JP5751135B2 - Walking support device and initial setting method thereof - Google Patents
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Description
本発明は、歩行支援装置及びその初期設定方法に関し、特に関節部にインクリメンタル型の角度検出センサを備える歩行支援装置及びその初期設定方法に関する。 The present invention relates to a walking support device and an initial setting method thereof, and more particularly to a walking support device including an incremental type angle detection sensor at a joint and an initial setting method thereof.
近年、使用者の腿部に装着され、当該使用者の歩行を支援する歩行支援装置が種々開発されている(特許文献1を参照)。このような歩行支援装置は、関節部の角度を検出するために、角度検出センサを備えている。 2. Description of the Related Art In recent years, various walking support devices that are attached to a user's thigh and assist the user's walking have been developed (see Patent Document 1). Such a walking support device includes an angle detection sensor in order to detect the angle of the joint.
ここで、角度検出センサとしては、アブソリュート型とインクリメンタル型とがある。アブソリュート型の角度検出センサは一度初期設定を行うと、再度、初期設定を行う必要が無い。しかし、アブソリュート型の角度検出センサは大型で、重く、しかも高価である。 Here, the angle detection sensor includes an absolute type and an incremental type. Once the absolute type angle detection sensor is initialized, it is not necessary to perform the initial setting again. However, absolute type angle detection sensors are large, heavy, and expensive.
一方、インクリメンタル型の角度検出センサは、使用者が歩行支援装置を使用する度に、初期設定を行う必要があるが、小型で、軽く、しかも安価である。そのため、インクリメンタル型の角度検出センサを用いることが好ましい。 On the other hand, the incremental type angle detection sensor needs to be initialized every time the user uses the walking support device, but is small, light and inexpensive. Therefore, it is preferable to use an incremental type angle detection sensor.
角度検出センサの初期設定は、使用者が歩行支援装置を装着した状態で行うが、その際に使用者が安定した状態で行うことが好ましい。 The initial setting of the angle detection sensor is performed in a state in which the user wears the walking support device, and it is preferable that the angle detection sensor be performed in a state in which the user is stable.
本発明の目的は、このような問題を解決するためになされたものであり、使用者が安定した状態で角度検出センサの初期設定を行うことができる歩行支援装置及びその初期設定方法を提供することである。 An object of the present invention is to solve such a problem, and provides a walking support apparatus and an initial setting method thereof that allow a user to perform an initial setting of an angle detection sensor in a stable state. That is.
本発明の一形態に係る歩行支援装置は、使用者の腿部に装着され、インクリメンタル型の角度検出センサを上側のリンクと下側のリンクとの関節部に有する歩行支援装置であって、前記関節部の伸展状態を検出する第1の検出手段と、前記第1の検出手段によって検出された前記関節部の伸展状態に基づいて、前記角度検出センサの初期設定を行う初期設定手段と、を備える。 A walking support device according to an aspect of the present invention is a walking support device that is mounted on a user's thigh and has an incremental type angle detection sensor at a joint portion between an upper link and a lower link, First detection means for detecting the extension state of the joint part, and initial setting means for performing initial setting of the angle detection sensor based on the extension state of the joint part detected by the first detection means. Prepare.
上記歩行支援装置において、前記関節部は4節リンク機構を備え、前記4節リンク機構は、第1のリンクと、第2のリンクと、第3のリンクと、第4のリンクと、を備え、前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第1のリンクの他方の端部と前記第3のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第3のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第2のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの他方の端部とは回転可能に連結され、前記第1のリンクに前記上側のリンクが連結され、前記第2のリンクに前記下側のリンクが連結され、前記第1のリンクと前記第2のリンクとの連結部は前記関節部の関節軸とされ、前記初期設定手段は、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転に基づいて、前記関節部の伸展状態を検出すること、が好ましい。 In the walking support device, the joint portion includes a four-link mechanism, and the four-link mechanism includes a first link, a second link, a third link, and a fourth link. The one end of the first link and the one end of the second link are rotatably connected, and the other end of the first link and one end of the third link And the other end of the third link and one end of the fourth link are rotatably connected, and the other end of the second link and the end The other end of the fourth link is rotatably connected, the upper link is connected to the first link, the lower link is connected to the second link, and the first link is connected to the first link. The connecting part between the link and the second link is a joint axis of the joint part, and the initial setting means includes: Based on rotation of the serial third link and the fourth link, detecting extended state of the joint portion, it is preferred.
上記歩行支援装置において、前記4節リンク機構は、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの折り返し後の回転を拘束するストッパーを備え、前記第1の検出手段は、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転が前記第3のリンクと前記第4のリンクとの折り返し点から前記ストッパーによって拘束されるまでの領域内で、前記関節部の伸展状態を検出するように、配置されており、前記初期設定手段は、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転が前記第3のリンクと前記第4のリンクとの折り返し点から前記ストッパーによって拘束されるまでの領域内であると、前記関節部が伸展状態であると判定し、前記角度検出センサの初期設定を行うこと、が好ましい。 In the walking support device, the four-joint link mechanism includes a stopper that restrains the rotation of the third link and the fourth link after being turned back, and the first detection unit includes the third link. So as to detect the extension state of the joint part within a region from the turning point of the third link and the fourth link to the restraint by the stopper. The initial setting means until the rotation of the third link and the fourth link is restrained by the stopper from the turning point of the third link and the fourth link. If it is within the region, it is preferable to determine that the joint portion is in the extended state, and to perform initial setting of the angle detection sensor.
上記歩行支援装置において、前記第1のリンクの長さと前記第2のリンクの長さとの和が、前記第3のリンクの長さと前記第4のリンクの長さとの和より長く、且つ前記第2のリンクの長さが前記第3のリンクの長さより長く、前記第1のリンクと前記第3のリンクとの連結部に駆動手段から駆動力が伝達され、前記第1の検出手段は、前記第1のリンクと前記第3のリンクとの連結部に配置されていること、が好ましい。 In the above walking support device, the sum of the length of the first link and the length of the second link is longer than the sum of the length of the third link and the length of the fourth link, and The length of the second link is longer than the length of the third link, the driving force is transmitted from the driving means to the connecting portion between the first link and the third link, and the first detecting means is It is preferable that the first link and the third link are arranged at a connecting portion.
上記歩行支援装置において、前記関節部の伸展支援領域に前記関節部の回転角が入ったか否かを検出する第2の検出手段と、前記第2の検出手段の検出結果に基づいて前記関節部の伸展支援動作を実行させる伸展支援手段と、をさらに備えること、が好ましい。 In the walking support device, a second detection unit configured to detect whether or not a rotation angle of the joint unit has entered the extension support region of the joint unit, and the joint unit based on a detection result of the second detection unit. It is preferable to further comprise extension support means for executing the extension support operation.
上記歩行支援装置において、前記第1の検出手段は、前記第1のリンクと前記第3のリンクとの連結部における、前記第2の検出手段より前記関節部の伸展方向側に配置されていること、が好ましい。 In the walking support apparatus, the first detection unit is disposed on the extension direction side of the joint unit with respect to the second detection unit at a connection portion between the first link and the third link. It is preferable.
本発明の一形態に係る歩行支援装置の初期設定方法は、使用者の腿部に装着され、インクリメンタル型の角度検出センサを上側のリンクと下側のリンクとの関節部に有する歩行支援装置の初期設定方法であって、前記関節部の伸展状態を検出する工程と、検出した前記関節部の伸展状態に基づいて、前記角度検出センサの初期設定を行う工程と、を備える。 An initial setting method of a walking support device according to an aspect of the present invention is a walking support device that is attached to a user's thigh and has an incremental type angle detection sensor at a joint portion between an upper link and a lower link. An initial setting method, comprising: a step of detecting an extension state of the joint portion; and a step of performing an initial setting of the angle detection sensor based on the detected extension state of the joint portion.
上記歩行支援装置の初期設定方法において、前記歩行支援装置は、前記関節部に4節リンク機構を備え、前記4節リンク機構は、第1のリンクと、第2のリンクと、第3のリンクと、第4のリンクと、を備え、前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第1のリンクの他方の端部と前記第3のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第3のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、前記第2のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの他方の端部とは回転可能に連結され、前記第1のリンクに前記上側のリンクが連結され、前記第2のリンクに前記下側のリンクが連結され、前記第1のリンクと前記第2のリンクとの連結部は、前記関節部の関節軸とされており、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転に基づいて、前記関節部の伸展状態を検出すること、が好ましい。 In the initial setting method of the walking support device, the walking support device includes a four-joint link mechanism at the joint, and the four-joint link mechanism includes a first link, a second link, and a third link. And a fourth link, wherein one end of the first link and one end of the second link are rotatably connected, and the other end of the first link And one end of the third link are rotatably connected, and the other end of the third link and one end of the fourth link are rotatably connected, The other end of the second link and the other end of the fourth link are rotatably connected, the upper link is connected to the first link, and the lower link is connected to the second link. The link part of the first link and the second link is connected to the joint part. It is the joint axis, on the basis of the rotation of said fourth link and the third link, detecting extended state of the joint portion, is preferred.
上記歩行支援装置の初期設定方法において、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転が、前記第3のリンクと前記第4のリンクとの折り返し点から前記4節リンク機構のストッパーによって拘束されるまでの領域内で、前記関節部の伸展状態を検出すること、が好ましい。 In the initial setting method of the walking support device, the rotation of the third link and the fourth link is caused by the stopper of the four-link mechanism from the turning point of the third link and the fourth link. It is preferable to detect the extension state of the joint within a region until restrained.
上記歩行支援装置の初期設定方法において、前記4節リンク機構は、前記第1のリンクの長さと前記第2のリンクの長さとの和が、前記第3のリンクの長さと前記第4のリンクの長さとの和より長く、且つ前記第2のリンクの長さが前記第3のリンクの長さより長く、前記第1のリンクと前記第3のリンクとの連結部に駆動手段から駆動力が伝達され、前記第1のリンクと前記第3のリンクとの連結部で前記関節部の伸展状態を検出すること、が好ましい。 In the initial setting method of the walking support apparatus, the four-link mechanism is configured such that the sum of the length of the first link and the length of the second link is the length of the third link and the length of the fourth link. And the length of the second link is longer than the length of the third link, and the driving force is applied from the driving means to the connecting portion between the first link and the third link. Preferably, the extension state of the joint portion is detected at the connecting portion between the first link and the third link.
上記歩行支援装置の初期設定方法において、前記関節部の伸展支援領域に前記関節部の回転角が入ったか否かを検出する工程と、検出した結果に基づいて前記関節部の伸展支援動作を実行する工程と、をさらに備えること、が好ましい。 In the initial setting method of the walking support device, the step of detecting whether or not the rotation angle of the joint portion has entered the extension support region of the joint portion, and the extension support operation of the joint portion is executed based on the detected result It is preferable to further include the step of:
以上、説明したように、本発明によると、使用者が安定した状態で角度検出センサの初期設定を行うことができる歩行支援装置及びその初期設定方法を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a walking support device and an initial setting method thereof that can perform an initial setting of the angle detection sensor in a stable state.
以下、本発明を実施するための最良の形態について、添付図面を参照しながら説明する。但し、本発明が以下の実施の形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。 The best mode for carrying out the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the following embodiment. In addition, for clarity of explanation, the following description and drawings are simplified as appropriate.
<実施の形態1>
先ず、本実施の形態の歩行支援装置の基本的な構成を説明する。歩行支援装置は、図1乃至図3に示すように、例えば使用者の腿部に装着され、使用者の歩行を支援するために好適に用いられる。この歩行支援装置1は、図1乃至図4に示すように、上側のリンク2、下側のリンク3、足裏載置部4、膝装着部5、駆動部6、角度検出センサ7、制御部8、腰装着部9を備えている。
<
First, a basic configuration of the walking support device according to the present embodiment will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, the walking support device is attached to, for example, a user's thigh and is preferably used to support the user's walking. As shown in FIGS. 1 to 4, the
上側のリンク2は、使用者の上腿部の側部に配置される。本実施の形態の上側のリンク2は、使用者の上腿部の左右両側部にそれぞれ配置されており、使用者の前方に向かって延在している。上側のリンク2の上端部は、上腿保持部10の側部に連結されている。上側のリンク2の下端部は、下側のリンク3に回転可能に連結されている。
The
ここで、上腿保持部10は、板状部材であって、使用者の上腿部の外周形状に倣うように湾曲した形状とされている。当該湾曲した面の内側面を使用者の上腿部に接触させる。ここで、当該内側面にはスポンジ等の緩衝部材が設けられていることが好ましい。
Here, the upper
下側のリンク3は、使用者の下腿部における脛部分の側部に配置される。本実施の形態の下側のリンク3は、使用者の脛部分の左右両側部にそれぞれ配置される。下側のリンク3の上端部は、上側のリンク2の下端部に回転可能に連結されている。下側のリンク3の下端部は、足裏載置部4に回転可能に連結されている。
The
足裏載置部4は、使用者の足を支持する。本実施の形態の足裏載置部4は、載置部4a、アーム4bを備えている。載置部4aは板状部材であって、使用者の足裏が載置される。アーム4bは、載置部4aを下側のリンク3に連結する。つまり、アーム4bは使用者の下腿部における足首部分の左右両側部にそれぞれ配置される。
The
アーム4bの上端部は、下側のリンク3の下端部に回転可能に連結されている。アーム4bの下端部は、載置部4aの側部に連結されている。これにより、使用者の体重を歩行支援装置1に支持させることができる。
The upper end portion of the
膝装着部5は、アーチ5a、図示を省略したビンディングを備えている。アーチ5aは、左右の上側のリンク2と下側のリンク3との連結部相互を連結する。ビンディングは、アーチ5aに設けられている。ビンディングは、アーチ5aを使用者の膝に固定する。ビンディングは、アーチ5aを使用者の膝に固定できる構成であれば特に限定しないが、例えば使用者の膝に着脱可能なバンドを含む。
The
駆動部6は、上側のリンク2と下側のリンク3との連結部に駆動力を伝達する。駆動部6は、駆動モータ6a、減速機6bを備えている。駆動モータ6aは、制御部8の制御信号に基づいて駆動する。駆動モータ6aの駆動力は、減速機6bに入力される。
The driving
減速機6bは、駆動モータ6aから入力される駆動力を増幅して上側のリンク2と下側のリンク3との連結部の回転軸に伝達する。これにより、下側のリンク3が上側のリンク2に対して使用者の前後方向に回転駆動する。
The
角度検出センサ7は、上側のリンク2と下側のリンク3との連結部に設けられており、上側のリンク2に対する下側のリンク3の回転角度を検出する。角度検出センサ7は、検出信号を制御部8に出力する。
The
ちなみに、本実施の形態の歩行支援装置1も、一般的な歩行支援装置と同様に、使用者の歩容を検出するセンサや、使用者の足裏に作用する荷重を検出するセンサ等を備えており、それらの検出信号が制御部8に出力される。
Incidentally, the walking
制御部8は、各センサの検出信号に基づいて、駆動部6の駆動モータ6aを制御する制御信号を生成し、当該制御信号に基づいて使用者の歩行を支援するように駆動モータ6aを制御する。なお、本実施の形態においては、制御部8の駆動モータ6aの制御は本質的部分ではないので、説明を省略するが、一般的な歩行支援装置と同様に実施することができる。
The
腰装着部9は、ベルト9a、収納ボックス9bを備えている。ベルト9aは、使用者の腰に着脱可能な構成とされている。収納ボックス9bは、ベルト9aに設けられている。収納ボックス9bには、駆動部6等の電源であるバッテリ、及び制御部8が搭載されている制御基板等が格納されている。収納ボックス9bに収納されているバッテリ及び制御基板は、駆動モータ6aや角度検出センサ7等に配線11を介して接続されている。
The
上記した構成を基本として、本実施の形態の歩行支援装置1は、図4及び図5に示すように、4節リンク機構12、第1の検出部13、初期設定部14を備えている。但し、図5に示す歩行支援装置1は、図1等に示した構成と異なり、腰装着部9等を省略している。
Based on the above-described configuration, the walking
4節リンク機構12は、上側のリンク2と下側のリンク3との連結部(関節部)に配置されている。4節リンク機構12は、図6に示すように、第1のリンク121、第2のリンク122、第3のリンク123、第4のリンク124、ストッパー125を備えている。
The four-
第1のリンク121は、上側のリンク2と連結されている。本実施の形態の第1のリンク121は、上側のリンク2の下端部が連結される突出片121aを備えており、突出片121aに上側のリンク2の下端部が連結される。
The
第1のリンク121の一方の端部は、第2のリンク122の一方の端部に回転可能に連結されている。本実施の形態では、当該連結部の回転軸126が歩行支援装置1の膝軸(関節軸)とされる。
One end of the
第1のリンク121の他方の端部は、第3のリンク123の一方の端部に回転可能に連結されている。本実施の形態では、第3のリンク123の一方の端部に駆動部6からの駆動力が伝達される。
The other end of the
第2のリンク122は、下側のリンク3と連結されている。本実施の形態の第2のリンク122は、図5に示すように、下側のリンク3と一体的に形成されている。また、第2のリンク122は、膝装着部5のアーチ5aに連結されている。本実施の形態の第2のリンク122は、アーチ5aの側部が連結される突出片122aを備えており、突出片122aにアーチ5aの側部が連結される。
The
第2のリンク122の他方の端部は、第4のリンク124の一方の端部に回転可能に連結されている。
第3のリンク123の他方の端部は、第4のリンク124の他方の端部に回転可能に連結されている。
The other end of the
The other end of the
つまり、第1のリンク121及び第2のリンク122で膝関節を構成し、第3のリンク123及び第4のリンク124で補助リンクを構成している。
That is, the
ここで、各リンクは、以下の関係を満たしている。第1のリンク121の長さL1と第2のリンク122の長さL2との和が、第3のリンク123の長さL3と第4のリンク124の長さL4との和より長く、且つ第2のリンク122の長さL2が第3のリンク123の長さL3より長い。
Here, each link satisfies the following relationship. The sum of the length L1 of the
このような関係を満たすことにより、使用者の膝が伸展状態で、補助リンクを成す第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上、即ち第3のリンク123と第4のリンク124とが折り返し点に配置されるように設定すると、使用者の膝が伸展した状態で4節リンク機構12はセルフロック状態となる。
By satisfying such a relationship, the
そのため、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上に配置されると、使用者の膝が伸展状態であると判定し、この状態で角度検出センサ7の初期設定を行うと、4節リンク機構12はセルフロック状態であるので、使用者の膝が不安定になることがなく、使用者が安定した状態で角度検出センサ7の初期設定を行うことができる。
Therefore, when the
ストッパー125は、図6に示すように、第3のリンク123と第4のリンク124との折り返し動作後の第3のリンク123と第4のリンク124との回転を拘束する。本実施の形態のストッパー125は、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上に配置された後、さらに第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が大きくなる方向側に、第3のリンク123と第4のリンク124とが所定の角度回転すると、以後の回転を拘束するように配置されている。
As shown in FIG. 6, the
つまり、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上となる配置状態を超え、第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が180°を超えた配置状態で、膝の屈曲方向側に外力が生じると、第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が大きくなる方向側に、第3のリンク123と第4のリンク124とが回転する。そこで、このような第3のリンク123と第4のリンク124との回転領域側にストッパー125を配置している。
That is, in the arrangement state in which the
そのため、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上となる配置状態を超えると、使用者の膝の伸展状態が安定状態であると判定し、図7に例示するように、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上となる配置状態を超え、第3のリンク123と第4のリンク124との回転がストッパー125によって拘束されるまでの角度領域θ2内で、角度検出センサ7の初期設定を行うことが好ましい。上述のように膝の屈曲方向側に外力が生じても、ストッパー125によって第3のリンク123と第4のリンク124との回転は拘束されるので、使用者の膝が不安定になることがなく、使用者が安定した状態で角度検出センサ7の初期設定を行うことができる。
Therefore, if the
ちなみに、ストッパー125は、例えば第2のリンク122に設けられている。但し、ストッパー125の設置位置は、特に限定されない。
Incidentally, the
第1の検出部13は、原点センサである。第1の検出部13は、角度検出センサ7の初期設定を行うために、上述のような第3のリンク123と第4のリンク124との配置関係が成り立ったことを検出することができれば、設定箇所は特に限定されない。
The
一般的にインクリメンタル型のセンサの初期設定を行う場合は、初期設定の精度を高めるために、第1の検出部13の検出信号に基づいて繰り返し、センサの初期設定が行われる。例えば、駆動モータ6aを駆動させて第1の検出部13で可動部の所定の位置を繰り返し検出し、当該所定の位置を角度検出センサ7の原点位置に設定する。このとき、駆動モータ6aを駆動させて可動部を動作させる際に、歩行支援装置1の関節部が大きく動作すると、使用者が不安定な状態となる。
In general, when initial setting of an incremental sensor is performed, the initial setting of the sensor is repeatedly performed based on the detection signal of the
ここで、上述した各リンクの関係を満たすことにより、4節リンク機構12は、第3のリンク123と第4のリンク124との折り返し点近傍において、駆動モータ6aを駆動させても殆ど膝軸が回転しない状態を作り出すことができる。つまり、図8に示すように、所定の膝軸角度領域において、駆動モータ6aを駆動させても殆ど膝軸角度が変化しない状態を作り出すことができる。
Here, by satisfying the relationship of each link described above, the four-
そのため、本実施の形態では以下のような構成とされている。ここで、図9及び図10は、各リンク及び第1の検出部13の動作が理解し易いように透視図とされている。
For this reason, the present embodiment has the following configuration. Here, FIGS. 9 and 10 are perspective views so that the operations of the links and the
第1の検出部13は、接触部材13a、接触センサ13bを備えている。接触部材13aは、駆動部6の駆動軸6cの外周部分に設けられている。ここで、接触部材13aは、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上となる配置状態を超えてから、第3のリンク123と第4のリンク124との回転がストッパー125によって拘束されるまでの角度領域θ2内に第3のリンク123と第4のリンク124とが配置されたときに、接触センサ13bに接触するように配置されている。接触センサ13bは、駆動部6を支持する支持部材15に設けられている。接触センサ13bは、接触部材13aと接触状態となると、初期設定部14にON信号を出力する。ちなみに、支持部材15は、上側のリンク2に設けられている。
The
そして、第1のリンク121の一方の端部は、駆動部6の駆動軸6cに回転可能に連結されている。つまり、第1のリンク121の一方の端部からは、駆動部6の駆動力が直接に伝達されない。第1のリンク121の他方の端部と第2のリンク122の一方の端部との連結部は、例えば駆動部6を支持する支持部材15に連結されている。
One end of the
ちなみに、第3のリンク123は、駆動部6の駆動軸6cの中心と第4のリンク124の一方の端部との連結部を結ぶ直線部分に該当する。第3のリンク123と第4のリンク124との連結部は、接触部材13aに連結されている。
Incidentally, the
つまり、図9に示すように使用者の膝が屈曲した状態から、図10に示すように使用者の膝が伸展した状態となると、駆動部6の駆動軸6cが矢印A方向に回転すると共に接触部材13aが接触センサ13b側に移動し、第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上となる配置状態を超えてから、第3のリンク123と第4のリンク124との回転がストッパー125によって拘束されるまでの角度領域θ2内に、第3のリンク123と第4のリンク124とが配置されると、接触部材13aの端面が接触センサ13bに接触し、接触センサ13bはON信号を初期設定部14に出力する。
That is, when the user's knee is bent as shown in FIG. 9 and the user's knee is extended as shown in FIG. 10, the
初期設定部14は、接触センサ13bからON信号が入力されると、角度検出センサ7の初期設定を開始する。詳細には、図11に示すように、歩行支援装置1は角度検出センサ7の初期設定を実行する。
The
先ず、例えば使用者が電源スイッチをONする等によって歩行支援装置1が待機状態となると、現在の角度位置が屈曲側リミットにあると仮定し、現在値を屈曲リミットの角度値に設定する(S1)。次いで、制御部8が上側のリンク2に対する下側のリンク3の目標角度を設定する(S2)。例えば制御部8は、上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3(図7)を2°に設定する。
First, for example, when the walking assist
次に、角度検出センサ7は、現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を検出し、検出信号を制御部8に出力する(S3)。制御部8は、角度検出センサ7から入力される検出信号に基づいて、上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を算出し、算出した角度θ3と目標角度とに基づいて、駆動部6の駆動モータ6aの制御信号を生成する(S4)。
Next, the
次に、駆動モータ6aは、制御部8から入力される制御信号に基づいて、使用者の膝が伸展するように駆動する(S5)。このとき、初期設定部14は、接触センサ13bからON信号が入力されるか否かを判定する(S6)。
Next, the
接触センサ13bに接触部材13aの端面が非接触の状態で、未だに初期設定部14に接触センサ13bからON信号が入力されていないと(S6のNO)、制御部8は角度検出センサ7から検出信号を取得する工程(S3)に戻る。
If the end surface of the
一方、接触センサ13bに接触部材13aの端面が接触して、初期設定部14に接触センサ13bからON信号が入力されると(S6のYES)、初期設定部14は第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1がより大きくなる方向に、第3のリンク123と第4のリンク124とが若干回転して停止するように、制御部8に指示信号を出力する。制御部8は、初期設定部14から指示信号が入力されると制御信号を生成し、制御信号を駆動部6の駆動モータ6aに出力する。駆動モータ6aは、制御部8から入力される制御信号に基づいて動作する(S7)。
On the other hand, when the end surface of the
次に、初期設定部14は、第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が小さくなる方向に、第3のリンク123と第4のリンク124とが回転するように、制御部8に指示信号を出力する。制御部8は、初期設定部14から指示信号が入力されると制御信号を生成し、制御信号を駆動部6の駆動モータ6aに出力する。駆動モータ6aは、制御部8から入力される制御信号に基づいて動作する(S8)。
Next, the
次に、角度検出センサ7は、現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を検出し、検出信号を初期設定部14に出力する(S9)。このとき、初期設定部14は、接触センサ13bから入力されるON信号が途絶えたか否かを判定する(S10)。
Next, the
初期設定部14は、接触センサ13bに接触部材13aの端面が未だに接触しており、断続的に接触センサ13bからON信号が入力されていると(S10のNO)、第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が小さくなる方向に、第3のリンク123と第4のリンク124とを回転させる工程(S8)に戻る。
When the end surface of the
一方、初期設定部14は、接触センサ13bと接触部材13aの端面とが非接触状態と成り、接触センサ13bからのON信号の入力が途絶えると(S10のYES)、第3のリンク123と第4のリンク124とが成す角度θ1が小さくなる方向に、第3のリンク123と第4のリンク124とを回転させる動作を停止させ、角度検出センサ7の初期設定(原点リセット処理)を実行する(S11)。
On the other hand, when the
つまり、従来設定されていた角度検出センサ7の原点をリセットし、接触センサ13bに接触部材13aが接触した際の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3と、接触センサ13bと接触部材13aの端面とが非接触状態となった際の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3との、平均値を算出し、算出した平均値での上側のリンク2に対する下側のリンク3の配置関係を角度検出センサ7の原点として再設定する。
In other words, the origin of the
本実施の形態では、駆動部6の駆動軸6cを異なる方向に繰り返し回転させても、第3のリンク123と第4のリンク124との折り返し点近傍では、第1のリンク121と第2のリンク122との連結部の回転軸126、即ち膝軸は殆ど回転しない特性を生かし、当該回転軸6cの動作を検出することができるように、第3のリンク123と第4のリンク124との連結部に第1の検出部13を配置したので、使用者が殆ど違和感なく、角度検出センサ7の初期設定を行うことができる。
In the present embodiment, even if the
<実施の形態2>
ここで、角度検出センサ7の初期設定を行う際に、使用者の膝の伸展を支援する構成とされていることが好ましい。つまり、歩行支援装置は、図12に示すように、上述の要素に加えて、さらに第2の検出部16、伸展支援部17を備えていることが好ましい。
<
Here, it is preferable that the initial setting of the
第2の検出部16は、図9及び図10に示すように、接触部材16a、接触センサ16bを備えている。本実施の形態の接触部材16aは、第1の検出部13の接触部材13aと共通部材とされている。接触部材16aは、駆動部6の駆動軸6cに設けられており、例えば使用者が着座した状態で歩行支援装置を装着して膝を伸展させ、駆動部6の駆動軸6cが矢印A方向に所定の角度回転すると、接触センサ16bに接触する。接触センサ16bは、ON信号を伸展支援部17に出力する。ここで、接触部材16aは、少なくとも第3のリンク123と第4のリンク124とが一直線上に配置されるまで、接触センサ16bとの接触が継続される形状とされている。
As shown in FIGS. 9 and 10, the
伸展支援部17は、接触センサ16bからON信号が入力されると、駆動部6の駆動モータ6aを制御して使用者の膝の伸展を支援する。つまり、接触センサ16bからON信号の入力が開始されると、例えば使用者は着座状態から起立状態へ移行しようとしているものと推定することができる。そこで、伸展支援部17は、図13に示すように、上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3が所定の角度(例えばθ3=20°)より小さくなると、使用者の膝の伸展を支援する。詳細には、図14に示すように、歩行支援装置は使用者の膝の伸展を支援する。
When an ON signal is input from the
先ず、歩行支援装置の電源スイッチがONとなって待機状態(S11)となると、伸展支援部17は、接触センサ16bからON信号が入力されるか否かを判定する(S12)。接触センサ16bからON信号が入力されないと(S12のNO)、使用者は膝を伸展しようとする意志がないものと推定することができるので、歩行支援装置の待機状態(S11)に戻る。
First, when the power switch of the walking support device is turned on and enters a standby state (S11), the
伸展支援部17は、接触センサ16bからON信号が入力されると(S12のYES)、工程S13〜S22に移行する。ここで、工程S13〜S22は、実施の形態1の角度検出センサ7の初期設定の工程S2〜S11と同様であるので、重複する説明を省略する。初期設定部14は角度検出センサ7の初期設定が終了すると、その旨の信号を伸展支援部17に出力する。
When the ON signal is input from the
伸展支援部17は、初期設定部14から角度検出センサ7の初期設定が終了した旨の信号が入力されると、再度上側のリンク2に対する下側のリンク3の目標角度(例えば2°)を制御部8に設定させる(S23)。
When the
次に、角度検出センサ7は、現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を検出し、検出信号を制御部8に出力する(S24)。制御部8は、角度検出センサ7から入力される検出信号に基づいて、上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を算出し、算出した上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3と目標角度とに基づいて、駆動部6の駆動モータ6aの制御信号を生成する(S25)。
Next, the
駆動モータ6aは、制御部8から入力される制御信号に基づいて動作する(S26)。このとき、伸展支援部17は、角度検出センサ7から入力される現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3と目標角度との差の絶対値が予め設定された閾値より小さいか否かを判定する(S27)。
The
伸展支援部17は、現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3と目標角度との差の絶対値が予め設定された閾値以上であると(S27のNO)、制御部8による駆動部6の駆動モータ6aの制御を続行させるために、制御部8に角度検出センサ7から検出信号を取得させる工程(S24)に戻る。
If the absolute value of the difference between the angle θ3 of the
一方、伸展支援部17は、現在の上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3と目標角度との差の絶対値が予め設定された閾値より小さいと(S27のYES)、制御部8による駆動部6の駆動モータ6aの制御を終了させる。
On the other hand, when the absolute value of the difference between the angle θ3 of the
このような歩行支援装置及び初期設定方法は、角度検出センサ7の初期設定を行う際に、屈曲状態の膝が伸展状態となるまで支援するので、使用者を安定させた状態で角度検出センサ7の初期設定を行うことができる。例えば、角度検出センサ7の初期設定途中で、使用者の膝が不用意に曲がって、使用者が姿勢を崩すことがない。
Such a walking support device and an initial setting method support the initial setting of the
しかも、角度検出センサ7の初期設定を行った後に、もう一度、上側のリンク2に対する下側のリンク3の角度θ3を調整し直すので、使用者の膝の伸展制御を正確な位置から開始することができる。
In addition, after the initial setting of the
以上、本発明に係る歩行支援装置及び初期設定方法の実施の形態を説明したが、上記に限らず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で、変更することが可能である。 As mentioned above, although the embodiment of the walking support device and the initial setting method according to the present invention has been described, the present invention is not limited to the above and can be changed without departing from the technical idea of the present invention.
1 歩行支援装置
2 上側のリンク
3 下側のリンク
4 足裏載置部、4a 載置部、4b アーム
5 膝装着部、5a アーチ
6 駆動部、6a 駆動モータ、6b 減速機、6c 駆動軸
7 角度検出センサ
8 制御部
9 腰装着部、9a ベルト、9b 収納ボックス
10 上腿保持部
11 配線
12 4節リンク機構
13 第1の検出部、13a 接触部材、13b 接触センサ
14 初期設定部
15 支持部材
16 第2の検出部、16a 接触部材、16b 接触センサ
17 伸展支援部
121 第1のリンク、121a 突出片
122 第2のリンク、122a 突出片
123 第3のリンク
124 第4のリンク
125 ストッパー
126 回転軸
DESCRIPTION OF
Claims (9)
前記上側のリンクの下端部に設けられ、駆動軸に前記下側のリンクの上端部が連結されて当該下側のリンクを前記上側のリンクに対して回転させる駆動手段と、
前記関節部の伸展状態を検出する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段によって検出された前記関節部の伸展状態に基づいて、前記角度検出センサの初期設定を開始する初期設定手段と、
を備え、
前記関節部は4節リンク機構を有し、
前記4節リンク機構は、第1のリンクと、第2のリンクと、第3のリンクと、第4のリンクと、を有し、
前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、
前記第1のリンクの他方の端部は、前記駆動軸に回転可能に連結され、
前記第3のリンクの一方の端部は、前記駆動軸からの駆動力を伝達可能に当該駆動軸に連結され、
前記第3のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、
前記第2のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの他方の端部とは回転可能に連結され、
前記第1のリンクに前記上側のリンクの下端部が連結され、
前記第2のリンクに前記下側のリンクの上端部が連結され、
前記第1のリンクと前記第2のリンクとで前記関節部の主リンクを構成して、前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部との連結部は前記関節部の関節軸とされ、
前記第3のリンクと前記第4のリンクとで前記関節部の補助リンクを構成して、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置されると、前記使用者の膝が伸展した状態で前記4節リンク機構がセルフロック状態となり、
前記第1の検出手段は、第1の接触部材と第1の接触センサとを有し、前記第1の接触部材と前記第1の接触センサとは、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置された状態を超えて前記第3のリンクと前記第4のリンクとが成す前記4節リンク機構の内角(θ1)が大きくなる方向に回転すると、前記第1の接触部材が前記第1の接触センサに接触するように配置され、
前記初期設定手段は、前記第1の接触センサからON信号が入力されると、前記角度検出センサの初期設定を開始する、歩行支援装置。 A walking support device mounted on a user's thigh and having an incremental type angle detection sensor at a joint disposed between an upper link and a lower link,
Drive means provided at the lower end of the upper link, the upper end of the lower link being connected to a drive shaft, and rotating the lower link relative to the upper link;
First detecting means for detecting an extension state of the joint part;
Initial setting means for starting the initial setting of the angle detection sensor based on the extension state of the joint part detected by the first detection means;
Equipped with a,
The joint has a four-bar linkage mechanism,
The four-joint link mechanism includes a first link, a second link, a third link, and a fourth link,
One end of the first link and one end of the second link are rotatably connected,
The other end of the first link is rotatably connected to the drive shaft,
One end of the third link is coupled to the drive shaft so as to be able to transmit a driving force from the drive shaft,
The other end of the third link and one end of the fourth link are rotatably connected,
The other end of the second link and the other end of the fourth link are rotatably connected,
A lower end of the upper link is connected to the first link;
The upper end of the lower link is connected to the second link,
The first link and the second link constitute a main link of the joint portion, and a connecting portion between one end portion of the first link and one end portion of the second link is It is a joint axis of the joint part,
When the third link and the fourth link constitute an auxiliary link of the joint portion, and the third link and the fourth link are arranged in a straight line, the knee of the user When the four-link mechanism is in a self-locking state with
The first detection means includes a first contact member and a first contact sensor, and the first contact member and the first contact sensor include the third link and the fourth contact sensor. When the link is rotated in a direction in which the internal angle (θ1) of the four-joint link mechanism formed by the third link and the fourth link exceeds the state where the links are arranged in a straight line, the first contact A member is disposed to contact the first contact sensor;
Said initial setting means, when the ON signal from the first touch sensor is input, start the initial setting of the angle detection sensor, the walking assistance device.
前記第1の検出手段は、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置された状態を超えてから前記第3のリンクと前記第4のリンクとの回転が前記ストッパーによって拘束されるまで、前記第1の接触部材が前記第1の接触センサに接触する、請求項1に記載の歩行支援装置。 In the four-link mechanism, the third link and the fourth link are arranged in a direction in which an internal angle (θ1) of the four-link mechanism formed by the third link and the fourth link increases. A stopper that constrains further rotation of the third link and the fourth link when rotated by a preset angle beyond the state arranged on a straight line;
The first detection means, the third link and the fourth link and said third link and the fourth rotation before Symbol stopper link from beyond the state of being arranged in a straight line until restrained by, said first contact member is in contact with the first contact sensor, the walking assistance device of claim 1.
前記第2の接触センサからON信号が入力されると、前記使用者の膝の伸展を支援するように前記駆動手段を制御する伸展支援手段と、
をさらに備え、
前記第2の接触部材と前記第2の接触センサとは、前記使用者が着座状態から膝を伸展させるために当該膝を予め設定された角度回転させると、前記第2の接触部材が前記第2の接触センサに接触するように配置されている、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の歩行支援装置。 A second detection means having a second contact member and a second contact sensor;
When an ON signal is input from the second contact sensor, extension support means for controlling the drive means to support extension of the knee of the user ;
Further comprising a,
The second contact member and the second contact sensor are configured such that when the user rotates the knee at a preset angle in order to extend the knee from the seated state, the second contact member is that is placed in contact with the second contact sensor, the walking assist apparatus according to any one of claims 1 to 3.
前記第1の接触センサと前記第2の接触センサとは、前記上側のリンクの下端部に設けられており、前記第1の接触センサは、前記第2の接触センサより前記関節部の伸展方向側に配置されている、請求項4に記載の歩行支援装置。 The first contact member is provided on the drive shaft, and is a common member with the second contact member,
Wherein the first contact sensor and the second touch sensor, said provided at the lower end of the upper link, the first contact sensor, before Symbol extension of the joint than the second contact sensor The walking support device according to claim 4 , which is disposed on the direction side.
前記上側のリンクとの間に関節部を介して当該上側のリンクに連結される下側のリンクと、
前記関節部に設けられるインクリメンタル型の角度検出センサと、
前記上側のリンクの下端部に設けられ、駆動軸に前記下側のリンクの上端部が連結されて当該下側のリンクを前記上側のリンクに対して回転させる駆動手段と、
前記関節部の伸展状態を検出する第1の検出手段と、
前記第1の検出手段によって検出された前記関節部の伸展状態に基づいて、前記角度検出センサの初期設定を開始する初期設定手段と、
を備え、
前記関節部は4節リンク機構を有し、
前記4節リンク機構は、第1のリンクと、第2のリンクと、第3のリンクと、第4のリンクと、を有し、
前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、
前記第1のリンクの他方の端部は、前記駆動軸に回転可能に連結され、
前記第3のリンクの一方の端部は、前記駆動軸からの駆動力を伝達可能に当該駆動軸に連結され、
前記第3のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの一方の端部とは回転可能に連結され、
前記第2のリンクの他方の端部と前記第4のリンクの他方の端部とは回転可能に連結され、
前記第1のリンクに前記上側のリンクの下端部が連結され、
前記第2のリンクに前記下側のリンクの上端部が連結され、
前記第1のリンクと前記第2のリンクとで前記関節部の主リンクを構成して、前記第1のリンクの一方の端部と前記第2のリンクの一方の端部との連結部は前記関節部の関節軸とされ、
前記第3のリンクと前記第4のリンクとで前記関節部の補助リンクを構成して、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置されると、使用者の膝が伸展した状態で前記4節リンク機構がセルフロック状態となり、
前記第1の検出手段は、第1の接触部材と第1の接触センサとを有し、前記第1の接触部材と前記第1の接触センサとは、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置された状態を超えて、前記第3のリンクと前記第4のリンクとが成す前記4節リンク機構の内角(θ1)が大きくなる方向に前記第3のリンクと前記第4のリンクとが回転すると、前記第1の接触部材が前記第1の接触センサに接触するように配置されている、歩行支援装置の初期設定方法であって、
前記使用者が前記歩行支援装置を腿部に装着し、
前記第3のリンクと前記第4のリンクとが一直線上に配置された状態を超えて前記第3のリンクと前記第4のリンクとが成す前記4節リンク機構の内角が大きくなる方向に回転し、前記第1の接触部材が前記第1の接触センサに接触して当該第1の接触センサからON信号が入力されると、前記初期設定手段が前記角度検出センサの初期設定を開始する、歩行支援装置の初期設定方法。 The upper link,
A lower link connected to the upper link via a joint between the upper link and the upper link;
An incremental type angle detection sensor provided in the joint;
Drive means provided at the lower end of the upper link, the upper end of the lower link being connected to a drive shaft, and rotating the lower link relative to the upper link;
First detecting means for detecting an extension state of the joint part;
Initial setting means for starting the initial setting of the angle detection sensor based on the extension state of the joint part detected by the first detection means;
With
The joint has a four-bar linkage mechanism,
The four-joint link mechanism includes a first link, a second link, a third link, and a fourth link,
One end of the first link and one end of the second link are rotatably connected,
The other end of the first link is rotatably connected to the drive shaft,
One end of the third link is coupled to the drive shaft so as to be able to transmit a driving force from the drive shaft,
The other end of the third link and one end of the fourth link are rotatably connected,
The other end of the second link and the other end of the fourth link are rotatably connected,
A lower end of the upper link is connected to the first link;
The upper end of the lower link is connected to the second link,
The first link and the second link constitute a main link of the joint portion, and a connecting portion between one end portion of the first link and one end portion of the second link is It is a joint axis of the joint part,
When the third link and the fourth link constitute an auxiliary link of the joint, and the third link and the fourth link are arranged in a straight line, the user's knee is In the extended state, the four-bar linkage becomes self-locking,
The first detection means includes a first contact member and a first contact sensor, and the first contact member and the first contact sensor include the third link and the fourth contact sensor. The third link and the link in a direction in which the internal angle (θ1) of the four-bar linkage mechanism formed by the third link and the fourth link increases beyond the state where the link is arranged on a straight line. When the fourth link is rotated, the first contact member is disposed so as to contact the first contact sensor.
The user wears the walking support device on the thigh,
The third link and the fourth link are rotated in a direction in which the inner angle of the four-bar linkage mechanism formed by the third link and the fourth link is larger than the state where the third link and the fourth link are arranged in a straight line. When the first contact member comes into contact with the first contact sensor and an ON signal is input from the first contact sensor, the initial setting unit starts initial setting of the angle detection sensor . Initial setting method of walking support device.
前記使用者が着座状態から膝を伸展させるために当該膝を予め設定された角度回転させ、前記第2の接触部材が前記第2の接触センサに接触して、前記第2の接触センサからON信号が入力されると、伸展支援手段が前記使用者の膝の伸展を支援するように前記駆動手段を制御する、請求項6乃至8のいずれか1項に記載の歩行支援装置の初期設定方法。 When the user rotates the knee from a seated state by a predetermined angle, the second detection member is configured to serve as the second detection unit so that the second contact member contacts the second contact sensor. Two contact members and the second contact sensor,
In order for the user to extend the knee from the seated state, the knee is rotated by a preset angle, the second contact member comes into contact with the second contact sensor, and the second contact sensor is turned on. The method for initial setting of a walking support device according to any one of claims 6 to 8 , wherein when a signal is input, the extension support means controls the drive means so as to support extension of the knee of the user. .
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