JP6443301B2 - Walking training device - Google Patents

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Description

本発明は、訓練者の歩行訓練を行う歩行訓練装置に関する。   The present invention relates to a gait training device that performs gait training for trainees.

訓練者の脚部に、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置を装着して歩行訓練を行う歩行訓練装置が知られている(例えば、特許文献1参照)。   2. Description of the Related Art A walking training device that performs walking training by attaching a walking assist device that assists the trainer's walking motion to the trainer's legs is known (see, for example, Patent Document 1).

特開2012−095793号公報JP 2012-095793 A

歩行補助装置は、ある程度の重量を有するため、その歩行補助装置を装着した訓練者にはその重量が負担となる。さらに、訓練者が脚部に歩行補助装置を装着した状態で歩行動作を行う場合、脚部を前方へ振り出すタイミングで、その脚部は歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。このため、訓練者に過度の負担が掛かるという課題が生じている。そこで、そのような訓練者の負担を低減する歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施したいという要望がある。   Since the walking assist device has a certain weight, the weight is a burden on the trainee wearing the walking assist device. Furthermore, when the trainee performs a walking motion with the walking assistance device attached to the leg, the leg receives an inertial force from the walking assistance device at the timing of swinging the leg forward. . For this reason, the subject that a trainer takes an excessive burden has arisen. Therefore, there is a desire to implement walking assist that reduces the burden on such trainers with an assist force that is not excessive or insufficient.

本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減でき、さらに、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる歩行訓練装置を提供することを主たる目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and can reduce the burden on the trainer at the timing of starting swinging while excluding the weight of the walking assist device. The main object of the present invention is to provide a walking training apparatus that can be implemented with an assist force that is not excessive or insufficient.

上記目的を達成するための本発明の一態様は、
訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを上方かつ前方に引張する引張手段と、
第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記引張手段を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減すると共に、
前記訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する直前のタイミングで、前記第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記引張手段を制御する引張制御手段と、
を備える歩行訓練装置であって、
前記訓練者の歩行補助装置が装着された側の足部に掛かる荷重に基づいて、該足部の抜重を検出する抜重検出手段を更に備え、
前記引張制御手段は、前記引張手段の引張力を前記第2引張力に制御している間、前記抜重検出手段により前記足部の抜重が検出されると、前記引張手段による引張力を前記第2引張力から前記第1引張力に戻す制御を行う、
ことを特徴とする歩行訓練装置、である。
この一態様によれば、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。さらに、第2引張力によるアシスト力を増加させる期間が、訓練者の歩行補助装置が装着された側の足部の抜重が検出されるまで継続される。したがって、必要なアシスト力を十分に確保できる。さらに、訓練者の歩行補助装置が装着された側の足部の抜重の検出を持って第2引張力から第1引張力に戻し、アシスト力の増加が終了する。このため、アシスト力を過度にかけ過ぎるのを抑制できる。よって、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる。すなわち、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減でき、さらに、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる。
In order to achieve the above object, one embodiment of the present invention provides:
A walking assistance device that is attached to the leg of the trainee and assists the walking motion of the trainer;
Tension means for pulling the wire connected to the leg portion directly or via the walking assist device upward and forward;
By controlling the pulling means to pull the wire with a first pulling force, the weight of the walking assist device is reduced,
At the timing immediately before the trainee's gait state changes from a standing leg to a free leg, the wire is pulled with a second tension set larger than the first tension instead of the first tension. A tension control means for controlling the tension means;
A walking training apparatus comprising:
Based on a load applied to the foot part on which the trainer's walking assistance device is mounted, further comprising a weight detection means for detecting the weight of the foot part,
While the tension control means detects the weight of the foot portion by the weight detection means while controlling the tension force of the tension means to the second tension force, the tension control means applies the tension force by the tension means to the first force. Control to return from the two tensile forces to the first tensile force,
This is a walking training device characterized by that.
According to this aspect, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting to swing while excluding the weight of the walking assist device. Furthermore, the period during which the assist force due to the second tensile force is increased is continued until the weight of the foot on the side on which the trainer's walking assist device is mounted is detected. Therefore, the necessary assist force can be sufficiently secured. Furthermore, it returns to the first tensile force from the second tensile force with detection of the pulling of the foot on the side where the trainer's walking assist device is mounted, and the increase of the assist force is completed. For this reason, it is possible to suppress excessive application of the assist force. Therefore, the trainer's walking assist can be carried out with an assist force that is not excessive or insufficient. That is, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting swinging while excluding the weight of the walking assist device, and further, the trainer's walking assist can be performed with an assist force that is not excessive or insufficient.

本発明によれば、歩行補助装置の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減でき、さらに、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる歩行訓練装置を提供することができる。   According to the present invention, while reducing the weight of the walking assistance device, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting the swing, and further, the walking training device that can perform the walking assist of the trainer with an assist force that is not excessive or insufficient. Can be provided.

本発明の一実施形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。1 is a perspective view illustrating a schematic configuration of a walking training apparatus according to an embodiment of the present invention. 歩行補助装置の概略的な構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the schematic structure of a walking assistance apparatus. 本発明の一実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。It is a block diagram showing a schematic system configuration of a control device concerning one embodiment of the present invention. 抜重タイミングが遅くなった場合のアシスト増加分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the part for the assist increase when the extraction timing becomes late. 抜重タイミングが早くなった場合のアシスト増加分の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the part for an increase in assist when a drawing timing becomes early. 本発明の一実施形態に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。1 is a block diagram illustrating a schematic system configuration of a computer according to an embodiment of the present invention. 振出開始タイミング及び抜重タイミングの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of an oscillation start timing and a drawing timing. 本発明の一実施形態に係る歩行訓練方法のフローを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the walking training method which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る歩行訓練装置の概略的な構成を示す斜視図である。本実施形態に係る歩行訓練装置1は、例えば、脳卒中片麻痺患者などの訓練者の歩行訓練を行うための装置である。歩行訓練装置1は、訓練者の脚部に装着された歩行補助装置2と、訓練者の歩行訓練を行う訓練装置3と、を備えている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic configuration of a walking training apparatus according to an embodiment of the present invention. The walking training device 1 according to the present embodiment is a device for performing walking training for a trainee such as a stroke hemiplegic patient. The walking training device 1 includes a walking assist device 2 attached to a trainee's leg, and a training device 3 that performs walking training for the trainer.

歩行補助装置2は、例えば、歩行訓練を行う訓練者の患脚に装着され、訓練者の歩行を補助する(図2)。歩行補助装置2は、上腿フレーム21と、上腿フレーム21に膝関節部22を介して連結された下腿フレーム23と、下腿フレーム23に足首関節部24を介して連結された足平フレーム25と、膝関節部22を回転駆動するモータユニット26と、足首関節部24の可動範囲を調整する調整機構27と、を有している。なお、上記歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。例えば、歩行補助装置2は、足首関節部24を回転駆動するモータユニットを備えていてもよい。   The walking assist device 2 is attached to, for example, an affected leg of a trainee who performs walking training, and assists the trainee in walking (FIG. 2). The walking assist device 2 includes an upper leg frame 21, a lower leg frame 23 connected to the upper leg frame 21 via a knee joint part 22, and a foot frame 25 connected to the lower leg frame 23 via an ankle joint part 24. And a motor unit 26 that rotationally drives the knee joint 22 and an adjustment mechanism 27 that adjusts the movable range of the ankle joint 24. In addition, the structure of the said walking assistance apparatus 2 is an example, and is not restricted to this. For example, the walking assist device 2 may include a motor unit that rotationally drives the ankle joint portion 24.

足平フレーム25には、訓練者の足部の足裏に掛かる荷重を検出する足裏荷重センサユニットが設けられている。足裏荷重センサユニットは、訓練者の足部の足裏に掛かる垂直荷重を検出する複数の(例えば、4つの)垂直荷重センサを有している。   The foot frame 25 is provided with a sole load sensor unit that detects a load applied to the soles of the feet of the trainee. The sole load sensor unit has a plurality of (for example, four) vertical load sensors that detect a vertical load applied to the sole of the foot of the trainee.

上腿フレーム21は、訓練者の脚部の上腿部に取り付けられ、下腿フレーム23は訓練者の脚部の下腿部に取り付けられる。上腿フレーム21には、例えば、上腿部を固定するための上腿装具212が設けられている。上腿装具212は、例えば、マジックテープ(登録商標)などを用いて、上腿部に固定される。これにより、歩行補助装置2が訓練者の脚部から左右方向あるいは上下方向にずれるのを防止できる。上腿フレーム21には、後述の第1引張部33のワイヤー36を接続するための、左右方向に延在する横長の第1フレーム211が設けられている。   The upper leg frame 21 is attached to the upper leg of the trainee's leg, and the lower leg frame 23 is attached to the lower leg of the trainee's leg. The upper thigh frame 21 is provided with an upper thigh brace 212 for fixing the upper thigh, for example. The upper thigh orthosis 212 is fixed to the upper thigh using, for example, Velcro (registered trademark). Thereby, it can prevent that the walk assistance apparatus 2 shifts | deviates from the trainee's leg part to the left-right direction or the up-down direction. The upper thigh frame 21 is provided with a horizontally long first frame 211 extending in the left-right direction for connecting a wire 36 of a first tension portion 33 described later.

なお、上記第1引張部33の接続部は一例であり、これに限らない。例えば、第1引張部33のワイヤー36を上腿装具212に接続してもよく、第1引張部33の引張点を歩行補助装置2の任意の位置に設けることができる。   In addition, the connection part of the said 1st tension | pulling part 33 is an example, and is not restricted to this. For example, the wire 36 of the first tension part 33 may be connected to the upper thigh brace 212, and the tension point of the first tension part 33 can be provided at an arbitrary position of the walking assist device 2.

モータユニット26は、訓練者の歩行動作に応じて膝関節部22を回転駆動することで訓練者の歩行を補助する。なお、上記歩行補助装置2の構成は一例であり、これに限られない。訓練者の脚部に装着され、その歩行を補助できる任意の歩行補助装置が適用可能である。   The motor unit 26 assists the trainee's walking by rotationally driving the knee joint portion 22 in accordance with the trainee's walking motion. In addition, the structure of the said walking assistance apparatus 2 is an example, and is not restricted to this. Any walking assistance device that can be attached to a trainee's leg and can assist walking is applicable.

訓練装置3は、トレッドミル31と、フレーム本体32と、第1及び第2引張部33、34と、制御装置35と、を有している。トレッドミル31は、リング状のベルト311を回転させる。訓練者は、ベルト311上に乗り該ベルト311の移動に応じて歩行を行い、その歩行訓練を行う。   The training device 3 includes a treadmill 31, a frame body 32, first and second tension portions 33 and 34, and a control device 35. The treadmill 31 rotates the ring-shaped belt 311. The trainee rides on the belt 311 and walks according to the movement of the belt 311 and performs the walking training.

フレーム本体32は、トレッドミル31上に立設された2対の柱フレーム321と、各柱フレーム321に接続され前後方向に延在する一対の前後フレーム322と、各前後フレーム322に接続され左右方向に延在する3つの左右フレーム323と、を有している。なお、上記フレーム本体32の構成は、これに限られない。後述の第1及び第2引張部33、34が適切に固定できれば、フレーム本体32は任意のフレーム構成であってもよい。   The frame body 32 includes two pairs of pillar frames 321 erected on the treadmill 31, a pair of front and rear frames 322 connected to each pillar frame 321 and extending in the front-rear direction, and left and right connected to each front and rear frame 322. And three left and right frames 323 extending in the direction. The configuration of the frame body 32 is not limited to this. The frame main body 32 may have an arbitrary frame configuration as long as first and second tension portions 33 and 34 described later can be appropriately fixed.

前方の左右フレーム323には、ワイヤー36を上方かつ前方に引張する第1引張部33が設けられている。第1引張部33は、引張手段の一具体例である。第1引張部33は、例えば、ワイヤー36を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第1引張部33が引張するワイヤー36の一端は、歩行補助装置2に接続されている。第1引張部33は、ワイヤー36を介して歩行補助装置2を上方かつ前方に引張する。   The front left and right frame 323 is provided with a first tension portion 33 that pulls the wire 36 upward and forward. The first tension portion 33 is a specific example of a tension means. The 1st tension | pulling part 33 is comprised, for example from the mechanism which winds and rewinds the wire 36, the motor which drives this mechanism, etc. One end of the wire 36 pulled by the first pulling portion 33 is connected to the walking assist device 2. The first tension unit 33 pulls the walking assist device 2 upward and forward via the wire 36.

第1引張部33による引張力の鉛直上方成分が歩行補助装置2の重さを支える。第1引張部33による引張力の水平前方成分により、脚部の振出しを補助する。これにより、歩行訓練時における訓練者の歩行負荷を軽減できる。   The vertically upward component of the tensile force by the first tension part 33 supports the weight of the walking assist device 2. By the horizontal front component of the tensile force by the first tension portion 33, the leg portion is assisted to swing out. Thereby, the trainer's walking load at the time of walking training can be reduced.

第2引張部34は、後方の左右フレーム323に設けられ、ワイヤー37を上方に引張する。ワイヤー37の一端は、例えば、訓練者の腰部付近に装着されたベルトに接続されている。第2引張部34は、例えば、ワイヤー37を巻取り及び巻き戻す機構、該機構を駆動するモータ、などから構成されている。第2引張部34は、ワイヤー37を介して訓練者の腰部を上方に引張する。これにより、訓練者の自重による負荷を軽減できる。第1及び第2引張部33、34は、配線などを介して制御装置35に夫々接続されている。なお、訓練装置3は、第2引張部34を有しない構成であってもよい。   The 2nd tension | pulling part 34 is provided in the back left and right flame | frame 323, and pulls the wire 37 upwards. One end of the wire 37 is connected to, for example, a belt attached near the waist of the trainee. The 2nd tension | pulling part 34 is comprised from the mechanism etc. which wind up and rewind the wire 37, the motor which drives this mechanism, etc., for example. The second pulling portion 34 pulls the trainee's lower back through the wire 37. Thereby, the load by the trainee's own weight can be reduced. The 1st and 2nd tension | pulling parts 33 and 34 are each connected to the control apparatus 35 via the wiring. In addition, the structure which does not have the 2nd tension | pulling part 34 may be sufficient as the training apparatus 3. FIG.

制御装置35は、引張制御手段の一具体例である。制御装置35は、第1及び第2引張部33、34の引張力と、トレッドミル31の駆動と、歩行補助装置2と、を夫々制御する。制御装置35は、例えば、演算処理、制御処理等と行うCPU(Central Processing Unit)、CPUによって実行される演算プログラム、制御プログラム等が記憶されたROM(Read Only Memory)、各種のデータなどを記憶するRAM(Random Access Memory)、外部と信号の入出力を行うインターフェイス部(I/F)、などからなるマイクロコンピュータを中心にして、ハードウェア構成されている。CPU、ROM、RAM及びインターフェイス部は、データバスなどを介して相互に接続されている。   The control device 35 is a specific example of a tension control unit. The control device 35 controls the tensile force of the first and second tension portions 33 and 34, the driving of the treadmill 31, and the walking assist device 2. The control device 35 stores, for example, a CPU (Central Processing Unit) that performs arithmetic processing, control processing, and the like, a ROM (Read Only Memory) that stores a calculation program executed by the CPU, a control program, and various data. A hardware configuration is mainly composed of a microcomputer including a RAM (Random Access Memory) and an interface unit (I / F) for inputting / outputting signals to / from the outside. The CPU, ROM, RAM, and interface unit are connected to each other via a data bus or the like.

図3は、本実施形態に係る制御装置の概略的なシステム構成を示すブロック図である。 制御装置35は、例えば、第1引張部33を制御する脚部免荷制御ユニット351と、第2引張部34を制御する人免荷制御ユニット352と、歩行補助装置2を制御する脚部制御ユニット353と、トレッドミル31を制御するトレッドミル制御ユニット354と、これらユニットを制御するコンピュータ(PersonalComputer)355と、コンピュータ355を操作するための操作パネル356と、から構成されている。操作パネル356は、訓練指示、訓練メニュー、訓練情報(歩行速度、生体情報等)などの情報を表示する。操作パネル356は、例えば、タッチパネルとして構成されており、訓練者は操作パネル356を介して各種の情報(第1及び第2引張部33、34の引張力など)を入力できる。   FIG. 3 is a block diagram illustrating a schematic system configuration of the control device according to the present embodiment. The control device 35 includes, for example, a leg load control unit 351 that controls the first tension portion 33, a human load control unit 352 that controls the second tension portion 34, and a leg control that controls the walking assist device 2. The unit 353 includes a treadmill control unit 354 that controls the treadmill 31, a computer (Personal Computer) 355 that controls these units, and an operation panel 356 for operating the computer 355. The operation panel 356 displays information such as training instructions, training menus, training information (walking speed, biological information, etc.). The operation panel 356 is configured as a touch panel, for example, and the trainee can input various information (such as the tensile force of the first and second tension units 33 and 34) via the operation panel 356.

ところで、訓練者の歩行における脚部の振出し開始は、後方移動している脚部を前方移動に反転させる(訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する)タイミングでもある。このため、歩行補助装置が装着された脚部は、この反転のタイミングで、歩行補助装置から後方への慣性力を受けることとなる。しかしながら、従来の歩行訓練装置は、訓練者の歩行に対する歩行補助装置の重力の負荷を軽減するものであるが、上記慣性力の負荷までも軽減するものではない。このため、歩行における脚部の振出し開始時において訓練者の脚部に過剰な負担が掛かる。   By the way, the start of swinging out of the leg during walking by the trainee is also the timing at which the leg that is moving backward is reversed to forward movement (the gait state of the trainee changes from a standing leg to a free leg). For this reason, the leg part with which the walking assistance apparatus was mounted | worn will receive the inertial force of back from a walking assistance apparatus at the timing of this inversion. However, although the conventional walking training apparatus reduces the load of gravity of the walking assist apparatus with respect to the trainee's walking, it does not reduce the load of the inertial force. For this reason, an excessive burden is placed on the leg of the trainee at the start of swinging out of the leg during walking.

これに対し、本実施形態に係る制御装置35は、第1引張力でワイヤー36を引張するように第1引張部33を制御することで、歩行補助装置2の重量を低減すると共に、訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する直前のタイミングで、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力でワイヤー36を引張するように、第1引張部33を制御する。これにより、歩行補助装置2の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。   On the other hand, the control device 35 according to the present embodiment reduces the weight of the walking assistance device 2 by controlling the first tension portion 33 so as to pull the wire 36 with the first tensile force, and also trains the trainer. At the timing immediately before the gait state changes from the standing leg to the free leg, the wire 36 is pulled with a second tensile force set larger than the first tensile force instead of the first tensile force. 1 The tension part 33 is controlled. Thereby, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting the swinging while waiving the weight of the walking assist device 2.

さらに、例えば、訓練者の歩行補助装置を装着した脚部が上記歩行アシストを行った結果、その脚部が容易に持ち上がり、脚部の立脚から遊脚に変化するタイミング(抜重のタイミング)が通常より早くなった場合、通常のタイミングと同様の歩行アシストを行ったのでは、そのアシスト力が過度となる。一方、上記歩行アシストを行っても脚部がなかなか持ち上がらす、そのタイミングが通常より遅くなった場合、通常のタイミングと同様の歩行アシストを行ったのでは、逆に、アシスト力不足となる。そこで、上記のような訓練者の負担を低減する歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施したいという要望がある。   Further, for example, as a result of the above-mentioned walking assist performed by the leg part to which the trainer's walking assist device is attached, the leg part is easily lifted and the timing at which the leg part stands up to the free leg (extraction timing) is normal. When it becomes earlier, if the same walk assist as the normal timing is performed, the assist force becomes excessive. On the other hand, when the above-mentioned walking assist is performed, the leg portion is easily lifted, and when the timing is later than usual, if the same walking assistance as the normal timing is performed, the assist force is insufficient. Therefore, there is a demand to implement walking assist that reduces the burden on the trainer as described above with an assist force that is not excessive or insufficient.

これに対し、本実施形態に係る制御装置35は、第1引張部33の引張力を第2引張力に制御している間、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重が検出されると、第1引張部33による引張力を第2引張力から第1引張力に戻す制御を行う。
これにより、第2引張力によるアシスト力を増加させる期間が、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重が検出されるまで継続される。したがって、上記慣性力の負荷に対する必要なアシスト力を十分に確保できる。さらに、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重の検出を持って第2引張力から第1引張力に戻し、アシスト力の増加が終了する。このため、アシスト力を過度にかけ過ぎるのを抑制できる。すなわち、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる。
On the other hand, the control device 35 according to the present embodiment controls the foot portion on the side where the trainer's walking assist device 2 is worn while controlling the tensile force of the first tensile portion 33 to the second tensile force. When the pulling is detected, control is performed to return the tensile force by the first tensile unit 33 from the second tensile force to the first tensile force.
Thereby, the period which increases the assist force by a 2nd tensile force is continued until the weight extraction of the foot | leg part by which the trainer's walking assistance apparatus 2 was mounted | worn is detected. Therefore, a sufficient assist force for the load of the inertial force can be sufficiently ensured. Furthermore, it returns from the second tensile force to the first tensile force with the detection of the pulling of the foot on the side where the trainer's walking assist device 2 is mounted, and the increase of the assist force is completed. For this reason, it is possible to suppress excessive application of the assist force. That is, the trainer's walking assist can be performed with an assist force that is not excessive or insufficient.

例えば、訓練者の歩行補助装置2を装着した脚部の抜重タイミングが通常より遅くなった場合、図4に示す如く、第2引張力によるアシスト力を増加させる期間が、その抜重タイミングが検出されるまで継続され、必要なアシスト力を十分に確保できる。一方で、訓練者の歩行補助装置2を装着した脚部の抜重タイミングが通常より早くなった場合、図5に示す如く、その抜重タイミングの検出を持って第2引張力から第1引張力に戻し、アシスト力の増加が直ちに終了し、アシスト力を過度にかけ過ぎるのを抑制できる。このように、訓練者の歩行アシストを過不足無いアシスト力で実施できる。   For example, when the pulling timing of the leg portion on which the trainer's walking assist device 2 is worn becomes later than usual, the pulling timing is detected during the period in which the assist force due to the second tensile force is increased as shown in FIG. The necessary assist force can be sufficiently secured. On the other hand, when the pulling timing of the leg portion on which the trainer's walking assist device 2 is worn becomes earlier than usual, as shown in FIG. 5, the pulling timing is detected and the second pulling force is changed to the first pulling force. The increase in the assist force is immediately terminated, and it is possible to suppress excessive application of the assist force. Thus, the trainer's walking assist can be performed with an assist force that is not excessive or insufficient.

図6は、本実施形態に係るコンピュータの概略的なシステム構成を示すブロック図である。本実施形態に係るコンピュータ355は、訓練者の歩行補助装置2が装着された脚部の振出し開始のタイミングを検出する動作検出部357と、第1引張部33に対する引張力指令値を計算する引張力計算部358と、訓練者の足部の抜重を検出する抜重検出部359と、を有している。   FIG. 6 is a block diagram showing a schematic system configuration of a computer according to the present embodiment. The computer 355 according to the present embodiment includes a motion detection unit 357 that detects the timing of starting swinging out of the leg portion on which the trainer's walking assist device 2 is mounted, and a tension that calculates a tensile force command value for the first tension unit 33. It has the force calculation part 358 and the weight detection part 359 which detects the weight of a trainee's leg | foot part.

動作検出部357は、訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する直前の振出し開始のタイミング(以下、振出開始タイミング)を検出する(図7)。
動作検出部357は、例えば、ユーザの歩容動作中の足裏の荷重中心(COP:Center of Pressure)の位置(以下、COP位置と称す)に基づいて、振出開始タイミングを検出する。動作検出部357は、歩行補助装置2の足平フレーム25の足裏荷重センサユニットの垂直荷重センサにより検出された足平フレーム25の足裏の荷重に基づいて、COP位置を連続的に算出する。
The motion detection unit 357 detects the timing for starting swinging (hereinafter referred to as swinging start timing) immediately before the gait state of the trainee changes from the standing leg to the swinging leg (FIG. 7).
The motion detection unit 357 detects the swing start timing based on, for example, the position of the load center (COP: Center of Pressure) of the sole during the gait motion of the user (hereinafter referred to as COP position). The motion detection unit 357 continuously calculates the COP position based on the load on the sole of the foot frame 25 detected by the vertical load sensor of the sole load sensor unit of the foot frame 25 of the walking assist device 2. .

例えば、動作検出部357は、垂直荷重センサの位置を(x1、y1)、(x2、y2)、(x3、y3)、(x4、y4)として、下記式を用いて、COP位置(xCOP、yCOP)を算出する。

Figure 0006443301
For example, the motion detection unit 357 sets the position of the vertical load sensor as (x1, y1), (x2, y2), (x3, y3), (x4, y4), and uses the following formula to calculate the COP position (x COP , Y COP ).
Figure 0006443301

足平フレーム25の足裏の中心を原点としたXY座標系が設定されている。そして、XY座標系の足裏において、爪先領域、中間領域、及び踵領域が夫々設定されている。足裏において、X座標の値が爪先領域判定閾値以上となる領域が、爪先領域となる。X座標の値が踵領域判定閾値以下となる領域が、踵領域となる。X座標の値が踵領域判定閾値より大きく、かつ爪先領域判定閾値よりも小さい領域(爪先領域と踵領域との間の領域)が、中間領域となる。なお、上記爪先領域判定閾値及び踵領域判定閾値は、予め実験的に求められ、上記ROMやRAMなどに設定されている。また、上記爪先領域判定閾値及び踵領域判定閾値は、操作パネル356などを介して、ユーザが任意に設定変更できる。動作検出部357は、上記XY座標系において、算出したCOP位置が足裏の踵領域内に位置した状態から爪先領域内へ推移したとき、振出開始タイミングを検出する。   An XY coordinate system is set with the center of the sole of the foot frame 25 as the origin. A toe region, an intermediate region, and a heel region are set on the sole of the XY coordinate system. A region where the value of the X coordinate is equal to or greater than the toe region determination threshold on the sole is a toe region. A region where the value of the X coordinate is equal to or less than the heel region determination threshold is a heel region. A region having an X coordinate value larger than the heel region determination threshold and smaller than the toe region determination threshold (a region between the toe region and the heel region) is an intermediate region. The toe area determination threshold value and the heel area determination threshold value are obtained experimentally in advance and set in the ROM, RAM, or the like. The toe area determination threshold and the heel area determination threshold can be arbitrarily set and changed by the user via the operation panel 356 or the like. In the XY coordinate system, the motion detection unit 357 detects the swing start timing when the calculated COP position transitions from the state where the calculated COP position is located within the sole region of the sole to the toe region.

動作検出部357は、第1引張部33のワイヤー収納量が、第1引張部33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化する前後のタイミングにおける所定収納量(以下、振出しタイミング判定閾値)以下となるとき、脚部の前方への振出開始タイミングを検出してもよい。第1引張部33のワイヤー36が引出し状態から巻取り状態へ変化するタイミングを予め実験的に求めることができる。そして、この変化の前後のタイミングにおけるワイヤー収納量を求め、振出しタイミング判定閾値として上記ROMやRAMなどに設定する。   The motion detection unit 357 has a predetermined storage amount before and after the wire storage amount of the first tension portion 33 changes from the drawn state to the winding state (hereinafter referred to as a swing timing determination threshold). When it becomes the following, you may detect the swing start timing to the front of a leg part. The timing at which the wire 36 of the first tension portion 33 changes from the drawn state to the wound state can be experimentally obtained in advance. Then, the amount of wire stored at the timing before and after the change is obtained, and set in the ROM, RAM, etc. as the ejection timing determination threshold.

動作検出部357は、歩行補助装置2が装着された脚部側の足部が離地状態から接地状態に遷移してから所定の時間が経過したとき、振出開始タイミングを検出してもよい。動作検出部357は、例えば、歩行補助装置2の足平フレーム25の足裏荷重センサユニットの各垂直荷重センサにより検出された足平フレーム25の足裏の荷重値を加算して、足裏に掛かる足裏総荷重量を算出する。動作検出部357は、算出した足裏総荷重量が接地判定閾値より大きい場合に接地状態と判定し、足裏総荷重量が接地判定閾値より大きくない場合に離地状態と判定する。   The motion detection unit 357 may detect the swing start timing when a predetermined time has elapsed since the foot on the leg side to which the walking assist device 2 is attached transitions from the ground-off state to the grounded state. The motion detection unit 357 adds, for example, the load value of the sole of the foot frame 25 detected by each vertical load sensor of the sole load sensor unit of the foot frame 25 of the walking assist device 2 to the sole. Calculate the total amount of foot sole load applied. The motion detection unit 357 determines that the calculated total foot load is greater than the ground contact determination threshold value, and determines that the ground is in a grounded state, and if the total sole load amount is not greater than the ground contact determination threshold value.

動作検出部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出開始タイミングを検出すると、検出信号を引張力計算部358に出力する。   The motion detection unit 357 outputs a detection signal to the tensile force calculation unit 358 when detecting the start timing of the forward swing of the leg portion to which the walking assist device 2 is attached.

引張力計算部358は、第1引張部33に対する第1引張力指令値を計算し、計算した第1引張力指令値を第1引張部33に出力する。第1引張部33は、引張力計算部358からの出力される第1引張力指令値に従って、歩行補助装置2のワイヤー36を第1引張力fで引張する。このときの第1引張部33による第1引張力fの鉛直上方成分f2が歩行補助装置2の重さを支える。第1引張部33による第1引張力fの水平前方成分f1により、脚部の振出しを補助する。すなわち、第1引張力指令値は、ユーザの通常の歩行動作に対して、その第1引張力fの鉛直上方成分f2が歩行補助装置2の重さを支え、同時に、その第1引張力fの水平前方成分f1により、脚部の振出しを最適に補助するように設定されている。   The tensile force calculation unit 358 calculates a first tensile force command value for the first tensile unit 33 and outputs the calculated first tensile force command value to the first tensile unit 33. The first pulling unit 33 pulls the wire 36 of the walking assistance device 2 with the first pulling force f in accordance with the first pulling force command value output from the pulling force calculation unit 358. At this time, the vertically upward component f2 of the first tensile force f by the first tension portion 33 supports the weight of the walking assist device 2. With the horizontal front component f1 of the first tensile force f by the first tension portion 33, the swinging out of the leg portion is assisted. That is, the first tensile force command value indicates that the vertical upward component f2 of the first tensile force f supports the weight of the walking assist device 2 and the first tensile force f at the same time with respect to the normal walking motion of the user. The horizontal front component f1 is set so as to optimally assist the swinging out of the leg.

しかし、上述の如く、歩行における脚部の振出開始タイミングで、歩行補助装置2から後方への慣性力を受けることとなり、この振出開始タイミングには通常の歩行動作以上の負荷が脚部にかかる。これに対し、本実施形態1に係る引張力計算部358は、動作検出部357から検出信号を受けると、引張力指令値を、通常の第1引張力指令値から第2引張力指令値に所定時間、増加させる。第1引張部33は、引張力計算部358からの出力される第2引張力指令値に従って、歩行補助装置2のワイヤー36を第2引張力で引張する。   However, as described above, at the timing of starting to swing out the leg during walking, a backward inertial force is received from the walking assist device 2, and a load greater than the normal walking motion is applied to the leg at this starting timing. In contrast, when the tensile force calculation unit 358 according to the first embodiment receives the detection signal from the motion detection unit 357, the tensile force command value is changed from the normal first tensile force command value to the second tensile force command value. Increase for a predetermined time. The first pulling unit 33 pulls the wire 36 of the walking assistance device 2 with the second pulling force according to the second pulling force command value output from the pulling force calculation unit 358.

これにより、脚部の振出開始タイミングの慣性力を受けるときだけ、第1引張部33の引張力を第1引張力から第2引張力へ増加させる。これにより、脚部の振出開始タイミングにおける慣性力の負荷を軽減できる。   As a result, the tensile force of the first tension portion 33 is increased from the first tension force to the second tension force only when receiving the inertial force at the timing of starting to swing the leg portion. Thereby, the load of the inertia force in the swing start timing of a leg part can be reduced.

抜重検出部359は、抜重検出手段の一具体例である。抜重検出部359は、訓練者の足部に掛かる荷重に基づいて訓練者の足部の抜重(抜重タイミング)を検出する(図7)。抜重検出部359は、例えば、歩行補助装置2の足平フレーム25の足裏荷重センサユニットの各垂直荷重センサにより検出された荷重値を加算した足裏総荷重量が閾値以下となるとき、訓練者の足部の抜重を検出する。なお、閾値は、例えば、足部が抜重状態となるときの値が予め実験的に求められ、上記ROMやRAMなどに設定されている。抜重検出部359は、訓練者の足部の抜重を検出すると、検出信号を引張力計算部358に出力する。引張力計算部358は、抜重検出部359から検出信号を受けると、引張力指令値を、第2引張力指令値から第1引張力指令値に変更し、変更した第1引張力指令値を第1引張部33に出力する。   The weight detection unit 359 is a specific example of the weight detection means. The weight detection unit 359 detects the weight of the trainee's foot (pumping timing) based on the load applied to the trainee's foot (FIG. 7). For example, the weight detection unit 359 performs training when the total load amount of the foot, which is the sum of the load values detected by the vertical load sensors of the foot load sensor unit of the foot frame 25 of the walking assist device 2, is equal to or less than the threshold value. The weight of the person's foot is detected. Note that, for example, the threshold value is experimentally obtained in advance as a value when the foot portion is in a weighted state, and is set in the ROM or RAM. When detecting the weight of the trainee's foot, the weight detection unit 359 outputs a detection signal to the tensile force calculation unit 358. Upon receiving the detection signal from the weight detection unit 359, the tensile force calculation unit 358 changes the tensile force command value from the second tensile force command value to the first tensile force command value, and uses the changed first tensile force command value. Output to the first tension part 33.

図8は、本実施形態に係る歩行訓練方法のフローを示すフローチャートである。
動作検出部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出開始タイミングを検出する(ステップS101)。動作検出部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出開始タイミングを検出すると(ステップS101のYES)、引張力計算部358は、引張力指令値を第1引張力指令値から第2引張力指令値に増加させ、増加させた第2引張力指令値を第1引張部33に出力する(ステップS102)。一方、動作検出部357は、歩行補助装置2が装着された脚部の前方への振出し開始を検出しないとき(ステップS101のNO)、引張力計算部358は、通常の第1引張力指令値を第1引張部33に出力し(ステップS103)。上記(ステップS101)の処理に戻る。
FIG. 8 is a flowchart showing a flow of the walking training method according to the present embodiment.
The motion detection unit 357 detects the timing of starting to swing forward the leg portion to which the walking assist device 2 is attached (step S101). When the motion detection unit 357 detects the forward swing start timing of the leg to which the walking assist device 2 is attached (YES in step S101), the tensile force calculation unit 358 determines the tensile force command value as the first tensile force command. The value is increased from the value to the second tension force command value, and the increased second tension force command value is output to the first tension portion 33 (step S102). On the other hand, when the motion detection unit 357 does not detect the start of swinging forward of the leg portion to which the walking assist device 2 is attached (NO in step S101), the tensile force calculation unit 358 is configured to output the normal first tensile force command value. Is output to the first tension portion 33 (step S103). The processing returns to the above (step S101).

抜重検出部359は、訓練者の足部に掛かる荷重に基づいて訓練者の足部の抜重を検出する(ステップS104)。抜重検出部359は、訓練者の足部の抜重を検出すると(ステップS104のYES)、引張力計算部358は、引張力指令値を、第2引張力指令値から第1引張力指令値に変更し、変更した第1引張力指令値を第1引張部33に出力する(ステップS105)。一方、抜重検出部359は、訓練者の足部の抜重を検出しないとき(ステップS104のNO)、引張力計算部358は、引張力指令値を第2引張力指令値に維持し、その第2引張力指令値を第1引張部33に出力する(ステップS106)。   The weight detection unit 359 detects the weight of the trainee's foot based on the load applied to the trainee's foot (step S104). When the weight detection unit 359 detects the weight of the trainee's foot (YES in step S104), the tensile force calculation unit 358 changes the tensile force command value from the second tensile force command value to the first tensile force command value. The changed first tension force command value is output to the first tension unit 33 (step S105). On the other hand, when the weight detection unit 359 does not detect the weight of the trainee's foot (NO in step S104), the tensile force calculation unit 358 maintains the tensile force command value at the second tensile force command value. 2 The tensile force command value is output to the first tension part 33 (step S106).

以上、本実施形態において、第1引張力でワイヤー36を引張するように第1引張部33を制御することで、歩行補助装置2の重量を低減すると共に、訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する直前のタイミングで、第1引張力に代えて、該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力でワイヤー36を引張するように、第1引張部33を制御する。
これにより、歩行補助装置2の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減できる。
さらに、本実施形態において、第1引張部33の引張力を第2引張力に制御している間、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重が検出されると、第1引張部33による引張力を第2引張力から第1引張力に戻す制御を行う。
これにより、第2引張力によるアシスト力を増加させる期間が、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重が検出されるまで継続される。したがって、上記慣性力の負荷に対する必要なアシスト力を十分に確保できる。さらに、訓練者の歩行補助装置2が装着された側の足部の抜重の検出を持って第2引張力から第1引張力に戻し、アシスト力の増加が終了する。このため、アシスト力を過度にかけ過ぎるのを抑制できる。よって、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる。すなわち、歩行補助装置2の重量を免荷しつつ、振出開始のタイミングにおける訓練者の負担を軽減でき、さらに、訓練者の歩行アシストを、過不足無いアシスト力で実施できる。
As mentioned above, in this embodiment, while controlling the 1st tension | tensile_strength part 33 to pull the wire 36 with a 1st tension force, while reducing the weight of the walk assistance apparatus 2, a trainee's gait state is from a stance stand. The first tension portion 33 is controlled so that the wire 36 is pulled with a second tensile force set larger than the first tensile force instead of the first tensile force at the timing immediately before the change to the free leg. .
Thereby, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting the swinging while waiving the weight of the walking assist device 2.
Furthermore, in the present embodiment, while the tensile force of the first tension part 33 is controlled to the second tensile force, when the weight of the foot part on which the trainer's walking assistance device 2 is attached is detected, Control which returns the tension | tensile_strength by the 1st tension | tensile_strength part 33 from 2nd tension | tensile_strength to 1st tension | tensile_strength is performed.
Thereby, the period which increases the assist force by a 2nd tensile force is continued until the weight extraction of the foot | leg part by which the trainer's walking assistance apparatus 2 was mounted | worn is detected. Therefore, a sufficient assist force for the load of the inertial force can be sufficiently ensured. Furthermore, it returns from the second tensile force to the first tensile force with the detection of the pulling of the foot on the side where the trainer's walking assist device 2 is mounted, and the increase of the assist force is completed. For this reason, it is possible to suppress excessive application of the assist force. Therefore, the trainer's walking assist can be carried out with an assist force that is not excessive or insufficient. That is, it is possible to reduce the burden on the trainer at the timing of starting the swing while excluding the weight of the walking assist device 2, and further, the trainer's walking assist can be performed with an assist force that is not excessive or insufficient.

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。   Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

1 歩行訓練装置、2 歩行補助装置、3 訓練装置、21 上腿フレーム、22 膝関節部、23 下腿フレーム、24 足首関節部、25 足平フレーム、26 モータユニット、27 調整機構、31 トレッドミル、32 フレーム本体、33 第1引張部、34 第2引張部、35 制御装置、36 ワイヤー、37 ワイヤー、357 動作検出部、358 引張力計算部、359 抜重検出部   1 walking training device, 2 walking assist device, 3 training device, 21 upper leg frame, 22 knee joint part, 23 lower leg frame, 24 ankle joint part, 25 foot frame, 26 motor unit, 27 adjustment mechanism, 31 treadmill, 32 frame main body, 33 first tension part, 34 second tension part, 35 control device, 36 wire, 37 wire, 357 motion detection part, 358 tensile force calculation part, 359 weight detection part

Claims (1)

訓練者の脚部に装着され、該訓練者の歩行動作を補助する歩行補助装置と、
前記脚部に直接的又は前記歩行補助装置を介して接続されたワイヤーを上方かつ前方に引張する引張手段と、
第1引張力で前記ワイヤーを引張するように前記引張手段を制御することで、前記歩行補助装置の重量を低減すると共に、
前記訓練者の歩容状態が立脚から遊脚に変化する直前のタイミングで、前記第1引張力に代えて、前記歩行補助装置からの後方への慣性力の負荷を軽減するように該第1引張力よりも大きく設定された第2引張力で前記ワイヤーを引張するように、前記引張手段を制御する引張制御手段と、
を備える歩行訓練装置であって、
前記訓練者の歩行補助装置が装着された側の足部に掛かる荷重に基づいて、該足部の抜重を検出する抜重検出手段を更に備え、
前記引張制御手段は、前記引張手段の引張力を前記第2引張力に制御している間、前記抜重検出手段により前記足部の抜重が検出されると、前記引張手段による引張力を前記第2引張力から前記第1引張力に戻す制御を行う、
ことを特徴とする歩行訓練装置。
A walking assistance device that is attached to the leg of the trainee and assists the walking motion of the trainer;
Tension means for pulling the wire connected to the leg portion directly or via the walking assist device upward and forward;
By controlling the pulling means to pull the wire with a first pulling force, the weight of the walking assist device is reduced,
Instead of the first tensile force, at the timing immediately before the trainee's gait state changes from a standing leg to a swinging leg, the first inertial force load from the walking assist device is reduced . A tension control means for controlling the tension means so as to pull the wire with a second tension force set larger than the tension force;
A walking training apparatus comprising:
Based on a load applied to the foot part on which the trainer's walking assistance device is mounted, further comprising a weight detection means for detecting the weight of the foot part,
While the tension control means detects the weight of the foot portion by the weight detection means while controlling the tension force of the tension means to the second tension force, the tension control means applies the tension force by the tension means to the first force. Control to return from the two tensile forces to the first tensile force,
A walking training apparatus characterized by that.
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