移動支援機器。 In a movement support device comprising a vehicle body that can travel by rotation of a drive wheel and a drive device that drives the drive wheel,
The vehicle body includes a walking surface that is operable toward the rear,
The driving device controls the driving of the second driving means in accordance with a first driving means for operating the walking surface, a second driving means for rotating the driving wheel, and a load applied to the first driving means. Control means for
The control means determines a state of a user's walking motion from a load current detection unit that detects a load current value of a motor that constitutes the first drive means, and a load current value detected by the load current detection unit. And a forward direction drive determination unit that determines the rotational speed of the drive wheel in correspondence with each of these states, and when the user performs a walking motion on the walking surface, it is determined according to the walking motion. A movement support device characterized in that the vehicle body travels at a speed.
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