JPWO2017017809A1 - Knee joint control method and lower limb orthosis - Google Patents

Knee joint control method and lower limb orthosis Download PDF

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Abstract

本発明の膝関節の制御方法は、使用者の膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を計測し、下記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップAと、M1>C1・・・(1)M2>C2・・・(2)下記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記ステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップBと、を含む。M1<C3・・・(3)M2<C4・・・(4)ただし、C1〜C4は定数であり、C1≧C3≧0、C2≧C4≧0である。The knee joint control method of the present invention measures at least one of the knee flexion moment M1 and ankle plantar flexion moment M2 of the user and shifts from a state not satisfying the following expression (1) to a satisfied state, or Step A for increasing the braking force against the rotation of the knee joint when transitioning from a state that does not satisfy the following expression (2) to a state that satisfies the following equation: M1> C1 (1) M2> C2 (2) When shifting from a state not satisfying the following equation (3) to a satisfying state, or when shifting from a state not satisfying the following equation (4) to a satisfying state, the braking force against the rotation of the knee joint is more than the step A. A step B of reducing. M1 <C3 (3) M2 <C4 (4) However, C1 to C4 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C2 ≧ C4 ≧ 0.

Description

本発明は、歩行中に膝関節の回転に対する制動力を調整することにより歩行を補助する方法と、歩行を補助するための下肢装具に関するものである。   The present invention relates to a method for assisting walking by adjusting a braking force against rotation of a knee joint during walking, and a lower limb orthosis for assisting walking.

歩行に際しては、通常、人は無意識下で歩行周期に合わせて膝関節の回転に対する制動力を調整している。一方、脳卒中による片麻痺や老齢等により足関節、膝関節、股関節等の動きを自ら制御できない場合には、歩行周期に関係なく膝関節の固定および固定解除を任意に選択可能であり、下肢装具や人工膝に取り付けられる膝継手により歩行を補助するのが一般的である。   When walking, a person usually adjusts the braking force against the rotation of the knee joint in unconsciousness according to the walking cycle. On the other hand, when the movement of the ankle, knee, hip, etc. cannot be controlled by stroke due to hemiplegia, old age, etc., the knee joint can be arbitrarily fixed and released regardless of the walking cycle. Ordinarily, walking is assisted by a knee joint attached to an artificial knee.

このため、製品化されているものは少ないが、下肢装具や人工膝に取り付けられたセンサによって取得した膝関節周りのモーメントや加速度等のデータに基づき、膝関節の動きを制御する方法が現在検討されている。例えば、特許文献1にはセンサによって少なくとも2つのモーメント、または1つのモーメントおよび1つの力、または2つのモーメントおよび1つの力、または2つの力および1つのモーメントを検出するための少なくとも1つの手段によって、センサデータを決定し、かつ決定された値のうちの少なくとも2つの値のセンサデータを、数学的操作によって互いに組み合わせ、屈曲抵抗および/または伸展抵抗の制御に基づく補助変数を計算する人工膝関節の制御方法が記載されている。詳細には、特許文献1には補助変数として基準高さにおける力ベクトルと軸との距離、基準高さにおける断面モーメントまたは断面力を決定することができると記載されている。   For this reason, although there are few products that have been commercialized, a method to control the movement of the knee joint based on data such as moment and acceleration around the knee joint acquired by sensors attached to the lower limb orthosis and artificial knee is currently under investigation Has been. For example, in US Pat. No. 6,057,049, at least two moments, or one moment and one force, or two moments and one force, or two forces and one moment, are detected by a sensor. Prosthetic knee joint that determines sensor data and combines sensor data of at least two of the determined values with each other by mathematical manipulation and calculates auxiliary variables based on control of flexion resistance and / or extension resistance The control method is described. Specifically, Patent Document 1 describes that the distance between the force vector and the shaft at the reference height, the section moment or the section force at the reference height can be determined as auxiliary variables.

特表2013−510605号公報Special table 2013-510605 gazette

特許文献1に記載された人工膝の制御方法は、センサから得られた膝モーメント、踵モーメント等のデータを加算、乗算、減算または除算の数学的操作を行うことにより、断面モーメント、断面力、力または距離等の補助変数を計算し、この補助変数を用いて屈曲抵抗および伸展抵抗の値を調整しているため、制御方法が複雑であり、各種データの検出と抵抗値の制御の双方をリアルタイムで行うのは困難であった。
そこで本発明は、使用者の歩容に合わせて膝関節の回転に対する制動力の調整を適切、かつ容易に行うことができる膝関節の制御方法と下肢装具を提供することを目的とする。
The artificial knee control method described in Patent Document 1 adds, multiplies, subtracts, or divides mathematical data such as knee moment and heel moment obtained from a sensor to obtain a sectional moment, a sectional force, Auxiliary variables such as force or distance are calculated and the values of bending resistance and extension resistance are adjusted using these auxiliary variables, so the control method is complex, and both detection of various data and control of resistance values are performed. It was difficult to do in real time.
Therefore, an object of the present invention is to provide a knee joint control method and a lower limb orthosis capable of appropriately and easily adjusting the braking force with respect to the rotation of the knee joint in accordance with the gait of the user.

上記課題を解決し得た膝関節の制御方法とは、使用者の膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を計測し、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップAと、
M1>C1・・・(1)
M2>C2・・・(2)
(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップBと、を含む点を要旨とするものである。
M1<C3・・・(3)
M2<C4・・・(4)
ただし、C1〜C4は定数であり、C1≧C3≧0、C2≧C4≧0である。
The knee joint control method that has solved the above problem is to measure at least one of the user's knee flexion moment M1 and ankle plantar flexion moment M2 and shift from a state that does not satisfy Equation (1) to a satisfied state. Or a step A for increasing the braking force against the rotation of the knee joint when transitioning from a state not satisfying the expression (2) to a state satisfying the equation (2),
M1> C1 (1)
M2> C2 (2)
The step of reducing the braking force against the rotation of the knee joint as compared with step A when the state transitions from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied or from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfied. And a point including B.
M1 <C3 (3)
M2 <C4 (4)
However, C1 to C4 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C2 ≧ C4 ≧ 0.

本発明の膝関節の制御方法において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚初期の開始に相当する。このため、(1)式または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚初期の開始時期を推定することができる。この際、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしにくくなる。   In the knee joint control method of the present invention, when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfying the equation (2) or the transition from the state not satisfying the equation (2) to the state satisfying is performed. This corresponds to the start of the initial stance. For this reason, it is possible to estimate the start time in the initial stage of stance by determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (1) or (2) to the state satisfying. At this time, it becomes difficult to bend or extend the knee joint by increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

他方、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚中期の開始に相当する。このため、(3)式または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚中期の開始時期を推定することができる。この際、膝関節の回転に対する制動力を小さくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしやすくなる。   On the other hand, the transition from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying or the transition from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfying corresponds to the start of the middle stance phase of the walking cycle. . For this reason, it is possible to estimate the start time of the middle stance by determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) or the expression (4) to the state satisfying the expression. At this time, it becomes easy to bend or extend the knee joint by reducing the braking force against the rotation of the knee joint.

すなわち、本発明の膝関節の制御方法は、膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方と所定値C1〜C4との比較を行うことによって、歩行周期を容易に推定することができる。また、本発明の膝関節の制御方法は、複雑な制御が不要であるから、歩行周期の推定と膝関節の回転に対する制動力の調整をリアルタイムで行うことができる。   In other words, the knee joint control method of the present invention can easily estimate the walking cycle by comparing at least one of the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 with the predetermined values C1 to C4. . In addition, since the knee joint control method of the present invention does not require complicated control, it is possible to estimate the walking cycle and adjust the braking force against the rotation of the knee joint in real time.

本発明の膝関節の制御方法は、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップBよりも膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップCを含むことが好ましい。
M1>C5・・・(5)
M2>C6・・・(6)
ただし、C5〜C6は定数であり、C5≧C3≧0、C6≧C4≧0である。
(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚終期の開始に相当する。このため、(5)式または(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚終期の開始時期を推定することができる。この際、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしにくくなる。
The knee joint control method of the present invention is more effective than the step B when the transition from the state not satisfying the equation (5) to the satisfied state or the transition from the state not satisfying the equation (6) to the satisfied state. It is preferable to include step C for increasing the braking force against the rotation of the joint.
M1> C5 (5)
M2> C6 (6)
However, C5 to C6 are constants, and C5 ≧ C3 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0.
The transition from the state that does not satisfy the expression (5) to the state that satisfies the condition, or the transition from the state that does not satisfy the expression (6) to the state that satisfies the condition corresponds to the start of the stance end in the walking cycle. For this reason, it is possible to estimate the start time of the stance end by determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (5) or (6) to the state satisfying. At this time, it becomes difficult to bend or extend the knee joint by increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップAにおいて、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくし;ステップBにおいて、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を小さくし;ステップCにおいて、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の両方を用いることにより、歩行周期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められる。   In step A, the braking force against the rotation of the knee joint is increased when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfying the equation and the transition from the state not satisfying the equation (2) to the state satisfied. In Step B, when the transition from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying the expression and when the transition from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfying is made, the braking force against the rotation of the knee joint is reduced. In step C, the braking force against the rotation of the knee joint when the transition from the state not satisfying the equation (5) to the satisfied state and the transition from the state not satisfying the equation (6) to the satisfied state is made. It is preferable to enlarge it. By using both the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2, the estimation accuracy of the walking cycle can be improved, so that the timing accuracy for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint can be improved.

ステップCにおいて、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または(6)式の条件を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間(後述する第3遅れ時間)を経過した後にステップBよりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。このように遅れ時間を設けることにより、使用者の歩容に合わせて膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングを設定することができる。   In Step C, a predetermined delay time (a third delay time to be described later) is entered after a transition from a state that does not satisfy the expression (5) to a state that satisfies the condition, or a state that does not satisfy the condition of the expression (6). It is preferable to increase the braking force with respect to the rotation of the knee joint after Step B). By providing the delay time in this way, the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint can be set in accordance with the gait of the user.

ステップBにおいて、膝関節の回転に対する制動力を小さくしてから所定時間(後述する第2所定時間)が経過した後に、ステップAにおいて、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。これにより、立脚終期に発生することがある膝関節の制御に不要な膝屈曲モーメントM1および足関節底屈モーメントM2のピークを除外できるようになる。その結果、歩行周期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度が高められる。   In step B, it is preferable to increase the braking force against the rotation of the knee joint in step A after a predetermined time (second predetermined time described later) has elapsed since the braking force against the rotation of the knee joint has been reduced. This makes it possible to exclude the peaks of knee flexion moment M1 and ankle joint bottom flexion moment M2 that are unnecessary for the control of the knee joint, which may occur at the end of the stance. As a result, since the estimation accuracy of the walking cycle can be improved, the accuracy of the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint is increased.

使用者の動きに伴う加速度Aを計測し、ステップAにおいて、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。
A>C7・・・(7)
ただし、C7は定数であり、C7>0である。
本発明の膝関節の制御方法において、加速度Aを用いることにより、立脚初期の開始時期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められる。
Measure the acceleration A associated with the user's movement, and in step A, shift from a state not satisfying the equation (1) to a satisfied state, or shift from a state not satisfying the equation (2) to a satisfied state, and It is preferable to increase the braking force with respect to the rotation of the knee joint when the state is shifted from the state not satisfying the expression (7) to the state satisfied.
A> C7 (7)
However, C7 is a constant and C7> 0.
In the knee joint control method of the present invention, by using the acceleration A, it is possible to improve the estimation accuracy of the start time in the initial stage of the stance, so that the accuracy of the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint can be improved.

ステップBにおいて、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間(後述する第2遅れ時間)を経過した後に、ステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくすることが好ましい。このように遅れ時間を設けることにより、使用者の歩容に合わせて膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングを設定することができる。   In step B, a predetermined delay time (second delay time described later) is obtained after shifting from a state not satisfying the expression (3) to a state satisfying the expression, or from a state not satisfying the expression (4) to a state satisfying. After the elapse of time, it is preferable to make the braking force with respect to the rotation of the knee joint smaller than the step A. By providing the delay time in this way, the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint can be set in accordance with the gait of the user.

また、上記課題を解決し得た下肢装具とは;大腿側の第1構成部材と、下腿側の第2構成部材と、第1構成部材と第2構成部材を保持する膝部回転部材と、を有する下肢装具であって;膝部回転部材の回転中心における膝屈曲モーメントM1を計測する計測部と;膝屈曲モーメントM1が(1)式、(3)式、(5)式を満足することを判定する処理部と;(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を大きくし、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする駆動部と、が設けられている点を要旨とするものである。
M1>C1・・・(1)
M1<C3・・・(3)
M1>C5・・・(5)
ただし、C1、C3、C5は定数であり、C1≧C3≧0、C5≧C3≧0である。
In addition, the lower limb orthosis that can solve the above-mentioned problems are: a first component member on the thigh side, a second component member on the lower leg side, a knee rotation member that holds the first component member and the second component member, A knee brace moment M1 at the center of rotation of the knee rotation member; the knee flexion moment M1 satisfies the formulas (1), (3), and (5) A processing unit for determining the condition; when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfying the equation (1), the braking force for the rotation of the knee rotating member is increased, and the state satisfying the equation (3) is satisfied. When the transition is made, the braking force against the rotation of the knee rotation member is made smaller than the braking force when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the satisfied state is satisfied, and the state satisfying from the state not satisfying the equation (5) Against the rotation of the knee rotation member when A driving unit to be larger than the braking force of the braking force (3) when a transition to a state that satisfies a condition that does not satisfy equation that, it is an gist points are provided.
M1> C1 (1)
M1 <C3 (3)
M1> C5 (5)
However, C1, C3, and C5 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C5 ≧ C3 ≧ 0.

本発明の下肢装具は、計測部が設けられているため、膝部回転部材の回転中心における膝屈曲モーメントM1を計測することができる。(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚初期の開始に相当する。このため、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚初期の開始時期を推定できる。この際、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしにくくなる。   Since the lower limb orthosis of the present invention is provided with the measurement unit, the knee flexion moment M1 at the rotation center of the knee rotation member can be measured. The transition from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying the expression corresponds to the start of the initial stance in the walking cycle. For this reason, it is possible to estimate the start time of the initial stance by determining whether or not the state has shifted from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied. At this time, it becomes difficult to bend or extend the knee joint by increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

本発明において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚中期の開始に相当する。このため、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚中期の開始時期を推定できる。立脚中期において、膝関節の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしやすくなる。   In the present invention, the transition from the state that does not satisfy the expression (3) to the state that satisfies the condition corresponds to the start of the middle stance phase of the walking cycle. For this reason, it is possible to estimate the start time of the middle stance by determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied. By making the braking force against the rotation of the knee joint smaller than the braking force when shifting from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying the expression (1) in the middle stance phase, the knee joint can be easily bent or extended.

本発明において、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときとは、歩行周期のうち立脚終期の開始に相当する。このため、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚終期の開始時期を推定できる。立脚終期において、膝関節の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしにくくなる。   In the present invention, the transition from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfying the expression corresponds to the start of the end of the stance in the walking cycle. For this reason, it is possible to estimate the start time of the stance end by determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied. By making the braking force against the rotation of the knee joint larger than the braking force when the state shifts from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying at the end of the stance, it becomes difficult for the knee joint to bend or extend.

したがって、本発明の下肢装具は、膝屈曲モーメントM1と所定値C1、C3、C5との比較を行うことによって、歩行周期を容易に推定することができる。このため、膝関節の回転に対する制動力の調整をリアルタイムで容易に行うことができる。   Therefore, the lower limb orthosis of the present invention can easily estimate the walking cycle by comparing the knee flexion moment M1 with the predetermined values C1, C3, and C5. For this reason, the adjustment of the braking force with respect to the rotation of the knee joint can be easily performed in real time.

本発明の下肢装具は、足関節側の第3構成部材と、第2構成部材と第3構成部材を保持する足首部回転部材とを有し;計測部において足首部回転部材の回転中心における足関節底屈モーメントM2が計測され:処理部において、(1)式、(3)式、(5)式と、下記(2)式、下記(4)式、下記(6)式を満足することを判定し;駆動部において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を大きくし;(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝部回転部材の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし;(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝部回転部材の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくすることが好ましい。
M2>C2・・・(2)
M2<C4・・・(4)
M2>C6・・・(6)
ただし、C2、C4、C6は定数であり、C2≧C4≧0、C6≧C4≧0である。
このように、膝関節の制御に膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の両方を用いることにより、歩行周期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められる。
The lower limb orthosis of the present invention has a third component member on the ankle joint side, an ankle rotation member that holds the second component and the third component; a foot at the rotation center of the ankle rotation member in the measurement unit The joint bottom flexion moment M2 is measured: In the processing unit, the following expressions (1), (3), (5), the following expressions (2), (4), and (6) are satisfied. In the drive unit, when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfying the equation (2) or from the state satisfying the equation (2) to the state satisfying the equation (2), The braking force is increased; when the transition from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying the expression (4) or the transition from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfying is satisfied, Satisfy power from a state that does not satisfy equation (1) Or less than the braking force when transitioning from a state not satisfying equation (2) to a state satisfying equation (2); when shifting from a state not satisfying equation (5) to a state satisfying, or ( 6) When shifting from a state not satisfying the expression to a state satisfying the expression, when the braking force against the rotation of the knee rotating member is shifted from a state not satisfying the expression (3) to a state satisfying the expression, or (4) It is preferable to make it larger than the braking force when shifting from the unsatisfied state to the satisfied state.
M2> C2 (2)
M2 <C4 (4)
M2> C6 (6)
However, C2, C4, and C6 are constants, and C2 ≧ C4 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0.
In this way, by using both the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 for controlling the knee joint, it is possible to improve the estimation accuracy of the walking cycle, and thus adjust the braking force against the rotation of the knee joint. Timing accuracy can be improved.

本発明の下肢装具において、処理部が、計測部および駆動部と通信可能な外部端末に設けられていることが好ましい。処理部が外部端末に設けられていれば、使用者以外の医師等が、計測部で計測されたデータの観察や、(1)式〜(6)式の右辺に記載されたC1〜C6の変更等を遠隔で行うことができる。   In the lower limb orthosis of the present invention, the processing unit is preferably provided in an external terminal capable of communicating with the measurement unit and the drive unit. If the processing unit is provided in the external terminal, doctors other than the user can observe the data measured by the measurement unit, and C1 to C6 described on the right side of the equations (1) to (6). Changes can be made remotely.

本発明の膝関節の制御方法は、膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を用いることによって、歩行周期を容易に推定することができる。また、複雑な制御が不要であるから、歩行周期の推定と膝関節の回転に対する制動力の調整をリアルタイムで行うことができる。
さらに、本発明の下肢装具は、膝屈曲モーメントM1を用いることによって、歩行周期を容易に推定することができる。また、複雑な制御が不要であるから、歩行周期の推定と膝関節の回転に対する制動力の調整をリアルタイムで行うことができる。
The knee joint control method of the present invention can easily estimate the walking cycle by using at least one of the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2. In addition, since complicated control is unnecessary, it is possible to estimate the walking cycle and adjust the braking force against the rotation of the knee joint in real time.
Furthermore, the lower limb orthosis of the present invention can easily estimate the walking cycle by using the knee bending moment M1. In addition, since complicated control is unnecessary, it is possible to estimate the walking cycle and adjust the braking force against the rotation of the knee joint in real time.

膝屈曲モーメントと足関節底屈モーメントを示す模式図を表す。The schematic diagram which shows a knee flexion moment and an ankle plantar flexion moment is represented. 本発明の実施の形態1に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。3 is a flowchart illustrating a knee joint control method according to Embodiment 1 of the present invention. 本発明の実施の形態2に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。7 is a flowchart illustrating a knee joint control method according to Embodiment 2 of the present invention. 本発明の実施の形態3に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。7 is a flowchart illustrating a knee joint control method according to Embodiment 3 of the present invention. 本発明の実施の形態4に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。7 is a flowchart illustrating a knee joint control method according to Embodiment 4 of the present invention. 本発明の実施の形態5に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。7 is a flowchart illustrating a knee joint control method according to a fifth embodiment of the present invention. 本発明の下肢装具の斜視図を表す。1 represents a perspective view of a lower limb orthosis of the present invention. 本発明の下肢装具の斜視図を表す。1 represents a perspective view of a lower limb orthosis of the present invention. 本発明の下肢装具の構成例を示すブロック図を表す。The block diagram which shows the structural example of the lower limbs orthosis of this invention is represented. 本発明の下肢装具の他の構成例を示すブロック図を表す。The block diagram which shows the other structural example of the leg brace of this invention is represented. 本発明の下肢装具の他の構成例を示すブロック図を表す。The block diagram which shows the other structural example of the leg brace of this invention is represented. 本発明の下肢装具の他の構成例を示すブロック図を表す。The block diagram which shows the other structural example of the leg brace of this invention is represented.

以下、下記実施の形態に基づき本発明をより具体的に説明するが、本発明はもとより下記実施の形態によって制限を受けるものではなく、前・後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも勿論可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に包含される。なお、図面における種々部材の寸法は、本発明の特徴を理解に資することを優先しているため、実際の寸法とは異なる場合がある。   Hereinafter, the present invention will be described in more detail based on the following embodiments, but the present invention is not limited by the following embodiments as a matter of course, and appropriate modifications are made within a range that can meet the purpose described above and below. In addition, it is of course possible to carry out them, all of which are included in the technical scope of the present invention. Note that the dimensions of the various members in the drawings give priority to the understanding of the features of the present invention, and may differ from the actual dimensions.

1.膝関節の制御方法
本発明の膝関節の制御方法は、使用者の膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を計測し、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップAと、
M1>C1・・・(1)
M2>C2・・・(2)
(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップBと、を含むものである。
M1<C3・・・(3)
M2<C4・・・(4)
ただし、C1〜C4は定数であり、C1≧C3≧0、C2≧C4≧0である。
1. Knee Joint Control Method The knee joint control method of the present invention measures at least one of the user's knee flexion moment M1 and ankle joint sole flexion moment M2, and shifts from a condition not satisfying the equation (1) to a satisfied condition. Or a step A for increasing the braking force against the rotation of the knee joint when transitioning from a state not satisfying the expression (2) to a state satisfying the equation (2),
M1> C1 (1)
M2> C2 (2)
The step of reducing the braking force against the rotation of the knee joint as compared with step A when the state transitions from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied or from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfied. B.
M1 <C3 (3)
M2 <C4 (4)
However, C1 to C4 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C2 ≧ C4 ≧ 0.

本発明の膝関節の制御方法において、ステップAで(1)式または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚初期の開始時期を推定することができる。また、立脚初期において膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしにくくなる。他方、ステップBで(3)式または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚中期の開始時期を推定することができる。また、立脚中期において膝関節の回転に対する制動力を小さくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしやすくなる。すなわち、本発明の膝関節の制御方法は、膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方と所定値C1〜C4との比較を行うことによって、歩行周期を容易に推定することができる。また、本発明の膝関節の制御方法は、複雑な制御が不要であるから、歩行周期の推定と膝関節の回転に対する制動力の調整をリアルタイムで行うことができる。   In the knee joint control method of the present invention, it is possible to estimate the start time of the initial stance by determining whether or not the transition from the state not satisfying the expression (1) or (2) is satisfied in step A. it can. Further, by increasing the braking force against the rotation of the knee joint in the initial stage of the stance, it becomes difficult to bend or extend the knee joint. On the other hand, it is possible to estimate the start time of the middle stance by determining whether or not the transition from the state not satisfying the expression (3) or (4) to the state satisfying in the step B is made. Further, by reducing the braking force against the rotation of the knee joint in the middle stance phase, the knee joint can be easily bent or extended. In other words, the knee joint control method of the present invention can easily estimate the walking cycle by comparing at least one of the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 with the predetermined values C1 to C4. . In addition, since the knee joint control method of the present invention does not require complicated control, it is possible to estimate the walking cycle and adjust the braking force against the rotation of the knee joint in real time.

図1は、膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2を示す模式図を表す。足底が床13に接しているとき、下肢10には床反力F1が生じる。膝関節11が重心12よりも前側に出ると、床反力F1を受けて、膝の屈曲する方向(膝関節11を回転中心として大腿と下腿が近づく方向)に膝屈曲モーメントM1が発生する。膝屈曲モーメントM1はM1=F1×L1で表される。なお、L1は、膝関節11から床反力F1までの垂線の距離である。   FIG. 1 is a schematic diagram showing a knee flexion moment M1 and an ankle plantar flexion moment M2. When the sole is in contact with the floor 13, a floor reaction force F1 is generated in the lower limb 10. When the knee joint 11 comes to the front side of the center of gravity 12, a knee reaction moment F1 is generated in the direction in which the knee bends (the direction in which the thigh and the lower leg approach each other with the knee joint 11 as the rotation center) in response to the floor reaction force F1. The knee flexion moment M1 is represented by M1 = F1 × L1. Note that L1 is a perpendicular distance from the knee joint 11 to the floor reaction force F1.

床反力F1が足関節10よりも前側を通るときには、足関節10は背屈方向(足関節10を回転中心として爪先が床13から離れる方向)に床反力F1によるモーメントを受ける。そうすると、足関節10が背屈方向に回転するのを防ぐために、足関節10が底屈方向(足関節10を中心として爪先を床13側に近づける方向)に底屈筋力F2が働き、底屈筋力F2により足関節底屈モーメントM2が発生する。足関節底屈モーメントM2はM2=F2×L2で表される。なお、L2は足関節10から底屈筋力F2までの垂線の距離である。   When the floor reaction force F1 passes forward of the ankle joint 10, the ankle joint 10 receives a moment due to the floor reaction force F1 in the dorsiflexion direction (the direction in which the toe moves away from the floor 13 with the ankle joint 10 as the rotation center). Then, in order to prevent the ankle joint 10 from rotating in the dorsiflexion direction, the ankle joint 10 acts in the plantar flexion direction (the direction in which the toes are brought closer to the floor 13 with the ankle joint 10 as the center), and the plantar flexor muscles F2 act. An ankle plantar flexion moment M2 is generated by the force F2. Ankle plantar flexion moment M2 is expressed by M2 = F2 × L2. Note that L2 is a perpendicular distance from the ankle joint 10 to the plantar flexor strength F2.

本発明では、使用者の膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を計測する。膝屈曲モーメントM1、足関節底屈モーメントM2は、例えば、下肢装具や義肢に取り付けられるロードセル(荷重変換器)や筋電計、その他、公知のトルクセンサによって計測できる。   In the present invention, at least one of the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 of the user is measured. The knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 can be measured by, for example, a load cell (load converter) attached to a lower limb orthosis or a prosthesis, an electromyograph, or other known torque sensors.

ロードセルの種類は、例えば歪ゲージ式、磁歪式、静電容量式、ジャイロ式などがある。例えば、歪ゲージ式の場合、ロードセルの起歪体に対して力やモーメントが加わると、起歪体にある歪ゲージが伸縮することにより電気抵抗値が変化するが、この変化を電圧で測定することで力やモーメントを容易に計測することができる。   Examples of the load cell include a strain gauge type, a magnetostrictive type, a capacitance type, and a gyro type. For example, in the case of the strain gauge type, when a force or moment is applied to the strain generating body of the load cell, the electrical resistance value changes due to expansion and contraction of the strain gauge in the strain generating body, and this change is measured by voltage. Therefore, force and moment can be measured easily.

膝および足関節に関して麻痺等の重度な障害が無い場合は、膝屈曲モーメントM1や足関節底屈モーメントM2の計測に筋電計を用いることもできる。筋電計で膝屈曲モーメントM1を計測する場合は、大腿四頭筋等の膝を屈曲させる筋に筋電計が取り付けられる。筋電計で足関節底屈モーメントM2を計測する場合には、足関節が底屈するときに足関節底屈モーメントを発生している前脛骨筋等に筋電計が取り付けられる。筋電計により計測された信号は、二乗平均平方根(RMS)化等の数学的処理により大きさが比較できる状態に加工することでモーメントと同等の情報を簡便に得ることができる。   If there are no severe obstacles such as paralysis with respect to the knee and ankle joint, an electromyograph can be used to measure the knee flexion moment M1 and ankle joint floor flexion moment M2. When the knee bending moment M1 is measured with an electromyograph, the electromyograph is attached to a muscle that bends the knee, such as the quadriceps. When measuring the ankle plantar flexion moment M2 with an electromyograph, the electromyograph is attached to the anterior tibial muscle or the like that generates the ankle plantar flexion moment when the ankle joint flexes. By processing the signal measured by the electromyograph into a state in which the magnitude can be compared by mathematical processing such as root mean square (RMS), information equivalent to the moment can be easily obtained.

本発明の実施の形態に係る膝関節の制御方法について、図2〜図6を用いて説明する。図2〜図6は本発明の実施の形態1〜5に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。   A knee joint control method according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 6 are flowcharts showing the knee joint control method according to the first to fifth embodiments of the present invention.

(実施の形態1)
図2に示す実施の形態1は、膝関節の制御に膝屈曲モーメントM1を用いる例である。
(Embodiment 1)
The first embodiment shown in FIG. 2 is an example in which the knee bending moment M1 is used to control the knee joint.

未歩行時には膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS1)。このように膝関節の回転に対する制動力を大きくすることで膝関節が屈曲または伸展しないように固定されるか、もしくは一定の速度で屈曲することが可能になり、未歩行時に膝折れや立ち座りに伴う転倒が発生するのを抑止できる。また、立ち座りにおいては、上記のように膝屈曲モーメントに合わせて制動力の大きさを調整する方法以外にも、別途計測される膝関節の加速度に合わせて制動力の大きさを調整してもよい。なお、膝関節が屈曲または伸展する速度は一定でもよく、膝関節の回転に対する制動力が変化する速度に応じて可変でもよい。膝関節が屈曲または伸展する速度は、使用者の年齢、性別、歩容、病気の進行度等に応じて適宜設定することができる。膝関節が屈曲または伸展する速度は、後述するステップA〜Cの場合も同様に設定できる。   When not walking, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S1). By increasing the braking force against the rotation of the knee joint in this way, the knee joint can be fixed so that it does not flex or extend, or it can be flexed at a constant speed. Can be prevented from falling. In addition to the method of adjusting the magnitude of the braking force according to the knee bending moment as described above, the magnitude of the braking force is adjusted according to the acceleration of the knee joint that is measured separately. Also good. Note that the speed at which the knee joint bends or extends may be constant, or may be variable according to the speed at which the braking force against the rotation of the knee joint changes. The speed at which the knee joint bends or extends can be appropriately set according to the age, sex, gait, disease progression, etc. of the user. The speed at which the knee joint bends or extends can be similarly set in the case of steps A to C described later.

膝関節の回転に対する制動力を大きくする方法としては、ロードセル等のセンサによって検出された膝屈曲モーメントM1と逆向きのモーメントを加える方法や、下肢装具や義肢に取り付けられる膝継手の回転トルクを大きくする方法等を用いることができる。   As a method of increasing the braking force against the rotation of the knee joint, a method of applying a moment opposite to the knee bending moment M1 detected by a sensor such as a load cell, or a method of increasing the rotational torque of a knee joint attached to a lower limb orthosis or a prosthetic limb. Or the like can be used.

使用者が歩行を開始しているか判定するために、膝屈曲モーメントM1が発生しているか判定する(ステップS2)。具体的にはM1>0であるかを判定することが好ましい。   In order to determine whether the user has started walking, it is determined whether a knee flexion moment M1 has occurred (step S2). Specifically, it is preferable to determine whether M1> 0.

ステップS2において、膝屈曲モーメントM1が発生している場合には、歩行を開始していると判定し、歩行ループを開始する(ステップS3)。   If the knee flexion moment M1 is generated in step S2, it is determined that walking is started, and a walking loop is started (step S3).

ステップS2において、膝屈曲モーメントM1が発生していない場合には歩行を開始していないと判定することができるため、引き続き膝関節の回転に対する制動力を大きくしておくためにステップS1に戻る。   If it is determined in step S2 that the knee bending moment M1 has not occurred, it can be determined that the walking has not started, so the process returns to step S1 in order to continue increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

次いで、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS4)。これにより、立脚初期の開始時期を推定できる。
M1>C1・・・(1)
ただし、C1は定数であり、C1≧0である。
Next, it is determined whether the state has been shifted from a state not satisfying the expression (1) to a state satisfied (step S4). Thereby, the start time of the initial stage of stance can be estimated.
M1> C1 (1)
However, C1 is a constant and C1 ≧ 0.

(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS5(ステップA))。この際、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節が屈曲または伸展しにくくなるため、立脚初期に使用者が自然な歩行姿勢をとることを促進できる。   When shifting from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S5 (step A)). At this time, increasing the braking force against the rotation of the knee joint makes it difficult for the knee joint to bend or extend, so that the user can be encouraged to take a natural walking posture in the early stage of stance.

ステップS5において、膝関節の回転に対する制動力を大きくするとは、後述するステップS8よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることを意味する。具体的に、膝関節の回転に対する制動力を大きくするとは、例えば、膝関節の回転に対する制動力を加えて膝関節が屈曲または伸展しないように膝関節を固定することや、膝関節の回転に対する制動力を加えてステップS8(ステップB)よりも低速で膝関節を屈曲または伸展させることである。   In step S5, increasing the braking force with respect to the rotation of the knee joint means increasing the braking force with respect to the rotation of the knee joint as compared with step S8 described later. Specifically, increasing the braking force with respect to the rotation of the knee joint includes, for example, fixing the knee joint so that the knee joint does not bend or extend by applying the braking force with respect to the rotation of the knee joint, Applying a braking force causes the knee joint to bend or extend at a lower speed than step S8 (step B).

ステップS5では、ステップS1で未歩行時に大きくした制動力を維持することにより、膝関節の回転に対する制動力を大きくしてもよい。   In step S5, the braking force with respect to the rotation of the knee joint may be increased by maintaining the braking force that is increased when not walking in step S1.

図2には示していないが、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間(第1遅れ時間)を経過した後に、ステップS5(ステップA)において膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。第1遅れ時間を設けることにより、使用者の歩容に合うように膝関節の回転に対する制動力を制御するタイミングを設定することができる。このように第1遅れ時間を設ける方法は、特に歩行中に膝の位置が安定しない使用者に対して有効である。一般に、歩行周期は0.7秒〜2.0秒程度であり、そのうち立脚初期は10%〜20%程度を占める。このため、第1遅れ時間は、例えば0.07秒〜0.2秒に設定することができる。   Although not shown in FIG. 2, after a predetermined delay time (first delay time) has elapsed since the transition from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying, the knee joint in step S <b> 5 (step A). It is preferable to increase the braking force against the rotation of the motor. By providing the first delay time, it is possible to set the timing for controlling the braking force against the rotation of the knee joint so as to match the gait of the user. The method of providing the first delay time in this way is particularly effective for a user whose knee position is not stable during walking. In general, the walking cycle is about 0.7 to 2.0 seconds, of which about 10% to 20% occupies the initial stance. For this reason, the first delay time can be set to 0.07 seconds to 0.2 seconds, for example.

(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行していない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS6)。膝屈曲モーメントが(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行していない場合、歩行周期のどの段階に位置しているか推定するのが困難となる。この際、膝関節の回転に対する制動力を大きくしておくことにより、膝関節が屈曲または伸展しにくくなるため膝折れが発生しにくくなる。   If the state does not change from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S6). If the knee flexion moment does not shift from the state that does not satisfy Equation (1) to the state that satisfies it, it is difficult to estimate at which stage of the walking cycle. At this time, by increasing the braking force against the rotation of the knee joint, it becomes difficult for the knee joint to bend or extend, so that the knee does not easily break.

ステップS6では、未歩行時(ステップS1)に大きくした制動力を維持することにより、膝関節の回転に対する制動力を大きくしてもよい。   In step S6, the braking force against rotation of the knee joint may be increased by maintaining the increased braking force when not walking (step S1).

ステップS5の後、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS7)。これにより、立脚中期の開始時期を推定できる。
M1<C3・・・(3)
ただし、C3は定数であり、C1≧C3≧0である。また、C1>C3≧0とすることもできる。
After step S5, it is determined whether the state has been shifted from a state not satisfying the expression (3) to a state satisfied (step S7). Thereby, the start time of the middle stance can be estimated.
M1 <C3 (3)
However, C3 is a constant, and C1 ≧ C3 ≧ 0. Further, C1> C3 ≧ 0 may be satisfied.

(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS5よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS8(ステップB))。この際、ステップS5(ステップA)よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくすることで膝関節が動作しやすくなるため、立脚中期に使用者が自然な歩行姿勢をとることを促進できる。   When the state is shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is made smaller than the step S5 (step S8 (step B)). At this time, since the knee joint becomes easier to operate by reducing the braking force against the rotation of the knee joint than in step S5 (step A), it is possible to promote the user to take a natural walking posture in the middle of the stance.

ステップS8(ステップB)において、膝関節の回転に対する制動力を小さくするとは、例えば、膝関節の回転に対する制動力を加えずに固定解除することや、膝関節の回転に対する制動力を加えてステップS5(ステップA)よりも高速で膝関節を屈曲または伸展させることである。   In step S8 (step B), reducing the braking force with respect to the rotation of the knee joint means, for example, releasing the fixation without applying the braking force with respect to the rotation of the knee joint or adding the braking force with respect to the rotation of the knee joint. The knee joint is bent or extended at a higher speed than S5 (Step A).

膝関節の回転に対する制動力を小さくする方法としては、ロードセル等のセンサによって検出された膝屈曲モーメントM1と逆向きに加えていたモーメントを小さくする方法や、下肢装具や義肢に取り付けられる膝継手の回転トルクを小さくする方法等を用いることができる。   As a method of reducing the braking force against the rotation of the knee joint, a method of reducing the moment applied in the opposite direction to the knee bending moment M1 detected by a sensor such as a load cell, a knee joint attached to a lower limb orthosis or a prosthetic limb is used. A method of reducing the rotational torque can be used.

図2には示していないが、ステップS8(ステップB)において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間(第2遅れ時間)を経過した後に、ステップS5(ステップA)よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくすることが好ましい。第2遅れ時間を設けることにより、使用者の歩容に合うように膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングを設定することができる。このように第2遅れ時間を設ける方法は、特に歩行中に膝の位置が安定しない使用者に対して有効である。一般に、立脚中期は10%〜20%程度を占める。このため、第2遅れ時間は、例えば0.07秒〜0.2秒に設定することができる。   Although not shown in FIG. 2, in step S8 (step B), after a predetermined delay time (second delay time) has elapsed since the transition from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, the step It is preferable to make the braking force against the rotation of the knee joint smaller than S5 (step A). By providing the second delay time, it is possible to set the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint so as to match the gait of the user. The method of providing the second delay time in this way is particularly effective for a user whose knee position is not stable during walking. In general, the middle stance accounts for about 10% to 20%. For this reason, the second delay time can be set to 0.07 seconds to 0.2 seconds, for example.

(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行していない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS6に戻る。ステップS6では、ステップS1での制動力を維持することにより、膝関節の回転に対する制動力を大きくしてもよく、ステップS5での制動力を維持することにより、膝関節の回転に対する制動力を大きくしてもよい。   If the state does not change from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying, the process returns to step S6 for increasing the braking force against the rotation of the knee joint. In step S6, the braking force for rotation of the knee joint may be increased by maintaining the braking force in step S1, and the braking force for rotation of the knee joint is maintained by maintaining the braking force in step S5. You may enlarge it.

ステップS8の開始からの経過時間が、第1所定時間以内であるかを判定する(ステップS9)。すなわち、膝関節の回転に対する制動力を小さくしている状態が、第1所定時間以内であるかを判定する。これにより異常歩行の発生の有無を推定できる。   It is determined whether the elapsed time from the start of step S8 is within a first predetermined time (step S9). That is, it is determined whether or not the state in which the braking force with respect to the rotation of the knee joint is reduced is within the first predetermined time. Thereby, the presence or absence of occurrence of abnormal walking can be estimated.

第1所定時間は、例えば、1.0秒〜2.0秒に設定することができる。また第1所定時間は、使用者の1歩行周期に相当する時間に設定してもよい。   The first predetermined time can be set to 1.0 to 2.0 seconds, for example. The first predetermined time may be set to a time corresponding to one walking cycle of the user.

ステップS8の開始からの経過時間が第1所定時間以内の場合、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定するステップS4に戻る。ステップS8の開始からの経過時間が第1所定時間以内の場合には、歩行動作が継続しているとみなせる。   When the elapsed time from the start of step S8 is within the first predetermined time, the process returns to step S4 for determining whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied. When the elapsed time from the start of step S8 is within the first predetermined time, it can be considered that the walking motion is continuing.

ステップS8の開始からの経過時間が第1所定時間を超える場合、膝関節の回転に対する制動力をステップS8よりも大きくする(ステップS10)。ステップS8の開始からの経過時間が第1所定時間を超える場合には、歩行動作が終了しているとみなせるため、膝折れが発生しないように膝関節の回転に対する制動力をステップS8よりも大きくする。   When the elapsed time from the start of step S8 exceeds the first predetermined time, the braking force for the rotation of the knee joint is made larger than that in step S8 (step S10). If the elapsed time from the start of step S8 exceeds the first predetermined time, it can be considered that the walking motion has ended. Therefore, the braking force with respect to the rotation of the knee joint is set to be larger than that in step S8 so that knee bending does not occur. To do.

ステップS8(ステップB)において、膝関節の回転に対する制動力を小さくしてから所定時間(第2所定時間)が経過した後に、ステップS5(ステップA)において、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。このことには、ステップS8(ステップB)の後、ステップS8の開始からの経過時間が第1所定時間以内で、次の立脚初期の開始時期を推定するためにステップS4に戻る場合を意図している。使用者によっては、立脚終期に膝屈曲モーメントM1または足関節底屈モーメントM2が大きくなることがあるため、立脚初期と立脚終期の判別がしにくくなることがある。このため、ステップBにおいて、膝関節の回転に対する制動力を小さくしてから第2所定時間が経過した後に、次の歩行終期のステップAにおいて、膝関節の回転に対する制動力を大きくすることで、立脚終期の途中で発生し、膝関節の制御に不要な膝屈曲モーメントM1および足関節底屈モーメントM2のピークを除外できるようになり、歩行周期の推定精度を向上させることができる。これにより、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度が高められ、使用者が自然な歩行姿勢をとることを促進できる。   In step S8 (step B), after a predetermined time (second predetermined time) has elapsed since the braking force for the rotation of the knee joint is reduced, in step S5 (step A), the braking force for the rotation of the knee joint is increased. It is preferable to do. This is intended for the case where, after step S8 (step B), the elapsed time from the start of step S8 is within the first predetermined time, and the process returns to step S4 in order to estimate the start time of the next stance initial stage. ing. Depending on the user, the knee flexion moment M1 or the ankle plantar flexion moment M2 may increase at the end of the stance, making it difficult to distinguish between the initial stance and the end stance. For this reason, in Step B, after the second predetermined time has elapsed since the braking force for the rotation of the knee joint is reduced, in Step A at the end of the next walking, the braking force for the rotation of the knee joint is increased, Peaks of knee flexion moment M1 and ankle plantar flexion moment M2 that occur in the middle of the stance phase and are unnecessary for knee joint control can be excluded, and the estimation accuracy of the walking cycle can be improved. Thereby, the precision of the timing which adjusts the braking force with respect to rotation of a knee joint is raised, and it can promote that a user takes a natural walking posture.

第2所定時間は、歩行周期の半分以上の時間であることが好ましい。膝関節の制御に不要な立脚終期の膝屈曲モーメントM1および足関節底屈モーメントM2のピークは、ステップS8(ステップB)で膝関節の回転に対する制動力を大きくしてから半歩行周期を超えたときに出現することがあるためである。一般に、歩行周期は0.7秒〜2.0秒程度であるから、第2所定時間は、例えば0.35秒以上1.0秒以下に設定される。   The second predetermined time is preferably a time that is not less than half of the walking cycle. Peaks of knee flexion moment M1 and ankle plantar flexion moment M2 at the end of stance, which are not required for knee joint control, exceeded the half-walking period after the braking force against the knee joint rotation was increased in step S8 (step B). This is because it sometimes appears. In general, since the walking cycle is about 0.7 seconds to 2.0 seconds, the second predetermined time is set to, for example, not less than 0.35 seconds and not more than 1.0 seconds.

実施の形態1において、膝屈曲モーメントM1の代わりに足関節底屈モーメントM2を用いることもできる。その場合、ステップS4において(1)式の代わりに下記(2)式を用い、ステップS7において(3)式の代わりに下記(4)式を用いればよい。
M2>C2・・・(2)
M2<C4・・・(4)
ただし、C2、C4は定数であり、C2≧C4≧0である。また、C2>C4≧0とすることもできる。
In the first embodiment, ankle joint flexion moment M2 can be used instead of knee flexion moment M1. In that case, the following formula (2) may be used instead of the formula (1) in step S4, and the following formula (4) may be used instead of the formula (3) in step S7.
M2> C2 (2)
M2 <C4 (4)
However, C2 and C4 are constants, and C2 ≧ C4 ≧ 0. Further, C2> C4 ≧ 0 may be satisfied.

本発明の膝関節の制御方法において、具体的なC1〜C4の値は、C1≧C3≧0、C2≧C4≧0の関係を満たしていれば特に制限されるものではなく、使用者の年齢、性別、歩容、病気の進行度等に応じて適宜設定することができる。例えば、C1、C2は0N・m〜20N・mの範囲に設定することができ、C3、C4は0N・m〜5N・mの範囲に設定することができる。   In the knee joint control method of the present invention, specific values of C1 to C4 are not particularly limited as long as the relationship of C1 ≧ C3 ≧ 0 and C2 ≧ C4 ≧ 0 is satisfied. , Sex, gait, disease progression, etc. can be set as appropriate. For example, C1 and C2 can be set in a range of 0N · m to 20N · m, and C3 and C4 can be set in a range of 0N · m to 5N · m.

(実施の形態2)
実施の形態2では、実施の形態1で用いた(1)式および(3)式に加えて、立脚終期の開始時期を推定可能な(5)式を用いる例を示す。図3は、本発明の実施の形態2に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。なお、実施の形態2の説明において、上記の説明と重複する部分は説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the second embodiment, in addition to the formulas (1) and (3) used in the first embodiment, an example using the formula (5) that can estimate the start time of the stance end stage is shown. FIG. 3 is a flowchart showing a knee joint control method according to Embodiment 2 of the present invention. Note that in the description of the second embodiment, the description overlapping with the above description is omitted.

ステップS1〜ステップS6は、実施の形態1と同様である。   Steps S1 to S6 are the same as those in the first embodiment.

ステップS5(ステップA)の後、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS7)。これにより、立脚中期の開始時期を推定できる。   After step S5 (step A), it is determined whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied (step S7). Thereby, the start time of the middle stance can be estimated.

(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS5よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS8(ステップB))。   When the state is shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is made smaller than the step S5 (step S8 (step B)).

(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS5に戻る。   If the transition from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying the equation is not made, the process returns to step S5 for increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS8の後、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS11)。これにより、立脚終期の開始時期を推定できる。
M1>C5・・・(5)
ただし、C5は定数であり、C5≧C3≧0である。また、C5>C3≧0とすることもできる。
After step S8, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied (step S11). Thereby, the start time of the stance end can be estimated.
M1> C5 (5)
However, C5 is a constant, and C5 ≧ C3 ≧ 0. Further, C5> C3 ≧ 0 may be satisfied.

ステップS11において(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS8(ステップB)よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS6(ステップC)に戻る。   When the state transitions from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied in step S11, the process returns to step S6 (step C) in which the braking force against the rotation of the knee joint is made larger than in step S8 (step B).

ステップS6(ステップC)において、膝関節の回転に対する制動力を大きくするとは、例えば、膝関節の回転に対する制動力を加えて膝関節が屈曲または伸展しないように膝関節を固定することや、膝関節の回転に対する制動力を加えてステップS8(ステップB)よりも低速で膝関節を屈曲または伸展させることである。   In step S6 (step C), increasing the braking force with respect to the rotation of the knee joint includes fixing the knee joint so that the knee joint does not bend or extend by applying the braking force with respect to the rotation of the knee joint, Applying a braking force against the rotation of the joint to bend or extend the knee joint at a lower speed than step S8 (step B).

一般に、立脚終期では膝関節の回転に対する制動力を小さくして膝関節を動作させやすくするが、使用者によっては膝屈曲モーメントM1の値が立脚終期で過度に大きくなり、膝折れが発生することがあった。しかし、本発明では仮に立脚終期で過度な膝屈曲モーメントが発生したとしても、ステップS8(ステップB)よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより膝関節が屈曲または伸展しにくくなるため、膝折れが発生するのを未然に抑止できる。   Generally, at the end of the stance, the braking force against the rotation of the knee joint is decreased to facilitate the operation of the knee joint. However, depending on the user, the value of the knee flexion moment M1 becomes excessively large at the end of the stance and the knee is broken. was there. However, in the present invention, even if an excessive knee bending moment occurs at the end of the stance, the knee joint becomes difficult to bend or extend by increasing the braking force against the rotation of the knee joint than in Step S8 (Step B). In addition, it is possible to prevent the knee from breaking.

(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS12)。(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合とは、立脚終期であっても、過度に膝屈曲モ−メントM1が大きくならずに歩容が安定していることを意味する。この場合、立脚終期で膝関節11が動作しやすくなるように、膝関節の回転に対する制動力を小さくすることで、使用者が自然な歩行姿勢をとることを促進できる。   If the transition from the state not satisfying the equation (5) to the state satisfying the equation is not made, the braking force against the rotation of the knee joint is reduced (step S12). The case where the transition from the state not satisfying the formula (5) to the state satisfying does not mean that the gait is stable without excessively increasing the knee flexion moment M1 even at the end of the stance. . In this case, it is possible to promote the user to take a natural walking posture by reducing the braking force against the rotation of the knee joint so that the knee joint 11 can easily operate at the end of the stance.

図3には示していないが、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間(第3遅れ時間)を経過した後に、ステップS6において、ステップS8よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。第3遅れ時間を設けることにより、使用者の歩容に合うように膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングを設定することができる。このように第3遅れ時間を設ける方法は、特に歩行中に膝の位置が安定しない使用者に対して有効である。第3遅れ時間は、例えば、0.07秒〜0.2秒に設定することができる。   Although not shown in FIG. 3, after a predetermined delay time (third delay time) has elapsed since the transition from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied, the knee in step S6 is more than the knee in step S8. It is preferable to increase the braking force against the rotation of the joint. By providing the third delay time, it is possible to set the timing for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint so as to match the gait of the user. The method of providing the third delay time in this way is particularly effective for a user whose knee position is not stable during walking. The third delay time can be set to 0.07 seconds to 0.2 seconds, for example.

ステップS12の開始からの経過時間が、第3所定時間以内であるかを判定する(ステップS13)。すなわち、膝関節の回転に対する制動力を小さくしている状態が、第3所定時間以内であるかを判定する。これにより、異常歩行の発生の有無を推定できる。   It is determined whether the elapsed time from the start of step S12 is within a third predetermined time (step S13). That is, it is determined whether or not the state where the braking force with respect to the rotation of the knee joint is reduced is within the third predetermined time. Thereby, the presence or absence of occurrence of abnormal walking can be estimated.

第3所定時間は、例えば、1.0秒〜2.0秒に設定することができる。また第3所定時間は、使用者の1歩行周期に相当する時間に設定してもよい。   The third predetermined time can be set to 1.0 to 2.0 seconds, for example. The third predetermined time may be set to a time corresponding to one walking cycle of the user.

ステップS12の開始からの経過時間が、第3所定時間以内の場合、膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップS8に戻る。ステップS12の開始からの経過時間が第3所定時間以内の場合には、歩行動作が継続しているとみなせる。   When the elapsed time from the start of step S12 is within the third predetermined time, the process returns to step S8 for reducing the braking force against the rotation of the knee joint. If the elapsed time from the start of step S12 is within the third predetermined time, it can be considered that the walking motion is continuing.

ステップS12の状態の継続時間が、第3所定時間を超える場合、膝関節の回転に対する制動力をステップS12よりも大きくする(ステップS14)。ステップS12の開始からの経過時間が第3所定時間を超える場合には、歩行動作が終了したとみなせる。   When the duration of the state in step S12 exceeds the third predetermined time, the braking force for the rotation of the knee joint is made larger than that in step S12 (step S14). If the elapsed time from the start of step S12 exceeds the third predetermined time, it can be considered that the walking motion has ended.

実施の形態2において、膝屈曲モーメントM1の代わりに足関節底屈モーメントM2を用いることもできる。その場合、ステップS4において(1)式の代わりに下記(2)式を用い、ステップS7において(3)式の代わりに下記(4)式を用い、ステップS11において(5)式の代わりに下記(6)式を用いればよい。
M2>C2・・・(2)
M2<C4・・・(4)
M2>C6・・・(6)
ただし、C2、C4は定数であり、C2≧C4≧0、C6≧C4≧0である。また、C2>C4≧0、C6>C4≧0とすることもできる。
In the second embodiment, ankle joint flexion moment M2 may be used instead of knee flexion moment M1. In that case, the following formula (2) is used instead of the formula (1) in step S4, the following formula (4) is used instead of the formula (3) in step S7, and the following formula is used instead of the formula (5) in step S11. Equation (6) may be used.
M2> C2 (2)
M2 <C4 (4)
M2> C6 (6)
However, C2 and C4 are constants, and C2 ≧ C4 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0. Further, C2> C4 ≧ 0 and C6> C4 ≧ 0 may be satisfied.

本発明の膝関節の制御方法において、具体的なC5〜C6の値は、C5≧C3≧0、C6≧C4≧0の関係を満たしていれば特に制限されるものではなく、使用者の年齢、性別、歩容、病気の進行度等に応じて適宜設定することができる。例えば、C5〜C6は0N・m以上10N・m以下に設定することができる。   In the knee joint control method of the present invention, the specific values of C5 to C6 are not particularly limited as long as the relationship of C5 ≧ C3 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0 is satisfied. , Sex, gait, disease progression, etc. can be set as appropriate. For example, C5 to C6 can be set to 0 N · m or more and 10 N · m or less.

膝屈曲モーメントM1または足関節底屈モーメントM2の値は、立脚初期と立脚終期でピークを示すが、これらの値は立脚初期での値が立脚終期での値よりも大きい人もいれば、立脚終期での値が立脚初期での値よりも大きい人もいる。このため、C1とC5の大小関係や、C2とC6の大小関係は、使用者の歩容に応じて適宜設定することができる。具体的には、C1とC5の大小関係はC1>C5でもよく、C1<C5でもよい。同様にC2とC6の大小関係はC2>C6でもよく、C2<C6でもよい。   The value of the knee flexion moment M1 or the ankle plantar flexion moment M2 shows a peak at the initial stage of the stance and the final stage of the stance, but these values are higher in the initial stage of the stance than in the stance stage. Some people have an end-of-life value that is higher than the initial value. For this reason, the magnitude relationship between C1 and C5 and the magnitude relationship between C2 and C6 can be appropriately set according to the gait of the user. Specifically, the magnitude relationship between C1 and C5 may be C1> C5 or C1 <C5. Similarly, the magnitude relationship between C2 and C6 may be C2> C6 or C2 <C6.

(実施の形態3)
実施の形態3では、膝関節11の回転に対する制動力を大きくする制御に足関節モーメントM2を用い、膝関節11の回転に対する制動力を小さくする制御に膝屈曲モーメントM1を用いる例を示す。図4は本発明の実施の形態3に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。なお、図4の説明において、上記の説明と重複する部分は説明を省略する。
(Embodiment 3)
In the third embodiment, an example in which the foot joint moment M2 is used for the control to increase the braking force with respect to the rotation of the knee joint 11 and the knee bending moment M1 is used for the control to reduce the braking force with respect to the rotation of the knee joint 11 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing a knee joint control method according to Embodiment 3 of the present invention. In the description of FIG. 4, the description overlapping with the above description is omitted.

未歩行時には膝関節11の回転に対する制動力を大きくする(ステップS21)。   When not walking, the braking force against the rotation of the knee joint 11 is increased (step S21).

使用者が歩行を開始しているか判定するために、膝屈曲モーメントM1が発生しているかを判定する(ステップS22)。具体的にはM1>0であるかを判定することが好ましい。   In order to determine whether the user has started walking, it is determined whether a knee flexion moment M1 has occurred (step S22). Specifically, it is preferable to determine whether M1> 0.

ステップS22において、膝屈曲モーメントM1が発生していない場合には、ステップS21に戻り、膝関節の回転に対する制動力を大きくする。   In step S22, when the knee flexion moment M1 is not generated, the process returns to step S21 to increase the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS22において、膝屈曲モーメントM1が発生している場合、足関節底屈モーメントM2が発生していることを判定する(ステップS23)。具体的にはM2>0であるかを判定することが好ましい。   In step S22, when the knee flexion moment M1 is generated, it is determined that the ankle joint flexion moment M2 is generated (step S23). Specifically, it is preferable to determine whether M2> 0.

ステップS23において、足関節底屈モーメントM2が発生していない場合には、ステップS21に戻り、膝関節の回転に対する制動力を大きくする。   In step S23, when the ankle plantar flexion moment M2 is not generated, the process returns to step S21 to increase the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS23において、足関節底屈モーメントM2が発生している場合には、歩行を開始していると判定し、歩行ループを開始する(ステップS24)。   In step S23, when the ankle plantar flexion moment M2 is generated, it is determined that walking is started, and a walking loop is started (step S24).

ステップS24の後、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS25)。これにより、立脚初期の開始時期を推定できる。
M2>C2・・・(2)
After step S24, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the expression (2) to the state satisfied (step S25). Thereby, the start time of the initial stage of stance can be estimated.
M2> C2 (2)

ステップS25において(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS26)。ステップS26の後は、歩行ループを開始するステップS24に戻る。   If the transition from the state not satisfying the expression (2) to the state satisfying the equation (2) is not made in step S25, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S26). After step S26, the process returns to step S24 for starting the walking loop.

ステップS25において、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS27(ステップA))。   In step S25, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (2) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S27 (step A)).

ステップS27の後、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS28)。これにより、立脚中期の開始時期を推定できる。
M1<C3・・・(3)
After step S27, it is determined whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied (step S28). Thereby, the start time of the middle stance can be estimated.
M1 <C3 (3)

ステップS28において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS27(ステップA)よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS29(ステップB))。   In step S28, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, the braking force with respect to the rotation of the knee joint is made smaller than that in step S27 (step A) (step S29 (step B)).

ステップS28において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、ステップS27に戻り膝関節の回転に対する制動力を大きくする。   In step S28, when the state does not change from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying, the process returns to step S27 to increase the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS29の後、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS30)。
M1>C5・・・(5)
After step S29, it is determined whether or not the state is satisfied from the state not satisfying the expression (5) (step S30).
M1> C5 (5)

ステップS30において、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップ29(ステップB)よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS26(ステップC))。これにより、膝屈曲モーメントが立脚終期で大きくなることに起因する膝折れの発生を未然に抑止できる。   In step S30, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is set larger than that in step 29 (step B) (step S26 (step C)). As a result, it is possible to prevent the occurrence of knee bending caused by the knee flexion moment being increased at the end of stance.

(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS31)。(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合とは、立脚終期であっても、過度に膝屈曲モ−メントM1が大きくならずに歩容が安定していることを意味する。この場合、立脚終期で膝関節が動作しやすくなるように、膝関節の回転に対する制動力を小さくすることで使用者が自然な歩行姿勢をとることを促進できる。   If the transition from the state not satisfying the equation (5) to the state satisfying the equation is not made, the braking force against the rotation of the knee joint is reduced (step S31). The case where the transition from the state not satisfying the formula (5) to the state satisfying does not mean that the gait is stable without excessively increasing the knee flexion moment M1 even at the end of the stance. . In this case, it is possible to promote the user to take a natural walking posture by reducing the braking force against the rotation of the knee joint so that the knee joint can easily operate at the end of the stance.

ステップS31の後、ステップS31の開始からの経過時間が、第3所定時間以内であるかを判定する(ステップS32)。すなわち、膝関節の回転に対する制動力を小さくしている状態が、第3所定時間以内であるかを判定する。これにより、異常歩行の発生の有無を推定できる。   After step S31, it is determined whether the elapsed time from the start of step S31 is within a third predetermined time (step S32). That is, it is determined whether or not the state where the braking force with respect to the rotation of the knee joint is reduced is within the third predetermined time. Thereby, the presence or absence of occurrence of abnormal walking can be estimated.

ステップS31の開始からの経過時間が、第3所定時間以内の場合には、歩行動作が継続しているとみなして、膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップS29に戻る。   If the elapsed time from the start of step S31 is within the third predetermined time, it is considered that the walking motion is continuing, and the process returns to step S29 for reducing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS31の開始からの経過時間が、第3所定時間を超える場合、歩行動作が終了したとみなして、膝関節の回転に対する制動力をステップS31よりも大きくする(ステップS33)。   If the elapsed time from the start of step S31 exceeds the third predetermined time, it is considered that the walking motion has ended, and the braking force for the rotation of the knee joint is made larger than that in step S31 (step S33).

実施の形態3に示した膝関節の制御方法は、使用者が足関節底屈筋(図1のF2)のコントロールが可能な場合に適している。使用者が足関節底屈筋のコントロールが可能であれば、足関節底屈モーメントM2を大きくすることができ、歩行姿勢が比較的安定するからである。   The knee joint control method shown in the third embodiment is suitable when the user can control the plantar flexor muscle (F2 in FIG. 1). This is because if the user can control the plantar flexor muscles, the plantar flexion moment M2 can be increased and the walking posture is relatively stable.

(実施の形態4)
実施の形態4では、膝関節の制御に膝屈曲モーメントM1および足関節底屈モーメントM2を用いる。図5は、本発明の実施の形態4に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。なお、図5の説明において、上記の説明と重複する部分は説明を省略する。
(Embodiment 4)
In the fourth embodiment, knee flexion moment M1 and ankle joint floor flexion moment M2 are used for controlling the knee joint. FIG. 5 is a flowchart showing a knee joint control method according to Embodiment 4 of the present invention. In the description of FIG. 5, the description overlapping with the above description is omitted.

ステップS41〜S44は、実施の形態3のステップS21〜S24と同様である。   Steps S41 to S44 are the same as steps S21 to S24 of the third embodiment.

ステップS44の後、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS45)。
M1>C1・・・(1)
After step S44, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied (step S45).
M1> C1 (1)

ステップS45において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS46)。   In step S45, when the state does not change from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S46).

ステップS45において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS47)。
M2>C2・・・(2)
In step S45, when a transition is made from a state not satisfying the expression (1) to a state satisfying the expression (2), it is determined whether or not the state is satisfied from the state not satisfying the expression (2) (step S47).
M2> C2 (2)

ステップS47において、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、ステップS46に戻り、膝関節の回転に対する制動力を大きくする。   If it is determined in step S47 that the condition (2) is not satisfied and the condition is not satisfied, the process returns to step S46 to increase the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS47において、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS48(ステップA))。   In step S47, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (2) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S48 (step A)).

ステップS48の後、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS49)。
M1<C3・・・(3)
After step S48, it is determined whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied (step S49).
M1 <C3 (3)

ステップS49において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS48に戻る。   In step S49, when it does not shift from the state that does not satisfy the expression (3) to the state that satisfies, the process returns to step S48 in which the braking force against the rotation of the knee joint is increased.

ステップS49において、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS50)。
M2<C4・・・(4)
In step S49, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, it is determined whether the state is satisfied from the state not satisfying the expression (4) (step S50).
M2 <C4 (4)

ステップS50において、(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS48に戻る。   If the transition from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfying the equation (4) is not made in step S50, the process returns to step S48 for increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS50において、(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS48よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS51(ステップB))。   In step S50, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfied, the braking force for the rotation of the knee joint is made smaller than in step S48 (step S51 (step B)).

ステップS51の後、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS52)。
M1>C5・・・(5)
After step S51, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied (step S52).
M1> C5 (5)

ステップS52において、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、ステップS51よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS46(ステップC)に戻り、再び歩行ループを開始する。   In step S52, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied, the process returns to step S46 (step C) in which the braking force against the rotation of the knee joint is larger than that in step S51, and the walking loop is started again. To do.

ステップS52において、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS53)。
M2>C6・・・(6)
If it is determined in step S52 that the state is not satisfied from the state not satisfying the expression (5), it is determined whether the state is satisfied from the state not satisfying the expression (6) (step S53).
M2> C6 (6)

ステップS53において、(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS46(ステップC)に戻り、再び歩行ループを開始する。   In step S53, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (6) to the state satisfied, the process returns to step S46 (step C) for increasing the braking force against the rotation of the knee joint, and the walking loop is started again.

ステップS53において、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、ステップS48(ステップA)よりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする(ステップS54)。   In step S53, when the state does not change from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied, the braking force for the rotation of the knee joint is made smaller than that in step S48 (step A) (step S54).

ステップS53の後、ステップS54の開始からの経過時間が、第3所定時間以内であるかを判定する(ステップS55)。すなわち、膝関節の回転に対する制動力を小さくしている状態が、第3所定時間以内であるかを判定する。これにより異常歩行の発生の有無を推定できる。   After step S53, it is determined whether the elapsed time from the start of step S54 is within a third predetermined time (step S55). That is, it is determined whether or not the state where the braking force with respect to the rotation of the knee joint is reduced is within the third predetermined time. Thereby, the presence or absence of occurrence of abnormal walking can be estimated.

ステップS54の開始からの経過時間が、第3所定時間以内の場合には、歩行動作が継続しているとみなして、膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップS51に戻る。   If the elapsed time from the start of step S54 is within the third predetermined time, it is considered that the walking motion is continuing, and the process returns to step S51 for reducing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS54の開始からの経過時間が、第3所定時間を超える場合には、歩行動作が終了したとみなして、膝関節の回転に対する制動力をステップS54よりも大きくする(ステップS56)。   When the elapsed time from the start of step S54 exceeds the third predetermined time, it is considered that the walking motion has ended, and the braking force for the rotation of the knee joint is made larger than that in step S54 (step S56).

実施の形態4に示した膝関節の制御方法のように、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップS48(ステップA)において膝関節の回転に対する制動力を大きくし;(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップS51(ステップB)においてステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくし;(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップS46(ステップC)において、ステップS48(ステップA)よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の両方を膝関節の制御に用いることにより、歩行周期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められる。   As in the knee joint control method shown in the fourth embodiment, when transitioning from a state not satisfying the expression (1) to a state satisfying the expression (2) and shifting from a state not satisfying the expression (2) to a state satisfying the expression (2) In step S48 (step A), the braking force against the rotation of the knee joint is increased; the state in which the expression (3) is not satisfied is shifted to the state in which the expression (4) is not satisfied, and the condition in which the expression (4) is not satisfied. When the transition is made, the braking force for the rotation of the knee joint is made smaller in step S51 (step B) than in step A; the transition from the state not satisfying the expression (5) to the satisfying state is satisfied, and the expression (6) is satisfied. It is preferable to increase the braking force with respect to the rotation of the knee joint in step S46 (step C) than in step S48 (step A) when the state is shifted from the state not to be satisfied to the state satisfied. There. By using both the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 for the knee joint control, it is possible to improve the estimation accuracy of the walking cycle. Therefore, the timing accuracy for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint is improved. Enhanced.

(実施の形態5)
膝関節の制御には、加速度が用いられてもよい。加速度は、使用者の動きに伴い発生するものである。ここで加速度とはX軸方向成分の二乗と、Y軸方向成分の二乗と、Z軸方向(鉛直方向)成分の四乗の和である(単位:g)。ここでX軸方向およびY軸方向は使用者の進行方向を表し、1gは9.8m2/sである。従って、加速度Aは以下の数式1で表され、被検者の動きがないときの加速度はゼロである。加速度Aは立脚初期の開始時に増加するため、加速度Aを観察することにより、立脚初期の開始時期を推定することができる。
(Embodiment 5)
Acceleration may be used for controlling the knee joint. The acceleration is generated with the movement of the user. Here, the acceleration is the sum of the square of the X-axis direction component, the square of the Y-axis direction component, and the fourth power of the Z-axis direction (vertical direction) component (unit: g). Here, the X-axis direction and the Y-axis direction represent the traveling direction of the user, and 1 g is 9.8 m 2 / s. Therefore, the acceleration A is expressed by the following formula 1, and the acceleration when there is no movement of the subject is zero. Since the acceleration A increases at the start of the initial stance, the start time of the initial stance can be estimated by observing the acceleration A.

すなわち、使用者の動きに伴う加速度Aを計測し、ステップS5(ステップA)において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときにステップS8(ステップB)よりも膝関節の回転に対する制動力を大きくすることが好ましい。
A>C7・・・(7)
ただし、C7は定数であり、C7>0である。
That is, the acceleration A accompanying the user's movement is measured, and in step S5 (step A), the state transitions from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied, or the state satisfied from the state not satisfying the expression (2). It is preferable to increase the braking force with respect to the rotation of the knee joint as compared to step S8 (step B) when the process shifts to a state where the process shifts to a state where the expression (7) is not satisfied.
A> C7 (7)
However, C7 is a constant and C7> 0.

実施の形態5は、図3に示す実施の形態2に係る膝関節の制御方法において、膝関節の回転に対する制動力を小さくする制御に加速度をさらに用いる例である。図6は、本発明の実施の形態5に係る膝関節の制御方法を示すフローチャートを表す。なお、図6の説明において、上記の説明と重複する部分は説明を省略する。   Embodiment 5 is an example in which acceleration is further used for control to reduce the braking force against rotation of the knee joint in the knee joint control method according to Embodiment 2 shown in FIG. FIG. 6 is a flowchart showing a knee joint control method according to Embodiment 5 of the present invention. In the description of FIG. 6, the description overlapping with the above description is omitted.

図6に示す膝関節の制御方法は、図3に示すステップS4を、ステップS4−1とステップS4−2に置き換えた方法である。   The knee joint control method shown in FIG. 6 is a method in which step S4 shown in FIG. 3 is replaced with steps S4-1 and S4-2.

ステップS1〜ステップS3は、図3に示す実施の形態2に係る膝関節の制御方法と同様である。   Steps S1 to S3 are the same as the knee joint control method according to the second embodiment shown in FIG.

ステップS3の後、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS4−1)。   After step S3, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied (step S4-1).

ステップS4−1において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS6に戻る。   In step S4-1, when the transition from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying the equation (1) is not made, the process returns to step S6 for increasing the braking force against the rotation of the knee joint.

ステップS4−1において、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する(ステップS4−2)。
A>C7・・・(7)
In step S4-1, it is determined whether the state has been shifted from the state not satisfying the equation (7) to the state satisfied when the state is satisfied from the state not satisfying the equation (1) (step S4-2).
A> C7 (7)

ステップS4−2において、(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、膝関節の回転に対する制動力を大きくする(ステップS5(ステップA))。   In step S4-2, when the state is shifted from the state not satisfying the expression (7) to the state satisfied, the braking force against the rotation of the knee joint is increased (step S5 (step A)).

ステップS4−2において、(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行しない場合、膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップS6に戻る。   In step S4-2, when the state does not change from the state not satisfying the expression (7) to the state satisfied, the process returns to step S6 for increasing the braking force with respect to the rotation of the knee joint.

ステップS6〜ステップS14は、図3に示す実施の形態2の膝関節の制御方法と同じである。   Steps S6 to S14 are the same as the knee joint control method of the second embodiment shown in FIG.

実施の形態5では、立脚初期の開始時期を推定するために膝屈曲モーメントM1と加速度Aを用いる方法を例として示したが、実施の形態1、3〜4の膝関節の回転に対する制動力を小さくする制御に加速度Aが用いられてもよい。また、実施の形態1〜2の膝関節の制御方法において膝屈曲モーメントM1の代わりに足関節底屈モーメントM2を用いた上で、加速度Aをさらに加えてもよい。   In the fifth embodiment, the method of using the knee flexion moment M1 and the acceleration A to estimate the start time of the initial stance is shown as an example. However, the braking force against the rotation of the knee joint in the first and third to fourth embodiments is described. The acceleration A may be used for the control to reduce. Further, in the knee joint control method according to the first and second embodiments, the acceleration A may be further applied after using the ankle joint bottom bending moment M2 instead of the knee bending moment M1.

歩行周期を精度よく推定して膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められるように、加速度Aの他、足関節角度や使用者の角速度等を組み合わせることも勿論可能である。また、従来から歩行周期の検出に使用されてきたフットスイッチや、画像解析装置等と併用することにより、さらに高度な制御が可能になる。   Of course, it is possible to combine the ankle joint angle, the user's angular velocity, and the like in addition to the acceleration A so that the walking cycle can be accurately estimated and the timing accuracy for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint can be improved. Further, by using in combination with a foot switch, an image analysis device, or the like that has been conventionally used for detecting the walking cycle, it is possible to perform more advanced control.

2.下肢装具
本発明の下肢装具について、図7〜図9を用いて説明する。図7〜図8は本発明の下肢装具の斜視図を表し、図9は本発明の下肢装具50の構成を示すブロック図を表す。なお、部材が配置される位置を明確に表すために、図7には計測部、処理部、駆動部が取り外された下肢装具が示されており、図8には後述する計測部、処理部、駆動部が取り付けられた下肢装具が示されている。
2. Lower limb orthosis The lower limb orthosis of this invention is demonstrated using FIGS. 7 to 8 are perspective views of the lower limb orthosis of the present invention, and FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the lower limb orthosis 50 of the present invention. In addition, in order to express clearly the position where a member is arrange | positioned, FIG. 7 shows the lower limb orthosis from which the measuring unit, the processing unit, and the driving unit are removed, and FIG. 8 shows the measuring unit and the processing unit described later. A lower limb orthosis with a drive attached is shown.

図7に示すように、下肢装具50(50A)は、大腿側の第1構成部材51と、下腿側の第2構成部材52と、第1構成部材51と第2構成部材52を保持する膝部回転部材53(53A、53B)と、を有する。図7において下肢装具50は右足用の下肢装具であり、膝部回転部材53は、内側(左足側)に位置する膝部回転部材53Aと、外側に位置する膝部回転部材53Bを有する。   As shown in FIG. 7, the lower limb orthosis 50 (50 </ b> A) includes a first component member 51 on the thigh side, a second component member 52 on the crus side, and a knee that holds the first component member 51 and the second component member 52. Part rotation member 53 (53A, 53B). In FIG. 7, the lower limb orthosis 50 is a right limb orthosis, and the knee rotating member 53 includes a knee rotating member 53 </ b> A located on the inner side (left foot side) and a knee rotating member 53 </ b> B located on the outer side.

大腿側の第1構成部材51は、使用者の大腿を支持する部材であり、例えば、大腿に巻かれて固定される大腿カフがある。第1構成部材51には、必要に応じて大腿の前面または後面を半周する半月が設けられてもよい。   The first component member 51 on the thigh side is a member that supports the user's thigh, and includes, for example, a thigh cuff that is wound around the thigh and fixed. The first component member 51 may be provided with a half moon that wraps around the front or rear surface of the thigh as needed.

下腿側の第2構成部材52は、使用者の下腿を支持する部材であり、第1構成部材51と同様に、例えば、下腿に巻かれて固定される下腿カフがある。なお、第2構成部材52には、必要に応じて下腿の前面または後面を半周する半月が設けられてもよい。   The second component member 52 on the lower leg side is a member that supports the user's lower leg, and similarly to the first component member 51, for example, there is a lower leg cuff that is wound around the lower leg and fixed. The second component member 52 may be provided with a half moon that circulates the front or rear surface of the lower leg as needed.

第1構成部材51、第2構成部材52の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニルなどの高分子材料や、織物、編物、不織布等の布地、またはこれらの組み合わせから形成されればよい。第1構成部材51や第2構成部材52は、高分子材料から形成されることが好ましい。布地と比較して変形しにくく、弾力性を有しているためである。   The material of the first component member 51 and the second component member 52 may be formed of, for example, a polymer material such as polyethylene, polypropylene, or polyvinyl chloride, a fabric such as a woven fabric, a knitted fabric, or a nonwoven fabric, or a combination thereof. . The first component member 51 and the second component member 52 are preferably formed from a polymer material. This is because it is hard to be deformed and has elasticity compared to the fabric.

膝部回転部材53は、第1構成部材51と第2構成部材52を保持し、膝関節の回転、すなわち膝関節の屈曲および伸展を可能にする。下肢装具50Aにおいて、膝部回転部材53は、上側支柱54を介して第1構成部材51と接続され、下側支柱55を介して第2構成部材52と接続されている。図示していないが、膝部には膝当てやバンドが取り付けられてもよい。   The knee rotation member 53 holds the first component member 51 and the second component member 52, and enables rotation of the knee joint, that is, bending and extension of the knee joint. In the lower limb orthosis 50 </ b> A, the knee rotation member 53 is connected to the first component member 51 via the upper column 54 and is connected to the second component 52 via the lower column 55. Although not shown, a knee pad or a band may be attached to the knee.

図8に示すように、下肢装具50には、計測部60と、処理部70と、駆動部80と、が設けられている。計測部60は、膝部回転部材53(53B)の回転中心における膝屈曲モーメントM1を計測する。処理部70は、膝屈曲モーメントM1が(1)式、(3)式および(5)式の条件を満足することを判定する。駆動部80は、(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を大きくし、(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし、(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする。
M1>C1・・・(1)
M1<C3・・・(3)
M1>C5・・・(5)
ただし、C1、C3、C5は定数であり、C1≧C3≧0、C5≧C3≧0である。
As shown in FIG. 8, the lower limb orthosis 50 is provided with a measuring unit 60, a processing unit 70, and a driving unit 80. The measuring unit 60 measures the knee bending moment M1 at the rotation center of the knee rotating member 53 (53B). The processing unit 70 determines that the knee flexion moment M1 satisfies the conditions of the expressions (1), (3), and (5). The drive unit 80 increases the braking force with respect to the rotation of the knee rotation member when shifting from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying, and shifts from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying. Sometimes the braking force against the rotation of the knee rotation member is made smaller than the braking force when shifting from the state not satisfying equation (1) to the state satisfying, and the state shifting from not satisfying equation (5) to the state satisfying When this is done, the braking force against the rotation of the knee rotation member is made larger than the braking force when the state changes from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied.
M1> C1 (1)
M1 <C3 (3)
M1> C5 (5)
However, C1, C3, and C5 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C5 ≧ C3 ≧ 0.

本発明の下肢装具50は、計測部60が設けられているため、膝部回転部材53の回転中心における膝屈曲モーメントM1を計測することができる。計測部60において、膝屈曲モーメントM1が(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚初期の開始時期を推定できる。また、立脚初期で膝関節の回転に対する制動力を大きくすることにより、膝関節が屈曲または伸展しにくくなる。   Since the lower limb orthosis 50 of the present invention is provided with the measurement unit 60, the knee flexion moment M1 at the rotation center of the knee rotation member 53 can be measured. By determining whether the knee flexion moment M1 has shifted from the state not satisfying the expression (1) to the satisfied state in the measuring unit 60, the start time of the initial stance can be estimated. Further, by increasing the braking force against the rotation of the knee joint in the initial stage of the stance, it becomes difficult for the knee joint to bend or extend.

計測部60において、膝屈曲モーメントM1が(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚中期の開始時期を推定できる。立脚中期で膝関節の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくすることにより、膝関節の屈曲または伸展がしやすくなる。   By determining whether the knee flexion moment M1 has shifted from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied by the measurement unit 60, the start time of the middle stance can be estimated. By making the braking force against the rotation of the knee joint in the middle stance phase smaller than the braking force when the state shifts from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied, the knee joint can be easily bent or extended.

計測部60において、膝屈曲モーメントM1が(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定することによって、立脚終期の開始時期を推定できる。立脚終期で膝関節の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする。これにより、過度な膝屈曲モーメントが発生することにより不安定な状態で立脚終期を迎えても、膝関節が屈曲または伸展しにくくなるため、膝折れが発生するのを未然に抑止できる。   By determining whether the knee flexion moment M1 has shifted from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied by the measurement unit 60, the start time of the stance end can be estimated. The braking force for the rotation of the knee joint at the end of the stance is made larger than the braking force when the state shifts from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied. As a result, even when the end of the stance is reached in an unstable state due to an excessive knee bending moment, the knee joint becomes difficult to bend or extend, so that it is possible to prevent the knee from being bent.

従って、本発明の下肢装具50は、膝屈曲モーメントM1と所定値C1、C3、C5との比較を行うことによって、歩行周期を容易に推定することができる。このため、膝関節の制御をリアルタイムで容易に行うことができる。   Therefore, the lower limb orthosis 50 of the present invention can easily estimate the walking cycle by comparing the knee flexion moment M1 with the predetermined values C1, C3, and C5. Therefore, the knee joint can be easily controlled in real time.

以下では、下肢装具50(50A)の具体的な構成を説明する。図7〜図8に示すように、下肢装具50Aは、膝部回転部材53に計測部60Aと、処理部70と、駆動部80が設けられている。下肢装具50Aに計測部60A、処理部70、駆動部80を設ける方法としては、例えばネジ留め、接着、溶着等によって固定する方法や、面ファスナー等によって取り外し可能に接合する方法を用いることができる。   Hereinafter, a specific configuration of the lower limb orthosis 50 (50A) will be described. As shown in FIGS. 7 to 8, in the lower limb orthosis 50 </ b> A, a measurement unit 60 </ b> A, a processing unit 70, and a drive unit 80 are provided on the knee rotation member 53. As a method of providing the measurement unit 60A, the processing unit 70, and the driving unit 80 on the lower limb orthosis 50A, for example, a method of fixing by screwing, adhesion, welding, or the like, or a method of removably joining by a hook-and-loop fastener or the like can be used. .

図9に示すように、計測部60Aは、膝屈曲モーメントM1を計測する膝屈曲モーメント計測部61を有する。膝屈曲モーメント計測部61には、上述したロードセル、筋電計、トルクセンサを用いることができる。計測部60で計測された膝屈曲モーメントM1のデータは処理部70に送信される。   As shown in FIG. 9, the measurement unit 60A includes a knee flexion moment measurement unit 61 that measures the knee flexion moment M1. For the knee flexion moment measuring unit 61, the above-described load cell, electromyograph, or torque sensor can be used. The data of the knee flexion moment M1 measured by the measurement unit 60 is transmitted to the processing unit 70.

処理部70は、計測部60から送信されたデータが所定の条件式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する。図9に示すように、処理部70は、計測部60から送信されたデータを受信する受信部71と、所定値C1、C3、C5を格納する所定値格納部72と、計測部60Aから送信されたデータと所定値を用いて(1)、(3)、(5)式の条件が満足されるか判定する判定部73を有している。所定値C1、C3、C5の値を適宜変更することができるように、所定値格納部72には入力手段(図示していない)が設けられることが好ましい。なお、処理部70には、公知のマイクロプロセッサを用いることができる。   The processing unit 70 determines whether the data transmitted from the measurement unit 60 has shifted from a state where the predetermined conditional expression is not satisfied to a state where it is satisfied. As illustrated in FIG. 9, the processing unit 70 receives the data transmitted from the measurement unit 60, the predetermined value storage unit 72 that stores the predetermined values C1, C3, and C5, and the transmission from the measurement unit 60A. The determination unit 73 is used to determine whether the conditions of the expressions (1), (3), and (5) are satisfied using the obtained data and a predetermined value. It is preferable that an input means (not shown) is provided in the predetermined value storage unit 72 so that the values of the predetermined values C1, C3, and C5 can be appropriately changed. Note that a known microprocessor can be used as the processing unit 70.

受信部71に送信された膝屈曲モーメントM1と、所定値格納部72に格納されているC1、C3、C5を判定部73に送信し、判定部73で、受信部71に送信されたデータとC1、C3、C5との比較を行い、(1)式、(3)式、(5)式の条件が満足されるかを判定する。判定部73で(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を大きくする信号、例えば膝関節の固定解除信号を駆動部80に送信する。また、処理部70の判定部73で(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくする信号を駆動部80に送信する。また、処理部70の判定部73で(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする信号を駆動部80に送信する。   The knee flexion moment M1 transmitted to the reception unit 71 and C1, C3, and C5 stored in the predetermined value storage unit 72 are transmitted to the determination unit 73, and the data transmitted to the reception unit 71 by the determination unit 73 Comparison with C1, C3, and C5 is performed, and it is determined whether the conditions of the expressions (1), (3), and (5) are satisfied. When the condition for transition from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfied is satisfied in the determination unit 73, a signal for increasing the braking force against the rotation of the knee joint, for example, a fixation release signal for the knee joint is supplied to the drive unit 80. Send. Further, if the determination unit 73 of the processing unit 70 satisfies the condition for shifting from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying the expression (3), the braking force for the rotation of the knee joint is satisfied from the state not satisfying the expression (1). The signal which makes it smaller than the braking force when it transfers to the state to perform is transmitted to the drive part 80. FIG. Further, when the condition that the determination unit 73 of the processing unit 70 shifts from the state that does not satisfy the expression (5) to the state that satisfies the condition is satisfied, the braking force for the rotation of the knee joint is satisfied from the state that does not satisfy the expression (3). The signal which makes it larger than the braking force when it transfers to the state to perform is transmitted to the drive part 80. FIG.

駆動部80で、処理部70の判定部73から送信された膝関節の固定信号または固定解除信号に基づき、膝部回転部材53の回転に対する制動力の大小を制御する。これにより、膝関節の動きを歩行周期に合わせて適切に制御することができる。駆動部80では、処理部70からの固定解除信号に基づき、膝関節の回転に対する制動力を小さくし、自由に膝関節を動かせるようにする。また、駆動部80で、処理部70から固定信号を受信した場合は、膝関節の回転に対する制動力を大きくし、使用者が膝折れすることを抑止する。   The driving unit 80 controls the magnitude of the braking force with respect to the rotation of the knee rotation member 53 based on the knee joint fixing signal or the fixing release signal transmitted from the determination unit 73 of the processing unit 70. Thereby, the motion of the knee joint can be appropriately controlled in accordance with the walking cycle. The drive unit 80 reduces the braking force against the rotation of the knee joint based on the fixation release signal from the processing unit 70 so that the knee joint can be moved freely. In addition, when the driving unit 80 receives a fixed signal from the processing unit 70, the braking force against the rotation of the knee joint is increased to prevent the user from bending the knee.

駆動部80は膝関節の回転に対して制動力を加えるものであるから、駆動部80は膝部回転部材53に設けられることが好ましい。膝関節の制御動作がスムーズに行われるように、駆動部80には油圧アクチュエータや空圧アクチュエータが用いられることが好ましい。   Since the drive unit 80 applies a braking force to the rotation of the knee joint, the drive unit 80 is preferably provided on the knee rotation member 53. It is preferable that a hydraulic actuator or a pneumatic actuator is used for the drive unit 80 so that the knee joint control operation is performed smoothly.

図7に示すように、計測部60、処理部70、駆動部80は、下肢装具50から脱着可能に設けられることが好ましい。これにより、必要に応じて計測部60、処理部70、駆動部80が取り外された軽量な下肢装具として使用可能になる。   As shown in FIG. 7, the measurement unit 60, the processing unit 70, and the driving unit 80 are preferably provided so as to be detachable from the lower limb orthosis 50. Thereby, it becomes possible to use it as a lightweight lower limb orthosis from which the measuring unit 60, the processing unit 70, and the driving unit 80 are removed as necessary.

以上のとおり、図9に示す下肢装具50Aは、膝関節の制御に膝屈曲モーメントM1を用いているため、例えば、上述した「1.膝関節の制御方法」の実施の形態1の制御方法を実施することができる。   As described above, since the lower limb orthosis 50A shown in FIG. 9 uses the knee flexion moment M1 for controlling the knee joint, for example, the control method according to the first embodiment of “1. Knee joint control method” described above is used. Can be implemented.

上述した下肢装具50Aとは異なる態様の下肢装具について、図7〜図8、図10〜図12を用いて説明する。図10〜図12は、本発明の下肢装具の他の構成例を示すブロック図を表す。   A lower limb orthosis different from the above-described lower limb orthosis 50A will be described with reference to FIGS. 7 to 8 and FIGS. FIGS. 10-12 represents the block diagram which shows the other structural example of the leg brace of this invention.

図7〜図8および図10に示すように下肢装具50(50B)は、足関節側の第3構成部材56と、第2構成部材52と第3構成部材56を保持する足首部回転部材57とを有し;計測部60において足首部回転部材57の回転中心における足関節底屈モーメントM2が計測され;処理部70において(1)式〜(6)式の条件を満足することを判定し;駆動部80において;(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材53の回転に対する制動力を大きくし;(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝部回転部材53の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし;(5)式と(6)式の少なくとも一方の条件が満足される場合に膝部回転部材53の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくすることが好ましい。
M2>C2・・・(2)
M2<C4・・・(4)
M2>C6・・・(6)
ただし、C2、C4、C6は定数であり、C2≧C4≧0、C6≧C4≧0である。
膝関節の制御に膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の両方を用いることにより、歩行周期の推定精度を向上させることができるため、膝関節の回転に対する制動力を調整するタイミングの精度を高められる。
As shown in FIGS. 7 to 8 and 10, the lower limb orthosis 50 (50 </ b> B) includes a third component member 56 on the ankle joint side, an ankle rotation member 57 that holds the second component member 52 and the third component member 56. The ankle bottom flexion moment M2 at the center of rotation of the ankle rotation member 57 is measured by the measurement unit 60; and the processing unit 70 determines that the conditions of the expressions (1) to (6) are satisfied. In the drive unit 80; when the transition from the state not satisfying the expression (1) to the state satisfying the expression (1), or the transition from the state not satisfying the expression (2) to the state satisfying the expression (2), The braking force against the rotation of the knee rotation member 53 when the power is increased; when shifting from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfying, or when shifting from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfying (1) Less than the braking force when shifting from the state not satisfying to the state satisfying or satisfying equation (2) to the state satisfying from equation (2); at least one of equations (5) and (6) When the condition (1) is satisfied, the braking force against the rotation of the knee rotation member 53 is shifted from a condition not satisfying the expression (3) to a satisfied condition, or from a condition not satisfying the expression (4) to a satisfied condition. It is preferable to make it larger than the braking force at the time of transition.
M2> C2 (2)
M2 <C4 (4)
M2> C6 (6)
However, C2, C4, and C6 are constants, and C2 ≧ C4 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0.
By using both the knee flexion moment M1 and the ankle plantar flexion moment M2 for controlling the knee joint, it is possible to improve the estimation accuracy of the walking cycle. Therefore, the timing accuracy for adjusting the braking force against the rotation of the knee joint is improved. Enhanced.

足関節側の第3構成部材56は、使用者の足部を載せるための足載置部材として機能する。足首部回転部材57は、第3構成部材56と第2構成部材52を保持し、足関節の回転、すなわち足関節の底屈および背屈を可能にする。下肢装具50(50B)において、足首部回転部材57は、第3構成部材56に取り付けられ、下側支柱55を介して第2構成部材52と接続されている。   The third component 56 on the ankle side functions as a foot placement member for placing the user's foot. The ankle portion rotation member 57 holds the third component member 56 and the second component member 52 and enables rotation of the ankle joint, that is, plantar flexion and dorsiflexion of the ankle joint. In the lower limb orthosis 50 (50 </ b> B), the ankle rotation member 57 is attached to the third component member 56 and is connected to the second component member 52 via the lower support column 55.

図10に示すように、下肢装具50Bは、計測部60(60B)が足関節底屈モーメントM2を計測する足関節底屈モーメント計測部62を有することが好ましく、足首部回転部材57に計測部60Bが設けられていることがより好ましい。膝屈曲モーメント計測部61と同様に、足関節底屈モーメント計測部62には、上述したロードセル、筋電計、トルクセンサを用いることができる。   As shown in FIG. 10, the lower limb orthosis 50 </ b> B preferably includes an ankle plantar flexion moment measuring unit 62 for measuring the ankle plantar flexion moment M <b> 2 by the measurement unit 60 (60 </ b> B). More preferably, 60B is provided. As with the knee flexion moment measuring unit 61, the above-described load cell, electromyograph, and torque sensor can be used for the ankle plantar flexion moment measuring unit 62.

計測部60Bで計測された足関節底屈モーメントM2は、図8に示す下肢装具50Aの膝屈曲モーメントM1と同様に、処理部70の受信部71に送信される。このとき、所定値格納部72には所定値C1〜C6を格納しておく。判定部73では(1)式〜(6)式の条件が満足されるか判定する。判定部73で(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行する、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を大きくする信号、例えば膝関節の固定解除信号を駆動部80に送信する。また、処理部70の判定部73で(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行する、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくする信号を駆動部80に送信する。さらに、処理部70の判定部73で(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行する、または(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行するとの条件が満たされたら、膝関節の回転に対する制動力を(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする信号を駆動部80に送信する。   The ankle plantar flexion moment M2 measured by the measurement unit 60B is transmitted to the reception unit 71 of the processing unit 70 in the same manner as the knee flexion moment M1 of the lower limb orthosis 50A shown in FIG. At this time, predetermined values C1 to C6 are stored in the predetermined value storage unit 72. The determination unit 73 determines whether the conditions of the expressions (1) to (6) are satisfied. When the condition that the determination unit 73 shifts from a state that does not satisfy Expression (1) to a state that satisfies (2) or a state that does not satisfy Expression (2) is satisfied, the braking force against rotation of the knee joint is satisfied. Is transmitted to the drive unit 80, for example, a signal for releasing the fixation of the knee joint. Further, if the determination unit 73 of the processing unit 70 satisfies the condition that the condition (3) is not satisfied and the condition (3) is satisfied or the condition (4) is not satisfied and the condition is satisfied is satisfied. A signal for making the braking force for the rotation of the joint smaller than the braking force when the state changes from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfied or when the state shifts from the state not satisfying the equation (2) to the satisfied state. It transmits to the drive part 80. Furthermore, when the determination unit 73 of the processing unit 70 satisfies the condition that the condition (5) is not satisfied and the condition (5) is satisfied or the condition (6) is not satisfied and the condition is satisfied is satisfied. A signal for making the braking force for the rotation of the joint larger than the braking force when the state changes from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied, or when the state shifts from the state not satisfying the expression (4) to the satisfied state. It transmits to the drive part 80.

このように、図10に示す下肢装具50Bは、膝屈曲モーメントM1に加えて、膝関節の制御に足関節底屈モーメントM2を用いることが可能になるため、例えば、上述した「1.膝関節の制御方法」の実施の形態3〜5の制御方法を実施することができる。   As described above, since the lower limb orthosis 50B shown in FIG. 10 can use the ankle plantar flexion moment M2 for controlling the knee joint in addition to the knee flexion moment M1, for example, as described above in “1. Knee joint”. The control method of Embodiments 3 to 5 of “Control method of” can be implemented.

図11に示す下肢装具50(50C)は、図9に示す下肢装具の計測部60(60A)に加速度計測部63が設けられた例である。これにより、膝関節の制御に加速度を用いることが可能になるため、例えば、上述した「1.膝関節の制御方法」の実施の形態5の制御方法を実施することができる。   A lower limb orthosis 50 (50C) illustrated in FIG. 11 is an example in which an acceleration measurement unit 63 is provided in the measurement unit 60 (60A) of the lower limb orthosis illustrated in FIG. As a result, acceleration can be used for controlling the knee joint, and therefore, for example, the control method according to the fifth embodiment of “1. Knee joint control method” described above can be implemented.

加速度計測部63には、例えば、ピエゾ抵抗体型加速度センサ、圧電型加速度センサ、静電容量型加速度センサなどを用いることができる。下肢装具50Cにおいて、加速度計測部63は膝部回転部材53に設けられているが、加速度計測部63が設けられる位置は特に限定されず、足首部回転部材57、第1構成部材51、第2構成部材52等、下肢装具を構成するその他の部材に設けられてもよい。   As the acceleration measuring unit 63, for example, a piezoresistive acceleration sensor, a piezoelectric acceleration sensor, a capacitive acceleration sensor, or the like can be used. In the lower limb orthosis 50C, the acceleration measuring unit 63 is provided on the knee rotating member 53, but the position where the acceleration measuring unit 63 is provided is not particularly limited, and the ankle rotating member 57, the first component member 51, and the second component. It may be provided on other members constituting the lower limb orthosis such as the component member 52.

計測部60Aで計測された加速度Aは、膝屈曲モーメントM1と同様に、処理部70の受信部71に送信される。この場合、所定値格納部72には、所定値C7を格納しておく。判定部73では(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したかを判定する。   The acceleration A measured by the measurement unit 60A is transmitted to the reception unit 71 of the processing unit 70, similarly to the knee flexion moment M1. In this case, the predetermined value storage unit 72 stores the predetermined value C7. The determination unit 73 determines whether the state has shifted from the state not satisfying the expression (7) to the state satisfied.

図12に示す下肢装具50(50D)は、処理部70が、計測部60および駆動部80と通信可能な外部端末90に設けられている例である。処理部が外部端末90に設けられていれば、使用者以外の医師等が、計測部60で計測されたデータの観察や、(1)式〜(7)式の右辺に記載されたC1〜C7の変更等を遠隔で行うことができる。外部端末90としては、例えば、PC、タブレット端末、スマートフォン等が用いられる。   A lower limb orthosis 50 (50D) illustrated in FIG. 12 is an example in which the processing unit 70 is provided in an external terminal 90 capable of communicating with the measurement unit 60 and the drive unit 80. If the processing unit is provided in the external terminal 90, a doctor other than the user observes the data measured by the measurement unit 60, and C1 to C1 described on the right side of the equations (1) to (7). C7 can be changed remotely. As the external terminal 90, for example, a PC, a tablet terminal, a smartphone, or the like is used.

本明細書では、下肢装具を用いて膝関節を制御する例を示したが、関節モーメントを用いて関節の回転に対する制動力の大小を制御する方法は、股関節や肘関節等、他の関節に対しても勿論適用することができる。   In this specification, an example of controlling the knee joint using the lower limb orthosis has been shown. However, the method of controlling the magnitude of the braking force against the rotation of the joint using the joint moment is applied to other joints such as the hip joint and the elbow joint. Of course, the present invention can also be applied.

50、50A、50B、50C、50D:下肢装具
51:第1構成部材
52:第2構成部材
53:膝部回転部材
56:第3構成部材
57:足首部回転部材
60、60A、60B:計測部
61:膝屈曲モーメント計測部
62:足関節底屈モーメント計測部
63:加速度計測部
70:処理部
71:受信部
72:所定値格納部
73:判定部
80:駆動部
90:外部端末
50, 50A, 50B, 50C, 50D: Lower limb orthosis 51: First component member 52: Second component member 53: Knee rotation member 56: Third component member 57: Ankle rotation member 60, 60A, 60B: Measurement unit 61: Knee flexion moment measurement unit 62: Ankle plantar flexion moment measurement unit 63: Acceleration measurement unit 70: Processing unit 71: Reception unit 72: Predetermined value storage unit 73: Determination unit 80: Drive unit 90: External terminal

Claims (10)

使用者の膝屈曲モーメントM1と足関節底屈モーメントM2の少なくとも一方を計測し、
下記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップAと、
M1>C1・・・(1)
M2>C2・・・(2)
下記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記ステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくするステップBと、を含むことを特徴とする膝関節の制御方法。
M1<C3・・・(3)
M2<C4・・・(4)
ただし、C1〜C4は定数であり、C1≧C3≧0、C2≧C4≧0である。
Measure at least one of the user's knee flexion moment M1 and ankle plantar flexion moment M2,
Step A for increasing the braking force against the rotation of the knee joint when transitioning from a state not satisfying the following expression (1) to a state satisfying, or when shifting from a state not satisfying the following expression (2) to a state satisfying: ,
M1> C1 (1)
M2> C2 (2)
When shifting from a state not satisfying the following equation (3) to a satisfying state, or when shifting from a state not satisfying the following equation (4) to a satisfying state, the braking force against the rotation of the knee joint is more than the step A. And a step B of reducing the knee joint control method.
M1 <C3 (3)
M2 <C4 (4)
However, C1 to C4 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C2 ≧ C4 ≧ 0.
下記(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記ステップBよりも膝関節の回転に対する制動力を大きくするステップCを含む請求項1に記載の膝関節の制御方法。
M1>C5・・・(5)
M2>C6・・・(6)
ただし、C5〜C6は定数であり、C5≧C3≧0、C6≧C4≧0である。
When shifting from a state not satisfying the following equation (5) to a satisfying state, or when shifting from a state not satisfying the following equation (6) to a satisfying state, the braking force against the rotation of the knee joint is more than the step B: The method for controlling a knee joint according to claim 1, comprising a step C of enlarging.
M1> C5 (5)
M2> C6 (6)
However, C5 to C6 are constants, and C5 ≧ C3 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0.
前記ステップAにおいて、前記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、前記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくし、
前記ステップBにおいて、前記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、前記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を小さくし、
前記ステップCにおいて、前記(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、かつ、前記(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくする請求項2に記載の膝関節の制御方法。
In step A, the braking force against the rotation of the knee joint when the transition from the state not satisfying the equation (1) to the state satisfying the equation (1) and the transition from the state not satisfying the equation (2) to the state satisfied. Increase the
In step B, the braking force against the rotation of the knee joint when the state transitions from the state not satisfying the expression (3) to the state satisfied and from the state not satisfying the expression (4) to the state satisfied. Reduce the
In step C, the braking force against the rotation of the knee joint when the state transitions from the state not satisfying the expression (5) to the state satisfied and when the state shifts from the state not satisfying the expression (6) to the state satisfied. The method for controlling a knee joint according to claim 2, wherein the knee joint is increased.
前記ステップCにおいて、前記(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または前記(6)式の条件を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間を経過した後に前記ステップBよりも膝関節の回転に対する制動力を大きくする請求項2または3に記載の膝関節の制御方法。   In step C, after a predetermined delay time has elapsed since the transition from the state not satisfying the equation (5) to the state satisfied, or from the state not satisfying the condition of the equation (6) The method for controlling a knee joint according to claim 2 or 3, wherein a braking force with respect to rotation of the knee joint is larger than that in step B. 前記ステップBにおいて、膝関節の回転に対する制動力を小さくしてから所定時間が経過した後に、前記ステップAにおいて、膝関節の回転に対する制動力を大きくする請求項1〜4のいずれか一項に記載の膝関節の制御方法。   5. The braking force according to claim 1, wherein, in step B, after a predetermined time has elapsed since the braking force with respect to rotation of the knee joint is reduced, the braking force with respect to rotation of the knee joint is increased in step A. 6. The knee joint control method described. 使用者の動きに伴う加速度Aを計測し、
前記ステップAにおいて、前記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または前記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行し、かつ、下記(7)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに膝関節の回転に対する制動力を大きくする請求項1〜5のいずれか一項に記載の膝関節の制御方法。
A>C7・・・(7)
ただし、C7は定数であり、C7>0である。
Measure the acceleration A accompanying the movement of the user,
In the step A, the state shifts from the state not satisfying the formula (1) to the state satisfied, or the state shifts from the state not satisfied the formula (2) to the state satisfied and does not satisfy the following formula (7) The knee joint control method according to any one of claims 1 to 5, wherein a braking force with respect to rotation of the knee joint is increased when a transition is made to a satisfied state.
A> C7 (7)
However, C7 is a constant and C7> 0.
前記ステップBにおいて、前記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行、または前記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行してから所定の遅れ時間を経過した後に、前記ステップAよりも膝関節の回転に対する制動力を小さくする請求項1〜6のいずれか一項に記載の膝関節の制御方法。   In the step B, after a predetermined delay time has elapsed since the transition from the state not satisfying the expression (3) to the satisfied state, or the transition from the state not satisfying the expression (4) to the satisfied state, The knee joint control method according to any one of claims 1 to 6, wherein a braking force with respect to the rotation of the knee joint is made smaller than in step A. 大腿側の第1構成部材と、下腿側の第2構成部材と、第1構成部材と第2構成部材を保持する膝部回転部材と、を有する下肢装具であって、
前記膝部回転部材の回転中心における膝屈曲モーメントM1を計測する計測部と、
膝屈曲モーメントM1が下記(1)式、下記(3)式、下記(5)式を満足することを判定する処理部と、
下記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記膝部回転部材の回転に対する制動力を大きくし、
下記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記膝部回転部材の回転に対する制動力を下記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし、
下記(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに前記膝部回転部材の回転に対する制動力を下記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする駆動部と、が設けられていることを特徴とする下肢装具。
M1>C1・・・(1)
M1<C3・・・(3)
M1>C5・・・(5)
ただし、C1、C3、C5は定数であり、C1≧C3≧0、C5≧C3≧0である。
A lower limb orthosis comprising a first thigh-side component, a crus-side second component, and a knee component rotating member that holds the first component and the second component,
A measuring unit for measuring a knee bending moment M1 at the rotation center of the knee rotating member;
A processing unit for determining that the knee flexion moment M1 satisfies the following formula (1), the following formula (3), and the following formula (5);
Increasing the braking force against the rotation of the knee rotation member when shifting from a state not satisfying the following formula (1) to a state satisfying:
When the transition from the state not satisfying the following equation (3) to the state satisfying is satisfied, the braking force against the rotation of the knee rotating member is determined from the braking force when the state is satisfied from the state not satisfying the following equation (1) And make it smaller
When the transition from the state not satisfying the following equation (5) to the state satisfying is satisfied, the braking force against the rotation of the knee rotation member is determined from the braking force when the state is satisfied from the state not satisfying the following equation (3). And a lower limb orthosis characterized by being provided with a drive unit that also enlarges.
M1> C1 (1)
M1 <C3 (3)
M1> C5 (5)
However, C1, C3, and C5 are constants, and C1 ≧ C3 ≧ 0 and C5 ≧ C3 ≧ 0.
足関節側の第3構成部材と、前記第2構成部材と前記第3構成部材を保持する足首部回転部材とを有し、
前記計測部において前記足首部回転部材の回転中心における足関節底屈モーメントM2が計測され、
前記処理部において、前記(1)式、前記(3)式、前記(5)式と、下記(2)式、下記(4)式、下記(6)式を満足することを判定し、
前記駆動部において、前記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、前記膝部回転部材の回転に対する制動力を大きくし、
前記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、前記膝部回転部材の回転に対する制動力を前記(1)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(2)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも小さくし、
前記(5)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(6)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときに、前記膝部回転部材の回転に対する制動力を前記(3)式を満足しない状態から満足する状態に移行したとき、または下記(4)式を満足しない状態から満足する状態に移行したときの制動力よりも大きくする請求項8に記載の下肢装具。
M2>C2・・・(2)
M2<C4・・・(4)
M2>C6・・・(6)
ただし、C2、C4、C6は定数であり、C2≧C4≧0、C6≧C4≧0である。
A third component on the ankle side, an ankle rotation member that holds the second component and the third component,
An ankle plantar flexion moment M2 at the rotation center of the ankle portion rotation member is measured in the measurement unit,
In the processing unit, it is determined that the expression (1), the expression (3), the expression (5), the following expression (2), the following expression (4), and the following expression (6) are satisfied.
When the drive unit shifts from a state that does not satisfy the equation (1) to a state that satisfies the equation (1) or a state that does not satisfy the following equation (2), the rotation of the knee rotation member Increase the braking force against
When shifting from a state not satisfying the expression (3) to a state satisfying, or when shifting from a state not satisfying the following expression (4) to a state satisfying, the braking force against the rotation of the knee rotating member is Smaller than the braking force when shifting from a state not satisfying equation (1) to a state satisfying, or when shifting from a state not satisfying equation (2) to a state satisfying,
When shifting from a state not satisfying the expression (5) to a state satisfying, or from a state not satisfying the following expression (6) to a state satisfying, the braking force against the rotation of the knee rotating member is The lower limb orthosis according to claim 8, wherein the lower extremity orthosis is greater than the braking force when the state transitions from a state not satisfying the expression (3) to a state satisfied, or when the state shifts from the state not satisfying the expression (4) to a state satisfied. .
M2> C2 (2)
M2 <C4 (4)
M2> C6 (6)
However, C2, C4, and C6 are constants, and C2 ≧ C4 ≧ 0 and C6 ≧ C4 ≧ 0.
前記処理部が、前記計測部および前記駆動部と通信可能な外部端末に設けられている請求項8または9に記載の下肢装具。
The lower limb orthosis of Claim 8 or 9 with which the said process part is provided in the external terminal which can communicate with the said measurement part and the said drive part.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2020137543A (en) * 2019-02-26 2020-09-03 トヨタ自動車株式会社 Walking state detector
JP7363439B2 (en) 2019-12-09 2023-10-18 トヨタ自動車株式会社 Walking aid device and its control method

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003527926A (en) * 2000-03-29 2003-09-24 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Knee prosthesis with speed and patient compatibility
JP2010273748A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Toyota Motor Corp Landing timing specifying apparatus and walking assisting apparatus
WO2012081107A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 トヨタ自動車株式会社 Walking assist apparatus
JP2013510605A (en) * 2009-11-13 2013-03-28 オットー・ボック・ヘルスケア・プロダクツ・ゲーエムベーハー Method for controlling joints for orthodontic or prosthetic lower limbs
JP2013111378A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Dainippon Printing Co Ltd Motion-assist device and program for motion assist control
JP2013208293A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Equos Research Co Ltd Walking support device and walking support program
JP2015505701A (en) * 2011-12-13 2015-02-26 ブラッチフォード プロダクツ リミテッド Lower limb prosthesis
US20150164660A1 (en) * 2012-07-03 2015-06-18 Otto Bock Healthcare Gmbh Orthotic or prosthetic joint device, and method for controlling same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003527926A (en) * 2000-03-29 2003-09-24 マサチューセッツ・インスティテュート・オブ・テクノロジー Knee prosthesis with speed and patient compatibility
JP2010273748A (en) * 2009-05-27 2010-12-09 Toyota Motor Corp Landing timing specifying apparatus and walking assisting apparatus
JP2013510605A (en) * 2009-11-13 2013-03-28 オットー・ボック・ヘルスケア・プロダクツ・ゲーエムベーハー Method for controlling joints for orthodontic or prosthetic lower limbs
WO2012081107A1 (en) * 2010-12-16 2012-06-21 トヨタ自動車株式会社 Walking assist apparatus
JP2013111378A (en) * 2011-11-30 2013-06-10 Dainippon Printing Co Ltd Motion-assist device and program for motion assist control
JP2015505701A (en) * 2011-12-13 2015-02-26 ブラッチフォード プロダクツ リミテッド Lower limb prosthesis
JP2013208293A (en) * 2012-03-30 2013-10-10 Equos Research Co Ltd Walking support device and walking support program
US20150164660A1 (en) * 2012-07-03 2015-06-18 Otto Bock Healthcare Gmbh Orthotic or prosthetic joint device, and method for controlling same

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