JP6479512B2 - 動作支援装置 - Google Patents
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Description
(第1実施形態)
図1は、動作支援装置100の正面図である。また、図2は、動作支援装置100を装着者Pの右側から見た側面図である。
サーボモータ12aは、駆動力を回動支持部5aに与える。サーボモータ12aは、図示しない電力供給部からの電力を受けて回転する。
なお、動作支援装置100は、さらに他の加速度センサを備えてもよい。
圧力センサ17a(荷重検出部)は、下装具8aに設けられる。圧力センサ17aは、下装具8aの上面に係る圧力を検出する。即ち、圧力センサ17aは、足裏に係る荷重を検出する。圧力センサ17aは、下装具8a内に設けられてもよいし、下装具8a上に設けられてもよい。圧力センサ17aは、たとえば、静電容量の変化又はひずみゲージを用いて変形を検出するものであってもよい。なお、圧力センサ17aは、下装具8の下面に配置されてもよい。
図3は、動作支援装置100の制御系の構成例を示すブロック図である。
図3が示すように、動作支援装置100は、ポテンショメータ15a並びに15b、ポテンショメータ16a並びに16b、圧力センサ17a並びに17b、加速度センサ22a並びに22b、駆動部10a並びに10b、及び、制御部30などを備える。駆動部10a及び10bは、それぞれサーボモータ12a並びに12b及び電磁クラッチ14a並びに14bなどを備える。動作支援装置100は、通信バスなどを通じて、制御部30と、ポテンショメータ15a並びに15b、ポテンショメータ16a並びに16b、圧力センサ17a並びに17b、加速度センサ22a並びに22b、及び、駆動部10a並びに10bと電気的に接続する。
図4は、動作支援装置100が立ち上がり動作を支援する動作例について説明するためのフローチャートである。
ここでは、動作支援装置100の装着者Pは、しゃがんでいる状態から立ち上がろうとするものする。
(第2実施形態)
次に、第2実施形態について説明する。
第2実施形態に係る動作支援装置100は、装着者Pの歩行動作を支援する。第2実施形態に係る動作支援装置100は、図1乃至3に示す構成により実現可能である。このため、第2実施形態に係る動作支援装置100の構成については、詳細な説明を省略する。
まず、装着者Pの歩行動作について説明する。
図5は、装着者Pの歩行動作における状態例を示す図である。
図5が示すように、ここでは、装着者Pの歩行動作を状態A乃至Hに分割する。装着者Pは、状態A乃至Hを順々に経て歩行を行う。また、装着者Pは、状態A乃至Hを繰り返して歩行を継続する。
制御部30は、ポテンショメータ15並びに16及び圧力センサ17などを用いて、装着者Pの膝関節が伸び始める状態を検知する機能を有する(検知部)。たとえば、制御部30は、装着者Pの膝関節が伸び始める状態として、装着者Pの状態が状態B、状態D、状態F及び状態Hであることを検出する。
図6は、動作支援装置100が装着者Pの歩行を支援する動作例について説明するためのフローチャートである。
ここでは、動作支援装置100の装着者Pは、歩行動作を行うとするものする。
装着者Pの状態が状態Bであると判定すると(S23、YES)、制御部30は、駆動部10aを用いて右膝を伸ばす方向に回動支持部5aにトルクを生じさせる(S25)。右膝を伸ばす方向に回動支持部5aにトルクを生じさせると、制御部30は、両足が停止したか判定する(S26)。即ち、制御部30は、装着者Pが歩行動作を停止したか判定する。
両足が停止したと判定すると(S26、YES又はS31、YES)、制御部30は、駆動部10の動作を停止する(S35)。即ち、制御部30は、駆動部10aが回動支持部5aに印加しているトルク、又は、駆動部10bが回動支持部5bに印加しているトルクを停止する。駆動部の動作を停止すると、制御部30は、動作を終了する。
(第3実施形態)
次に、第3実施形態について説明する。
第3実施形態に係る動作支援装置100は、装着者Pの階段を上がる動作を支援する。第3実施形態に係る動作支援装置100は、図1乃至3に示す構成により実現可能である。このため、第3実施形態に係る動作支援装置100の構成については、詳細な説明を省略する。
また、第3実施形態に係る動作支援装置100の制御部30は、第2実施形態に係る動作支援装置100の制御部30と同様に、駆動部10を用いて、装着者Pが膝を伸ばす動作を支援する機能を有する(駆動制御部)。
図7は、装着者Pの階段を上がる動作における状態例を示す図である。
図7が示すように、ここでは、装着者Pの階段を上がる動作を状態P乃至Zに分割する。装着者Pは、状態P乃至Zを順々に経て階段を上がる。また、装着者Pは、状態R乃至Wを繰り返して階段を上がる動作を継続する。
制御部30は、ポテンショメータ15並びに16及び圧力センサ17などを用いて、装着者Pの膝関節が伸び始める状態を検知する機能を有する(検知部)。たとえば、制御部30は、装着者Pの膝関節が伸び始める状態として、装着者Pの状態が状態R、状態T、状態U及び状態Wであることを検出する。
図8は、動作支援装置100が装着者Pの階段を上る動作を支援する動作例について説明するためのフローチャートである。
ここでは、動作支援装置100の装着者Pは、階段を上がるものとする。
S21、S22、S25、S26、S28、S30、S31、S33及びS35は、図6のそれらと同様であるので説明を省略する。
両足が停止していないと判定すると(S26、NO)、制御部30は、装着者Pの状態が状態Tであるか判定する(S43)。装着者Pの状態が状態Tでないと判定すると(S43、NO)、制御部30は、S26へ戻る。装着者Pの状態が状態Tであると判定すると(S43、YES)、制御部30は、S28へ進む。
(第4実施形態)
次に、第4実施形態について説明する。
第4実施形態に係る動作支援装置100は、装着者Pの階段を上がる動作を支援する。第4実施形態に係る動作支援装置100は、第3実施形態に係る動作支援装置100が行う支援に加え、装着者Pの膝を曲げる動作も支援する。第4実施形態に係る動作支援装置100は、図1乃至3に示す構成により実現可能である。このため、第4実施形態に係る動作支援装置100の構成については、詳細な説明を省略する。
図9は、動作支援装置100が装着者Pの階段を上る動作を支援する動作例について説明するためのフローチャートである。
ここでは、動作支援装置100の装着者Pは、階段を上がるものとする。
S21及びS22は、図6のそれらと同様であるので説明を省略する。
装着者Pの状態が状態Tであると判定すると(S52、YES)、制御部30は、駆動部10bを用いて、左膝を曲げる方向に回動支持部5bにトルクを生じさせる(S62)。左膝を曲げる方向に回動支持部5bにトルクを生じさせると、制御部30は、S58に進む。
装着者Pの状態が状態Tでないと判定すると(S52、NO)、制御部30は、S22に戻る。
以下に本件出願当初の特許請求の範囲に記載された発明を付記する。
[C1]
膝の動作を支援する動作支援装置であって、
大腿部に固定される上フレームと、
下腿部に固定される下フレームと、
前記上フレームと前記下フレームとを回動可能に連結する回動支持部と、
前記回動支持部にトルクを印加する駆動部と、
膝関節が伸び始める状態を検知する検知部と、
前記検知部が前記膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記駆動部を用いて前記回動支持部に前記膝関節が伸びるようにトルクを印加させる駆動制御部と、
を備える動作支援装置。
[C2]
足裏に係る荷重を検出する荷重検出部と
前記回動支持部の回転角度を検出する角度検出部と、
をさらに備え、
前記検知部は、前記角度検出部が検出した前記回転角度と前記荷重検出部が検出した前記荷重に基づいて、前記膝関節が伸び始める状態を検知する、
前記C1に記載の動作支援装置。
[C3]
前記回動支持部の回動中心と回転中心を連結し、膝上と膝下で固定する保持具を備える固定具を備え、
前記上フレームは、第1の脚の大腿部に固定される第1上フレームと、第2の脚の大腿部に固定される第2上フレームと、から構成され、
前記下フレームは、前記第1の脚の下腿部に固定される第1下フレームと、前記第2の脚の下腿部に固定される第2下フレームと、から構成され、
前記回動支持部は、前記第1上フレームと前記第1下フレームとを回動可能に連結する第1回動支持部と、前記第2上フレームと前記第2下フレームとを回動可能に連結する第2回動支持部と、から構成され、
前記駆動部は、前記第1回動支持部にトルクを印加する第1駆動部と、前記第2回動支持部にトルクを印加する第2駆動部と、から構成され、
前記検知部は、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態、及び、前記第2の脚の膝関節が伸び始める状態を検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記第1駆動部を用いて前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記第1回動支持部にトルクを印加させ、前記検知部が前記第2の脚の膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記第2駆動部を用いて前記第2の脚の膝関節が伸びるように前記第2回動支持部にトルクを印加させる、
前記C1又は2に記載の動作支援装置。
[C4]
前記検知部は、歩行動作において、前記第1の脚が曲がった状態から前記第1の脚を前に振りだす状態を、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記曲がった第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知した場合に、前記第1駆動部を用いて前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記第1回動支持部にトルクを印加させる、
前記C3に記載の動作支援装置。
[C5]
前記検知部は、階段を上がる動作において、前記第1の脚を所定の段から次の段に掛けた状態を、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知した場合に、前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記回動支持部にトルクを印加させる、
前記C3又は4に記載の動作支援装置。
[C6]
前記検知部は、さらに前記膝関節が曲がり始める状態を検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記膝関節が曲がり始める状態を検知すると、前記駆動部を用いて前記回動支持部に前記膝関節が曲がるようにトルクを印加させる、
前記C3乃至5の何れか1項に記載の動作支援装置。
[C7]
前記検知部は、階段を上がる動作において、前記第1の脚を所定の段から次の段に掛けた状態を、第2の脚の膝関節が曲がり始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が第2の脚の膝関節が曲がり始める状態を検知すると、前記第2駆動部を用いて前記第2の脚の膝関節が曲がるように前記第2回動支持部にトルクを印加させる、
前記C6に記載の動作支援装置。
[C8]
前記膝関節の加速度を検出する加速度検出部をさらに備え、
前記検知部は、前記加速度検出部が検出する前記加速度に基づいて、しゃがんだ状態から立ち上がり動作を開始した状態を、前記膝関節が伸び始める状態として検知する、
前記C1乃至3の何れか1項に記載の動作支援装置。
Claims (7)
- 膝の動作を支援する動作支援装置であって、
大腿部に固定される上フレームと、
下腿部に固定される下フレームと、
前記上フレームと前記下フレームとを回動可能に連結する回動支持部と、
前記回動支持部にトルクを印加する駆動部と、
膝関節が伸び始める状態を検知する検知部と、
前記検知部が前記膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記駆動部を用いて前記回動支持部に前記膝関節が伸びるようにトルクを印加させる駆動制御部と、
前記膝関節の加速度を検出する加速度検出部と、
を備え、
前記検知部は、前記加速度検出部が検出する前記加速度に基づいて、しゃがんだ状態から立ち上がり動作を開始した状態を、前記膝関節が伸び始める状態として検知する、
動作支援装置。 - 足裏に係る荷重を検出する荷重検出部と
前記回動支持部の回転角度を検出する角度検出部と、
をさらに備え、
前記検知部は、前記角度検出部が検出した前記回転角度と前記荷重検出部が検出した前記荷重に基づいて、前記膝関節が伸び始める状態を検知する、
前記請求項1に記載の動作支援装置。 - 前記回動支持部の回動中心と自身の回動中心を連結し、膝上と膝下で固定する保持具を備える固定具を備え、
前記上フレームは、第1の脚の大腿部に固定される第1上フレームと、第2の脚の大腿部に固定される第2上フレームと、から構成され、
前記下フレームは、前記第1の脚の下腿部に固定される第1下フレームと、前記第2の脚の下腿部に固定される第2下フレームと、から構成され、
前記回動支持部は、前記第1上フレームと前記第1下フレームとを回動可能に連結する第1回動支持部と、前記第2上フレームと前記第2下フレームとを回動可能に連結する第2回動支持部と、から構成され、
前記駆動部は、前記第1回動支持部にトルクを印加する第1駆動部と、前記第2回動支持部にトルクを印加する第2駆動部と、から構成され、
前記検知部は、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態、及び、前記第2の脚の膝関節が伸び始める状態を検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記第1駆動部を用いて前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記第1回動支持部にトルクを印加させ、前記検知部が前記第2の脚の膝関節が伸び始める状態を検知すると、前記第2駆動部を用いて前記第2の脚の膝関節が伸びるように前記第2回動支持部にトルクを印加させる、
前記請求項1又は2に記載の動作支援装置。 - 前記検知部は、歩行動作において、前記第1の脚が曲がった状態から前記第1の脚を前に振りだす状態を、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記曲がった第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知した場合に、前記第1駆動部を用いて前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記第1回動支持部にトルクを印加させる、
前記請求項3に記載の動作支援装置。 - 前記検知部は、階段を上がる動作において、前記第1の脚を所定の段から次の段に掛けた状態を、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記第1の脚の膝関節が伸び始める状態を検知した場合に、前記第1の脚の膝関節が伸びるように前記回動支持部にトルクを印加させる、
前記請求項3又は4に記載の動作支援装置。 - 前記検知部は、さらに前記膝関節が曲がり始める状態を検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が前記膝関節が曲がり始める状態を検知すると、前記駆動部を用いて前記回動支持部に前記膝関節が曲がるようにトルクを印加させる、
前記請求項3乃至5の何れか1項に記載の動作支援装置。 - 前記検知部は、階段を上がる動作において、前記第1の脚を所定の段から次の段に掛けた状態を、第2の脚の膝関節が曲がり始める状態として検知し、
前記駆動制御部は、前記検知部が第2の脚の膝関節が曲がり始める状態を検知すると、前記第2駆動部を用いて前記第2の脚の膝関節が曲がるように前記第2回動支持部にトルクを印加させる、
前記請求項6に記載の動作支援装置。
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