JP7358569B1 - Knee care walking assist supporter for the elderly - Google Patents

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Abstract

【課題】膝が痛い時だけバンドを締め付け、膝が痛くないときには緩めるようにして、膝の痛みをケアしつつ、膝関節は曲げやすく、うっ血もせず、一日中スマートに装着可能な膝サポーターの提供を課題とするものである。【解決手段】人口筋肉部と、センサー部と、圧縮空気入出力装置部と、制御装置部とから成り、前記人口筋肉部には細径人口筋肉を複数布状に配置した人口筋肉またはパット状の人口筋肉を組み合わせたものであり、膝関節周りに備えた前記筋電位センサーから膝関節の可動域内における膝の状態を前記制御装置部へ送り、膝が痛む状態へ向かう時だけ前記人口筋肉部を締め付け、膝が痛まない状態に向かう時には前記人口筋肉部を緩めるように前記制御装置部により前記圧縮空気入出力装置部を制御して、膝の痛みをケアするとともに、膝関節は曲げやすくする構成を採用した。【選択図】図1[Problem] To provide a knee support that takes care of knee pain by tightening the band only when the knee hurts and loosening it when the knee does not hurt, while also allowing the knee joint to bend easily, without causing congestion, and that can be smartly worn all day long. The challenge is to [Solution] It consists of an artificial muscle part, a sensor part, a compressed air input/output device part, and a control device part, and the artificial muscle part has a plurality of small diameter artificial muscles arranged in a cloth shape or a pad shape. The myoelectric potential sensor provided around the knee joint sends the state of the knee within the range of motion of the knee joint to the control device section, and the artificial muscle section is activated only when the knee is in a state of pain. The compressed air input/output device is controlled by the control device so as to tighten the artificial muscle and loosen the artificial muscle when the knee goes to a state where it does not hurt, thereby taking care of knee pain and making the knee joint easier to bend. The configuration was adopted. [Selection diagram] Figure 1

Description

本発明は、高齢者用の膝をケアする歩行アシストサポーターの技術分野に関し、詳しくは、膝が痛い時だけ人筋肉により締め付け、膝が痛くないときには緩めるようにして、膝の痛みをケアしつつ、膝関節は曲げやすく、うっ血もせず、一日中スマートに装着可能な膝サポーターの技術分野に関するものである。 The present invention relates to the technical field of a walking assist supporter that cares for the knees of elderly people. Specifically, the present invention relates to the technical field of a walking assist supporter that takes care of the knees of elderly people. It also concerns the technical field of a knee support that allows the knee joint to bend easily, does not cause congestion, and can be worn smartly all day long.

人々は、老若男女みんなが普通の人と同じような生活をし、生きづらさや生活のしづらさを感じない世界を目指しており、そこにはバリアフリーという言葉は不要となる。しかし、それを阻む要因の一つに高齢者の膝の痛みがあり、膝関節症患者数は125万人(潜在的患者数3000万人)もいるといわれている。 People are aiming for a world in which people of all ages and genders can live like normal people and do not feel uncomfortable or difficult to live in, and in that world, the term barrier-free will no longer be necessary. However, one of the factors that prevents this from happening is knee pain among the elderly, and it is said that there are as many as 1.25 million patients with knee arthropathy (potentially 30 million patients).

そこで、膝の痛みから高齢者を守り、生き生きと暮らしてもらう手段としてどんなものがあるか検討すると、先ず、伸縮性のあるサポーターがもっとも一般的といえ、次に手術や薬の投与等の医療行為、そして、VR(Virtual Reality)により、歩いたり走ったりを体験するという仮想現実の提供などがあると考えられる。しかしながら、サポーターは最も手ごろで効果も高いものの、膝を曲げにくく、うっ血し、長くは着けてられないという問題があり、手術や薬物投与はリスクが怖くて手軽に手を出せないという問題があり、VRでは表面的には実体験に近い体験が得られるものの、本質的には現実ではないため、却って余計に不自由さを感じさせてしまうという問題を生じさせている。 Therefore, when we consider what methods are available to protect elderly people from knee pain and help them live a vibrant life, we find that elastic supports are the most common, followed by medical treatment such as surgery and medication. It is thought that there will be provision of virtual reality that allows people to experience walking and running through actions and VR (Virtual Reality). However, although supports are the most affordable and effective, they have the problem of making it difficult to bend the knee, causing congestion, and making it difficult to wear them for long periods of time.There are also problems with surgery and drug administration, which are too risky to be used easily. Although VR provides an experience that is superficially similar to the real experience, it is not essentially reality, which creates the problem of making the user feel even more inconvenienced.

これらの問題を解決する手段として、歩行アシストがある。歩行アシストは、人工筋肉やモーターといったアクチュエーターを、関節を動かすことに使うため、筋力が衰えた人などにはその効果は大きいといえるものである。しかしながら、従来の歩行アシストでは、筋力は補助できても、膝の痛みにはまったく対応できるものではなかった。即ち、膝関節にかかる荷重に対して、人筋肉等は関節を守るためには使われていないからである。また従来の歩行アシストはフレームやモーターなどが膝関節周りに装備されることから、見た目を気にする高齢者も多く、スタイリッシュやスマートなどと表現することは、お世辞にもいえないものであった。 Walking assist is a means to solve these problems. Walking assist uses actuators such as artificial muscles and motors to move joints, so it can be said to be very effective for people with weakened muscles. However, while conventional walking assists can assist with muscle strength, they cannot at all address knee pain. That is, this is because artificial muscles and the like are not used to protect the knee joint against the load applied to the knee joint. Furthermore, because conventional walking assist devices are equipped with frames and motors around the knee joints, many elderly people are concerned about their appearance, and describing them as stylish or smart is not a flattering compliment. Ta.

このような現状から、膝関節の痛みを緩和しつつ、手軽でスタイリッシュに装着可能な高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターの提供が望まれるといえる。 Given this current situation, it is desirable to provide a knee care type walking assist supporter for the elderly that can be worn easily and stylishly while alleviating pain in the knee joint.

そこで、従来からも、種々の技術提案がなされている。例えば、発明の名称を「身体に装着されるサポーター」とする技術が開示されている(特許文献1参照)。具体的には、「特に筋繊維と交差する方向へ力が発生する新規サポーターを提供すること。」を提供することを課題とし、解決手段を、「身体に装着されるサポーターあって、身体装着時に、該サポーターに、筋繊維(が延びる方向)と交差する方向であって、内旋、又は外旋方向のいずれか一方向へ該筋繊維を動かすように力が発生する。例えば、身体のいずかの部位を基点としてサポーターを引っ張り、引っ張ったところで(図5中の破線部参照)、該筋繊維上方の皮膚に密着させ、このとき発生する「引っ張り応力」を利用して、サポーターと共に、筋繊維を動かしながら、所定の箇所で固定することによって、筋繊維と交差する一定方向へ筋繊維を動かすようにする。」という発明である。しかしながら、特許文献1に記載の技術は、
体の何れかの部位を基点としてサポーターを引っ張ったところで皮膚に密着させるため、痛みとは無関係に皮膚が引っ張られることとなり、長期使用によるうっ血や皮膚への炎症等の原因となり得る。従って、本発明の課題を解決するに至っていない。
Therefore, various technical proposals have been made in the past. For example, a technology is disclosed in which the title of the invention is "supporter worn on the body" (see Patent Document 1). Specifically, the problem was to provide a new supporter that generates force in the direction that intersects muscle fibers, and the solution was to provide a supporter that is worn on the body. Sometimes, a force is generated in the supporter that moves the muscle fibers in a direction that intersects the muscle fibers (in the direction in which they extend) and moves the muscle fibers in either internal rotation or external rotation. Pull the supporter from one of the parts as a starting point, and when it is pulled (see the broken line in Figure 5), it will come into close contact with the skin above the muscle fibers, and by using the "tensile stress" generated at this time, the supporter will be pulled together with the supporter. By moving the muscle fibers and fixing them at a predetermined location, the muscle fibers are moved in a fixed direction that intersects with the muscle fibers. ” is an invention. However, the technology described in Patent Document 1
Since the supporter is pulled from any part of the body and brought into close contact with the skin, the skin is pulled regardless of pain, which can lead to congestion and skin irritation due to long-term use. Therefore, the problem of the present invention has not been solved yet.

また、発明の名称を「運動補助装置」とする技術が開示されている(特許文献2参照)。具体的には、「補助対象者に適切なフィッティング性で装着することができると共に、該補助対象者の脚の運動を補助する力を該補助対象者に適切に作用させることができる運動補助装置を提供する。」ことを課題とし、解決手段を、「運動補助装置は大腿部フレームと下腿部フレームと補助対象者の膝の外側及び内側にそれぞれ配置される膝関節機構とを備える。大腿部フレームは、補助対象者Pの腰部の片側に配置される基部から外側膝関節機構まで大腿部の長手方向に延在する第1要素フレームと、基部から内側膝関節機構まで大腿部の前側を斜行して延在する第2要素フレームと、大腿部の背面側で両要素フレームの間に架け渡された身体支持部材とを有する。」という発明である。しかしながら、特許文献2に記載の技術は、大腿部や膝関節、或いは足の裏まで各要素をフレーム構造としている為、装着者の装着の抵抗見た目等、物々しくなってしまうという欠点がある。また、本発明の課題を解決するに至っていない。 Furthermore, a technology with the title of the invention as "exercise assisting device" has been disclosed (see Patent Document 2). Specifically, "an exercise assisting device that can be attached to a person to be assisted with appropriate fitting properties and that can appropriately apply force to the person to assist the leg movements of the person to be assisted. The problem is to provide a solution to the problem, and the solution is described as follows: ``An exercise assisting device includes a thigh frame, a lower leg frame, and a knee joint mechanism disposed on the outside and inside of the knee of the person to be assisted. The thigh frame includes a first element frame that extends in the longitudinal direction of the thigh from a base placed on one side of the lumbar region of the auxiliary subject P to the lateral knee joint mechanism, and a first element frame that extends in the longitudinal direction of the thigh from the base to the medial knee joint mechanism. This invention has a second element frame extending diagonally on the front side of the thigh, and a body support member spanned between both the element frames on the back side of the thigh. However, since the technology described in Patent Document 2 uses a frame structure for each element including the thigh, knee joint, and sole of the foot, it has the disadvantage that the wearer's resistance to wearing it becomes unsightly. be. Moreover, the problem of the present invention has not yet been solved.

また、発明の名称を「膝用サポーター」とする技術が開示されている(特許文献3参照)。
具体的には、「ストラップの止着点の位置変更や関節の曲げ伸ばし動作の繰り返しによる、ストラップの引っ張り方向角度の変化を防止し、内旋や外旋の適確な抑止作用を安定して得ることができる膝用サポーターを提供する。」ことを課題とし、解決手段としては、「サポーター本体の外周部に、大腿に対する下腿の内旋又は外旋方向とは反対方向に下部から上部に引っ張りつつ螺旋状に巻回固定されるストラップを備えている膝用サポーターであって、当該ストラップがベルト部と、当該ベルト部の装着時下部側となる端部に挿通された伸縮性紐部と、当該伸縮性紐部の端部が固着された面ファスナー片部とから構成され、かつ当該ベルト部の装着時上部側となる端部が、サポーター本体の上部に着脱自在に又は固着して取り付けられ、かつ当該伸縮性紐部が、サポーター本体の膝関節被覆部の下位側部に付設された紐挿通ガイド部にスライド動自在に取り付けられ、かつ当該面ファスナー片部が、サポーター本体の下部に着脱自在に取り付けられていることを特徴とする膝用サポーター。」という発明である。しかしながら、特許文献3に記載の技術は、大腿に対する下腿の内旋又は外旋方向とは反対方向に下部から上部に引っ張りつつ、螺旋状に巻回固定されるストラップが常に引っ張り力を与えるため、痛みの発生とは無関係に締め付けられてしまうため、うっ血やむくみ等の原因となることが考えられる。
Furthermore, a technology with the title of the invention as "knee supporter" has been disclosed (see Patent Document 3).
Specifically, "it prevents changes in the pulling direction angle of the strap due to changes in the position of the strap's attachment point or repeated bending and stretching movements of the joint, and stabilizes the appropriate restraint of internal rotation and external rotation. The problem is to provide a knee support that can be obtained, and the solution is to ``provide a knee support that can be applied to the outer circumference of the supporter body from the bottom to the top in a direction opposite to the direction of internal rotation or external rotation of the lower leg relative to the thigh.'' A knee supporter is provided with a strap that is wound and fixed in a spiral shape, and the strap includes a belt portion, and an elastic string portion that is inserted through the end portion of the belt portion that becomes the lower side when worn. The elastic string part is composed of a hook-and-loop fastener piece part to which the end part is fixed, and the end part which becomes the upper side when the belt part is attached is detachably or fixedly attached to the upper part of the supporter main body. , and the elastic cord part is slidably attached to a cord insertion guide attached to the lower side of the knee joint covering part of the supporter main body, and the hook-and-loop fastener piece part is attached to and detachable from the lower part of the supporter main body. A knee support characterized by being freely attached. However, in the technique described in Patent Document 3, the strap that is spirally wound and fixed constantly applies a tensile force while pulling from the lower part to the upper part in the opposite direction to the internal rotation or external rotation direction of the lower leg relative to the thigh. Since it is tightened regardless of the occurrence of pain, it is thought that it may cause congestion, swelling, etc.

特開2007-162192号JP2007-162192 特開2016-123620号JP2016-123620 特開2022-30659号JP2022-30659

膝が痛い時だけバンドを締め付け、膝が痛くないときには緩めるようにして、膝の痛みをケアしつつ、膝関節は曲げやすく、うっ血もせず、一日中スマートに装着可能な膝サポーターの提供を課題とする。 Our goal is to provide a knee support that can be worn smartly all day long, making it easy to bend the knee joint without causing congestion, while taking care of knee pain by tightening the band only when the knee hurts and loosening it when the knee does not hurt. do.

本発明は、膝の痛みを抑制緩和するサポーターであって、人筋肉部と、センサー部と、圧縮空気入出力装置部と、制御装置部とから成り、前記人筋肉部には細径人筋肉を複数布状に配置した人筋肉及びパット状又はチューブ状の人筋肉及びこれを組み合わせたものであり、前記センサー部は、少なくとも筋電位センサーおよび加速度センサーから成り、前記圧縮空気入出力装置部にはエアーポンプと、耐圧ホースと、レギュレーターとを備え、前記制御装置部には、電源装置と、演算装置と、動作のデータを記録しておく記憶装置とを備え、膝関節周りに備えた前記筋電位センサーから膝関節の可動域内における膝の状態を前記制御装置部へ送り、膝が痛む状態へ向かう時だけ前記人筋肉部を締め付け、膝が痛まない状態に向かう時には前記人筋肉部を緩めるように前記制御装置部により前記圧縮空気入出力装置部を制御して、膝の痛みをケアするとともに、膝関節は曲げやすくする構成を採用した。 The present invention is a supporter for suppressing and alleviating knee pain, which includes an artificial muscle section, a sensor section, a compressed air input/output device section, and a control device section, and the artificial muscle section has a small diameter. An artificial muscle in which a plurality of artificial muscles are arranged in a cloth shape, a pad-like or tube-like artificial muscle, and a combination thereof, and the sensor section is composed of at least a myoelectric potential sensor and an acceleration sensor, and the compressed air The input/output device section is equipped with an air pump, a pressure hose, and a regulator, and the control device section is equipped with a power supply device, a calculation device, and a storage device for recording operation data. The state of the knee within the range of motion of the knee joint is sent from the myoelectric potential sensor provided around the knee joint to the control device section, and the artificial muscle section is tightened only when the knee is heading toward a painful state, and when the knee is heading toward a non-painful state. The compressed air input/output device section is controlled by the control device section so as to loosen the artificial muscle section, thereby taking care of knee pain and making the knee joint easier to bend.

また、本発明は、前記圧縮空気入出力装置部に、エアータンクと、電磁弁とを備え、前記エアーポンプから圧送される空気を一端前記エアータンクにため込み、前記電磁弁をオンオフさせるための信号を前記制御装置部へ送り、制御する構成を採用することもできる。 Further, the present invention provides an air tank and a solenoid valve in the compressed air input/output device section, and for storing air compressed from the air pump in the air tank and turning the solenoid valve on and off. It is also possible to adopt a configuration in which a signal is sent to the control device section for control.

また、本発明は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターを装着するユーザーの歩行状態を筋電位センサー及び加速度センサーを用いて認識し、人筋肉部を作動させる適切なタイミングをAIによって予測し、係るタイミングは膝に体重が掛かり、膝が痛くなる直前から人筋肉部の応答時間を差し引いた時刻を想定し、筋電位センサーと加速度センサーから特徴量を抽出し、閾値処理や機械学習モデルによりユーザーの歩行状態の分類をリアルタイムで行う構成を採用することもできる。 Furthermore, the present invention recognizes the walking condition of the user wearing the knee care walking assist supporter for elderly people according to the present invention using a myoelectric potential sensor and an acceleration sensor, and determines the appropriate timing to activate the artificial muscle part. Predicted by AI, the relevant timing is assumed to be the time when weight is applied to the knee and the response time of the artificial muscle is subtracted from just before the knee becomes painful. Features are extracted from the myoelectric potential sensor and the acceleration sensor, and threshold processing is performed. It is also possible to adopt a configuration in which the user's walking status is classified in real time using a machine learning model.

また、本発明は、前記高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターを構成する全ての部材をスパッツに備えた構成を採用することもできる。 Moreover, the present invention can also adopt a configuration in which spats are provided with all the members constituting the knee care type walking assist supporter for the elderly.

また、本発明は、前記高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターを構成する全ての部材をサポーターに備えた構成を採用することもできる。 Moreover, the present invention can also adopt a configuration in which the supporter is equipped with all the members constituting the knee care type walking assist supporter for the elderly.

本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターによれば、体重を支えて膝の曲げ伸ばしを補助する従来の歩行アシストではなく、膝の痛みに対応し、痛みを抑制するものであり、特に膝関節の疾患を有する高齢者にも手軽に利用できるという優れた効果を発揮する。 According to the knee care type walking assist supporter for the elderly according to the present invention, it is not a conventional walking assist supporter that supports the body weight and assists in bending and straightening the knee, but it copes with knee pain and suppresses the pain. It is particularly effective and can be easily used by elderly people with knee joint diseases.

また、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターによれば、従来型のサポーターでは膝を曲げにくい、うっ血する、及び長時間装着できない等の問題を解決することができるという優れた効果を発揮する。 In addition, the knee care type walking assist supporter for the elderly according to the present invention has the excellent effect of being able to solve the problems of conventional supports, such as difficulty in bending the knee, congestion, and inability to wear it for long periods of time. demonstrate.

また、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターによれば、外科的手術などの医療行為や薬剤の投与などと比較してリスクを恐れることなく手軽に利用することができるという優れた効果を発揮するものである。 In addition, the knee care walking assist supporter for the elderly according to the present invention has the advantage of being easier to use without fear of risks compared to medical procedures such as surgery or administration of drugs. It is effective.

また、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターによれば、構成はシンプルであり、膝関節周りに武骨なフレームやアクチュエーターを配置しなくても済むため、従来の歩行アシスト装置と比較して、ズボンの下に装着できるなど、スマートに装着できるという優れた効果を発揮するものである。 Further, according to the knee care type walking assist supporter for the elderly according to the present invention, the structure is simple and there is no need to arrange a bulky frame or actuator around the knee joint, so it is different from conventional walking assist devices. In comparison, it can be worn smartly, such as by being able to be worn under pants, and has excellent effects.

また、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターによれば、膝に疾患を有す高齢者の行動範囲を広げてよりアクティブで充実した生活が出来るという優れた効果を発揮するものである。 In addition, the knee care type walking assist supporter for the elderly according to the present invention has the excellent effect of expanding the range of activities of elderly people with knee diseases and enabling them to live more active and fulfilling lives. be.

本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターの基本構成を説明する基本構成説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a basic structure explanatory drawing explaining the basic structure of the knee care type walking assist supporter for the elderly based on this invention. 本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターの膝関節の動作と痛みとの関係を示す痛み状態説明図である。FIG. 2 is a pain state explanatory diagram showing the relationship between knee joint motion and pain of the knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. 本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける実施例を説明する実施例説明図である。BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is an Example explanatory drawing explaining the Example of the knee care type walking assist supporter for the elderly based on this invention. 本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける別の実施例を説明する実施例説明図である。It is an Example explanatory view explaining another Example of the knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. 本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける人筋肉部の膝関節への別の取り回し例を説明する使用例説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram of a usage example illustrating another example of how the artificial muscle portion is routed to the knee joint in the knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. 本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける応用例を示す応用例説明図である。It is an explanatory view of an application example showing an application example of the knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention.

本発明は、膝の痛みを抑制緩和するサポーターであって、人筋肉部と、センサー部と、圧縮空気入出力装置部と、制御装置部とから成り、前記人筋肉部には細径人筋肉を複数布状に配置した人筋肉及びパット状又はチューブ状の人筋肉を組み合わせたものであり、前記センサー部は、少なくとも筋電位センサーおよび加速度センサーから成り、前記圧縮空気入出力装置部にはエアーポンプと、耐圧ホースと、レギュレーターとを備え、前記制御装置部には、電源装置と、演算装置と、動作のデータを記録しておく記憶装置とを備え、膝関節周りに備えた前記筋電位センサーから膝関節の可動域内における膝の状態を前記制御装置部へ送り、膝が痛む状態及び痛む状態へ向かう時には前記人筋肉部を締め付け、膝が痛まない状態及び痛まない状態へ向かう時には前記人筋肉部を緩めるように前記制御装置部により前記圧縮空気入出力装置部を制御して、膝の痛みをケアするとともに、膝関節は曲げやすくすることを最大の特徴とするものである。即ち、本発明者は発想を転換し、人筋肉といったアクチュエーターをパワーアシストに使用するのではなく、膝を守ることに使用することを発案したものである。以下、図面に基づいて説明する。但し、係る図面に記載された形状や構成に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の創作として発揮する効果の得られる範囲内で変更可能である。 The present invention is a supporter for suppressing and alleviating knee pain, which includes an artificial muscle section, a sensor section, a compressed air input/output device section, and a control device section, and the artificial muscle section has a small diameter. It is a combination of artificial muscles in which a plurality of artificial muscles are arranged in the form of a cloth, and artificial muscles in the form of pads or tubes, and the sensor section includes at least a myoelectric potential sensor and an acceleration sensor, and The device section is equipped with an air pump, a pressure hose, and a regulator, and the control device section is equipped with a power supply device, a calculation device, and a storage device for recording operation data. The state of the knee within the range of motion of the knee joint is sent from the myoelectric potential sensor provided to the control device section, and when the knee is in a painful state or heading toward a painful state, the artificial muscle section is tightened, and the knee is in a state where it does not hurt or is not in pain. The main feature is that the compressed air input/output device section is controlled by the control device section so as to loosen the artificial muscle section when going to the state, thereby taking care of knee pain and making it easier to bend the knee joint. It is something to do. That is, the inventor of the present invention changed his thinking and proposed using an actuator such as an artificial muscle not for power assist but for protecting the knee. The following will explain based on the drawings. However, the shapes and configurations are not limited to those shown in the drawings, and can be changed within the scope of obtaining the effect of creating the technical idea of the present invention.

図1は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターの基本構成を説明する基本構成説明図である。また、図1は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターの作動状態を示す作動状態説明図でもある。図1に示すとおり、センサー部20から筋電位センサー21による信号を制御装置部200に送り、演算装置220によって膝関節周りの可動状態を把握し、エアーポンプ130からの圧縮空気の吸い込みと吐き出しを行うタイミングを算出し、電磁弁170へのオンオフ制御やモーターの位置制御等をする構成を示している。係る圧縮空気による人筋肉部10への制御には予め多数の膝関節の患者からのデータに基づいて行わせる構成と、AI240による教師データに基づいた構成のより高い制御ができる構成とすることも好適である。なお、可動速度が速い場合に対応できるようにエアータンク140を用いる構成とすればこれに対応することが可能となる。 FIG. 1 is a basic configuration explanatory diagram illustrating the basic configuration of a knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. Moreover, FIG. 1 is also an explanatory view of the operating state showing the operating state of the knee care type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. As shown in FIG. 1, the sensor section 20 sends a signal from the myoelectric potential sensor 21 to the control device section 200, the arithmetic device 220 grasps the movement state around the knee joint, and controls the suction and discharge of compressed air from the air pump 130. This figure shows a configuration that calculates the timing to perform the on/off control of the solenoid valve 170, the position control of the motor, etc. The control of the artificial muscle section 10 using compressed air may be performed based on data from patients on a large number of knee joints in advance, or may be configured to allow higher control based on teacher data by the AI 240. is also suitable. Incidentally, if the air tank 140 is used in a configuration that can cope with the case where the moving speed is high, it becomes possible to cope with this.

高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1は、膝Hが痛む状態の時だけ前記人筋肉部10を締め付け、膝が痛まない状態の時には前記人筋肉部10を緩めるように前記制御装置部200により前記電磁弁170等を制御して行い、膝Hの痛みをケアするとともに、膝関節は曲げやすくするものである。即ち、本発明者は発想を転換し、人筋肉といったアクチュエーターをパワーアシストに使用するのではなく、膝Hを守ることを主たる目的として使用することを発案したものである。具体的には人筋肉部10により、膝Hに体重がかかっているとき,若しくはこれから掛かる時のみに膝Hを締め上げて保護を行い、膝Hに体重がかからず、膝Hを曲げようとするときは締め上げ力を緩めて自由な運動ができるようにするものである。係る方式であれば、ユーザーの体重を支える必要がないため、人筋肉部10及び圧縮空気入出力装置100に大きな出力は必要なく、小型化が可能である。 The knee care type walking assist supporter 1 for the elderly has the control device section configured to tighten the artificial muscle section 10 only when the knee H is in pain, and to loosen the artificial muscle section 10 when the knee is not in pain. 200 controls the electromagnetic valve 170 and the like to treat pain in the knee H and to make the knee joint easier to bend. That is, the inventor of the present invention changed his thinking and proposed to use an actuator such as an artificial muscle not for power assist but for the main purpose of protecting the knee H. Specifically, the artificial muscle part 10 protects the knee H by tightening it only when weight is being applied or will be applied to the knee H, and the knee H is bent without any weight being applied to the knee H. When attempting to do so, the tightening force is loosened to allow free movement. With such a system, there is no need to support the user's weight, so the artificial muscle section 10 and the compressed air input/output device 100 do not need a large output, and can be downsized.

筋肉部10は、細径人筋肉を複数布状に配置した人筋肉(11)またはパット状又はチューブ状の人筋肉(12)及びこれを組み合わせたものであり、圧縮空気の出し入れによって引っ張り力等を発生する構成の人筋肉を用いる。係る構成の人筋肉を使用する理由は、人筋肉によって膝回りをシーンに応じて締め付けたり、緩めたりを適宜行い、膝Hのサポーターとしての膝Hをケアする能力に加え、膝Hの自由な動きを妨げないことと、締め付けられ続けることによる血流悪化やうっ血を防ぐためである。 The artificial muscle part 10 is an artificial muscle (11) in which a plurality of small-diameter artificial muscles are arranged in a cloth shape, or a pad-like or tube-like artificial muscle (12), and a combination thereof, and is made of compressed air. An artificial muscle is used that is configured to generate tensile force, etc. when it is moved in and out. The reason for using an artificial muscle with such a configuration is that the artificial muscle tightens or loosens the area around the knee as appropriate depending on the situation, and in addition to the ability to care for the knee H as a supporter of the knee H, This is to not hinder free movement and to prevent deterioration of blood flow and congestion due to continued tightening.

布状に配置した人筋肉11は、細径人筋肉を編み込んで布状にしたものを用いる。これは「補助器具を知られたくない」というユーザーのニーズから来ているものであり、出来るだけ目立たないアクチュエーターの選択からである。係る細径人筋肉は、通常の人筋肉と比較して出力が劣るものの、膝Hの締め付けに必要な力は約42Nであり、十本並べた布状に配置した人筋肉11であれば十分に発揮が可能である。具体的には係る布状の人筋肉10を膝H回りに設置し、圧縮空気は筋電位センサー21、加速度センサー22、エアーポンプ130、電磁弁170等を介して出し入れされ、形状は布上であることからサポーター形式やスパッツ形式とすることができるものである。従って、従来のアクチュエーターによる関節駆動とは異なり、人の体重を支えて膝Hの曲げ伸ばしをさせるものではなく、エアーポンプ130や、エアータンク140は小型軽量ですみ、ポーチやバッグなどへ収納することができる点で膝関節周りをすっきりと収めることが可能となる。なお、図面において布状人筋肉11には、細径人筋肉が並んだようには示していないが、実際には細径人筋肉を複数本横に並べるか、若しくは編み込んで布状に構成したものである。 The artificial muscles 11 arranged in a cloth shape are made by knitting small diameter artificial muscles into a cloth shape. This stems from the user's need to ``not want people to know about their auxiliary devices,'' and to select actuators that are as inconspicuous as possible. Although the output of such small-diameter artificial muscles is inferior to that of normal artificial muscles, the force required to tighten the knee H is approximately 42 N, and the force required to tighten the knee H is approximately 42 N. If you have it, you can fully demonstrate your abilities. Specifically, the cloth-like artificial muscle 10 is installed around the knee H, compressed air is taken in and out through the myoelectric potential sensor 21, the acceleration sensor 22, the air pump 130, the solenoid valve 170, etc., and the shape is cloth-like. Therefore, it can be made into a supporter format or a spats format. Therefore, unlike conventional joint drive using actuators, the air pump 130 and the air tank 140 are small and lightweight, and can be stored in a pouch or bag. This allows the area around the knee joint to fit neatly. In addition, although the cloth-like artificial muscles 11 are not shown as having thin-diameter artificial muscles arranged side by side in the drawings, in reality, a plurality of thin-diameter artificial muscles are arranged side by side or are woven to form a cloth-like shape. It is composed of

パット状又はチューブ状の人筋肉12は、細径人筋肉をパット状に配置した人筋肉であり、特にアシスト機能を発揮させるものである。即ち、布状に配置した人筋肉(11)の補助効果を発揮するものであり、作動原理は布状に配置した人筋肉11と同様であるが、係る布状に配置した人筋肉11は膝Hの痛みを和らげるために用いるのに対し、パット状又はチューブ状の人筋肉12は、筋肉のパワーアシストを主たる目的として設ける点で相違する。具体的には、パッド状の形状に成形された人筋肉を膝Hの外側や内側に縦方向が長手となるように配置し、荷重が掛かっている場合であって膝Hを伸ばす際には圧縮空気により加圧し、曲げる際に圧力を抜くことで筋肉をアシストしつつ、膝Hの曲げ伸ばしをし易くするものである。 The pad-shaped or tube-shaped artificial muscle 12 is an artificial muscle in which small-diameter artificial muscles are arranged in a pad shape, and particularly exhibits an assist function. That is, it exhibits the auxiliary effect of the artificial muscle (11) arranged in a cloth-like manner, and the operating principle is the same as that of the artificial muscle (11) arranged in a cloth-like manner, but the artificial muscle (11) arranged in a cloth-like manner 11 is used to relieve pain in the knee H, whereas the pad-shaped or tube-shaped artificial muscle 12 is different in that the main purpose is to provide power assist to the muscle. Specifically, artificial muscles molded into a pad-like shape are placed on the outside or inside of the knee H so that the longitudinal direction is the long side, and when a load is applied and the knee H is extended. The device applies pressure with compressed air and releases the pressure when bending, thereby assisting the muscles and making it easier to bend and straighten the knee H.

筋電位センサー21は、生物の筋細胞(筋繊維)が収縮活動するときに発生する活動電位である筋電位を感知するセンサーである。その筋肉内で発生する微弱な電場の変化を示した筋電図から人間の筋肉の動きを読みとれるため、筋電位を計測する仕組みを筋肉が動作するメカニズムから微弱な電場を取得するものである。筋肉は多数の筋繊維によって構成され、かかる筋繊維は神経線維と同様な興奮性の細胞膜を持っており、興奮に伴い膜電位が変化する。これは筋繊維一つ一つで生じる現象であり、複数の筋繊維が束なっている筋肉では様々なタイミングでこの活動電位が生じている。筋肉は複数の筋繊維が束になっている構造をしているが、小さい力を出す場合は一部の筋繊維のみが収縮するため、徐々に力を入れていくと収縮する筋繊維は徐々に数を増し活動電位の数も増す。つまり複数の活動電位を組み合わせた複合活動電位は力の入れ具合によって大きさが増すことになる。この複合活動電位を利用し、又記憶装置へ記録する。 The myoelectric potential sensor 21 is a sensor that senses myoelectric potential, which is an action potential generated when muscle cells (muscle fibers) of living organisms contract. Human muscle movements can be read from the electromyogram, which shows changes in the weak electric field generated within the muscle, so the mechanism for measuring myoelectric potential is to obtain the weak electric field from the mechanism of muscle movement. . Muscles are composed of a large number of muscle fibers, and these muscle fibers have excitable cell membranes similar to those of nerve fibers, and their membrane potential changes as they are excited. This is a phenomenon that occurs in each muscle fiber, and in muscles where multiple muscle fibers are bundled, this action potential occurs at various timings. Muscles have a structure in which multiple muscle fibers are bundled together, but when a small force is exerted, only some muscle fibers contract, so as you gradually increase the force, the muscle fibers that contract gradually The number of action potentials also increases. In other words, the magnitude of a compound action potential that combines multiple action potentials increases depending on the degree of force applied. This compound action potential is used and recorded in a storage device.

加速度センサー22は、物体の加速度を計測する機器である。また、加速度センサー22には、1軸、2軸、3軸のタイプがあり、3軸のセンサーは、上下、左右、前後の3軸方向に対する速度を計測することで、傾きや、方向、重力を感知できる。たとえば、膝付近の移動速度を判断したり、膝の曲がり角度を捉えたり、これら速度の変化を自動的に測定し判断するための情報を得ることができるものである。小型化を図った加速度センサー22は質量が小さいため感度は低下するものの劇的な小型化は可能であり、膝関節付近に配置してもスマートさを失わない。なお、精度は測定軸を基準に左右されるため、例えば、軸の方向を大腿部に沿って固定するなど配置する位置に留意する。 The acceleration sensor 22 is a device that measures the acceleration of an object. In addition, there are 1-axis, 2-axis, and 3-axis types of acceleration sensor 22. The 3-axis sensor measures velocity in the 3-axis directions of up and down, left and right, and front and back, and can detect tilt, direction, and gravity. can be detected. For example, it is possible to determine the moving speed near the knee, to determine the bending angle of the knee, and to automatically measure changes in these speeds and obtain information for making decisions. Although the downsized acceleration sensor 22 has a small mass and therefore has reduced sensitivity, it can be dramatically downsized and does not lose its smartness even when placed near the knee joint. Note that since the accuracy depends on the measurement axis as a reference, care should be taken regarding the placement position, such as fixing the direction of the axis along the thigh.

エアーポンプ130は、圧縮した空気を圧送する装置のことであり、羽根車若しくはロータの回転運動又はピストンの往復運動によって気体や液体などの流体を圧送する機械のことである。コンプレッサーともいう。なお、エアーポンプ130は流体機械に分類され、機械エネルギーを流体の持つエネルギーに変換する機械である。したがって気体にエネルギーを与え低圧から高圧へ送り出す送風機、圧縮機、排風機は本質的に同じ機械である。係る呼び名の違いはそれぞれの用途に応じた呼び方であり、圧送か排出か、低圧力比か高圧力比かの違いであって動作原理は共通するものである。いずれも特徴としては気体の熱と圧力により機械の各部に大きな応力が生じること、圧力比が大きくなるほど圧送するためには大きな動力が必要になるなど気体の圧縮性を考慮した設計が必要になる。本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1で使用するエアーポンプ130には、ピストンまたはプランジャーの往復動により液体の吸込・吐出し作用を行うポンプ、所謂容積式ポンプが好適である。モーターの回転からロータや歯車を駆動するロータリー型ポンプや、ベーンポンプでもよく、連続して吸い込みと吐き出しを行うものであればよい。ピストンの往復運動によって空気の吸入と排出を繰り返すレシプロ型ポンプが好適といえる。 The air pump 130 is a device that pumps compressed air, and is a machine that pumps fluid such as gas or liquid by the rotational movement of an impeller or rotor or the reciprocating movement of a piston. Also called a compressor. Note that the air pump 130 is classified as a fluid machine, and is a machine that converts mechanical energy into energy possessed by fluid. Therefore, the blower, compressor, and exhaust fan that give energy to gas and send it from low pressure to high pressure are essentially the same machines. These different names are based on their respective uses, such as pressure feeding or discharge, or low pressure ratio or high pressure ratio, but the operating principle is common. Both are characterized by the fact that the heat and pressure of the gas generates large stress in each part of the machine, and the higher the pressure ratio, the greater the power required to pump, requiring a design that takes into account the compressibility of the gas. . The air pump 130 used in the knee care walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention is preferably a so-called positive displacement pump, which sucks in and discharges liquid by reciprocating a piston or plunger. . It may be a rotary pump that drives a rotor or gears from the rotation of a motor, or a vane pump, as long as it performs suction and discharge continuously. A reciprocating pump that repeatedly sucks in and discharges air through reciprocating movement of a piston is suitable.

エアータンク140は、エアーポンプ130から供給された圧縮空気において、安定した空気圧を確保するために使用される器具である。小型コンプレッサーでは、内蔵タンク容量が小さいため、使用中に再加圧が頻繁に発生してしまう。これを予防するためには、エアータンク140を追加して高圧空気をより多く溜めることが必要である。また、追加されたエアータンク140は、エアを溜めた状態でコンプレッサーから取り外すことができる。 The air tank 140 is a device used to ensure stable air pressure in the compressed air supplied from the air pump 130. Small compressors have a small built-in tank capacity, so repressurization frequently occurs during use. In order to prevent this, it is necessary to add an air tank 140 to store more high-pressure air. Further, the added air tank 140 can be removed from the compressor while still storing air.

電磁弁170は、電磁石と弁を組み合わせたもので、電気をON、OFFすることにより、圧縮空気による流体を止めたり、流したり、また流れの方向を切り換えるものである。電磁弁170は、筋電位センサー21や加速度センサー22からの信号に基づき、制御装置部200を介して演算された出力信号により、ON、OFF動作を行い圧縮空気の流れる方向を切り替える。 The electromagnetic valve 170 is a combination of an electromagnet and a valve, and is used to stop or flow compressed air fluid, or change the direction of flow, by turning electricity on and off. The electromagnetic valve 170 is turned on and off based on signals from the myoelectric potential sensor 21 and the acceleration sensor 22, and is operated by an output signal calculated via the control device section 200 to switch the direction in which the compressed air flows.

耐圧ホース150は、圧縮空気や動作流体等の搬送に用いられる可撓性を有する管であり、高い気密性と耐圧性を備えたものを用いる。 The pressure hose 150 is a flexible tube used for conveying compressed air, working fluid, etc., and has high airtightness and pressure resistance.

逆止弁180は、気体用や液体用の配管に取り付けておき、流体の背圧によって弁体が逆流を防止する形で作動する構造にした弁である。圧縮空気は圧力の高い方から低い方へ流れるため、何らかの理由により一次側と二次側とにおける圧力の高低差が逆転した場合の逆流を防止することができることから、設けることが望ましい。 The check valve 180 is a valve that is attached to a gas or liquid pipe and has a structure in which a valve body is operated by back pressure of the fluid to prevent backflow. Since compressed air flows from a higher pressure side to a lower pressure side, it is desirable to provide this because it can prevent backflow when the pressure difference between the primary side and the secondary side is reversed for some reason.

電源装置210は、エアーポンプ130や制御装置部200或いは電磁弁170等を駆動させるための電力を供給する装置である。小型軽量化により携帯性を高めるとともに、充電の耐用回数を増やすために、近年普及しているモバイル機器用のリチウム電池などを利用することが考えられる。 The power supply device 210 is a device that supplies power to drive the air pump 130, the control device section 200, the solenoid valve 170, and the like. In order to improve portability by reducing the size and weight and increase the number of charging cycles, it is possible to use lithium batteries for mobile devices, which have become popular in recent years.

記憶装置230は、プログラムや動作データを格納、保持し、取り出すことができる装置である。ストレージともいう。制御装置部200では、プログラムとデータをともに記憶装置230へ記憶しておき、順次、プログラムを構成している命令を実行し、データに(場合によっては命令にさえも)操作を施していくことによって、自動的に処理が行われる。そこで、制御装置部200において記憶装置230は必須の構成要素であるといえる。 The storage device 230 is a device that can store, retain, and retrieve programs and operational data. Also called storage. The control device section 200 stores both the program and data in the storage device 230, and sequentially executes the instructions that make up the program and performs operations on the data (or even the instructions in some cases). The process will be performed automatically. Therefore, it can be said that the storage device 230 is an essential component in the control device section 200.

圧縮空気入出力装置100は、人筋肉部10を駆動するために必要なエアーポンプ130と、該エアーポンプ130で発生した圧縮空気を伝達するための耐圧ホース150や、送圧力を規制するレギュレーター160等によって構成されるものである。なお、動作流体として気体のみならず、水や油を利用する水圧式や油圧式を除くものではない。 The compressed air input/output device 100 includes an air pump 130 necessary for driving the artificial muscle part 10, a pressure hose 150 for transmitting the compressed air generated by the air pump 130, and a regulator for regulating the sending pressure. 160 etc. Note that this does not exclude water pressure types and hydraulic types that use not only gas but also water and oil as the working fluid.

レギュレーター160は、エアコンプレッサで作成した圧縮空気の圧力を高圧から低圧へ減圧するための機器である。人筋肉は必要となるエア圧力の範囲が決まっており、空気圧機器を扱う上でほぼ必ずと言って良いほど使用されるものである。
例えば、エアーポンプ130から0.7MPaの空気が流れてくるが実際使用したいのは0.5MPaだった場合、レギュレーター160によって0.7MPaから0.5MPaに減圧して調整をすることになる。二次側(出口側)に使用する人筋肉や電磁弁には最高使用圧力というものがあり、機器を安全に正常に使用するための最大圧力が定められている。係る最高使用圧力の範囲内でエア圧力を調整するケースがあり、このような場合にレギュレーター160で圧力を下げる必要がある。また、人筋肉の推力はそのサイズと使用圧力で決まることから、人筋肉の力が必要以上に強くなりすぎないようするのにも、レギュレーター160で圧力を下げて調整する必要がある。なお、エアーポンプ130で作られる圧縮空気の圧力は、大きく上がったり下がったりと脈動し、係る脈動の発生は、人筋肉の推力が不安定になったり、装置の寿命を短くしたりと大きな悪影響を与える。しかし、レギュレーター160はこのような圧力の脈動を抑える機能も持っており、そのため圧力調整の必要性がなくとも、装置の安定稼働のためにもレギュレーター160を設けることが望ましい。
The regulator 160 is a device for reducing the pressure of compressed air created by an air compressor from high pressure to low pressure. Artificial muscles require a specific range of air pressure, and are almost always used when handling pneumatic equipment.
For example, if 0.7 MPa of air flows from the air pump 130, but what is actually desired is 0.5 MPa, the regulator 160 will reduce the pressure from 0.7 MPa to 0.5 MPa for adjustment. Artificial muscles and solenoid valves used on the secondary side (outlet side) have a maximum working pressure, which is the maximum pressure required for safe and normal use of the equipment. There are cases where the air pressure is adjusted within the range of the maximum working pressure, and in such cases it is necessary to lower the pressure with the regulator 160. Furthermore, since the thrust of the artificial muscle is determined by its size and operating pressure, it is necessary to adjust the pressure by lowering the pressure with the regulator 160 in order to prevent the force of the artificial muscle from becoming too strong than necessary. It should be noted that the pressure of the compressed air produced by the air pump 130 pulsates, increasing and decreasing significantly, and the occurrence of such pulsations can have serious negative effects such as making the thrust of the artificial muscle unstable and shortening the life of the device. give. However, the regulator 160 also has the function of suppressing such pressure pulsations, and therefore, even if there is no need for pressure regulation, it is desirable to provide the regulator 160 for stable operation of the device.

制御装置部200は、記憶装置90に書き込まれたプログラム指令に基づいてあらかじめ設定された操作を電磁弁170等の制御対象に行う装置である。また、制御装置部200は、筋電位センサー21や加速度センサー22からの入力信号に基づき、演算回路を介して、電磁弁のON、OFF動作やそのタイミングなど必要な制御指令を演算し、制御信号を出力する。なお、制御指令の対象がエアーポンプ130のモーター制御であって、該モーターがサーボモーターやステッピングモーターであれば、PWM制御のパルス幅変調により回転角を制御し、ポンプのピストンが上死点から下死点へと直線運動を繰り返し動作させることができる。 The control device section 200 is a device that performs a preset operation on a controlled object such as the electromagnetic valve 170 based on program instructions written in the storage device 90 . In addition, the control device section 200 calculates necessary control commands such as ON/OFF operation and timing of the solenoid valve via an arithmetic circuit based on input signals from the myoelectric potential sensor 21 and the acceleration sensor 22, and generates control signals. Output. Note that if the target of the control command is the motor control of the air pump 130, and the motor is a servo motor or a stepping motor, the rotation angle is controlled by pulse width modulation of PWM control, and the pump piston moves from the top dead center. It is possible to repeat linear motion to the bottom dead center.

加圧量調整機構110は、人筋肉による締め付け力を調整できる機構である。簡易的な具体例を挙げると、レギュレーター160により人筋肉への空気の圧縮力を調整して得られる作用力を調整することができる。上限を決めることによって、それ以上の圧力制限を行い、使用範囲内における圧力調整が可能である。 The pressurization amount adjustment mechanism 110 is a mechanism that can adjust the tightening force of the artificial muscle. To give a simple specific example, the acting force obtained by adjusting the compressive force of air to the artificial muscle can be adjusted using the regulator 160. By determining the upper limit, it is possible to further limit the pressure and adjust the pressure within the usage range.

サポーター300は、一般的に運動選手などが、手足の関節や局部などを保護するために当てるゴムを織り込んだ布製の包帯をいう。本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1においては、図5に示すとおり膝関節周りのみに全ての構成部材を備えるためのサポーター300である。 The supporter 300 is generally a cloth bandage woven with rubber that is applied by athletes to protect the joints and private parts of their limbs. In the knee care type walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention, as shown in FIG. 5, it is a supporter 300 that includes all the constituent members only around the knee joint.

ベルト310は、エアーポンプ、エアータンク、バッテリー等の電源装置のような重量物や体積的に大きなものとなる部材を腰Kのベルトに配置することで重量物を楽に備える為のものである。 The belt 310 is used to easily carry heavy objects such as an air pump, an air tank, a battery, or other power supply device, or a member that is large in volume by placing it on the belt around the waist K.

スパッツ400は、伸縮性に富み吸汗性に優れるなど機能を高めたスポーツのトレーニング用が普及し広く着用されている。スポーツ医学に基づくテーピングの原理を応用して効果に着目したものも開発が進んでおり、下腹部、臀部、膝関節や腰Kをサポートし引き締め、筋肉の揺れを抑えケガの防止効果があるとされる。そしてこれに、図4に示すとおり、本発明に係る全ての構成部材を備えることにより、スパッツ400を着用するだけで本発明の効果を得られるというものである。 Spats 400 are popular and widely worn for sports training as they have enhanced functionality such as high elasticity and excellent sweat absorption. Taping is being developed based on the principles of taping based on sports medicine, and is said to support and tighten the lower abdomen, buttocks, knee joints, and lower back, suppress muscle sway, and prevent injuries. be done. Furthermore, as shown in FIG. 4, by providing all the constituent members according to the present invention, the effects of the present invention can be obtained just by wearing the spats 400.

AI240は、所謂人知能であって、教師データとなる膝Hの痛いタイミングと痛くないときのタイミングを各種センサー(筋電位センサー21・加速度センサー22)から学習し、このデータに基づいて膝Hの動作に伴う痛みとの関連付けを行う。その結果、脚の運動状況からAI240に人筋肉10の締め付けと緩めるタイミングの指示を出す。また、膝Hに体重がかかっている状態とかかっていない状態を教師データとして把握するために各種センサーを併用して学習させる。係る学習情報は予め多数の人の関節の動きを捉えることが可能であり、また更に膝Hの痛みは各個人によっても異なるためより多くの情報を集めるべくインターネット回線を介したデータベースへのアクセスを可能とすることも有効である。 The AI 240 is a so-called artificial intelligence that learns the timing when the knee H hurts and the timing when it does not hurt, which is training data, from various sensors (myoelectric potential sensor 21 and acceleration sensor 22), and uses this data to adjust the knee H based on this data. and the pain that accompanies the movement. As a result, instructions are given to the AI 240 regarding the timing of tightening and loosening the artificial muscle 10 based on the state of leg movement. In addition, various sensors are used in combination to learn as training data the state in which weight is being applied to the knee H and the state in which it is not. Such learning information can be used to capture the joint movements of many people in advance, and since knee H pain differs from person to person, it is necessary to access the database via the Internet in order to collect more information. It is also effective to make it possible.

図2は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1の膝関節の動作と痛みとの関係を示す痛み状態説明図であり、図2(a)は平坦な場所を歩行する時を示し、図2(b)は階段を下りる時をそれぞれ示している。いずれも四角で囲った膝Hの状態では比較的痛みはなく(体重が膝に作用しない状態)、丸で囲った膝Hの状態(体重が膝に作用する状態)では痛みを生じるというものである。係る痛みの程度については人によって様々であり、一概には言えないものの、おおよそ高齢者における膝Hの痛む症状の代表例である。従って、これを例にとれば、四角で囲った膝Hの状態から丸で囲った膝Hの状態に移行する直前から人工筋肉へ圧縮空気を送って締め付け始めることが望ましく、これは筋繊維センサー21の信号から予測して駆動することとなる。その後、丸で囲った膝Hの状態から四角で囲った膝Hの状態において人工筋肉へ圧送した空気を排出し、圧縮力を緩めて楽にする。 FIG. 2 is a pain state explanatory diagram showing the relationship between the movement of the knee joint and pain of the knee care type walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention, and FIG. 2(a) shows the pain state when walking on a flat place , and FIG. 2(b) shows the time of going down the stairs. In both cases, there is relatively no pain in the state of the knee H (circled) (the state in which the body weight does not act on the knee), and pain occurs in the state in which the knee H (the state in which the body weight acts on the knee) is in the circle. be. Although the degree of pain varies from person to person and cannot be generalized, it is a typical example of knee H pain in elderly people. Therefore, taking this as an example, it is desirable to send compressed air to the artificial muscle and start tightening it just before the state of the knee H (squared) changes to the knee H (circled). The driving is performed by predicting from the signal of No. 21. Thereafter, the compressed air is discharged from the knee H (circled) to the knee H (squared) to loosen the compression force and make it easier.

図3は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1における実施例を説明する実施例説明図であり、所謂スパッツタイプである。即ち必要な構成部材がスパッツ400に装着され、これを履くだけで高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターを利用することができるというものである。 FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an embodiment of the knee care type walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention, which is of a so-called spats type. That is, the necessary components are attached to the spats 400, and the knee care type walking assist supporter for the elderly can be used simply by wearing the spats 400.

図4は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1における別の実施例を説明する実施例説明図であり、所謂サポータータイプである。即ち必要な構成部材がサポーター300に全て装着され、これを履くだけで高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターを利用することができるというものである。 FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating another embodiment of the knee care walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention, which is a so-called supporter type. That is, all the necessary components are attached to the supporter 300, and the knee care type walking assist supporter for the elderly can be used simply by wearing the supporter 300.

図5は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける人筋肉部の膝関節への別の取り回し例を説明する使用例説明図であり、図5(a)は、膝蓋骨を斜めに交差するように配置した構成を左側に正面図、右側に側面図として示し、図5(b)は、膝の上下を外足から内側に向かって斜めへの配置とその上下に横方向に取り回して配置した構成を、左側に正面図、右側に側面図として示す。 FIG. 5 is a usage example explanatory diagram illustrating another example of how the artificial muscle part is routed to the knee joint in the knee care type walking assist supporter for the elderly according to the present invention, and FIG. The diagonally intersecting configuration is shown as a front view on the left side and a side view on the right side. Figure 5(b) shows the configuration in which the upper and lower knees are placed diagonally inward from the outer foot, and the lateral direction above and below the knees. A front view is shown on the left, and a side view is shown on the right.

図6は、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーターにおける応用例を示すものであり、図6(a)は、腰Kに利用する対応を示し、図6(b)は、その背面からの図を示している。膝の上下を外足から内側に向かって斜めへの配置とその上下に横方向に取り回して配置した構成を示している。図6に示すように、本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1を腰痛の疾患を有している人への応用利用であって、特にコルセットの効果を得ながら痛みが出るときは締めつけて、痛みが出ない時には緩めるという利用体系も考え得る。 FIG. 6 shows an application example of the knee care-type walking assist supporter for elderly people according to the present invention. FIG. A view from the back is shown. It shows a configuration in which the upper and lower parts of the knee are arranged diagonally from the outer foot toward the inside, and the upper and lower parts of the knee are arranged horizontally. As shown in FIG. 6, the knee care type walking assist supporter 1 for elderly people according to the present invention is applied to people who have low back pain, especially when they experience pain while obtaining the effects of a corset. It is also possible to consider a usage system in which it is tightened and loosened when no pain occurs.

本発明に係る高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター1によれば、高齢者やスポーツ障害等により膝の痛む多くの方へ貢献でき、特に医療の分野において産業上利用可能性は高いと思慮されるものである。 According to the knee care type walking assist supporter 1 for the elderly according to the present invention, it can contribute to many people who suffer from knee pain due to elderly people or sports injuries, and it is considered that it has high industrial applicability, especially in the medical field. It is something that

1 高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター
10 人筋肉部
11 布状に配置した人筋肉
12 パット状又はチューブ状の人筋肉
20 センサー部
21 筋電位センサー
22 加速度センサー
100 圧縮空気入出力装置
110 加圧量調整機構
130 エアーポンプ
140 エアータンク
150 耐圧ホース
160 レギュレーター
170 電磁弁
180 逆止弁
200 制御装置部
210 電源装置
220 演算装置
230 記憶装置
240 AI
300 サポーター
310 ベルト
400 スパッツ
H 膝
K 腰

1 Knee care type walking assist supporter for the elderly 10 Artificial muscle part 11 Artificial muscle arranged in a cloth form 12 Pad-like or tube-like artificial muscle 20 Sensor part 21 Myoelectric potential sensor 22 Acceleration sensor 100 Compressed air input/output device 110 Pressure amount adjustment mechanism 130 Air pump 140 Air tank 150 Pressure resistant hose 160 Regulator 170 Solenoid valve 180 Check valve 200 Control device section 210 Power supply device 220 Arithmetic device 230 Storage device 240 AI
300 Supporter 310 Belt 400 Spats
H Knee K Waist

Claims (3)

膝(H)の痛みを抑制緩和するサポーターであって、
人工筋肉部(10)と、
センサー部(20)と、
圧縮空気入出力装置部(100)と、
制御装置部(200)とから成り、
前記人工筋肉部(10)には細径人工筋肉を複数布状に配置した人工筋肉(11)及びパット状又はチューブ状となるように細径人工筋肉を配置した人工筋肉(12)とを組み合わせたものであり、
前記センサー部(20)は、少なくとも筋電位センサー(21)と加速度センサー(22)を備え、
前記圧縮空気入出力装置部(100)には
エアーポンプ(130)と、
耐圧ホース(150)と、
レギュレーター(160)とを備え、
前記制御装置部(200)には、
電源装置(210)と、
演算装置(220)と、
動作のデータを記録しておく記憶装置(230)と、
AI(240)とを備え、
膝関節周りに備えた前記筋電位センサー(21)及び前記加速度センサー(22)から膝関節の可動域内における膝(H)の状態を前記制御装置部(200)へ送り、
該膝(H)の状態の特徴量を抽出し、機械学習モデルによりユーザーの歩行状態の分類をリアルタイムで行い、
記AI(240)により、膝(H)が痛む状態及び痛む状態へ向かうと判断される場合には前記人工筋肉部(10)に圧縮空気を送って締め付け始め、
痛まない状態及び痛まない状態へ向かうと判断される場合には前記人工筋肉部(10)へ圧送した空気を排出して緩めるように前記圧縮空気入出力装置部(100)を制御して、膝(H)の痛みをケアするとともに、膝関節は曲げやすくすることを特徴とする高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター(1)。
A supporter that suppresses and relieves knee (H) pain,
an artificial muscle part (10);
A sensor part (20),
A compressed air input/output device section (100),
It consists of a control device section (200),
The artificial muscle part (10) is a combination of an artificial muscle (11) in which a plurality of small-diameter artificial muscles are arranged in a cloth shape, and an artificial muscle (12) in which the small-diameter artificial muscles are arranged in a pad-like or tube-like shape. It is something that
The sensor unit (20) includes at least a myoelectric potential sensor (21) and an acceleration sensor (22),
The compressed air input/output device section (100) includes an air pump (130);
Pressure resistant hose (150),
Equipped with a regulator (160),
The control device section (200) includes:
a power supply device (210);
a computing device (220);
a storage device (230) for recording operation data;
Equipped with AI (240),
Sending the state of the knee (H) within the range of motion of the knee joint from the myoelectric potential sensor (21) and the acceleration sensor (22) provided around the knee joint to the control device section (200);
The feature amount of the state of the knee (H) is extracted , and the user's walking state is classified in real time using a machine learning model.
If the AI (240) determines that the knee (H) is in a painful state or heading toward a painful state, compressed air is sent to the artificial muscle part (10) to start tightening it;
When it is determined that the knee is in a pain-free state or heading toward a pain-free state, the compressed air input/output device section (100) is controlled so as to discharge the air pressurized to the artificial muscle section (10) to loosen it. (H) A knee care type walking assist supporter for the elderly (1) which is characterized by caring for pain and making the knee joint easier to bend.
前記圧縮空気入出力装置部(100)に、エアータンク(140)と、電磁弁(170)とを備え、前記エアーポンプ(130)から圧送される空気を一端前記エアータンク(140)にため込み、前記電磁弁(170)をオンオフさせるための信号を前記制御装置部(200)へ送り、制御するものであることを特徴とする請求項1に記載の高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター(1)。 The compressed air input/output device section (100) includes an air tank (140) and a solenoid valve (170), and the air pumped from the air pump (130) is stored at one end in the air tank (140). The knee care type walking assist supporter for the elderly according to claim 1, wherein a signal for turning on and off the solenoid valve (170) is sent to the control device section (200) to control the solenoid valve (170). 1). 前記高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター(1)を構成する全ての部材をサポーター(300)に備えたことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の高齢者用膝ケア型歩行アシストサポーター(1)。
The knee care type walking assist for elderly people according to claim 1 or 2, characterized in that a supporter (300) is provided with all the members constituting the knee care type walking assist supporter for elderly people (1). Supporter (1).
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