JP5954089B2 - 歩行補助装置 - Google Patents
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Description
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンを生成する。以上の構成によれば、前記歩行補助装置は、前記ユーザーの前記歩行速度に合わせて、前記ユーザーの歩行を補助できるようになる。
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの極値を設定する。
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記極値と、の間に正の相関関係がある。
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度に基づいて、前記増減パターンの時間軸長さを設定する。
前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度と、前記増減パターンの前記時間軸長さと、の間には負の相関関係がある。
本願発明の第2の観点によれば、ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、前記ユーザーの歩行速度を推定する歩行速度推定手段と、前記下肢の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、前記下肢の膝関節角の増減パターンを記憶する増減パターン記憶手段と、前記下肢の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、前記歩行速度推定手段によって推定された前記歩行速度が所定値を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を下回ったら、前記増減パターン記憶手段に記憶されている前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、を備えた、歩行補助装置が提供される。
前記歩行速度は、前記股関節の移動速度である。
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が所定値を上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める。
前記歩行速度推定手段は、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力がゼロを上回っているときの、前記下肢の足首に対する前記股関節の相対位置を時間微分することで、前記股関節の移動速度を求める。
本願発明の第3の観点によれば、ユーザーの一方の下肢に取り付けられてユーザーの歩行を補助する歩行補助装置の制御方法であって、前記ユーザーの歩行速度が所定値を上回ると共に、前記下肢の床反力が所定値を下回ったら、膝関節角の増減パターンに基づいて、膝関節にトルクを付与する、歩行補助装置の制御方法が提供される。
以下、図1〜図10を参照して、本願発明の第1実施形態を説明する。
歩行速度推定部53は、ユーザーUの歩行速度を推定するものである。図4に示すように、歩行速度推定部53は、股関節移動速度算出部57(股関節移動速度算出手段)、FIRフィルタリング部58(FIRフィルタリング手段)によって構成されている。股関節移動速度算出部57は、角度センサ56からのセンサ信号に基づいて、ユーザーUの股関節の移動速度を算出する部分である。図5には、股関節移動速度算出部57による股関節移動速度の算出原理を示している。図5において、符号D1は、股関節を示す。符号D2は、膝関節を示す。符号D3は、足首関節を示す。符号L1は、大腿リンク2の全長を意味する。符号L2は、下腿リンク3の全長を意味する。符号θ_hipは、股関節角を意味する。符号θ_kneeは、膝関節角を意味する。図5によれば、足首関節D3に対する股関節D1のX軸方向の相対位置x_hipは、下記式(1)によって求められる。なお、下記式(1)で、nは時系列で取得したセンサ信号に割り振られた添字である。
増減パターン生成部54は、膝関節角の増減パターンpを生成するものである。図6には、下肢の膝関節角の増減パターンpの一例を示している。図6の上方のグラフは、膝関節角θ_kneeと時間tとの関係を示している。図6の下方のグラフは、床反力Frと時間tとの関係を示している。図6に示すように、立脚期は、床反力Frが0を上回っている期間を意味する。遊脚期は、床反力Frが0である期間を意味する。床反力Frが所定値Fr1を下回ると、膝関節角θ_kneeが上昇し、やがて極値θ_knee_maxを迎えた後、下降し、床反力Frが再び立ち上がると同時に、膝関節角θ_kneeは0となる。この増減パターンpの時間軸長さを符号T_patternで示す。そして、増減パターン生成部54は、歩行速度推定部53によって推定された股関節移動速度v_hip_fltに基づいて、増減パターンpを生成する。
アクチュエータ制御部55は、歩行速度推定部53によって推定された股関節移動速度v_hip_fltが所定値を上回り、床反力センサ4aよって検出された下肢の床反力Frが所定値Fr1を下回ったら、増減パターン生成部54が生成した増減パターンpに基づいて、アクチュエータ7bを制御するものである。
次に、図10を参照して、歩行補助装置1の作動を説明する。
次に、図11及び図12を参照しつつ、本願発明の第2実施形態を説明する。ここでは、本実施形態が上記第1実施形態と異なる点を中心に説明し、重複する説明は適宜省略する。また、上記第1実施形態の各構成要素に対応する構成要素には原則として同一の符号を付すこととする。
2 大腿リンク
3 下腿リンク
4 足リンク
4a 床反力センサ
5 支持リンク
6 制御装置
7 膝関節部
7a 膝関節角センサ
7b アクチュエータ
8 足首関節部
8a 足首関節角センサ
9 股関節部
9a 股関節角センサ
53 歩行速度推定部
54 増減パターン生成部
54A 増減パターン記憶部
55 アクチュエータ制御部
56 角度センサ
57 股関節移動速度算出部
58 FIRフィルタリング部
59 極値決定部
60 時間軸長さ決定部
Claims (6)
- ユーザーの患脚に取り付けられて前記ユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、
前記患脚の足首に対する股関節の相対位置の時間変化量を、前記ユーザーの進行方向に対する歩行速度として決定する歩行速度決定手段と、
前記患脚の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、
前記患脚の膝関節角の時間に対する増減パターンを生成する増減パターン生成手段と、
前記患脚の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、
前記歩行速度決定手段によって、歩行動作期間に含まれる前記患脚が遊脚している遊脚期および前記患脚が立脚している立脚期のうち前記立脚期において決定された前記歩行速度が設定速度を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が設定反力を下回ったら、前記増減パターン生成手段が生成した前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、
を備えた、
歩行補助装置。 - 請求項1に記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度決定手段によって決定された前記歩行速度に基づいて、前記歩行速度と前記増減パターンにおける前記膝関節角の最大値が正の相関関係となるように、前記増減パターンを生成する、
歩行補助装置。 - 請求項1又は2に記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度決定手段によって決定された前記歩行速度に基づいて、前記歩行速度と前記増減パターンの時間軸長さが負の相関関係となるように、前記増減パターンを生成する、
歩行補助装置。 - ユーザーの患脚に取り付けられて前記ユーザーの歩行を補助する歩行補助装置であって、
前記ユーザーの進行方向に対する歩行速度を決定する歩行速度決定手段と、
前記患脚の膝関節にトルクを付与するトルク付与手段と、
前記患脚の膝関節角の時間に対する増減パターンを生成する増減パターン生成手段と、
前記患脚の床接地面に加わる床反力を検出する床反力検出手段と、
前記歩行速度決定手段によって決定された前記歩行速度が設定速度を上回ると共に、前記床反力検出手段によって検出された前記床反力が設定反力を下回ったら、前記増減パターン生成手段が生成した前記増減パターンに基づいて、前記トルク付与手段を制御するトルク制御手段と、
を備え、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度決定手段によって決定された前記歩行速度に基づいて、前記歩行速度と前記増減パターンにおける前記膝関節角の最大値が正の相関関係となるように、前記増減パターンを生成する、
歩行補助装置。 - 請求項4に記載の歩行補助装置であって、
前記増減パターン生成手段は、前記歩行速度決定手段によって決定された前記歩行速度に基づいて、前記歩行速度と前記増減パターンの時間軸長さが負の相関関係となるように、前記増減パターンを生成する、
歩行補助装置。 - 請求項4又は5に記載の歩行補助装置であって、
前記歩行速度決定手段は、歩行動作期間に含まれる前記患脚が遊脚している遊脚期および前記患脚が立脚している立脚期のうち前記立脚期において、前記歩行速度を決定する、
歩行補助装置。
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