JP7015930B2 - Walking assistance system - Google Patents
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Description
本開示は、動力発生装置の動力を使用者の下肢に歩行補助力として付与する歩行補助システムに関する。 The present disclosure relates to a walking assist system that applies the power of a power generator to the lower limbs of a user as a walking assist force.
下肢部の筋力低下者のための歩行補助や歩行リハビリテーション等のために、使用者(着用者)の下肢部、特に大腿部に動力発生装置の動力を歩行補助力(歩行アシスト力)として付与する歩行補助装置が公知となっている(例えば、特許文献1)。この種の歩行補助装置は、使用者の腰部に装着されて使用者の腰背部から左右の腰側部に延在する略C字形の腰部フレームと、バッテリと、腰部フレームの左右の腰側部に対応する部分に取り付けられた左右の動力発生装置と、動力発生装置が発生する動力を大腿部運動の補助力(歩行補助力)として大腿部に伝達する大腿部サポータとを含む。 The power of the power generator is applied to the lower limbs of the user (wearer), especially the thighs, as walking assist power (walking assist power) for walking assistance and walking rehabilitation for persons with weakened lower limbs. A walking assist device is known (for example, Patent Document 1). This type of walking assist device is attached to the waist of the user and extends from the back of the user's waist to the left and right waist sides, a substantially C-shaped waist frame, a battery, and the left and right waist sides of the waist frame. Includes left and right power generators attached to the portion corresponding to the above, and a thigh supporter that transmits the power generated by the power generator to the thigh as an assisting force for thigh movement (walking assisting force).
このような歩行補助装置の制御として、人間と装置との協調運動を実現する同調制御という制御方式が用いられている。この方式では、装着者の股関節(以下、単に関節という)の動作を、関節に装着された歩行補助装置の関節部の関節角度により検出する関節角度センサの出力に基づいて、装着者の左右の脚の動作の位相を推定する位相推定部が構成され、装着者の脚の屈曲・伸展動作の位相を入力振動とする位相振動子モデルに基づいて、歩行補助装置の関節部が同調制御されている(例えば、特許文献2)。 As the control of such a walking assist device, a control method called synchronized control that realizes coordinated movement between a human and the device is used. In this method, the left and right sides of the wearer are based on the output of the joint angle sensor that detects the movement of the wearer's hip joint (hereinafter simply referred to as the joint) based on the joint angle of the joint of the walking assist device mounted on the joint. A phase estimation unit that estimates the phase of leg movement is configured, and the joints of the walking assist device are tuned and controlled based on a phase oscillator model that uses the phase of the wearer's leg flexion / extension movement as input vibration. (For example, Patent Document 2).
しかしながら、歩行補助装置の質量や摩擦、慣性モーメントが使用者のものに対して相対的に大きくなればなるほど、歩行アシスト力に対し使用者の歩行力は相対的に小さくなり、使用者の歩行動作が相互作用に及ぼす影響が小さくなる。このように、関節部の動作に応じて相互作用力が変化する制御が行われると、装着者は歩行補助装置によって歩行を強制されているような感覚になり、違和感を覚える。また、動力発生装置は歩行補助装置の重量の大部分を占めるため、腰部フレームに内蔵された場合、特に、小柄な大人の使用者や子供の使用者においては、体重に対する歩行補助装置の重量の比率が大きくなる。特許文献1に記載の歩行補助装置は、腰部フレームにバッテリを内蔵する構成であり、バッテリの重量は大きいため使用者の負担が重い。そうすると使用者のオリジナルの歩行運動特性に変化が生ずる。従って、動力発生装置はできるだけ軽量化すべきである。ここで、腰部フレームが軽量化されることにより、より自然な使用者の上体を含むオリジナルの歩行姿勢の矯正が可能となる。一方、従来の歩行補助装置では、モニタリングされる下体の歩行姿勢とは別の動きをする上体の歩行姿勢のモニタリングには十分な手当てがされず、必ずしも好適に運動を補助できていなかった。 However, the larger the mass, friction, and moment of inertia of the walking assist device are relative to those of the user, the smaller the walking force of the user is relative to the walking assist force, and the walking motion of the user. Has less effect on the interaction. In this way, when the interaction force is controlled to change according to the movement of the joint portion, the wearer feels as if he / she is forced to walk by the walking assist device, and feels uncomfortable. In addition, since the power generator occupies most of the weight of the walking assist device, when it is built in the lumbar frame, especially for a small adult user or a child user, the weight of the walking assist device relative to the body weight. The ratio increases. The walking assist device described in Patent Document 1 has a configuration in which a battery is built in a waist frame, and the weight of the battery is heavy, so that the burden on the user is heavy. This will change the user's original gait movement characteristics. Therefore, the power generator should be as light as possible. Here, by reducing the weight of the waist frame, it is possible to correct the original walking posture including the upper body of the user more naturally. On the other hand, the conventional walking assist device does not provide sufficient treatment for monitoring the walking posture of the upper body, which moves differently from the walking posture of the lower body to be monitored, and cannot always assist the exercise appropriately.
本発明は、このような背景に鑑み、歩行補助装置使用中の使用者の運動特性が過剰に変化せず、かつ好適に運動を補助することができる歩行補助システムを提供することを課題とする。 In view of such a background, it is an object of the present invention to provide a walking assist system capable of appropriately assisting exercise without excessively changing the exercise characteristics of the user while using the walking assist device. ..
このような課題を解決するために、本発明のある実施形態は、歩行補助システム(1)であって、使用者の下肢に歩行補助力を付与するためのモータ(2)を備えた歩行補助装置(3)と、前記歩行補助装置の作動状態を検出するセンサ(4)と、前記歩行補助装置を制御するための別体ユニット(5)とを備え、前記別体ユニットが、バッテリ(7)と、前記センサに信号ケーブル(6)を介して、及び前記モータに電力ケーブル(8)を介して、それぞれ接続され、前記センサの出力に基づき、前記モータに供給するべき駆動電流を前記バッテリから前記モータに供給する駆動制御装置(9)と、前記駆動制御装置を操作するための操作盤(10)とを有することを特徴とする。 In order to solve such a problem, an embodiment of the present invention is a walking assist system (1), which includes a motor (2) for imparting a walking assist force to the lower limbs of the user. The device (3), a sensor (4) for detecting the operating state of the walking assist device, and a separate unit (5) for controlling the walking assist device are provided, and the separate unit is a battery (7). ) And the sensor via the signal cable (6) and the motor via the power cable (8), respectively, and based on the output of the sensor, the drive current to be supplied to the motor is transferred to the battery. It is characterized by having a drive control device (9) for supplying the motor to the motor and an operation panel (10) for operating the drive control device.
この構成によれば、バッテリが別体ユニットに保持されることによって使用者に保持される必要がなくなるため、その分だけ使用者が保持すべき歩行補助装置の重量は軽減される。そのため、歩行補助装置の装着前後で使用者の運動特性が過剰に変化せず、使用者のオリジナルの運動特性に沿った歩行アシストが可能となる。 According to this configuration, since the battery does not need to be held by the user by being held by the separate unit, the weight of the walking assist device to be held by the user is reduced by that amount. Therefore, the kinetic characteristics of the user do not change excessively before and after the walking assist device is attached, and walking assist can be performed according to the original kinetic characteristics of the user.
また、上記構成において、前記歩行補助装置が、前記使用者の腰部に装着され、前記使用者の腰背部から左右の腰側部に延在し、左右に前記モータが装着された腰部フレーム(11)と、対応する前記モータの出力端に支持された基端(12)及び対応する前記下肢に装着される遊端(13)を備えた左右のスイングアーム(14)とを有するとよい。 Further, in the above configuration, the walking assist device is attached to the waist of the user, extends from the back of the user's waist to the left and right waist sides, and the motor is attached to the left and right waist frames (11). ), And left and right swing arms (14) having a base end (12) supported by the output end of the corresponding motor and a free end (13) attached to the corresponding lower limb.
この構成によれば、モータによって駆動される左右のスイングアームから使用者の下肢に歩行補助力が伝達されることによって、確実な歩行アシストが可能となる。 According to this configuration, the walking assist force is transmitted from the left and right swing arms driven by the motor to the lower limbs of the user, so that the walking assist can be surely performed.
また、上記構成において、前記別体ユニットが、前記歩行補助装置の作動状態を表示する表示部(19)を更に有するとよい。 Further, in the above configuration, the separate unit may further have a display unit (19) for displaying the operating state of the walking assist device.
この構成によれば、使用者から離れていてもオペレータが歩行補助装置の作動状態を別体ユニットの表示部で視認可能であり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, the operator can visually recognize the operating state of the walking assist device on the display unit of the separate unit even if he / she is away from the user, and can more reliably and appropriately assist the exercise.
また、上記構成において、前記別体ユニットが、オペレータが前記操作盤を操作し、前記表示部を視認するのに適する位置に、オペレータによって保持されるための装着部材(20)を更に有するとよい。 Further, in the above configuration, the separate unit may further have a mounting member (20) for being held by the operator at a position suitable for the operator to operate the operation panel and visually recognize the display unit. ..
この構成によれば、オペレータは、装着部材を用いて別体ユニットを装着することによって操作盤を操作し易く、あるいは、表示部を視認し易くなり、また、手が自由になることによって追加の動作も可能となり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, the operator can easily operate the operation panel by mounting the separate unit using the mounting member, or can easily see the display unit, and can add by freeing his / her hand. The movement is also possible, and the movement can be more reliably and suitably assisted.
また、上記構成において、前記別体ユニットが、前記使用者の画像を撮影する撮影装置(22)と、前記撮影装置の動作を制御すると共に、前記撮影装置が撮影した画像を前記表示部に表示する画像処理装置(21)を更に有するとよい。 Further, in the above configuration, the separate unit controls the operation of the photographing device (22) that captures the image of the user and the photographing device, and displays the image captured by the photographing device on the display unit. It is preferable to further have an image processing device (21) to be used.
この構成によれば、オペレータは、操作盤を操作するときも同じ別体ユニット上の表示部に表示される使用者の画像を見ながら操作可能となり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, the operator can operate the operation panel while looking at the image of the user displayed on the display unit on the same separate unit, and more reliably and appropriately assists the exercise. Can be done.
また、上記構成において、前記画像処理装置が前記画像を保存するように構成されているとよい。 Further, in the above configuration, it is preferable that the image processing device is configured to store the image.
この構成によれば、撮影時から時間をおいて画像を表示し、観察可能である。あるいは、保存された画像をスローモーション処理等の画像処理によって、より正確に観察可能である。あるいは、画像に空間フィルタ処理や時間フィルタ処理を施し、使用者の歩行姿勢の特徴点を抽出可能である。 According to this configuration, the image can be displayed and observed after a lapse of time from the time of shooting. Alternatively, the saved image can be observed more accurately by image processing such as slow motion processing. Alternatively, the image can be subjected to spatial filtering or time filtering to extract characteristic points of the walking posture of the user.
また、上記構成において、前記画像処理装置が、前記駆動制御装置の作動状態及び又は前記センサの出力及び又は時刻に関連付けて前記画像を保存するように構成されているとよい。 Further, in the above configuration, the image processing device may be configured to store the image in association with the operating state of the drive control device and / or the output and / or time of the sensor.
この構成によれば、画像は、駆動制御装置の作動状態に関連付けられ、例えば、モータの駆動電流と同時に使用者の姿勢とを観察可能となる。あるいは、画像は、センサの出力と関連付けられ、例えば、股関節の関節角度と使用者の上体姿勢とを同時に観察可能となる。あるいは、画像は、時刻に関連付けられ、例えば、時刻に関連付けられているモータの駆動電流と、時刻に関連付けられている股関節の関節角度とから、時刻を媒介にして、モータの駆動電流と、股関節の関節角度との相関を観察可能となる等、より確実に、好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, the image is associated with the operating state of the drive control device, and for example, the posture of the user can be observed at the same time as the drive current of the motor. Alternatively, the image is associated with the output of the sensor, for example, the joint angle of the hip joint and the posture of the user's upper body can be observed at the same time. Alternatively, the image is associated with the time, for example, from the time-related motor drive current and the time-related hip joint angle, with the time-mediated motor drive current and hip joint. It is possible to more reliably and suitably assist the exercise, such as being able to observe the correlation with the joint angle of the electric current.
また、上記構成において、前記画像処理装置は、前記歩行補助装置の動作開始と同時に前記画像の撮影を開始すると共に、前記歩行補助装置の動作終了と同時に画像の撮影を終了するとよい。 Further, in the above configuration, the image processing device may start taking the image at the same time as the operation of the walking assist device starts, and may end taking an image at the same time as the operation of the walking assist device ends.
この構成によれば、歩行補助装置の動作開始から歩行補助装置の動作終了まで、すなわち歩行アシストの最初から最後まで、オペレータの追加操作を要することなく、表示部に使用者の歩行姿勢を表示可能であり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, the walking posture of the user can be displayed on the display unit from the start of the operation of the walking assist device to the end of the operation of the walking assist device, that is, from the beginning to the end of the walking assist without requiring an additional operation of the operator. Therefore, it is possible to more reliably and suitably assist the exercise.
また、上記構成において、歩行補助システムが、前記信号ケーブル及び前記電力ケーブルのケーブル長を可変とするケーブル巻取部材(24)を更に備えるとよい。 Further, in the above configuration, the walking assist system may further include a cable winding member (24) that makes the cable lengths of the signal cable and the power cable variable.
この構成によれば、使用者と別体ユニットとの距離に応じ、ケーブル長を変更することが可能であり、いたずらに長いケーブルを使用者が引きずる必要がなくなり、より好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, it is possible to change the cable length according to the distance between the user and the separate unit, eliminating the need for the user to drag an unnecessarily long cable, and more preferably assisting exercise. Can be done.
また、上記構成において、前記画像処理装置が、前記駆動電流の供給によって想定される前記歩行補助装置の作動状態の想定画像と前記駆動電流の供給に対応する時刻における前記使用者の画像とを、前記表示部に重畳表示するとよい。 Further, in the above configuration, the image processing device captures an assumed image of the operating state of the walking assist device assumed by the supply of the drive current and an image of the user at a time corresponding to the supply of the drive current. It is preferable to superimpose the display on the display unit.
この構成によれば、駆動電流の決定にあたり要素とされたパラメータが想定どおりの歩行の動作をスイングアームとの協調によって実現していたかを検証することが可能となる。これにより、駆動電流の決定にあたり要素とされる動作パラメータの改善の機会を提供し、より確実に好適な運動の補助を可能にすることができる。 According to this configuration, it is possible to verify whether the parameters used as factors in determining the drive current have realized the expected walking motion in cooperation with the swing arm. This provides an opportunity to improve the operating parameters that are factors in determining the drive current, and can more reliably assist in suitable exercise.
また、上記構成において、前記画像の保存先は、クラウドサービスによって提供され、ネットワークを介してデータの蓄積を行うサーバー(27)であり、前記クラウドサービスによって提供される前記サーバーに保存された前記画像を表示する表示装置(26)を有する追加の別体ユニット(25)を更に備えるとよい。 Further, in the above configuration, the storage destination of the image is a server (27) provided by the cloud service and accumulating data via the network, and the image stored in the server provided by the cloud service. It may be further provided with an additional separate unit (25) having a display device (26) for displaying.
この構成によれば、現場に遠隔にある観察者に使用者の歩行姿勢画像を提供することができる。例えば、同じ施設内の他の理学療養士にも使用者の歩行姿勢矯正の様子を観察可能とすることができる。あるいは、他の施設にいる医師にも使用者の歩行姿勢矯正の様子を観察可能とすることができる。あるいは、使用者の自宅にいる家族にも使用者の歩行姿勢矯正の様子を観察可能とし、在宅時の歩行姿勢との違いを観察する等、多彩な視点での観察を可能とし、より好適に運動を補助することができる。 According to this configuration, it is possible to provide an image of the walking posture of the user to an observer who is remote to the site. For example, it is possible to make it possible for other physical therapists in the same facility to observe the state of the walking posture correction of the user. Alternatively, it is possible for doctors in other facilities to observe the state of the user's walking posture correction. Alternatively, it is possible to observe the state of the user's walking posture correction even for the family at the user's home, and it is possible to observe from various viewpoints such as observing the difference from the walking posture at home, which is more suitable. Can assist in exercise.
このように本発明によれば、歩行補助装置使用中の使用者の運動特性が過剰に変化せず、かつ好適に運動を補助することができる歩行補助システム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 assist system capable of assisting exercise without excessively changing the exercise characteristics of the user while using the walking assist device.
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
まず、図1~4を参照して実施形態に係る歩行補助システム1について説明する。以下の説明では、歩行補助装置3の方向を図3に示す方向に基づいて説明する。歩行補助装置3は、略左右対称な構造を有しており、使用者Uに装着された状態で、その前後左右方向は使用者Uから見る前後左右一致する。 First, the walking assist system 1 according to the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 4. In the following description, the direction of the walking assist
図1に示されるように、歩行補助システム1は、使用者Uの下肢に歩行補助力を付与するための2つのモータ2を備えた歩行補助装置3と、歩行補助装置3の作動状態を検出する2つのセンサ4と、歩行補助装置3を制御するために、オペレータOPにより保持されるべき別体ユニット5とを備える。別体ユニット5は、バッテリ7と、信号ケーブル6を介してセンサ4に接続され、センサ4の出力に基づき、モータ2に供給するべき駆動電流をバッテリ7からモータ2に電力ケーブル8を介して供給する駆動制御装置9と、駆動制御装置9を操作するための操作盤10とを有する。なお、別体ユニット5を保持するのは、オペレータOPに限定されず、例えば自律移動型ロボットや歩行器などの移動補助機器といった移動体でもよい。移動体は、移動体上に別体ユニット5が載置されることによって別体ユニット5を保持してもよいし、移動体それ自体が備える保持部によって別体ユニット5を保持してもよい。 As shown in FIG. 1, the walking assist system 1 detects the operating state of the walking assist
この構成によれば、バッテリ7は、使用者Uに装着される歩行補助装置3とは、別体とされる別体ユニット5に内蔵される。バッテリ7は重いので、バッテリ7が歩行補助装置3に一体に設けられる場合に比べ、歩行補助装置3の重量が大きく軽減されている。従って、歩行補助装置3を使用者Uが装着しても、使用中の使用者Uの運動特性が過剰に変化せず、使用者Uのオリジナルの運動特性に沿った歩行アシストが可能となる。 According to this configuration, the
図1~図3に示されるように、歩行補助装置3は、使用者Uの腰部に装着され、使用者Uの腰背部から左右の腰側部に延在し、左右にモータ2が装着された腰部フレーム11と、各モータ2の出力端に支持された基端12及び使用者Uの対応する下肢に装着される遊端13を備えた左右のスイングアーム14とを有する。別体ユニット5の出力端子からは、途中で分岐する信号ケーブル6及び電力ケーブル8が延びている。電力ケーブル8はモータ2に接続されている。モータ2のケーシング内へ延びる信号ケーブル6は、歩行補助装置3の状態モニタリングのためにセンサ4及びモータ2の制御回路部へ接続されている。別体ユニット5のバッテリ7の電力は、電力供給制御部においてインバータを介して電圧調整された後、電力ケーブル8を介してモータ2へ供給される。 As shown in FIGS. 1 to 3, the walking assist
腰部フレーム11は硬質樹脂や金属等の剛性素材と繊維等の柔軟素材とが組み合わせられて構成され、腰部フレーム11に連結されたベルト15によって使用者Uの腰部に装着される。腰部フレーム11の前面(腰部の背面に対向する位置)には、柔軟素材により形成された腰部サポータ16が取り付けられている。 The
スイングアーム14は、遊端13に連結されている脚部サポータ17とアーム部18とを含む。脚部サポータ17は剛性素材と柔軟素材とが組み合わせられて構成され、左右の大腿部に装着される。アーム部18は硬質樹脂又は金属により形成され、大腿部に沿って下方に伸びており、モータ2の出力軸と脚部サポータ17とを連結する。つまり、スイングアーム14は、モータ2を介して腰部フレーム11に連結されている。 The
モータ2は、減速機構及びコンプライアンス機構のうち一方又は両方を内蔵している。モータ2は、図1に示される駆動制御装置9により所定の補助力τ(アシストトルク)を発揮するように制御された駆動電流を、電力ケーブル8を経由してバッテリ7から供給されることによりアーム部18に動力を加える。アーム部18に加えられた動力は、その遊端13に連結された脚部サポータ17を介して使用者Uの脚体に伝達される。 The
この形態によれば、モータ2によって駆動されるスイングアーム14から歩行補助力が使用者Uの下肢に伝達されることによって、確実に歩行アシストが可能となる。 According to this embodiment, the walking assist force is transmitted from the
センサ4は使用者Uの腰部の横に配置されるアブソリュート型の角度センサにより構成され、左右のスイングアーム14の腰部フレーム11に対する角度(絶対角度)を検出することで、対応する脚体の股関節角度θL、θRに応じた信号を出力する。センサ4から出力された股関節角度θL、θRを表す信号は、駆動制御装置9に入力される。股関節角度θL、θRは、図2に示されているように、使用者Uを矢状面の法線方向から見た場合に、基本前額面を表す直線線分と、大腿部を表す直線線分とがなす角度として定義される。股関節角度θL、θRは、大腿部が基本前額面より屈曲側(前方)にある場合は正(+)である一方、大腿部が基本前額面より伸展側(後方)にある場合は負(-)であると定義される。 The
ここで、後述のように、駆動制御装置9によって算出される駆動力には、左右の股関節角度θL、θRの差分が用いられる。従って、この差分角θが求められれば足りるので、歩行補助装置3に左右のセンサ4が設けられる代わりに、左右のスイングアーム14の相対角度を検出する相対角度センサが腰部フレーム11等に設けられてもよい。この場合、駆動制御装置9は、相対角度センサの出力(左右の脚体間の股関節部の差分角θ)を駆動力算出の入力として扱う。また、加速度センサ及びジャイロセンサを備えたIMUが左右脚体の姿勢計測に用いられ、左右の脚体の矢状面に於ける鉛直線に対する角度の差分の和を、駆動制御装置9が差分角θとして扱ってもよい。 Here, as described later, the difference between the left and right hip joint angles θL and θR is used as the driving force calculated by the
駆動制御装置9は、別体ユニット5に収納されたCPU、RAM、ROM等を含む電子回路ユニット(ECU)により構成され、モータ2の動作、ひいては使用者Uに作用させる補助力τの演算処理を実行するように構成されている。駆動制御装置9が所定の演算処理を実行するように構成されているとは、駆動制御装置9を構成する演算処理装置(CPU)が、記憶装置(メモリ)から必要なデータ及びアプリケーションソフトウェアを読み取り、当該ソフトウェアに従って当該所定の演算処理を実行するようにプログラムされていることを意味する。 The
図1には別体ユニット5内の駆動制御装置9のECUを示す機能モジュールが合わせて示されている。ECUの同期制御モジュールは、左右のセンサ4から股関節角度θL、θRを受信し、これら左右の股関節角度θL、θRから左右の股関節角度θL、θRの差分角θ(左右の脚体による股関節部の挟み角)を算出する。あるいは、同期制御モジュールは、差分角θを相対角度センサからダイレクトに受信してもよい。次に同期制御モジュールは、算出された差分角θに基づいて、差分角位相Φ及び歩行周波数freqを算出する。いずれも周知の演算式によるもので足りる。次に、同期制御モジュールは差分角位相Φ及び歩行周波数freqを用い、補助力τを与えるための位相振動子を用いた演算処理を実行する。駆動制御装置9は、このように装着者の歩行運動の振動数と位相とを入力とする位相振動子モデルに基づいて、歩行補助装置3の関節部の同調制御を可能とする。 FIG. 1 also shows a functional module showing the ECU of the
このように構成された歩行補助装置3は、腰部フレーム11及びスイングアーム14を介して、バッテリ7を電源とするモータ2の動力を歩行補助力として使用者Uに作用させることにより、当該使用者Uの歩行運動を補助する。すなわち、駆動制御装置9は、操作盤10にて電源がオンにされて通電されると、左右のセンサ4の出力に基づいて決定した補助力τを発揮するようモータ2を駆動する。 The walking
ここで重要な観測パラメータは、両脚体の股関節角度θL、θR、差分角θ、歩行周波数freq、振動子固有角振動数ω、補助力目標位相差βである。 The important observation parameters here are the hip joint angles θL and θR of both legs, the difference angle θ, the walking frequency freq, the oscillator natural angular frequency ω, and the auxiliary force target phase difference β.
別体ユニット5は、歩行補助装置3の作動状態を表示する表示部19を有している。従って、上記観測パラメータをオペレータOPは現場でECUのパラメータ表示モジュールによって表示でき、好適に使用者Uの歩行運動を補助することができる。 The
ここで重要な操作パラメータは、振動子固有角振動数ω、目標歩行周波数、ローパスフィルタの設定、補助力目標位相差β及び又は補助力τの強弱を設定するための係数算定のためのゲインGである。 The important operating parameters here are the oscillator natural angular frequency ω, the target walking frequency, the setting of the low-pass filter, the auxiliary force target phase difference β, and / or the gain G for calculating the coefficient for setting the strength of the auxiliary force τ. Is.
また別体ユニット5は、上記のようにオペレータOPによって操作される操作盤10を有している。従って、ECUのパラメータ操作モジュールは、上記操作パラメータをオペレータOPが現場で操作可能とし、好適に使用者Uの歩行運動を補助することができる。 Further, the
振動子固有角振動数ωは、目標歩行周波数として予め設定される定数としてECUのパラメータ設定管理・データ管理モジュールで保持されてもよい。あるいは、振動子固有角振動数ωは、観測値である歩行周波数freqにローパスフィルタを適用し、表示部19に提案パラメータとして提案されたものを設定パラメータとする、可変に設定される値であってもよい。また、補助力目標位相差β、補助力τの強弱を設定するための係数算定のためのゲインGは重要な制御パラメータである。 The oscillator natural angular frequency ω may be held by the parameter setting management / data management module of the ECU as a constant preset as the target walking frequency. Alternatively, the oscillator natural angular frequency ω is a value that is variably set by applying a low-pass filter to the walking frequency freq, which is an observed value, and using what is proposed as a proposed parameter on the
操作パラメータは、振動子の目標固有振動数及び目標位相としてもよい。このように、オペレータOPは、左右の脚体に対する補助力τを決定するパラメータを操作盤10から入力可能である。ここで、表示部19がタッチパネルで構成され、操作盤10はこのタッチパネルであってもよい。オペレータOPによって保持されるための装着部材20によって別体ユニット5がオペレータOPに装着されれば、オペレータOPは前述の操作パラメータを操作盤10の操作によって入力しつつ、駆動制御装置9の状態を表示する表示部19を視認可能である。これは、操作の迅速性及び正確性に寄与する。 The operating parameters may be the target natural frequency and the target phase of the vibrator. In this way, the operator OP can input a parameter for determining the auxiliary force τ for the left and right legs from the
操作盤10にて電源がオンにされオペレーションが開始されると、駆動制御装置9内のECUは、同調制御機能を稼働し、上記パラメータに基づいて差分角位相Φに同期振動する位相振動子の振動子位相Φcを求め、所定の演算処理を実行することで左右の脚体に対する補助力τを決定する。 When the power is turned on on the
別体ユニット5は、使用者Uを撮影するための撮影装置としてのカメラ22と、カメラ22の動作を制御すると共に、カメラ22が撮影した画像(動画を含む)を操作盤10に並べて表示部19に表示する画像処理装置21を更に備えている。別体ユニット5の前面には、カメラ22のレンズ22aが備えられており、画像処理装置21はこのカメラ22を用いて使用者Uを撮影可能である。従って、オペレータOPは、上記操作盤10の操作を実行するにあたり、操作盤10と並んで表示部19に表示される使用者Uの画像を視認しながら操作を実行でき、目線の移動を回避することができる。これにより、オペレーションが迅速になり、正確度も増す。 The
画像処理装置21は、操作盤10からの指示に基づいて、あるいは、同調制御稼働開始と同時に、撮影を開始し、操作盤10からの指示に基づいて、あるいは、同調制御稼働終了と同時に、撮影を終了する。画像処理装置21は、同調制御稼働中に、リアルタイムに表示部19及び操作盤10の少なくともいずれか一方に、カメラ22が撮影した画像を表示可能である。これにより、オペレータOPは、操作盤10を操作するときも同じ別体ユニット5上の表示部19に表示される使用者Uの画像を見ながら操作可能となり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 The
また、画像処理装置21は画像を保存するように構成されている。これにより、撮影時から時間をおいて画像を表示して観察することや、保存された画像をスローモーション処理等の画像処理によって、より正確に観察することができる。あるいは、カメラ22が撮影した画像の分析を行うこと、リアルタイム表示では処理が追いつかない、空間フィルタ処理、時間フィルタ処理等の時間を要する処理を行うことができ、使用者Uの歩行姿勢の特徴点を抽出することや、事後判定することができる。 Further, the
別体ユニット5が撮影した画像は、駆動制御装置9の作動状態及び又はセンサ4の出力及び又は時刻に関連付けられており、画像の有機的な再利用が可能である。関連付けは、操作パラメータを変化させた間の使用者Uの運動変化を確認したり、逆に使用者Uの運動異常が見られた場合に、センサ4出力を確認したりするのに利用される。画像に直接関連付けられていれば、例えばモータ2の電流値を直接確認することも可能である。また、ストレージ23に保管されているログデータにモータ2の電流値が時刻に関連付けて保管されていれば、時刻を媒介に、関連する異常運動時の画像とモータ2の電流とを同時に表示部19に表示することができ、時間をおいて因果関係を調査可能である。こうして、本実施形態の歩行補助システム1は、好適に運動を補助することに貢献する。 The image taken by the
本実施形態では、画像処理装置21は、歩行補助装置3の動作開始と同時に画像の撮影を開始すると共に、歩行補助装置3の動作終了と同時に画像の撮影を終了する。従って、歩行アシストの最初から最後まで、オペレータOPの追加操作を要することなく、表示部19に使用者Uの歩行姿勢を表示可能であり、より確実に、好適に運動を補助することができる。 In the present embodiment, the
別体ユニット5は、ケーブルを巻き取るケーブル巻取部材24を内蔵している。これにより、使用者UとOPオペレータとの距離に応じ、引き出されているケーブル長を変更することが可能であり、いたずらに長いケーブルを使用者Uが引きずる必要がなくなる。よって、より好適に運動を補助することができる。 The
図4に示されるように、画像処理装置21は、駆動制御装置9の同調制御稼働時に、駆動電流の供給によって想定される歩行補助装置3の作動状態の想定画像(a)と、駆動電流の供給に対応する時刻における使用者Uの運動時の実画像(b)とを、時刻で関連付けし、(c)に示されるように1つ画面フレームとして表示部19に重畳表示する。2つの画像を1つの画面フレームに重畳表示するには、例えば、スイングアーム14の基端12が空間的な同一箇所として関連付けられればよい。 As shown in FIG. 4, the
ECU同調制御モジュールは、振動子固有角振動数ω、目標歩行周波数、ローパスフィルタ設定、補助力目標位相差β及び又は補助力τの強弱を設定するための係数算定のためのゲインG等によって、モータ電流を定め、電力出力値を制御する。この場合に、ECU同調制御モジュールが目標としている両脚の目標歩行周波数、位相及び振幅(ゲイン)から想定される両脚の運動変化をシミュレーションした映像と、これと時刻及びモータ電流変化の少なくともいずれか一方と関連付けられている使用者Uの運動時の実画像とを重畳表示する。 The ECU tuning control module uses the oscillator natural angular frequency ω, the target walking frequency, the low-pass filter setting, the auxiliary force target phase difference β, and the gain G for calculating the coefficient for setting the strength of the auxiliary force τ. Determine the motor current and control the power output value. In this case, an image simulating the movement change of both legs assumed from the target walking frequency, phase and amplitude (gain) of both legs targeted by the ECU tuning control module, and at least one of this and the time and the motor current change. The actual image of the user U during exercise, which is associated with the above, is superimposed and displayed.
図4(b)において実線で描かれ、実画像として示されている実際の歩行運動時の画像は、カメラ22によって撮影された画像から得られる。この画像と、図4(a)において想像線で描かれている、駆動電流の供給によって想定される歩行補助装置3の作動状態の想定画像とは、重なるのが理想であるが、実際には差異が観察される。重畳表示された図4(c)に示されるように、実線の歩行補助装置3と、想像線の歩行補助装置3との間のずれを観察対象として、画像処理装置21は、両画像の重畳表示によって視覚的な対比で両画像の差異を認識可能とする。あるいは、画像処理装置21は、両画像の画像処理によって差異量を自動算出する。こうして、画像処理装置21が想定された運動と実運動との対比を可能とすることから、振動子固有角振動数ω、目標歩行周波数、ローパスフィルタの設定、補助力目標位相差β及び又は補助力τの強弱を設定するための係数算定のためのゲインG等の検証を行うことが可能となる。このように、画像処理装置21が駆動電流の決定にあたり要素とされる動作パラメータの改善の機会を提供することにより、より確実に好適な運動の補助が可能になる。 The image during the actual walking exercise, which is drawn by a solid line in FIG. 4B and is shown as a real image, is obtained from the image taken by the
図1に示されるように、本実施形態では、画像の保存先は、クラウドサービスによって提供され、ネットワークを介してデータの蓄積を行うサーバー27である。また、歩行補助システム1は、クラウドサービスによって提供されるサーバー27に保存された当該画像を表示する表示装置26を有する追加の別体ユニット25を更に備える。別体ユニット5は、ネットワークインターフェイスを備え、LANを経由し、施設内の私設クラウドサービスあるいは施設外のクラウドサービスが提供するサーバー27のストレージへ画像を保存する。従って、遠隔にある観察者に使用者Uの歩行姿勢画像を提供することができる。 As shown in FIG. 1, in the present embodiment, the image storage destination is a
歩行補助システム1は、例えば、同じ施設内の他の建物にいる理学療法士にも使用者Uの歩行姿勢矯正の様子を観察可能とすることができる。あるいは、歩行補助システム1は、他の地域にいる医師にも使用者Uの歩行姿勢矯正の様子を観察可能とすることができる。あるいは、歩行補助システム1は、使用者Uの自宅にいる家族にも使用者Uの歩行姿勢矯正の様子を観察可能とし、在宅時の歩行姿勢との違いを観察可能とすることができる。これらの者のように現場にいない者は、別体ユニット5とは異なる追加の別体ユニット25によって観察してもよいし、表示部19を有し、別体ユニット5から縮退した構成及び機能を備える追加の別体ユニット25によって観察してもよい。歩行補助システム1は、このように多様な人材によって、多彩な視点での観察を可能とし、より好適に運動を補助する機会を増やすことができる。 The walking assist system 1 can, for example, allow a physiotherapist in another building in the same facility to observe the state of the walking posture correction of the user U. Alternatively, the walking assist system 1 can allow doctors in other areas to observe the state of the walking posture correction of the user U. Alternatively, the walking assist system 1 makes it possible for the family at the home of the user U to observe the state of the walking posture correction of the user U, and to observe the difference from the walking posture at home. Those who are not in the field, such as these persons, may observe by an additional
また、画像処理装置21によって表示部19に重畳表示される画像を、クラウドサービスを介して技術サポートチームが観察すれば、適切な同調制御のパラメータ設定の改善機会が容易に得られ、より好適な歩行運動の補助が可能になる。 Further, if the technical support team observes the image superimposed and displayed on the
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例としてリハビリテーション用としての説明を行ったが、他にも広く適用することができる。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量、制御方法など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更することができる。一方、上記実施形態に示した各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。 Although the description of the specific embodiment is completed above, the present invention can be widely modified without being limited to the above embodiment. For example, in the above embodiment, the description for rehabilitation has been given as an example, but it can be widely applied to others. In addition, the specific configuration and arrangement of each member and portion, quantity, control method, and the like can be appropriately changed as long as they do not deviate from the gist of the present invention. On the other hand, not all of the components shown in the above embodiments are indispensable, and they can be appropriately selected.
1 :歩行補助システム
2 :モータ
3 :歩行補助装置
4 :センサ
5 :別体ユニット
6 :信号ケーブル
7 :バッテリ
8 :電力ケーブル
9 :駆動制御装置
10 :操作盤
11 :腰部フレーム
12 :基端
13 :遊端
14 :スイングアーム
18 :アーム部
19 :表示部
20 :装着部材
21 :画像処理装置
22 :カメラ(撮影装置)
24 :ケーブル巻取部材
25 追加の別体ユニット
26 表示装置
27 サーバー1: Walking assistance system 2: Motor 3: Walking assistance device 4: Sensor 5: Separate unit 6: Signal cable 7: Battery 8: Power cable 9: Drive control device 10: Operation panel 11: Waist frame 12: Base end 13 : Free end 14: Swing arm 18: Arm part 19: Display part 20: Mounting member 21: Image processing device 22: Camera (photographing device)
24: Cable take-up
Claims (11)
使用者の下肢に歩行補助力を付与するためのモータを備えた歩行補助装置と、
前記歩行補助装置の作動状態を検出するセンサと、
前記歩行補助装置を制御するための別体ユニットとを備え、
前記別体ユニットが、
バッテリと、
前記センサに信号ケーブルを介して、及び前記モータに電力ケーブルを介して、それぞれ接続され、前記センサの出力に基づき、前記モータに供給するべき駆動電流を前記バッテリから前記モータに供給する駆動制御装置と、
前記駆動制御装置を操作するための操作盤とを一体に有する単一のユニットとして構成されていることを特徴とする歩行補助システム。 It is a walking assistance system
A walking assist device equipped with a motor for imparting walking assist force to the user's lower limbs,
A sensor that detects the operating state of the walking assist device and
A separate unit for controlling the walking assist device is provided.
The separate unit
With the battery
A drive control device that is connected to the sensor via a signal cable and to the motor via a power cable, and supplies a drive current to be supplied to the motor from the battery to the motor based on the output of the sensor. When,
A walking assist system characterized in that it is configured as a single unit having an operation panel for operating the drive control device integrally .
前記使用者の腰部に装着され、前記使用者の腰背部から左右の腰側部に延在し、左右に前記モータが装着された腰部フレームと、
対応する前記モータの出力端に支持された基端及び対応する前記下肢に装着される遊端を備えた左右のスイングアームとを有することを特徴とする請求項1に記載の歩行補助システム。 The walking assist device
A waist frame that is attached to the waist of the user, extends from the back of the user's waist to the left and right waist sides, and has the motors mounted on the left and right.
The walking assist system according to claim 1, wherein the walking assist system has a base end supported by the output end of the corresponding motor and left and right swing arms having a free end attached to the corresponding lower limb.
前記クラウドサービスによって提供される前記サーバーに保存された前記画像を表示する表示装置を有する追加の別体ユニットを更に備えることを特徴とする請求項6又は請求項10に記載の歩行補助システム。 The storage destination of the image is a server provided by a cloud service and accumulating data via a network.
The walking assist system according to claim 6 or 10, further comprising an additional separate unit having a display device for displaying the image stored on the server provided by the cloud service.
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