JP6715578B2 - 運動補助装置及びその制御方法 - Google Patents

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Description

以下の説明は、運動補助装置及びその制御方法に関する。
最近、高齢化社会の深刻化に伴って関節に問題が発生し、これに対する痛みと不便を訴える人が増加している。これにより、関節の不便な老人や患者の歩行を円滑にする運動補助装置に対する関心が高まっている。また、防衛用などの目的で人体の筋力を強化させるための運動補助装置が開発されている。
例えば、運動補助装置は、ユーザの胴体に装着される胴体部フレーム、胴体部フレームの下側に結合してユーザの骨盤を取り囲む骨盤フレーム、ユーザの大腿部及びふくらはぎ、足部位に装着される大腿部フレーム、ふくらはぎフレーム、足フレームから構成される。骨盤フレームと大腿部フレームは股関節部によって回転自在に連結し、フレームとふくらはぎフレームは股関節部によって回転自在に連結し、ふくらはぎフレームと足フレームは足首関節部によって回転自在に連結している。
このような運動補助装置は、ユーザの脚筋力を補助できるよう各関節部を駆動させる駆動モータや油圧システムなどを備えた能動型関節構造を備えてもよい。例えば、両側の股関節部にそれぞれ駆動力を伝達するための2つのモータを備えてもよい。
一実施形態によると、運動補助装置は、対象体の一部に固定可能な第1固定部材と、前記対象体の他の部分に固定可能な第2固定部材と、前記第1固定部材に備えられる駆動源と、前記駆動源及び第2固定部材の間に接続される動力伝達部材と、前記第1固定部材又は第2固定部材の固定状態を検出するためのセンシング部と、前記センシング部から伝えられる情報に基づいて、前記駆動源を制御する制御部とを含む。
前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材は、互いに結合又は分離可能な第1固定部及び第2固定部を含んでもよい。
前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部にそれぞれ配置し、前記第1固定部及び第2固定部の結合有無に応じて接続又は短絡される第1伝導体及び第2伝導体を含み、前記制御部は、前記第1伝導体及び第2伝導体の間に流れる電流に関する情報に基づいて前記駆動源を制御してもよい。
前記第1伝導体及び第2伝導体のうち1つの伝導体の一側には、更なる1つの伝導体が配置された方向に弾性力を提供する弾性部材が配置されてもよい。
前記第1固定部及び第2固定部は互いに向かい合う面が取付け可能に提供され、
前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部にそれぞれ配置される第1伝導体及び第2伝導体を含み、前記制御部は、前記第1伝導体及び第2伝導体の間の静電容量に関する情報に基づいて前記駆動源を制御してもよい。
第1固定部及び第2固定部は、ベルクロタイプに取付られてもよい。
前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部のうち1つの固定部に配置し、前記第1固定部及び第2固定部の結合の有無に応じて選択的にオン(ON)又はオフ(OFF)するスイッチを含んでもよい。
前記センシング部は、前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材の締め付け強度を測定してもよい。前記センシング部は、前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材と前記対象体の間に作用する圧力を測定する圧力センサを含んでもよい。
前記センシング部は、前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材にかかる張力を測定する張力センサを含んでもよい。前記センシング部は、前記動力伝達部材に配置される張力センサを含んでもよい。前記センシング部は、前記動力伝達部材及び第2固定部材の間に配置する圧力センサを含んでもよい。
一実施形態によると、対象体の一部に固定されるメイン固定部材と、前記対象体の他の部分に固定される作用側固定部材と、前記メイン固定部材に備えられる駆動源と、前記駆動源及び作用側固定部材の間に接続される動力伝達部材と、前記駆動源を制御する制御部を含む運動補助装置の制御方法において、前記メイン固定部材及び作用側固定部材のうち少なくとも1つ以上の固定部材の固定状態に基づいて、前記制御部が前記対象体の運動補助動作を行うステップを含む。
前記運動補助動作を行うステップは、前記メイン固定部材及び作用側固定部材が全て固定された状態で行われてもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記メイン固定部材及び作用側固定部材が全て固定されていない場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップを含んでもよい。
前記作用側固定部材は複数提供され、前記運動補助動作を行うステップは、前記複数の作用側固定部材の固定状態をそれぞれ検出するステップと、前記複数の作用側固定部材のうち一部の固定部材の固定解除された場合、前記固定解除された一部の固定部材に伝えられる動力を減少させるステップとを含んでもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記作用側固定部材にかかる負荷の方向により、前記作用側固定部材に伝えられる動力を制御するステップを含み、前記動力を制御するステップは、前記負荷が前記作用側固定部材を押す方向に作用する場合、継続して前記対象体の運動補助動作を行うステップと、前記負荷が前記作用側固定部材を引く方向に作用する場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップとを含んでもよい。
前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップは、前記駆動源を停止させたり、前記駆動源の出力を所定の設定出力値まで減少させるステップをさらに含んでもよい。
他の実施形態によると、駆動源と、対象体の一部に固定されるメイン固定部材と、前記対象体の脚に固定される作用側固定部材と、前記駆動源及び作用側固定部材の間に動力を伝達する動力伝達部材と、前記駆動源を制御する制御部を含む運動補助装置の制御方法において、前記作用側固定部材の固定状態に基づいて、前記制御部が前記対象体の運動補助動作を行うステップを含む。
前記運動補助動作を行うステップは、前記作用側固定部材の固定が解除されて前記対象体の両側の脚が全て地面に接触すると、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップを含んでもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であるか、下向きに傾斜した方向に歩行中であるか否かを検出するステップと、前記対象体が下向きに傾斜した方向に歩行中であり、前記作用側固定部材の固定解除された場合、前記対象体の両側の脚が全て地面に接触するまで動力を伝達するステップとを含んでもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であるか、下向きに傾斜した方向に歩行中であるか否かを検出するステップと、前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であり、前記作用側固定部材の固定解除された場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップとを含んでもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記作用側固定部材の固定が解除されれば、前記固定解除された作用側固定部材の機能が移動機能であるか、支持機能であるか否かを検出するステップと、前記固定解除された作用側固定部材の機能が移動機能である場合、前記固定解除された作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップとを含んでもよい。
前記運動補助動作を行うステップは、前記固定解除された作用側固定部材の機能が支持機能である場合、前記固定解除された作用側固定部材の機能が移動機能に転換されるまで動力を伝達するステップをさらに含んでもよい。
一実施形態によると、運動補助装置は、両端が互いに接続可能であり、ユーザの腰を取り囲む腰ベルトと、前記ユーザの太ももを取り囲む太ももカフと、前記太ももカフに動力を伝達する動力伝達部材と、プロセッサ及びメモリ部を有する制御部とを備え、前記制御部は、前記腰ベルトと太ももカフの少なくとも1つが前記ユーザの腰及び太ももそれぞれに確保されている否かを決定し、前記腰ベルト及び太ももカフの少なくとも1つが前記ユーザの腰及び太ももそれぞれに確保されているか否かに応じて駆動源を駆動させて運動補助動作を行ってもよい。
前記運動補助装置は、前記腰ベルトと太ももカフの少なくとも1つが前記ユーザの腰及び太ももそれぞれに確保されているか否かを検出する少なくとも1つ以上のセンサをさらに含み、前記制御部は、前記少なくとも1つ以上のセンサから検出される信号に基づいて、前記運動補助動作が行われる間に、前記腰ベルト及び太ももカフの少なくとも1つが前記ユーザの腰及び太ももそれぞれに確保されているか否かを決定してもよい。
前記制御部は、前記腰ベルト及び太ももカフの少なくとも1つが前記ユーザの腰及び太ももそれぞれに確保されていない場合、前記動力を減少させてもよい。
実施形態に係る運動補助装置が対象体に着用した状態の正面図である。 実施形態に係る運動補助装置が対象体に着用した状態の側面図である。 第1実施形態に係るセンシング部の構成図である。 第2実施形態に係るセンシング部の構成図である。 第3実施形態に係るセンシング部の構成図である。 第4実施形態に係るセンシング部の構成図である。 第5実施形態に係るセンシング部の構成図である。 第6実施形態に係るセンシング部の構成図である。 実施形態に係る運動補助装置のブロック図である。 駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の他の実施形態を示すフローチャートである。 駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の更なる実施形態を示すフローチャートである。 駆動中の段階で固定解除された固定部材の種類に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 駆動中の段階で対象体の歩行状況に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 駆動中の段階で固定解除された固定部材の機能により行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 駆動中の段階で固定解除された固定部材に作用する負荷の方向に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。 作用側固定部材に伝えられる動力を減少させる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。
図1は、実施形態に係る運動補助装置が対象体に着用した状態の正面図であり、図2は、実施形態に係る運動補助装置が対象体に着用した状態の側面図である。
図1及び図2を参照すると、実施形態に係る運動補助装置10は、対象体1に着用して対象体1の運動を補助する。対象体1は人、動物又はロボットなどであってもよく、これらに制限されることはない。また、図1及び図2は、運動補助装置10が、対象体1の太ももの運動を補助する場合について図示しているが、運動補助装置10は、対象体1の手、上膊、下膊など上体の他の部分や、足、ふくらはぎなどの下半身の他の部位を補助することも可能である。言い換れば、運動補助装置10は、対象体1の一部の運動を補助することができる。以下、運動補助装置10が、人の太ももの運動を補助する場合について例示的に説明することにする。
運動補助装置10は、第1固定部材20、駆動源30、動力伝達部材50、第2固定部材60、制御部70、センシング部100を含む。
第1固定部材20は、対象体1の一部に固定されてもよい。第1固定部材20は、対象体1の外面の少なくとも一部に接触してもよい。第1固定部材20は、対象体1の外面に沿って取り囲む形状であってもよい。第1固定部材20は、対象体1の接触部分に対応する形状に湾曲形成されてもよい。言い換れば、第1固定部材20は、対象体1に接触する湾曲面を含む。例えば、第1固定部材20は、対象体1の腰の一側に固定されてもよい。この場合、第1固定部材20は「腰固定部材」と呼ばれてもよい。あるいは第1固定部材20は「メイン固定部材」と呼ばれてもよい。
駆動源30は、第1固定部材20に備えられる。駆動源30は、動力伝達部材50に伝えられる動力を提供する。例えば、駆動源30は複数であってもよい。例えば、駆動源30は、第1固定部材20の両側にそれぞれ備えられてもよい。実施形態では駆動源30の個数や位置が制限されることはない。
動力伝達部材50は、駆動源30及び第2固定部材60の間に連結されている。動力伝達部材50は、駆動源30から伝達された動力を第2固定部材60に伝達する。例えば、動力伝達部材50は、フレーム、ワイヤー、ケーブル、ストリング、ゴムバンド、ばね、ベルト、または、チェーンなどの長手方向部材であってもよい。実施形態において動力伝達部材50が制限されることはない。
第2固定部材60は、対象体1の他の部分に固定されてもよい。例えば、第2固定部材60は、対象体1の脚の一側に固定されてもよい。この場合、第2固定部材60は「脚固定部材」と呼ばれてもよい。例えば、第2固定部材60は、対象体1の太ももの少なくとも一部の周縁を取り囲むように配置され、動力伝達部材50から伝えられる動力を対象体1の太ももに作用する。
第2固定部材60は複数であってもよい。複数の第2固定部材60は、対象体1の脚の両側にそれぞれ固定されてもよい。複数の第2固定部材60は、第1固定部材20に対してそれぞれ回動されてもよい(すなわち、回転可能であってもよい)。第1固定部材20は「メイン固定部材」と呼ばれ、第2固定部材60は「作用側固定部材」と呼ばれてもよい。作用側固定部材のうち対象体1の一側の脚に固定される固定部材を「制1作用側固定部材」と呼ばれ、対象体1の他側の脚に固定される固定部材を「制2作用側固定部材」と呼ばれてもよい。
制御部70は、センシング部100から伝えられる情報に基づいて駆動源30を制御する。
センシング部100は、第1固定部材20又は第2固定部材60の固定状態を検出する。例えば、センシング部100は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つ以上の固定部材に提供されてもよい。以下、センシング部100の具体的な実施形態について説明する。
図3は、第1実施形態に係るセンシング部100の構成図である。図3を参照すると、第1実施形態に係るセンシング部100は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つの固定部材に備えられてもよい。以下、センシング部100が第1固定部材20に備えられる場合について例示的に説明することにする。第1固定部材20は、互いに結合又は分離可能な第1固定部110及び第2固定部120を含む。例えば、第1固定部110及び第2固定部120は、バックル構造で取付られてもよい。例えば、第1固定部110は挿入部を含み、第2固定部120は挿入部に挿入される係止部を含んでもよい。
センシング部100は、第1伝導体130と第2伝導体140を含む。第1伝導体130及び第2伝導体140は、第1固定部110及び第2固定部120にそれぞれ配置されてもよい。第1伝導体130及び第2伝導体140は、第1固定部110及び第2固定部120の結合の有無に応じて接続又は短絡されてもよい。
第1伝導体130の一側は制御部70と第1電線132に接続され、他側は第2伝導体140と選択的に接続又は短絡されてもよい。第2伝導体140の一側は制御部70と第2電線142に接続され、他側は第1伝導体130と選択的に接続又は短絡されてもよい。第1電線132及び第2電線142は、第1固定部材20の内部に内蔵されている。この場合、第1電線132及び第2電線142が外部の衝撃により損傷する問題を防止できる。
センシング部100は、弾性部材150をさらに含む。弾性部材150は、第1伝導体130及び第2伝導体140のうち1つの伝導体の一側に配置されてもよい。弾性部材150は、1つの伝導体に対して他の1つの伝導体が配置された方向に弾性力を提供する。
制御部70は、第1伝導体130及び第2伝導体140の間に流れる電流に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。例えば、第1伝導体130及び第2伝導体140の間に電流が流れれば、第1固定部材20は固定されたと判断することができる。したがって、制御部70は、駆動源30をオン(ON)させる。反対に、第1伝導体130及び第2伝導体140の間に電流が流れなければ、第1固定部材20は固定解除されたと判断することができる。したがって、制御部70は、駆動源30をオフ(OFF)させる。
以下、実施形態に含まれた構成要素と、共通の機能を含む構成要素に対して同一の名称を用いて説明する。反対される記載がなければ、前記の実施形態に対する説明は以下の実施形態に適用されてもよい。
図4は、第2実施形態に係るセンシング部200の構成図である。図4を参照すると、第2実施形態に係るセンシング部200は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つの固定部材に備えられる。以下、センシング部200が第1固定部材20に備えられる場合について例示的に説明することにする。第1固定部材20は、互いに接続又は分離可能な第1固定部210及び第2固定部220を含む。例えば、第1固定部210及び第2固定部220は、互いに向かい合う面が取付け可能に提供される。例えば、第1固定部210及び第2固定部220は、ベルクロ(登録商標(Velcro))タイプに取付られてもよい。
センシング部200は、第1伝導体230、第2伝導体240を含む。第1伝導体230及び第2伝導体240は、第1固定部210及び第2固定部220にそれぞれ配置されてもよい。第1伝導体230及び第2伝導体240は、第1固定部210及び第2固定部220の内部に配置されてもよい。この場合、第1伝導体230及び第2伝導体240が外部からの衝撃により損傷することを防止できる。
第1伝導体230の一側は、制御部70と第1電線232に接続してもよい。第2伝導体240の一側は、制御部70と第2電線242に接続してもよい。第1電線232及び第2電線242は、第1固定部材20の内部に内蔵されてもよい。
第1伝導体230及び第2伝導体240の間の静電容量(capacitance)Cは次の数式(1)のように算出される。
ここで、εは第1伝導体230及び第2伝導体240の間の物質の誘電率であり、Aは第1伝導体230及び第2伝導体240が互いに垂直方向にオーバラップする幅(すなわち、距離dを隔てて重なる面積)であり、dは第1伝導体230及び第2伝導体240の垂直方向の距離である。
距離dは、第1固定部210及び第2固定部220の間の垂直距離に応じて変化してもよい。数式(1)によると、第1固定部210及び第2固定部220が互いに近くなるほど、静電容量Cは増加する。例えば、第1固定部210及び第2固定部220が互いに取付けられた状態で距離dは最小となる。
面積Aは、第1固定部210及び第2固定部220の水平位置差に応じて変化してもよい。数式(1)によると、第1固定部210及び第2固定部220が広い面積で取付けられるほど静電容量Cは増加する。例えば、第1固定部210及び第2固定部220が垂直方向に完全にオーバラップされる場合、静電容量Cは最大となる。
言い換れば、静電容量Cは、第1固定部210及び第2固定部220の固定力を示す指標として機能できる。
したがって、制御部70は、第1伝導体230及び第2伝導体240の間の静電容量Cに関する情報に基づいて駆動源30を制御する。例えば、測定された静電容量Cが所定の基準静電容量C0よりも大きい場合、第1固定部材20は固定されたと判断することができる。したがって、制御部70は、駆動源30をオンさせる。測定された静電容量Cが基準静電容量C0よりも小さい場合、第1固定部材20は、固定解除されたと判断することができる(すなわち、固定されていないと判断することができる)。したがって制御部70は、駆動源30をオフさせる。
図5は、第3実施形態に係るセンシング部300の構成図である。図5を参照すると、第3実施形態に係るセンシング部300は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つの固定部材に備えられる。以下、センシング部300が第1固定部材20に備えられる場合について例示的に説明することにする。第1固定部材20は、互いに結合又は分離可能な第1固定部310及び第2固定部320を含む。例えば、第1固定部310及び第2固定部320は、バックル構造で取付られてもよい。例えば、第1固定部310は挿入部を含み、第2固定部320は挿入部に挿入される係止部を含んでもよい。
センシング部300は、第1固定部310及び第2固定部320の結合の有無に応じて、選択的にオン又はオフするスイッチ330を含む。スイッチ330は、第1固定部310及び第2固定部320のうち1つの固定部に配置されてもよい。例えば、スイッチ330は、第2固定部320に配置されてもよく、第1固定部310によって加圧されてもよい。スイッチ330は、ボタン部332、第1伝導体334、第2伝導体336、第3伝導体338、弾性部材339を含んでもよい。
ボタン部332は、第2固定部320に対してスライド移動自在に設けられる。ボタン部332の一側には、第1伝導体334が配置される。第1伝導体334は、第1固定部310及び第2固定部320の締結の有無に応じて、第2伝導体336及び第3伝導体338を選択的に接続又は短絡させてもよい。
第2伝導体336及び第3伝導体338は、それぞれ第1電線341及び第2電線342によって制御部70に接続される。例えば、第1電線341及び第2電線342は第1固定部材20の内部に配置されてもよい。
弾性部材339は、第1伝導体334が第2伝導体336及び第3伝導体338に対して遠ざかる方向に弾性力を提供する。
制御部70は、第2伝導体336及び第3伝導体338の間に流れる電流に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。例えば、第2伝導体336及び第3伝導体338の間に電流が流れれば、第1固定部材20は固定されたと判断することができる。したがって、制御部70は駆動源30をオンさせる。反対に、第2伝導体336及び第3伝導体338の間に電流が流れなければ、第1固定部材20は固定解除されたと判断することができる。したがって、制御部70は、駆動源30をオフさせる。
図6は、第4実施形態に係るセンシング部400の構成図である。図6を参照すると、第4実施形態に係るセンシング部400は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つの固定部材に備えられる。以下センシング部400が第1固定部材20に備えられる場合について例示的に説明することにする。第1固定部材20は、互いに結合又は分離可能な第1固定部410及び第2固定部420を含んでもよい。
センシング部400は、第1固定部材20の締め付け強度を測定する。センシング部400は、第1固定部材20及び対象体1の間に作用する圧力を測定する圧力センサ430を含む。例えば、圧力センサ430は、第1固定部材20の内側面に備えられてもよい。
制御部70は、圧力センサ430で測定された圧力に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。例えば、測定された圧力が所定の基準圧力以上であれば、第1固定部材20は固定されたと判断することができる。したがって、制御部70は、駆動源30をオンさせる。反対に、測定された圧力が基準圧力未満であれば、第1固定部材20は固定解除されたと判断することができる。したがって制御部70は、駆動源30をオフさせる。
図7は、第5実施形態に係るセンシング部500の構成図である。図7を参照すると、第5実施形態に係るセンシング部500は、第1固定部材20及び第2固定部材60のうち少なくとも1つの固定部材に備えられる。以下、センシング部500が第1固定部材20に備えられる場合について例示的に説明することにする。第1固定部材20は、互いに結合又は分離可能な第1固定部510及び第2固定部520を含む。
センシング部500は、第1固定部材20の締め付け強度を測定する。センシング部500は、第1固定部材20にかかる張力を測定する張力センサ530を含む。例えば、張力センサ530は、第1固定部材20の内部に備えられてもよい。例えば、張力センサ530は、ストレーンゲージ(strain gauge)を含んでもよい。
制御部70は、張力センサ530で測定された張力に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。例えば、測定された張力が所定の基準張力以上であれば、第1固定部材20は固定されたと判断することができる。したがって、制御部70は駆動源30をオンさせる。反対に、測定された張力が基準張力未満であれば、第1固定部材20は固定解除されたと判断することができる。したがって、制御部70は駆動源30をオフさせる。
図8は、第6実施形態に係るセンシング部80の構成図である。図8を参照すると、第6実施形態に係るセンシング部80は、動力伝達部材50に配置される。センシング部80は、張力センサ82及び/又は圧力センサ84を含む。
張力センサ82は、動力伝達部材50にかかる張力を測定する。制御部70は、張力センサ82で測定された張力に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。これに対する具体的な説明は省略することにする。
圧力センサ84は、動力伝達部材50及び第2固定部材60の間に配置されてもよい。圧力センサ84は、動力伝達部材50及び第2固定部材60の間に作用する圧力を測定する。制御部70は、圧力センサ84で測定された圧力に関する情報に基づいて駆動源30を制御する。これに対する具体的な説明は省略することにする。
図9は、実施形態に係る運動補助装置のブロック図である。図9を参照すると、実施形態に係る運動補助装置10は、メイン固定部材20、作用側固定部材60を含む。作用側固定部材60は、対象体1の互いに異なる部分を支持する第1作用側固定部材及び第2作用側固定部材を含む。
センシング部100は、メイン固定部材20の固定状態を検出するメインセンシング部、第1作用側固定部材、及び第2作用側固定部材の固定状態をそれぞれ検出する第1作用側センシング部及び第2作用側センシング部を含む。
動力伝達部材50は、第1作用側固定部材に力を伝達する第1動力伝達部材、第2作用側固定部材に力を伝達する第2動力伝達部材を含む。
駆動源30は、第1動力伝達部材を駆動する第1駆動源、第2動力伝達部材を駆動する第2駆動源を含む。一方、第1動力伝達部材及び第2動力伝達部材は1つの駆動源によって駆動されてもよい。
制御部70は、メインセンシング部、第1作用側センシング部、及び第2作用側センシング部から入力された情報に基づいて駆動源30を制御してもよい。
図10は、駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図10を参照すると、実施形態に係る運動補助装置10の制御方法は、運動補助装置10の電源がオン(ON)されるステップS600、センシング部100が固定部材20、60の固定状態を検出するステップS610、制御部70が駆動源30を制御して運動補助動作を行うステップS620を含む。
具体的に、ユーザによって運動補助装置10の電源がオン(ON)する(S600)。
運動補助装置10の電源がオンされれば、センシング部100は、固定部材20、60の固定状態を検出する(S610)。例えば、センシング部100が圧力センサを含む場合、センシング部100は、固定部材20、60及び対象体の間に作用する圧力を測定し、前記圧力を用いて固定部材20、60の固定状態を検出してもよい。また、前記で説明した様々な方法を用いてもよい。
ステップS610において、固定部材20、60が固定されなければ、ステップS610を繰り返す。ステップS610で固定部材20、60が固定されれば、制御部70は、駆動源30を制御して運動補助動作を行う(S620)。
前記のような制御方法によると、固定部材20、60が固定された状態で運動補助装置10が動作するため、ユーザの安全性を向上させ得る。また、別途の運動補助命令が入力されることなく、運動補助装置10の電源がオンされた状態で固定部材20、60が固定されたものと検出されれば、直ちに運動補助動作を行うことができるため、ユーザの使用便宜性が増大される。
図11は、駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の他の実施形態を示すフローチャートである。図10と重なる説明は省略することにする。図11を参照すると、他の実施形態に係る運動補助装置10の制御方法は、運動補助命令が入力されるステップS605を含む。
具体的に、ユーザによって運動補助装置10の電源がオンする(S600)。
運動補助装置10の電源がオンされれば、制御部70は運動補助命令が入力される(S605)。
ステップS605において、制御部70で運動補助命令が入力されなければ、ステップS605が繰り返して行われる。ステップS605で、運動補助命令が入力されれば、センシング部100は固定部材20、60の固定状態を検出する(S610)。
ステップS610において、固定部材20、60が固定されなければ、ステップS610を繰り返す。ステップS610で固定部材20、60が固定されれば、制御部70は駆動源30を制御して運動補助動作を行う(S620)。
前記のような制御方法によると、運動補助動作を行うステップS620が2つの段階の確認段階を経て行われる。また、運動補助命令が入力された場合に運動補助装置10が動作するため、ユーザの操作性を増大させることができる。また、運動補助命令が入力されるステップS605が固定部材20、60の固定状態を検出するステップS610に前もって実行されれば、運動補助命令が入力される前までセンシング部100が不要に検出動作することを防止できる。
一方、図11と異なって、運動補助命令が入力されるステップS605は、固定部材20、60の固定状態を検出するステップS610の後に行われてもよい。
図12は、駆動開始の段階で行われる運動補助装置の制御方法の更なる実施形態を示すフローチャートである。図10及び図11と重なる説明は省略することにする。図12を参照すると、更なる実施形態に係る運動補助装置10の制御方法は、一次的に固定部材20、60の固定状態を検出する1次検出ステップS610、2次的に固定部材20、60の固定状態を検出する2次検出ステップS612、ステップS612の後に行われる運動補助命令が入力されるステップS614を含む。
具体的に、センシング部は一次的に固定部材20、60の固定状態を検出する(S610)。
ステップS610において、固定部材20、60が固定されたものと検出されれば、運動補助動作が行われる(S620)。ステップS610で固定部材20、60が固定されないものと検出されれば、2次検出ステップS620が行われる。
ステップS620において、依然として固定部材20、60が固定されないものと検出されれば、ステップS620を繰り返す。ステップS620において、固定部材20、60が固定されたものと検出されれば、運動補助命令が入力されるステップS614を行う。
ステップS614において、運動補助命令が入力されなければ、ステップS614を繰り返す。ステップS614で運動補助命令が入力されれば、運動補助動作が行われる(S620)。
一方、運動補助命令が入力されるステップS605は、1次検出ステップS610に前もって行われてもよい。この場合、ステップS605を「1次命令入力ステップ」と言及し、ステップS614を「2次命令入力ステップ」と言及する。
前記のような制御方法によると、1次検出ステップS610で固定部材20、60が固定されれば、直ちに運動補助動作を行うことができるため、ユーザの使用便宜性が向上する。また、1次検出ステップS610で固定部材20、60が固定されていない場合、運動補助命令が入力されるまで運動補助装置10が自動で動作されないようにすることで、固定部材20、60を固定するための時間を十分確保し、ユーザの安全性を向上する。
図13は、駆動中の段階で固定解除された固定部材の種類に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図13は、図12に示すステップS620の一実施形態を詳細に示すフローチャートである。
図13を参照すると、一実施形態に係るステップS620は、メイン固定部材20の固定有無(すなわち、固定されているか否か)を検出するステップS630、作用側固定部材60の固定有無を検出するステップS632、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させるステップS633、全ての作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させるステップS631を含む。
具体的に、メインセンシング部でメイン固定部材20の固定有無を検出する(S630)。
ステップS630において、メイン固定部材20が固定されないものと検出されれば、制御部70は、駆動源30を制御して全ての作用側固定部材60に伝えられる動力を減少する(S631)。ステップS630において、メイン固定部材20が固定されたものと検出されれば、作用層センシング部は作用側固定部材60の固定有無を検出する(S632)。
ステップS632において、全ての作用側固定部材60が固定されたものと検出されれば、ステップS630を繰り返す。ステップS632において、一部作用側固定部材60が固定されないものと検出されれば、制御部70は、駆動源30を制御して固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少する(S633)。ステップS632で全ての作用側固定部材60が固定されないものと検出されれば、制御部70は、駆動源30を制御して全ての作用側固定部材60に伝えられる動力を減少する(S631)。
前記のような制御方法によると、メイン固定部材20が固定されていない状態で補助動作を中止し、ユーザの安全性を増大することができる。また、メイン固定部材20が固定された状態で、一部作用側固定部材60が固定されていない場合、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力だけ減少させることで、残りの固定が保持された作用側固定部材60は継続して運動補助動作を行うようにする。言い換れば、運動補助装置10のうち一部に問題があっても、安全性が保障された範囲内で継続して運動補助装置10を動作することができる。これにより、運動補助装置10の使用効率性が増大する。
図14は、駆動中の段階で対象体の歩行状況に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図14は、図12に示すステップS620の他の実施形態を詳細に示すフローチャートである。
図14を参照すると、他の実施形態に係るステップS620は、固定部材20、60の固定状態を検出するステップS640、ユーザの歩行状況を検出するステップS641、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出するステップS642、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させるステップS643を含む。
具体的に、センシング部100で固定部材20、60の固定有無を検出する(S640)。
ステップS640において、固定部材20、60が固定されないものと検出されれば、制御部70はユーザの歩行状況を検出する(S641)。ユーザの歩行状況は、ユーザが傾斜面又は階段などにより上向きに傾斜した方向(すなわち、上る方向)に歩行する状況(以下、「上向き歩行」という)と、ユーザが傾斜面又は階段などにより下向きに傾斜した方向(すなわち、下る方向)に歩行する状況(以下、「下向き歩行」という)を含んでもよい。歩行状況は、例えば、動力伝達部材50の回動角度などに基づく動作パターン、高度計、加速度計などにより検出されてもよい。これに対する具体的な説明は省略することにする。
ステップS641において、ユーザが上向き歩行中であれば、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少する(S643)。ステップS641でユーザが下向き歩行中であれば、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出する(S642)。ユーザの足が地面と接触したか否かは、ユーザの足に配置する圧力センサ、慣性測定装置(inertial measurement unit)、または、加速度センサなどを用いて検出してもよい。圧力センサに検出される圧力が増加すれば、ユーザの足が地面と接触したものとして検出する。また、足と地面が互いに接触するとき発生する振動を慣性測定装置又は加速度センサなどを用いて検出してもよい。
ステップS642において、ユーザの両足が全て地面と接触しなければ、ステップS642を繰り返す。ステップS642において、ユーザの両足が全て地面と接触すれば、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させる(S643)。
一方、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出するステップS642は、ユーザの歩行状況を検出するステップS641に前もって追加的に行われてもよい。この場合、ユーザの両足が全て地面と接触すれば、ユーザの歩行状況を検出する必要なく、ステップS643に進入して作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させることができる。
前記のような制御方法によると、上向き歩行に比べて危険な下向き歩行の場合、両足が地面に接触するまで運動補助のための動力を継続して伝達することができる。したがって、急激な動力変化によりユーザに発生する安全事故を防止できる。
図15は、駆動中の段階で固定解除された固定部材の機能により行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図15は、図12に示すステップS620の更なる実施形態を詳細に示すフローチャートである。
図15を参照すると、更なる実施形態に係るステップS620は、固定部材20、60の固定状態を検出するステップS650、固定解除された作用側固定部材60の機能を検出するステップS651、固定解除された作用側固定部材60の機能が移動機能に転換されたか否かを検出するステップS652、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出するステップS654、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させるステップS653を含む。
具体的に、センシング部100は、固定部材20、60の固定状態を検出する(S650)。
ステップS650において、固定部材20、60が固定されたものと検出されれば、ステップS650を繰り返する。ステップS650で、固定部材20、60が固定されないものと検出されれば、制御部70は固定解除された作用側固定部材60の機能を検出する(S651)。作用側固定部材60の機能は、移動機能と支持機能を含んでもよい。地面から離隔された状態の脚に対応する作用側固定部材60の機能を移動機能という。地面に支持中である状態の脚に対応する作用側固定部材60の機能を支持機能という。作用側固定部材60の機能は、ユーザの足に配置される圧力センサ、慣性測定装置(inertial measurement unit)、または、加速度センサなどを用いて検出されてもよい。
ステップS651において、固定解除された作用側固定部材60の機能が移動機能であれば、制御部70は、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させる(S653)。ステップS651において、固定解除された作用側固定部材60の機能が支持機能であれば、制御部70は、固定解除された作用側固定部材60の機能が移動機能に転換されたか否かを検出する(S652)。
ステップS652において、固定解除された作用側固定部材60の機能が移動機能に転換されれば、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させる(S653)。ステップS652において、固定解除された作用側固定部材60の機能が移動機能に転換されなければ、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出する(S654)。
ステップS654において、ユーザの両足が全て地面と接すると、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させる(S653)。ステップS654で、ユーザの両足が全て地面と接触しなければ、ステップS652を繰り返す。
一方、ユーザの両足が全て地面と接触したか否かを検出するステップS654は、固定解除された作用側固定部材60の機能を検出するステップS651に前もって加えて行われてもよい。この場合、ユーザの両足が全て地面と接触すれば、固定解除された作用側固定部材60の機能を検出する必要がなく、ステップS653に進入して作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させることができる。
図16は、駆動中の段階で固定解除された固定部材に作用する負荷の方向に応じて行われる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図16は、図12に示すステップS620の更なる実施形態を詳細に示すフローチャートである。
図16を参照すると、更なる実施形態に係るステップS620は、作用側固定部材60の固定状態を検出するステップS660、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷の方向を検出するステップS661、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させるステップS662を含む。
具体的に、センシング部100は、作用側固定部材60の固定状態を検出する(S660)。
ステップS660において、作用側固定部材60が固定されないものと検出されれば、制御部70は、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷の方向を検出する(S661)。例えば、動力伝達部材50及び作用側固定部材60の間に配置される圧力センサや動力伝達部材50そのものに設けられる張力センサなどを用いると、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷の方向を検出することができる。具体的な例として、圧力センサ又は張力センサに検出される値があれば、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷が押す方向であることが確認される。反対に、圧力センサ又は張力センサに検出される値がなければ、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷が引く方向であることが確認される。
ステップS661において、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷の方向が押す方向であれば、ステップS661を繰り返す。ステップS661において、固定解除された作用側固定部材60にかかる負荷の方向が引く方向であれば、固定解除された作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させる(S662)。
前記のような制御方法によると、実質的に運動補助力を提供できない作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させて電力の無駄遣いを減らし、ユーザの安全性を向上させることができる。また、固定解除された状態でも運動補助力を提供することのできる作用側固定部材60では継続して動力を伝達することで、運動補助装置10の使用効率性を向上させることができる。
図17は、作用側固定部材に伝えられる動力を減少させる運動補助装置の制御方法の実施形態を示すフローチャートである。図17はステップS631、633、643、653又は662の一実施形態を詳細に示すフローチャートである。以下、ステップS631に対して例示的に説明することにする。以下の説明は、ステップS633、643、653又は662にも適用されてもよい。
図17を参照すると、一実施形態に係るステップS631は、駆動源の出力が減少するステップS700、駆動源の出力及び所定の設定出力を比較するステップS710を含む。
具体的に、制御部70は駆動源30の出力を減少させる(S700)。そして、制御部70は、減少した駆動源30の出力が所定の設定出力以下であるか否かを決定する(S710)。
ステップS710において、駆動源30の出力が設定出力を超過すると、ステップS700を繰り返す。ステップS710において、駆動源30の出力が設定出力以下であれば、当該出力で駆動源30が継続して動力を伝達する。
前記の制御方法によると、固定部材20、60が固定解除された場合にも、安全な範囲内で継続して動力を伝達することができる。したがって、運動補助装置10の使用効率性が向上し得る。
一方、ステップS700及びステップS710は、動力を減少させるステップS631、633、643、653、662の具体的な実施形態のうちの1つに過ぎず、必ず前記した内容に制限されることはない。他の例として、運動補助装置10の電源をオフさせたり、駆動源に供給される電源を遮断したり、駆動源が一定の状態を保持するようホールディング(holding)させる方法で、作用側固定部材60に伝えられる動力を減少させることも可能である。
実施形態に係る方法は、多様なコンピュータ手段を介して様々な処理を実行することができるプログラム命令の形態で実現され、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読取可能な媒体は、プログラム命令、データファイル、データ構造などのうち1つまたはその組合せを含んでもよい。媒体に記録されるプログラム命令は、本発明の目的のために特別に設計されて構成されたものでもよく、コンピュータソフトウェア分野の技術を有する当業者にとって公知のものであり、使用可能なものであってもよい。コンピュータ読取可能な記録媒体の例としては、ハードディスク、フロッピー(登録商標)ディスク及び磁気テープのような磁気媒体、CD−ROM、DVDのような光記録媒体、光ディスクのような光磁気媒体、及びROM、RAM、フラッシュメモリなどのようなプログラム命令を保存して実行するように特別に構成されたハードウェア装置が含まれてもよい。プログラム命令の例には、コンパイラによって作られるような機械語コードだけでなく、インタープリタなどを用いてコンピュータによって実行できる高級言語コードが含まれる。前記したハードウェア装置は、本発明の動作を行うために1つ以上のソフトウェアモジュールとして作動するように構成されてもよく、その逆も同様である。
上述したように、本発明を限定された実施形態と図面によって説明したが、本発明は、前記の実施形態に限定されることなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、このような実施形態から多様な修正及び変形が可能である。
したがって、本発明の範囲は、開示された実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲だけではなく特許請求の範囲と均等なものなどによって定められるものである。

Claims (19)

  1. 対象体の一部に固定可能な第1固定部材と、
    前記対象体の他の部分に固定可能な第2固定部材と、
    前記第1固定部材に備えられる駆動源と、
    前記駆動源及び前記第2固定部材の間に接続され、前記駆動源から提供される動力を前記第2固定部材へ伝達する動力伝達部材と、
    前記第1固定部材及び前記第2固定部材のうち1つ以上の固定部材の固定状態を検出するためのセンシング部と、
    前記第2固定部材の固定状態に基づいて、前記駆動源を制御する制御部と、
    含み、
    前記第1固定部材及び前記第2固定部材のうち1つ以上の固定部材の固定が解除されたことを前記センシング部が検出した場合であっても、所定の時点までは、前記駆動源から前記第2固定部材への動力の伝達は継続されることを特徴とする運動補助装置。
  2. 前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材は、互いに結合又は分離可能な第1固定部及び第2固定部を含むことを特徴とする請求項1に記載の運動補助装置。
  3. 前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部にそれぞれ配置し、前記第1固定部及び第2固定部が結合されるか否かに応じて接続又は分離される第1伝導体及び第2伝導体を含み、
    前記制御部は、前記第1伝導体及び第2伝導体の間に流れる電流に関する情報に基づいて前記駆動源を制御することを特徴とする請求項2に記載の運動補助装置。
  4. 前記第1固定部及び第2固定部は対向する面に取り付けられ、
    前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部にそれぞれ配置される第1伝導体及び第2伝導体を含み、
    前記制御部は、前記第1伝導体及び第2伝導体の間の静電容量に基づいて前記駆動源を制御することを特徴とする請求項2に記載の運動補助装置。
  5. 前記センシング部は、前記第1固定部及び第2固定部のうち1つの固定部に配置し、前記第1固定部及び第2固定部が結合されるか否かに応じて選択的にオン又はオフするスイッチを含むことを特徴とする請求項2〜請求項4のいずれか1項に記載の運動補助装置。
  6. 前記センシング部は、前記第1固定部材及び第2固定部材のうち少なくとも1つの固定部材と前記対象体との間に作用する力の強度を測定することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の運動補助装置。
  7. 前記センシング部は、前記動力伝達部材に配置される張力センサを含むことを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれか1項に記載の運動補助装置。
  8. 対象体の一部に固定されるメイン固定部材と、前記対象体の他の部分に固定される作用側固定部材と、前記メイン固定部材に備えられる駆動源と、前記駆動源及び前記作用側固定部材の間に接続され、前記駆動源から提供される動力を前記作用側固定部材へ伝達する動力伝達部材と、前記メイン固定部材及び前記作用側固定部材のうち1つ以上の固定部材の固定状態を検出するためのセンシング部と、前記駆動源を制御する制御部を含む運動補助装置の制御方法において、
    前記作用側固定部材の固定状態に基づいて、前記制御部が前記駆動源を制御するステップであって、前記メイン固定部材及び前記作用側固定部材のうち1つ以上の固定部材の固定が解除されたことを前記センシング部が検出した場合であっても、所定の時点までは、前記駆動源から前記作用側固定部材への動力の伝達を継続するステップを含むことを特徴とする運動補助装置の制御方法。
  9. 前記駆動源を制御するステップは、前記メイン固定部材が固定された状態で行われることを特徴とする請求項8に記載の運動補助装置の制御方法。
  10. ユーザから運動補助命令が入力されるステップをさらに含み、
    前記駆動源を制御するステップは、ユーザから運動補助命令が入力された状態で行われることを特徴とする請求項9に記載の運動補助装置の制御方法。
  11. 前記駆動源を制御するステップは、前記メイン固定部材が固定されていないことを前記センシング部が検出した場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップを含むことを特徴とする請求項8〜請求項10のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  12. 前記作用側固定部材は複数存在し、
    前記駆動源を制御するステップは、
    前記複数の作用側固定部材の固定状態をそれぞれ検出するステップと、
    前記複数の作用側固定部材のうち一部の固定部材固定解除されたことを前記センシング部が検出した場合、前記固定解除された一部の固定部材に伝えられる動力を減少させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項8〜請求項11のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  13. 前記駆動源を制御するステップは、
    前記作用側固定部材に対する負荷のかかり方により、前記作用側固定部材に伝えられる動力を制御するステップを含み、
    前記動力を制御するステップは、
    前記負荷が前記作用側固定部材に或る方向に作用する場合、継続して前記駆動源を制御するステップと、
    前記負荷が前記作用側固定部材に別の方向に作用する場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項8〜請求項12のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  14. 前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップは、前記駆動源の出力を所定の設定出力値まで減少させるステップを含むことを特徴とする請求項11〜請求項13のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  15. 前記駆動源を制御するステップは、前記作用側固定部材の固定が解除されたことを前記センシング部が検出し、前記対象体の両側の脚が全て地面に接触すると、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップを含むことを特徴とする請求項に記載の運動補助装置の制御方法。
  16. 前記駆動源を制御するステップは、
    前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であるか、或いは、下向きに傾斜した方向に歩行中であるかを検出するステップと、
    前記対象体が下向きに傾斜した方向に歩行中であり、前記作用側固定部材の固定解除されたことを前記センシング部が検出した場合、前記対象体の両側の脚が全て地面に接触するまで動力を伝達するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項または請求項15に記載の運動補助装置の制御方法。
  17. 前記駆動源を制御するステップは、
    前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であるか、或いは、下向きに傾斜した方向に歩行中であるかを検出するステップと、
    前記対象体が上向きに傾斜した方向に歩行中であり、前記作用側固定部材の固定解除されたことを前記センシング部が検出した場合、前記作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項〜請求項16のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  18. 前記駆動源を制御するステップは、
    前記作用側固定部材の固定が解除されたことを前記センシング部が検出した場合に、固定解除された作用側固定部材が発揮している機能が、脚が地面から離れている対象体を補助する移動機能であるか、或いは、脚が地面に着いている対象体を補助する支持機能であるかを検出するステップと、
    前記固定解除された作用側固定部材の機能が前記移動機能である場合、前記固定が解除された作用側固定部材に伝えられる動力を減少させるステップと、
    を含むことを特徴とする請求項〜請求項17のいずれか1項に記載の運動補助装置の制御方法。
  19. 前記駆動源を制御するステップは、前記固定解除された作用側固定部材の機能が支持機能である場合、前記固定解除された作用側固定部材の機能が移動機能に転換されるまで動力を伝達するステップをさらに含むことを特徴とする請求項18に記載の運動補助装置の制御方法。
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