JP5732270B2 - Operation assist device and program for operation assist control - Google Patents
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Description
本発明は、動作補助装置及び動作補助制御用プログラムの技術分野に属する。より詳細には、例えば膝疾患の患者の回復訓練等に用いられる動作補助装置及び当該動作補助装置において用いられる動作補助制御用プログラムの技術分野に属する。 The present invention belongs to the technical field of motion assist devices and motion assist control programs. More specifically, it belongs to the technical field of, for example, a motion assist device used for recovery training of a patient with knee disease and a motion assist control program used in the motion assist device.
膝疾患の患者が行う回復訓練等(いわゆるリハビリテーション)において、従来は、例えば理学療法士等の補助を受けつつ、その患者が自力で必要な回復訓練等を行っていた。一方近年では、モータ等の駆動源を使用する他動的な回復訓練等(外力を用いて行う回復訓練等)が行われ始めている。このような他動的な回復訓練等には、その患者の身体に装着されて歩行における膝関節部の動きを補助する、いわゆる装着型の歩行アシストロボットが用いられる。この歩行アシストロボットは、患者の膝関節部を含む上腿部及び下腿部にハーネス等を用いて装着され、膝関節部の動きを補助する(換言すれば強制的に動かす)ように動作する。即ち、適切な歩行パターンにおける膝関節部としての動きが実現されるように歩行アシストロボットが動作して、当該膝関節部を動かす。これにより患者は、歩行アシストロボットによる動きに追随するように自立歩行することで、必要な回復訓練等を行える。 In recovery training or the like (so-called rehabilitation) performed by a patient with knee disease, conventionally, the patient performed necessary recovery training or the like by himself / herself with the assistance of a physical therapist or the like. On the other hand, in recent years, other dynamic recovery training using a driving source such as a motor (such as recovery training using external force) has started. For such passive recovery training, a so-called wearable walking assist robot that is worn on the patient's body and assists the movement of the knee joint during walking is used. This walking assist robot is attached to the upper thigh and lower thigh including a patient's knee joint using a harness or the like, and operates to assist the movement of the knee joint (in other words, forcibly move). . That is, the walking assist robot operates to move the knee joint so that the movement as the knee joint in an appropriate walking pattern is realized. Thus, the patient can perform necessary recovery training and the like by walking independently so as to follow the movement by the walking assist robot.
他方、回復訓練等において歩行アシストロボットの動きに患者が追随できない場合や種々の原因で患者がふらついた場合、その患者は不安定な歩行状態になり、最悪の場合は転倒に至って思わぬ怪我をする可能性がある。また従来の歩行アシストロボットは、例えば充電池、CPU、各種センサ及びアクチュエータ等を備えるものであり、下肢部全体を含んで装着されるべき大型の装置になることが多いため、上述した転倒等の危険性は更に増す。そこで通常は、上記理学療法士等が患者の回復訓練等に付き添い、転倒を未然に防ぐことが行われている。或いは、歩行アシストロボットごと転倒した患者が受けるダメージを少なくするため、訓練室の床や患者が着る服装をクッション性のある柔らかい材料にすることも行われる。 On the other hand, if the patient cannot follow the movement of the walking assist robot during recovery training, or if the patient fluctuates due to various causes, the patient will be in an unstable gait state, and in the worst case, the patient may fall and cause unexpected injury. there's a possibility that. In addition, conventional walking assist robots include, for example, a rechargeable battery, a CPU, various sensors, actuators, and the like, and are often large devices that should be worn including the entire lower limbs. The risk is further increased. Therefore, usually, the physical therapist or the like accompanies patient recovery training and the like to prevent falls. Alternatively, in order to reduce the damage to the patient who falls with the walking assist robot, the floor of the training room and the clothes worn by the patient are made of a soft material with cushioning properties.
なお上記回復訓練等に用いることが可能な人の歩行の補助のための装置としては、例えば下記特許文献1に記載されている歩行補助装置がある。
As an apparatus for assisting human walking that can be used for the recovery training or the like, for example, there is a walking assist apparatus described in
しかしながら、上述した回復訓練等においては、訓練室の床としては適度な硬さが必要である。また、付き添いを行う理学療法士等の負担も大きなものとなり、複数の患者の面倒を同時に見ることが困難になりつつある。更にこれらにより、従来の歩行アシストロボットは患者の転倒に関して安全性が欠けたものとの認識もあり、その普及の妨げとなっている場合がある。 However, in the above-described recovery training or the like, an appropriate hardness is required for the floor of the training room. In addition, the burden on the physical therapist and the like who accompanies is increasing, and it is becoming difficult to see the troubles of a plurality of patients at the same time. Furthermore, there is a recognition that the conventional walking assist robot lacks safety regarding the fall of the patient, which may hinder the spread of the robot.
この点につき、上記特許文献1に記載されている歩行補助装置では、上述したような患者の転倒防止の観点については何ら考慮されていない。よって特許文献1に記載されている歩行補助装置では上記の各問題点を解決することはできない。
With respect to this point, the walking assist device described in
そこで、本発明は上記の問題点等に鑑みて為されたもので、その課題の一例は、上述したような患者の回復訓練等における補助を自立的且つ安全に行うことが可能な動作補助装置及び当該動作補助装置において用いられる動作補助制御用プログラムを提供することにある。 Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned problems and the like, and an example of the problem is an operation assisting device capable of autonomously and safely assisting in patient recovery training as described above. And providing an operation assistance control program used in the operation assistance device.
上記の課題を解決するために、請求項1に記載の発明は、歩行面上を歩行中における被補助者の動作を補助する動作補助装置において、前記被補助者の脚の膝関節部に装着されており、前記歩行に伴う当該膝関節部の屈曲動作と、当該歩行に伴う当該膝関節部の伸展動作と、を補助する駆動ユニット等の補助手段と、前記補助手段が装着されている脚の踵が前記歩行面から離れたことを検出する足裏センサ等の踵状態検出手段と、前記膝関節部の屈曲角度を検出する膝関節角度センサ等の膝関節角度検出手段と、前記脚の股関節部の屈曲角度を検出する股関節角度センサ等の股関節角度検出手段と、前記踵が前記歩行面から離れたタイミングから前記屈曲動作の補助を開始するように前記補助手段を制御すると共に、前記膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて予め設定された閾値角度に前記股関節部の屈曲角度が達したタイミングから前記伸展動作の補助を開始するように前記補助手段を制御するCPU等の制御手段と、を備える。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項1に記載の発明によれば、踵が歩行面から離れたことを検出し、踵が歩行面から離れたタイミングから膝関節部の屈曲動作の補助を開始するように補助手段を制御するので、被補助者の意思により踵が歩行面から離れたタイミングから屈曲動作の補助を開始することで、被補助者の意思に沿って自立的且つ安全にその動作を補助することができる。
また、膝関節部及び股関節部それぞれの屈曲角度を検出し、膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて設定された閾値角度に股関節部の屈曲角度が達したタイミングから伸展動作の補助を開始するので、自然な歩行態様に近い制御により、被補助者に負担をかけることなく安全にその動作を補助することができる。
According to the first aspect of the present invention, it is detected that the heel has moved away from the walking surface, and the assisting means is controlled so as to start assisting the bending motion of the knee joint from the timing at which the heel has moved away from the walking surface. Therefore, by starting the assistance of the bending operation from the timing when the heel is separated from the walking surface by the supportee's intention, the operation can be assisted autonomously and safely along the supportee's intention.
In addition, it detects the bending angles of the knee joint and hip joint, and starts assisting the extension operation when the hip joint bending angle reaches the threshold angle set according to the maximum knee joint bending angle. Therefore, the operation can be safely assisted without imposing a burden on the person being assisted by control close to a natural walking mode.
上記の課題を解決するために、請求項2に記載の発明は、請求項1に記載の動作補助装置において、前記閾値角度を変更するために用いられる操作部等の変更手段を更に備える。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to
請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の作用に加えて、伸展動作の開始制御に用いられる閾値を変更することができるので、被補助者の状態に応じた動作補助ができる。 According to the second aspect of the invention, in addition to the action of the first aspect of the invention, the threshold value used for the start control of the extension operation can be changed, so that the operation according to the condition of the person being assisted Can assist.
上記の課題を解決するために、請求項3に記載の発明は、請求項1又は請求項2に記載の動作補助装置において、前記補助手段はパルス幅変調方式により変調された駆動信号により駆動される補助手段であり、前記制御手段は、デューティー比が時間軸に沿って台形形状に変化する前記駆動信号により前記補助手段を制御するように構成される。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項3に記載の発明によれば、請求項1又は請求項2に記載の発明の作用に加えて、補助手段が、パルス幅変調方式により変調された駆動信号であってそのデューティー比が時間軸に沿って台形形状に変化する駆動信号により制御されるので、急激な動作を抑制して被補助者に負担なくその動作を安全に補助することができる。
According to the invention described in
上記の課題を解決するために、請求項4に記載の発明は、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の動作補助装置において、前記踵が前記歩行面から離れたことが予め設定された時間内に検出されないとき、前記制御手段は前記補助手段を初期化するように構成される。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項4に記載の発明によれば、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、一定時間内に踵が歩行面から離れたことが検出されないとき補助手段が初期化されるので、踵が上がらずに被補助者に歩行の意志がないと見なされる時は補助手段を初期化することで、被補助者の意志に拘わらず補助手段が屈曲動作の補助を開始することによる危険性を回避することができる。
According to the invention described in
上記の課題を解決するために、請求項5に記載の発明は、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の動作補助装置において、前記制御手段は、前記被補助者の右脚に装着されている前記補助手段と、前記被補助者の左脚に装着されている前記補助手段と、を別個独立に制御するように構成される。
In order to solve the above-described problem, the invention according to
請求項5に記載の発明によれば、請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の発明の作用に加えて、補助手段の制御が右脚と左脚とで別個独立に行われるので、制御手段としての処理を簡素化できる。
According to the invention described in
上記の課題を解決するために、請求項6に記載の発明は、請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の動作補助装置に前記制御手段として備えられたコンピュータを、当該制御手段として機能させる。
In order to solve the above-mentioned problem, the invention described in claim 6 is characterized in that a computer provided as the control means in the operation assisting device according to any one of
請求項6に記載の発明によれば、踵が歩行面から離れたことを検出し、踵が歩行面から離れたタイミングから膝関節部の屈曲動作の補助を開始するように補助手段を制御するコンピュータが機能するので、被補助者の意思により踵が歩行面から離れたタイミングから屈曲動作の補助を開始することで、被補助者の意思に沿って自立的且つ安全にその動作を補助することができる。
また、膝関節部及び股関節部それぞれの屈曲角度を検出し、膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて設定された閾値角度に股関節部の屈曲角度が達したタイミングから伸展動作の補助を開始するように補助手段を制御するコンピュータが機能するので、自然な歩行態様に近い制御により、被補助者に負担をかけることなく安全にその動作を補助することができる。
According to the sixth aspect of the present invention, it is detected that the heel has moved away from the walking surface, and the assisting means is controlled so as to start assisting the bending motion of the knee joint from the timing when the heel has moved away from the walking surface. Since the computer functions, assisting the operation autonomously and safely in accordance with the intention of the assistant by starting the assistance of the bending movement from the timing when the heel is separated from the walking surface by the intention of the assistant Can do.
In addition, it detects the bending angles of the knee joint and hip joint, and starts assisting the extension operation when the hip joint bending angle reaches the threshold angle set according to the maximum knee joint bending angle. Since the computer that controls the auxiliary means functions as described above, the operation can be safely assisted without imposing a burden on the person being assisted by control close to a natural walking mode.
本発明によれば、踵が歩行面から離れたことを検出し、踵が歩行面から離れたタイミングから膝関節部の屈曲動作の補助を開始するように補助手段を制御する。
従って、被補助者の意思により踵が歩行面から離れたタイミングから屈曲動作の補助を開始することで、被補助者の意思に沿って自立的且つ安全にその動作を補助することができる。
また、膝関節部及び股関節部それぞれの屈曲角度を検出し、膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて設定された閾値角度に股関節部の屈曲角度が達したタイミングから伸展動作の補助を開始する。
従って、自然な歩行態様に近い制御により、被補助者に負担をかけることなく安全にその動作を補助することができる。
According to the present invention, it is detected that the heel has moved away from the walking surface, and the assisting means is controlled to start assisting the bending motion of the knee joint from the timing when the heel has moved away from the walking surface.
Therefore, by starting the auxiliary bending operation from a timing that the heel by intention of the assistant has left the tread surface, it is possible to assist the autonomously and safely operation of that along the intention of the assistant.
In addition, it detects the bending angles of the knee joint and hip joint, and starts assisting the extension operation when the hip joint bending angle reaches the threshold angle set according to the maximum knee joint bending angle. To do.
Therefore, the control close to the natural walking mode can assist the operation safely without placing a burden on the person being assisted.
以下、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.
本発明を実施するための形態について、図1乃至図8を用いて説明する。なお、以下に説明する実施形態は、例えば膝疾患を持つ患者(被補助者の一例)の回復訓練等としての歩行における膝関節の動作を補助する歩行補助装置に対して本発明を適用した場合の実施形態である。また図1は実施形態に係る歩行補助装置を患者に装着した際の状態図であり、図2は実施形態に係る駆動ユニットを患者の両脚に装着した際の状態図である。また図3は当該歩行補助装置の構成を示すブロック図である。図4は歩行補助装置における制御パターンを生成する動作例を示すフローチャートである。更に図5は、当該歩行補助装置における膝関節部及び股関節部の屈曲角度の一例を示す模式図である。図6は、当該歩行補助装置におけるセンサのデータと制御パターンの一例を示す模式図である。図7は歩行補助装置における制御動作例を示すフローチャートである。図8は当該歩行補助装置における他の制御パターンの一例を示す模式図である。 A mode for carrying out the present invention will be described with reference to FIGS. In the embodiment described below, for example, when the present invention is applied to a walking assist device that assists the operation of a knee joint in walking as a recovery training for a patient with knee disease (an example of an assistant) It is an embodiment. FIG. 1 is a state diagram when the walking assist device according to the embodiment is mounted on a patient, and FIG. 2 is a state diagram when the drive unit according to the embodiment is mounted on both legs of the patient. FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the walking assistance device. FIG. 4 is a flowchart showing an operation example of generating a control pattern in the walking assistance device. Furthermore, FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of bending angles of the knee joint part and the hip joint part in the walking assist device. FIG. 6 is a schematic diagram illustrating an example of sensor data and a control pattern in the walking assist device. FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of a control operation in the walking assist device. FIG. 8 is a schematic diagram showing an example of another control pattern in the walking assistance device.
図1及び図2に示すように、実施形態に係る歩行補助装置S(動作補助装置の一例)は、患者の下肢部(両脚)に着脱自在のテープ状固定具やバンド等の固定具6によってそれぞれ取り付けられる補助手段の一例としての一対の駆動ユニット10を備えている。なお以下の説明では、左脚用の駆動ユニット10を駆動ユニット11とし、右脚用の駆動ユニット10を駆動ユニット12として説明する。また駆動ユニット11及び駆動ユニット12に共通する説明を行う場合は、一般に駆動ユニット10として説明する。
As shown in FIGS. 1 and 2, the walking assist device S (an example of a motion assist device) according to the embodiment includes a tape-like fixture and a fixture 6 such as a band that can be attached to and detached from the lower limbs (both legs) of a patient. A pair of
一つの(即ち、右脚と左脚のいずれか一方用の)駆動ユニット10には、図1に示すように、患者の膝部5の関節部分に取り付けられ、膝関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部3と、患者の股部9の関節部分に取り付けられ、股関節を屈曲及び伸展させるリンク機構部8と、が取り付けられている。
As shown in FIG. 1, one drive unit 10 (ie, for either the right leg or the left leg) is attached to a joint portion of a patient's
先ずリンク機構部3は、図1に示すように、例えば患者の大腿部に巻きつけられる上部脚当て4の側面に取り付けられる第一リンク3aと、患者の下腿部に巻きつけられる下部脚当て7の側面に取り付けられる第二リンク3bと、駆動ユニット10から動力を得て第一リンク3aに対して第二リンク3bを歩行の前後方向に揺動させる第三リンク3cと、を含んで構成される。第一リンク3aは、患者の腰部側から膝部5側に延びるように取り付けられ、第二リンク3bは患者の膝部5側から脚の先端(地面)側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク3aと第二リンク3bとは、患者の膝部5近傍で回動可能に連結されている。
First, as shown in FIG. 1, the
この連結部には、第一リンク3aと第二リンク3bとの成す角度を示す膝関節角度データを出力する膝関節角度センサ(膝関節角度検出手段の一例)が内蔵されている。この膝関節角度センサは、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。また、第三リンク3cの端部が、第二リンク3bの中央近傍に連結されている。上部脚当て4及び下部脚当て7は、それぞれが図示しない一対の脚当て部材を含んで構成されており、当該脚当て部材は患者の大腿部及び下腿部の周囲を覆うように配置され、固定具6によって着脱可能に取り付けられる。また、上部脚当て4及び下部脚当て7は、例えばポリプロピレン樹脂等を成形して形成されており、ユーザの大腿部と接する部分には、伸縮自在の図示しないスポンジ部材等が取り付けられている。
The connecting portion incorporates a knee joint angle sensor (an example of a knee joint angle detection means) that outputs knee joint angle data indicating an angle formed by the
一方リンク機構部8は、図1に示すように、上記した上部脚当て4の側面に取り付けられる第一リンク8aと、患者の腰部に巻きつけられるベルト23の側部に取り付けられる第二リンク8bと、を含んで構成される。第一リンク8aは、患者の臀部側から膝部5側に延びるように取り付けられ、第二リンク8bは患者の腰部側から臀部側に延びるように取り付けられている。そして第一リンク8aと第二リンク8bとは、患者の股部9近傍で回動可能に連結されている。この連結部にも、第一リンク8aと第二リンク8bとの成す角度を示す股関節角度データを出力する股関節角度センサ(股関節角度検出手段の一例)が内蔵されている。この股関節角度センサも、例えばいわゆるポテンショメータ等により実現される。
On the other hand, as shown in FIG. 1, the
更に図2に示すように、両脚にそれぞれ取り付けられる駆動ユニット11及び駆動ユニット12には、当該駆動ユニット11及び駆動ユニット12間でデータ通信するための通信ユニット20が着脱可能に取り付けられる。この通信ユニット20は、ケーブル21と、そのケーブル21の途中に配置される通信用基板及び制御用基板並びに電池等が収容された中継ボックス22と、を備え、上記ベルト23によって患者の腰部に取り付けられる。また通信ユニット20は、ケーブル21の両端に非接触でデータを通信可能な通信端子を備えた通信ヘッド25を備えている。一方、駆動ユニット10の筐体10aには、当該通信ヘッド25を挿入可能な孔部10bが設けられており、孔部10bに対して当該通信ヘッド25が着脱可能になっている。なお、上記中継ボックス22内の制御用基板には、実施形態に係る歩行補助装置Sとしての動作を制御する後述のCPU等が装着されている。更に駆動ユニット10は、電力を受電又は所定のデータを通信可能な図示しない通信ヘッドを筐体10aの内部に備えている。そして、駆動ユニット10の筐体10aに有する孔部10bには、通信ヘッド25が挿入されて、非接触で上記図示しない通信ヘッドに電気的に接続され、データ通信可能となっている。
Further, as shown in FIG. 2, a
次に、実施形態の歩行補助装置Sの構成について、より具体的に図3を用いて説明する。 Next, the configuration of the walking assist device S of the embodiment will be described more specifically with reference to FIG.
実施形態の歩行補助装置Sは、図3に示すように、右足駆動系Rと、左足駆動系Lと、中継ボックス22内の上記制御用基板に備えられた制御手段の一例としてのCPU(Central Processing Unit)42と、患者又は理学療法士等が操作可能な位置に備えられ且つCPU42に対する指令操作を行うための操作ボタン等を備える変更手段の一例としての操作部41と、CPU42に接続され且つ患者又は理学療法士等が視認可能な位置に備えられた液晶ディスプレイ等からなる表示部40と、を備えている。なお、CPU42は、オペレーティングシステムや歩行補助装置Sを制御する制御プログラムや、制御パターンを生成するための制御パターン生成プログラム等のソフトウェアや、検出したデータや、生成した制御パターン等のデータを記憶する記憶部(図示せず)を有している。この記憶部は、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)、ハードディスク又はシリコンディスク等により構成されている。
As shown in FIG. 3, the walking assistance device S of the embodiment includes a CPU (Central Control Unit) as an example of a control unit provided on the control board in the right foot drive system R, the left foot drive system L, and the
また各脚の駆動系(右足駆動系R及び左足駆動系L)には、それぞれ、上記駆動ユニット10と、上記固定具6並びに上部脚当て4及び下部脚当て7と、膝関節角度センサ16を含むリンク機構部3と、股関節角度センサ15を含むリンク機構部8と、踵状態検出手段の一例としての足裏センサ17と、が含まれている。駆動ユニット10には、駆動手段の一例としてのDCモータ50と、各リンクに接続されているギア部52と、DCモータ50からの駆動力を、ギア部52を介して各リンクに伝達する駆動手段の一例としてのクラッチ部51と、が含まれている。
The drive system for each leg (right foot drive system R and left foot drive system L) includes the
以上の構成において、DCモータ50の回転方向及び回転速度の制御及びクラッチ部51における開放/接続の制御は、それぞれCPU42により行われる。更に足裏センサ17は、図1に例示するように右足及び左足の足裏にそれぞれ装着されており、各脚が床又は地面から離れたこと及びそれらに接地したことをそれぞれ示す信号をCPU42に出力する。また膝関節角度センサ16は上記膝関節角度データを生成してCPU42に出力し、更に股関節角度センサ15は上記股関節角度データを生成してCPU42に出力する。
In the above configuration, the control of the rotation direction and rotation speed of the
次に、図1乃至図3を用いて説明した構成を備える歩行補助装置Sにおける制御パターン生成について、具体的に図4乃至図6を用いて説明する。 Next, control pattern generation in the walking assistance device S having the configuration described with reference to FIGS. 1 to 3 will be specifically described with reference to FIGS. 4 to 6.
まず、歩行補助装置Sが患者に装着され、制御パターン生成の処理が行われる。 First, the walking assist device S is attached to the patient, and a control pattern generation process is performed.
図4に示すように、歩行補助装置Sは、クラッチ部51を開放する(ステップS1)。具体的には、歩行補助装置SのCPU42は、クラッチ部51を開放し、DCモータ50からリンク機構部3への駆動力の伝達を遮断する。これにより、リンク機構部3が、DCモータ50の永久磁石等による抵抗力の影響を受けずにフリーに動き、患者が脚を動かし易くなる。
As shown in FIG. 4, the walking assistance device S opens the clutch unit 51 (step S1). Specifically, the CPU 42 of the walking assist device S opens the
次に、歩行補助装置Sは、股関節角度センサ15のデータを取得し、股関節角度の補正値を決定する(ステップS2)。歩行補助装置Sを装着した患者が立ち止まった状態のとき、CPU42は、股関節角度センサ15から、第一リンク8aと第二リンク8bとの成す角度θH(股関節部の屈曲角度の一例)を示す股関節角度データを取得し、角度θHの補正値とする。なお、CPU42は、取得した股関節角度データをCPU42の記憶部に記憶する。また、患者に動きがあり、データに変動がある場合、CPU42は、股関節角度データの平均値を算出し、この平均値を角度θHの補正値とする。
Next, the walking assist device S acquires the data of the hip
ここで、図5(A)に示すように、患者の膝部5の関節部分における角度θkは、患者60の大腿部(第一リンク3aに対応)を基準に測定される。患者の股部9の関節部分における角度θHは、患者60の体幹部(第二リンク8bに対応)を基準に測定され、基準より患者60の大腿部が歩行方向の後方にある場合がプラスであり、歩行方向の前方にある場合がマイナスである。歩行面65は、床又は地面等である。
Here, as shown in FIG. 5A, the angle θk at the joint of the patient's
また、図5(A)は、歩行補助装置Sの装着位置のずれがなく、患者60が直立して歩く場合である。一方、図5(B)に示すように、患者60が前屈みで歩く等の癖がある場合や、歩行補助装置Sの装着位置のずれがある場合があるので、CPU42は、角度θHの補正値(角度α)として、補正された角度φ=θH−αとして、股関節角度データをステップS2で取得する。
FIG. 5A shows the case where the patient 60 walks upright without any shift in the wearing position of the walking assist device S. On the other hand, as shown in FIG. 5B, since there is a case where the
次に、歩行補助装置Sを装着した患者60が3、4歩程歩く状態で、歩行補助装置Sは、股関節角度センサ15、膝関節角度センサ16、及び、足裏センサ17のデータを取得する(ステップS3)。具体的には、CPU42は、股関節角度センサ15から角度θHを示す股関節角度データを取得し、膝関節角度センサ16から、第一リンク3aと第二リンク3bとの成す角度θk(膝関節部の屈曲角度の一例)を示す膝関節角度データを取得する。足裏センサ17に関しては、CPU42は、足裏センサ17から、脚が床又は地面等の歩行面65から離れたこと及びそれらに接地したことを示す信号を取得する。
Next, when the patient 60 wearing the walking assist device S walks about three or four steps, the walking assist device S acquires data of the hip
図6に示すように、CPU42は、膝関節角度センサ16からの角度θkを示す膝関節角度データを取得し、股関節角度センサ15から角度θHを示す股関節角度データを取得し、足裏センサ17から足裏センサのデータShを取得する。なお、CPU42は、取得した股関節角度データ、膝関節角度データ、及び、足裏センサ17のデータを、CPU42の記憶部に記憶する。
As shown in FIG. 6, the CPU 42 acquires knee joint angle data indicating the angle θk from the knee
次に、歩行補助装置Sは、取得した足裏センサのデータShに基づき足裏センサのデータShの閾値を決定する(ステップS4)。具体的には、CPU42は、図6に示すように、足裏センサのデータShがLOWからHIGHになったとする閾値(足裏センサON閾値)や、足裏センサのデータShがHIGHからLOWになるとする閾値(足裏センサOFF閾値)を、取得した足裏センサのデータShから設定する。なお、チャタリング防止のため、足裏センサON閾値と足裏センサOFF閾値とは異なってもよい。 Next, the walking assistance device S determines the threshold value of the foot sensor data Sh based on the acquired foot sensor data Sh (step S4). Specifically, as shown in FIG. 6, the CPU 42 sets a threshold value (foot sole sensor ON threshold) that the foot sensor data Sh changes from LOW to HIGH, or a foot sensor data Sh changes from HIGH to LOW. The threshold value (foot sensor OFF threshold value) to be set is set from the acquired foot sensor data Sh. In order to prevent chattering, the sole sensor ON threshold and the sole sensor OFF threshold may be different.
次に、歩行補助装置Sは、足裏センサ17のデータに基づき、歩行周期、遊脚期、及び、立脚期を特定する(ステップS5)。具体的には、CPU42は、図6に示すように、足裏センサのデータShがHIGH(脚が床又は地面から離れた状態)になった時点taから、足裏センサのデータShがLOW(脚が床又は地面に接地した状態)になった時点tdを経て、再び足裏センサのデータShがHIGHになった時点teまでの期間T3(踵の離床時(ta)から、次の踵の離床時(te))を歩行周期として特定する。そして、CPU42は、図6に示すように、足裏センサのデータShがHIGHになった時点taから、足裏センサのデータShがLOWになった時点tdを遊脚期の期間T2(踵の離床時(ta)から踵の着床時までの時間(td))として特定し、足裏センサのデータShがLOWになった時点tdから、再び足裏センサのデータShがHIGHになった時点teまでを立脚期(T3−T2)として特定する。 Next, the walking assistance device S specifies the walking cycle, the swing phase, and the stance phase based on the data of the sole sensor 17 (step S5). Specifically, as shown in FIG. 6, the CPU 42 detects that the foot sensor data Sh is LOW (from the time ta when the foot sensor data Sh becomes HIGH (a state where the legs are separated from the floor or the ground). After the time td when the leg is in contact with the floor or the ground), the period T3 from the time when the foot sensor data Sh becomes HIGH again to the time te (from the time when the heel leaves (ta) to the next heel The time of getting out (te) is specified as the walking cycle. Then, as shown in FIG. 6, the CPU 42 changes the time td when the foot sensor data Sh becomes LOW from the time ta when the foot sensor data Sh becomes HIGH from the time td when the foot sensor data Sh becomes LOW. The time from the time when the foot sensor data Sh becomes HIGH from the time td when the foot sensor data Sh becomes LOW from the time when the foot sensor data Sh becomes LOW. The period up to te is specified as the stance phase (T3-T2).
なお図6において、「立脚期」とは、歩行において左右いずれか一方の脚に患者の体重がかかっている期間を示す。また「遊脚期」とは、歩行において当該いずれか一方の脚に患者の体重がかかっていない期間(換言すれば、次の立脚期に移行するためにその脚を床又は地面から離して(浮かせて)前に移動させている期間)を示す。 In FIG. 6, the “stance phase” indicates a period during which the patient's weight is applied to either the left or right leg during walking. In addition, the “swing leg” is a period in which the patient's weight is not applied to one of the legs during walking (in other words, the leg is separated from the floor or the ground in order to enter the next stance phase ( Floating) Indicates the period of movement).
次に、歩行補助装置Sは、膝関節角度のデータのピーク箇所を特定する(ステップS6)。具体的には、CPU42は、取得した膝関節角度センサ16からの角度θkを示す膝関節角度データが、遊脚期において最大となるピーク箇所θkp、即ち、膝関節部の屈曲角度が最大値になる極値タイミングtbを特定する。この膝関節部の屈曲角度の最大値は、図5(A)に示すように、患者60の大腿部を基準とした値であり、膝は最も屈曲した状態である。
Next, the walking assist device S identifies the peak portion of the knee joint angle data (step S6). Specifically, the CPU 42 determines that the acquired knee joint angle data indicating the angle θk from the knee
次に、歩行補助装置Sは、股関節に関する閾値角度を設定する(ステップS7)。具体的には、CPU42は、極値タイミングtbにおける股関節角度データである角度θH1を求め、股関節に関する閾値角度θH1とする。なお、閾値角度θH1は、図6に示すように、屈曲動作補助期間T1(踵の離床時taから膝関節のピークθkpの極値タイミングtb)を設定するために利用される。 Next, the walking assist device S sets a threshold angle related to the hip joint (step S7). Specifically, the CPU 42 obtains an angle θH1 that is hip joint angle data at the extremum timing tb and sets it as a threshold angle θH1 related to the hip joint. As shown in FIG. 6, the threshold angle θH1 is used to set a bending motion assisting period T1 (extremum timing tb of the knee joint peak θkp from the heel leaving bed ta).
次に、歩行補助装置Sは、屈曲動作トリガ及び伸展動作トリガを設定する(ステップS8)。具体的には、CPU42は、制御パターンにおいて、遊脚期における補助の制御(特に屈曲動作の補助制御)を開始する補助開始トリガ(屈曲動作トリガ)を、足裏センサ17のデータが足裏センサON閾値以上のとき(踵の離床時ta)と設定する。またCPU42は、制御パターンにおいて、遊脚期における補助の制御(特に伸展動作の補助制御)を終了する補助終了トリガを、足裏センサ17のデータが足裏センサOFF閾値以下のとき(踵の着床時td)と設定する。そして、CPU42は、制御パターンにおいて、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替えるための伸展動作トリガを、股関節角度センサ15のから角度θHを示す股関節角度データが、閾値角度θH1以下になったとき(極値タイミングtb)と設定する。
Next, the walking assist device S sets a bending motion trigger and an extension motion trigger (step S8). Specifically, in the control pattern, the CPU 42 sets an auxiliary start trigger (bending motion trigger) for starting auxiliary control (especially auxiliary control of bending motion) in the swing phase, and the data of the
次に、歩行補助装置Sは、膝関節制御用の駆動信号のパターンを生成する(ステップS9)。具体的には、CPU42は、PWM(Pulse Width Modulation)のデューティー比が、図6に示すように、時間軸に沿って台形形状に変化する駆動信号Dを生成する。図6に示すように、歩行補助装置Sにおいて補助動作の制御をt1からt7の時間に割り当て、脚の踵が床又は地面から離れた状態になった時点taを歩行の起点(補助の起点)とし、屈曲動作における駆動信号Cの立上り時間を時間t1とし、PWMのディーティー比が100%の持続時間をt2とし、立下り時間をt3とし、正の台形波形とする。なお、時間t1において、起動を早くするため、デューティー比が0%からではなく、CPU42は、例えば35%位からスタートさせる。また、伸展動作の立下り時間をt4とし、PWMのデューティー比が−100%の持続時間をt5とし、立上り時間をt6とし、負の台形波形とする。また、CPU42は、生成された制御パターンをCPU42の記憶部に記憶する。 Next, the walking assistance device S generates a drive signal pattern for knee joint control (step S9). Specifically, the CPU 42 generates a drive signal D in which the duty ratio of PWM (Pulse Width Modulation) changes to a trapezoidal shape along the time axis as shown in FIG. As shown in FIG. 6, in the walking assist device S, the control of the assisting operation is assigned to the time from t1 to t7, and the time ta when the leg heel is separated from the floor or the ground is the starting point of walking (starting point of assistance). The rising time of the drive signal C in the bending operation is time t1, the duration when the PWM duty ratio is 100% is t2, the falling time is t3, and a positive trapezoidal waveform. At time t1, in order to speed up the start-up, the CPU 42 starts from, for example, about 35% instead of the duty ratio from 0%. Further, the falling time of the extending operation is t4, the duration of the PWM duty ratio is −100% is t5, the rising time is t6, and a negative trapezoidal waveform is obtained. In addition, the CPU 42 stores the generated control pattern in the storage unit of the CPU 42.
なお、駆動信号Cに関して、立上り、立下り時間は、例えば、t1、t3、t4、t6=0.1秒とする。そして、持続時間t2は、屈曲動作補助期間T1から、t2=T1−t1−t3のように算出される。持続時間t5は、屈曲動作補助期間T1と遊脚期の期間T2から、t5=T2−T1−t4−t6のように算出される。 For the drive signal C, the rise and fall times are, for example, t1, t3, t4, t6 = 0.1 seconds. Then, the duration t2 is calculated as t2 = T1-t1-t3 from the bending motion assisting period T1. The duration t5 is calculated as follows: t5 = T2−T1−t4−t6 from the bending motion assisting period T1 and the swing leg period T2.
立脚期における時間t7は、脚の屈曲、伸展動作が終了しても、歩行補助装置Sにおける機械の原点出しをするための伸展延長時間である。時間t7は、歩行周期の期間T3と、遊脚期の期間T2とから、t7=a×(T3−T2)のように算出される。ここで、係数aは0〜1の値である。a=1の場合は、立脚期の間中、少しずつ伸展動作の力が、脚に加えられることになる。 The time t7 in the stance phase is the extension extension time for the origin of the machine in the walking assist device S even after the leg bending and extension operations are completed. The time t7 is calculated as t7 = a × (T3−T2) from the walking cycle period T3 and the swing leg period T2. Here, the coefficient a is a value from 0 to 1. In the case of a = 1, the force of the extension operation is applied to the leg little by little during the stance phase.
次に、歩行補助装置Sにおける制御時の動作について、図7を用いて説明する。 Next, the operation | movement at the time of control in the walking assistance apparatus S is demonstrated using FIG.
歩行補助装置Sにおける制御時の動作においてCPU42は、駆動信号Dの制御パターンを記憶部から読み出し(ステップS10)、その制御パターンに従い、歩行補助装置Sを装着した患者60の動作を補助する。即ちCPU42は、動作の補助が開始されると、例えば、患者の片方の脚(例えば、右脚)の足裏センサ17のデータが足裏センサON閾値以上となったか否かを監視している(ステップS11)。ステップS11の監視において足裏センサ17のデータが足裏センサON閾値以上となっていない場合(ステップS11;NO)、CPU42はそのまま監視を継続し、患者が右脚を上げることで右足駆動系Rの足裏センサ17のデータが足裏センサON閾値以上になったときに(補助開始トリガが感知されたとき。ステップS11;YES。)、CPU42は、駆動信号Dの制御パターンに従い、PWMのデューティー比を漸増させて右足駆動系RのDCモータ50を駆動させ始める(ステップS12)。そして、ギア部52及びクラッチ部51を介して、リンク機構部3に駆動力が伝達し、患者の右脚の膝が屈曲され始める。これと並行してCPU42は、股関節角度センサ15からの角度θHを示す股関節角度データのモニタを開始する(ステップS12)。
In the operation at the time of control in the walking assist device S, the CPU 42 reads the control pattern of the drive signal D from the storage unit (step S10), and assists the operation of the patient 60 wearing the walking assist device S according to the control pattern. That is, when the operation assistance is started, the CPU 42 monitors, for example, whether or not the data of the
次にCPU42は、駆動開始から時間t1(図6参照)が経過したか否かを判定し(ステップS13)、時間t1が経過していないときは(ステップS13;NO)そのまま屈曲動作を継続させ、一方時間t1が経過したとき(ステップS13;YES)、CPU42は、PWMのデューティー比を100%にする(ステップS14)。 Next, the CPU 42 determines whether or not the time t1 (see FIG. 6) has elapsed since the start of driving (step S13). When the time t1 has not elapsed (step S13; NO), the bending operation is continued. On the other hand, when the time t1 has elapsed (step S13; YES), the CPU 42 sets the duty ratio of PWM to 100% (step S14).
次にCPU42は、駆動開始から時間(t1+t2)(図6参照)が経過したか否かを判定し(ステップS15)、時間(t1+t2)が経過していないときは(ステップS15;NO)、PWMのデューティー比を100%としたまま屈曲動作を継続させ、一方時間(t1+t2)が経過したとき(ステップS15;YES)、CPU42は、PWMのデューティー比を漸減させ始める(ステップS16)。そして、患者の右脚の膝にかかる駆動力が減少し始める。 Next, the CPU 42 determines whether or not the time (t1 + t2) (see FIG. 6) has elapsed since the start of driving (step S15). When the time (t1 + t2) has not elapsed (step S15; NO), the PWM When the time (t1 + t2) has elapsed (step S15; YES), the CPU 42 starts to gradually decrease the PWM duty ratio (step S16). Then, the driving force applied to the knee of the patient's right leg begins to decrease.
次にCPU42は、駆動開始から時間(t1+t2+t3)(図6参照)が経過したか、又は、股関節角度センサ15から角度θHを示す股関節角度データが閾値角度θH1以上になったか否かを判定する(ステップS17)。ステップS17の判定において、駆動開始から時間(t1+t2+t3)が経過しておらず、且つ角度θHを示す股関節角度データが閾値角度θH1以上になっていない場合(ステップS17;NO)、CPU42はそのまま屈曲動作を継続させ、一方駆動開始から時間(t1+t2+t3)経過、又は、角度θHを示す股関節角度データが閾値角度θH1以上になったとき(伸展動作トリガが感知されたとき。ステップS17;YES)、CPU42は、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替える(ステップS18)。PWMのデューティー比がプラスからマイナスへと反転する。ここで、図6に示すように、膝関節角度センサ16からの角度θkを示す膝関節角度データが極値タイミングtbは、股関節角度センサ15から角度θHを示す股関節角度データが極値になるタイミングtc(股関節部が前方に出始めるタイミング)より前にあるので、歩行補助装置Sは、タイミングtcよりも早めに伸展動作の補助を行う。
Next, the CPU 42 determines whether time (t1 + t2 + t3) (see FIG. 6) has elapsed from the start of driving, or whether the hip joint angle data indicating the angle θH from the hip
次にCPU42は、伸展動作開始から時間t4(図6参照)が経過したか否かを判定し(ステップS19)、伸展動作開始から時間t4が経過していないときは(ステップS19;NO)そのまま伸展動作を継続させ、一方伸展動作開始から時間t4が経過したとき(ステップS19;YES)、CPU42は、PWMのデューティー比を−100%にして伸展動作を継続する(ステップS20)。 Next, the CPU 42 determines whether or not the time t4 (see FIG. 6) has elapsed since the start of the extension operation (step S19). If the time t4 has not elapsed since the start of the extension operation (step S19; NO), the CPU 42 continues. When the extension operation is continued and time t4 has elapsed from the start of the extension operation (step S19; YES), the CPU 42 continues the extension operation with the PWM duty ratio set to −100% (step S20).
次にCPU42は、伸展動作開始から時間(t4+t5)(図6参照)が経過したか否かを判定し(ステップS21)、時間(t4+t5)が経過していないときは(ステップS21;NO)、PWMのデューティー比を−100%としたまま伸展動作を継続させ、一方時間(t4+t5)が経過したとき(ステップS21;YES)、CPU42は、PWMのデューティー比を漸増させ始める(ステップS22)。 Next, the CPU 42 determines whether or not the time (t4 + t5) (see FIG. 6) has elapsed since the start of the extension operation (step S21). When the time (t4 + t5) has not elapsed (step S21; NO), The extension operation is continued with the PWM duty ratio set to −100%, and when the time (t4 + t5) has elapsed (step S21; YES), the CPU 42 starts to gradually increase the PWM duty ratio (step S22).
次にCPU42は、伸展動作開始から時間(t4+t5+t6)(図6参照。遊脚期の期間T2)が経過したか、又は、右足駆動系Rの足裏センサ17のデータが足裏センサOFF閾値以下になったか否かを判定する(ステップS23)。ステップS23の判定において、伸展動作開始から時間(t4+t5+t6)が経過しておらず、且つ足裏センサ17のデータが足裏センサOFF閾値以下になっていない場合(ステップS23;NO)、CPU42はそのまま伸展動作を継続させ、一方伸展動作開始から時間(t4+t5+t6)経過したら、又は、右足駆動系Rの足裏センサ17のデータが足裏センサOFF閾値以下になったとき(補助終了トリガが感知されたとき。ステップS23;YES)、CPU42は次に、歩行補助装置Sにおける機械の原点出しをするため、PWMのデューティー比を0%にせずに、−30%程で、伸展動作の延長を行う(ステップS24)。そしてCPU42は、遊脚期が終了してから時間t7(図6参照)が経過したか否かを判定する(ステップS25)。ステップS25の判定において時間t7が経過していない場合(ステップS25;NO)、CPU42はそのまま伸展動作の延長を継続する。一方時間t7が経過したとき(ステップS25;YES)、CPU42は、右脚についての補助を終了する。
Next, the CPU 42 has elapsed time (t4 + t5 + t6) (refer to FIG. 6; period T2 of the swing leg period) from the start of the extension operation, or the data of the
なお、左足駆動系Lが装着されている場合には、歩行補助装置Sは、左足駆動系Lに関しても同様の制御を行う。 When the left foot drive system L is attached, the walking assistance device S performs the same control for the left foot drive system L.
以上説明したように、実施形態に係る歩行補助装置Sの動作によれば、患者60の踵が歩行面から離れたことを検出し、踵が歩行面から離れたタイミングから膝関節部の屈曲動作の補助を開始するようにDCモータ50を制御するので、患者60の意思により踵が歩行面から離れたタイミングから屈曲動作の補助を開始することで、患者60の意思に沿って自立的且つ安全にその動作を補助することができる。
As described above, according to the operation of the walking assist device S according to the embodiment, it is detected that the patient's heel has been separated from the walking surface, and the knee joint is bent from the timing at which the heel is separated from the walking surface. Since the
また、膝関節部及び股関節部それぞれの屈曲角度を検出し、膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて設定された閾値角度θH1に股関節部の屈曲角度が達したタイミングから伸展動作の補助を開始するので、自然な歩行態様に近い制御により、被補助者に負担をかけることなく安全にその動作を補助することができる。 Further, the bending angle of each of the knee joint part and the hip joint part is detected, and the extension operation is assisted from the timing when the bending angle of the hip joint part reaches the threshold angle θH1 set according to the maximum value of the knee joint bending angle. Since it starts, the operation can be assisted safely without imposing a burden on the person being assisted by control close to a natural walking mode.
更に、DCモータ50が、PWMにより変調された駆動信号Dであってそのデューティー比が時間軸に沿って台形形状に変化する駆動信号Dにより制御されるので、急激な動作を抑制して被補助者に負担なくその動作を安全に補助することができる。
Further, since the
更にまた、DCモータ50の制御が右脚と左脚とで別個独立に行われるので、CPU42としての処理を簡素化できる。
Furthermore, since the control of the
次に、図8を用いて、歩行補助装置Sにおける他の制御パターンの一例について説明する。図8は、実施形態に係る歩行補助装置Sにおける他の制御パターンの一例を示す模式図である。 Next, an example of another control pattern in the walking assistance device S will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a schematic diagram illustrating an example of another control pattern in the walking assist device S according to the embodiment.
実施形態に係る閾値角度θH1は、例えば操作部41における操作により、例えば患者60又は理学療法士の意思により変更可能とされている。この場合、例えば図8に示すように、設定された閾値角度をθH1からθH2に変更すると、駆動信号D2の制御パターンにおいて、遊脚期における屈曲動作の補助制御から、伸展動作の補助制御に切り替えるタイミングtfが時間(tb)よりも早くなる。即ち、患者の脚に対して、早めに伸展動作の補助動作が開始され負荷として働き、リハビリ効果を高めることができると共に、患者60の状態に応じた動作補助ができる。なお閾値角度θH2の値は、患者の状態、リハビリのスケジュール等に応じて決定される。ここで、PWMのデューティー比が100%の持続時間t8が、駆動信号Dの制御パターンにおける持続時間t2よりも短くなり、PWMのデューティー比が−100%の持続時間をt9が、駆動信号Dの制御パターンにおける持続時間t5より長くなる。 The threshold angle θH1 according to the embodiment can be changed by, for example, the operation of the operation unit 41, for example, by the intention of the patient 60 or the physical therapist. In this case, for example, as shown in FIG. 8, when the set threshold angle is changed from θH1 to θH2, the auxiliary control of the bending motion during the swing phase is switched to the auxiliary control of the extension motion in the control pattern of the drive signal D2. Timing tf is earlier than time (tb). In other words, the extension operation is started early on the patient's leg and acts as a load, so that the rehabilitation effect can be enhanced and the operation according to the condition of the patient 60 can be performed. The value of the threshold angle θH2 is determined according to the patient's condition, rehabilitation schedule, and the like. Here, the duration t8 when the PWM duty ratio is 100% is shorter than the duration t2 in the control pattern of the drive signal D, and the duration when the PWM duty ratio is −100% is t9, It becomes longer than the duration t5 in the control pattern.
また、歩行補助装置Sは、踵が歩行面65から離れたことが予め設定された時間内に検出されないとき、補助手段(駆動ユニット10、11、12)を初期化する制御パターンを生成してもよい。例えば、患者が立ったままの状態で歩こうとしない場合、患者に歩行の意思がないとみなし、歩行補助装置Sは、駆動ユニット10、11、12の状態をリセットさせ、一連の歩行の制御パターンの発生を停止させる。この場合、一定時間内に踵が歩行面65から離れたことが検出されないとき、補助手段(駆動ユニット10、11、12)が初期化されるので、患者に歩行の意思がない状態で脚を上げても補助動作が行われないため、患者の意思に反するような形で補助をすることを防止でき、また、クラッチ部51が開放され患者が脚をフリーに動かせるので、歩行補助装置Sによる被補助者の動作補助上の利便性を向上させることができる。更には、患者60の意志に拘わらずDCモータ50が屈曲動作の補助を開始することによる危険性を回避することができる。
Further, the walking assist device S generates a control pattern for initializing the assisting means (drive
なお、上述した実施形態では、膝疾患を有する患者の回復訓練等としての歩行を補助する歩行補助装置Sに対して本発明を適用した場合について説明したが、これ以外に、回復訓練等との一環としての駆け足等の移動を補助する移動補助装置に対して本発明を適用することもできる。 In the above-described embodiment, the case where the present invention is applied to the walking assist device S that assists walking as recovery training or the like of a patient having knee disease has been described. The present invention can also be applied to a movement assisting device that assists movement such as running as a part.
更に、図4又は図7に示すフローチャートに対応するプログラムをフレキシブルディスク、コンパクトディスク又はハードディスク等の記録媒体に記録しておき、又はインターネット等のネットワークを介して取得して記憶しておき、それを汎用のマイクロコンピュータで読み出して実行することにより、当該マイクロコンピュータを実施形態に係るCPU42として動作させることも可能である。 Further, a program corresponding to the flowchart shown in FIG. 4 or 7 is recorded on a recording medium such as a flexible disk, a compact disk, or a hard disk, or obtained and stored via a network such as the Internet, By reading and executing with a general-purpose microcomputer, the microcomputer can be operated as the CPU 42 according to the embodiment.
以上それぞれ説明したように、本発明は動作補助装置の分野に利用することが可能であり、特に患者の歩行又は駆け足等の回復訓練等を補助する動作補助装置の分野に適用すれば特に顕著な効果が得られる。 As described above, the present invention can be used in the field of motion assist devices, and is particularly noticeable when applied to the field of motion assist devices that assist recovery training such as walking or running of a patient. An effect is obtained.
3、8 リンク機構部
3a、8a 第一リンク
3b、8b 第二リンク
3c 第三リンク
4 上部脚当て
5 膝部
6 固定具
7 下部脚当て
9 股部
10、11、12 駆動ユニット
10a 筐体
10b 孔部
15 股関節角度センサ
16 膝関節角度センサ
17 足裏センサ
20 通信ユニット
21 ケーブル
22 中継ボックス
23 ベルト
25 通信ヘッド
40 表示部
41 操作部
42 CPU
50 DCモータ
51 クラッチ部
52 ギア部
S 歩行補助装置
R 右足駆動系
L 左足駆動系
3, 8
50
Claims (6)
前記被補助者の脚の膝関節部に装着されており、前記歩行に伴う当該膝関節部の屈曲動作と、当該歩行に伴う当該膝関節部の伸展動作と、を補助する補助手段と、
前記補助手段が装着されている脚の踵が前記歩行面から離れたことを検出する踵状態検出手段と、
前記膝関節部の屈曲角度を検出する膝関節角度検出手段と、
前記脚の股関節部の屈曲角度を検出する股関節角度検出手段と、
前記踵が前記歩行面から離れたタイミングから前記屈曲動作の補助を開始するように前記補助手段を制御すると共に、前記膝関節部の屈曲角度の最大値に応じて予め設定された閾値角度に前記股関節部の屈曲角度が達したタイミングから前記伸展動作の補助を開始するように前記補助手段を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする動作補助装置。 In the movement assist device that assists the movement of the assistance person while walking on the walking surface,
Auxiliary means attached to the knee joint portion of the leg of the person being assisted, and assisting the bending operation of the knee joint portion accompanying the walking and the extending operation of the knee joint portion accompanying the walking,
Heel state detection means for detecting that the heel of the leg on which the auxiliary means is mounted is separated from the walking surface;
Knee joint angle detection means for detecting the bending angle of the knee joint,
Hip joint angle detecting means for detecting a bending angle of the hip joint portion of the leg;
The auxiliary means is controlled so as to start assisting the bending motion from the timing when the heel is separated from the walking surface, and the threshold angle is set in advance according to the maximum value of the knee joint bending angle. Control means for controlling the auxiliary means so as to start the assistance of the extension operation from the timing when the bending angle of the hip joint portion has reached;
A motion assisting device comprising:
前記閾値角度を変更するために用いられる変更手段を更に備えることを特徴とする動作補助装置。 The motion auxiliary device according to claim 1,
The operation assisting device further comprising changing means used for changing the threshold angle.
前記補助手段はパルス幅変調方式により変調された駆動信号により駆動される補助手段であり、
前記制御手段は、デューティー比が時間軸に沿って台形形状に変化する前記駆動信号により前記補助手段を制御することを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to claim 1 or 2,
The auxiliary means is auxiliary means driven by a drive signal modulated by a pulse width modulation method,
The operation assisting device, wherein the control means controls the assisting means by the drive signal whose duty ratio changes in a trapezoidal shape along a time axis.
前記踵が前記歩行面から離れたことが予め設定された時間内に検出されないとき、前記制御手段は前記補助手段を初期化することを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to any one of claims 1 to 3,
The operation assisting device, wherein the control means initializes the assisting means when it is not detected within a preset time that the heel has left the walking surface.
前記制御手段は、前記被補助者の右脚に装着されている前記補助手段と、前記被補助者の左脚に装着されている前記補助手段と、を別個独立に制御することを特徴とする動作補助装置。 In the movement auxiliary device according to any one of claims 1 to 4,
The control means separately controls the auxiliary means attached to the right leg of the assistant and the auxiliary means attached to the left leg of the assistant. Operation assistance device.
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